JP5921377B2

JP5921377B2 - 誘導加熱調理器

Info

Publication number: JP5921377B2
Application number: JP2012171622A
Authority: JP
Inventors: 卓塁佐藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2016-05-24
Anticipated expiration: 2032-08-02
Also published as: JP2014032791A

Description

本発明は、商用電源の交流電圧を直流電圧に変換し、インバーター回路と制御回路の駆動電圧として供給する誘導加熱調理器に関する。

従来、シリコン半導体のＩＧＢＴ等で構成されるインバーター回路を駆動する直流電圧と、マイクロコンピュータ等で構成される制御回路を駆動する直流電圧が、それぞれ異なる電圧で回路を駆動するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

実公昭６１−３１５０８公報（第３頁、図１）

しかし、従来の技術によれば、インバーター回路を駆動する直流電圧と、制御回路を駆動する直流電圧が異なっていることからインバーター回路用電源、制御回路用電源の２つの電源を必要としており、インバーター回路用に信号を増幅するための回路も必要であった。よって、電源を生成する回路を構成する部品、信号を増幅する回路を構成する部品にコストが掛かるという課題があった。また、配線基板上にそれら部品を実装するためのスペースを確保しなければならず、配線基板の面積を小さく出来ないという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、制御回路を駆動する直流電圧と同一電位の電圧でインバーター回路を駆動するようにして、コスト抑制と配線基板の部品実装面積の抑制が可能な誘導加熱調理器を提供することを目的とする。

課題を解決する本発明の誘導加熱調理器は、被加熱物が載置可能な天板と、天板の下方に配設され、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手段と、加熱手段に高周波電流を供給する、ワイドバンドギャップ半導体からなる半導体素子を用いたインバーター回路と、インバーター回路を制御する制御回路と、インバーター回路と制御回路に直流電圧を供給する変圧回路と、を備え、変圧回路によって生成される同一電位の直流電圧を、インバーター回路と制御回路の駆動用に供給するようにして、インバーター回路と制御回路の制御信号経路を直接接続し、半導体素子は、制御回路の駆動用に供給される直流電圧と同一電圧以下の直流電圧で駆動するようにしたものである。

本発明によれば、
インバーター回路を構成する半導体素子に低電圧で駆動可能なワイドバンドギャップ半導体を用い、インバーター回路の駆動電圧を制御回路の駆動電圧と同一電位の低電圧で駆動することで、信号増幅回路が不要となるので誘導加熱調理器のコストを抑制でき、配線基板は信号増幅回路が実装不要となり部品実装面積を小さくできるので、誘導加熱調理器の配線基板の配置自由度が向上する。

本発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器の構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器の構成を示す天板を外した状態の斜視図である。本発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器の正面側から見た概略断面図である。本発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器の回路構成を示す概略図である。本発明の実施の形態２に係る誘導加熱調理器の回路構成を示す概略図である。

実施の形態１
（構成）
図１は本発明の実施の形態１に係る加熱調理器の構成を示す斜視図、図２は本発明の実施の形態１に係る加熱調理器の構成を示す天板を外した状態の斜視図、図３は本発明の実施の形態１に係る加熱調理器の正面から見た概略断面図である。
以下、図１、図２、図３により本発明の実施の形態１の加熱調理器の構成を説明する。
なお、それぞれの図において、同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する場合がある。

図１に示すように、本発明の実施の形態１の加熱調理器１００は、本体１の天面に被調理物を収容した調理容器１０を載置可能な非磁性体、例えば結晶化ガラスのようなガラスからなるトッププレート２と、その外周に図示しないシリコン系接着剤等で固着された金属、例えばステンレスで構成された枠体３を備えてなる天板４を備えている。それから、天板４に各種の操作入力を行う上面操作部５を備え、本体１の前面に各種の操作入力を行う前面操作部６と、加熱調理器の電源を入切する電源スイッチ７を備えている。

８は魚等の被調理物をその内部に載置してグリル調理やオーブン調理をする調理庫で、図３に示すように輻射式加熱手段１５ａ、１５ｂが内部に配設されている。

調理庫８は前面が開口していて、前述した輻射式加熱手段１５ａ、１５ｂが配設された内郭部材８ｂと、その外側を覆うように設けられた外郭部材８ａで構成されている。内郭部材８ｂと外郭部材８ａは金属材で形成されており、被調理物を直接収容する内郭部材８ｂは、さびや腐食を発生し難い例えばステンレスやホーロー鋼板で、外郭部材８ａは例えばメッキ鋼板のような金属材で形成される。また、内郭部材８ｂと外郭部材８ａは所定の空間を隔てて構成されている。

調理庫８の前面開口には、調理庫扉９が前方に引き出し自在に設けられている。調理庫扉９の引き出しに連動して、被調理物を載置する載置皿（図示せず）と焼き網（図示せず）が引き出されるようになっており、調理庫扉９を最も押し込んだ状態で調理庫８の前面開口が閉塞され調理が行える。調理の操作入力は、上面操作部５または前面操作部６から行えるようになっている。

トッププレート２の下方には、図２に示すように複数の加熱手段が配設されており、それぞれ誘導加熱コイルからなる誘導加熱手段で、１１は左誘導加熱手段、１２は右誘導加熱手段、１３は中央誘導加熱手段である。

ここで、誘導加熱手段とは、電磁誘導の原理を利用した加熱手段のことを言い、誘導加熱コイルに高周波電流を印加すると回転した磁力線が発生し誘導加熱コイル内部には一様な磁界が発生する。磁界が誘導加熱コイルを貫通すると誘導加熱コイル内部では磁束変化を妨げる磁界が発生し、被加熱物に渦電流が流れ高周波電流、例えば２０〜９０ｋＨｚの電流を印加することで流れ続ける。それで被加熱物の電気抵抗と渦電流によってジュール熱が発生することにより被加熱物が発熱する加熱方式のことである。

なお、前述の説明では３口の誘導加熱手段を備えた例をあげたが、加熱手段を３口供えた加熱調理器では、その内の１口が誘導加熱手段ではない加熱手段、例えばラジエントヒーターのような電熱線からなる輻射式加熱手段で構成してもよく適宜選択可能である。また、加熱手段は３口に限らず２口でもよく、その場合の加熱手段の組合せも誘導加熱手段、輻射式加熱手段から適宜選択可能である。

左誘導加熱手段１１、右誘導加熱手段１２、中央誘導加熱手段１３の下方には、図３に示すように遮蔽板１４により区分けされて調理庫８と、後述するマイクロコンピュータ３８やその他電子部品から構成される制御回路３７を実装した制御基板１６ｂと、後述する半導体素子１７及び１８から構成されるインバーター回路３５、整流回路３２やその他電子部品を実装したインバーター基板１６ａが配設されている。

なお、本発明の実施の形態では誘導加熱手段の下方で、調理庫を左側、制御基板及びインバーター基板を右側に配置した形態で説明したが、これに限定されるものではなく調理庫を右側に配置してもよく、制御基板を誘導加熱手段と同じ遮蔽板より上方に配置することも可能で、適宜配置位置を選択である。

（回路構成と動作）
図４は、本発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器の回路構成を示す概略図である。図４により、誘導加熱調理器の一つの誘導加熱口の回路構成を説明する。
なお、図４おいて、図１〜図３と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する場合がある。

図４に示すように商用電源３１は整流回路（ダイオードブリッジ）３２の交流入力端子に接続され、供給される交流電圧は整流回路（ダイオードブリッジ）３２にて直流電圧に変換され、整流回路（ダイオードブリッジ）３２の直流出力端子から出力される。

整流回路（ダイオードブリッジ）３２の直流出力端子はインダクタ３３を介して平滑コンデンサ３４の両端に接続されており、平滑コンデンサ３４の両端には直流母線を介してインバーター回路３５に接続され、直流電圧が供給されるようになっている。

インバーター回路３５は、前述した半導体素子１７と半導体素子１８から構成されている。半導体素子１７と半導体素子１８は電界効果トランジスタの１種であるＭＯＳＦＥＴであり、それぞれ保護のためのダイオード１９が接続されている。

また、半導体素子１７及び１８は、例えば炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドからなる半導体であり、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドからなる半導体は、珪素（Ｓｉ）からなる半導体のバンドギャップ（禁制帯）が１．１ｅＶ程度であるのに比べて３〜５倍程度バンドギャップ（禁制帯）が大きいことからワイドバンドギャップ半導体と呼ばれる。

ワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体素子１７及び１８は、シリコン半導体よりもスレッシュホールド電圧が低いことから、シリコン半導体の動作電圧１８Ｖよりも低い電圧での駆動が可能で、後述する制御回路３７のマイクロコンピュータ３８を駆動する電圧例えば３．３Ｖと同等以下の電圧で駆動できる。

そのため、後述する変圧回路４１で制御回路を駆動するための電圧とシリコン半導体を駆動するための電圧をそれぞれ生成する必要が無く、変圧回路４１の構成もシリコン半導体を使う場合よりも簡潔にすることが出来る。

それから、従来のシリコン半導体を駆動させるためにはマイクロコンピュータからの３．３Ｖの信号を１８Ｖ駆動に対応できるように増幅させる信号増幅回路が必要であったが、ワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体素子１７及び１８は、前述のようにマイクロコンピュータ３８を駆動する電圧３．３Ｖと同等以下の電圧で駆動できるため信号増幅回路が不要となる。

であるので、変圧回路４１の構成も簡潔にすることが出来、信号増幅回路も不要であることからインバーター基板１６ａに実装される電子部品を減らすことが出来ることから基板の小型化が可能となる。

また、ワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体素子１７及び１８は、耐電圧性が高く許容電流密度も高いため、シリコン半導体で形成された素子よりも小型化が可能であり、半導体素子１７及び１８が実装されるインバーター基板１６ａにおける半導体素子１７及び１８が占有する面積を小さくすることが出来ることから基板の小型化が可能となる。

インバーター回路３５は、半導体素子１７及び１８を直列に接続して構成されるハーフブリッジ回路でトーテムポール出力となっており、トーテムポール出力の出力部には誘導加熱コイルからなる誘導加熱手段、例えば本発明の左誘導加熱手段１１の一端側が接続されている。

左誘導加熱手段１１のもう一端側には、直流電源負電圧側直流母線との間に左誘導加熱手段１１と共振させ、インバーター回路３５に流れる直流電流を交流電流とするための共振用コンデンサ３６が接続されている。

制御回路３７を構成するマイクロコンピュータ３８からの３．３Ｖの駆動信号は、直流電源正電圧側の半導体素子１７に対してはフォトカプラ３９を介して入力される。半導体素子１７を駆動する電源は、コンデンサ４０に一時的に３．３Ｖの電荷を充電して使うブートストラップ回路で構成されている。

直流電源負電圧側の半導体素子１８に対してはマイクロコンピュータ３８からの３．３Ｖの駆動信号を直接入力して駆動するようになっている。

図４に示すように商用電源３１には変圧回路４１も接続されている。変圧回路４１は整流回路（ダイオードブリッジ）４２、平滑コンデンサ４３、スイッチング素子４４、スイッチング制御回路４５、トランス４６、電源生成部４７で構成されている。

商用電源３１から供給される交流電圧は整流回路（ダイオードブリッジ）４２にて直流電圧に変換され、スイッチング素子４４、スイッチング制御回路４５、トランス４６によって変圧され電源生成部４７で３．３Ｖの電圧が生成されるようになっている。

前述のように構成された誘導加熱調理器において、図１に示す上面操作部５あるいは前面操作部６の操作入力を受けて、制御回路３７を構成するマイクロコンピュータ３８からの駆動信号が、インバーター回路３５の半導体素子１７へはフォトカプラ３９を介して入力され、半導体素子１８へは直接入力される。

マイクロコンピュータ３８とフォトカプラ３９は、変圧回路４１で生成された電源電圧３．３Ｖが供給されて動作している。

駆動信号が入力された半導体素子１７及び半導体素子１８によりインバーター回路３５として駆動し、半導体素子１７と半導体素子１８が直列に接続されたトーテムポール出力の出力部から、高周波電流が誘導加熱コイルからなる左誘導加熱手段１１に印加される。

高周波電流が印加された左誘導加熱手段１１により被加熱物に渦電流が流れて誘導加熱され被加熱物が加熱される。

半導体素子１７及び１８は前述のようにワイドバンドギャップ半導体であり、低電圧駆動が可能であるので、半導体素子１８はマイクロコンピュータ３８からの３．３Ｖの駆動信号で、半導体素子１７はコンデンサ４０に一時的に充電された３．３Ｖの電源で駆動される。

以上のように本発明の実施の形態１の誘導加熱調理器は、インバーター回路を構成する半導体素子を低電圧で動作可能なワイドバンドギャップ半導体によって形成したので、制御回路を構成するマイクロコンピュータとインバーター回路を構成する半導体素子を同等以下の電圧で駆動できるため、従来のシリコン半導体を駆動するために必要であった信号増幅回路が不要となり、インバーター回路を搭載する配線基板に実装される電子部品を削減出来るので基板の小型化が可能となり、部品削減によるコストダウンも可能となる。

また、ワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体素子は、耐電圧性が高く許容電流密度も高いため、シリコン半導体で形成された素子よりも小型化が可能であり、インバーター回路を搭載する配線基板に実装される、ワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体素子が配線基板上で占有する面積を小さくすることが出来ることから基板の小型化が可能となる。

実施の形態２
（回路構成と動作）
図５は本発明の実施の形態２に係る誘導加熱調理器の回路構成を示す概略図である。
本発明の実施の形態２に係る誘導加熱調理器は本発明の実施の形態１に係る加熱調理器と本体の構成は同一であり、回路構成が異なるだけであるので、異なる回路構成について同一部分も含め説明する。

図５に示すように、本発明の実施の形態２の誘導加熱調理器の回路構成では、本発明の実施の形態１の誘導加熱調理器の回路構成と同様、商用電源３１は整流回路（ダイオードブリッジ）３２の交流入力端子に接続され、供給される交流電圧は整流回路（ダイオードブリッジ）３２にて直流電圧に変換され、整流回路（ダイオードブリッジ）３２の直流出力端子から出力される。

そのため、本発明の実施の形態１の誘導加熱調理器の回路構成と同様に、変圧回路４１で制御回路を駆動するための電圧とシリコン半導体を駆動するための電圧をそれぞれ生成する必要が無く、変圧回路４１の構成もシリコン半導体を使う場合よりも簡潔にすることが出来る。

それから、従来のシリコン半導体を駆動させるためにはマイクロコンピュータからの３．３Ｖの信号を１８Ｖ駆動に対応できるように増幅させる信号増幅回路が必要であったが、ワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体素子１７及び１８は、本発明の実施の形態１の誘導加熱調理器の回路構成と同様に、マイクロコンピュータ３８を駆動する電圧３．３Ｖと同等以下の電圧で駆動できるため信号増幅回路が不要となる。

直流電源負電圧側の半導体素子１８に対してはマイクロコンピュータ３８からの３．３Ｖの駆動信号を、トランジスタからなるコレクタ接地回路４８を介して入力し駆動するようになっている。

コレクタ接地回路４８はエミッタフォロワ回路とも呼ばれ、低インピーダンスで電流増幅率が高いので半導体素子１８へ供給できる電流が増え、それにより半導体素子１８の駆動速度を向上させることができる。

図５に示すように本発明の実施の形態１の誘導加熱調理器の回路構成と同様、商用電源３１には変圧回路４１も接続されている。変圧回路４１は整流回路（ダイオードブリッジ）４２、平滑コンデンサ４３、スイッチング素子４４、スイッチング制御回路４５、トランス４６、電源生成部４７で構成されている。

以上のように本発明の実施の形態２の誘導加熱調理器は、インバーター回路を構成する半導体素子を低電圧で動作可能なワイドバンドギャップ半導体によって形成したので、制御回路を構成するマイクロコンピュータとインバーター回路を構成する半導体素子を同等以下の電圧で駆動できるため、従来のシリコン半導体を駆動するために必要であった信号増幅回路が不要となり、インバーター回路を搭載する配線基板に実装される電子部品を削減出来るので基板の小型化が可能となり、部品削減によるコストダウンも可能となる。

それから、マイクロコンピュータと半導体素子を接続する信号線の間にトランジスタからなるコレクタ接地回路を直列に接続したので、マイクロコンピュータからの駆動信号を、トランジスタからなるコレクタ接地回路を介して電流を増幅して直流電源負電圧側の半導体素子に入力し駆動するようにでき、半導体素子のＯＮ、ＯＦＦ動作の速度を向上させることが出来る。

なお、本発明の実施の形態１及び本発明の実施の形態２では半導体素子を使用するインバーター回路の一例としてハーフブリッジ構成の回路で説明したが、これに限定されるものではなく、フルブリッジ構成の回路、一石共振構成の回路でも良く、回路構成はその回路が搭載される機器に応じて適宜選択可能である。

１本体、２トッププレート、３枠体、４天板、５上面操作部、６前面操作部、７電源スイッチ、８調理庫、８ａ外郭部材、８ｂ内郭部材、９調理庫扉、１０調理容器、１１左誘導加熱手段、１２右誘導加熱手段、１３中央誘導加熱手段、１４遮蔽板、１５ａ輻射式加熱手段、１５ｂ輻射式加熱手段、１６ａインバーター基板、１６ｂ制御基板、１７半導体素子（ワイドバンドギャップ半導体）、１８半導体素子（ワイドバンドギャップ半導体）、１９ダイオード、３１商用電源、３２整流回路（ダイオードブリッジ）、３３インダクタ、３４平滑コンデンサ、３５インバーター回路、３６共振用コンデンサ、３７制御回路、３８マイクロコンピュータ、３９フォトカプラ、４０コンデンサ、４１変圧回路、４２整流回路（ダイオードブリッジ）、４３平滑コンデンサ、４４スイッチング素子、４５スイッチング制御回路、４６トランス、４７電源生成部、４８コレクタ接地回路、１００加熱調理器。

Claims

被加熱物が載置可能な天板と、
該天板の下方に配設され、高周波電流が流れることにより前記被加熱物を誘導加熱する加熱手段と、
該加熱手段に高周波電流を供給する、ワイドバンドギャップ半導体からなる半導体素子を用いたインバーター回路と、
該インバーター回路を制御する制御回路と、
前記インバーター回路と前記制御回路に直流電圧を供給する変圧回路と、を備え、
前記変圧回路によって生成される同一電位の直流電圧を、前記インバーター回路と前記制御回路の駆動用に供給するようにして、
前記インバーター回路と前記制御回路の制御信号経路を直接接続し、
前記半導体素子は、前記制御回路の駆動用に供給される直流電圧と同一電圧以下の直流電圧で駆動するようにしたことを特徴とする
誘導加熱調理器。
被加熱物が載置可能な天板と、
該天板の下方に配設され、高周波電流が流れることにより前記被加熱物を誘導加熱する加熱手段と、
該加熱手段に高周波電流を供給する、ワイドバンドギャップ半導体からなる半導体素子を用いたインバーター回路と、
該インバーター回路を制御する制御回路と、
前記インバーター回路と前記制御回路に直流電圧を供給する変圧回路と、を備え、
前記変圧回路によって生成される同一電位の直流電圧を、前記インバーター回路と前記制御回路の駆動用に供給するようにして、
前記インバーター回路と前記制御回路の制御信号経路に、トランジスタからなるコレクタ接地回路を直列に接続し、
前記半導体素子は、前記制御回路の駆動用に供給される直流電圧と同一電圧以下の直流電圧で駆動するようにしたことを特徴とする誘導加熱調理器。
前記トランジスタは、前記インバーター回路と前記制御回路の駆動用に供給される直流電圧と同一電位以下の直流電圧で駆動するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱調理器。
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の誘導加熱調理器。