【手続補正書】
【提出日】平成16年9月29日(2004.9.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  誘導加熱装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  インバータ電源の平滑手段を具備した加熱部と、インバータ電源の平滑手段を具備しない加熱部とをそれぞれ少なくとも１つ以上有し、インバータ電源の平滑手段を具備した加熱部の最大出力を、インバータ電源の平滑手段を具備しない加熱部の最大出力よりも小としたことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】  平滑手段を具備した加熱部における低電気伝導率なる非磁性材料負荷の加熱時の入力電力を、平滑手段を具備しない加熱部の前記負荷加熱時の入力電力よりも小としたことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】  非磁性材料負荷を非磁性ステンレスとしたことを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】  平滑手段を具備した加熱部における高電気伝導率なる非磁性材料負荷の加熱時の入力電力を、平滑手段を具備しない加熱部の前記負荷加熱時の入力電力よりも大としたことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】  負荷の加熱部に面した部分の厚みをほぼ１ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項２または４に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】  負荷の大きさは加熱部をほぼ覆う大きさとしたことを特徴とする請求項２または４に記載の誘導加熱装置。
【請求項７】  非磁性材料負荷をアルミニウム材料である負荷としたことを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】  非磁性材料負荷をアルミニウム材料または銅材料とし、アルミニウム材料よりも銅材料の入力電力を小としたことを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱装置。
【請求項９】  温度検知手段による負荷の温度検知に基づいて負荷を設定温度に制御する機能を平滑手段を具備した加熱部に設けたことを特徴とする請求項１〜８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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般家庭やレストラン、オフィス、あるいは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。
【０００２】
【従来の技術】
従来の誘導加熱装置の加熱方法について、誘導加熱調理器を例にとって、図６、図７を用いて説明する。
【０００３】
図において、１は加熱コイル、２は加熱コイル１に高周波電流を供給するインバータ回路、３は加熱コイル１から発生する高周波磁界によって誘導加熱される負荷（被加熱物）、４は商用電源、５は商用電源４から供給される交流を整流する整流ブリッジ、６はローパスフィルタである。
【０００４】
インバータ回路２に供給される電圧は、図７に示すように商用周波数の２倍となる周波数の脈流である。そして、ローパスフィルタ６を構成するコンデンサの容量は数μＦ〜十数μＦで、商用周波数平滑用（例えば数百μＦ）を目的としたものではない。一般的にモータ駆動用インバータ或いは照明用インバータに供給される電源は、うなり音或いはちらつきなどの軽減のため、商用周波数に対して充分平滑された形で供給されるが、誘導加熱装置においてこのような平滑を行っていなかった。その主たる理由は負荷３が商用周波数における変動に対して比較的鈍感な物体（鍋など比較的重量がある材料）であったためである。
【０００５】
誘導加熱される負荷３はその材料が磁性体の場合、反発力と吸引力がそれぞれ位相差を持った形で働く。また非磁性体の場合、吸引力は発生せず反発力のみとなる。これは負荷３へ供給する電力が大きくなればなるほど大となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この様な従来の誘導加熱装置では、以下に示す課題があった。すなわち、上記したように負荷３には反発力あるいは吸引力が商用周波数の２倍の周期で強弱するため、結果として負荷３の振動を招くことがあるという課題である。負荷３の振動は負荷そのものあるいは装置の振動となり、使用者に不快感を与える可能性、或いは例えば複写機など誘導加熱利用定着器の場合は装置の性能が低下する可能性がある。
【０００７】
この課題は負荷３が磁性体よりは非磁性体で顕著であり（反発力のみとなるため）、さらに、非磁性体でも同一体積で比較的重量が大でかつ電気伝導率が低いＳＵＳ３０４などの材料よりも、前記同一体積で重量が小で電気伝導率が高いアルミニウムや銅、あるいはチタンといった材料で顕著になるものである。特にアルミニウムなど重量が小かつ電気伝導率が高い材料の場合、磁性体と同様の電力を供給しようとすると、発生する磁界の量も大きくする必要があるため、負荷３の振動が大となり大きな振動音が発生するという課題があった。
【０００８】
こういった背景から、近年、誘導加熱装置においてもインバータ電源を平滑するという構成が種々提案されており、さらに、インバータ電源の平滑の際に課題となる力率低下（高調波電流の増大）に対する改善方法も提案されている。しかしながら、このようなインバータ電源の平滑に伴い必要となる力率改善手段（高調波電流低減手段）を有した誘導加熱装置においては、負荷の材質に関わらず、その定格電力を大とすればするほど高調波電流値が必然的に大きくなるという課題を有していた。すなわち、この課題は本来さほど負荷振動に対する対策の必要がない鉄鍋など磁性体系の鍋を加熱する場合においても、定格電力が大となればなるほど高調波電流が大となるものである。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決し、機器の発生する高調波電流の増大を招くことなく負荷の振動が少ない快適かつ高性能な誘導加熱装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の誘導加熱装置は、インバータ電源の平滑手段を具備した加熱部と、インバータ電源の平滑手段を具備しない加熱部とをそれぞれ少なくとも１つ以上有し、さらにインバータ電源の平滑手段を具備した加熱部の最大出力を、平滑手段を具備する加熱部の最大出力よりも小さくするものである。
【００１１】
これにより、高調波電流の低減を図りつつ、負荷の振動も少ない誘導加熱装置を実現することができるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、インバータ電源の平滑手段を具備した加熱部と、インバータ電源の平滑手段を具備しない加熱部とをそれぞれ少なくとも１つ以上有し、インバータ電源の平滑手段を具備した加熱部の最大出力を、インバータ電源の平滑手段を具備した加熱部の最大出力よりも小としたことを特徴とする誘導加熱装置とすることにより、最大出力が大なる加熱部には平滑手段を具備していないので、高調波電流は低減されかつ平滑手段を具備している加熱部においては、負荷振動を少なくすることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、平滑手段を具備した加熱部における低電気伝導率なる非磁性材料負荷の加熱時の入力電力を、平滑手段を具備しない加熱部の前記負荷加熱時の入力電力よりも小としたことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置とすることにより、２ｋＷ程度の入力電力においては比較的反発力による負荷振動の少ない低電気伝導率なる非磁性材料負荷の加熱時の入力電力が大となる加熱部を、平滑手段を具備しない側にしているので、高調波電流を低減することが可能となる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、非磁性材料負荷を非磁性ステンレスとしたことを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱装置とすることにより、特に負荷の固有抵抗が７０μΩ・ｃｍ程度の値となるので、負荷反発力が少なくかつ高調波電流を低減することが可能となる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、平滑手段を具備した加熱部における高電気伝導率なる非磁性材料負荷の加熱時の入力電力を、平滑手段を具備しない加熱部の前記負荷加熱時の入力電力よりも大としたことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置とすることにより、非磁性材料負荷でかつ高電気伝導率材料は加熱のための磁束が多く必要であり、負荷振動がさらに大となるが、この加熱部が平滑手段を有する側となるので、負荷振動を少なくすることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、負荷の加熱部に面した部分の厚みをほぼ１ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項２または４に記載の誘導加熱装置とすることにより、特に誘導加熱に適した厚み（すなわち表皮抵抗が適切な値）の負荷の加熱を、平滑手段を具備する側の加熱部で行うので、負荷振動を低減することが可能となる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、負荷の大きさは加熱部をほぼ覆う大きさとしたことを特徴とする請求項２または４に記載の誘導加熱装置とすることにより、負荷への反発力が充分大なる負荷の加熱を、平滑手段を具備する側の加熱部で行うので、負荷振動を低減することができるものである。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、非磁性材料負荷をアルミニウム材料である負荷としたことを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱装置とすることにより、反発力が極めて大となるアルミニウム製の負荷の加熱を、平滑手段を具備する側の加熱部で行うので、負荷振動を大幅に低減することが可能となるものである。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、非磁性材料負荷をアルミニウム材料または銅材料とし、アルミニウム材料よりも銅材料の入力電力を小としたことを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱装置とすることにより、アルミニウムよりも反発力が大となる銅製の負荷の加熱を平滑手段を有する側の加熱部で行い、さらにその入力電力をアルミニウムのそれよりも小としているので、負荷振動を低減することが可能となるものである。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、温度検知手段による負荷の温度検知に基づいて負荷を設定温度に制御する機能を平滑手段を具備した加熱部に設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の誘導加熱装置とすることにより、温度検知機能を有する加熱を平滑手段を具備した加熱部で行うので、負荷振動が小となり、結果検知性能のより良好な誘導加熱装置となるものである。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図１〜図５を参照しながら説明する。
【００２２】
図１において、１０は商用電源、１１は商用電源１０を整流する整流素子、１２は力率改善手段で、具体的にはパッシブフィルタ構成により、高調波電流を抑制するものである。１３は平滑手段で、具体的には電解コンデンサを用いて、商用周波数の周期で発生するリプル分の低下を防いでいる。１４は平滑手段１３により平滑された電圧が供給されるインバータで、本実施例の場合、加熱コイル１６と直列に接続された共振コンデンサを２つのＩＧＢＴを用いたシングルエンドプッシュプル回路で共振させて高周波電流を発生させ、負荷１５へ高周波磁界を供給する構成としている。
【００２３】
図２は一例として誘導加熱調理器を示しており、加熱部１７は、図１に示す平滑手段１３を具備した加熱部であり、鉄系の材料の負荷１５を加熱するときの最大出力を２ｋＷとしている。加熱部１８は従来例で示した回路（すなわち平滑手段２４を具備しない）としており、負荷１５を加熱するときの最大出力を３ｋＷとしている。加熱部１９はラジエントヒータを用いた加熱部としている。そして、加熱部１７〜１９は加熱調理に応じて適宜使い分けて使用するものである。
【００２４】
図３は、インバータ１４に印加される電圧の波形を示し、図３（ａ）は加熱部１８のインバータに印加される電圧波形を示す。図に示すように、商用周波数を全波整流した周期（図では６０Ｈｚで８．３ｍｓ）の非平滑電圧が供給される。図３（ｂ）は加熱部１７のインバータに印加される電圧波形で、図に示すように、平滑手段１３によって平滑されている。この平滑により商用周波数の２倍の周波数で発生する負荷１５の振動を低減することが可能となる。平滑手段１３の容量が大であればあるほどこの電圧のリプル分は小さくなり、負荷１５の振動をさらに低減することが可能となる。
【００２５】
平滑手段１３を具備した加熱部１７は、基本的に商用電源１０のピーク電圧付近で入力電流が大となり力率悪化（すなわち高調波電流が大）となるが、本実施例の場合、最大出力が大となる加熱部を平滑手段１３を具備しない加熱部１８としているので、その問題は少なくでき、かつ加熱部１７において負荷１５の振動の少ない快適な誘導加熱装置を実現できるものである。
【００２６】
最大出力は本実施例の場合、鉄など磁性体の負荷の場合に確保されるものであり（すなわち非磁性体ステンレスなど非磁性体の負荷への入力電力は鉄など磁性体への入力電力よりもインバータの損失や加熱コイルの損失などが大となるため小としている）、この面において、平滑手段１３がなくても負荷振動は問題とならないものである。
【００２７】
本実施例の場合、負荷１５が非磁性負荷でかつ低電気伝導率なる非磁性ステンレスの場合において、加熱部１８における入力電力を２．５ｋＷ、加熱部１７の入力電力は１．６ｋＷとしている。
【００２８】
また負荷１５の形状は図５に示すように、加熱コイル１６をほぼ覆うもので、さらに加熱コイル１６に面した部分の厚みをほぼ１ｍｍ、あるいはそれ以上としている。
【００２９】
負荷１５が非磁性負荷でかつ低電気伝導率の場合、負荷１５には反発力しか発生しないが、低電気伝導率であるため、２ｋＷ程度の入力電力におていは加熱コイル１６から発生させる磁界による反発力は充分小さく、さらに負荷１５の質量も大となるため、負荷振動の課題は発生しない。従って、平滑手段１３を具備しない加熱部１８側にて負荷１５の入力電力を大とすることにより、高調波電流の低減と負荷振動の低減を実現できるものである。
【００３０】
本実施例の場合、負荷１５が非磁性負荷でかつ高電気伝導率なるアルミニウムの場合において、加熱部１８における入力電力を０ｋＷ（すなわち負荷検知により加熱を行わない）、加熱部１７の入力電力は１．６ｋＷとしている。この場合における負荷１５の形状も図５に示すように、加熱コイル１６をほぼ覆うもので、さらに加熱コイル１６に面した部分の厚みをほぼ１ｍｍ、あるいはそれ以上としている。
【００３１】
負荷１５が非磁性負荷でかつ低電気伝導率の場合、負荷１５には大きな反発力が生じ、その結果、大きなうなり音が生じるものである。従って平滑手段１３を具備しない加熱部１８においては加熱を行わず、平滑手段１３を具備する加熱部１７において加熱するものである。さらに、この時の最大出力は鉄負荷加熱時よりも小さくしているため、負荷振動が少なく、かつ高調波電流も小なる誘導加熱装置を実現できるものである。
【００３２】
本実施例において、図５に示すように、温度検知手段２０（具体的にはサーミスタを用いている）によって負荷１５の温度検知を行い、設定温度において電力を制御する機能を加熱部１７に設けている。加熱部１７は平滑手段１３を有しているので、負荷１５の振動が少なく、その結果、熱伝導による温度検知が高精度に行うことが可能となる。さらに最大出力が小なる加熱部であるので、最大出力時に負荷１５の温度上昇に対しての遅れが少なくてすみ、高精度な温度検知ができる。
【００３３】
本実施例の場合、ほぼ１ｍｍあるいはそれ以上の厚みの非磁性ステンレスやアルミニウムとしたが、たとえば１層目が数百μｍといった極めて薄い非磁性ステンレスで２層目が２ｍｍのアルミニウムなど多層の負荷構成でも良い。この場合は１層目の非磁性ステンレスは磁束が通過するため、実質的にアルミニウムの材質と同等となるものである。
【００３４】
また、力率改善手段１２は、図４に示すような昇圧チョッパ構成でもよい。昇圧チョッパ構成の場合、そのチョッパ動作により、商用電源１０の電圧小時でも電流を平滑手段１３へ供給することが可能で、その結果、さらに力率を改善することができるものである。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜９に記載の発明によれば、負荷振動の低減と高調波電流の低減を同時に行うことができる誘導加熱装置が実現できるものである。
【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回路図
【図２】
同誘導加熱装置の平面図
【図３】
（ａ）平滑手段を具備しない加熱部におけるインバータ供給電圧の時間変化を示す図
（ｂ）平滑手段を具備した加熱部におけるインバータ供給電圧の時間変化を示す図
【図４】
本発明の他の実施例における誘導加熱装置の回路図
【図５】
（ａ）本発明の実施例における加熱コイルと負荷の関係を示す断面図
（ｂ）同平面図
【図６】
従来の誘導加熱装置の回路図
【図７】
同インバータ供給電圧の時間変化を示す図
【符号の説明】
１０  商用電源
１３  平滑手段
１４  インバータ
１５  負荷
１６  加熱コイル
１７、１８、１９  加熱部
２０  温度検知手段