電磁調理器 コイルの下にある黒い板は何？鉄にみえるけど、なぜ加熱されないの？

電磁調理器の東電の解説サイトで、コイルの写真があります。
解説図では、コイルで生まれた上下方向の磁界はなべ底の鉄板で水平方向に向きを変えて、鍋の鉄板内部を通り、その時に小さな渦電流が鉄板内に発生して加熱と。
https://evdays.tepco.co.jp/entry/2022/06/03/kura …
コイルの写真
https://cdn-ak.f.st-hatena.com/images/fotolife/e …
一方で、こちらの原理解説図では、コイルで発生した磁界は上下方向で、鍋の底に大きな渦電流を発生させ、加熱すると。
https://kumiko47.exblog.jp/1048065/

さて、東電の機器分解の写真では、コイルの直下にも鉄の板に見えるものが置かれています。
モーターや変圧器では、鉄心や継鉄という磁界を閉じ込め、誘導で発生する電圧を絶縁する電磁鋼板を利用して発熱防止するそうですが、ここには使えそうもありません。
この黒い物体は、なんでしょうか？

No.2 回答者： m-jiro 回答日時： 2023/08/14 23:14

IHの加熱コイルに高電圧が発生する理由です。

コイルに流れている電流をOFFにすると高電圧を発生しますね。この電圧を加熱コイルとコンデンサを共振させて次のサイクルの電源に使っているのです。この際に高電圧が生じます。

シングルエンド型の原理図を添付しておきます。
起動時の動作はイから始まります。Tr電流は時間と共に直線的に増加します（赤線）。ピーク電流は小型のもので50Aぐらい。
ウでTrをOFFにするとコイルには高電圧が発生しようとします。これをCに流し込むことで正弦波状の共振が生じます（ウ～エ、青線）。
エでTr電圧は負になるのでＤが導通しコンデンサのエネルギーはコイルに流れ込みます（緑線）。
ウ～エ間のピーク電圧はLとCの共振周波数が高いほど高電圧になります。またイ～ウの時間が長いほど高電圧になります。一般的にはVccの8倍ぐらいになるようにします。
負荷がない時はＤ電流とTr電流の大きさは同じで、エネルギーはLとCの間を回るだけで電源を消費しません。
Trはア～イの間ならどこでONさせても構いません。コレクタが負電圧なのでイで初めてONします。
TrはウでOFFしますが、このOFF動作は技術的に難しい。
負荷がある時はD電流とTr電流は点線のように非対称になります。この差が負荷に供給されます。
この回路はブラウン管テレビの水平偏向回路に使われていました。

この回答へのお礼

続いての疑問への回答に感謝。
電気回路って、不思議ですね。
コイルとコンデンサーの共振回路の意味が分からず、調べたらこの東芝の解説サイトを見つけました。
https://toshiba.semicon-storage.com/jp/semicondu …
ここと見比べながら考えています。
まだIGBTなど利用されているパワー半導体の動作が理解に至っていませんが、方向はなんとなく感じられるようになりました。
LCの共振現象や共振周波数とその時に起こる現象と、パワー半導体のスイッチングが関係しているようなので、もう少し勉強してみます。
どっちにしても、家庭用の電磁調理器の内部には、１００－２００Vをはるかに超える電圧を発生させる部分があることがわかりました。

お礼日時：2023/08/19 12:46

No.1 回答者： m-jiro 回答日時： 2023/08/13 09:12

この板はフェライトです。

鉄板ではありません。鉄やコバルトなどの粉末を粘土などで練って焼き固めたものです。
磁気を遮へいして裏方向に洩らさないためにコイルの裏側に取り付けてあります。
フェライト板のエッジの部分に磁気が集まりこの上の部分（鍋の底）が強く加熱されます。この加熱むらを少なくするため複雑な形をしています。フェライト板やコイルの形状は加熱むらを防ぐためにメーカーはずい分研究してるんです。コイルを巻く方向も隣り同士で逆向きになってないかな？
フェライトに含まれる金属粉末は互に絶縁されているため高周波の磁界に接しても渦電流は殆んど発生せず発熱しません。

余談ですが、IHの加熱コイルには2000～3000Vの高電圧が発生するので水などが掛からないよう、また感電や放電には厳重に気を付けてください。

この回答へのお礼

返信、感謝。

なーーーーるほど！
電磁鋼板は、薄いケイ素鋼板で表面に絶縁処理したものとのことですが、
東電の電磁調理器のコイル写真例のような複雑な薄い形にはできそうもありません。
鉄やコバルトの粉末を入れた粘土せんべいならば、いろいろな形に成型でき高い透磁率で磁束を閉じ込め（継鉄機能）、粉末毎に絶縁され誘導電圧も微小なままで発熱も防止でき、周囲に余計な磁界を漏れ出させて誘導電圧を発生することも防止できますね。
人類のアイデアは無限だ！

ただ、IHの加熱コイルに必要なのは磁界を発生させる電流であって電圧ではないのに、
＞余談ですが、IHの加熱コイルには2000～3000Vの高電圧が発生する

は、なぜでしょう？
ネットではこんな記事が
＞周波数50ヘルツまたは60ヘルツの電力をインバータで20～90キロヘルツの中間周波交流電流に変換

考えてみると、コイルは交流では電流が流れるのを妨げる強力な素子のようで、
https://cc.cqpub.co.jp/system/contents/2287/
では、ステップ状の電圧０→Vをかけても流れる電流は、I＝（V/L）t　で時間かけてゆっくり増えるんだと。このために高圧の高周波が必要なのでしょうか？
（電磁気の面白さにはまって「にわか勉強中」の年寄です）

お礼日時：2023/08/14 10:39