JP7015402B2

JP7015402B2 - 電磁誘導加熱装置

Info

Publication number: JP7015402B2
Application number: JP2021000807A
Authority: JP
Inventors: 史宏佐藤; 純平宇留野; 光輝川村
Original assignee: Hitachi Global Life Solutions Inc
Current assignee: Hitachi Global Life Solutions Inc
Priority date: 2021-01-06
Filing date: 2021-01-06
Publication date: 2022-02-02
Anticipated expiration: 2037-06-09
Also published as: JP2021052021A

Description

本発明は、金属製鍋を誘導加熱する電磁誘導加熱装置に関する。

電磁誘導加熱調理器は、トッププレートに金属製鍋などの負荷が載置された場合、高周波インバータから加熱コイルに高周波電流を流し、コイルに近接して配置された金属製鍋に渦電流を発生させ、金属製鍋自体の電気抵抗により発熱させるものである。

この電磁誘導加熱調理器では、加熱コイルから生じる磁束が外部に漏洩すると、放射される雑音の磁界強度の増大や制御回路の誤動作等の原因となるため、漏洩磁束対策として加熱コイル周囲に電磁シールド用導電部材として環状導電体を設けている。

例えば、特許文献１の要約書には、複数のシールド電線（電磁シールド用導電部材）を横並びに配置する場合に、外側のシールド電線を内側のシールド電線より導体断面積が小さいものを使用し、また、内側のシールド電線よりも外側のシールド電線の上面を低く配設することにより、加熱コイルの上面への風通しを良化する誘導加熱装置が開示されている。

特開２００２－９３５６１号公報

上述した特許文献１でも、外部への漏洩磁界を低減できるが、次に掲げる問題がある。

特許文献１では、複数ある電磁シールド用導電部材（シールド電線）が加熱コイルに対して横並びに配置されている。この場合、加熱コイルから距離が遠くなるに従い加熱コイルから生じた磁束は減衰することから、加熱コイルと導電部材の間の距離が遠くなるにつれてシールド効果が低減していく。そのため、電磁シールド用導電部材を同心円状に複数配置する構成では、外周側の電磁シールド用導電部材では、十分なシールド効果が得られないという問題がある。

そこで、本発明では、複数の電磁シールド用導電部材を効果的に配置することで、十分なシールド効果を得つつ、特許文献１と同様に、加熱コイルの十分な冷却も実現できる電磁誘導加熱装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の電磁誘導加熱装置は、被加熱物を加熱する加熱コイルと、該加熱コイルの外周側面に対向配置され、該加熱コイルから生じる磁束を前記被加熱物に導く磁性体と、該磁性体より外側で前記加熱コイルの外周側面を囲む第一環状導電体を備え、該第一環状導電体は、前記磁性体との対向部に、周方向に延び、四方が囲まれたスリットを有するものとした。

本発明によれば、電磁シールド用導電部材によるシールド効果を高め、漏洩磁界が少ない電磁誘導加熱装置を提供することができる。

電磁誘導加熱装置の基本構成図比較例の電磁シールド用導電部材に流れる電流の模式図比較例の電磁シールド用導電部材に流れる電流ベクトル図実施例１の電磁シールド用導電部材に流れる電流の模式図実施例１の電磁シールド用導電部材に流れる電流ベクトル図実施例１の電磁誘導加熱装置の加熱コイルの変形例実施例２の電磁誘導加熱装置の加熱コイルの斜視図実施例３の電磁誘導加熱装置の加熱コイルの斜視図

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１の電磁誘導加熱装置の基本構成図である。この電磁誘導加熱装置は、トッププレート６に載置された被加熱物５（金属製鍋等）を誘導加熱するものであり、その内部に、加熱コイル１と、加熱コイル１から生じた磁束を被加熱物５に導く磁性体２と、加熱コイル１の外周側面を取り囲む電磁シールド用導電部材である環状導電体３を備える。加熱コイル１には、インバータ４から高周波交流電流が供給され、交流電流により加熱コイル１から磁界が発生し、被加熱物５が誘導加熱される。

まず、図２を用いて、一般的な環状導電体３０を用いた、本実施例の比較例を説明する。図２上の斜視図に示すように、比較例の加熱コイル１は、内側巻線１ａと外側巻線１ｂで構成されており、これらからなる加熱コイル１から生じた磁束は、加熱コイル１の下面および外周側面に対向配置された断面略Ｌ字状の磁性体２を通って被加熱物５と鎖交する。磁束が磁性体２を通過する際、加熱コイル１外部への漏洩磁束を低減するために、磁性体２の外側には、加熱コイルの外周側面を囲むように環状導電体３０が配置されている。
なお、比較例の環状導電体３０は、一体構成のものである。

図２下の拡大図は、図２上の点線部を拡大したものであり、環状導電体３０の電流分布を模式的に示したものである。ここに示す様に、比較例の環状導電体３０に流れる主電流Ｉ_Ａは、加熱コイル１から発生した磁束を打ち消す方向に流れ、外部に漏洩する磁束を低減させている。しかしながら、磁性体２の外周側面との対向部においては、環状導電体３０に鎖交する磁束が強いことから、対向部にのみループ電流Ｉ_Ｂが生じる。これにより、主電流Ｉ_Ａと局所的な磁束集中により誘起されるループ電流Ｉ_Ｂの合成電流が環状導電体３０に流れていた。

図３に比較例の環状導電体３０の電流ベクトル図を示す。ループ電流Ｉ_Ｂは、環状導電体３０の上部で主電流Ｉ_Ａと同方向に流れ、下部で主電流Ｉ_Ａと逆方向に流れるため、比較例の磁性体２の対向部付近では、環状導電体３０の上部の電流ベクトル密度が高く、下部で低くなり、上部に電流が集中していることが確認できる。これにより、環状導電体３０の交流的なインピーダンスが増加するため、環状導電体３０に流れる電流が減り、シールド効果が劣化し、外部への漏洩磁束が増加する。

次に、図４を用いて、二分割した環状導電体３１を用いた、本実施例を説明する。なお、比較例と共通する点は重複説明を省略する。図４上の斜視図に示すように、本実施例の環状導電体３１は、上側導電部材３１ａと下側導電部材３１ｂに二分割されており、両者は空隙を隔てて積層配置されている。なお、両者の間には図示しない樹脂製のスペーサが設けられており、空隙を所定の寸法に維持することができるようになっている。

図４下の拡大図は、図４上の点線部を拡大したものであり、上側導電部材３１ａと下側導電部材３１ｂの電流分布を模式的に示したものである。ここに示す様に、環状導電体３を分割することで、個々の導電部の断面積が縮小され、個々のループ電流Ｉ_Ｂが減少する。比較例では導電部の断面積が大きく、比較的大きなループ電流Ｉ_Ｂが生じるため、環状導電体３０上部での電流集中が発生しているが、本実施例では、個々のループ電流Ｉ_Ｂが減少するため、各導電部の上部での電流集中を抑制することが可能となる。なお、図４では、上側導電部材３１ａと下側導電部材３１ｂを同形状としているが、上側導電部材３１ａの断面積を、下側導電部材３１ｂの断面積より小さくすることで、上側導電部材３１ａの上部での電力集中を更に抑制しても良い。

図５に本実施例の環状導電体３１の電流ベクトル図を示す。ここに示す様に、環状導電体３１を上側導電部材３１ａと下側導電部材３１ｂに分割することで、特に磁性体２の対向部付近での電流集中が抑制されている。従って、単一部品で構成されていた比較例の環状導電体３０に比べ、電流が流れる実効的な断面積が増大する。これにより、環状導電体の交流的なインピーダンスが低減するため、環状導電体３１に流れる電流が比較例よりも増え、シールド効果が強化され、外部へ漏洩される磁束が低減する。
（変形例）
次に、図６の斜視図を用いて、三分割した環状導電体３２を用いた、本実施例の変形例を説明する。なお、上述の構成と共通する点は重複説明を省略する。本変形例では、環状導電体３２を、上側導電部材３２ａ、中導電部材３２ｂ、下側導電部材３２ｃに三分割した構成を示す。この様に、環状導電体３を二分割以上しても同様の原理でシールド効果が強化されることは言うまでもない。

以上説明した様に、本実施例の環状導電体３１、３２を用いることで、加熱コイル外部に漏洩する磁束が低減する。また、環状導電体間の空隙から冷却風を供給することが可能となるため、比較例の構成に比べ、加熱コイル１の温度が低下し損失が低減するという効果も得られる。

次に、図７を用いて実施例２の環状導電体３３を説明する。なお、上述の構成と共通する点は重複説明を省略する。

ここに示すように、本実施例では、加熱コイル１、磁性体２の配置は実施例１と同様であるが、環状導電体３３の構造が異なっており、磁性体２との外側面と対向部に、磁性体２の外周部の長さよりも長いスリット７を有した一体構成のものとしている。

このようなスリット７を設けることにより、一体構成の環状導電体３３を用いる場合であっても、磁性体２の対向部に生じるループ電流Ｉ_Ｂを図４下のように分割することができるため、主電流Ｉ_Ａを比較例と同等に維持しつつ、ループ電流Ｉ_Ｂを低減させることが可能となる。本実施例では、磁性体２の対向部以外に関しては環状導電体３３の断面積を減少させる必要がないため、実施例１よりも電流が流れる実効的な断面積が増大するので、より大きなシールド効果を得ることができる。また、環状導電体３３を単一部品で構成しているため、実施例１に比べて組み立て性が向上する。

次に、図８を用いて実施例３の環状導電体３４を説明する。なお、上述の構成と共通する点は重複説明を省略する。

ここに示すように、本実施例では、加熱コイル１、磁性体２の配置は実施例１、２と同様であるが、環状導電体３４の構造が異なっており、上側導電部材３４ａと下側導電部材３４ｂに分割され、上側導電部材３４ａは、磁性体２との対向部にスリット７を有したものとしている。

実施例１の図５でも示した様に、環状導電体３を単純に二分割した場合、上側導電部材３１ａには、下側導電部材３１ｂよりも大きな電流が流れていることが分かる。そこで、本実施例では、上側導電部材３４ａに実施例２で説明したスリット７を設けることで、実施例１、実施例２各々の作用が組み合わさり、より大きなシールド効果を得ることができる。

以上説明した様に、本実施例の環状導電体３４を用いることで、加熱コイル外部に漏洩する磁束が、実施例１、２に比べて低減する。また、上側導電部材３４ａ、下側導電部材３４ｂ間の空隙や、上側導電部材３４ａに設けられたスリット７から冷却風を得ることが可能となるため、実施例１、２に記された加熱コイルに比べて加熱コイルの温度が低下し損失が低減するという効果も得られる。

１加熱コイル、
１ａ内側巻線、
１ｂ外側巻線、
２磁性体、
３、３０、３１、３２、３３、３４環状導電体、
４インバータ、
５被加熱物、
６トッププレート、
７スリット、
Ｉ_Ａ主電流、
Ｉ_Ｂループ電流

Claims

被加熱物を加熱する加熱コイルと、
該加熱コイルの外周側面に対向配置され、該加熱コイルから生じる磁束を前記被加熱物に導く磁性体と、
該磁性体より外側で前記加熱コイルの外周側面を囲む第一環状導電体を備え、
該第一環状導電体は、前記磁性体との対向部に、周方向に延び、四方が囲まれたスリットを有す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、
前記磁性体より外側で前記加熱コイルの外周側面を囲む第二環状導電体を備え、
前記第二環状導電体は前記第一環状導電体よりも下方に位置することを特徴とする電磁誘導加熱装置。
請求項１または請求項２に記載の電磁誘導加熱装置において、
前記スリットの周方向の長さは、前記磁性体の周方向の長さよりも長いことを特徴とする電磁誘導加熱装置。