非接触給電装置付き誘導加熱装置及び暖房便座装置
【課題】非接触給電装置を介して誘導加熱コイルに簡単な回路構成で効率的に給電できるようにする。
【解決手段】
１次側ユニット２と、２次側ユニット３とを備え、１次側ユニット２には、１次コイル６と、１次コイル６に交流電気を供給するインバータ２０とが設けられ、２次側ユニット３には、発熱体１２と、発熱体１２を誘導加熱する誘導加熱コイル１１と、誘導加熱コイル１１に接合すると共に１次コイル６と非接触でトランス結合する２次コイル７とが設けられ、１次側ユニット２に、１次コイル６と共振するコンデンサ１３を１次コイル６に接続して１次側共振回路４を形成し、２次側ユニット３に、直列に接続する２次コイル７及び誘導加熱コイル１１に、直列及び／又は並列にコンデンサＣ２，Ｃ３を接合して、２次コイル７とコンデンサＣ２及び誘導加熱コイル１１とコンデンサＣ３の各組合せの共振周波数を同一とする２次側共振回路５を形成した。
【解決手段】
１次側ユニット２と、２次側ユニット３とを備え、１次側ユニット２には、１次コイル６と、１次コイル６に交流電気を供給するインバータ２０とが設けられ、２次側ユニット３には、発熱体１２と、発熱体１２を誘導加熱する誘導加熱コイル１１と、誘導加熱コイル１１に接合すると共に１次コイル６と非接触でトランス結合する２次コイル７とが設けられ、１次側ユニット２に、１次コイル６と共振するコンデンサ１３を１次コイル６に接続して１次側共振回路４を形成し、２次側ユニット３に、直列に接続する２次コイル７及び誘導加熱コイル１１に、直列及び／又は並列にコンデンサＣ２，Ｃ３を接合して、２次コイル７とコンデンサＣ２及び誘導加熱コイル１１とコンデンサＣ３の各組合せの共振周波数を同一とする２次側共振回路５を形成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電装置を介して給電された誘導加熱コイルで発熱体を誘導加熱する非接触給電装置付き誘導加熱装置、及び該非接触給電装置付き誘導加熱装置を適用した暖房便座装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、非接触給電装置付き誘導加熱装置を適用した暖房便座装置は、特許文献１に示す如く、便座支持体に、１次コイル及び１次コイルに交流電気を供給するインバータが設けられ、便座支持体と着脱可能な便座に、発熱体、発熱体を誘導加熱する誘導加熱コイル及び誘導加熱コイルに直列に接合した２次コイルが設けられ，１次コイルと２次コイルをトランス結合するように対面させ非接触で誘導加熱コイルに交流電気を供給するものがある。
【０００３】
また、非接触電力伝送装置には、特許文献２に示す如く、小型かつ高効率で、１次コイルから不要輻射する高調波成分を低減させるために、結合トランスの１次側と２次側を個別に収容して、相互に分離可能に構成してなる１次側ユニットと２次側ユニットを具備し、１次コイルと共振するコンデンサを、前記１次コイルに直列に接続して１次側直列共振回路を形成し、この１次側直列共振回路と駆動回路との間に、コイル及びこのコイルに共振するコンデンサを有するＬ形共振回路を挿入し、このＬ形共振回路と１次側直列共振回路とを直列に接続し、２次コイルと共振するコンデンサを、２次コイルと直列に接続して２次側直列共振回路を形成したものがある。この非接触電力伝送装置は、２次側直列共振回路に接続して、負荷に給電する２次側整流回路が設けられている。
【特許文献１】特開２０００−２３８８０号
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００６／２２３６５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、非接触給電装置を介して誘導加熱コイルに給電するには、誘導加熱コイルに２次コイルを直列に接合しただけでは達成することは不可能であり、特許文献１にも誘導加熱コイルへ効率的に給電するための具体的な技術について何ら開示されていない。
【０００５】
そこで、非接触給電装置を介して誘導加熱コイルに給電する装置としては、特許文献１に記載の非接触電力伝送装置を利用して、２次側整流回路と誘導加熱コイルの間に２次側インバータを別途設けて、２次側インバータから誘導加熱コイルに高周波電流を給電して発熱体を誘導加熱することが考えられる。
しかし、２次側整流回路及び２次側インバータを併設することは、誘導加熱コイルを設けた便座等の２次側ユニットの回路構成が複雑になると共に、２次側整流回路及び２次側インバータに生じる損失で効率的に給電できない問題がある。
【０００６】
本発明は、非接触給電装置を介して誘導加熱コイルに簡単な回路構成で効率的に給電できる非接触給電装置付き誘導加熱装置及び暖房便座装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
非接触給電装置を介して誘導加熱コイルに簡単な回路構成で効率的に給電できるようにするために請求項１記載の本発明が採用した手段は、１次側ユニットと、１次側ユニットと別体に形成した２次側ユニットとを備え、１次側ユニットには、１次コイルと、１次コイルに交流電気を供給するインバータとが設けられ、２次側ユニットには、発熱体と、発熱体を誘導加熱する誘導加熱コイルと、誘導加熱コイルに接合すると共に１次コイルと非接触でトランス結合できる２次コイルとが設けられた非接触給電装置付き誘導加熱装置において、１次側ユニットに、１次コイルと共振するコンデンサを１次コイルに接続して１次側共振回路を形成し、２次側ユニットに、直列に接続する２次コイル及び誘導加熱コイルに、直列及び／又は並列にコンデンサを接合して、２次コイルとコンデンサの組合せ及び誘導加熱コイルとコンデンサの組合せの各々の共振周波数を同一とする２次側共振回路を形成したことを特徴とする非接触給電装置付き誘導加熱装置である。
【０００８】
インバータから誘導加熱コイルへ効率的に給電できるようにするために請求項２記載の本発明が採用した手段は、前記１次側共振回路の共振周波数と、前記２次側共振回路の前記各組合せの共振周波数と、前記インバータが供給する交流電気の周波数とを同一にした請求項１記載の非接触給電装置付き誘導加熱装置である。
【０００９】
１次コイルと２次コイルが離隔しも両コイルを大型化することなく安定して給電できるようにするために請求項３記載の本発明が採用した手段は、トランス結合した前記１次コイルと２次コイルの結合係数が０．１〜０．３であり、前記１次コイルのＱ値が５〜１０である請求項１又は２の非接触給電装置付き誘導加熱装置である。
【００１０】
非接触給電装置を介して誘導加熱コイルに簡単な回路構成で効率的に給電できる暖房便座装置とするために請求項４記載の本発明が採用した手段は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の非接触給電装置付き誘導加熱装置を用い、前記１次側ユニットで形成した支持体に、前記２次側ユニットで形成した便座を仰伏自在に枢支し、誘導加熱で生じた発熱体の発熱を便座の着座面へ伝達させることを特徴とする暖房便座装置である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の本発明に係る非接触給電装置付き誘導加熱装置は、直列に接続する２次コイル及び誘導加熱コイルに直列及び／又は並列にコンデンサを接合する簡単な回路構成で２次側共振回路を形成できると共に、２次コイルとコンデンサの組合せ及び誘導加熱コイルとコンデンサの組合せの各々を同一の共振周波数で共振させることで、２次コイルから誘導加熱コイルに効率的に給電することができる。
【００１２】
請求項２記載の本発明に係る非接触給電装置付き誘導加熱装置は、１次コイル、２次コイル及び誘導コイルの各々が形成する共振回路の共振周波数をインバータが供給する交流電気の周波数と同一とすることでインバータから誘導加熱コイルに効率的に給電することができる。
【００１３】
請求項３記載の本発明に係る非接触給電装置付き誘導加熱装置は、２次コイルとの結合係数を０．１〜０．３の範囲にした１次コイルのＱ値を５〜１０の範囲とすることで、トランス結合した１次コイルと２次コイルの間に形成される間隔の寸法が数ｍｍ程度（例えば、３〜５ｍｍ）大きくなっても、両コイルを大型化することなく安定して給電できる。
【００１４】
請求項４記載の本発明に係る暖房便座装置は、便座に簡単な回路構成で２次側共振回路を容易に組込むことができると共に、非接触給電装置を介して誘導加熱コイルに効率的に給電できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は本発明に係る非接触給電装置付き誘導加熱装置（以下、「本発明誘導加熱装置」と言う）の第１の実施の形態の回路図である。
【００１６】
本発明誘導加熱装置Ａ１は、１次側ユニット２と、１次側ユニット２と別体に形成した２次側ユニット３とを備え、１次側ユニット２に、１次コイル６と、１次コイル６に交流電気を供給するインバータ２０とが設けられると共に、２次側ユニット３に、発熱体１２と、発熱体１２と対向して配置され発熱体１２を誘導加熱する誘導加熱コイル１１と、誘導加熱コイル１１に接合して１次コイル６と非接触でトランス結合できる２次コイル７とが設けられている。発熱体１２は、鉄・銅・アルミニウム等の金属や、これらを主体とする合金又は金属化合物などの導電性材料をシート状の形態としたものが選択され、対向する誘導加熱コイル１１の電磁誘導作用で渦電流が生じて発熱する。
【００１７】
前記１次コイル６及び２次コイル７からなるトランス８は、図示は省略したが、１次側ユニット２に設けたＵ字型又はＩ字型等の１次コアの胴部に１次巻き線を巻回してインダクタンスＬ１の１次コイル６が形成され、また、２次側ユニット３に設けたＵ字型又はＩ字型等の２次コアの胴部に巻き線を巻回してインダクタンスＬ２の２次コイル７が形成され、１次コイル６の磁力線から高周波電力を２次コイル７で取り出すようにしてある。また、１次コイル６及び２次コイル７は、筒状のボビンの内部に、巻き線を巻回してなるコイルを内蔵させて形成することもある。１次側ユニット２と２次側ユニット３の間には、１次側ユニット２の樹脂製外郭と２次側ユニット３の樹脂製外郭が介在しており、トランス８は、１次コアの先端と２次コアの先端とが、これら樹脂製外郭により、数ｍｍ（例えば、３〜５ｍｍ）のギャップを隔てて対向してトランス結合するようになっている。
【００１８】
なお、前記２次側ユニット３は、１次側ユニット２に対して移動可能に配置することもある。移動可能とは、１次側ユニット２に対して２次側ユニット３が接合して両ユニット２，３が一体化する状態から両ユニット２，３が分離して別体となる状態に変化する場合や、１次側ユニット２に対して２次側ユニット３が枢支部を介して揺動自在に設けられる場合等をいう。１次側ユニット２に対して２次側ユニット３が接合又は揺動等して１次コイル６及び２次コイル７が接近してトランス結合するときには、１次コイル６の磁力線から高周波電力を２次コイル７で取り出せる状態となり、逆に、１次側ユニット２に対して２次側ユニット３が分離又は揺動等して１次コイル６及び２次コイル７が離れてトランス結合しなくなるときには、１次コイル６の磁力線から高周波電力を２次コイル７で取り出せない状態となる。
【００１９】
前記１次側ユニット２に設けられる１次側回路は、外部電源（ＡＣ１００Ｖ）に接合される側から１次コイル６へ向かって順に、ラインフィルター１７、整流・平滑回路１８、２相発振器１９、ハーフブリッジ形又はフルブリッジ形の高周波インバータ２０、インダクタンスＬ４のコイル１６及び容量Ｃ４のコンデンサ１５から形成したＬ形共振回路１４、及びインダクタンスＬ１の１次コイル６と共振する容量Ｃ１のコンデンサ１３を１次コイル６に接続して形成した共振周波数ｆ1 （式（１）参照）の１次側共振回路４を備え、２相発振器１９で駆動される高周波インバータ２０から１次コイル６に交流電気を供給するように構成してある。Ｌ形共振回路１４は、特許文献２に示す非接触電力伝送装置と同様に、インバータ２０が供給する交流電気の周波数ｆ20よりも５％〜２５％低い共振周波数とすることで、フィルター（ローパスフィルター）としての機能も併せ持ち、１次コイルＬ１からの高調波成分の不要輻射を低減することができるようになる。
【００２０】
【数１】
【００２１】
前記２次側ユニット３に設けられ、２次コイル７と誘導加熱コイル１１を直列に接合する２次側共振回路５は、２次コイル７と共振する容量Ｃ２のコンデンサ９を２次コイル７に接続して形成した２次コイル側共振回路５ａと、インダクタンスＬ３の誘導加熱コイル１１と共振する容量Ｃ３のコンデンサ１０を誘導加熱コイル１１に接続して形成した誘導コイル側共振回路５ｂとを備え、２次コイル側共振回路５ａの共振周波数ｆ5a（式（２）参照）及び誘導コイル側共振回路ｆ5b（式（３）参照）を同一にしてある。本実施の形態に係る本発明誘導加熱装置Ａ１は、前記１次側共振回路４の前記共振周波数ｆ1 、２次コイル側共振回路５ａの共振周波数ｆ5a及び誘導コイル側共振回路５ｂの共振周波数ｆ5bを、インバータ２０が供給する交流電気の周波数ｆ20（例えば、８０ＫＨＺ）と同一にして、インバータ２０から誘導加熱コイル１１に効率的に給電すると共に、１次コイル６と２次コイル７からの不要輻射のノイズを低減することができる。
【００２２】
【数２】
【００２３】
【数３】
【００２４】
前記トランス８は、トランス結合するときの１次コイル６と２次コイル７の結合係数ｋを０．１〜０．３の範囲となるように構成するとよい。結合係数ｋが０．１を下回るときには、１次コイル６のインダクタンスＬ１及び２次コイル７のインダクタンスＬ２が大きくなり過ぎて、トランス８が大型化すると共にトランス８における損失の増加となり好ましくなく、また、結合係数ｋが０．３を超えるときには、１次側共振回路４及び２次コイル側共振回路５ａの共振周波数の調整が難しくなると共に、後述する１次コイル６のＱ値であるＱ１を５〜１０の範囲とすることが難しくなる。
【００２５】
また、前記トランス８は、１次コイル６及び２次コイル６のＱ値を定めるとき、１次コイル６のＱ値であるＱ１を５〜１０の範囲となるように構成するとよい。Ｑ１が５を下回るときには、１次コイル６のインダクタンスＬ１の電流波形や電圧波形が歪んで、トランス８より外側の空間への放射磁界強度が上昇する好ましくない状態となり、また、Ｑ１が１０を超えるときには、２相発振器１９が発する駆動周波数の変動（経時変動や温度変動による変動）、１次側共振回路４の変動（１次コイル６やコンデンサ１３の経時変動や温度変動による変動）及び／又は駆動周波数の設定のズレに敏感に反応して２次コイル７で取り出せる高周波電力の変動が大きくなり、安定した給電が困難となる。なお、上記Ｑ１、Ｑ２及び前記トランス８の結合係数ｋの間には、式（４）の関係がある。トランス８は、２次コイル７との結合係数を０．１〜０．３の範囲にした１次コイル６のＱ値であるＱ１を５〜１０の範囲とすることで、前記１次側ユニット２及び２次側ユニット３の樹脂製外郭の介在により生じる１次コイル６と２次コイル７の間に形成される間隔の寸法が大きくなっても、両コイル６，７を大型化することなく安定して給電できる。
【００２６】
【数４】
【００２７】
前記誘導加熱コイル１１は、前記共振周波数ｆ5bの共振状態において、コイル単体の等価直列抵抗であるｒと、磁気誘導作用で加熱する発熱体１２と組み合わすことで生じる等価直列抵抗であるｒｃが等価的に存在する。そして、誘導加熱コイル１１とコンデンサ１０から形成した誘導コイル側共振回路５ｂは、共振状態において、誘導加熱コイル１１のインダクタンスＬ３とコンデンサ１０の容量Ｃ３の影響がなくなるため、等価直列抵抗ＲＬ＝ｒ＋ｒｃが純抵抗となって２次コイル７の負荷となる。前記２次側共振回路５は、直列共振回路による低インピーダンスの２次コイル側共振回路５ａと、直列共振回路による低インピーダンスの誘導コイル側共振回路５ｂの負荷である等価直列抵抗ＲＬとの整合が取り易くなる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
図２は第２の実施の形態に係る本発明誘導加熱装置Ａ２の回路図である。本発明誘導加熱装置Ａ２は、２次コイル７と誘導加熱コイル１１を接続する２次側共振回路５が前記第１の実施の形態の本発明誘導加熱装置Ａ１（図１参照）と相違するだけで、その他の点については第１の実施の形態の本発明誘導加熱装置Ａ１と同一であり、同一の符号は同一の構成部材等を示す。
【００２９】
本発明誘導加熱装置Ａ２の２次コイル７と誘導加熱コイル１１を直列に接続する２次側共振回路５は、２次コイル７及び誘導加熱コイル１１の各々と同一の共振周波数ｆ5 で共振する共用のコンデンサ２１の一個を、２次コイル７及び誘導加熱コイル１１に直列に接続して、回路構成の簡素化を更に図ってある。本実施の形態では、２次コイル７とコンデンサ２１の組合せ及び誘導加熱コイル１１とコンデンサ２１の組合せの各々の共振周波数を同一にして、２次側共振回路５の共振周波数ｆ5 が第１の実施の形態の共振周波数ｆ5a及びｆ5bと同一となるようにしてある。本実施の形態のコンデンサ２１の容量Ｃ５と、前記第１の実施の形態のコンデンサ９，１０の容量Ｃ２，Ｃ３の関係は、式（５）に示す通りとなる。本実施の形態は、前記第１の実施の形態のコンデンサ９，１０を共用のコンデンサ２１に置換したものであり、共振回路の構成の簡略化を図っている。
【００３０】
【数５】
【００３１】
（第３の実施の形態）
図３は第３の実施の形態に係る本発明誘導加熱装置Ａ３の回路図である。本発明誘導加熱装置Ａ３は、２次コイル７と誘導加熱コイル１１を接続する２次側共振回路５が前記第１の実施の形態の本発明誘導加熱装置Ａ１（図１参照）と相違するだけで、その他の点については第１の実施の形態の本発明誘導加熱装置Ａ１と同一であり、同一の符号は同一の構成部材等を示す。
【００３２】
本発明誘導加熱装置Ａ３の２次コイル７と誘導加熱コイル１１を直列に接続する２次側共振回路５は、２次コイル７と共振する容量Ｃ２のコンデンサ９を２次コイル７に直列に接続して形成した２次コイル側共振回路５ａと、インダクタンスＬ３の誘導加熱コイル１１と共振する容量Ｃ３のコンデンサ１０を誘導加熱コイル１１に並列に接続して形成した誘導コイル側共振回路５ｂとを備え、２次コイル側共振回路５ａの共振周波数ｆ5a（式（２）参照）及び誘導コイル側共振回路ｆ5b（式（３）参照）を同一にしてある。
【００３３】
（第４の実施の形態）
図４は第４の実施の形態に係る本発明誘導加熱装置Ａ４の回路図である。本発明誘導加熱装置Ａ４は、２次コイル７と誘導加熱コイル１１を接続する２次側共振回路５が前記第１の実施の形態の本発明誘導加熱装置Ａ１（図１参照）と相違するだけで、その他の点については第１の実施の形態の本発明誘導加熱装置Ａ１と同一であり、同一の符号は同一の構成部材等を示す。
【００３４】
本発明誘導加熱装置Ａ４の２次コイル７と誘導加熱コイル１１を直列に接続する２次側共振回路５は、２次コイル７と共振する容量Ｃ２のコンデンサ９を２次コイル７に並列に接続して形成した２次コイル側共振回路５ａと、インダクタンスＬ３の誘導加熱コイル１１と共振する容量Ｃ３のコンデンサ１０を誘導加熱コイル１１に並列に接続して形成した誘導コイル側共振回路５ｂとを備え、２次コイル側共振回路５ａの共振周波数ｆ5a（式（２）参照）及び誘導コイル側共振回路ｆ5b（式（３）参照）を同一にしてある。２次側共振回路５は、並列共振回路による高インピーダンスの２次コイル側共振回路５ａと、並列共振回路による高インピーダンスの誘導コイル側共振回路５ｂの負荷である等価直列抵抗ＲＬとの整合が取り易くなる。
【００３５】
（第５の実施の形態）
図５は第５の実施の形態に係る本発明誘導加熱装置Ａ５の回路図である。本発明誘導加熱装置Ａ５は、２次コイル７と誘導加熱コイル１１を接続する２次側共振回路５が前記第１の実施の形態の本発明誘導加熱装置Ａ１（図１参照）と相違するだけで、その他の点については第１の実施の形態の本発明誘導加熱装置Ａ１と同一であり、同一の符号は同一の構成部材等を示す。
【００３６】
本発明誘導加熱装置Ａ５の２次コイル７と誘導加熱コイル１１を直列に接続する２次側共振回路５は、２次コイル７及び誘導加熱コイル１１の各々と同一の共振周波数ｆ5 （共振周波数ｆ5 は、第１の実施の形態の共振周波数ｆ5a及びｆ5bと同一である。）で共振する共用のコンデンサ２２の一個を、２次コイル７及び誘導加熱コイル１１に並列に接続して、回路構成の簡素化を更に図ってある。なお、コンデンサ２２の容量Ｃ６と、前記第４の実施の形態の本発明誘導加熱装置Ａ１のコンデンサ９，１９の容量Ｃ２，Ｃ３の関係は、式（６）に示す通りとなる。
【００３７】
【数６】
【００３８】
（第６の実施の形態）
図６乃至図９は前記本発明誘導加熱装置Ａ１乃至Ａ５のいずれか一つを適用した暖房便座装置３０の第６の実施の形態を示すものであり、図６は暖房便座装置３０の概略構成を示す平面図であって、便座３２の左半分に誘導加熱コイル１１を示すと共に右半分に発熱体１２を示すものである。図７は暖房便座装置３０の左側面図であって、図（Ａ）はロック装置４９のロック状態を示し、図（Ｂ）はロック装置４９の非ロック状態を示すものである。図８は図７（Ａ）の一点鎖線イで囲まれた箇所を拡大して示す断面図、図９は便座の枢支部Ｘ２に組み込まれた１次コイル６及び２次コイル７からなるトランス８の近辺を示す正面図であって，図（Ａ）は支持体６に便座３２を取り付けてトランス８を形成した状態を示し、図（Ｂ）は支持体６から便座３２を分離した状態を示すものである。
【００３９】
本実施の形態に係る暖房便座装置３０は、前記非接触給電装置付き誘導加熱装置Ａ１乃至Ａ５のいずれか一つを適用したものであって、図６及び図７に示す如く、便器（図示省略）の後方上面に設置される１次側ユニット２である支持体３１と、支持体３１に揺動自在に支持される２次側ユニット３である便座３２と、支持体３１に便座３２を揺動自在に枢支する左右の一方（本例では「左」を言う。以下同様）の枢支部Ｘ１及び左右の他方（本例では「右」を言う。以下同様）の枢支部Ｘ２とを備え、支持体３１に対して便座３２が両方の枢支部Ｘ１，Ｘ２を介して揺動自在且つ着脱可能になっている。なお、暖房便座装置３０は、図６に示す態様のものと左右対称に形成して、一方を「右」とすると共に他方を「左」とすることもある。
【００４０】
前記便座３２は、図６乃至図８に示す如く、着座面（着座した使用者の臀部の接触が予定される部分）３３ａを形成した本体部３３と、本体部３３の揺動中心側となる後方の両側に突設した一方の取付用腕部３４及び他方の取付用腕部３５とからなり、本体部３３の内部に加熱手段Ｈ及び便座側制御部Ｂ２を設けてある。加熱手段Ｈは、本体部３３の着座面３３ａを形成する表面材３３ｂの裏面側に設けた鉄・銅・アルミニウム等の金属や、これらを主体とする合金又は金属化合物などの導電性材料をシート状の形態とした発熱体１２（図６は発熱体１２の右側を示しているが、左側にも発熱体１２が設けられる）と、発熱体１２の下方側で底板３３ｃ上などに設けた誘導加熱コイル１１（図６は誘導加熱コイル１１の右側を示しているが、左側にも誘導加熱コイル１１が設けられる）と、発熱体１２と誘導加熱コイル１１の間に充填した断熱層３６（図８参照）との組み合わせからなり、誘導加熱コイル１１で発熱体１２に渦電流を生じさせて発熱体１２を瞬時に発熱させ、着座面３３ａを迅速に昇温するようにしてある。便座側制御部Ｂ２は、前記本発明誘導加熱装置Ａ１乃至Ａ５の２次側ユニット３に設けた２次側共振回路５のコンデンサ９，１０（又は２１，２２）を備え、2 次コイル７と誘導加熱コイル１１を接続している。
【００４１】
前記誘導加熱コイル１１は、図６に示す如く、導線を四角状等に巻き上げた薄い面状のものであって、複数個を直列に接続され、発熱体１２との間の距離の違いに応じ導線の捲き数及び／又は平面積（外側の導線で囲まれた内側の面積）を調整して、発熱体１２の発熱量を均等化してある。本例では、誘導加熱コイル１１の配置領域（便座本体部３３の底板３３ｃ上面）を、発熱体１２との距離に応じて複数の領域に区画し、各領域に配置する分割した誘導加熱コイル１１ａ〜１１ｇにおける導線の捲き数及び／又は平面積を、通電時に電磁誘導で加熱される発熱体１２の発熱量が全域にわたり出来るだけ均等化されるよう設定して、着座面３３ａの全域にわたって温度の均一化を図ってある。分割した複数の誘導加熱コイル１１ａ〜１１ｇは、便座３２の本体部３３に環状に配置されて直列／又は並列に接合されて誘導加熱コイル１１を形成して、便座側制御部Ｂ２に接合される。
【００４２】
前記支持体３１は、図６に示す如く、例えば箱状の形態を有し、前記便座３２の両方の取付用腕部３４，３５で挟まれる膨出部３７を前面部に形成してある。前記支持体３１の内部に設けた支持体側制御部Ｂ１は、前記本発明誘導加熱装置Ａ１乃至Ａ５（図１〜図５参照）の１次側ユニット２に設けたラインフィルター１７、整流・平滑回路１８、２相発振器１９、高周波インバータ２０、Ｌ形共振回路１４及び１次側共振回路４のコンデンサ１３を備え、電源Ｗに接続して電力の供給を受けると共に、他方の枢支部Ｘ２に設けた給電装置であるトランス８と、もう一方の枢支部Ｘ１に設けた便座・便蓋揺動用駆動モータＭとに電力を供給するようにしてある。トランス８は、支持体側制御部Ｂ１に接続した１次コイル６（図５参照）と、便座側制御部Ｂ２に接続した２次コイル７とからなり、両コイル間の電磁誘導で給電を行うようにしてある。駆動モータＭは、便座３２を強制的に揺動させたり、便蓋（図示略）を自動開閉したりするものである。
【００４３】
前記一方（左）の枢支部Ｘ１は、図６に示す如く、前記モータＭの出力軸であって支持体３１の膨出部３７の一方側面から更に一方方向（左方向）へ向かって突出する一方枢軸４７と、図７に示す如く、便座３２の一方の取付用腕部３４に設けられ、軸装部４８ａ及び軸装部４８ａへ一方枢軸４７を出し入れするための一方枢軸出入用開口部４８ｂを有する一方軸受部４８と、軸装部４８ａへ挿着した一方枢軸４７が抜け出すのを阻止するためのロック装置４９とを備えている。
【００４４】
前記他方（右）の枢支部Ｘ２は、図９に示す如く、便座３２の他方の取付用腕部３５から一方の方向（左方向）へ向かって突出する短円柱状の他方枢軸４３と、支持体３１の膨出部３７の他方側（右側）に開設した横向きの嵌挿用凹部４５へ開口端４５ｂから他方枢軸４３を出し入れできる他方軸受部４４とからなる。他方軸受部４４は、支持体３１の一方枢軸４７及び他方軸受部４４が形成する支持体軸芯Ｙ１（便座３２を揺動自在に枢支するときの支持体側の枢支中心となるもの）と分離状態の便座３２の一方軸受部４８及び他方枢軸４３が形成する便座軸芯Ｙ２（便座３２を揺動自在に枢支するときの便座側の枢支中心となるもの）との交差角θを大きくした便座傾斜姿勢Ｅ（図（Ｂ）参照）のまま他方枢軸４３を受け入れでき、更に、他方枢軸４３を受け入れたまま両軸芯Ｙ１，Ｙ２の交差角θを小さくさせる便座傾斜姿勢（図示略）を経て両軸芯Ｙ１，Ｙ２を合致させる便座接合姿勢（図（Ａ）参照）へ移行させるのに伴い、前記一方（左）の枢支部Ｘ１の一方枢軸４７を、一方軸受部４８の開口部４８ｂを通過させて軸装部４８ａへ挿着できるように、嵌挿用凹部４５の奥側４５ａに比べて開口端４５ｂ側を大径となるように傾斜部４５ｃを形成してある。
【００４５】
前記他方（右）の枢支部Ｘ２は、図９に示す如く、他方軸受部４４の嵌挿用凹部４５より奥側に給電装置であるトランス８の１次コイル６を埋設すると共に、他方枢軸４３にトランス８の２次コイル７を埋設してある。１次コイル６は、ボビン６ａの内部にコイル６ｂを内蔵させたものであり、また、２次コイル７は、ボビン７ａの内部にコイル７ｂを内蔵させたものである。トランス８は、１次コイル６の先端と２次コイル７の先端とが、他方軸受部４４を形成する樹脂製外郭及び他方枢軸４３を形成する樹脂製外郭により、数ｍｍ（例えば、３〜５ｍｍ）のギャップを隔てて対向してトランス結合している。トランス８は、前述の如く、１次コイル６と２次コイル７の結合係数が０．１〜０．３であり、１次コイル６のＱ値が５〜１０となるように構成されている。
【００４６】
（第７の実施の形態） 図１０は前記本発明誘導加熱装置Ａ１乃至Ａ５のいずれか一つを適用した暖房便座装置の第７の実施の形態を示すものであり、暖房便座装置５０の概略構成を示す平面図であって、便座３２の左半分に誘導加熱コイル１１を示すと共に右半分に発熱体１２を示すものである。
【００４７】
本実施の形態に係る暖房便座装置５０は、第６の実施の形態に係る暖房便座装置３０とトランス８が相違し、その他の点については第６の実施の形態の暖房便座装置３０と実質的に同一であり、同一の符号は同一の構成部材等を示す。
【００４８】
本実施の形態のトランス８は、支持体６に内蔵され、Ｕ字型の１次コアの胴部に１次巻き線を巻回して形成した１次コイル６と、便座本体部３３に内蔵され、Ｕ字型の２次コアの胴部に巻き線を巻回して形成した２次コイル７とからなり、便座３２を着座可能な伏倒状態としたときに、１次コイル６と２次コイル７が対峙してトランス結合し、１次コイル６の磁力線から高周波電力を２次コイル７で取り出すようにしてある。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る非接触給電装置付き誘導加熱装置の第１の実施の形態の回路図である。
【図２】本発明に係る非接触給電装置付き誘導加熱装置の第２の実施の形態の回路図である。
【図３】本発明に係る非接触給電装置付き誘導加熱装置の第３の実施の形態の回路図である。
【図４】本発明に係る非接触給電装置付き誘導加熱装置の第４の実施の形態の回路図である。
【図５】本発明に係る非接触給電装置付き誘導加熱装置の第５の実施の形態の回路図である。
【図６】本発明に係る暖房便座装置の第６の実施の形態を示すものであり、暖房便座装置の概略構成を示す平面図である。
【図７】第６の実施の形態に係る暖房便座装置の左側面図であって、図（Ａ）はロック装置のロック状態を示し、図（Ｂ）はロック装置の非ロック状態を示すものである。
【図８】図７（Ａ）の一点鎖線イで囲まれた箇所を拡大して示す断面図である。
【図９】便座の枢支部に組み込まれた１次コイル及び２次コイルからなるトランスの近辺を示す正面図であって，図（Ａ）は支持体に便座を取り付けてトランスを形成した状態を示し、図（Ｂ）は支持体から便座を分離した状態を示すものである。
【図１０】本発明に係る暖房便座装置の第７の実施の形態を示すものであり、暖房便座装置の概略構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５０】
２…１次側ユニット、３…２次側ユニット、４…１次側共振回路、５…２次側共振回路、６…１次コイル、７…２次コイル、８…トランス、９…２次コイル側コンデンサ、１０…誘導加熱コイル側コンデンサ、１１…誘導加熱コイル、１２…発熱体、１３…１次コイル側コンデンサ、２０…高周波インバータ、２１（２２）…共用のコンデンサ、３０（５０）…暖房便座装置、３１…支持体、３２…便座、３３…本体部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電装置を介して給電された誘導加熱コイルで発熱体を誘導加熱する非接触給電装置付き誘導加熱装置、及び該非接触給電装置付き誘導加熱装置を適用した暖房便座装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、非接触給電装置付き誘導加熱装置を適用した暖房便座装置は、特許文献１に示す如く、便座支持体に、１次コイル及び１次コイルに交流電気を供給するインバータが設けられ、便座支持体と着脱可能な便座に、発熱体、発熱体を誘導加熱する誘導加熱コイル及び誘導加熱コイルに直列に接合した２次コイルが設けられ，１次コイルと２次コイルをトランス結合するように対面させ非接触で誘導加熱コイルに交流電気を供給するものがある。
【０００３】
また、非接触電力伝送装置には、特許文献２に示す如く、小型かつ高効率で、１次コイルから不要輻射する高調波成分を低減させるために、結合トランスの１次側と２次側を個別に収容して、相互に分離可能に構成してなる１次側ユニットと２次側ユニットを具備し、１次コイルと共振するコンデンサを、前記１次コイルに直列に接続して１次側直列共振回路を形成し、この１次側直列共振回路と駆動回路との間に、コイル及びこのコイルに共振するコンデンサを有するＬ形共振回路を挿入し、このＬ形共振回路と１次側直列共振回路とを直列に接続し、２次コイルと共振するコンデンサを、２次コイルと直列に接続して２次側直列共振回路を形成したものがある。この非接触電力伝送装置は、２次側直列共振回路に接続して、負荷に給電する２次側整流回路が設けられている。
【特許文献１】特開２０００−２３８８０号
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００６／２２３６５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、非接触給電装置を介して誘導加熱コイルに給電するには、誘導加熱コイルに２次コイルを直列に接合しただけでは達成することは不可能であり、特許文献１にも誘導加熱コイルへ効率的に給電するための具体的な技術について何ら開示されていない。
【０００５】
そこで、非接触給電装置を介して誘導加熱コイルに給電する装置としては、特許文献１に記載の非接触電力伝送装置を利用して、２次側整流回路と誘導加熱コイルの間に２次側インバータを別途設けて、２次側インバータから誘導加熱コイルに高周波電流を給電して発熱体を誘導加熱することが考えられる。
しかし、２次側整流回路及び２次側インバータを併設することは、誘導加熱コイルを設けた便座等の２次側ユニットの回路構成が複雑になると共に、２次側整流回路及び２次側インバータに生じる損失で効率的に給電できない問題がある。
【０００６】
本発明は、非接触給電装置を介して誘導加熱コイルに簡単な回路構成で効率的に給電できる非接触給電装置付き誘導加熱装置及び暖房便座装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
非接触給電装置を介して誘導加熱コイルに簡単な回路構成で効率的に給電できるようにするために請求項１記載の本発明が採用した手段は、１次側ユニットと、１次側ユニットと別体に形成した２次側ユニットとを備え、１次側ユニットには、１次コイルと、１次コイルに交流電気を供給するインバータとが設けられ、２次側ユニットには、発熱体と、発熱体を誘導加熱する誘導加熱コイルと、誘導加熱コイルに接合すると共に１次コイルと非接触でトランス結合できる２次コイルとが設けられた非接触給電装置付き誘導加熱装置において、１次側ユニットに、１次コイルと共振するコンデンサを１次コイルに接続して１次側共振回路を形成し、２次側ユニットに、直列に接続する２次コイル及び誘導加熱コイルに、直列及び／又は並列にコンデンサを接合して、２次コイルとコンデンサの組合せ及び誘導加熱コイルとコンデンサの組合せの各々の共振周波数を同一とする２次側共振回路を形成したことを特徴とする非接触給電装置付き誘導加熱装置である。
【０００８】
インバータから誘導加熱コイルへ効率的に給電できるようにするために請求項２記載の本発明が採用した手段は、前記１次側共振回路の共振周波数と、前記２次側共振回路の前記各組合せの共振周波数と、前記インバータが供給する交流電気の周波数とを同一にした請求項１記載の非接触給電装置付き誘導加熱装置である。
【０００９】
１次コイルと２次コイルが離隔しも両コイルを大型化することなく安定して給電できるようにするために請求項３記載の本発明が採用した手段は、トランス結合した前記１次コイルと２次コイルの結合係数が０．１〜０．３であり、前記１次コイルのＱ値が５〜１０である請求項１又は２の非接触給電装置付き誘導加熱装置である。
【００１０】
非接触給電装置を介して誘導加熱コイルに簡単な回路構成で効率的に給電できる暖房便座装置とするために請求項４記載の本発明が採用した手段は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の非接触給電装置付き誘導加熱装置を用い、前記１次側ユニットで形成した支持体に、前記２次側ユニットで形成した便座を仰伏自在に枢支し、誘導加熱で生じた発熱体の発熱を便座の着座面へ伝達させることを特徴とする暖房便座装置である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の本発明に係る非接触給電装置付き誘導加熱装置は、直列に接続する２次コイル及び誘導加熱コイルに直列及び／又は並列にコンデンサを接合する簡単な回路構成で２次側共振回路を形成できると共に、２次コイルとコンデンサの組合せ及び誘導加熱コイルとコンデンサの組合せの各々を同一の共振周波数で共振させることで、２次コイルから誘導加熱コイルに効率的に給電することができる。
【００１２】
請求項２記載の本発明に係る非接触給電装置付き誘導加熱装置は、１次コイル、２次コイル及び誘導コイルの各々が形成する共振回路の共振周波数をインバータが供給する交流電気の周波数と同一とすることでインバータから誘導加熱コイルに効率的に給電することができる。
【００１３】
請求項３記載の本発明に係る非接触給電装置付き誘導加熱装置は、２次コイルとの結合係数を０．１〜０．３の範囲にした１次コイルのＱ値を５〜１０の範囲とすることで、トランス結合した１次コイルと２次コイルの間に形成される間隔の寸法が数ｍｍ程度（例えば、３〜５ｍｍ）大きくなっても、両コイルを大型化することなく安定して給電できる。
【００１４】
請求項４記載の本発明に係る暖房便座装置は、便座に簡単な回路構成で２次側共振回路を容易に組込むことができると共に、非接触給電装置を介して誘導加熱コイルに効率的に給電できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は本発明に係る非接触給電装置付き誘導加熱装置（以下、「本発明誘導加熱装置」と言う）の第１の実施の形態の回路図である。
【００１６】
本発明誘導加熱装置Ａ１は、１次側ユニット２と、１次側ユニット２と別体に形成した２次側ユニット３とを備え、１次側ユニット２に、１次コイル６と、１次コイル６に交流電気を供給するインバータ２０とが設けられると共に、２次側ユニット３に、発熱体１２と、発熱体１２と対向して配置され発熱体１２を誘導加熱する誘導加熱コイル１１と、誘導加熱コイル１１に接合して１次コイル６と非接触でトランス結合できる２次コイル７とが設けられている。発熱体１２は、鉄・銅・アルミニウム等の金属や、これらを主体とする合金又は金属化合物などの導電性材料をシート状の形態としたものが選択され、対向する誘導加熱コイル１１の電磁誘導作用で渦電流が生じて発熱する。
【００１７】
前記１次コイル６及び２次コイル７からなるトランス８は、図示は省略したが、１次側ユニット２に設けたＵ字型又はＩ字型等の１次コアの胴部に１次巻き線を巻回してインダクタンスＬ１の１次コイル６が形成され、また、２次側ユニット３に設けたＵ字型又はＩ字型等の２次コアの胴部に巻き線を巻回してインダクタンスＬ２の２次コイル７が形成され、１次コイル６の磁力線から高周波電力を２次コイル７で取り出すようにしてある。また、１次コイル６及び２次コイル７は、筒状のボビンの内部に、巻き線を巻回してなるコイルを内蔵させて形成することもある。１次側ユニット２と２次側ユニット３の間には、１次側ユニット２の樹脂製外郭と２次側ユニット３の樹脂製外郭が介在しており、トランス８は、１次コアの先端と２次コアの先端とが、これら樹脂製外郭により、数ｍｍ（例えば、３〜５ｍｍ）のギャップを隔てて対向してトランス結合するようになっている。
【００１８】
なお、前記２次側ユニット３は、１次側ユニット２に対して移動可能に配置することもある。移動可能とは、１次側ユニット２に対して２次側ユニット３が接合して両ユニット２，３が一体化する状態から両ユニット２，３が分離して別体となる状態に変化する場合や、１次側ユニット２に対して２次側ユニット３が枢支部を介して揺動自在に設けられる場合等をいう。１次側ユニット２に対して２次側ユニット３が接合又は揺動等して１次コイル６及び２次コイル７が接近してトランス結合するときには、１次コイル６の磁力線から高周波電力を２次コイル７で取り出せる状態となり、逆に、１次側ユニット２に対して２次側ユニット３が分離又は揺動等して１次コイル６及び２次コイル７が離れてトランス結合しなくなるときには、１次コイル６の磁力線から高周波電力を２次コイル７で取り出せない状態となる。
【００１９】
前記１次側ユニット２に設けられる１次側回路は、外部電源（ＡＣ１００Ｖ）に接合される側から１次コイル６へ向かって順に、ラインフィルター１７、整流・平滑回路１８、２相発振器１９、ハーフブリッジ形又はフルブリッジ形の高周波インバータ２０、インダクタンスＬ４のコイル１６及び容量Ｃ４のコンデンサ１５から形成したＬ形共振回路１４、及びインダクタンスＬ１の１次コイル６と共振する容量Ｃ１のコンデンサ１３を１次コイル６に接続して形成した共振周波数ｆ1 （式（１）参照）の１次側共振回路４を備え、２相発振器１９で駆動される高周波インバータ２０から１次コイル６に交流電気を供給するように構成してある。Ｌ形共振回路１４は、特許文献２に示す非接触電力伝送装置と同様に、インバータ２０が供給する交流電気の周波数ｆ20よりも５％〜２５％低い共振周波数とすることで、フィルター（ローパスフィルター）としての機能も併せ持ち、１次コイルＬ１からの高調波成分の不要輻射を低減することができるようになる。
【００２０】
【数１】
【００２１】
前記２次側ユニット３に設けられ、２次コイル７と誘導加熱コイル１１を直列に接合する２次側共振回路５は、２次コイル７と共振する容量Ｃ２のコンデンサ９を２次コイル７に接続して形成した２次コイル側共振回路５ａと、インダクタンスＬ３の誘導加熱コイル１１と共振する容量Ｃ３のコンデンサ１０を誘導加熱コイル１１に接続して形成した誘導コイル側共振回路５ｂとを備え、２次コイル側共振回路５ａの共振周波数ｆ5a（式（２）参照）及び誘導コイル側共振回路ｆ5b（式（３）参照）を同一にしてある。本実施の形態に係る本発明誘導加熱装置Ａ１は、前記１次側共振回路４の前記共振周波数ｆ1 、２次コイル側共振回路５ａの共振周波数ｆ5a及び誘導コイル側共振回路５ｂの共振周波数ｆ5bを、インバータ２０が供給する交流電気の周波数ｆ20（例えば、８０ＫＨＺ）と同一にして、インバータ２０から誘導加熱コイル１１に効率的に給電すると共に、１次コイル６と２次コイル７からの不要輻射のノイズを低減することができる。
【００２２】
【数２】
【００２３】
【数３】
【００２４】
前記トランス８は、トランス結合するときの１次コイル６と２次コイル７の結合係数ｋを０．１〜０．３の範囲となるように構成するとよい。結合係数ｋが０．１を下回るときには、１次コイル６のインダクタンスＬ１及び２次コイル７のインダクタンスＬ２が大きくなり過ぎて、トランス８が大型化すると共にトランス８における損失の増加となり好ましくなく、また、結合係数ｋが０．３を超えるときには、１次側共振回路４及び２次コイル側共振回路５ａの共振周波数の調整が難しくなると共に、後述する１次コイル６のＱ値であるＱ１を５〜１０の範囲とすることが難しくなる。
【００２５】
また、前記トランス８は、１次コイル６及び２次コイル６のＱ値を定めるとき、１次コイル６のＱ値であるＱ１を５〜１０の範囲となるように構成するとよい。Ｑ１が５を下回るときには、１次コイル６のインダクタンスＬ１の電流波形や電圧波形が歪んで、トランス８より外側の空間への放射磁界強度が上昇する好ましくない状態となり、また、Ｑ１が１０を超えるときには、２相発振器１９が発する駆動周波数の変動（経時変動や温度変動による変動）、１次側共振回路４の変動（１次コイル６やコンデンサ１３の経時変動や温度変動による変動）及び／又は駆動周波数の設定のズレに敏感に反応して２次コイル７で取り出せる高周波電力の変動が大きくなり、安定した給電が困難となる。なお、上記Ｑ１、Ｑ２及び前記トランス８の結合係数ｋの間には、式（４）の関係がある。トランス８は、２次コイル７との結合係数を０．１〜０．３の範囲にした１次コイル６のＱ値であるＱ１を５〜１０の範囲とすることで、前記１次側ユニット２及び２次側ユニット３の樹脂製外郭の介在により生じる１次コイル６と２次コイル７の間に形成される間隔の寸法が大きくなっても、両コイル６，７を大型化することなく安定して給電できる。
【００２６】
【数４】
【００２７】
前記誘導加熱コイル１１は、前記共振周波数ｆ5bの共振状態において、コイル単体の等価直列抵抗であるｒと、磁気誘導作用で加熱する発熱体１２と組み合わすことで生じる等価直列抵抗であるｒｃが等価的に存在する。そして、誘導加熱コイル１１とコンデンサ１０から形成した誘導コイル側共振回路５ｂは、共振状態において、誘導加熱コイル１１のインダクタンスＬ３とコンデンサ１０の容量Ｃ３の影響がなくなるため、等価直列抵抗ＲＬ＝ｒ＋ｒｃが純抵抗となって２次コイル７の負荷となる。前記２次側共振回路５は、直列共振回路による低インピーダンスの２次コイル側共振回路５ａと、直列共振回路による低インピーダンスの誘導コイル側共振回路５ｂの負荷である等価直列抵抗ＲＬとの整合が取り易くなる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
図２は第２の実施の形態に係る本発明誘導加熱装置Ａ２の回路図である。本発明誘導加熱装置Ａ２は、２次コイル７と誘導加熱コイル１１を接続する２次側共振回路５が前記第１の実施の形態の本発明誘導加熱装置Ａ１（図１参照）と相違するだけで、その他の点については第１の実施の形態の本発明誘導加熱装置Ａ１と同一であり、同一の符号は同一の構成部材等を示す。
【００２９】
本発明誘導加熱装置Ａ２の２次コイル７と誘導加熱コイル１１を直列に接続する２次側共振回路５は、２次コイル７及び誘導加熱コイル１１の各々と同一の共振周波数ｆ5 で共振する共用のコンデンサ２１の一個を、２次コイル７及び誘導加熱コイル１１に直列に接続して、回路構成の簡素化を更に図ってある。本実施の形態では、２次コイル７とコンデンサ２１の組合せ及び誘導加熱コイル１１とコンデンサ２１の組合せの各々の共振周波数を同一にして、２次側共振回路５の共振周波数ｆ5 が第１の実施の形態の共振周波数ｆ5a及びｆ5bと同一となるようにしてある。本実施の形態のコンデンサ２１の容量Ｃ５と、前記第１の実施の形態のコンデンサ９，１０の容量Ｃ２，Ｃ３の関係は、式（５）に示す通りとなる。本実施の形態は、前記第１の実施の形態のコンデンサ９，１０を共用のコンデンサ２１に置換したものであり、共振回路の構成の簡略化を図っている。
【００３０】
【数５】
【００３１】
（第３の実施の形態）
図３は第３の実施の形態に係る本発明誘導加熱装置Ａ３の回路図である。本発明誘導加熱装置Ａ３は、２次コイル７と誘導加熱コイル１１を接続する２次側共振回路５が前記第１の実施の形態の本発明誘導加熱装置Ａ１（図１参照）と相違するだけで、その他の点については第１の実施の形態の本発明誘導加熱装置Ａ１と同一であり、同一の符号は同一の構成部材等を示す。
【００３２】
本発明誘導加熱装置Ａ３の２次コイル７と誘導加熱コイル１１を直列に接続する２次側共振回路５は、２次コイル７と共振する容量Ｃ２のコンデンサ９を２次コイル７に直列に接続して形成した２次コイル側共振回路５ａと、インダクタンスＬ３の誘導加熱コイル１１と共振する容量Ｃ３のコンデンサ１０を誘導加熱コイル１１に並列に接続して形成した誘導コイル側共振回路５ｂとを備え、２次コイル側共振回路５ａの共振周波数ｆ5a（式（２）参照）及び誘導コイル側共振回路ｆ5b（式（３）参照）を同一にしてある。
【００３３】
（第４の実施の形態）
図４は第４の実施の形態に係る本発明誘導加熱装置Ａ４の回路図である。本発明誘導加熱装置Ａ４は、２次コイル７と誘導加熱コイル１１を接続する２次側共振回路５が前記第１の実施の形態の本発明誘導加熱装置Ａ１（図１参照）と相違するだけで、その他の点については第１の実施の形態の本発明誘導加熱装置Ａ１と同一であり、同一の符号は同一の構成部材等を示す。
【００３４】
本発明誘導加熱装置Ａ４の２次コイル７と誘導加熱コイル１１を直列に接続する２次側共振回路５は、２次コイル７と共振する容量Ｃ２のコンデンサ９を２次コイル７に並列に接続して形成した２次コイル側共振回路５ａと、インダクタンスＬ３の誘導加熱コイル１１と共振する容量Ｃ３のコンデンサ１０を誘導加熱コイル１１に並列に接続して形成した誘導コイル側共振回路５ｂとを備え、２次コイル側共振回路５ａの共振周波数ｆ5a（式（２）参照）及び誘導コイル側共振回路ｆ5b（式（３）参照）を同一にしてある。２次側共振回路５は、並列共振回路による高インピーダンスの２次コイル側共振回路５ａと、並列共振回路による高インピーダンスの誘導コイル側共振回路５ｂの負荷である等価直列抵抗ＲＬとの整合が取り易くなる。
【００３５】
（第５の実施の形態）
図５は第５の実施の形態に係る本発明誘導加熱装置Ａ５の回路図である。本発明誘導加熱装置Ａ５は、２次コイル７と誘導加熱コイル１１を接続する２次側共振回路５が前記第１の実施の形態の本発明誘導加熱装置Ａ１（図１参照）と相違するだけで、その他の点については第１の実施の形態の本発明誘導加熱装置Ａ１と同一であり、同一の符号は同一の構成部材等を示す。
【００３６】
本発明誘導加熱装置Ａ５の２次コイル７と誘導加熱コイル１１を直列に接続する２次側共振回路５は、２次コイル７及び誘導加熱コイル１１の各々と同一の共振周波数ｆ5 （共振周波数ｆ5 は、第１の実施の形態の共振周波数ｆ5a及びｆ5bと同一である。）で共振する共用のコンデンサ２２の一個を、２次コイル７及び誘導加熱コイル１１に並列に接続して、回路構成の簡素化を更に図ってある。なお、コンデンサ２２の容量Ｃ６と、前記第４の実施の形態の本発明誘導加熱装置Ａ１のコンデンサ９，１９の容量Ｃ２，Ｃ３の関係は、式（６）に示す通りとなる。
【００３７】
【数６】
【００３８】
（第６の実施の形態）
図６乃至図９は前記本発明誘導加熱装置Ａ１乃至Ａ５のいずれか一つを適用した暖房便座装置３０の第６の実施の形態を示すものであり、図６は暖房便座装置３０の概略構成を示す平面図であって、便座３２の左半分に誘導加熱コイル１１を示すと共に右半分に発熱体１２を示すものである。図７は暖房便座装置３０の左側面図であって、図（Ａ）はロック装置４９のロック状態を示し、図（Ｂ）はロック装置４９の非ロック状態を示すものである。図８は図７（Ａ）の一点鎖線イで囲まれた箇所を拡大して示す断面図、図９は便座の枢支部Ｘ２に組み込まれた１次コイル６及び２次コイル７からなるトランス８の近辺を示す正面図であって，図（Ａ）は支持体６に便座３２を取り付けてトランス８を形成した状態を示し、図（Ｂ）は支持体６から便座３２を分離した状態を示すものである。
【００３９】
本実施の形態に係る暖房便座装置３０は、前記非接触給電装置付き誘導加熱装置Ａ１乃至Ａ５のいずれか一つを適用したものであって、図６及び図７に示す如く、便器（図示省略）の後方上面に設置される１次側ユニット２である支持体３１と、支持体３１に揺動自在に支持される２次側ユニット３である便座３２と、支持体３１に便座３２を揺動自在に枢支する左右の一方（本例では「左」を言う。以下同様）の枢支部Ｘ１及び左右の他方（本例では「右」を言う。以下同様）の枢支部Ｘ２とを備え、支持体３１に対して便座３２が両方の枢支部Ｘ１，Ｘ２を介して揺動自在且つ着脱可能になっている。なお、暖房便座装置３０は、図６に示す態様のものと左右対称に形成して、一方を「右」とすると共に他方を「左」とすることもある。
【００４０】
前記便座３２は、図６乃至図８に示す如く、着座面（着座した使用者の臀部の接触が予定される部分）３３ａを形成した本体部３３と、本体部３３の揺動中心側となる後方の両側に突設した一方の取付用腕部３４及び他方の取付用腕部３５とからなり、本体部３３の内部に加熱手段Ｈ及び便座側制御部Ｂ２を設けてある。加熱手段Ｈは、本体部３３の着座面３３ａを形成する表面材３３ｂの裏面側に設けた鉄・銅・アルミニウム等の金属や、これらを主体とする合金又は金属化合物などの導電性材料をシート状の形態とした発熱体１２（図６は発熱体１２の右側を示しているが、左側にも発熱体１２が設けられる）と、発熱体１２の下方側で底板３３ｃ上などに設けた誘導加熱コイル１１（図６は誘導加熱コイル１１の右側を示しているが、左側にも誘導加熱コイル１１が設けられる）と、発熱体１２と誘導加熱コイル１１の間に充填した断熱層３６（図８参照）との組み合わせからなり、誘導加熱コイル１１で発熱体１２に渦電流を生じさせて発熱体１２を瞬時に発熱させ、着座面３３ａを迅速に昇温するようにしてある。便座側制御部Ｂ２は、前記本発明誘導加熱装置Ａ１乃至Ａ５の２次側ユニット３に設けた２次側共振回路５のコンデンサ９，１０（又は２１，２２）を備え、2 次コイル７と誘導加熱コイル１１を接続している。
【００４１】
前記誘導加熱コイル１１は、図６に示す如く、導線を四角状等に巻き上げた薄い面状のものであって、複数個を直列に接続され、発熱体１２との間の距離の違いに応じ導線の捲き数及び／又は平面積（外側の導線で囲まれた内側の面積）を調整して、発熱体１２の発熱量を均等化してある。本例では、誘導加熱コイル１１の配置領域（便座本体部３３の底板３３ｃ上面）を、発熱体１２との距離に応じて複数の領域に区画し、各領域に配置する分割した誘導加熱コイル１１ａ〜１１ｇにおける導線の捲き数及び／又は平面積を、通電時に電磁誘導で加熱される発熱体１２の発熱量が全域にわたり出来るだけ均等化されるよう設定して、着座面３３ａの全域にわたって温度の均一化を図ってある。分割した複数の誘導加熱コイル１１ａ〜１１ｇは、便座３２の本体部３３に環状に配置されて直列／又は並列に接合されて誘導加熱コイル１１を形成して、便座側制御部Ｂ２に接合される。
【００４２】
前記支持体３１は、図６に示す如く、例えば箱状の形態を有し、前記便座３２の両方の取付用腕部３４，３５で挟まれる膨出部３７を前面部に形成してある。前記支持体３１の内部に設けた支持体側制御部Ｂ１は、前記本発明誘導加熱装置Ａ１乃至Ａ５（図１〜図５参照）の１次側ユニット２に設けたラインフィルター１７、整流・平滑回路１８、２相発振器１９、高周波インバータ２０、Ｌ形共振回路１４及び１次側共振回路４のコンデンサ１３を備え、電源Ｗに接続して電力の供給を受けると共に、他方の枢支部Ｘ２に設けた給電装置であるトランス８と、もう一方の枢支部Ｘ１に設けた便座・便蓋揺動用駆動モータＭとに電力を供給するようにしてある。トランス８は、支持体側制御部Ｂ１に接続した１次コイル６（図５参照）と、便座側制御部Ｂ２に接続した２次コイル７とからなり、両コイル間の電磁誘導で給電を行うようにしてある。駆動モータＭは、便座３２を強制的に揺動させたり、便蓋（図示略）を自動開閉したりするものである。
【００４３】
前記一方（左）の枢支部Ｘ１は、図６に示す如く、前記モータＭの出力軸であって支持体３１の膨出部３７の一方側面から更に一方方向（左方向）へ向かって突出する一方枢軸４７と、図７に示す如く、便座３２の一方の取付用腕部３４に設けられ、軸装部４８ａ及び軸装部４８ａへ一方枢軸４７を出し入れするための一方枢軸出入用開口部４８ｂを有する一方軸受部４８と、軸装部４８ａへ挿着した一方枢軸４７が抜け出すのを阻止するためのロック装置４９とを備えている。
【００４４】
前記他方（右）の枢支部Ｘ２は、図９に示す如く、便座３２の他方の取付用腕部３５から一方の方向（左方向）へ向かって突出する短円柱状の他方枢軸４３と、支持体３１の膨出部３７の他方側（右側）に開設した横向きの嵌挿用凹部４５へ開口端４５ｂから他方枢軸４３を出し入れできる他方軸受部４４とからなる。他方軸受部４４は、支持体３１の一方枢軸４７及び他方軸受部４４が形成する支持体軸芯Ｙ１（便座３２を揺動自在に枢支するときの支持体側の枢支中心となるもの）と分離状態の便座３２の一方軸受部４８及び他方枢軸４３が形成する便座軸芯Ｙ２（便座３２を揺動自在に枢支するときの便座側の枢支中心となるもの）との交差角θを大きくした便座傾斜姿勢Ｅ（図（Ｂ）参照）のまま他方枢軸４３を受け入れでき、更に、他方枢軸４３を受け入れたまま両軸芯Ｙ１，Ｙ２の交差角θを小さくさせる便座傾斜姿勢（図示略）を経て両軸芯Ｙ１，Ｙ２を合致させる便座接合姿勢（図（Ａ）参照）へ移行させるのに伴い、前記一方（左）の枢支部Ｘ１の一方枢軸４７を、一方軸受部４８の開口部４８ｂを通過させて軸装部４８ａへ挿着できるように、嵌挿用凹部４５の奥側４５ａに比べて開口端４５ｂ側を大径となるように傾斜部４５ｃを形成してある。
【００４５】
前記他方（右）の枢支部Ｘ２は、図９に示す如く、他方軸受部４４の嵌挿用凹部４５より奥側に給電装置であるトランス８の１次コイル６を埋設すると共に、他方枢軸４３にトランス８の２次コイル７を埋設してある。１次コイル６は、ボビン６ａの内部にコイル６ｂを内蔵させたものであり、また、２次コイル７は、ボビン７ａの内部にコイル７ｂを内蔵させたものである。トランス８は、１次コイル６の先端と２次コイル７の先端とが、他方軸受部４４を形成する樹脂製外郭及び他方枢軸４３を形成する樹脂製外郭により、数ｍｍ（例えば、３〜５ｍｍ）のギャップを隔てて対向してトランス結合している。トランス８は、前述の如く、１次コイル６と２次コイル７の結合係数が０．１〜０．３であり、１次コイル６のＱ値が５〜１０となるように構成されている。
【００４６】
（第７の実施の形態） 図１０は前記本発明誘導加熱装置Ａ１乃至Ａ５のいずれか一つを適用した暖房便座装置の第７の実施の形態を示すものであり、暖房便座装置５０の概略構成を示す平面図であって、便座３２の左半分に誘導加熱コイル１１を示すと共に右半分に発熱体１２を示すものである。
【００４７】
本実施の形態に係る暖房便座装置５０は、第６の実施の形態に係る暖房便座装置３０とトランス８が相違し、その他の点については第６の実施の形態の暖房便座装置３０と実質的に同一であり、同一の符号は同一の構成部材等を示す。
【００４８】
本実施の形態のトランス８は、支持体６に内蔵され、Ｕ字型の１次コアの胴部に１次巻き線を巻回して形成した１次コイル６と、便座本体部３３に内蔵され、Ｕ字型の２次コアの胴部に巻き線を巻回して形成した２次コイル７とからなり、便座３２を着座可能な伏倒状態としたときに、１次コイル６と２次コイル７が対峙してトランス結合し、１次コイル６の磁力線から高周波電力を２次コイル７で取り出すようにしてある。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る非接触給電装置付き誘導加熱装置の第１の実施の形態の回路図である。
【図２】本発明に係る非接触給電装置付き誘導加熱装置の第２の実施の形態の回路図である。
【図３】本発明に係る非接触給電装置付き誘導加熱装置の第３の実施の形態の回路図である。
【図４】本発明に係る非接触給電装置付き誘導加熱装置の第４の実施の形態の回路図である。
【図５】本発明に係る非接触給電装置付き誘導加熱装置の第５の実施の形態の回路図である。
【図６】本発明に係る暖房便座装置の第６の実施の形態を示すものであり、暖房便座装置の概略構成を示す平面図である。
【図７】第６の実施の形態に係る暖房便座装置の左側面図であって、図（Ａ）はロック装置のロック状態を示し、図（Ｂ）はロック装置の非ロック状態を示すものである。
【図８】図７（Ａ）の一点鎖線イで囲まれた箇所を拡大して示す断面図である。
【図９】便座の枢支部に組み込まれた１次コイル及び２次コイルからなるトランスの近辺を示す正面図であって，図（Ａ）は支持体に便座を取り付けてトランスを形成した状態を示し、図（Ｂ）は支持体から便座を分離した状態を示すものである。
【図１０】本発明に係る暖房便座装置の第７の実施の形態を示すものであり、暖房便座装置の概略構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５０】
２…１次側ユニット、３…２次側ユニット、４…１次側共振回路、５…２次側共振回路、６…１次コイル、７…２次コイル、８…トランス、９…２次コイル側コンデンサ、１０…誘導加熱コイル側コンデンサ、１１…誘導加熱コイル、１２…発熱体、１３…１次コイル側コンデンサ、２０…高周波インバータ、２１（２２）…共用のコンデンサ、３０（５０）…暖房便座装置、３１…支持体、３２…便座、３３…本体部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側ユニットと、１次側ユニットと別体に形成した２次側ユニットとを備え、１次側ユニットには、１次コイルと、１次コイルに交流電気を供給するインバータとが設けられ、２次側ユニットには、発熱体と、発熱体を誘導加熱する誘導加熱コイルと、誘導加熱コイルに接合すると共に１次コイルと非接触でトランス結合できる２次コイルとが設けられた非接触給電装置付き誘導加熱装置において、
１次側ユニットに、１次コイルと共振するコンデンサを１次コイルに接続して１次側共振回路を形成し、
２次側ユニットに、直列に接続する２次コイル及び誘導加熱コイルに、直列及び／又は並列にコンデンサを接合して、２次コイルとコンデンサの組合せ及び誘導加熱コイルとコンデンサの組合せの各々の共振周波数を同一とする２次側共振回路を形成した
ことを特徴とする非接触給電装置付き誘導加熱装置。
【請求項２】
前記１次側共振回路の共振周波数と、前記２次側共振回路の前記各組合せの共振周波数と、前記インバータが供給する交流電気の周波数とを同一にした請求項１記載の非接触給電装置付き誘導加熱装置。
【請求項３】
トランス結合した前記１次コイルと２次コイルの結合係数が０．１〜０．３であり、前記１次コイルのＱ値が５〜１０である請求項１又は２の非接触給電装置付き誘導加熱装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の非接触給電装置付き誘導加熱装置を用い、前記１次側ユニットで形成した支持体に、前記２次側ユニットで形成した便座を仰伏自在に枢支し、誘導加熱で生じた発熱体の発熱を便座の着座面へ伝達させることを特徴とする暖房便座装置。
【請求項１】
１次側ユニットと、１次側ユニットと別体に形成した２次側ユニットとを備え、１次側ユニットには、１次コイルと、１次コイルに交流電気を供給するインバータとが設けられ、２次側ユニットには、発熱体と、発熱体を誘導加熱する誘導加熱コイルと、誘導加熱コイルに接合すると共に１次コイルと非接触でトランス結合できる２次コイルとが設けられた非接触給電装置付き誘導加熱装置において、
１次側ユニットに、１次コイルと共振するコンデンサを１次コイルに接続して１次側共振回路を形成し、
２次側ユニットに、直列に接続する２次コイル及び誘導加熱コイルに、直列及び／又は並列にコンデンサを接合して、２次コイルとコンデンサの組合せ及び誘導加熱コイルとコンデンサの組合せの各々の共振周波数を同一とする２次側共振回路を形成した
ことを特徴とする非接触給電装置付き誘導加熱装置。
【請求項２】
前記１次側共振回路の共振周波数と、前記２次側共振回路の前記各組合せの共振周波数と、前記インバータが供給する交流電気の周波数とを同一にした請求項１記載の非接触給電装置付き誘導加熱装置。
【請求項３】
トランス結合した前記１次コイルと２次コイルの結合係数が０．１〜０．３であり、前記１次コイルのＱ値が５〜１０である請求項１又は２の非接触給電装置付き誘導加熱装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の非接触給電装置付き誘導加熱装置を用い、前記１次側ユニットで形成した支持体に、前記２次側ユニットで形成した便座を仰伏自在に枢支し、誘導加熱で生じた発熱体の発熱を便座の着座面へ伝達させることを特徴とする暖房便座装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１１３９９２（Ｐ２０１０−１１３９９２Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８６６９０（Ｐ２００８−２８６６９０）
【出願日】平成２０年１１月７日（２００８．１１．７）
【出願人】（００００００４７９）株式会社ＩＮＡＸ (1,429)
【出願人】（３０００４４８９４）北伸電機株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月７日（２００８．１１．７）
【出願人】（００００００４７９）株式会社ＩＮＡＸ (1,429)
【出願人】（３０００４４８９４）北伸電機株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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