(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、前記加熱コイルから発生する高周波磁界によって加熱される被加熱物と、前記被加熱物を載置するプレートとを有し、前記加熱コイルは、そのコイル線間を、略２ｍｍ以上確保し、前記加熱コイルと前記プレートを一体とし、かつ、前記加熱コイルは、高温にて溶融した導電体をプレートに形成された渦状溝に流入させた後、低温にて凝固させる工法にて得られたことを特徴とする誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導加熱装置に関するもので、さらに詳しくはその加熱構造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構造を誘導加熱調理器を例に取り上げ、図１０〜１２を用いて説明する。図９は従来の誘導加熱調理器の断面図で、１は加熱コイル２から発生する高周波磁界によって誘導加熱される被加熱物、２は被加熱物１を誘導加熱する加熱コイル、３は加熱コイル２に高周波電流を供給するインバータ回路で図には特に記載していないが、加熱コイル２と接続されている。４は被加熱物１がその上面に載置されるプレートでその材質はセラミックである。５は筐体、６は加熱コイル２を載置するコイル台、７はコイル台６に埋設されている高透磁率体で、材質はフェライトである。高透磁率体は加熱コイル２から発生する高周波磁界を効率よく被加熱物１に供給させる目的で用いられている。
【０００３】
コイル台６を上から見た図を図１１に、また下から見た図を図１２に示す。図１２に示すように高透磁率体７は、複数の棒体からなり、コイル台６の下面に放射状に配置されている。
【０００４】
加熱コイル２のコイル線は、直径０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の素線を３０本程度撚り合わせたもので構成されている。素線の材質は銅で、その表面は絶縁物によって覆われており、それぞれの素線が電気的に接続されないようになっている。それぞれの素線は加熱コイル２の始端及び終端にて電気的に接続している。加熱コイル２のコイル線をこのような素線を撚り合わせた構成としている理由は、加熱コイル２に流れる周波数２０〜３０ｋＨｚ程度の高周波電流が、表皮効果によりコイル線表面に電流が集中するため、コイル線の表面積を大とする必要があるからである。コイル線表面積が小の場合、加熱コイル２の損失が大きくなり、温度上昇及び加熱効率面で問題である。コイル線温度が略１８０℃を越えると上記素線間及びコイル線間の絶縁が困難となり、この場合コイルとしての機能を果たすことが不可能となる。また図１１に示すコイルのターン数は簡易的に示したものであり、実際のターン数は２０〜３０ターン程度である。
【０００５】
【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、上記したように加熱コイル及びコイル台あるいは、高透磁率体といった誘導加熱を行うための加熱構成が複雑で、その作製工数や部品コストが大きく、結果商品のコスト上昇をまねくという課題である。特に加熱コイルは複数の素線を撚り合わせる構成であり、その作製工数は極めて大きいものである。
【０００６】
本発明は上記従来の課題を解決し、簡素な部品点数かつ容易な工法で、低コストの誘導加熱装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の誘導加熱装置は、加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、前記加熱コイルから発生する高周波磁界によって加熱される被加熱物と、前記被加熱物を載置するプレートとを有し、前記加熱コイルは、そのコイル線間を、略２ｍｍ以上確保し、前記加熱コイルと前記プレートを一体とし、さらに、高温にて溶融した導電体をプレートに形成された渦状溝に流入させた後、低温にて凝固させる工法にて加熱コイル得るものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、前記加熱コイルから発生する高周波磁界によって加熱される被加熱物と、前記被加熱物を載置するプレートとを有し、前記加熱コイルのコイル線間を、略２ｍｍ以上確保し、前記加熱コイルと前記プレートを一体とし、かつ、加熱コイルを高温にて溶融した導電体をプレートに形成された渦状溝に流入させた後、低温にて凝固せしめる工法にて得たもので、加熱コイルの発熱を抑えつつ、部品点数及び作製工数を低減するものである。
【０００９】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の第一の実施例について説明する。図１は本実施例の誘導加熱装置の断面図である。被加熱物１１を高周波磁界によって誘導加熱する加熱コイル１２は、被加熱物１１が載置されるプレート１４の下にあり、コイル台１６上に配置されている。プレート１４の材質はセラミックで、筐体１５によって保持される。
【００１０】
特に図示していないが、加熱コイル１２はインバータ回路１３と接続されており、高周波電流が供給される。加熱コイル１２の材質は本実施例の場合銅を用いている。
【００１１】
図２は加熱コイル１２と、コイル台１６を上から見た図で、渦状の加熱コイル１２が配置されており、コイル線間は、本実施例の場合空気で絶縁されている。またコイル線間距離は２ｍｍとなっている。加熱コイル１２のターン数は簡易的に示したものであり、実際のターン数は、本実施例の場合２０ターンである。コイル線幅は１ｍｍとしている。通常このような単線のコイルに高周波電流（本実施例の場合２０〜３０ｋＨｚ）を供給した場合、表皮効果によってコイル線表面に電流が集まる他、近接効果により更に電流分布に偏りが生じ、加熱コイル損失が大となる。
【００１２】
すなわち、加熱コイルの損失は、１）固有抵抗に起因する損失、２）表皮効果による上昇分、３）近接効果による上昇分の３つで構成される。
【００１３】
近接効果の影響は、コイル線間を大とすることで回避できるが、発明者らは、実験により、コイル線間を２ｍｍ以上確保できれば実用レベルの加熱コイル損失になることを確認している。具体的には、例えばコイル線間が１ｍｍの場合の近接効果による損失アップ分は、４２Ｗあるのに対し、２ｍｍとすることにより１４Ｗにまで低減できることを確認している。本実施例の場合、加熱コイル損失は５０〜８０Ｗ程度が実用的に冷却可能なレベルであり、近接効果による損失アップ分が４２Ｗもあると、その他の損失も含めて１００Ｗ程度となり、実用的でない。本実施例においてはこの様な理由からコイル線間距離略２ｍｍとしている。
【００１４】
また図２において、加熱コイル１２の断面高さは略２ｍｍであり、加熱コイル１２の断面積を２平方ｍｍとしている。上記したように近接効果による加熱コイル１２の損失アップはコイル線間を２ｍｍ以上確保することにより実用レベルとなるが、固有抵抗に起因する損失については、断面積を所定以上確保する必要がある。発明者らの実験によれば、この断面積は略２平方ｍｍでコイル損失８０Ｗ程度であり、実用レベル内である。
【００１５】
以上より、加熱コイルの断面形状は、長方形の場合、図２に示すように縦薄型の形状とすることにより、実用レベルの加熱コイル損失に抑制することが可能となり、また本実施例の単線加熱コイルは導電体板をプレスによって打ち抜くなどの方法で容易に得ることができるので、従来の複数素線を撚り合わせたコイル線を比較して、コイル損失を抑えつつ、部品点数、作製工数を大幅に低減することが可能となる。
【００１６】
図３は、断面高さ略１ｍｍの加熱コイル２枚を重ね合わせる方法により、図２の加熱コイル１２と同等の加熱コイルを得たものである。本方法は断面高さを更に大としたい場合（例えば、高さ４ｍｍとして更にコイル損失を小としたい場合など）に有効な工法となる。
【００１７】
（実施例２）
以下、本発明の第二の実施例について説明する。図４は本実施例の誘導加熱装置の加熱コイル１２と、コイル台１６の上面図及び断面図である。本実施例においては、加熱コイル１２の断面を略円形とし、さらに、隣接するコイル線の配置高さを交互に上下させている。コイル断面積は略２平方ｍｍで、コイル線間は最も接近した部分で２ｍｍとしている。
【００１８】
このようにコイル断面が略円形の場合、断面積２平方ｍｍで、コイル線間２ｍｍを確保することは通常困難（本実施例に用いるφ１８０、ターン数２０ターン程度のコイルの場合）であるが、本実施例のように互いにコイル配置高さを変化させることにより可能となる。尚、本配置方法は特に断面が略円形に限定されるものでなく、他の断面形状の場合であっても、コイル線間を十分確保して近接効果の影響を低減する効果がある。
【００１９】
以上より一般的に入手容易な断面略円形のコイルにおいても、配置高さを工夫することにより、第一の実施例同様にコイル損失を抑えつつ、部品点数、作製工数を低減することができる。
【００２０】
（実施例３）
以下、本発明の第三の実施例について説明する。図５は本実施例の誘導加熱装置の加熱コイル１２と、コイル台１６の上面図及び断面図である。本実施例においては、加熱コイル１２の断面形状を中空としている。コイル線間は最も接近した部分で２ｍｍとしている。加熱コイルに流れる電流は表皮効果により、コイルの表面部に集まるので、コイル中心部分は導電にほとんど寄与しない。従って、加熱コイル１２の損失は、中空でない場合とほぼ同等となる。以上より、本断面形状にすることにより、加熱コイル損失を増大させることなく、コイル作製必要な銅量を削減することができ、コストダウンを図ることができる。
【００２１】
（実施例４）
以下、本発明の第四の実施例について説明する。図６は本実施例の誘導加熱装置の加熱コイル１２と、コイル台１６の上面図及び断面図である。本実施例においては、加熱コイル１２の断面形状を三角形とし、底辺をコイル台側としている。コイル線間は最も接近した部分で２ｍｍとしている。コイル線間に働く近接効果による力の方向は、互いに引き合う方向であるが、加熱コイル１２の上に載置される被加熱物とコイル間に働く方向は反発方向である。従って、電流は、コイル側面と下面に集中し、上面部分は電流密度としては粗であるから、本実施例のように底面をコイル台側にした三角形の断面形状とすれば、コイル断面を有効に利用することができる。
【００２２】
以上より、底面をコイル台側にした三角形の断面形状とすることにより、第一の実施例と比較して、コイル断面を有効に利用することができ、第一の実施例におけるコイル損失とほぼ同等でありながら、コイル作製に必要な銅量を削減することができ、コストダウンが可能となる。
【００２３】
（実施例５）
以下、本発明の第五の実施例について説明する。図７は本実施例の誘導加熱装置の加熱コイル１２と、コイル台１６の上面図及び断面図である。本実施例においては、加熱コイル１２の断面形状を略長方形とし、その角部に曲率約０．３ｍｍの丸みを持たせている。一般的に断面形状において、鋭角などのエッジ部分があると、電界集中発生し、電流はエッジ部分に集中するが、本実施例のように丸みを持たせることにより、この影響を回避することができる。尚、本実施例においては長方形の断面であるが、特に長方形に限定するものでなく、三角形などエッジを有する断面においては等しく本効果が得られるものである。
【００２４】
（実施例６）
以下、本発明の第六の実施例について説明する。図８は本実施例の誘導加熱装置の加熱コイル１２と、プレート１４の断面図で、加熱コイル１２のコイル線に合わせて渦状溝がトッププレート１４に設けられている。加熱コイル１２のコイル線間は２ｍｍが確保されている。本構成により、従来の誘導加熱装置と比べ、加熱コイル１２とプレート１４が１つの部品にできる。この構成とすることにより、従来と比べて格段に商品の薄型化が可能となり、使い勝手や収納性あるいはデザイン性の向上に大きく寄与できるものである。
【００２５】
また、本実施例における加熱コイル１２の損失はプレート１４を介して被加熱物１１の加熱に寄与できるため、従来の加熱構成と比べて被加熱物１１へのエネルギー効率が大となる。このように本実施例により加熱構成部品点数の削減が可能となり、更に加熱コイル１２はプレート１４へ埋設されるため、従来必要であった加熱コイル１２とプレート１４間の空隙が不要となり、加熱コイル１２の高さも含めて、従来と比べて大幅な筐体１５の薄型化が可能となる。加熱コイル１２の発熱は、被加熱物１１の加熱に有効に利用できる。
【００２６】
本実施例における加熱コイル１２は、あらかじめ、導電体板（例えば銅板、アルミ板など）打ち抜きあるいは導電体（銅、アルミなど）鋳型形成により得て、渦状溝３１に挿入する工法で、簡単に実現できるものである。
【００２７】
また、加熱コイル１２は、図８に示したプレート１４の渦状溝３１に高温にて溶融した導電体（例えば高耐熱半田あるいはアルミ、銅など）を流入させ、低温にて凝固させることにより、上記工法よりも更に容易に得ることができる。この工法によれば、渦状溝３１の溝形状を変更すれば、自在の断面の加熱コイル１２を、極めて容易に得られる。
【００２８】
（実施例７）
以下、本発明の第七の実施例について説明する。図９は本実施例の誘導加熱装置の断面図で、加熱コイル１２は、プレート１４に埋設され、さらに、インバータ回路１３も支持具３３によって、プレート１４に接続されている。
【００２９】
本構成により、加熱コイル１２とインバータ回路１３との接続は、プレート１４上で行うことが可能となり、作製工数を削減することが可能となる。また商品のメンテナンス性も向上することができる。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、被加熱物を載置するプレートと加熱コイルを一体化することにより、簡素な部品点数かつ、筐体の薄型化が容易に図れ、更に効率も高い加熱構成が得られる。以上より、小形、高性能かつ低コストの誘導加熱装置を実現できるものである。
【００３１】
さらに、請求項１記載の発明によれば、溶融させた導電体をプレートに設けた渦状溝に流入する工法により、自在の形の加熱コイルを容易に得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第一の実施例の誘導加熱装置の断面図
【図２】  同、誘導加熱装置の加熱コイルの詳細図
【図３】  同、誘導加熱装置の加熱コイルの別の詳細図
【図４】  本発明の第二の実施例の誘導加熱装置の加熱コイルの詳細図
【図５】  本発明の第三の実施例の誘導加熱装置の加熱コイルの詳細図
【図６】  本発明の第四の実施例の誘導加熱装置の加熱コイルの詳細図
【図７】  本発明の第五の実施例の誘導加熱装置の加熱コイルの詳細図
【図８】  本発明の第六の実施例の誘導加熱装置の加熱コイル付近の詳細図
【図９】  本発明の第七の実施例の誘導加熱装置の要部断面図
【図１０】  従来例の誘導加熱装置の要部断面図
【図１１】  同、誘導加熱装置の加熱コイルの詳細図
【図１２】  同、誘導加熱装置のコイル台の要部底面図
【符号の説明】
１２    加熱コイル
１３    インバータ回路
１１    被加熱物
１４    プレート
３１    渦状溝
【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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