CN1698401A - 感应加热装置 - Google Patents

Abstract

一种感应加热装置，其降低被加热物上产生的浮力的导电体，由于中央部设置的开口部的直径小，故导电体的面积变大而浮力降低。另外，在开口部周围设有导电体内产生的旋回电流不流动的梳状部。由此，即使使用凹翘锅(凹反り鍋)时，开口部的周围也不异常发热，可使加热线圈长时间以高功率输出。

Description

感应加热装置

技术领域

本发明涉及被加热物使用由铝或铜等高电导率且低导磁率的材料构成的锅进行烹调的感应加热烹调器等的感应加热装置，特别是涉及防止高频磁通造成作为被加热物的锅上浮的感应加热装置。

背景技术

现有被提案的感应加热烹调器，其由感应加热线圈产生高频磁场，由电磁感应产生的涡电流加热锅等的被加热物，可加热铝制的被加热物。

图4是现有感应加热烹调器的剖面图。上板2设置在构成感应加热烹调器外壳的主体1的上部。上板2由例如4mm厚的陶瓷材料或结晶玻璃等绝缘体构成。锅等被加热物3被载于上板2上。另外，在上板2的下方设有具有加热线圈(以下称线圈)4的感应加热部5。具有变换器的驱动电路6向线圈4供给高频电流，线圈4产生高频磁场，对被加热物3进行感应加热。

在该现有感应加热烹调器中，通过在被加热物3底部感应产生的电流和线圈4产生的磁场的相互作用，被加热物3底部产生从线圈4离开的斥力。当被加热物3由铁等具有某种程度大的电阻率的高导磁率材料制成时，为得到希望的加热输出而必须电流值小，因此该斥力比较小。另外，由于通过铁等磁通由被加热物3吸收，故磁引力产生作用，被加热物3不发生上浮或偏移。

另一方面，当被加热物3由铝或铜等高电导率且低导磁率的材料制成时，为得到希望的加热功率，必须向线圈4内输入大电流，在被加热物3的底面上感应产生大电流。结果斥力变大。另外，铁等高导磁率材料的磁引力不作用于铝构成的被加热物3。因此，通过线圈4的磁场和感应电流的磁场的作用在被加热物3上产生从线圈4离开的方向上的大的力。该力作为浮力作用于被加热物3。当被加热物3的重量轻时，该浮力有可能使被加热物3从上板2的载置面浮起移动。该趋势在使用密度比铜小的铝的被加热物时更显著。

图5A是从被加热物3一侧看到的在线圈4内流动的电流4A的方向的图，图5B是从与图5A相同方向看到的根据在线圈4内流动的电流在被加热物3上由感应产生的涡电流3A的图。如图5A、图5B所示，涡电流3A与在线圈4内流动的电流4A的方向相反且为大致相同形状的环状。因此，通过这两个环状的电流将与线圈4的面积实际上具有相同剖面积的两个磁铁形成同极、例如N极和N极对向放置的相同的状态。结果在被加热物3和线圈4之间产生大的斥力。

该现象当被加热物3的材料为铝或铜等电导率高的物质时显著。相对与此，在虽然是相同的低导磁率材料却是非磁性不锈钢中，因为比铝或铜的电导率低，即使在线圈4内流动的电流小，也可得到充分的发热。因此，线圈产生的磁场小，流入被加热物3上的涡电流也小，因此，作用在被加热物3上的浮力小。

这样，在感应加热烹调器中，当加热铝制的被加热物3时，浮力作用于在被加热物3，被加热物3浮起，故不能充分烹调。针对该现象，如图4所示，在特开2003-264054号公报中公开有如下结构，在线圈4和上板2之间设置有紧密固定在上板2的导电体7。在该结构中，由于线圈4产生的磁场与导电体7和被加热物3相交，两者产生感应电流。此时，在导电体7上感应产生的感应电流所产生的磁场和在被加热物3上感应产生的感应电流所产生的磁场的作用使从线圈4发生的磁通聚集在中央，线圈4的等效串联电阻变大。等效串联电阻变大意味着被加热物3和线圈4的磁结合变大。该磁结合变大则可能由于少量的线圈4的电流在被加热物3上产生相同热量，且降低浮力。与导电体7的线圈4相对的面积越大并且线圈4的等效串联电阻越大则该浮力降低效果越大。在此，所谓等效串联电阻有以下的意思：将被加热物3和导电体7在加热状态同样配置的状态下，利用加热频率数附近的频率来测量的、线圈4的输入阻抗中的等效串联电阻。

如上所述，由于通过使用导电体7的结构将浮力降低，故可通过对由具有铝等高电导率且低导磁率的材料构成的被加热物3进行感应加热来烹调可以实用。

但是，在实际使用中，不能全部无视被加热物3的浮动，而必须限制锅等被加热物3和烹调物的总重量大于规定重量。

为解决该问题，可考虑增大导电体7的面积，进一步减小浮力是可实用的。即，增大线圈4的等效串联电阻。具体地说，可考虑将对应线圈4的导电体7中央部的开口部的大小设置成与上板2接触检测其温度的温度检测部8必要的空间。由此，可增加导电体7的面积，降低浮力。

实际上，底部完全为平面的锅少，而底部稍有翘度的锅比较常见。即，通常使用的锅是底成凹部且相对内侧凸出的凹翘锅。

但是，当对设置导电体7且对具有翘起的锅进行感应时，锅底离开线圈4。因此，在线圈4的中心附近磁通不易与锅相交，而与导电体7相交的磁通变多，导电体7内周侧的发热量变大。因此，导电体7中心附近的温度上升异常提前。另外，由于具有翘度的部分在锅底和上板2之间具有空间，导电体7的热难以介由上板2传递到锅底，故温度上升进一步加速。当导电体7形成高温时，必须降低线圈4的功率，抑制导电体7的发热，使导电体7的高温热不给线圈4等造成恶影响。因此，例如测量导电体7的温度，当测定温度变高停止或抑制加热输出。因此，若温度上升速度快，尽早抑制控制线圈4的输出，烹调时间过长或不能烹调。因此，不能在距导电体7的中心部的规定的距离间设置导电体7，不能降低其浮力。

另外，在特开平07-249480号公报、特开平07-211443号公报或特开平07-211444号公报中记载有与本发明相同的导电体。但是，这些发明的感应加热装置不具有可对由铝、铜或与具有铝、铜大致同等以上的电导率的被加热物进行感应加热的加热线圈。即，当对由铁等磁性物体或不锈钢等电阻率比较大的材料构成的被加热物进行感应加热时，这些公报中公开的导电体几乎没有降低浮力的效果。

发明内容

本发明的感应加热装置具有加热线圈和导电体。加热线圈可对铝、铜或与具有铝、铜大致铜等以上的电导率的被加热物进行感应加热。导电体被设于加热线圈和被加热物之间，来降低由加热线圈产生的磁场给予被加热物的浮力。该导电体与加热线圈相对设置，其具有与加热线圈中央部对向的开口部和在开口部上开槽且与外周部隔离的槽部。通过该结构增大导电体的浮力降低效果和加热效率，同时，抑制导电体的发热变大。

附图说明

图1是本发明实施例的感应加热装置的导电体的平面图；

图2是本发明实施例的感应加热装置的剖面图；

图3是本发明实施例的另一感应加热装置的剖面图；

图4是现有的感应加热装置的剖面图；

图5A是表示现有感应加热装置的在加热线圈内流动的电流的图；

图5B是使用现有感应加热装置时在被加热物内流动的电流的图；

图6、图7是现有感应加热装置的导电体的平面图。

具体实施方式

图1是本发明实施例的感应加热装置的导电体的平面图，图2是该感应加热装置的剖面图。上板12设置在构成感应加热装置外壳的主体11的上部。上板12由例如4mm厚的陶瓷材料或结晶玻璃等绝缘体构成。铜等被加热物13载置于上板12上。被加热物13是由铝、铝合金、铜、铜合金等的高电导率、低导磁率的材质。

在上板12的下方设置具有加热线圈(以下称为线圈)14的感应加热部15。具有变换器的驱动电路16将40kHz～100kHz的高频电流供给到线圈14上，线圈14中产生高频磁场，对被加热物13的底面进行感应加热。用于降低线圈14产生的磁场给予被加热物13的浮力的导电体17形成中央部具有开口部18的圆环状形状，在开口部18的周围设置梳状部19。即，开口部18与线圈14的中央部相对。导电体17与线圈14相对，并粘结、或机械地紧密固定在上板12的下面。即，导电体17设于线圈14和上板12之间。换言之，导电体17在线圈14和被加热物13之间与线圈14相对而设置。温度传感器35在导电体17的开口部18内固定在上板12的下面，检测上板12或被加热物13的温度。

以下说明作为本实施例特征的导电体17。导电体17与被加热物13一样，由铝、铝合金、铜、铜合金或碳等高电导率、低导磁率的材料构成。即，导电体17具有与铝和铜中任意一种同等以上的电导率、与铝和铜任意一种同等以下的导磁率。在本结构中使用厚度为1mm的铝。理由如下。

在用于遮蔽来自线圈14的磁通时，必要厚度必须为浸透深度δ以上。如本结构，若线圈14内流动的电流的频率为70kHz，则材质为铝时，则浸透深度δ为0.3mm左右。因此，若将导电体17的厚度设置为浸透深度以上，则相反侧不产生感应电流，浮力降低的效果变大。通过实验可确认到，若将导电体17的厚度设置得比浸透深度稍大，约为1mm左右，则可得到充分的浮力降低效果。因此，原理上，只要使导电体17的厚度大于加热中使用的高频电流的浸透深度即可。

图1中，对称形成两个贯通圆环状导电体17的开口部18、即圆环的内周部20和圆环的外周部21的狭缝22。即，二等分圆环而得到的导电体17A、17B对称排列，形成一个圆环状导电体17。另外，为便于理解，在图1中用虚线表示内周部20。并且，配置成该圆环的中心30和线圈14的中心大致一致。

在导电体17上设置梳状部19和带状部27。带状部27大致沿线圈14的绕线呈带状覆盖线圈14，降低作用于被加热物13的浮力。另外，梳状部19表示虚线的内侧。即，梳状部19被形成于由内周部20和梳状部19的外周部23包围的部分。梳状部19以从带状部27向线圈14中心方向突出的方式具有相互隔着槽部25后形成的齿部24。即，梳状部19由梳状的凹凸部、即齿部24和在内周部20上开口的同时与外周部21隔离的槽部25构成。并且，槽部25设置成以圆环中心30为中心的放射状。梳状部19在带状部27的浮力降低效果的基础上进一步增大浮力降低效果。

以下说明上述那样构成的感应加热装置的动作及作用。

在上板12上载置被加热物13，插上电源后，利用来自线圈14的磁通对被加热物13进行感应加热。此时，来自线圈14的磁通和导电体17相交，在导电体17上产生感应电流。相邻的涡电流在其接触部分由于流动方向相反而相抵消，结果，感应电流成为流经导电体片17A、17B的带状部27的旋回电流(周回電流)31A。在本实施例中，由于在导电体17的内周侧设有梳状部19，故旋回电流31A避开梳状部19而沿外缘部23流动。这是由于旋回电流31A不流经齿部24比流经齿部24的电阻小故而容易流动。即，由于梳状部19具有由隔着槽部25而设置成梳状的齿部24构成的结构，故可以可靠地阻止流经导电体17的旋回电流流经开口部18周边。另外，如后所述，由于当齿部24的宽度大时旋回电流31A会流经，故其宽度必须形成得小。另外，梳状部19中也一样生成在齿部24内绕旋的旋回电流31B，但由于齿部24的宽度小，故相交磁通少，所感应的涡电流的电流值小，由此引起的发热小。因此，由梳状部19中的感应电流产生的发热是由旋回电流31B产生的发热控制的。即，该部分的温度上升与没有梳状部19的情况相比被抑制而显著变化。这样，槽部25限制了在开口部18周围产生的感应电流引起的发热。

另一方面，在梳状部19中，发热量如上所述被大幅地抑制。另外，由于梳状部19的齿部24的存在，线圈14的磁通在线圈14的中心方向聚集，被加热物13和线圈14的磁结合等效地变大。结果，等效串联电阻变大，浮力降低效果也增大。

下面说明本实施例的具体构成例。如图1所示，导电体17由外径180mm，内径、即作为开口部18的大小的内周60mm，厚度1mm的铝板构成。并且，在两处对称设置贯通整个外周和内周的宽度10mm的狭缝22。即，形成设有两个相同导电片的结构。

另外，为降低内周部20附近的温度上升而设置梳状部19。即，在作为开口部18的周边的导电体17的内周部20上设有梳状的凹凸部。图1表示为便于观察而设置八个槽部25和九个齿部(凸部)24的结构。相当于导电体片17A、17B的凹部的槽部25若形成40个，则相当于包括两端凸部的齿部24成为41。将槽部25的宽度设为1mm、长度设为25mm，将槽部25设为圆环状，且以线圈14的中心为中心的放射状。此时，齿部24的宽度沿朝向外周部的方向变大。该结构若与图7所示的导电体51比较则相当于在距导电体51的带状部(圆环部)到中心方向的25mm的部分上设置梳状部19。

图6所述的导电体41相当于图1中没有梳状部19的结构。由于导电体51外径180mm、内径110mm，故导电体41的面积比导电体51大了约40％。

下面，关于使用试验用铝制标准平锅来测量加热线圈的等效串联电阻的结果，将使用导电体41的情况与使用导电体51的情况比较。并且说明使用该标准平锅以约2kW的输入功率使感应加热装置工作而得到的试验结果。等效串联电阻1.82Ω比2.21Ω大了约21％，浮力340g比440g小了约23％，浮力降低效果大。另外，加热线圈的温度上升值140K比154K低14K。热效率也高了约2％。

另外，若使用试验用铝制标准凹翘锅在与上述相同的条件下测量导电体的内周部的温度直到达到350℃的时间，则与导电体51为220sec的情况相比，导电体41为96sec。直到达到350℃的时间小，意味着温度上升快。例如，为了安全，控制抑制功率，使导电体41及导电体51在规定温度以下。此时，使用导电体41情况比使用导电体51的情况开始控制抑制加热线圈的输出时间早，由于平均加热输出小，故烹调结束前所需要的时间变长。

下面比较导电体17和导电体41。导电体17的面积仅比导电体41的面积少了槽这么大的面积，因此，与导电体41比较减少10％，等效串联电阻减少5％，浮力增加15％，浮力降低效果稍微减少。但是，在利用标准凹翘锅的实验中，导电体17的内周部20的温度得到350℃的时间为458sec，与使用导电体41时相比有大幅度延长。另外，热效率和加热线圈的温度上升值基本没有变化。

其次比较导电体17和导电体51。导电体17与导电体51比较，面积约增长25％，等效串联电阻约增加15％，浮力降低10％，浮力降低效果增加。另外，导电体17的内周部的温度直到达到350℃的时间增加两倍以上。

以上说明的本实施例的结构中，与使用导电体51的情况相比浮力降低，同时，将导电体内周部的温度上升抑制得较低。另外，与使用导电体41的情况比较，浮力降低效果有所减小，但开口部18周边的温度上升大幅变小。因此，例如当以测量导电体的温度而使其在规定以下的方式进行抑制输出的控制时，直到达到必须控制温度的时间变长。即，能够以旺火长时间进行感应加热。因此，可缩短烹调时间、提高烹调性能，同时，对凹翘锅的限制也有所改进，使用自由性得以改善。

另外，在本实施例中说明了在导电体17上形成两处狭缝22的情况，但本发明不限于此，例如可以不形成狭缝22。此时，利用没有狭缝22的面积的部分，以使导电体17的面积增加，等效串联电阻变大，浮力降低效果增大。另外，导电体17因为是一个故使制造时处理容易。另一方面，旋回电流在整个导电体17中旋回，所以有可能电流值增大，发热变大，设计时必须注意。

另外，可形成一个狭缝22。这时，因旋回电流变小故发热降低，浮力降低效果与没有狭缝22的情况比较减小。另外，由于浮力降低效果在狭缝22部分的附近比在其它部分小，故作用于被加热物13的浮力在整个被加热物的范围上是一样的。

因此，如本实施例所述，狭缝22的数量最好设为两个或两个以上。这样，旋回电流被割断减小，由此产生的发热变小。另外，最好对称配制多个狭缝22。这样，作用在被加热物13上的浮力是一样的。

另一方面，当增加狭缝22的数量时，导电体17的面积变小，等效串联电阻变小。由此，浮力的降低效果与没有狭缝22的情况或狭缝22少的情况相比变小。如上所述，狭缝数量的增减上有优点也有缺点，设计上必须考虑。

另外，在本实施例中使用圆环状导电体17。在此，所谓圆环状实际上是“圆还状”，如图1所示，为安装导电体17外径的一部分形成凸状时也为圆环状。这样，导电体17最好为与线圈14和中心大致一致的圆环状，由此，可平衡性良好地覆盖线圈14，在被加热物上产生的浮力容易形成得均匀。

另外，在本实施例的构成例中将圆环的外径设为180mm，但本发明不限于此，由于家庭用的感应加热装置的加热线圈的外径与锅的直径对应，为180mm左右，故与此大致对应的大小160～200mm比较合适。

内径的大小由于外径的大小而不同，研讨结果表明，实用中理想的是外径的25～50％，最好为30～45％。通过形成这样的大小，在与上板12接触的温度传感器35的安装时不带来障碍，使浮力降低。另外，在本实施例中，将导电体17设置为圆环状，但本发明不限于此，内外周也可以不是圆形，而是其它形状，例如多边形。导电体17的内外径或形状只要考虑周围部件等因素来设计即可。

另外，在导电体17中旋回的旋回电流必须不流入梳状部19，同时，必须将梳状部19本身的旋回电流降低。因此，最好将作为凹部的槽部25的总面积增大，将作为凸部的齿部24的各宽度减小。因为通过减小齿部24的面积可抑制涡电流的产生，且将齿部24内产生的旋回电流降低。根据研讨结果，齿部24的理想大小在实用中为0.5～10mm，最好为1～6mm。若小于0.5则生产性降低。若超过10mm则造成旋回电流的流入，同时，发生在齿部24内且环流在齿部内的电流变大，发热量变大。

各齿部24之间，即槽部25的宽度，根据研讨结果，实用中理想的是0.5～3mm，最好为1～2mm。因为若小于0.5mm则难于制造，若大于3mm则面积的减少增大，等效串联电阻减少。另外，在本实施例中，槽部25的宽度是固定的，但本发明不限于此，例如可以使齿部24的宽度一定，也可是其他任意形状。另外，不必有规律地配制像梳那样的多个相同形状的齿部24和槽部25，也可改变形状或不规则地配制。另外，在本实施例中，将槽部25和齿部24配置成以圆环的中心为中心的放射状。由此，导电体17容易制造，同时，浮力有效降低。但是，本发明不限于此。只要内周部20上具有开口在任意方向配制都可以。

梳状部19的凹凸部不限定在本实施例的形状上，只要是符合本发明的宗旨的结构都可以。

在本实施例中，说明了狭缝22的宽度为10mm的情况，但不限于此。由于狭缝22贯通导电体17的外周部21和开口部18，故当感应加热时在狭缝22两侧的导电体片17A、17B之间感应形成高电压。特别是当开口22为一个时其感应电压更大。另一方面，齿部24的长度短，且齿部24被带状部27连接。因此，在隔着槽部25而形成的齿部24间感应的电压比在狭缝22间感应的电压小，且齿部24间的间隔也稳定地维持。因此，槽部25的宽度可比狭缝22的宽度小。最好在制造上或部件管理上不产生问题的范围内减小槽部25的宽度，增大浮力降低效果或等效串联电阻。另外，也可以在狭缝22或槽部25内插入或填充树脂，这时形状稳定。

另外，在本实施例中叙述了梳状部19仅设置在作为圆环的开口部18的内周部20上的情况，但本发明不限于此。将梳状部设在内周部20和内周部20以外的位置也可以得到与在内周部20上设置的梳状部19的相同效果。另外，当抑制不限于内周部20的某一特定位置例如外周或外周的一部分的发热时，在该部分使用本实施例的梳状部19，则可得到效果。

导电体17不与上板12接触也可。例如，也可在线圈14或保持线圈14的支承部件上载置导电体17。这样，也可以像这样从上板12分离或介由绝缘部件压装在上板12上。只是此时导电体17产生的热被传递到上板12上，放热作用变小。

其次，说明本发明实施例的其它结构。图3是本发明实施例的另一感应加热装置的剖面图。这样，在导电体17和线圈14之间设置隔热材料26更为理想。由此，从导电体17到线圈14的热移动减低。因此，可抑制线圈14的温度升高，提高可靠性。另外，通过减少向线圈14的热移动，增加向被加热物13的热移动，提高热效率。根据上述，可缩短加热时间，提高烹调性能。

另外，隔热材料26可使用采用玻璃或陶瓷等无机纤维纺布或无纺布的耐热性隔热材料、或由云母构成的隔热材料。另外，也可以使用以上材料密封空气，用空气作为隔热材料。

根据本发明，降低由铝那样的高电导率、低导磁率构成的被加热物的浮起量，同时，即使锅底是凹部的凹翘锅那样的被加热物可容易使用，得到便利性高的感应加热装置。

Claims (15)

1、一种感应加热装置，其特征在于，包括：加热线圈，其可对被加热物进行感应加热，该被加热物由铝、铜、或具有与铝和铜同等以上的电导率的低导磁率材料的任意一种材料构成；导电体，其在所述加热线圈和所述被加热物之间相对所述加热线圈设置，且具有相对所述加热线圈中央部的开口部，同时，具有在所述开口部开口且与外周部隔离而形成、限制在所述开口部周围产生的感应电流引起的发热的槽部，并且，降低所述加热线圈产生的磁场给予所述被加热物的浮力。

2、如权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，所述导电体具有在所述开口部周围隔着所述槽部把齿部设置成梳状的梳状部。

3、如权利要求2所述的感应加热装置，其特征在于，所述导电体至少具有一个贯通外周部和所述开口部的狭缝。

4、如权利要求3所述的感应加热装置，其特征在于，所述狭缝的宽度比所述槽部的宽度大。

5、如权利要求3所述的感应加热装置，其特征在于，所述狭缝是多个狭缝的一个，所述多个狭缝对称设置。

6、如权利要求3所述的感应加热装置，其特征在于，所述导电体形成或排列成圆环状，且所述导电体的中心和所述加热线圈的中心一致。

7、如权利要求6所述的感应加热装置，其特征在于，圆环形状的所述导电体的外径为160mm以上200mm以下，所述开口部的内径为所述外径的25％以上55％以下。

8、如权利要求7所述的感应加热装置，其特征在于，所述开口部的内径为所述外径的30％以上45％以下。

9、如权利要求6所述的感应加热装置，其特征在于，所述齿部的宽度为0.5mm以上10mm以下。

10、如权利要求6所述的感应加热装置，其特征在于，所述齿部的宽度为1mm以上6mm以下。

11、如权利要求6所述的感应加热装置，其特征在于，所述槽部的宽度为0.5mm以上3mm以下。

12、如权利要求6所述的感应加热装置，其特征在于，所述槽部的宽度为1mm以上2mm以下。

13、如权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，所述槽部设置成以所述开口部的中心呈放射状。

14、如权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，还具有在所述导电体和所述加热线圈之间设置的隔热材料。

15、如权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，还具有：构成外壳的主体；载置所述被加热物、且设于所述主体上部的上板，

所述加热线圈设于所述上板的下方，所述导电体设于所述加热线圈和所述上板之间。

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