JP4889534B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

この発明は例えばＩＨクッキングヒータなどに好ましく用いることができる誘導加熱調理器に関する。

従来の誘導加熱調理器として、平滑コンデンサと、共振用コンデンサと、スイッチング素子とからなる高周波電力変換装置を備え、平滑コンデンサと共振用コンデンサとスイッチング素子とを電流経路が閉ループを形成するように接続し、前記電流経路を交差させ複数の閉ループを形成して複数の閉ループ間で発生する磁界を打ち消すようにしたものがある（例えば特許文献１参照。）。

特開平３−２１４５９０号公報（第１頁、第１図）

上記のような従来技術においては、高周波電流の流れる電流経路で複数の閉ループを形成しようとすると回路部品が実装されるプリント基板上の導体パターンが局部的に細くなる場合がある。高周波大電流が流れる電流経路では導体パターンが細いと導体パターンや回路部品のはんだ付けに大きな発熱が生じ、それらが高温となる。特にスイッチング素子には大重量のヒートシンクが取り付けられるため、スイッチング素子周辺パターンとはんだ付け部が高温になるとスイッチング素子のはんだ付け部にはんだクラックが発生し易くなるという課題があった。

この発明は上記のような従来技術の課題を解消するためになされたもので、スイッチング素子周辺の導体パターンとはんだ付け部を効率良く冷却して、はんだ付け部にはんだクラックの発生を抑制すると共に、外部に漏洩する磁界を低減した信頼性の高い誘導加熱調理器を提供することを目的としている。

この発明による誘導加熱調理器は、プリント基板上に配設された、加熱コイルを駆動するスイッチング素子、このスイッチング素子を冷却するヒートシンク、並びに上記スイッチング素子及び上記加熱コイル間の電気的な接続経路を構成する導体パターン及び該導体パターンに接続された３本のジャンパ線と、上記ヒートシンクに冷却風を通風する冷却ファンとを備え、上記３本のジャンパ線は、上記プリント基板上に上記冷却風の通風部分に互いに略等間隔で平行に略逆Ｕ字型を形成するように突出されると共に、上記３本のジャンパ線のうち両端のジャンパ線を流れる電流を中央のジャンパ線に流れる電流に対して逆向きに、かつ、それぞれ半分となるように接続するものである。

この発明においては、３本のジャンパ線を、プリント基板上の冷却風の通風部分に、互いに等間隔で平行に略逆Ｕ字型を形成して突出するように設けると共に、両端のジャンパ線を流れる電流を中央のジャンパ線に流れる電流に対して逆向きに、かつ、それぞれ半分となるように接続したので、スイッチング素子周辺の導体パターンとはんだ付け部を効率良く冷却でき、はんだ付け部にはんだクラックが発生し難くなり信頼性が向上すると共に、３本のジャンパ線による発生磁界は相互に打ち消され外部への磁束漏洩が低減される。

実施の形態１．
図１〜図４はこの発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器を説明するもので、図１は要部構造を模式的に示す斜視図、図２は加熱コイル駆動部の概要構成を示す回路図、図３はジャンパ線に流れる高周波電流が発生する磁界の向きを示す図、図４はプリント基板の厚み方向に貫通する磁界の向きを示す図である。なお、各図を通じて同一符号は同一部分を示している。図において、複数のスイッチング素子１ａが内蔵されたパワーモジュール１は、プリント基板２上の所定位置に実装され、パワーモジュール１には板状の複数のフィン３ａを有するヒートシンク３が取り付けられる。ヒートシンク３の図１の後方部には冷却風を通風するための電動式の冷却ファン４が設けられている。

パワーモジュール１の端子Ｐ、Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｎは、プリント基板２にそれぞれ対応するように設けられた所定の導体パターン２ａにそれぞれはんだ付け接続される。なお、複数の導体パターン２ａは互いに絶縁されている。また、パワーモジュール１の端子Ｐ、Ｎには図１では図示省略されている導体パターンを介して直流電源９と接続される。プリント基板２上に略逆Ｕ字型状に突出するように互いに等間隔、かつ平行に設けられた３本のジャンパ線５（５ｕ、５ｖ、５ｗ）は、ヒートシンク３のフィン３ａの延在方向に略平行になるように冷却風の下流側に従列的に配置されている。そして、パワーモジュール１の端子Ｕ（Ｕ相）はジャンパ線５ｕの一端部と導体パターン２ａを介して電気的に接続され、同様に端子Ｖ（Ｖ相）はジャンパ線５ｖの一端部と、端子Ｗ（Ｗ相）はジャンパ線５ｗの一端部とそれぞれはんだ付けにより電気的に接続されている。

ジャンパ線５ｕ、及びジャンパ線５ｗの各他端部は、導体パターン２ｂを介して共振コンデンサ６の一方の端子にはんだ付けにより電気的に接続され、ジャンパ線５ｖの他端部は導体パターン２ｃを介してネジ端子７ａにはんだ付けにより電気的に接続されている。なお、導体パターン２ｂと導体パターン２ｃとは互いに絶縁されている。そして、共振コンデンサ６の他方の端子はネジ端子７ｂに導体パターン２ｄを介してはんだ付けにより電気的に接続されている。また、図１では図示省略されているが、ネジ端子７ａ、７ｂには加熱コイル８のリード線が接続される。

また、この実施の形態１では、加熱コイル８に高周波電流を発生させるインバータとしてフルブリッジインバータを用いているが、このフルブリッジインバータの制御方法は広く知られているものであるため、ここでは説明を省略する。駆動回路１０は、パワーモジュール１内部のスイッチング素子ＵＰとＷＰは同じオンオフタイミングでスイッチングさせ、ＵＮとＷＮは同じオンオフタイミングでスイッチングさせる。つまり、スイッチング素子ＵＰとＷＰ、スイッチング素子ＵＮとＷＮはそれぞれ並列接続していることになる。このような構成においては、周知のように加熱コイル８に流れる高周波電流Ｉは、Ｕ字型のジャンパ線５ｕと５ｗにそれぞれＩ／２、ジャンパ線５ｖにＩ流れる。その他の構成は従来装置と同様であるので説明を省略する。

次に上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。まず、図１、図２のように構成された加熱コイル８に流れる高周波電流の発生させる磁界を図３、図４を用いて説明する。図３において、両端部に平行に配設されたジャンパ線５ｕと５ｗに流れる高周波電流は同一方向であることにより、ジャンパ線５ｕと５ｗに発生する磁界は同方向、中央部に配設されたジャンパ線５ｖに流れる高周波電流は逆方向であることにより、発生する磁界はこれと逆方向である。また、ジャンパ線５ｕ、５ｖ、５ｗとプリント基板２の間の面積は３つのジャンパ線で等しく、ジャンパ線５ｖに流れる電流は５ｕ、５ｗの２倍であるため、ジャンパ線５ｖの発生する磁界はジャンパ線５ｕ、５ｗの発生する磁界の２倍である。そのため、３つのジャンパ線５ｕ、５ｖ、５ｗの発生する磁界は相互に打ち消しあい、外部への磁束の漏洩は非常に少ない。

また、プリント基板２を上から見たものに相当する図である図４において、ジャンパ線５ｕと５ｖの間に発生する磁界とジャンパ線５ｖと５ｗの間に発生する磁界は逆方向である。また、ジャンパ線５ｕと５ｗに流れる電流が等しく、ジャンパ線５ｕと５ｖの間の面積と、ジャンパ線５ｗと５ｖの間の面積は等しいため、これらの発生する磁界は等しい。そのため、ジャンパ線５ｕと５ｖの間に発生する磁界と、ジャンパ線５ｖと５ｗの間に発生する磁界はそれぞれ打ち消しあい、外部への磁束の漏洩は非常に少ない。

一方、冷却ファン４から複数のフィン３ａの間に送風された冷却風は、これら複数のフィン４ａの下流に該フィン３ａの延在方向と平行に配置された３本のジャンパ線５（５ｕ、５ｖ、５ｗ）の側面に沿うように流れる。ジャンパ線５はこの冷却風によって、全体を冷却される。パワーモジュール１の端子Ｕ、Ｖ、Ｗの周辺に発生した発熱はそれぞれジャンパ線５ｕ、５ｖ、５ｗに移動し、冷却風によって放熱される。この放熱経路があるため、パワーモジュール１の端子Ｕ、Ｖ、Ｗが接続される導体パターン２ａが細くなっても高温となることは無い。また、パワーモジュール１の端子Ｐ、Ｎに接続される図示省略している導体パターンはその分太くできるため高温になることは無い。

上記説明したように、この発明の実施の形態１によれば、複数のジャンパ線５（５ｕ、５ｖ、５ｗ）を、プリント基板２上に互いに等間隔かつ平行に略逆Ｕ字型状に突出させると共に、冷却風の通風方向にヒートシンク３と従列的に配設し、かつ隣り合うジャンパ線を流れる電流の向きが逆となるように接続したことにより、スイッチング素子１ａ周辺の導体パターン２ａとはんだ付け部を効率良く冷却できるため、はんだ付け部にはんだクラックが発生し難くなる。従って信頼性が向上する。また、加熱コイル８に流れる高周波電流の発生する磁界が打ち消し合うため、外部に漏洩する磁界が低減されるという効果が得られる。また、ヒートシンク３に対して冷却風の通風方向上流側に冷却ファン４、下流側に複数のジャンパ線５を配設したので、冷却ファン４によって付勢された冷却風を無駄なく活用できる。

なお、上記実施の形態１では複数のスイッチング素子１ａを内蔵したパワーモジュール１を使用したが、これに限定されるものではなく、複数のスイッチング素子を個別に使用してもよい。また、フルブリッジインバータを用いているがハーフブリッジインバータなどを用いても本実施の形態１のようなＵ字型のジャンパ線を用いた構成をとることで同様の効果を得ることができる。さらに、ヒートシンク３のフィン３ａが連続した板状の場合について例示したが、フィン３ａの形状、構造は特に限定されるものではないことは言うまでもない。

この発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器の要部構造を模式的に示す斜視図。 図１に示された加熱コイル駆動部の概要構成を示す回路図。 図１に示されたジャンパ線に流れる高周波電流が発生する磁界の向きを示す図。 図１に示されたプリント基板の厚み方向に貫通する磁界の向きを示す図。

符号の説明

１ パワーモジュール、 １ａ スイッチング素子、 ２ プリント基板、 ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 導体パターン、 ３ ヒートシンク、 ３ａ フィン、 ４ 冷却ファン、 ５（５ｕ、５ｖ、５ｗ） ジャンパ線、 ６ 共振コンデンサ、 ７ａ、７ｂ ネジ端子、 ８ 加熱コイル、 ９ 直流電源、 １０ 駆動回路。

Claims (5)

1. プリント基板上に配設された、加熱コイルを駆動するスイッチング素子、このスイッチング素子を冷却するヒートシンク、並びに上記スイッチング素子及び上記加熱コイル間の電気的な接続経路を構成する導体パターン及び該導体パターンに接続された３本のジャンパ線と、上記ヒートシンクに冷却風を通風する冷却ファンとを備え、上記３本のジャンパ線は、上記プリント基板上に上記冷却風の通風部分に互いに略等間隔で平行に略逆Ｕ字型を形成するように突出されると共に、上記３本のジャンパ線のうち両端のジャンパ線を流れる電流を中央のジャンパ線に流れる電流に対して逆向きに、かつ、それぞれ半分となるように接続することを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 上記スイッチング素子を複数内蔵したパワーモジュールを上記ヒートシンクにて冷却することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理器。
3. 上記ヒートシンクに対して上記冷却風の通風方向上流側に上記冷却ファン、下流側に上記複数のジャンパ線が配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の誘導加熱調理器。
4. 上記複数のジャンパ線の上記冷却風の通風方向下流側に、上記加熱コイルに直列に接続された共振コンデンサ及び上記加熱コイルを接続するための２つの端子台が配設されていることを特徴とする請求項３に記載の誘導加熱調理器。
5. 上記ヒートシンクは、上記冷却風の通風方向に互いに並行に設けられた複数の板状のフィンを有し、上記複数のジャンパ線は前記フィンと平行に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の誘導加熱調理器。

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