WO2005006813A1 - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

被加熱物に生ずる浮力を低減する電気導体は、中央部に設けられた開口部の径が小さいので、電気導体の面積が大きくなるため浮力が低減される。さらに開口部の周囲には、電気導体内に発生する周回電流が流れないようにする櫛状部が設けられている。これにより、凹反り鍋を使用しても開口部の周囲が異常に発熱せず、加熱コイルが長時間に亘って高出力で出力することができる。

Description

明細書

誘導加熱装置 技術分野

本発明は被加熱物としてアルミニウムや銅などの高電気伝導率か つ低透磁率の材料からなる鍋を用いて調理する誘導加熱調理器など の誘導加熱装置に関し、 特に、 被加熱物である鍋が高周波磁束によ り浮き上がるのを防止する誘導加熱装置に関する。 背景技術

誘導加熱コイルで高周波磁界を発生させ、 電磁誘導による渦電流 で鍋等の被加熱物を加熱する誘導加熱調理器において、 アルミニゥ ム製の被加熱物を加熱できるものが提案されている。

図 4は従来の誘導加熱調理器の断面図である。 トッププレート 2 は、 誘導加熱調理器の外郭を構成する本体 1 の上部に設けられてい る。 トッププレート 2は例えば厚み 4 m mのセラミック材または結 晶化ガラス等のような絶縁体で構成されている。 鍋等の被加熱物 3 はトッププレート 2上に載置される。 また、 トッププレート 2の下 方には加熱コイル （以下、 コイル） 4を有する誘導加熱部 5が設け られている。 インバー夕を有する駆動回路 6はコイル 4に高周波電 流を供給し、 コイル 4は高周波磁界を発生して被加熱物 3 を誘導加 熱する。

このような従来の誘導加熱調理器では、 被加熱物 3の底部に誘起 される電流とコイル 4の発生する磁界との相互作用で、 被加熱物 3 の底部にコイル 4から遠ざかろう とする反発力が生じる。 被加熱物 3が鉄などの抵抗率がある程度大きい高透磁率材料で作られている 場合には、 所望の加熱出力を得るために必要な電流値が少ないので この反発力は比較的小さい。 また鉄などでは磁束が被加熱物 3 に吸 収されるので、 磁気的引力が働き、 被加熱物 3が浮き上がつたりず れたりすることはない。 一方、 被加熱物 3がアルミニウムや銅など高電気伝導率かつ低透 磁率の材料で作られている場合には、 所望の加熱出力を得るために コイル 4に大電流を流して被加熱物 3 の底面に大電流を誘起させる 必要がある。 その結果、 反発力が大きくなる。 また、 アルミニウム からなる被加熱物 3 には鉄などの高透磁率材料のような磁気的引力 が働かない。 そのため、 コイル 4の磁界と誘起電流の磁界との作用 により被加熱物 3にはコイル 4から遠ざける方向に大きな力が働く この力は被加熱物 3 に浮力として働く。 被加熱物 3の重量が軽い場 合には、 被加熱物 3がこの浮力により トッププレート 2 の載置面か ら浮き上がって移動する可能性がある。 この傾向は銅より も比重の 小さいアルミニウムを使用した被加熱物の場合にさらに顕著にあら われる。

図 5 Aはコイル 4に流れる電流 4 Aの向きを被加熱物 3 の側から みた図であり、 図 5 Bは、 コイル 4に流れる電流にもとづいて誘導 により被加熱物 3 に生じる渦電流 3 Aを図 5 Aと同じ方向から見た 図である。 図 5 A， 図 5 Bに示すように渦電流 3 Aはコイル 4に流 れる電流 4 Aと逆向きでかつ略同形状のループ状である。 従って、 この 2つの環状の電流によって、 コイル 4の面積と実質的に同じ断 面積の 2つの磁石が同種の極同士、 例えば N極と N極とを対向して 置いたのと同じ状態になる。 その結果、 被加熱物 3 とコイル 4 との 間には大きな反発力が生じる。

この現象は、 被加熱物 3の材料がアルミニウムや銅等の電気伝導 率が高い物質である場合に顕著である。 これに対して同じ低透磁率 材料であっても、 非磁性ステンレススチールでは、 アルミニウムや 銅より も電気伝導率が低いので、 コイル 4に流す電流が少なくても 十分な発熱が得られる。 したがって、 コイル 4の発生する磁界は小 さく、 被加熱物 3 に流れる渦電流も小さく、 そのため被加熱物 3 に 作用する浮力は小さい。

このように、 誘導加熱調理器においてアルミニウム製の被加熱物 3を加熱すると被加熱物 3 に浮力が働き、被加熱物 3が浮き上がり、 調理が十分にできないことがある。 この現象の対策として、 特開 2 0 0 3 - 2 6 4 0 5 4号公報は図 4に示すように、 コイル 4と トツ ププレー 卜 2 との間に、 トッププレート 2 に密着して電気導体 7 を 設ける構成を開示している。 この構成では、 コイル 4から発生する 磁界が、 電気導体 7 と被加熱物 3 とに鎖交するため両者に誘導電流 が発生する。 この場合、 電気導体 7 に誘導された誘導電流の発生す る磁界と被加熱物 3 に誘導された誘導電流の発生する磁界との作用 により、 コイル 4から発生する磁束が中央に集中しコイル 4の等価 直列抵抗が大きくなる。 等価直列抵抗が大きくなるという ことは、 被加熱物 3 とコイル 4との磁気的結合が大きくなることを意味する この磁気的結合が大きくなると少ないコイル 4の電流で同じ熱量を 被加熱物 3に発生することが可能となり、 かつ浮力が低減する。 こ の浮力低減効果は、 電気導体 7のコイル 4に対向する面積を大きく し、 コイル 4の等価直列抵抗を大きくすればするほど大きくなる。 ここで等価直列抵抗とは、 被加熱物 3 と電気導体 7 とを加熱状態と 同様の配置で、 加熱周波数近傍の周波数を使用して測定される、 コ ィル 4の入カインピーダンスにおける等価直列抵抗を意味する。 以上のように、 電気導体 7 を用いる構成ことにより浮力が低減さ れるので、 アルミニウムなどの高電気伝導率を有しかつ低透磁率材 料からなる被加熱物 3 を誘導加熱して調理することが実用的に可能 となる。

しかしながら実際の使用では、 被加熱物 3の浮きを全く無視する ことができず、 鍋等の被加熱物 3 と調理物との合計重量が一定の重 量より重くなるように制限する必要がある。

この問題を解決するために、 電気導体 7の面積を大きく し、 さら に浮力を小さくすることが実用的であると考えられる。 すなわち、 コイル 4の等価直列抵抗を大きくする。 具体的には、 コイル 4に対 応する電気導体 7の中央部における開口部の大きさを、 トッププレ ート 2に当接してその温度を検知する温度検知部 8に必要な空間だ けにすることが考えられる。 これにより、 電気導体 7の面積を増や し浮力を低減することができる。

また、 実際には鍋の底面が完全な平面である場合は少なく、 わず かな反りを有するのが普通である。 すなわち底が凹になり、 内側に 対して凸になっているような凹反り鍋が用いられている。

しかしながら、 電気導体 7 を設けて、 反りのある鍋を誘導加熱す る場合、 鍋の底がコイル 4から遠ざかる。 このため、 コイル 4の中 心付近において磁束は鍋に鎖交しにく くなり電気導体 7 に鎖交する 磁束が多くなつて、 電気導体 7の内周側の発熱量が大きくなる。 こ のため、電気導体 7の中心付近の温度上昇が異常に早くなる。また、 凹そりのある部分は鍋底と トッププレート 2 との間に空間があるた め、 電気導体 7の熱がトッププレート 2を介して鍋底に伝熱され難 いため温度上昇がさらに速くなる。また電気導体 7が高温になると、 コイル 4の出力を低減し、 電気導体 7の発熱を抑え、 電気導体 7の 高温の熱がコイル 4などに悪影響を及ぼさないようにする必要があ る。 このため、 例えば、 電気導体 7の温度を測定し、 測定温度が高 くなると加熱出力を停止又は抑制する。 したがって、 温度上昇速度 が速いと早い時期からコイル 4の出力が抑制制御されて調理に時間 がかかりすぎたり、あるいは調理ができなかったりする。そのため、 電気導体 7の中心部から所定の距離の間には電気導体 7 を設けるこ とができず、 その分浮力を低減できない。

なお、 特開平 0 7 — 2 4 9 4 8 0号公報、 特開平 0 7 — 2 1 1 4 4 3号公報、 あるいは特開平 0 7 — 2 1 1 4 4 4号公報には、 本願 発明と同様の電気導体が記載されている。 しかしながらこれらの発 明に係る誘導加熱装置は、 アルミニウム若しくは銅またはこれらと 略同等以上の電気伝導率を有する被加熱物を誘導加熱可能な加熱コ ィルを具備していない。 すなわち、 鉄等の磁性体やステンレスなど の比較的抵抗率が大きい材料からなる被加熱物を誘導加熱する場合 に、 これらの公報に開示された電気導体は浮力低減効果をほとんど 発揮しない。 発明の開示

本発明の誘導加熱装置は、 加熱コイルと電気導体とを有する。 加 熱コイルは、 アルミニウム若しくは銅またはこれらと同等以上の電 気伝導率を有する被加熱物を誘導加熱可能である。 電気導体は、 加 熱コイルと被加熱物との間に設けられ、 加熱コイルの発生する磁界 により被加熱物に与えられる浮力を低減する。 この電気導体は加熱 コイルと対向して設けられ、 加熱コイルの中央部に対向する開口部 と、この開口部に開口しかつ外周部とは隔離された溝部とを有する。 この構成により、 電気導体の浮力低減効果と加熱効率とが大きくな るとともに、 電気導体の発熱が大きくなるのが抑制される。 図面の簡単な説明

図 1 は本発明の実施の形態における誘導加熱装置の電気導体の平 面図である。

図 2は本発明の実施の形態における誘導加熱装置の断面図である, 図 3は本発明の実施の形態における他の誘導加熱装置の断面図で める。

図 4は従来の誘導加熱装置の断面図である。

図 5 Aは従来の誘導加熱装置の加熱コイルに流れる電流を示す図 である。

図 5 Bは従来の誘導加熱装置を用いたとき被加熱物に流れる電流 を示す図である。

図 6、 図 7は従来の誘導加熱装置における電気導体の平面図であ る。 発明を実施するための最良の形態

図 1は本発明の実施の形態における誘導加熱装置の電気導体の平 面図であり、 図 2は同誘導加熱装置の断面図である。 トッププレー ト 1 2は誘導加熱装置の外郭を構成する本体 1 1 の上部に設けられ ている。 トッププレー ト 1 2は例えば厚み 4 m mのセラミ ック材ま たは結晶化ガラス等のような絶縁体から構成される。 鍋等の被加熱 物 1 3はトッププレート 1 2上に載置される。 被加熱物 1 3はアル ミニゥム、 アルミニウム合金、 銅、 銅合金など高電気伝導率で、 低 透磁率の材質である。

トッププレー ト 1 2の下方には加熱コイル （以下、 コイル） 1 4 を有する誘導加熱部 1 5が設けられている。 インバ一夕を有する駆 動回路 1 6はコイル 1 4に 4 0 k H z〜 1 0 0 k H zの高周波電流 を供給し、 コイル 1 4は高周波磁界を発生し被加熱物 1 3の底面を 誘導加熱する。 コイル 1 4の発生する磁界により被加熱物 1 3に与 えられる浮力を低減する電気導体 1 7は、 中央部に開口部 1 8を有 する円環状の形状をしており、 開口部 1 8の周囲には櫛状部 1 9が 設けられている。 すなわち開口部 1 8は、 コイル 1 4の中央部に対 向している。 電気導体 1 7はコイル 1 4に対向し、 トッププレート 1 2の下面に接着または機械的に密着固定されている。 すなわち、 電気導体 1 7はコイル 1 4と トッププレート 1 2 との間に設けられ ている。 言い換えると、 電気導体 1 7はコイル 1 4と被加熱物 1 3 との間で、 コイル 1 4と対向して設けられている。 温度センサ 3 5 は電気導体 1 7の開口部 1 8内でトッププレート 1 2の下面に固定 され、 トッププレート 1 2あるいは被加熱物 1 3の温度を検知する。 以下、本実施の形態の特徴である電気導体 1 7について説明する。 電気導体 1 7は被加熱物 1 3と同様にアルミニウム、 アルミニウム 合金、 銅、 銅合金またはカーボンなどのような高電気伝導率で、 低 透磁率の材料から構成されている。 すなわち、 電気導体 1 7はアル ミニゥムと銅とのいずれかと同等以上の電気伝導率と、 それらのい ずれかと同等以下の透磁率とを有する。 本構成では厚みが l mmの アルミニウムが用いられている。 これは、 以下の理由からである。

コイル 1 4からの磁束を遮蔽する場合に必要な厚みは浸透深さ δ以上必要である。 本構成の場合のように、 コイル 1 4に流れる電 流の周波数は 7 0 k Η ζであれば、 材質がアルミニウムの場合、 浸 透深さ <5は 0. 3mm程度となる。 従って、 電気導体 1 7の厚みを 浸透深さ以上にすれば、 誘導電流が反対側に発生せず、 浮力低減の 効果が大きくなる。 電気導体 1 7の厚みを浸透深さよりもやや大き く約 1 m m程度にすると十分な浮力低減の効果が得られることが実 験により確認されている。 したがって、 原理的には、 加熱に使用す る高周波電流の浸透深さより電気導体 1 7の厚みを大きくすれば良 い。

図 1 において、. 円環状の電気導体 1 7の開口部 1 8、 すなわち円 環の内周部 2 0 と円環の外周部 2 1 とに亘るスリ ッ ト 2 2が、 対称 に 2個所設けられている。 すなわち円環を等分に 2分割した電気導 体 1 7 A、 1 7 Bが対称的に配列されて 1つの円環状の電気導体 1 7 を構成している。 なお、 分かり易くするために図 1では内周部 2 0が点線で示されている。 そして、 この円環の中心 3 0 とコイル 1 4の中心とがほぼ一致するように配置されている。

電気導体 1 7 には櫛状部 1 9 と帯状部 2 7が設けられている。 帯 状部 2 7はコイル 1 4を、コイル 1 4の巻線に略沿って帯状に覆い、 被加熱物 1 3に対して働く浮力を低減する。 また、 櫛状部 1 9は点 線の内側を示している。 すなわち、 櫛状部 1 9は、 内周部 2 0 と櫛 状部 1 9の外周部 2 3 とで囲まれた部分に形成されている。 櫛状部 1 9は帯状部 2 7からコイル 1 4中心方向に突出するように、 互い に溝部 2 5 をはさんで形成された歯部 2 4を有する。 すなわち、 櫛 状部 1 9は櫛状の凹凸部、 すなわち、 歯部 2 4 と内周部 2 0に開口 するとともに外周部 2 1からは隔離された溝部 2 5 とより構成され ている。 そして溝 ' 2 5は円環の中心 3 0より放射状に設けられてい る。 櫛状部 1 9は帯状部 2 7の浮力低減効果にさらに浮力低減効果 を加えて浮力低減効果を大きくする。

以上のように構成された誘導加熱装置について、以下、その動作、 作用について説明する。

トッププレート 1 2上に被加熱物 1 3 を載置し、 電源を投入する とコイル 1 4からの磁束により被加熱物 1 3が誘導加熱される。 こ のときコイル 1 4からの磁束は電気導体 1 7 と鎖交し、 電気導体 1 7 に誘導電流が発生する。 隣り合う渦電流はその接触部分で流れる 方向が反対となるため打ち消し合い、 結局、 誘導電流は電気導体片 1 7 A , 1 7 Bの帯状部 2 7を流れる周回電流 3 1 Aとなる。 本実 施の形態では電気導体 1 7の内周側に櫛状部 1 9が設けられている ため、 周回電流 3 1 Aは櫛状部 1 9 を避け外縁部 2 3に沿って流れ る。 これは周回電流 3 1 Aが歯部 2 4に回り込むより回り込まない 方が、 抵抗が小さいため流れやすくなるためと考えられる。 すなわ ち、 櫛状部 1 9が、 溝部 2 5をはさんで櫛状 fc設けられた歯部 2 4 からなる構成を有することより、 電気導体 1 7 を流れる周回電流が 開口部 1 8周辺を流れるのを確実に阻止することができる。 なお後 述するように歯部 2 4の幅が広いときには、 周回電流 3 1 Aが回り 込んでくるので、 その幅は小さくする必要がある。 また、 櫛状部 1 9 においても同様に歯部 2 4内を周回する周回電流 3 1 Bが生じる が、 歯部 2 4の幅が小さいため鎖交する磁束が少なく、 誘導される 渦電流の電流値は小さくそれによる発熱は小さい。 したがって、 櫛 状部 1 9における誘起電流による発熱は周回電流 3 1 Bによる発熱 が支配的である。 すなわち、 この部分の温度上昇は、 櫛状部 1 9が ない場合に比べて著しく低く抑えられる。 このように溝部 2 5は開 口部 1 8周囲に発生する誘導電流による発熱を制限する。

一方、 櫛状部 1 9 において、 発熱量は上記のように大幅に抑制さ れる。またコイル 1 4の磁束は櫛状部 1 9の歯部 2 4の存在により、 コイル 1 4の中心方向に集められ、 等価的に被加熱物 1 3 とコイル 1 4 との磁気結合が大きくなる。 この結果、 等価直列抵抗が大きく なり浮力低減効果も大きくなる。

以下、 本実施の形態における具体的な構成例について述べる。 図 1 に示すように、 電気導体 1 7は、 外径 1 8 O m m、 内径すなわち 開口部 1 8の大きさである内周は 6 O m mで、 厚み 1 m mのアルミ 二ゥムの板からなる。 そして、 外周と内周とに亘つて幅 1 O m mの スリ ッ ト 2 2が対称に 2ケ所設けられている。 すなわち、 同じ電気 導体片を 2個設けた構成となっている。 また、 内周部 2 0附近の温度上昇を低減するために櫛状部 1 9が 設けられている。 すなわち、 開口部 1 8の周辺である、 電気導体 1 7の内周部 2 0 に櫛状の凹凸部が設けられている。 図 1は、 見やす くするために、 溝部 2 5を 8個、 歯部 （凸部） 2 4を 9個設けた構 成を示している。 電気導体片 1 7 A， 1 7 Bの凹部に相当する溝部 2 5の数を 4 0個とすると両端を含め凸部に相当する歯部 2 4は 4 1個となる。 溝部 2 5の幅を 1 111111、 長さを 2 5 mmとし、 溝部 2 5を、 円環状に、 コイル 1 4の中心を中心とした放射状に設ける。 このとき、 歯部 2 4の幅は外周部方向に向かって大きくなる。 この 構成は、 図 7 に示す電気導体 5 1 と比較すると、 電気導体 5 1 の帯 状部 （円環部） から中心方向に 2 5 mmに相当する部分に櫛状部 1 9 を設けていることに相当する。

. 図 6に示す電気導体 4 1 は、 図 1 において櫛状部 1 9がないもの に相当する。 電気導体 5 1 は、 外径 1 8 O mm、 内径 1 1 O mmで あるので、 電気導体 4 1 は電気導体 5 1 に比べ、 面積が約 4 0 %大 さい。

次に、 試験用のアルミニウム製基準平鍋を用いて加熱コイルの等 価直列抵抗を測定した結果について、電気導体 4 1 を用いた場合を、 電気導体 5 1 を用いた場合に対して比較する。 また、 この基準平鍋 を用いて誘導加熱装置を約 2 kWの入力電力を得るように動作させ て実験した結果についても述べる。 等価直列抵抗は 1. & 2 Ωに対 し 2. 2 1 Ωと約 2 1 %大きく、 浮力は 4 4 0 gに対し 3 4 0 gと 約 2 3 %小さく、 浮力低減効果が大きい。 また、 加熱コイルの温度 上昇値は 1 5 4 Kに対し 1 4 0 Kと 1 4 K低い。 また、 熱効率も約 2 %高い。

また、 試験用のアルミニウム製基準凹反り鍋を用いて、 上記と同 条件で電気導体の内周部の温度が 3 5 0 °Cに達するまでの時間を測 定すると、 電気導体 5 1では 2 2 0 s e cであるのに対して、 電気 導体 4 1では 9 6 s e cである。 3 5 0 °Cに達するまでの温度が小 さいという ことは温度上昇が速いという ことを意味する。 例えば、 電気導体 4 1、 及び電気導体 5 1 を安全のため所定の温度以下にす るために出力の抑制制御を行う。 このような場合、 電気導体 4 1 を 用いる場合は、 電気導体 5 1 を用いた場合より も、 加熱コイルの出 力の抑制制御を開始する時間が早く、 平均加熱出力が小さいので調 理終了までに要する時間が長くなる。

次に電気導体 1 7 と電気導体 4 1 と比較する。 電気導体 1 7の面 積は電気導体 4 1 の面積より溝分だけ少なくなるために、 電気導体 4 1 に比べて 1 0 %減少し、 等価直列抵抗は 5 %減少し、 浮力は 1 5 %増加し、 浮力低減効果は少し低減する。 しかしながら、 基準凹 反り鍋を用いた実験において、 電気導体 1 7の内周部 2 0の温度が 3 5 0 °Cに達するまでの時間は 4 5 8 s e c と電気導体 4 1 を使用 した場合に比して大幅に長い。 なお、 熱効率、 加熱コイルの温度上 昇値はほとんど変わらない。

また、 電気導体 1 7 と電気導体 5 1 とを比較する。 電気導体 1 7 は電気導体 5 1 に比べて面積は約 2 5 %、 等価直列抵抗は約 1 5 増加し、 浮力は 1 0 %低減され、 浮力低減効果が増加している。 ま た、 電気導体 1 7の内周部の温度が 3 5 0 °Cに達するまでの時間は 2倍以上長い。

以上より本実施の形態による構成では、 電気導体 5 1 を使用した 場合より も浮力が低減されるとともに、 電気導体の内周部の温度上 昇が低く抑えられる。 また、 電気導体 4 1 を使用した場合と比較す ると、 浮力低減効果は若干小さくなるが開口部 1 8周辺の温度上昇 は大幅に小さくなる。 そのため、 例えば、 電気導体の温度を測定し て所定以下に制御するように出力を抑制する制御を行う場合には、 制御すべき温度に達するまでの時間が長くなる。 すなわち、 強火で 長時間誘導加熱することができる。 したがって、 調理時間を短縮し たり、 調理性能を向上したりすることができると共に、 凹反り鍋に 対する制限も緩和され、 使い勝手が良くなる。

なお、 本実施の形態では電気導体 1 7 にスリ ッ ト 2 2 を 2箇所に 設けた場合を示したがこれに限定されるものではなく、 例えばスリ ッ ト 2 2 を設けなくてもよい。 この場合、 スリ ッ ト 2 2の面積がな い.分、 電気導体 1 7の面積が増加し、 等価直列抵抗が大きくなり浮 力低減効果は大きくなる。 また、 電気導体 1 7は 1個なので製造時 の取り扱いが容易となる。 一方、 周回電流は電気導体 1 7全体を周 回するので電流値が大きくなり発熱が大きくなる可能性があるので 設計には注意が必要である。

また、 スリ ッ ト 2 2 を 1個設けても良い。 この場合、 周回電流が 小さくなるため発熱は低減されるが、 浮力の低減効果はスリ ッ ト 2 2がない場合に比べて減少する。 また、 スリ ッ ト 2 2部分の近傍に おいては他の部分に比べて浮力の低減効果は小さいので、 被加熱物 1 3に加わる浮力が全体に亘つて一様でなくなる。

したがって本実施の形態のようにスリ ツ ト 2 2の数を 2箇所、 ま たはそれ以上設けることが好ましい。 このようにすると周回電流が 分断されて小さくなり、 それによる発熱は小さくなる。 また、 複数 のスリ ッ ト 2 2 を対称的に配置することがさらに好ましい。 このよ うにすれば被加熱物 1 3 に加わる浮力が一様になる。

一方、 スリ ッ ト 2 2の数を多くすると、 電気導体 1 7の面積が小 さくなり等価直列抵抗が小さくなる。 このため、 スリ ッ ト 2 2がな い場合やスリ ッ ト 2 2が少ない場合に比べて浮力の低減効果は小さ くなる。 以上のようにスリ ッ トの数の増減には一長一短があり、 設 計に配慮する必要がある。

また、本実施の形態では円環状の電気導体 1 7が用いられている。 ここで円環状とは、 実質的に円還状という意味であり、 図 1 に示す ように電気導体 1 7 を取り付けるために外径の一部が凸状になって いる場合も円環とする。 このように電気導体 1 7はコイル 1 4 と中 心が略一致した円環形状であることが好ましく、 これによりコイル 1 4をバランスよく覆う ことができ、 被加熱物 1 3に生じる浮力を 均一にしゃすい。

なお、 本実施の形態の構成例では円環の外径を 1 8 0 m mとして いるが、 これに限定されない。 家庭で用いられる誘導加熱装置の加 熱コイルの外径は鍋径に対応して 1 8 0 mm前後であるので、 これ とほぼ対応した大きさの 1 6 0 - 2 0 0 mmが妥当である。

また、 内径の大きさは、 外径の大きさにより異なるが、 検討結果 によると実用的には外径の 2 5〜 5 5 %が好適であり、 好ましくは 3 0〜 4 5 %である。 このような大きさにすることにより、 トップ プレート 1 2に当接する温度センサ 3 5の取り付けに支障をきたす ことなく、 浮力が低減される。 また、 本実施の形態では、 電気導体 1 7を円環状としているがこれに限定されるものではなく、 内外周 とも円形でなく他の形、 例えば多角形であってもよい。 電気導体 1 7の内外径や形状は周囲の部品などを考慮し設計で配慮すればよい, また、 櫛状部 1 9には電気導体 1 7を周回する周回電流が流れ込 まないようにするとともに、 櫛状部 1 9 自体の周回電流を小さくす る必要がある。 そのためには、 凹部である溝部 2 5の合計面積を少 なく し、 凸部である歯部 2 4の個々の幅を小さくすることが好まし い。 歯部 2 4の面積を小さくすることにより、 渦電流の発生が抑え られ、 歯部 2 4内に生じる周回電流が小さくなるからである。 検討 結果では、 歯部 2 4の大きさは実用的には 0. 5〜 1 0mmが好適 で、 好ましくは l〜 6 mmである。 0. 5mmより小さくなると生 産性が低下する。 1 0 m mを超えると周回電流の回り込みが生じる とともに、 歯部 2 4内で発生し歯部内を回遊する電流が大きくなり 発熱が大きくなる。

また、 歯部 2 4同士の間、 すなわち、 溝部 2 5の幅は、 検討結果 では実用的には 0. 5〜 3 mmが好適で、 好ましくは l〜 2mmで ある。 0. 5 mmより小さくなると製造するのが難しくなり、 3 m mを超えると面積の減少が大きくなり、 等価直列抵抗が減少するか らである。 また、 本実施の形態では溝部 2 5の幅を一定としている がこれに限定されるものでなく、 例えば歯部 24の幅を一定にして も良いし、 そのほか任意の形状にしても良い。 また、 櫛のように複 数の同一形状の歯部 2 4と溝部 2 5とを規則正しく配列する必要は なく、 形状を変えあるいは不規則に配列してもよい。 さらに、 本実 施の形態では溝部 2 5 または歯部 2 4を円環の中心を中心として放 射状に配列している。 これにより、 電気導体 1 7は製造しやすいと ともに、 浮力が効率よく低減される。 しかしながら、 これに限定さ れるものではない。 内周部 2 0 に開口を有するのであれば任意の方 向に配置していても構わない。

櫛状部 1 9における凹凸部は本実施の形態の形状に限定されるも のではなく、 本発明の主旨にかなう構成であればどのような構成で あっても良い。

本実施の形態ではスリ ツ ト 2 2の幅は 1 0 m mとして説明してい るが、 これに限定されない。 スリ ッ ト 2 2は電気導体 1 7の外周部 2 1 と開口部 1 8 とに亘つているため、 誘導加熱時に、 スリ ッ ト 2 2の両側の電気導体片 1 7 A , 1 7 B間に高電圧が誘起される。 特 に、 スリ ッ ト 2 2が 1個の場合にその誘起電圧がさらに大きい。 一 方、 歯部 2 4の長さが短くかつ帯状部 2 7で歯部 2 4が接続されて いる。 そのため溝部 2 5をはさんで形成された歯部 2 4間に誘起さ れる電圧は、 スリ ッ ト 2 2間に誘起される電圧より小さく、 かつ歯 部 2 4間の間隔も安定して維持される。 したがって、 溝部 2 5の幅 は、 スリ ッ ト 2 2の幅より小さくすることが可能である。 製造上、 または部品の管理上の問題が生じない範囲で溝部 2 5の幅を小さく して、 浮力低減効果あるいは等価直列抵抗を小さくするようにする ことが好ましい。 なお、 スリ ッ ト 2 2あるいは溝部 2 5 に榭脂を揷 入あるいは充填してもよく、 その場合には形状が安定する。

なお、 本実施の形態では櫛状部 1 9を円環の開口部 1 8である内 周部 2 0のみに設ける場合について述べたが、 これに限定されるも のではない。 櫛状部を内周部 2 0 と内周部 2 0以外の位置に設けて も内周部 2 0に設けた櫛状部 1 9ついては同様な効果が得られる。 また、 内周部 2 0 に限らずある特定の位置、 例えば、 外周または外 周の一部の発熱を抑制したい場合は、 その部分に本実施の形態の櫛 状部 1 9を用いれば効果が得られる。

また、 電気導体 1 7は、 トッププレート 1 2に接していなくても よい。 例えば、 コイル 1 4あるいはコイル 1 4を保持する支持部材 の上に電気導体 1 7 を載置してもよい。 このよ.うにしてトッププレ —ト 1 2から離間してあるいは絶縁部材を介してトッププレー ト 1 2 に押し付け保持するようにしてもよい。 ただしこの場合には、 電 気導体 1 7で発生した熱をトッププレート 1 2 に伝導にて放熱する 作用が小さくなる。

次に、 本発明の実施の形態における他の構成について説明する。 図 3は本発明の実施の形態における他の誘導加熱装置の断面図であ る。 このように電気導体 1 7 とコイル 1 4との間に断熱材 2 6 を設 けることがさらに好ましい。 これにより、 電気導体 1 7からコイル 1 4への熱移動が低減される。 したがって、 コイル 1 4の温度上昇 が抑えられ、 信頼性が向上する。 また、 コイル 1 4への熱移動が減 少する分、 被加熱物 1 3への熱移動が増加し熱効率が向上する。 こ れらにより、 加熱時間が短縮され、 調理性能が向上する。

なお、 断熱材 2 6 としては、 ガラスやセラミ ックなどの無機繊維 の織布または不織布を用いた耐熱性の断熱材や、 マイ力からなる断 熱材が用いられる。 または、 それらを用いて空気を閉じ込め、 空気 を断熱材としてもよい。 産業上の利用可能性

本発明によれば、 アルミニウムのような高電気伝導率で低透磁率 からなる被加熱物の浮きが低減されるとともに、 凹反り鍋のような 鍋底が凹となっているような被加熱物でも使用しやすく、 利便性の 高い誘導加熱装置が得られる。

Claims

請求の範囲

1 . アルミニウムと、 銅と、 アルミニウムと銅と同等以上の電気 伝導率を有する低透磁率材料とのいずれかからなる被加熱物を誘導 加熱可能な加熱コイルと、

前記加熱コイルと前記被加熱物との間で前記加熱コイルと対 向して設けられ、 前記加熱コイルの中央部に対向する開口部を有す ると共に、前記開口部に開口しかつ外周部から隔離されて形成され、 前記開口部周囲に発生する誘導電流による発熱を制限する溝部を有 し、 前記加熱コイルの発生する磁界により前記被加熱物に与えられ る浮力を低減する電気導体と、 を備えた、

誘導加熱装置。

2 . 前記電気導体は、 前記開口部周囲に、 前記溝部をはさんで歯 部が櫛状に設けられた櫛状部を有する、

請求項 1記載の誘導加熱装置。

3 . 前記電気導体は外周部と前記開口部とに亘る少なく とも 1つ のス リ ッ トを有する、

請求項 2記載の誘導加熱装置。

4 . 前記スリ ツ トの幅は前記溝部の幅より大きい、

請求項 3記載の誘導加熱装置。

5 . 前記スリ ッ トは複数のスリ ッ トの 1つであり、 前記複数のス リ ッ 卜が対称的に設けられた、

請求項 3記載の誘導加熱装置。

6 . 前記電気導体は円環形状に形成または配列され、 前記電気導 体の中心と前記加熱コイルの中心とが一致している、 請求項 3に記載の誘導加熱装置。

7. 円環形状の前記電気導体の外径が 1 6 0 mm以上 2 0 0 mm 以下で、 前記開口部の内径が前記外径の 2 5 %以上 5 5 %以下であ る、

請求項 6記載の誘導加熱装置。

8. 前記開口部の内径が前記外径の 3 0 %以上 4 5 %以下である 請求項 6記載の誘導加熱装置。

9. 前記歯部の幅は 0. 5 mm以上 1 0 mm以下である、

請求項 6記載の誘導加熱装置。

1 0. 前記歯部の幅は l mm以上 6mm以下である

請求項 6記載の誘導加熱装置。

1 1. 前記溝部の幅は 0. 5 mm以上 3 mm以下である、

請求項 6記載の誘導加熱装置。

1 2. 前記溝部の幅は l mm以上 2 mm以下である、

請求項 6記載の誘導加熱装置。

3. 前記溝部は前記開口部の中心より放射状に設けられた、

請求項 1記載の誘導加熱装置。

1 4.前記電気導体と前記加熱コイルとの間に設けられた断熱材と、 をさらに備えた、

請求項 1記載の誘導加熱装置。

1 5. 外郭を構成する本体と、

前記被加熱物を載置し、 前記本体の上部に設けられた トップ プレートと、 をさらに備え、

前記加熱コイルは、 前記トッププレートの下方に設けられ、 前記電気導体は前記加熱コイルと前記トッププレートとの間に設け られた、

請求項 1記載の誘導加熱装置。