(57)【要約】【課題】誘導加熱コイルの中心付近は磁束密度が大きいため、コイルの中心付近の渦巻き状の太線導体パターンを貫通する磁力線回りの渦電流が集中する。この結果、コイルの中心付近の温度が上がってしまう。【解決手段】被加熱物に渦電流を発生させて加熱するコイルをプリント基板に１本の太線による渦巻き状の導体パターンで形成する誘導加熱コイルと、前記誘導過熱コイルに高周波電流を流すインバータ回路と、前記インバータ回路の出力制御を行う制御回路とを備えた電磁誘導加熱装置において、前記誘導過熱コイルを複数本の細線による渦巻き状の細線導体パターンで形成し、前記細線導体パターンの各渦巻きの始端から終端までの長さを略同一にしかつ前記細線導体パターンの各渦巻きの始端及び終端同士をそれぞれ接続したことを特徴とそれぞれ接続したことを特徴とする電磁誘導加熱装置である。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物に渦電流を発生させて加熱するコイルをプリント基板に１本の太線による渦巻き状の導体パターンで形成する誘導加熱コイルと、前記誘導過熱コイルに高周波電流を流すインバータ回路と、前記インバータ回路の出力制御を行う制御回路とを備えた電磁誘導加熱装置において、前記誘導過熱コイルを複数本の細線による渦巻き状の細線導体パターンで形成し、前記細線導体パターンの各渦巻きの始端から終端までの長さを略同一にしかつ前記細線導体パターンの各渦巻きの始端及び終端同士をそれぞれ接続したことを特徴とする電磁誘導加熱装置。
【請求項２】
前記誘導過熱コイルを各層が前記細線導体パターンで形成される多層プリント基板によって形成し、前記多層プリント基板の第一層目の前記細線導体パターンを予め定めた渦巻き方向で形成し、前記多層プリント基板の偶数層目の前記細線導体パターンを前記第一層目の渦巻き方向と逆方向で形成し、前記多層プリント基板の奇数層目の前記細線導体パターンを前記第一層目の渦巻き方向と同一方向で形成し、各層の前記細線導体パターンを直列に接続したことを特徴とする請求項１の電磁誘導加熱装置。
【請求項３】
前記誘導過熱コイルを各層が前記細線導体パターンで形成される多層プリント基板によって形成し、前記多層プリント基板の第一層目の前記細線導体パターンを予め定めた渦巻き方向で形成し、前記多層プリント基板の第二層目以後の各層の前記細線導体パターンを前記第一層目の渦巻き方向と同一方向で形成し、各層の前記細線導体パターンを並列に接続したことを特徴とする請求項１の電磁誘導加熱装置。
【請求項４】
前記誘導過熱コイルを前記細線導体パターンが複数個形成されるプリント基板によって形成し、前記各細線導体パターンの渦巻き方向を同一方向で形成しかつ前記各細線導体パターンを発生する磁界が互いに打ち消し合わないように並列又は直列に接続することを特徴とする請求項１、２又は３の電磁誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加熱物を加熱する電磁誘導加熱装置の誘導加熱コイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術１の誘導加熱コイルは、プリント基板の上面に一本の太線による渦巻き状の導体パターンで誘導加熱コイルを形成し、プリント基板の下面に上記誘導加熱コイルから発生する漏れ磁束を遮断する遮断用導体パターンを設け、この遮断用導体パターンの形状を渦電流が流れ難い形状にすれば、上記漏れ磁束を遮断するための構成を簡単化でき、部品点数を少なくして電磁誘導加熱装置の製造作業性を向上する。しかし、上記誘導加熱コイルの中心付近では渦電流が集中し、上記中心付近で温度が上がってしまう（特許文献１参照）。
【０００３】
従来技術２の誘導加熱コイルは、プリント基板に一本の太線による渦巻き状の導体パターンで誘導加熱コイルを形成し、この誘導加熱コイルの外周に高周波インバータ回路と制御回路とを形成しているので、上記コイルと各部品との接続をパターンで形成できノイズに対して強くなる、しかし、従来技術１と同様に誘導加熱コイルの中心付近で渦電流が集中し、上記中心付近で温度が上がり誘導加熱コイルの外周の高周波インバータ回路と制御回路の部材の寿命を短くする問題がある。（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−３０２３７７号公報
【特許文献２】
特開平５−８２２５２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
誘導加熱コイルの中心付近は磁束密度が大きいため、コイルの中心付近の渦巻き状の導体を貫通する磁力線回りの渦電流が集中する。この結果、コイルの中心付近の温度が上がり、プリント基板やその周辺の部材の寿命を短くする問題がある。
【０００６】
アルミ又は銅等の金属は、表皮抵抗値が小さいために高周波磁界によって金属内部に渦電流を発生させても渦電流損失が小さく発熱しにくい問題があった。また、上記アルミ又は銅等の金属を誘導加熱するには誘導加熱コイルに流れる電流を増やす方法と誘導加熱コイルのターン数を増やす方法とが効果であるが、装置が大きくなり、コストも高くなってしまう問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、被加熱物に渦電流を発生させて加熱するコイルをプリント基板に１本の太線による渦巻き状の導体パターンで形成する誘導加熱コイルと、前記誘導過熱コイルに高周波電流を流すインバータ回路と、前記インバータ回路の出力制御を行う制御回路とを備えた電磁誘導加熱装置において、前記誘導過熱コイルを複数本の細線による渦巻き状の細線導体パターンで形成し、前記細線導体パターンの各渦巻きの始端から終端までの長さを略同一にしかつ前記細線導体パターンの各渦巻きの始端及び終端同士をそれぞれ接続したことを特徴とそれぞれ接続したことを特徴とする電磁誘導加熱装置である。
【０００８】
請求項２の発明は、前記誘導過熱コイルを各層が前記細線導体パターンで形成される多層プリント基板によって形成し、前記多層プリント基板の第一層目の前記細線導体パターンを予め定めた渦巻き方向で形成し、前記多層プリント基板の偶数層目の前記細線導体パターンを前記第一層目の渦巻き方向と逆方向で形成し、前記多層プリント基板の奇数層目の前記細線導体パターンを前記第一層目の渦巻き方向と同一方向で形成し、各層の前記細線導体パターンを直列に接続したことを特徴とする請求項１の電磁誘導加熱装置である。
【０００９】
請求項３の発明は、前記誘導過熱コイルを各層が前記細線導体パターンで形成される多層プリント基板によって形成し、前記多層プリント基板の第一層目の前記細線導体パターンを予め定めた渦巻き方向で形成し、前記多層プリント基板の第二層目以後の各層の前記細線導体パターンを前記第一層目の渦巻き方向と同一方向で形成し、各層の前記細線導体パターンを並列に接続したことを特徴とする請求項１の電磁誘導加熱装置である。
【００１０】
請求項４の発明は、前記誘導過熱コイルを前記細線導体パターンが複数個形成されるプリント基板によって形成し、前記各細線導体パターンの渦巻き方向を同一方向で形成しかつ前記各細線導体パターンを発生する磁界が互いに打ち消し合わないように並列又は直列に接続することを特徴とする請求項１、２又は３の電磁誘導加熱装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の誘導加熱装置のブロック図である。図１において、商用交流電源の出力を整流して直流電圧に変換する整流回路ＤＲ１及び上記整流回路ＤＲ１で直流に変換した電圧を平滑する平滑コンデンサＣ１によって直流電源部が形成されている。
【００１２】
入力電流検出回路ＩＤは、入力電流値を検出して入力電流検出信号Ｉｄを出力し、入力電圧検出回路ＩＶは、入力電圧値を検出して入力電圧検出信号Ｉｖを出力する。
【００１３】
スイッチング素子ＴＲ１及びスイッチング素子ＴＲ２は、ハーフブリッジ方式のインバータ回路を形成し、誘導加熱コイルＬ１はプリント基板に細線導体パターンで形成し、上記インバータ回路に誘導加熱コイルＬ１、共振コンデンサＣ２及び共振コンデンサＣ３を接続して共振型インバータ回路部を形成している。
【００１４】
共振型インバータ回路部は、制御回路ＳＣから出力するスイッチング素子駆動信号Ｔｒ１、スイッチング素子駆動信号Ｔｒ２に応じて、パルス幅の比率が一定でパルス周波数を変調するＰｕｌｓｅ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｒａｔｉｏｎ制御（以下、ＰＦＭ制御）をしている。
【００１５】
乗算処理回路ＳＡは、入力電流検出信号Ｉｄと入力電圧検出信号Ｉｖとを乗算して乗算処理信号Ｓａを出力し、電力設定回路ＰＣは、電力設定信号Ｐｃを出力する。
【００１６】
比較演算回路ＣＯは、電力指令信号Ｐｃと乗算処理信号Ｓａとを比較演算して、比較演算信号ΔＩを出力する。制御処理演算回路ＳＣは、比較演算信号ΔＩの値に応じて演算を行い、上記比較演算信号ΔＩの値が大きいときに出力信号の周波数を低くし、逆に比較演算信号ΔＩの値が小さいときは出力信号の周波数を高くる。
【００１７】
比較演算信号ΔＩの値が小さいとき、制御回路ＳＣは、ＰＦＭ制御の周波数を高くして加熱コイルＬ１と共振コンデンサＣ２及びＣ３からなる共振タンクのインピーダンス値を大きくして加熱コイルＬ１に流れる電流を小さくする。逆に比較演算信号ΔＩの値が大きいときは、ＰＦＭ制御の周波数を低くして共振タンクのインピーダンス値を小さくして加熱コイルＬ１に流れる電流を大きくすることによって、加熱コイルＬ１に流れる電流を制御して誘導加熱をおこなう。
【００１８】
図２は、本発明の誘導加熱コイルのプリント基板の細線導体パターンの平面図であり、図３は、誘導加熱コイルのプリント基板の細線導体パターンの部分拡大図である。
【００１９】
本発明は、図２及び図３に示すプリント基板ＩＨの導体パターンＬ１を複数本の細線による渦巻き状の細線導体パターンで形成し、上記各渦巻きの細線導体パターンＬ１の始端子１から終端子３までの長さを略同一にしかつ上記各渦巻きの始端子１及び終端子３同士で上記複数本の細線導体パターンＬ１を接続している。
【００２０】
プリント基板ＩＨの渦巻き状の導体パターンを細線化し、各細線導体パターンＬ１の長さを同一にしたので、各細線導体パターンＬ１に流れる電流が均一になるため、各細線導体パターンＬ１を貫通する磁力線による渦電流が小さくなり、上記より細線導体パターンＬ１の中心付近に集中する磁力線回りの渦電流が減少し、この結果、コイルの中心付近の発熱を押さえる。
【００２１】
［実施例２］
図４は、実施例２の誘導加熱装置のブロック図である。図５は誘導加熱コイルの多層プリント基板の細線導体パターンの平面図である。同図において、図１に示す本発明の誘導加熱装置及び図２の誘導加熱コイルのプリント基板の細線導体パターンの平面図と同一符号は、同一動作をおこなうので説明は省略して相違する動作について説明する。
【００２２】
本発明の実施例２は、図５及び図６に示す導体パターンを複数本の細線による渦巻き状の細線導体パターンＬ１で形成されるプリント基板を多層化して多層プリント基板ＩＨ２（実施例２は二層で説明する）とし、上記多層プリント基板ＩＨ２の第一層目の細線導体パターンＬ１を予め定めた渦巻き方向で形成する。
【００２３】
多層プリント基板ＩＨ２の偶数層目（二層目）の細線導体パターンＬ２は、上記第一層目の渦巻き方向と逆方向で形成する。また、上記多層プリント基板ＩＨ２を三層以上の多層基板とするときは、奇数層目の細線導体パターンは上記第一層目の渦巻き方向と同一方向で形成し、偶数層目の細線導体パターンは上記第一層目の渦巻き方向と逆方向で形成し、上記各層の細線導体パターンを直列に接続する。
【００２４】
金属を誘導加熱する場合の金属に入力される渦電流損失（吸収電力）Ｐと、コイルに流れる電流の周波数ｆ、電流値Ｉ及びコイルのターン数Ｎとの関係は
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となり、Ｋ１、Ｋ２は定数を示し、ρは金属の固有電気抵抗（Ω・ｃｍ）を示し、μｓは比透磁率を示し、Ｒｓは表皮抵抗を示す。上記よりアルミ又は銅等の金属は、表皮抵抗値が小さいために誘導加熱がしにくい。しかし、誘導加熱コイルのプリント基板を多層にして、コイルを直列に接続することによりターン数Ｎを増やすことができ、アルミ又は銅といった表皮抵抗値の小さいものでも誘導加熱が可能となる。
【００２５】
［実施例３］
図７は、実施例３の誘導加熱装置のブロック図である。図８は誘導加熱コイルの多層プリント基板の平面図である。同図において、図１に示す本発明の誘導加熱装置及び図２の誘導加熱コイルのプリント基板の平面図と同一符号は、同一動作を行うので説明は省略して相違する動作について説明する。
【００２６】
本発明の実施例３は、図８及び図９に示す、導体パターンを複数本の細線による渦巻き状の細線導体パターンＬ１で形成されるプリント基板を多層化して多層プリントＩＨ３（実施例３は二層で説明する）とし、上記多層プリント基板ＩＨ３の第一層目の細線導体パターンＬ１を予め定めた渦巻き方向で形成する。
【００２７】
多層プリント基板ＩＨ３の第２層目の細線導体パターンを上記第一層目の渦巻き方向と同一方向で形成し、また、上記多層プリント基板ＩＨ２を三層以上の多層基板とするときは、三層目以上の細線導体パターンも上記第一層目の渦巻き方向と同一方向で形成し、上記各層の細線導体パターンを並列に接続する。
【００２８】
アルミ又は銅等の金属は、表皮抵抗値が小さいために誘導加熱がしにくいが、誘導加熱コイルのプリント基板を多層にして、各層の細線導体パターンを並列に接続することにより、誘導加熱コイルに流れる電流を増やして表皮抵抗値の小さいものでも誘導加熱が可能となる。
【００２９】
［実施例４］
図１０は、実施例４の誘導加熱装置のブロック図である。図１１は誘導加熱コイルのプリント基板の平面図である。同図において、図１に示す本発明の誘導加熱装置及び図２の誘導加熱コイルのプリント基板の平面図と同一符号は、同一動作をおこなうので説明は省略して相違する動作について説明する。
【００３０】
本発明の実施例４は、図１１に示すように、導体パターンを複数本の細線による渦巻き状の細線導体パターンで形成し、上記各渦巻きの細線導体パターンの始端子１から終端子３までの長さを略同一にしかつ上記各渦巻きの始端子１及び終端子３で上記複数本の細線導体パターンを接続してなる誘導加熱コイルが複数個形成されるプリント基板ＩＨ４によって形成している。
【００３１】
また、前記各誘導過熱コイルから発生する磁界が互いに打ち消し合わないように、各細線導体パターンの渦巻き方向を同一方向で形成している。
【００３２】
プリント基板の裏面には接続パターンを設け、上記接続パターンによって複数の誘導加熱コイルを並列に接続する。上記複数個の誘導加熱コイルが並列に接続することにより誘導加熱コイルのインダクタンス値が小さくなり、高周波電流が流れやすくなるとともに複数個設けた誘導加熱コイルによって被加熱物が均一に加熱する。
【００３３】
［実施例５］
本発明の実施例５は、導体パターンを複数本の細線による渦巻き状の細線導体パターンで形成し、上記各渦巻きの細線導体パターンの始端子１から終端子３までの長さを略同一にしかつ上記各渦巻きの始端子１及び終端子３で上記複数本の細線導体パターンを接続してなる誘導加熱コイルが複数個形成されるプリント基板を多層化している。
【００３４】
また、各層の各誘導過熱コイルから発生する磁界が互いに打ち消し合わないように、前記各層の各細線導体パターンの渦巻き方向を同一方向で形成している。
【００３５】
多層プリント基板の予め定めた層に接続パターンを設け、上記接続パターンによって各層の複数の細線導体パターンを並列又は直列に接続する。上記各層の複数の誘導加熱コイルが並列、直列又は直並列に接続することにより誘導加熱コイルに流れる電流を増やすとともにターン数Ｎも増やすことができ、アルミ又は銅といった表皮抵抗値の小さいものでも誘導加熱が可能となり、更に、各層に複数個設けた誘導加熱コイルによって被加熱物が均一に加熱する。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の実施例１の誘導加熱コイルは、１本の太線による渦巻き状の導体パターンを複数本の細線による渦巻き状の細線導体パターンにすることにより、細線導体パターンの中心付近に集中する磁力線回りの渦電流が減少して発熱が押さえられる。よって、プリント基板やその周辺の部材の劣化を防止でき経済的である。実施例２及び実施例３の誘導加熱コイルは、アルミ又は銅等の表皮抵抗値が小さい被加熱物でも、前記誘導過熱コイルのプリント基板の多層化によって、誘導加熱コイルのターン数Ｎ又は誘導加熱コイルに流れる電流を増やすことが可能となり誘導加熱による発熱が改善できる。実施例４及び実施例５の誘導加熱コイルでは、複数の誘導加熱コイルが並列に接続することにより誘導加熱コイルのインダクタンス値が小さくなり、高周波電流が流れやすくなるとともに複数個設けた誘導加熱コイルによって被加熱物が均一に加熱できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘導加熱装置のブロック図である。
【図２】本発明の誘導加熱コイルのプリント基板の細線導体パターンの平面図である。
【図３】図２の細線導体パターンの部分拡大図である。
【図４】本発明の実施例２の誘導加熱装置のブロック図である。
【図５】本発明の実施例２の誘導加熱コイルの多層プリント基板の細線導体パターンの平面図である。
【図６】図５の細線導体パターンの部分拡大図である。
【図７】本発明の実施例３の誘導加熱装置のブロック図である。
【図８】本発明の実施例３の誘導加熱コイルの多層プリント基板の細線導体パターンの平面図である。
【図９】図８の細線導体パターンの部分拡大図である。
【図１０】本発明の実施例４の誘導加熱装置のブロック図である。
【図１１】本発明の実施例４の誘導加熱コイルのプリント基板の平面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　始端子部
２　　　　　　始端子部
３　　　　　　終端子部
ＣＯ　　　　　比較演算回路
Ｃ１　　　　　平滑コンデンサ
Ｃ２　　　　　共振コンデンサ
Ｃ３　　　　　共振コンデンサ
ＤＲ１　　　　整流回路
ＩＤ　　　　　入力電流検出回路
ＩＨ　　　　　プリント基板
ＩＨ２　　　　多層プリント基板
ＩＨ３　　　　多層プリント基板
ＩＨ４　　　　プリント基板
ＩＶ　　　　　入力電圧検出回路
Ｌ１　　　　　細線導体パターン（誘導加熱コイル）
Ｌ２　　　　　細線導体パターン（誘導加熱コイル）
Ｌ１ａ　　　　誘導加熱コイル
Ｌ１ｂ　　　　誘導加熱コイル
Ｌ１ｃ　　　　誘導加熱コイル
Ｌ１ｄ　　　　誘導加熱コイル
ＰＣ　　　　　電力設定回路
ＳＡ　　　　　乗算処理回路
ＳＣ　　　　　制御回路
ＴＲ１　　　　スイッチング素子
ＴＲ２　　　　スイッチング素子
Ｉｄ　　　　　入力電流検出信号
Ｉｖ　　　　　入力電圧検出信号
ΔＩ　　　　　比較演算回路
Ｐｃ　　　　　電力設定信号
Ｓａ　　　　　乗算処理信号
Ｔｒ１　　　　スイッチング素子駆動信号
Ｔｒ２　　　　スイッチング素子駆動信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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