(57)【要約】被加熱物に生ずる浮力を低減する電気導体は、中央部に設けられた開口部の径が小さいので、電気導体の面積が大きくなるため浮力が低減される。さらに開口部の周囲には、電気導体内に発生する周回電流が流れないようにする櫛状部が設けられている。これにより、凹反り鍋を使用しても開口部の周囲が異常に発熱せず、加熱コイルが長時間に亘って高出力で出力することができる。
2005006813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムと、銅と、アルミニウムと銅と同等以上の電気伝導率を有する低透磁率材料とのいずれかからなる被加熱物を誘導加熱可能な加熱コイルと、
前記加熱コイルと前記被加熱物との間で前記加熱コイルと対向して設けられ、前記加熱コイルの中央部に対向する開口部を有すると共に、前記開口部に開口しかつ外周部から隔離されて形成され、前記開口部周囲に発生する誘導電流による発熱を制限する溝部を有し、前記加熱コイルの発生する磁界により前記被加熱物に与えられる浮力を低減する電気導体と、を備えた、
誘導加熱装置。
【請求項２】
前記電気導体は、前記開口部周囲に、前記溝部をはさんで歯部が櫛状に設けられた櫛状部を有する、
請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記電気導体は外周部と前記開口部とに亘る少なくとも１つのスリットを有する、
請求項２記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記スリットの幅は前記溝部の幅より大きい、
請求項３記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
前記スリットは複数のスリットの１つであり、前記複数のスリットが対称的に設けられた、
請求項３記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
前記電気導体は円環形状に形成または配列され、前記電気導体の中心と前記加熱コイルの中心とが一致している、
請求項３に記載の誘導加熱装置。
【請求項７】
円環形状の前記電気導体の外径が１６０ｍｍ以上２００ｍｍ以下で、前記開口部の内径が前記外径の２５％以上５５％以下である、
請求項６記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
前記開口部の内径が前記外径の３０％以上４５％以下である、
請求項６記載の誘導加熱装置。
【請求項９】
前記歯部の幅は０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である、
請求項６記載の誘導加熱装置。
【請求項１０】
前記歯部の幅は１ｍｍ以上６ｍｍ以下である、
請求項６記載の誘導加熱装置。
【請求項１１】
前記溝部の幅は０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下である、
請求項６記載の誘導加熱装置。
【請求項１２】
前記溝部の幅は１ｍｍ以上２ｍｍ以下である、
請求項６記載の誘導加熱装置。
【請求項１３】
前記溝部は前記開口部の中心より放射状に設けられた、
請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項１４】
前記電気導体と前記加熱コイルとの間に設けられた断熱材と、をさらに備えた、
請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項１５】
外郭を構成する本体と、
前記被加熱物を載置し、前記本体の上部に設けられたトッププレートと、をさらに備え、
前記加熱コイルは、前記トッププレートの下方に設けられ、前記電気導体は前記加熱コイルと前記トッププレートとの間に設けられた、
請求項１記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は被加熱物としてアルミニウムや銅などの高電気伝導率かつ低透磁率の材料からなる鍋を用いて調理する誘導加熱調理器などの誘導加熱装置に関し、特に、被加熱物である鍋が高周波磁束により浮き上がるのを防止する誘導加熱装置に関する。
【背景技術】  誘導加熱コイルで高周波磁界を発生させ、電磁誘導による渦電流で鍋等の被加熱物を加熱する誘導加熱調理器において、アルミニウム製の被加熱物を加熱できるものが提案されている。
図４は従来の誘導加熱調理器の断面図である。トッププレート２は、誘導加熱調理器の外郭を構成する本体１の上部に設けられている。トッププレート２は例えば厚み４ｍｍのセラミック材または結晶化ガラス等のような絶縁体で構成されている。鍋等の被加熱物３はトッププレート２上に載置される。また、トッププレート２の下方には加熱コイル（以下、コイル）４を有する誘導加熱部５が設けられている。インバータを有する駆動回路６はコイル４に高周波電流を供給し、コイル４は高周波磁界を発生して被加熱物３を誘導加熱する。
このような従来の誘導加熱調理器では、被加熱物３の底部に誘起される電流とコイル４の発生する磁界との相互作用で、被加熱物３の底部にコイル４から遠ざかろうとする反発力が生じる。被加熱物３が鉄などの抵抗率がある程度大きい高透磁率材料で作られている場合には、所望の加熱出力を得るために必要な電流値が少ないのでこの反発力は比較的小さい。また鉄などでは磁束が被加熱物３に吸収されるので、磁気的引力が働き、被加熱物３が浮き上がったりずれたりすることはない。
一方、被加熱物３がアルミニウムや銅など高電気伝導率かつ低透磁率の材料で作られている場合には、所望の加熱出力を得るためにコイル４に大電流を流して被加熱物３の底面に大電流を誘起させる必要がある。その結果、反発力が大きくなる。また、アルミニウムからなる被加熱物３には鉄などの高透磁率材料のような磁気的引力が働かない。そのため、コイル４の磁界と誘起電流の磁界との作用により被加熱物３にはコイル４から遠ざける方向に大きな力が働く。この力は被加熱物３に浮力として働く。被加熱物３の重量が軽い場合には、被加熱物３がこの浮力によりトッププレート２の載置面から浮き上がって移動する可能性がある。この傾向は銅よりも比重の小さいアルミニウムを使用した被加熱物の場合にさらに顕著にあらわれる。
図５Ａはコイル４に流れる電流４Ａの向きを被加熱物３の側からみた図であり、図５Ｂは、コイル４に流れる電流にもとづいて誘導により被加熱物３に生じる渦電流３Ａを図５Ａと同じ方向から見た図である。図５Ａ，図５Ｂに示すように渦電流３Ａはコイル４に流れる電流４Ａと逆向きでかつ略同形状のループ状である。従って、この２つの環状の電流によって、コイル４の面積と実質的に同じ断面積の２つの磁石が同種の極同士、例えばＮ極とＮ極とを対向して置いたのと同じ状態になる。その結果、被加熱物３とコイル４との間には大きな反発力が生じる。
この現象は、被加熱物３の材料がアルミニウムや銅等の電気伝導率が高い物質である場合に顕著である。これに対して同じ低透磁率材料であっても、非磁性ステンレススチールでは、アルミニウムや銅よりも電気伝導率が低いので、コイル４に流す電流が少なくても十分な発熱が得られる。したがって、コイル４の発生する磁界は小さく、被加熱物３に流れる渦電流も小さく、そのため被加熱物３に作用する浮力は小さい。
このように、誘導加熱調理器においてアルミニウム製の被加熱物３を加熱すると被加熱物３に浮力が働き、被加熱物３が浮き上がり、調理が十分にできないことがある。この現象の対策として、特開２００３−２６４０５４号公報は図４に示すように、コイル４とトッププレート２との間に、トッププレート２に密着して電気導体７を設ける構成を開示している。この構成では、コイル４から発生する磁界が、電気導体７と被加熱物３とに鎖交するため両者に誘導電流が発生する。この場合、電気導体７に誘導された誘導電流の発生する磁界と被加熱物３に誘導された誘導電流の発生する磁界との作用により、コイル４から発生する磁束が中央に集中しコイル４の等価直列抵抗が大きくなる。等価直列抵抗が大きくなるということは、被加熱物３とコイル４との磁気的結合が大きくなることを意味する。この磁気的結合が大きくなると少ないコイル４の電流で同じ熱量を被加熱物３に発生することが可能となり、かつ浮力が低減する。この浮力低減効果は、電気導体７のコイル４に対向する面積を大きくし、コイル４の等価直列抵抗を大きくすればするほど大きくなる。ここで等価直列抵抗とは、被加熱物３と電気導体７とを加熱状態と同様の配置で、加熱周波数近傍の周波数を使用して測定される、コイル４の入力インピーダンスにおける等価直列抵抗を意味する。
以上のように、電気導体７を用いる構成ことにより浮力が低減されるので、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３を誘導加熱して調理することが実用的に可能となる。
しかしながら実際の使用では、被加熱物３の浮きを全く無視することができず、鍋等の被加熱物３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する必要がある。
この問題を解決するために、電気導体７の面積を大きくし、さらに浮力を小さくすることが実用的であると考えられる。すなわち、コイル４の等価直列抵抗を大きくする。具体的には、コイル４に対応する電気導体７の中央部における開口部の大きさを、トッププレート２に当接してその温度を検知する温度検知部８に必要な空間だけにすることが考えられる。これにより、電気導体７の面積を増やし浮力を低減することができる。
また、実際には鍋の底面が完全な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。すなわち底が凹になり、内側に対して凸になっているような凹反り鍋が用いられている。
しかしながら、電気導体７を設けて、反りのある鍋を誘導加熱する場合、鍋の底がコイル４から遠ざかる。このため、コイル４の中心付近において磁束は鍋に鎖交しにくくなり電気導体７に鎖交する磁束が多くなって、電気導体７の内周側の発熱量が大きくなる。このため、電気導体７の中心付近の温度上昇が異常に早くなる。また、凹そりのある部分は鍋底とトッププレート２との間に空間があるため、電気導体７の熱がトッププレート２を介して鍋底に伝熱され難いため温度上昇がさらに速くなる。また電気導体７が高温になると、コイル４の出力を低減し、電気導体７の発熱を抑え、電気導体７の高温の熱がコイル４などに悪影響を及ぼさないようにする必要がある。このため、例えば、電気導体７の温度を測定し、測定温度が高くなると加熱出力を停止又は抑制する。したがって、温度上昇速度が速いと早い時期からコイル４の出力が抑制制御されて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。そのため、電気導体７の中心部から所定の距離の間には電気導体７を設けることができず、その分浮力を低減できない。
なお、特開平０７−２４９４８０号公報、特開平０７−２１１４４３号公報、あるいは特開平０７−２１１４４４号公報には、本願発明と同様の電気導体が記載されている。しかしながらこれらの発明に係る誘導加熱装置は、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被加熱物を誘導加熱可能な加熱コイルを具備していない。すなわち、鉄等の磁性体やステンレスなどの比較的抵抗率が大きい材料からなる被加熱物を誘導加熱する場合に、これらの公報に開示された電気導体は浮力低減効果をほとんど発揮しない。
【発明の開示】
本発明の誘導加熱装置は、加熱コイルと電気導体とを有する。加熱コイルは、アルミニウム若しくは銅またはこれらと同等以上の電気伝導率を有する被加熱物を誘導加熱可能である。電気導体は、加熱コイルと被加熱物との間に設けられ、加熱コイルの発生する磁界により被加熱物に与えられる浮力を低減する。この電気導体は加熱コイルと対向して設けられ、加熱コイルの中央部に対向する開口部と、この開口部に開口しかつ外周部とは隔離された溝部とを有する。この構成により、電気導体の浮力低減効果と加熱効率とが大きくなるとともに、電気導体の発熱が大きくなるのが抑制される。
【図面の簡単な説明】  図１は本発明の実施の形態における誘導加熱装置の電気導体の平面図である。
図２は本発明の実施の形態における誘導加熱装置の断面図である。
図３は本発明の実施の形態における他の誘導加熱装置の断面図である。
図４は従来の誘導加熱装置の断面図である。
図５Ａは従来の誘導加熱装置の加熱コイルに流れる電流を示す図である。
図５Ｂは従来の誘導加熱装置を用いたとき被加熱物に流れる電流を示す図である。
図６、図７は従来の誘導加熱装置における電気導体の平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  図１は本発明の実施の形態における誘導加熱装置の電気導体の平面図であり、図２は同誘導加熱装置の断面図である。トッププレート１２は誘導加熱装置の外郭を構成する本体１１の上部に設けられている。トッププレート１２は例えば厚み４ｍｍのセラミック材または結晶化ガラス等のような絶縁体から構成される。鍋等の被加熱物１３はトッププレート１２上に載置される。被加熱物１３はアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金など高電気伝導率で、低透磁率の材質である。
トッププレート１２の下方には加熱コイル（以下、コイル）１４を有する誘導加熱部１５が設けられている。インバータを有する駆動回路１６はコイル１４に４０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波電流を供給し、コイル１４は高周波磁界を発生し被加熱物１３の底面を誘導加熱する。コイル１４の発生する磁界により被加熱物１３に与えられる浮力を低減する電気導体１７は、中央部に開口部１８を有する円環状の形状をしており、開口部１８の周囲には櫛状部１９が設けられている。すなわち開口部１８は、コイル１４の中央部に対向している。電気導体１７はコイル１４に対向し、トッププレート１２の下面に接着または機械的に密着固定されている。すなわち、電気導体１７はコイル１４とトッププレート１２との間に設けられている。言い換えると、電気導体１７はコイル１４と被加熱物１３との間で、コイル１４と対向して設けられている。温度センサ３５は電気導体１７の開口部１８内でトッププレート１２の下面に固定され、トッププレート１２あるいは被加熱物１３の温度を検知する。
以下、本実施の形態の特徴である電気導体１７について説明する。電気導体１７は被加熱物１３と同様にアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金またはカーボンなどのような高電気伝導率で、低透磁率の材料から構成されている。すなわち、電気導体１７はアルミニウムと銅とのいずれかと同等以上の電気伝導率と、それらのいずれかと同等以下の透磁率とを有する。本構成では厚みが１ｍｍのアルミニウムが用いられている。これは、以下の理由からである。
コイル１４からの磁束を遮蔽する場合に必要な厚みは浸透深さδ以上必要である。本構成の場合のように、コイル１４に流れる電流の周波数は７０ｋＨｚであれば、材質がアルミニウムの場合、浸透深さδは０．３ｍｍ程度となる。従って、電気導体１７の厚みを浸透深さ以上にすれば、誘導電流が反対側に発生せず、浮力低減の効果が大きくなる。電気導体１７の厚みを浸透深さよりもやや大きく約１ｍｍ程度にすると十分な浮力低減の効果が得られることが実験により確認されている。したがって、原理的には、加熱に使用する高周波電流の浸透深さより電気導体１７の厚みを大きくすれば良い。
図１において、円環状の電気導体１７の開口部１８、すなわち円環の内周部２０と円環の外周部２１とに亘るスリット２２が、対称に２個所設けられている。すなわち円環を等分に２分割した電気導体１７Ａ、１７Ｂが対称的に配列されて１つの円環状の電気導体１７を構成している。なお、分かり易くするために図１では内周部２０が点線で示されている。そして、この円環の中心３０とコイル１４の中心とがほぼ一致するように配置されている。
電気導体１７には櫛状部１９と帯状部２７が設けられている。帯状部２７はコイル１４を、コイル１４の巻線に略沿って帯状に覆い、被加熱物１３に対して働く浮力を低減する。また、櫛状部１９は点線の内側を示している。すなわち、櫛状部１９は、内周部２０と櫛状部１９の外周部２３とで囲まれた部分に形成されている。櫛状部１９は帯状部２７からコイル１４中心方向に突出するように、互いに溝部２５をはさんで形成された歯部２４を有する。すなわち、櫛状部１９は櫛状の凹凸部、すなわち、歯部２４と内周部２０に開口するとともに外周部２１からは隔離された溝部２５とより構成されている。そして溝２５は円環の中心３０より放射状に設けられている。櫛状部１９は帯状部２７の浮力低減効果にさらに浮力低減効果を加えて浮力低減効果を大きくする。
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、作用について説明する。
トッププレート１２上に被加熱物１３を載置し、電源を投入するとコイル１４からの磁束により被加熱物１３が誘導加熱される。このときコイル１４からの磁束は電気導体１７と鎖交し、電気導体１７に誘導電流が発生する。隣り合う渦電流はその接触部分で流れる方向が反対となるため打ち消し合い、結局、誘導電流は電気導体片１７Ａ，１７Ｂの帯状部２７を流れる周回電流３１Ａとなる。本実施の形態では電気導体１７の内周側に櫛状部１９が設けられているため、周回電流３１Ａは櫛状部１９を避け外縁部２３に沿って流れる。これは周回電流３１Ａが歯部２４に回り込むより回り込まない方が、抵抗が小さいため流れやすくなるためと考えられる。すなわち、櫛状部１９が、溝部２５をはさんで櫛状に設けられた歯部２４からなる構成を有することより、電気導体１７を流れる周回電流が開口部１８周辺を流れるのを確実に阻止することができる。なお後述するように歯部２４の幅が広いときには、周回電流３１Ａが回り込んでくるので、その幅は小さくする必要がある。また、櫛状部１９においても同様に歯部２４内を周回する周回電流３１Ｂが生じるが、歯部２４の幅が小さいため鎖交する磁束が少なく、誘導される渦電流の電流値は小さくそれによる発熱は小さい。したがって、櫛状部１９における誘起電流による発熱は周回電流３１Ｂによる発熱が支配的である。すなわち、この部分の温度上昇は、櫛状部１９がない場合に比べて著しく低く抑えられる。このように溝部２５は開口部１８周囲に発生する誘導電流による発熱を制限する。
一方、櫛状部１９において、発熱量は上記のように大幅に抑制される。またコイル１４の磁束は櫛状部１９の歯部２４の存在により、コイル１４の中心方向に集められ、等価的に被加熱物１３とコイル１４との磁気結合が大きくなる。この結果、等価直列抵抗が大きくなり浮力低減効果も大きくなる。
以下、本実施の形態における具体的な構成例について述べる。図１に示すように、電気導体１７は、外径１８０ｍｍ、内径すなわち開口部１８の大きさである内周は６０ｍｍで、厚み１ｍｍのアルミニウムの板からなる。そして、外周と内周とに亘って幅１０ｍｍのスリット２２が対称に２ヶ所設けられている。すなわち、同じ電気導体片を２個設けた構成となっている。
また、内周部２０附近の温度上昇を低減するために櫛状部１９が設けられている。すなわち、開口部１８の周辺である、電気導体１７の内周部２０に櫛状の凹凸部が設けられている。図１は、見やすくするために、溝部２５を８個、歯部（凸部）２４を９個設けた構成を示している。電気導体片１７Ａ，１７Ｂの凹部に相当する溝部２５の数を４０個とすると両端を含め凸部に相当する歯部２４は４１個となる。溝部２５の幅を１ｍｍ、長さを２５ｍｍとし、溝部２５を、円環状に、コイル１４の中心を中心とした放射状に設ける。このとき、歯部２４の幅は外周部方向に向かって大きくなる。この構成は、図７に示す電気導体５１と比較すると、電気導体５１の帯状部（円環部）から中心方向に２５ｍｍに相当する部分に櫛状部１９を設けていることに相当する。
図６に示す電気導体４１は、図１において櫛状部１９がないものに相当する。電気導体５１は、外径１８０ｍｍ、内径１１０ｍｍであるので、電気導体４１は電気導体５１に比べ、面積が約４０％大きい。
次に、試験用のアルミニウム製基準平鍋を用いて加熱コイルの等価直列抵抗を測定した結果について、電気導体４１を用いた場合を、電気導体５１を用いた場合に対して比較する。また、この基準平鍋を用いて誘導加熱装置を約２ｋＷの入力電力を得るように動作させて実験した結果についても述べる。等価直列抵抗は１．８２Ωに対し２．２１Ωと約２１％大きく、浮力は４４０ｇに対し３４０ｇと約２３％小さく、浮力低減効果が大きい。また、加熱コイルの温度上昇値は１５４Ｋに対し１４０Ｋと１４Ｋ低い。また、熱効率も約２％高い。
また、試験用のアルミニウム製基準凹反り鍋を用いて、上記と同条件で電気導体の内周部の温度が３５０℃に達するまでの時間を測定すると、電気導体５１では２２０ｓｅｃであるのに対して、電気導体４１では９６ｓｅｃである。３５０℃に達するまでの温度が小さいということは温度上昇が速いということを意味する。例えば、電気導体４１、及び電気導体５１を安全のため所定の温度以下にするために出力の抑制制御を行う。このような場合、電気導体４１を用いる場合は、電気導体５１を用いた場合よりも、加熱コイルの出力の抑制制御を開始する時間が早く、平均加熱出力が小さいので調理終了までに要する時間が長くなる。
次に電気導体１７と電気導体４１と比較する。電気導体１７の面積は電気導体４１の面積より溝分だけ少なくなるために、電気導体４１に比べて１０％減少し、等価直列抵抗は５％減少し、浮力は１５％増加し、浮力低減効果は少し低減する。しかしながら、基準凹反り鍋を用いた実験において、電気導体１７の内周部２０の温度が３５０℃に達するまでの時間は４５８ｓｅｃと電気導体４１を使用した場合に比して大幅に長い。なお、熱効率、加熱コイルの温度上昇値はほとんど変わらない。
また、電気導体１７と電気導体５１とを比較する。電気導体１７は電気導体５１に比べて面積は約２５％、等価直列抵抗は約１５％増加し、浮力は１０％低減され、浮力低減効果が増加している。また、電気導体１７の内周部の温度が３５０℃に達するまでの時間は２倍以上長い。
以上より本実施の形態による構成では、電気導体５１を使用した場合よりも浮力が低減されるとともに、電気導体の内周部の温度上昇が低く抑えられる。また、電気導体４１を使用した場合と比較すると、浮力低減効果は若干小さくなるが開口部１８周辺の温度上昇は大幅に小さくなる。そのため、例えば、電気導体の温度を測定して所定以下に制御するように出力を抑制する制御を行う場合には、制御すべき温度に達するまでの時間が長くなる。すなわち、強火で長時間誘導加熱することができる。したがって、調理時間を短縮したり、調理性能を向上したりすることができると共に、凹反り鍋に対する制限も緩和され、使い勝手が良くなる。
なお、本実施の形態では電気導体１７にスリット２２を２箇所に設けた場合を示したがこれに限定されるものではなく、例えばスリット２２を設けなくてもよい。この場合、スリット２２の面積がない分、電気導体１７の面積が増加し、等価直列抵抗が大きくなり浮力低減効果は大きくなる。また、電気導体１７は１個なので製造時の取り扱いが容易となる。一方、周回電流は電気導体１７全体を周回するので電流値が大きくなり発熱が大きくなる可能性があるので設計には注意が必要である。
また、スリット２２を１個設けても良い。この場合、周回電流が小さくなるため発熱は低減されるが、浮力の低減効果はスリット２２がない場合に比べて減少する。また、スリット２２部分の近傍においては他の部分に比べて浮力の低減効果は小さいので、被加熱物１３に加わる浮力が全体に亘って一様でなくなる。
したがって本実施の形態のようにスリット２２の数を２箇所、またはそれ以上設けることが好ましい。このようにすると周回電流が分断されて小さくなり、それによる発熱は小さくなる。また、複数のスリット２２を対称的に配置することがさらに好ましい。このようにすれば被加熱物１３に加わる浮力が一様になる。
一方、スリット２２の数を多くすると、電気導体１７の面積が小さくなり等価直列抵抗が小さくなる。このため、スリット２２がない場合やスリット２２が少ない場合に比べて浮力の低減効果は小さくなる。以上のようにスリットの数の増減には一長一短があり、設計に配慮する必要がある。
また、本実施の形態では円環状の電気導体１７が用いられている。ここで円環状とは、実質的に円還状という意味であり、図１に示すように電気導体１７を取り付けるために外径の一部が凸状になっている場合も円環とする。このように電気導体１７はコイル１４と中心が略一致した円環形状であることが好ましく、これによりコイル１４をバランスよく覆うことができ、被加熱物１３に生じる浮力を均一にしやすい。
なお、本実施の形態の構成例では円環の外径を１８０ｍｍとしているが、これに限定されない。家庭で用いられる誘導加熱装置の加熱コイルの外径は鍋径に対応して１８０ｍｍ前後であるので、これとほぼ対応した大きさの１６０〜２００ｍｍが妥当である。
また、内径の大きさは、外径の大きさにより異なるが、検討結果によると実用的には外径の２５〜５５％が好適であり、好ましくは３０〜４５％である。このような大きさにすることにより、トッププレート１２に当接する温度センサ３５の取り付けに支障をきたすことなく、浮力が低減される。また、本実施の形態では、電気導体１７を円環状としているがこれに限定されるものではなく、内外周とも円形でなく他の形、例えば多角形であってもよい。電気導体１７の内外径や形状は周囲の部品などを考慮し設計で配慮すればよい。
また、櫛状部１９には電気導体１７を周回する周回電流が流れ込まないようにするとともに、櫛状部１９自体の周回電流を小さくする必要がある。そのためには、凹部である溝部２５の合計面積を少なくし、凸部である歯部２４の個々の幅を小さくすることが好ましい。歯部２４の面積を小さくすることにより、渦電流の発生が抑えられ、歯部２４内に生じる周回電流が小さくなるからである。検討結果では、歯部２４の大きさは実用的には０．５〜１０ｍｍが好適で、好ましくは１〜６ｍｍである。０．５ｍｍより小さくなると生産性が低下する。１０ｍｍを超えると周回電流の回り込みが生じるとともに、歯部２４内で発生し歯部内を回遊する電流が大きくなり発熱が大きくなる。
また、歯部２４同士の間、すなわち、溝部２５の幅は、検討結果では実用的には０．５〜３ｍｍが好適で、好ましくは１〜２ｍｍである。０．５ｍｍより小さくなると製造するのが難しくなり、３ｍｍを超えると面積の減少が大きくなり、等価直列抵抗が減少するからである。また、本実施の形態では溝部２５の幅を一定としているがこれに限定されるものでなく、例えば歯部２４の幅を一定にしても良いし、そのほか任意の形状にしても良い。また、櫛のように複数の同一形状の歯部２４と溝部２５とを規則正しく配列する必要はなく、形状を変えあるいは不規則に配列してもよい。さらに、本実施の形態では溝部２５または歯部２４を円環の中心を中心として放射状に配列している。これにより、電気導体１７は製造しやすいとともに、浮力が効率よく低減される。しかしながら、これに限定されるものではない。内周部２０に開口を有するのであれば任意の方向に配置していても構わない。
櫛状部１９における凹凸部は本実施の形態の形状に限定されるものではなく、本発明の主旨にかなう構成であればどのような構成であっても良い。
本実施の形態ではスリット２２の幅は１０ｍｍとして説明しているが、これに限定されない。スリット２２は電気導体１７の外周部２１と開口部１８とに亘っているため、誘導加熱時に、スリット２２の両側の電気導体片１７Ａ，１７Ｂ間に高電圧が誘起される。特に、スリット２２が１個の場合にその誘起電圧がさらに大きい。一方、歯部２４の長さが短くかつ帯状部２７で歯部２４が接続されている。そのため溝部２５をはさんで形成された歯部２４間に誘起される電圧は、スリット２２間に誘起される電圧より小さく、かつ歯部２４間の間隔も安定して維持される。したがって、溝部２５の幅は、スリット２２の幅より小さくすることが可能である。製造上、または部品の管理上の問題が生じない範囲で溝部２５の幅を小さくして、浮力低減効果あるいは等価直列抵抗を小さくするようにすることが好ましい。なお、スリット２２あるいは溝部２５に樹脂を挿入あるいは充填してもよく、その場合には形状が安定する。
なお、本実施の形態では櫛状部１９を円環の開口部１８である内周部２０のみに設ける場合について述べたが、これに限定されるものではない。櫛状部を内周部２０と内周部２０以外の位置に設けても内周部２０に設けた櫛状部１９ついては同様な効果が得られる。また、内周部２０に限らずある特定の位置、例えば、外周または外周の一部の発熱を抑制したい場合は、その部分に本実施の形態の櫛状部１９を用いれば効果が得られる。
また、電気導体１７は、トッププレート１２に接していなくてもよい。例えば、コイル１４あるいはコイル１４を保持する支持部材の上に電気導体１７を載置してもよい。このようにしてトッププレート１２から離間してあるいは絶縁部材を介してトッププレート１２に押し付け保持するようにしてもよい。ただしこの場合には、電気導体１７で発生した熱をトッププレート１２に伝導にて放熱する作用が小さくなる。
次に、本発明の実施の形態における他の構成について説明する。図３は本発明の実施の形態における他の誘導加熱装置の断面図である。このように電気導体１７とコイル１４との間に断熱材２６を設けることがさらに好ましい。これにより、電気導体１７からコイル１４への熱移動が低減される。したがって、コイル１４の温度上昇が抑えられ、信頼性が向上する。また、コイル１４への熱移動が減少する分、被加熱物１３への熱移動が増加し熱効率が向上する。これらにより、加熱時間が短縮され、調理性能が向上する。
なお、断熱材２６としては、ガラスやセラミックなどの無機繊維の織布または不織布を用いた耐熱性の断熱材や、マイカからなる断熱材が用いられる。または、それらを用いて空気を閉じ込め、空気を断熱材としてもよい。
【産業上の利用可能性】  本発明によれば、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の浮きが低減されるとともに、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でも使用しやすく、利便性の高い誘導加熱装置が得られる。
図面の参照符号の一覧表
１  本体
２  トッププレート
３  被加熱物
３Ａ  渦電流
４  加熱コイル
４Ａ  電流
５  誘導加熱部
６  駆動回路
７  電気導体
８  温度検知部
１１  本体
１２  トッププレート
１３  被加熱物
１４  加熱コイル
１５  誘導加熱部
１６  駆動回路
１７  電気導体
１８  開口部
１９  櫛状部
２０  内周部
２１  外周部
２２  スリット
２３  櫛状部外周部
２４  歯部（凸部）
２５  溝部（凹部）
２６  断熱材
２７  帯状部
３０  中心
３１Ａ、３１Ｂ  周回電流
３５  温度センサ
４１、５１  電気導体
４２  開口部
４３  スリット
【図１】
2005006813.tif 000003
【図２】
2005006813.tif 000004
【図３】
2005006813.tif 000005
【図４】
2005006813.tif 000006
2005006813.tif 000007
【図６】
2005006813.tif 000008
【図７】
2005006813.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成16年9月30日(2004.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムと、銅と、アルミニウムと銅と同等以上の電気伝導率を有する低透磁率材料とのいずれかからなる被加熱物を誘導加熱可能な加熱コイルと、
前記加熱コイルと前記被加熱物との間で前記加熱コイルと対向して設けられ、前記加熱コイルの中央部に対向する開口部を有すると共に、前記開口部に開口しかつ外周部から隔離されて形成され、前記開口部周囲に発生する誘導電流による発熱を制限する溝部を有し、前記加熱コイルの発生する磁界により前記被加熱物に与えられる浮力を低減する電気導体と、を備えた、
誘導加熱装置。
【請求項２】
前記電気導体は、前記開口部周囲に、前記溝部をはさんで歯部が櫛状に設けられた櫛状部を有する、
請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記電気導体は外周部と前記開口部とに亘る少なくとも１つのスリットを有する、
請求項２記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記スリットの幅は前記溝部の幅より大きい、
請求項３記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
前記スリットは複数のスリットの１つであり、前記複数のスリットが対称的に設けられた、
請求項３記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
前記電気導体は円環形状に形成または配列され、前記電気導体の中心と前記加熱コイルの中心とが一致している、
請求項３に記載の誘導加熱装置。
【請求項７】
円環形状の前記電気導体の外径が１６０ｍｍ以上２００ｍｍ以下で、前記開口部の内径が前記外径の２５％以上５５％以下である、
請求項６記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
前記開口部の内径が前記外径の３０％以上４５％以下である、
請求項６記載の誘導加熱装置。
【請求項９】
前記歯部の幅は０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である、
請求項６記載の誘導加熱装置。
【請求項１０】
前記歯部の幅は１ｍｍ以上６ｍｍ以下である、
請求項６記載の誘導加熱装置。
【請求項１１】
前記溝部の幅は０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下である、
請求項６記載の誘導加熱装置。
【請求項１２】
前記溝部の幅は１ｍｍ以上２ｍｍ以下である、
請求項６記載の誘導加熱装置。
【請求項１３】
前記溝部は前記開口部の中心より放射状に設けられた、
請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項１４】
前記電気導体と前記加熱コイルとの間に設けられた断熱材と、をさらに備えた、
請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項１５】
外郭を構成する本体と、
前記被加熱物を載置し、前記本体の上部に設けられたトッププレートと、をさらに備え、
前記加熱コイルは、前記トッププレートの下方に設けられ、前記電気導体は前記加熱コイルと前記トッププレートとの間に設けられた、
請求項１記載の誘導加熱装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被加熱物としてアルミニウムや銅などの高電気伝導率かつ低透磁率の材料からなる鍋を用いて調理する誘導加熱調理器などの誘導加熱装置に関し、特に、被加熱物である鍋が高周波磁束により浮き上がるのを防止する誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱コイルで高周波磁界を発生させ、電磁誘導による渦電流で鍋等の被加熱物を加熱する誘導加熱調理器において、アルミニウム製の被加熱物を加熱できるものが提案されている。
【０００３】
図４は従来の誘導加熱調理器の断面図である。トッププレート２は、誘導加熱調理器の外郭を構成する本体１の上部に設けられている。トッププレート２は例えば厚み４ｍｍのセラミック材または結晶化ガラス等のような絶縁体で構成されている。鍋等の被加熱物３はトッププレート２上に載置される。また、トッププレート２の下方には加熱コイル（以下、コイル）４を有する誘導加熱部５が設けられている。インバータを有する駆動回路６はコイル４に高周波電流を供給し、コイル４は高周波磁界を発生して被加熱物３を誘導加熱する。
【０００４】
このような従来の誘導加熱調理器では、被加熱物３の底部に誘起される電流とコイル４の発生する磁界との相互作用で、被加熱物３の底部にコイル４から遠ざかろうとする反発力が生じる。被加熱物３が鉄などの抵抗率がある程度大きい高透磁率材料で作られている場合には、所望の加熱出力を得るために必要な電流値が少ないのでこの反発力は比較的小さい。また鉄などでは磁束が被加熱物３に吸収されるので、磁気的引力が働き、被加熱物３が浮き上がったりずれたりすることはない。
【０００５】
一方、被加熱物３がアルミニウムや銅など高電気伝導率かつ低透磁率の材料で作られている場合には、所望の加熱出力を得るためにコイル４に大電流を流して被加熱物３の底面に大電流を誘起させる必要がある。その結果、反発力が大きくなる。また、アルミニウムからなる被加熱物３には鉄などの高透磁率材料のような磁気的引力が働かない。そのため、コイル４の磁界と誘起電流の磁界との作用により被加熱物３にはコイル４から遠ざける方向に大きな力が働く。この力は被加熱物３に浮力として働く。被加熱物３の重量が軽い場合には、被加熱物３がこの浮力によりトッププレート２の載置面から浮き上がって移動する可能性がある。この傾向は銅よりも比重の小さいアルミニウムを使用した被加熱物の場合にさらに顕著にあらわれる。
【０００６】
図５Ａはコイル４に流れる電流４Ａの向きを被加熱物３の側からみた図であり、図５Ｂは、コイル４に流れる電流にもとづいて誘導により被加熱物３に生じる渦電流３Ａを図５Ａと同じ方向から見た図である。図５Ａ，図５Ｂに示すように渦電流３Ａはコイル４に流れる電流４Ａと逆向きでかつ略同形状のループ状である。従って、この２つの環状の電流によって、コイル４の面積と実質的に同じ断面積の２つの磁石が同種の極同士、例えばＮ極とＮ極とを対向して置いたのと同じ状態になる。その結果、被加熱物３とコイル４との間には大きな反発力が生じる。
【０００７】
この現象は、被加熱物３の材料がアルミニウムや銅等の電気伝導率が高い物質である場合に顕著である。これに対して同じ低透磁率材料であっても、非磁性ステンレススチールでは、アルミニウムや銅よりも電気伝導率が低いので、コイル４に流す電流が少なくても十分な発熱が得られる。したがって、コイル４の発生する磁界は小さく、被加熱物３に流れる渦電流も小さく、そのため被加熱物３に作用する浮力は小さい。
【０００８】
このように、誘導加熱調理器においてアルミニウム製の被加熱物３を加熱すると被加熱物３に浮力が働き、被加熱物３が浮き上がり、調理が十分にできないことがある。この現象の対策として、特開２００３−２６４０５４号公報は図４に示すように、コイル４とトッププレート２との間に、トッププレート２に密着して電気導体７を設ける構成を開示している。この構成では、コイル４から発生する磁界が、電気導体７と被加熱物３とに鎖交するため両者に誘導電流が発生する。この場合、電気導体７に誘導された誘導電流の発生する磁界と被加熱物３に誘導された誘導電流の発生する磁界との作用により、コイル４から発生する磁束が中央に集中しコイル４の等価直列抵抗が大きくなる。等価直列抵抗が大きくなるということは、被加熱物３とコイル４との磁気的結合が大きくなることを意味する。この磁気的結合が大きくなると少ないコイル４の電流で同じ熱量を被加熱物３に発生することが可能となり、かつ浮力が低減する。この浮力低減効果は、電気導体７のコイル４に対向する面積を大きくし、コイル４の等価直列抵抗を大きくすればするほど大きくなる。ここで等価直列抵抗とは、被加熱物３と電気導体７とを加熱状態と同様の配置で、加熱周波数近傍の周波数を使用して測定される、コイル４の入力インピーダンスにおける等価直列抵抗を意味する。
【０００９】
以上のように、電気導体７を用いる構成ことにより浮力が低減されるので、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３を誘導加熱して調理することが実用的に可能となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら実際の使用では、被加熱物３の浮きを全く無視することができず、鍋等の被加熱物３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する必要がある。
【００１１】
この問題を解決するために、電気導体７の面積を大きくし、さらに浮力を小さくすることが実用的であると考えられる。すなわち、コイル４の等価直列抵抗を大きくする。具体的には、コイル４に対応する電気導体７の中央部における開口部の大きさを、トッププレート２に当接してその温度を検知する温度検知部８に必要な空間だけにすることが考えられる。これにより、電気導体７の面積を増やし浮力を低減することができる。
【００１２】
また、実際には鍋の底面が完全な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。すなわち底が凹になり、内側に対して凸になっているような凹反り鍋が用いられている。
【００１３】
しかしながら、電気導体７を設けて、反りのある鍋を誘導加熱する場合、鍋の底がコイル４から遠ざかる。このため、コイル４の中心付近において磁束は鍋に鎖交しにくくなり電気導体７に鎖交する磁束が多くなって、電気導体７の内周側の発熱量が大きくなる。このため、電気導体７の中心付近の温度上昇が異常に早くなる。また、凹そりのある部分は鍋底とトッププレート２との間に空間があるため、電気導体７の熱がトッププレート２を介して鍋底に伝熱され難いため温度上昇がさらに速くなる。また電気導体７が高温になると、コイル４の出力を低減し、電気導体７の発熱を抑え、電気導体７の高温の熱がコイル４などに悪影響を及ぼさないようにする必要がある。このため、例えば、電気導体７の温度を測定し、測定温度が高くなると加熱出力を停止又は抑制する。したがって、温度上昇速度が速いと早い時期からコイル４の出力が抑制制御されて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。そのため、電気導体７の中心部から所定の距離の間には電気導体７を設けることができず、その分浮力を低減できない。
【００１４】
なお、特開平０７−２４９４８０号公報、特開平０７−２１１４４３号公報、あるいは特開平０７−２１１４４４号公報には、本願発明と同様の電気導体が記載されている。しかしながらこれらの発明に係る誘導加熱装置は、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被加熱物を誘導加熱可能な加熱コイルを具備していない。すなわち、鉄等の磁性体やステンレスなどの比較的抵抗率が大きい材料からなる被加熱物を誘導加熱する場合に、これらの公報に開示された電気導体は浮力低減効果をほとんど発揮しない。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の誘導加熱装置は、加熱コイルと電気導体とを有する。加熱コイルは、アルミニウム若しくは銅またはこれらと同等以上の電気伝導率を有する被加熱物を誘導加熱可能である。電気導体は、加熱コイルと被加熱物との間に設けられ、加熱コイルの発生する磁界により被加熱物に与えられる浮力を低減する。この電気導体は加熱コイルと対向して設けられ、加熱コイルの中央部に対向する開口部と、この開口部に開口しかつ外周部とは隔離された溝部とを有する。この構成により、電気導体の浮力低減効果と加熱効率とが大きくなるとともに、電気導体の発熱が大きくなるのが抑制される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、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の浮きが低減されるとともに、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でも使用しやすく、利便性の高い誘導加熱装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明の実施の形態における誘導加熱装置の電気導体の平面図であり、図２は同誘導加熱装置の断面図である。トッププレート１２は誘導加熱装置の外郭を構成する本体１１の上部に設けられている。トッププレート１２は例えば厚み４ｍｍのセラミック材または結晶化ガラス等のような絶縁体から構成される。鍋等の被加熱物１３はトッププレート１２上に載置される。被加熱物１３はアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金など高電気伝導率で、低透磁率の材質である。
【００１８】
トッププレート１２の下方には加熱コイル（以下、コイル）１４を有する誘導加熱部１５が設けられている。インバータを有する駆動回路１６はコイル１４に４０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波電流を供給し、コイル１４は高周波磁界を発生し被加熱物１３の底面を誘導加熱する。コイル１４の発生する磁界により被加熱物１３に与えられる浮力を低減する電気導体１７は、中央部に開口部１８を有する円環状の形状をしており、開口部１８の周囲には櫛状部１９が設けられている。すなわち開口部１８は、コイル１４の中央部に対向している。電気導体１７はコイル１４に対向し、トッププレート１２の下面に接着または機械的に密着固定されている。すなわち、電気導体１７はコイル１４とトッププレート１２との間に設けられている。言い換えると、電気導体１７はコイル１４と被加熱物１３との間で、コイル１４と対向して設けられている。温度センサ３５は電気導体１７の開口部１８内でトッププレート１２の下面に固定され、トッププレート１２あるいは被加熱物１３の温度を検知する。
【００１９】
以下、本実施の形態の特徴である電気導体１７について説明する。電気導体１７は被加熱物１３と同様にアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金またはカーボンなどのような高電気伝導率で、低透磁率の材料から構成されている。すなわち、電気導体１７はアルミニウムと銅とのいずれかと同等以上の電気伝導率と、それらのいずれかと同等以下の透磁率とを有する。本構成では厚みが１ｍｍのアルミニウムが用いられている。これは、以下の理由からである。
【００２０】
コイル１４からの磁束を遮蔽する場合に必要な厚みは浸透深さδ以上必要である。本構成の場合のように、コイル１４に流れる電流の周波数は７０ｋＨｚであれば、材質がアルミニウムの場合、浸透深さδは０．３ｍｍ程度となる。従って、電気導体１７の厚みを浸透深さ以上にすれば、誘導電流が反対側に発生せず、浮力低減の効果が大きくなる。電気導体１７の厚みを浸透深さよりもやや大きく約１ｍｍ程度にすると十分な浮力低減の効果が得られることが実験により確認されている。したがって、原理的には、加熱に使用する高周波電流の浸透深さより電気導体１７の厚みを大きくすれば良い。
【００２１】
図１において、円環状の電気導体１７の開口部１８、すなわち円環の内周部２０と円環の外周部２１とに亘るスリット２２が、対称に２個所設けられている。すなわち円環を等分に２分割した電気導体１７Ａ、１７Ｂが対称的に配列されて１つの円環状の電気導体１７を構成している。なお、分かり易くするために図１では内周部２０が点線で示されている。そして、この円環の中心３０とコイル１４の中心とがほぼ一致するように配置されている。
【００２２】
電気導体１７には櫛状部１９と帯状部２７が設けられている。帯状部２７はコイル１４を、コイル１４の巻線に略沿って帯状に覆い、被加熱物１３に対して働く浮力を低減する。また、櫛状部１９は点線の内側を示している。すなわち、櫛状部１９は、内周部２０と櫛状部１９の外周部２３とで囲まれた部分に形成されている。櫛状部１９は帯状部２７からコイル１４中心方向に突出するように、互いに溝部２５をはさんで形成された歯部２４を有する。すなわち、櫛状部１９は櫛状の凹凸部、すなわち、歯部２４と内周部２０に開口するとともに外周部２１からは隔離された溝部２５とより構成されている。そして溝２５は円環の中心３０より放射状に設けられている。櫛状部１９は帯状部２７の浮力低減効果にさらに浮力低減効果を加えて浮力低減効果を大きくする。
【００２３】
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、作用について説明する。
【００２４】
トッププレート１２上に被加熱物１３を載置し、電源を投入するとコイル１４からの磁束により被加熱物１３が誘導加熱される。このときコイル１４からの磁束は電気導体１７と鎖交し、電気導体１７に誘導電流が発生する。隣り合う渦電流はその接触部分で流れる方向が反対となるため打ち消し合い、結局、誘導電流は電気導体片１７Ａ，１７Ｂの帯状部２７を流れる周回電流３１Ａとなる。本実施の形態では電気導体１７の内周側に櫛状部１９が設けられているため、周回電流３１Ａは櫛状部１９を避け外縁部２３に沿って流れる。これは周回電流３１Ａが歯部２４に回り込むより回り込まない方が、抵抗が小さいため流れやすくなるためと考えられる。すなわち、櫛状部１９が、溝部２５をはさんで櫛状に設けられた歯部２４からなる構成を有することより、電気導体１７を流れる周回電流が開口部１８周辺を流れるのを確実に阻止することができる。なお後述するように歯部２４の幅が広いときには、周回電流３１Ａが回り込んでくるので、その幅は小さくする必要がある。また、櫛状部１９においても同様に歯部２４内を周回する周回電流３１Ｂが生じるが、歯部２４の幅が小さいため鎖交する磁束が少なく、誘導される渦電流の電流値は小さくそれによる発熱は小さい。したがって、櫛状部１９における誘起電流による発熱は周回電流３１Ｂによる発熱が支配的である。すなわち、この部分の温度上昇は、櫛状部１９がない場合に比べて著しく低く抑えられる。このように溝部２５は開口部１８周囲に発生する誘導電流による発熱を制限する。
【００２５】
一方、櫛状部１９において、発熱量は上記のように大幅に抑制される。またコイル１４の磁束は櫛状部１９の歯部２４の存在により、コイル１４の中心方向に集められ、等価的に被加熱物１３とコイル１４との磁気結合が大きくなる。この結果、等価直列抵抗が大きくなり浮力低減効果も大きくなる。
【００２６】
以下、本実施の形態における具体的な構成例について述べる。図１に示すように、電気導体１７は、外径１８０ｍｍ、内径すなわち開口部１８の大きさである内周は６０ｍｍで、厚み１ｍｍのアルミニウムの板からなる。そして、外周と内周とに亘って幅１０ｍｍのスリット２２が対称に２ヶ所設けられている。すなわち、同じ電気導体片を２個設けた構成となっている。
【００２７】
また、内周部２０附近の温度上昇を低減するために櫛状部１９が設けられている。すなわち、開口部１８の周辺である、電気導体１７の内周部２０に櫛状の凹凸部が設けられている。図１は、見やすくするために、溝部２５を８個、歯部（凸部）２４を９個設けた構成を示している。電気導体片１７Ａ，１７Ｂの凹部に相当する溝部２５の数を４０個とすると両端を含め凸部に相当する歯部２４は４１個となる。溝部２５の幅を１ｍｍ、長さを２５ｍｍとし、溝部２５を、円環状に、コイル１４の中心を中心とした放射状に設ける。このとき、歯部２４の幅は外周部方向に向かって大きくなる。この構成は、図７に示す電気導体５１と比較すると、電気導体５１の帯状部（円環部）から中心方向に２５ｍｍに相当する部分に櫛状部１９を設けていることに相当する。
【００２８】
図６に示す電気導体４１は、図１において櫛状部１９がないものに相当する。電気導体５１は、外径１８０ｍｍ、内径１１０ｍｍであるので、電気導体４１は電気導体５１に比べ、面積が約４０％大きい。
【００２９】
次に、試験用のアルミニウム製基準平鍋を用いて加熱コイルの等価直列抵抗を測定した結果について、電気導体４１を用いた場合を、電気導体５１を用いた場合に対して比較する。また、この基準平鍋を用いて誘導加熱装置を約２ｋＷの入力電力を得るように動作させて実験した結果についても述べる。等価直列抵抗は１．８２Ωに対し２．２１Ωと約２１％大きく、浮力は４４０ｇに対し３４０ｇと約２３％小さく、浮力低減効果が大きい。また、加熱コイルの温度上昇値は１５４Ｋに対し１４０Ｋと１４Ｋ低い。また、熱効率も約２％高い。
【００３０】
また、試験用のアルミニウム製基準凹反り鍋を用いて、上記と同条件で電気導体の内周部の温度が３５０℃に達するまでの時間を測定すると、電気導体５１では２２０ｓｅｃであるのに対して、電気導体４１では９６ｓｅｃである。３５０℃に達するまでの温度が小さいということは温度上昇が速いということを意味する。例えば、電気導体４１、及び電気導体５１を安全のため所定の温度以下にするために出力の抑制制御を行う。このような場合、電気導体４１を用いる場合は、電気導体５１を用いた場合よりも、加熱コイルの出力の抑制制御を開始する時間が早く、平均加熱出力が小さいので調理終了までに要する時間が長くなる。
【００３１】
次に電気導体１７と電気導体４１と比較する。電気導体１７の面積は電気導体４１の面積より溝分だけ少なくなるために、電気導体４１に比べて１０％減少し、等価直列抵抗は５％減少し、浮力は１５％増加し、浮力低減効果は少し低減する。しかしながら、基準凹反り鍋を用いた実験において、電気導体１７の内周部２０の温度が３５０℃に達するまでの時間は４５８ｓｅｃと電気導体４１を使用した場合に比して大幅に長い。なお、熱効率、加熱コイルの温度上昇値はほとんど変わらない。
【００３２】
また、電気導体１７と電気導体５１とを比較する。電気導体１７は電気導体５１に比べて面積は約２５％、等価直列抵抗は約１５％増加し、浮力は１０％低減され、浮力低減効果が増加している。また、電気導体１７の内周部の温度が３５０℃に達するまでの時間は２倍以上長い。
【００３３】
以上より本実施の形態による構成では、電気導体５１を使用した場合よりも浮力が低減されるとともに、電気導体の内周部の温度上昇が低く抑えられる。また、電気導体４１を使用した場合と比較すると、浮力低減効果は若干小さくなるが開口部１８周辺の温度上昇は大幅に小さくなる。そのため、例えば、電気導体の温度を測定して所定以下に制御するように出力を抑制する制御を行う場合には、制御すべき温度に達するまでの時間が長くなる。すなわち、強火で長時間誘導加熱することができる。したがって、調理時間を短縮したり、調理性能を向上したりすることができると共に、凹反り鍋に対する制限も緩和され、使い勝手が良くなる。
【００３４】
なお、本実施の形態では電気導体１７にスリット２２を２箇所に設けた場合を示したがこれに限定されるものではなく、例えばスリット２２を設けなくてもよい。この場合、スリット２２の面積がない分、電気導体１７の面積が増加し、等価直列抵抗が大きくなり浮力低減効果は大きくなる。また、電気導体１７は１個なので製造時の取り扱いが容易となる。一方、周回電流は電気導体１７全体を周回するので電流値が大きくなり発熱が大きくなる可能性があるので設計には注意が必要である。
【００３５】
また、スリット２２を１個設けても良い。この場合、周回電流が小さくなるため発熱は低減されるが、浮力の低減効果はスリット２２がない場合に比べて減少する。また、スリット２２部分の近傍においては他の部分に比べて浮力の低減効果は小さいので、被加熱物１３に加わる浮力が全体に亘って一様でなくなる。
【００３６】
したがって本実施の形態のようにスリット２２の数を２箇所、またはそれ以上設けることが好ましい。このようにすると周回電流が分断されて小さくなり、それによる発熱は小さくなる。また、複数のスリット２２を対称的に配置することがさらに好ましい。このようにすれば被加熱物１３に加わる浮力が一様になる。
【００３７】
一方、スリット２２の数を多くすると、電気導体１７の面積が小さくなり等価直列抵抗が小さくなる。このため、スリット２２がない場合やスリット２２が少ない場合に比べて浮力の低減効果は小さくなる。以上のようにスリットの数の増減には一長一短があり、設計に配慮する必要がある。
【００３８】
また、本実施の形態では円環状の電気導体１７が用いられている。ここで円環状とは、実質的に円還状という意味であり、図１に示すように電気導体１７を取り付けるために外径の一部が凸状になっている場合も円環とする。このように電気導体１７はコイル１４と中心が略一致した円環形状であることが好ましく、これによりコイル１４をバランスよく覆うことができ、被加熱物１３に生じる浮力を均一にしやすい。
【００３９】
なお、本実施の形態の構成例では円環の外径を１８０ｍｍとしているが、これに限定されない。家庭で用いられる誘導加熱装置の加熱コイルの外径は鍋径に対応して１８０ｍｍ前後であるので、これとほぼ対応した大きさの１６０〜２００ｍｍが妥当である。
【００４０】
また、内径の大きさは、外径の大きさにより異なるが、検討結果によると実用的には外径の２５〜５５％が好適であり、好ましくは３０〜４５％である。このような大きさにすることにより、トッププレート１２に当接する温度センサ３５の取り付けに支障をきたすことなく、浮力が低減される。また、本実施の形態では、電気導体１７を円環状としているがこれに限定されるものではなく、内外周とも円形でなく他の形、例えば多角形であってもよい。電気導体１７の内外径や形状は周囲の部品などを考慮し設計で配慮すればよい。
【００４１】
また、櫛状部１９には電気導体１７を周回する周回電流が流れ込まないようにするとともに、櫛状部１９自体の周回電流を小さくする必要がある。そのためには、凹部である溝部２５の合計面積を少なくし、凸部である歯部２４の個々の幅を小さくすることが好ましい。歯部２４の面積を小さくすることにより、渦電流の発生が抑えられ、歯部２４内に生じる周回電流が小さくなるからである。検討結果では、歯部２４の大きさは実用的には０．５〜１０ｍｍが好適で、好ましくは１〜６ｍｍである。０．５ｍｍより小さくなると生産性が低下する。１０ｍｍを超えると周回電流の回り込みが生じるとともに、歯部２４内で発生し歯部内を回遊する電流が大きくなり発熱が大きくなる。
【００４２】
また、歯部２４同士の間、すなわち、溝部２５の幅は、検討結果では実用的には０．５〜３ｍｍが好適で、好ましくは１〜２ｍｍである。０．５ｍｍより小さくなると製造するのが難しくなり、３ｍｍを超えると面積の減少が大きくなり、等価直列抵抗が減少するからである。また、本実施の形態では溝部２５の幅を一定としているがこれに限定されるものでなく、例えば歯部２４の幅を一定にしても良いし、そのほか任意の形状にしても良い。また、櫛のように複数の同一形状の歯部２４と溝部２５とを規則正しく配列する必要はなく、形状を変えあるいは不規則に配列してもよい。さらに、本実施の形態では溝部２５または歯部２４を円環の中心を中心として放射状に配列している。これにより、電気導体１７は製造しやすいとともに、浮力が効率よく低減される。しかしながら、これに限定されるものではない。内周部２０に開口を有するのであれば任意の方向に配置していても構わない。
【００４３】
櫛状部１９における凹凸部は本実施の形態の形状に限定されるものではなく、本発明の主旨にかなう構成であればどのような構成であっても良い。
【００４４】
本実施の形態ではスリット２２の幅は１０ｍｍとして説明しているが、これに限定されない。スリット２２は電気導体１７の外周部２１と開口部１８とに亘っているため、誘導加熱時に、スリット２２の両側の電気導体片１７Ａ，１７Ｂ間に高電圧が誘起される。特に、スリット２２が１個の場合にその誘起電圧がさらに大きい。一方、歯部２４の長さが短くかつ帯状部２７で歯部２４が接続されている。そのため溝部２５をはさんで形成された歯部２４間に誘起される電圧は、スリット２２間に誘起される電圧より小さく、かつ歯部２４間の間隔も安定して維持される。したがって、溝部２５の幅は、スリット２２の幅より小さくすることが可能である。製造上、または部品の管理上の問題が生じない範囲で溝部２５の幅を小さくして、浮力低減効果あるいは等価直列抵抗を小さくするようにすることが好ましい。なお、スリット２２あるいは溝部２５に樹脂を挿入あるいは充填してもよく、その場合には形状が安定する。
【００４５】
なお、本実施の形態では櫛状部１９を円環の開口部１８である内周部２０のみに設ける場合について述べたが、これに限定されるものではない。櫛状部を内周部２０と内周部２０以外の位置に設けても内周部２０に設けた櫛状部１９ついては同様な効果が得られる。また、内周部２０に限らずある特定の位置、例えば、外周または外周の一部の発熱を抑制したい場合は、その部分に本実施の形態の櫛状部１９を用いれば効果が得られる。
【００４６】
また、電気導体１７は、トッププレート１２に接していなくてもよい。例えば、コイル１４あるいはコイル１４を保持する支持部材の上に電気導体１７を載置してもよい。このようにしてトッププレート１２から離間してあるいは絶縁部材を介してトッププレート１２に押し付け保持するようにしてもよい。ただしこの場合には、電気導体１７で発生した熱をトッププレート１２に伝導にて放熱する作用が小さくなる。
【００４７】
次に、本発明の実施の形態における他の構成について説明する。図３は本発明の実施の形態における他の誘導加熱装置の断面図である。このように電気導体１７とコイル１４との間に断熱材２６を設けることがさらに好ましい。これにより、電気導体１７からコイル１４への熱移動が低減される。したがって、コイル１４の温度上昇が抑えられ、信頼性が向上する。また、コイル１４への熱移動が減少する分、被加熱物１３への熱移動が増加し熱効率が向上する。これらにより、加熱時間が短縮され、調理性能が向上する。
【００４８】
なお、断熱材２６としては、ガラスやセラミックなどの無機繊維の織布または不織布を用いた耐熱性の断熱材や、マイカからなる断熱材が用いられる。または、それらを用いて空気を閉じ込め、空気を断熱材としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、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の浮きが低減されるとともに、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でも使用しやすく、利便性の高い誘導加熱装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態における誘導加熱装置の電気導体の平面図
【図２】本発明の実施の形態における誘導加熱装置の断面図
【図３】本発明の実施の形態における他の誘導加熱装置の断面図
【図４】従来の誘導加熱装置の断面図
【図５】Ａは従来の誘導加熱装置の加熱コイルに流れる電流を示す図、Ｂは従来の誘導加熱装置を用いたとき被加熱物に流れる電流を示す図
【図６】従来の誘導加熱装置における電気導体の平面図
【図７】従来の誘導加熱装置における電気導体の平面図
【符号の説明】
【００５１】
１  本体
２  トッププレート
３  被加熱物
３Ａ  渦電流
４  加熱コイル
４Ａ  電流
５  誘導加熱部
６  駆動回路
７  電気導体
８  温度検知部
１１  本体
１２  トッププレート
１３  被加熱物
１４  加熱コイル
１５  誘導加熱部
１６  駆動回路
１７  電気導体
１８  開口部
１９  櫛状部
２０  内周部
２１  外周部
２２  スリット
２３  櫛状部外周部
２４  歯部（凸部）
２５  溝部（凹部）
２６  断熱材
２７  帯状部
３０  中心
３１Ａ、３１Ｂ  周回電流
３５  温度センサ
４１、５１  電気導体
４２  開口部
４３  スリット
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005006813.tif 000010
【図２】
2005006813.tif 000011
【図３】
2005006813.tif 000012
【図４】
2005006813.tif 000013
【図５】
2005006813.tif 000014
【図６】
2005006813.tif 000015
【図７】
2005006813.tif 000016
【国際調査報告】
2005006813.tif 000017
2005006813.tif 000018
2005006813.tif 000019
2005006813.tif 000020