(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦巻き状に巻回する第１の電気導体と、前記第１の電気導体の線間の、前記第１の電気導体の内周部近傍以外に設けられ、前記第１の電気導体よりも抵抗が大であり、かつ前記第１の電気導体と電気的に絶縁された第２の電気導体と、前記第１の電気導体の線間の、前記第１の電気導体の内周部近傍に設けられ、少なくとも比透磁率が１より大きい電気絶縁体とを備えた誘導加熱装置用加熱コイル。
【請求項２】
渦巻き状に巻回する第１の電気導体と、前記第１の電気導体の線間の、前記第１の電気導体の内周部近傍および外周部近傍以外に設けられ、前記第１の電気導体よりも抵抗が大であり、かつ前記第１の電気導体と電気的に絶縁された第２の電気導体と、前記第１の電気導体の線間の、前記第１の電気導体の内周部近傍に設けられ、少なくとも比透磁率が１より大きい電気絶縁体とを備えた誘導加熱装置用加熱コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般家庭及びレストラン、あるいは工場などで使用される誘導加熱装置に関するもので、さらに詳しくはその加熱コイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の誘導加熱装置の加熱構造を誘導加熱調理器を例に取り上げ、図１１〜１５を用いて説明する。図１１は従来の誘導加熱調理器の断面図で、１は加熱コイル２から発生する高周波磁界によって誘導加熱される被加熱物、２は被加熱物１を誘導加熱する加熱コイル、３は加熱コイル２に高周波電流を供給するインバータ回路で図には特に記載していないが、加熱コイル２と接続されている。４は被加熱物１がその上面に載置されるプレートでその材質はセラミックである。５は筐体、６は加熱コイル２を載置するコイル台、７はコイル台６に埋設されている磁性体で、材質はフェライトである。磁性体７は加熱コイル２から発生する高周波磁界を効率よく被加熱物１に供給させる目的で用いられている。８は冷却装置で、加熱コイル２の冷却のために加熱コイル２側面から軸流ファンなどを用いて強制空冷にて冷却している。
【０００３】
コイル台６を上から見た図を図１２に示す。図１２に示すように加熱コイル２のコイル線は渦巻き状に巻回されており、そのコイル線は、直径０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の素線を３０本程度撚り合わせたもので構成されている。素線の材質は銅で、その表面は樹脂材料の電気絶縁物で自己融着可能な材質によって覆われており、それぞれの素線が電気的に接続されないようになっている。コイル線間は密着しており、自己融着効果によって接着されて、その形状を保持している。一般に加熱コイル２の温度はその発熱により１５０〜１８０℃となるため、電気絶縁物の耐熱も１５０〜１８０℃必要である。それぞれの素線は加熱コイル２の始端及び終端にて電気的に接続している。加熱コイル２のコイル線をこのような細い素線を用いている理由は、加熱コイル２に流れる周波数２０〜３０ｋＨｚ程度の高周波電流が、表皮効果によりコイル線表面に電流が集中するため、コイル線の表面積を大とする必要があるからである。
【０００４】
また撚り合わせている理由は、加熱コイル２が発生する高周波磁界により加熱コイル２のコイル線間に作用する近接効果によって、コイル線に流れる電流分布が不均一となることを防ぐためである。
【０００５】
図１３は、加熱コイルの高周波抵抗の概略特性を示す図で、数十ＭＨｚにおいて、高周波抵抗のピークが存在することがわかる。この理由は加熱コイルの巻回中にコイル線間に発生する浮遊容量とコイルのインダクタンス分の共振によるものであり、その値は、浮遊容量をＣ、インダクタンスをＬとすると、
ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））
で与えられるものである。本従来例の場合、インダクタンス分は数十μＨであり、浮遊容量は数十ｐＦとなる。電気的な等価回路を図１５に示す。
【０００６】
図１４は、本従来例で使用される周波数帯における高周波抵抗の増加を縦軸を拡大して見た図である。この図に示すように、共振周波数によるピークの裾野が低い周波数での高周波抵抗の上昇に寄与している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この様な従来の誘導加熱装置では、以下に示す課題があった。すなわち、上記したように加熱コイルは、その作製工数や部品コストが大きく、結果商品のコスト上昇をまねくという第１の課題と、加熱コイルに流れる高周波電流の周波数が高くなればなるほど、加熱コイルの損失が極めて大きくなるという第２の課題である。
【０００８】
第１の課題を解決するために、近年加熱コイルの製造工程及び製造コストを低減し、安価な装置を提供する目的で、特開昭６０−２４３９９６あるいは特開平４−３３７６０６のように、導電板を渦巻き状に打ち抜く等の工法で、撚り線を用いない簡素なコイル線の加熱コイルが提案されている。
【０００９】
しかし、この様な撚り線を用いない単層の誘導加熱装置用加熱コイルにおいては、表皮効果による影響を回避することが困難で、加熱コイルの損失は従来よりも大きくなり、加熱効率の低下や冷却装置の大型化が問題となる。
【００１０】
また、表皮効果による影響を回避するために、流れる高周波電流と電気導体材質に応じた表皮深さに対して十分薄い層とし、複数の層を重ねる方法も別途開示されているが、このような方法においても、上記周波数アップ時の損失増加の課題は解決できない。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決し、簡素な構成で加熱コイル損失及び必要冷却を低減し、安価かつ高加熱効率の誘導加熱装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の手段は、第１の電気導体を渦巻き状に巻回し、前記第１の電気導体の線間に少なくとも第１の電気導体よりも電気抵抗が大なる第２の電気導体を設け、第１の電気導体と第２の電気導体は電気的に絶縁されたことを特徴とする誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、渦巻き状に巻回する第１の電気導体と、前記第１の電気導体の線間の、前記第１の電気導体の内周部近傍以外に設けられ、前記第１の電気導体よりも抵抗が大であり、かつ前記第１の電気導体と電気的に絶縁された第２の電気導体と、前記第１の電気導体の線間の、前記第１の電気導体の内周部近傍に設けられ、少なくとも比透磁率が１より大きい電気絶縁体とを備えた誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。
【００１４】
本構成により、第１の電気導体よりも抵抗が大なる第２の電気導体を第１の電気導体の線間に設け、かつ第２の電気導体は第１の電気導体と電気的に絶縁しているため、第１の電気導体の線間に発生する浮遊容量と直列に抵抗成分を挿入することが可能となり、前記第１の課題を解決する簡素な構成でかつ、浮遊容量に起因する共振をなくすあるいは十分低減することが可能になり、結果高周波領域での抵抗が減少し、加熱コイルの損失を低減できるものである。
【００１５】
また、近接効果による抵抗分上昇を内周近傍の電気絶縁体によって吸収し、かつそれ以外の部分に抵抗成分を挿入する構成となるため、加熱コイルの損失をさらに低減できるものである。
【００１６】
請求項２記載の発明は、渦巻き状に巻回する第１の電気導体と、前記第１の電気導体の線間の、前記第１の電気導体の内周部近傍および外周部近傍以外に設けられ、前記第１の電気導体よりも抵抗が大であり、かつ前記第１の電気導体と電気的に絶縁された第２の電気導体と、前記第１の電気導体の線間の、前記第１の電気導体の内周部近傍に設けられ、少なくとも比透磁率が１より大きい電気絶縁体とを備えたものである。
【００１７】
本構成により、請求項１記載の構成に加えさらに近接効果の影響が内周部の次に大きい外周部にも比透磁率が１より大きい電気絶縁体を挿入しているためさらに低損失の誘導加熱装置用加熱コイルが実現できるものである。
【００１８】
【実施例】
（参考例１）
以下、第１の参考例について図１〜４を用いて説明する。図１は加熱コイル１０と被加熱物１２の位置関係を示した図で、被加熱物１２の下側に加熱コイル１０は設けられている。図２は加熱コイル１０の詳細を示す図で、１１は、高周波電流が流れることにより、高周波磁界を発生する渦巻き状に巻回された第１の電気導体で本参考例の場合は銅線を用いている。この渦巻きのターン数は、図２においては簡易的に図示するため７ターン程度であるが実際には被加熱物１２の形状、材質などにより様々であり、通常の鉄鍋などを加熱する誘導加熱調理器においては、例えば２０〜３０ターン程度である。１３は第１の電気導体１１の線間に設けられた、第２の電気導体で、その抵抗値は第１の電気導体よりも大きくしている。また第１の電気導体１１と第２の電気導体１３は、電気的に絶縁されている。以上の構成を等価回路に置き換えた図が、図３である。図３に示すように本構成では、加熱コイル線間に発生する浮遊容量と直列に第２の電気導体１３による抵抗成分が挿入されることになる。従って、電気導体１３の抵抗値が適切な値であれば、従来例で述べた共振の発生または、十分な低減が可能となり、結果高周波領域での抵抗を小さくすることが可能となる。図４はこの場合の周波数−高周波抵抗の図である。図に示すように本構
成によれば、従来の共振によるピークはなくなる。以上より、簡単な構成で、高周波抵抗の上昇を回避でき、損失が小さく、高効率の誘導加熱装置が実現可能となる。
【００１９】
（参考例２）
以下、第２の参考例について図５〜６を用いて説明する。図５は本構成の加熱コイル１０の詳細を示した図で、第２の電気導体１３の片面は、第１の電気導体１１の側面と接触した構成としている。この構成を等価回路で示すと図６のようになる。以上の構成により、あらかじめ第１の電気導体１１の面に第２の電気導体１３を蒸着法あるいは塗布などの方法により形成し、巻回するといった、簡易な工法で実現可能となるものである。以上より工数低減が可能となりより低コストで低損失な誘導加熱装置を実現することが可能となる。
【００２０】
（参考例３）
以下、第３の参考例について説明する。本参考例において図面は図１あるいは、図５と同様となる。すなわち、第２の電気導体１３の電気抵抗を数十ＭＨｚの周波数域において、数ＧΩ・ｃｍ以上の抵抗率を確保しているものである。従来例で述べたように共振周波数は数十ＭＨｚであり、この周波数領域で、共振を阻止するに必要な抵抗は発明者らの実験によれば数ｋΩあれば十分であり、この場合電気導体１３の厚みは略０．１ｍｍ以下で可能となる。以上より電気導体１３の薄膜化が可能となり、より簡単に電気導体１３が形成可能となるので、低コストな誘導加熱装置が実現できるものである。
【００２１】
（参考例４）
以下、第４の参考例について図７を用いて説明する。図７は本構成の加熱コイル１０の詳細を示した図で、第２の電気導体１３の高さは第１の電気導体１１の高さとほぼ同じとしている。この構成により第１の電気導体線間に生じる浮遊容量に直列接続される抵抗成分を漏れなく挿入することが可能となり、共振周波数の向上による高周波時の抵抗上昇をさらに低減することができるものである。
【００２２】
（参考例５）
以下、第５の参考例について図８を用いて説明する。図８は本構成の加熱コイル１０の詳細を示した図で、図に示すように第２の電気導体１３は周回方向に断続的に形成している。部分的に第２の電気導体１３がない部分が発生しても、浮遊容量の発生はほとんどないため、本構成においても、共振の阻止が可能となる。以上の構成により第２の電気導体１３の使用量を削減することが可能となり、低コストの誘導加熱装置用コイルを実現することが可能となる。
【００２３】
（実施例１）
以下、本発明の第１の実施例について図９を用いて説明する。図９は本構成の加熱コイル１０の詳細を示した図で、加熱コイル１０の内周部には、比透磁率が１より大なる電気絶縁体が挿入されている。その他の部分は上記構成と同様に線間に第２の電気導体を挿入している。内周部に磁性体を挿入している理由は、第１の電気導体１１のコイル線間の近接効果は、内周部において極めて大となり、この部分の損失が大きいからである。本構成により内周部においてコイル線間に設けた磁性体に選択的に磁界が集中するため近接効果による損失上昇を防ぐことが可能となり、さらに低損失の誘導加熱装置用加熱コイルが得られるものである。
【００２４】
（実施例２）
以下、本発明の第２の実施例について図１０を用いて説明する。図１０は本構成の加熱コイル１０の詳細を示した図で、第１の実施例と比して、加熱コイル１０の外周部にも比透磁率が１より大なる電気絶縁体を設けたものである。近接効果による影響は内周部の次
に外周部が大であることから、本構成によりさらに低損失の誘導加熱装置用加熱コイルを実現できるものである。
【００２５】
（参考例６）
以下、第６の参考例について説明する。本構成は第１の参考例などにおいて第２の電気導体１３の材質を磁性材料としたものである。この構成により、加熱コイル１０の線間に複数の材料を挿入する必要がなくなり、より簡易な工法で低損失化が達成できる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、２記載の発明によれば、細線を撚り合わせたリッツ線を用いることなく、簡単な構成でかつ高周波域でも損失上昇のない低コストかつ低損失の誘導加熱装置用加熱コイルを実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の参考例である誘導加熱装置用加熱コイルと被加熱物の位置関係を示す図
【図２】  本発明の第１の参考例である誘導加熱装置用加熱コイルの構成を示す図
【図３】  本発明の第１の参考例である誘導加熱装置用加熱コイルの等価回路を示す図
【図４】  本発明の第１の参考例である誘導加熱装置用加熱コイルの高周波抵抗の特性を示す図
【図５】  本発明の第２の参考例である誘導加熱装置用加熱コイルの構成を示す図
【図６】  本発明の第２の参考例である誘導加熱装置用加熱コイルの等価回路を示す図
【図７】  本発明の第４の参考例である誘導加熱装置用加熱コイルの構成を示す図
【図８】  本発明の第５の参考例である誘導加熱装置用加熱コイルの構成を示す図
【図９】  本発明の第１の実施例である誘導加熱装置用加熱コイルの構成を示す図
【図１０】  本発明の第２の実施例である誘導加熱装置用加熱コイルの構成を示す図
【図１１】  従来の誘導加熱装置の部品構成を示す断面図
【図１２】  同、加熱コイルを上から見た図
【図１３】  同、加熱コイルの高周波抵抗の特性を示す図
【図１４】  同、加熱コイルの高周波抵抗の特性の拡大図
【図１５】  同、加熱コイルの等価回路を示す図
【符号の説明】
１０  加熱コイル
１１  第１の電気導体
１３  第２の電気導体
１５  透磁率が１より大きい電気絶縁体
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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