JP4636100B2

JP4636100B2 - 電磁調理器

Info

Publication number: JP4636100B2
Application number: JP2008069468A
Authority: JP
Inventors: 則幸松原; 隆熊谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2022-11-19
Also published as: JP2008153244A

Description

この発明は、電磁調理器に関し、ことに誘導加熱コイルやスイッチング素子などの発熱部材を効率的に冷却し、本体内部における設計の自由度を向上させることを目的とする電磁調理器に関するものである。

従来の電磁調理器においては、複数の誘導加熱コイルに対応した複数の基板を多段配置し、各駆動回路および各誘導加熱コイルを効率良く冷却することにより設計の自由度を向上させている。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３３１８４号公報（第３−４頁、第１図）

従来の電磁調理器においては、複数の誘導加熱コイルの各々に対応して複数の基板が設けられていたため、各誘導加熱コイルの出力は、対応した基板の放熱特性以上の出力にすることが困難であった。

この発明に係る電磁調理器は、従来の電磁調理器の課題を解決するものである。

この発明に係る電磁調理器は、複数の調理容器が載置可能なトッププレートと、このトッププレートの下面に設けられ、前記複数の調理容器の各々を加熱するための複数の誘導加熱コイルと、正負のスイッチング素子で構成されるインバータであって、前記複数の誘導加熱コイルの各々に高周波電流を出力する複数のインバータと、前記複数のインバータに対して共通化され、前記複数のインバータを構成する正負のスイッチング素子が発する熱を放熱する１つの放熱部材と、前記放熱部材と前記複数の誘導加熱コイルとを冷却する冷却手段と、前記スイッチング素子の各々の駆動を制御する制御回路とを備え、前記放熱部材は中空構造を有し、相対する側面の内側に複数のフィンを設けるとともに、前記相対する側面の一方の外側面には前記正のスイッチング素子を取り付け、他方の外側面には前記負のスイッチング素子を取り付け、前記放熱部材の前記相対する側面の内側に設けられた複数のフィンの間を前記冷却手段からの空気の送風路とするものである。

本発明にかかる電磁調理器によれば、スイッチング素子等の発熱部材の冷却を効率的に行うことができる。

実施の形態１
図１は、本発明にかかる電磁調理器の一例を示す構成説明図である。以下、図に基づき、かかる電磁調理器の構成と冷却機構につき説明する。
本発明にかかる電磁調理器は、ケース上面に設けたトッププレート１０に、調理器を載置する２つのコンロ部１４ａおよび１４ｂを有している。このコンロ部１４ａおよび１４ｂの下面には、各々のコンロ部に対応して誘導加熱コイル１１ａおよび１１ｂ（図２参照）が設けられている。この誘導加熱コイル１１ａおよび１１ｂは、制御部１により制御され、各々の誘導加熱コイルに対応してトッププレート面上に設置される調理器の大きさや調理材料の量等に合わせ、所定の熱量が得られるよう、出力調整される。制御部１へは電磁調理器の前面に配置された操作部１３から制御指令が入力される。また、制御部１には正負のスイッチング素子（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）の対にて構成された２つのインバータが設けられており、これらＩＧＢＴが生じた熱を放熱するための放熱板３が設けられている。これら２つのインバータは各々、上述した誘導加熱コイル１１ａ、１１ｂに対応するものである。さらに、電磁調理器の背面には外部からの空気の取り入れ口が設けられ、送風ファン５が稼動することにより外部より空気６が取り込まれ、放熱板３および誘導加熱コイル１１ａおよび１１ｂが冷却される。なお、電磁調理器には、前述の２つのコンロ部１４ａおよび１４ｂとは別に、魚などを焼くためのロースター部１２が設けられているが、２つのコンロ部１４ａおよび１４ｂに対応する制御部を１枚の基板にまとめ、各ＩＧＢＴに対応する放熱板も共通としたことにより、電磁調理器の内部空間の設計の自由度が向上し、ロースター部１２を拡張することが可能となる。

図２（ａ）は、本発明にかかる電磁調理器の、制御部１における放熱板３の構成の一例を示す上面図である。
かかる制御部１は、２つの誘導加熱コイル１１ａおよび１１ｂを制御するもので、各々の誘導加熱コイルを制御するために２つのインバータが配置されている。２つのインバータは各々正負のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）の対にて構成される。具体的には、正側のスイッチング素子であるＩＧＢＴ２ａと負側のスイッチング素子であるＩＧＢＴ２ｂにて構成されるインバータにより誘導加熱コイル１１ａが制御され、正側のスイッチング素子であるＩＧＢＴ２ｃと負側のスイッチング素子であるＩＧＢＴ２ｄにて構成されるインバータにより誘導加熱コイル１１ｂが制御されることになる。これら２つのインバータを構成する４つのＩＧＢＴのうち、正側のスイッチング素子であるＩＧＢＴ２ａおよび２ｃが熱伝導性絶縁シート７ａおよび７ｂを介して放熱板３に取り付けられている。また、これら２つのインバータを構成する４つのＩＧＢＴのうち、負側のスイッチング素子であるＩＧＢＴ２ｂおよび２ｄは放熱板３に直接取り付けられている。

このように、正側のＩＧＢＴ２ａおよび２ｃを熱伝導性絶縁シート７ａおよび７ｂを介して放熱板３に取り付けたのは、次のような理由による。すなわち、通常、ＩＧＢＴの電気的な接地は放熱板を介して取られるが、各インバータを構成する正負のＩＧＢＴが電気的に接続された状態では、両者間に電気的な干渉が生じる。そのため、対を構成する正負のＩＧＢＴは電気的に分離することが必要であり、このような構成が取られている。従って、インバータを構成するＩＧＢＴを、放熱板を介さずに電気的に接地させる場合には、かかる熱伝導性絶縁シート７ａおよび７ｂは不要である。

また、熱伝導性絶縁シートは各々のインバータを構成する正負のＩＧＢＴの対のいずれか一方に設けておけばよい。具体的には、ＩＧＢＴ２ａ、２ｂのどちらか一方と、ＩＧＢＴ２ｃ、２ｄのどちらか一方に熱伝導性絶縁シートを設けておけば、正負のＩＧＢＴの対の接地を分断することができる。また、電気的な干渉をより確実に防止する観点からは、正負の対を構成するＩＧＢＴの両側に熱伝導性絶縁シートを設けてもよい。かかる熱伝導性絶縁シートとしては、Ｓｉゴム中に、表面に絶縁被覆を施した金属の微粒（＜φ０．１ｍｍ）を介在させたものがあり、例えば、信越シリコーン社より放熱絶縁用ゴム（ＴＣ−Ａ、ＴＣ−ＡＧ、ＴＣ−ＢＧ）として市販されている。なお、本実施の形態においては、厚み０．４ｍｍの信越シリコーン社製放熱絶縁用ゴムＴＣ−Ａを用いている。

図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。放熱板３は、放熱効率を上げるために、中空もしくはフィンの構造を有しており、図後方から、図２（ａ）に開示された、送風ファン５にて送風された空気６により冷却され、放熱を行うことになる。

なお、誘導加熱コイルの定格出力は、通常２．４kWに設定されている。そのため、従来の電磁調理器においては、各々の誘導加熱コイルに対応して、各２．４kWの放熱容量を有した放熱板が設けられている。本発明においても、誘導加熱コイル１１ａおよび１１ｂの定格出力は、２．４kWに設定されている。そのため、放熱板３としては、４．８kWの放熱容量を有したものが設けられている。この放熱容量は、従来の２．４kWの放熱容量を有する放熱板の２枚分に対応するものであるため、放熱板の放熱容量の総和は従来と同じで、放熱板の大きさも同等である。

図４は、本発明にかかる電磁調理器の制御回路の構成を示す図である。以下、図に基づき、回路動作につき説明する。
まず、外部電源より平滑回路１９に電力２０が入力される。この電力２０は通常４．８ｋWに設定されている。外部電源から入力された電力２０は平滑回路１９にて直流に変換され、インバータ１５およびインバータ１６へと出力される。従って、インバータ１５の出力とインバータ１６の出力の総和が４．８ｋＷを越えることはない。インバータ１５は前述のＩＧＢＴ２ａ、２ｂにて構成されており、また、インバータ１６は同じくＩＧＢＴ２ｃ、２ｄにて構成されている。これらインバータ１５および１６は、平滑回路１９から送られる直流電力を、例えば、２０ｋHz程度の交流電力に変換することにより、対応する誘導加熱コイル１１ａおよび１１ｂを高周波にて駆動させるためのものである。また、ゲート駆動信号生成回路（制御回路）１８は、放熱板３上に設置された温度センサー１７により放熱板３の放熱容量を越えないように２つのインバータ１５および１６の駆動を制御している。例えば、インバータ１５の出力が２ｋＷである場合には、インバータ１６の出力は最大２．８ｋＷの範囲で出力調整され、逆にインバータ１６の出力が２ｋＷである場合には、インバータ１５の出力が最大２．８ｋＷの範囲で出力調整される。このように、短時間（例えば、５分から１０分程度）において、ＩＧＢＴの破壊あるいは急激な特性劣化を生じない程度であれば、どちらか一方のインバータの出力が定格出力以下の場合には、他方のインバータの出力を定格出力以上とすることが可能となる。かかる出力調整が可能となることにより、部品点数や放熱板の放熱容量を増加させることなく、かつ、装置構成を複雑化することなく、調理の初期時に急激な加熱を必要とする場合や、水を短時間にて沸騰させたい場合等に定格出力以上の高出力にて調理することが可能となり電磁調理器の利便性が向上する。また、電磁調理器の家庭内での使用においては、２口コンロの両方を同時に最高出力にて使用することはまれで、かかる構成にしても、ほとんど実用上の問題は生じないものと思われる。
なお、上記実施の形態においては、外部電源から入力される電力量に合わせた放熱容量を有する放熱板を備えた場合につき説明したが、例えば、外部電源から入力された電力２０が４．８ｋＷである場合に、放熱板の放熱容量が４ｋＷであるような構成でも構わない。このような場合には、温度センサー１７により、２つのインバータ１５および１６の放熱量の総和が４ｋＷ以下に制限されることになる。

なお、本実施の形態においては、２つの誘導加熱コイルを用いる場合について説明したが、誘導加熱コイルは２つに限られることはなく、３つ以上であっても構わない。例えば、コンロ部が３つの場合には、誘導加熱コイルは３つ必要であり、対応するインバータも３つになる。この場合、そのうち、２つのインバータを構成するスイッチング素子のみを１つの放熱板に載置してもよく、また、３つのインバータを構成するスイッチング素子の全てを１枚の放熱板に載置してもよい。このような構成においても、放熱板に載置されたスイッチング素子の発熱量の総和が放熱板の放熱容量を越えないように制御することで、上記と同様の効果が得られる。すなわち、誘導加熱コイルをｎ個（ｎは２以上の自然数）備えた電磁調理器においては、各誘導加熱コイルＬ１、Ｌ２---Ｌｎの定格出力を各々Ｐ１、Ｐ２---Ｐｎ、使用時の出力を各々Ｗ１、Ｗ２---Ｗｎ、これら出力に対応する誘導加熱コイルの放熱量を各々Ｈ１、Ｈ２---Ｈｎ、放熱板の放熱容量をＨｔとすると、下記式（１）および（２）の関係を満たすように誘導加熱コイルの出力が調整される。
Ｗ１＋Ｗ２＋---＋Ｗｎ≦Ｐ１＋Ｐ２＋---＋Ｐｎ ---（１）
Ｈ１＋Ｈ２＋---＋Ｈｎ≦Ｈｔ ----（２）
なお、各定格出力Ｐ１、Ｐ２---Ｐｎ、に対応する誘導加熱コイルの放熱量を各々ｈ１、ｈ２---ｈｎとすると、
ｈ１＋ｈ２＋---＋ｈｎ≦Ｈｔ ----（３）
となるように、放熱板の放熱容量Ｈｔが決定される。
また、定格出力をあまり大きく越えて使用することはスイッチング素子の特性からは好ましくなく、通常は、２０％程度の増加に抑えることが好ましい。かかる観点より、下記式（４）の関係を満たすことが好ましい。
Ｗｘ≦１．２Ｐｘ（ｘはｎ以下の自然数） ----（４）

なお、放熱板３の放熱効率の観点からは、冷却ファン５に近接したＩＧＢＴ２ａおよび２ｂにて構成されるインバータに対応した誘導加熱コイル１１ａ側を高出力にて使用する方が好ましいことは言うまでもないが、制御部１にてＩＧＢＴ２ａ、２ｂにて構成されるインバータが対応する誘導加熱コイルとＩＧＢＴ２ｃ、２ｄにて構成されるインバータが対応する誘導加熱コイルと切り替え可能に回路構成しておくと、冷却ファン５に近接したＩＧＢＴ２ａおよび２ｂにて構成されるインバータにて電磁調理器の左右どちらのコンロにおいても高出力化が行え、調理における利便性が向上し好適である。

また、インバータを定格出力以上にて使用することができる時間は、一般的にはスイッチング素子にかかる負荷と、負荷をかける時間で決まる面積の総和から決定される。すなわち、スイッチング素子に急激に負荷を与えた場合には、インバータを定格出力以上とすることができる時間は短くなり、急激な負荷を与えない場合には、定格出力以上に保持できる時間は長くなる。従って、各誘導加熱コイルを定格出力以上に保持できる時間は、実際には、スイッチング素子であるＩＧＢＴの特性（耐圧特性や寿命特性）を考慮して決定することになる。

なお、本実施の形態においては、インバータを構成するスイッチング素子としてＩＧＢＴを用いたが、かかるスイッチング素子としては、ＩＧＢＴに限定されることはなく、サイリスタやパワーＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング機能を有するいわゆるパワー半導体であれば適用でき、同様の効果を奏することは言うまでもない。

以上、本発明にかかる電磁調理器によれば、複数の誘導加熱コイルに対応する複数のインバータを１枚の基板上に配置し、これらインバータを構成する正負のスイッチング素子に対応する放熱板を共通化することにより、電磁調理器内部の設計の自由度を高めることができるとともに、放熱板の放熱容量を越えない範囲で、複数の誘導加熱コイルの出力調整が可能となり、装置を大型化することなく、また、部品点数を増加することなく、誘導加熱コイルの出力を必要に合わせて増減でき、短時間においては定格出力以上の出力が可能となる。

実施の形態２
図３（ａ）は、本発明にかかる電磁調理器の、制御部１における放熱板３ａおよび３ｂの構成の一例を示す上面図である。
かかる制御部１は、実施の形態１にて開示したものとは異なり、２つの誘導加熱コイル１１ａおよび１１ｂに対応する２つのインバータを構成する４つのＩＧＢＴ２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄのうちの正側のＩＧＢＴ２ａおよび２ｃと負側のＩＧＢＴ２ｂおよび２ｄが、各々、異なる２つの放熱板３ｂおよび３ａに設けられている。また、放熱板３ａは図示しない絶縁回路を介して接地線に接続され、放熱板３ｂは直接接地線に接続されている。かかる構成とすることで、各ＩＧＢＴは熱伝導性絶縁シートを介することなく放熱板に取り付けることができると共に、正側のＩＧＢＴ２ａおよび２ｃと負側のＩＧＢＴ２ｂおよび２ｄ間の電気的な干渉が効果的に抑制される。

図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。放熱板３ａおよび３ｂは、相対するように分離配置されており、図後方から、図３（ａ）に開示された、送風ファン５により送風された空気６により冷却され、放熱を行うことになる。

このような構成のもと、２つの誘導加熱コイル１１ａおよび１１ｂの出力が以下のように調整される。すなわち、２つの誘導加熱コイル１１ａおよび１１ｂに対応した２つのインバータを構成する４つの正負のＩＧＢＴ２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄは、通常、正負の対として２．４ｋＷの定格出力を有する誘導加熱コイルに対応するものであるが、この正負のＩＧＢＴは、正側の出力および負側の出力をほぼ等分に出力分担するものであるため、各ＩＧＢＴの担う誘導加熱コイルの出力としては、２．４ｋＷのほぼ半分の１．２ｋＷ相当と考えることができる。また、放熱板３ａおよび３ｂの放熱容量は各々２．４ｋＷであるため、放熱容量の総和は４．８ｋＷであり、従来と同じである。

しかしながら、本発明にかかる電磁調理器においては、２つの誘導加熱コイル１１ａおよび１１ｂに対応したＩＧＢＴのうち、正側のＩＧＢＴ２ａ、２ｃおよび負側のＩＧＢＴを２ｂ、２ｄを同じ放熱板上に設けたため、短時間（例えば、５分から１０分程度）の使用においては、ＩＧＢＴの破壊あるいは急激な特性劣化を生じない程度であれば、どちらか一方のインバータの出力が定格出力以下の場合には、他方のインバータの出力を定格出力以上とすることが可能となる。例えば、誘導加熱コイル１１ａに対応した正負のＩＧＢＴ２ａ、２ｂの出力分担を各々１．４ｋＷとし、誘導加熱コイル１１ｂに対応した正負のＩＧＢＴ２ｃ、２ｄの出力分担を各々１ｋＷとすることにより、誘導加熱コイル１１ａの出力を２．８ｋＷ、誘導加熱コイル１１ｂの出力を２ｋＷとすることができる。かかる出力調整が可能となることにより、部品点数や放熱板の放熱容量を増加させることなく、かつ、装置構成を複雑化することなく、調理の初期時に急激な加熱を必要とする場合や、水を短時間にて沸騰させたい場合等に効果的に対応することができ電磁調理器の利便性が向上する。

本発明にかかる電磁調理器の構成を説明する斜視図である。本発明にかかる電磁調理器の放熱板の構成を説明する構成説明図である。本発明にかかる電磁調理器の放熱板の構成を説明する構成説明図である。本発明にかかる電磁調理器の制御回路の構成を説明する図である。

符号の説明

１制御部、２ａ〜２ｄスイッチング素子、３放熱板、３ａ負側放熱板、３ｂ正側放熱板、５冷却ファン、６風向き方向、７ａ、ｂ熱伝導性絶縁シート、１０トッププレート、１１、１１ａ、１１ｂ誘導加熱コイル、１２ロースター、１３操作部、１４ａ、１４ｂコンロ部、１５インバータ、１６インバータ、１７温度検出器、１８ゲート駆動信号生成回路、１９平滑回路、２０入力電力。

Claims

複数の調理容器が載置可能なトッププレートと、
このトッププレートの下面に設けられ、前記複数の調理容器の各々を加熱するための複数の誘導加熱コイルと、
正負のスイッチング素子で構成されるインバータであって、前記複数の誘導加熱コイルの各々に高周波電流を出力する複数のインバータと、
前記複数のインバータに対して共通化され、前記複数のインバータを構成する正負のスイッチング素子が発する熱を放熱する１つの放熱部材と、
前記放熱部材と前記複数の誘導加熱コイルとを冷却する冷却手段と、
前記スイッチング素子の各々の駆動を制御する制御回路とを備え、
前記放熱部材は中空構造を有し、相対する側面の内側に複数のフィンを設けるとともに、前記相対する側面の一方の外側面には前記正のスイッチング素子を取り付け、他方の外側面には前記負のスイッチング素子を取り付け、前記放熱部材の前記相対する側面の内側に設けられた複数のフィンの間を前記冷却手段からの空気の送風路とする電磁調理器。