JP2005216594A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】漏洩磁束を十分低減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２にて被加熱物を電磁誘導加熱する誘導加熱調理器において、加熱コイル中心を２周以上囲む略ループ状導電体４，５を一組以上配置することにより、加熱コイル２あるいは被加熱物３からの高周波磁束とキャンセル磁束の位相差を小さくし、漏洩磁束を効果的に低減する。また、略ループ状導電体をリッツ線により構成し、その４の表面積を大きくすることで、より多くの電流を流すことができ、漏洩磁界の低減が可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、誘導加熱調理器の漏洩磁束低減手法に関するものである。

図９は、誘導加熱調理器の一般的な漏洩磁束低減手法の構成を示したものである。誘導加熱調理器の原理は、トッププレート１の下側に配置した加熱コイル２に高周波電流を供給し、高周波磁束を発生させ、この磁束により、トッププレート１の上側に配置した金属製鍋等の被加熱物３に渦電流を発生させ、渦電流と被加熱物の抵抗分で発生するジュール熱にて加熱調理を行うものである。

ここで、加熱コイル２の外周には導電性リング４が配置されている。導電性リング４には、加熱コイル２あるいは被加熱物３から発生する高周波磁束により誘導電流が流れる。この誘導電流によるキャンセル磁束（高周波磁束）が、加熱コイル２あるいは被加熱物３から発生する高周波磁束を打ち消す方向に発生するため、外部への漏洩磁束を低減することができる。

そこで、この漏洩磁束を低減する一つの方法として、アルミ等の導電材料でドーナツ状に構成された導電性リングを設けることが、特許文献１または特許文献２に開示されている。
特公昭５８−３７６７６公報 特開平１０−３０２９５３公報

しかしながら、このような従来の手法では、外部への漏洩磁束を低減するという目的を達成するため、導電性リング４が加熱コイル２よりも外側に配置される。それ故に、加熱コイル２と導電性リング４の磁気結合が弱く、導電性リング４の誘導電流は加熱コイル２あるいは被加熱物３からの高周波磁束を打ち消すのに十分なキャンセル磁束を発生することができない。

また、導電性リング４は、加熱コイル２と略同一平面上に配置される。これは、加熱コイル２と略同一平面上の高周波磁束が大きいので、略同一平面上のキャンセル磁束が一番大きくなるようにするためと、加熱コイル２との磁気結合を良くして、誘導電流が流れやすく、キャンセル磁束が発生しやすい条件となるためである。

このような位置関係を図１０に示す。図１０において、磁束を表わすベクトルの先端は、網かけ△が加熱コイルによる磁束、黒塗り△が被加熱物による磁束、□が導電性リングによる磁束、△が合成磁束（低減後の漏洩磁束）をそれぞれ示す。

加熱コイル２と略同一平面上においては、加熱コイル２による高周波磁束は垂直方向のみであるが、被加熱物３は加熱コイル２よりも上に配置されるので、被加熱物３による高周波磁束は水平／垂直双方の成分が発生する。これに対し、図１０に示すように、導電性リング４が、加熱コイル２と略同一平面上に配置されると、キャンセル磁束としては垂直成分しか発生しない。従って、漏洩磁束の垂直成分がバランス良くキャンセルできたとしても、水平成分が残存して、結果的に漏洩磁束低減の妨げになってしまう。

また、導電性リング４の材質には低抵抗材料である銅やアルミが用いられるが、これらの材質であってもわずかに抵抗成分が存在するため、加熱コイル２および被加熱物３からの漏洩磁束と導電性リング４からのキャンセル磁束の間には位相差が発生する。

図１１は、低減前の漏洩磁束Ａとキャンセル磁束Ｂの振幅／位相差と低減後漏洩磁束Ｃの振幅の関係を示すもので、例として位相差が5[deg.]（同図（ａ））と20[deg.]（同図（ｂ））の場合を比較したものである。仮に低減前後の漏洩磁束Ａとキャンセル磁束Ｂの振幅が同じでも、両者の位相差が大きいと漏洩磁束Ｃの低減効果に限界が生ずることがわかる。

本発明は、上記の課題を解決するもので、漏洩磁束を十分低減することができる誘導加熱調理器の提供を目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、加熱コイルにて被加熱物を電磁誘導加熱する誘導加熱調理器において、加熱コイル中心を２周以上囲む略ループ状導電体が一組以上配置されることを特徴とする。

この構成によれば、加熱コイルあるいは被加熱物からの高周波磁束とキャンセル磁束の位相差を小さくし、漏洩磁束を効果的に低減することが可能となる。

この場合、加熱コイル中心を２周以上囲む略ループ状導電体の少なくとも１周の略ループの囲む面積が、それ以外の略ループの部分が囲む面積と異なるようにすることができる。これにより、略ループ状導電体の誘導電流を大きくすることができ、十分なキャンセル磁束を発生し、漏洩磁束を低減することが可能となる。

また、加熱コイル中心を２周以上囲む略ループ状導電体の少なくとも１周の略ループの半径が、それ以外の略ループの半径よりも小さくすることができる。これにより、半径の小さい略ループ状導電体の誘起起電力をさらに大きくすることになり、誘導電流も大きくすることができ、十分なキャンセル磁束を発生し、漏洩磁束を低減することが可能となる。

また、上記構成の誘導加熱調理器において、加熱コイル中心を２周以上囲む略ループ状導電体の少なくとも１周の略ループが、加熱コイル配置平面より下側に配置することができる。上記構成によれば、下側に配置した略ループ状導電体によって、被加熱物３によるものと逆方向の水平成分の磁束を作ることができ、漏洩磁束を効果的に小さくすることができる。

また、本発明では、加熱コイル中心を２周以上囲む略ループ状導電体の少なくとも１周の略ループ状導電体の断面形状が、Ｌ字型を一つ以上組み合わせた形状であることを特徴とする。この構成によれば、導電体の誘導電流を大きくすることで十分なキャンセル磁束を発生し、かつ漏洩磁束の水平成分も効果的に低減することが可能となる。

また、本発明は、加熱コイルにて被加熱物を電磁誘導加熱する誘導加熱調理器において、加熱コイル中心を１周以上囲む略ループ状導電体が、加熱コイル配置平面より下側に配置されることを特徴とする。この構成によれば、漏洩磁束の水平成分を効果的に低減することが可能となる。

この場合、略ループ状導電体の断面形状が、Ｌ字型を一つ以上組み合わせた形状とすることができる。この構成によれば、導電体の誘導電流を大きくすることで十分なキャンセル磁束を発生し、かつ漏洩磁束の水平成分も効果的に低減することが可能となる。

なお、略ループ状導電体の構成物としてリッツ線を用いることができる。これにより、導電体のループ形状を効果的な配置に柔軟に対応することができ、漏洩磁束を低減することが可能となる。

また、略ループ状導電体の構成物として金属板を用いることができる。これにより、導電体の誘導電流が流れる領域を広く取ることができ、効果的に漏洩磁束を低減する事が可能となる。

さらに、略ループ状導電体の構成物の材質として、非磁性低抵抗金属を用いることができる。非磁性低抵抗金属としては、銅もしくはアルミ等を用いて良い。これにより、加熱コイルや被加熱物による高周波磁束とキャンセル磁束の位相差を小さくし、効果的に漏洩磁束を低減することが可能となる。

以上のとおり、本発明によれば、加熱コイル中心を２周以上囲む略ループ状導電体を配置することにより、漏洩磁束を十分低減することができる。また、加熱コイル中心を１周以上囲む略ループ状導電体を配置し、その断面形状をＬ字型に形成することによっても、漏洩磁束を十分低減することができる。

本発明の誘導加熱調理器の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は第１の実施形態である誘導加熱調理器の構成を示した図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１において、誘導加熱調理器は、調理器本体（図示略）の上面に装着された非磁性体からなるトッププレート１と、トッププレート１の下方に配設された加熱コイル２と、加熱コイル２から外部に輻射する不要な磁界を打ち消すための略ループ状導電体４とが一組以上配置されている。加熱コイル２は、調理器本体の内部支持台（図示略）に載置される。

略ループ状導電体４は、加熱コイル２の外側で、かつ加熱コイル２と略同一平面上に、加熱コイル２の中心を２周囲む形で略同心状に配置されている。

本実施形態の略ループ状導電体４は、被覆された細線が撚り合わされたリッツ線で構成される。リッツ線により、略ループ状導電体４の表面積を大きくすることができ、より多くの電流を流すことができ、漏洩磁界の低減が可能となる。リッツ線の端末同士は互いに接続されて閉ループを構成している。

ここで、同じ仕様のリッツ線を前提としたとき、略ループ状導電体４が従来例のように加熱コイル中心を１周だけの場合と、２周する場合では、次式で示すように、２周する場合の方が、加熱コイルや被加熱物による高周波磁束とキャンセル磁束の位相差を小さくすることができる。

１周のみの場合の位相差をθ１，２周の場合の位相差をθ２とすると、
θ１＝９０−ｔａｎ⁻¹（ωＬ／Ｒ）
θ２＝９０−ｔａｎ⁻¹（ω４Ｌ／２Ｒ）＝９０−ｔａｎ⁻¹（ω２Ｌ／Ｒ）
なお、高周波磁束の角周波数をω、略ループ状導電体１周当たりの抵抗をＲ、略ループ状導電体の１周あたりの自己インダクタンスをＬとする。

本実施形態では、２周の略ループ状導電体は密着して配置しているため、その形状、配置位置は同一とみなすことができ、各ループ間の相互インダクタンスをＬとすることができる。

ここで、ω、Ｌ、Ｒにおおよその実際値を導入すると、
ω＝２π・２５０００≒１５７０００、Ｌ＝０．００００００８、Ｒ＝０．０２
程度であるから、
θ１≒９０−８１＝９［deg.］
θ２≒９０−８５＝５ [deg.]
したがって、アンペアターン（誘導電流値×巻数）がほぼ同一にもかかわらず、効果的に漏洩磁束を低減することが可能となる。

なお、本実施形態では、略ループ状導電体４として、細線を撚り合わせたリッツ線を例示したが、これに限らず、銅もしくはアルミ等の非磁性低抵抗の金属板であってもよい。また、本実施形態では略ループ状導電体４のターン数は２周を例示したが、３周以上であってもよい。

＜第２の実施形態＞
図２は第２の実施形態である誘導加熱調理器の構成を示した図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２において、誘導加熱調理器においては、加熱コイル２の外側かつ加熱コイル２と同一平面上に、加熱コイル中心を１周囲む形で略ループ状導電体４が配置され、さらに加熱コイル２の上側に加熱コイル２の外径より小さい寸法で加熱コイル中心を１周囲む形で略ループ状導電体５が配置されている。

内側の略ループ状導電体５は、加熱コイル２と接近して配置される。また、内側の略ループ状導電体５は、その両端部が加熱コイル２の半径方向で外側に延設され、加熱コイル２の外側で、外側の略ループ状導電体４と連続した形態となっている。本実施形態では、両導電体４，５がリッツ線で構成されている。その他の構成は第１の実施形態と同様である。

上記構成において、加熱コイル２の外径より小さい寸法の内側の略ループ状導電体５には、加熱コイル２の外側に配置した略ループ状導電体４よりも磁束交差数が多いため、ノイマンの定理に示されるように、誘導起電力が大きくなり、従って、誘導電流も大きくなる。そのため、加熱コイル２の外側に略ループ状導電体４を１周させる場合と比較して、誘導電流値を大きくすることができ、漏洩磁束を十分抑えるような電流値を確保することが可能となる。

なお、加熱コイル２の内側に配置した略ループ状導電体５の大きさ（径）を変えることで誘導電流値も調整できるので、漏洩磁束をキャンセルするのに適切な大きさに設定することができる。また、本実施形態では、加熱コイル２の外側に配置した略ループ状導電体４は、加熱コイル２の中心を１周するのみであるが、これを２周させ、加熱コイル内側の略ループ状導電体５と合せて計３周するように構成しても良い。また、略ループ状導電体４，５は、リッツ線以外に銅もしくはアルミ等の非磁性低抵抗の金属板を使用してもよい。

＜第３の実施形態＞
図３は第３の実施形態の誘導加熱調理器の構成を示した図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図４は、図３の漏洩磁束ベクトルを示す図である。図４において、磁束を表わすベクトルの先端は、網かけ△が加熱コイルによる磁束、黒塗り△が被加熱物による磁束、□が略ループ状導電体による磁束、△が合成磁束（低減後の漏洩磁束）をそれぞれ示す（図５〜図７においても同じ）。

図３においては、第２の実施形態に対して、加熱コイル２の外側に配置する略ループ状導電体４が、加熱コイル中心を２周囲み、さらに、加熱コイル水平面よりも下側に配置されたものである。

すなわち、本実施形態の誘導加熱調理器は、加熱コイル２の外側に略ループ状導電体が、加熱コイル中心を２周囲む形で配置される。しかも、外側に略ループ状導電体４は、加熱コイル２の水平面よりも下側に配置されている。

また、加熱コイル２の上側には、加熱コイル２の外径より小さい寸法で加熱コイル中心を１周囲む形で、内側の略ループ状導電体５が配置されている。この内側の略ループ状導電体５は、加熱コイル２と接近して配置される。本実施形態では、両導電体４，５が共にリッツ線で構成されている。

内側の略ループ状導電体５は、第２の実施形態と同様に、その両端部が加熱コイル２の半径方向で外側に延設され、加熱コイル２の外側で、外側の略ループ状導電体４と連続している。また、外側の略ループ状導電体４は、２ターンコイルから構成されており、加熱コイル２と略同心状に配置されている。そして、外側の略ループ状導電体４の両端部は内側の略ループ状導電体５の両端部と連続した形態となっている。

その他の構成は上記第１の実施形態と同様である。

上記構成においては、図４に示すように、略ループ状導電体４を加熱コイル２よりも下方に配置したことにより、被加熱物３によるものと逆方向の水平成分の磁束を作ることができ、漏洩磁束を効果的に小さくすることが可能となる。また、第２の実施形態と同様に、内側の略ループ状導電体５により、誘導電流値を大きくすることができ、漏洩磁界の低減効果を大きくすることができる。

＜第４の実施形態＞
図５は第４の実施形態を示す一部断面図とそれに対応する漏洩磁束ベクトルを示す図である。本実施形態は、加熱コイル２の外側に配置する略ループ状導電体４の断面をＬ字型にしたものである。

すなわち、本実施形態の誘導加熱調理器は、加熱コイル２の外側で、かつ加熱コイル２の水平面よりも下側に、加熱コイル中心を１周囲む形で略ループ状導電体４が配置されている。この外側の略ループ状導電体４は、断面をＬ字型に形成されたものである。

また、加熱コイル２の上側に、加熱コイル２と接近して、加熱コイル２の外径より小さい寸法で加熱コイル中心を１周囲む形で略ループ状導電体５が配置されている。

外側の略ループ状導電体４は、加熱コイル２の外側に間隔をおいて配置される筒状部４ａと、該筒状部４ａの下端から外方向に拡がる水平部４ｂとから構成されている。

本実施形態では、外側の略ループ状導電体４は、Ｌ字形に折り曲げられた銅もしくはアルミ等の非磁性低抵抗の金属板加工品が採用される。また、加熱コイル内側の略ループ状導電体５はリッツ線で構成されている。リッツ線の両端部が加熱コイル２の半径方向で外側に延設され、加熱コイル２の外側で、外側の略ループ状導電体４の両端に接続されて連続した形態となっている。

上記構成において、被加熱物３の大きさが異なる場合、被加熱物３の誘導電流の分布も異なるため、これにより発生する磁束の水平／垂直成分の比率が変わってしまう。図６は被加熱物が小さい場合の漏洩磁束ベクトルを示す図、図７は被加熱物が大きい場合の漏洩磁束ベクトルを示す図である。図６に示すように、被加熱物３が小さい場合は、被加熱物３による磁束の影響が小さくなる。また、図７に示すように、被加熱物３が大きい場合、被加熱物３による磁束の影響が大きくなる。

このことから、水平／垂直成分の比率が変わるのであるが、図６のような場合は、Ｌ字型の略ループ状導電体４の内側（黒ハッチング領域で示す筒状部４ａと水平部４ｂの加熱コイル側端部付近）に誘導電流が分布する。また、図７のような場合は、Ｌ字型の略ループ状導電体４の外側（黒ハッチング領域で示す水平部４ｂの外端部付近）に誘導電流が分布する。

図６のように、Ｌ字型のループ状導電体４の内側に誘導電流が分布した場合は、垂直成分の多いキャンセル磁束が発生する。また、図７のように、Ｌ字型のループ状導電体４の外側に分布した場合は水平成分の多い磁束が発生する。この特性に基づき、Ｌ字型の形状を最適化することで、被加熱物３の大きさが変わった場合の水平／垂直成分の変化に対応することが可能となる。

なお、本実施形態では、外側の略ループ状導電体４の断面形状をＬ字型としているが、Ｌ字型を一つ以上組み合わせた形、例えば、コの字型、トの字型等、２組以上で形成し、水平／垂直成分の比率が変わるようにすることも有効である。

また、本実施形態では、Ｌ字型の略ループ状導電体４を金属板加工品としているが、これに限定されるものではなく、図８に示すような構造のものであってもよい。

図８はＬ字型の略ループ状導電体の変形例を示す断面図である。この例では、リッツ線を並列に接続してＬ字型に構成している。これにより、誘導電流値を大きくして被加熱物３の大きさが変わった場合の水平／垂直成分の変化に十分対応できるようにしてもよい。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で修正・変更を加えることができるのは勿論である。例えば、上記実施形態では、略ループ状導電体として加熱コイル中心を２周以上囲むものを例示したが、略ループ状導電体を加熱コイルの配置平面の下側に配置する場合は、略ループ状導電体として加熱コイル中心を１周以上囲むものであってもよく、この場合でも少なくとも漏洩磁束の水平成分を効果的に低減することができる。また、略ループ状導電体の形状は、円だけでなく、楕円、矩形あるいは多角形としても良い。

（ａ）は本発明に係る誘導加熱調理器の第１の実施形態を示す平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図 （ａ）は本発明に係る誘導加熱調理器の第２の実施形態を示す平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図 （ａ）は本発明に係る誘導加熱調理器の第３の実施形態を示す平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図 図３の漏洩磁束ベクトルを示す図 本発明に係る誘導加熱調理器の第４の実施形態を示す一部断面図と漏洩磁束ベクトルを示す図 第４の実施形態における被加熱物が小さい場合の漏洩磁束ベクトルを示す図 第４の実施形態における被加熱物が大きい場合の漏洩磁束ベクトルを示す図 第４の実施形態における導電体の変形例を示す断面図 従来の誘導加熱調理器構成を示す図 従来の誘導加熱調理器の漏洩磁束ベクトルを示す図 キャンセル磁束の位相差と漏洩磁束低減効果を示す図

符号の説明

１ トッププレート
２ 加熱コイル
３ 被加熱物（調理鍋）
４、５ ループ状導電体

Claims (10)

1. 加熱コイルにて被加熱物を電磁誘導加熱する誘導加熱調理器において、前記加熱コイル中心を２周以上囲む略ループ状導電体が一組以上配置されることを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 加熱コイル中心を２周以上囲む略ループ状導電体の少なくとも１周の略ループの囲む面積が、それ以外の略ループの囲む面積と異なることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
3. 加熱コイル中心を２周以上囲む略ループ状導電体の少なくとも１周の略ループの半径が、それ以外の略ループの半径よりも小さいことを特徴とする請求項２記載の誘導加熱調理器。
4. 加熱コイル中心を２周以上囲む略ループ状導電体の少なくとも１周の略ループが、加熱コイル配置平面より下側に配置することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
5. 加熱コイル中心を２周以上囲む略ループ状導電体の少なくとも１周の略ループ状導電体の断面形状が、Ｌ字型を一つ以上組み合わせた形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
6. 加熱コイルにて被加熱物を電磁誘導加熱する誘導加熱調理器において、加熱コイル中心を１周以上囲む略ループ状導電体が、加熱コイル配置平面より下側に配置されることを特徴とする誘導加熱調理器。
7. 前記略ループ状導電体の断面形状が、Ｌ字型を一つ以上組み合わせた形状であることを特徴とする請求項６に記載の誘導加熱調理器。
8. 前記略ループ状導電体の構成物として、リッツ線を用いたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
9. 前記略ループ状導電体の構成物として、金属板を用いたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
10. 略ループ状導電体の構成物の材質として、非磁性低抵抗金属を用いたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の誘導加熱調理器。

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