JPH04366587A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は誘導加熱装置に関するも
ので、特に誘導加熱装置と、被加熱物との間の絶縁物の
構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属性鍋の加熱用として、様々な
誘導加熱装置が開発されてきた。

【０００３】図４に従来の誘導加熱装置の回路構成を示
す。図４において、商用電源１をダイオードブリッジ２
で整流、フィルターチョーク３、平滑コンデンサ４で平
滑し、単方向電源５を構成している。単方向電源５は、
共振コンデンサ６、スイッチング素子７などからなるイ
ンバータ回路８に接続されている。インバータ回路８は
単方向電源５の出力を高周波電源の出力に変換し、加熱
コイル９に供給する。加熱コイル９は、高周波による表
皮効果のための損失増加を抑制するため、リッツ線で構
成され円盤状に巻かれている。加熱コイル９から金属性
の鍋などの被加熱物１０に高周波磁束を供給し、金属中
にうず電流を発生させる。この渦電流によりジュール熱
が発生し、被加熱物１０は加熱される。

【０００４】図５に従来例の誘導加熱装置の加熱コイル
部の断面を示す。図４と同じ構成要素は同符号を付す。 図５において、加熱コイル９の上面にはセラミックプレ
ート１１が設置されている。加熱コイル９を保護してい
るセラミックプレート１１は、非磁性体で導電率が非常
に低いので、高周波磁束損失がほとんどない。加熱コイ
ル９の下面に、フェライト１２を高周波磁束を導く目的
で設置している。フェライト１２は、強磁性体で磁束が
通過しやすく誘電率が小さいため損失は少ない。したが
って、加熱コイル９のつくりだす高周波磁束は、ほとん
ど、被加熱物１０のみで誘導損失を生じ、被加熱物の高
効率加熱を行なうことが可能であった。

【０００５】図６に従来例の誘導加熱装置の破断斜視図
を示す。図６において、冷却ファンは誘導加熱装置が動
作すると回転して、半導体スイッチング素子と加熱コイ
ルを強制冷却する構成になっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
成のものでは、被加熱物１０と加熱コイル９がプレート
１１をはさんで密着しているため、被加熱物１０の発熱
がプレート１１を熱伝導し、加熱コイル９の冷却が不十
分になるという課題があった。

【０００７】誘導加熱装置の加熱コイル９には、強磁界
をつくりだすために高周波大電流が流れている。高周波
による表皮効果と大電流の影響で加熱コイルは銅損によ
る発熱が大きい。損失を低減するために皮膜された細線
をよりあわせたリッツ銅線を使用し、発熱をおさえるた
めファンで強制冷却している。ところが、高周波で誘導
加熱される被加熱物１０は加熱コイル９の上面にプレー
ト１１を介して密着しているため、長時間加熱を行なう
と被加熱物よりの熱伝導でコイルの発熱が促進され、冷
却能力が不足する課題があった。

【０００８】本発明はかかる課題を解決するため、被加
熱物１０の熱が加熱コイル９に伝わらない構成で冷却効
率の高い誘導加熱装置を提供することを目的としている
。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、商用電源を高周波に変換する半導体スイ
ッチング素子を備えたインバータ回路と、前記インバー
タ回路の出力を受け高周波磁束をつくる平板状の加熱コ
イルと、前記加熱コイルの上面に配置されたプレートと
を備え、前記プレートにプレートを貫通する空気層を設
け、この空気層に冷却ファンの空気流を導く構成にした
ものである。

【００１０】

【作用】本発明の誘導加熱装置は、平板状をした加熱コ
イルの導線と金属性被加熱物の間におかれるプレートに
空気層をもたせ、冷却ファンからの冷却風を導く構成と
しているので、被加熱物からの熱が加熱コイルに伝達し
ない構成となっている。このため加熱コイルの発熱が抑
えられるので、冷却が容易になる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図３を参照
して説明する。

【００１２】図１は本発明の誘導加熱装置の加熱コイル
部の断面図を示す。図１において、図４と同じ構成要素
は、同符号を付す。加熱コイル９はエナメル被覆された
細い導線を数十本束ねたリッツ線を用いている。加熱コ
イル９の抵抗成分は、周波数が高くなると大きくなる。 これは表皮効果の影響で、加熱コイル９を流れる電流が
導線の表面に集中するためである。数十キロＨｚという
高周波では導線の抵抗が商用周波数にくらべて非常に大
きく加熱コイルの抵抗成分が著しく増加する。そこで、
リッツ線をもちいて導線の実効断面積を増加させて発熱
損失を低減している。すなわち、全体として同じ断面積
でも細線を束ねた場合、導線の表面が広くなるので表皮
効果の影響による発熱損失が少ない。したがって、細線
の本数が多いと損失が小さくなるといえる。しかしなが
ら、本数を増やすことはコスト高になるため、ファン１
３で強制冷却をし、加熱コイル９のコスト増加、および
、断面積増による大きさの増加および加熱コイル９の発
熱を抑えている。

【００１３】加熱コイル９の下面には強磁性体のフェラ
イト１２が配置されている。このフェライト１２は、磁
気回路１４を構成し加熱コイル９のつくりだす高周波磁
束を被加熱物１０に導く。加熱コイル９による高周波磁
束は、フェライト１２のように強磁性体で、かつ、導電
率の非常に小さい材料ではうず電流が流れにくいため磁
束を導く働きが大きく損失は小さい。一方、被加熱物１
０はフェライト１２に比べて導電率が高いので磁束が通
ると、高周波による起電力が発生してうず電流が流れ発
熱する。このうず電流による銅損のため被加熱物が発熱
する。

【００１４】また、フェライト１２は高周波磁束で周囲
の導電性金属が誘導加熱され発熱し、効率が低下するの
を防いでいる。加熱コイルの下面には、電気部品等が配
置されているので、強磁性体フェライト１２で磁束を導
く磁気回路を構成することで、高周波磁束の漏れによる
影響を少なくしている。

【００１５】加熱コイル９と被加熱物１０との間には、
セラミックのプレート１５，１６が設置され、加熱コイ
ル９の絶縁および保護をしている。プレート１５，１６
は２枚の板からなっており、その２枚の板の間には空気
層１７が設けてある。

【００１６】加熱コイル９のつくり出す高周波磁束は、
プレート１５，１６や空気層１７をほとんど損失なく通
過して、被加熱物１０を加熱することが可能である。こ
のため、加熱コイル９自身はほとんど発熱せずに、被加
熱物１０を効率よく加熱できる。このことが、誘導加熱
装置の最大の特徴である。しかしながら、加熱コイル９
と被加熱物１０は隣接しているので、長時間の加熱を行
なうと被加熱物１０の発生する熱が、熱伝導でプレート
１５，１６を通して加熱コイル９自身に伝わってくる。 加熱コイル９は、エナメル被覆のリッツ線をもちいてい
るため、一般に百数十度までの耐熱温度である。しかし
ながら、加熱しすぎるとエナメル被覆が絶縁破壊をおこ
し損傷する。このため、誘導加熱装置の加熱コイル９は
十分な強制冷却が必要であり、これが加熱効率を低下さ
せる要因となっていた。本発明は、被加熱物の熱伝導を
２枚のプレート１５，１６間に設けた空気層１７により
遮断している。このため、被加熱物１０の熱が加熱コイ
ル９にほとんど伝わらない。したがって、加熱コイル９
の発熱が少なく装置の効率がよいとともに、加熱コイル
９のコスト低減がはかれる。また、加熱装置の信頼性も
向上する。

【００１７】１３は、冷却ファンであり、加熱コイル９
を強制冷却するとともに、２枚のプレート１５，１６の
間に設けた空気層１７に、冷却風を送る。被加熱物１０
からの熱伝導は空気層１７で遮断されるうえ、空気の流
れのため加熱コイル９と被加熱物１０の断熱効果は著し
く向上している。

【００１８】図２に、他の実施例における加熱コイル９
の断面図を示す。図１と同じ構成要素は同符号をつけて
、説明を省略する。図２において、２枚のプレート１５
，１６の間には、断熱材１７が挿入されている。このた
め、加熱コイル９と被加熱物１０間の断熱作用がさらに
向上している。したがって、加熱コイル９は自身の高周
波損失により発熱はするが、被加熱物１０からの熱電導
による温度上昇がない。よって、上記のような構成にす
ることで、加熱コイル９の冷却能力は少なくてすむ。

【００１９】図３に本発明の誘導加熱装置の断面斜視図
を示す。加熱コイル９の上面に配置されたプレート１５
，１６は２枚で構成され、冷却ファン１３から発生する
冷却風がプレート１５，１６の間の空気層１７を通過す
る。冷却ファン１３は、被加熱物１０の熱が加熱コイル
９に伝達しないようにしているとともに、加熱コイル９
および放熱フィンにとりつけられたスイッチング素子７
、回生用ダイオード１８などのパワー半導体部品をも冷
却している。

【００２０】なお、上記で説明したように、被加熱物１
０の熱が加熱コイル９に伝熱されにくくすることを目的
としている。したがって、プレートは２枚に限定される
ものでなく、３枚以上として空気層を２層以上にしても
よい。また、一枚のプレートに空気が流通する多数の貫
通孔を設けこれを空気層として用いてもよい。

【００２１】上記の構成により、加熱コイル９の冷却効
率をよくして、装置の効率および信頼性を向上している
。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明の誘導加熱装置では
次の効果が得られる。加熱コイルと被加熱物の間に設け
たプレートに、空気層を設けて冷却風を通す構成として
いるため、被加熱物の熱が加熱コイルに伝達されること
が、ほとんどない。このため、加熱コイルの発熱による
損傷が防ぐことができる。特に長時間の加熱では効果が
大きい。したがって、装置の加熱効率の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における誘導加熱装置の加熱
コイル部の断面図

【図２】他の実施例における誘導加熱装置の断面図

【図
３】誘導加熱装置の断面斜視図

【図４】従来の誘導加熱装置の回路図

【図５】従来の誘導加熱装置の加熱コイル部の断面図

【
図６】従来の誘導加熱装置の断面斜視図

【符号の説明】

１　　商用電源 ７　　半導体スイッチング素子 ８　　インバータ回路 ９　　加熱コイル １０　　被加熱物 １３　　冷却ファン １５，１６　　プレート １７　　空気層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】商用電源と、前記商用電源を高周波に変換
   する半導体スイッチング素子を備えたインバータ回路と
   、前記インバータ回路の出力を受け高周波磁束をつくる
   平板状の加熱コイルと、前記加熱コイルの上面に配置さ
   れたプレートとを備え、前記プレートにプレートを貫通
   する空気層を設け、この空気層に冷却ファンの空気流を
   導く構成とした誘導加熱装置。