JP2012209094A - 誘導加熱調理器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】調理容器を載置するトッププレートと、誘導磁界を発生させトッププレート上の調理容器を加熱する加熱コイル2a〜2cと、加熱コイル2a〜2cの下方に配置されたグリル加熱室3と、グリル加熱室3の側方に配置され、加熱コイル2a〜2cに高周波電力を供給する加熱コイル駆動回路4と、を有する誘導加熱調理器100において、加熱コイル駆動回路4は、第1の素子群6及びワイドギャップ半導体で構成した第2の素子群5を有し、第1の素子群6よりも第2の素子群5が、グリル加熱室3よりに配置された。
【選択図】図2
Description
そして、特許文献1に記載の技術は、基板ケース内に空気を取り込むための吸気口、及び基板ケースの上部に形成され加熱コイルを冷却する空気が通る冷却口が形成されており、吸気口から出力制御基板を冷却するための冷却風を取り込み、出力制御基板を冷却してから、その後冷却口から排出された空気で、加熱コイルを冷却するものである。
つまり、冷却ファンの風量を増加させる分だけ、消費電力が大きくなってしまっていた。また、冷却ファンの風量を増加させる分だけ、冷却ファンのファン回転数を大きくすることになるので、騒音が大きくなってしまっていた。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る誘導加熱調理器100のトッププレート11を外した状態の概要構成例を説明する斜視図である。図2は、図1に示す誘導加熱調理器100の上面図であって、加熱コイル駆動回路基板4上の各種素子及び分流板7の配置について説明するものである。図3は、図1に示す誘導加熱調理器100の加熱コイル駆動回路基板4の概要を説明するものである。なお、図3では、1つの加熱コイル2が接続され、残りの2つの誘導加熱コイルについては図示を省略している。したがって、残りの2つの加熱コイル2に接続される第2の素子群についても図示を省略した。
本実施の形態1に係る誘導加熱調理器100には、加熱コイル駆動回路を冷却する冷却ファンの消費電力低減及び騒音低減のために、加熱コイル駆動回路基板4上の各種素子の配置、及び冷却ファンから送り込まれる空気の風向を調整する分流板7の配置に改良が加えられたものである。
図1〜図3に示すように、誘導加熱調理器100は、上面以外の外郭を構成する筐体1、誘導加熱調理器100の上面を構成し鍋17などの調理容器を載置するトッププレート11、トッププレート11上に載置された鍋17などを誘導加熱する加熱コイル2、調理中に高温雰囲気となるグリル加熱室3、筐体1内の機器を冷却する冷却ファン8、冷却ファン8から吹き出される空気を2手に分流する分流板7、及び加熱コイル2に電流を供給する加熱コイル駆動回路基板4を有している。
また、図2に図示されるように、筐体1には、筐体1外の空気を筐体1内に強制的に吸いこむための吸気口9が形成されている。この吸気口9は、たとえば加熱コイル駆動回路基板4に対応する後側に形成されているとよい。また、筐体1には、筐体1内の空気を筐体1外に排気するための排気口10が形成されている。この排気口10は、たとえばグリル加熱室3に対応する後側に形成されているとよい。
加熱コイル2は、トッププレート11上に載置される鍋17などの被調理容器を加熱するものである。図1では、この加熱コイル2は、3つの加熱コイル2a〜2cが設置されたものが図示されているが、その数は特に限定されるものではない。また、本実施の形態1に係る誘導加熱調理器100は、3つの加熱コイル2a〜2cの全てが誘導加熱コイルであるものとして説明するが、たとえばそのうちの1つがラジエントヒータなどでもよい。加熱コイル2は、加熱コイル駆動回路基板4に電気的に接続されており、加熱コイル駆動回路基板4から電流が供給されることで、トッププレート11上の被調理容器を誘導加熱可能となっている。
冷却ファン8は、加熱コイル駆動回路基板4上の素子などを冷却する空気を送風するものである。冷却ファン8の位置は、特に限定されるものではないが、たとえば、図2に図示されるように、空気流れ方向の上流から順番に、吸気口9、冷却ファン8、加熱コイル駆動回路基板4となるように、冷却ファン8を配置するとよい。また、図2では、冷却ファン8は、その吹出し面が、筐体1の前面と略平行になるように配置されているが、それに限定されるものではない。冷却ファン8は、たとえば遠心ファンの一つであるシロッコファン(ブロアファン)などを採用するとよい。
たとえば、分流板7は、筐体1の底面に対して垂直に立設された板状部材などとするとよい。そして、分流板7は、冷却ファン8の吹き出し面に垂直な方向に対して所定の角度θとなるように立設されるとともに、冷却ファン8の吹き出し面を領域Bより領域Aに対応する面の方が大きくなるように立設されるとよい。これにより、分流板7は、グリル加熱室3に近い領域Bに分流される空気の風量に対して、グリル加熱室3に遠い領域Aに分流される空気の風量を大きくすることができる。
この加熱コイル駆動回路基板4の回路は、交流電源12、加熱コイル2に高周波電流を供給する第2の素子群5(5a、5b)、加熱コイル2に接続される共振コンデンサー15、第2の素子群5(5a、5b)のオンオフを制御する制御部16、及び交流電源12から供給される交流電力を直流電力に変換する整流部31を有している。
共振コンデンサー15は、加熱コイル2に接続され、充電又は放電するものである。
制御部16は、第2の素子群5に接続されており、それらのオンオフを制御するものである。
また、図2に図示されるように、第1の素子群6は、領域Aに設置する。これは、グリル加熱室3の使用中及び使用後のしばらくの間に、グリル加熱室3外に放出される熱が、第1の素子群6に届きにくくするためである。
つまり、第1の素子群6を領域Aに配置することで、第1の素子群6が加熱されることを抑制し、冷却ファン8のファン回転数を増加させることを抑制することができる。
また、冷却ファン8から供給される風量が、領域Bより領域Aの方が大きくなるように分流板7を配置することで、第1の素子群6に送り込まれる風量を大きくすることができる。つまり、第1の素子群6を重点的(効率的)に冷却することができるので、冷却ファン8のファン回転数を増加させることを抑制することができる。
ここで、上記のように領域Aに第1の素子群6を配置したので、第2の素子群5はグリル加熱室3に近い側である領域Bに配置することになる。つまり、第2の素子群5は、グリル加熱室3からの伝熱量が大きい領域Bに配置することになる。
そこで、第2の素子群5は、シリコン半導体に比べて耐熱性が高いワイドギャップ半導体(たとえば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドなど)で構成する。この半導体の耐熱温度は250〜300℃付近と高いため、その分、放熱フィンのサイズを小さくすることができるためである。このように、第2の素子群5は、ワイドギャップ半導体で構成するので耐熱性が高くなり、領域Bに配置可能となる。
ここで、上記のように第2の素子群5は、ワイドギャップ半導体で構成しているので、グリル加熱室3からの熱に加えて、第2の素子群5の動作による発熱にも耐えることができる。このように、第2の素子群5は、ワイドギャップ半導体で構成することで耐熱性が高くなり、領域Bに配置可能となる。
即ち、領域Aと領域Bに配置される素子の特性と出力に合わせて、分流板7の位置と角度θを調整する事によって、領域Aと領域Bにおける風量と風速の比を調整し、冷却ファン8の出力を調整して、それぞれの絶対値を調整する事によって、最低の冷却出力によって領域Aと領域Bに最適な風量と風速を投入する事ができる。
交流電源12から供給される交流電力は、整流部31によって直流電力に変換される。ここで、制御部16は、ワイドギャップ半導体で構成した2つの第2の素子群5(5a、5b)を、交互にオンオフ制御する。スイッチング素子5aがオンしスイッチング素子5bがオフしたときは、平滑コンデンサー14からスイッチング素子5aを介して加熱コイル2へ電流が流れるとともに、共振コンデンサー15を充電する。引き続いて、スイッチング素子5aがオフしスイッチング素子5bがオンすると、共振コンデンサー15に充電された電荷が解放されて、共振コンデンサー15から加熱コイル2に電流が流れる。
このように、制御部16が、スイッチング素子5a、5bを、所定の周波数で交互にオンオフ制御することで、その所定の周波数(20〜30kHz程度)に対応する高周波電流が加熱コイル2に流れる。これにより、加熱コイル2から高周波磁束が発生し、その磁束により調理容器である鍋17に渦電流が発生して、鍋17が加熱される。
加熱コイル駆動回路基板4は、高温にさらされると機能が低下したり、壊れたりする可能性があるので、それを抑制するために冷却ファン8から冷却風を送り込み、加熱コイル駆動回路基板4上の素子を冷却可能となっている。特に、魚焼きなどでグリル加熱室3を使用している時及び使用後のしばらくの間には、グリル加熱室内は300℃程度の高温となる。そして、グリル加熱室3の使用時及び使用後のしばらくの間に発生する熱の一部が、グリル加熱室3外に漏れ出し、加熱コイル駆動回路基板4のうちグリル加熱室3の近傍が高温となる。
ここで、本実施の形態1に係る誘導加熱調理器100は、シリコン半導体で構成する第1の素子群6よりも、ワイドギャップ半導体で構成する第2の素子群5が、グリル加熱室3よりに配置している。
つまり、第1の素子群6は、シリコン半導体で構成するが、領域Aに配置される分、加熱されることを抑制することができる。これにより、冷却ファン8のファン回転数の増加を抑制することができるので、消費電力を低減することができる。
また、第2の素子群5は、ワイドギャップ半導体で構成するので耐熱性が高い。これにより、第2の素子群5を、領域Bに配置しても冷却ファン8のファン回転数の増加を抑制することができるので、消費電力を低減することができる。
そして、冷却ファン8のファン回転数の増加を抑制できる分、冷却ファン8から発生する騒音を低減することもできる。
冷却ファン8より吹き出される冷却風は、図2に図示される矢印のように、分流板7よって分流される。ここで、分流板7は、グリル加熱室3に近い領域Bに分流される空気の風量に対して、グリル加熱室3に遠い領域Aに分流される空気の風量が大きくなるように設けられる。これにより、シリコン半導体で構成する第1の素子群6により多くの冷却風が送風されることになるので、第1の素子群6を重点的(効率的)に冷却することができる。
このように、第1の素子群6よりも第2の素子群5のほうが許容される温度上昇が小さい際には、第1の素子群6の冷却風の風量が大きくなるように、分流板7を配置することで、第1の素子群6を重点的に冷却することができる。これにより、冷却ファン8のファン回転数の増加を抑制することができるので、消費電力の低減及び騒音の低減を図ることができる。
本実施の形態1に係る誘導加熱調理器100は、50/60Hz程度の比較的低周波で動作する第1の素子群6をシリコン半導体で構成した。これにより、第1の素子群6としての機能を満たしながら、コストアップを抑制することができる。
また、20〜30kHz程度の高周波で動作する第2の素子群5をワイドギャップ半導体で構成した。これにより、動作に伴う発熱で第2の素子群5の機能が低下したり、壊れてしまったりすることが抑制することができ、誘導加熱調理器100の長期安定使用が可能となる。
図4は、本発明の実施の形態2に係る誘導加熱調理器100のトッププレート11を外した状態の概要構成例を説明する斜視図である。なお、本実施の形態2では、実施の形態1と同一部分には同一符号とし、実施の形態1との相違点を中心に説明するものとする。
実施の形態1に係る誘導加熱調理器100では、トッププレート11に略平行な同一基板上に第1の素子群6と第2の素子群5とが配置されたものであった。
一方、本実施の形態2に係る誘導加熱調理器100は、第1の素子群6と第2の素子群5とが、トッププレート11に対して垂直な加熱コイル駆動回路基板4a、4b上に配置されている。つまり、第1の素子群6と第2の素子群5とが、別々の基板上に配置されている。
そして、第1の素子群6が配置される加熱コイル駆動回路基板4bよりも、第2の素子群5が配置される加熱コイル駆動回路基板4aの方が、グリル加熱室3よりに配置される。
したがって、グリル加熱室3の使用時及び使用後のしばらくの間に発生する熱によって、加熱コイル駆動回路基板4a、4bが高温にさらされるときにおいて、シリコン半導体で構成する第1の素子群6が、グリル加熱室3から遠い側に配置される分、加熱されることを抑制することができる。これにより、冷却ファン8のファン回転数を増加させることを抑制することができるので、消費電力を低減することができる。
また、第2の素子群5は、ワイドギャップ半導体で構成するので耐熱性が高い。これにより、第2の素子群5が、グリル加熱室3から近い側に配置されても、冷却ファン8のファン回転数の増加を抑制することができるので、消費電力を低減することができる。
そして、冷却ファン8のファン回転数の増加を抑制できる分、冷却ファン8から発生する騒音を低減することもできる。
図5は、本発明の実施の形態3に係る誘導加熱調理器100の加熱コイル駆動回路基板4の概要を説明するものである。図6は、図5に示す誘導加熱調理器100の上面図であって、加熱コイル駆動回路基板4上の各種素子及び分流板7の配置について説明するものである。なお、本実施の形態3では、実施の形態1、2と同一部分には同一符号とし、実施の形態1、2との相違点を中心に説明するものとする。
図5に示すように、本実施の形態3に係る誘導加熱調理器100の加熱コイル駆動回路基板4は、実施の形態1に係る加熱コイル駆動回路基板の回路(図3参照)に加えて、リアクトル18、ワイドギャップ半導体で構成するスイッチング素子5c、ワイドギャップ半導体で構成するダイオード5d、及び電解コンデンサー19で構成された昇圧回路が追加されたものである。
また、電解コンデンサー19は、第1の素子群6の近傍に配置するのが好ましい。なお、図6では、分流板7によって区画される、第1の素子群6に対応する冷却ファン8の吹き出し面側に配置された例を図示している。しかし、第1の素子群6の近傍であれば、第2の素子群5に対応する冷却ファン8の吹き出し面側に配置されていてもよい。第1の素子群6に対応する冷却ファン8の吹き出し面側に配置された場合には、冷却ファン8からの風量が大きい分、電解コンデンサー19の冷却が高効率になされることになる。
これにより、大きな電流の流れる第2の素子群5と電解コンデンサー19との基板パターンを最短距離で接続することができるので、配線長や太さにより決定される配線インダクタンスを最小限に抑えることができる。そして、この配線インダクタンス値に比例して発生するノイズを低減できることから、加熱コイル駆動回路の誤動作を低減することができる。
つまり、この配置により、加熱コイル駆動回路の誤動作を低減、及び電解コンデンサー19の寿命劣化の低減を両立することができる。
図7は、本発明の実施の形態4に係る誘導加熱調理器100の上面図であって、加熱コイル駆動回路基板4上の各種素子及び分流板7の配置について説明するものである。なお、本実施の形態4では、実施の形態1〜3と同一部分には同一符号とし、実施の形態1〜3との相違点を中心に説明するものとする。
本実施の形態4に係る誘導加熱調理器100は、電解コンデンサー19が、分流板7によって区画される、第2の素子群5に対応する領域Bの冷却ファン8の吹き出し面側に配置される。そして、電解コンデンサー19は、冷却ファン8に対して第2の素子群5よりも上流側(風上)に配置されるものとする。
したがって、大きな電流の流れる第2の素子群5と電解コンデンサー19との基板パターンを最短距離で接続することができるので、配線長や太さにより決定される配線インダクタンスを最小限に抑えることができる。そして、この配線インダクタンス値に比例して発生するノイズを低減できることから、加熱コイル駆動回路の誤動作を低減することができる。
図8は、本発明の実施の形態5に係る誘導加熱調理器100の上面図であって、加熱コイル駆動回路基板4上の各種素子及び分流板7の配置について説明するものである。なお、本実施の形態5では、実施の形態1〜4と同一部分には同一符号とし、実施の形態1〜4との相違点を中心に説明するものとする。
本実施の形態5に係る誘導加熱調理器100は、分流板7が、第2の素子群5に向かう冷却風を、第2の素子群5からグリル加熱室3の第2の素子群5に対向する側面側(壁面)に送り込まれ、その側面に沿って流れ、その後排気口10から排出されるように設けられている。つまり、分流板7は、略ダクト形状となっている。
第2の素子群5を通過し、それを冷却した後の空気は、非常に高温となっている。この高温の空気を、グリル加熱室3の側面に当てる事で、グリル加熱室3内の温度を高めることができ、調理時間を短縮することができる。しかも、廃熱を利用することになるので省エネルギーとなる。
さらに、第2の素子群5を冷却した高温の空気は、グリル加熱室3の側面を加熱しながら排気されるので、耐熱温度が180℃程度の加熱コイル2などの他の部品に高温の空気がさらされることを抑制し、それらの機能が低下したり壊れてしまうことを抑制することができる。
図9は、本発明の実施の形態6に係る誘導加熱調理器100の上面図であって、加熱コイル駆動回路基板4上の各種素子及び分流板7の配置について説明するものである。なお、本実施の形態6では、実施の形態1〜5と同一部分には同一符号とし、実施の形態1〜5との相違点を中心に説明するものとする。
本実施の形態6に係る誘導加熱調理器100は、グリル加熱室3の側面のうち、加熱コイル駆動回路基板4に対向する側面に開口が形成される。そして、該開口には、グリル加熱室3に、ごみが入らないようフィルタ20が設置される。換言すれば、グリル加熱室3は、グリル加熱室3の第2の素子群5に対向する側面側(壁面)に、グリル加熱室3の内外を連通するフィルタ20が設けられており、分流板7を、第2の素子群5に向かう冷却風を、第2の素子群5からフィルタ20を介してグリル加熱室3に流入させるようにダクト形状に構成したということである。
第2の素子群5を通過した空気は、第2の素子の動作状態や、動作時間にもよるが、たとえば200℃以上の高温となっている。この高温の空気を、グリル加熱室3内に流入させる事で、グリル加熱室3内の温度を高めることができ、調理時間を短縮することができる。しかも、廃熱を利用することになるので省エネルギーとなる。
さらに、第2の素子群5を冷却した高温の空気は、グリル加熱室3の側面を加熱しながら排気されるので、耐熱温度が180℃程度の加熱コイル2などの他の部品に高温の空気がさらされることを抑制し、それらの機能が低下したり壊れてしまうことを抑制することができる。
さらに、ワイドギャップ半導体で構成した素子は、電力損失が小さいので、スイッチング素子やダイオード素子の高効率化が可能であり、延いては半導体モジュールの小型化が可能になる。
Claims (13)
- 調理容器を載置するトッププレートと、
誘導磁界を発生させ前記トッププレート上の前記調理容器を加熱する加熱コイルと、
前記加熱コイルの下方に配置されたグリル加熱室と、
前記グリル加熱室の側方に配置され、前記加熱コイルに高周波電力を供給する加熱コイル駆動回路と、
を有する誘導加熱調理器において、
前記加熱コイル駆動回路は、
第1の素子群及びワイドギャップ半導体で構成した第2の素子群を有し、
前記第1の素子群よりも前記第2の素子群が、
前記グリル加熱室よりに配置された
ことを特徴とする誘導加熱調理器。 - 前記第1の素子群は、
シリコン半導体で構成した
ことを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱調理器。 - 前記加熱コイル駆動回路を冷却する冷却ファンと、
前記冷却ファンから吹き出される冷却風を、前記第1の素子群に向かう冷却風と、前記第2の素子群に向かう冷却風に分流する分流板とを有し、
前記第1の素子群に向かう冷却風の風量が、前記第2の素子群に向かう冷却風の風量より大きくなるように、前記分流板が配置された
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の誘導加熱調理器。 - 前記分流板は、板状に形成され、
前記冷却ファンの吹き出し面に対して傾いて配置された
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記第1の素子群は、
交流電源からの交流電力を直流電力に変換するダイオードブリッジにより構成された
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記第2の素子群は、
前記第1の素子群から供給される前記直流電力を高周波電流に変換するスイッチング素子により構成された
ことを特徴とする請求項5に記載の誘導加熱調理器。 - 前記加熱コイル駆動回路は、電解コンデンサーを有し、
前記電解コンデンサーが、
前記第1の素子群の近傍に配置された
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記電解コンデンサーは、
前記第1の素子群よりも前記グリル加熱室よりに配置され、
前記第2の素子群が、
前記電解コンデンサーよりも前記グリル加熱室よりに配置された
ことを特徴とする請求項7に記載の誘導加熱調理器。 - 前記電解コンデンサーは、
前記分流板によって区画される、前記第2の素子群に対応する前記冷却ファンの吹き出し面側であって、
前記冷却ファンに対して前記第2の素子群よりも上流側に配置された
ことを特徴とする請求項7又は8に記載の誘導加熱調理器。 - 排気口を有し、
前記分流板は、
前記第2の素子群に向かう冷却風を、
前記第2の素子群から前記第2の素子群に対向する前記グリル加熱室の側面側に送り込むように配置され、
前記側面側に送り込まれた冷却風が、
前記グリル加熱室を加熱してから前記排気口より排出される
ことを特徴とする請求項2〜9のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記グリル加熱室は、
前記第2の素子群に対向する前記グリル加熱室の側面側に、前記グリル加熱室の内外を連通するフィルタとを有し、
前記分流板は、
前記第2の素子群に向かう冷却風を、
前記第2の素子群から前記フィルタを介して前記グリル加熱室に流入させた
ことを特徴とする請求項2〜10のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記第1の素子群と前記第2の素子群とは、
前記トッププレートに対して垂直な別々の基板上に配置され、
前記第1の素子群が配置される基板よりも前記第2の素子群が配置される基板が、前記グリル加熱室よりに配置された
ことを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記ワイドギャップ半導体は、
炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドで構成した
ことを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
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