JPH1055878A - 低周波電磁誘導加熱器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘導コイルの高温化を抑制して誘導コイルの
寿命の長い低周波電磁誘導加熱器を提供すること。 【解決手段】 導電性筒体３と、誘導コイル２と、湾曲
部を有する磁性鋼板を周方向に積層した円筒状鉄心１
と、内部に気液２相の熱媒体７を減圧封入し、端部に熱
交換部９を設け金属性パイプ６とを有し、前記円筒状鉄
心１に前記誘導コイル２が巻回されて、また、前記円筒
状鉄心１の内周面に前記金属性パイプ６を装着して前記
導電性筒体３内に挿入し、気液２相の熱媒体７の潜熱移
動によって前記円筒状鉄心１及び前記円筒状鉄心１の低
熱抵抗を利用して前記誘導コイル２の冷却を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低周波電磁誘導加
熱器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】低周波電磁誘導加熱器、例えば図７に示
すように油等を充填して加熱する調理容器３１に導電性
筒体３２を取付け、この導電性筒体３２の内部に円柱状
の鉄心３３に巻回した誘導コイル３４を挿入し、この誘
導コイル３４に低周波交流（商用周波数）電圧を印加し
て導電性筒体３２に誘導電流を発生させて加熱し、この
加熱を調理容器３１内の油等の被加熱物に伝達して加熱
して調理物を加熱調理する調理器具が知られている。

【０００３】このような低周波電磁誘導加熱器では、誘
導コイル３４や鉄心等で発生した熱が導電性筒体３２内
に篭もり、導電性筒体３２内の誘導コイル３４の寿命を
縮めるという問題がある。

【０００４】この問題を解決するために、例えば、鉄心
に誘導コイルを巻き付け、その周囲に金属性のパイプを
配置し、その隙間に空気よりも熱伝導性の良い樹脂を充
填して誘導コイルに発生した熱を導電性筒体に伝導し、
鉄心や誘導コイルの加熱を抑制することを試みるもの
（詳しくは、例えば特公平６−６８９９３号公報参
照）、あるいは、導電性筒体をステンレス鋼の単一材料
で形成してインピーダンス（２次側インピーダンスとな
る。）を高くし、鉄心として透磁率の高い板材をコイル
状に積層された巻鉄心にして、誘導コイルの巻層の数を
１又は２層に減らして熱抵抗を減じて、誘導コイルの蓄
熱を減らすことを試みるもの（詳しくは、例えば特公平
６−６８９９３号公報参照）がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の樹脂を
充填するものにあっは、通常、導電性筒体は引き抜き
法、押し出し法等の手段で製造された無継目管か、板材
をロール状に巻き込みシーム（継目）を溶接、ロー付け
等の手段で接続された有継目管のいずれかで製作される
ため導電性筒体の内径には正負０．２〜０．３ｍｍの公
差が生じ、また、導電性筒体内部に挿入される誘導コイ
ルは交換が容易で互換性を与える必要性から、誘導コイ
ルの外径は導電性筒体の内径よりも僅かに小さく設定し
なければならず、誘導コイルの表面と導電性筒体の内周
表面に空隙を生じ、効率的に誘導コイルの温度を下げる
ことはできない。

【０００６】また、後者の誘導コイルの巻層の数を減ら
すものにあっては、導電性筒体のインピーダンスを高く
すると、力率が低下して無効電流が増し、より大きな電
源設備を必要とするだけでなく、誘導コイル自体の発熱
量も増加する。実験によれば力率は５０〜７０パーセン
トしか得られず、１００Ｖ、１ＫＷの発熱量を得るため
に１５〜２０Ａの電流が必要となり、導電性筒体を摂氏
２００度に維持するときの誘導コイルの最高温度摂氏２
９０度となり、この場合においても効率的に誘導コイル
の温度を下げることはできない、という問題がある。

【０００７】本発明は、このような問題に鑑みなされた
もので、誘導コイルの高温化を抑制して誘導コイルの寿
命の長い低周波電磁誘導加熱器を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、導
電性筒体と、誘導コイルと、湾曲部を有する磁性鋼板を
周方向に積層した円筒状鉄心と、内部に気液２相の熱媒
体を減圧封入した金属性パイプとを有し、前記円筒状鉄
心に前記誘導コイルが巻回されて前記導電性筒体内に挿
入されるとともに、前記金属性パイプの少なくとも一端
に熱交換部を設けて前記円筒状鉄心の内周面に装着され
てなることを特徴とする低周波電磁誘導加熱器とするこ
とによって達成される。

【０００９】また、本発明の上記目的は、本発明に係る
上記の低周波電磁誘導加熱器において、円筒状鉄心と金
属性パイプとをモールド樹脂により一体化してなる低周
波電磁誘導加熱器とすることによって達成される。

【００１０】さらに、本発明の上記目的は、本発明に係
る前記の低周波電磁誘導加熱器において、円筒状鉄心と
金属性パイプと誘導コイルとをモールド樹脂により一体
化してなる低周波電磁誘導加熱器とすることによって達
成される。

【００１１】本発明の特徴によれば、円筒状鉄心の内周
面に気液２相の熱媒体を減圧封入した金属性パイプを装
着し、かつ金属性パイプの少なくとも一端に熱交換部を
設けているので、熱交換部に水や空気を対流させて気液
２層の熱媒体の蒸発と凝縮のサイクルによる潜熱移動が
効果的に行われ、これによって円筒状鉄心が効果的に冷
却される。また、円筒状鉄心は湾曲部を有する磁性鋼板
を周方向に積層して形成されているので、鉄損熱が少な
く、また、半径方向に積層面がなく鉄心の外周面から内
周面への熱抵抗が低く金属性パイプによる冷却効果を鉄
心の外周面にまで及ぼすことができ、誘導コイルの冷却
を効果的に行なうことができ、誘導コイルの寿命を長く
することができる。

【００１２】この場合、円筒状鉄心と金属性パイプとを
モールド樹脂により一体化すると、両者間に存在する空
隙をモールド樹脂によって無くなり、鉄心外周に対する
金属性パイプによる冷却効果をさらに高めることができ
る。

【００１３】さらに、円筒状鉄心と金属性パイプと誘導
コイルとをモールド樹脂にり一体化すると、これらの間
に存在する空隙をモールド樹脂によって無くなり、誘導
コイルに対する金属性パイプによる冷却効果をさらに高
めることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る低周波電磁誘
導加熱器の形態について、図１ないし図６を参照して説
明する。図１は、本発明に係る一例の低周波電磁誘導加
熱器の縦断面図、図２は横断面図、図３は図１の一部を
拡大した断面図、図４は鉄心構成部材の拡大断面図、図
５は本発明に係る他の例の鉄心部分の横断面図、図６は
本発明に係る更に他の例の誘導コイル部分の一部の縦断
面図である。

【００１５】図１ないし図３において、１は円筒状鉄
心、２は誘導コイル、３は導電性筒体、６は金属性パイ
プで、円筒状鉄心１に、円筒状の内部を貫通する金属性
パイプ６を装着し、外周に誘導コイル２を巻回して導電
性筒体３の内部に挿入配置されている。

【００１６】鉄心１は、透磁率の高い磁性鋼板を、図４
に示すように、半径方向にインボリュート曲線状に湾曲
された湾曲部１２と、この湾曲部１２に連続して屈曲角
度θ、例えば３０度で形成された屈曲部１３とによって
形成し、屈曲部１３の端縁を円筒状内周に、また、湾曲
部１２の端縁を円筒状外周に沿うように放射状に並べ、
すなわち周方向に順次積層して円筒状にされている。

【００１７】導電性筒体３は、この例では、導電性筒体
３のインピーダンスを低くして力率を高め、小さい電源
設備で運転することができるように、外側をステンレス
鋼４とし内側を銅又は真鍮などの低電気抵抗値の良導体
５の２層構造とされている。

【００１８】金属性パイプ６は、両端部が閉塞され内部
にアンモニヤや水等の気液２相の熱媒体７を減圧封入し
ていわゆるヒートパイプに構成され、一方の端部にフィ
ン等の熱交換部９が設けられている。そして、誘導コイ
ル２は４層にして円筒状鉄心１に巻回されている。

【００１９】このように構成された低周波電磁誘導加熱
器は、誘導コイル２に電源リード線１０を介して、図示
しない商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の電源から
電力が供給されると、誘導コイル２の軸方向に交番磁界
が発生し、円筒状鉄心１によって磁気回路が形成され、
誘導コイル２の周囲に配置された２層構造の導電性筒体
３の円周方向に交番誘導電流が流れ、導電性筒体３がジ
ュール発熱する。

【００２０】誘導コイル２に電力が供給されると、その
電力の大部分は導電性筒体３のジュール発熱に変換され
るが、一部の僅かな電力は円筒状鉄心１のヒステリシス
損、渦電流損や誘導コイル２の電気抵抗値による銅損等
の発熱に消費されるため、円筒状鉄心１や誘導コイル２
の温度が上昇する。

【００２１】しかし、円筒状鉄心１の熱は、金属性パイ
プ６に伝達され、金属性パイプ６に減圧封入されてある
気液２相の熱媒体７を加熱し、この加熱によって気液２
相の熱媒体７は気化、蒸発し、これによって発生した蒸
気は、金属性パイプ６内を適宜に移動し低温状態にある
端部の内壁に触れ、潜熱を放出して凝縮し、凝縮した熱
媒体７は再び液相に戻り、以下これを繰り返し、これに
より円筒状鉄心１は冷却される。このとき金属性パイプ
６の一端に設けた熱交換部９を図示しない空気や水によ
って冷却すると、潜熱の放出が速やかに行われ円筒状鉄
心１の冷却効果が増す。なお、金属性パイプ６の両端に
熱交換部９を設けるとより冷却効果が増す。

【００２２】ところで、円筒状鉄心１は磁性鋼板が周方
向に積層されていて半径方向に積層面を有しないため、
円筒状鉄心１の内周面から外周面への熱抵抗が低く、金
属性パイプ６の冷却効果を円筒状鉄心１の外周面に及ぼ
すことができ、円筒状鉄心１の外周面に巻回されている
誘導コイル２の冷却も効果的に行なわれる。

【００２３】このように構成された低周波電磁誘導加熱
器の試験によれば、力率９４パーセントが得られ、１０
０Ｖ、１ＫＷの発熱量を得るために１１Ａの電流です
み、さらに金属性パイプ６の両端を水で冷却した場合、
導電性筒体を摂氏２００度に維持するときの誘導コイル
の最高温度は摂氏１８８度までしか上昇しない効果が得
られた。

【００２４】以上のように構成された低周波電磁誘導加
熱器で、図５に示すように、円筒状鉄心１と金属性パイ
プ６の構造体にモールド樹脂１１を充填して、円筒状鉄
心１と金属性パイプ６とを一体化すると、その構造体の
実質的な空隙が無くなり、円筒状鉄心１と金属性パイプ
６との間の熱抵抗が減り、金属性パイプ６による冷却効
果がより高められる。この場合の前記と同様の条件での
試験によれば、誘導コイルの最高温度は摂氏１８０度と
することができた。

【００２５】また、図６に示すように、円筒状鉄心１と
金属性パイプ６と誘導コイル２の構造体にモールド樹脂
１１を充填して、円筒状鉄心１と金属性パイプ６と誘導
コイル２とを一体化すると、その構造体の実質的な空隙
が無くなり、金属性パイプ６と円筒状鉄心１と金属性パ
イプ６と誘導コイル２との間の熱抵抗が減り、金属性パ
イプ６による冷却効果が更に高められる。この場合の前
記と同様の条件での試験によれば、誘導コイルの最高温
度は摂氏１６７度とすることができた。

【００２６】なお、上記の例では、導電性筒体は、ステ
ンレス鋼と銅又は真鍮などの低電気抵抗値の良導体の２
層構造とされているが、ステンレス鋼の単一材料で形成
されても良い。また、誘導コイルは４層にしているが、
４層に限らず任意の層数であって良い。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
導電性筒体の材料を限定する必要もなく、高力率が得ら
れるように低インピーダンス化し、誘導コイルの巻き層
数が３層以上になっても、誘導コイルの高温化が抑制さ
れ、したがって、絶縁物の耐熱階級を下げて製造コスト
の低減が図れ、同時に誘導コイルの寿命も長く信頼性の
向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一例の低周波電磁誘導加熱器の縦
断面図である。

【図２】図１における低周波電磁誘導加熱器の横断面図
である。

【図３】図１の一部を拡大した断面図である。

【図４】本発明に係る低周波電磁誘導加熱器の鉄心構成
部材の拡大断面図である。

【図５】本発明に係る他の例の鉄心部分の横断面図であ
る。

【図６】本発明に係る更に他の例の誘導コイル部分の一
部の縦断面図である。

【図７】低周波電磁誘導加熱器の一例の構成を示す説明
図である。

【符号の説明】

１ 円筒状鉄心 ２ 誘導コイル ３ 導電性筒体 ４ ステンレス層 ５ 良導体層 ６ 金属性パイプ ７ 熱媒体 ９ 熱交換部 １１ モールド樹脂 １２ 湾曲部 １３ 屈曲部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性筒体と、誘導コイルと、湾曲部を
   有する磁性鋼板を周方向に積層した円筒状鉄心と、内部
   に気液２相の熱媒体を減圧封入した金属性パイプとを有
   し、前記円筒状鉄心に前記誘導コイルが巻回されて前記
   導電性筒体内に挿入されるとともに、前記金属性パイプ
   の少なくとも一端に熱交換部を設けて前記円筒状鉄心の
   内周面に装着されてなることを特徴とする低周波電磁誘
   導加熱器。
2. 【請求項２】 円筒状鉄心と金属性パイプとをモールド
   樹脂により一体化してなる請求項１に記載の低周波電磁
   誘導加熱器。
3. 【請求項３】 円筒状鉄心と金属性パイプと誘導コイル
   とをモールド樹脂により一体化してなる請求項１に記載
   の低周波電磁誘導加熱器。