JP2005222822A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で感電する恐れのない信頼性のある誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】本発明の誘導加熱装置は、アルミニウム若しくは銅またはこれらと略同等以上の電気伝導率を有する低透磁率材料からなる被加熱物を誘導加熱可能な加熱コイルと、被加熱物と加熱コイルとの間に設けられ、加熱コイルに対向して被加熱物を配置した時の加熱コイルの等価直列抵抗を大きくして、加熱コイルの発生する磁界が被加熱物に対して働く浮力を低減する浮力低減機能と、低電位部に電気的に接続して、加熱コイルと被加熱物との静電結合を小さくする静電シールド機能と、を有する電気導体と、電気導体と電気的に接続し、加熱コイルに誘導電流を流して駆動する制御回路と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加熱物と加熱コイルとの間に電気導体を設けた誘導加熱装置に関する。

加熱コイルの発生する高周波磁界により負荷となる鍋等に渦電流を誘起して加熱する誘導加熱装置が、熱効率が高く、安全で且つ清潔であるという特性から注目されている。従来の誘導加熱装置は、鉄のような高透磁率の被加熱物を加熱するのに適していた。近年、アルミニウム又は銅のような低透磁率で高電気伝導率の被加熱物を加熱できる誘導加熱装置が開発されてきている。

加熱コイルと被加熱物との間に浮遊容量（等価容量）が存在し、ユーザが被加熱物に触ると、浮遊容量及びユーザの身体の内部抵抗（等価抵抗）を通じて、加熱コイルからグラウンドに電流が流れる。
低透磁率で高電気伝導率の被加熱物を加熱する場合の方が、高透磁率の被加熱物を加熱する場合よりも、加熱コイルの巻数が多く、加熱コイルに印加される電圧が高い。高圧の加熱コイルから人体に所定以上の電流が漏洩することは危険であるため、低透磁率で高電気伝導率の被加熱物を加熱する誘導加熱装置の場合、人体に漏洩電流が流れることを防止する必要があった。
実開昭５０−８２０４６号公報に、導電膜を用いて人体に漏洩電流が流れることを防止する従来例１の誘導加熱装置が開示されている。トッププレートの裏面に導電膜を設け、その導電膜を接地する。加熱コイルからの漏洩電流はほとんど導電膜を通じてグラウンドに流れるため、被加熱物を通じて人体に漏洩電流がほとんど流れない。

誘導加熱装置は、被加熱物に到達する磁束の量により、被加熱物の加熱温度を調整することができる。特開平７−２４９４８０号公報に、環状の電気導体を用いて温度分布を調節する従来例２の誘導加熱装置が開示されている。電気導体は、加熱コイルと被加熱物との間に配設される。環状の電気導体は外周縁と内周縁との間にスリットを有する。電気導体の外周縁には、加熱コイルの高周波電流と反対方向の誘導電流が流れ、この誘導電流はスリットで遮断される。電気導体の内周縁には、外周縁の誘導電流と逆向き（加熱コイルと同一方向）の誘導電流が流れる。従来例２の誘導加熱装置は、加熱コイルに流れる高周波電流と、電気導体の外周縁及び内周縁に流れる誘導電流とによって、磁界の強度を調節し、被加熱物を加熱する。

加熱コイルが発生する磁界は、加熱コイルを中心に周辺に及ぶ。特開平７−２２１７０号公報に、周囲に漏洩する磁界を抑制する従来例３の誘導加熱装置が開示されている。従来例３の誘導加熱装置は、シールドリングを加熱コイルの外側に配設している。加熱コイルに高周波電流が供給されると、加熱コイルから高周波磁界が発生する。その磁界がシールドリングに鎖交すると、シールドリングに加熱コイルの電流と逆方向の誘導電流が流れる。シールドリングに流れる誘導電流によって、シールドリングは磁界を発生する。シールドリングの発生する磁界は、シールドリングの内側においては加熱コイルの磁界を強める方向になり、シールドリングの外側おいては、加熱コイルの磁界と反対方向になる。シールドリングは、その外側において加熱コイルの発生する磁界を打ち消して、加熱コイルの磁界が周囲に漏洩することを抑制している。

実開昭５０−８２０４６号公報 特開平７−２４９４８０号公報 特開平７−２２１７０号公報

従来例１〜３の誘導加熱装置において、人体に漏洩電流が流れることを防ぐ導電膜、温度分布の調整を行う電気導体、外周への漏洩電流を防ぐシールドリングは、それぞれ別個の部品であった。そのため、これらの機能を全て有する誘導加熱装置となると、高価になるという問題があった。
更に、従来のカーボン等の導電性の塗料と接着剤とを混合した静電シールド体に接続端子を設けて低電位部に接続する場合、導線性の塗料が均一に塗られていない、又は静電シールド体と接続端子との接合が弱い等の問題があり、信頼性を確保するための構成が複雑になったり、部品検査に時間を要するなど、信頼性確保のための費用がかかっていた。
本発明は、静電シールドに対して安価で信頼性のある誘導加熱装置を提供することを目的とする。
本発明は、更に加熱コイルが発生する磁界によって被加熱物が浮き上がることを防止しつつ、アルミニウム若しくは銅またはこれらと略同等以上の電気伝導率を有する低透磁率材料からなる被加熱物に対し誘導加熱可能な誘導加熱装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は下記の構成を有する。請求項１に記載の発明は、アルミニウム若しくは銅またはこれらと略同等以上の電気伝導率を有する低透磁率材料からなる被加熱物を誘導加熱可能な加熱コイルと、前記被加熱物と前記加熱コイルとの間に設けられ、前記加熱コイルに対向して前記被加熱物を配置した時の前記加熱コイルの等価直列抵抗を大きくして、前記加熱コイルの発生する磁界が前記被加熱物に対して働く浮力を低減する浮力低減機能と、低電位部に電気的に接続して、前記加熱コイルと前記被加熱物との静電結合を小さくする静電シールド機能と、を有する電気導体と、前記電気導体と電気的に接続し、前記加熱コイルに誘導電流を流して駆動する制御回路と、を有することを特徴とする誘導加熱装置である。

本発明の誘導加熱装置は、被加熱物を通じて人体に漏洩電流が流れることを確実に防ぐと共に、高い電気伝導率を有する低透磁率材料からなる被加熱物を誘導加熱することができる。本発明によれば、電気導体が浮力低減機能及び静電シールド機能の両方の機能を有することになり、部品数を減らすことができ、安価な誘導加熱装置を実現できる。

請求項２に記載の発明は、前記電気導体は内周部と、前記内周部の一端に接続され、その接続部以外の部分において内周部との間に隙間を有する外周部とで構成され、前記内周部と前記外周部の接続部から略最も離れた前記外周部の端部で前記低電位部に接続されることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置である。
電気導体に隙間で隔てられた内周部と外周部とを設け、内周部の熱が外周部の端部（低電位部に接続される。）に伝わるまでの経路を長くすることにより、外周部の端部の温度を低くしている。本発明によれば、電気導体において温度が最も低い端部で低電位部への接続をすることにより、電気的接続を確実なものにし、更に信頼性のある誘導加熱装置を実現できる。

請求項３に記載の発明は、前記電気導体の外周部の幅は、内周部の幅に比べて十分に狭いことを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱装置である。
電気導体の外周部の幅を狭くすることにより、外周部自体の発熱量を低減できる。外周部は内周部に比べて温度が低くなる。本発明によれば、低電位部に電気的に接続される電気導体の外周部の温度が十分に低くなるような構成により、高い信頼性を実現する。

請求項４に記載の発明は、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記被加熱物と前記加熱コイルとの間に設けられる第１の電気導体と、前記第１の電気導体と電気的に接続され、前記加熱コイルの磁界が周囲に漏洩することを抑制する環状の第２の電気導体と、前記加熱コイルに誘導電流を流して駆動する制御回路と、を有し、前記制御回路の低電位部に前記第２の電気導体を電気的に接続して、前記加熱コイルと前記被加熱物との静電結合を小さくすることを特徴とする誘導加熱装置である。

本発明の誘導加熱装置は、第２の電気導体を低電位部に電気的に接続し、低電位部に電気的に接続される第２の電気導体の端部の温度が十分に低くなるような構成により、高い信頼性を実現する。
本発明によれば、第１の電気導体で静電シールド効果を発揮し、又第２の電気導体を適切な位置に設けることにより、加熱コイルの発生する磁界が外周に漏れることを防ぐ防磁効果を有することになり、部品数を減らすことができ、安価な誘導加熱装置を実現できる。

請求項５に記載の発明は、アルミニウム若しくは銅またはこれらと略同等以上の電気伝導率を有する低透磁率材料からなる被加熱物を誘導加熱する場合に、前記第１の電気導体は、前記加熱コイルの発生する磁界が前記被加熱物に対して働く浮力を低減する浮力低減機能を有することを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱装置である。
本発明によれば、アルミニウム又は銅のような低透磁率で高電気伝導率の被加熱物を、被加熱物が浮き上がることを防止しつつ加熱できる誘導加熱装置を実現できる。

請求項６に記載の発明は、前記第１の電気導体は、前記加熱コイルの上部を覆うことを特徴とする請求項４又は請求項５のいずれかの請求項に記載の誘導加熱装置である。
本発明によれば、アルミニウム又は銅のような低透磁率で高電気伝導率の被加熱物を被加熱物が浮き上がることを防止しつつ、高効率で加熱できる誘導加熱装置を実現できる。

請求項７に記載の発明は、前記第２の電気導体は、前記加熱コイルの外側に設けられることを特徴とする請求項４又は請求項５のいずれかの請求項に記載の誘導加熱装置である。
本発明によれば、第２の電気導体により加熱コイルの周辺に漏洩する磁界を抑制することができる安価な誘導加熱装置を実現できる。

請求項８に記載の発明は、前記加熱コイルの外側に更にフェライトを有し、前記第２の電気導体は前記フェライトの外側に設けられることを特徴とする請求項４又は請求項５のいずれかの請求項に記載の誘導加熱装置である。
本発明によれば、防磁効果の高い誘導加熱装置を実現できる。本発明によれば、第２の電気導体がフェライトから放出される磁束を遮らない故に、第２の電気導体が加熱され高温になることがなく、高効率の誘導加熱装置を実現できる。

請求項９に記載の発明は、前記第２の電気導体は、前記加熱コイルと略同一の高さに設けられることを特徴とする請求項４又は請求項５のいずれかの請求項に記載の誘導加熱装置である。
本発明によれば、加熱コイルからの磁界が外周に漏れることを防止し、且つ第２の電気導体が加熱され高温になることを防ぐ高効率の誘導加熱装置を実現できる。

請求項１０に記載の発明は、前記第１の電気導体と前記第２の電気導体とを一体の導体で形成したことを特徴とする請求項４又は請求項５のいずれかの請求項に記載の誘導加熱装置である。
本発明によれば、浮力低減機能を有する第１の電気導体と、静電シールド機能と防磁効果とを有する第２の電気導体とを一体で形成することにより、部品数を減らすことができ、安価な誘導加熱装置を実現できる。

請求項１１に記載の発明は、前記電気導体、前記電気導体の内周部、及び前記第１の電気導体は、スリットを有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかの請求項に記載の誘導加熱装置である。
本発明の誘導加熱装置は、電気導体にスリットを設けることにより、加熱コイルの発生する磁界により電気導体に誘導される電流の向き及び大きさを変え、電気導体に発生する発熱量を低減することができる。

本発明によれば、安価で感電する恐れのない信頼性のある誘導加熱装置を実現できるという効果を得られる。
本発明によれば、更に加熱コイルが発生する磁界によって被加熱物が浮き上がることを防止しつつ、アルミニウム若しくは銅またはこれらと略同等以上の電気伝導率を有する低透磁率材料からなる被加熱物を誘導加熱可能な誘導加熱装置を実現できるという効果を得られる。

以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施例について、図面とともに記載する。

図１及び図２を用いて、実施例１の誘導加熱装置を説明する。図１は、本発明の実施例１における誘導加熱装置の加熱コイル及びその周辺の構成を示す斜視図である。図２は誘導加熱装置本体（図示せず）に収納された加熱コイルと、本体上部に固定されたトッププレートと、トッププレートに載置される被加熱物を示す断面図である。
本発明の実施例１の誘導加熱装置は、加熱コイル１、保持部２、フェライトコア３（３ａ、３ｂ、３ｃを有する。）、４（４ａ、４ｂ、４ｃを有する。）、５（５ａ、５ｂ、５ｃを有する。）、６（６ａ、６ｂ、６ｃを有する。）、電気導体７、トッププレート８、絶縁板９、シールドリング１０、端子１３、サーミスタ１５、ホルダー１６を有する。被加熱物１１は、トッププレート８の上に載置される。

加熱コイル１は、制御回路（図示していない。）から高周波電流を供給されると、高周波磁界を発生し、被加熱物１１を加熱する。本発明において、加熱コイルは内側を高電位側にし、外側を低電位側にしている。加熱コイル１は、保持部２上部に載置される。
保持部２は耐熱樹脂製で、フェライトコア３ｂ〜６ｂと一体的に形成され、加熱コイル１の下面に略平行に位置する。フェライトコア３ｂ〜６ｂは、４本の略直方体をした棒形状の強磁性体である。フェライトコア３ｂ〜６ｂは、加熱コイル１の下部に位置する。フェライトコア３ｂ〜６ｂの両端にはフェライトコア３ａ〜６ａとフェライトコア３ｃ〜６ｃが接して設けられる。このためフェライトコアは全体として断面が被加熱物１１に向けて開いたコの字状に形成される。保持部２はフェライトコアの表面を覆うように（部分的に冷却のため覆っていない）形成され、フェライトコアが加熱コイル１と電気的に絶縁される構成になっている。

電気導体７は、加熱コイル１とトッププレート８の間に設けられている。好ましくは、電気導体７は、トッププレートのすぐ下で、絶縁板９の上に載置される。電気導体７は、絶縁板９の上に載置されることにより、加熱コイル１と電気的に絶縁される。電気導体７の位置は３箇所ある脚部７ｂと保持部２により規制される。
電気導体７は、厚さが略１ｍｍのアルミニウムの板により形成され、外径及び内径が加熱コイル１のものとほぼ同じ略ドーナツ状で、幅約６ｍｍのスリット７ａが外周から内周に渡って設けられている。
電気導体７は中央に開口部１２を有する。被加熱物１１側から見て、外側の立ち上がり部であるフェライトコア３ａ〜６ａの上端面は電気導体７の外周より外側に位置し、内側の立ち上がり部であるフェライトコア３ｃ〜６ｃの上端面は開口部１２の周部より内側に位置している。
電気導体７の脚部７ｂに端子１３を接続し、その端子１３はコンデンサ１４を介して商用電源電位、あるいは加熱コイル１に高周波電流を供給するインバータの入力する商用電源を整流した電位、あるいは大地に電気的に接続される。

絶縁体であるトッププレート８は耐熱セラミックス製で、その上にアルミニウム製の被加熱物１１が加熱コイル１に対向するように載置される。絶縁板９は、加熱コイル１と電気導体７との間に載置される。シールドリング１０は、リード線又はダイキャストのリングで形成され、フェライトコア３ａ〜６ａの外側に設けられる。サーミスタ１５はホルダー１６にはめ込まれて、トッププレート８裏面に当接され、被加熱物１１の温度を間接的に検出する。

このように組み立てられた誘導加熱装置の動作を説明する。加熱コイル１に制御回路（図示していない。）から高周波電流が供給されると、加熱コイル１は磁界を発生する。加熱コイル１の発生する高周波磁界により、被加熱物１１の底面に電流が誘起される。電気導体７がない場合、誘導電流は加熱コイルから発生した磁界を相殺する様に被加熱物１１に誘起される。この結果、加熱コイル電流と方向が逆で平行な誘導電流が高電気伝導率の被加熱物１１に誘導される。誘導電流と加熱コイル電流との相互作用で被加熱物１１の底に加熱コイル２から遠ざかろうとする反発力が生じ、被加熱物１１に浮力が発生する。特に、被加熱物１１がアルミニウムや銅といった低透磁率かつ高電気伝導率なる材料である場合に、浮力が生じる。

電気導体７がある場合は、加熱コイル１の発生する磁界が電気導体７に鎖交して、電気導体７に誘導電流が誘起される。電気導体７の厚みは約１ｍｍで浸透深さ以上の厚みを有するので、電気導体に鎖交した磁界の大部分はほとんど電気導体を通過せず、外周側または内周側に迂回してから被加熱物１１方向に導かれる。つまり、被加熱物１１に誘導される電流の分布は、電気導体７に誘導電流が発生することにより変わる。

加熱コイルが発生する磁界は、電気導体７と被加熱物１１に鎖交し、両者に誘導電流を発生させる。被加熱物１１に誘起された誘導電流は、加熱コイル１の発生する磁界分布と、電気導体７に誘起された電流の発生する磁界分布の重畳した磁界分布が被加熱物１１に鎖交することにより発生する。このように、電気導体７が介在することにより、被加熱物１１に誘導される電流分布が変化し、さらに電気導体７に発生する電流分布が加わるということから、加熱コイル１の等価直列抵抗（被加熱物及び電気導体を加熱状態と同様の位置配置で、加熱周波数近傍の周波数を使用して測定した加熱コイルの入力インピーダンスにおける等価直列抵抗）が大きくなる。
等価直列抵抗が大きくなると、同じ加熱コイル電流でも被加熱物１１における発熱量が大きくなるので、同一消費電力を得ようとする場合には加熱コイルに流す電流値を小さくすることができ、それに伴い被加熱物に作用する浮力が低減する。更に、電気導体が被加熱物に働くべき浮力の一部を分担することで被加熱物に作用する浮力を低減できる。

このように、電気導体は、同一出力を得る場合の加熱コイルに流れる電流を低減して、加熱コイルの発生する磁界により被加熱鍋に対して働く浮力を低減する浮力低減機能を有する。この結果アルミニウム若しくは銅又はこれらと略同等以上の電気伝導率を有し、かつ低透磁率材料からなる被加熱物を加熱した時に浮き上がったりずれたりするのを防止することができる。

電気導体７はアルミニウム製であるので低透磁率であり、磁束がその電気導体７に吸収されにくい（被加熱物に到達しない磁束量が多くならない）。加熱コイル１の磁束が鎖交することにより、電気導体に誘導された電流で磁界の向きや分布が変更される。電気導体７内を通過させ被加熱物１１に鎖交させるか、または電気導体７を迂回させ被加熱物１１に鎖交させるかのいずれかの経路で、磁束を効率的に被加熱物１１に鎖交させることができる。

電気導体７は、加熱コイル１をスリット７ａ部以外のほぼ全部に渡って上部で覆うように、すなわち、加熱コイル１における被加熱物１１側の面の一部または全部と対向し板状に形成されてなる。これにより、加熱コイル１から発生する磁界の一部を被加熱物１１に到達する前に、電気導体７に効率良く鎖交させ、電気導体７の周囲から迂回して被加熱物１１に加熱コイル１の磁界を鎖交させることになる。
電気導体７と加熱コイル１との間隔は、電気導体７と被加熱物１１との間隔よりも小さく、電気導体７と加熱コイル１との磁気結合が良いので、電気導体７に鎖交する磁束量が大きくなり、電気導体７に誘導電流が分布し加熱コイル１の等価直列抵抗を大きくするという作用がある。

なお、本実施例では、加熱コイル１のほぼ全部と対向するように電気導体７の大きさを決めたが、電気導体７の板の面積は大きいほど、また電気導体７が加熱コイル１に近いほど電気導体７に加熱コイル１の磁束が多く通過し、等価直列抵抗増加作用を大きくすることができることから、電気導体７の表面積は、必要とする浮力低減効果を得るように、また、電気導体７と加熱コイル１間の距離、電気導体７の発熱等の条件を考慮して決めれば良い。

電気導体７にスリット７ａを設けない場合、電気導体に周回電流が流れ、電気導体が発熱する。更に、加熱コイルの電流と逆向きの周回電流が電気導体７に流れると、磁界が相殺され、その部分においては被加熱物を誘導加熱することができない。
電気導体７にスリット７ａを設けることで、加熱コイル１の電流と逆方向の略平行な周回電流が加熱コイル１の中心の周りを周回するように電気導体７に流れることを防ぐ。電気導体７に誘導される加熱コイル１に流れる電流と逆方向に流れる周回電流は、スリット７ａにより遮断され、電気導体７に誘導される電流の向き及び大きさを変える。これにより、大電流の発生が無くなり、電気導体７に発生する発熱量を低減できる。更に、電気導体７をトッププレート８のすぐ下に載置することにより、電気導体７の熱はトッププレート８を介して放熱される。
スリットを設けることにより、被加熱物１１への浮力低減効果がある程度低下する場合がある。スリット７ａの形状、加熱コイルが鎖交する面積、電気導体の材質などにより、等価直列抵抗の大きさと電気導体７の発熱量が異なるので、これらの要素の組み合わせで最適なものを選択して、浮力の低減効果をできるだけ大きく、電気導体７の発熱量を許容できるようなレベルとする組み合わせを決定すれば良い。

電気導体７に端子１３を接続し、端子１３を低電位部（例えば入力する電源電圧、その整流後の直流電圧あるいはそれに近い電位など、加熱コイルの高電位部より電位の低い部分）に接続することにより、加熱コイルに発生する高電圧部分と被加熱物との静電結合が小さくなる。加熱コイルに発生する高周波高電圧が加熱コイルと被加熱物間の浮遊容量を介して使用者の体に印加し使用者の体に流れるリーク電流を抑制することができる。
言いかえれば、電気導体７とグラウンドとの間に、電気導体７の内部抵抗（等価抵抗）と、電気導体７とユーザの身体との間の浮遊容量（等価容量）及びユーザの身体の内部抵抗（等価抵抗）と、が並列に接続される。電気導体７の内部抵抗（等価抵抗）のインピーダンスは、浮遊容量（等価容量）及びユーザの身体の内部抵抗（等価抵抗）のインピーダンスと比較して非常に小さいので、加熱コイル１からの漏洩電流はほとんど電気導体７を通じてグラウンドに流れる。ユーザの身体にはほとんど電流が漏洩しない。

被加熱物１１が低透磁率でしかも低抵抗のアルミニウムや銅等からなる鍋のとき、加熱コイル１に流れる周波数が高くなり、加熱コイル１に印加されるピーク電圧が１ＫＶ以上になる。
上記のように電気導体７が低電位部に電気的に結合されていれば、被加熱物１１と電気導体との間の電位差が小さくなるため、被加熱物１１に人体が触れた場合の漏れ電流が大幅に低減される。したがって、被加熱物１１に人体が触れても安全である。

電気導体７は中央部に開口部１２を設け、フェライトコアの立ち上がり部３ｃ〜６ｃから出る磁束が電気導体７に突き当たらないようにして加熱コイル１からの磁束を効率良く被加熱物１１に導き、加熱効率を高める。
フェライトコアの立ち上がり部３ａ〜６ａを電気導体の外周より外側に位置させ、被加熱物の方向に設けたことにより、加熱コイル１から出た磁束が加熱コイル１の外側周囲に広がらないようにして効率良く被加熱物１１に磁束が鎖交するようにして加熱効率を高める。
加熱コイル１下方では高透磁率材料であるフェライトコア３ｂ〜６ｂに磁束が集中し、磁界が被加熱物１１と反対側に膨らむのを防止している。

なお、フェライトコア３ａ〜３ｃ、４ａ〜４ｃ、またはフェライトコア５ａ〜５ｃはそれぞれ、別の３つのフェライトコアを接した状態で組み合わせて配置しているが、それぞれ略同形状となるように一体に成形しても開磁路であるので同様の効果が得られる。本実施例では、加熱コイル１下方に設けた高透磁率の棒状フェライトコア３ｂ〜６ｂの両端をフェライトコア３ａ〜６ａ、及びフェライトコア３ｃ〜６ｃにより略垂直に立ち上げているが、この立ち上げ角度はこれにかぎるものではない。
実施例１において、４本のフェライトコア３〜６を有したが、フェライトコアの数はこれに限定されない。フェライトコアの数は多い方が、外周部に対しての防磁効果が高くなり、且つ鍋に磁力を伝えやすくなる。

加熱コイル１に高周波電流を供給すると、加熱コイルの発生する磁界により、シールドリング１０に高周波電流が誘導される。シールドリング１０に誘導された高周波電流は、リングの内側においては加熱コイルの磁界と同一方向に、リングの外側においては加熱コイルによる磁界と反対方向の磁界を発生するため、加熱コイルから外周に漏洩する磁界を低減する。なお、フェライトコアによる防磁効果が十分であれば、シールドリングを有しない構成としても良い。

以上のように、本実施例によれば、電気導体７は、加熱コイル１に対向して被加熱物１１を配置した時の加熱コイル１の等価直列抵抗を大きくするとともに、加熱コイル１の発生する磁界が被加熱物１１に対して働く浮力を低減する浮力低減機能を有する。アルミニウム、銅、または黄銅など高電気伝導率低透磁率の被加熱物１１を、調理中に浮き上がることを防止しつつ加熱できる。
本発明によれば、電気導体７を直接低電位部に接続することにより、加熱コイル１に発生する高周波高電圧が加熱コイルと被加熱物間の浮遊容量を介して使用者の体に印加し使用者の体に流れるリーク電流を抑制することができる。
本発明によれば、電気導体が浮力低減機能と静電シールド機能の両方の機能を有することにより、安全かつ低価格な誘導加熱装置を実現できる。

図３を用いて、実施例２の誘導加熱装置を説明する。図３は、実施例２の誘導加熱装置が有する電気導体の平面図である。実施例２の誘導加熱装置が実施例１の誘導加熱装置と異なる点は、電気導体の形状である。その他の構成については、実施例１と同一であるため、詳細な説明を省略する。実施例２の電気導体について説明する。
実施例１は、低電位部に接続する端子１３を電気導体７の脚部７ｂに接続するため、端子１３が高温になるという問題があった。端子が高温になると、電気的接続が腐食やゆるむ等で信頼性が悪化する等の問題が発生する。実施例２の電気導体３１は、端子１３が高温になることを防ぐ構成である。実施例２の電気導体３１は、実施例１と同様にトッププレート８と絶縁板９との間に載置され、浮力低減機能を有する。

実施例２の電気導体３１は、厚さが略１ｍｍのアルミニウムの板により形成され、内周部３１ａと外周部３１ｂとで構成される。電気導体３１の内周部３１ａの外径及び内径は、加熱コイル１の外径及び内径とほぼ同じ略ドーナツ状である。内周部３１ａと外周部３１ｂとは一端３１ｄで接続され、その接続部３１ｄ以外において内周部３１ａと外周部３１ｂとの間に幅略１ｍｍの隙間３２が設けられている。電気導体の外周部３１ｂの幅は、内周部３１ａの幅に比べて十分に狭い。電気導体の外周部の幅を狭くすることにより、外周部自体の発熱量を低減でき、外周部３１ｂは内周部３１ａに比べて温度が低くなる。
更に、電気導体３１の外周部３１ｂにおいては接続部３１ｄから遠ざかるに従って温度が下がり、接続部３１ｄから最も遠い外周部の端部が最も温度が低い。低電位部に接続される端子１３は、内周部と外周部の接続部から略１／２周以上離れた場所に設けられた外周部の端部の脚部３１ｃに接続される。好ましくは且つ実施例２においては、低電位部に接続される端子１３は、内周部と外周部の接続部から最も遠い外周部の端部の脚部３１ｃに接続される。脚部３１ｃは、図１と同様に下側に折り曲げられており、所定の高さで内周部３１ａ及び外周部３１ｂを支える。
更に、電気導体３１は、スリット３３を有することが実施例１と異なる。電気導体３１は、スリット７ａ及びスリット３３を有することにより、電気導体３１に加熱コイル１の電流と反対方向の周回電流が流れることを防ぎ、電気導体３１の発熱量を低減する。
これにより、実施例２の誘導加熱装置は、端子１３が高温になることを防ぎ、確実に感電防止ができる。

図４を用いて、実施例３の誘導加熱装置を説明する。図４は、実施例３の誘導加熱装置が有する電気導体の平面図である。実施例３の誘導加熱装置が実施例１の誘導加熱装置と異なる点は、電気導体の形状である。その他の構成については、実施例１と同一であるため、詳細な説明を省略する。実施例３の電気導体について説明する。
実施例３の誘導加熱装置は、左右対称の２つの電気導体４１と電気導体４２とを有する。電気導体４１と電気導体４２は、厚さが略１ｍｍのアルミニウムの板により形成される。実施例３の電気導体４１及び４２は、実施例１と同様にトッププレート８と絶縁板９との間に載置され、浮力低減機能を有する。

電気導体４１は、内周部４１ａと外周部４１ｂとで構成され、その接続部４１ｄ以外において内周部４１ａと外周部４１ｂとの間に幅略１ｍｍの隙間４１ｅが設けられている。電気導体４１の内周部４１ａは略１８０度の円周角を有する略扇形の形状を有し、その外径及び内径は、加熱コイル１の外径及び内径とほぼ同じである。外周部４１ｂは略１８０度の円周角を有するリング形状を有する。電気導体の外周部４１ｂの幅は、内周部４１ａの幅に比べて十分に狭い。電気導体の外周部４１ｂの幅を狭くすることにより、外周部自体の発熱量を低減でき、外周部４１ｂは内周部４１ａに比べて温度が低くなる。
更に、電気導体４１の外周部４１ｂにおいては接続部４１ｄから遠ざかるに従って温度が下がり、接続部４１ｄから最も遠い外周部の端部が最も温度が低い。低電位部に接続される端子１３は、内周部と外周部の接続部から最も遠い外周部の端部の脚部４１ｃに接続される。脚部４１ｃは、図１と同様に下側に折り曲げられており、所定の高さで内周部４１ａ及び外周部４１ｂを支える。電気導体４２においても同様で、端子１３は脚部４２ｃに接続される。
これにより、実施例３の誘導加熱装置は、端子１３が高温になることを防ぎ、確実に感電防止ができる。
電気導体４１ａ、４２ａは中央部に開口部１２を設け、フェライトコアの立ち上がり部３ｃ〜６ｃから出る磁束が電気導体４１ａ、４２ａに突き当たらないようにして加熱コイル１からの磁束を効率良く被加熱物１１に導き、加熱効率を高める。

図５及び図６を用いて、実施例４の誘導加熱装置を説明する。図５は、実施例４の誘導加熱装置が有する電気導体の平面図である。図６は誘導加熱装置本体（図示せず）に収納された加熱コイル１と、電気導体５１及び５２と、本体上部に固定されたトッププレート８と、トッププレート８に載置される被加熱物１１とを示す断面図である。図６において、図２と同一部には同一符号を付している。実施例４の誘導加熱装置が実施例１の誘導加熱装置と異なる点は、異なる形状の電気導体５１及び５２を有することと独立したシールドリング１０を有さない点である。その他の構成については、実施例１と同一であるため、詳細な説明を省略する。実施例４の電気導体について説明する。
実施例４の電気導体は、第１の電気導体５１と、第２の電気導体５２とで構成される。第１の電気導体５１と第２の電気導体５２とは、１枚のアルミニウムの板で一体に構成されている。第１の電気導体５１と第２の電気導体５２とは接続部５２ｄで接続され、それ以外において隙間５３が設けられている。実施例４において第１の電気導体５１と第２の電気導体５２とは保持部２（又は加熱コイル１）に対する高さが異なり、接続部５２ｄで両者の間の段差５２ｅが設けられている。

第１の電気導体５１は、トッププレート８と絶縁板９との間に設けられている。実施例４の第１の電気導体５１は、実施例１の電気導体７とほぼ同一の機能を有する。第１の電気導体５１は、外径及び内径が加熱コイル１の外径及び内径とほぼ同じで３６０度よりわずかに小さい円周角を有する略扇形の形状で、スリット７ａ、スリット３３、開口部１２を有する。第１の電気導体５１は、加熱コイル１に対向して被加熱物１１を配置した時の加熱コイル１の等価直列抵抗を大きくして、被加熱物１１に対して働く浮力を低減する浮力低減機能を有する。第１の電気導体５１は、スリット７ａ及び３３を有することにより、第１の電気導体５１に加熱コイル１の電流と反対方向の周回電流が流れることを防ぎ、第１の電気導体５１の発熱量を低減する。

第１の電気導体５１は中央部に開口部１２を設け、フェライトコアの立ち上がり部３ｃ〜６ｃから出る磁束が第１の電気導体５１に突き当たらないようにして加熱コイル１からの磁束を効率良く被加熱物１１に導き、加熱効率を高める。
第１の電気導体５１と第２の電気導体５２との間の隙間５３に、フェライトコアの立ち上がり部３ａ〜６ａを被加熱物の方向に設ける。フェライトコアの立ち上がり部３ａ〜６ａから出る磁束が第１の電気導体５１と第２の電気導体５２とに突き当たらないようにして加熱コイル１からの磁束を効率良く被加熱物１１に導く。又、シールドリング（閉ループ）を構成する第２の電気導体５２が、加熱コイル１から出た磁束を第２の電気導体５２の外側に広がらないようにする。この構成により、磁束が効率良く被加熱物１１に鎖交し、高い加熱効率を実現する。隙間５３の幅は実施例１等と比較し広い。隙間５３の幅は、フェライトコアの立ち上がり部３ａ〜６ａ、第１の電気導体５１と第２の電気導体５２との間の高さの差等の諸条件に基づいて最適に設計する。実施例４では第１の電気導体５１と第２の電気導体５２とを１枚のアルミニウムの板で一体的に形成する故、第１の電気導体５１と第２の電気導体５２との間の高さの差が大きいと、隙間５３の幅を広くする必要がある。

第１の電気導体５１をトッププレート８のすぐ下に載置すると、第１の電気導体の熱がトッププレート８を介して放熱される。第１の電気導体５１は加熱コイル１に近いほど第１の電気導体５１に加熱コイル１の磁束が多く通過し、等価直列抵抗増加作用を大きくすることができるが、第１の電気導体５１が高温になる。第１の電気導体５１の位置は、浮力低減機能及び第１の電気導体の発熱等の条件を考慮して決めれば良い。

第２の電気導体５２は、環状であって加熱コイル１及びフェライトコア３ａ〜６ａの外側に設けられる。第２の電気導体５２は、加熱コイル１から出た磁束が第２の電気導体５２の外側に広がらないようにするために最適の半径及び及び高さ（加熱コイル１に対する相対的な高さ）の円周上に設けられている。第２の電気導体５２を取り付ける円周の最適な半径及び高さは実験により求められる。第２の電気導体５２は、シールドリング１０とほぼ同一の効果を有する。加熱コイル１に高周波電流を供給すると、加熱コイルの発生する磁界により、第２の電気導体５２に高周波電流が誘導される。第２の電気導体５２に誘導された高周波電流は、リングの内側においては加熱コイルの磁界と同一方向に、リングの外側においては加熱コイルによる磁界と反対方向の磁界を発生するため、加熱コイルから外周に漏洩する磁界を低減する。

第２の電気導体５２は、３つの脚部５２ｂを有し、脚部５２ｂを保持部２に固定する。第２の電気導体５２の幅は、第１の電気導体５１の幅に比べて十分に狭い。第２の電気導体５２は加熱コイル１から離れており、加熱コイル１からの磁束を受けにくい。このため、第２の電気導体自体の発熱量を低減でき、第２の電気導体５２は第１の電気導体５１に比べて温度が低くなる。更に、第２の電気導体５２においては第１の電気導体５１との接続部５２ｄから遠ざかるに従って温度が下がる。第２の電気導体５２と第１の電気導体５１との接続部から最も遠い脚部５２ｂ（接続部５２ｄから略１８０度離れた位置に設けられている。）に端子１３を接続する。端子１３は、コンデンサ１４を介して低電位部（例えば、商用電源電位、加熱コイル１に高周波電流を供給するインバータの入力する商用電源を整流した電位、又は大地）に接続される。これにより、加熱コイルに発生する高電圧部分と被加熱物との静電結合が小さくなる。加熱コイルに発生する高周波高電圧が加熱コイルと被加熱物間の浮遊容量を介して使用者の体に印加し使用者の体に流れるリーク電流を抑制することができる。
脚部５２ｂは、図１と同様に付け根の部分５２ｆで第２の電気導体５２から下側に折り曲げられて構成されており、所定の高さで第１の電気導体５１及び第２の電気導体５２を支える（実施例４において、第１の電気導体５１の高さと第２の電気導体５２の高さとは異なる。）。

上記の実施例において、電気導体をアルミ以外の高い導電性を有する材料で形成しても良い。
上記の実施例において、電気導体をダイキャストで構成しても同様の効果が得られる。例えば実施例４の電気導体をダイキャストで構成することにより、第２の電気導体５２の断面をＬ字型に構成することもできる。
実施例４において、第２の電気導体５２を、加熱コイル１と略同一の高さ（第１の電気導体５１の取り付け高さと保持部２の上面との間の高さ）に設けた。これに代えて、第２の電気導体５２を第１の電気導体５１と同一の高さ又は保持部２の上面に設けても良い。
なお、本実施例１〜４において各電気導体と低電位部（商用電源電位や大地等）との接続を端子１３の１箇所のみで行っていたが、複数個設けて、単純に信頼性を増したり、複数の端子間に電流を流して接続の有無を検知し、接続が良好の時のみ加熱コイル１に通電する構成とすればより安全性を向上できる。

本発明は、誘導加熱調理器等の誘導加熱装置に有用である。

本発明の実施例１の誘導加熱装置の構成を示す斜視図 本発明の実施例１の誘導加熱装置の構成を示す断面図 本発明の実施例２の誘導加熱装置の電気導体の平面図 本発明の実施例３の誘導加熱装置の電気導体の平面図 本発明の実施例４の誘導加熱装置の電気導体の平面図 本発明の実施例４の誘導加熱装置の構成を示す断面図

符号の説明

１ 加熱コイル
２ 保持部
３、４、５、６ フェライトコア
７、３１、４１、４２ 電気導体
８ トッププレート
９ 絶縁板
１０ シールドリング
１１ 被加熱物
１３ 端子
５１ 第１の電気導体
５２ 第２の電気導体

Claims (11)

1. アルミニウム若しくは銅またはこれらと略同等以上の電気伝導率を有する低透磁率材料からなる被加熱物を誘導加熱可能な加熱コイルと、
   前記被加熱物と前記加熱コイルとの間に設けられ、前記加熱コイルに対向して前記被加熱物を配置した時の前記加熱コイルの等価直列抵抗を大きくして、前記加熱コイルの発生する磁界が前記被加熱物に対して働く浮力を低減する浮力低減機能と、低電位部に電気的に接続して、前記加熱コイルと前記被加熱物との静電結合を小さくする静電シールド機能と、を有する電気導体と、
   前記電気導体と電気的に接続し、前記加熱コイルに誘導電流を流して駆動する制御回路と、
   を有することを特徴とする誘導加熱装置。
2. 前記電気導体は内周部と、前記内周部の一端に接続され、その接続部以外の部分において内周部との間に隙間を有する外周部とで構成され、前記内周部と前記外周部の接続部から略最も離れた前記外周部の端部で前記低電位部に接続されることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 前記電気導体の外周部の幅は、内周部の幅に比べて十分に狭いことを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱装置。
4. 被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
   前記被加熱物と前記加熱コイルとの間に設けられる第１の電気導体と、
   前記第１の電気導体と電気的に接続され、前記加熱コイルの磁界が周囲に漏洩することを抑制する環状の第２の電気導体と、
   前記加熱コイルに誘導電流を流して駆動する制御回路と、
   を有し、
   前記制御回路の低電位部に前記第２の電気導体を電気的に接続して、前記加熱コイルと前記被加熱物との静電結合を小さくすることを特徴とする誘導加熱装置。
5. アルミニウム若しくは銅またはこれらと略同等以上の電気伝導率を有する低透磁率材料からなる被加熱物を誘導加熱する場合に、前記第１の電気導体は、前記加熱コイルの発生する磁界が前記被加熱物に対して働く浮力を低減する浮力低減機能を有することを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱装置。
6. 前記第１の電気導体は、前記加熱コイルの上部を覆うことを特徴とする請求項４又は請求項５のいずれかの請求項に記載の誘導加熱装置。
7. 前記第２の電気導体は、前記加熱コイルの外側に設けられることを特徴とする請求項４又は請求項５のいずれかの請求項に記載の誘導加熱装置。
8. 前記加熱コイルの外側に更にフェライトを有し、
   前記第２の電気導体は前記フェライトの外側に設けられることを特徴とする請求項４又は請求項５のいずれかの請求項に記載の誘導加熱装置。
9. 前記第２の電気導体は、前記加熱コイルと略同一の高さに設けられることを特徴とする請求項４又は請求項５のいずれかの請求項に記載の誘導加熱装置。
10. 前記第１の電気導体と前記第２の電気導体とを一体の導体で形成したことを特徴とする請求項４又は請求項５のいずれかの請求項に記載の誘導加熱装置。
11. 前記電気導体、前記電気導体の内周部、及び前記第１の電気導体は、スリットを有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかの請求項に記載の誘導加熱装置。

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