JP5271810B2

JP5271810B2 - 電磁誘導加熱装置

Info

Publication number: JP5271810B2
Application number: JP2009129790A
Authority: JP
Inventors: 浩幸庄司; 純平宇留野; 雅之磯貝; 博大友
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2009-05-29
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2029-05-29
Also published as: JP2010277866A

Description

本発明は、被加熱物に対し所望の電力を効率良く供給して誘導加熱を行う電磁誘導加熱装置に関するものである。

近年、火を使わずに鍋などの被加熱物を加熱する電磁誘導加熱装置が広く用いられるようになってきている。電磁誘導加熱装置は、加熱コイルに高周波電流を流し、加熱コイルに近接して配置された金属製の被加熱物に渦電流を発生させ、被加熱物自体の電気抵抗により発熱させる。一般に、被加熱物が磁性体で固有抵抗が大きい鉄は加熱し易く、非磁性体で低抵抗の銅やアルミニウムなどは加熱し難い。

従来の電磁誘導加熱装置は、同心円状に巻かれた加熱コイルと、その上面にトッププレートを配置し、加熱コイルの下面にはフェライトなどの強磁性体を配置する。加熱コイルが発生する磁束は、トッププレート上に置かれた金属製の被加熱物と強磁性体を通り、加熱コイルと被加熱物が磁気的に結合され加熱される。

しかし、このような構成では、加熱コイルと被加熱物との磁気的結合が弱く、特に、アルミニウムなどの非磁性の被加熱物では、透磁率が非常に小さいため、十分な結合が得られない。

このような問題を解決する従来技術として、特許文献１に開示されるように、強磁性体に溝を設け、加熱コイルを強磁性体の溝内に配置し、被加熱物に磁束を導く磁路を構成する方法がある。

特開平４−２８４３８９号公報

特許文献１では、加熱コイルと被加熱物との間の磁気結合を上げるために被加熱物に磁束を導く磁路を構成しているが、磁束はトッププレートを介して被加熱物を通ることになるため、磁気結合を上げる方法としては限界がある。

本発明は、上記の課題に対処し、加熱コイルと被加熱物との間の磁気結合を上げ、加熱効率の高い電磁誘導加熱装置を提供することである。

本発明の望ましい実施態様においては、被加熱物を載置する非金属製のトッププレートと、リッツ線を同心円状に巻回した構造であり、前記被加熱物を誘導加熱する内側の加熱コイルおよび外側の加熱コイルと、前記内側の加熱コイルの下面に放射状に略均等角度で配置され、前記内側の加熱コイルが発生する磁束を前記被加熱物に導く内側のＵ字形磁性体と、前記外側の加熱コイルの下面に放射状に略均等角度で配置され、前記外側の加熱コイルが発生する磁束を前記被加熱物に導く外側のＵ字形磁性体と、前記内側および外側の加熱コイルに高周波交流電圧を供給するインバータと、を備えた電磁誘導加熱装置において、前記内側のＵ字形磁性体の外側立ち上がり部と前記外側のＵ字形磁性体の内側立ち上がり部が前記加熱コイルの中心から略同距離となるように配置され、前記内側および前記外側のＵ字形磁性体の立ち上がり部の上方のトッププレートには、前記加熱コイルが発生する磁束を前記被加熱物に導く磁性体が埋め込まれていることを特徴とする。

本発明の望ましい実施態様によれば、加熱コイルと被加熱物との間の磁気結合を上げ、被加熱物に対し所望の電力を効率良く供給することができる。本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施形態の中で明らかにする。

実施例１の電磁誘導加熱装置におけるトッププレートの平面図と加熱コイルを含む断面図である。実施例１の電磁誘導加熱装置における加熱コイルの平面図と断面斜傾図である。実施例２の電磁誘導加熱装置におけるトッププレートの平面図と加熱コイルを含む断面図である。実施例１の電磁誘導加熱装置の概観図である。実施例１の電磁誘導加熱装置における回路ブロック図である。実施例３の電磁誘導加熱装置におけるトッププレートの平面図と加熱コイルを含む断面図である。実施例３の加熱コイルの平面図と断面斜傾図である。

以下に、図面を参照して、本発明の望ましい実施形態を説明する。

図４は実施例１の電磁誘導加熱装置の概観図である。図４において、トッププレート９０内の手前には上面操作部１と上面表示部２が配置されおり、上面表示部２の奥には左右２箇所に鍋置部３，４が配置されている。また、トッププレート９０内の奥側中央には、鍋置部３，４より一回り小さい鍋置部５が配置されている。各鍋置部のトッププレートには後述する磁性体が埋め込まれており、各鍋置部の下面に加熱コイル１１が配置されている。電磁誘導加熱装置の正面右下には操作パネル６が配置されており、その左側にはオーブン７が配置されている。

図５は実施例１の電磁誘導加熱装置の回路ブロック図である。図５において、商用交流電源８の電力をインバータ９によって高周波交流電力に変換し、加熱コイル１１に高周波電流を流す。メイン制御部１０は上面操作部１から与えられた火力指令値に従い、インバータ９を制御する。インバータ９およびメイン制御部１０は、図４に示す操作パネル６の奥側に実装される。

図１は実施例１の電磁誘導加熱装置におけるトッププレート９０の平面図と、平面図上に示したａｂ間の断面図である。断面図にはトッププレート９０の他に図２に示す加熱コイル１１および鍋（被加熱物１００）も合わせて示す。ここで、図２は加熱コイル１１の平面図と、平面図上に示したａｂ間における加熱コイル１１の断面斜傾図である。図１を説明する前に、図２の加熱コイル１１について説明する。

図２において、加熱コイル１１は高周波抵抗の低いリッツ線を同心円状に巻回した構造であり、下図では半月状の塊として表している。その加熱コイル１１の下面にはコイル中心から同じ角度毎に放射状に配置されたＵ字状の磁性体５１を設けている。各々のＵ字状の磁性体５１は、加熱コイルの内周に面する内側立ち上がり部分と、加熱コイルの外周に面する外側立ち上がり部分と、内側立ち上がり部分の下端と外側立ち上がり部分の下端を加熱コイルの下方で連結する水平部と、で構成されている。ここでは、磁性体５１ａ〜５１ｌの１２本を３０度毎に配置している。これらの磁性体５１は加熱コイル１１の下面と側面方向に対する漏れ磁界を抑制し、加熱コイル１１の上面方向、即ち被加熱物１００へ磁束２０を誘導する。

次に、図１の断面図において、加熱コイル１１の上面にはトッププレート９０が配置されており、トッププレート９０には図１の平面図に示すように内周側の磁性体６１ａ〜６１ｌと、外周側の磁性体８１ａ〜８１ｌが放射状に配置形成されている。ここで、磁性体６１ａ〜６１ｌはＵ字状の磁性体５１ａ〜５１ｌの内側立ち上がり部分の上方に位置している。また、磁性体８１ａ〜８１ｌは磁性体５１ａ〜５１ｌの外側立ち上がり部分の上方に位置している。これにより、加熱コイル１１がつくる磁束２０は、トッププレート９０内に形成された磁性体６１ａ〜６１ｌ及び８１ａ〜８１ｌによって被加熱物１００に導かれる。

このように、本発明は、トッププレートの一部に磁性体を設けることにより、磁束が通過する磁路の磁気抵抗を低減することができる。従って、加熱コイルと被加熱物との磁気結合を上げることが可能であり、加熱コイルがつくる磁束を有効に鍋に導き、磁束の漏れを低減することで、加熱効率を向上することができる。従って、複数の鍋置部がある場合においても、磁束の漏れによる各加熱コイル間の干渉を抑制する効果もある。

ここで、磁性体６１ａ〜６１ｌ及び８１ａ〜８１ｌは、直接被加熱物１００に接触しないように、トッププレート９０の表面とこれら磁性体との間には隙間ｔを設けることが望ましい。これによりトッププレート９０の上面を平坦に保てるので、上面の清掃が容易となる。一方、磁性体６１ａ〜６１ｌ及び８１ａ〜８１ｌと磁性体５１ａ〜５１ｌとの間は、可能な限り隙間を無くした方が良く、磁性体５１と磁性体６１，８１を一体化した構成としても良い。これにより、磁束の漏れを更に低減でき、加熱効率をさらに高めることができる。

なお、トッププレートの材質は、ガラスや樹脂などの非金属であれば良く、ガラスの場合には、酸化テルビウムを添加することによりトッププレートの一部を磁性ガラスとして形成することが可能である。また、樹脂の場合には、磁性体と合わせて一体成形する方法がある。

次に、実施例２の電磁誘導加熱装置について説明する。実施例１の電磁誘導加熱装置と同等の部分については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図３は実施例２の電磁誘導加熱装置におけるトッププレート９０の平面図と、平面図上に示したａｂ間の断面図である。断面図にはトッププレート９０の他に図２に示した加熱コイル１１および被加熱物１００も合わせて示す。図３において、加熱コイル１１はリッツ線が巻回された塊として長方形で表している。実施例１と異なる点は、トッププレート９０には円状の磁性体６２と、円状の磁性体８２が同心円状に形成されている点である。ここで、内周側に設けられた磁性体６２は磁性体５１ａ〜５１ｌの内側立ち上がり部分の上方に位置している。また、外周側に設けられた磁性体８２は磁性体５１ａ〜５１ｌの外側立ち上がり部分の上方に位置している。これにより、加熱コイル１１がつくる磁束２０は、トッププレート９０内に形成された円状の磁性体６２及び８２によって被加熱物１００に確実に導かれる。

このように、実施例２の電磁誘導加熱装置によれば、実施例１の電磁誘導加熱装置により得られる効果に加え、加熱コイル１１がコイル中心を軸として回転方向にずれた場合においても、加熱コイル１１がつくる磁束２０を、トッププレート９０内に形成した円状の磁性体６２及び８２によって確実に被加熱物１００に導くことができる。

図６は実施例３の電磁誘導加熱装置におけるトッププレート９０の平面図と、平面図上に示したａｂ間の断面図である。断面図にはトッププレート９０の他に図７に示す加熱コイル１１，１４および被加熱物１００も合わせて示す。ここで、図７は加熱コイルの平面図と、平面図上に示したａｂ間の断面斜傾図である。図６を説明する前に、図７の加熱コイルについて説明する。

図７は内側の加熱コイル１１と外側の加熱コイル１４を備えており、その加熱コイル１１，１４の下面にはコイル中心から同じ角度毎に放射状に配置されたＵ字の磁性体を設けている。ここでは、加熱コイル１１の下面には磁性体５１ａ〜５１ｌの１２本を３０度毎に配置し、加熱コイル１４の下面には磁性体７１ａ〜７１ｌの１２本を３０度毎に配置している。本実施例では、内側の磁性体５１ａ〜５１ｌを３０度の角度毎に配置し、外側の磁性体７１ａ〜７１ｌを内側の磁性体５１ａ〜５１ｌに対し１５度ずらして配置している。これにより、磁性体５１ａ〜５１ｌの外側立ち上がり部分と磁性体７１ａ〜７１ｌの内側立ち上がり部分がコイル中心からほぼ同じ距離ｒの位置となり、加熱コイル１１と加熱コイル１４の隙間を狭くし、限られたスペースにより多くの巻数を確保することができる。

次に、図６の断面図において、加熱コイル１１，１４の上面にはトッププレート９０が配置されており、トッププレート９０には図６の平面図に示すように円状の磁性体６２，７２，８２が形成されている。ここで、磁性体６２は磁性体５１ａ〜５１ｌの内側立ち上がり部分の上方に位置している。磁性体７２は磁性体５１ａ〜５１ｌの外側立ち上がり部分と磁性体７１ａ〜７１ｌの内側立ち上がり部分の上方に位置している。磁性体８２は磁性体７１ａ〜７１ｌの外側立ち上がり部分の上方に位置している。これにより、加熱コイル１１がつくる磁束は、トッププレート９０内に形成された円状の磁性体６２及び７２によって被加熱物１００に導かれ、加熱コイル１４がつくる磁束は、トッププレート９０内に形成された円状の磁性体７２及び８２によって被加熱物１００に導かれる。

このように、実施例３の電磁誘導加熱装置によれば、実施例１の電磁誘導加熱装置により得られる効果に加え、２つの加熱コイル１１，１４によって加熱を行う場合においても、加熱コイル１１，１４がつくる磁束を、トッププレート９０内に形成した円状の磁性体６２，７２，８２によって確実に被加熱物１００に導くことができる。

１上面操作部
２上面表示部
３〜５鍋置部
６操作パネル
７オーブン
８商用交流電源
９インバータ
１０メイン制御部
１１，１４加熱コイル
２０磁束
５１，６１，６２，７１，７２，８１，８２磁性体
９０トッププレート
１００被加熱物

Claims

被加熱物を載置する非金属製のトッププレートと、
リッツ線を同心円状に巻回した構造であり、前記被加熱物を誘導加熱する内側の加熱コイルおよび外側の加熱コイルと、
前記内側の加熱コイルの下面に放射状に略均等角度で配置され、前記内側の加熱コイルが発生する磁束を前記被加熱物に導く内側のＵ字形磁性体と、
前記外側の加熱コイルの下面に放射状に略均等角度で配置され、前記外側の加熱コイルが発生する磁束を前記被加熱物に導く外側のＵ字形磁性体と、
前記内側および外側の加熱コイルに高周波交流電圧を供給するインバータと、
を備えた電磁誘導加熱装置において、
前記内側のＵ字形磁性体の外側立ち上がり部と前記外側のＵ字形磁性体の内側立ち上がり部が前記加熱コイルの中心から略同距離となるように配置され、
前記内側および前記外側のＵ字形磁性体の立ち上がり部の上方のトッププレートには、前記加熱コイルが発生する磁束を前記被加熱物に導く磁性体が埋め込まれていることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
請求項１に記載の電磁誘導加熱装置において、
前記内側と前記外側のＵ字形磁性体は略均等角度ずらして交互に配置されていることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
請求項１に記載の電磁誘導加熱装置において、
前記トッププレートに埋め込まれた磁性体は、同心円状に配置されていることを特徴とする電磁誘導加熱装置。