(57)【要約】【課題】アルミニウム製の被加熱物に働く浮力を更に低減し、被加熱物が軽量であっても十分な入力電力を確保でき、安定的に高効率で加熱する加熱性能を向上すること。【解決手段】加熱コイル１２から発生した磁束が磁性体の立ち上がり部１４ａ、１４ｂから別の磁性体１５ａ、１５ｂを介して被加熱物１１に作用することで、加熱コイル１２と被加熱物１１との磁気結合（効率）がよくなり、加熱性能を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を誘導加熱可能な加熱コイルと、前記加熱コイルの上方に前記被加熱物を載置する天板と、前記加熱コイルの下方に磁性体を備え、前記磁性体は前記加熱コイルの外周外側もしくは／および内周内側で略被加熱物の方向に立ち上がる立ち上がり部を設け、前記天板の内部かつ前記立ち上がり部の上方に別の磁性体を前記天板に埋設した誘導加熱装置。
【請求項２】
別の磁性体を天板の裏面に印刷した請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
別の磁性体を天板の裏面に設けた請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
別の磁性体を円環状にした請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
別の磁性体と天板の間に隙間を設け、接着剤で前記別の磁性体を天板に固定した請求項１または４に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
被加熱物を誘導加熱可能な加熱コイルと、前記加熱コイルの上方に前記被加熱物を載置する天板と、前記加熱コイルの下方に磁性体を備え、前記磁性体は前記加熱コイルの外周外側もしくは／および内周内側で略被加熱物の方向に立ち上がる立ち上がり部を設け、前記天板は前記立ち上がり部の上方に対応する位置に穴を設け、前記立ち上がり部は前記穴に入り込むまで上方に延長した誘導加熱装置。
【請求項７】
少なくとも天板の上面から別の磁性体または立ち上がり部が突出しておらず、前記上面は天板そのもので覆われた請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
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低透磁率材料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に設けられた電気導体と、前記加熱コイルの上方に前記被加熱物を載置する天板と、加熱コイルの下方に設けた磁性体を備え、前記電気導体は前記加熱コイルに対向して前記被加熱物を配置した時の前記加熱コイルの等価直列抵抗を前記電気導体が存在しない場合の前記加熱コイルの等価直列抵抗に比べて大きくするとともに、前記加熱コイルの発生する磁界と前記被加熱物に誘導される誘導電流の作用により前記被加熱物に対して働く浮力を低減する浮力低減機能を有し、かつ、前記磁性体は前記加熱コイルの外周外側もしくは／および内周内側で略被加熱物の方向に立ち上がる立ち上がり部を設けた請求項１〜７のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般家庭やオフィス、レストラン、工場などで使用される誘導加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の誘導加熱装置は、誘導加熱コイルから高周波磁界が発生し、電磁誘導による渦電流で鍋等の被加熱物を加熱している。図１２は、従来の誘導加熱装置の要部断面図を示すものである。
【０００３】
図１２に示すように加熱コイル２は、図示しない高周波インバータから高周波電流を供給され高周波磁界を発生し、鍋形状をした被加熱物１に磁界を照射する。フェライトなどの高透磁率の磁性体３は、加熱コイル２からの高周波磁界を効率よく被加熱物１に伝達するために設けている。絶縁体４は、具体的にはセラミック材の厚み４ｍｍなる天板であり、被加熱物１が載置される。絶縁体４の裏面には、コンデンサ７を介してアースあるいは整流器の入力または出力電位に接続されたカーボン製の導電性塗膜５が印刷され、さらに、加熱コイル２の周部にはリング状に加工された磁気シールドリング６を設けた構成としている。この構成において、加熱コイル２から高周波磁界が発生すると、底部に誘起した電磁誘導による渦電流のために被加熱物１が加熱される。また、導電性塗膜５の静電シールド作用により、加熱コイル２に発生する高周波高電圧と浮游容量によって加熱コイル２から人体を介して大地へと漏洩する漏れ電流が抑制される。また、磁気シールドリング６には、加熱コイル２から発生する高周波磁界により、誘導電流が発生しその誘導電流が反磁界を発生し結果的に加熱コイル２の周囲に漏洩する磁界を抑制している。また、重量センサを用いて被加熱物の移動を検出する技術を有したものもある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。さらに磁気センサを用いて被加熱物１の位置を検出する技術を有したものもある（例えば、特許文献３参照）。さらに共振周波数検出手段を用いて被加熱物１が浮力により移動したことを検出する技術を有したものもある（例えば、特許文献４参照）。さらに被加熱物と、加熱コイルとの間に電気導体を設け、この電気導体は、加熱コイルの等価直列抵抗（被加熱物及び電気導体を加熱状態と同様の位置配置で、加熱周波数近傍の周波数を使用して測定した加熱コイルの入力インピーダンスにおける等価直列抵抗）を前記電気導体が存在しない場合の前記加熱コイルの等価直列抵抗に比べて大きくするようにしたものもある（例えば、特許文献５参照）。
【特許文献１】特開昭６１−１２８４９２号公報
【特許文献２】特開昭６２−２７６７８７号公報
【特許文献３】特開昭６１−７１５８２号公報
【特許文献４】特開平４−７６５６３３号公報
【特許文献５】特開２００３−２６４０５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、被加熱物１の底面には電流が誘起され、この電流は加熱コイル電流との相互作用で被加熱物１の底に加熱コイル２から遠ざかろうとする反発力を生じる。一方被加熱物１が鉄などの高透磁率材料で、抵抗率がある程度大きい鉄製である場合には、所定の出力を得ようとする場合に、誘導される電流値が少なくてよく上記の反発力が小さいと同時に、磁束が被加熱物１に吸収されるので吸引力が働き、被加熱物１が浮き上がったりずれたりする恐れはなかった。
【０００５】
一方、特に被加熱物１がアルミニウムや銅といった低透磁率かつ高電気伝導率なる材料
製である場合には、所定の加熱出力を得るために加熱コイル２に流す電流を大きくして被加熱物１に電流を多く流す必要があり、反発力が大きくなると同時に、被加熱物１が鉄などの高透磁率材料である場合のような吸引力が働かない。従って、加熱コイル２の磁界と誘導電流の作用により被加熱物１に加熱コイル２から遠ざかる方向に浮力が強く働き、被加熱物１の重量が軽い場合には、被加熱物１が浮力によりずれたり、被加熱物１の戴置面からの浮きが生じるおそれがある。
【０００６】
図１４は、従来の誘導加熱装置の加熱コイルと被加熱物に流れる電流を示す図であり、この時の加熱コイル２の電流の流れと被加熱物１に流れる渦電流のマクロ的な流れを示している。図１４の（ア）は従来の誘導加熱装置の加熱コイルと被加熱物に流れる電流を示し、加熱コイル２に流れる電流の向きを被加熱物１側からみた図である。図１４の（イ）は、従来の誘導加熱装置の被加熱物に流れる渦電流を示す図であり、被加熱物１に流れる渦電流を加熱コイル２と逆側（（ア）と同方向側）から見た図である。図１４に示すように被加熱物１に流れる渦電流は加熱コイル２に流れる電流と逆向きかつ略同形状のループ状で流れる。従って同じ断面積（略加熱コイル２の面積）の永久磁石２つが異極（例えばＮ極とＮ極）で存在することとほぼ等価になって、大きな反発力となるものである。
【０００７】
この現象は、被加熱物１の材料がアルミニウムや銅である場合に顕著である。すなわち同じ低透磁率材料であっても、非磁性ＳＵＳのようなアルミニウムや銅よりも電気伝導率が低い材料の場合は、加熱コイル２に流す電流が少なくても十分な発熱が得られるので、被加熱物１に誘導される電流が発生する反発磁界が小となるものである。図１３は、従来の誘導加熱装置の入力電力と浮力の相関図であり、アルミニウムで作られた被加熱物１を加熱時の入力電力と浮力の相関の一例を示している。図１３のグラフにおいて、横軸は入力電力で、縦軸は浮力で示している。この図で分かるように、入力電力の増加に伴い、浮力も増加し、その浮力が被加熱物１の重量を超えると、被加熱物１のずれ、浮き等が生じるという課題を有していた。
【０００８】
特許文献１（特開昭６１−１２８４９２号公報）、特許文献２（特開昭６２−２７６７８７号公報）で開示されているような重量センサを用いて被加熱物の移動を検出する技術、また、特許文献３（特開昭６１−７１５８２号公報）で開示されているような磁気センサを用いて被加熱物１の位置を検出する技術、さらに特許文献４（特開平４−７６５６３３号公報）で開示されているような共振周波数検出手段を用いて被加熱物１が浮力により移動したことを検出する技術等、いずれの技術も被加熱物１に所定以上の浮力が作用したこと、あるいは被加熱物１が浮いたあるいは移動したことを検出した場合に、それ以上浮かないように、あるいは移動しないように被加熱物１を加熱するための加熱電力を抑制したり、あるいは加熱動作そのものを停止するものであり、このような場合には、十分な火力が得られず、更には調理動作の継続が中断されるという状況に陥ってしまうという課題を有していた。
【０００９】
例えば、質量３００ｇのアルミニウム製の雪平鍋で、２００ｃｃの水を加熱する場合、図１３より約８５０Ｗ以上の入力電力で浮力が鍋と調理物（水）の合計質量を上回り、鍋が浮き上がってこの電力以上の入力電力で加熱することが困難となる。従って、前記従来の方式においては、例えばアルミ負荷鍋と検知した場合に鍋の浮き上がる入力電力以下、例えば８００Ｗに入力電力を抑制することが鍋浮きを生じない様にするための対策手段として想定できるが、発明者らの実験によれば、この様な入力電力で加熱しても上記の水を沸騰状態にすることは困難であり、アルミニウム製の鍋を加熱できる誘導加熱調理器としては加熱性能が極めて低いものとなる（入力１０００Ｗ程度であれば２００ｃｃの水は沸騰状態とすることは可能であるが加熱速度は遅い）。
【００１０】
また、特許文献５（特開２００３−２６４０５４号公報）は、前記、従来の課題を解決
するために、アルミニウム若しくは銅又はこれらと略同等以上の電気伝導率を有する低透磁率材料からなる被加熱物と、加熱コイルとの間に電気導体を設け、この電気導体は、加熱コイルの等価直列抵抗（被加熱物及び電気導体を加熱状態と同様の位置配置で、加熱周波数近傍の周波数を使用して測定した加熱コイルの入力インピーダンスにおける等価直列抵抗（以下単に加熱コイルの等価直列抵抗と呼ぶ））を前記電気導体が存在しない場合の前記加熱コイルの等価直列抵抗に比べて大きくするものであるが、このような電気導体は、同一出力を得る場合の加熱コイルに流れる電流を低減して、加熱コイルの発生する磁界と前記被加熱物に誘導される誘導電流の作用により前記被加熱鍋に対して働く浮力を低減する浮力低減機能を有しており、この結果アルミニウム若しくは銅又はこれらと略同等以上の電気伝導率を有し、かつ低透磁率材料からなる被加熱物を加熱した時に浮き上がったりずれたりするのを防止するとともに、加熱コイルに高周波電流を供給するスイッチング素子や共振コンデンサ等の部品の損失を低減している。しかしながら、約９０％の熱効率がある通常の鉄やステンレスの被加熱物に対する加熱性能に比べると効率的に劣るという課題を有していた。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、鉄やステンレスの被加熱物に対する更なる抜本的な加熱性能の向上をはかり、アルミニウム製の被加熱物に働く浮力を更に低減し、被加熱物が軽量であっても十分な入力電力を確保でき、安定的に高効率で加熱することのできる誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱装置は、被加熱物を誘導加熱可能な加熱コイルと、前記加熱コイルの上方に前記被加熱物を載置する天板と、前記加熱コイルの下方に磁性体を備え、前記磁性体は前記加熱コイルの外周外側もしくは／および内周内側で略被加熱物の方向に立ち上がる立ち上がり部を設け、前記天板の内部かつ前記立ち上がり部の上方に別の磁性体を前記天板に埋設する構成としたものである。
【００１３】
これによって、加熱コイルから発生した磁束が磁性体の立ち上がり部から別の磁性体を介して被加熱物に作用することで、加熱コイルと被加熱物との磁気結合（効率）がよくなり、加熱性能が向上する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の誘導加熱装置は、加熱コイルと被加熱物との磁気結合（効率）がよくなり、加熱性能を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１の発明は、被加熱物を誘導加熱可能な加熱コイルと、前記加熱コイルの上方に前記被加熱物を載置する天板と、前記加熱コイルの下方に磁性体を備え、前記磁性体は前記加熱コイルの外周外側もしくは／および内周内側で略被加熱物の方向に立ち上がる立ち上がり部を設け、前記天板の内部かつ前記立ち上がり部の上方に別の磁性体を前記天板に埋設する構成とした。
【００１６】
この構成により、加熱コイルから発生した磁束が磁性体の立ち上がり部から別の磁性体を介して被加熱物に作用することで、加熱コイルと被加熱物との磁気結合（効率）がよくなり、加熱性能が向上する。
【００１７】
第２の発明は、特に、第１の発明の別の磁性体を天板の裏面に印刷することにより、磁気結合（効率）がよくなり、加熱性能が向上することができ、かつコンパクトで、天板に凹みを設けないので、天板の強度低下の恐れがない。
【００１８】
第３の発明は、特に、第１の発明の別の磁性体を天板の裏面に接着固定などの方法で設けることにより、磁気結合（効率）がよくなり、加熱性能が向上することができ、かつ天板に凹みを設けないので、天板の強度低下の恐れがない。
【００１９】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の別の磁性体を円環状にした構成とすることにより、磁気結合（効率）が更によくなり、加熱性能を向上することができる。また、埋設形状も円環で繋がった単純形状になるので、加工工数を低減することができる。
【００２０】
第５の発明は、特に、第１または第４の発明の別の磁性体と天板の間に隙間を設け、接着剤で前記別の磁性体を天板に固定する構成とすることにより、別の磁性体と天板との熱膨張差を接着剤で吸収でき、熱応力による割れに対する信頼性を向上することができる。
【００２１】
第６の発明は、被加熱物を誘導加熱可能な加熱コイルと、前記加熱コイルの上方に前記被加熱物を載置する天板と、前記加熱コイルの下方に磁性体を備え、前記磁性体は前記加熱コイルの外周外側もしくは／および内周内側で略被加熱物の方向に立ち上がる立ち上がり部を設け、前記天板は前記立ち上がり部の上方に対応する位置に穴を設け、前記立ち上がり部は前記穴に入り込むまで上方に延長する構成とすることにより、別の磁性体を立ち上がり部が兼ねることで、部品点数が減り、かつ、立ち上がり部と別の磁性体の間の空間も立ち上がり部が兼ねるので、磁性体が連続的に繋がることで、加熱コイルと被加熱物との磁気結合（効率）が更によくなり、加熱性能を向上することができる。
【００２２】
第７の発明は、特に第１〜６のいずれか１つの発明の少なくとも天板の上面から別の磁性体または立ち上がり部が突出しておらず、前記上面は天板そのもので覆われる構成とすることにより、発熱する磁性体が天板上面に出ておらず、手で触れることができないので、やけどや感電のおそれがなく、安全である。
【００２３】
第８の発明は、特に第１〜８のいずれか１つの発明の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低透磁率材料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に設けられた電気導体と、前記加熱コイルの上方に前記被加熱物を載置する天板と、加熱コイルの下方に設けた磁性体を備え、前記電気導体は前記加熱コイルに対向して前記被加熱物を配置した時の前記加熱コイルの等価直列抵抗を前記電気導体が存在しない場合の前記加熱コイルの等価直列抵抗に比べて大きくするとともに、前記加熱コイルの発生する磁界と前記被加熱物に誘導される誘導電流の作用により前記被加熱物に対して働く浮力を低減する浮力低減機能を有し、かつ、前記磁性体は前記加熱コイルの外周外側もしくは／および内周内側で略被加熱物の方向に立ち上がる立ち上がり部を設ける構成とすることにより、鉄やステンレスの被加熱物に対する加熱性能に比べると効率的に劣るアルミ加熱時のような立ち上がり部が比較的必須となりうる構成のときには、（例えば立ち上がり部の上方に別の磁性体を設け加熱コイルと被加熱物との磁気結合（効率）をよくするような）本構成は特に有効となる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の要部断面図を示すものである。
【００２６】
図１において、誘導加熱装置本体２０に収納された加熱コイル１２と、本体２０上部に固定された天板１３と、天板１３に載置される被加熱物１１を示している。
【００２７】
加熱コイル１２は保持板１６の上部に載置される。保持板１６は耐熱樹脂製で複数の略直方体をした棒形状の強磁性体（フェライト）で、磁性体１４を加熱コイル１２の下部に位置し、加熱コイル１２の下面に略平行に、そしてそれらと一体的に成形されている。また、磁性体１４の両端には立ち上がり部１４ａ、１４ｂが接して設けられる。このため磁性体１４は全体として断面が被加熱物１１に向けて開いたコの字状に形成される。保持板１６は磁性体１４の表面を覆うように（部分的に冷却のため覆っていない）成形され加熱コイル１２と電気的に絶縁される構成になっている。もちろん、必ずしも一体成形である必要はない。
【００２８】
また、加熱コイル１２の上方に被加熱物１１を載置する耐熱セラミック製の天板１３があり、天板１３の内部かつ立ち上がり部１４ａ、１４ｂの上方には別の磁性体１５ａ、１５ｂが天板１３に埋設され、天板１３と一体的に成形して構成している。
【００２９】
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、作用を説明する。
【００３０】
まず、加熱コイル１２に高周波電流が供給されると磁界を発生するが、加熱コイル１２の下方では高透磁率材料である磁性体１４があり磁束が磁性体１４に集中するので、磁界が被加熱物１１と反対側に膨らむのを防止できる。
【００３１】
一方、加熱コイル１２の上部に出た磁界は立ち上がり部１４ａ、１４ｂに導かれて上方の被加熱物１１の方向に作用する。さらに、その磁界は別の磁性体１５ａ、１５ｂに導かれ、被加熱物１１の近傍まで、磁界が導かれることにより、効率よく被加熱物に磁界を作用させることができる。
【００３２】
以上のように、本実施の形態によれば、加熱コイル１２から発生した磁束が磁性体の立ち上がり部１４ａ、１４ｂから別の磁性体１５ａ、１５ｂを介して被加熱物１１に作用することで、加熱コイル１２と被加熱物１１との磁気結合（効率）がよくなり、加熱性能を向上させることができる。
【００３３】
図２は、本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の要部断面図を示すものである。
【００３４】
図２において、別の磁性体１５ａ、１５ｂを天板１３の裏面に印刷した構成としたものである。
【００３５】
本構成にすることにより、磁気結合（効率）がよくなり、加熱性能が向上する。かつコンパクトで、天板１３に凹みを設けないので、天板１３の強度低下の恐れを無くすことができる。
【００３６】
図３は、本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の要部断面図を示すものである。
【００３７】
図３において、別の磁性体１５ａ、１５ｂを天板１３の裏面に接着固定などの方法で設けた構成としたものである。固定方法は接着に限らず固定できる方法であれば、特に限定されない。
【００３８】
本構成にすることにより、磁気結合（効率）がよくなり、加熱性能が向上する。かつ天板１３に凹みを設けないので、天板１３の強度低下の恐れを無くすことができる。
【００３９】
図４は、本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の要部上面図を示すものである。
【００４０】
図４において、別の磁性体１５ａ、１５ｂを円環状にした構成としたものである。
【００４１】
本構成にすることにより、磁気結合（効率）が更によくなり、加熱性能が向上する。また、埋設した場合については、形状も円環で繋がった単純形状になるので、加工工数を低減することができる。
【００４２】
図５は、本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の要部断面図を示すものである。
【００４３】
図５において、特に別の磁性体１５ａ、１５ｂと天板１３の間に隙間１７を設け、接着剤１８で別の磁性体１５ａ、１５ｂを天板１３に固定する構成としたものである。
【００４４】
本構成にすることにより、別の磁性体１５ａ、１５ｂと天板１３との熱膨張差を接着剤１８で吸収でき、熱応力による割れに対する信頼性を向上することができる。
【００４５】
図６は、本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の要部断面図を示すものである。
【００４６】
図６において、天板１３に立ち上がり部１４ａ、１４ｂの上方に対応する位置に穴１９を設け、立ち上がり部１４ａ、１４ｂは穴１９に入り込むまで上方に延長する構成としたものである。
【００４７】
本構成にすることにより、別の磁性体を立ち上がり部１４ａ、１４ｂが兼ねることで、部品点数が減り、かつ、立ち上がり部１４ａ、１４ｂと別の磁性体の間の空間も立ち上がり部が兼ねるので、磁性体が連続的に繋がることで、加熱コイル１２と被加熱物１１との磁気結合（効率）が更によくなり、加熱性能を向上させることができる。
【００４８】
また、図１〜図６いずれにもいえることではあるが、少なくとも天板１３の上面から別の磁性体１５ａ、１５ｂまたは立ち上がり部１４ａ、１４ｂが突出しておらず、天板１３の上面は天板１３そのもので覆われる構成としたので、発熱する磁性体が天板１３の上面に出ておらず、手で触れることができないので、やけどや感電のおそれがなく、安全である。
【００４９】
なお、立ち上がり部１４ａ、１４ｂや別の磁性体１５ａ、１５ｂは本実施の形態では加熱コイル１２の外周外側および内周内側の両方に設けたが、必ずしも両方になければならないというわけではなく、便宜に応じて個別になくすことは当然可能である。ただし、磁束を効率よく被加熱物１１に伝達するという目的からすると、外部に逃げる磁束を効率よく被加熱物１１に伝えるためには、外周外側の立ち上がり部１４ａ、別の磁性体１５ａを設ける構成が最も効果が高いと考えられる。
【００５０】
（実施の形態２）
図７は、本発明の第２の実施の形態における誘導加熱装置の要部斜視図である。
【００５１】
図７において、加熱コイル２１及びその周辺の構成を示している。図８は、本発明の第２の実施の形態における誘導加熱装置の要部断面図である。図８において、誘導加熱装置本体（図示せず）に収納された加熱コイル２１と、前記本体上部に固定された天板２８と、前記天板２８に載置される被加熱物２９を示している。
【００５２】
図７及び図８において、加熱コイル２１は素線を束ねた撚り線を２層にして平板状に巻回され、保持板２２上部に載置される。保持板２２は耐熱樹脂製で４本の略直方体をした棒形状の強磁性体であるファライトコア２３ｂ〜２６ｂを加熱コイル２１の下部に位置し、加熱コイル２１の下面に略平行に、そしてそれらと一体的に成形されている。また、フェライトコア２３ｂ〜２６ｂの両端にはフェライトコア２３ａ〜２６ａとフェライトコア２３ｃ〜２６ｃが接して設けられる。このためフェライトコアは全体として断面が被加熱物２９に向けて開いたコの字状に形成される。保持板２２はファライトコアの表面を覆うように（部分的に冷却のため覆っていない）成形され加熱コイル２１と電気的に絶縁される構成になっている。
【００５３】
加熱コイル２１上部にはカーボン材料で形成された導電塗膜３２がマイカ製の絶縁板３０、３１の間に形成されている。この導電膜３２は端子３３（図７）と接続され、さらにコンデンサ３４を介して商用電源電位あるいは加熱コイル２１に高周波電流を供給するインバータの入力する商用電源を整流した電位あるいは大地に接続される。
【００５４】
電気導体２７は、厚さが略１ｍｍの材料がアルミニウムの板により形成され、絶縁板３１と天板２８の間に設けられており、図７に示すように、外径及び内径が加熱コイル２１のものとほぼ同じの略ドーナツ状をして、幅約６ｍｍのスリット２７ａが外周から内周に渡って設けられている。電気導体２７の位置は３箇所ある脚部２７ｂと保持板２２により規制される。
【００５５】
電気導体２７は中央に開口部３７を設け、上部（被加熱物２９側）から見て、外側の立ち上がり部であるフェライトコア２３ａ〜２６ａの上端面は電気導体２７、加熱コイル２１の外周より外側に位置し、内側の立ち上がり部であるフェライトコア２３ｃ〜２６ｃの上端面は開口３７の周部、加熱コイル２１より内側に位置している。サーミスタ３５はホルダー３６にはめ込まれて、天板２８裏面に当接される。絶縁体である天板２８は耐熱セラミックス製で、その上にアルミニウム製の被加熱物２９が加熱コイル２１に対向する様に載置される。天板２８の内部で、かつ、フェライトコア２３ａ、２３ｃ、２６ａ、２６ｃの上方には、別の磁性体４０ａ、４０ｂが天板と一体的に埋設した構成としている。
【００５６】
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、作用を説明する。
【００５７】
まず、加熱コイル２１には約７０ｋＨｚの高周波電流が供給される。加熱コイル２１は、高周波電流が供給されると磁界を発生するが、加熱コイル２１下方では高透磁率材料であるフェライトコア２３ｂ〜２６ｂがあり磁束がフェライトコアに集中するので、磁界が被加熱物２９と反対側に膨らむのを防止できる。
【００５８】
一方、加熱コイル２１の上部に出た磁界は電気導体２７に鎖交するので電気導体２７に誘導電流が誘起される。電気導体２７の厚みは約１ｍｍで浸透深さ以上の厚みを有するので電気導体に鎖交した磁界の大部分はほとんど電気導体を通過せず外周側または内周側に迂回してから被加熱物２９方向に導かれる。フェライトコア２３ａ〜２６ａ、２３ｃ〜２６ｃは上方の被加熱物の方向に磁界を効率良く導く作用する。
【００５９】
なお、フェライトコア２３ａ〜２３ｃ、２４ａ〜２４ｃ、またはフェライトコア２５ａ〜２５ｃはそれぞれ、別の３つのフェライトコアを接した状態で組み合わせて配置しているが、それぞれ略同形状となるように一体に成形しても開磁路であるので同様の効果が得られる。
【００６０】
被加熱物２９に誘起された誘導電流は加熱コイル２１の発生する磁界分布と、電気導体
２７に誘起された電流の発生する磁界分布の重畳した磁界分布が被加熱物２９に鎖交することにより発生するものである。このように、電気導体２７が介在することにより、被加熱物２９に誘導される電流分布が変化し、さらに電気導体２７に発生する電流分布が加わるということから、加熱コイル２１の等価直流抵抗が大きくなる。
【００６１】
等価直列抵抗が大きくなると、同じ加熱コイル電流でも被加熱物２９における発熱量が大きくなるので同一消費電力を得ようとする場合には加熱コイル電流を小さくすることができ、それに伴い浮力も低減することができる。
【００６２】
図９は、本発明の第２の実施の形態における誘導加熱装置の加熱コイルの等価直列抵抗と浮力の相関を示す図である。図９において、被加熱物がアルミニウム製の鍋の場合の消費電力と浮力の関係を、アルミニウム製の電気導体２７がある場合（Ｂで示す）とその電気導体がない場合（Ａで示す）について示している。図１０は、本発明の第２の実施の形態における誘導加熱装置の加熱コイルの等価直列抵抗と加熱コイル電流値の相関を示す図である。図１０において、消費電力と加熱コイル電流の関係を、電気導体２７がある場合（Ｂで示す）と電気導体がない場合（Ａで示す）について測定結果の一例を示している。ただし、インバータの共振周波数は約７０ｋＨｚである。
【００６３】
これらの測定結果によると、電気導体２７を挿入することにより、等価直流抵抗（Ｒｓ）は１．０９Ωから２．３Ωに増加し、消費電力が２ｋＷに出力を設定した場合に、鍋に働いた浮力は約９００ｇから約５００ｇに低減するとともに、加熱コイル２１の電流も約４０Ａｒｍｓから約３３Ａｒｍｓに低減した。また、加熱コイル２１の電流の低減に伴いインバータを駆動するパワースイッチング素子の損失、加熱コイル２１の損失も大幅に低減する（なお、鉄系の被加熱物の場合には電気導体２７を挿入することにより、加熱コイルの等価直列抵抗大きくするという作用はほとんど得られない）。また、電気導体２７を設けることで、電気導体の損失が発生する。発明者らの実験によれば、消費電力が２ｋＷであったとき、前記電気導体の損失は一例として約２７０Ｗと推定された。この時、加熱コイル２１を含めた誘導加熱装置内部の損失は加熱コイル電流低減の作用により約２１０Ｗと推定された。このように、電気導体２７を挿入することにより、その発熱による損失が発生するものの、内部損失が低減することにより、その差は約６０Ｗと大幅な加熱効率の低下を防止することができる。
【００６４】
また、図８のように電気導体２７を天板２８当接させて、電気導体２７の熱を、熱伝導で天板２８を介して被加熱物２９に与えれば、前記の加熱効率の低下をカバーすることが可能である。このように、電気導体２７の発熱による損失の増加は、機器全体の加熱効率でみれば、加熱コイル２１の電流が低減するので、相当な部分が他の部分の損失低下で相殺される。
【００６５】
また、電気導体２７には、スリット２７ａを設けている。このスリット２７ａを設け無いほうが等価直流抵抗（Ｒｓ）を増加する作用が大きい。しかしながら、この場合には、電気導体２７に誘導される電流量が多いため発熱量が極めて大きく加熱効率の低下も大きい。スリット２７ａを設けることで、このスリット２７ａを設けない場合より等価直流抵抗は小さくなるが、電気導体２７に誘起される加熱コイル２１の電流と逆方向の略平行な加熱コイル２１の中心の周りを周回するように流れる周回電流が流れないようにし、分布の異なる誘導電流を電気導体２７内に分布せしめるものである。これにより、電気導体２７の発熱を抑制するとともに、等価直流抵抗を増加させる作用を生じさせるものである。
【００６６】
導電膜３２は加熱コイル２２の上部に近接して設けられ、コンデンサ３４を介して、商用電源電位、インバータの入力電位となる電源電流整流器の出力電位、またはアース電位に接続されるので加熱コイル２１から使用者に漏洩するリーク電流を低減することができ
る。しかしながら、この導電膜３２は膜圧が薄く電気伝導率も低いので、誘導電流の発生量が極めて少なく、加熱コイル２１から発生する磁界の分布を変える作用はほとんどないので、電気導体２７のような等価直列抵抗の増加作用、加熱コイル電流の低減作用、そして浮力低減作用はほとんど得られない。
【００６７】
図１１は、本発明の第２の実施の形態における誘導加熱装置の電気導体の厚みと被加熱体に作用する浮力の相関を示す図であり、電気導体の厚みと浮力に関する傾向を示している。加熱コイル２１からの磁束を遮蔽する場合に必要な厚みは浸透深さ以上必要であり、本実施の形態の場合、加熱コイル２１に流れる電流の周波数は７０ｋＨｚであり、材質をアルミニウムとした場合浸透深さはδ＝０．３ｍｍ程度となる。従って電気導体２７の厚み浸透深さ以上にすることにより、浮力低減の効果を大きく得ることが可能となる。発明者らは実験により、浸透深さよりもやや大きく約１ｍｍ程度にすると十分な浮力低減の効果が得られることを確認している。
【００６８】
以上のように、本実施の形態によれば、アルミニウム製の被加熱物２９を誘導加熱可能な加熱コイル２１と被加熱物２９との間に設けられた電気導体２７を有し、電気導体２７は加熱コイル２１に対向して被加熱物２９を配置した時の加熱コイル２１の等価直列抵抗を大きくするとともに、加熱コイル２１の発生する磁界が被加熱物２９に対して働く浮力を低減する浮力低減機能を有しているので、所定の消費電力を得ようとする場合に、加熱コイル電流値を低減することができ、被加熱物２９に働く浮力を低減するとともに、スイッチング素子（図示せず）や加熱コイル２１に発生する損失を低減して冷却が容易になり、アルミニウム、銅、または黄銅など高電気伝導率低透磁率の被加熱物２９を加熱できる安全かつ低価格な誘導加熱調理器を提供することができる。
【００６９】
また、電気導体２７は、加熱コイル２１をスリット２７ａ部以外のほぼ全部に渡って上部で覆うように、すなわち、電気導体２７は加熱コイル２１における被加熱物２９側の面の一部または全部と対向し板状に形成されてなることにより、加熱コイル２１から発生する磁界の一部を被加熱物２９に到達する前に、電気導体２７に効率良く鎖交させ、電気導体２７の周囲から迂回して被加熱物２９に加熱コイル２１の磁界を鎖交させることになる。電気導体２７と加熱コイル２１との間隔は、電気導体２７と被加熱物２９との間隔よりも小さく、電気導体２７と加熱コイル２１との磁気結合が良いので、電気導体２７に鎖交する磁束量が大きくなり、電気導体２７に誘導電流が分布し加熱コイル２１の等価直列抵抗を大きくするという作用がある。
【００７０】
また、加熱コイル２１から出て、電気導体２７を迂回した、通り抜けた、あるいは鎖交しなかった磁界が、被加熱物２９に到達することにより、被加熱物２９を誘導加熱するので、加熱コイル２１の等価直列抵抗が増加し、加熱コイル電流低減作用と被加熱物に働く浮力低減作用を大きくすることができる。
【００７１】
なお、本実施の形態では、加熱コイル２１のほぼ全部と対向するように電気導体２７の大きさを決めたが、電気導体２７の板の面積は大きいほど、また電気導体２７が加熱コイル２１に近いほど電気導体２７に加熱コイル２１の磁束が多く通過し、等価直列抵抗増加作用を大きくすることができることから、電気導体２７の表面積は、必要とする浮力低減効果を得るように、また、電気導体２７と加熱コイル２１間の距離、電気導体２７の発熱等の条件を考慮して決めれば良い。
【００７２】
また、電気導体２７に開口３７を設けて、加熱コイル２１の中央部近傍を覆わないようにしたことにより、中央部近傍を、加熱コイル２１から発生して被加熱物２９へ鎖交させる磁界の経路とするよう集中させ、当該電気導体を付設することに伴う加熱効率の大幅な低下を抑制するものである。
【００７３】
また、電気導体板２７にスリット２７ａを設けてなることにより、加熱コイル２１の発生する磁界により電気導体２７に誘導される電流の向き及び大きさを変え、被加熱物２９に作用する浮力の低減効果をある程度保持しながら、電気導体２７に発生する発熱量を低減することができる。すなわち電気導体２７に誘導される加熱コイル２１に流れる電流と逆方向に流れる周回電流は、スリット２７ａにより遮断し電流分布を変えることが可能なので大電流の発生が無くなり、発熱量を低減できる。ただ、その場合に被加熱物２９への浮力低減効果がある程度低下する。スリット２７ａの形状、加熱コイルが鎖交する面積、電気導体の材質などにより、等価直列抵抗の大きさと電気導体２７の発熱量が異なるので、これらの要素の組み合わせで最適なものを選択して、浮力の低減効果をできるだけ大きく、電気導体２７の発熱量を許容できるようなレベルとする組み合わせを決定すれば良い。さらに、この電気導体２７は複数の電気導体に分離されないので組み立て時等の場合における取り扱いが容易である。
【００７４】
また、電気導体２７は、その厚みを加熱コイル電流により誘導される高周波電流の浸透深さよりも大としてなるので、電気導体２７に誘導電流が十分多く発生し、加熱コイル２１からの磁界が通過せず磁界分布を大きく変える作用が得られることにより、形状を工夫することにより上記の等価直列抵抗を増加させる作用を確実に得ることができるものである。
【００７５】
また、電気導体２７はアルミニウム製であるので、低透磁率であり磁束がその電気導体２７に吸収されにくく（被加熱物に到達しない磁束量が多くならない）、かつ電気導体に誘導された電流で磁界の向きが変更されるので、電気導体２７内を通過させ被加熱物２９に鎖交させるか、または電気導体２７を迂回させ被加熱物２９に鎖交させるかのいずれかの経路で、磁束を効率的に被加熱物２９に鎖交させることができ、加熱効率の低下を抑制しながら等価直列抵抗を大きくすることができる。
【００７６】
また、電気導体２７はアルミニウム製であり、高電気伝導率の材料であるので加熱コイル２１の磁束が鎖交することにより、誘導電流で磁界の向きや分布が変更される程度が大きくなり、被加熱物２９における誘導電流の分布の変化および、電気導体２７における電流の発生による、等価直列抵抗を増加させる効果を大きくし、かつ電気導体２７自身の誘導電流による発熱を抑制することができる。
【００７７】
また、加熱コイル２１を収納する本体と、加熱コイル２１と被加熱物２９との間に位置すべく前記本体に固定された絶縁体２８とを有し、電気導体２７は、前記絶縁体２８の加熱コイル２１側に設けたことにより、電気導体２７を加熱コイル２１に近づけて、加熱コイル２１との磁気結合を大きくして、等価直列抵抗を大きくし易い、動作中に加熱コイル２１の磁界で電気導体２７に誘導される電流の作用により電気導体２７が発熱する場合があるが、絶縁体２８表面に電気導体２７が露出せず、電気導体２７に直接手が触れて火傷する恐れが少ない、あるいは絶縁体２８の表面が凸凹しないことから見栄えが良いなどの効果を奏する。
【００７８】
また、加熱コイル２１下方に放射状に設けた高透磁率の磁性体であるフェライトコアを四本備え、これらのフェライトコアは電気導体の外周より外側に被加熱物の方向に立ち上がる立ち上がり部を設けたことにより、加熱コイル２１から出た磁束が加熱コイル２１外側周囲に広がらないようにして効率良く被加熱物２９に磁束が鎖交するようにして加熱効率を高めるとともに、フェライトコア２３ａ〜２６ａの立ち上がり部から出る磁束が電気導体２７に突き当たらないようにして電気導体２７の発熱を抑制するものである。
【００７９】
また、電気導体２７は中央部に開口３７を設けるとともに、加熱コイル下方に設けた高
透磁率の棒状フェライトコア２３ｂ〜２６ｂを設け、前記フェライトコア２３ｂ〜２６ｂは電気導体２７の開口３７周部３７ａより中央側に被加熱物２９の方向に立ち上がる立ち上がり部２３ｃ〜２６ｃを設けたことにより、フェライトコアの立ち上がり部２３ｃ〜２６ｃから出る磁束が電気導体２７に突き当たらないようにして加熱コイル２１からの磁束を効率良く被加熱物２９に導き加熱効率を高めることができる。
【００８０】
また、サーミスタ３５に鎖交する磁束を抑制してサーミスタ３５の検知回路にノイズを誘導しにくくすることもできる。
【００８１】
また、本実施の形態のように、鉄やステンレスの被加熱物に対する加熱性能に比べると効率面で劣るアルミ加熱時のような磁性体の立ち上がり部が比較的必須となりうる構成のときには、別の磁性体４０ａ、４０ｃを設け、加熱コイル２１と被加熱物２９との磁気結合（効率）がよくなる本構成は特に有効となる。さらに、等価直列抵抗も大きくすることができるので、各部品の冷却性能も改善し、さらに高い入力を入れることも可能になり、性能向上につながる。
【００８２】
なお、本実施の形態では、加熱コイル２１下方に設けた高透磁率の棒状フェライトコア２３ｂ〜２６ｂの両端をフェライトコア２３ａ〜２６ａ、及びフェライトコア２３ｃ〜２６ｃにより略垂直に立ち上げているが、この立ち上げ角度はこれにかぎるものではない。
【００８３】
また、電気導体２７は、被加熱物２９とセラミック製天板２８より電気的に絶縁されているが熱的に接続されてなるので電気導体２７が発熱する場合にはその熱の一部が天板２８を介して被加熱物２９に伝わり電気導体２７の発熱による加熱効率の低減を抑制することができる。
【００８４】
なお、実施の形態すべてにおいて、立ち上がり部を設けた構成としたが、立ち上がり部をなくし、別の磁性体だけにしてもよいのはいうまでもない。この理由はもともと立ち上がり部のないものに対して、別の磁性体を設けるだけでも加熱性能は向上するためである。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、加熱コイルと被加熱物との磁気結合（効率）がよくなり、加熱性能が向上することができるので、キッチン等に組み込まれる家庭用の誘導加熱調理器として有効であるとともに、工業用の用途としても有効である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の要部断面図
【図２】本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の要部断面図
【図３】本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の要部断面図
【図４】本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の要部上面図
【図５】本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の要部断面図
【図６】本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の要部断面図
【図７】本発明の実施の形態２における誘導加熱装置の要部斜視図
【図８】本発明の実施の形態２における誘導加熱装置の要部断面図
【図９】本発明の実施の形態２における誘導加熱装置の加熱コイルの等価直列抵抗と浮力の相関を示す図
【図１０】本発明の実施の形態２における誘導加熱装置の加熱コイルの等価直列抵抗と加熱コイル電流値の相関を示す図
【図１１】本発明の実施の形態２における誘導加熱装置の電気導体の厚みと被加熱体に作用する浮力の相関を示す図
【図１２】従来の誘導加熱装置の要部断面図
【図１３】従来の誘導加熱装置の入力電力と浮力の相関図
【図１４】（ア）従来の誘導加熱装置の加熱コイルと被加熱物に流れる電流を示す図（イ）従来の誘導加熱装置の被加熱物に流れる渦電流を示す図
【符号の説明】
【００８７】
１１  被加熱物
１２  加熱コイル
１３  天板
１４  磁性体
１４ａ、１４ｂ  立ち上がり部（磁性体）
１５ａ、１５ｂ  別の磁性体
１７  隙間
１８  接着剤
１９  穴
２１  加熱コイル
２３ｂ、２６ｂ  磁性体
２３ａ、２３ｃ、２６ａ、２６ｃ  立ち上がり部（磁性体）
２７  電気導体
２８  天板（絶縁体）
２９  被加熱物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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