JPH0812792B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高周波誘電加熱を利用した電子レンジと、高
周波誘導加熱を利用した電磁調理器を一体化した新しい
高周波加熱装置に関するものである。

従来の技術 高周波誘導加熱と高周波誘電加熱を一体化した高周波
加熱装置としては、例えば第５図のような回路構成を取
ることにより実現できる。第５図において商用周波数の
電源12、整流器17とインダクタンス13とコンデンサー14
よりなる平滑回路18、スイッチング素子16とコンデンサ
ー15よりなるインバータ回路19、スイッチング素子16の
ON,OFF制御をする制御ドライブ回路20により発生した数
十KHzの高周波電圧は、誘導加熱用の励磁コイル８、も
しくは誘電加熱のマイクロ波発生源であるマグネトロン
１の昇圧トランス10のいずれかに印加され、その切替は
スイッチ11で行なわれる構成となっている。

この種の高周波加熱装置としては、誘導加熱用の励磁
コイルを誘電加熱用の加熱室内に設け、加熱室を誘導加
熱と誘電加熱の両方式に使える構成が最も望ましい。し
かるに励磁コイルは加熱室内にそのまま配置すると、励
磁コイル巻線が誘電加熱時にマイクロ波により加熱され
ると共に、コイルの線間で放源したりしてその絶縁皮膜
が損傷する他、励磁コイルから下方への磁気漏洩を防止
する目的で使用するフェライトコアもマイクロ波を吸収
して発熱し、実用に耐えない。

励磁コイルを加熱室内に配置してもマイクロ波により
発熱や、放電により損傷を受けないようにする方法とし
ては第６図に示すように励磁コイル巻線8a及びフェライ
トコア23をアルミ板のような非磁性体金属によりなるシ
ールドカバー26及びシールドカバー28により覆うと共
に、シールドカバー26については、励磁コイル巻線によ
り発生する誘導電流によるジュール損の発生を防止する
ため、発生する誘導電流と略直角方向、従って放射状の
多数のスリット孔29を設ける構成が考えられる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記第６図に示すような構成にした場
合、シールドカバーA26は金属板で構成しているため、
スリット孔29を設けておいても、誘導電流発生に伴なう
ジュール損と発熱の低減には限度があった。

本発明は、かかる従来の問題を解消するもので、励磁
コイルをマイクロ波からシールドすると同時に、誘導電
流による損失とこれに伴なう発熱をほとんど発生しない
励磁コイルのシールドカバーの実現を可能ならしめるこ
とを目標としたものである。

問題点を解決するための手段 上記問題を解決するために、本発明の高周波加熱装置
は、誘電加熱用の加熱室内に設ける誘導加熱用の励磁コ
イルを、アルミ等の非磁性体金属箔からなるハニカムコ
アでその一部あるいは全てを構成したシールドカバーで
覆ったものである。

作用 本発明は、励磁コイルのシールドカバーにアルミハニ
カムコアを用いることにより、数十KHzの誘導加熱用高
周波磁界はほとんど透過し、一方2450MHzの誘電加熱用
の高周波電磁界（マイクロ波）は、ほとんど透過しない
ので、励磁コイル巻線とフェライトコアをマイクロ波に
よる加熱や放電から守ると共に、誘導加熱時に誘導電流
によるジュール損をほとんど発生しないため、効率と信
頼性を大巾に向上することが出来る。

実 施 例 以下本発明の実施例を添付図面にもとずいて説明す
る。第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は前記
実施例の要部すなわち励磁コイルの詳細図である。第１
図において、マグネトロン１で発生したマイクロ波（高
周波電磁界）は導波管２、回転アンテナ３を通じて加熱
室５内に放射される。回転アンテナ３は、特開昭60−13
0094号公報にあるような略扇形形状となっており、モー
タ４により回転することにより、誘電加熱の均一加熱化
が実現されている。

一方、励磁コイル８は回転アンテナ３のすぐ上に配置
され、この励磁コイル８にほぼ接する位置に耐熱セラミ
ックス板等の誘電体材料よりなる仕切板９が配設されて
いる。この仕切板９は、加熱室５内底部に設けた回転ア
ンテナ３及び、励磁コイル８を保護すると共に、被加熱
物７の載置台としての機能もはたす。

ここでマグネトロン１を駆動する昇圧トランス及び励
磁コイル８への高周波電力の供給の仕方は、第５図を用
いて説明した従来技術の回路構成と基本的には同等であ
り、従ってその使用符号も共通の番号を使用している。

第２図は、第１図を用いて説明した前記実施例の要部
詳細図で、本発明の基本部分である励磁コイル８の一実
施例の詳細構成が示されており、第２図（ａ）は破断
面、第２図（ｂ）は同図（ａ）に対応する平面図であ
る。第２図において励磁コイル８は、巻線を偏平に巻き
回して平板状に構成した励磁コイル巻線8a、この励磁コ
イル巻線8aの下面に設けた磁気遮へい用のフェライトコ
ア23、上記の励磁コイル8aとフェライトコア23の両方の
上，下面からはさむように設けた穴あき円板状のアルミ
ハニカムコア21a,21bと、さらにこれらアルミハニカム
コア21a,21bの内周，外周両側に設けた、アルミ等の非
磁性金属板よりなるシールドリング24a,24bから構成さ
れている。ここでシールドリング24a,24bは放射状に多
数のスリット孔25a,25bを有しており、これはシールド
リング24a,24b上に発生する円周方向の誘導電流の流れ
を阻止し、発熱による損失と温度上昇を防止するための
ものである。

第３図は上記アルミハニカムコア21の構造の詳細を説
明するためのもので、第３図（ａ）はアルミハニカムコ
アの一部を略長方形に切り出したものの斜視図、第３図
（ｂ）はアルミハニカムコアを形成するセル（単位構
造）一つの拡大図である。ハニカムコアは第３図（ｂ）
の拡大図から理解されるように、アルミ箔をはり合せて
六角形のセルを構成し、これを多数に連続して出来てい
る。非常に軽量にもかかわらず、相当の機械強度を持た
せることが出来るので、航空機の構造体として使用され
る他、通気性を保ったままで、電磁波の遮蔽性能を得ら
れるので、電磁波遮蔽用シールドルームの換気口等に広
く用いられているものである。本実施例の場合、ハニカ
ムコア21a,21bに使用されるアルミ箔の箔厚Ｓは、誘導
加熱に使用される高周波、例えば20KHzでのアルミの浸
透深さ0.6mmの1/10以下の厚みのものを使用している。
セルサイズＤと、ハニカムコア21a,21bのコア高さＴ
は、誘電加熱に使用する2450MHzの電波を十分遮蔽でき
る程度に、かつ励磁コイル巻線28aと被加熱物７と距離
が誘導加熱可能な範囲内に収まるようなコア高さＴも考
慮して決定されるが、本実施例の場合、コア高さＴは21
a,21b共に1.5mm、セルサイズＤは3mm程度の値となって
いる。

次に第４図に従って、上記実施例の作用について説明
する。第４図（ａ）は、励磁コイル巻線8aとこの励磁コ
イル巻線8aにより発生される高周波磁界を示す磁力線3
1、この高周波磁界により発生する誘導電流で加熱され
る金属性の被加熱物７、上記高周波磁界の下面への漏洩
を遮蔽するフェライトコア23、そして励磁コイル巻線が
誘電加熱用の高周波すなわち2450MHzのマイクロ波によ
り加熱されたり、放電を発生したりするのを防ぐための
アルミハニカムコア21aの相互の位置関係を示してい
る。今励磁コイル巻線8aと、被加熱物７との間に介在す
るハニカムコア21aは、そのセルサイズＤが誘電加熱に
使用される2450MHzの高周波電磁界（マイクロ波）の波
長に対し十分小さいため、一つ一つのセルが導波管と見
なせるため、導波管のカット・オフ現象と同じ効果によ
り、高いシールド効果（2450MHzに対して）が得られ
る。一方誘導加熱に使用される20KHzの高周波磁界31と
アルミハニカム21aとの関係は、第４図（ａ）に示され
ており、第４図（ｂ）はアルミハニカム21aと磁力線31
との関係を拡大して示したもので、高周波磁界の磁力線
31はハニカムコア21を構成するセルの管軸方向と略平行
になっている。

一般に金属に代表される導電体は、磁性体，非磁性体
にかかわらず交流磁界が印加されると、誘導電流が発生
するがその誘導電流が表面から浸透する深さは有限で、
電流密度Ｉが、表面電流密度I₀の1/eになる深さを、浸
透深さと呼びδ（ｍ）とし、導電体の固有抵抗をρ
（Ω.m）、周波数を（Hz），比透磁率をμｒとする
と、 となる。この浸透深さδを用いて、表面からｘの位置の
導体中の電流密度Ｉは、表面での電流密度をI₀として、 Ｉ＝I₀e^−x/δ ……（１） で表わされる。例えば導電体をアルミとすると20KHzで
の浸透深さは、0.6mm程度となる。又誘起される電流の
向きは、磁界（磁力線31）の向きに垂直方向となる。

さて第４図（ｃ）は、ハニカムコアを形成する厚さＳ
のアルミ箔とこれに平行に加わる交番磁界の磁力線31及
びアルミ箔中に誘起される誘導電流の様子を説明するた
めのものである。アルミ箔中に誘導される電流は、
（１）式で示されるように表面から指数関数的に減少す
るが、その方向は磁界に垂直で、かつ箔の裏表で互いに
逆方向の電流密度I_a,I_bを有している。ところで、アル
ミハニカム21を構成するアルミ箔の厚さＳは、浸透深さ
δ＝0.6mmより十分小さな値、例えば、0.02mmを選んで
いれば、箔の裏表対称で、逆方向に誘起される電流密度
I_a,I_bが互いに打ち消し合って、実際に流れる電流密度
Ｉは、I_aとI_bの差となる。そして磁界に平行に置かれた
こうしたアルミ箔中に誘起される電流は、厚みが実施例
のように浸透深さδの1/10以下の十分小さい場合、ほと
んど無視でなる程度となる。

従って、アルミハニカム21は、被加熱物７と励磁コイ
ル巻線8aとの間に介在されているにもかかわらず、誘導
加熱に使用する20KHzの高周波磁界に対しては、ほとん
ど損失を発生せず、一方で誘電加熱に使用される2450MH
zの高周波電磁界（マイクロ波）から、励磁コイル巻線8
aをマイクロ波からシールド（保護）するという役割を
果す。

さらに下面のアルミハニカムコア21bについては、フ
ェライトコア23も含めて覆っているため、フェライトコ
ア23がマイクロ波を吸収して発熱するという問題も解消
できる。

以上の説明で、ハニカムを構成する金属箔としては、
アルミ箔を前提として説明して来たが、その働きはアル
ミに限定されるものであることは当然である。ただ発生
した高周波磁界に対して分流路を出来るだけ形成しない
という目的のために非磁性体金属の方がより望ましい。

又実施例では、アルミハニカムコアを励磁コイル巻線
の上，下面に使用し、内周と外周についてはアルミ等の
非磁性体金属で構成したが、ハニカムコアを使用する範
囲が本実施例に限定されないことは当然である。

又ハニカムの持つ通気性，軽量性といった特徴も有効
に働き、特に通気性については、励磁コイル巻線8aの温
度上昇を抑える冷却効果を発揮するものである。

発明の効果 以上のように本発明によれば、次の効果が得られる。

（１） 励磁コイル巻線を、金属箔よりなるハニカムコ
アで覆っているため、マイクロ波による励磁コイル巻線
の発熱、放電を防止できると共に、励磁コイル巻線によ
り発生される、誘導加熱用の高周波磁界は、ほとんど減
衰されることなく、被加熱物に達するため、誘導加熱時
の励磁コイルの発熱を抑えることが出来ると共に、加熱
効率も高く保つことが可能となる。

（２） さらに、ハニカムコアは、当然の事ながら通気
性を有しているので、励磁コイルの空冷にも有効に働
き、励磁コイルからの放熱が有効に行なわれるという効
果もある。

（３） ハニカムコアは、励磁コイル巻線の下部に設け
た、磁気遮蔽用のフェライトコアも含めて覆っているの
で、フェライトコアがマイクロ波を吸収して発熱すると
いう問題も解消することができる。

以上のような効果により、従来ほとんど実用的でない
と考えられた、誘電加熱用の加熱室内に誘導加熱用の励
磁コイルを設けた、誘電、誘導両加熱方式可能な高周波
加熱装置を実現可能としたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における高周波加熱装置の断
面図、第２図（ａ），（ｂ）は同励磁コイルの一部切欠
側面図および一部切欠平面図、第３図（ａ），（ｂ）
は、同励磁コイルを構成するアルミハニカムコアの要部
斜視図および拡大平面図、第４図（ａ）〜（ｃ）は同動
作説明図、第５図は誘電加熱と誘導加熱の両加熱方式を
選択可能とした一般的な高周波加熱装置の回路図、第６
図（ａ），（ｂ）は従来提案されている加熱室内に配置
される励磁コイルの断面図および一部切欠平面図であ
る。 １……マグネトロン、３……回転アンテナ、７……被加
熱物、８……励磁コイル、９……仕切板。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マイクロ波が照射される加熱室と、前記マ
   イクロ波を発生するマグネトロンと、このマグネトロン
   に電力を供給する昇圧トランスと、前記加熱室内に設け
   られた誘導加熱用の励磁コイルと、前記昇圧トランス及
   び前記励磁コイルに電力を供給する高周波インバータ回
   路とを具備し、前記励磁コイルは金属箔よりなるハニカ
   ムコアで一部あるいは全てを覆った高周波数加熱装置。
2. 【請求項２】励磁コイルは巻線を偏平に巻き回して平板
   状に構成して、加熱室底面に略平行に配置すると共に、
   励磁コイルの下面に磁気遮へい用のフェライトコアを設
   け、このフェライトコアも含めて、励磁コイルを金属箔
   よりなるハニカムコアで一部あるいは全てを覆った特許
   請求の範囲第１項記載の高周波加熱装置。
3. 【請求項３】ハニカムコアを構成する金属箔は、アルミ
   等の非磁性体金属とし、その厚みはその金属の浸透深さ
   の略1/10以下とした特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の高周波加熱装置。