JP4193642B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、誘導加熱装置の加熱コイルから発生する漏洩磁束を低減する電磁シールド技術に関する。

図６に従来例を示す。図６に示す従来例は、特許文献１の第１図および第２図に記載されているように、平板状の加熱コイル1の外周に円筒環状の磁気シールド３６を配置し、加熱コイル1の下部には高透磁率材料部材２１、２２、２３、２４を配置している。
この構成により、加熱コイル1の外側に対する漏洩磁束を磁気シールド３６で抑制し、加熱コイル1の下側に対する漏洩磁束を高透磁率材料部材２１、２２、２３、２４で抑制する。なお磁気シールド３６や高透磁率材料部材２１、２２、２３、２４がない場合は、輻射雑音の増大、周辺機器の誤動作や発熱などの悪影響を与えることとなる。
図７は図６におけるＡ−Ａ’断面図を示す。図７では図６で記載していない被加熱物4と磁界分布を追記している。加熱コイル1の上面では、加熱コイル1で発生する磁束の一部が被加熱物4を通過し、被加熱物４に渦電流を誘起し発熱させる。また加熱コイル1の下面では、加熱コイル1で発生する磁束の殆どが高透磁率材料部材２１、２２、２３、２４を通過する。

加熱コイル1の外周側面では、加熱コイル1で発生する磁束の一部が広く分布しようとするが、誘導加熱されにくいアルミニウムや銅などで形成された磁気シールド３６には、渦電流が流れ、この渦電流により加熱コイル１から発生した磁力線を打ち消す方向に磁力線が発生する。従って、磁気シールド３６の環外周から外側への漏洩磁力線は相殺され、磁力線はシールド環の中に封じ込まれる。このようにして、加熱コイルからの輻射雑音のレベルは低減される。
特開昭５７−１１５７９５号広報（３頁−第１図、第２図）

図６および図７に示す従来の実施例において、加熱コイル1の外周側面部の磁束分布から、加熱コイル1により発生する漏洩磁束を抑制する責務が、磁気シールド３６の内側上端に集中する。この結果、漏洩磁束を弱める方向の渦電流は、磁気シールド３６の内側上端部に集中することになり、磁気シールド３６を誘導加熱されにくい材料（例えばアルミニウムや銅など）で形成したとしても、渦電流による磁気シールド３６の発生損失が無視できないほどに大きくなり、誘導加熱装置の効率を低下させることになる。
従って、この発明の課題は、磁気シールドによる漏洩磁束抑制の効果を確保しながらも、磁気シールドにおける発生損失を低減させ、誘導加熱装置の効率を向上させることにある。

上述の課題を解決するため、請求項１の発明では、平板状に巻かれた加熱コイルと前記加熱コイルに交流電力を供給する電力変換装置とにより、鍋などの被加熱物に誘導電流を発生させ加熱する誘導加熱装置において、前記加熱コイルの外側に、前記加熱コイル側面に対し傾斜を持った環状の磁気シールドを設けるようにした。
請求項２の発明では、請求項１の請求範囲において、前記磁気シールドの角部の少なく
とも一つ以上を曲面とした。
請求項３の発明では、請求項１または請求項２の請求範囲において、前記磁気シールドの断面形状を台形状あるいは三角形状とした。
請求項４の発明では、請求項３の請求範囲において、前記磁気シールドを中空とした。

請求項５の発明では、請求項４の請求範囲において、台形状あるいは三角形状の磁気シ
ールドの一辺を取り除くようにした。

本発明によれば、磁気シールドの発生損失が低減されるため、誘導加熱装置の電力変換効率が向上する。また磁気シールドの製造と保持固定が容易となるため、加工工数および組立時間が軽減され、さらに材料費が低減可能となる。

平板状に巻かれた加熱コイル側面に対し傾斜を持った環状の磁気シールドを設けることにより、磁気シールドの内側上端（ 被加熱物のある側）の電流集中（ または磁束密度） が緩和され、さらに磁気シールドの角部を曲面とすれば一層電流集中が緩和され、磁気シールドの発生損失が低減可能となる。
また磁気シールドの断面形状を台形状あるいは三角形状とすることにより、製造と保持
固定が容易となり、また台形状あるいは三角形状の磁気シールドの形状を中空、あるいは
一辺を取り除くことにより、磁気シールドの材料費が低減可能となる。

図１は本発明の第１の実施形態を示す誘導加熱装置の断面図である。
図示のように、加熱コイル1の上部には被加熱物４を配置し、加熱コイル1の下部には高透磁率材料部材２１、２２を配置し、加熱コイル1の外側には加熱コイル1の側面に対し傾斜持った環状の磁気シールド３１を配置している。
磁気シールド３１を加熱コイル1の側面に対して傾斜を持たせることにより、加熱コイル1の側面における磁束分布に沿った配置となる。この結果、加熱コイル1により発生する漏洩磁束を抑制する責務が、磁気シールド３１の側面部に広がることになり、また磁気シールド３１の誘起電流も側面部に広がり、内側上端の電流集中が緩和される。

図２は本発明の第２の実施形態を示す誘導加熱装置の断面図である。
図１との相違点は、磁気シールド３２の角部を曲面とした点である。図１の実施例において、誘起電流の集中が大幅に緩和されるが、内側上端は全体に比べて電流密度が高い。
磁気シールド３２の角部を曲面とすることにより、内側上端の電流密度がさらに緩和されることになる。

図３は本発明の第３の実施形態を示す誘導加熱装置の断面図である。
図１との相違点は、磁気シールド３３の断面形状を台形状とした点である。図１および図２の実施例において、磁気シールドに傾斜を持たせる場合、板状の磁気シールド材をすり鉢状に成形することになり製造が複雑となる。また磁気シールドを保持固定するために、新たな部材が必要となるといった新たな課題が生じる。
本発明はこの新たな課題を解決するためのものであり、磁気シールド３３の断面形状を台形状とすることにより、鋳型などによる成形でその製造が簡単化され、さらに磁気シールド３３の保持固定に新たな部材が不要となる。

図４はこの発明の第４の実施形態を示す誘導加熱装置の断面図である。
図３との相違点は、磁気シールド３４の形状を中空とした点である。図３の実施例において、磁気シールドを台形状あるいは三角形状とする場合、磁気シールドの形状が大きく材料費が高くなるといった新たな課題が生じる。
本発明はこの新たな課題を解決するためのものであり、磁気シールド３４の形状を中空とすることにより、製造の簡単化と保持固定が容易である点を確保しながらも、磁気シールドの材料費を低減することが可能となる。

図５はこの発明の第５の実施形態を示す誘導加熱装置の断面図である。
図３との相違点は、磁気シールド３５の形状の中側および下側を取り除くようにした点である。すなわち図４から下側の一辺を取り除いた形状である。磁気シールド３５の中側および下側を取り除くことにより、製造の簡単化と保持固定が容易である点を確保しながら、磁気シールドの材料費を低減することが可能となる。

本発明は、誘導加熱装置の漏れ磁束による輻射ノイズの低減のほかに、電力変換回路に空心リアクトルやギャップ付磁性体を用いたリアクトルや変圧器などを用いた各種電源装置の磁気シールドに適用可能である。

本発明による第１の実施形態を示す誘導加熱装置の断面図である。 本発明による第２の実施形態を示す誘導加熱装置の断面図である。 本発明による第３の実施形態を示す誘導加熱装置の断面図である。 本発明による第４の実施形態を示す誘導加熱装置の断面図である。 本発明による第５の実施形態を示す誘導加熱装置の断面図である。 従来の実施例を示す誘導加熱装置の構造図である。 図６に示す従来の実施例を示す誘導加熱装置の断面図である。

符号の説明

１・・・加熱コイル ２１、２２、２３、２４・・・高透磁率材料部材
３１、３２、３３、３４、３５、３６・・・磁気シールド ４・・・被加熱物

Claims (5)

1. 高透磁率材料部材の上面に置かれた平板状に巻かれた加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波の交流電力を供給する電力変換装置とにより、前記加熱コイル上面に置かれた被加熱物容器に誘導電流を発生させ加熱する電磁誘導加熱装置において、前記加熱コイルの外周から間隔をおいて、前記加熱コイル側面に対し被加熱物容器側が前記加熱コイル外周から遠ざかり、前記高透磁率材料部材側が前記加熱コイル外周に近づくような傾斜を持った環状の磁気シールドを設けたことを特徴とする誘導加熱装置。
2. 請求項１に記載の請求範囲において、前記磁気シールドの角部の少なくとも一つ以上を
   曲面としたことを特徴とする誘導加熱装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の請求範囲において、前記磁気シールドの断面形状を台
   形状あるいは三角形状としたことを特徴とする誘導加熱装置。
4. 請求項３記載の請求範囲において、前記磁気シールドを中空としたことを特徴とする誘導加熱装置。
5. 請求項４に記載の請求範囲において、台形状あるいは三角形状の磁気シールドの一辺を取り除いたことを特徴とする誘導加熱装置。

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