JP2008147057A

JP2008147057A - 誘導加熱装置

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Publication number: JP2008147057A
Application number: JP2006333967A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Yoshijima; 敏弘慶島; Takahiro Miyauchi; 貴宏宮内
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-12-12
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2008-06-26

Abstract

【課題】より効果的に漏洩電流が人体に流れることを防止し、感電する恐れのない安全性の高い誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【解決手段】低電位部に電気的に接続された導電性のシールド体１１２と、低電位部に電気的に接続された導電材料からなる環状のシールドリング１３１とを有し、シールドリング１３１と低電位部との接続は、シールド体１１２を介さず直接接続したものである。これによって、特に、アース性能はシールド体１１２の影響を受けることがない（シールド体の抵抗成分がアース性能を阻害しない）ので、アース性能が最も効率の良い状態となり、漏洩電流防止効果が最大となる。したがって、より効果的に感電の恐れをなくし安全性を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、漏洩電流が人体に流れることを防止し、感電の恐れがなく安全性を高めた誘導加熱装置に関するものである。

従来、誘導加熱装置において、負荷となる鍋等の被加熱体とこの被加熱体を加熱する加熱コイルとの間に導電性のシールド体を設けるとともに、加熱コイルの周囲に導電材料からなる環状のシールドリングを配置し、このシールド体とシールドリングにより漏洩電流が人体に流れることを防止し、感電の恐れをなくしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３４０１３０号公報

しかしながら、前記従来の構成では、感電の恐れがなく安全性を高めることができるものの、さらに効果的に感電の恐れをなくし安全性を高めることが必要となってくる。すなわち、火力感の向上といった更なる高性能化（高出力化・高周波数化）を図ろうとするとき、特に、被加熱体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に、加熱コイルに印加される電圧がさらに大きくなってくるので、被加熱体に漏洩電流が誘起され易い状態になってくるからである。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、より効果的に漏洩電流が人体に流れることを防止し、感電する恐れのない安全性の高い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、低電位部に電気的に接続された導電性のシールド体と、低電位部に電気的に接続された導電材料からなる環状のシールドリングとを有し、シールドリングと低電位部との接続は、シールド体を介さず直接接続したものである。

これによって、シールド体及びシールドリングと、グラウンドとの間に、シールド体及びシールドリングの内部抵抗（等価抵抗）と、浮遊容量（等価容量）及び人体の内部抵抗（等価抵抗）とが並列に接続される。シールド体及びシールドリングの内部抵抗（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、加熱コイルからの漏洩電流はほとんどシールド体及びシールドリングを通じてグラウンドに流れる（シールド体のみの内部抵抗に比べ、シールド体及びシールドリングの内部抵抗はより小さくなり、漏洩電流防止効果が大きくなる）。

換言すると、シールド体の外周をすり抜けて、被加熱体と加熱コイルの間に生じようとする浮遊容量（等価容量）に対し、加熱コイルの周囲の低電位部と接続されたシールドリングが存在することにより、シールド体とシールドリングが被加熱体と加熱コイルの間に位置することで、被加熱体と加熱コイルの間に生じようとする浮遊容量（等価容量）を低減することができる。

さらに、シールドリングと低電位部との接続は、シールド体を介さないことにより、アース性能はシールド体の影響を受けることがない（シールド体の抵抗成分がアース性能を阻害しない）ので、アース性能が最も効率の良い状態となり、漏洩電流防止効果が最大となる。したがって、より効果的に感電の恐れをなくし安全性を高めることができる。

本発明の誘導加熱装置は、漏洩電流の低減を最大限効率よく行うことができる。

第１の発明は、高周波磁界を発生し被加熱体を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルを駆動するインバータ回路と、前記被加熱体と前記加熱コイルとの間に設けられ、低電位部に電気的に接続された導電性のシールド体と、前記加熱コイルを支持する加熱コイル保持部材と、前記加熱コイルの周囲に配置し前記加熱コイル保持部材に設けられ、前記低電位部に電気的に接続された導電材料からなる環状のシールドリングとを有し、前記シールドリングと前記低電位部との接続は、前記シールド体を介さず直接接続した誘導加熱装置ものである。

第２の発明は、特に、第１の発明において、シールド体及びシールドリングに低電位部との接続部を１点以上有し、前記シールド体の接続部と前記シールドリングの接続部を電気的に接続したことにより、共通の低電位部を使用することで、接続を最小限とし、構造的にも簡素化されるので、コストも安くなり、信頼性も向上する。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、シールド体は、被加熱体と、アルミもしくは銅またはこれらと略同等以上の高導電率かつ低透磁率材料からなる被加熱体を誘導加熱可能な加熱コイルとの間に設けられ、かつシールド体は、前記加熱コイルの発生する磁界により前記被加熱体に与えられる浮力を低減する浮力低減機能を有したことにより、浮力低減機能を有するシールド体は、浮力低減機能を有さないシールド体に比べ、自己発熱が大きく、シールド体の温度が高くなるので、より抵抗成分が大きくなるシールド体を介さない接続はより有効となる。

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）
図は、本発明の実施の形態における誘導加熱装置として誘導加熱調理器を例示している。

本実施の形態における誘導加熱装置は、鉄のような高透磁率の（磁性体の）被加熱体（または１８−８ステンレスのような低透磁率で高抵抗の被加熱体）と、アルミニウムまたは銅のような低透磁率で（非磁性体で）低抵抗の被加熱体とを加熱することができるものである。

具体的には、図１に示すように、高周波磁界を発生し被加熱体１１０を加熱する螺旋状に巻かれた加熱コイル１０１と、加熱コイル１０１を駆動するインバータ回路１０２と、被加熱体１１０と加熱コイル１０１との間に設けられ、低電位部に電気的に接続された導電性のシールド体１１２と、加熱コイル１０１を上面に載置支持する加熱コイル保持部材１２４と、加熱コイル１０１の周囲に配置し加熱コイル保持部材１２４に設けられ、前記低電位部に電気的に接続された導電材料からなる環状のシールドリング１３１とを有している。

被加熱体１１０は、鍋、フライパン等の金属製の負荷であり、筐体１２５の上面に設けられたトッププレート１１８上に載置される。

シールド体１１２は、導電性カーボン塗料を塗布して焼き付け形成されており、絶縁層１１７により被覆され、トッププレート１１８の下方に設けられている。また、シールド体１１２にはＬ型のタブ端子１３０である接続部１２９が２個設けられている。

シールドリング１３１は誘導加熱されにくいアルミ、銅等の導電材料で作製されており、円環状の形状になっている。制作上においては、アルミダイカストまたは、アルミ板のプレス部品が一般的である。またシールドリング１３１から加熱コイル保持部材１２４を貫通して接続部１３２が突出して形成されている。接続部１３２は接続部１２９の低電位側（信号グラウンド）にシールド体１１２を介さず直接接続されている。

また、本実施の形態における誘導加熱装置は、筐体１２５内に操作部１０９及び制御基板１２６をも備えている。操作部１０９は、設定入力部１１３、設定表示部１１４、赤色の警告ＬＥＤ１１６、圧電ブザー（警告ブザー）１１５を有する。設定入力部１１３は、使用者が加熱出力設定指令、または加熱開始若しくは停止指令を入力するために操作する複数の入力キースイッチを有する。

制御基板１２６は、前記のインバータ回路１０２、検知部１０３、制御部１０４ａを有するマイクロコンピュータ１０４、ＬＥＤ駆動回路１０６、圧電ブザー駆動回路（警告ブザー駆動回路）１０７、設定表示部駆動回路１０８、プラグ１２１を介しての商用交流電源を整流する整流平滑部１０５、インバータ回路１０２の駆動回路１１１を有する。制御基板１２６上の各ブロックは共通のグラウンド線（グラウンドパターン）を有する。そして、２本の接続線１１９及び１２０はインバータ回路１０２と加熱コイル１０１とを接続している。

ここで、図２に基づき、シールド体１１２とシールドリング１３１について詳細を説明する。

図２（ａ）に示すように、シールド体１１２は、加熱コイル１０１と略同程度の外径を有し、スリット１２８により分割され、加熱コイル１０１と同軸で加熱コイル１０１をほぼ覆う略円板状の形状を有する。シールド体１１２は、加熱コイル１０１の中心軸を中に含む閉ループがその上に存在しない形状を有する。つまりシールド体１１２は、加熱コイル１０１の発生する磁界により被加熱体１１０に与えられる浮力を低減する浮力低減機能を有している。

また、図２（ａ）（ｂ）に示すように、Ｌ型のタブ端子１３０の一端はシールド体１１２の導電性カーボン塗料と電気的に接続され、もう一端は加熱コイル保持部材１２４の下方に突出しており、接続線１２２、１２３とファストン接続されている。一端が加熱コイル保持部材１２４の下方に突出しているのは、各種温度検知用のサーミスタなどと接続する配線（図示せず）を、加熱コイル保持部材１２４の下方に配置することが、組立性や性能上問題が少なく、その配線の一部に接続線１２２、１２３をユニットとして含む場合、加熱コイル保持部材１２４の下方で全ての配線処理が完結することが好ましいからである。接続線１２２の他端は検知部１０３（図１）のグラウンドに接続され、接続線１２３の他端は検知部１０３の入力端子に接続される。

また、図２（ｂ）に示すように、シールドリング１３１は、厚肉のアルミダイカストの場合、突出して形成されている接続部１３２にセルフタップ可能な下穴１３３が設けられている。また、薄肉のアルミプレスの場合は、接続部１３２はファストン端子を接続可能とするタブが設けられている。

シールドリング１３１の接続部１３２は接続部１２９の低電位側（信号グラウンド）と接続線１３５で接続されている。本実施の形態では、接続線１２２側である。これにより、シールドリング１３１と低電位部との接続は、シールド体１１２を介さない構成となる。接続部１２９のファストン端子１３６に接続線１２２または１２３と接続線１３５がダブルかしめされており、接続線１３５の他端に設けられた丸型端子１３７を接続部１３２にセルフタップでネジ締結することにより、シールド体１１２とシールドリング１３１を電気的に接続するとともに低電位部に接続している。

図３は、本実施の形態における誘導加熱装置の回路構成の詳細を示している。

インバータ回路１０２と加熱コイル１０１とを接続する２本の接続線１９、２０のうち接続線１９は、加熱コイル１０１の外周端と共振コンデンサ１０２ｇの一端とを接続し、接続線１２０は加熱コイル１０１の内周端とスイッチング素子１０２ｃのエミッタ及びスイッチング素子１０２ｄのコレクタとを接続する。螺旋状に巻かれた加熱コイル１０１の外終端の電位は、内周端の電位より低いものである。また、シールド体１１２と制御基板１２６は２本の接続線１２２及び１２３で接続されている。

また、制御部１０４ａは、駆動回路１１１、ＬＥＤ駆動回路１０６、圧電ブザー駆動回路１０７、設定表示部駆動回路１０８を駆動する。制御部１０４ａの機能はソフトウエアにより処理される。駆動回路１１１はインバータ回路１０２のスイッチング素子１０２ｃ及び１０２ｄを駆動する。設定表示部駆動回路１０８は設定表示部１１４（複数の可視ＬＥＤを有する）を駆動する。設定表示部１１４は、設定入力部１１３を通じて設定された加熱出力設定内容等を使用者に対して表示する。

制御部１０４ａは、設定入力部１１３から入力された種々の指令、出力検知部（図示しない）の出力信号（インバータ回路１０２の電源電流に応じた信号）及び検知部１０３の出力信号に応じて駆動回路１１１を通じてインバータ回路１０２の出力を制御する。加熱出力の変動はスイッチング素子１０２ｃ及び１０２ｄの駆動周波数を制御することにより行われる。被加熱体１１０がアルミニウムまたは銅のような低透磁率で（非磁性体で）低抵抗の材料でできている場合に、鉄のような高透磁率の（磁性体の）材料でできている場合（または１８−８ステンレスのような低透磁率で高抵抗の材料でできている場合）と比較して、加熱コイル１０１は高い周波数で且つ高い電圧で駆動される。被加熱体１１０が低透磁率で低抵抗の材料でできている場合に、リレー（図示しない）の接点を切り換えて、加熱コイル１０１の巻数を多くしても良い。

商用電源１２７は整流平滑部１０５に入力される。整流平滑部１０５はブリッジダイオードで構成される全波整流器１０５ａと、その直流出力端間に接続された第１の平滑コンデンサ１０５ｂとを有する。第１の平滑コンデンサ１０５ｂの両端（整流平滑部１０５の出力端子）にインバータ回路１０２の入力端子が接続される。インバータ回路１０２の出力端子に加熱コイル１０１が接続される。インバータ回路１０２と加熱コイル１０１は高周波インバータを構成する。インバータ回路１０２には、第１のスイッチング素子１０２ｃ（ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ））と、第２のスイッチング素子１０２ｄ（本実施の形態ではＩＧＢＴ）の直列接続体（直列接続体１０２ｃ及び１０２ｄと呼ぶ）が設けられる。第１のダイオード１０２ｅが第１のスイッチング素子１０２ｃに逆方向且つ並列に、第２のダイオード１０２ｆが第２のスイッチング素子１０２ｄに逆方向且つ並列に接続されている。直列接続体１０２ｃ及び１０２ｄの両端には第２の平滑コンデンサ１０２ｂが接続される。

第１のスイッチング素子１０２ｃと第２のスイッチング素子１０２ｄとの接続点（直列接続体１０２ｃ及び１０２ｄの中点と呼ぶ）と、全波整流器１０５ａの正極端間にはチョークコイル１０２ａが接続される。直列接続体１０２ｃ及び１０２ｄの低電位端子は全波整流器１０５ａの負極端子（実施の形態においてはグラウンド端子）に接続される。直列接続体１０２ｃ及び１０２ｄの中点と全波整流器１０５ａの負極端子間には加熱コイル１０１と共振コンデンサ１０２ｇの直列接続体が接続される。制御部１０４ａは、駆動回路１１１を通じて第１のスイッチング素子１０２ｃ及び第２のスイッチング素子１０２ｄを駆動する。

次に、以上のように構成された誘導加熱装置の動作を説明する。

全波整流器１０５ａは商用電源１２７を整流する。第１の平滑コンデンサ１０５ｂはインバータ回路１０２と加熱コイル１０１を有する高周波インバータに電源を供給する。第２のスイッチング素子１０２ｄがオンしている場合には、第２のスイッチング素子１０２ｄ（若しくは第２のダイオード１０２ｆ）と、加熱コイル１０１と、共振コンデンサ１０２ｇとを含む閉回路に共振電流が流れると共に、チョークコイル１０２ａにエネルギが蓄えられる。蓄えられたエネルギは第２のスイッチング素子１０２ｄがオフすると、第１のダイオード１０２ｅを介して第２の平滑コンデンサ１０２ｂに放出される。

第２のスイッチング素子１０２ｄがオフした後、第１のスイッチング素子１０２ｃがオンし、第１のスイッチング素子１０２ｃ及び第１のダイオード１０２ｅに電流が流れる。第１のスイッチング素子１０２ｃ（若しくは第１のダイオード１０２ｅ）と、加熱コイル１０１と、共振コンデンサ１０２ｇと、第２の平滑コンデンサ１０２ｂとを含む閉回路に共振電流が流れる。

第１のスイッチング素子１０２ｃ及び第２のスイッチング素子１０２ｄの駆動周波数は約２０ｋＨｚ近傍で可変される。磁性体の被加熱体１１０（典型的には鉄製の調理容器）を加熱する場合、加熱コイル１０１には約２０ｋＨｚの高周波電流が流れる。第１のスイッチング素子１０２ｃ及び第２のスイッチング素子１０２ｄの駆動時間比率はそれぞれ約１／２近傍で可変される。加熱コイル１０１と共振コンデンサ１０２ｇのインピーダンスは、指定の材質（例えば、アルミニウム等の高導電率の非磁性体）で標準的な大きさ（例えば、直径が加熱コイルの直径以上）の被加熱体１１０がトッププレート１１８の指定の場所（例えば、加熱部分として示されている場所）に載置された場合、その共振周波数が駆動周波数の約３倍になるように設定されている。したがって、この場合、共振周波数は約６０ｋＨｚになるよう設定される。

被加熱体１１０がアルミ製であれば加熱コイル１０１には通常より高い周波数である約６０ｋＨｚの高周波電流が流れるので、被加熱体１１０を効率良く加熱できる。本実施の形態の高周波インバータは、第１のダイオード１０２ｅ、第２のダイオード１０２ｆに流れる回生電流が第１の平滑コンデンサ１０５ｂに流れず、第２の平滑コンデンサ１０２ｂに供給されるので加熱効率が高い。第２の平滑コンデンサ１０２ｂにより、加熱コイル１０１に供給される高周波電流の包絡線（エンベロープ）が実施の誘導加熱装置より平滑化される。これにより、加熱時に被加熱体１１０などから振動音を発生する原因となる、加熱コイル１０１に流れる電流ＩＬの商用周波数成分が低減される。

シールド体１１２とシールドリング１３１は、加熱コイル１０１と被加熱体１１０との間をシールドして、加熱コイル１０１が誘起した漏洩電流が使用者の身体を流れることを効果的に防止する。すなわち、シールド体１１２のみのシールド力に比べ、シールド体１１２とシールドリング１３１を合成したシールド力はシールド面積としては大きくなり、また、内部抵抗としてはより小さくなり、漏洩電流防止効果も大きくなってくる。

換言すると、シールド体１１２の外周をすり抜けて、被加熱体１１０と加熱コイル１０１の間に生じようとする浮遊容量（等価容量）に対し、加熱コイル１０１の周囲の低電位部と接続されたシールドリング１３１が存在することにより、シールド体１１２とシールドリング１３１が被加熱体１１０と加熱コイル１０１の間に位置することで、被加熱体１１０と加熱コイル１０１の間に生じようとする浮遊容量（等価容量）を低減することができる。

さらに、シールドリング１３１と低電位部との接続は、シールド体１１２を介さないことにより、アース性能はシールド体１１２の影響を受けることがない（シールド体１１２の抵抗成分がアース性能を阻害しない）ので、アース性能が最も効率の良い状態となり、したがって、漏洩電流防止効果が最大となる。

シールドリング１３１と低電位部との接続を、シールド体１１２を介する接続にすると、加熱時間とともに漏洩電流は増加傾向となる。つまり、この現象は、シールド体１１２が多少なりとも温度上昇することによる抵抗増加により、アース性能を阻害するためと考えられる。逆に、本実施の形態の通りに接続すると、加熱時間とともに、漏洩電流は増加することはなく、むしろ、減少傾向となる。

シールド体１１２の接続部１２９とシールドリング１３１の接続部１３２を電気的に接続することにより、共通の低電位部を使用することで、接続を最小限とし、構造的にも簡素化されるので、コストも安くなり、信頼性も向上する。

また、被加熱体１１０に与えられる浮力を低減する浮力低減機能を有するシールド体１１２とした場合には、本実施の形態の効果はより高まる。つまり、浮力低減機能を有するシールド体１１２は、浮力低減機能を有さないシールド体１１２に比べ、自己発熱が大きく、シールド体１１２の温度が高くなるので、シールドリング１３１と低電位部との接続を、シールド体１１２を介する接続にすると、漏洩電流はさらに増加傾向となるが、シールドリング１３１と低電位部との接続においてシールド体１１２を介さない接続とすることにより、シールド体１１２の影響を受けないので、アース性能の悪化はない。

浮力低減機能とは、特に、被加熱体１１０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製である場合に、加熱コイル１０１の磁界と誘導電流の作用により被加熱体１１０に加熱コイル１０１から遠ざかる方向に働く力を低減する機能のことである。

シールド体１１２及びシールドリング１３１の接続部１２９、１３２各々は加熱コイル保持部材１２４からみて同方向からの接続とすることにより、結線作業時全て同方向からの作業となり、組立性が向上する。

シールドリング１３１がアルミダイカスト製などの場合、シールドリング１３１への接続はシールドリング１３１に直接ネジ締結することにより、接続部１３２の信頼性が向上する。

また、シールドリング１３１がアルミ薄板製などの場合、シールドリングへの接続はシールドリング１３１にファストン接続することにより、接続部１３２の信頼性と作業性が向上する。

なお、検知部１０３は、シールド体１１２と制御基板１２６との導通状態を検知する。検知部１０３は、トランジスタ１０３ａ、抵抗１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄを有する。検知部１０３は、接続線１２２、１２３を通じて、シールド体１１２に直流電流（加熱コイル１０１が発生する電圧と異なる電圧）を流して、その導通状態を検知する。検知部１０３は、シールド体１１２を通じて低電位部（実施の形態ではグラウンド）に電流を流す。

通常、シールド体１１２と制御基板１２６との導通状態は良好である。この場合、＋５Ｖの直流電源電圧から、抵抗１０３ｂ及びトランジスタ１０３ａ、抵抗１０３ｃ、接続線１２３、シールド体１１２、接続線１２３を通じてグラウンド線に直流電流が流れる。ＰＮＰトランジスタ１０３ａのベース電流が流れることにより、トランジスタ１０３ａは導通する。トランジスタ１０３ａのエミッタ及びコレクタ間に電流が流れることにより、トランジスタ１０３ａのコレクタ電位（抵抗１０３ｄの両端電圧）はほぼ＋５Ｖになる。

例えば、接続線１２２の一端の接続が外れたならば（シールド体１１２と制御基板１２６との導通状態が悪化したならば）、＋５Ｖの直流電源電圧から、抵抗１０３ｂ及びトランジスタ１０３ａ、抵抗１０３ｃ、接続線１２３、シールド体１１２、接続線１２３を通じてグラウンド線に直流電流が流れなくなる。ＰＮＰトランジスタ１０３ａのベース電流が流れなくなることにより、トランジスタ１０３ａは遮断する。トランジスタ１０３ａのエミッタ及びコレクタ間に電流が流れなくなることにより、トランジスタ１０３ａのコレクタ電位（抵抗１０３ｄの両端電圧）は０Ｖになる。

制御部１０４ａ（マイクロコンピュータ１０４）は、トランジスタ１０３ａのコレクタ電位を入力する。制御部１０４ａは、シールド体１１２と制御基板１２６との導通状態が悪化した場合に、加熱コイル１０１を停止させ、ＬＥＤ駆動回路１０６を通じて赤色の警告ＬＥＤ１１６を点灯し、圧電ブザー駆動回路１０７を通じて圧電ブザー１１５を鳴らす。使用者は、シールド体１１２が異常であることを容易に認識することができる。警告ＬＥＤ１１６に代えて、液晶ディスプレイを使用しても良い。圧電ブザー１１５に代えて、音声ガイダンス用のスピーカを使用しても良い。

次に、図４に基づき、誘導加熱装置の制御方法について説明する。

最初に、制御部１０４ａは、シールド体１１２の導通状態が良好か否か（トランジスタ１０３ａのコレクタ電位が＋５Ｖかまたは０Ｖか）をチェックする（ステップ４０１）。導通状態が良好であればステップ４０２に進み、導通状態が悪ければステップ４０７に進む。ステップ４０２において、制御部１０４ａは、加熱コイル１０１をＯＮする指令が出されているか否かをチェックする。加熱コイル１０１をＯＮする指令が出されていればステップ４０４に進む。加熱コイル１０１をＯＮする指令が出されていなければステップ４０３に進み、インバータ回路１０２を制御して加熱コイル１０１を停止させる。その後、ステップ４０５に進む。

ステップ４０４において（加熱コイル１０１をＯＮする指令が出されている）、制御部１０４ａは、インバータ回路１０２を制御して、指令通りの電力を加熱コイル１０１に印加する。ステップ４０５において、警告ＬＥＤ１１６を消灯する。次に、圧電ブザー（警告ブザー）１１５をＯＦＦ状態にする（ステップ４０６）。そしてステップ４０１に戻って上記の処理を繰り返す。ステップ４０７において（導通状態が悪い）、制御部１０４ａは、インバータ回路１０２を制御して加熱コイル１０１を停止させる。次に、ステップ４０８において、警告ＬＥＤ１１６を点灯する。次ぎに、圧電ブザー（警告ブザー）１１５をＯＮ状態にする（ステップ４０９）。ステップ４０１に戻って上記の処理を繰り返す。

本実施の形態において、シールド体１１２と加熱コイル１０１との間の浮遊容量（等価容量）が大きければ、加熱コイル１０１が通電されている時、検知部１０３の入力電圧には大きなノイズが乗り、検知部１０３はシールド体１１２の導通状態を正しく検知できない場合がある。このような場合、加熱コイル１０１が通電されていない時にのみ、検知部１０３はシールド体１１２の導通状態を検知する。すなわち、加熱コイル１０１をＯＦＦからＯＮに変化させる指令を入力した時にシールド体１１２の導通状態が悪ければ、制御部１０４ａは加熱コイル１０１を導通させない。これにより、検知部１０３はシールド体１１２の導通状態を正しく検知できる。一旦加熱コイル１０１が動作状態（通電状態）になった後は、検知部１０３はシールド体１１２の導通状態をチェックしない。

インバータ回路１０２を駆動して加熱コイル１０１に高周波電流を流すと、発生する高周波磁界により鍋等の被加熱体１１０に渦電流が生じる。被加熱体１１０が発熱し、これにより調理が行われる。被加熱体１１０が鉄などの高透磁率の鍋であれば、比較的低周波数で低電圧を加熱コイル１０１に印加することにより被加熱体１１０を加熱することができる。しかし、アルミニウムや銅等の低透磁率の鍋を加熱するためには、高い周波数で高い電圧を加熱コイル１０１に印加する必要がある。そのため、例えば、加熱コイル１０１の巻き数を多くしなければならない。

図１、図２において、加熱コイル１０１は、１２ターン程度の単層コイルとして記載されている。加熱コイル１０１は複層であっても良く、例えば、総巻数が約３０〜６０ターン程度の複層であっても良い。このような巻数の加熱コイル１０１の両端電圧は、１ｋＶを超えるような高電圧になる。この場合の誘導加熱装置においては、使用者が被加熱体１１０に触れると、加熱コイル１０１と被加熱体１１０との間の等価容量により被加熱体１１０を通じて人体に漏洩電流が流れる恐れがある。そこで、本実施の形態では、シールド体１１２を設け、これを低電位部に接続することにより、被加熱体１１０の電位を下げ、漏洩電流が誘起されないようにしている。

本実施の形態は、シールド体１１２の通電状態を検知することも特徴としている。この検知部１０３はシールド体１１２の通電状態を検知することにより、シールド体１１２が正常な状態か否かを検知する。例えば、シールド体１１２または接続線１２２、１２３が冷熱サイクルなどの熱的な刺激、または腐食などの経年的な劣化に起因して、電流が流れ難くなること、または断線により流れなくなること等の異常状態が発生した場合、これを検知し制御部１０４ａ（駆動部の一部）に伝達する。制御部１０４ａはインバータ回路１０２（駆動部の他の一部）の出力を低減しまたは停止させる。このようにしてシールド体１１２の異常により、電流漏洩防止機能が失われた場合にも、漏洩電流が被加熱体１１０を通じて人に漏洩電流が流れるのを防止し、安全を確保できる。

断線などのように異常状態が明確である場合は、通電状態が良好であるか否かの判断は容易である。熱刺激や経年的な劣化などのように通電状態が徐々に悪化する場合がある。この場合は、好ましくは予め実験などにより、通電状態と被加熱体１１０への漏洩電流との関係を求め、通電状態が安全を保証できる基準値を定める。基準値以下になったときインバータ回路１０２の出力低減もしくは出力停止を行う。

シールド体１１２のパターンの大きさを加熱コイル１０１と略同程度とし、形状をスリット２０１で分割された略円弧状としている。このパターンの両端の接続部にそれぞれリード線１２２、１２３を接続している。これにより、略円形状の加熱コイル１０１に対して満遍なくシールドを施すことができるとともに加熱コイル１０１から発生する電界に対しても安定したシールド効果を生むことができる。検知部１０３が接続部２０２間の通電状態を検知するので、シールド体自体が損傷等で断線しても的確に異常状態を検出できる。

検知部１０３は、装置の電源スイッチ（図示せず）を入れると、加熱コイル１０１に通電していない状態においても常時シールド体１１２に電流を流して、その導通状態の検知を行っている。加熱コイル１０１に通電していない状態において検知部１０３が異常状態を検知した場合は、使用者が加熱を操作する前にインバータ回路１０２の出力を停止することができ、より高い安全性を維持できる。加熱コイル１０１からの漏洩電流があっても検知部１０３がシールド体１１２の導通状態を検知できる場合は、検知部１０３は加熱コイル１０１に通電中も動作する。

なお、本実施の形態ではシールド体１１２を設け、かつ、シールド体１１２の導通状態（通電状態）を常に（加熱コイル１０１の停止時にも）チェックし、導通状態が基準値以下になると、制御部１０４ａはインバータ回路１０２を制御して、その出力を低減しまたは停止させる。これにより漏洩電流が被加熱体１１０を通して人体に流れることがなく安全である。

本実施の形態の誘導加熱装置は、シールド体１１２の導通が悪化したことを表示する表示部（警告ＬＥＤ１１６）と、そのことを報知する報知部（圧電ブザー（警告ブザー）１１５）とを有した。表示部及び報知部のいずれか一方のみを有していても良い。

誘導加熱装置は、螺旋状に巻かれた加熱コイル１０１の外終端の電位が内周端の電位より低い構成を有する。底面が大きな被加熱体１１０（例えば、大きな直径を有する鍋）を加熱する場合、シールド体１１２の外周側を経由し、加熱コイル１０１と被加熱体１１０とを接続する浮遊容量（等価容量）が発生する。本実施の形態の構成においては、加熱コイル１０１の外終端の電位が低いので、加熱コイル１０１と被加熱体１１０とを接続する浮遊容量（等価容量）に印加される電圧は非常に低い。加熱コイル１０１から被加熱体１１０を通じて使用者に漏洩電流がほとんど流れない。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、漏洩電流の低減を最大限効率よく行うことができるので、誘導加熱調理器はもちろんのこと被加熱体を誘導加熱する全ての装置に適用できる。

本発明の実施の形態における誘導加熱装置の概略構成を示すブロック図（ａ）同誘導加熱装置のシールド体を示す平面図（ｂ）同誘導加熱装置の要部の断面図同誘導加熱装置の回路構成を示すブロック図同誘導加熱装置の制御方法を示すフローチャート

符号の説明

１０１加熱コイル
１０２インバータ回路
１１０被加熱体
１１２シールド体
１２２、１２３、１３５接続線
１２４加熱コイル保持部材
１２９、１３２接続部
１３１シールドリング

Claims

高周波磁界を発生し被加熱体を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルを駆動するインバータ回路と、前記被加熱体と前記加熱コイルとの間に設けられ、低電位部に電気的に接続された導電性のシールド体と、前記加熱コイルを支持する加熱コイル保持部材と、前記加熱コイルの周囲に配置し前記加熱コイル保持部材に設けられ、前記低電位部に電気的に接続された導電材料からなる環状のシールドリングとを有し、前記シールドリングと前記低電位部との接続は、前記シールド体を介さず直接接続した誘導加熱装置。
シールド体及びシールドリングに低電位部との接続部を１点以上有し、前記シールド体の接続部と前記シールドリングの接続部を電気的に接続した請求項１に記載の誘導加熱装置。
シールド体は、被加熱体と、アルミもしくは銅またはこれらと略同等以上の高導電率かつ低透磁率材料からなる被加熱体を誘導加熱可能な加熱コイルとの間に設けられ、かつシールド体は、前記加熱コイルの発生する磁界により前記被加熱体に与えられる浮力を低減する浮力低減機能を有した請求項１または２に記載の誘導加熱装置。