JP3465712B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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
関するものであり、さらに詳しくは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特性の材料ででき
た被加熱物を加熱する誘導加熱調理器、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
式加熱装置等で、特にアルミニウムを加熱可能とする誘
導加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下従来の誘導加熱装置として、誘導加
熱コイルから高周波磁界が発生し、電磁誘導による渦電
流で鍋等の被加熱物が加熱される誘導加熱調理器を図１
３を用いて説明する。

【０００３】図１３において１は鍋形状をした被加熱物
である。２は加熱コイルで、図示しない高周波インバー
タから高周波電流を供給され高周波磁界を発生し、被加
熱物１に磁界を照射する。３はフェライトなどの高透磁
率の磁性体で、加熱コイル２からの高周波磁界を効率よ
く被加熱物１に伝達するために設けている。４は絶縁体
で、具体的にはセラミック材の厚み４ｍｍなるプレート
であり、被加熱物１が載置される。

【０００４】また、絶縁体４の裏面には、コンデンサ７
を介してアースあるいは整流器の入力または出力電位に
接続されたカーボン製の導電性塗膜５が印刷され、さら
に、加熱コイル２の周部にはリング状に加工された磁気
シールドリング６が設けられている。

【０００５】この構成において、加熱コイル２から高周
波磁界が発生すると、底部に誘起した電磁誘導による渦
電流のために被加熱物１が加熱される。また、導電性塗
膜５の静電シールド作用により、加熱コイル２に発生す
る高周波高電圧と浮游容量によって加熱コイル２から人
体を介して大地へと漏洩する漏れ電流が抑制される。ま
た、磁気シールドリング６には、加熱コイル２から発生
する高周波磁界により、誘導電流が発生しその誘導電流
が反磁界を発生し結果的に加熱コイル２周囲に漏洩する
磁界を抑制することができる。

【０００６】

【特許文献１】特開平７−２１１４４４号公報

【特許文献２】特開平６−３１０６７５号公報

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成におい
て、被加熱物１の底面には電流が誘起され、この電流は
加熱コイル電流との相互作用で被加熱物１の底に加熱コ
イル２から遠ざかろうとする反発力を生じる。

【０００８】一方被加熱物１が鉄などの高透磁率材料
で、抵抗率がある程度大きい鉄製である場合には、所定
の出力を得ようとする場合に、誘導される電流値が少な
くてよく上記の反発力が小さいと同時に、磁束が被加熱
物１に吸収されるので吸引力が働き、被加熱物１が浮き
上がったりずれたりする恐れはなかった。

【０００９】一方、特に被加熱物１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
合には、所定の加熱出力を得るために加熱コイル２に流
す電流を大きくして被加熱物１に電流を多く流す必要が
あり、反発力が大きくなると同時に、被加熱物１が鉄な
どの高透磁率材料である場合のような吸引力が働かな
い。従って、加熱コイル２の磁界と誘導電流の作用によ
り被加熱物１に加熱コイル２から遠ざかる方向に浮力が
強く働き、被加熱物１の重量が軽い場合には、被加熱物
１が浮力によりずれたり、被加熱物１の戴置面からの浮
きが生じるおそれがある。

【００１０】図１５にこの時の加熱コイル２の電流の流
れと被加熱物１に流れる渦電流のマクロ的な流れを示
す。図１５（ア）は加熱コイル２に流れる電流の向きを
被加熱物１側からみた図である。同図（イ）は、被加熱
物１に流れる渦電流を加熱コイル２と逆側（（ア）と同
方向側）から見た図である。図に示すように被加熱物１
に流れる渦電流は加熱コイル２に流れる電流と逆向きか
つ略同形状のループ状で流れる。従って同じ断面積（略
加熱コイル２の面積）の永久磁石２つが異極（例えばＮ
極とＮ極）で存在することとほぼ等価になって、大きな
反発力となるものである。

【００１１】この現象は、被加熱物１の材料がアルミニ
ウムや銅である場合に顕著である。すなわち同じ低透磁
率材料であっても、非磁性ＳＵＳのようなアルミニウム
や銅よりも電気伝導率が低い材料の場合は、加熱コイル
２に流す電流が少なくても十分な発熱が得られるので、
被加熱物１に誘導される電流が発生する反発磁界が小と
なるものである。図１４に、アルミニウムで作られた被
加熱物１を加熱時の入力電力と浮力の相関の一例を示
す。図１４のグラフにおいて、横軸は入力電力で、縦軸
は浮力で示している。この図で分かるように、入力電力
の増加に伴い、浮力も増加し、その浮力が被加熱物１の
重量を超えると、被加熱物１のずれ、浮き等が生じるこ
とになる。

【００１２】こういった背景から昨今、特開昭６１−１
２８４９２号公報や、特開昭６２−２７６７８７号公報
で開示されているような重量センサを用いて被加熱物の
移動を検出する技術、特開昭６１−７１５８２号公報で
開示されているような磁気センサを用いて被加熱物１の
位置を検出する技術、さらに特公平４−７５６３３号公
報で開示されているような共振周波数検出手段を用いて
被加熱物１が浮力により移動したことを検出する技術等
が開示されている。

【００１３】しかしながら、いずれの技術も被加熱物１
に所定以上の浮力が作用したこと、あるいは被加熱物１
が浮いたあるいは移動したことを検出した場合に、それ
以上浮かないように、あるいは移動しないように被加熱
物１を加熱するための加熱電力を抑制したりあるいは加
熱動作そのものを停止するものであり、このような場合
には、十分な火力が得られず、更には調理動作の継続が
中断されるという状況に陥ってしまうという課題があっ
た。

【００１４】例えば、質量３００ｇのアルミニウム製の
雪平鍋で、２００ｃｃの水を加熱する場合、図１４より
約８５０Ｗ以上の入力電力で浮力が鍋と調理物（水）の
合計質量を上回り、鍋が浮き上がってこの電力以上の入
力電力で加熱することが困難となる。従って上記従来の
方式においては、例えばアルミ負荷鍋と検知した場合に
鍋の浮き上がる入力電力以下、例えば８００Ｗに入力電
力を抑制することが鍋浮きを生じない様にするための対
策手段として想定できるが、発明者らの実験によれば、
この様な入力電力で加熱しても上記の水を沸騰状態にす
ることは困難であり、アルミニウム製の鍋を加熱できる
誘導加熱調理器としては加熱性能が極めて低いものとな
る（入力１０００Ｗ程度であれば２００ｃｃの水は沸騰
状態とすることは可能であるが加熱速度は遅い）。

【００１５】そこで本発明は、上記従来の課題を解決す
るもので、簡単な構成で被加熱物に働く浮力を低減し、
被加熱物が軽量であっても十分な入力電力を確保でき
る、使い勝手の良い誘導加熱調理器、あるいはアルミニ
ウム製の負荷を安定的に加熱することのできる誘導加熱
装置を実現することを主たる目的とし、さらには加熱コ
イル２に高周波電流を供給する高周波回路のスイッチン
グ素子の損失を同時に低減することを目的としたもので
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】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、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する低
透磁率材料からなる被加熱物と、加熱コイルとの間に電
気導体を設け、この電気導体は、加熱コイルの等価直列
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（以
下単に加熱コイルの等価直列抵抗と呼ぶ）を電気導体が
設けられていない時の加熱コイルの等価直列抵抗より大
きくするものである。

【００１７】このような電気導体は、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前記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とともに、加熱コイ
ルに高周波電流を供給するスイッチング素子や共振コン
デンサ等の部品の損失を低減することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、本発明
の誘導加熱装置は、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、前記加熱コ
イルと前記被加熱物との間に設けられた電気導体と、本
体上部に固定されて前記被加熱物を載置する天板とを備
え、前記電気導体は、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
前記電気導体が設けられていない時の前記加熱コイルの
等価直列抵抗より大きくするとともに、前記加熱コイル
側から前記天板に当接して前記被加熱物と熱的に接続さ
れてなる誘導加熱装置とするものである。

【００１９】請求項２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、前記加熱コイルと前記被加熱物との間に設け
られた電気導体と、本体上部に固定されて前記被加熱物
を載置する天板とを備え、前記電気導体は、前記加熱コ
イルに対向して前記被加熱物を配置した時前記加熱コイ
ルの発生する磁界と前記被加熱物に誘導される誘導電流
の作用により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とともに、前記加熱コイル側から
前記天板に当接して前記被加熱物と熱的に接続されてな
る誘導加熱装置とするものである。

【００２０】請求項１または請求項２に記載の発明の構
成とすることにより、加熱コイルから発生する磁界は電
気導体の影響を受けて向き及び強度分布が変わる。

【００２１】一方、電気導体がない場合には、加熱コイ
ルから発生する高周波磁界は、加熱コイルから発生した
磁界を相殺する様に被加熱物に誘導電流が誘起する。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体に誘導され、その電流と加熱コ
イルから放射される磁界との相互作用により、被加熱体
に浮力が発生する。

【００２２】しかしながら、当該電気導体が存在するこ
とにより、加熱コイルから発生する磁界は、電気導体と
被加熱物に鎖交するため、両者に誘導電流を発生するこ
とになる。すなわち、電気導体に誘導された誘導電流の
発生する磁界と被加熱物に誘導された電流の発生する磁
界の重畳磁界が、加熱コイルの発生する磁界の変化を妨
げるように電気導体及び被加熱物に誘導電流が流れるこ
とになる。

【００２３】つまり、被加熱物に誘導される電流の分布
が、電気導体に誘導電流が発生することにより変わるこ
とになる。この電流分布の変化で、加熱コイルの等価直
列抵抗が大きくなることにより、同一出力を得る場合の
加熱コイルに流す電流値を小さくすることができ、被加
熱物に作用する浮力が低減するとともに、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
に作用する浮力が低減できることになるわけである。併
せて、加熱コイル、加熱コイルを駆動する共振電流を発
生するインバータに使用されるスイッチング素子、及び
共振コンデンサ等の高周波部品のスイッチング損失を低
減することができるという作用をも有するものである。

【００２４】また、本体上部に固定された天板を備え、
電気導体を前記天板に当接させたことにより、電気導体
の熱を、熱伝導で天板を介して被加熱物に与えるので、
電気導体自身の発熱による被加熱物の加熱効率の低下を
抑制することができるものである。

【００２５】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。

【００２６】（実施例１） 図１は、本発明係る実施例１の誘導加熱装置（誘導加熱
調理器）の加熱コイル２１及びその周辺の構成を示す斜
視図であり、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２１と、前記本体上部に固定された
天板２８と、前記天板２８に載置される被加熱物２９を
示す断面図である。

【００２７】図１及び図２において、加熱コイル２１は
素線を束ねた撚り線を２層にして平板状に巻回され、保
持板２２上部に載置される。保持板２２は耐熱樹脂製で
４本の略直方体をした棒形状の強磁性体であるファライ
トコア２３ｂ〜２６ｂを加熱コイル２１の下部に位置
し、加熱コイル２１の下面に略平行に、そしてそれらと
一体的に成形されている。

【００２８】また、フェライトコア２３ｂ〜２６ｂの両
端にはフェライトコア２３ａ〜２６ａとフェライトコア
２３ｃ〜２６ｃ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２９に向けて開いた
コの字状に形成される。保持板２２はファライトコアの
表面を覆うように（部分的に冷却のため覆っていない）
成形され加熱コイル２１と電気的に絶縁される構成にな
っている。

【００２９】加熱コイル２１上部にはカーボン材料で形
成された導電塗膜３２がマイカ製の絶縁板３０、３１の
間に形成されている。この導電膜３２は端子３３と接続
され、さらにコンデンサ３４を介して商用電源電位ある
いは加熱コイル２１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接続
される。

【００３０】電気導体２７は、厚さが略１ｍｍの材料が
アルミニウムの板により形成され、絶縁板３１と天板２
８の間に設けられており、図１に示すように、外径及び
内径が加熱コイル２１のものとほぼ同じの略ドーナツ状
をして、幅約６ｍｍのスリット２７ａが外周から内周に
渡って設けられている。電気導体２７の位置は３箇所あ
る脚部２７ｂと保持板２２により規制される。

【００３１】電気導体２７は中央に開口部３７を設け、
上部（被加熱物２９側）から見て、外側の立ち上がり部
であるフェライトコア２３ａ〜２６ａの上端面は電気導
体２７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２３ｃ〜２６ｃの上端面は開口３７
の周部より内側に位置している。サーミスタ３５はホル
ダー３６にはめ込まれて、天板２８裏面に当接される。
絶縁体である天板２８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２９が加熱コイル２２に対
向する様に載置される。

【００３２】以下上記実施例の動作を説明する。加熱コ
イル２１には約７０ｋＨｚの高周波電流が供給される。
加熱コイル２１は、高周波電流が供給されると磁界を発
生するが、加熱コイル２１下方では高透磁率材料である
フェライトコア２３ｂ〜２６ｂがあり磁束がフェライト
コアに集中するので、磁界が被加熱物２９と反対側に膨
らむのを防止できる。

【００３３】一方、加熱コイル２１の上部に出た磁界は
電気導体２７に鎖交するので電気導体２７に誘導電流が
誘起される。電気導体２７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２９方向に導かれる。フェライト
コア２３ａ〜２６ａ、２３ｃ〜２６ｃは上方の被加熱物
の方向に磁界を効率良く導く作用する。

【００３４】なお、フェライトコア２３ａ〜２３ｃ、２
４ａ〜２４ｃ、またはフェライトコア２５ａ〜２５ｃ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。

【００３５】被加熱物２９に誘起された誘導電流は加熱
コイル２１の発生する磁界分布と、電気導体２７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２９に鎖交することにより発生するものである。
このように、電気導体２７が介在することにより、被加
熱物２９に誘導される電流分布が変化し、さらに電気導
体２７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２１の等価直流抵抗が大きくなる。

【００３６】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２９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電
流を小さくすることができ、それに伴い浮力も低減する
ことができる。

【００３７】図３に被加熱物がアルミニウム製の鍋の場
合の消費電力と浮力の関係を、アルミニウム製の電気導
体２７がある場合（Ｂで示す）とその電気導体がない場
合（Ａで示す）について、また、図４には、消費電力と
加熱コイル電流の関係を、電気導体２７がある場合（Ｂ
で示す）と電気導体がない場合（Ａで示す）について測
定結果の一例をしめしている。ただし、インバータの共
振周波数は約７０ｋＨｚである。

【００３８】これらの測定結果によると、電気導体２７
を挿入することにより、等価直流抵抗（Ｒｓ）は１．０
９Ωから２．３Ωに増加し、消費電力が２ｋＷに出力を
設定した場合に、鍋に働いた浮力は約９００ｇから約５
００ｇに低減するとともに、加熱コイル２１の電流も約
４０Ａｒｍｓから約３３Ａｒｍｓに低減した。

【００３９】また、加熱コイル２１の電流の低減に伴い
インバータを駆動するパワースイッチング素子の損失、
加熱コイル２１の損失も大幅に低減する（なお、鉄系の
被加熱物の場合には電気導体２７を挿入することによ
り、加熱コイルの等価直列抵抗大きくするという作用は
ほとんど得られない）。

【００４０】また、電気導体２７を設けることで、電気
導体の損失が発生する。発明者らの実験によれば、消費
電力が２ｋＷであったとき、前記電気導体の損失は一例
として約２７０Ｗと推定された。この時、加熱コイル２
１を含めた誘導加熱装置内部の損失は加熱コイル電流低
減の作用により約２１０Ｗと推定された。このように、
電気導体２７を挿入することにより、その発熱による損
失が発生するものの、内部損失が低減することにより、
その差は約６０Ｗと大幅な加熱効率の低下を防止するこ
とができる。

【００４１】また、図２のように電気導体２７を天板２
８当接させて、電気導体２７の熱を、熱伝導で天板２８
を介して被加熱物２９に与えれば、前記の加熱効率の低
下をカバーすることが可能である。このように、電気導
体２７の発熱による損失の増加は、機器全体の加熱効率
でみれば、加熱コイル２１の電流が低減するので、相当
な部分が他の部分の損失低下で相殺される。

【００４２】また、電気導体２７には、スリット２７ａ
を設けている。このスリット２７ａを設け無いほうが等
価直流抵抗（Ｒｓ）を増加する作用が大きい。しかしな
がら、この場合には、電気導体２７に誘導される電流量
が多いため発熱量が極めて大きく加熱効率の低下も大き
い。スリット２７ａを設けることで、このスリット２７
ａを設けない場合より等価直流抵抗は小さくなるが、電
気導体２７に誘起される加熱コイル２１の電流と逆方向
の略平行な加熱コイル２１の中心の周りを周回するよう
に流れる周回電流が流れないようにし、分布の異なる誘
導電流を電気導体２７内に分布せしめるものである。こ
れにより、電気導体２７の発熱を抑制するとともに、等
価直流抵抗を増加させる作用を生じさせるものである。

【００４３】導電膜３２は加熱コイル２２の上部に近接
して設けられ、コンデンサ３４を介して、商用電源電
位、インバータの入力電位となる電源電流整流器の出力
電位、またはアース電位に接続されるので加熱コイル２
１から使用者に漏洩するリーク電流を低減することがで
きる。

【００４４】しかしながら、この導電膜３２は膜圧が薄
く電気伝導率も低いので、誘導電流の発生量が極めて少
なく、加熱コイル２１から発生する磁界の分布を変える
作用はほとんどないので、電気導体２７のような等価直
列抵抗の増加作用、加熱コイル電流の低減作用、そして
浮力低減作用はほとんど得られない。

【００４５】図５は、上記第１の実施例における電気導
体の厚みと浮力に関する傾向である。加熱コイル２１か
らの磁束を遮蔽する場合に必要な厚みは浸透深さ以上必
要であり、本実施例の場合加熱コイル２１に流れる電流
の周波数は７０ｋＨｚであり、材質をアルミニウムとし
た場合浸透深さはδ＝０．３ｍｍ程度となる。従って電
気導体２７の厚み浸透深さ以上にすることにより、浮力
低減の効果を大きく得ることが可能となる。発明者らは
実験により、浸透深さよりもやや大きく約１ｍｍ程度に
すると十分な浮力低減の効果が得られることを確認して
いる。

【００４６】以上のように、本実施例によれば、アルミ
ニウム製の被加熱物２９を誘導加熱可能な加熱コイル２
１と被加熱物２９との間に設けられた電気導体２７を有
し、電気導体２７は加熱コイル２１に対向して被加熱物
２９を配置した時の加熱コイル２１の等価直列抵抗を大
きくするとともに、加熱コイル２１の発生する磁界が被
加熱物２９に対して働く浮力を低減する浮力低減機能を
有してなるので、所定の消費電力を得ようとする場合
に、加熱コイル電流値を低減することができ、被加熱物
２９に働く浮力を低減するとともに、スイッチング素子
（図示せず）や加熱コイル２１に発生する損失を低減し
て冷却が容易になり、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２９を加熱できる安
全かつ低価格な誘導加熱調理器を提供することができ
る。

【００４７】また、電気導体２７は、加熱コイル２１を
スリット２７ａ部以外のほぼ全部に渡って上部で覆うよ
うに、すなわち、電気導体２７は加熱コイル２１におけ
る被加熱物２９側の面の一部または全部と対向し板状に
形成されてなることにより、加熱コイル２１から発生す
る磁界の一部を被加熱物２９に到達する前に、電気導体
２７に効率良く鎖交させ、電気導体２７の周囲から迂回
して被加熱物２９に加熱コイル２１に磁界を鎖交させる
ことになる。電気導体２７と加熱コイル２１との間隔
は、電気導体２７と被加熱物２９との間隔よりも小さ
く、電気導体２７と加熱コイル２１との磁気結合が良い
ので、電気導体２７に鎖交する磁束量が大きくなり、電
気導体２７に誘導電流が分布し加熱コイル２１の等価直
列抵抗を大きくするという作用がある。

【００４８】また、加熱コイル２１から出て、電気導体
２７を迂回した、通り抜けた、あるいは鎖交しなかった
磁界が、被加熱物２９に到達することにより、被加熱物
２９を誘導加熱するので、加熱コイル２１の等価直列抵
抗が増加し、加熱コイル電流低減作用と被加熱物に働く
浮力低減作用を大きくすることができる。

【００４９】なお、本実施例では、加熱コイル２１のほ
ぼ全部と対向するように電気導体２７の大きさを決めた
が、電気導体２７の板の面積は大きいほど、また電気導
体２７が加熱コイル２１に近いほど電気導体２７に加熱
コイル２１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２７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２７と加熱コイル２１間の距離、電気導体２７
の発熱等の条件を考慮して決めれば良い。

【００５０】また、電気導体２７に開口３７を設けて、
加熱コイル２１の中央部近傍を覆わないようにしたこと
により、中央部近傍を、加熱コイル２１から発生して被
加熱物２９へ鎖交させる磁界の経路とするよう集中さ
せ、当該電気導体を付設することに伴う加熱効率の大幅
な低下を抑制するものである。

【００５１】また、電気導体板２７にスリット２７ａを
設けてなることにより、加熱コイル２１の発生する磁界
により電気導体２７に誘導される電流の向き及び大きさ
を変え、被加熱物２９に作用する浮力の低減効果をある
程度保持しながら、電気導体２７に発生する発熱量を低
減することができる。

【００５２】すなわち電気導体２７に誘導される加熱コ
イル２１に流れる電流と逆方向に流れる周回電流は、ス
リット２７ａにより遮断し電流分布を変えることが可能
なので大電流の発生が無くなり、発熱量を低減できる。
ただ、その場合に被加熱物２９への浮力低減効果がある
程度低下する。スリット２７ａ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２７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２７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。さらに、この電気導体２７は複数の電気導体に分離
されないので組み立て時等の場合における取り扱いが容
易である。

【００５３】また、電気導体２７は、その厚みを加熱コ
イル電流により誘導される高周波電流の浸透深さよりも
大としてなるので、電気導体２７に誘導電流が十分多く
発生し、加熱コイル２１からの磁界が通過せず磁界分布
を大きく変える作用が得られることにより、形状を工夫
することにより上記の等価直列抵抗を増加させる作用を
確実に得ることができるものである。

【００５４】また、電気導体２７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２７に吸収
されにくく（被加熱物に到達しない磁束量が多くならな
い）、かつ電気導体に誘導された電流で磁界の向きが変
更されるので、電気導体２７内を通過させ被加熱物２９
に鎖交させるか、または電気導体２７を迂回させ被加熱
物２９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２９に鎖交させることができ、加熱効率の
低下を抑制しながら等価直列抵抗を大きくすることがで
きる。

【００５５】また、電気導体２７はアルミニウム製であ
り、高電気伝導率の材料であるので加熱コイル２１の磁
束が鎖交することにより、誘導電流で磁界の向きや分布
が変更される程度が大きくなり、被加熱物２９における
誘導電流の分布の変化および、電気導体２７における電
流の発生による、等価直列抵抗を増加させる効果を大き
くし、かつ電気導体２７自身の誘導電流による発熱を抑
制することができる。

【００５６】また、加熱コイル２１を収納する本体と、
加熱コイル２１と被加熱物２９との間に位置すべく前記
本体に固定された絶縁体２８とを有し、電気導体２７
は、前記絶縁体２８の加熱コイル２１側に設けたことに
より、電気導体２７を加熱コイル２１に近づけて、加熱
コイル２１との磁気結合を大きくして、等価直列抵抗を
大きくし易い、動作中に加熱コイル２１の磁界で電気導
体２７に誘導される電流の作用により電気導体２７が発
熱する場合があるが、絶縁体２８表面に電気導体２７が
露出せず、電気導体２７に直接手が触れて火傷する恐れ
が少ない、あるいは絶縁体２８の表面が凸凹しないこと
から見栄えが良いなどの効果を奏する。

【００５７】また、加熱コイル２１下方に放射状に設け
た高透磁率の磁性体であるフェライトコアを四本備え、
これらのフェライトコアは電気導体の外周より外側に被
加熱物の方向に立ち上がる立ち上がり部を設けたことに
より、加熱コイル２１から出た磁束が加熱コイル２１外
側周囲に広がらないようにして効率良く被加熱物２９に
磁束が鎖交するようにして加熱効率を高めるとともに、
フェライトコア２３ａ〜２６ａの立ち上がり部から出る
磁束が電気導体２７に突き当たらないようにして電気導
体２７の発熱を抑制するものである。

【００５８】また、電気導体２７は中央部に開口３７を
設けるとともに、加熱コイル下方に設けた高透磁率の棒
状フェライトコア２３ｂ〜２６ｂを設け、前記フェライ
トコア２３ｂ〜２６ｂは電気導体２７の開口３７周部３
７ａより中央側に被加熱物２９の方向に立ち上がる立ち
上がり部２３ｃ〜２６ｃを設けたことにより、フェライ
トコアの立ち上がり部２３ｃ〜２６ｃから出る磁束が電
気導体２７に突き当たらないようにして加熱コイル２１
からの磁束を効率良く被加熱物２９に導き加熱効率を高
めることができる。

【００５９】また、サーミスタ３５に鎖交する磁束を抑
制してサーミスタ３５の検知回路にノイズを誘導しにく
くすることもできる。

【００６０】なお、本実施例では、加熱コイル２１下方
に設けた高透磁率の棒状フェライトコア２３ｂ〜２６ｂ
の両端をフェライトコア２３ａ〜２６ａ、及びフェライ
トコア２３ｃ〜２６ｃ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。

【００６１】また、電気導体２７は、被加熱物２９とセ
ラミック製天板２８より電気的に絶縁されているが熱的
に接続されてなるので電気導体２７が発熱する場合には
その熱の一部が天板２８を介して被加熱物２９に伝わり
電気導体２７の発熱による加熱効率の低減を抑制するこ
とができる。

【００６２】（実施例２） 図６は、本発明に係る実施例２の誘導加熱装置の断面を
模式的に示す図である。

【００６３】図で４０は電気導体、４１は約７０ｋＨｚ
の高周波電流が供給され、高周波磁界を発生する加熱コ
イル、４２は加熱コイル４１下面に対向して配置され、
加熱コイル４０からの高周波磁界を効率よく被加熱物４
３へ供給するための磁性体で、具体的にはフェライトを
用いている。被加熱物４３は、本実施例の場合、高電気
伝導率（高導電率）かつ低透磁率のアルミニウムまたは
銅としている。

【００６４】電気導体４０の形状を図７に示す。電気導
体４０は、略円盤状で厚み約１ｍｍのアルミニウム板を
ベースとし、さらに放射状に切り欠き４０ａを４箇所設
けている。このように電気導体４０に切り欠き４０ａを
設けることにより、加熱コイル４０の電流の流れに対し
て電気伝導率が不連続となるようにして、電気導体４０
に加熱コイル４１に周回するように流れる電流（図７の
破線Ａで模式的に示す）の流れの向きと異なる（平行で
ない）方向に誘導電流が流れるようにしている。

【００６５】加熱コイル４１に高周波電流が供給された
時の電気導体４０に誘導される大きな電流の流れを図７
の実線矢印Ｂに模式的に示す。図に示すように放射状切
り欠き４０ａ部分に電流が誘導されないため、加熱コイ
ル４１から発生する磁界が透過する。誘導された渦電流
の電流密度の大きい部分はこの部分を回避し、クローバ
ー状に蛇行したような分布（図７の実線Ｂで模式的に示
す）となる。

【００６６】一方、電気導体４０により、加熱コイル４
１の磁界は遮蔽され、迂回して被加熱物４３に到達し、
切り欠き４０ａのところでは、加熱コイル４１の磁界は
通過して被加熱物４３に到達する。したがって、従来被
加熱物４３において、加熱コイル４１に流れる電流とほ
ぼ平行な向きに周回するように分布して発生し、大きな
反発力となっていた渦電流の分布と異なるものとなる。

【００６７】上記のように、電気導体４０に加熱コイル
４１の磁界を照射し、一部の磁界を迂回させて被加熱物
４３に鎖交させ、被加熱物４３において加熱コイル４１
電流に対向した誘導電流分布が発生することを抑制し
て、等価直流抵抗を増加させるとともに、電気導体４０
においても、切り欠き４０ａを設けることにより発熱を
防止することができる。

【００６８】切り欠き４０ａのある電気導体４０を設け
た場合の等価直流抵抗の大きくなる度合いは、切り欠き
４０ａのない電気導体４０を設けた場合に比して少なく
なるが、電気導体４０がない場合に対する増加効果自体
は維持される。従って、同一消費電力を得る場合におい
て、加熱コイル４１に流れる電流が減少して被加熱物４
３に作用する浮力が低減できるとともに、電気導体４０
の発熱を抑制することができるものである。

【００６９】以上のように、本実施例によれば、電気導
体４０も誘導加熱され発熱するが、電気導体４０の固有
抵抗や切り欠きの形状を最適化することにより、等価直
列抵抗を大きくし、電気導体４０の発熱を低減しつつ、
被加熱物４３への入力電力を大とすることが可能であ
る。

【００７０】また、電気導体４０を挿入した場合、加熱
コイル４１の等価直列抵抗が上昇するため、同じ入力電
力を得る場合、加熱コイル４１に流す電流が少なくする
こともできるので、加熱コイル４１の損失が低減し、さ
らに図示しない高周波電流を供給するインバータ回路の
損失も低減することが可能となる。発明者らの測定によ
れば、被加熱物４３が、φ２４０ｍｍのアルミニウム鍋
とし、加熱コイル４１の外径φ１８０ｍｍ、内径φ５０
ｍｍ、加熱コイル４１と被加熱物４３との距離８ｍｍの
条件において、等価直列抵抗は電気導体４０がない場合
約１．０Ω程度、電気導体４０がある場合、１．７Ω程
度であった。これにより加熱コイル４１に流れる電流は
１６００Ｗ入力で３６Ａｒｍｓから２９Ａｒｍｓに低減
できた。本実施例の場合加熱コイル４１の高周波抵抗は
７０ｋＨｚ、常温０．１６Ωであるので、損失は常温で
約２０７Ｗから１３５Ｗに低減したものと推定できる。

【００７１】また、電気導体の切り欠き４０ａの形状を
放射状に電気伝導率が低くなるようなものとしたが、こ
の形状に限定されるものでなく、加熱コイルに流れる電
流に誘起して発生し周回するように流れる渦電流の分布
を阻害する作用のある形状であれば同様の効果が得られ
るものである。

【００７２】また、被加熱物４３がアルミニウムや銅の
単一材料で形成されず、一層目が例えば０．１ｍｍ厚み
の非磁性ステンレス、２層目が１ｍｍ厚みのアルミニウ
ムといった多層構造となっている場合においても、１層
目の非磁性ステンレスは薄いために実質２層目のアルミ
ニウムを加熱することと等価となるので、上記のように
電気導体４０は同様な効果を奏することができる。

【００７３】（実施例３） 図８は、本発明に係る実施例３の電気導体４０と加熱コ
イル４１を示す平面図である。断面図は図６と同様であ
る。図８で電気導体４０は厚み約１ｍｍ、幅約１０ｍ
ｍ、長さ約７０ｍｍのアルミニウム板で形成され、これ
らを８枚、間隔を設けて放射状に配置している。本配置
により、電気導体４０がない部分の電気伝導率は略ゼロ
となるため、加熱コイル４１の電流が流れる方向に電気
伝導率が不連続な状態を簡単に実現できるものである。

【００７４】図８において電気導体（アルミニウム板）
４０の存在する部分では、加熱コイル４１から発生する
磁界が遮蔽され一部は電気導体４０に吸収され電気導体
４０に電流が誘導され、他は迂回して被加熱物４３（図
６）に鎖交する。

【００７５】以上のように本実施例においては複数の電
気導体４０を配置することにより、電気導体４０に誘導
電流を発生させるとともに、被加熱物４３に流れる渦電
流（誘導電流）の向きや密度分布を加熱コイル４１に流
れる電流と異なる形にすることが可能となる。この結
果、被加熱物４３に鎖交する磁界分布を変更し加熱コイ
ルの等価直列抵抗大きくすることができるとともに、電
気導体４０の温度上昇を抑制することができる。

【００７６】尚、本実施例では放射状に電気導体４０を
配置する構成としたが、これに限定されるものでなく例
えば図９に示すような電気導体である四角形状の板４４
を４つ加熱コイル４５上方に並べる構成などとしてもよ
い。

【００７７】また、図８で電気導体４０の本数を８本と
したが、本数を少なくすれば浮力低減の効果が小とな
り、多くすれば浮力低減の効果が大となる傾向にある。
また本数を増やすと電気導体のトータルの損失が大とな
るため、最適な本数に設計する必要があり、本実施例の
場合６〜８本程度が効果的である。材質はアルミニウム
としたがこれに限定されるものでなく、例えば銅、黄銅
といった材料でも同様の効果が得られる。

【００７８】（実施例４） 図１０は、本発明を示す第４の実施例における誘導加熱
装置の要部断面図である。図で電気導体４９は絶縁体５
３と被加熱物５２の間に設けられている。絶縁体５３は
誘導加熱調理器であれば、例えば、加熱コイル５０、フ
ェライトコア５１、あるいはこれらを駆動するインバー
タ（図示せず）等を収納している機器本体の上部に固定
され、被加熱物５２を加熱するために載置するために設
けるセラミック製の天板に対応する。

【００７９】本実施例においては、電気導体４９は任意
に取り外しが可能になるため、被加熱物５２が、例えば
（浮力によるずれ、浮きの問題が発生しない程度に）充
分質量が大きい場合や、原理上浮力が問題とならない鉄
などの材料の時に電気導体４９の設置が不要となり、か
つ電気導体４９の発熱も発生しない。また電気導体４９
と被加熱物５２を接触させることにより、電気導体４９
の発熱を被加熱物５２へ効果的に伝達することが可能と
なり、この点においても効率よい加熱が可能となるもの
である。

【００８０】（実施例５） 図１１は、本発明を示す第５の実施例における誘導加熱
装置の断面図である。図で天板２８上に載置される電気
導体５４と被加熱物５５は機械的に接続され、一体とな
っている。５７はフェライトコアである。

【００８１】以上より本実施例においては使用時に電気
導体５４と被加熱物５５を別々に天板２８上に載置する
必要がなく、より使い勝手の向上した誘導加熱装置を実
現することができる。尚電気導体５４と被加熱物５５は
任意に取り付け、取り外しできる構成としてもよい。

【００８２】また、その時電気導体５４を取り外した状
態で加熱して浮かないような重量に電気導体５４及びそ
れに付設したものの合計重量を浮力より重くしておけ
ば、加熱しようとした時に電気導体５４が被加熱物５５
を押し上げる力が働かず被加熱物５４がさらに浮きにく
くなり安全である。

【００８３】（実施例６） 図１２は、本発明に係る実施例６における誘導加熱装置
の断面図である。図で５８は被加熱物５９の温度を間接
的に検出する温度検出手段で、具体的にはサーミスタを
用いている。

【００８４】温度検出手段５９は、絶縁体６１と電気導
体６０を介して被加熱物５９の温度を検出するので、電
気導体６０が集熱板の役割を果たすため、例えば被加熱
物５９の底面が反っていた場合においても、応答性良く
被加熱物５９の温度上昇を検出することができる。ま
た、電気導体６０が発熱していても精度良く検知できる
ので、電気導体６０が高温である旨の表示を精度良く行
うことができる。

【００８５】以上のように、本実施例によれば、絶縁体
６１の加熱コイル６２側に温度検出手段を有し、電気導
体６０は絶縁体６０を介して温度検出手段と熱的に接続
されてなることにより、被加熱物５９の底が平坦でない
場合にも電気導体６０が被加熱物５９の裏面の熱を効率
よく集めて温度検出手段に伝えることができるので、加
熱コイル電流低減効果及び浮力低減効果を奏するととも
に被加熱物５９の温度制御性能、あるいは火傷防止表示
機能が良好となるものである。

【００８６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、アルミ
ニウムや銅など低透磁率かつ高電気伝導率の材質の被加
熱物を加熱可能で、加熱時における加熱コイル等の内部
部品損失及び被加熱物に働く浮力の低減が可能な誘導加
熱装置を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における誘導加熱装置の要部斜視図

【図２】同誘導加熱装置の要部断面図

【図３】同誘導加熱装置の加熱コイルの等価直列抵抗と
浮力の相関を示す図

【図４】同誘導加熱装置の加熱コイルの等価直列抵抗と
加熱コイル電流値の相関を示す図

【図５】同誘導加熱装置の電気導体の厚みと被加熱体に
作用する浮力の相関を示す図

【図６】実施例２における誘導加熱装置の要部断面図

【図７】同誘導加熱装置の電気導体に流れる電流を示す
図

【図８】実施例３における誘導加熱装置の電気導体を示
す要部平面図

【図９】同誘導加熱装置の他の電気導体を示す要部平面
図

【図１０】本発明の第４の実施例における誘導加熱装置
の誘導加熱装置の要部断面図

【図１１】本発明の第５の実施例における誘導加熱装置
の要部断面図

【図１２】実施例６における誘導加熱装置の要部断面図

【図１３】従来の誘導加熱装置の要部断面図

【図１４】従来の誘導加熱装置の入力電力と浮力の相関
図

【図１５】従来の誘導加熱装置の加熱コイルと被加熱物
に流れる電流を示す図

【符号の説明】

２９、４３、５２、５５、５９ 被加熱物 ２１、４１、４５、５０、５６、６２ 加熱コイル ２７、４０、４４、４６、４９、５４、６０ 電気導体 ３７ 開口 ２８、５３、６１ 天板（絶縁体） ５８ 温度検知手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 裕二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 片岡 章 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 相原 勝行 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−14944（ＪＰ，Ａ) 特開2003−55738（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−169988（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 6/12 H05B 6/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、前記加熱コイ
   ルと前記被加熱物との間に設けられた電気導体と、本体
   上部に固定されて前記被加熱物を載置する天板とを備
   え、前記電気導体は、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
   前記電気導体が設けられていない時の前記加熱コイルの
   等価直列抵抗より大きくするとともに、前記加熱コイル
   側から前記天板に当接して前記被加熱物と熱的に接続さ
   れてなる誘導加熱装置。
2. 【請求項２】 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、前記加熱コイ
   ルと前記被加熱物との間に設けられた電気導体と、本体
   上部に固定されて前記被加熱物を載置する天板とを備
   え、前記電気導体は、前記加熱コイルに対向して前記被
   加熱物を配置した時前記加熱コイルの発生する磁界と前
   記被加熱物に誘導される誘導電流の作用により前記被加
   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
   とともに、前記加熱コイル側から前記天板に当接して前
   記被加熱物と熱的に接続されてなる誘導加熱装置。