JP2007323887A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度のよい温度検知を可能にするとともに、インバータ設計が容易で、使い勝手のよい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６の隣り合って巻回される巻線５の間に巻線５を部分的に密に巻回して形成した第２のコイル開口部９を少なくとも１つ設け、温度検知手段１４は、第２のコイル開口部９に対向する被加熱物３の部分の温度を直接的または間接的に測定し、温度検知手段１４の検知結果に基づき被加熱物３の温度を所定の温度に制御すべく加熱コイル６に供給する電力を可変制御する構成とする。これにより、精度のよい温度検知を可能にするとともに、インバータ設計が容易で、使い勝手のよい誘導加熱装置を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般家庭やオフィス、レストラン、工場などで使用される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として、加熱コイルを内周側加熱コイルと外周側加熱コイルに分割し、内周側加熱コイルの中心部の開口部と、分割されたコイル間の同心円状の開口部とに対応して、それぞれ第１の温度検知手段および第２の温度検知手段を配置し、被加熱物の温度を精度よく検知する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３４７０４６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、加熱コイルを内周側加熱コイルと外周側加熱コイルに分割し、コイル間に同心円状の開口部を設けるので、開口部面積が大きくなる。加熱コイルの開口部面積が大きくなると、加熱コイル特性も変化する。一般に、開口部面積が大きくなると、加熱コイルインダクタンスＬｓおよび加熱コイルからみた被加熱物抵抗Ｒｓが低下する。

加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ設計には、ＬｓおよびＲｓが重要なパラメータであり、所定のＬｓ、Ｒｓを維持しようとすると、加熱コイルの巻き数や形状の検討が必要となる。

また、特にアルミニウムなどの低抵抗かつ低透磁率の材質からなる被加熱物を加熱する際には、その材質の特徴から被加熱物内部に誘導電流を誘起させても、ジュール熱が発生しにくい。そのため、加熱コイルから発生する高周波磁界の周波数を上げて、被加熱物の高周波抵抗を上げてジュール熱を発生しやすくしたり、加熱コイル巻き数を増加させて高周波磁界強度を上げたりする対策がとられる。

アルミニウムなどの被加熱物であった場合、加熱コイルの状態に非常に影響されやすいため、加熱コイルの開口部面積が大きければ、Ｌｓ、Ｒｓが大きく変化し、インバータ設計が困難となる。さらに、加熱コイルのサイズには制限がある中で、加熱コイルの巻き数を増加させるため、多層巻きする必要がある。しかしながら、開口部面積が大きければ、必要となる巻き数を維持すると、さらに加熱コイルを多層にする必要が生じる。その結果、加熱コイル高さが高くなり、加熱コイルと被加熱物との距離が離れ、加熱効率の低下にもつながるという課題が生じる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、精度のよい温度検知を可能にするとともに、インバータ設計が容易で、使用者の使い勝手がよい誘導加熱装置を提供することを目的としている。

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、加熱コイルの隣り合って巻き回される巻線の間に巻線を部分的に密に巻き回して形成した第２のコイル開口部を少なくとも１つ設け、温度検知手段は第２のコイル開口部に対向する被加熱物の部分の温度を直接的または間接的に測定し、温度検知手段の検知結果に基づき被加熱物の温度を所定の温度に制御すべく加熱コイルに供給する電力を可変制御する構成とするものである。

このような開口部は、温度検知手段を配置するのに必要最小限の開口を設けたものであるため、Ｌｓ、Ｒｓに与える影響を非常に少なくすることが可能である。従って、温度検知手段の配置に関わらずインバータ設計を容易に行うことができる。

また、温度検知手段を加熱コイル間に１つ若しくは複数配置しても開口部面積の増加を抑えることが可能であり、さらには加熱コイル外周を広げることがないため、加熱電力分布や被加熱物の載置状態を鑑みて自由度高く配置することが可能であり、精度よく被加熱物の温度を検知し、安全で使い勝手のよい誘導加熱装置を提供することができる。

本発明の誘導加熱装置は、精度のよい温度検知を可能にするとともに、インバータ設計が容易で、使い勝手のよい誘導加熱装置を提供することができる。

第１の発明は、巻線を第１のコイル開口部の周囲に巻回し面状に形成してなり、その上面に対向して配設される被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記被加熱物の温度を検知する温度検知手段とを備え、前記加熱コイルは、隣り合って巻き回される前記巻線の間に前記巻線を部分的に密に巻き回して形成した第２のコイル開口部を少なくとも１つ設け、前記温度検知手段は、前記第２のコイル開口部に対向する前記被加熱物の部分の温度を直接的または間接的に測定し、前記温度検知手段の検知結果に基づき前記被加熱物の温度を所定の温度に制御すべく前記加熱コイルに供給する電力を可変制御する誘導加熱装置とするものである。

このような開口部は、温度検知手段を配置するのに必要最小限の開口を設けたものであるため、Ｌｓ、Ｒｓに与える影響を非常に少なくすることが可能である。従って、温度検知手段の配置に関わらずインバータ設計を容易に行うことができる。

また、温度検知手段を加熱コイル間に１つ若しくは複数配置しても開口部面積の増加を抑えることが可能であり、さらには加熱コイル外周を広げることがないため、加熱電力分布や被加熱物の載置状態を鑑みて自由度高く配置することが可能であり、精度よく被加熱物の温度を検知し、安全で使い勝手のよい誘導加熱装置を提供することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、第２のコイル開口部は、隣り合って巻き回される巻線の間に前記巻線を略同一径で巻き回す回数を他の部位に比べて多くすることにより形成する誘導加熱装置とするものである。

加熱コイルに第２のコイル開口部を設けた場合、第２のコイル開口部直上の被加熱物での加熱電力が低下することにより、第２のコイル開口部なしの時に比べて第２のコイル開口部直上の被加熱物温度も低下する。本来であれば、被加熱物の温度上昇が最も大きいところに第２のコイル開口部を設けて、異常昇温などの検知を容易にする必要がある。

本発明では、第２のコイル開口部は、巻線を略同一径で巻き回す回数を他の部位に比べて多くすることによって形成されている。そのため、第２のコイル開口部周辺での巻線が密になっており、第２のコイル開口部直上の被加熱物での加熱電力も大きく設定することが可能である。従って、異常昇温などの検知を早く精度よく行うことができる。

第３の発明は、巻線を第１のコイル開口部の周囲に巻回し面状に形成してなり、その上面に対向して配設される被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記被加熱物の温度を検知する温度検知手段とを備え、前記加熱コイルは、隣り合って巻き回される前記巻線の間に前記巻線の被加熱物からの距離が他の部位に比べて大きくなるよう配置されることにより形成した第２のコイル開口部を少なくとも１つ設け、前記温度検知手段は、前記第２のコイル開口部に対向する前記被加熱物の部分の温度を直接的または間接的に測定し、前記温度検知手段の検知結果に基づき前記被加熱物の温度を所定の温度に制御すべく前記加熱コイルに供給する電力を可変制御する誘導加熱装置とするものである。

加熱コイル量産の都合上、部分的に巻線を密に巻き回すことが困難である場合が考えられる。例えば中心に巻き軸を設けて向かい合った円板の間に巻線を巻き回していくような場合には、部分的に密に巻いていくことが難しいと思われる。

本発明では、第２のコイル開口部を、巻線の一部が被加熱物からの距離が他の部位に比べて大きくなるよう配置することによって形成している。例えば巻線の一部に被加熱物と反対方向へ圧力を加えて湾曲させたり、略同心円状に巻線を被加熱物と反対方向へずらしたりすることによって第２のコイル開口部を形成する。

これによれば、第２のコイル開口部周辺の被加熱物での加熱電力が、第２の発明に比べてやや低下するが、第２のコイル開口部が全くの開口部分で巻線が存在しない状態ではないために、従来技術に比べて第２のコイル開口部周辺の被加熱物での加熱電力を高くすることができる。従って、量産性を確保した上で、被加熱物の異常昇温などの検知を早く精度よく行うことができる。

第４の発明は、巻線を第１のコイル開口部の周囲に巻回し面状に形成してなり、その上面に対向して配設される被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記被加熱物の温度を検知する温度検知手段とを備え、前記加熱コイルは、第１のコイル開口部の一部を他に比べて開口面積が小さくなるよう巻線を巻回して形成する第２のコイル開口部を少なくとも１つ設け、前記温度検知手段は、前記第２のコイル開口部に対向する被加熱物部分の温度を直接的または間接的に測定し、前記温度検知手段の検知結果に基づき加熱コイルに供給する電力を可変制御する誘導加熱装置とするものである。

加熱コイル量産の都合上、部分的に巻線を密に巻き回したり、巻線と被加熱物との距離を一部遠ざけるよう配置したりすることが困難である場合が考えられる。

本発明は、第１のコイル開口部の一部を他の部分に比べて開口面積が小さくなるよう設定し、第２のコイル開口部より外周に位置する巻線は略同心円状に巻き回して生じる開口部を第２のコイル開口部として利用する構成である。

この構成では、第２のコイル開口部周辺における被加熱物加熱電力の改善効果は得られないが、加熱コイル外周に凸状突起部が生じないため、加熱コイル配置の自由度を高めることが可能である。

また、第２のコイル開口部は、必要最小限の開口にすることが可能であるため、インバータ設計が容易である。

第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明において、第２のコイル開口部を有する加熱コイルを載置する支持部と、前記支持部に突設された円筒部とを備え、前記第２のコイル開口部を有する加熱コイルを前記支持部に載置すると前記円筒部先端が前記第２のコイル開口部内部に嵌合する誘導加熱装置とするものである。

第２のコイル開口部を設けた加熱コイルを台に設置する際、非軸対称である加熱コイルの位置を決めて取り付けるのが困難である。また、支持部は、加熱コイルの位置ずれを防止するような構成であることが望ましい。

本発明によれば、第２のコイル開口部が円筒部に嵌合するように加熱コイルを台に設置することにより、取り付け時の位置決めが容易になり、かつ加熱コイルずれ防止を可能にする。

さらに、円筒部が高電圧となる加熱コイルと温度検知手段との絶縁手段としての役割を果たすことが可能であり、高電圧の影響を抑えつつ、温度検知を行うことができる。

第６の発明は、特に、第１〜第５のいずれか１つの発明において、温度検知手段は赤外線センサーを有し、前記赤外線センサーは、第２のコイル開口部内部を通過する赤外線を検知する誘導加熱装置とするものである。

本発明によれば、被加熱物の温度に応じて発せられる赤外線を検知することにより、熱伝達、熱伝導に頼ることなく、応答速度が速く、精度よく被加熱物温度を検知することが可能である。

第７の発明は、特に、第６の発明において、第２のコイル開口部内部に光を誘導する導光管を有し、赤外線センサーは、前記導光管を通過する赤外線を検知する誘導加熱装置とするものである。

光を誘導する導光管は、一般な電気的な部品とは異なって電気的に絶縁されているため、加熱コイルとの絶縁を考慮する必要が少ない。従って、導光管を配設する第２のコイル開口部は導光管直径と略同一として、非常に小さい開口面積とすることができる。そのため、インバータ設計が容易であるし、被加熱物加熱電力分布および温度分布に与える影響も少なく、温度上昇の大きい部分を温度検知することが可能である。

また、導光管によって誘導された光によって、離れた位置に配置されている赤外線センサーは応答速度が速く、精度よく被加熱物温度を検知することが可能である。

第８の発明は、特に、第１〜第７のいずれか１つの発明において、第２のコイル開口部を有する加熱コイルは、アルミニウムと略同等またはそれ以上の導電率を有する非磁性体を誘導加熱するために使用される誘導加熱装置とするものである。

被加熱物がアルミニウムと略同等またはそれ以上の導電率を有する非磁性体であった場合、加熱コイルからみたＲｓも低くなるため、誘導電流によるジュール熱を得ることが難しい。従って、所定の加熱出力を得るためには加熱コイルから発生する磁界強度を高める必要がある。

発生する磁界強度を高めるためには、加熱コイルの巻き数の増加が非常に効果的である。このとき同時に、従来手法に従って加熱コイルの内周―外周間に温度検知手段を設けた場合には、加熱コイル厚みが大きくなり、加熱効率の低下につながる。

特に、被加熱物が高導電率の非磁性金属であった場合には、加熱コイルの厚みの変化、加熱コイル−被加熱物間の距離などによって大きく加熱効率やＬｓ、Ｒｓが変化するため、温度検知手段を設けることで生じる影響を可能な限り抑えなければならない。

本発明では、温度検知手段を設けた際の加熱コイル形状の変化を抑えることで、Ｒｓの変化を抑制し、被加熱物が高導電率非磁性体であった場合にも効率よく誘導加熱することを可能にし、かつ被加熱物の温度を精度よく検知することができる。

第９の発明は、特に、第８の発明において、第２のコイル開口部を有する加熱コイルの巻線端子部を前記温度検知手段と略直角方向から略反対の方向の間で引き出してなる誘導加熱装置とするものである。

特に、高導電率非磁性金属からなる被加熱物を誘導加熱する場合、加熱コイルの巻き数を増加させたり、加熱コイルに供給する高周波電流を増加させたりする必要が生じる。その結果、特に加熱コイルの巻線端子間は、過大な電圧が発生する。

温度検知手段は一般に数Ｖ程度の検知出力信号をしかるべき回路へ伝達する。そのため、加熱コイルの巻線端子で発生する高電圧の影響を受けやすい。

本発明では、加熱コイルの巻線端子部を温度検知手段から遠い方向から引き出して構成しているために、温度検知手段出力に対する加熱コイルの巻線端子で発生する高電圧の影響を抑制することが可能である。

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は、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置として、誘導加熱調理器を示している。

図に示すように、本実施の形態における誘導加熱装置は、外郭を構成する略矩形状の本体１の上部に、絶縁体であり、耐熱セラミックス製のトッププレート２が設けられている。アルミニウム、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鍋、フライパンなどの被加熱物３は、トッププレート２上に載置される。

本体１とトッププレート２からなる誘導加熱調理器内部には、高周波スイッチングによって高周波電流を発生させるインバータ４が設けられている。

また、インバータ４には、加熱コイル６が接続されており、インバータ４から高周波電流の供給を受けて、高周波磁界を発生させ、加熱コイル６上面に対向してトッププレート２上に配設される被加熱物３を誘導加熱する。

インバータ４には、さらに制御手段７が接続されている。制御手段７は、入力電流検知やインバータ出力検知を行いつつ、使用者が設定した加熱出力となるよう、インバータ４の出力制御を行う。

素線を束ねた巻線５を第１のコイル開口部８の周囲に巻回し面状に形成される加熱コイル６は、トッププレート２の下方に設けられていて、その形状は、図２に示すように、内径８０ｍｍ、外径１８０ｍｍ、厚み約９ｍｍの略ドーナツ形状をなしている。

加熱コイル６には、少なくとも１つの第２のコイル開口部９が設けられていて、第２のコイル開口部９中心は、加熱コイル６中心から約５０ｍｍの位置で、その開口直径は約２０ｍｍとなっている。

加熱コイル６の巻き数は４３ターンであるが、前記形状に成形するために、３段―２段を繰り返す多層巻きとなっている。さらに、第２のコイル開口部９に近い巻線５部分では、図３に示すように一部４段多層巻きとなっている。

つまり、第２のコイル開口部９は、隣り合って巻回される巻線５の間に巻線５を部分的に密に巻回して形成されるものである。さらに具体的には、隣り合って巻回される巻線５の間に巻線５を略同一径で巻回する回数を他の部位に比べて多くすることによって形成している。本実施の形態では、他の部位では３段―２段の多層巻きであり、第２のコイル開口部９に近い巻線５部分では４段巻きとして巻回する回数を多く設定している。このため、加熱コイル６は、外周部形状が略円状となっており、特に突起部は生じていない。

一般に、加熱コイル６の第２のコイル開口部９面積が大きくなると、加熱コイル６の特性も変化する。具体的には、加熱コイル６のインダクタンスＬｓおよび加熱コイル６からみた被加熱物３の抵抗Ｒｓが低下する。

一例として、図４に加熱コイル６を略ドーナツ形状に形成し、最内周部と最外周部間にコイル開口部を設けない場合（ａ）、最内周部と最外周部間に同心円状にコイル開口部を設けて、内周側加熱コイルと外周側加熱コイルに分割した場合（ｂ）、本実施の形態で示すように第２のコイル開口部９を設けた場合（ｃ）の、Ｌｓ、Ｒｓを示す。

図４に示すように、同心円状に開口部を設けた場合（ｂ）ｈａ、同じ加熱コイル６巻き数であっても、Ｌｓ、Ｒｓが変化していることが分かる。一方で、第２のコイル開口部９を設けた場合（ｃ）と、開口部を設けない場合（ａ）は、ほとんど特性に差がない。

加熱コイル６に高周波電流を供給するインバータ４ｎｏ設計には、ＬｓおよびＲｓが重要なパラメータであり、所定のＬｓ、Ｒｓを維持しようとすると、加熱コイル６ｎｏ巻き数や形状の検討が必要となるため、開口部に関わらず、Ｌｓ、Ｒｓが変化しないことが望ましい。

また、特にアルミニウムと略同等またはそれ以上の導電率を有する非磁性体金属からなる被加熱物３を加熱する際には、その材質の特徴から被加熱物３内部に誘導電流を誘起させても、ジュール熱が発生しにくいため、加熱コイル６から発生する高周波磁界の周波数を上げて、被加熱物３の高周波抵抗を上げてジュール熱を発生しやすくしたり、加熱コイル６の巻き数を増加させたりして高周波磁界強度を上げる対策がとられる。

本実施の形態では、加熱コイル６に接続される共振コンデンサ（図示せず）の容量設計により、加熱コイル６に流れる高周波電流周波数を約９０ｋＨｚになるようにしている。これは、一般の鉄系の被加熱物３のみを加熱する誘導加熱調理器に比べて、約４倍の周波数となっている。さらに本実施の形態では、加熱コイル６の巻き数を４３ターンとしており、一般の鉄系の被加熱物３のみを加熱する誘導加熱調理器に比べて、約２倍となっている。

アルミニウムなどの被加熱物３であった場合、特に加熱コイル６の状態に非常に影響されやすいため、Ｌｓ、Ｒｓが大幅に変化して、インバータ４設計が困難となる。Ｌｓ、Ｒｓを一定に保つため、加熱コイル６のサイズには制限がある中で、加熱コイル６の巻き数を増加させると、さらに多層巻きにする必要がある。しかしながら、加熱コイル６の高さが高くなり、加熱コイル６と被加熱物３との距離が離れ、加熱効率の低下にもつながる。

本実施の形態で示すような第２のコイル開口部９は、温度検知手段を配置するのに必要最小限の開口を設けたものであるため、Ｌｓ、Ｒｓに与える影響を非常に少なくすることが可能である。従って、温度検知手段の配置に関わらずインバータ４の設計を容易に行うことができる。

また、加熱コイル６は３段―２段を繰り返す多層巻きであるが、第２のコイル開口部９に近い巻線５部分では、図３に示すように一部４段多層巻きとなっているため、第２のコイル開口部９に近い巻線５部分では巻線５が密に巻かれている状態である。つまり、第２のコイル開口部９の直上における被加熱物３の加熱電力分布も改善される。

図５は、本実施の形態における被加熱物３での加熱電力分布を示したものである。図において、実線が本実施の形態における加熱電力分布、波線が従来の誘導加熱装置のように同心円状に第２のコイル開口部を設けた場合（図４（ｂ）相当）の加熱電力分布を模式的に示している。図のように、第２のコイル開口部９近くでは加熱電力が低下するが、本実施の形態では巻線５を密に巻いているために、加熱電力低下が抑制される。従って、被加熱物３の温度上昇が大きい部分に可能な限り近い温度を検知することができる。

また、図１に戻り、棒状のフェライト１０は、加熱コイル６面と略並行に配置されており、特にその両端を、トッププレート２へ向けて上方垂直に折り曲げた形状となっている。加熱コイル６およびフェライト１０は、樹脂を成形した支持部１１に接着されて設置されている。

支持部１１には支持面に略鉛直方向に突設された円筒部１２を備えており、円筒部１２の形状は高さ約９ｍｍ、内径約１７ｍｍ、外径約１９ｍｍである。図６に示すように、円筒部１２は第２のコイル開口部９に通して加熱コイル６を支持部１１に載置する。

加熱コイル６には第２のコイル開口部９が設けられているため、加熱コイル６中心軸に対して非軸対称形状となる。加熱コイル６を支持部１１に設置する際、非軸対称である加熱コイル６の位置を決めて取り付けるのが困難である。また、支持部１１は、加熱コイル６の位置ずれを防止するような構成であることが望ましい。

本実施の形態では、第２のコイル開口部９が円筒部１２に嵌合するように加熱コイル６を支持部１１に設置することにより、取り付け時の位置決めが容易になり、かつ加熱コイル６ずれを防止することが可能である。

支持部１１には、サーミスタからなる第１の温度検知手段１３および第２の温度検知手段１４が取り付けられている。特に、第１の温度検知手段１３は、第１のコイル開口部８からトッププレート２の加熱コイル６側の面に当接するよう配置されている。また、第２の温度検知手段１４は、第２のコイル開口部９に対向する被加熱物３の部分の温度を直接的または間接的に測定するため、第２のコイル開口部９に嵌合される円筒部１２内部を通してトッププレート２の加熱コイル６側の面に当接するよう配置されている。

第１の温度検知手段１３および第２の温度検知手段１４は、トッププレート２を介して間接的に被加熱物３の温度を検知し、検知信号を制御手段７に出力する。制御手段７は、検知信号に基づいて被加熱物３の温度を推定し、インバータ４の出力制御を行う。つまり、第１の温度検知手段１３および第２の温度検知手段１４の検知結果に基づき、被加熱物３の温度を所定の温度に制御すべく加熱コイル６に供給する電力を可変制御する。

加熱コイル６の最内周部と最外周部のほぼ中間に対向する被加熱物３の部分は、他の部分に比べて加熱電力密度が高く、温度上昇が大きい。使用者がフライパンの予熱などのため、被加熱物３を誘導加熱させたまま放置した場合、被加熱物３の状態によっては急速に局部的な被加熱物３温度上昇が生じる。

しかしながら、加熱コイル６中央に設けられた第１の温度検知手段１３に加えて、被加熱物３の加熱電力密度が高くなる部分に相当する位置に第２の温度検知手段１４を備えているため、温度上昇が急速であっても、また局部的であっても精度よく検知することが可能である。

サーミスタからなる第２の温度検知手段１４は、いわゆる小信号回路である。一方で、インバータ４から高周波電流を供給される加熱コイル６は、その両端電圧が非常に高電圧となっており、定格出力時には約３ｋＶｒｍｓ程度にもなる。従って、第２の温度検知手段１４と加熱コイル６間に十分な絶縁を施す必要があるが、本実施の形態では、円筒部１２が高電圧となる加熱コイル６と第２の温度検知手段１４との絶縁手段としての役割を果たすことが可能である。

また、図２に示すように、加熱コイル６の巻線５の端子部１５と、加熱コイル６に電力を供給する回路（インバータ４）とを接続するための端子台１６を備えた支持部１１において、第２のコイル開口部９を有する加熱コイル６の巻線５端子部１５を、第１の温度検知手段１３および第２の温度検知手段１４の接続部１７と略直角方向から略反対の方向の間で引き出している。本実施の形態では、具体的には略反対の方向となっている。つまり、加熱コイル６の巻線端子部１５を、非温度検知手段側から引き出しているものである。この配線引き回しによって、小信号回路である温度検知手段出力が、加熱コイル６の端子部１５に発生する高電圧の影響を受けにくくすることが可能である。

図７は、トッププレート２を外した状態で、本体１を上方からみた状態を示している。図７（ａ）は、加熱コイル６の隣り合って巻回される巻線５の間に外側の巻線５を部分的に湾曲させて第２の開口部９を形成し、第２の温度検知手段１４を第２のコイル開口部９から対向する被加熱物３の温度を測定するという構成を示している。この構成では、外側の巻線を部分的に湾曲させるため、加熱コイル６の外周に凸状突起部１８が生じることになる。この凸状突起部１８は、加熱コイル６の配置や、加熱コイル６を支持する支持部１１、さらには加熱中であることを使用者に報知する発光部（図示せず）の形状を制限する。

例えば、加熱コイル６を複数個内包する誘導加熱装置の場合、加熱コイル６間の距離Ｌ１を大きくして、両方の加熱コイル６で大きな径の被加熱物３を加熱しても互いに干渉しないことが望まれる。加熱コイル６外周に凸状突起部１８がある場合、加熱コイル６の向き、配置が制限されて、加熱コイル６間の距離Ｌ１を大きく設定できない可能性もある。特に、加熱コイル６外周に加熱中であることを報知する発光部（図示せず）を設けていた場合、凸状突起部１８のさらに外側に設けることになるので、支持部１１形状が大きくなって、加熱コイル６間距離を大きく設定することが困難となる。

図７（ｂ）に示すように、第２のコイル開口部９を、巻線５を部分的に密に巻き回して形成するような本実施の形態の場合、加熱コイル６の外周部形状が略円状となっており、特に突起部は生じていない。従って、加熱コイル６外周部や、端子台１６が相互または本体などと干渉しないような配置とすることが容易であり、隣接する加熱コイル６との中心間の距離Ｌ２が近くならないよう、絶縁距離が確保されるよう配慮することができる。つまり、被加熱物３を複数載置しても、被加熱物３同士の接近、干渉を抑制し、取り回しが容易である。

なお、本実施の形態では、被加熱物３の温度を、トッププレート２を介して間接的に検知するサーミスタ方式の温度検知手段の例を挙げたが、これに限定するものではない。被加熱物３が温度に応じて放射する赤外線を受光して、非接触で温度検知を行う方式であってもよいし、トッププレート２に穴を設けて金属部品などで覆ったサーミスタを露出させ、被加熱物３に直接当接させる方式であってもよい。

また、本実施の形態では、第２のコイル開口部９および第２の温度検知手段１４が１つの場合を挙げたが、これに限定するものではない。本体１形状や冷却条件、被加熱物３の載置条件を鑑みて、第２のコイル開口部９を複数設け、対応する第２の温度検知手段１４を設置してもよい。

冷却風の流れにくく、被加熱物３の温度が上がりやすい方向に第２のコイル開口部９および第２の温度検知手段１４を設置してもよい。さらに、トッププレート２の幅を長くして被加熱物３を載置できる面積を大きくし、取り扱いを改善した誘導加熱調理器であれば、トッププレート２の端部に被加熱物３が載置されることを配慮して、可能な限り第２のコイル開口部９および第２の温度検知手段１４をトッププレート２端部に近い位置に配置してもよい。

（実施の形態２）
図８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。

本実施の形態における誘導加熱装置は、素線を束ねた巻線５を第１のコイル開口部８の周囲に巻回し面状に形成される加熱コイル６は、トッププレート２の下方に設けられていて、その形状は、内径８０ｍｍ、外径１８０ｍｍ、厚み約９ｍｍの略ドーナツ形状をなしている。

加熱コイル６において、図９に示すように巻線５の一部が被加熱物３からの距離が他の部位に比べて大きくなるよう配置されており、生じる隙間を第２のコイル開口部９として使用している。具体的には、巻線５を巻回して面状に加熱コイル６を形成した後に、加熱コイル６の一方の面から巻線５に局所的な圧力を加えて他方へ湾曲させたものである。従って、加熱コイル６は、外周部形状が略円状となっており、特に突起部は生じていない。

実施の形態１に示したような、巻線５を部分的に密に巻き回して第２のコイル開口部９を形成する場合、加熱コイル６の量産性が問題になる可能性がある。例えば、中心に巻き軸を設けて向かい合った円板の間に巻線５を巻き回していくような場合には、部分的に密に巻いていくことが難しいと考えられる。

本実施の形態では、加熱コイル６を形成した後、後加工によって第２のコイル開口部９を形成している。このような構成では、第２のコイル開口部９周辺の被加熱物３での加熱電力が、実施の形態１に比べてやや低下するが、第２のコイル開口部９が全くの開口部分となっていて、巻線５が存在しない従来の誘導加熱装置のような構成ではないために、従来の誘導加熱装置に比べて第２のコイル開口部９周辺の被加熱物３での加熱電力を高くすることができる。従って、量産性を確保した上で、被加熱物３の異常昇温などの検知を早く精度よく行うことができる。

なお、本実施の形態では、巻線５に局所的な圧力を加えて隙間を形成し、第２のコイル開口部９とした例を挙げたが、これに限定するものではない。例えば、巻線５を略同心円状に被加熱物３と反対方向へずらすことによっても同様の効果が得られる。

（実施の形態３）
図１０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。

本実施の形態における誘導加熱装置は、素線を束ねた巻線５を第１のコイル開口部８の周囲に巻回し面状に形成される加熱コイル６は、トッププレート２の下方に設けられていて、その形状は、図１１に示すように、内径８０ｍｍ、外径１８０ｍｍ、厚み約９ｍｍの略ドーナツ形状をなしている。

特に、第１のコイル開口部８は、円状ではなく、一部半径が小さくなるような円との組み合わせになるように形成されており、周囲に巻き回す巻線５の配置も同心円状ではなく、その軌跡が一方向で他の方向に比べて半径が小さくなる円状となっている。

加熱コイル６には、第２のコイル開口部９が設けられていて、第２のコイル開口部９中心は、加熱コイル６中心から約５０ｍｍの位置で、その開口直径は約３ｍｍと非常に小さく設定されている。

第２のコイル開口部９より外周側の巻線５は、同一径となるような円状となるよう巻き回されており、内周側の巻線５の半径が小さい円状部分およびその周囲の巻線５と、外周側の巻線５との隙間が第２のコイル開口部９として使用されている。つまり、第２のコイル開口部９は、加熱コイル６中心から見て第１のコイル開口部８の、第２のコイル開口部９方向を他の方向に比べて開口面積が小さくなるよう巻線５を巻回することによって形成されている。従って、加熱コイル６は、外周部形状が略円状となっており、特に突起部は生じていない。

実施の形態１に示したような、巻線５を部分的に密に巻き回して第２のコイル開口部９を形成する場合や、実施の形態２に示したような、巻線５に局所的な圧力を加えて隙間を形成して第２のコイル開口部９として使用する場合、加熱コイル６の量産性が問題になる可能性がある。例えば、加熱コイル６を形成した後に、巻線５に圧力を加えて変形させることは、巻線５表面の絶縁被膜を劣化させる原因になる可能性がある。

本実施の形態では、加熱コイル６外周に凸状突起部が生じないよう、第１のコイル開口部８を一部凹状として第２のコイル開口部９を形成させているため、過度の加熱コイル６の変形を抑制しながら第２のコイル開口部９を形成することが可能である。

図１０において、第２の温度検知手段１４は、被加熱物３が温度に応じて放射する赤外線を受光して、非接触で温度検知を行う方式、つまり赤外線センサーを採用している。赤外線センサーは、支持部１１の下方に設置されており、その先端には光ファイバーなどの導光管１９が接続されている。

導光管１９は、電気的な信号ではなく、光を誘導するものであり、電気的絶縁物で構成されている。また、一般に非常に細い形状であるため、第２のコイル開口部９の直径が約３ｍｍと非常に小さくても問題なく設置することが可能である。

つまり、本実施の形態の誘導加熱装置は、第２のコイル開口部９内部に光を誘導する導光管１９を有しており、第２の温度検知手段１４である赤外線センサーは、導光管１９を通過する光から赤外線を検知する構成となっている。

赤外線センサーは非常に感度のよい温度検知手段であるため、外乱による影響を受けやすい。例えば、近傍に加熱コイル６をはじめとする高温部品が配置されている場合、輻射される熱によって赤外線センサーの出力精度が下がる可能性がある。

本実施の形態では、導光管１９によって離れた位置にある赤外線センサーへ光を誘導する構成であり、加熱コイル６からの直接の影響を抑制する構成であるため、赤外線センサーは精度よく被加熱物３温度を検知することが可能である。

また、導光管１９は電気的絶縁物であるため、加熱コイル６との絶縁をあまり考慮する必要がなく、トッププレート２裏面に略接触するような配置も可能である。従って、赤外線センサーを離れた位置に設置するだけの場合に比べて集光率を高めることも可能である。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、精度のよい温度検知を可能にするとともに、インバータ設計が容易で、使い勝手のよい誘導加熱装置を提供することができるので、誘導加熱調理器としてはもちろんのこと、誘導加熱式湯沸かし器、誘導加熱式アイロン、またはその他の誘導加熱式加熱装置としても有用である。

本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の要部断面図 同誘導加熱装置の加熱コイル周辺の構成を示す平面図 同誘導加熱装置の加熱コイルの拡大斜視図 同誘導加熱装置の加熱コイルを含む各種加熱コイルにおける電気的特性の比較図 同誘導加熱装置における加熱電力分布を示す図 同誘導加熱装置の支持部および円筒部と加熱コイルの位置関係を示す図 同誘導加熱装置の加熱コイルの配置例を示した平面図 本発明の実施の形態２における誘導加熱装置の要部断面図 同誘導加熱装置の加熱コイルの斜視図 本発明の実施の形態３における誘導加熱装置の要部断面図 同誘導加熱装置の加熱コイル周辺の構成を示す平面図

符号の説明

３ 被加熱物
５ 巻線
６ 加熱コイル
８ 第１のコイル開口部
９ 第２のコイル開口部
１１ 支持部
１２ 円筒部
１３ 第１の温度検知手段
１４ 第２の温度検知手段
１５ 端子部
１９ 導光管

Claims (9)

1. 巻線を第１のコイル開口部の周囲に巻回し面状に形成してなり、その上面に対向して配設される被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記被加熱物の温度を検知する温度検知手段とを備え、前記加熱コイルは、隣り合って巻回される巻線の間に巻線を部分的に密に巻回して形成した第２のコイル開口部を少なくとも１つ設け、前記温度検知手段は、前記第２のコイル開口部に対向する被加熱物部分の温度を直接的または間接的に測定し、前記温度検知手段の検知結果に基づき加熱コイルに供給する電力を可変制御する誘導加熱装置。
2. 第２のコイル開口部は、隣り合って巻回される巻線の間に巻線を略同一径で巻回する回数を他の部位に比べて多くすることにより形成する請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 巻線を第１のコイル開口部の周囲に巻回し面状に形成してなり、その上面に対向して配設される被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記被加熱物の温度を検知する温度検知手段とを備え、前記加熱コイルは、隣り合って巻回される巻線の間に巻線の被加熱物からの距離が他の部位に比べて大きくなるよう配置して形成した第２のコイル開口部を少なくとも１つ設け、前記温度検知手段は、前記第２のコイル開口部に対向する被加熱物部分の温度を直接的または間接的に測定し、前記温度検知手段の検知結果に基づき加熱コイルに供給する電力を可変制御する誘導加熱装置。
4. 巻線を第１のコイル開口部の周囲に巻回し面状に形成してなり、その上面に対向して配設される被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記被加熱物の温度を検知する温度検知手段とを備え、前記加熱コイルは、第１のコイル開口部の一部を他に比べて開口面積が小さくなるよう巻線を巻回して形成する第２のコイル開口部を少なくとも１つ設け、前記温度検知手段は、前記第２のコイル開口部に対向する被加熱物部分の温度を直接的または間接的に測定し、前記温度検知手段の検知結果に基づき加熱コイルに供給する電力を可変制御する誘導加熱装置。
5. 第２のコイル開口部を有する加熱コイルを載置する支持部と、前記支持部に突設された円筒部とを備え、前記円筒部を第２のコイル開口部に通して加熱コイルを支持部に載置する請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
6. 温度検知手段は赤外線センサーを有し、前記赤外線センサーは、第２のコイル開口部を通過する赤外線を検知する請求項１〜５のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
7. 第２のコイル開口部に光を誘導する導光管を有し、赤外線センサーは、前記導光管を通過する赤外線を検知する請求項６に記載の誘導加熱装置。
8. 第２のコイル開口部を有する加熱コイルは、アルミニウムと略同等またはそれ以上の導電率を有する非磁性体を誘導加熱する請求項１〜７のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
9. 第２のコイル開口部を有する加熱コイルの巻線端子部を、非温度検知手段側から引き出してなる請求項８に記載の誘導加熱装置。