JP2009140708A - 誘導加熱装置および誘導加熱装置に使用される加熱容器 - Google Patents
誘導加熱装置および誘導加熱装置に使用される加熱容器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009140708A JP2009140708A JP2007314956A JP2007314956A JP2009140708A JP 2009140708 A JP2009140708 A JP 2009140708A JP 2007314956 A JP2007314956 A JP 2007314956A JP 2007314956 A JP2007314956 A JP 2007314956A JP 2009140708 A JP2009140708 A JP 2009140708A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coil
- heating
- frequency
- heating coil
- induction heating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B40/00—Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers
Landscapes
- General Induction Heating (AREA)
- Induction Heating Cooking Devices (AREA)
- Cookers (AREA)
Abstract
【解決手段】同一の加熱コイル1を2個対向させ、対向する2個のコイルの内、一方のコイル単体の実効直列抵抗をRw(Ω)、一方のコイルに対向する他方のコイルを短絡したときの、一方のコイルの実効直列抵抗をRs(Ω)、とする。一方のコイルである加熱コイル1が、Rs>Rw、の関係を満足する最高周波数をf1(Hz)とする。加熱コイル1にはf1が100kHz以上のコイルが選ばれる。加熱コイル1は、加熱制御回路3によってf1(Hz)以下の周波数で駆動される。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の一実施形態における誘導加熱装置100の回路構成を示す図である。
図1において、加熱コイル1は空芯コイルである。加熱コイル1の特性を計測するには、同一の加熱コイル1を2個使用し、そのうち1個のコイルを一方のコイルとし、もう1個のコイルを他方のコイルとする。一方の加熱コイルを計測器に接続し、他方の加熱コイルを一方の加熱コイルと対向させる。このようにして、
(1)一方の加熱コイル単体(一方のコイルに他方のコイルが対向していないとき)の実効直列抵抗をRw(Ω)
(2)一方の加熱コイルに対向する他方の加熱コイルを短絡したときの、一方の加熱コイルの実効直列抵抗をRs(Ω)
(3)一方の加熱コイルに対向する他方の加熱コイルを開放したときの、一方の加熱コイルの実効直列抵抗をRn(Ω)
(4)一方の加熱コイルに、0.5mm以上の厚さの金属板を対向させたときの、一方の加熱コイルの実効直列抵抗をRk(Ω)
(5)一方の加熱コイルに、0.5mm以上の厚さの、反磁性または常磁性の磁気的性質を持つ金属または合金から成る金属板を対向させたときの、一方の加熱コイルの実効直列抵抗をRj(Ω)
と定義する。一方の加熱コイルも他方の加熱コイルも同一であるので、一方のコイルの実効直列抵抗Rw(Ω)と他方のコイルの実効直列抵抗Rw(Ω)は等しい。同様に、一方のコイルの実効直列抵抗Rs(Ω)と他方のコイルの実効直列抵抗Rs(Ω)は等しい。また、一方のコイルの実効直列抵抗Rn(Ω)と他方のコイルの実効直列抵抗Rn(Ω)も等しい。さらに、一方のコイルの実効直列抵抗Rk(Ω)と他方のコイルの実効直列抵抗Rk(Ω)も等しい。そして、一方のコイルの実効直列抵抗Rj(Ω)と他方のコイルの実効直列抵抗Rj(Ω)も等しい。
以下、本発明の実施形態における誘導加熱装置に使用されるコイルの具体的な構成について説明する。以下に説明する各実施形態のコイルは、誘導加熱装置100の加熱コイル1として使われる。
図4は、負荷が接続された変成器の等価回路を表す図であり、図5は、コイル単体の等価回路を示し、図6は1次コイルと2次コイルの実効直列抵抗を明示した変成器単体の等価回路を表す図である。図7は、図6に示す等価回路において、2次側コイルが短絡されたときの変成器の等価回路を表す図であり、図8は、図6に示す等価回路において、2次側コイルに負荷抵抗RLが接続されたときの変成器の等価回路を表す図である。図5〜図8には、1次側コイルと2次側コイルの実効直列抵抗が等価回路中に明示してある。
V2=jωM・I1+jωL2・I2…(2)
V2=−RL・I2…(3)
求めたいのは、Z1=V1/I1、であるので、上記の3つの連立方程式から、V2、I2を消去すればよい。上記の連立方程式の(3)式を(2)式に代入し、V2を消去すると、
0=jωM・I1+(jωL2+RL)I2
となり、上式をI2について解き、上記連立方程式の(1)式に代入し、I2を消去すると、
V1=(jωL1+ω2M2/(jωL2+RL))I1
となり、Z1=V1/I1、であるので、上式より、Z1は、
Z1=jωL1+ω2M2/(jωL2+RL)
となる。実際の変成器は、1次側コイルに実効直列抵抗R1、2次側コイルに実効直列抵抗R2を持つので、図6の回路を考え、RL=R2とすると、
Z1=R1+jωL1+ω2M2/(jωL2+R2)
となる。上式の、ω2M2/(jωL2+R2)に、
(−jωL2+R2)/(−jωL2+R2)=1、を掛けると、
Z1=R1+jωL1+ω2M2(−jωL2+R2)/(ω2L22+R22)
となり、実数項と虚数項を整理すると、
Z1=R1+R2・ω2M2/(ω2L22+R22)
+jω(L1−L2・ω2M2/(ω2L22+R22))
となって、A2=ω2M22/(ω2L22+R22)とすると、Z1は、
Z1=(R1+A2R2)+jω(L1−A2L2)…(4)
となる。ω2>0、M2≧0、L22>0、R22>0、なので、明らかに、A2≧0である。すなわち、図6において、1次側コイルの入力インピーダンスZ1は、
Z1=R1+jωL1…(5)
であり、(5)式と(4)式を比較すれば明らかなように、図7のように、変成器の2次側コイルが短絡されたときには、1次側コイルの実効直列抵抗R1が増加し、インダクタンスL1が減少するのが分かる。これらは既知の回路理論である。
図9は、加熱コイル1単体に、金属板20が対向したときの、加熱コイル1の実効直列抵抗Rk(Ω)を示す等価回路図である。Rk(Ω)は、コイルの構成、金属板20の種類や厚さ、あるいは周波数により変化する。Rk(Ω)の詳細については、各コイルの構成を参照して後述する。なお、金属板20は任意の磁気的性質を持つものでよい。
図10は、加熱コイル1単体に、0.5mmの厚さのアルミ板21が対向したときの、加熱コイル1の実効直列抵抗Rj(Ω)を示す等価回路図である。Rj(Ω)は、コイルの構成、周波数により変化する。Rj(Ω)の詳細については、各コイルの構成を参照して後述する。以下、コイル1aの具体的な構成例と特性の関係について説明してゆく。なお、0.5mmの厚さがあれば、アルミ板に限らず、銅板なども使用できる。すなわち、金属板21は強磁性以外の磁気的性質を持つものとする。
図11は、銅線径1mmのホルマル線を、外径70mmで25ターン(T)密接巻きしたコイル1AのRw、Rn、Rsと周波数との関係を表す図である。
図12は、コイル1Bを説明するための特性図である。
図13は、コイル1Cを説明するための特性図である。
図14は、コイル1Dを説明するための特性図である。
図15は、コイル1Eを説明するための特性図である。
なお、図11〜図15に示す特性図は、コイル1A〜コイル1Eに関して、いずれも、Rs>Rw、の関係を満足する最高周波数f1(Hz)、Rs>Rn≧Rw、の関係を満足する最高周波数をf2(Hz)が共通的に示されている。ただし、f1(Hz)、f2(Hz)は、コイル1Aからコイル1Eでは異なっている。
まず、Rs>Rw、の関係を満足している場合と、満足していない場合の違いについて説明する。上記に説明したように、コイル単体の実効直列抵抗Rw(Ω)は、周波数が上昇すると共に増加することが知られており、その原因として、表皮効果や渦電流損、あるいは特許文献1に記載の近接効果などが知られている。
A2=ω2M2/(ω2L22+R22)≒ω2M2/(ω2L22)
=kr2・L1・L2/L22=kr2・L1/L2=kr2、となる。そこで、
(R1+A2R2)から、(Rw+kr2Rw)=Rs、となり、
kr2≒(Rs−Rw)/Rw、として近似的にkr2を求められ、
kr=√((Rs−Rw)/Rw)となる。
次に、Rs>Rn≧Rw、の関係を満足している場合と、満足していない場合の違いについて説明する。前述したように、コイル単体では、この実効直列抵抗Rwを、計測によって正確に求められるが、図6のように構成された変成器においては、図11〜図15に示すように、周波数が高い領域では単に2次側コイルが対向しただけで、R1が、RwからRnに上昇する。R1は1次側コイルの実効直列抵抗であるが、図5のR1(Rwと同じ)の周波数特性と、図6のR1(Rnと同じ)の周波数特性とは異なっているのが、図11〜図15にプロットされたRwとRnの周波数特性図にて分かる。
変成器は、コアを装備し、1次側コイルと2次側コイルを分離不能に構成することにより、結合係数をほぼ1にできる。前述した(4)式から、1次側コイルと2次側コイルに同一のコイルを使用した場合、L1=L2=Lw、R1=R2=Rw、である。図8において、ω2L22>>(R2+RL)2、を満足しており、かつ、RL>>R2=R1、を満足しているとする。再度(4)式を参照すると、
Z1=(R1+A2R2)+jω(L1−A2L2)
となっている。上式のR2は、R2+RL、であるので、それを上式に代入し、
RL>>R2=R1、の条件が成り立つとすると、上式は、
Z1=(A2RL)+jω(L1−A2L2)、と近似できる。
A2=ω2M2/(ω2Lw2+(R2+RL)2)=ω2M2/(ω2Lw2)
=kr2・Lw2/Lw2=kr2=1
となり、上記、Z1=(A2RL)+jω(L1−A2L2)は、
Z1=(1・RL)+jω(Lw−1・Lw)=RL、となる。
次に、強磁性金属(例えば鉄)で構成された加熱容器と、反磁性金属(例えば銅)、常磁性金属(例えばアルミ)で構成された加熱容器の誘導加熱作用の違いについて考察してみる。前述したが、図8のように構成された変成器において、Rnの影響により、変成器が作動時の1次側コイル単体の実効直列抵抗Rwの値は不明である。同じく、図9において、Rkの影響により、作動時の加熱コイル単体の実効直列抵抗Rwの値は不明である。
図16〜図20を参照すると、1kHzから少なくとも400kHzまでの周波数領域で、鉄板が近接したときのコイル1Aからコイル1E単体の実効直列抵抗Rk(Ω)は、コイル1Aからコイル1E単体の実効直列抵抗Rw(Ω)よりも大きくなっている。また、Rw(Ω)に比べ、Rk(Ω)の増加率は大きい。この、Rk−Rw(Ω)が、鉄板が加熱コイル1に近接したときの、鉄板による加熱コイル1の実効直列抵抗の増加分と考えられる。すなわち、(Rk−Rw)/Rw、の値が大きいほど、加熱効率がよいものと推察される。図16〜図20には、(Rk−Rw)/Rw、の値がプロットしてあり、それぞれの極大値が示してある。ただし、誘導加熱に使用可能な周波数の上限は150kHzに規制されている。また、後述する、Rw≦(Tw−Ta)/(Ia2×θi)、の熱条件により、加熱コイル単体の実効直列抵抗が低い領域で、加熱コイルを使用しないとならない。したがって、図17に示すコイル1Bのように、(Rk−Rw)/Rw、の極大値が400kHzとなるような場合は、100kHz程度で使用するのが好ましい。このように、従来、鉄鍋を加熱するのに最適な周波数は20kHz〜30kHzと言われているが、実際にはコイルの構成により、鉄鍋を加熱するのに最適な周波数は異なる。
以下に、本発明の、Rw、Rs、Rn、Rjに関する規定と、規定を満足するコイルについてまとめておく。
・比較例としてのコイル1Aは、f1が67kHzなので規定を満足していない。
・コイル1Bは、f1が7.7MHzで、規定を満足している。
・コイル1Cは、f1が3.2MHzで、規定を満足している。
・市販の電磁調理器のコイル1Dは、f1が43kHzで、規定を満足していない。
・市販の電磁調理器のコイル1Eは、f1が125kHzで、規定を満足している。
・比較例としてのコイル1Aは、f2が25kHzなので規定を満足していない。
・コイル1Bは、f2が3.7MHzで、規定を満足している。
・コイル1Cは、f2が780kHzで、規定を満足している。
・市販の電磁調理器のコイル1Dは、f2が12kHzで、規定を満足していない。
・市販の電磁調理器のコイル1Eは、f2が18kHzで、規定を満足していない。
・比較例としてのコイル1Aは、f3が30kHzなので規定を満足していない。
・コイル1Bは、f3が10MHz以上で、規定を満足している。
・コイル1Cは、f3が10MHz以上で、規定を満足している。
・市販の電磁調理器のコイル1Dは、f3が70kHzで、規定を満足していない。
・市販の電磁調理器のコイル1Eは、f3が80kHzで、規定を満足していない。
次に、Rw≦(Tw−Ta)/(Ia2×θi)、の関係について説明する。上述したように、図8にて、実際に負荷抵抗RLに電力を伝送しているときの、各コイル単体の実効直列抵抗R1、R2の値は不明である。また、図9においても、Rkの内、図5に示すコイル単体の実効直列抵抗Rwの値は不明である。すなわち、Rwを基準にする以外、コイルの熱条件を規定することができない。したがって、最低限、Rwを基準にしてコイルの熱条件を規定することが必要となる。
なお、本発明の実施形態のコイルを誘導加熱に使用可能な周波数の上限は、Rs>Rw、の関係を満足する最高周波数であるf1(Hz)、Rs>Rn≧Rw、の関係を満足する最高周波数であるf2(Hz)、の規定により求めることができるが、コイルを誘導加熱に使用可能な周波数の下限は、コイル単体に印加される電圧Vと、コイル単体に流れる電流Iの位相差を、80度以上と規定することにより求められる。
なお、誘導加熱を行なう周波数は、電波障害などの関係上、150kHzが上限となっている。しかし、ここで考察しているのは、150kHz以下の周波数での加熱電力である。したがって、加熱コイルが、Rs>Rw、の関係を満足する最高周波数f1(Hz)、Rs>Rn≧Rw、の関係を満足する最高周波数f2(Hz)は、高いほど好ましい。例えば、f1は500kHz以上であることが好ましい。同一のコイルで、Rs>Rw、の関係を満足する最高周波数f1(Hz)が高いコイルを、リアクタンスが確保可能な周波数で使用する。例えば100kHz未満の周波数で駆動することにより、誘導加熱性能を確保できる。あるいは、一方のコイルが、Rs>Rn≧Rw、の関係を満足する最高周波数f2が、150kHz以上であると、より好ましい。このような特性を持つ加熱コイルを使用することにより、加熱コイルに大電力を投入しても、加熱コイルの実効直列抵抗による電力損失を少なくできる。また、前記Hkの値を大きくでき、加熱効率が上がる。
図21は、図11に示した密接巻したコイル1A単体の実効直列抵抗Rw(Ω)と、図12に示した疎巻のコイル1B単体のコイル実効直列抵抗Rw(Ω)の周波数特性を比較した図である。図21に示すように、周波数が上昇したときに、疎巻のコイル1Bの方が密接巻のコイル1Aに比べて、コイルの実効直列抵抗Rw(Ω)の増加を抑えることができる。また、同一外径のコイルでは、巻線の総延長が短くなるので、直流抵抗を低く抑えることができる。なお、コイル1Aとコイル1Bには同一の導線を使用している。
図22は、銅線径、0.2mm、0.4mm、0.8mm、1mmの各ホルマル線を平板状に25ターン密接巻きしたコイルの、周波数と各コイルの実効直列抵抗Rwの関係を示している。
図23は、0.4mmのホルマル線を25ターン巻いた場合、空隙の幅により、コイルの実効直列抵抗の周波数特性が、どのように変化するかを示す図である。空隙の幅は、0mm、0.2mm、0.4mmに設けてあるが、広い空隙の方が、周波数の上昇に伴う実効直列抵抗の増加が抑制できるのが分かる。なお、ターン数を同一としているので、空隙の幅が広くなるほどコイル外径は大きくなっており、コイルを構成する銅線の総延長が長くなっている。そのため、低い周波数では、空隙を設けない方が、コイル単体の実効直列抵抗Rw(Ω)は低くなっている。
なお、市販の誘導加熱器に使用されているコイル1Eは、導線の断面が楕円形となっている。前記楕円形の長径は4.3mm、短径は2.8mmである。コイル1Eにおいて導線の最大径d2は4.3mm、コイルの外径Dは140mm、巻回数は22回である。コイル外径Dと導線の最大径d2の比は、140/4.3=32.5、となり、寸法公差などの余裕を見て、Dをd2の30倍以上に選び、絶縁被覆の厚さtを(d2)/30以上に選んでいる。
上述してきたように、コイルは、例えば特定的な構成を規定するだけでは、他の構成要因を変化させることにより、実質的には無限の構成を持つ。特定的な構成を規定したコイルが、その他の特定的構成規定を要旨とする発明よりも、常に優れた誘導加熱性能を発揮する効果を奏することは証明されていない。また、証明するのは実質的に不可能である。
図24は、本発明のその他の実施形態における誘導加熱装置の回路構成を示すブロック図である。
図13に示すコイル1Cを使い、コイル1Bと同じ条件で加熱実験を行なってみた。その結果、沸騰まで、6分10秒=370秒かかった。図17と図18の特性比較からも、コイル1Cの方が、コイル1Bよりも加熱性能はよい。詳細については後述する。
市販の電磁調理器を使い加熱実験を行なった。1.2kWの電磁調理器であるので、水量を、50cc×1200W/60W=1000cc、とし、同じく非磁性のステンレス容器を使い、加熱実験を行なった。上述したコイル1Bと同じく、計算上の沸騰時間は、315秒になる。加熱実験を行なった結果、沸騰まで、7分=420秒、かかった。
コイル1B、コイル1Cを使った実験では、沸騰直後の駆動回路の温度は、45℃であり、発熱は殆ど見られなかった。また加熱コイルの温度も、50℃前後であった。一方、市販の電磁調理器では、沸騰直後の加熱コイルの温度は、85℃程度まで上昇していた。これらの温度は、全て非接触式の赤外線温度計で計測してある。
図16〜図20には、(Rk−Rw)/Rw、の周波数特性が共通的に図示してある。また、(Rk−Rw)/Rw、の極大値となる周波数も図示してある。(Rk−Rw)/Rw、の極大値となる周波数において、RwとRkの差が、両矢線で示してある。矢線の長さを、図16〜図20で比較すると、図18に示すコイル1Cの矢線の長さが最も長い(Rk/Rwの値が大きい)。図18では、400kHzで、(Rk−Rw)/Rw、の値が極大となっている。実際に誘導加熱に使用したのは約100kHzである。しかし、上記の実験結果は、コイル1Cの加熱性能が最もよかった。このように、RwとRkの周波数特性を計測することにより、加熱性能のよい加熱コイルが実現できる。あるいは、金属鍋の材質、厚さ、形状を選ぶことにより、特定の加熱コイルにおいて加熱性能のよい加熱用の鍋が実現できる。これらのことが、図16〜図20を見れば分かる。
なお、メーカーの資料によると、水が入ったアルミ鍋を加熱すると、加熱コイルの温度は約300℃程度まで上昇し、加熱効率も70%程度以下にまで低下する。また、図16〜図20を参照すると、RjがRwの2倍以上となっている状態はコイル1C以外には存在しない。このような特性では、理論上、加熱効率は50%以下にしかならない、そのため、今回は、アルミ鍋の過熱実験は省略した。ただし、RjがRwの4倍程度となるように加熱コイルを設計すれば、現状よりも性能のよい電磁調理器を実現できる。すなわち、Rj/Rw>4、となるような加熱コイル、あるいは加熱鍋を実現すればよい。その意味では、単に加熱コイルの実効直列抵抗を低減することを目的とする特許文献1は、強磁性体以外の金属で構成された鍋を加熱する適切な解決方法ではない。
図25は導線を断面傘型に巻回したコイルの断面図である。図2(A)に示したコイル1aは、導線11を平板空芯単層渦巻き状に巻回したのに対して、図25に示したコイル1bは、断面が傘型となるように空芯単層渦巻き状に形成したものである。
なお、特許文献1に記載のような、素線を束ねた導線を、加熱コイルを構成する導線に使用できる。導線の構成、加熱コイルの構成は、同一のコイルを2個作成し、上述してきた本発明の実施形態のように特性を計測して、規定を満足するコイルを選ぶ。このようにして、加熱性能のよいコイルを選び、加熱性能のよい誘導加熱装置を実現できる。また、設計工数を大幅に短縮でき、加熱性能の確認工数も大幅に削減できる。
図26は、この発明のその他の実施形態における誘導加熱装置のコイルを構成する導線の構造を示す図である。
上記に説明した実施形態では、スパイラル状コイルについて説明したが、円筒状の加熱容器を用い、加熱コイルをソレノイド状に構成することも当然に可能である。この場合、一方のコイルの特性を計測する他方のコイルは、一方コイルの内部に挿入可能なように直径を設定する。または他方のコイルに一方のコイルが挿入できるよう、他方のコイルの直径を設定する。他方のコイルは、直径以外の構成要因、線材、線径、ソレノイドの長さ、巻回数、巻回法などを全て同一にしておく。コイルを構成する導線に絶縁被覆が施されていない場合は、両コイルの導線の接触面に絶縁性の筒を介して、両コイル間の短絡を防止する。このように、ソレノイド状の加熱コイルを用いる場合、他方のコイルを一方のコイルと誘導結合可能なように構成すればよい。
誘導加熱器は、加熱コイルと被加熱用の金属板から構成される。一方、図13に示すコイル1Cを加熱コイルに使い、図11に示すコイル1Aを金属板の代わりとして使う。この場合、図7に示すような構成となる。図7に示すコイル2を短絡すると、コイル1より伝送された磁気エネルギーは、全てR2で消費される。そのため、コイル2は、R2により、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する。高周波数では、R2>>R1、と設定することが可能なので、コイル1に投入された電力をコイル2で熱に変換できる。コイルと金属板では、前述したように全く作用効果が異なる。よって、図7に示すコイル2を構成する導線を中空とし、導線内に水を流すことにより、電気の湯沸かし器が実現できる。
この発明の実施形態において、導線を形成する導体の材質は特に限定されないが、本実施形態にて述べている各コイルは、全て導体に銅を用いている。導体として比抵抗が小さい銅を使うのが好ましいが、比抵抗が小さい他の金属、あるいは合金を導体として使うこともできる。
なお、上記に説明した各コイルの実効直列抵抗やインダクタンスの測定と、各キャパシタの実効直列抵抗や静電容量の測定には、1MHzまでは、アジレント社のLCRメータ、4284A、1〜10MHzの測定には、ヒューレットパッカード社のLCRメータ、4275Aを使用した。なお、1〜10MHzの計測は、1、2、4、10MHzの各点でしか計測できないので、例えば、4MHzにて、Rs>Rw、を満足し、10MHzにて、Rs>Rw、を満足しない場合は、補間により、Rs>Rw、の関係を満足する最高周波数f1(Hz)を推定している。
上述してきた、本発明の実施形態においては、鉄などの強磁性体以外で構成された鍋、例えばアルミ鍋の加熱効率を上げるための、加熱コイルの選択、加熱周波数の選択について説明してきた。しかし、本発明は、鉄などの強磁性体で構成された鍋の加熱効率も向上させるものである。加熱電力は50W前後ではあるが、上述したように、従来の電磁調理器に比べ、加熱効率を向上できている。熱の計算は、空中に放散する熱があるため、計算精度が100%信頼できるものではない。しかし、駆動回路、加熱コイルの発熱状態から見ても、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する効率は、本発明においては95%程度に達しているものと推測できる。このように、本発明は、従来の技術に比べ、加熱効率が高く、駆動回路やコイルの発熱が少ない、安全で信頼性の高い誘導加熱器が実現できるという極めて優れた効果を奏する。
Claims (15)
- 導線を巻回して構成される加熱コイルを少なくとも含み、
前記加熱コイルに近接している金属体を加熱する誘導加熱装置において、
同一の前記加熱コイル2個を対向させ、
前記対向するコイルのうち、
一方のコイル単体の実効直列抵抗をRw(Ω)、
前記一方のコイルに対向する他方のコイルを短絡したときの、前記一方のコイルの実効直列抵抗をRs(Ω)、
前記一方のコイルが、Rs>Rw、の関係を満足する最高周波数をf1(Hz)、としたときに、
前記f1が、100kHz以上となるように、前記加熱コイルが選ばれており、
前記加熱コイルを、前記f1(Hz)未満の周波数であるfd(Hz)で駆動する、誘導加熱装置。 - さらに、前記誘導加熱装置は、直流電力を交流電力に変換する電力変換手段である交流電源を含み、
前記交流電源の出力周波数をfa(Hz)、としたときに、
前記fa(Hz)を前記f1(Hz)未満の周波数に設定した、請求項1に記載の誘導加熱装置。 - さらに、前記一方のコイルに対向する他方のコイルを開放したときの、前記一方のコイルの実効直列抵抗をRn(Ω)、
前記一方のコイルが、Rs>Rn≧Rw、の関係を満足する最高周波数をf2(Hz)、としたときに、
前記加熱コイルを、前記f2(Hz)未満の周波数であるfd(Hz)で駆動する、請求項1または2に記載の誘導加熱装置。 - さらに、前記一方のコイルに、常磁性または反磁性の磁気的性質を持つ、厚さが0.5mm以上の金属または合金で構成された金属板が対向したときの、前記一方のコイルの実効直列抵抗をRj(Ω)、
前記一方のコイルが、Rw>Rj、を満足する最高周波数をf3(Hz)、とすると、
前記f3が100kHz以上となるように、前記加熱コイルが選ばれており、
前記加熱コイルを、前記f3(Hz)未満の周波数であるfd(Hz)で駆動する、請求項1から3のいずれかに記載の誘導加熱装置。 - さらに、前記Rjと前記Rwの比Hjを、Hj=Rj/Rw、とすると、
少なくとも150kHz以下の周波数領域に、
前記Hjの値が2以上となる周波数領域が存在する、請求項4に記載の誘導加熱装置。 - さらに、前記加熱コイルの熱抵抗をθi(℃/W)、
前記加熱コイルの許容動作温度をTw(℃)、
前記加熱コイルが設置される場所の周囲温度をTa(℃)、
前記加熱コイルに流れる交流電流をIa(A)、としたときに、
Rw≦(Tw−Ta)/(Ia2×θi)、
なる関係を、前記加熱コイルが満足するように、前記加熱コイルの作動条件を設定した、請求項1から5のいずれかに記載の誘導加熱装置。 - 前記加熱コイルはスパイラル状に構成されている、請求項1から6のいずれかに記載の誘導加熱装置。
- 前記一方のコイルである加熱コイルは、ソレノイド状に構成され、
前記他方のコイルが前記一方のコイルと誘導結合可能に構成されている、請求項1から6のいずれかに記載の誘導加熱装置。 - 前記加熱コイルを形成する導線には、前記導線内部に絶縁体層が設けられ、
前記絶縁体層の断面積が導線全体の断面積の11%以上であって、
前記加熱コイルは、前記絶縁体層が設けられた導線を単層または多層渦巻き状に密接巻きして構成されており、
前記絶縁体層が設けられた導線の最大径をd1、前記前記加熱コイルの外径をDとしたとき、
前記加熱コイルの外径Dが前記最大径d1の少なくとも30倍以上であり、かつ導線の巻き数が12ターン以上である、請求項1から8のいずれかに記載の誘導加熱装置。 - 前記導線は、それぞれに絶縁被覆が施された複数の単導線の集合体で構成され、かつ、前記単導線中の導体の最大径をd2としたときに、
d2が0.3mm以下であって、前記絶縁被覆の厚さtが(d2)/30以上に選ばれている、請求項9に記載の誘導加熱装置。 - 前記導線の最大外径をd1、とすると、
隣接する導線間に設ける空隙を、0.2mm以上、d1以下に設定した、請求項1から10のいずれかに記載の誘導加熱装置。 - さらに、前記加熱コイルに被加熱用金属体が近接したときの、前記加熱コイルの実効直列抵抗をRk(Ω)、
前記Rwと前記Rmの比Hkを、Hk=(Rk−Rw)/Rw、とすると、
150kHz以下の周波数領域において、
前記Hkの値が1以上であり、
かつ前記Hkの値が極大となるように、前記fd(Hz)が設定されている、請求項1から11のいずれかに記載の誘導加熱装置。 - 前記加熱コイルに、力率改善用キャパシタを接続した、請求項1から12のいずれかに記載の誘導加熱装置。
- 前記加熱コイルの少なくとも一方の端子にキャパシタが直列接続され、
前記加熱コイルと前記キャパシタが直列接続された2端子回路が、前記交流電源に接続されており、
前記交流電源は、
電流を流し出す第1の半導体素子と、
電流を引き込む第2の半導体素子と、を含み、
前記交流電源の出力は、前記2端子回路に電流を流し出す時間t1と、
前記2端子回路から電流を引き込む時間t2と、を交互に有する、請求項2に記載の誘導加熱装置。 - 請求項1に記載の誘導加熱装置によって加熱される金属または合金から成る加熱用容器であって、
前記加熱コイルに前記金属容器が対向したときの、前記一方のコイルの実効直列抵抗をRk(Ω)、
前記Rwと前記Rkの比Hkを、Hk=(Rk−Rw)/Rw、とすると、
前記被加熱用の金属容器は、
150kHz以下の周波数領域で、前記Hkの値が極大となるように、
前記金属または前記合金の材質および厚さと、
前記容器の形状と、が選ばれている、誘導加熱装置に使用される加熱容器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007314956A JP2009140708A (ja) | 2007-12-05 | 2007-12-05 | 誘導加熱装置および誘導加熱装置に使用される加熱容器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007314956A JP2009140708A (ja) | 2007-12-05 | 2007-12-05 | 誘導加熱装置および誘導加熱装置に使用される加熱容器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009140708A true JP2009140708A (ja) | 2009-06-25 |
Family
ID=40871139
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007314956A Ceased JP2009140708A (ja) | 2007-12-05 | 2007-12-05 | 誘導加熱装置および誘導加熱装置に使用される加熱容器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009140708A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017038074A1 (ja) * | 2015-09-02 | 2017-03-09 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 加熱コイルおよびそれを備えた炊飯器 |
JP2022189871A (ja) * | 2017-08-09 | 2022-12-22 | フィリップ・モーリス・プロダクツ・ソシエテ・アノニム | 分離部が縮小されたインダクタコイルを有するエアロゾル発生装置 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004214220A (ja) * | 2004-04-16 | 2004-07-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 誘導加熱装置 |
JP2007157497A (ja) * | 2005-12-05 | 2007-06-21 | Hitachi Appliances Inc | 誘導加熱装置 |
JP2007220396A (ja) * | 2006-02-15 | 2007-08-30 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 誘導加熱装置 |
JP2007244003A (ja) * | 2006-02-09 | 2007-09-20 | Kitashiba Electric Co Ltd | 転流失敗検出付誘導加熱装置。 |
-
2007
- 2007-12-05 JP JP2007314956A patent/JP2009140708A/ja not_active Ceased
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004214220A (ja) * | 2004-04-16 | 2004-07-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 誘導加熱装置 |
JP2007157497A (ja) * | 2005-12-05 | 2007-06-21 | Hitachi Appliances Inc | 誘導加熱装置 |
JP2007244003A (ja) * | 2006-02-09 | 2007-09-20 | Kitashiba Electric Co Ltd | 転流失敗検出付誘導加熱装置。 |
JP2007220396A (ja) * | 2006-02-15 | 2007-08-30 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 誘導加熱装置 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017038074A1 (ja) * | 2015-09-02 | 2017-03-09 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 加熱コイルおよびそれを備えた炊飯器 |
CN107535022A (zh) * | 2015-09-02 | 2018-01-02 | 松下知识产权经营株式会社 | 加热线圈和具备该加热线圈的煮饭器 |
JPWO2017038074A1 (ja) * | 2015-09-02 | 2018-06-28 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 加熱コイルおよびそれを備えた炊飯器 |
CN107535022B (zh) * | 2015-09-02 | 2020-10-27 | 松下知识产权经营株式会社 | 加热线圈和具备该加热线圈的煮饭器 |
JP2022189871A (ja) * | 2017-08-09 | 2022-12-22 | フィリップ・モーリス・プロダクツ・ソシエテ・アノニム | 分離部が縮小されたインダクタコイルを有するエアロゾル発生装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4057038B2 (ja) | 電力伝送方法、電力伝送装置のコイルの選別方法および使用方法 | |
EP1943879B1 (en) | Method and apparatus for providing harmonic inductive power | |
JP4759610B2 (ja) | 非接触電力伝送装置 | |
US7652231B2 (en) | Apparatus for delivering harmonic inductive power | |
JP6288519B2 (ja) | 無線電力伝送システム | |
JP5223089B2 (ja) | 電力伝送装置、電力伝送装置の送電装置および受電装置 | |
CN103250465B (zh) | 感应加热线圈和感应加热装置 | |
KR102117754B1 (ko) | 고전력 커패시터 | |
CN103442470A (zh) | 电磁加热装置和用于该装置的加热方法 | |
WO2018225755A1 (ja) | 誘導加熱装置 | |
WO2000052967A1 (en) | Induction heating apparatus and transformer | |
JP2009140708A (ja) | 誘導加熱装置および誘導加熱装置に使用される加熱容器 | |
Serrano et al. | Nonplanar overlapped inductors applied to domestic induction heating appliances | |
Patidar et al. | Modelling and experimental demonstration of a litz coil‐based high‐temperature induction heating system for melting application | |
Kilic et al. | Strongly coupled outer squircle–inner circular coil architecture for enhanced induction over large areas | |
Acero et al. | Identification of the material properties used in domestic induction heating appliances for system-level simulation and design purposes | |
JP6548080B2 (ja) | 磁気部品、および、電力伝送装置 | |
Paul | Current density characterization of litz wires used in induction heating coils: A practical approach | |
JP5810274B2 (ja) | 誘導加熱コイルとそれを使用した誘導加熱調理器 | |
Acero et al. | Efficiency improvement of domestic induction appliances using variable inductor-load distance | |
EP4373211A1 (en) | Induction heating type cooktop | |
Villuendas et al. | Power losses in flux concentrators of inductor systems for induction cooktops | |
JP4848792B2 (ja) | 誘導加熱装置 | |
JP2011146188A (ja) | 誘導加熱コイルとそれを使用した誘導加熱調理器 | |
Acero et al. | Efficiency model of planar loaded twisted-wire windings in a magnetic substrate for domestic induction heating appliances |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20101206 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110928 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120208 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120807 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121009 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20121204 |
|
A045 | Written measure of dismissal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A045 Effective date: 20140624 |