(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
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。
【発明を実施するための形態】
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
(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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。