JP2019121543A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】ブートストラップ動作後にインバータを駆動した際に発生する短絡電流を抑制することができる誘導加熱調理器を提供する。【解決手段】加熱コイルを駆動するための電力を供給する上下アーム分離した電流共振型の回路構成をしたインバータ駆動部を備え、上下アームにそれぞれＩＧＢＴと、ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間にスナバコンデンサと、スナバコンデンサに並列に接続された充放電抵抗とを設け、ＩＧＢＴを駆動するＩＧＢＴ駆動回路を備え、ＩＧＢＴ駆動回路に電力を供給するＩＧＢＴ用電源８２を備え、上アームＩＧＢＴ駆動回路７３ａの電源に駆動回路用コンデンサ７５と、ＩＧＢＴ用電源から駆動回路用コンデンサに電力を供給するダイオード７６とを設け、下アームＩＧＢＴ６９ｂがＯＮした時にダイオードを介して駆動回路用コンデンサに電力を蓄え、その後、下アームＩＧＢＴをＯＦＦした後に、前記インバータ駆動部の駆動を開始する。【選択図】図５

Description

本発明は、被加熱物を誘導加熱によって加熱する加熱手段を備え、該加熱手段をインバータ回路によって駆動する形式の加熱調理器に関するものである。

従来、誘導加熱調理器に用いられるインバータ装置は、電源端子の高圧側アーム(以下これを上アームとする)に第１のスイッチング素子を、低圧側アーム(以下これを下アームとする)に第２のスイッチング素子を配置して、上下アームのスイッチング素子を交互に動作させることで加熱コイルに交流電流を発生させている。

この際、上アームの駆動回路の電源電圧を確保するために、ブートストラップ回路と呼ばれる電源供給回路が用いられる(特許文献１)。

また、インバータ回路の短絡電流を抑制し、素子の保護とノイズの低減をはかるために、上下アームのスイッチング素子と並列にコンデンサ(以下これをスナバコンデンサとする)が実装されている(特許文献２)。

特開２０１１−３５９８３号公報 特開２０１７−２２１４４号公報

従来のインバータ回路では、ブートストラップ回路の動作後は上アームのスナバコンデンサの印加電圧は商用電源電圧の振幅と等しくなっている。そのため、ブートストラップ回路の動作後に初めて上アームのスイッチング素子をＯＮにした瞬間に、突入電流が発生する。

この突入電流により、スイッチング素子とスナバコンデンサに対して、素子の破壊や寿命の低下といった問題が発生する恐れがある。また、該突入電流に耐えられる部品を選定する必要があるため、部品選定の選択肢が狭められてしまう問題がある。

本発明の誘導加熱調理器は、上記の問題を解決するためになされたものであり、被加熱物を誘導加熱によって加熱する加熱コイル１３を備え、加熱コイル１３を駆動するための電力を供給する上アーム及び下アームに分離した電流共振型の回路構成をしたインバータ駆動部を備え、該インバータ駆動部には、前記上アーム及び下アームにそれぞれ加熱コイル１３への電力を供給する上アームＩＧＢＴ６９ａ及び下アームＩＧＢＴ６９ｂと、上アームＩＧＢＴ６９ａ及び下アームＩＧＢＴ６９ｂのコレクタ−エミッタ間にサージ電圧を吸収する上アームスナバコンデンサ７０ａ及び下アームスナバコンデンサ７０ｂと、上アームスナバコンデンサ７０ａ及び下アームスナバコンデンサ７０ｂに並列に接続された上アーム充放電抵抗７４ａ及び下アーム充放電抵抗７４ｂとを設け、上アームＩＧＢＴ６９ａ及び下アームＩＧＢＴ６９ｂを駆動する上アームＩＧＢＴ駆動回路７３ａ及び下アームＩＧＢＴ駆動回路７３ｂを備え、上アームＩＧＢＴ駆動回路７３ａ及び下アームＩＧＢＴ駆動回路７３ｂに電力を供給するＩＧＢＴ用電源８２を備え、上アームＩＧＢＴ駆動回路７３ａの電源に駆動回路用コンデンサ７５と、ＩＧＢＴ用電源８２から駆動回路用コンデンサ７５に電力を供給するダイオード７６とを設け、下アームＩＧＢＴ６９ｂがＯＮした時にダイオード７６を介して駆動回路用コンデンサ７５に電力を蓄え、その後、下アームＩＧＢＴ６９ｂをＯＦＦした後に、前記インバータ駆動部の駆動を開始することを特徴とする。

本発明によれば、ブートストラップ動作後の短絡電流を抑制することができ、素子の破壊や寿命の低下の防止、および部品選定の選択肢の拡大をはかることができる。

本発明の誘導加熱調理器をシステムキッチンに収納した状態の斜視図である。 同誘導加熱調理器のプレートを外した状態を示す説明図である。 同誘導加熱調理器の側面から見た主要断面図である。 同誘導加熱調理器の上面操作部の説明図である。 同誘導加熱調理器のブートストラップ回路の略図である。

以下、本発明の実施例を上記図面に従って説明する。

尚、本実施例は、キッチンに嵌め込むビルトイン型の他にキッチンに載置する据置型の加熱調理器であっても差し支えない。

加熱調理器の本体２は、システムキッチン１の上面から落とし込んで設置することで組み込まれる。

調理を行う被加熱物の鍋（図示せず）は、本体２の上面に配置された耐熱ガラス等からなり光を透過するプレート３の載置部６に載置されることで調理可能となる。

載置部６は、本体２上面のプレート３の上面手前に載置部右６ａと載置部左６ｂが配置され、これら両載置部６ａおよび６ｂの間の奥（中央後部）に載置部中央６ｃが配置されている。そして、プレート３を挟んで各載置部６の下に鍋を加熱するための後述する加熱コイルユニット２５がそれぞれ設置されている。配置は、載置部右６の下方には加熱コイルユニット右２５ａが、載置部左６ｂの下方には加熱コイルユニット左２５ｂが、載置部中央６ｃの下方には加熱コイルユニット中央２５ｃが設けられている。

プレート３の周囲端面には、プレート３を保護するためにフレーム１４が設けられている。該フレーム１４は、プレート３の手前の上端縁に取り付けられるフレーム前１４ａと、プレート３の後方上端縁に取り付けられるフレーム後１４ｂと、右側上端縁に取り付けられる１４ｃと、左側上端縁に取り付けられるフレーム左１４ｄとで構成されている。

本体２の内部には、発熱部材である後述する加熱コイルユニット２５や制御回路を構成する電子部品が設けられており、該加熱コイルユニット２５や制御回路の後方には、これらを冷却するための送風ファン２０と、本体２の外部から空気を吸込むための吸気口７及び冷却後の排気を排出する排気口８が設けられている。

前記吸気口７で吸入した空気は、本体２の内部で発熱する後述する加熱コイルユニット２５や電子部品を冷却した後に排気口８から本体２外に排出される。

また、本体２の左側には、魚やピザなどを焼くためのロースター４が設けられている。

次に被加熱物の鍋を加熱する加熱手段である加熱コイルについて説明する。

鍋（図示せず）を加熱するための加熱コイルユニット２５は、加熱コイル１３とコイルベース２４とフェライト（図示せず）から構成されている。そして、プレート３と加熱コイルユニット２５との間には一定の隙間が設けられ、この隙間に前記送風ファン２０からの冷却風の一部を流して、プレート３の裏面と加熱コイルユニット２５を冷却している。

加熱コイル１３の巻線は表皮効果を抑制するためリッツ線を採用している。この加熱コイル１３には調理鍋（図示せず）を加熱するために後述するインバータ基板（左右インバータ基板１８、中央インバータ基板１７）から数十ｋＨｚ、数百Ｖの電圧が印加される。

コイルベース２４は、加熱コイル１３を下から固定すると共に、フェライト（図示せず）が略放射状に埋設されている。

また、加熱コイル１３の略中央部の空間には、自動調理時など鍋の温度を検知する温度検知素子２１が取付けられている。

次に、加熱コイル１３とインバータ基板の冷却について説明する。

インバータ基板は、左右の加熱コイル１３ａ、１３ｂを駆動するインバータ回路を搭載した左右インバータ基板１８と、加熱コイル中央１３ｃを駆動する中央インバータ基板１７とで構成されている。

左右インバータ基板１８、中央インバータ基板１７は基板ケース２６内に配置され、電子部品で発熱した熱を効率よく送風ファン２０からの冷却風と熱交換して温度を下げるように放熱フィン２２、２３が設けられしている。

送風ファン２０により吸気口７から吸込まれた冷却用の外気は、基板ケース２６内を通流し、左右インバータ基板１８や中央インバータ基板１７、制御回路を搭載した制御基板１９の電子部品から熱を奪った後、基板ケース２６から吹き出て、各加熱コイル１３や本体２内のその他の部品やプレート３の裏面を冷却した後に排気口８から外部に排出する。

基板ケース２６は、ロースター４が設置されている加熱コイルユニット左２５ｂとは反対の加熱コイルユニット右２５ａの下方に設置されている。本実施例では加熱コイルユニット右２５ａの下側に設置され、中に左右インバータ基板１８、中央インバータ基板１７を配置することで調理時に加熱コイル１３やロースター４からのふく射熱を遮り、また、内部に冷却用空気が効率よく行き渡るように冷却用空気が通る風路が形成されている。

次に操作部と表示部について説明する。

主電源スイッチ９ｄは押しボタンによって構成されており、押下する毎に電源投入状態と停止状態とを切り替える。

上面操作部９は静電容量式の変化を検出するタッチキーによって構成されている。

キー部とは、上面操作部９に設けられた切/スタートキー４８・５６・６１、とろ火キー４９ａ・５７ａ、弱火キー４９ｂ・５７ｂ、中火キー４９ｃ・５７ｃ、強火キー４９ｄ・５７ｄ、メニューキー５２・６０・６４などを示す。

上面操作部９はプレート３の前面側に設けられ、載置部右６ａ、載置部中央６ｃ、載置部左６ｂに対応して右から、上面操作部右９ａ、上面操作部中央９ｃ、上面操作部左９ｂが配置されている。そして各上面操作部９の上側には上面表示部右１０ａ、上面表示部中央１０ｃ、上面表示部左１０ｂからなる上面表示部１０が設けられている。

上面表示部１０は、表示ホルダ３２によってプレート３に押さえられ、中央部には、表示部に文字等を表示する駆動回路を含んだ表示基板３３を固定している。

次に、鍋への加熱条件を設定する上面操作部９（代表して上面操作部右９ａ）の各キー部について説明する。

４８は調理の開始や停止するための切/スタートキーで、調理中は切/スタートキー４８のキー部の表示された「切/スタート」が点灯する。キー部の点灯についての詳細は後述する。

調理の火力は火力キー４９によって選択する。該火力キー４９は、「とろ火」、「弱火」、「中火」、「強火」の四段階のキーに分かれ、必要な火力を一回の操作で設定できるようになっている。四段階の火力キー４９のうち、とろ火キー４９ａは「１」、弱火キー４９ｂは「４」、中火キー４９ｃは「７」、強火キー４９ｄは「１０」の火力に設定でき、設定したキー部の表示が点灯する。

５１は主に煮込みや保温などタイマー調理を実施するときに選択するタイマーキーである。５２は自動調理の炊飯、揚げもの、湯沸し等を選択するための「メニュー」キーで、該メニューキー５２を押す（指で接触する）ことで上面表示部１０にメニューが表示され、メニューキー５２を押すたびに表示されているメニューが切り替わり、これによって使用するメニューを選択する。

また、火力の調節やタイマー調理時の時間の設定、炊飯時における米の量の設定、自動調理の仕上がり調整の設定、揚げものをする時の油温の設定を設定キー５０により行うことができる。この設定キー５０は、設定時の数量などを増やすＵＰキー５０ａと減らすＤＯＷＮキー５０ｂからなっている。

なお、上面操作部左９ｂは上面操作部右９ａと同じ操作、配列であるので説明を省略する。

次に上面操作部中央９ｃについて説明する。載置部中央６ｃの主な調理は保温や煮込みである。従って、加熱コイル中央１３ｃの火力も他の加熱コイルの火力よりも小さく設計されている。このため火力表記は、とろ火、弱火、中火の三段階で足り、設定キー６２をサイクリック式としても、最大３回押せば元に戻るので、手前２つの加熱コイル２５ａ、２５ｂのように火力毎に対応した火力設定キーを設けていない。

前記した上面操作部９の各入力キーとなる静電容量の変化を検出するための電極は、プレート３の下面に配置された操作基板１２に設けられている。

操作基板１２は、操作基板１２ａと操作基板１２ｂとに別れ、操作基板１２ａは上面操作部右９ａと上面操作部中央９ｃに、操作基板１２ｂは上面操作部左９ｂに対応している。

３４は基板間を接続するケーブルである。

制御基板１９に組み込まれた制御回路は、上面操作部９で設定された内容及び事前に組み込まれた自動調理などのプログラムに基づき、調理の開始、停止、火力の設定情報を制御信号として左右インバータ基板１８や中央インバータ基板１７に送り、加熱コイル１３などを制御する。

次に、加熱コイル１３に必要な電力を供給するインバータ回路を構成する部品について説明する。

８１は、電源から供給された交流電源をダイオードブリッジなどによって整流された電源である。

８２は、後述する上下アームにそれぞれ組み込まれたＩＧＢＴ駆動回路７３とＩＧＢＴ６９に電力を供給するＩＧＢＴ用電源である。

インバータ駆動部は、加熱コイル１３に電力を供給するために上下アーム分離した電流共振型の回路構成とし、この上下アームにそれぞれ組み込まれたＩＧＢＴ６９、スナバコンデンサ７０、共振コンデンサ７１、充放電抵抗７４および加熱コイル１３から構成されており、上下のＩＧＢＴ６９を交互にＯＮさせることで、加熱コイル１３に電力を送り、加熱コイル１３から交流磁界を発生させ被加熱物にエネルギーを供給する。

また、ＩＧＢＴ６９のコレクタ−エミッタ間に設けたスナバコンデンサ７０は前記ＩＧＢＴ６９の保護回路としてサージ電圧を吸収するものである。さらに、充放電抵抗７４はスナバコンデンサ７０に並列に接続されている。

他に、上下アームにそれぞれ組み込まれたＩＧＢＴ６９をＯＮ／ＯＦＦの駆動を行うＩＧＢＴ駆動回路７３と、上アームの上アームＩＧＢＴ駆動回路７３ａへの電力の供給は、上アームＩＧＢＴ駆動回路７３ａの電源部に駆動回路用コンデンサ７５を設け、ＩＧＢＴ用電源８２からダイオード７６を介して駆動回路用コンデンサ７５に電力を蓄え、駆動回路用コンデンサ７５から上アームＩＧＢＴ駆動回路７３ａへ電力を供給する構成としている。

次に、動作について説明する。

初めに、上アームＩＧＢＴ駆動回路７３ａの駆動電圧を供給するブートストラップ回路について説明する。

インバータ回路の動作開始時には、初めに下アームＩＧＢＴ６９ｂのみをＯＮ（もしくはＯＮとＯＦＦを交互に繰り返す）することで、回路部のＡ点がＧＮＤに接続されることでＩＧＢＴ用電源８２からダイオード７６を経て上アームＩＧＢＴ駆動回路７３ａの電力を充電する駆動回路用コンデンサ７５が充電される。そして、上アームＩＧＢＴ駆動回路７３ａの駆動電圧を確保することができる（ブートストラップ動作終了）。

その後、下アームＩＧＢＴ６９ｂをＯＦＦにすることで、インバータ駆動部の動作開始時の準備が完了する。

前述した、下アームＩＧＢＴ６９ｂがＯＮ（もしくはＯＮとＯＦＦを交互に繰り返す）した時、回路部のＡ点がＧＮＤに接続されることで、上アームスナバコンデンサ７０ａには電源８１の電圧を持った電力が充電される。しかし、下アームＩＧＢＴ６９ｂがＯＦＦしたとき、Ａ点の電圧は上アーム充放電抵抗７０ａと下アーム充放電抵抗７０ｂと抵抗値の分圧比に伴った電圧となり、この電圧となるように上アームスナバコンデンサ７０ａは上アーム充放電抵抗７０ａを介して放電し、上アームＩＧＢＴ６９ａがＯＮする時のコレクタ−エミッタ間電圧を低減している。

このスナバコンデンサ７０と充放電抵抗７４の時定数は、ＩＧＢＴ駆動回路７３の電源となる駆動回路用コンデンサ７５の時定数よりも十分に短く、かつインバータ回路の動作周期よりも十分に長くなるように充放電抵抗７４の抵抗値を設定する。

また、ブートストラップ動作終了後、上下のＩＧＢＴ６９が同時にＯＦＦになる際に、インバータ動作時よりも同時ＯＦＦの時間を長くし、この間に上下の充放電抵抗７４の分圧比に従い、上アームＩＧＢＴ６９ａのコレクタ−エミッタ間電圧が、電源８１の電圧（振幅）よりも小さくなる。その後に上アームＩＧＢＴ６９ａをＯＮにすることで、ＯＮにした瞬間の短絡電流を充放電抵抗７４が無い場合に比べて低く抑えることができる。

１３・・・加熱コイル、６９ａ・・・上アームＩＧＢＴ、６９ｂ・・・下アームＩＧＢＴ、７０ａ・・・上アームスナバコンデンサ、７０ｂ・・・下アームスナバコンデンサ、７３ａ・・・上アームＩＧＢＴ駆動回路、７３ｂ・・・下アームＩＧＢＴ駆動回路、７４ａ・・・上アーム充放電抵抗、７４ｂ・・・下アーム充放電抵抗、７５・・・駆動回路用コンデンサ、７６・・・ダイオード、８２・・・ＩＧＢＴ用電源

Claims (1)

1. 被加熱物を誘導加熱によって加熱する加熱コイルを備え、
   該加熱コイルを駆動するための電力を供給する上アーム及び下アームに分離した電流共振型の回路構成をしたインバータ駆動部を備え、
   該インバータ駆動部には、
   前記上アーム及び下アームにそれぞれ前記加熱コイルへの電力を供給する上アームＩＧＢＴ及び下アームＩＧＢＴと、
   該上アームＩＧＢＴ及び下アームＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間にサージ電圧を吸収する上アームスナバコンデンサ及び下アームスナバコンデンサと、
   該上アームスナバコンデンサ及び下アームスナバコンデンサに並列に接続された上アーム充放電抵抗及び下アーム充放電抵抗とを設け、
   前記上アームＩＧＢＴ及び下アームＩＧＢＴを駆動する上アームＩＧＢＴ駆動回路及び下アームＩＧＢＴ駆動回路を備え、
   該上アームＩＧＢＴ駆動回路及び下アームＩＧＢＴ駆動回路に電力を供給するＩＧＢＴ用電源を備え、
   前記上アームＩＧＢＴ駆動回路の電源に駆動回路用コンデンサと、
   前記ＩＧＢＴ用電源から前記駆動回路用コンデンサに電力を供給するダイオードとを設け、
   前記下アームＩＧＢＴがＯＮした時に前記ダイオードを介して前記駆動回路用コンデンサに電力を蓄え、その後、前記下アームＩＧＢＴをＯＦＦした後に、前記インバータ駆動部の駆動を開始することを特徴とする誘導加熱調理器。

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