JPH04284389A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は誘導加熱装置に関するも
ので、特に加熱コイルの磁気回路構成に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属性鍋の加熱用として、様々な
誘導加熱装置が開発されてきた。

【０００３】図４に従来の誘導加熱装置の回路構成を示
す。図４において、商用電源１をダイオードブリッジ２
で整流、平滑コンデンサ３で平滑し、単方向電源４を構
成している。単方向電源４は、共振コンデンサ５、スイ
ッチング素子６などからなるインバータ回路７に接続さ
れている。インバータ回路７で単方向電源４の出力を高
周波電源の出力に変換し、加熱コイル８に供給する。加
熱コイル８は、高周波による表皮効果のための損失を低
減するためリッツ線で構成され円盤状に巻かれている。 加熱コイル８から金属性の鍋などの被加熱物９に高周波
磁束を供給し、金属中にうず電流を発生させる。この渦
電流によりジュール熱が発生し、被加熱物９は加熱され
る。

【０００４】図５に、従来の誘導加熱装置の加熱コイル
部の断面図を示す。図５において加熱コイル８は平板状
にリッツ線の導線を巻く構成とし、その上面に金属性被
加熱物９が設置される。加熱コイル８と被加熱物９の間
には、セラミック性のトッププレート１０がある。この
トッププレート１０は、絶縁と加熱コイルの保護を兼ね
ている。ここで、強磁性体のフェライト１１を加熱コイ
ル８の下面に配置し、加熱コイル８のつくる磁束の漏れ
を防止している。すなわち、加熱コイル８に高周波電流
を流すことによりつくりだした高周波磁束は、金属性被
加熱物９とフェライト１１により構成される磁気回路１
２を通って閉ループをつくる。

【０００５】図６に、従来の誘導加熱装置の加熱コイル
と被加熱物の等価回路を示す。加熱コイルに生じた磁束
の一部は漏洩磁束となるので、金属性被加熱物と加熱コ
イルは漏洩型のトランスで結合した負荷として、等価回
路に示される。

【０００６】すなわち、加熱コイル８のインダクタンス
成分がＬであり、加熱コイル８と被加熱物との磁気的結
合係数がＫであり、被加熱物の抵抗成分がＲとして、表
現できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
成のものでは、被加熱物である金属性鍋９と、加熱コイ
ル８の磁気的結合が小さいという課題があった。特に、
アルミニウムなどの非磁性体金属の被加熱物では、透磁
率が非常に小さいため、十分な結合が得られなかった。 このため、より高い周波数でインバータ回路を動作させ
る必要があるが、この場合スイッチング素子の損失が大
きくなり装置の効率が低下するという課題があった。

【０００８】本発明は加熱コイル８と鍋などの被加熱物
金属９との間の磁気結合を高くし、加熱効率の高い誘導
加熱装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、前記高周波電源回路の出力を受け金属性
被加熱物を誘導加熱するための高周波磁束をつくる平板
状の加熱コイルと、前記加熱コイルのつくる磁束を導く
複数の溝をもつ強磁性体とからなり、前記加熱コイルの
導線を前記強磁性体の溝内に配置し、前記加熱コイルに
より発生する磁束を複数に分割して、金属性被加熱物に
導く磁路を構成したものである。

【００１０】

【作用】本発明の誘導加熱装置は、平板状をした加熱コ
イルの導線を強磁性体の溝に配置している。磁束は強磁
性体で導かれ、金属性被加熱物に誘導起電力を発生させ
る。これにより、うず電流が生じ、ジュール損により誘
導加熱がおこなわれる。

【００１１】この際、加熱コイルの巻線のつくる磁束は
、強磁性体により複数に分割されて、金属性被加熱物に
供給される。各磁路毎に負荷が接続される構成となるの
で、加熱コイルと被加熱物との間の磁気結合が高くなる
。特に、アルミニウムなどの誘導加熱にとって小さい負
荷の場合は、負荷が直列に接続され大きくなる回路構成
のためインピーダンスが大きくなる。このため、電源出
力インピーダンスと負荷インピーダンスの整合がとりや
すく、加熱効率が高くなる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図３を参照
して説明する。

【００１３】図１は本発明の誘導加熱装置の加熱コイル
部の断面図を示す。図１において、加熱コイル１３はエ
ナメル被覆された導線を束ねたリッツ線を用いている。 これは、高周波による表皮効果のため、導線の損失が大
きくなり発熱するのを防いでいる。加熱コイル１３の下
面には、強磁性体のフェライト１４が設置されている。 このフェライト１４は、加熱コイル１３のつくる磁束を
金属性被加熱物１５に効率よく導くための磁気回路１６
ａ，１６ｂを構成する。フェライト１４は複数の溝をも
つ形状で、その各溝部１４ａ，１４ｂに加熱コイル１３
の導線が巻かれてあり、直列に接続している。磁気回路
１６ａ，１６ｂはフェライト１４と金属性被加熱物１５
により構成され、磁束を被加熱物１５に供給している。 加熱コイル１３と被加熱物１５との間には、セラミック
性のトッププレート１７が設置され、加熱コイル１３の
絶縁および保護をしている。

【００１４】図２に、加熱コイルの斜視図を示す。図２
において、複数のフェライト１４を加熱コイル１３の導
線に垂直な方向に間隔をおいて配置し、磁気回路を構成
している。加熱コイル１３とフェライト１４は、シリコ
ン樹脂により接着され、一体化されている。

【００１５】図３に、本発明の誘導加熱装置の金属性被
加熱物負荷の等価回路図を示す。図３において、Ｌ１，
Ｌ２は加熱コイルのインダクタンスである。Ｒ１，Ｒ２
は金属性被加熱物の抵抗成分である。加熱コイルと金属
性被加熱物はトランス結合で、等価回路に置き換えてお
り、それぞれの結合係数はＫ１，Ｋ２である。加熱コイ
ルのインダクタンスＬ１，Ｌ２は、それぞれのつくる磁
束は、別々の磁路を通り金属性被加熱物に供給されるの
で、発熱抵抗成分Ｒ１，Ｒ２は等価的に直列接続される
。このとき、加熱コイルのインダクタンスＬ１，Ｌ２に
よって、誘起される金属性負荷の発熱のトータル値は磁
路を分割する前に比較して大きくなる。なぜなら、イン
ダクタンスＬ１，Ｌ２が同一の値を持つときに、発熱電
力が最低になるが、本発明の構成ではＬ１，Ｌ２の値が
異なるからである。

【００１６】従来、一般的に誘導加熱に使用される周波
数は数十キロＨｚである。アルミニウムのように透磁率
の小さい金属は表皮深さが大きく、高周波磁束が透過し
やすい。このため、鉄などの強磁性体に比較して発熱抵
抗成分が小さいので、高周波磁束によるうず電流がほと
んど発生しない。これを補うためには、より高い周波数
でインバータ回路を動作させる必要があるが、インバー
タ回路の半導体スイッチング素子の損失が増加し、効率
を低下させていた。

【００１７】本実施例では、加熱コイルと金属性被加熱
物のつくる磁気回路を複数に分割することで、実質的な
発熱抵抗成分を大きくしている。そのため、アルミニウ
ムなどの軽負荷金属の加熱効率が向上する。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明の誘導加熱装置では
次の効果が得られる。 （１）加熱コイルを強磁性体の溝に配置し、磁束を複数
に分割して、金属性被加熱物に導くため、加熱コイルと
被加熱物との磁気結合が大きくなり、加熱効率の高い誘
導加熱装置を実現できる。 （２）磁気回路を複数並列に接続した構成で、実質的な
発熱抵抗成分を大きくするため、透磁率の小さい金属で
も加熱可能な誘導加熱装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における誘導加熱装置の加熱
コイル部の断面図

【図２】同装置の加熱コイル部の斜視図

【図３】同装置
の負荷等価回路図

【図４】従来の誘導加熱装置の回路図

【図５】従来の誘導加熱装置の加熱コイル部の断面図

【
図６】従来の同装置の加熱コイル部の斜視図

【符号の説明】

１３　　加熱コイル １４　　強磁性体 １４ａ，１４ｂ　　溝 １５　　金属性被加熱物 １６　　磁路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高周波電源回路と、前記高周波電源回路の
   出力を受け高周波磁束をつくる平板状の加熱コイルと、
   前記加熱コイルのつくる磁束を導く強磁性体とからなり
   、前記強磁性体に複数の溝を設け、前記加熱コイルの導
   線を前記強磁性体の溝内に配置し、前記加熱コイルによ
   り発生する磁束を複数に分割して、金属性被加熱物に導
   く磁路を構成した誘導加熱装置。