JP5419764B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

本発明は、インバータを構成するパワー素子の冷却手段を備えた誘導加熱調理器に関するものである。

従来この種の誘導加熱調理器として、「プリント基板２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１ａ、このスイッチング素子を冷却するヒートシンク３、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２ａ及び複数のジャンパ線５と、上記ヒートシンクに冷却風を通風する冷却ファン４とを備え、上記複数のジャンパ線は、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、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。」という誘導加熱調理器（例えば、特許文献１参照）が提案されている。

また、他の誘導加熱調理器として、「半導体スイッチング素子の冷却フィン７４，７５を取り囲むようにインバータ基板２４を設け、この上に高周波電源コンデンサ６１、共振コンデンサ６２ａ，６２ｂなどの高周波回路部を冷却フィン７４，７５の近傍に位置するように設け、フィルタコンデンサ４２、コモンモードチョークコイル４３，４４、フィルタコンデンサ５７などの低周波交流濾波部と全波整流器５８とフィルタコンデンサ５９、チョークコイル６０などの低周波直流濾波部を高周波回路部の周囲に沿って配設」し、冷却フィン７４，７５に冷却ファン２５からの冷却風を送るようにした誘導加熱調理器（例えば、特許文献２参照）が提案されている。

特開２００８−２３５１２４号公報（要約、第１図） 特開平５−１１４４７１号公報（要約、第３図）

上記特許文献１の誘導加熱調理器では、インバータを構成するスイッチング素子（パワー素子）の自己発熱によるチップ温度上昇を抑制するために冷却フィンを必要としており、冷却フィン容量（大きさ）のために基板面積が大きくなってしまうという問題があった。

また、上記特許文献２の誘導加熱調理器では、パワー素子を効率的に冷却するために大型の冷却ファンを必要としており、コストアップと同時に誘導加熱調理器が大型化する問題があった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、パワー素子の冷却構造を簡略化でき、小型で低コストな誘導加熱調理器を提供することを目的とする。

本発明に係る誘導加熱調理器は、直流電力を高周波電力に変換する、スイッチング素子を用いたインバータ回路と、インバータ回路の出力に接続され、高周波電流が流れることにより被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、加熱コイルの外周に配設され、加熱コイルからの漏洩磁束を低減させるための環状導電体とを有し、スイッチング素子を環状導電体に熱的に結合するように環状導電体に直接的に取り付けたものである。

本発明によれば、スイッチング素子を環状導電体に熱的に結合するように環状導電体に直接的に取り付け、環状導電体を冷却フィンとして使用するようにしたので、スイッチング素子の冷却専用の部品が省略可能となり、小型化および低コスト化を実現できる。

本発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器の正面概略断面図である。 図１の誘導加熱調理器の加熱コイル駆動部の回路構成図である。 本発明の実施の形態２に係る誘導加熱調理器の正面概略断面図である。 本発明の実施の形態３に係る誘導加熱調理器の正面概略断面図である。 本発明の実施の形態４に係る誘導加熱調理器の正面概略断面図である。

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の正面概略断面図である。
誘導加熱調理器は、鍋やフライパンなどの被加熱物を載置する天板１を備えており、天板１直下には、天板１上に載置された被加熱物を誘導加熱する加熱コイル２が設けられている。加熱コイル２はコイルベース３上に載置され、接着やネジ留め等によってコイルベース３に固定されている。コイルベース３の下面には、加熱コイル２からの漏洩磁束を磁気的にシールドする磁性体としてのフェライトコア４が配置されている。このフェライトコア４は、加熱コイル２から発生する磁力線を天板１上方の被加熱物に集中させるためのものである。また、加熱コイル２の外周には、加熱コイル２からの漏洩磁界を低減するための環状導電体５が配置されている。

環状導電体５は、アルミなどの導電性材料で構成されており、加熱コイル２の外周を取り囲む円筒部５ａと、円筒部５ａの上端から外方に延びる円板環状のフランジ部５ｂとから構成されている。この種の磁束漏洩低減のための環状導電体５は従来より設置されているものであるが、本発明は、この環状導電体５に、後述のインバータ回路１０のパワー素子（スイッチング素子）６を熱的に結合するように取り付けた点に特徴を有している。このように、従来既存の環状導電体５を、言わば放熱冷却を行う冷却フィンと見立ててパワー素子６を取り付ける構造とすることにより、従来必要とされていた冷却フィンや冷却ファンを省略可能な冷却構造とすることができる。環状導電体５の円筒部５ａは、加熱コイル２の外径よりも大きい内径を有するため、冷却フィンとして機能するのに十分な大きさを有している。また、パワー素子６としては、低損失で耐熱性に優れ、また発熱量が少ないシリコンカーバイド（ＳｉＣ）からなるＳｉＣパワー素子を用いることが好ましい。

パワー素子６は、環状導電体５のフランジ部５ｂの天板１と反対側に、ねじ留め等の固定手段（図示せず）により熱的に結合するように取り付けられている。環状導電体５のうち、磁束漏洩低減手段として主に機能するのは円筒部５ａであり、フランジ部５ｂは、パワー素子６の取付面として機能している。このように円筒部５ａだけでなくフランジ部５ｂを有する構成とすることにより、パワー素子６の環状導電体５への取付を容易としている。また、フランジ部５ｂを有する構成とすることで、円筒部５ａだけの構成とした場合に比べて環状導電体５の面積が増え、放熱効果を向上することができる。なお、ここでは、取付の容易性や放熱効果向上の面から、フランジ部５ｂにパワー素子６を取り付けた例を示したが、本発明は、フランジ部５ｂを省略して円筒部５ａにパワー素子６を取り付ける構造も含むものとする。

また、パワー素子６を上述したように環状導電体５に取り付けるため、各種電気部品等が搭載された基板７に対しては、リード線８を介して電気的に接続している。このリード線８を短くする都合上、ここでは、基板７を下部本体ケース９に立設して配置している。

図２は、図１の誘導加熱調理器の加熱コイル駆動部の回路構成図である。図２において図１と同一部分には同一符号を付す。
加熱コイル駆動部は、直流電力を高周波電力に変換するインバータ回路１０と、インバータ回路の出力に接続され、高周波電流が流れることにより被加熱物を誘導加熱する加熱コイル２及び共振コンデンサ１２からなる負荷回路１３とを有している。インバータ回路１０は、スイッチング素子（パワー素子）６と、そのパワー素子６にそれぞれ逆並列に接続されたダイオード１１とからなる。また、誘導加熱調理器は、商用電源１４に接続され、この商用電源１４から供給される交流電圧は、整流回路１５にて直流電圧に変換され、インバータ回路１０に供給されるようになっている。

このように構成された誘導加熱調理器において、図示しない操作パネルの操作により加熱動作の開始が入力されると、インバータ回路１０が駆動する。インバータ回路１０の駆動によりパワー素子６が発熱し、その熱は環状導電体５へと伝達され、環状導電体５から放熱される。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、加熱コイル２を取り囲むように環状導電体５を配設しているため、加熱コイル２に流れる高周波電流により生じる漏洩磁束や高周波雑音を抑制できる。

また、パワー素子６を環状導電体５に熱的に結合するように取り付け、環状導電体５を冷却フィンとして使用するようにしたので、従来、基板上に搭載されていた冷却専用の冷却フィンを省略でき、基板面積を小型化できると共にコストダウンを図ることができる。また、従来基板上に配置していたパワー素子６を環状導電体５へ取り付けるため、この面からも、基板面積を小型化することが可能である。

また、実施の形態１では、環状導電体５が、主として磁束漏洩手段として機能する円筒部５ａだけでなくフランジ部５ｂを有する構成とし、そのフランジ部５ｂにパワー素子６を取り付けるようにした。これにより、取付面が曲面となる円筒部５ａに取り付ける場合に比べ、平面であるフランジ部５ｂへの取り付けであるため、取付構造を容易とすることができる。また、フランジ部５ｂを設けたことにより、円筒部５ａだけの構成とした場合に比べて環状導電体５の面積が増えて放熱効果を向上することができる。

また、パワー素子６として、従来のシリコン半導体を用いたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のパワー素子よりも発熱量を大幅に低減でき、且つ耐熱性の高いＳｉＣパワー素子を用いることにより、パワー素子冷却用のファンを削除することが可能となる。よって、誘導加熱調理器の小型化と、更なるコストダウンを図ることができる。なお、放熱性の面で仮に冷却ファンを削除することができなくとも、ファン速度を低減させることが可能となり、静音化及び省エネ化を図ることができる。また、誘導加熱調理器の小型化が可能となるため、運搬の容易性が向上する。また、冷却フィンや冷却ファンの削除が可能となるため、構成部品数が低減して製造工程の簡略化が可能となり、環境負荷低減の効果も期待できる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る誘導加熱調理器の正面概略断面図である。図３において、図１に示した実施の形態１と同一部分には同一符号を付す。また、回路構成は図２と同様である。
実施の形態２の誘導加熱調理器は、実施の形態１の環状導電体５に代えて、環状導電体２１を設けたもので、その他の部品構成は実施の形態１と同様である。環状導電体２１は、円筒部２１ａと、円筒部２１ａの上端から外方に天板１と略平行に延びる円板環状のフランジ部２１ｂと、フランジ部２１ｂの端部から天板１と反対方向に延びる壁部２１ｃとから構成されている。また、実施の形態１と同様のパワー素子６を、壁部２１ｃの外周面に図示しない固定手段を介して熱的に結合するように取り付けた構成としている。また、実施の形態２では、横置きにした基板７にリード線８を介してパワー素子６を電気的に接続している。なお、全実施の形態において基板７の配置方法は特に限定するものではないが、実施の形態２では、パワー素子６を縦置きにした構成であるため、基板７を下部本体ケース９に横置きにしても、短いリード線８で接続できる。

このように構成した実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られる。また、環状導電体２１のフランジ部２１ｂを、実施の形態１の環状導電体５のフランジ部５ｂに比べて幅狭に構成すれば、実施の形態１に比べて全体の小型化が可能である。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る誘導加熱調理器の正面概略断面図である。図４において、図３に示した実施の形態２と同一部分には同一符号を付す。また、回路構成は図２と同様である。
実施の形態３の誘導加熱調理器は、実施の形態２の環状導電体２１の一部（ここではフランジ部２１ｂ）を円板環状の伝熱材３１を介してガラス製の天板１裏面に接触させるようにしたものである。その他の構成は実施の形態２と同様である。

このように構成したことにより、実施の形態２と同様の効果が得られると共に、伝熱材３１を設けたことにより、通常、１００℃以上となるパワー素子６の熱を、環状導電体２１から伝熱材３１及びガラス製の天板１を介して被加熱物に与えることができる。よって、被加熱物の加熱を促進させることができる。また、環状導電体２１自身の放熱も促進させることができ、パワー素子６の温度低減に寄与できる。

なお、被加熱物と接触した部分の天板１は被加熱物の温度と同じとなるため、被加熱物の温度によってはパワー素子６の温度よりも天板温度が高温となる可能性がある。しかし、天板１において被加熱物と接触する部分よりも外側にある程度離れた位置に環状導電体２１のフランジ部２１ｂが接触する構造とすることで、被加熱物の温度の影響を受けず、天板１から放熱することが可能である。

実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４に係る誘導加熱調理器の正面概略断面図である。図５において、図３に示した実施の形態２と同一部分には同一符号を付す。また、回路構成は図２と同様である。
実施の形態４の誘導加熱調理器は、環状導電体２１の壁部２１ｃの内側に形成された空間内に、パワー素子６と共振コンデンサ１２とを配置したものである。壁部２１ｃの上下方向の長さは、その内側空間に、パワー素子６、共振コンデンサ１２及び基板７を全て収容できる長さとする。

このように構成したことにより、実施の形態２と同様の効果が得られると共に、加熱コイル２と同様に高周波大電流が流れるインバータ回路１０等で発生する放射雑音を環状導電体２１により抑制できる。

なお、上記実施の形態１〜４においてそれぞれ別の実施の形態として説明したが、各実施の形態を適宜組み合わせて誘導加熱調理器を構成してもよい。例えば、図５に示した実施の形態４と実施の形態３とを組合せ、実施の形態４の構成において、環状導電体２１に実施の形態３の伝熱材３１を取り付けた構成としてもよい。

１ 天板、２ 加熱コイル、３ コイルベース、４ フェライトコア、５ 環状導電体、５ａ 円筒部、５ｂ フランジ部、６ パワー素子（スイッチング素子）、７ 基板、８ リード線、９ 下部本体ケース、１０ インバータ回路、１１ ダイオード、１２ 共振コンデンサ、１３ 負荷回路、１４ 商用電源、１５ 整流回路、２１ 環状導電体、２１ａ 円筒部、２１ｂ フランジ部、２１ｃ 壁部、３１ 伝熱材。

Claims (9)

1. 直流電力を高周波電力に変換する、スイッチング素子を用いたインバータ回路と、
   前記インバータ回路の出力に接続され、高周波電流が流れることにより被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
   前記加熱コイルの外周に配設され、加熱コイルからの漏洩磁束を低減させるための環状導電体とを有し、
   前記スイッチング素子を前記環状導電体に熱的に結合するように前記環状導電体に直接的に取り付けたことを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 前記環状導電体の一部を、伝熱材を介して、被加熱物が載置される天板に接触させたことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
3. 直流電力を高周波電力に変換する、スイッチング素子を用いたインバータ回路と、
   前記インバータ回路の出力に接続され、高周波電流が流れることにより被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
   前記加熱コイルの外周に配設され、加熱コイルからの漏洩磁束を低減させるための環状導電体とを有し、
   前記スイッチング素子を前記環状導電体に熱的に結合するように取り付け、また、前記環状導電体の一部を、伝熱材を介して、被加熱物が載置される天板に接触させたことを特徴とする誘導加熱調理器。
4. 前記加熱コイルと共振コンデンサとからなる負荷回路を備え、前記環状導電体は、前記加熱コイルの下方の空間を囲む壁部を有し、該壁部の内側空間に、前記スイッチング素子と前記共振コンデンサとを配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。
5. 前記環状導電体は、加熱コイルの外周を取り囲む円筒部と、該円筒部の上端から外方に延びる円板環状のフランジ部とを有し、該フランジ部の下面に前記スイッチング素子を取り付けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。
6. 前記環状導電体は、加熱コイルの外周を取り囲む円筒部と、該円筒部の上端から外方に延びる円板環状のフランジ部と、該フランジ部の端部から下方に延びる壁部とを有し、該壁部の外面に前記スイッチング素子を取り付けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。
7. 直流電力を高周波電力に変換する、スイッチング素子を用いたインバータ回路と、
   前記インバータ回路の出力に接続され、高周波電流が流れることにより被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
   前記加熱コイルの外周に配設され、加熱コイルからの漏洩磁束を低減させるための環状導電体とを有し、
   前記環状導電体は、加熱コイルの外周を取り囲む円筒部と、該円筒部の上端から外方に延びる円板環状のフランジ部とを有し、該フランジ部の下面に前記スイッチング素子を熱的に結合するように取り付けたことを特徴とする誘導加熱調理器。
8. 直流電力を高周波電力に変換する、スイッチング素子を用いたインバータ回路と、
   前記インバータ回路の出力に接続され、高周波電流が流れることにより被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
   前記加熱コイルの外周に配設され、加熱コイルからの漏洩磁束を低減させるための環状導電体とを有し、
   前記環状導電体は、加熱コイルの外周を取り囲む円筒部と、該円筒部の上端から外方に延びる円板環状のフランジ部と、該フランジ部の端部から下方に延びる壁部とを有し、該壁部の外面に前記スイッチング素子を熱的に結合するように取り付けたことを特徴とする誘導加熱調理器。
9. 前記スイッチング素子にＳｉＣ半導体を使用したことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。

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