(57)【要約】【課題】被加熱物に働く浮力を低減しつつ、損失の少ない誘導加熱装置を提供する。【解決手段】高電気伝導率を有する低透磁率材料からなる被加熱物（図示せず）を誘導加熱する加熱コイル３と、被加熱物との間に電気導体７を備え、電気導体７は、加熱コイル３によって誘起される誘導電流の作用により、加熱コイル３の発生する磁界と被加熱物に誘導される誘導電流から発生する磁界の反発力に起因して被加熱物に働く浮力を低減する機能を有すると共に、電気導体７内で加熱コイル３の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スリット９を備え、スリット９を、電気導体７の加熱コイル３に対向する最内部から最外部に渡って形成したもので、電気導体７の加熱コイル３の直上で誘導電流が多く誘起される部分での誘導電流が制限されるので、電気導体７内での発熱の大幅な低減ができ、被加熱物の加熱効率を向上させることができる。【選択図】図２
2006120336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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が戴置されるトッププレートと、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、前記加熱コイルによって前記電気導体内部に誘起される誘導電流の作用により、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から発生する磁界の反発力に起因して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すると共に、前記電気導体内で前記加熱コイルの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を備え、前記周回電流制限手段を、前記電気導体の前記加熱コイルに対向する最内部から最外部に渡って形成した誘導加熱装置。
【請求項２】
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が戴置されるトッププレートと、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、前記電気導体が設けられていない時のそれより大きくすると共に、前記電気導体内で前記加熱コイルの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を備え、前記周回電流制限手段を、前記電気導体の前記加熱コイルに対向する最内部から最外部に渡って形成した誘導加熱装置。
【請求項３】
電気導体の最外部を、加熱コイルの外径より外方に位置させた請求項１又は２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
周回電流制限手段を、電気導体の中心より放射状に設けた請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
周回電流制限手段を、少なくとも１２方向以上に設けた請求項４に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
周回電流制限手段を、切り欠き又は、開口又は、スリット又は、それらを任意に組み合わせて形成した請求項１〜５のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項７】
加熱コイル近傍に高透磁率の磁性体を配し、電気導体の前記磁性体に対向する部分近傍に、誘導電流の分布を局部的に制限する局部誘導電流制限手段を配置した請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
電気導体の内側を分断するように複数の周回電流制限手段を設け、前記周回電流制限手段で分断された電気導体の幅を０．５乃至１０ｍｍとした請求項１〜７のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項９】
電気導体の中心近傍での周回電流制限手段の幅を０．２乃至３ｍｍとした請求項項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】
【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調理器、誘導加熱式湯沸かし器、誘導加熱式アイロン等誘導加熱装置に関するものであり、特に、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の例として、誘導加熱調理器があるが、その誘導加熱調理器は、加熱コイルと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や浮きを少なくする技術が知られている（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、上記特許文献２における誘導加熱調理器について、図５〜１０を用いて説明する。
【０００５】
図５は、誘導加熱調理器に内蔵された加熱コイル及びその周辺の構成を示す斜視図であり、図６は、同誘導加熱装置の要部断面図である。
【０００６】
図５及び図６において、加熱コイル２１は、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。電気導体２７は、厚さが略１ｍｍの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。
【０００７】
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、加熱コイル２１の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）以上なので、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。
【０００８】
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。
【０００９】
しかしながら、上記従来の技術では、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で発生する磁界と、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。
【００１０】
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。
【００１１】
図７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８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。
【００１２】
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。
【００１３】
図９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。
【００１４】
さらに、上記従来の技術では、電気導体２７内で、加熱コイル２１の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に流れる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。
【００１５】
図１０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。同図１０において、加熱コイル２１に高周波電流が破線の矢印Ａ方向に流れるように供給されると、電気導体２７に誘導される大きな電流の流れは、模式的に示すと実線矢印Ｂの方向になる。
【００１６】
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。
【００１７】
以上述べたように、電気導体２７を用いることにより、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２９を、誘導加熱することが実用的に可能となった。
【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】
しかしながら上記従来の誘導加熱装置の構成によれば、実際の使用にあたっては、被加熱物２９に働く浮力を全く無視することができず、被加熱物２９である鍋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していた。また、鍋は実際には底面が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（鍋底が凹になっている、すなわち内側に凸になっているような凹反り鍋が用いられている）。反りが大きくなると、熱効率が低下し、調理性能が良くないため、反りの程度を制限するのが一般的であった。
【００１９】
前記浮力による重量制限を緩和し、さらに使いやすくするために、浮力低減作用を有する種々の構成のうち、電気導体２７の面積を大きくする、すなわち、加熱コイル２１の等価直列抵抗を大きくすることが実用的であると考えられる。
【００２０】
つまり、加熱コイル２１に対応する電気導体２７の中央部における開口部の大きさを、天板２８に当接してその温度を検知する温度検知手段３５を配置するのに必要な空間だけにし、可能な限り電気導体２７の面積を大きく設計することで、浮力のさらなる低減は可能であると考えられる。
【００２１】
しかしながら、この構成において、反りのある鍋を用いた場合、加熱コイル２１から見て被加熱物２９が遠くなるために、加熱コイル２１中心付近では、被加熱物２９に磁束が到達しにくく、一方で、距離が近い電気導体２７の内周部分には変わらず磁束が到達するため、結果として、電気導体２７の内周部分の発熱が異常に早くなる。
【００２２】
さらに、凹反りのある部分は、鍋底と天板２８との間に空間があるため、電気導体２７の熱が天板２８を介して鍋底に伝熱され難いため温度上昇が速くなる。
【００２３】
電気導体２７が高温になった場合、電気導体２７の発熱を抑えたり、電気導体２７の熱が加熱コイル２１などに悪影響を及ぼさないよう、加熱コイル２１の出力を低減する制御を行う。そのため、電気導体２７の温度上昇速度が速いと、早い時点から加熱コイル２１の出力を下げるように制御することになり、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という課題があった。
【００２４】
以上の理由により、電気導体２７の内周部分から所定の距離の間は、電気導体２７を設けることができず、その分浮力を低減できないという課題があった。
【００２５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、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に働く浮力をさらに低減するとともに、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２９でも使用しやすくした、利便性の高い誘導加熱装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
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、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が戴置されるトッププレートと、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、前記加熱コイルによって前記電気導体内部に誘起される誘導電流の作用により、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から発生する磁界の反発力に起因して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すると共に、前記電気導体内で前記加熱コイルの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を備え、前記周回電流制限手段を、前記電気導体の前記加熱コイルに対向する最内部から最外部に渡って形成したもので、電気導体の、加熱コイルの直上で誘導電流が多く誘起される部分での誘導電流が制限されるので、電気導体内での発熱が大幅に低減され、被加熱物の加熱効率を向上させることができる。また、電気導体の発熱が許容できる範囲で、電気導体の面積が拡大できるので、加熱コイルの等価直列抵抗を増加させ、被加熱物に働く浮力をさらに低減することができる。
【００２７】
また本発明の誘導加熱装置は、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低透磁率材料からなる被加熱物が戴置されるトッププレートと、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、前記電気導体が設けられていない時のそれより大きくすると共に、前記電気導体内で前記加熱コイルの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を備え、前記周回電流制限手段を、前記電気導体の前記加熱コイルに対向する最内部から最外部に渡って形成したもので、電気導体の、加熱コイルの直上で誘導電流が多く誘起される部分での誘導電流が制限されるので、電気導体内での発熱が大幅に低減され、被加熱物の加熱効率を向上させることができる。また、電気導体の発熱が許容できる範囲で、電気導体の面積が拡大できるので、加熱コイルの等価直列抵抗を増加させ、被加熱物に働く浮力をさらに低減することができる。
【発明の効果】
【００２８】
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】
【００２９】
第１の発明は、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低透磁率材料からなる被加熱物が戴置されるトッププレートと、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、前記加熱コイルによって前記電気導体内部に誘起される誘導電流の作用により、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から発生する磁界の反発力に起因して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すると共に、前記電気導体内で前記加熱コイルの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を備え、前記周回電流制限手段を、前記電気導体の前記加熱コイルに対向する最内部から最外部に渡って形成したもので、電気導体の、加熱コイルの直上で誘導電流が多く誘起される部分での誘導電流が制限されるので、電気導体内での発熱が大幅に低減され、被加熱物の加熱効率を向上させることができる。また、電気導体の発熱が許容できる範囲で、電気導体の面積が拡大できるので、加熱コイルの等価直列抵抗を増加させ、被加熱物に働く浮力をさらに低減することができる。
【００３０】
第２の発明は、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低透磁率材料からなる被加熱物が戴置されるトッププレートと、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、前記電気導体が設けられていない時のそれより大きくすると共に、前記電気導体内で前記加熱コイルの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を備え、前記周回電流制限手段を、前記電気導体の前記加熱コイルに対向する最内部から最外部に渡って形成したもので、電気導体の、加熱コイルの直上で誘導電流が多く誘起される部分での誘導電流が制限されるので、電気導体内での発熱が大幅に低減され、被加熱物の加熱効率を向上させることができる。また、電気導体の発熱が許容できる範囲で、電気導体の面積が拡大できるので、加熱コイルの等価直列抵抗を増加させ、被加熱物に働く浮力をさらに低減することができる。
【００３１】
第３の発明は、特に、第１又は第２の発明の電気導体の最外部を、加熱コイルの外径より外方に位置させたもので、電気導体の最外部が加熱コイルを覆うように略リング形状となり、その略リング形状部分に、被加熱物の誘導加熱に寄与しない磁界を打ち消す方向に誘導電流が流れ、打ち消し磁界が発生するため、被加熱物の誘導加熱に寄与せず、又他機器に影響を与える漏洩磁界を低減することができる。
【００３２】
第４の発明は、特に第１〜３のいずれか一つの発明の周回電流制限手段を、電気導体の中心より放射状に設けたもので、電気導体内に加熱コイルと同心円を描くように誘導電流が流れようとするが、周回電流制限手段が、電気導体の中心より放射状に設けられているため、それが加熱コイルにより誘導される誘導電流の大きな流れと略直角方向に配置されていることになり、誘導電流の流れを阻害し、制限しやすく、電気導体の発熱を低減することができる。
【００３３】
第５の発明は、特に、第４の発明の周回電流制限手段を、少なくとも１２方向以上に設けたもので、電気導体の発熱を大幅に低減することができる。
【００３４】
第６の発明は、特に第１〜５のいずれか一つの発明の周回電流制限手段を、切り欠き又は、開口又は、スリット又は、それらを任意に組み合わせて形成したもので、加熱コイルから発生する磁界により電気導体に誘起される誘導電流の向き及び大きさが強制的に変更され、電気導体内に加熱コイル電流と略平行に周回して流れる誘導電流を、簡易な構成で制限することができ、それにより電気導体内で発生する発熱を低減することができる。
【００３５】
第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか一つの発明の加熱コイル近傍に高透磁率の磁性体を配し、電気導体の前記磁性体に対向する部分近傍に、誘導電流の分布を局部的に制限する局部誘導電流制限手段を配置したもので、高透磁率の磁性体により、その近傍や上方に局部的に集中する高周波磁界により、その近傍の電気導体及び被加熱物に局部的に誘導電流を流す作用を持つが、局部誘導電流制限手段によって局部的に流れる誘導電流を効果的に抑制し、電気導体の発熱を抑えることができる。
【００３６】
第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか一つの発明の電気導体の内側を分断するように複数の周回電流制限手段を設け、前記周回電流制限手段で分断された電気導体の幅を０．５乃至１０ｍｍとしたもので、電気導体内に誘起される誘導電流を十分抑制し、電気導体の発熱が十分低減され、また、電気導体の加工も容易で、安定して製造する事ができる。
【００３７】
第９の発明は、特に、第１〜８のいずれか一つの発明の電気導体の中心近傍での周回電流制限手段の幅を０．２乃至３ｍｍとしたもので、周回電流制限手段の幅が大きくなれば、電気導体の面積が小さくなり、加熱コイルの等価直列抵抗が低下し、被加熱物に働く浮力が増加するが、周回電流制限手段の幅を０．２乃至３ｍｍとすることで、被加熱物に働く浮力の増加を抑制しながら、誘導電流を抑制する電気導体を安定して、製造することができる。
【００３８】
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。
【００３９】
（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概略断面図、図２は、同誘導加熱装置に設けられた電気導体の形状図である。
【００４０】
図１において、誘導加熱装置の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回されて構成された加熱コイル３が備えられている。加熱コイル３の概略寸法は、内径がφ８０ｍｍ、外径がφ１７０ｍｍとなっている。
【００４１】
加熱コイル３近傍には、高透磁率の磁性体で棒状のフェライト４が１２本放射状に設けられている。フェライト４は、加熱コイル３の面と略並行に配置されており、特にその両端を、図１に示すようにトッププレート２側に向けて上方垂直に折り曲げた形状となっている。
【００４２】
５は、アルミニウム若しくは銅又はこれらと略同等以上の高電気伝導率を有する低透磁率材料からなり、加熱コイル３で誘導加熱される被加熱物で、使用時にトッププレート２を挟んで加熱コイル３と対向するように、トッププレート２上に戴置される。
【００４３】
６は、トッププレート２の温度を検知する温度検知手段となるサーミスタで、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、加熱コイル３のほぼ中心に位置するよう設けられている。サーミスタ６が当接するトッププレート２の裏面は、後述する電気導体７に設けた開口部８に面している。
【００４４】
電気導体７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。図２は、加熱コイル３側から見た電気導体７の形状図で、電気導体７は、略ドーナツ状に形成され、その最外部が加熱コイル３の外径より大きく、即ち外方に位置し、又、最内部も加熱コイル３の内径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、周回電流制限手段となる幅１ｍｍのスリット９が電気導体７の中心より放射状に少なくとも１２本以上、本実施の形態では２４本設けられている。
【００４５】
スリット９は、電気導体７が加熱コイル３に対向する最内部となるφ８０ｍｍより小さく、電気導体７最内部φ５０ｍｍに一方の端部を持っている。つまり、スリット９によって、電気導体７最内部が分断されているような形状をしている。
【００４６】
またスリット９は、電気導体７が加熱コイル３に対向する最外部となるφ１７０ｍｍより大きいφ２００ｍｍにもう一方の端部を持っている。つまり、スリット９は、電気導体７が加熱コイル３に対向する最内部から最外部に渡って構成されている。
【００４７】
電気導体７は中央部に開口部８が設けられており、その開口縁はフェライト４の内端より内方に位置している。
【００４８】
電気導体７の中心近傍の周回電流制限手段となるスリット９によって分断された電気導体７の幅は、電気導体７最内部において、約７ｍｍとなっている。また、電気導体７中心近傍の周回電流制限手段となるスリット９の幅は前記の通り１ｍｍとなっている。
【００４９】
電気導体７には、電気導体７から見て、加熱コイル３近傍に設けられた高透磁率のフェライト４に対向する部分近傍に、局部誘導電流制限手段となるスリット１０が配置されている。スリット１０は、加熱コイル３中心からφ１５０ｍｍ−φ１９０ｍｍの位置にあり、長さ２０ｍｍ、幅１ｍｍとなっている。
【００５０】
電気導体７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１１が延びており、導電性のシールなどでリード線１２と電気的に接続されている。さらにリード線１２は、コンデンサ１３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。
【００５１】
上記構成における誘導加熱装置の動作について説明する。
【００５２】
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の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５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を組み合わせて構成しても同様の効果が得られる。
【００５３】
一方、加熱コイル３の上方へ出た磁界は、電気導体７に鎖交するため、電気導体７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７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７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７内部を磁界が浸透、通過して、被加熱物５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５方向へ磁界を効率よく誘導する作用をもつ。
【００５４】
加熱コイル３の上方へ出た磁界は、電気導体７を浸透、通過した磁界と、スリット９、１０や開口部８を通過した磁界との合成磁界となって、被加熱物５に到達する。被加熱物５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７が介在することにより、電気導体７がない場合と比較し、誘導電流分布は変化する。
【００５５】
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７の面積及び加熱コイル３から見て電気導体７に覆われていない、スリット９、１０や開口部８上部の被加熱物５面積に、さらに加熱コイル３から見て電気導体７に覆われている部分の被加熱物５面積が加わることになる。電気導体７は、加熱コイル３と被加熱物５との磁気結合を強める作用を有しているわけである。この加熱コイル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、さらに被加熱物５に作用する浮力が低減する。
【００５６】
図３に電気導体７の厚みと、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５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５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。
【００５７】
図３（ｂ）に示すように、被加熱物５がない場合、電気導体７の厚みが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７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。
【００５８】
これは、被加熱物５の代わりに電気導体７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７の電気伝導率をσ、厚みをｔ、電気導体７における誘導電流の浸透深さをδとしたとき、電気導体７の厚みがδよりも小さい場合には、電気導体７の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７の厚みが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。
【００５９】
電気導体７の厚みが０（ない状態）から１０μｍまでは、電気導体７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７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５及び電気導体７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７の厚みが増すにつれ、単調増加する。電気導体７の厚みが１０μｍ以上３００μｍ以下の領域では、電気導体７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７厚みとほぼ反比例の関係で単調減少する。電気導体７の厚みが３００μｍ以上の領域では、電気導体７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。
【００６０】
一方、図３（ａ）に示すように被加熱物５がある場合には、電気導体７の厚みが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７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７厚みが１２００μｍまで等価直列抵抗は再度単調増加する。
【００６１】
電気導体７の厚みが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５がない場合の図３（ｂ）と同様に、電気導体７の厚みが十分小さく、電気導体７の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。
【００６２】
また視点を変えると、先に述べたように、電気導体７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７の厚みが１５μｍの時に最大になっていると言える。
【００６３】
また、電気導体７の厚みが１５μｍ以上での領域については、電気導体７の厚みが増加するために、電気導体７表皮抵抗が単調減少していく。さらに、電気導体７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。
【００６４】
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７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７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。
【００６５】
十分厚い電気導体７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７を迂回して電気導体７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７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７の厚みが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７の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。
【００６６】
発明者らは、詳細な検討を行った結果、電気導体７の厚みが約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５に作用する浮力も低減する。なお、発明者らの実験により、電気導体７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の電流低減効果及び浮力低減効果が得られることが確認された。
【００６７】
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７の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５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７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。
【００６８】
また、従来、誘導加熱を行う際に、被加熱物５と加熱コイル３間に誘導電流が流れ得る非常に薄い電気導体７を設けるという発想はなかった。
【００６９】
従来の発想では、漏れ電流を抑制するために、非常に薄い電気導体７を設けて定電位に接続する例がある。しかしながらそのような場合、電気導体７に誘導電流を流すと発熱が発生することが分かっていたため、電気導体７内の誘導電流及び発熱を抑制すべく、加熱コイル３の等価直列抵抗を変化させないよう、電気導体７の材質、形状などを設計していた。従って従来の発想の延長では、非常に薄く構成した電気導体７内に誘導電流を誘起させて、被加熱物５に流れる誘導電流分布を変える効果、または加熱コイル３の等価直列抵抗の増加効果、または被加熱物５に働く浮力の低減効果は得られなかった。
【００７０】
さらに、電気導体７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７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７内部には発生しないということであり、電気導体７の厚みが大きい場合に比べて、電気導体７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５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。
【００７１】
また、電気導体７に設けたスリット９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７内部の誘導電流を抑制する、周回電流制限手段である。図４は電気導体７内部に流れる誘導電流を示す図であり、スリット９がない場合（図４（ａ）に示す）、スリット９が１ヶ所ある場合（図４（ｂ）に示す）、スリット９が電気導体７の最内部から最外部に渡って１ヶ所のみ構成されている場合（図４（ｃ）に示す）、スリット９が電気導体７のφ９０ｍｍからφ１６０ｍｍに渡って２４ヶ所構成されている場合（図４（ｄ）に示す）、スリット９が、電気導体７の最内部からφ１３０ｍｍに渡って２４ヶ所構成されている場合（図４（ｅ）に示す）、スリット９が本実施の形態のように、電気導体７の最内部からφ２００ｍｍに渡って２４ヶ所構成されている場合（図４（ｆ）に示す）を表したものである。
【００７２】
図４では、説明を簡略化するために、電気導体７を、スリット１０がない形状で示している。図中、点線は加熱コイル３の位置を示している。
【００７３】
図４（ａ）のように、スリット９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７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。
【００７４】
また、図４（ｂ）の場合、１ヶ所のみ存在するスリット９によって電気導体７が一部狭まっているような形状をしている。図４（ａ）と同様に、電気導体７内部の加熱コイル３直上に対向する部分では、細線矢印向きに大きな誘導電流が誘起される。加熱コイル３直上を流れようとする誘導電流は、スリット９によって制限されるが、流れの向きを変え、スリット９に沿うよう外周方向に流れる。流れの向きを変えた誘導電流は、スリット９によって狭められた電気導体７の一部分に集中する。従って、電気導体７のスリット９によって狭められた部分の発熱が増加し、局部的に温度上昇が大きくなる。
【００７５】
図４（ｃ）の場合、加熱コイル３直上で誘起される大きな誘導電流は、スリット９に沿うよう向きを変え、電気導体７内周及び外周部分を細線矢印方向に流れる。結果として、電気導体７の内周及び外周部分に集中して誘導電流が流れるため、発熱が大きくなる。
【００７６】
また、電気導体７形状が、加熱コイル３よりも小さい、つまり電気導体７の内径が加熱コイル３内径より大きい、または電気導体７の外径が加熱コイル３外径より小さくても、電気導体７内周と外周で誘起される誘導電流の差によって、誘導電流の大きい方から小さい方へ流れるため、発熱は低減されない。また、電気導体７面積も小さくなり、加熱コイル３の等価直列抵抗が低下し、被加熱物５に働く浮力が増加する。
【００７７】
図４（ｄ）の場合、スリット９は複数配置されているため、誘起される誘導電流は小さくなるが、加熱コイル３の直上で電気導体７は一部連続したリング形状をしているため、リング部分に誘導電流が集中して流れる。従って、この場合も発熱が大きい。
【００７８】
図４（ｅ）の場合も、図４（ｄ）と同様である。
【００７９】
しかしながら、図４（ｆ）の本実施の形態のような場合は、加熱コイル３の直上の電気導体７が複数に分断されており、誘起される誘導電流量が少ない。そのため、スリット９によって向きを変えた誘導電流が、図４（ｂ）のように電気導体７外周部分に流れようとしても発熱は少ない。また、加熱コイル３直上で連続したリングは形成されていないため、誘導電流の集中も生じない。
【００８０】
大きな誘導電流が誘起される加熱コイル３の直上で、対向する電気導体７部分に渡って、複数の周回電流制限手段となるスリット９を形成し、誘導電流を抑制することで大きな発熱低減効果が得られる。
【００８１】
また、スリット９が、周回する誘導電流に対して略直角となるよう、電気導体７中心から放射状に設けられているため、誘導電流の流れを阻害し、制限しやすく、電気導体７の発熱を低減することが可能となる。
【００８２】
電気導体７の中心近傍でスリット９によって形成される幅、及びスリット９自身の幅は、本実施の形態では、それぞれ約７ｍｍ、１ｍｍとなっている。電気導体７幅が大きくなれば、周回方向に誘起される誘導電流量が大きくなり、発熱が大きくなる。また、スリット９自体の幅が大きくなれば、電気導体７の面積が小さくなり、加熱コイル３等価直列抵抗の低下、被加熱物５に働く浮力の増加となる。
【００８３】
発明者らは、実験により実用的には、電気導体７の幅及びスリット９の幅を所定値に制限することで、発熱と浮力のバランスを取り、さらには安定したものづくりを実現できる条件としている。
【００８４】
また、本実施の形態では、電気導体の７中央部の開口部８からφ２００ｍｍに渡るスリット９を設けたが、電気導体７の最外部にはスリット９が設けられておらず、大きな略リング形状となっている。
【００８５】
加熱コイル３から発生する磁界は、被加熱物５に向かう成分もあれば、被加熱物５の誘導加熱に寄与せず、それ以外の空中に放射される成分もある。被加熱物５の誘導加熱に寄与しない成分の磁界は、他機器への影響を与えるものとして、電波法などにより放射レベルが制限されている。
【００８６】
本実施の形態では、電気導体７最外部の略リング形状部分に、被加熱物５の誘導加熱に寄与しない磁界を打ち消す方向に誘導電流が流れ、打ち消し磁界を発生するため、放射される磁界を低減することができる。
【００８７】
また、電気導体７が、連続したリング形状をしていて、かつリング形状部分が加熱コイル３と対向していた場合、被加熱物５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５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７の影響を受けるため、被加熱物５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。
【００８８】
しかしながら、本実施の形態では、電気導体７最外部の略リング形状部分が、スリット９により、加熱コイル３の外径の外側になるために、被加熱物５を含む加熱コイル３のインダクタンスなどの特性に大きな影響を与えることはなく、防磁効果がほとんどで、インバータ設計への影響が少なく、設計が容易になる。
【００８９】
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、特に局部的に誘導加熱されやすい部分である。しかしながら、図２に示すように、電気導体７の外周部に局部誘導電流制限手段となるスリット１０が設けられているので、効果的に誘導電流の抑制がなされ、電気導体７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。
【００９０】
また、局部誘導電流制限手段となるスリット１０を、電気導体７の限られた部分に設けているので、加熱コイル３の等価直列抵抗の変化及び被加熱物５に働く浮力の増加を抑制することができる。
【００９１】
また、電気導体７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１１が延びており、導電性のシールなどでリード線１２と電気的に接続され、さらにリード線１２は、コンデンサ１３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ているので、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。
【００９２】
浮力抑制の役割を持つ電気導体７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５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５との間の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７と定電位部分との接続は、熱抵抗が大なる部分１１を介して行われるため、電気導体７の発熱が他の部分へ与える影響を抑えることができる。
【００９３】
また、電気導体７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、接合されているので、電気導体７の発熱を熱伝導でトッププレート２に伝えるのが容易であるし、トッププレート２上部に戴置された被加熱物５に対しても同様である。このように、電気導体７の発熱による損失の増加は、結果として被加熱物５に伝達され、電気導体７温度を抑制し、被加熱物５の加熱効率を高めることができる。
【００９４】
なお、本実施の形態では、電気導体７をトッププレート２に転写して形成したが、これに限るものではなく、厚み１ｍｍ程度の薄い非磁性板で電気導体７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７とトッププレート２を接合させても良い。また電気導体７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７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、低コストとなる材料を電気導体７に採用すると共に、必要な厚みとすべく、適切な接合手段を選択すればよい。
【００９５】
また、電気導体７は、予めトッププレート２に接合することにより、工場などでの組立時の取り扱いも容易である。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
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、かつ損失の少ないもので、誘導加熱調理器は勿論、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等各種誘導加熱装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【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】（ａ）同誘導加熱装置の被加熱物が有る場合における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（ｂ）同被加熱物が無い場合における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】（ａ）〜（ｆ）同誘導加熱装置に使用される電気導体を含む各種電気導体の内部に流れる誘導電流を示す図
【図５】従来の誘導加熱装置の加熱コイル及びその周辺を構成を示す斜視図
【図６】同誘導加熱装置の要部断面図
【図７】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８】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９】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１０】同誘導加熱装置の電気導体の平面図
【符号の説明】
【００９８】
１  本体
２  トッププレート
３  加熱コイル
４  フェライト（磁性体）
５  被加熱物
６  サーミスタ（温度検知手段）
７  電気導体
８  開口部
９  スリット（周回電流制限手段）
１０  スリット（局部誘導電流制限手段）
【図１】
2006120336.tif 000003
【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】
2006120336.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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