JP4446964B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents
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Description
また、この発明に係る誘導加熱調理器では、加熱コイルと、この加熱コイルに接続された共振コンデンサと、この共振コンデンサと前記加熱コイルとに高周波電流を供給するために駆動されるスイッチング素子と、このスイッチング素子に並列に接続され複数の積層セラミックコンデンサ素子の並列接続で構成されたスナバコンデンサと、を有するインバータ回路を備え、前記複数の積層セラミックコンデンサ素子の並列接続で構成された2極のスナバコンデンサの1極から積層セラミックコンデンサ素子を経由して反対側の1極までの電流経路のインピーダンスをそれぞれの積層セラミックコンデンサ素子で略等しくすることを特徴とするものである。
この発明による実施の形態1を図1から図4までについて説明する。図1は実施の形態1におけるフルブリッジ型インバータ回路の構成を示す接続図である。図2はコンデンサの容量ばらつきを示す線図である。図2(a)は従来技術によるものを示し、図2(b)は実施の形態1によるものを示す。図3はこの発明による実施の形態1におけるコンデンサの容量ばらつきを示す線図および図表である。図4は実施の形態1におけるコンデンサを並列接続した場合のコンデンサの損失低減を説明する接続図である。
複数のスイッチング素子5a,5b,5c,5dをオンオフさせることで共振回路8の両端に高周波電圧を発生し、共振回路8を構成する加熱コイル11と共振コンデンサ10を共振させることで加熱コイル11に高周波電流を流している。負荷への加熱は加熱コイル11に高周波電流を流すことによって行われ、スイッチング素子5a,5b,5c,5dを制御する制御回路12によりオンオフタイミングを変えることで、加熱コイル11に流れる電流が変化し、加熱の強さを調節する。共振コンデンサ10と加熱コイル11の共振周波数f0=1/2π√LCで表され、スイッチング素子5a,5b,5c,5dをオンオフ制御する際のスイッチング駆動周波数fSWはfSW≒f0となるように設定される。fSW≒f0とならない場合はスイッチング素子5a,5b,5c,5dの損失が増加し、インバータ回路INVの効率が低下する。
積層セラミックコンデンサはフィルムコンデンサに比べ非常に小型であるのだが、許容電流値が小さく、容量値の製造ばらつき範囲が大きい(±10%程度)といった問題がある。
共振コンデンサ10の容量値のばらつき範囲が大きいと共振コンデンサと加熱コイルの共振周波数f0のばらつき範囲が大きくなる。そのため、駆動周波数fSWを細かく設定しなければならない。しかし、複数のインバータ回路を同時に駆動し、同時に負荷を加熱する場合、複数のインバータ回路の駆動周波数fSWの差が1〜2kHz程度になると負荷が干渉し、大きな干渉音が生じてしまうため、駆動周波数fSWは細かく設定することができない。そのため、共振コンデンサ10の容量ばらつきが効率のばらつきの原因となる。
また、スナバコンデンサ9a,9bの容量は容量が大きすぎると低火力時にスイッチング素子5c,5dの損失が大きくなり、容量が小さすぎると高火力時にスイッチング素子5c,5dの損失が大きくなるという問題があるため、スナバコンデンサ9a,9bの容量値のばらつきが効率のばらつきの原因となる。
従来技術による単一コンデンサによる場合は図2(a)のような確率分布であるのに対し、複数のコンデンサ素子を並列接続することで並列に接続されるコンデンサ素子の容量の和の確率分布を図2(b)のようにすることができる。
コンデンサの容量とその容量が製造される確率をP(1.1C)=0.1,P(C)=0.8,P(0.9C)=0.1とする。コンデンサを3並列とするとコンデンサの一つ一つの容量はC/3であり、容量の製造される確率はP(1.1C/3)=0.1,P(C/3)=0.8,P(0.9C/3)=0.1である。コンデンサの容量の和が1.1Cとなるのは3並列接続としたコンデンサそれぞれの容量が1.1C/3となる場合だけであり、確率はP3(1.1C)=0.13=0.001となる。
コンデンサを並列接続しない場合に対し、コンデンサの3並列接続は容量Cが+10%となる確率は大幅に低くなり、逆に容量和がC近くとなる確率が大きくなる。簡易的に説明を行ったが、実際の場合も並列接続によって容量のばらつき範囲を大幅に小さくすることができる。
また、並列接続すると大電流は分割され、一つのコンデンサに流れる電流は減る。そのため、電流許容値の小さい積層セラミックコンデンサでも十分な電流許容値を得ることができる。
図4は3並列接続とした場合の損失を説明する図である。図4(b)に示す3並列接続とすると一つコンデンサに流れる電流は図4(a)に示すコンデンサ単体接続の場合のI/3となり、一つのコンデンサの損失はR(I/3)2=RI2/9となる。図4(b)に示す3並列接続の場合のコンデンサ3つの損失の和はRI2/3となり、図4(a)に示す並列接続しない場合と比べると損失は1/3となる。
さらに、積層セラミックコンデンサを並列接続すると平面にコンデンサ素子が並ぶため、コンデンサ9a,9b,10の放熱面積が非常に大きくなる。放熱効果は放熱面積に比例するため、放熱効果が極めて良くなり、コンデンサ9a,9b,10の温度上昇が低くなる。コンデンサ9a,9b,10の温度上昇が低くなることで、コンデンサ9a,9b,10の劣化を防ぎ、コンデンサ9a,9b,10の寿命を長くすることができる。
また、本実施の形態ではインバータ回路INVとして、フルブリッジインバータを用いて説明しているがハーフブリッジインバータや電圧共振型インバータを用いても共振コンデンサとして複数の積層セラミックコンデンサ素子を並列接続したものを用いるようにすれば共振コンデンサを小型化しインバータ回路を小型化できる誘導加熱調理器を得ることができる。
また、本実施の形態ではインバータ回路INVとして、フルブリッジインバータを用いて説明しているがハーフブリッジインバータや電圧共振型インバータを用いてもスナバコンデンサとして複数の積層セラミックコンデンサ素子を並列接続したものを用いるようにすればスナバコンデンサを小型化しインバータ回路を小型化できる誘導加熱調理器を得ることができる。
この発明による実施の形態2を図5について説明する。図5は実施の形態2におけるコンデンサ素子を並列接続した場合の電流パターン配線例を示す上面図である。図5(a)はこの実施の形態2において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態1における構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
従来技術による図5(a)に示す構成おいて、X点から積層セラミックコンデンサ素子としてのコンデンサCaを通ってY点に電流が流れる経路(実線)とX点から積層セラミックコンデンサ素子としてのコンデンサCbを通ってY点に電流が流れる経路(点線)を比べるとコンデンサCaを通る経路の方が距離が長い。電流パターン配線のインピーダンスは経路が長いほど大きく、電流パターン配線の幅が狭いほど大きい。そのため、コンデンサCaを通る経路の方がインピーダンスが大きいため、電流が流れにくく、電流経路が短いコンデンサCbとコンデンサCcに電流が集中することになる。
図5(b)は電流経路を等しくしたもので、図5(c)は電流経路が長いものは電流配線パターンの幅を太くし、各電流経路のインピーダンスを等しく調節したものである。
この発明による実施の形態3を図6について説明する。図6は実施の形態3におけるコンデンサ素子の実装構成を示す斜視図および側面図である。
この実施の形態3において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態1における構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
また、積層セラミックコンデンサ素子は複数の金属電極が積層された構造をしており、基板垂直面に投影される金属部分の面積は実装面積とほとんど同じである。積層セラミックコンデンサ基板は複数の積層セラミックコンデンサ素子が平面に実装され、各各の積層セラミックコンデンサ素子が低インピーダンス電流パターンで配線されている。そのため積層セラミックコンデンサ基板は基板垂直面に投影される金属部分の面積割合が非常に高いので金属板と同様の効果を有する。したがって、積層セラミックコンデンサ基板をスイッチング素子近傍に配置する事で、スイッチング素子が発生する電磁ノイズを有効に吸収、除去する効果をも得られる。
Claims (5)
- 加熱コイルと、この加熱コイルに接続され、複数の積層セラミックコンデンサ素子の並列接続で構成された共振コンデンサと、この共振コンデンサと前記加熱コイルとに高周波電流を供給するために駆動されるスイッチング素子と、を有するインバータ回路を備え、前記複数の積層セラミックコンデンサ素子の並列接続で構成された2極の共振コンデンサの1極から積層セラミックコンデンサ素子を経由して反対側の1極までの電流経路の長さをそれぞれの積層セラミックコンデンサ素子で等しくし、前記電流経路のインピーダンスをそれぞれの積層セラミックコンデンサ素子で略等しくすることを特徴とする誘導加熱調理器。
- 加熱コイルと、この加熱コイルに接続され、複数の積層セラミックコンデンサ素子の並列接続で構成された共振コンデンサと、この共振コンデンサと前記加熱コイルとに高周波電流を供給するために駆動されるスイッチング素子と、を有するインバータ回路を備え、前記複数の積層セラミックコンデンサ素子の並列接続で構成された2極の共振コンデンサの1極から積層セラミックコンデンサ素子を経由して反対側の1極までの電流経路の長さが長いものは電流経路が短いものよりも電流配線パターンの幅を太くし、前記電流経路のインピーダンスをそれぞれの積層セラミックコンデンサ素子で略等しくすることを特徴とする誘導加熱調理器。
- 加熱コイルと、この加熱コイルに接続された共振コンデンサと、この共振コンデンサと前記加熱コイルとに高周波電流を供給するために駆動されるスイッチング素子と、このスイッチング素子に並列に接続され複数の積層セラミックコンデンサ素子の並列接続で構成されたスナバコンデンサと、を有するインバータ回路を備え、前記複数の積層セラミックコンデンサ素子の並列接続で構成された2極のスナバコンデンサの1極から積層セラミックコンデンサ素子を経由して反対側の1極までの電流経路の長さをそれぞれの積層セラミックコンデンサ素子で等しくし、前記電流経路のインピーダンスをそれぞれの積層セラミックコンデンサ素子で略等しくすることを特徴とする誘導加熱調理器。
- 加熱コイルと、この加熱コイルに接続された共振コンデンサと、この共振コンデンサと前記加熱コイルとに高周波電流を供給するために駆動されるスイッチング素子と、このスイッチング素子に並列に接続され複数の積層セラミックコンデンサ素子の並列接続で構成されたスナバコンデンサと、を有するインバータ回路を備え、前記複数の積層セラミックコンデンサ素子の並列接続で構成された2極のスナバコンデンサの1極から積層セラミックコンデンサ素子を経由して反対側の1極までの電流経路の長さが長いものは電流経路が短いものよりも電流配線パターンの幅を太くし、前記電流経路のインピーダンスをそれぞれの積層セラミックコンデンサ素子で略等しくすることを特徴とする誘導加熱調理器。
- 複数の積層セラミックコンデンサが実装された積層セラミックコンデンサ基板と、この積層セラミックコンデンサ基板とインバータ回路を構成する部品とを搭載したインバータ基板を有することを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかに記載の誘導加熱調理器。
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