(57)【要約】【課題】各種電磁誘導応用機器に使用される磁気シールドと磁界発生装置において、磁気シールド部の特性を容易に調整可能として漏洩磁界の低減効果を最大限に発揮することが可能な磁気シールド方法およびそれを用いた磁界発生装置を実現することを目的とする。【解決手段】磁気シールド用コイル１とインダクタンス調整用コイル２を設け、漏洩磁束が磁気シールド用コイル１に鎖交することによって生じる誘導電流の大きさをインダクタンス調整用コイル２によって制御して、漏洩磁界と同じ大きさの誘導磁界を発生させることにより、高い漏洩磁界抑制効果を得る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
漏洩磁界に結合する結合コイルと、該結合コイルに接続する補助コイルを備え、前記結合コイルに誘導される電流によって発生する磁界が前記漏洩磁界と等しくなるように、前記補助コイルにより制御することを特徴とする磁気シールド方法。
【請求項２】
漏洩磁界に結合する複数の結合コイルを備え、該結合コイルに誘導される電流によって発生する磁界が前記漏洩磁界と等しくなるように、前記結合コイルの総数を設定することを特徴とする磁気シールド方法。
【請求項３】
磁界発生コイルと、該磁界に結合する結合コイルと、該結合コイルに接続する補助コイルを備え、前記結合コイルに誘導される電流によって発生する磁界が、前記漏洩磁界と等しくなるように前記補助コイルにより制御することを特徴とする磁界発生装置。
【請求項４】
磁界発生コイルと、該磁界に結合する複数の結合コイルを備え、該結合コイルに誘導される電流によって発生する磁界が前記漏洩磁界と等しくなるように、前記結合コイルの総数を設定することを特徴とする磁界発生装置。
【請求項５】
磁界発生用コイルと、前記磁界発生コイルを保持する保持部と、前記保持部において前記磁界発生コイルの外方に前記磁界発生コイルを囲むように設けられた磁気シールド用コイルとを備えたことを特徴とする磁界発生装置。
【請求項６】
磁気シールド用コイルを複数巻とし、両端を接続したことを特徴とする請求項５記載の磁界発生装置。
【請求項７】
磁気シールド用コイルと磁界発生用コイルとの間に保持部に設けられた磁気シールド部を配置したことを特徴とする請求項５記載の磁界発生装置。
【請求項８】
磁気シールド用コイルの両端にインダクタンス調整用コイルを接続したことを特徴とする請求項１記載の磁界発生装置。
【請求項９】
保持部を筐体に取り付けるとともに前記筐体に磁性部材と基板とをも取り付け、前記保持部と前記基板との間に前記磁性部材を設け、前記基板に磁界発生用コイルに高周波電流を供給するインバータ回路を設けたことを特徴とする請求項５記載の磁界発生装置。
【請求項１０】
保持部を筐体に取り付けるとともに前記筐体に磁性部材と基板とをも取り付け、前記保持部と前記基板との間に前記磁性部材を設け、前記基板に磁界発生用コイルに高周波電流を供給するインバータ回路とインダクタンス調整用コイルをともに設けたことを特徴とする請求項８記載の磁界発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波電磁界を発生する磁界発生装置とそれに用いられる磁気シールド方法に関する。特に高周波電磁界によって加熱を行う誘導加熱装置や電磁界によって発光する照明装置等の磁界発生装置やその漏れ磁束を抑制する磁気シールド方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コイル磁心のギャップから高周波交番磁界を発生させ、これを負荷に結合させて加熱や放電による発光を行う機器がある。前者には家庭用調理器や工業用溶接機などがあり、後者としては無電極放電ランプ等が知られている。これらの機器は等価的に、磁界発生コイルを１次側、負荷を２次側とした一種のトランスとしてみなすことができるが、磁心が開磁路構成であるから１次−２次間の結合は疎であり、エネルギーの伝達に寄与しない漏れ磁束が発生する。この漏れ磁束が本来の負荷以外の部分に結合すると損失増加や発熱等につながる。このため例えば電磁加熱調理器では従来、（特許文献１）に示すような対策が行われていた。
【０００３】
以下、その構成について図６を参照しながら説明する。図に示すように、円盤状の加熱コイル１８を加熱コイル保持部１９の上に載置し、コイルホルダー２０で加熱コイル１８の周囲を抑えて固定し、さらにアルミニウムなどの導電材料で構成された断面を逆Ｌ形とする磁気シールド部２１が加熱コイル１８の周囲に設けられている。また、磁気シールド部２１は、アルミニウム板をドーナツ状に打ち抜いた後に、金型により断面が逆Ｌ形になるよう成形して製造している。
【０００４】
上記構成において、加熱コイル１８に高周波電流を供給すると磁気シールド部２１に加熱コイル１８の発生する磁界により高周波電流が誘導される。この磁気シールド部２１に誘導された高周波電流による磁界は、磁気シールド部２１内方においては加熱コイル１８による磁界を強め、一方磁気シールド部２１外方においては加熱コイル１８による磁界と逆向きの磁界により、その外方の磁界を低減することができる。また、磁気シールド部２１の形状が略ドーナツ形状をしているので、円盤形状の加熱コイル１８から発生する磁界を、方向に関係なく低減することができるものであった。
【０００５】
この動作を図７を用いて、さらに詳細に説明する。図７（ａ）は従来の電磁加熱調理器における加熱コイル１８と磁気シールド部２１を等価的に表した回路図である。加熱コイル１８と磁気シールド部２１は相互インダクタンス２２によって結合している。ここで相互インダクタンス２２は加熱コイル１８と磁気シールド部２１の両方に鎖交する磁束であるから、加熱コイル１８から発生する磁束のうち、磁気シールド部２１外方を通過する成分と考えることができる。等価抵抗２３は磁気シールド部２１の抵抗成分である。加熱コイル１８の端子２４に高周波電圧を印加すると、１次側電流２５と２次側電流２６が流れる。図７（ｂ）は相互インダクタンス２２による結合部分をトランスの３端子等価回路に変換した回路図である。２７、２８はそれぞれ加熱コイル１８と磁気シールド部２１の漏洩インダクタンスである。加熱コイル１８のインダクタンスをＬ１、磁気シールド部２１のインダクタンスをＬ２、相互インダクタンス２２をＭ、等価抵抗２３をＲ、１次側電流２５をｉ１、２次側電流２６をｉ２とすると、（数１）のように表せる。
【０００６】
【数１】
2004327763.tif 000003
【０００７】
（２）式よりｉ１とｉ２の符号は同一である。図４の電流の向きを考慮するとｉ２はｉ１を打ち消す方向に流れるため、相互インダクタンス２２で発生する磁束が低減される。すなわち磁気シールド外方に漏洩する磁束が低減される。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭５７−１１５７９５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
磁気シールド外方に漏洩する磁束をほぼ零にするためには、１次側電流２５と２次側電流２６を大きさを等しくして相互インダクタンス２２に流れる電流を零にすればよい。そのためには、（２）式よりＬ２を求める下記（３）式を導出し、
【００１０】
【数２】
2004327763.tif 000004
【００１１】
（３）式の関係が成り立つように磁気シールド部２１の自己インダクタンスを調整すればよい。しかしながら従来の方法による磁気シールド部２１は自己インダクタンスを容易に変更可能な構造とはなっていないため、最適値に設定することが難しい。また形状を変えることによって自己インダクタンスを変化させることは可能だが、同時に結合係数ｋが変動してしまうため、（３）式を満足するように調整するには非常な困難が伴う。その結果、磁気シールド部２１のインダクタンスが最適になっておらず、漏洩磁束の抑制効果が最大限に発揮されていないという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような問題点を解決し、磁気シールド部の特性を容易に調整可能として漏洩磁界の低減効果を最大限に発揮することが可能な磁気シールド方法とそれを用いた磁界発生装置を実現することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気シールドにおいては漏洩磁界に結合する結合コイルと、該結合コイルに直列に接続する補助コイルを備え、前記結合コイルに誘導される電流によって発生する磁界が前記漏洩磁界と等しくなるように、前記補助コイルをもって前記誘導電流を制御することを特徴としたものである。
【００１４】
本発明によれば、漏洩磁界の抑制効果の高い磁気シールドが得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、漏洩磁界に結合する結合コイルと、該結合コイルに接続する補助コイルを備え、前記結合コイルに誘導される電流によって発生する磁界が前記漏洩磁界と等しくなるように、前記補助コイルにより制御することを特徴としたものであり、補助コイルのインダクタンス値を適切に選択することにより、誘導電流によって発生する誘導磁界を漏洩磁界と向きが正反対で大きさが等しくなるように制御できるので、高い漏洩磁界抑制効果が得られるという作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の発明は、漏洩磁界に結合する複数の結合コイルを備え、該結合コイルに誘導される電流によって発生する磁界が前記漏洩磁界と等しくなるように、前記結合コイルの員数を設定することを特徴としたものであり、漏洩磁界に結合するのをコイルの総数を適切に選択することにより、誘導電流によって発生する誘導磁界を漏洩磁界と向きが正反対で大きさが等しくなるように制御できるので、高い漏洩磁界抑制効果が得られるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の発明は、磁界発生コイルと、該磁界に結合する結合コイルと、該結合コイルに接続する補助コイルを備え、前記結合コイルに誘導される電流によって発生する磁界が、前記漏洩磁界と等しくなるように前記補助コイルにより制御することを特徴とする磁界発生装置であり、補助コイルのインダクタンス値を適切に選択することにより、漏洩磁界の少ない磁界発生装置が可能となる作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項３に記載の発明は、磁界発生コイルと、該磁界に結合する複数の結合コイルを備え、該結合コイルに誘導される電流によって発生する磁界が前記漏洩磁界と等しくなるように、前記結合コイルの総数を設定することを特徴とする磁界発生装置であり、補助コイルの員数を適切に選択することにより、漏洩磁界の少ない磁界発生装置が可能となる作用を有する。
【００１９】
請求項５記載の発明は、磁界発生用コイルと、前記磁界発生コイルを保持する保持部と、前記保持部において前記磁界発生コイルの外方に前記磁界発生コイルを囲むように設けられた磁気シールド用コイルとを備えたことを特徴とする磁界発生装置であり、誘導電流によって発生する誘導磁界を漏洩磁界と向きが正反対で大きさが等しくなるように制御できるので、高い漏洩磁界抑制効果が得られるという作用を有する。
【００２０】
請求項６記載の発明は、磁気シールド用コイルを複数巻とし、両端を接続したことを特徴とする請求項５記載の磁界発生装置であり、巻数を調整することで容易にインダクタンス値を変更することができ、設計が容易になる。
【００２１】
請求項７記載の発明は、磁気シールド用コイルと磁界発生用コイルとの間に保持部に設けられた磁気シールド部を配置したことを特徴とする請求項５記載の磁界発生装置であり、磁気シールド効果を更に高めることができる。
【００２２】
請求項８記載の発明は、磁気シールド用コイルの両端にインダクタンス調整用コイルを接続したことを特徴とする請求項１記載の磁界発生装置であり、インダクタンス調整用コイルのインダクタンス値を適切に選択することにより、漏洩磁界の少ない磁界発生装置が可能となる作用を有する。
【００２３】
請求項９記載の発明は、保持部を筐体に取り付けるとともに前記筐体に磁性部材と基板とをも取り付け、前記保持部と前記基板との間に前記磁性部材を設け、前記基板に磁界発生用コイルに高周波電流を供給するインバータ回路を設けたことを特徴とする請求項５記載の磁界発生装置であり、基板上に実装された回路などを磁界発生用コイルから発生する磁界の影響を低減させることができる。
【００２４】
請求項１０記載の発明は、保持部を筐体に取り付けるとともに前記筐体に磁性部材と基板とをも取り付け、前記保持部と前記基板との間に前記磁性部材を設け、前記基板に磁界発生用コイルに高周波電流を供給するインバータ回路とインダクタンス調整用コイルをともに設けたことを特徴とする請求項８記載の磁界発生装置であり、基板上に実装された回路などを磁界発生用コイルから発生する磁界の影響を低減させることができ、しかもインダクタンス調整用コイルを実装できるので、省スペース化を図れる。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図１から図５を用いて説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
本発明の一実施の形態として図１に実施の形態１の磁気シールド部を備えた電磁加熱調理器を示す。図１において１は磁気シールド用コイルである。２はインダクタンス調整用コイルである。インダクタンス調整用コイル２は所定のインダクタンス値を示すものであれば種々のものを使用可能であるが、空芯コイルを用いる場合は、周囲の磁界の影響を受けないように、軸方向を周囲磁界に対して垂直に配置する。本実施の形態の場合は、磁気シールド用コイル１の同心円周方向とインダクタンス調整用コイル２の軸方向が平行となるように配置する。また、磁気シールド用コイル１とインダクタンス調整用コイル２の間の接続線は余分なインダクタンス成分となるのを避けるため、縒り線状にする等して線間の面積を抑制することが望ましい。３は加熱コイルである。加熱コイル３によって発生する磁束の一部によって、磁気シールド用コイル１に電流４が誘導される。電流４は磁気シールド用コイル１の内方で加熱コイル磁束を増加し、外方で相殺する方向に流れる。電流４の大きさは磁気シールド用コイル１の漏洩インダクタンスとインダクタンス調整用コイル２によって、磁気シールド効果を最大限にするように調整する。即ち電流４を電流７と大きさが等しく向きが逆転した電流となるように調整する。
【００２７】
次にこの動作を図２を用いて詳細に説明する。
【００２８】
図２（ａ）は加熱コイル３と磁気シールド用コイル１とインダクタンス調整用コイル２の関係を等価的に表した等価回路図である。６は加熱コイル３と磁気シールド用コイル１の相互インダクタンスである。入力端子５に高周波電圧を印加すると加熱コイルに電流７が流れ、磁気シールド用コイル１とインダクタンス調整用コイル２に電流４が流れる。加熱コイル３で発生する磁束の一部が相互インダクタンス６として磁気シールド用コイル１と結合する。
【００２９】
図２（ｂ）は図２（ａ）の相互インダクタンス６による結合部分をトランスの３端子等価回路に変換した回路である。８は加熱コイルで発生する磁束のうち磁気シールド用コイル１外方を通過しない磁束を表す漏洩インダクタンスである。９は磁気シールド用コイル１で発生する磁束で加熱コイル３に鎖交しないものを表す漏洩インダクタンスである。加熱コイル３のインダクタンスをＬ１、磁気シールド用コイル１の自己インダクタンスをＬ２、相互インダクタンス６をＭ、インダクタンス調整用コイル２の自己インダクタンスをＬｃ、加熱コイル３の電流７をｉ１、磁気シールド用コイル１の電流４をｉ２、結合係数をｋとすると、下記（４）式が成り立つ。
【００３０】
【数３】
2004327763.tif 000005
【００３１】
上記（５）式を満足するように、インダクタンス調整用コイル２の自己インダクタンス値を設定すると、ｉ１とｉ２が等しくなり、磁気シールド外方に漏洩する磁束φは（数４）に示すように、
【００３２】
【数４】
2004327763.tif 000006
【００３３】
となる。つまり、漏洩磁界が零に抑制され磁気シールド効果が最大となる。
【００３４】
以下、具体的構成について図３を用いて説明する。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、加熱コイル３と磁気シールド用コイル１は保持部３０上に設置され、保持部３０は樹脂製の筐体３１にネジ３２等の固定部材によって固定されている。加熱コイル３の上方には調理器を置くトッププレート３３が配置されている。保持部３０下方の加熱コイル３直下にはフェライトコア３４が配置されている。さらにその下方には基板３５が設置され、基板３５上には加熱コイル３に接続され、加熱コイル３に高周波電流を供給するインバータ回路３６と磁気シールド用コイル１に接続されるインダクタンス調整用コイル２が設置されており、それぞれ加熱コイル３と磁気シールド用コイル１に接続されている。磁気シールド用コイル１は図３（ｂ）に示すように加熱コイル３を囲むように配置されている。加熱コイル３はコイルホルダ３７によって固定される。また、磁気シールド用コイル１と加熱コイル３の間には、従来どおり、磁気シールド部３８を設けても良い。
【００３６】
以上のように構成された誘導過熱調理器について、動作を説明する。加熱コイル３にインバータ回路３６から高周波電流が印加されると、トッププレート３３上に置かれた鍋等の調理器に渦電流を生じさせるための高周波磁界が発生する。この磁界のうち磁気シールド用コイル１の外方へ漏洩する磁界は、磁気シールド用コイル１に鎖交する磁界であるため、この漏洩磁界により磁気シールド用コイル１に誘導電流が流れる。この誘導電流は磁気シールド用コイル１外方では漏洩磁界を打ち消し、内方では加熱コイル３磁界を強める磁界を発生する。誘導電流の大きさは、インダクタンス調整用コイル２により、漏洩磁界を最大限に抑制する電流値に制御されるため、高い漏洩磁界抑制効果が実現できる。なお、インダクタンス調整用２コイルとしては、製品の仕様によって、巻数、巻線の太さ、巻径、巻回形状などを調整することで、所望のインダクタンス値を得ることができ、適宜調整可能である。また、インダクタンス調整用コイル２は、基板３５に挿入固定されたりあるいは面実装で取り付け可能な電気・電子部品であるコイル部品を用いることもできる。
【００３７】
（実施の形態２）
次に本発明の別の実施の形態の磁気シールド部を備えた電磁加熱調理器を図４に示す。図４において１０は同一円周上に複数回巻かれたコイルから構成され、両端を互いに接続した磁気シールド用コイルである。１１は加熱コイルである。加熱コイル１１によって発生する磁束の一部によって、磁気シールド用コイル１０に電流１２が誘導される。次に磁気シールド動作の詳細について図５を用いて説明する。図５（ａ）は加熱コイル１１と磁気シールド用コイル１３の関係を等価的に表した等価回路図である。入力端子１５に高周波電圧を印加すると加熱コイル１１に電流１４が流れ、磁気シールド用コイル１０に電流１２が流れる。１３は加熱コイル１１と磁気シールド用コイル１０の相互インダクタンスである。１４は加熱コイル１１に流れる電流である。加熱コイル１１で発生する磁束の一部が相互インダクタンス１３として磁気シールド用コイル１０と結合する。
【００３８】
図５（ｂ）は図５（ａ）の相互インダクタンス１３による結合部分をトランスの３端子等価回路に変換した回路である。１６は加熱コイル１１で発生する磁束のうち磁気シールド用コイル１０外方を通過しない磁束を表す漏洩インダクタンスである。１７は磁気シールド用コイル１０で発生する磁束で加熱コイル１１に鎖交しないものを表す漏洩インダクタンスである。加熱コイル１１のインダクタンスをＬ１、磁気シールド用コイル１０の自己インダクタンスをＬ２、相互インダクタンス１３をＭ、加熱コイル１１の電流１４をｉ１、磁気シールド用コイル１０の電流１２をｉ２、結合係数をｋとして、ｉ１、ｉ２を表すと（６）式が成り立つ。
【００３９】
【数５】
2004327763.tif 000007
【００４０】
ここで磁気シールド用コイル１０の自己インダクタンス（Ｌ２）をｉ１＝ｉ２が成り立つように（７）式を満足するように定める。
【００４１】
【数６】
2004327763.tif 000008
【００４２】
具体的には磁気シールド用コイル１０の巻数を調整して（７）式を満足する自己インダクタンス値になるようにするとｉ１＝ｉ２が成立し、相互インダクタンス１３に流れる電流が零（＝磁気シールド用コイル１０の外方への漏洩磁束が零）となる。なお、磁気シールド用コイル１０は同一円周上に巻数を重ねる構成としているため、加熱コイル１１との位置関係は巻数によって変化しない。したがって結合係数ｋはほとんど変化しないので、Ｌ２の調整のみで磁気シールド効果を最大限に発揮することが可能となる。
【００４３】
なお、以上の実施の形態１と実施の形態２は組み合わせて使用することももちろん可能である。また、実施の形態１と実施の形態２は電磁加熱調理器に本発明の磁気シールドを用いた例を示したが、本発明の応用はこれに限るものでないことはいうまでもなく、例えば電子写真装置の誘導過熱定着器や無電極放電管などに広く応用可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、磁気シールドに流れる電流が可能となり、磁気シールド外方に漏洩する磁界を最大限に抑制可能になるという有利な効果が得られる。また漏洩磁界の少ない磁界発生装置が可能となる有利な効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による磁気シールドを用いた電磁加熱調理器を示す構成図
【図２】本発明の一実施の形態による磁気シールドを用いた電磁加熱調理器の等価回路図
【図３】本発明の一実施の形態における磁気シールドを用いた電磁加熱調理器を示す図
【図４】本発明の別の実施の形態による磁気シールドを用いた電磁加熱調理器示す構成図
【図５】本発明の別の実施の形態による磁気シールドを用いた電磁加熱調理器の等価回路図
【図６】従来の磁気シールド装置を用いた電磁加熱調理器の断面図
【図７】従来の磁気シールド装置を用いた電磁加熱調理器の等価回路図
【符号の説明】
１  磁気シールド用コイル
２  インダクタンス調整用コイル
３  加熱コイル
４  電流
５  入力端子
６  相互インダクタンス
７  電流
８  漏洩インダクタンス
９  漏洩インダクタンス
１０  磁気シールド用コイル
１１  加熱コイル
１２  電流
１３  相互インダクタンス
１４  電流
１５  入力端子
１６  漏洩インダクタンス
１７  漏洩インダクタンス
１８  加熱コイル
１９  加熱コイル保持部
２０  コイルホルダー
２１  磁気シールド部
２２  相互インダクタンス
２３  等価抵抗
２４  端子
２５  １次側電流
２６  ２次側電流
２７  漏洩インダクタンス
２８  漏洩インダクタンス
３０  保持部
３１  筐体
３２  ネジ
３３  トッププレート
３４  フェライトコア
３５  基板
３６  インバータ回路
３７  コイルホルダ
３８  磁気シールド部
【図１】
2004327763.tif 000009
【図２】
2004327763.tif 000010
【図３】
2004327763.tif 000011
【図４】
2004327763.tif 000012
【図５】
2004327763.tif 000013
【図６】
2004327763.tif 000014
【図７】
2004327763.tif 000015