CN101257741B - 感应加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及感应加热装置，尤其涉及提高被加热物的加热效率的技术。本发明以简易的构造实现提高了被加热物的加热效率的感应加热装置。感应加热装置(20)具备：放置被加热物(21)的顶板(22)；配置于该顶板(22)的下侧并感应加热被加热物(21)的加热线圈(11)；以及驱动该加热线圈(11)的高频电源。并且，通过线圈轴心与顶板(22)平行地配置加热线圈(11)，从而使一个方向的磁通与被加热物(21)的底面交链。

Description

感应加热装置

技术领域

本发明涉及感应加热装置，尤其涉及提高被加热物的加热效率的技术。

背景技术

感应加热装置用来在由例如玻璃或树脂等的非磁性体且绝缘体材料形成的顶板上放置烹调锅等的被加热物，使磁通与被加热物交链以产生涡电流，并利用焦耳热进行加热。

作为这种感应加热装置，历来已知有例如将产生磁通用的加热线圈以线圈轴心与被加热物的底面正交的方式配置在顶板下侧的技术。在这种场合，若利用换流器电路等的高频电源使高频电流流过加热线圈而产生磁通，则磁通通过被加热物的底面的中心部并呈放射状地交链。在这种场合，由于涡电流在磁通交链量较大的被加热物的底面的中心部分和外缘部分的中间部分呈圆形地流动，因而有在该环状的中间部分产生发热较强的部分从而存在产生加热不匀之类的问题。

另一方面，在专利文献1-日本特开2002-289334号公报中，记载有为了产生感应磁场而直线状地平行地沿着同一方向并排配置导电材料的技术。根据该技术，可沿着宽度方向均匀地加热。

另外，在专利文献2-日本特开2006-120542号公报中，记载有连接卷绕成长方形形状的加热线圈体和反向卷绕的加热线圈体而形成产生磁通用的加热线圈的技术。根据这一技术，流过各个加热线圈体的纵向中心线之间的范围的加热线圈的电流为同一方向，产生的磁通不会相互抵消，可均匀加热。

然而，在上述的各个专利文献中，没有考虑被加热物的加热效率的提高。

即，专利文献1的技术，由于是平行地并排导电材料的结构，因此，电感值较小。由于若电感值较小则磁通势也变小，因此，为了得到较大的加热力，需要流过较大的电流。因此，具有产生高频电流的换流器的损失增大，高频电源大型化的危险。另外，为了实现该结构，有必要在端部连接各个导电材料， 因此，也可认为制造性恶化。

另外，专利文献2所记载的线圈，由于各个线圈的大小相对被加热物较小，且涡电流路径较短，因此，为了得到同样大的加热力，线圈中需要流过较大的电流。因此，具有产生高频电流的换流器的损失增大，高频电源大型化的危险。

发明内容

于是，本发明的目的在于实现以简易的构造提高了被加热物的加热效率的感应加热装置。

为了实现上述目的，本发明的感应加热装置的构成为，具备：放置被加热物的顶板；配置于该顶板的下侧并感应加热上述被加热物的加热线圈；以及驱动该加热线圈的高频电源。而且，其特征是，加热线圈配置成使一个方向的磁通与被加热物的底面交链。

据此，由于使用线圈产生磁通，因此，与平行地并列配置导电材料的结构相比，电感值增高且磁通势变大。另外，由于磁通势变大，因此，可提高被加热物的加热量。

再有，由于使所产生的磁通沿一个方向与被加热物的底面交链，由此所产生的涡电流相对磁通方向正交地流动，从而以很大的环形流过被加热物的整体。也就是说，由于涡电流所流动的路径变长，电阻值变大，并且同时加热被加热物的内外侧表面，因此，可用较小的电流得到较大的发热。因此，利用简易的构造可大幅度地降低在加热线圈中损失的能量和在换流器电路中的损失，从而可提高被加热物的加热效率。

另外，具体来讲，只要将加热线圈配置成线圈中心与顶板平行即可。在这种场合，也可以将加热线圈形成为扁平状，配置成扁平面与上述顶板相对。根据该构成，可使在加热线圈中产生的磁通沿一个方向与被加热物的底面交链。

另外，可在加热线圈的空心部中插入磁性体部件。据此，使得从加热线圈中产生的磁通对被加热物一侧产生感应，从而可高效率地加热被加热物。因此，能进一步降低流过加热线圈的电流，可降低加热线圈及换流器电路的损失。

在这种场合，磁性体部件可由彼此隔着间隔并列插入的两个以上的磁性部件构成。这样，通过在各个磁性部件之间形成不会磁饱和的空气层，从而能抑制因在加热线圈中流过大的电流而引起的磁性体部件的磁饱和。

另外，加热线圈也可以由一个线圈构成，并横跨顶板的下侧的整个面配置该线圈。由此，只要是在顶板上，则无论将被加热物放置在何处也都能加热，也可以同时加热多个被加热物。

另一方面，加热线圈也可以由多个线圈构成，将该多个线圈分别配置在顶板的放置被加热物的部位的下侧，并且使线圈轴心的方向彼此不同。在这种场合，多个加热线圈最好配置成彼此的线圈轴心的相对角度为60°～120°或240°～300°。

通过这样配置，由于在各个加热线圈中所产生的磁通方向不同，彼此的磁通相互不会干涉，可抑制干涉声和锅响声。

根据本发明，可实现以简易的构造提高了被加热物的加热效率的感应加热装置。

附图说明

图1是用于第一实施方式的感应加热装置的磁通产生用加热线圈的构成图。

图2是表示第一实施方式的感应加热装置的构成的纵剖视图。

图3是表示换流器电路构成的图。

图4是表示与被加热物交链的磁通和在被加热物上产生的涡电流之间的关系的图。

图5是表示流过被加热物的涡电流的路径的图。

图6是表示被加热物的浮动抑制原理的图。

图7是用于第二实施方式的感应加热装置的磁通产生用加热线圈单元的构成图。

图8是表示第二实施方式的感应加热装置的构成的纵剖视图。

图9是用于第三实施方式的感应加热装置的磁通产生用加热线圈单元的构成图。

图10是表示在被加热物上产生的电力和流过加热线圈的电流之间的关系的图。

图11是第四实施方式的感应加热装置的俯视图。

图12是表示第四实施方式的感应加热装置的纵剖面的图，表示图11的 A-A剖面。

图13是用于第五实施方式的感应加热装置的磁通产生用加热线圈单元的构成图。

图14是表示第五实施方式的感应加热装置的纵剖面的图，表示图13的A-A剖面。

图15表示从左右加热线圈产生的磁通所形成的角度θ和左右加热线圈的耦合度及噪声量的关系。

图中：11、111、131、132-加热线圈、20-感应加热装置、21-被加热物、22-顶板、23、73、122、142、143-磁通、31-电源、32、33-IGBT、34、35-二极管、36-谐振电容器、41-涡电流、71、91-铁氧体磁心

具体实施方式

下面，根据图1～图15说明应用了本发明而构成的实施例。此外，在以下的说明中，对于同一功能零件使用同一符号而省略重复说明。

第一实施方式

使用图1～图4说明本发明的第一实施方式。图1是用于本发明的第一实施方式的感应加热装置的磁通产生用加热线圈的构成图。如图1所示，加热线圈11通过螺旋状地卷绕导电材料而形成。加热线圈可使用称之为绞合线的将漆包线多股捻成的电线及其它公知的导电部件。

图2是表示第一实施方式的感应加热装置的构成的纵剖视图。感应加热装置20的构成具有：放置例如烹调锅等的被加热物21的由玻璃等形成的顶板22；配置于顶板22的下侧的表示图1的A-A截面表示的加热线圈11；以及在加热线圈11上流过交流电源而产生感应磁场的未图示的作为高频电源的换流器电路等。此外，顶板22不限定于玻璃，也可以使用其它例如像树脂那样的非磁性体且绝缘体的材料。

本实施方式的特征部即加热线圈11，从线圈轴心方向观察的线圈形状形成为将圆形压扁了的扁平状，配置成扁平面与顶板22相对。另外，配置成线圈轴心与顶板22平行。但加热线圈形状不限定于这种形状，只要将线圈轴心配置成与顶板22平行，则可适当变形。

图3是表示用于本实施方式的一般的换流器电路的图。换流器电路构成 为，具有：电源31；以及由IGBT32、33构成的上下支路，在上下支路的中点和电源31的负极之间经谐振电容器36连接加热线圈11。

就该换流器电路而言，若接通IGBT32，则电流从电源31的正极流经IGBT32、加热线圈11、谐振电容器36后到电源31的负极。其次，若在所希望的时刻断开IGBT32，则因储存在加热线圈11中的能量，电流在加热线圈11、谐振电容器36及二极管35的路径中流动。在该二极管35接通期间，使IGBT33处于接通状态。

其次，若储存在加热线圈11中的能量消失，则以谐振电容器36为电源，电流在谐振电容器36、加热线圈11及IGBT33上流动。随后，若在所希望的时刻断开IGBT33，则电流在加热线圈11、二极管34、电源31及谐振电容器36的路径中流动。在该二极管34接通期间，IGBT32处于接通状态。通过重复进行以上动作，正弦波的交流电流则在加热线圈11中流过。

下面，说明被加热物即锅的加热原理。当高频电流在加热线圈11中流过时，则从加热线圈11产生磁通23。这里，由于加热线圈11配置成线圈轴心与顶板22平行，因此，该磁通23沿着一个方向通过整个锅底面。若磁通与锅交链，则在锅上产生涡电流41。如图4所示，该涡电流41相对磁通方向正交地流动。

而且，如图5的箭头所示，涡电流41通过锅底外侧表面流到锅底外侧端部(锅底的外缘部)，并借助于锅的侧板部通过锅底内侧表面向锅底的相反一侧的外侧端部一方流动。也就是说，由于涡电流41以锅整体的大的环路流动，因而电流路径变长，电阻值变大，并且由于同时加热锅的内外侧表面，因而，可用较小的电流得到较大的发热。因此，可大幅度地降低由加热线圈11损失的能量和在换流器电路中的损失。

另外，现有的感应加热装置虽然发生了由电磁相斥力引起的锅浮动问题，但在本实施方式中，由于涡电流41流过锅内侧及外侧表面，因此，电磁相斥力相互抵消，可抑制锅浮动。

即，如图6的锅浮动抑制的原理图所示，由于涡电流流过锅底外侧及内侧表面，因此，根据弗莱明左手定律在锅底外侧表面产生朝下的力61，另一方面，在锅底内侧表面产生朝上的力62。由此，施加到锅上的力相互抵消，从 而可抑制锅浮动。

第二实施方式

使用图7、图8说明本发明的第二实施方式。图7是用于本发明的第二实施方式的感应加热装置的磁通产生用加热线圈单元的构成图。

如图7所示，加热线圈单元72由通过螺旋状地卷绕导电材料而形成的加热线圈11和插入在加热线圈11的空心部中的磁性体部件即铁氧体磁心71构成。

图8是表示第二实施方式的感应加热装置的构成的纵剖视图。感应加热装置的构成具有：放置例如烹调锅等的被加热物21的由玻璃等形成的顶板22；配置于顶板22的下侧的表示图7的A-A截面表示的加热线圈单元72；以及使交流电源在加热线圈11中流过而产生感应磁场的上述的换流器电路等。

至于加热原理与第一实施方式相同。如图8所示，本实施方式的特征在于，具有在两端部于顶板一侧弯折成U字形的铁氧体磁心71上卷绕了加热线圈11的结构。通过这种结构，从加热线圈11产生的磁通73则在锅一侧感应，从而可高效率地加热锅。因此，由于可进一步降低在加热线圈11中流过的电流，从而可降低加热线圈11及换流器电路的损失。

第三实施方式

使用图9说明本发明的第三实施方式。图9是用于本发明的第三实施方式的感应加热装置的磁通产生用加热线圈单元的构成图。

如图9所示，在本实施方式中，在加热线圈11的空心部中彼此隔着间隔并列插入有多个铁氧体磁心91。换句话说，通过将导电材料螺旋状地卷绕在并列地分开的铁氧体磁心上而构成加热线圈单元92。

至于本实施方式的加热原理与第一实施方式相同。如在图10所示加热线圈中流动的电流和在被加热物上所产生的电力之间的关系图，在加热铝锅等非磁性且低电阻的材质的场合，与铁锅相比，需要在加热线圈中流过更大的电流。此时，若流过更大的电流，则由于由加热线圈的匝数与电流的乘积决定的磁通势增大，因此，存在铁氧体磁心饱和的危险。

对此，本实施方式的特征在于，通过分割构成U字形的铁氧体磁心91而在各个铁氧体磁心之间介入不会磁饱和的空气层，从而可防止作为加热线圈单 元整体的磁饱和，并且可使一个方向的交变磁场与锅交链，并可防止锅浮动，提高加热效率。

第四实施方式

使用图11、图12说明本发明的第四实施方式。图11是本发明的第四实施方式的感应加热装置的俯视图。如图11所示，本实施方式的结构为，在顶板22上放置被加热物21，并在顶板22的下部整体配置了一个加热线圈111。

图12是表示本实施方式的感应加热装置的纵剖面的图，表示图11的A-A剖面。对于与图11相同的构成要素标上相同的标号。如图12所示，用顶板22构成感应加热装置的筐体121的上面，并将加热线圈111配置成横跨顶板22的下侧的整个面且线圈轴心与顶板22平行。若在加热线圈111中流过交流电流，则与上述实施方式同样地产生使被加热物21在一个方向上交链的磁通122。

本实施方式的特征在于，在顶板22下部整体配置了加热线圈111。由此，只要是在顶板22上，则无论将被加热物放置在何处也都能加热。另外，也可以同时加热多个被加热物。

第五实施方式

使用图13～图15说明本发明的第五实施方式。图13是第五实施方式的感应加热装置的俯视图。如图13所示，本实施方式做成与顶板22的放置被加热物21的部位对应地配置了两个加热线圈131、132的结构。

图14是表示本实施方式的感应加热装置的纵剖面的图，表示图13的A-A剖面。对于与图13相同的构成元件上标注了相同的标号。如图所示，用顶板22构成了感应加热装置的筐体141的上面，并在与顶板22的放置各个被加热物21的放置位置对应的下侧，线圈轴心与顶板平行地配置了两个加热线圈131、132。再有，本实施方式的特征在于，加热线圈131和132的卷绕方向在左右不同。加热线圈132配置成线圈轴心相对加热线圈131旋转了90度。通过这样配置，如图14所示，由于左右的加热线圈131及132产生的磁通142及143的方向相异，从而彼此的磁通干涉消失，可抑制干涉声和锅响声。

图15表示从左右加热线圈131、132产生的磁通所形成的角度θ和左右加热线圈的耦合度及噪声量的关系。图15所示干涉度由COSθ决定。从加热线 圈产生的磁通的角度θ为60°～120°或240°～300°的场合，噪声量在0dB以下，可知能够有效地抑制干涉噪声。因此，加热线圈131、132最好配置成彼此的线圈轴心的相对角度为60°～120°或240°～300°。

Claims (5)

1.一种感应加热装置，具备：放置第一以及第二被加热物的顶板；配置于该顶板的下侧并与上述第一被加热物的放置位置相对应的第一加热线圈、与上述第二被加热物的放置位置相对应的第二加热线圈；以及驱动上述第一以及第二加热线圈的高频电源，其特征在于，

上述加热线圈配置成使各个加热线圈所产生的磁通沿各自的一个方向与上述被加热物的底面交链，

在上述加热线圈的空心部中插入磁性体部件，

上述第一加热线圈和上述第二加热线圈，配置成使线圈轴心的方向彼此不同。

2.根据权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，

上述加热线圈配置成线圈轴心与上述顶板平行。

3.根据权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，

上述加热线圈形成为扁平状，配置成使扁平面与上述顶板相对。

4.根据权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，

上述磁性体部件由彼此隔着间隔并列插入的两个以上的磁性部件构成。

5.根据权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，

上述第一以及第二加热线圈配置成彼此的线圈轴心的相对角度为60°～120°或240°～300°。

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