JP2006221951A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で低周波磁界が加熱コイルから放射されることを減少させ、機器から発生する不要な電磁波を減少させる誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【解決手段】加熱コイル１の外周で加熱コイルベース１６上には、加熱コイル１に流れる電流の低周波成分と同じ周波数成分を持ち加熱コイル１と互いに逆向きに電流が流れるコイル状の配線１２を配置したものである。これにより、コイル状の配線１２から発生する磁界と、加熱コイル１から発生する低周波の漏洩磁界とが互いに打ち消し合って低周波の漏洩磁界を大きく低減させるとともに、コイル状の配線１２を加熱コイルベース１６上に配置することで、コイル状の配線１２を格納するための部材を新たに用意する必要がないため、安価で簡易な構成で低周波の漏洩磁界を減少させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波磁界による誘導加熱を利用して被加熱物の加熱を行う電磁調理器などの誘導加熱装置に関するものである。

従来、この種の誘導加熱装置において、加熱コイルの外周部に電磁シールド環を配置することにより、加熱コイルから漏洩する２０ｋ〜５０ｋＨｚ高周波漏洩磁界を減少させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。これは加熱コイルで発生した高周波磁界の内、被加熱物などに吸収されず漏洩した磁界により電磁シールド環に誘導電流が流れ、更に電磁シールド環を流れる誘導電流により加熱コイルとは逆向きの高周波磁界が電磁シールド環に発生し、その結果、加熱コイルからの高周波の漏洩磁界と電磁シールド環からの高周波磁界が互いに打ち消し合う様に作用する。なお、電磁シールド環は、自身に誘導電流が流れる様にアルミ板やリード線などを環状にしたものが用いられる。

また、加熱コイルの外周近傍に巻き線を施してインダクタンスを構成するとともに、加熱コイルとインダクタンスは、加熱コイルから発生する高周波磁界と、インダクタンスから発生する高周波磁界成分が互いに打ち消す方向に配置したものも知られている（例えば、特許文献２参照）。これはインダクタンスを巻き線のみで構成しており、インダクタンスのコア材を不要とし装置の小型化が図れるとともに高周波ノイズの低減効果を併せ持つ。
特開昭５７−１１５７９５号公報 特公昭６３−７６７２号公報

しかしながら、前記従来の電磁シールド環を配置する構成では、高周波の漏洩磁界は電磁シールド環の効果により、減少させることができるものの、加熱コイルから発生する電源周波数または電源の２倍周波数の磁界（以下低周波磁界）は、被加熱物にほとんど吸収されず外部に放出され、また、電磁シールド環では低周波磁界を打ち消すだけの逆向きの磁界を発生させることができないため、低周波磁界が減少しないで機器外部に放出される課題が生じることになる。

また、前記従来のインダクタンスを構成するものでは、巻き線をインダクタンスとして動作させるため（数１００μＨ程度）、巻き線の巻き数が多くなることになる。この際、巻き線から放出される低周波磁界が加熱コイルから放出される低周波磁界より大きくなり、外部に放出する低周波磁界が増加する課題が生じることになる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、簡易な構成で低周波磁界が加熱コイルから放射されることを減少させ、機器から発生する不要な電磁波を減少させる誘導加熱装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱装置は、加熱コイルの外周で加熱コイルベース上には、加熱コイルに流れる電流の低周波成分と同じ周波数成分を持ち加熱コイルと互いに逆向きに電流が流れるコイル状の配線を配置したものである。

これにより、加熱コイルに流れる電流の低周波成分と同じ周波数成分で加熱コイルと逆向きに電流が流れるコイル状の配線から発生する磁界と、加熱コイルから発生する低周波の漏洩磁界とが互いに打ち消し合って低周波の漏洩磁界を大きく低減させるとともに、コイル状の配線を加熱コイルベース上に配置することで、コイル状の配線を格納するための部材を新たに用意する必要がないため、安価で簡易な構成で低周波の漏洩磁界を減少させることができる。

本発明の誘導加熱装置は、安価でかつ簡易な構成で加熱コイルから発生する低周波の漏洩磁界を低減することができる。

第１の発明は、被加熱物を誘導加熱するための高周波磁界を発生する加熱コイルと、前記加熱コイルを保持する加熱コイルベースと、前記加熱コイルに高周波電流を供給する高周波発振部と、前記高周波発振部に商用周波数の電力を供給する電源部とを備え、前記加熱コイルの外周で前記加熱コイルベース上には、加熱コイルに流れる電流の低周波成分と同じ周波数成分を持ち加熱コイルと互いに逆向きに電流が流れるコイル状の配線を配置した誘導加熱装置とすることにより、加熱コイルに流れる電流の低周波成分と同じ周波数成分で加熱コイルと逆向きに電流が流れるコイル状の配線から発生する磁界と、加熱コイルから発生する低周波の漏洩磁界とが互いに打ち消し合って低周波の漏洩磁界を大きく低減させるとともに、コイル状の配線を加熱コイルベース上に配置することで、コイル状の配線を格納するための部材を新たに用意する必要がないため、安価で簡易な構成で低周波の漏洩磁界を減少させることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、加熱コイルベースは、外周部にコイル状の配線を配設する凹部を設けたことにより、コイル状の配線の形状が確保されやすく、コイル状の配線が位置ずれなどを起こすことがないため、安価で簡易な構成で低周波の漏磁界を低減させることができる。

第３の発明は、特に、第２の発明において、加熱コイルベースは、その凹部にコイル状の配線とともに加熱コイルから発生する高周波の漏洩磁界を打ち消す電磁シールド環を配置したことにより、加熱コイルベース上の同じ箇所に低周波と高周波の漏洩磁界を減少させる部品を置くことができるため、加熱コイルベースの構成を薄くコンパクトにすることができる。

第４の発明は、特に、第１の発明において、加熱コイルベースは、その側面にコイル状の配線を巻き付けて配置したことにより、コイル状の配線を格納するための部材を新たに用意する必要がないため、安価で簡易な構成で低周波の漏洩磁界を減少させることができるとともに、コイル状の配線が縦列に並ぶ構成をとるため、加熱コイルベースの直径を大きくする必要がなくコンパクトな構成をとることができる。

第５の発明は、特に、第４の発明において、加熱コイルベースは、その側面にコイル状の配線を巻くための溝を設けたことにより、コイル状の配線の設置性が良くなるため、コイル状の配線を作る際に作業性の良い構成とすることができる。

第６の発明は、被加熱物を誘導加熱するための高周波磁界を発生する加熱コイルと、前記加熱コイルを保持する加熱コイルベースと、前記加熱コイルに高周波電流を供給する高周波発振部と、前記高周波発振部に商用周波数の電力を供給する電源部と、前記加熱コイルの外周部に設けて加熱コイルから発生する高周波の漏洩磁界を打ち消す電磁シールド環とを備え、前記電磁シールド環の側面には、加熱コイルに流れる電流の低周波成分と同じ周波数成分を持ち加熱コイルと互いに逆向きに電流が流れるコイル状の配線を配置した誘導加熱装置とすることにより、電磁シールド環に低周波と高周波の漏洩磁界を減少させる部品を置くことができるため、コイル状の配線のための新たな部材やスペースがほとんど必要なく、安価で簡易な構成で漏洩磁界を減少させることができる。

第７の発明は、特に、第６の発明において、電磁シールド環は、断面Ｌ字型のリング形状としてコイル状の配線を配置したことにより、コイル状の配線の位置を確実に決めることができとともに、簡易な構成でコイル状の配線を固定することができるため、安価で簡易な構成で低周波の漏洩磁界を減少させることができる。

第８の発明は、特に、第１の発明において、加熱コイルから発生する高周波の漏洩磁界を打ち消す電磁シールド環を備え、電磁シールド環は、コイル状の配線を配設する断面凹型のリング形状としたことにより、コイル状の配線の位置を確実に決めることができ、漏洩磁界に対する打ち消し効果を安定させることができるため、安価で簡易な構成で低周波の漏洩磁界を減少させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置を示すものである。

図１に示すように、本実施の形態における誘導加熱装置は、鍋、フライパンなどの負荷となる被加熱物１５を誘導加熱するための高周波磁界を発生する加熱コイル１と、加熱コイル１から発生する高周波の漏洩磁界を打ち消す電磁シールド環２と、加熱コイル１を保持する加熱コイルベース１６と、加熱コイル１に高周波電流を供給する高周波発振部１１と、高周波発振部１１に商用周波数の電力を供給する電源部３とを備えている。

前記加熱コイルベース１６は、その上に加熱コイル１を保持しており、下部には被加熱物１５との磁気結合を高める防磁フェライト１３を配置している。また、高周波発振部１１は、電源部３に接続される整流手段４と、整流手段４と直列に接続されるインダクタンス５と平滑コンデンサ６の直列接続と、平滑コンデンサ６に並列に接続される共振コンデンサ７と半導体スイッチ８の直列接続からなり、共振コンデンサ７は加熱コイル１と並列に接続される。

一方、インダクタンス５の配線は、加熱コイル１に流れる電流の低周波成分と同じ周波数成分を持ち加熱コイル１と互いに逆向きに電流が流れるコイル状の配線１２（加熱コイル１の巻き方向とは逆に複数回巻かれたコイル状の配線）を構成する。コイル状の配線１２は、加熱コイル１の外周で加熱コイルベース１６上に配置されている。

本実施の形態では、誘導加熱装置に用いられる一般的な回路構成を示しているが、加熱コイル１からの低周波磁界が発生する回路構成であれば特に限定するものではない。

次に、本実施の形態における誘導加熱装置の動作について説明する。

図２は、インバータ回路の各区間における電流波形を示したものである。Ｉ３は入力電流を、Ｉ５はインダクタンス５およびコイル状の配線１２に流れる電流を、Ｉ１１は加熱コイル１に流れる電流を示している。電源部３は商用電源およびフィルタなどで構成され、高周波発振部１１に商用周波数の電力を供給する。そのため、入力電流Ｉ３は、商用周波数成分を持つ電流になる。高周波発振部１１では整流手段４により商用電力を整流して商用電源の２倍の周波数成分を持った電力に変換し、更に半導体スイッチ８を用いて２０ｋ〜５０ｋＨｚ程度の高周波電力に変換される。そして、この高周波電力は加熱コイル１に供給され、加熱コイル１から高周波磁界の形で被加熱物１５に供給される。被加熱物１５は、高周波磁界により表層部に渦電流が生じ、その結果、発熱するに至る。そのため、インダクタンス５およびコイル状の配線１２に流れる電流は、商用周波数の２倍の周波数である電流Ｉ５が流れ、また、加熱コイル１には半導体スイッチ８が導通状態になったときに電源部３→整流手段４→加熱コイル１→半導体スイッチ８のループで生じる商用周波数の２倍の成分をもつ低周波電流と、半導体スイッチ８の周波数に従って加熱コイル１に流れる高周波成分が重畳した電流Ｉ１１が流れる。

そして、加熱コイル１とコイル状の配線１２の低周波磁界が互いに打ち消すように互いに配置することにより、加熱コイル１から発生する低周波磁界を打ち消すことができる。この際、コイル状の配線１２は加熱コイル１の外周部近傍にあれば打ち消し効果が大きい。

また、加熱コイル１は動作時に自身の抵抗成分により発熱を伴うため、冷却ファンなどによる強制冷却が必要であり、コイル状の配線１２がこの冷却風を妨げないことが望まれる。そのため、図３に示すように、加熱コイルベース１６上で加熱コイル最外周の外周部に溝１６ａを設け、その溝１６ａにコイル状の配線１２を配置することで、加熱コイル１への冷却風を妨げずに加熱コイル１からの低周波磁界を低減することができる。更に、加熱コイルベース１６上にコイル状の配線１２を形成するため、追加部材が発生しないため安価な構成をとることができる。

一方、コイル状の配線１２は低周波磁界を打ち消し効果があるが、被加熱物１５の誘導加熱を行う２０〜５０ｋＨｚの高周波の漏洩磁界に関しては効果が薄い。そのため、アルミなどをリング構成にした電磁シールド環２を加熱コイル１の近傍に配置することで、電磁シールド環２に誘導電流を生じさせ、その誘導電流による打ち消し磁界により漏洩磁界を打ち消すことが必要となる。この際、図３に示すように、電磁シールド環２をコイル状の配線１２を配置する溝１６ａに設置することで、加熱コイルベース１６上に加熱コイル１のユニットを構成する構成要素を盛り込むことができるため、コンパクトな構成をとることができる。

以上のように、本実施の形態では、加熱コイル１の外周で加熱コイルベース１６上にコイル状の配線１２を配置することにより、高周波発振部１１内にあり加熱コイル１に流れる電流の低周波成分と同じ周波数成分で加熱コイル１と逆向きに電流が流れるように配置したコイル状の配線１２から発生する磁界と、加熱コイル１から発生する低周波の漏洩磁界とが互いに打ち消し合って低周波の漏洩磁界を大きく低減させるとともに、コイル状の配線１２を加熱コイルベース１６上に配置することで、コイル状の配線１２を格納するための部材を新たに用意する必要がないため、安価で簡易な構成を取ることができる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における誘導加熱装置を示すものである。実施の形態１と同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態において、実施の形態１と異なる点は、加熱コイルベース１６の側面にコイル状の配線１２を縦列に並ぶよう巻き付けて配設していることである。

これは、実施の形態１の様に加熱コイル１の最外周に加えて、コイル状の配線１２を配設する場合には加熱コイルベースの径は大きくなることにより、筐体外径に制限がある場合に加熱コイル１の形状を小さくなることを防ぐねらいがある。このように加熱コイル１の形状を大きく取れるようにすることで、被加熱物１５の形状が大きい場合などに、被加熱物１５の温度分布が改善することができる。通常、加熱コイルベース１６は上部に加熱コイル１を下部に防磁フェライト１３があるため加熱コイルベース１６の側面の厚みは２０ｍｍ前後存在する。このため、この側面を利用することでよりコンパクトな構成で加熱コイルベース１６上の構成要素を収めることができる。

なお、加熱コイルベース１６は側面にコイル状の配線１２を巻くための溝（図示せず）を設けておくことで、コイル状の配線１２をコンパクトに収めることが可能になる。

以上のように、本実施の形態では、加熱コイルベース１６の側面にコイル状の配線１２を巻き付けて配設する構成とすることにより、コイル状の配線１２を格納するための部材を新たに用意する必要がないため、安価で簡易な構成で低周波の漏洩磁界を減少させることができるとともに、コイル状の配線１２が縦列に並ぶ構成をとるため、加熱コイルベース１６の直径を大きくする必要がなくコンパクトな構成をとることができる。

（実施の形態３）
図５、図６は、本発明の実施の形態３における誘導加熱装置を示すものである。実施の形態１と同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態において、実施の形態１と異なる点は、加熱コイル１の外周部に加熱コイル１から発生する高周波の漏洩磁界を打ち消す電磁シールド環２を備え、電磁シールド環２の側面には、加熱コイル１に流れる電流の低周波成分と同じ周波数成分を持ち加熱コイル１と互いに逆向きに電流が流れるコイル状の配線１２を巻き付けて配置していることである。

上記構成とすることで、コイル状の配線１２を巻くための巻き冶具が必要ないため、安価な防磁構成をとることができる。また、電磁シールド環２とコイル状の配線１２を加熱コイル１の外周部近傍に配設することができるため、加熱コイル１から発生する漏洩磁界をより多く打ち消すことが可能になる。

なお、図６に示すように、電磁シールド環２を断面Ｌ字型のリング形状とし、そのＬ字部分にコイル状の配線１２を配設することで、コイル状の配線１２の設置位置を安定させることができる。

以上のように、本実施の形態では、電磁シールド環２の側面にコイル状の配線１２を巻き付けて配設することにより、電磁シールド環２に低周波と高周波の漏洩磁界を減少させる部品を置くことができるため、コイル状の配線１２のための新たな部材やスペースがほとんど必要なく、安価で簡易な構成で漏洩磁界を減少させることができる。

（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４における誘導加熱装置を示すものである。実施の形態１と同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態において、実施の形態１と異なる点は、加熱コイルベース１６上で加熱コイル１の外周部に加熱コイル１から発生する高周波の漏洩磁界を打ち消す電磁シールド環２を備え、この電磁シールド環２をコイル状の配線１２を配設する断面凹型のリング形状としたことである。

上記構成とすることで、コイル状の配線１２を電磁シールド環２の断面凹型の凹所２ａ内部に配置することができ、コイル状の配線１２を加熱コイルベース１６上に簡易に安定した形状を保ったまま配置することができる。このことにより、コイル状の配線１２の形状を安定させるための部品が必要なくなることにより、安価な防磁構成をとることができるとともに、コイル状の配線１２の位置が確実に決まるため、防磁性能を安定させることができる。

以上のように、本実施の形態では、電磁シールド環２をコイル状の配線１２を配設するために断面凹型のリング形状としたことにより、コイル状の配線の位置を確実に決めることができ、漏洩磁界に対する打ち消し効果を安定させることができるため、安価で簡易な構成で低周波の漏洩磁界を減少させることができる。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、安価でかつ簡易な構成で加熱コイルから発生する低周波の漏洩磁界を低減することができるので、電磁調理器などに適応することができる。

本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の構成図 同誘導加熱装置の各部における電流波形図 同誘導加熱装置の要部構成を示す断面図 本発明の実施の形態２における誘導加熱装置の構成図 本発明の実施の形態３における誘導加熱装置の構成図 同誘導加熱装置の要部構成を示す断面図 本発明の実施の形態４における誘導加熱装置の要部構成を示す断面図

符号の説明

１ 加熱コイル
２ 電磁シールド環
２ａ 凹所
３ 電源部
１１ 高周波発振部
１２ コイル状の配線
１５ 被加熱物
１６ 加熱コイルベース
１６ａ 溝

Claims (8)

1. 被加熱物を誘導加熱するための高周波磁界を発生する加熱コイルと、前記加熱コイルを保持する加熱コイルベースと、前記加熱コイルに高周波電流を供給する高周波発振部と、前記高周波発振部に商用周波数の電力を供給する電源部とを備え、前記加熱コイルの外周で前記加熱コイルベース上には、加熱コイルに流れる電流の低周波成分と同じ周波数成分を持ち加熱コイルと互いに逆向きに電流が流れるコイル状の配線を配置した誘導加熱装置。
2. 加熱コイルベースは、外周部にコイル状の配線を配設する凹部を設けた請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 加熱コイルベースは、その凹部にコイル状の配線とともに加熱コイルから発生する高周波の漏洩磁界を打ち消す電磁シールド環を配置した請求項２に記載の誘導加熱装置。
4. 加熱コイルベースは、その側面にコイル状の配線を巻き付けて配置した請求項１に記載の誘導加熱装置。
5. 加熱コイルベースは、その側面にコイル状の配線を巻くための溝を設けた請求項４に記載の誘導加熱装置。
6. 被加熱物を誘導加熱するための高周波磁界を発生する加熱コイルと、前記加熱コイルを保持する加熱コイルベースと、前記加熱コイルに高周波電流を供給する高周波発振部と、前記高周波発振部に商用周波数の電力を供給する電源部と、前記加熱コイルの外周部に設けて加熱コイルから発生する高周波の漏洩磁界を打ち消す電磁シールド環とを備え、前記電磁シールド環の側面には、加熱コイルに流れる電流の低周波成分と同じ周波数成分を持ち加熱コイルと互いに逆向きに電流が流れるコイル状の配線を配置した誘導加熱装置。
7. 電磁シールド環は、断面Ｌ字型のリング形状としてコイル状の配線を配置した請求項６に記載の誘導加熱装置。
8. 加熱コイルから発生する高周波の漏洩磁界を打ち消す電磁シールド環を備え、電磁シールド環は、コイル状の配線を配設する断面凹型のリング形状とした請求項１に記載の誘導加熱装置。

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