(57)【要約】【課題】低透磁率かつ高電気伝導率の材料で形成された被加熱物を加熱することができるとともに、被加熱物に働く浮力を低減し、かつ損失の少ない誘導加熱装置を提供すること。【解決手段】加熱コイル３と低透磁率かつ高電気伝導率材料からなる被加熱物８との間に電気導体１１を設け、この電気導体１１は、加熱コイル３の発生する磁界が被加熱物８に対して働く浮力を低減する浮力低減機能を有するとともに、磁性体４方向に沿って電気導体１１内に発生する誘導電流制限手段１２、１４、１５を有する構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外郭を構成する本体と、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戴置する前記本体の上部に設けたトッププレートと、前記トッププレートの下方に設けられ前記被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイル近傍に設けられた高透磁率の磁性体と、中央部に開口部を有し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を備え、前記電気導体は前記加熱コイルの発生する磁界が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てなるとともに、前記電気導体から見て前記磁性体方向に沿って前記電気導体内に発生する誘導電流制限手段を有する構成とした誘導加熱装置。
【請求項２】
誘導電流制限手段は、電気導体に切り欠き、開口またはスリットを設けてなる請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
電気導体は、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薄くする構成とした請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
電気導体は、中央部の開口部から最外部に渡る少なくとも１つのスリットを設ける構成とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
電気導体は、前記電気導体から見て加熱コイルの最内周又は最外周と磁性体方向が交差する点近傍に開口部を設ける構成とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
電気導体は、前記電気導体内の他部分に比べ熱抵抗大となる部分を介して定電位部分に電気的に接続される構成とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項７】
電気導体は、前記電気導体内の他部分に比べ熱抵抗大となる部分を介して加熱コイルと周辺部品を構成する加熱コイルユニットに電気的に接続される構成とした請求項６に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
電気導体は、加熱コイル周囲に設けられた発光部に対向する部分にスリットを設ける構成とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項９】
温度検知手段は、電気導体の少なくとも１ヶ所に設けられた開口部でトッププレートに当接される構成とした請求項１〜３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り、さらに詳しくは被加熱物としてアルミニウムや銅などの低透磁率かつ高電気伝導率の材料からなる被加熱物を加熱する誘導加熱調理器や、誘導加熱式湯沸かし器、誘導加熱式アイロン、またはその他の誘導加熱式加熱装置などで、特にアルミニウムや銅などを加熱可能とす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、例えば、誘導加熱調理器に関して、複数のスイッチング素子を有し、一方のスイッチング素子のオン期間中に周期の短い共振電流を加熱コイルに発生し、かつ平滑コンデンサから加熱コイルに電力を供給することにより、入力電圧の脈流による鍋鳴り音が生じず、騒音の少ないアルミ鍋などを加熱する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、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（被加熱物及び電気導体を加熱状態と同様の位置配置で、加熱コイル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））を大きくする機能を有する電気導体を、加熱コイルとアルミニウムなどの低透磁率かつ高電気伝導率の材料でなる被加熱物の間に設けることにより、加熱コイルに流れる電流を小さくして被加熱物に作用する浮力を低減し、入力電力が大でも浮力による被加熱物のずれ、浮きが少なくする技術が知られているものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
以下、従来の誘導加熱装置として、特許文献２における誘導加熱装置（誘導加熱調理器）について、図を用いて説明する。
【０００５】
図６は加熱コイル２１及びその周辺の構成を示す斜視図であり、図７は誘導加熱装置本体（図示せず）に収納された加熱コイル２１と、本体上部に固定された天板２８と、天板２８に戴置される被加熱物２９を示す断面図である。
【０００６】
図６及び図７において、２１は加熱コイルであり、インバータ（図示せず）から供給された約７０ｋＨｚの高周波電流により磁界を発生し、天板２８上に戴置された被加熱物２９を誘導加熱する。
【０００７】
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の間に設けられている。
【０００８】
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には誘導電流が誘起される。電気導体２７の厚みは約１ｍｍで、加熱コイル２１電流により誘導される高周波電流の浸透深さ（以下単に誘導電流の浸透深さと呼ぶ）以上の厚みを有するので、電気導体２７に鎖交した磁界の大部分はほとんど電気導体２７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に到達する。
【０００９】
電気導体２７がない場合には、加熱コイル２１から発生した高周波磁界に対して、アルミニウム若しくは銅又はこれらと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２９の内部には、反発する方向に磁界を発生すべく、誘導電流が誘起される。この結果、被加熱物２９内部の誘導電流から誘起される磁界と、加熱コイル２１から発生する磁界との交互作用により、被加熱物２９に浮力が生じる。
【００１０】
しかしながら、本従来の技術では、加熱コイル２１と被加熱物２９との間に電気導体２７が設けられており、さらにその厚みを誘導電流の浸透深さよりも大としている。加熱コイル２１から発生する磁界は、電気導体２７と被加熱物２９に鎖交し、両者に誘導電流を発生することになる。これにより電気導体２７に誘導された誘導電流の発生する磁界と、被加熱物２９に誘導された電流の発生する磁界の重畳磁界が、加熱コイル２１の発生する磁界の変化を妨げるように電気導体２７及び被加熱物２９に誘導電流が流れる。
【００１１】
つまり、被加熱物２９に誘導される電流分布が、電気導体２７に誘導電流が発生することにより変わることになる。この電流分布の変化で、加熱コイル２１の等価直列抵抗が大きくなり、同一出力を得る場合の加熱コイル２１に流す電流を小さくすることができ、被加熱物２９に作用する浮力が低減するとともに、電気導体２７が被加熱物２９に働くべき浮力の一部を分担することで、被加熱物２９に作用する浮力が低減できる。
【００１２】
図８は被加熱物２９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）と電気導体２７がない場合（Ａで示す）について、また図９は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２７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。
【００１３】
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、加熱コイル２１の等価直列抵抗が増加し、被加熱物２９に働く浮力が低減するとともに、加熱コイル２１電流も低減されている。
【００１４】
図１０は電気導体２７の厚みと浮力に関する傾向である。電気導体２７の厚みを浸透深さ以上にすることにより、浮力低減効果を得ることが可能としている。
【００１５】
さらに、本従来の技術では、電気導体２７内で、加熱コイル２１電流の流れる方向と略平行に周回して流れる誘導電流の分布を制限する周回電流制限手段２７ａを設けることにより、電気導体２７が加熱コイル２１電流により誘導加熱されて発熱する発熱量を抑制するとともに、電気導体２７の等価直列抵抗の増加作用を有するようにし、加熱コイル２１電流低減作用と被加熱物２９に働く浮力低減作用を得るものとしている。
【００１６】
図１１は電気導体２７の形状を示す図である。電気導体２７は、略円盤状で厚み約１ｍｍのアルミニウム板をベースとし、さらに放射状に切り欠き４０ａを４ヶ所設けている。加熱コイル２１に高周波電流が供給されたときの電気導体２７に誘導される大きな電流の流れを図１１の実線矢印Ｂに模式的に示している。
【００１７】
これにより、切り欠き４０ａを通過して加熱コイル２１の磁界を直接照射し、一部の磁界を迂回させて被加熱物２９に鎖交させ、被加熱物２９において加熱コイル２１電流に対向した誘導電流分布が発生することを抑制して、等価直列抵抗を増加させるとともに、電気導体２７においても、切り欠き４０ａを設けることにより発熱を防止することができる。
【特許文献１】特開２００３−２５７６０９号公報
【特許文献２】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】
【００１８】
しかしながら、前記従来の構成では、切り欠き４０ａの位置、方向を特定するものではない。加熱コイル２１下方には、放射状に高透磁率の磁性体であるフェライトコア２３〜２６が備えられている。このフェライトコア２３〜２６は、加熱コイル２１から出た磁界が効率よく被加熱物２９に導くようにする。そのため、フェライトコア２３〜２６周辺は磁束密度が高い状態にあり、その直上の電気導体２７にも局部的、集中的に磁界が照射される。結果として電気導体２７から見てフェライトコア２３〜２６方向に沿って温度上昇が高くなり、損失が増加するという課題を有していた。特に、フェライトコア２３〜２６に立ち上がり部２３ａ〜２６ａ、２３ｃ〜２６ｃを設けて、被加熱物２９へ磁界がさらに効率よく導かれるようにした場合、前記現象は顕著となる。
【００１９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、低透磁率かつ高電気伝導率の材料で形成された被加熱物を加熱することができるとともに、被加熱物に働く浮力を低減し、かつ損失の少ない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】
【００２０】
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、加熱コイル近傍に高透磁率の磁性体と、加熱コイルと低透磁率かつ高電気伝導率材料からなる被加熱物との間に電気導体とを備え、この電気導体は、加熱コイルの発生する磁界が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するとともに、電気導体から見て磁性体方向に沿って電気導体内に発生する誘導電流制限手段を有するものである。このような電気導体は、加熱コイルの等価直列抵抗を、電気導体のないときに比べて大きくするものである。そのため、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により被加熱物に働く浮力を低減する浮力低減機能を有する。
【００２１】
これによって、アルミニウム若しくは銅又はこれらと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。また、高透磁率の磁性体の近傍、上方は、磁界が集中するために、電気導体がその位置にあった場合には発熱が大きくなるところであるが、高透磁率の磁性体方向に沿って誘導電流制限手段を有するため、電気導体の発熱抑制を可能にし、損失を低減する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の誘導加熱装置は、低透磁率かつ高電気伝導率の材料で形成された被加熱物を加熱することができるとともに、被加熱物に働く浮力を低減し、かつ損失の少ない誘導加熱装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
第１の発明は、外郭を構成する本体と、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戴置する前記本体の上部に設けたトッププレートと、前記トッププレートの下方に設けられ前記被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイル近傍に設けられた高透磁率の磁性体と、中央部に開口部を有し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を備え、前記電気導体は前記加熱コイルの発生する磁界が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てなるとともに、前記電気導体から見て前記磁性体方向に沿って前記電気導体内に発生する誘導電流制限手段を有する構成とすることにより、電気導体内の誘導電流制限手段によって効果的に誘導電流の抑制がなされ、電気導体の発熱が抑えられることになり、損失を少なく加熱効率を高めることができる。
【００２４】
第２の発明は、特に、第１の発明の誘導加熱装置の誘導電流制限手段を、電気導体に切り欠き、開口またはスリットを設けてなる誘導加熱装置とすることにより、切り欠き、開口またはスリットは、加熱コイルから発生する磁界による誘導電流の向き及び大きさを強制的に変更することにより、発熱を有効的に制限することができる。つまり、磁性体近傍、上方に局部的に流れようとする誘導電流を制限する、またはなくすことが可能となり、誘導電流制限手段を非常に簡素な手段で実現することができる。
【００２５】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の誘導加熱装置の電気導体を、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薄くする構成とすることにより、加熱コイルから発生した高周波磁界は、電気導体を浸透、通過しつつ、被加熱物に到達し、加熱コイルから見た総加熱面積は、電気導体面積及び加熱コイルから見て電気導体に覆われていない部分の被加熱物面積に、さらに加熱コイルから見て電気導体に覆われている部分の被加熱物面積が加わり、電気導体は、加熱コイルと被加熱物との磁気結合を強める作用を有することにより、加熱コイルの等価直列抵抗が大きくなり、同一出力を得る場合の加熱コイルに流す電流を小さくすることができ、被加熱物に作用する浮力が低減することができる。また電気導体は十分に薄く、加熱コイルから発生した高周波磁界が電気導体を浸透、通過する。つまり、加熱コイルからの磁界を通過させないほどの大きな誘導電流は、電気導体内部には発生しないということであり、電気導体の厚みが大きい場合に比べて、電気導体の発熱による損失を低減することが可能である。
【００２６】
第４の発明は、特に第１〜第３のいずれか１つの発明の電気導体を、中央部の開口部から最外部に渡る少なくとも１つのスリットを設ける構成とすることにより、加熱コイル電流と反対方向に誘導され、電気導体内に周回する大きな誘導電流が抑制され、電気導体の発熱が抑制することができる。また、加熱コイルと被加熱物の間に設けられる電気導体が、連続した大きなリング形状をしていた場合、被加熱物の大きさによって大きく特性が変化する。例えば、被加熱物を含む加熱コイルのインダクタンスが、リング形状の電気導体の影響を受けるため、被加熱物の大きさによっては大きく変化し、インバータ設計が困難となる。しかしながら、本発明では、電気導体の中央部の開口部から最外部に渡る少なくとも１つのスリットが設けられているために、インダクタンスの変化などがあまり生じず、インバータ設計への影響が少なく、設計が容易にすることができる。
【００２７】
第５の発明は、特に第１〜第３のいずれか１つの発明の電気導体を、電気導体から見て加熱コイルの最内周又は最外周と磁性体方向が交差する点近傍に開口部を設ける構成とすることにより、その部分での誘導電流が流れないようにすることにより、電気導体の発熱が抑制され、損失を低減することができる。
【００２８】
第６の発明は、特に第１〜第３のいずれか１つの発明の電気導体を、前記電気導体内の他部分に比べ熱抵抗大となる部分を介して定電位部分に電気的に接続される構成とすることにより、漏れ電流の抑制も行うことができる。また、漏れ電流抑制構成を、加熱コイル−被加熱物間に別途設ける必要がないために、加熱コイルと被加熱物間距離を縮めることができ、加熱効率向上も可能になる。さらに電気導体と定電位部分との接続は、熱抵抗が大なる部分を介して行われるため、電気導体の発熱が他の部分へ与える影響を抑えることができる。
【００２９】
第７の発明は、特に第６の発明の電気導体を、前記電気導体内の他部分に比べ熱抵抗大となる部分を介して加熱コイルと周辺部品を構成する加熱コイルユニットに電気的に接続される構成とすることにより、構成が容易になり、組立性も向上する。
【００３０】
第８の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明の電気導体を、加熱コイル周囲に設けられた発光部に対向する部分にスリットを設ける構成とすることにより、発光部からの光が電気導体を透過することにより、使用者の視認を妨げない構成とすることができる。
【００３１】
第９の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明の温度検知手段は、電気導体の少なくとも１ヶ所に設けられた開口部でトッププレートに当接される構成とすることにより、比較的電気導体の発熱の影響を受けずに、被加熱物の温度を検知することが可能となる。
【００３２】
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。
【００３３】
（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である誘導加熱調理器の要部の概略断面図を示すものである。
【００３４】
図１において、外郭を構成する本体１の上部に、絶縁体であり、耐熱セラミックス製のトッププレート２が設けられている。トッププレート２の下方には、素線を束ねた撚り線を多層にして平板上に巻き回されて構成される加熱コイル３が備えられている。加熱コイル３は、加熱分布を均一化するよう、略同心円状に２重に巻かれており、内周側加熱コイル３ａ、外周側加熱コイル３ｂに分割されて配置されている。この内周側加熱コイル３ａ及び外周側加熱コイル３ｂは電気的に直列接続されている。加熱コイル３近傍には、高透磁率の磁性体であるフェライト４が１２本放射状に設けられている。棒状のフェライト４は、加熱コイル３面と略並行に配置されており、特にその両端を、トッププレート２へ向けて上方垂直に折り曲げた形状となっている。
【００３５】
使用者に対して加熱中であることを報知するための発光部５は、発光ダイオード６と、アクリル板などからなる導光板７で構成されている。導光板７は、加熱コイル３と略同心円状になるよう、フェライト４のさらに外周に配置されている。
【００３６】
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８は、トッププレート２を挟んで加熱コイル３と対向するよう、トッププレート２上に戴置される。
【００３７】
温度検知手段となる第１のサーミスタ９及び第２のサーミスタ１０は、それぞれ、トッププレート２の加熱コイル３側の面に当接されており、第１のサーミスタ９は、加熱コイル３のほぼ中心に位置するよう、第２のサーミスタ１０は、内周側加熱コイル３ａと外周側加熱コイル３ｂ間に位置するよう設けられている。第１及び第２のサーミスタ９、１０が当接するトッププレート２面は、後述するが電気導体１１開口部１３、１６になっている。
【００３８】
電気導体１１は、厚さが約１５μｍのアルミニウム塗膜で形成され、トッププレート２の加熱コイル３側の面へ転写により、接合されている。
【００３９】
また図２は、加熱コイル３側から見た電気導体１１の形状図である。電気導体１１は、外径が加熱コイル３外径より大きく、内径も加熱コイル３より小さく設定されており、具体的にはそれぞれ約φ２２０ｍｍ、約φ５０ｍｍとなっている。また、略ドーナツ状をしており、幅１０ｍｍのスリット１２が中央部の第１の開口部１３から最外部にわたって設けられているため、ドーナツが一部欠け、略Ｕ型形状をしている。
【００４０】
中央部に第１の開口部１３が設けられており、その外周はフェライト４内端よりも小さく設定されている。電気導体１１内周部及び外周部には、深さ約２５ｍｍ、幅約１ｍｍのスリット１４が放射状に１２ヶ所設けられている。放射状に設けられた１２ヶ所のスリットは、電気導体１１から見てフェライト４方向に沿っており、使用者から見て電気導体１１スリット１４とフェライト４が重なって見えるよう配置されている。
【００４１】
また、電気導体１１から見て、加熱コイル３の最内周と最外周が、フェライト４と交差する点を中心に、電気導体１１内に第２の開口部１５が設けられている。この開口部は１２ヶ所のスリット１４と交差している。
【００４２】
また、第２のサーミスタ１０が当接するトッププレート２部分の電気導体１１には第３の開口部１６が設けられ、第２のサーミスタ１０が直接電気導体１１に触れないような構成になっている。
【００４３】
電気導体１１の一部からは、幅２ｍｍ程度と細く、他の部分に比べ熱抵抗大となる部分１７が延びており、導電性のシールなどでリード線１８と電気的に接続されている。さらにリード線１８は、コンデンサ１９を介して商用電源電位あるいは加熱コイル３に高周波電流を供給するインバータ（図示せず）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。
【００４４】
また、電気導体１１は、加熱コイル３周囲に設けられた発光部５に対向する部分に、幅１ｍｍ程度の細かなスリット群２０を形成されている。
【００４５】
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。
【００４６】
まず、加熱コイル３には、約７０ｋＨｚの高周波電流が供給される。加熱コイル３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３下方では高透磁率材料であるフェライト４があり、磁界がフェライト４に集中するために、磁界が被加熱物８と反対側に膨らむのを防止できる。フェライト４は、複数のフェライトコア４を組み合わせて構成することでも同様の効果が得られる。
【００４７】
一方、加熱コイル３上方へ出た磁界は、電気導体１１に鎖交するため、電気導体１１内部には誘導電流が誘起される。この時、誘導電流の周波数は約７０ｋＨｚであり、電気導体１１がアルミニウム製である場合の誘導電流の浸透深さδ＝約３００μｍである。本実施の形態では、電気導体１１は、誘導電流の浸透深さよりも十分薄い約１５μｍであるため、加熱コイル３からの磁界を遮蔽することができず、電気導体１１内部を磁界が浸透、通過して、被加熱物８方向へ導かれる。フェライト４の両端部分は、上方垂直に折り曲げられているため、上方の被加熱物８方向へ磁界を効率よく誘導する作用をもつ。
【００４８】
加熱コイル３上方へ出た磁界は、電気導体１１を浸透、通過した磁界と、電気導体１１スリット１２、１４や開口部１３を通過した磁界との合成磁界となって、被加熱物８に到達する。被加熱物８に誘起される誘導電流は、この合成磁界により発生するものである。そのため、電気導体１１が介在することにより、電気導体１１がない場合と比較し、誘導電流分布は変化する。
【００４９】
また、加熱コイル３から見て誘導加熱する総加熱面積は、電気導体１１面積及び加熱コイル３から見て電気導体１１に覆われていない、スリット１２、１４や開口部１３上部の被加熱物８面積に、さらに加熱コイル３から見て電気導体１１に覆われている部分の被加熱物８面積が加わることになる。電気導体１１は、加熱コイル３と被加熱物８との磁気結合を強める作用を有しているわけである。以上のように、本実施の形態においては、加熱コイル３から見た総加熱面積の増加で、加熱コイル３の等価直列抵抗が大きくなり、同一出力を得る場合の加熱コイル３に流す電流を小さくすることができ、被加熱物８に作用する浮力が低減することができる。
【００５０】
図３に電気導体１１厚みと、加熱コイル３の等価直列抵抗の関係を、アルミニウム製の鍋を被加熱物８として加熱状態と同様の位置配置で測定した場合（図３（ａ）で示す）と、被加熱物８がない場合（図３（ｂ）で示す）について、測定結果の一例を示している。ただし、加熱コイル３の高周波電流周波数は約７０ｋＨｚである。
【００５１】
図３（ｂ）に示すように、被加熱物８がない場合、電気導体１１厚みが０（ない状態）から１０μｍまでは等価直列抵抗は単調増加し、電気導体１１厚みが１０μｍ以上では単調減少している。アルミニウムにおける誘導電流の浸透深さδ＝約３００μｍを越える領域では、等価直列抵抗はほぼ一定の値となっている。
【００５２】
これは、被加熱物８の代わりに電気導体１１が加熱対象となっているためと考えられる。アルミニウム製の電気導体１１の電気伝導率をσ、厚みをｔ、電気導体１１における誘導電流の浸透深さをδとしたとき、電気導体１１厚みがδよりも小さい場合には、電気導体１１表皮に流れる誘導電流から見た高周波抵抗Ｒｓ（以下単に表皮抵抗と呼ぶ）は、Ｒｓ＝１／（ｔ・σ）で定義される。つまり厚みｔに対して表皮抵抗は反比例の関係にある。また電気導体１１厚みがδよりも大きい場合には、Ｒｓ＝１／（δ・σ）で定義され、表皮抵抗は一定値となる。
【００５３】
電気導体１１厚みが０（ない状態）から１０μｍまでは、電気導体１１の厚みが十分小さく、表皮抵抗が理論上非常に大きくなる。つまり、絶縁体に近い状態となり、加熱コイル３から発生する磁界も容易に通過するため、電気導体１１がないのとほぼ同じ状態となる。加熱コイル３の等価直列抵抗は、被加熱物８及び電気導体１１がない状態の加熱コイル３自身の高周波抵抗と、近傍のフェライト４の高周波抵抗などの合成抵抗とほぼ同じとなって小さい値となるが、電気導体１１厚みを増すにつれ、単調増加する。電気導体１１厚みが１０μｍ以上３００μｍ以下の領域では、電気導体１１の表皮抵抗減少の影響により、加熱コイル３の等価直列抵抗も電気導体１１厚みとほぼ反比例の関係で単調減少する。電気導体１１厚みが３００μｍ以上の領域では、電気導体１１表皮抵抗が一定となるため、加熱コイル３の等価直列抵抗もほぼ一定値となる。
【００５４】
一方、図３（ａ）に示すように被加熱物８がある場合には、電気導体１１厚みが０から１５μｍまでは等価直列抵抗は単調増加し、ピークをもつ。電気導体１１厚みが２００μｍになるまで等価直列抵抗は単調減少し、最小となる。電気導体１１厚みが１２００μｍまで等価直列抵抗は再度単調増加する。
【００５５】
電気導体１１厚み１５μｍで加熱コイル３の等価直列抵抗が持つピークは、被加熱物８がない場合の図３（ｂ）と同様に、電気導体１１厚みが十分小さく、電気導体１１表皮抵抗が大きい状態となってほぼ絶縁体と見なされる領域と、ある程度厚みが増加して電気抵抗表皮抵抗が減少する領域とのバランスによって生じると考えられる。
【００５６】
また視点を変えると、先に述べたように、電気導体１１を浸透、通過した磁界による、見かけの総誘導加熱面積の増加作用は、電気導体１１厚み１５μｍで最大になっていると言える。
【００５７】
また、電気導体１１厚み１５μｍ以上での領域については、電気導体１１厚みが増加するために、電気導体１１表皮抵抗が単調減少していく。さらに、電気導体１１内部に誘導電流が流れやすくなるため、加熱コイル３から発生する磁界をある程度遮蔽し、加熱コイル３から見た総加熱面積が減少する。つまり、加熱コイル３の等価直列抵抗が減少する。
【００５８】
その一方で、小さい表皮抵抗で誘導電流を流しやすい状態となる電気導体１１が、加熱コイル３から見て近い位置に配置されているため、加熱コイル３と電気導体１１の磁気結合は強く、加熱コイル３の等価直列抵抗を増加させる作用もあわせて生じる。十分厚い電気導体１１は、加熱コイル３から発生する磁界を遮蔽するが、一部の磁界は、電気導体１１を迂回して電気導体１１の加熱コイル３と反対側面を誘導加熱するため、電気導体１１の表皮深さ約３００μｍを越えても、加熱コイル３の等価直列抵抗は増加する。したがって、電気導体１１厚み２００μｍで加熱コイル３の等価直列抵抗は最小点を持つと推定される。ただし、電気導体１１厚みが一定以上となれば、加熱コイル３の等価直列抵抗はほぼ一定値となる。
【００５９】
発明者らは、詳細な検討の結果、電気導体１１厚み約１５μｍで、加熱コイル３の等価直列抵抗が最大となるポイントを見出した。そのため、同一出力を得る場合の加熱コイル３に流す電流を小さくすることができ、被加熱物８に作用する浮力が低減する。なお、発明者らの実験により、電気導体１１が誘導電流の浸透深さより薄くても厚くても、加熱コイル３の等価直列抵抗が同じであれば、同様の加熱コイル３電流低減効果、浮力低減効果が得られることは確認された。また、誘導加熱装置として目標とする浮力に対して、加熱コイル３の等価直列抵抗はほぼ一意に決定されるため、電気導体１１厚みを所定の加熱コイル３等価直列抵抗を得るべく、変更することが可能である。従って、ある程度、被加熱物８に対して働く浮力が容認される場合には、本実施の形態の加熱構成では、電気導体１１厚みを１５μｍより小さくまたは大きく設定することで所定の浮力となる誘導加熱装置が得られる。
【００６０】
さらに、電気導体１１が薄いため、加熱コイル３から発生した高周波磁界は電気導体１１を浸透、通過する。つまり、加熱コイル３からの磁界を通過させないほどの反発磁界を発生させる大きなエネルギー、すなわち大きな誘導電流は、電気導体１１内部には発生しないということであり、電気導体１１の厚みが大きい場合に比べて、電気導体１１の発熱による損失を低減し、加熱コイル３近傍の冷却を容易にすることができる。また、被加熱物８に伝達する電力を大きくし、加熱効率を向上させることが可能である。
【００６１】
また、電気導体１１には、スリット１２、１４を設けている。スリット１２は、加熱コイル３から発生する磁界によって誘起され、加熱コイル３の周回方向に流れる電気導体１１内部の誘導電流を抑制するものである。図４は電気導体１１内部に流れる誘導電流を示す図であり、スリット１２がない場合（図４（ａ）に示す）、スリット１２がある場合（図４（ｂ）に示す）を表したものである。簡略化のため、本実施の形態における電気導体１１とは異なり、スリット１４がない形状で示している。図４（ａ）のように、スリット１２がない場合、加熱コイル３から発生する磁界によって、電気導体１１内部に大きなループで、同心円状となる誘導電流が発生する。この誘導電流は、特に加熱コイル３の内周部と外周部との中間部分に大きく流れるよう分布し、大きな発熱を生じさせる。しかしながら、図４（ｂ）のように、スリット１２を設けることによって、ループとなる誘導電流は抑制されるため、電気導体１１の発熱を抑制することが可能となる。
【００６２】
また、加熱コイル３と被加熱物８の間に設けられる電気導体１１が、連続した大きなリング形状をしていた場合、被加熱物８の大きさによって大きく特性が変化する。例えば、被加熱物８を含む加熱コイル３のインダクタンスが、リング形状の電気導体１１の影響を受けるため、被加熱物８の大きさによっては大きく変化し、インバータ設計が困難となる。しかしながら、本実施の形態では、電気導体１１の中央部の開口部１３から最外部に渡るスリット１２が設けられているために、インダクタンスの変化などがあまり生じず、インバータ設計への影響が少なく、設計が容易になる。
【００６３】
さらに、図２に示すように、電気導体１１内周、外周部にスリット１４を設けている。フェライト４直上に相当する部分は、フェライト４の磁界集中効果によって、特に誘導加熱されやすい部分である。しかしながら、誘導電流制限手段となるスリット１４が設けられており、効果的に誘導電流の抑制がなされ、電気導体１１の発熱が抑えられることになる。結果として、損失を少なく加熱効率を高めることが可能となる。
【００６４】
また、電気導体１１から見て加熱コイル３の最内周又は最外周とフェライト４方向が交差する点近傍に第２の開口部１５を設ける構成としている。
【００６５】
加熱コイル３の端部とフェライト４が交差する点は特に磁界が集中する部分である。加熱コイル３端部のフェライト４を、被加熱物８方向へ立ち上げている場合にはその傾向が顕著である。磁界が集中する部分では、誘導電流を多く流そうとする作用が働く。しかしながら、第２の開口部１５を設け、その部分での誘導電流が流れないようにしているため、電気導体１１の発熱が抑制され、損失を低減することができる。
【００６６】
また、電気導体１１の一部からは、幅２ｍｍ程度と細く、他の部分に比べ熱抵抗大となる部分１７が延びており、導電性のシールなどでリード線１８と電気的に接続されている。さらにリード線１８は、コンデンサ１９を介して商用電源電位あるいは加熱コイル３に高周波電流を供給するインバータ（図示せず）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ので、加熱コイル３から使用者に漏洩する漏れ電流を低減することができる。
【００６７】
浮力抑制の役割を持つ電気導体１１を定電位に電気的に接続しているため、漏れ電流の抑制も同時に行うことが可能となる。また、漏れ電流抑制構成を、加熱コイル３−被加熱物８間に別途設ける必要がないために、加熱コイル３と被加熱物８間距離を縮めることができ、加熱効率向上も可能になる。さらに電気導体１１と定電位部分との接続は、熱抵抗が大なる部分１７を介して行われるため、電気導体１１の発熱が他の部分へ与える影響を抑えることができる。
【００６８】
使用者に対して加熱中であることを報知するための発光部５は、発光ダイオード６と、アクリル板などからなる導光板７で構成されている。加熱中には、回路（図示せず）から発光ダイオード６に電流が供給され、発光する。発光ダイオード６方向は、略ドーナツ状の導光板７に対して、ほぼ接線となるよう配置されているため、発光ダイオード６からの光は、導光板７に入射すると導光板７端部で反射を繰り返しつつ、導光板７内部を伝達する。したがって、使用者からは導光板７全体が点灯しているように見え、加熱中であることを容易に認識できる。
【００６９】
本実施の形態においては、電気導体１１が加熱コイル３外径よりも大きく、φ２２０ｍｍに設定されているため、導光板７を覆い隠す構成となる。しかしながら、導光板７に対向する部分に、幅１ｍｍ程度の細かなスリット群２０を形成されているため、使用者からは導光板７の点灯状態をスリット群２０から透過する光で容易に視認することが可能である。
【００７０】
また、本実施の形態では、第２のサーミスタ１０が当接するトッププレート２部分の電気導体１１には第３の開口部１６が設けられ、第２のサーミスタ１０が直接電気導体１１に触れないような構成とすることにより、第２のサーミスタ１０は、比較的電気導体１１の発熱の影響を受けずに、被加熱物８の温度を検知することが可能となる。
【００７１】
また、本実施の形態では、電気導体１１は、トッププレート２の加熱コイル３側の面へ転写により、接合されているとすることにより、電気導体１１の発熱を熱伝導でトッププレート２に与えることは容易であるし、トッププレート２上部に戴置された被加熱物８に対しても容易となる。このように、電気導体１１発熱による損失の増加は、結果として被加熱物８に伝達され、電気導体１１温度を抑制し、被加熱物８の加熱効率を高めることができる。
【００７２】
なお、本実施の形態では、電気導体１１をトッププレート２に転写する構成としたが、これに限るものではなく、厚み１ｍｍ程度の薄い非磁性板によって電気導体１１を構成しても良い。また、例えば溶射や蒸着によって電気導体１１とトッププレート２を接合させても良い。また電気導体１１をアルミニウム製でなく銅製にして、トッププレート２にメッキ処理しても良い。さらにトッププレート２の表面加工により微少な凹凸を構成し、電気導体１１とトッププレート２との接合性を高めても良い。物作りが容易で、低コストとなる電気導体１１材料を採用し、必要となる電気導体１１厚みとすべく、適切な接合手段を選択すればよい。
【００７３】
また、電気導体１１は、トッププレート２に接合されているため、工場などでの組立時の取り扱いが容易である。
【００７４】
（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態の誘導加熱装置である誘導加熱調理器の要部の概略断面図である。基本的に実施の形態１と同構成であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００７５】
図５において、加熱コイル３及びフェライト４の外周には、アルミダイキャストなどを材料とする防磁リング４１が設けられており、かつトッププレート２に当接されている。
【００７６】
また、電気導体１１は、厚さが約１５μｍのアルミニウム塗膜で形成され、トッププレート２の加熱コイル３側の面へ転写により、接合されている。電気導体１１の一部からは、幅２ｍｍ程度と細く、他の部分に比べ熱抵抗大となる部分１７が延びており、トッププレート２に当接されている防磁リング４１と電気的に接触している。
【００７７】
また、防磁リング４１には端子４２が設けられており、端子４２に接続されたリード線１８は、コンデンサ１９を介して商用電源電位あるいは加熱コイル３に高周波電流を供給するインバータ（図示せず）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。
【００７８】
このような構成において、浮力抑制の役割を持つ電気導体１１を定電位に電気的に接続しているため、漏れ電流の抑制も同時に行うことが可能となる。また、漏れ電流抑制構成を、加熱コイル３−被加熱物８間に別途設ける必要がないために、加熱コイル３と被加熱物８間距離を縮めることができ、加熱効率向上も可能になる。さらに電気導体１１と定電位部分との接続は、熱抵抗が大なる部分１７を介して行われるため、電気導体１１の発熱が他の部分へ与える影響を抑えることができる。
【００７９】
加えて、加熱コイル３と防磁リング４１を含む周辺部品を構成する加熱コイル３ユニットに電気的に接続される構成としている。加熱コイル３ユニットに含まれるサーミスタ９、１０などの温度検知手段などには、それぞれリード線が接続されており、それらのリード線はコネクタを介してメイン回路基板と接続されている。
【００８０】
電気導体１１の定電位部分との接続も、加熱コイル３ユニットに電気的に接続してから、それらリード線群と同様にメイン基板内の定電位部分に接続すれば、構成が容易になり、組立性も向上する。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、低透磁率かつ高電気伝導率の材料で形成された被加熱物を加熱することができるとともに、被加熱物に働く浮力を低減し、かつ損失の少ない誘導加熱装置を提供することができるので、誘導加熱調理器としてはもちろんのこと、アルミニウムや銅などの高電気伝導率かつ低透磁率材料を加熱する誘導加熱式湯沸かし器、誘導加熱式アイロン、またはその他の誘導加熱式加熱装置等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【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概略断面図
【図２】同誘導加熱装置の加熱コイル側から見た電気導体の形状図
【図３】同誘導加熱装置の電気導体厚みと加熱コイルの等価直列抵抗の相関を示す図
【図４】同誘導加熱装置の電気導体１１内部に流れる誘導電流を示す図
【図５】本発明の実施の形態２における誘導加熱装置の要部概略断面図
【図６】従来の誘導加熱装置の要部斜視図
【図７】同誘導加熱装置の要部断面図
【図８】同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９】同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１０】同誘導加熱装置の電気導体の厚みと被加熱物に作用する浮力の相関を示す図
【図１１】同誘導加熱装置の電気導体を示す要部平面図
【符号の説明】
【００８３】
１  本体
２  トッププレート
３  加熱コイル
４  磁性体（フェライト）
７  発光部
８  被加熱物
９  温度検知手段（第１のサーミスタ）
１０  温度検知手段（第２のサーミスタ）
１１  電気導体
１２  誘導電流制限手段（スリット）
１３  第１の開口部
１４  誘導電流制限手段（スリット）
１５  誘導電流制限手段（第２の開口部）
１６  第３の開口部
１７  熱抵抗大部分
２０  スリット
【図１】
2006059626.tif 000003
【図２】
2006059626.tif 000004
【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】
2006059626.tif 000010
【図９】
2006059626.tif 000011
【図１０】
2006059626.tif 000012
【図１１】
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