JP2003178863A

JP2003178863A - 誘導加熱装置

Info

Publication number: JP2003178863A
Application number: JP2001376792A
Authority: JP
Inventors: Motonari Hirota; 泉生弘田; Atsushi Fujita; 篤志藤田; Takahiro Miyauchi; 貴宏宮内; Yuji Fujii; 裕二藤井; Akira Kataoka; 章片岡
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2003-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】加熱コイルの損失が少なく低コストな誘導加
熱装置を提供することを目的としている。【解決手段】巻き数の異なる加熱コイルを具備した複
数の加熱部１０、１１を有し、巻き数の大なる加熱コイ
ル１３を具備する加熱部１１の最大出力を、巻き数の小
なる加熱コイル１４を具備する加熱部１０の最大出力よ
りも大とする誘導加熱装置とすることにより、加熱コイ
ル電流の低減とコスト上昇の少ない装置としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般家庭やレストラ
ン及びオフィス、あるいは工場などで使用される誘導加
熱装置に関するもので、さらに詳しくは複数の加熱部を
同時に使用することができる装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の誘導加熱装置の加熱方法を、誘導
加熱調理器を例に取り上げ図５を用いて説明する。図に
おいて、１は加熱コイルで、そのターン数は２６ターン
としている。２は加熱コイル１に高周波電流を供給する
インバータ回路、３は加熱コイル１から発生する高周波
磁界によって誘導加熱される負荷（被加熱物）、４は商
用電源、５は商用電源４から供給される交流を整流する
整流ブリッジ、６はローパスフィルタである。

【０００３】そして、インバータ回路２に供給される電
圧は、商用周波数の２倍なる周波数の脈流であり、ロー
パスフィルタ６を構成するコンデンサの容量は数μＦ〜
十数μＦで、商用周波数平滑用（例えば数百μＦ）を目
的としたものではない。一般的にモータ駆動用インバー
タ或いは照明用インバータに供給される電源はうなり音
或いはちらつきなどの軽減のため、商用周波数に対して
充分平滑された形で供給されるが、誘導加熱装置におい
てこのような平滑を行っていなかった主たる理由は、負
荷３が商用周波数における変動に対して比較的鈍感な物
体（鍋など比較的重量がある材料）であったためであ
る。

【０００４】誘導加熱される負荷３は、その材料が磁性
体の場合、反発力と吸引力がそれぞれ位相差を持った形
で働く。また非磁性体の場合、吸引力は発生せず反発力
のみとなる。また負荷３へ供給する電力が大きくなれば
なるほどこの力は大となる。

【０００５】また、加熱コイル１及びインバータ回路２
の回路部品はその発熱が大であるので（例えば加熱コイ
ル１の場合、損失が６０Ｗ程度、インバータ回路２の回
路部品の損失が併せて６０Ｗ程度）、図示しない冷却フ
ァンにより強制空冷されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な従来の誘導加熱装置では以下に示す課題があった。す
なわち、上記したように加熱コイル１の冷却に強制空冷
を用いており、冷却ファンの騒音が大であること、さら
に冷却のためのコストが大きいというものである。この
課題はさらに最大出力を大として、沸騰時間を短縮する
など利便性を向上する上での大きな課題となるものであ
る（加熱コイル１の損失などは最大出力に比例して大と
なるため、その分、冷却性能を向上する必要がある）。

【０００７】また、負荷３には反発力あるいは吸引力が
商用周波数の２倍の周期で強弱するため、結果として負
荷３の振動を招くことがあるという課題もあった。負荷
３の振動は負荷３そのものあるいは装置の振動となり、
使用者に不快感を与える可能性、或いは例えば複写機な
ど誘導加熱利用定着器の場合は装置の性能が低下する可
能性がある。

【０００８】この課題は負荷３が磁性体よりは非磁性体
で顕著であり（反発力のみとなるため）、さらに非磁性
体でも同一体積で比較的重量が大でかつ電気伝導率が低
いＳＵＳ３０４などの材料よりも、前記同一体積で重量
が小で電気伝導率が高いアルミニウムや銅、あるいはチ
タンといった材料で顕著になるものである。特にアルミ
ニウムなど重量が小かつ電気伝導率が高い材料の場合
で、磁性体と同様の電力を供給しようとした場合、発生
する磁界の量も大きくする必要があるため、負荷３の振
動が大となり大きな振動音が発生するという課題があっ
た。

【０００９】本発明は上記従来の課題を解決し、最大出
力を大としても冷却ファンの騒音が小さくかつコスト上
昇の少ない快適かつ高性能な誘導加熱装置を提供するこ
とを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の誘導加熱装置は、巻き数の異なる加熱コイ
ルを具備した複数の加熱部を有し、巻き数の大なる加熱
コイルを具備する加熱部の最大出力を、巻き数の小なる
加熱コイルを具備する加熱部の最大出力よりも大とし
た。

【００１１】これにより、最大出力を大としても加熱コ
イル損失が少なく（すなわち冷却ファン騒音が小さい）
かつコスト上昇の少ない快適かつ高性能な誘導加熱装置
を実現できるものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、巻き数
の異なる加熱コイルを具備した複数の加熱部を有し、巻
き数の大なる加熱コイルを具備する加熱部の最大出力
を、巻き数の小なる加熱コイルを具備する加熱部の最大
出力よりも大としているので、巻き数大の加熱コイルに
流す電流は同定格で巻き数小の加熱コイルに流す電流よ
りも巻き数比分低減することが可能となり、加熱コイル
損失を小さくすることが可能となる。さらに加熱コイル
の巻き数大とすると使用材料（一般的には銅線）が増加
し、コスト上昇を招くが、片方の加熱部においては加熱
コイル巻き数を小としているので、大幅なコスト上昇と
はならないものである。

【００１３】請求項２に記載の発明は、巻き数の大なる
加熱コイルを具備する加熱部は、非磁性材料負荷の場合
の加熱電力を他の加熱部の加熱電力よりも大とした請求
項１に記載の誘導加熱装置とすることにより、特に加熱
コイルの発熱が大となる（すなわち加熱コイルに流す電
流が大きくなる）非磁性材料負荷において、加熱コイル
損失を小さくすることが可能となるものである。

【００１４】請求項３に記載の発明は、非磁性材料負荷
を高電気伝導率なる材料とした請求項２に記載の誘導加
熱装置とすることにより、低電気伝導率なる非磁性材料
（例えばＳＵＳ３０４など）よりも加熱コイル損失がさ
らに大きくなる高電気伝導率の非磁性材料の負荷におい
ても加熱コイル損失を小さくすることが可能となるもの
である。

【００１５】請求項４に記載の発明は、高電気伝導率な
る材料をアルミニウムまたは銅とした請求項３に記載の
誘導加熱装置とすることにより、熱伝導率が高くかつ高
電気伝導率の非磁性材料の負荷においても加熱コイル損
失を小さくすることが可能となるものである。

【００１６】請求項５に記載の発明は、巻き数の大なる
加熱コイルを具備する加熱部は、電圧を平滑する平滑手
段を具備した請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導
加熱装置とすることにより、定格電力を大としても負荷
振動を少なくすることが可能となるものである。

【００１７】請求項６に記載の発明は、負荷の加熱コイ
ルに面した部分の厚みを略１ｍｍ以上とした請求項１〜
５のいずれか１項に記載の誘導加熱装置とすることによ
り、表皮抵抗が小で加熱コイル電流が大となる負荷の場
合であっても加熱コイル損失を低減することが可能とな
るものである。

【００１８】請求項７に記載の発明は、負荷の大きさ
は、加熱コイルをほぼ覆う構成とした請求項５に記載の
誘導加熱装置とすることにより、反発力が大なる負荷の
加熱を、平滑手段を有する側の加熱部で行い、負荷振動
を低減することができるものである。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図１〜図４
を参照しながら説明する。

【００２０】図１において、誘導加熱装置は複数の加熱
部１０、１１を有している。すなわちトッププレート１
２の面上における加熱部１０は最大出力が２ｋＷであ
り、加熱部１１は最大出力が３ｋＷである。それぞれの
加熱部１０、１１の最大出力は、本実施例の場合、少な
くとも特定の大きさ（外径略２００ｍｍ以上など）の鉄
鍋の場合に確保されるものである。加熱部１１の内部に
おいては、巻き数の大なる加熱コイル１３が埋設され、
この場合の巻き数は５０ターンとしている。また加熱部
１０の内部においては、巻き数の小なる加熱コイル１４
が埋設され、この場合の巻き数は２６ターンとしてい
る。本実施例の場合、加熱コイル１３、１４の導線はリ
ッツ線であり、その断面積は両方とも略３．５ｍｍ²と
している。

【００２１】そして、図２に示すように、加熱コイル１
４、１３の上には誘導加熱される負荷１５、１６がトッ
ププレート１２を介して載置されている。ここで、加熱
コイル１４、１３の外径、内径がほぼ同じでかつ加熱コ
イル１４、１３の下面に配置するフェライト１７、１８
などの磁気結合手段の構成が同じあれば、負荷１５、１
６に与える電力は加熱コイル１４、１３に流れる電流と
加熱コイル１４、１３の巻き数の積の２乗に比例する。
このことから、本実施例の場合、最大出力を３ｋＷとし
ても加熱コイル１３の巻き数を加熱コイル１４の２倍と
しているため、加熱部１０と比べて電流が０．６倍で可
能となり、加熱コイルの巻き数増加による抵抗分の上昇
（２倍程度）を加味しても（加熱コイル損失は電流の２
乗と抵抗の１乗の積に比例する）、低損失な加熱コイル
１３を実現することが可能となるものである。

【００２２】さらに、巻き数の大なる加熱コイル１３
は、ターン数が多いため使用する線量が多く、コスト上
昇となるが、本実施例の場合、複数の加熱部における内
の１つとしているため大幅なコスト上昇を防ぐことが可
能となるものである。

【００２３】また、負荷１５、１６の形状は、図２に示
すように、加熱コイル１４、１３をほぼ覆うもので、さ
らに加熱コイル１４、１３に面した部分の厚みをほぼ１
ｍｍ以上としている。この厚みは特に誘導加熱に適した
厚み、すなわち表皮抵抗が適切な値となる厚みである。

【００２４】本実施例の場合、負荷１５、１６が非磁性
負荷（ＳＵＳ３０４など）の場合において、加熱部１１
の入力電力は１．６ｋＷとしている。ＳＵＳ３０４など
の非磁性負荷の場合、加熱コイルに流れる電流量を鉄系
負荷のそれと比べて大（２６ターンのコイルの場合それ
ぞれ２３Ａに対し、２８Ａ）とする必要があるが、本実
施例の場合、上記したように加熱コイル１３のターン数
を大としているため、加熱コイル電流が小となり（１９
Ａ程度）損失低減を図ることができるものである。

【００２５】また、負荷１６がアルミニウムや銅など高
電気伝導率なる非磁性負荷の場合でも、本実施例の場
合、加熱コイル１３のターン数を５０ターンとしている
ため、加熱コイル１３に流す電流が１．６ｋＷ入力の場
合、約３３Ａ程度で可能となり、２６ターンのコイルで
は冷却困難であった（６０Ａ以上必要）アルミニウムな
ど上記非磁性負荷を加熱することが可能となるものであ
る。

【００２６】図３は本実施例の加熱部１１の回路を示
し、１９は商用電源、２０は商用電源を整流する整流素
子、２１は力率改善手段で、具体的にはパッシブフィル
タ構成により、高調波電流を抑制するものである。２２
は平滑手段で、具体的には電解コンデンサを用いて、商
用周波数の周期で発生するリプル分の低下を防いでい
る。２３は平滑手段２２により平滑された電圧が供給さ
れるインバータで、本実施例の場合、加熱コイル１３と
直列に接続された共振コンデンサを２つのＩＧＢＴを用
いたシングルエンドプッシュプル回路で共振させて高周
波電流を発生させ、負荷１６へ高周波磁界を供給する構
成としている。また、加熱部１０の回路は、従来例で示
した図５と同様なものである。

【００２７】図４は各加熱部１０、１１のインバータに
印加される電圧波形を示し、（ａ）は加熱部１０のイン
バータに印加される電圧波形で、商用周波数を全波整流
した周期（図では６０Ｈｚで８．３ｍｓ）の非平滑電圧
が供給される。（ｂ）は加熱部１１のインバータ２３に
印加される電圧波形で、平滑手段２２によって平滑され
ている。この平滑により商用周波数の２倍の周波数で発
生する負荷１６の振動を低減することが可能となる。平
滑手段２２の容量が大であればあるほどこの電圧のリプ
ル分は小さくなり、負荷１６の振動をさらに低減するこ
とが可能となる。

【００２８】また、加熱部１０においては、非磁性負荷
の入力電力を小（アルミニウムや銅などの場合は加熱し
ない）としているので、平滑手段２２がなくても負荷振
動は問題とならないものである。

【００２９】また、本実施例の場合、ほぼ１ｍｍの厚み
の非磁性ステンレスやアルミニウムとしたが、たとえば
１層目が数百μmといった極めて薄い非磁性ステンレス
で２層目が２ｍｍのアルミニウムなど多層の負荷構成で
も良い。この場合は１層目の非磁性ステンレスは磁束が
通過するため実質的にアルミニウムの材質と同等となる
ものである。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜７に記
載の発明によれば、加熱コイル損失が少なくかつコスト
上昇の少ない快適かつ安価な誘導加熱装置を実現できる
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における誘導加熱装置の上面図

【図２】同誘導加熱装置の断面図

【図３】同誘導加熱装置における巻き数の大なる加熱コ
イルを具備する加熱部の回路図

【図４】（ａ）同誘導加熱装置における巻き数の小なる
加熱コイルを具備する加熱部のインバータ供給電圧の時
間変化を示す図（ｂ）同誘導加熱装置における巻き数の大なる加熱コイ
ルを具備する加熱部のインバータ供給電圧の時間変化を
示す図

【図５】従来の誘導加熱装置の回路図

【符号の説明】

１０、１１加熱部１３、１４加熱コイル１５、１６負荷２２平滑手段２３インバータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮内貴宏大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者藤井裕二大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者片岡章大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 3K051 AA01 AA08 AB04 AC09 AC53 AD07 CD42 3K059 AA01 AA02 AA08 AB27 AB28 AC09 AD05 AD23 AD35 CD72 CD79

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】巻き数の異なる加熱コイルを具備した複
数の加熱部を有し、巻き数の大なる加熱コイルを具備す
る加熱部の最大出力を、巻き数の小なる加熱コイルを具
備する加熱部の最大出力よりも大とした誘導加熱装置。
【請求項２】巻き数の大なる加熱コイルを具備する加
熱部は、非磁性材料負荷の場合の加熱電力を他の加熱部
の加熱電力よりも大とした請求項１に記載の誘導加熱装
置。
【請求項３】非磁性材料負荷を高電気伝導率なる材料
とした請求項２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】高電気伝導率なる材料をアルミニウムま
たは銅とした請求項３に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】巻き数の大なる加熱コイルを具備する加
熱部は、電圧を平滑する平滑手段を具備した請求項１〜
４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】負荷の加熱コイルに面した部分の厚みを
略１ｍｍ以上とした請求項１〜５のいずれか１項に記載
の誘導加熱装置。
【請求項７】負荷の大きさは、加熱コイルをほぼ覆う
構成とした請求項５に記載の誘導加熱装置。