(57)【要約】【課題】加熱コイルの中心部分の巻線温度の上昇を抑制して、加熱領域における温度分布が均一で効率の高い加熱が可能な誘導加熱装置の提供することを目的としている。【解決手段】誘導加熱装置は、高周波電流が流れて磁束を発生させる加熱コイルが複数の巻線で構成されており、複数の巻線のそれぞれが独立した巻線であり、同一の中心で、且つ実質的に同一平面上に配置され、加熱コイルの内側の巻線に流れる電流が、その外側の巻線に流れる電流以下となるよう構成されている。【選択図】図１
2008117638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を載置するためのトッププレートと、
前記トッププレートの下方に配置され、複数の巻線を有する加熱コイルと、
前記加熱コイルに高周波電流を流す駆動回路と、
前記高周波電流を制御するための制御回路と、を備え、
前記加熱コイルの各巻線は、実質的に同一中心軸を有して内側と外側に分割配置されて、前記駆動回路により個別に通電状態が制御されるよう構成されており、
前記加熱コイルの内側に配置された小径の巻線と、前記加熱コイルの外側に配置された大径の巻線の両方を駆動するとき、内側の巻線に流れる電流が外側の巻線に流れる電流以下となるよう構成された誘導加熱装置。
【請求項２】
加熱コイルにおける内側の巻線の巻数が外側の巻線の巻数と等しいか、又は多くなるよう構成された請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
加熱コイルの内側の巻線と外側の巻線による加熱領域に対して被加熱物が載置された状態において、内側の巻線によるインピーダンスが外側の巻線によるインピーダンスと同等、又は大きくなるよう構成された請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
加熱コイルにおける内側の巻線と外側の巻線による加熱領域の全体に被加熱物が載置された状態において、内側の巻線による共振周波数が外側の巻線による共振周波数より低くなるように構成された請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
加熱コイルにおいて、内側の巻線から被加熱物までの距離が、外側の巻線から被加熱物までの距離より長く設定されてインピーダンス調整が行われて構成された請求項３に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
加熱コイルにおける内側の巻線に高周波電流を流す駆動回路と外側の巻線に高周波電流を流す駆動回路のそれぞれが、複数のスイッチング素子を有するフルブリッジ回路で構成された請求項１乃至５のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。
【請求項７】
加熱コイルにおける内側の巻線に高周波電流を流す駆動回路と外側の巻線に高周波電流を流す駆動回路のそれぞれが、複数のスイッチング素子を有するフルブリッジ回路で構成され、且つそれぞれのフルブリッジ回路の一部が共用された請求項１乃至５のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
加熱コイルにおける内側の巻線に高周波電流を流す駆動回路と外側の巻線に高周波電流を流す駆動回路のそれぞれが、複数のスイッチング素子を有するフルブリッジ回路で構成され、且つそれぞれのフルブリッジ回路の一部が共用されるとともに、
前記内側の巻線とともに共振回路を構成するコンデンサと、前記外側の巻線とともに共振回路を構成するコンデンサが共用された請求項１乃至５のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。
【請求項９】
加熱コイルにおける内側の巻線に高周波電流を流す駆動回路と外側の巻線に高周波電流を流す駆動回路のそれぞれが、複数のスイッチング素子を有するハーフブリッジ回路で構成された請求項１乃至５のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。
【請求項１０】
加熱コイルにおける内側の巻線に高周波電流を流す駆動回路と外側の巻線に高周波電流を流す駆動回路のそれぞれが、複数のスイッチング素子を有するハーフブリッジ回路で構成され、且つそれぞれの前記ハーフブリッジ回路の一部が共用された請求項１乃至５のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。
【請求項１１】
加熱コイルにおける内側の巻線と外側の巻線による加熱領域の全体に被加熱物が載置された状態において、内側の巻線と外側の巻線が同時に駆動されるよう構成された請求項１乃至５のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。
【請求項１２】
加熱コイルにおける内側の巻線と外側の巻線による加熱領域の全体に被加熱物が載置された状態において、内側の巻線と外側の巻線が同一の周波数で駆動されるよう構成された請求項１乃至５のいずれか一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、電磁誘導を用いて被加熱物を誘導加熱する誘導加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱装置においては、高周波電流を流して磁束を発生させる円形の加熱コイルが用いられており、この加熱コイルを覆うトッププレート上に被加熱物である鍋等が載置されて、加熱コイルによる電磁誘導により被加熱物が加熱される構成である。従来の誘導加熱装置においては、被加熱物である鍋等の大きさに応じて加熱コイルによる誘導加熱状態を変更できるように、内側コイルと外側コイルに２分割された加熱コイルが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載された誘導加熱装置には、円形の加熱領域の内側と外側で２つに分割された加熱コイルが設けられており、大鍋と小鍋の２種類の被加熱物に応じて、対応する加熱コイルに高周波電流を流すよう構成されている。即ち、被加熱物が大鍋の時は内側と外側の加熱コイルの両方に対して高周波電流を流して誘導加熱を行い、小鍋の時は内側の加熱コイルのみに高周波電流を流して誘導加熱を行う構成である。特許文献１の誘導加熱装置においては、被加熱物が小鍋のような小さい加熱負荷の場合には、その被加熱物に応じて小さな加熱コイルを励起して、無用な磁束の発生を少なくし、効率的に電磁調理を行うよう構成したものである。
【特許文献１】特開平１１−２１４１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように構成された従来の誘導加熱装置においては、被加熱物の大きさに応じて内側と外側の加熱コイルに対して予め決められた高周波電流を単に流す構成である。加熱コイルに高周波電流が流れると、加熱コイルは、その加熱コイル自身の巻線抵抗（銅損）により巻線温度が上昇する。円形の加熱コイルにおいて、外側部分は放熱効果が高いため、温度上昇が抑制されるが、内側部分は放熱効果が期待できない構造であるため温度が徐々に上昇していた。したがって、従来の誘導加熱装置の構成において、加熱コイルの外側部分と内側部分で温度差が生じ、トッププレートの加熱領域においては温度分布にむらが生じていた。したがって、加熱コイルの内側部分の温度上昇を抑制し、加熱領域の温度分布を均一にすることは困難であり、可能なかぎり均一にするためには特別な冷却手段を設ける必要があった。
【０００５】
本発明は、上記のような従来における問題を解決するためになされたものであり、加熱コイルの中心部分の巻線温度の上昇を抑制して、加熱領域における温度分布が均一で効率の高い誘導加熱が可能な誘導加熱装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による誘導加熱装置は、被加熱物を載置するためのトッププレートと、
前記トッププレートの下方に配置され、複数の巻線を有する加熱コイルと、
前記加熱コイルに高周波電流を流す駆動回路と、
高周波電流を制御するための制御回路と、を備え、
前記加熱コイルの各巻線は、実質的に同一中心軸を有して内側と外側に分割配置されて、前記駆動回路により個別に通電状態が制御されるよう構成されており、
前記加熱コイルの内側に配置された小径の巻線と、前記加熱コイルの外側に配置された大径の巻線の両方を駆動するとき、内側の巻線に流れる電流が外側の巻線に流れる電流以下となるよう構成されている。このように構成された誘導加熱装置は、加熱コイル上に載置された被加熱物を電磁誘導により加熱するとき、構造的に放熱条件の良い外側の巻線に損失を負担させることにより、放熱の条件が悪い内側の巻線に熱が集中し巻線温度が上昇するのを回避できると共に、中心部への発熱の偏りを周辺部に分散することで被加熱物に対する加熱むらを抑制できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、加熱コイルの中心部分の巻線温度の上昇を抑制して、加熱領域における温度分布が均一で効率の高い誘導加熱が可能な誘導加熱装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は本発明に係る実施の形態１の誘導加熱装置における加熱機構の構成を模式的に示した断面図である。図１において、誘導加熱装置の内部には高周波電流が流れて磁束を発生させる円形の加熱コイル１０が設けられており、この加熱コイル１０は小径の巻線４（以下、内コイル４）とその外側にある大径の巻線５（以下、外コイル５）により構成されている。加熱コイル１０の内コイル４と外コイル５は、コイルベース３上に配置され、略同一の中心点を有する渦巻き状であり、且つ略同一平面上に配置されている。加熱コイル１０の直上には平板で耐熱性を有するトッププレート２が配設されており、そのトッププレート２の加熱領域２Ａには鍋等の被加熱物が載置されるよう構成されている。
【０００９】
トッププレート２の加熱領域２Ａの内側部分直下に配置された内コイル４には、高周波電流を発生する駆動回路６が接続されており、加熱領域２Ａの外側部分直下に配置された外コイル５には駆動回路７が接続されている。本発明に係る実施の形態１の誘導加熱装置においては、外コイル５の直径に略等しい底部直径を有する大鍋１、即ち加熱領域２Ａと略等しい底部を有する大鍋１が載置されたとき、実施の形態１における効果が顕著に表れるため、以下の説明においては被加熱物として大鍋１について説明する。尚、ここで大鍋１とは、一般的に使用されている標準的な直径である、約φ２０ｃｍ〜２４ｃｍの範囲の直径を有する鍋である。
【００１０】
図２は内コイル４と外コイル５で構成された加熱コイル１０がコイルベース３内に保持され配置された状態を示す斜視図であり、図３はコイルベース３の底面形状の具体例を示す図である。図３において、（ａ）が実施の形態１において用いたコイルベース３であり、（ｂ）はその変形例である。図４は実施の形態１の誘導加熱装置における加熱コイル１０とラジエントヒータ１１と冷却ファン１２の配置の一例を示す模式図である。
【００１１】
実施の形態１の誘導加熱装置においては、２つの加熱コイル１０と１つのラジエントヒータ１１は、空隙を確保して、各々の加熱コイルの中心とラジエントヒータ１１の中心が略二等辺三角形の頂点の位置になるよう配置されており、２つの加熱コイル１０は使用者が操作する側（図４における下側）に設けられている。また、装置内部の加熱コイル１０等を冷却するための２つの冷却ファン１２は、装置内部の奥側（図４における上側）の両側に設けられている。冷却ファン１２からの冷却空気は装置内部において前方に送られ、例えばそれぞれの加熱コイル１０の外周に沿って流れて加熱コイル１０を冷却し、ラジエントヒータ１１の方向へ送られるよう構成されている。
【００１２】
図３の（ａ）に示すように加熱コイル１０を保持するコイルベース３は、底面部分に複数の開口孔３ａが形成されている。実施の形態１において用いたコイルベース３においては、外コイル５と対応する位置に複数の開口孔３ａが円環状で連続的に形成されている。なお、図３の（ｂ）に示すように、コイルベース３の変形例として内コイル４と対応する位置にも複数の開口孔３ｂを形成して外コイル５と共に内コイル４に対して冷却ファン１２からの冷却空気が流れるよう構成して、内コイル４の温度上昇を抑制できる構造とすることも可能である。
なお、図３に示したコイルベースの底面形状は、実施の形態１の誘導加熱装置において用いた例示であり、本発明の誘導加熱装置におけるコイルベースの形状を限定するものではなく、同様の効果を奏する形状であれば各種形状が適応可能である。また、図４に示した誘導加熱装置の配置は一例であり、その用途や仕様等に応じて各種変形が可能であることは言うまでもない。
【００１３】
実施の形態１の誘導加熱装置の加熱コイル１０において、同一の中心点を有する渦巻き状であり、且つ略同一平面上に配置されている内コイル４と外コイル５は、その巻数が調整されている。このように巻数を調整することにより、内コイル４と外コイル５に流れる電流値を変えてそれぞれのコイルにおける発熱量を制御している。このように、実施の形態１の誘導加熱装置においては、内コイル４に流れる電流が外コイル５に流れる電流以下になるように、加熱コイルの内側と外側の巻線を構成している。この結果、外コイル５に比較して、内コイル４に流れる電流を抑えて巻線抵抗で発生する銅損による内コイル４の温度上昇を抑制するとともに、加熱コイル１０における中心部分が偏重して発熱するのを防止し、被加熱物である例えば鍋底を均一に加熱することが可能となる。この理由の詳細については後述する。
【００１４】
以下、上記のように構成された実施の形態１の誘導加熱装置の動作について説明する。
使用者が誘導加熱装置に具備された操作部（図示なし）を操作することにより、その操作内容に応じて、誘導加熱装置内に設けられた制御回路１３が駆動回路６、７を制御する。駆動回路６は内コイル４へ所定の高周波電流を流し、駆動回路７は外コイル５へ所定の高周波電流を流して、その結果、加熱コイル１０には磁界が発生する。この磁界により、加熱コイル１０上に載置された被加熱物、例えば大鍋１の底に渦電流が発生し、大鍋１自体の抵抗分により大鍋１自身が発熱し、大鍋１内の調理物が加熱される。
【００１５】
実施の形態１の誘導加熱装置において、大鍋１を加熱するときには内コイル４と外コイル５に所望の高周波電流が流れ、大鍋１より小さく内コイル４の加熱領域で十分加熱できる小鍋の場合には内コイル４のみに所望の高周波電流が流れる。
【００１６】
図５は実施の形態１の誘導加熱装置における加熱コイル１０と、その内コイル４と外コイル５の駆動回路６，７と、共振コンデンサ８，９と、制御回路１３との接続状態を模式的に示した回路図である。図５に示すように、制御回路１３により制御された駆動回路６は、内コイル４と共振コンデンサ８により構成された共振回路に高周波電流を流し、駆動回路７は、外コイル５と共振コンデンサ９により構成された共振回路に高周波電流を流している。
【００１７】
図６は実施の形態１の誘導加熱装置における加熱コイル１０のための駆動回路の具体的な回路構成を示している。図６において、内コイル４は、複数のスイッチング素子６１，６２，６３，６４で構成された駆動回路６と、共振コンデンサ８とによりフルブリッジの電流共振回路が構成されている。同様に、外コイル５は、複数のスイッチング素子７１，７２，７３，７４で構成された駆動回路７と、共振コンデンサ９とによりフルブリッジの電流共振回路が構成されている。
【００１８】
内コイル４のための駆動回路６において、スイッチング素子６１，６２の第１の直列体６５と、スイッチング素子６３，６４の第２の直列体６６が並列に接続され、各直列体６５，６６における中間接続点が内コイル４の両端にそれぞれ接続されている。なお、実施の形態１においては、第２の直列体６６の中間接続点と内コイル４との間に共振コンデンサ８が設けられている。
【００１９】
また、外コイル５のための駆動回路７において、スイッチング素子７１，７２の第３の直列体７５と、スイッチング素子７３，７４の第４の直列体７６が並列に接続され、各直列体７５，７６における中間接続点が外コイル５の両端にそれぞれ接続されている。なお、実施の形態１においては、第４の直列体７６の中間接続点と外コイル５との間に共振コンデンサ９が設けられている。
【００２０】
図７は、実施の形態１の誘導加熱装置において、被加熱物として大鍋１が載置され起動した時の加熱コイル１０の略等価回路を示している。図７に示す大鍋１が載置された状態において、Ｌ１は内コイル４によるインダクタンス、Ｌ２は外コイル５によるインダクタンス、Ｒ１は内コイル４の抵抗成分、Ｒ２は外コイル５の抵抗成分、Ｍは内コイル４と外コイル５との間の相互インダクタンスである。そして、図７において、Ｅ１は内コイル４のための駆動回路６、Ｅ２は外コイル５のための駆動回路７に相当する。なお、抵抗成分Ｒ１，Ｒ２は、巻線自身の抵抗分と大鍋１の等価抵抗からなる。さらに、内コイル４と外コイル５のそれぞれが起動されたときに流れる高周波電流をそれぞれＩ１とＩ２で示す。
【００２１】
前述のように、内コイル４と外コイル５に、高周波のコイル電流Ｉ１とコイル電流Ｉ２が流れると、各コイルの抵抗成分のうち、巻線自身の抵抗分により銅損が発生し、巻線の温度が上昇する。そこで、発明者はコイル電流を減らすことにより、銅損、すなわち巻線の温度上昇を抑制できることに着目した。
【００２２】
内コイル４の巻数をＮ１、外コイル５の巻数をＮ２、内コイル４の作る磁界の磁束をφ１、外コイル５の作る磁束をφ２とすると、内コイル４と外コイル５の各インダクタンスＬ１，Ｌ２は簡易的に次式（１）、（２）で表せる。
【００２３】
【数１】
2008117638.tif 000003
【００２４】
【数２】
2008117638.tif 000004
【００２５】
上記の式（１）、（２）から、内コイル４と外コイル５に流れるコイル電流Ｉ１とＩ２は、式（３）、（４）により表される。
【００２６】
【数３】
2008117638.tif 000005
【００２７】
【数４】
2008117638.tif 000006
【００２８】
式（１）から（４）において、ｋ１、ｋ２は透磁率や機械的定数等からなる比例定数である。
【００２９】
式（３）、（４）より、コイル電流Ｉ１，Ｉ２は巻数Ｎ１，Ｎ２に反比例するので、巻数Ｎ１，Ｎ２を多くすることによりコイル電流Ｉ１，Ｉ２を小さくすることができる。
実施の形態１においては、内コイル４と外コイル５が同じ透磁率であり、内コイル４の外径は外コイル５の外形より小さいため、比例定数がｋ１＜ｋ２の関係にあるとき、式（３）、（４）より、コイル電流がＩ１≦Ｉ２の関係となるためには、Ｎ１≧Ｎ２となる巻数を選択すればよい。即ち、内コイル４の巻数Ｎ１を外コイル５の巻数Ｎ２以上とすることにより、内コイル４に流れるコイル電流Ｉ１は外コイル５に流れるコイル電流Ｉ２以下となる。
【００３０】
以下、式（３）、（４）と、比例定数がｋ１＜ｋ２であるから、コイル電流がＩ１≦Ｉ２の関係となるためには、Ｎ１≧Ｎ２のコイル巻数が選択される理由について説明する。
一般的に加熱コイルによる加熱電力Ｐは次式で表せる。
【００３１】
【数５】
2008117638.tif 000007
【００３２】
式（５）において、ｋは定数、ρは鍋の固定抵抗、μは鍋の透磁率、ｆは加熱周波数、Ｎはコイルの巻数、Ｉはコイル電流である。
ここで、内コイル４の巻数をＮ１、コイル電流をＩ１、外コイル５の巻数をＮ２、コイル電流をＩ２とし、鍋に関する定数及び加熱周波数ｆは内外コイル４で共通であるため、式（６）のようにＫａに置き換えると、内コイル４と外コイル５の各々による電力Ｐ１、Ｐ２は下記の式（７）、（８）で表せる。
【００３３】
【数６】
2008117638.tif 000008
【００３４】
【数７】
2008117638.tif 000009
【００３５】
【数８】
2008117638.tif 000010
【００３６】
今、均一加熱を前提に、内コイル４による加熱電力Ｐ１と外コイル５による加熱電力Ｐ２がほぼ等しくなるように構成された加熱コイル１０と仮定する。仮に、Ｐ１＝Ｐ２とすれば、下記式（９）、（１０）及び（１１）の関係が成り立つ。
【００３７】
【数９】
2008117638.tif 000011
【００３８】
【数１０】
2008117638.tif 000012
【００３９】
【数１１】
2008117638.tif 000013
【００４０】
一方、加熱コイルの巻線自身の温度上昇、いわゆる銅損ＰＬは、コイルの巻線抵抗Ｒとコイル電流の二乗との積で表される。（下記式（１２））
【００４１】
【数１２】
2008117638.tif 000014
【００４２】
ここで、巻線抵抗Ｒは加熱コイル形状（巻線長さ）に依存する固定定数であるため、巻線温度上昇を抑制するためには電流Ｉを小さくすればよい。そこで、内コイル４の巻線温度上昇を抑制するために内コイル４の電流を外コイル５と同等又は小さくする、つまり内コイル４と外コイル５の電流の関係をＩ１≦Ｉ２とすると、下記式（１３）となる。
【００４３】
【数１３】
2008117638.tif 000015
【００４４】
したがって、式（１３）から、Ｎ１≧Ｎ２となり、即ち、内コイル４の巻数は外コイル５と同等又は大きくなる巻数を選択すればよい。
【００４５】
実施の形態１の誘導加熱装置においては、内コイル４の巻数が外コイル５の巻数と等しいか、又は多くなるよう構成されているため、耐熱性のトッププレート２を介して載置された被加熱物を電磁誘導により加熱する場合、放熱の条件の良い外コイル５に損失を負担させる構成となり、放熱の条件が悪い内コイル４に熱が集中することを回避することができる。この結果、実施の形態１の誘導加熱装置の構成によれば、装置内部において冷却構造が複雑になる問題を回避できると共に、巻線温度上昇の偏りによる被加熱物の加熱むらを抑制可能となる。
【００４６】
以上のように、実施の形態１の誘導加熱装置においては、内コイル４のコイル電流Ｉ１が外コイル５のコイル電流Ｉ２以下となるように、加熱コイル１０における内コイル４と外コイル５の巻数が選定されているため、外コイル５に比較して、内コイル４に流れるコイル電流Ｉ１が制御され、巻線抵抗で発生する銅損による内コイル４の温度上昇を抑制することができる。
また、上記のように加熱コイル１０を構成することにより、発熱部分がコイルの中心部に偏重するのを防止することができ、被加熱物である鍋底を均一に加熱する効果が期待できる。
【００４７】
さらに、実施の形態１の誘導加熱装置においては、内コイル４の巻数Ｎ１を外コイル５の巻数Ｎ２以上の値とすることにより、コイルの中心部に発熱部分が集中することを回避できるので、冷却ファンなどで強制的にコイルを冷却する場合でも、コイルの外側部分において比較的放熱条件のよい外コイル５に対して比較的大きな電流を流して、巻線の発熱を負担させることにより、加熱コイル周辺部の構成を簡素化することができる。
【００４８】
以上のように、本発明に係る実施の形態１の誘導加熱装置によれば、加熱コイル上に載置された被加熱物を電磁誘導により加熱するとき、構造的に放熱条件の良い外側のコイルに損失を負担させることにより、放熱の条件が悪い内側のコイルに熱が集中し巻線温度が上昇するのを回避できると共に、中心部への発熱の偏りを周辺部に分散することで被加熱物の加熱むらを抑制できる。
【００４９】
実施の形態２．
以下、本発明に係る実施の形態２の誘導加熱装置について説明する。実施の形態２の誘導加熱装置は、前述の実施の形態１の誘導加熱装置における加熱コイルに流れる電流を制御するためにインピーダンスを調整する構成である。実施の形態２の誘導加熱装置の説明において、実施の形態１の誘導加熱装置と同じ機能、構成を有する要素には同じ符号を付しその説明は実施の形態１の説明を適用する。
【００５０】
実施の形態２の誘導加熱装置は、実施の形態１の誘導加熱装置と同じように、誘導加熱装置の内部には高周波電流が流れて磁束を発生させる円形の加熱コイル１０（図１参照）が設けられており、この加熱コイル１０は小径の内コイル４とその外側にある大径の外コイル５により構成されている。加熱コイル１０の内コイル４と外コイル５は、コイルベース３上に配置され、略同一の中心点を有する渦巻き状であり、且つ略同一平面上に配置されている。加熱コイル１０の直上には平板なトッププレート２が配設されており、そのトッププレート２の加熱領域２Ａには被加熱物として大鍋１が載置されるよう構成されている。
内コイル４のインダクタンスをＬ１、内コイル４の巻数をＮ１、外コイル５のインダクタンスをＬ２、外コイル５の巻数をＮ２とするとき、巻数とインダクタンスとの関係は、簡易的に実施の形態１において説明した式（１）、（２）のように、下記式（１４）、（１５）で表せる。
【００５１】
【数１４】
2008117638.tif 000016
【００５２】
【数１５】
2008117638.tif 000017
【００５３】
式（１４）、（１５）において、ｋ１、ｋ２は、透磁率、コイルの機械的数値等からなる比例定数である。式（１４）、（１５）から、内コイル４の巻数Ｎ１と外コイル５の巻数Ｎ２は下記式（１６）、（１７）となる。
【００５４】
【数１６】
2008117638.tif 000018
【００５５】
【数１７】
2008117638.tif 000019
【００５６】
式（１６）、（１７）において、内コイル４のコイル電流Ｉ１を外コイル５のコイル電流Ｉ２以下とするには、内コイル４の巻数Ｎ１を外コイル５の巻数Ｎ２以上（Ｎ１≧Ｎ２）とする必要がある。即ち、下記式（１８）が条件となる。
【００５７】
【数１８】
2008117638.tif 000020
【００５８】
したがって、Ｌ１≧Ｌ２が条件となる。即ち、内コイル４のインダクタンスＬ１を外コイル５のインダクタンスＬ２以上とすることにより、内コイル４と外コイル５に流れる各コイル電流の関係をＩ１≦Ｉ２にすることができる。このように、内コイル４のインダクタンスＬ１を外コイル５のインダクタンスＬ２以上となるよう選択することにより、内コイル４に流れるコイル電流Ｉ１を外コイル５に流れるコイル電流Ｉ２に比べて抑制することができる。
【００５９】
以下、上記の式（１８）から、コイル電流をＩ１≦Ｉ２とするために、インダクタンスがＬ１≧Ｌ２の関係となるよう選択される理由について説明する。
コイルに電流Ｉが流れた時に生じる、コイルを貫通する磁界Ｈは次式で表せる。
【００６０】
【数１９】
2008117638.tif 000021
【００６１】
式（１９）において、ｎは単位長さあたりの巻数であり、長さｌｃの巻数を
Ｎ＝ｎ・ｌｃとすれば、巻数Ｎの作る磁界は次式（２０）で表せる。
【００６２】
【数２０】
2008117638.tif 000022
【００６３】
一方、巻数Nのコイルが作る磁界による磁束φは、次に示す式（２１）及び式（２２）から式（２３）で表せる。
【００６４】
【数２１】
2008117638.tif 000023
【００６５】
【数２２】
2008117638.tif 000024
【００６６】
【数２３】
2008117638.tif 000025
【００６７】
式（２１）から（２３）において、Ｌはコイルインダクタンス、μは比透磁率、Ｓは磁束が通る断面積、Ｉはコイルに流れる電流、Ｂは磁界Ｈによる単位面積あたりの磁束密度である。
今、コイルの作る磁界と加熱に寄与する加熱電力の関係は次式（２４）で得られる。
【００６８】
【数２４】
2008117638.tif 000026
【００６９】
式（２４）において、ｋは比例定数、ｆは加熱周波数、μｒは比透磁率（真空での透磁率に対する加熱負荷の透磁率）、ｌｍ・A：加熱金属長さと断面積の積、Q：加熱負荷における加熱材の電力発生係数である。
上記の数値のうち、ｋ、ｆ、μr、ｌｍ・A、Qの値は、主に加熱負荷により決まる値であるため、内外コイルに対しては共通の値と仮定して次式（２５）のようにＫｂに置き換えることができる。
【００７０】
【数２５】
2008117638.tif 000027
【００７１】
ここで、前述の加熱電力Ｐを上記Ｋｂを用いて表すと次式（２６）により表される。
【００７２】
【数２６】
2008117638.tif 000028
【００７３】
また、式（２７）と式（２８）から磁界Ｈは式（２９）により表される。
【００７４】
【数２７】
2008117638.tif 000029
【００７５】
【数２８】
2008117638.tif 000030
【００７６】
【数２９】
2008117638.tif 000031
【００７７】
式（２９）を式（２６）に代入すると式（３０）で表される。
【００７８】
【数３０】
2008117638.tif 000032
【００７９】
ここで、（１／μ・Ｓ）は、内コイル４及び外コイル５において共通の固定値であるため、Ｋｃ＝（１／μ・Ｓ）とすれば、加熱電力Ｐは下記式（３１）で表される。
但し、Ｋｔ＝Ｋｂ・Ｋｃ２である。
【００８０】
【数３１】
2008117638.tif 000033
【００８１】
ここで、均一加熱の観点から、内コイル４による加熱電力Ｐ１と外コイル５による加熱電力Ｐ２がほぼ等しくなるように構成された加熱コイル１０と仮定する。この仮定において、各々のコイルによる加熱電力Ｐ１、Ｐ２は以下の式（３２）、（３３）で表せる。
【００８２】
【数３２】
2008117638.tif 000034
【００８３】
【数３３】
2008117638.tif 000035
【００８４】
ここで、仮にＰ１＝Ｐ２とすれば、式（３４）から式（３６）で表される。
【００８５】
【数３４】
2008117638.tif 000036
【００８６】
【数３５】
2008117638.tif 000037
【００８７】
【数３６】
2008117638.tif 000038
【００８８】
一方、加熱コイルの巻線自身の温度上昇、いわゆる銅損ＰＬは、コイルの巻線抵抗Ｒとコイル電流の二乗との積により表される。即ち、下記式（３７）で表される。
【００８９】
【数３７】
2008117638.tif 000039
【００９０】
巻線抵抗Ｒは加熱コイル形状（巻線長さ）に依存する固定定数であるため、式（３７）から、巻線温度上昇を抑制するためには電流Ｉを小さくすればよいことが理解できる。
そこで、内コイル４の巻線温度上昇を抑制するために内コイル４の電流Ｉ１を外コイル５の電流Ｉ２と同等又は小さくする。即ち、内コイル４と外コイル５の電流の関係をＩ１≦Ｉ２とすると、Ｌ１・Ｉ１＝Ｌ２・Ｉ２の関係から下記式（３８）の関係を有する。
【００９１】
【数３８】
2008117638.tif 000040
【００９２】
したがって、上記の条件において、各コイルのインダクタンスは（Ｌ１≧Ｌ２）の関係となる。つまり、内コイル４の巻数は外コイル５と同等又は大きくなるインダクタンス乗数を選択すればよい。
【００９３】
実施の形態２の誘導加熱装置においては、加熱コイル１０の内コイル４と外コイル５による加熱領域２Ａに被加熱物が載置された状態において、内コイル４によるインピーダンスが外コイル５によるインピーダンスと同等、若しくは大きくなるよう構成されているため、内コイル４に流れる電流を抑制して、内コイル４の銅損を小さくすることができる。したがって、実施の形態２の誘導加熱装置においては、内コイル４の温度上昇を低減できる構成となる。
【００９４】
以上のように、実施の形態２の誘導加熱装置においては、内コイル４のコイル電流Ｉ１が外コイル５のコイル電流Ｉ２以下になるように、加熱コイル１０における内コイル４と外コイル５のインピーダンスが調整されている。このため、外コイル５に比較して、内コイル４に流れるコイル電流Ｉ１が制御され、巻線抵抗で発生する銅損による内コイル４の温度上昇を抑制することができる。
また、上記のように加熱コイル１０を構成することにより、発熱部分がコイルの中心部に偏重するのを防止することができ、被加熱物である鍋底を均一に加熱する効果が期待できる。
【００９５】
さらに、実施の形態２の誘導加熱装置においては、内コイル４のインダクタンスＬ１を外コイル５のインダクタンスＬ２以上の値を選択することにより、コイルの中心部に発熱部分が集中することを回避できるので、冷却ファンなどで強制的に冷却する場合でも、コイルの外側部分において比較的放熱条件のよい外コイル５に対して比較的大きな電流を流して、巻線の発熱を負担させることにより、加熱コイル周辺部の構成を簡素化することができる。
【００９６】
以上のように、本発明に係る実施の形態２の誘導加熱装置によれば、加熱コイル上に載置された被加熱物を電磁誘導により加熱するとき、構造的に放熱条件の良い外側のコイルに損失を負担させることにより、放熱の条件が悪い内側のコイルに熱が集中し巻線温度が上昇するのを回避できると共に、中心部への発熱の偏りを周辺部に分散することで被加熱物の加熱むらを抑制できる。
【００９７】
実施の形態３．
以下、本発明に係る実施の形態３の誘導加熱装置について説明する。実施の形態３の誘導加熱装置は、前述の実施の形態１の誘導加熱装置における加熱コイルに流れる電流を制御するために共振周波数を調整する構成である。実施の形態３の誘導加熱装置の説明において、実施の形態１の誘導加熱装置と同じ機能、構成を有する要素には同じ符号を付しその説明は実施の形態１の説明を適用する。
【００９８】
実施の形態３の誘導加熱装置は、実施の形態１の誘導加熱装置と同じように、誘導加熱装置の内部には高周波電流が流れて磁束を発生させる円形の加熱コイル１０が設けられており、この加熱コイル１０は小径の内コイル４とその外側にある大径の外コイル５により構成されている。加熱コイル１０の内コイル４と外コイル５は、コイルベース３上に配置され、略同一の中心点を有する渦巻き状であり、且つ略同一平面上に配置されている。加熱コイル１０の直上には平板なトッププレート２が配設されており、そのトッププレート２の加熱領域２Ａには被加熱物として大鍋１が載置されるよう構成されている。
【００９９】
内コイル４に高周波のコイル電流を流すための駆動回路６は、複数のスイッチング素子で構成されており、内コイル４と共振コンデンサ８により共振回路が構成されている。また、外コイル５に高周波のコイル電流を流すための駆動回路７は、複数のスイッチング素子で構成されており、外コイル５と共振コンデンサ９により共振回路が構成されている（図６参照）。
【０１００】
上記のように構成された実施の形態３の誘導加熱装置において、共振回路の共振周波数ｆ０は簡易的に次式（３９）で求められる。式（３９）において、Ｌはインダクタンスであり、Ｃは容量である。
【０１０１】
【数３９】
2008117638.tif 000041
【０１０２】
ここで、内コイル４のインダクタンスをＬ１［μＨ］、共振コンデンサ８の容量をＣ１［μＦ］、外コイル５のインダクタンスをＬ２［μＨ］、共振コンデンサ９の容量をＣ２［μＦ］とすると、内コイル４と共振コンデンサ８で構成される共振回路、及び外コイル５と共振コンデンサ９で構成されるそれぞれの共振回路の概略の共振周波数は、式（４０）及び式（４１）で示される。
【０１０３】
【数４０】
2008117638.tif 000042
【０１０４】
【数４１】
2008117638.tif 000043
【０１０５】
図８は、共振コンデンサの容量とコイル電流との関係を示すグラフである。図８に示すように、共振コンデンサ容量がＣ０の時、回路は共振状態にあり、コイル電流Ｉが最大値を示す。すなわち、共振コンデンサの値がＣ０に近づくほどコイル電流が流れやすくなることを示している。言い換えれば、制御回路により加熱負荷に応じて任意に決定される駆動周波数ｆｓｗが、共振コンデンサで決定される共振周波数ｆ０に近づくほどコイル電流Ｉが流れやすくなる。すなわち、駆動周波数ｆｓｗと共振周波数ｆ０との差Δｆが大きいほどコイル電流が流れにくくなると考えられる。そこで、実施の形態３の誘導加熱装置においては、共振コンデンサの容量Ｃを調整して、共振周波数ｆ０を変更することにより、コイル電流Ｉを抑制している。
この考えを実施の形態３の誘導加熱装置に適用すると、内コイル４に接続された共振回路の共振コンデンサ８の駆動周波数ｆｓｗと共振周波数ｆ０１との差Δｆ１（式（４２））と、外コイル５に接続された共振回路の共振コンデンサ９の駆動周波数ｆｓｗと共振周波数ｆ０２との差Δｆ２（式（４３））は、Δｆ１≧Δｆ２、に設定される。ただし、駆動周波数ｆｓｗと各共振周波数ｆ０１、ｆ０２との関係は、ｆｓｗ＞ｆ０１、及びｆｓｗ＞ｆ０２）である。
【０１０６】
【数４２】
2008117638.tif 000044
【０１０７】
【数４３】
2008117638.tif 000045
【０１０８】
上記のように、Δｆ１≧Δｆ２とするためには、下記式（４４）、（４５）の関係となる。
【０１０９】
【数４４】
2008117638.tif 000046
【０１１０】
【数４５】
2008117638.tif 000047
【０１１１】
したがって、式（４０）、（４１）から下記式（４６）、（４７）の関係となる。
【０１１２】
【数４６】
2008117638.tif 000048
【０１１３】
【数４７】
2008117638.tif 000049
【０１１４】
実施の形態３の誘導加熱装置においては、加熱コイル１０の内コイル４と外コイル５に流れる電流を制御して、加熱領域を均一の温度とするために、Ｌ１・Ｃ１≧Ｌ２・Ｃ２、の関係を有する定数を選択すればよい。例えば、インダクタンスのＬ１とＬ２の関係が、Ｌ１≧Ｌ２、である時、少なくとも、Ｃ１≧Ｃ２、となる定数を選択すればよいことになる。このように、ｆ０１≧ｆ０２となるような共振周波数の関係が得られるように回路インピーダンス定数を選択することにより、実施の形態３の誘導加熱装置においては、前述の実施の形態１、及び実施の形態２と同様の効果が得られる。
【０１１５】
実施の形態３の誘導加熱装置においては、加熱コイル１０の内コイル４と外コイル５による加熱領域の全体に被加熱物が載置された状態において、内コイル４による共振周波数が外コイル５による共振周波数より低くなるよう構成しているため、駆動周波数と共振周波数の差が大きいほど、コイル電流が流れにくくなり、内コイル４に流れる電流が低減され、銅損による内コイル４の温度上昇を抑制できる。
【０１１６】
以上のように、本発明に係る実施の形態３の誘導加熱装置によれば、加熱コイル上に載置された被加熱物を電磁誘導により加熱するとき、構造的に放熱条件の良い外側のコイルに損失を負担させることが可能となり、放熱の条件が悪い内側のコイルに熱が集中し巻線温度が上昇するのを回避できる構成とすることができ、中心部への発熱の偏りを周辺部に分散することで被加熱物の加熱むらを抑制できる。
【０１１７】
実施の形態４．
以下、本発明に係る実施の形態４の誘導加熱装置について説明する。実施の形態４の誘導加熱装置は、加熱コイルに流れる電流を制御するために、内コイルと外コイルと被加熱物である大鍋１との距離を変えることにより、巻線のインピーダンスを調節する構成である。実施の形態４の誘導加熱装置の説明において、実施の形態１の誘導加熱装置と同じ機能、構成を有する要素には同じ符号を付しその説明は実施の形態１の説明を適用する。
【０１１８】
実施の形態４の誘導加熱装置は、実施の形態１の誘導加熱装置と同じように、誘導加熱装置の内部には高周波電流が流れて磁束を発生させる円形の加熱コイル１０が設けられており、この加熱コイル１０は小径の内コイル４とその外側にある大径の外コイル５により構成されている。加熱コイル１０の内コイル４と外コイル５は、コイルベース３上に配置され、略同一の中心点を有する渦巻き状である。加熱コイル１０の直上には平板なトッププレート２が配設されており、そのトッププレート２の加熱領域２Ａには被加熱物として大鍋１が載置されるよう構成されている。
【０１１９】
実施の形態４の誘導加熱装置においては、内コイル４と外コイル５に対する大鍋１との距離を調整することにより、各コイルのインピーダンスを調節するものである。
図９は、実施の形態４の誘導加熱装置の加熱領域に大鍋１が載置された状態を模式的に示した断面図である。図１０は実施の形態４の誘導加熱装置における加熱コイルを示す斜視図である。
【０１２０】
電磁誘導において、被加熱物と磁界を発生するコイルとの距離が長くなると、磁気結合が弱くなり、結果としてコイルのインダクタンスが大きくなった場合と同様な状態となる。逆に、被加熱物とコイルの距離が短くなると、磁気結合が強くなり、結果としてコイルのインダクタンスが小さくなった場合と同様な状態となる。
【０１２１】
実施の形態４の誘導加熱装置における、内コイル４と外コイル５のインダクタンスは、鍋が載置されない無負荷状態では略同等である。ここで、実施の形態４の誘導加熱装置において、加熱コイル１０を構成する内コイル４とトッププレート２との距離をｄ１とし、外コイル５とトッププレート２との距離をｄ２とすると、ｄ１＞ｄ２の関係となるように配置されている。このように内コイル４と外コイル５を配置することにより、トッププレート２を介して大鍋１が載置された時、外コイル５と大鍋１の結合に比較して、内コイル４と大鍋１との結合が弱くなる。その結果、内コイル４のインダクタンスが外コイル５のインダクタンスより大きくなった場合と同等の状態となる。インダクタンスが大きくなるとコイル電流が抑制されるため、内コイル４に流れるコイル電流は外コイル５に流れるコイル電流より小さくなる。
【０１２２】
図１１は内コイル４とトッププレート２との距離ｄ１が外コイル５とトッププレート２との距離ｄ２より長くなるよう配置（ｄ１＞ｄ２）した場合のコイル電流Ｉ１、Ｉ２の状態を示すグラフである。図１１のグラフに示されているように、内コイル４のコイル電流Ｉ１は外コイル５のコイル電流Ｉ２より小さくなっている。このように、被加熱物である大鍋１と加熱コイル１０における内外の各コイル４，５との距離を変えることにより、大鍋１と各コイル４，５との結合度を調節して、内コイル４のインピーダンスが外コイル５のインピーダンスより大きくなった場合と同様の状態とすることができる。したがって、実施の形態４の誘導加熱装置の構成により、内コイル４に流れるコイル電流Ｉ１を制御することが可能となり、前述の実施の形態１から３の誘導加熱装置における効果と同様な効果が得られる。
【０１２３】
実施の形態４の誘導加熱装置における加熱コイルにおいては、内コイル４から被加熱物までの距離が、外コイル５から被加熱物までの距離より長く設定されてインピーダンス調整が行われているため、加熱コイルにおける各巻線のインピーダンスを部品の変更に依存せずに調整可能となる。
【０１２４】
以上のように、本発明に係る実施の形態４の誘導加熱装置によれば、加熱コイル上に載置された被加熱物を電磁誘導により加熱するとき、構造的に放熱条件の良い外側のコイルに損失を負担させることが可能となり、放熱の条件が悪い内側のコイルに熱が集中し巻線温度が上昇するのを回避できる構成とすることができ、中心部への発熱の偏りを周辺部に分散することで被加熱物の加熱むらを抑制できる。
【０１２５】
実施の形態５．
以下、本発明に係る実施の形態５の誘導加熱装置について説明する。実施の形態５の誘導加熱装置は、前述の実施の形態１の誘導加熱装置における加熱コイルに流れる電流を制御するために、駆動回路の構成を変更したものである。実施の形態５の誘導加熱装置の説明において、実施の形態１の誘導加熱装置と同じ機能、構成を有する要素には同じ符号を付しその説明は実施の形態１の説明を適用する。
【０１２６】
図１２は本発明に係る実施の形態５の誘導加熱装置における加熱機構の概略構成を示す模式図である。実施の形態５の誘導加熱装置は、実施の形態１の誘導加熱装置と同じように、誘導加熱装置の内部には高周波電流が流れて磁束を発生させる円形の加熱コイル１０が設けられており、この加熱コイル１０は小径の内コイル４とその外側にある大径の外コイル５により構成されている。加熱コイル１０の内コイル４と外コイル５は、コイルベース３上に配置され、略同一の中心点を有する渦巻き状であり、且つ略同一平面上に配置されている。加熱コイル１０の直上には平板なトッププレート２が配設されており、そのトッププレート２の加熱領域２Ａには被加熱物として大鍋１が載置されるよう構成されている。
【０１２７】
図１３は実施の形態５の誘導加熱装置における内コイル４と外コイル５のための各駆動回路６Ａ、７Ａの接続状態を示した回路構成図である。図１４は実施の形態５における駆動回路６Ａ、７Ａの具体的な構成を示した回路図である。
前述の実施の形態１〜４の誘導加熱装置において、例えば図１に示したように、加熱コイル１０の内コイル４と外コイル５に高周波電流を通電する各駆動回路６，７がフルブリッジ構成を有し、加熱コイル１０と共振コンデンサ８，９とともに共振回路を構成している。そして、実施の形態１〜４においては、駆動回路６が第１の直列体６５と第２の直列体６６が並列に接続され、各直列体６５，６６における各中間接続点が内コイル４の両端に接続されている。また、駆動回路７が第３の直列体７５と第４の直列体７６が並列に接続され、各直列体７５，７６における各中間接続点が外コイル５の両端に接続されている。なお、実施の形態１〜４においては、第２の直列体６６の中間接続点と内コイル４との間に共振コンデンサ８が、また、第４の直列体７６の中間接続点と外コイル５との間に共振コンデンサ９が設けられている。
【０１２８】
実施の形態５の誘導加熱装置においては、図１４に示すように、内コイル４と、複数のスイッチング素子６１，６２，８１，８２で構成された駆動回路６Ａと、共振コンデンサ８とによりフルブリッジの電流共振回路が構成されている。また、外コイル５と、複数のスイッチング素子７１，７２，８１，８２で構成された駆動回路７Ａと、共振コンデンサ９とによりフルブリッジの電流共振回路が構成されている。即ち、実施の形態５においては、駆動回路６Ａと７Ａにおいて一部のスイッチング素子が重複する構成である。
【０１２９】
内コイル４のための駆動回路６Ａにおいて、スイッチング素子６１，６２を直列接続した第１の直列体８３と、スイッチング素子８１，８２を直列接続した第３の直列体８５が並列に接続されている。第１の直列体８３における中間接続点は、内コイル４の一端に接続されている。第３の直列体８５における中間接続点は、内コイル４の他端と外コイル５の一端に接続されている。また、実施の形態５においては、第１の直列体８３の中間接続点と内コイル４との間に共振コンデンサ８が設けられている。
【０１３０】
外コイル５のための駆動回路７Ａにおいて、スイッチング素子７１，７２を直列接続した第２の直列体８４と、スイッチング素子８１，８２を直列接続した第３の直列体８５が並列に接続されている。第２の直列体８４における中間接続点は、外コイル５の他端に接続されている。前述のように、第３の直列体８５における中間接続点は、内コイル４の他端と外コイル５の一端に接続されている。また、実施の形態５においては、第２の直列体８４の中間接続点と外コイル５との間に共振コンデンサ９が設けられている。
図１４に示したように、実施の形態５の誘導加熱装置においては、スイッチング素子の一部、ここではスイッチング素子８１，８２の直列体で構成された第３の直列体８５を駆動回路６Ａと７Ａとで共用した構造である。
【０１３１】
このように構成された実施の形態５の誘導加熱装置においては、内コイル４と外コイル５のための駆動回路の一部を共用化した構成であっても、実施の形態１〜４と同等の動作が可能であり、同等の効果を得ることができるとともに、部品点数が削減でき、装置の小型化を図ることができる。さらに、実施の形態５の誘導加熱装置によれば、部品点数削減による大幅なコスト低減の効果が期待できる。
【０１３２】
以上のように、本発明に係る実施の形態５の誘導加熱装置によれば、加熱コイル上に載置された被加熱物を電磁誘導により加熱するとき、構造的に放熱条件の良い外側のコイルに損失を負担させることが可能となり、放熱の条件が悪い内側のコイルに熱が集中し巻線温度が上昇するのを回避できる構成とすることができ、中心部への発熱の偏りを周辺部に分散することで被加熱物の加熱むらを抑制できるとともに、装置の小型化、低価格化を図ることが可能となる。
【０１３３】
実施の形態６．
以下、本発明に係る実施の形態６の誘導加熱装置について説明する。実施の形態６の誘導加熱装置は、前述の実施の形態１の誘導加熱装置における共振回路に用いられていた共振コンデンサ８，９を共用化したものである。また、実施の形態６の誘導加熱装置は、前述の実施の形態５において説明したように一部を共用化した駆動回路６Ａ、７Ａが設けられている。実施の形態６の誘導加熱装置の説明において、実施の形態１及び実施の形態５の誘導加熱装置と同じ機能、構成を有する要素には同じ符号を付しその説明は実施の形態１及び実施の形態５の説明を適用する。
【０１３４】
図１５は本発明に係る実施の形態６の誘導加熱装置における加熱機構の概略構成を示す模式図である。実施の形態６の誘導加熱装置は、実施の形態１の誘導加熱装置と同じように、誘導加熱装置の内部には高周波電流が流れて磁束を発生させる円形の加熱コイル１０が設けられており、この加熱コイル１０は小径の内コイル４とその外側にある大径の外コイル５により構成されている。加熱コイル１０の内コイル４と外コイル５は、コイルベース３上に配置され、同一の中心点を有する渦巻き状であり、且つ略同一平面上に配置されている。加熱コイル１０の直上には平板なトッププレート２が配設されており、そのトッププレート２の加熱領域２Ａには被加熱物として大鍋１が載置されるよう構成されている。
【０１３５】
図１６は実施の形態６の誘導加熱装置における内コイル４と外コイル５のための各駆動回路６Ａ、７Ａと共振回路の接続状態を示した回路構成図である。図１７は実施の形態６における共振回路と駆動回路６Ａ、７Ａの具体的な構成を示した回路図である。
【０１３６】
図１６及び図１７に示すように、内コイル４のための駆動回路６Ａは、実施の形態５における構成と同様に、スイッチング素子６１，６２を直列接続した第１の直列体８３と、スイッチング素子８１，８２を直列接続した第３の直列体８５が並列に接続されて構成されている。一方、外コイル５のための駆動回路７Ａは、スイッチング素子７１，７２を直列接続した第２の直列体８４と、スイッチング素子８１，８２を直列接続した第３の直列体８５が並列に接続されて構成されている。第１の直列体８３における中間接続点は内コイル４の一端に接続され、第２の直列体８４における中間接続点は、外コイル５の他端に接続されている。実施の形態６においては、内コイル４の他端は外コイル５の一端に接続され、共振コンデンサ９０を介して第３の直列体８５の中間接続点に接続されている。
【０１３７】
このように実施の形態６の誘導加熱装置においては、内コイル４と外コイル５のための駆動回路６Ａと７Ａの一部を共用し、且つ共振回路の一部である共振コンデンサ９０を共用した構成である。実施の形態６の誘導加熱装置の構成においても、実施の形態１〜４と同等の動作が可能であり、同等の効果を得ることができるとともに、部品点数が削減でき、装置の小型化を図ることができる。さらに、実施の形態６の誘導加熱装置によれば、部品点数削減による大幅なコスト低減の効果が期待できる。
【０１３８】
以上のように、本発明に係る実施の形態６の誘導加熱装置によれば、加熱コイル上に載置された被加熱物を電磁誘導により加熱するとき、構造的に放熱条件の良い外側のコイルに損失を負担させることが可能となり、放熱の条件が悪い内側のコイルに熱が集中し巻線温度が上昇するのを回避できる構成とすることができ、中心部への発熱の偏りを周辺部に分散することで被加熱物の加熱むらを抑制できるとともに、装置の小型化、低価格化を図ることが可能となる。
【０１３９】
実施の形態７．
以下、本発明に係る実施の形態７の誘導加熱装置について説明する。前述の実施の形態１〜６の誘導加熱装置における駆動回路はフルブリッジ回路の構成で説明したが、実施の形態７の誘導加熱装置においてはハーフブリッジ回路で構成された駆動回路を用いている。
【０１４０】
図１８は本発明に係る実施の形態７の誘導加熱装置における加熱コイル、駆動回路、共振コンデンサなどの回路構成を示す回路図である。
図１８に示すように、内コイル４のための駆動回路は、スイッチング素子８６，８７を直列接続した第１の直列体９１と、スイッチング素子９３とにより構成されている。第１の直列体９１における中間接続点は、内コイル４の一端に接続されており、スイッチング素子９３の一端は、内コイル４の他端に接続されている。スイッチング素子９３の他端は、第１の直列体９１の下側スイッチング素子８７の一端と共に接地側に接続されている。また、外コイル５のための駆動回路は、スイッチング素子８８，８９を直列接続した第２の直列体９２と、スイッチング素子９４とにより構成されている。第２の直列体９２における中間接続点は、外コイル５の一端に接続されており、スイッチング素子９４の一端は、外コイル５の他端に接続されている。スイッチング素子９４の他端は、第２の直列体９２の下側スイッチング素子８７の一端と共に接地側に接続されている。
【０１４１】
以上のように構成された実施の形態７の誘導加熱装置においては、駆動回路がハーフブリッジ回路で構成されているが、前述の実施の形態１〜６において用いたフルブリッジ回路の駆動回路と実質的に同様に動作する。
【０１４２】
以上のように構成された実施の形態７の誘導加熱装置においては、巻数やインダクタンスや共振周波数、あるいは被加熱物である鍋等との結合度合いを調整することにより、内コイル４の巻線温度上昇を抑制でき、さらに、回路構成が簡素化できるので、部品点数が削減できると共に、装置の小型化を図ることが可能となり、部品点数削減によるコスト削減の効果も期待できる。
【０１４３】
実施の形態８．
以下、本発明に係る実施の形態８の誘導加熱装置について説明する。実施の形態８の誘導加熱装置においては、前述の実施の形態７において説明したハーフブリッジ構成の駆動回路を用いており、且つ内コイル４と外コイル５のための駆動回路の一部を共有化した構成である。
【０１４４】
図１９は本発明に係る実施の形態８の誘導加熱装置における加熱コイル、駆動回路、共振コンデンサなどの回路構成を示す回路図である。
図１９に示すように、内コイル４のための駆動回路は、スイッチング素子９５，９６を直列接続した直列体９７と、スイッチング素子９８とにより構成されている。直列体９７における中間接続点は、内コイル４の一端に接続されており、スイッチング素子９８の一端は、共振コンデンサ８を介して内コイル４の他端に接続されている。スイッチング素子９８の他端は、直列体９７の下側スイッチング素子９６の一端と共に接地側に接続されている。また、外コイル５のための駆動回路は、前述した直列体９７と、スイッチング素子９９とにより構成されている。直列体９７における中間接続点は、外コイル５の一端に接続されており、スイッチング素子９９の一端は、共振コンデンサ９を介して外コイル５の他端に接続されている。スイッチング素子９９の他端は、直列体９７の下側スイッチング素子９６の一端と共に接地側に接続されている。
【０１４５】
以上のように構成された実施の形態８の誘導加熱装置においては、駆動回路がハーフブリッジ回路で構成され、且つその一部が共有化されているが、前述の実施の形態１〜６において用いたフルブリッジ回路の駆動回路と実質的に同様に動作する。
【０１４６】
以上のように構成した実施の形態８の誘導加熱装置は、巻数やインダクタンスや共振周波数、あるいは被加熱物である鍋等との結合度合いを調整することにより、内コイル４の巻線温度上昇を抑制でき、さらに、回路構成が簡素化できるので、部品点数が削減できると共に、装置の小型化を図ることが可能となり、部品点数削減によるコスト削減の効果も期待できる。
【０１４７】
なお、本発明に係る各実施の形態の誘導加熱装置においては、内コイル４と外コイル５を個別に駆動する駆動回路が設けられており、被加熱物として大鍋１を加熱する場合には、二つの内外コイル４，５を同時に駆動し、且つ加熱領域２Ａが均一に発熱するよう構成されているため、大鍋加熱に必要な大電力を効率高く出力することができる。勿論、使用者の指令操作、または自動検知により内コイル４により十分加熱可能な小鍋が被加熱物の場合には、内コイル４のみが駆動回路により駆動される。
【０１４８】
また、本発明に係る各実施の形態の誘導加熱装置においては、内コイル４と外コイル５を同時に駆動する場合、同一の周波数で駆動するよう構成されているため、２つの内外コイル４，５を同時に駆動する大鍋加熱時であっても、周波数差による干渉音が聞こえることがなく優れた効果を有している。
【０１４９】
なお、本発明に係る各実施の形態においては、加熱コイルが内側と外側に２つに分かれた巻線構成について説明したが、加熱コイルを３分割、４分割に構成し、それぞれに駆動回路を設け、使用状況に応じて内側とその外側のそれぞれ巻線を前述の各実施の形態のように構成して加熱領域の発熱温度の均一化を図ることも可能である。
【０１５０】
なお、本発明に係る各実施の形態においては、装置内部の加熱コイル等を冷却するための冷却ファンが装置内部の奥側に設けられている例で説明したが、装置内部の構成を考慮して冷却ファンを加熱コイルの使用者側に設けて冷却ファンからの風が加熱コイルを通り装置奥側に流れるよう構成してもよい。また、加熱コイルのための冷却ファンとして加熱コイルの底面に設ける構成としてもよい。
なお、本発明に係る各実施の形態においては、コイル１０を支持するコイルベース３の開口孔形状を図３において開口孔３ａ、または変形例として開口孔３ｂの例で説明したが、開口孔形状は、たとえば任意に配置された小径円の開口孔が多数であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】
本発明は加熱領域が均一に発熱し効率の高い誘導加熱が可能となるため、誘導加熱装置において有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】本発明に係る実施の形態１の誘導加熱装置における加熱機構の概略構成を示す模式図である。
【図２】実施の形態１の誘導加熱装置における加熱コイルの保持状態を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る誘導加熱装置におけるコイルベースの底面形状を示す図であり、（ａ）が実施の形態１において用いたコイルベース３であり、（ｂ）はその変形例である。
【図４】実施の形態１の誘導加熱装置における加熱コイル等の配置を示す模式図である。
【図５】実施の形態１の誘導加熱装置における加熱コイル等の接続状態を模式的に示した回路図である。
【図６】実施の形態１の誘導加熱装置における加熱コイルの駆動回路の回路図である。
【図７】実施の形態１の誘導加熱装置において、被加熱物として大鍋が載置され起動した時の等価回路である。
【図８】共振コンデンサの容量とコイル電流との関係を示すグラフである。
【図９】本発明に係る実施の形態４の誘導加熱装置の加熱領域に大鍋が載置された状態を示した模式図である。
【図１０】実施の形態４の誘導加熱装置における加熱コイルを示す斜視図である。
【図１１】実施の形態４の誘導加熱装置における加熱コイルの内コイル４とトッププレート２との距離ｄ１が外コイル５とトッププレート２との距離ｄ２より長くなるよう配置（ｄ１＞ｄ２）した場合のコイル電流Ｉ１、Ｉ２の状態を示すグラフである。
【図１２】本発明に係る実施の形態５の誘導加熱装置における加熱領域部分の概略構成を示す模式図である。
【図１３】本発明に係る実施の形態５の誘導加熱装置における内コイル４と外コイル５のための各駆動回路６Ａ、７Ａと共振回路の接続状態を示した回路図である。
【図１４】実施の形態５における共振回路と駆動回路６Ａ、７Ａの具体的な構成を示した回路図である。
【図１５】本発明に係る実施の形態６の誘導加熱装置における加熱領域部分の概略構成を示す模式図である。
【図１６】実施の形態６の誘導加熱装置における内コイル４と外コイル５のための各駆動回路６Ａ、７Ａと共振回路の接続状態を示した回路図である。
【図１７】実施の形態６における共振回路と駆動回路６Ａ、７Ａの具体的な構成を示した回路図である。
【図１８】本発明に係る実施の形態７の誘導加熱装置における加熱コイル、駆動回路、共振コンデンサなどの回路構成を示す回路図である。
【図１９】本発明に係る実施の形態８の誘導加熱装置における加熱コイル、駆動回路、共振コンデンサなどの回路構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【０１５３】
１  大鍋、２  トッププレート、３  コイルベース、４  内コイル、５  外コイル、６  内コイルの駆動回路、７  外コイルの駆動回路、８  内コイルの共振コンデンサ、９  外コイルの共振コンデンサ、１０  加熱コイル、１１  ラジエントヒータ、１２  冷却ファン、１３  制御回路。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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