(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の径でコイル導線を縦１段と縦２段とで交互に繰り返し巻回して形成した加熱コイルを備え、前記コイル導線は、素線を束ねまたは撚り合わせて集合して形成されかつ断面円形状とした集合線と、前記集合線の外周に融点の異なる２種類の樹脂で構成された絶縁体とを有し、前記絶縁体は、融点の低いフッソ樹脂を融点の高いフッソ樹脂の外側に設けて構成され、前記加熱コイルは、前記加熱コイル作成の途中段階においてまたは前記加熱コイル巻回後、前記絶縁体を加熱して前記絶縁体を溶融させ固化させることにより前記絶縁体と前記絶縁体とを固着して形状を安定化するとともに、前記加熱コイルに４０ｋＨｚ以上の高周波電流を流してアルミや銅等の低抵抗で低透磁率の被加熱体を誘導加熱する構成とした誘導加熱装置。
【請求項２】
所定の径でコイル導線を縦１段と縦２段とで交互に繰り返し巻回して形成した加熱コイルを備えることに代え、所定の径でコイル導線を縦２段と縦３段とで交互に繰り返し巻回して形成した加熱コイルを備えた請求項１に記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導加熱調理器に代表されるような誘導加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の誘導加熱調理器の概略構成について図９を用いて説明する。１は誘導加熱調理器の外郭を構成する本体、２は本体１上に設けたトッププレート、３は加熱コイル、４は加熱コイル３を制御する制御部であり、５は加熱コイル３に対応してトッププレート２に設けた加熱部に載置した鍋等の被加熱体である。加熱コイル３は、直径約０．３ｍｍ程度の素線を数十本撚り合わされて構成され、それぞれの素線は渦巻状に巻回しながら、螺旋状に周回している。
【０００３】
この構成において、加熱コイル３から高周波磁界を発生させ、これを被加熱体５に与えて渦電流を生じさせ、渦電流損に基づく自己発熱により被加熱体５が加熱される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では誘導加熱調理器の高出力化に対して不十分であった。
【０００５】
誘導加熱の高出力化を図る１つの手段としては、磁界の強さを大きくすることで被加熱体に生じる渦電流を大きくする方法がある。磁界の強さは加熱コイルに流れる電流と加熱コイルの巻き数の積に比例するのでどちらかのファクターを大きくすればよい。
【０００６】
しかしながら、加熱コイルに流れる電流を大きくすれば、加熱コイル自体の発熱が大となるので、電流を大きくするのには一定の限度がある。また、鍋等の被加熱体の径以上に加熱コイルの径を大きくすることはできないので、巻き数を増やすためには必然的に複層巻きになってくる。
【０００７】
加熱コイルの内側と外側の線間は高電圧差であり、複層巻きにすると隣接するコイル導線同士の電圧差が大きくなってくる。特に乱れた状態で巻き回すと、図１０に示すように本来外側にあるコイル導線が内側に入ってくるなどで所々に電圧差が大きくなる箇所が発生し、耐電圧に対する信頼性が低下することになる。
【０００８】
また、複層巻きにすると近接効果による高周波抵抗の増大と冷却される表面積の減少によって放熱性の悪化を招く。ここでいう近接作用とは、近接した導体に電流が流れるときに、磁界を介して相互に影響を与えあって、電流分布に偏りが生じる現象であり、導線表面の実効的な抵抗増大となる。近接作用は高周波電流の向きが導線間で揃っているほど、導線間の間隔が小さいほど、周波数が高くなるほど大きくなる。
【０００９】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、高出力で、かつ、加熱コイルの耐電圧に対する信頼性を向上した誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱装置は所定の径でコイル導線を縦１段と縦２段とで交互に繰り返し巻回して形成した加熱コイルを備え、前記コイル導線は、素線を束ねまたは撚り合わせて集合して形成されかつ断面円形状とした集合線と、前記集合線の外周に融点の異なる２種類の樹脂で構成された絶縁体とを有し、前記絶縁体は、融点の低いフッソ樹脂を融点の高いフッソ樹脂の外側に設けて構成され、前記加熱コイルは、前記加熱コイル作成の途中段階においてまたは前記加熱コイル巻回後、前記絶縁体を加熱して前記絶縁体を溶融させ固化させることにより前記絶縁体と絶縁体とを固着して形状を安定化するとともに、前記加熱コイルに４０ｋＨｚ以上の高周波電流を流してアルミや銅等の低抵抗で低透磁率の被加熱体を誘導加熱する構成とした。
【００１１】
この構成により、アルミおよび銅等の低抵抗で低透磁率の被加熱体を加熱することが容易になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、所定の径でコイル導線を縦１段と縦２段とで交互に繰り返し巻回して形成した加熱コイルを備え、前記コイル導線は、素線を束ねまたは撚り合わせて集合して形成されかつ断面円形状とした集合線と、前記集合線の外周に融点の異なる２種類の樹脂で構成された絶縁体とを有し、前記絶縁体は、融点の低いフッソ樹脂を融点の高いフッソ樹脂の外側に設けて構成され、前記加熱コイルは、前記加熱コイル作成の途中段階においてまたは前記加熱コイル巻回後、前記絶縁体を加熱して前記絶縁体を溶融させ固化させることにより前記絶縁体と絶縁体とを固着して形状を安定化するとともに、前記加熱コイルに４０ｋＨｚ以上の高周波電流を流してアルミや銅等の低抵抗で低透磁率の被加熱体を誘導加熱する構成とする。
【００１５】
交互に縦段数を変えることでコイル導線同士磁界を介して相互に影響する近接作用が低減し、加熱コイルの高周波抵抗を下げることができ、加熱コイルの発熱を低減し、かつ、交互に縦段数が変わることで、冷却される表面積が増え、加熱コイルの内部まで冷却風が入り込み冷却性能がより向上する。その上、巻き回し方が乱れていないため、隣接するターン間の電圧差が一定となり、加熱コイルの耐電圧に対する信頼性が向上する。
【００１６】
また、１段、２段、１段と繰り返す構成とすることにより、複層巻きとしては最もコイル導線同士磁界を介して相互に影響する近接作用が低減し、加熱コイルの高周波抵抗を下げることができ、加熱コイルの発熱が低減し、かつ、交互に縦段数が変わることで、冷却される表面積が増え、加熱コイルの内部まで冷却風が入り込み冷却性能がより向上する。
【００１９】
また、コイル導線の断面形状を円形とすることにより、同一断面積の他の形状に比べ、コイル導線同士磁界を介して相互に影響する近接作用が低減し、加熱コイルの高周波抵抗を下げることができ、加熱コイルの発熱が低減するとともに、放熱性、結合強度の観点で最も適したものにすることができる。
【００２０】
また、コイル導線の外周に融点の異なる２種類の樹脂から構成した絶縁体を設け、前記絶縁体は、融点の低いフッソ樹脂を融点の高いフッソ樹脂の外側に設けて構成され、前記加熱コイルは、前記加熱コイル作成の途中段階においてまたは前記加熱コイル巻回後、前記絶縁体を加熱して前記絶縁体を溶融させ固化させることにより前記絶縁体と前記絶縁体とを固着して形状を安定化することにより、コイル導線間の近接作用による高周波抵抗の増大を低減できるとともに、コイル導線間の絶縁強度が向上し、安定した絶縁性を実現し、加熱接着性を向上させ、信頼性を高めことができる。また、加熱コイルに４０ｋＨｚ以上の高周波電流を流して被加熱体を誘導加熱する構成とすることにより、本発明によれば高周波抵抗を低減できるため、アルミおよび銅等の低抵抗で低透磁率の被加熱体を加熱することが容易になる。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、２段、３段、２段と繰り返す構成とすることにより、コイル導線どうしの結合強度が増し、通電時加熱コイル自体がびびり振動を発生させ、騒音を悪化させることがない。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び参考例については、誘導加熱装置の例として誘導加熱調理器をあげ、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
（参考例１）
まず、誘導加熱調理器の概略構成について図１を用いて説明する。１１は誘導加熱調理器の外郭を構成する本体、１２は本体１１上に設けたトッププレート、１３は加熱コイル、１４は加熱コイル１３を制御する制御部であり、１５は加熱コイル１３に対応してトッププレート１２に設けた加熱部に載置した鍋等の被加熱体である。
【００２５】
加熱コイル１３は所定の径でコイル導線１６を２段で内側から外側まで巻き回している。また、コイル導線１６は素線もしくは素線を束ねまたは撚り合わせて集合した集合線から形成されている。
【００２６】
この構成において、加熱コイル１３から高周波磁界を発生させ、これを被加熱体１５に与えて渦電流を生じさせ、渦電流損に基づく自己発熱により被加熱体１５が加熱される。
【００２７】
上記構成により、複層巻きにして巻き数を増やして磁界の強さを大きくし、高出力化が可能になる。加熱コイル１３に流れる電流については許容される範囲で大きくすれば、最大限高出力化が可能である。また、巻き回し方が乱れていないため、隣接するターン間の電圧差が一定となり、加熱コイル１３の耐電圧に対する信頼性が向上する。
【００２８】
また、加熱コイル１３を同じ段数で内側から外側まで巻き回しているため、加熱コイル１３の厚みが一定になり、作製しやすい形状となる。
【００２９】
特に加熱コイル１３を２段で構成しているので、コイル導線１６同士磁界を介して相互に影響する近接作用が低減し、加熱コイル１３の高周波抵抗を下げることができ、加熱コイル１３の発熱を低減し、加熱コイル自体も扁平形状になり３段以上の加熱コイル１３に対する相対的な放熱面積を大きくでき、冷却性能を向上させることができる。
【００３０】
なお、図１のように本参考例では縦段数を２段で内側から外側まで巻き回しているが、２段に限らず同段数であれば、製作しやすい形状となる。また、隣接した径を異なる段数で巻き回してもよく、要は巻き回し方が乱れずに複層巻きにすればよい。
【００３１】
（実施例１）
次に実施例１について図２を用いて説明する。図２では加熱コイル１３は２段、１段、２段と繰り返す構成になっている。また、コイル導線１６は素線もしくは素線を束ねまたは撚り合わせて集合した集合線から形成されている。
【００３２】
上記構成により、複層巻きにして巻き数を増やして磁界の強さを大きくし、高出力化が可能になる。また、交互に縦段数を変えることでコイル導線１６同士磁界を介して相互に影響する近接作用が低減し、加熱コイル１３の高周波抵抗を下げることができ、加熱コイル１３の発熱を低減し、かつ、交互に縦段数が変わることで、冷却される表面積が増え、加熱コイル１３の内部まで冷却風が入り込み冷却性能がより向上する。さらに、交互に縦段数を変えることで、単位体積当たりの巻き数を増やすことができる。その上、巻き回し方が乱れていないため、隣接するターン間の電圧差が一定となり、加熱コイル１３の耐電圧に対する信頼性が向上する。加熱コイル１３に流れる電流については許容される範囲で大きくすれば、最大限高出力化が可能である。
【００３３】
特に２段、１段、２段と繰り返す構成とすることにより、複層巻きとしては最もコイル導線１６同士磁界を介して相互に影響する近接作用が低減し、加熱コイル１３の高周波抵抗を下げることができ、加熱コイル１３の発熱が低減し、冷却性能がより向上する。
【００３４】
なお、図２のように本実施例では最内径を２段としたが、最内径を１段としてもよく、要は交互に段数を変えればよい。また、縦段数は本実施例のように２段、１段、２段に限るものではなく、交互に１段づつ縦段数が変わる構成であれば、同様の効果が得られる。
【００３５】
（実施例２）
次に実施例２について図３を用いて説明する。図２では加熱コイル１３は２段、３段、２段と繰り返す構成になっている。
【００３６】
上記構成により、複層巻きにして巻き数を増やして磁界の強さを大きくし、高出力化が可能になる。また、交互に縦段数を変えることでコイル導線１６同士磁界を介して相互に影響する近接作用が低減し、加熱コイル１３の高周波抵抗を下げることができ、加熱コイル１３の発熱が低減し、かつ、交互に縦段数が変わることで、冷却される表面積が増え、加熱コイル１３の内部まで冷却風が入り込み冷却性能がより向上する。
【００３７】
特にｎを２として、２段、３段、２段と繰り返す構成とすることにより、コイル導線１６同士の結合強度が増し、通電時加熱コイル１３自体がびびり振動を発生させ、騒音を悪化させることがない。
【００３８】
高出力化のためには、単純に巻き数を増やせばよいが、あまり巻き数を増やしすぎると、つまり、ｎを大きくしすぎるとコイル導線１６同士磁界を介して相互に影響されやすくなり高周波抵抗が増大する。さらに、加熱コイル１３の内部に熱がこもりやすくなり放熱性が悪化するので、ｎは２以下で設計するのが最もバランスがよい。
【００３９】
なお、図３のように本実施例では最内径を３段、最外径を２段としたが、最内径を２段、最外径を３段としてもよく、要は交互に段数を変えればよい。
【００４０】
（参考例２）
次に参考例２について図４を用いて説明する。図４では加熱コイル１３の内周部１７もしくは／および外周部１８を加熱コイル１３の上面の高さを揃えるように単層巻きにしている。
【００４１】
上記構成により、特に磁束が集中しやすい内周部１７と外周部１８での高周波抵抗を下げることができ、加熱コイル１３の発熱が低減し、冷却性能が向上する。
【００４２】
（実施例３）
次に実施例３について図５を用いて説明する。図５はコイル導線１６の断面形状を比較した一例である。円形は方形に比べ、コイル導線１６どうしの中心距離が長く、コイル導線１６どうしの接触は点接触なので、コイル導線１６どうし磁界を介して相互に影響する近接作用が低減し、加熱コイル１３の高周波抵抗を下げることができ、加熱コイル１３の発熱が低減する。また、冷却される表面積が大きく、加熱コイル１３の内部まで冷却風が入り込み放熱性がよい。また、結合のバランスもよい。したがって、コイル導線１６の断面形状は以上の観点で最も適したものになる。
【００４３】
（実施例４）
次に実施例４について図６を用いて説明する。図６では低温で揮発する物質をなくしたり、予め熱を加え揮発する物質をなくしたコイル導線１６の外周に押し出し成形にて絶縁体１９を設けている。
【００４４】
上記構成により、コイル導線１６間の間隔が大きくなり、近接作用による高周波抵抗の増大を低減できるとともに、コイル導線１６間の絶縁強度が向上し、信頼性を高めることができる。また、コイル導線１６の巻き回したターン間の電圧差は大きいため、結果として絶縁体１９をターン間に設けるこの方式は絶縁の信頼性が高い。したがって、本実施例で示すような複層巻きの加熱コイル１３は隣接するターン間の電圧差が大きくなるため、この構成は非常に効果的である。
【００４５】
一般にコイル導線１６同士を結合させる方法としては、図７に示す自己融着線を用いる方法が一般的に行われている。すなわち、導体２０の周囲に絶縁層２１を設け、さらにその外側に融着層２２を設けた素線を用いて加熱コイル１３を作製し、その後加熱することにより融着層２２を溶融固化することにより、素線間を固着して加熱コイル１３の形状を安定に保持できるようにする方法である。
【００４６】
本実施例ではコイル導線１６の外周に絶縁体１９を設けているので、この絶縁体１９を利用することにより素線の融着層２２を用いないで加熱コイル１３の形状を安定に保持するようにすることができる。すなわち、絶縁体１９としてポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂を用い、加熱コイル１３を作製の途中段階において、もしくは加熱コイル１３を巻回後、熱可塑性樹脂を加熱して溶融させ固化させることにより、絶縁体１９と絶縁体１９あるいは絶縁体１９と素線とを固着させ加熱コイル１３の形状を安定化させることができる。また、絶縁体１９を融点の異なる２種類の樹脂から構成し、融点の低い樹脂を融点の高い樹脂の外側に構成することで加熱接着性を向上することができる。例えば、絶縁体１９にフッ素樹脂を用い、外側に融点の低いフッ素樹脂（ＥＴＦＥやＦＥＰ）を用い、内側に融点の高いフッ素樹脂（ＰＦＡ）を用いると安定した絶縁性と加熱接着性を向上させることができる。
【００４７】
さらに、絶縁体１９として未硬化もしくは半硬化のゴムまたは熱硬化性の樹脂を用い、加熱コイル１３を作製の途中段階において、もしくは加熱コイル１３を巻き回し後、加熱固化させることにより、絶縁体１９と絶縁体１９あるいは絶縁体１９と素線とを固着させ加熱コイル１３の形状を安定化させることができる。
【００４８】
なお、ゴムとしてはシリコン系、フッ素系などのものが、また、熱効果樹脂としてはエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などが用いられる。
【００４９】
また、図８に示すように予め熱を加えコイル導線１６自体に有している揮発成分を低減した後、コイル導線１６の外周に絶縁体１９を設け、さらにその外側に接着層２３を設けるようにしてもよい。ここでいう接着層は融着層を含む。この構成のコイル導線１６を巻き回し後、加熱することによりコイル導線１６とコイル導線１６とが固着し形状の安定した加熱コイル１３を得ることができる。
【００５０】
なお、絶縁材料の耐熱性は設計により必要とする耐熱区分の中から選択すればよい。また、本実施例においては、押し出し成形でコイル導線１６の周囲に絶縁体１９を設けたが、ディッピング方式等でもよく、要は、コイル導線１６の周囲に絶縁体１９を設ければよい。
【００５１】
また、素線の導体部の直径を０．１ｍｍ以下にすれば、コイル導線１６内の表皮効果の影響が低減し、加熱コイル１３の高周波抵抗を下げることができ、加熱コイル１３の発熱が低減し、冷却性能が向上するので、複層巻きとし高周波抵抗が増大しやすい本構成の場合、非常に効果がある。
【００５２】
さらに、本構成は加熱コイル１３の巻き数を大にしても高周波抵抗を低減できるため、特に４０ｋＨｚ以上の高周波になると効果的であり、また、アルミおよび銅等の低抵抗で低透磁率の被加熱体１５の場合、加熱周波数を約４０ｋＨｚ以上にすることが適しており、アルミや銅等の非磁性金属を加熱することが容易になる。
【００５３】
なお、本実施例は誘導加熱装置の例として誘導加熱調理器にて説明したが、その他各種誘導加熱装置においても同様の効果が得られる。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、高出力で、かつ、加熱コイルの耐電圧に対する信頼性を向上した誘導加熱装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例１における誘導加熱調理器の構成断面図
【図２】  本発明の実施例１における誘導加熱調理器の構成断面図
【図３】  本発明の実施例２における誘導加熱調理器の構成断面図
【図４】  本発明の参考例２における加熱コイルの断面図
【図５】  （ａ）本発明の実施例３におけるコイル導線断面形状が円形の場合を示す図
（ｂ）同、コイル導線断面形状が方形の場合を示す図
【図６】  本発明の実施例４におけるコイル導線の断面図
【図７】  素線の断面図
【図８】  本発明の実施例４における他例のコイル導線の断面図
【図９】  従来の誘導加熱調理器の構成断面図
【図１０】  同、誘導加熱調理器の加熱コイルの断面図
【符号の説明】
１３  加熱コイル
１６  コイル導線
１７  内周部
１８  外周部
１９  絶縁体
【図１】
0003941500.tif 000002
【図２】
0003941500.tif 000003
【図３】
0003941500.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003941500.tif 000008
【図８】
0003941500.tif 000009
【図９】
0003941500.tif 000010
【図１０】
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