JP3990000B2 - 高効率誘導調理レンジ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導調理器に関する。
【０００２】
誘導調理において、調理すべき物質は、数ｋＨｚから数百ｋＨｚまでの範囲にある高周波電磁界によって引起こされるその壁内における電流の流れによって加熱される磁気容器内に配置される。高周波電磁界は、加熱すべき容器が配置される上薬の塗られたセラミック板の下に配置された支持体上に配置された平らな誘導コイルによって発生され、この板は、反転整流器によって与えられる高周波ＡＣ電流によって励起される。
【０００３】
【従来の技術】
誘導コイルは、通常高周波電流の通過（表皮効果によって制限）を最適化しかつ熱損失を最小にするために、電気的絶縁ニスによって互いに絶縁された銅線の多重ストランド導体の平らかつうず巻き状の巻線から製造されるパンケーキ・コイルによって形成されている。
【０００４】
一般にこのようなコイルの絶縁ニスは、しばしば成形プラスチックであるその支持体の材料がこのような温度に耐える以上の２２０℃より高い温度に耐えない。このことは、範囲の低い方の側の強制通気によるその支持体を通した誘導コイルの冷却を考慮することを必要とし、かつその負荷を形成する容器に関する誘導コイルの断熱を考慮することも必要とする。
【０００５】
強制通気は、誘導調理レンジのコストを増加させ、一方負荷に関する断熱は、誘導コイルが容器を支持する上薬を塗ったセラミック板から遠くに動かすようにすることを必要とする。このことは、ギャップを増大させ、誘導コイルと容器との間の結合を減少させ、かつ放射される妨害を増加させる。
【０００６】
冷却に加えて、反転整流器によって引渡される電流を減少することによって過剰の熱に対して誘導コイルをシールドすることが、所定のタイプの調理においてときには必要である。
【０００７】
電気的に絶縁した平らな支持体の表面上に切ったら旋状の溝内に配置された１ｍｍないし１．３ｍｍの直径を有する円形横断面を有する中実の銅線から、または縁を接して、かつそれ故に垂直に、ら旋状に、２つのマイカ板の間に巻かれた銅テープから、単一導体誘導コイルを作ることも提案されている。この配置は、容器の底部における温度の分布を均一にするために、中心から周辺へのコイルのピッチの変更を可能にする。
【０００８】
これらの誘導コイルは、それらの支持体を含めて、比較的大きな厚さを有する。このことは、道具のコンパクトさにとって、特に家庭内の調理器の市場にとって不利である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、誘導コイルの損失を制限する理想を放棄し、これに反して加熱されることを許容し、かつその負荷によってこれを冷却することによって、これら欠点を克服することを目標にしている。そのため、誘導コイルの形成は、最大４００℃の範囲における高い温度を達成するようにする。この時、これら温度に耐える絶縁ニスはきわめてコストがかかるので、互いに導体のストランドを電気的に絶縁することの達成を試みることは問題外である。これが、単一導体誘導コイルを利用することの理由である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の対象は、フェライト材料からなる加熱すべき容器を収容するように構成されたセラミック材料からなる上側板、コイル支持体上において上側板の下に配置されかつ高周波電流発生器によって励起される単一導体誘導コイルが設けられており、その際、単一導体誘導コイルが、耐熱電気的絶縁体からなる熱伝導シートによって上側板から分離されかつ平らなうず巻き状に巻かれた平らな導体ストリップからなることを特徴とする、誘導調理レンジである。
【００１１】
誘導コイルの平らな導体ストリップは、３０Ａ／ｍｍ² のオーダの電流密度に相当する横断面積を有するように銅から構成されている。これは、アルミニウムから作られていてもよい。
【００１２】
誘導コイルは、平らな導体ストリップの平らなうず巻き状巻線によって作ることができる。これは、化学的または機械的なプロセスによって銅またはアルミニウムのような非磁性の導電材料のシートから平らなうず巻き状導体を切り出し、サンドイッチ構造を形成するように電気的絶縁体の２つのシートの間においてこのように被覆された切り出された導体ストリップをプレスして、巻回の間の空間をふさぐために、この切り出された導体ストリップに耐熱性の電気的絶縁コンパウンドを被覆し、かつ容易に取扱うことができるコンパクトなアセンブリを形成するように得られた積層化された構造に熱処理を行なうことによって製造してもよい。
【００１３】
コイルは、どのような固定リンクも用いることなく、断熱下側支持体上に簡単に配置することができる。このことは、ら旋のものとは異なった熱膨張係数を有する材料からなる上側板の支持及び電気的絶縁のための利用を可能にし、ら旋は、温度の変化に無関係になる。
【００１４】
コイルは、コイルから支持体への熱伝導に抗するために、上側シートの下に挿入された一方のものより厚い第２の電気的絶縁シートによって、その支持体から絶縁することもできる。
【００１５】
本発明の別の特徴によれば、誘導コイルは、調理レンジの表面に分散されかつ制限されたユニット長さを有する複数の平らなコイルの直列、並列または直列並列の組合せからなる。
【００１６】
高温電気的絶縁体のシートは、マイカ・シートであると有利であり、これらマイカ・シートは、上側板の下に挿入されたシートの場合には薄く、かつ支持体上に挿入されたシートの場合には厚い。
【００１７】
断熱コイル支持体は、ガラス繊維から作られていると有利である。
【００１８】
平らなうず巻き状に巻かれたこのタイプの平らな導体のコイルによれば、その厚さが０．５ｍｍを越えないパンケーキ・コイルを得ることができる。このことは、どのような場合にも、２５ｋＨｚの通常の動作周波数において、表皮効果のためにかつ容器が近接するために導体の厚さ内に０．５ｍｍ以上は浸透しない高周波電流の通過にとって十分である。コイルのパンケーキの幅は、加熱すべき容器の寸法によって決定され、かつコイルの巻回の数は、高周波発生器の負荷の項に戻すべきインピーダンスによって決定されるので、０．５ｍｍの厚さは、ほぼ１ｍｍ² の横断面積に通じる。このことは、最大電力におけるコイルの高レベルの損失、したがってその動作温度を説明している。しかしながらこのコイルの形状は負荷との接触に、したがって冷却に有利に作用する。巻回の厚さは、発生器の電力、使用する周波数及び使用する導体材料に依存して全く相違していてもよいことに注意しなければならない。同様に幅は、電力に適応し、かつ前記すべてのことは、使用した発生器のタイプに適応する。
【００１９】
本発明のその他の特徴及び利点は、例として与えられた実施例の次の説明から明らかである。この説明は、添付の図面を参照して行なう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１に示された誘導調理レンジは、標準的な構成のものである。これは、板２の下に配置された平らな誘導コイル１を有し、この板は、例えば上薬を塗られたセラミックからなり、加熱すべき容器３を収容するように構成されており、この容器の壁は、フェライト材料から作られている。
【００２１】
平らな誘導コイル１は、電気的に絶縁されるニスの層によって個別的に被覆された銅線からなる多重ストランド導体の平らなら旋状の巻線からなり、この誘導コイルの種々の巻回は、１０で示されている。これは、コイル支持体４上に配置され、またはこれに接着されており、断熱材２ａの層によって板２から分離されており、この断熱材は、空気のシート、セラミック紙またはガラス・ウールからなることができる。断熱材２ａのこの層は、容器３による加熱から平らな誘導コイル１を保護する。
【００２２】
コイル支持体４は、誘導コイル１の熱損失を下方に放出するために熱伝導材料から作られており、かつ周知のように、底部から配置された磁気材料４ａ、例えばフェライト棒を含み、この磁気材料の役割は、誘導コイル１によって発生される磁界を加熱すべき容器３に向かって収束させることにある。
【００２３】
誘導コイル１及びそのコイル支持体４によって形成されるアセンブリは、回りを囲む肩部を有する非磁性体材料、例えばアルミニウムから作られたトレイ５上に配置されており、その役割は、特に誘導コイル１に給電する下に配置された高周波電流発生器をシールドするために、誘導コイルの寄生磁界を最小にすることにある。
【００２４】
強制通気（矢印２０）は、誘導コイル１及びその支持体４を冷却するために、トレイ５の下に設けられている。
【００２５】
このタイプの誘導調理レンジにおいて、誘導コイル１及びその支持体４を、一般に２２０℃より低いそれらの構成要素と比較可能な温度に維持することが求められており、この温度は、誘導コイル１の導体の銅ストランドの電気的絶縁ニス及びコイル支持体４のプラスチック材料によって耐えることができる最高温度である。
【００２６】
熱交換は、一方においては望ましい効果であるが、容器３の壁からその内容物に向かって（矢印２１）、他方においては望ましくない効果であるが、上薬を塗ったセラミックからなる支持板２及び断熱材２ａを通して容器３の壁から誘導コイル１に向かって（矢印２２）、かつコイル支持体４を通して誘導コイル１から強制通気（矢印２０）によって冷却されるトレイ５に向かって（矢印２３）、２つの反対の方向に行なわれる。強制通気による熱放出のための効率の損失が存在する。
【００２７】
図２は、新規な誘導調理レンジ構造を示しており、ここでは誘導コイルとレンジの底部との間の熱交換を最小にし、かつ加熱すべき容器に向かって誘導コイルとレンジ頂部との間の熱交換を最適化することによって、この効率の損失は、減少されている。このことを行なうために、誘導コイルは、容器によって構成される負荷のものより高い温度に加熱されることを許容されており、かつ誘導コイルは、負荷によって冷却される。したがって誘導コイル内における損失のための熱は、レンジの効率に関係する。この時、誘導コイルは、標準的な電気的絶縁ニスによって許容される温度より高い４００℃の範囲の高い温度に達することができなければならない。このことは、使用した巻線が絶縁されていない単一導体巻線であり、高い周波数に対して寸法を決められており、したがってきわめて小さな寸法を有することの理由である。導体の体積の減少に関する別の利点は、誘導システムの熱慣性における大きな減少であり、したがって使用の最後における冷却の加速である。
【００２８】
図２は、上薬を塗ったセラミックから作られた支持板２上に配置された加熱すべき容器３を示している。
【００２９】
５００μｍの典型的な厚さを有する平らなパンケーキ・コイルの形の誘導コイル１’は、負荷への熱伝達を最適化するように、利用者に関して二次的な電気的絶縁を提供するほぼ２００μｍのわずかな厚さを有するマイカ・シート６によって、上薬を塗られたセラミック支持板２の下に配置されている。これは、それより厚い第２のマイカ・シート７上に配置してもよく、かつきわめて厚い（４ｍｍないし８ｍｍ）断熱コイル支持体４’上に配置してもよく、このコイル支持体は、一般に誘導コイルを励起する高周波電流の発生器が配置された下方へ熱が拡散することを防止する。さもなければこれは、第２のマイカ・シート中継の役割なしに、直接支持体４’上に直接配置される。この選択は、誘導子の構成に依存する。
【００３０】
前記のように、コイル支持体４’は、加熱すべき容器３に向かって誘導コイル１’によって発生された磁界を収束するために、底部によって位置決めされた磁気材料４ａ、例えばフェライト棒またはここでもプラストフェライト材料を装備しており、かつ誘導コイル１’及びその支持体４’によって形成されるユニット全体は、回りを囲む縁を有するトレイ５上に配置されている。このトレイ５は、非磁性材料、例えばアルミニウムから作られており、かつ誘導コイル１’により発生される寄生磁界を最小にする。
【００３１】
誘導コイル１’は、上薬を塗られたセラミック支持板２及び薄いマイカ板６によって熱接触している容器３の壁のものより高い動作温度を有し、かつコイル支持体４’は、レンジの底部に向かう熱の伝搬に抗する熱障壁であるので、熱交換は、基本的に加熱すべき容器及びその内容物に向かって（矢印２１及び２４）行なわれる。
【００３２】
レンジの下面の強制通気の必要性はなくなる。
【００３３】
通常の２２０℃ではなく４００℃の範囲の誘導コイルに対するさらに高い動作温度の許容は、著しく大きな損失の許容を可能にし、かつそれ故に８Ａ／ｍｍ² ではなく３０Ａ／ｍｍ² の範囲のさらに大きな電流密度の許容を可能にする。その結果、誘導コイルを構成する単一導体の断面積のきわめて大きな減少が生じ、かつそれ故に誘導コイルの価格の重要な減少に通じる材料の節約が生じる。誘導システムの通気の除去は、同様にユニット全体のコストを著しく減少することを可能にする。
【００３４】
誘導コイルは、ら旋を形成するように単一ストランド導体ストリップを平らに巻くことにより、あるいは銅またはアルミニウムのような非磁性導電材料のシートからこの同じ導体を切り出すことによって、種々の方法で製造することができる。
【００３５】
誘導コイルを、切り出しにより、例えば機械的または化学的な方法により製造しようとする場合、得られた部品は、５００μｍの厚さに対して１９０ｍｍの典型的な直径、巻かれた線材のほぼ１０ｍに相当する巻回数を有するので、取扱い困難である。この時、両側に取付けられた２つの耐熱性電気的絶縁シート６及び７によってサンドイッチを構成することは、有利である。このことを行なうために、切り出された導体のら旋は、第１に巻回の間の空間を充填するために耐熱性電気的絶縁コンパウンドによって被覆され、かつそれからマイカ・シートであることができる２つの耐熱性電気的絶縁シートの間に挿入され、プレスされ、かつ熱処理を受け、それにより電気的絶縁シートとともに、これらは、コンパクトなアセンブリを形成するようにする。熱処理の後に、巻回の間の空間を充填する電気的絶縁コンパウンドは、誘導コイルの異なった巻回の間の電気的絶縁体として作用する。隣接する２つの巻回の間のこの電気的絶縁は、温度サイクルの間のその膨張によるら旋を形成する導体ストリップのシフトのために必要になる。その上、導体ストリップ、及び誘導コイルの上側及び下側表面を電気的に絶縁するマイカ・シートは、完全にこれら動作温度に耐えることができるとはいえ、所定の動作温度を越えないことが必要になるので、この現象は、相対的な強制の源である。この時、これら温度を検出し、かつこれらを超過することを防止するために誘導コイルの励起電流を制限することが必要である。温度検出は、標準的な周知の装置によって行なうことができる。しかしながらコイルの幾何学的構造に作用することによって温度サイクルの間の導体ストリップの隣接する巻回の間のシフトを制限することが可能である。なぜならそれぞれの基本的なコイルの単位長さを減少することによって単一導体ストリップの巻回の間のシフトを最小にするように、レンジの表面に分配された円またはその他の形を有する複数の小さなコイルの直列、並列または直列並列の組合せによって誘導コイルを作ることが可能だからである。切り出し操作の価値も、巻線によっては得ることができないコイルの複雑な幾何学的な形を得ることを可能にすることにある。したがって例えば誘導ら旋と放射される妨害を減少するために使われる逆巻回とを同時に切り出すことを考慮することが可能である。
【００３６】
図３は、特定の形のコイルを示しており、ここでは平らな配置の単一導体ストリップは、レンジの表面を分割する４つの円セクタを占有する４つの基本ら旋巻線３０、３１、３２及び３３を形成している。したがってそれぞれの基本コイルは、コイルの合計の１／４より短い単位長さを有する。このことは、それが、温度サイクル中は、単一の巻線であった場合よりもずっと小さい隣接巻回間のシフトの現象の場所であることを意味している。誘導コイルのパンケーキの平面の外部における相互接続を減少するために、基本巻線は、図示したようなレンジの中心において、またはレンジの周辺において、その外部巻回により２つずつ直列接続されている。さらに基本巻線は、図示したように基本巻線３０と３１または３２と３３に関して異なった巻線方向を持っていてもよく、または同じ巻線方向を持っていてもよいことに注意する。
【００３７】
今説明した誘導調理レンジの新規な構造の無視できない価値は、誘導コイルと負荷の間に習慣的に使われる熱スクリーンを除去することによって、誘導コイルを加熱すべき容器によって形成される負荷の近くに移すようにする。それ故に高周波において負荷によって誘導コイルに戻される抵抗の減少が存在する。このことは、誘導コイルにおけるアンペアターン及び使用すべき導体材料の減少に通じる。したがって装置によって発生される磁気漏洩及びそれ故に電磁妨害も、最小にされる。この装置は、小さな直径の容器のための電力の制限を必要とし、かつさらに一般的に述べれば、コイルの直径より小さな直径を有する容器のための電力の制限を必要とする。この電力の減少は、大多数の誘導加熱装置において当然でありかつ論理的である。カバーされない巻回は、この時、さらに冷却困難なので、小さな直径の負荷の存在するところで電力を、したがって温度を低下する必要性から、冷却すべき巻回に面する負荷が存在するようにすることは、コイルが負荷によって冷却されるようにする場合、この装置において重要であり、必要である。この構想も、有利に負荷に自己整合する誘導子の構想に関連付けることができる（特許：１９９３年５月７日付けのフランス国特許第２ ６７２ ７６３号明細書、１９９４年８月２４日付けのヨーロッパ特許第０ ４９８ ７３５号明細書、及び１９９４年１２月９日付けのフランス国特許出願第９４ １４８１８号明細書）。この構想は、この技術にきわめて容易に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】誘導調理レンジの従来の構造を示す断面図である。
【図２】本発明による誘導調理レンジの構造を示す断面図である。
【図３】本発明による誘導調理レンジの誘導コイルの平らな単一導体ストリップによって形成される模範的なパターンを示す正面図である。
【符号の説明】
１ 誘導コイル
２ 板
３ 容器
４ コイル支持体
５ トレイ
６、７ マイカ・シート
１０ コイル巻回

Claims (13)

1. フェライト材料からなる加熱すべき容器を収容するように構成されたセラミック材料からなる上側板と、コイル支持体上において上側板の下に配置されかつ高周波電流発生器によって励起される単一導体誘導コイルとが設けられており、
   前記単一導体誘導コイルが、耐熱電気的絶縁体からなる熱伝導シートによって上側板から分離されかつ平らなうず巻き状に巻かれた平らな導体ストリップからなり、さらに該単一導体誘導コイルが、耐熱電気的絶縁体からなる断熱シートである第２のシートによってコイル支持体から分離されることを特徴とする誘導調理レンジ。
2. 誘導コイルの平らな導体ストリップが、銅から構成されその断面積は３０Ａ／ｍｍ^２のオーダの電流密度に対応することを特徴とする、請求項１に記載のレンジ。
3. 誘導コイルの平らな導体ストリップが、アルミニウムから作られていることを特徴とする、請求項１に記載のレンジ。
4. 誘導コイルが、平らな単一導体ストリップの平らなうず巻き状巻線によって得られることを特徴とする、請求項１に記載のレンジ。
5. 誘導コイルが、非磁性の導電材料のシートから平らなうず巻き状導体を切り出すことによって得られることを特徴とする、請求項１に記載のレンジ。
6. 電気的絶縁体のシートの間に挿入された誘導コイルが、コンパクトな容易に取扱うことができるアセンブリを形成していることを特徴とする、請求項１に記載のレンジ。
7. 誘導コイルが、耐熱性の電気的絶縁コンパウンドによって被覆され、２つの電気的絶縁シートの間に挿入されてそれらの間でプレスされ、熱処理を受けて前記電気的絶縁シートと共に積層構造を形成することを特徴とする、請求項６に記載のレンジ。
8. 誘導コイルが、調理レンジの表面に分散されかつ所定の単位長さを有する複数の平らな基本コイルの直列、並列または直列並列の組合せによって構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のレンジ。
9. 前記平らな基本コイルが、それらの外部巻回によって２つずつ直列に接続されていることを特徴とする、請求項８に記載のレンジ。
10. 誘導コイルと上側板との間に挿入された電気的絶縁体の熱伝導シートが、厚さがほぼ２００μｍのマイカの薄いシートであることを特徴とする、請求項１に記載のレンジ。
11. 誘導コイルとコイル支持体との間に挿入された電気的絶縁体の断熱シートが、厚さが４ｍｍから８ｍｍの間のマイカの厚いシートであることを特徴とする、請求項１に記載のレンジ。
12. 誘導コイルの前記支持体が、ガラス繊維ベースの材料であることを特徴とする、請求項１に記載のレンジ。
13. 容器の直径がコイルの直径より小さい場合に電力を制限するための装置を装備することを特徴とする、請求項１に記載のレンジ。

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