JP2017107673A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】雑音対策などにかかる費用を少なくできる誘導加熱調理器を提供する。
【解決手段】 被加熱物を誘導加熱する加熱コイル１３と、加熱コイル１３に電力を供給するインバータ回路と、該インバータ回路に直流電源を供給する直流電源回路とを備え、前記インバータ回路は、ＩＧＢＴ６９と並列に接続されたスナバコンデンサ７０からなる上アームと下アームと、前記上アーム側に接続した共振コンデンサ７１ａと、前記下アーム側に接続した共振コンデンサ７１ｂとで成るハーフブリッジ回路で構成され、前記上アーム側のスナバコンデンサ７０ａの容量は、前記下アーム側のスナバコンデンサ７０ｂの容量と異なるものである。
【選択図】図５

Description

本発明は、被加熱物を誘導加熱によって加熱する加熱手段を備え、該加熱手段をインバータ回路によって駆動する形式の誘導加熱調理器に関するものである。

特許文献１には、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルに高周波電力を供給するハーフブリッジ型のインバータ回路において、被加熱物である鍋の材質に応じて低電位側（下アーム側）に配置されたＩＧＢＴに並列に接続されたスナバコンデンサの容量を変える誘導加熱調理器が知られている。

特開２０１３−２４６８９６号公報

特許文献１に示す、従来の誘導加熱調理器に示すインバータ回路は、高電位側（上アーム側）にはスナバコンデンサの記載はなく、入力電力に応じて低電位側のＩＧＢＴの損失を抑制するために低電位側に設けたスナバコンデンサの容量を変えるもので、入力電力の大きい時は前記スナバコンデンサの容量を大きくして、入力電力の小さい時は前記スナバコンデンサの容量を小さくするものである。しかし、一つのスナバコンデンサに全電流が流れるため発熱したりするため上下アームにスナバコンデンサを備えるときには、部品種類を削減する目的で上下アームのスナバコンデンサに同じ静電容量を用いた場合、同じ周波数にノイズが発生してノイズが大きくなることが考えられる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、該加熱コイルに電力を供給するインバータ回路と、該インバータ回路に直流電源を供給する直流電源回路とを備え、前記インバータ回路は、ＩＧＢＴと並列に接続されたスナバコンデンサからなる上アームと下アームと、前記上アーム側に接続した共振コンデンサと、前記下アーム側に接続した共振コンデンサとで成るハーフブリッジ回路で構成され、前記上アーム側の前記スナバコンデンサの容量は、前記下アーム側の前記スナバコンデンサの容量と異なるものである。

本発明によれば、上アーム側のＩＧＢＴに設けたスナバコンデンサの容量を下アーム側のＩＧＢＴに設けたスナバコンデンサの容量と異ならせることで、発熱を抑えて共振電流に起因する雑音のピークを下げることができる。

本発明の誘導加熱調理器をシステムキッチンに収納した状態の斜視図である。 同誘導加熱調理器のプレートを外した状態を示す説明図である。 同誘導加熱調理器の側面から見た主要断面図である。 同誘導加熱調理器の上面操作部の説明図である。 同誘導加熱調理器のインバータ部の回路の略図である。 同誘導加熱調理器のスナバコンデンサの容量と３．５ＭＨｚ近辺のノイズ周波数を説明する図（ａ）グラフ（ｂ）表である。

以下、本発明の実施例を上記図面に従って説明する。

まず図１から図４において誘導加熱調理器について説明する。

尚、本実施例は、キッチンに嵌め込むビルトイン型の他にキッチンに載置する据置型の誘導加熱調理器であっても差し支えない。

誘導加熱調理器の本体２は、システムキッチン１の上面から落とし込んで設置することで組み込まれる。

調理を行う被加熱物の鍋（図示せず）は、本体２の上面に配置された耐熱ガラス等からなり光を透過するプレート３の載置部６に載置されることで調理可能となる。

載置部６は、本体２上面のプレート３の上面手前に載置部右６ａと載置部左６ｂが配置され、これら両載置部６ａおよび６ｂの間の奥（中央後部）に載置部中央６ｃが配置されている。そして、プレート３を挟んで各載置部６の下に鍋を加熱するための後述する加熱コイルユニット２５がそれぞれ設置されている。配置は、載置部右６ａの下方には加熱コイルユニット右２５ａが、載置部左６ｂの下方には加熱コイルユニット左２５ｂが、載置部中央６ｃの下方には加熱コイルユニット中央２５ｃが設けられている。

プレート３の周囲端面には、プレート３を保護するためにフレーム１４が設けられている。

本体２の内部には、発熱部材である後述する加熱コイルユニット２５や制御回路を構成する電子部品が設けられており、該加熱コイルユニット２５や制御回路の後方には、これらを冷却するための送風ファン２０と、本体２の外部から空気を吸込むための吸気口７及び冷却後の排気を排出する排気口８が設けられている。

前記吸気口７で吸入した空気は、本体２の内部で発熱する後述する加熱コイルユニット２５や電子部品を冷却した後に排気口８から本体２外に排出される。

また、本体２の左側には、魚やピザなどを焼くためのロースター４が設けられている。

次に被加熱物の鍋を加熱する加熱手段である加熱コイルについて説明する。

鍋（図示せず）を加熱するための加熱コイルユニット２５は、加熱コイル１３とコイルベース２４とフェライト（図示せず）から構成されている。そして、プレート３と加熱コイルユニット２５との間には一定の隙間が設けられ、この隙間に前記送風ファン２０からの冷却風の一部を流して、プレート３の裏面と加熱コイルユニット２５を冷却している。

加熱コイル１３の巻線は表皮効果を抑制するためリッツ線を採用している。この加熱コイル１３には調理鍋（図示せず）を加熱するために後述するインバータ基板（左右インバータ基板１８、中央インバータ基板１７）から数十ｋＨｚ、数百Ｖの電圧が印加される。

コイルベース２４は、加熱コイル１３を下から固定すると共に、フェライト（図示せず）が略放射状に埋設されている。

また、加熱コイル１３の略中央部の空間には、自動調理時など鍋の温度を検知する温度検知素子２１が取付けられている。

インバータ基板は、左右の加熱コイル１３ａ、１３ｂを駆動するインバータ回路を搭載した左右インバータ基板１８と、加熱コイル中央１３ｃを駆動する中央インバータ基板１７とで構成されている。

インバータ回路について説明する。

該左右インバータ基板１８、中央インバータ基板１７は基板ケース２６内に配置され、電子部品で発熱した熱を効率よく送風ファン２０からの冷却風と熱交換して温度を下げるように放熱フィン２２、２３が設けられしている。

次に操作部と表示部について説明する。

主電源スイッチ９ｄは押しボタンによって構成されており、押下する毎に電源投入状態と停止状態とを切り替える。

上面操作部９は静電容量式の変化を検出するタッチキーによって構成されている。具体的には、プレート３の下方には指を触れた時の静電容量の変化を検出する後述する電極３６を備えた操作基板１２と、電極３６を備えた操作基板１２に設けた穴を通過してプレート３に印刷した上面操作部９の各キー部を照らす光源から構成されている。

上面操作部９はプレート３の前面側に設けられ、載置部右６ａ、載置部中央６ｃ、載置部左６ｂに対応して右から、上面操作部右９ａ、上面操作部中央９ｃ、上面操作部左９ｂが配置されている。そして各上面操作部９の上側には上面表示部右１０ａ、上面表示部中央１０ｃ、上面表示部左１０ｂからなる上面表示部１０が設けられている。

上面表示部１０は、表示ホルダ３２によってプレート３に押さえられ、中央部には、表示部に文字等を表示する駆動回路を含んだ表示基板３３を固定している。

前記した上面操作部９の各入力キーとなる静電容量の変化を検出するための電極は、プレート３の下面に配置された操作基板１２に設けられている。

操作基板１２は、操作基板１２ａと操作基板１２ｂとに別れ、操作基板１２ａは上面操作部右９ａと上面操作部中央９ｃに、操作基板１２ｂは上面操作部左９ｂに対応している。

３４は基板間を接続するケーブルである。

制御基板１９に組み込まれた制御回路は、上面操作部９で設定された内容及び事前に組み込まれた自動調理などのプログラムに基づき、調理の開始、停止、火力の設定情報を制御信号として左右インバータ基板１８や中央インバータ基板１７に送り、加熱コイル１３などを制御する。

また、同時に後述する送風ファン２０の制御も行い、調理中は送風ファン２０を動作させる。

次に、図５、図６でインバータ回路について詳細を説明する。電源から供給された交流電圧は、ダイオードブリッジ６５によって整流され、チョークコイル６６と平滑コンデンサ６７による直流電源回路を通じてインバータ駆動部へ供給される。インバータ駆動部は、上下１組のＩＧＢＴ６９（６９ａ、６９ｂ）、スナバコンデンサ７０（７０ａ、７０ｂ）、共振コンデンサ７１（７１ａ、７１ｂ）、および加熱コイル１３から構成されており、上下のＩＧＢＴ６９を交互にＯＮさせることで、加熱コイル１３から交流磁界を発生させ、被加熱物にエネルギーを供給する。

インバータ回路は、直列に接続する二つのＩＧＢＴ６９で構成される上下アームを備える。前記直流電源に接続される上アームのＩＧＢＴ６９ａと並列に上スナバコンデンサ７０ａを備え、下アームのＩＧＢＴ６９ｂと並列に下スナバコンデンサ７０ｂを備え、加熱コイル１３の一端側はＩＧＢＴ６９ａとＩＧＢＴ６９ｂに接続され、加熱コイル１３の他端側は２個の共振コンデンサ７１を直列に接続した中点に接続されたハーフブリッジの回路構成を示している。

インバータ回路は、ＩＧＢＴ６９のＯＮとＯＦＦが切り替わる際に、ＩＧＢＴ６９とスナバコンデンサ７０の間で共振電流が発生する。

通常時、最大パワーで被加熱物を加熱している時は、共振周波数近傍でインバータを駆動する時、インバータの上下アームのＩＧＢＴ６９のそれぞれのＯＮ時間が互いに等しい状態で動作しており、また同時ＯＮ状態を防止するために、上下のＩＧＢＴ６９のＯＮ状態が切り替わる間に、両方のＩＧＢＴ６９をＯＦＦにするデッドタイムが設けられている。

また、デッドタイム中にスナバコンデンサ７０への充放電が行われることで、ＩＧＢＴ６９がＯＮになる瞬間のコレクタ−エミッタ間電圧を０に近付けて、短絡電流の発生を抑制している。また上下アームのスナバコンデンサ７０はインバータ回路内で並列の位置にあるため、スナバコンデンサ７０の充放電の特性は、スナバコンデンサ７０ａと７０ｂの個別の静電容量によらず、上下のスナバコンデンサ７０の静電容量の和によって決定される。

さらに、デッドタイム中にスナバコンデンサ７０への充放電が完了すると、続いてＩＧＢＴ６９内部の還流ダイオード（不図示）に電流が流れ始め、還流ダイオードに流れる電流の一部は、スナバコンデンサ７０へ流れ、その後スナバコンデンサ７０の静電容量Ｃ（キャパシタンス）と還流ダイオードを含む基板のパターンとによるインダクタンスとの間で共振電流が発生する。

上記の前記キャパシタンスと前記インダクタンスは、インバータ回路のキャパシタンスおよびインダクタンスよりも小さいため、上記の共振電流の周波数は、インバータ回路の動作周波数（例えば２０ｋＨｚから９０ＫＨｚ）よりも高い値となる。そのため、上記の共振電流が雑音として電源に漏洩するノイズに悪影響を及ぼす。また直流電源回路に接続されている上アーム側のＩＧＢＴ６９ａは、直流電源の電力を駆動するため損失は下アームのＩＧＢＴ６９ｂより大きくなる。

一般にこのような場合、インバータ回路の周波数とは別の周波数帯域に効果のある雑音対策を追加するものである。また、ＩＧＢＴの損失についてはスナバコンデンサの容量を大きくして対策を実施する。しかし上下アーム側の両方のスナバコンデンサの容量を大きくすると上下のスナバコンデンサ７０の容量の和が大きくなる。

そのため上アームのスナバコンデンサ７０ａの容量を下アームのスナバコンデンサ７０ｂの容量より大きくまたは小さくし、両者の容量を異ならせている。そうすることで、スナバコンデンサでの充放電の特性を変えないように両方の容量の合計は、上下のスナバコンデンサ７０の静電容量を和とした場合と略同じにしている。

次に、図６を用いてスナバコンデンサの容量とノイズ周波数について説明する。

図６は、載置部中央６ｃにホーロー鍋を載置して、加熱コイル中央１３ｃの最大火力２ｋＷで加熱する場合、中央インバータ基板１７の上スナバコンデンサ７０ａと下スナバコンデンサ７０ｂを変更して、ノイズ周波数の変化を示したものである。

図はノイズ周波数として、３．５ＭＨｚ近傍の上アーム、下アームでノイズのピーク値が現れた場合を示す。

まず上下スナバコンデンサ７０を同じ静電容量とした場合から説明する。組み合わせＡは、上アームの上スナバコンデンサ７０ａと下アームの下スナバコンデンサ７０ｂは０．０３μＦである。

上アームのノイズを示すノイズ周波数は３．５ＭＨｚ、下アームのノイズ周波数は３．５ＭＨｚとなる。上下アームで同じ周波数のノイズが重なりピークノイズが大きくなる。

組み合わせＢは、上アームのスナバコンデンサ７０ａは０.０３９μＦ、下アームのスナバコンデンサ７０ｂは０．０２μＦである。上アーム側のノイズ周波数は３．７３ＭＨｚ、下アーム側のノイズ周波数は３．２７ＭＨｚで、上アームのノイズは３．５ＭＨｚに対して、高い周波数側に０．２３ＭＨｚ移動し、下アームのノイズは３．５ＭＨｚに対して、低い周波数側に０．２３ＭＨｚ移動した。この場合には、３．５ＭＨｚから離れた高い周波数と低い周波数に分散してピークが現れ、結果、高い周波数側と低い周波数側にノイズが分散して現れてノイズが小さくなりノイズの改善ができる。

組み合わせＣは、上アームのスナバコンデンサ７０ａは０.０１５μＦ、下アームのスナバコンデンサ７０ｂは０．０４５μＦである。上アームのノイズ周波数は３．２７ＭＨｚ、下アームのノイズ周波数は４．０７ＭＨｚで、上アームのノイズは３．５ＭＨｚに対して、低い周波数側に０．２３ＭＨｚ移動し、下アームのノイズは３．５ＭＨｚに対して、高い周波数側に０．５７ＭＨｚ移動した。この場合には、３．５ＭＨｚから離れた高い周波数と低い周波数に分散してピークが現れ、結果、高い周波数側と低い周波数側にノイズが分散して現れてノイズが小さくなりノイズの改善ができる。結果ノイズの低減にも寄与するものである。

実施例では、上アームのスナバコンデンサ７０ａは０.０３９μＦ、下アームのスナバコンデンサ７０ｂは０．０２μＦとした。上アームのスナバコンデンサ７０ａと下アームのスナバコンデンサ７０ｂの静電容量を比べると、上スナバコンデンサ７０ａは下スナバコンデンサ７０ｂの約２倍に設けている。

また、二つのスナバコンデンサで発熱を抑え、３．５ＭＨｚから、高い周波数Ｑ（例３．７３ＭＨｚ）側と低い周波数Ｒ（例３．２７ＭＨｚ）側に分散してピークが現れてノイズの改善ができる。

よって、上記のキャパシタンスとインダクタンスは、インバータ回路のキャパシタンスおよびインダクタンスよりも小さいため、上記の共振電流の周波数は、インバータ回路の動作周波数よりも高い値となる。そのため、上記の共振電流が雑音として悪影響を及ぼす場合、上下のスナバコンデンサ７０の静電容量に差異を与えることで、ＩＧＢＴ６９の還流ダイオードを流れるスナバコンデンサ７０との共振電流の周波数が上下で異なるようにする。それにより、上記共振電流が原因となる雑音の周波数ごとのピーク値を分散させ、雑音対策の機構や部品にかかる費用を少なくすることができる。

１３ 加熱手段
６９ ＩＧＢＴ
６９ａ ＩＧＢＴ
６９ｂ ＩＧＢＴ
７０ スナバコンデンサ
７０ａ 上スナバコンデンサ
７０ｂ 下スナバコンデンサ
Ｐ 一定周波数
Ｑ 高い周波数
Ｒ 低い周波数

Claims (1)

1. 被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
   該加熱コイルに電力を供給するインバータ回路と、
   該インバータ回路に直流電源を供給する直流電源回路とを備え、
   前記インバータ回路は、
   ＩＧＢＴと並列に接続されたスナバコンデンサからなる上アームと下アームと、
   前記上アーム側に接続した共振コンデンサと、
   前記下アーム側に接続した共振コンデンサとで成るハーフブリッジ回路で構成され、
   前記上アーム側の前記スナバコンデンサの容量は、前記下アーム側の前記スナバコンデンサの容量と異なることを特徴とする誘導加熱調理器。

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