JP2001210460A - 誘導加熱装置用加熱コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で、かつ損失増加のない安価な加
熱コイルを実現し、小形かつ低コストの誘導加熱装置を
提供すること。 【解決手段】 被加熱物１３載置される方向に少なくと
も２層以上重ねられた渦巻き状の周囲に絶縁体を有した
丸形電気導体を巻回してからなる２つの加熱コイルから
なり、第１の加熱コイル１１外周部終端と第２の加熱コ
イル１２終端を接続し、かつこの部分で被加熱物１３面
に対して各層を上下に反転させて、各層及び層内の電流
分布を均一にし、損失増加を防いで簡素な構成で安価な
加熱コイルとしている。

Description

【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７〜８を用いて説明する。
図７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である。

【０００３】コイル台６を上から見た図を図８に示す。
加熱コイル２のコイル線は、直径０．３ｍｍ〜０．５ｍ
ｍ程度の素線を３０本程度撚り合わせたもので構成（リ
ッツワイヤ構成）されている。この撚りピッチは数ｃｍ
程度で、それぞれの素線は１ターン中に数回被加熱物１
の下面に対して上下の位置関係を繰り返す構成となって
いる。

【０００４】素線の材質は銅で、その表面は絶縁物によ
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。それぞれの素線は加熱コイル２
の始端及び終端にて絶縁体を溶かして電気的に接続し、
図には特に記していないが、眼鏡端子にてかしめどめさ
れている。かしめ止めされた端子は、図に記載していな
いが、加熱コイルから離れた位置に設けた回路基板上の
端子とネジ止めされている。加熱コイル２のコイル線を
このような素線を撚り合わせた構成としている理由は、
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、コイル線の径を流れる高周波電流の表皮深さ
に対して充分小とする必要があること、さらに加熱コイ
ルと被加熱物間に働く近接効果により、特定の素線に電
流が集中すること防ぐためである。

【０００５】コイル素線の径が流れる高周波電流の表皮
深さに対して大きい場合、素線内部には電流が流れない
ため、インピーダンスが大となる。また充分径が小の素
線としても、撚りが全くない場合は、上記近接効果によ
り、被加熱物１側の素線群に電流が集中するため、同様
にインピーダンス大となる。

【０００６】加熱コイル２のインピーダンスが大となる
と、その損失が大きくなり、温度上昇及び加熱効率面で
問題である。絶縁物の耐熱は一般的に１５０〜１８０℃
程度であり、コイル線温度がこの耐熱を越えると上記素
線間及びコイル線間の絶縁が困難となり、この場合コイ
ルとしての機能を果たすことが不可能となる。

【０００７】図１２に示すコイルのターン数は簡易的に
示したものであり、実際のターン数は２０〜３０ターン
程度である。

【０００８】

【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、上記したような複数の素線を撚りあわせて巻
回する構成の加熱コイルは構成が複雑で、その製造コス
トが極めて大きく、結果商品のコスト上昇をまねくとい
う課題である。具体的には、複数の素線を撚りあわせる
段階で１本でも素線が切れると、製造がストップする、
コイル形状を保持するため、コイル巻回後、高温にして
各素線を密着（熱溶着）する必要があるなどで、複雑か
つ時間のかかるものである。

【０００９】本発明は上記従来の課題を解決し、簡素か
つ容易な工法かつ従来と同様以下の損失で、低コストの
加熱コイルを実現し、結果安価な誘導加熱装置を提供す
ることを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、被加熱物が載置される方向に少なくとも
２層以上重ねられた、渦巻き状の周囲に絶縁体を有した
丸形電気導体を巻回してからなる加熱コイルを２つ有
し、第１の加熱コイルの外周部片端と第２の加熱コイル
の外周部片端は、被過熱物面に対して、それぞれの層の
位置が上下反対の関係となるよう接続してなるものであ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、被加熱物
が載置される方向に少なくとも２層以上重ねられた、渦
巻き状の周囲に絶縁体を有した丸形電気導体を巻回して
からなる加熱コイルを２つ有し、第１の加熱コイルの外
周部片端と第２の加熱コイルの外周部片端は、被過熱物
面に対して、それぞれの層の位置が上下反対の関係とな
るよう接続されていることを特長とする誘導加熱装置用
加熱コイルとするものである。

【００１２】本構成により、複数の素線を撚りあわせる
必要がなく、かつ各層間に流れる電流は被加熱物面側に
偏ることがないため、簡素な構成でかつ従来と同等レベ
ルの損失の加熱コイルを実現することが出来る。さらに
渦巻き状の電気導体を２つ有した構成としているため、
１つの渦巻きで構成された従来の加熱コイルと比べて非
加熱物の形状に柔軟に対応することができ、加熱効率の
良い優れた誘導加熱装置を提供することができるもので
ある。また２つの渦巻き状電気導体間で上下反転させる
ことができるため、反転部分のピッチを充分大きくとる
ことが可能となり、極めて容易に製造することが可能で
ある。

【００１３】請求項２記載の手段は、あらかじめ各層を
接続して巻回し、反転部において線間接続を解除し、か
つ反転してなる請求項１記載の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、あらかじめ各層を接続して
いるため、工法が容易となり、さらに反転部においての
み、各線の接続が解除されているため、容易に反転でき
るようになるものである。

【００１５】請求項３記載の手段は、被加熱物に対して
平行方向に層をなしたことを特長とする請求項１記載の
誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。

【００１６】本構成にすることにより、横方向に並列に
層をなしているため、さらに低損失の加熱コイルを容易
に実現することが可能となる。

【００１７】請求項４記載の手段は、断面を長方形かつ
その長辺を被加熱物面側に対して向けたことを特長とす
る請求項１記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするもの
である。

【００１８】本構成にすることにより、従来の撚り線よ
りも少ない本数で、かつ損失上昇のない加熱コイルが実
現できるため、より低コストの誘導加熱装置を実現する
ことが可能となるものである。

【００１９】

【実施例】（実施例１）以下、本発明の第１の実施例に
ついて図１〜４を用いて説明する。図１は本発明の第１
の実施例を示す図で、第１の加熱コイル１１と第２の加
熱コイル１２と被加熱物１３の位置関係と、第１の加熱
コイル１１と第２の加熱コイル１２を上から見た図、及
び第１の加熱コイル１１及び第２の加熱コイル１２の断
面の拡大図を示している。また以下、第１の加熱コイル
１１と第２の加熱コイル１２を総称して加熱コイルと呼
ぶ場合がある。

【００２０】図１において１１は、渦巻き状の第１の加
熱コイルで、本実施例では第１の端線１４と第２の端線
１５間計６本の銅線を非加熱物１３面に対して垂直方向
に並べ、渦巻き状に巻回した構成となっている。各線の
径は第１の加熱コイル１１に流れる高周波電流と導体材
質によって決まる表皮深さに対して、充分小さい値とし
ている。１２は第２の加熱コイルで、構成は第１の加熱
コイル１１と同様で、第１の加熱コイル１１の外周部の
終端と第２の加熱コイル１２の・外周部終端は電気的に
接続されている。１３は被加熱物で、第１の加熱コイル
１１及び第２の加熱コイル１２に流れる高周波電流によ
り発生する高周波磁界にて誘導加熱される。各線は絶縁
体１６によって電気的に絶縁されている。図に示すよう
に、第１の加熱コイル１１及び第２の加熱コイル１２
は、反転部１７において（被加熱物１３に対する面を上
とした場合）第１の端線４は上（被加熱物１３側）から
下へ、第２の端線１５は下から上へと上下反転となる構
造となっている。

【００２１】図２は非加熱物１３を上から見た図で、図
に示すように長方形の形となっており、下面に配置され
る第１の加熱コイル１１及び第２の加熱コイル１２によ
って、ほぼ全面にわたって誘導加熱が可能となる。

【００２２】図３ａ）は、第１の端線１４から第２の端
線１５に流れる電流を示す図で、ｂ）は、仮に反転部１
７において上下の反転を行わなかった場合（すなわち第
１の端線１４は常に被加熱物１３側で、第２の端線１５
は常に逆側であった場合）の同様の電流分布である。

【００２３】図４は第１の加熱コイル１１及び第２の加
熱コイル１２を作製する場合の工法について述べた図
で、各線をａ）の形で巻回した後、反転部１７を境とし
て、ねじるなどの方法により上下に反転して、第１の端
線１４と第２の端線１５が上下反転するように作製して
いる。

【００２４】以下、本実施例の動作について説明する。
第１の加熱コイル１１及び第２の加熱コイル１２に高周
波電流（本実施例の場合２０ｋＨｚ〜）が流れると、ま
ず表皮効果により、各線の表面部分に電流が集中して流
れるが、本実施例の場合、各線の径は表皮深さに対して
充分薄いため（例えば２０ｋＨｚでは０．３ｍｍ程度）
表皮効果による電流分布の不均一は発生しない。さら
に、反転部１７で上下反転の構造となっているため、被
加熱物１３と第１の加熱コイル１１及び第２の加熱コイ
ル１２の間で発生する近接効果による上下層の電流分布
の不均一は、反転させなかった場合の分布に比べて極め
て改善される。

【００２５】以上のように本実施例においては被加熱物
１３面に対して垂直に並べられた複数の線コイルを巻回
途中で上下反転させることにより、従来のリッツ構成と
比べて極めて簡単な構成となるため、製造コストの低減
が可能となりまた、各層の電流分布が均一化できるた
め、損失上昇を防ぐことができる。以上より、安価な誘
導加熱装置用を実現することが可能となる。

【００２６】リッツ構成の代替として、表皮効果による
電流不均一を防ぐことを目的として薄コイルを複数積層
させて、例えば被加熱物１３面に対して垂直に配置・巻
回するものも考えられるが、この場合は上記のように近
接効果によって、垂直方向に電流の偏りが発生するた
め、損失は従来よりも大きくなり実用的でない。この点
からも巻回途中で被加熱物１３面に対して上下反転させ
る構成は極めて効果大と言える。また第１の加熱コイル
１１と第２の加熱コイル１２の間で反転しているため、
この部分の撚りピッチを大きくとることができるため、
容易な工法で実現可能となる。さらに２つの加熱コイル
としているため、非加熱物の形状に柔軟に応じることが
可能であり、例えばアイロンベースのような三角形の負
荷であっても、丸形の渦巻きとして、第１の加熱コイル
１１の直径を第２の加熱コイル１２の直径よりも小さく
することにより、効率よく加熱することができる。

【００２７】また、従来は各コイル線（複数素線を撚っ
た形態の線）間に空隙を設けることは困難であったが、
本実施例のような構成では、コイル線間に空隙を容易に
設けることが出来、結果加熱コイルの冷却が極めて容易
となるため、冷却構成の簡素化が可能となり、この点に
おいても装置としての低コスト化が一層可能となるもの
である。

【００２８】本実施例においては線数を６本としたが、
本数を増やしていけば更に低損失化が可能となる。図１
のターン数は簡素化したものであり、実際にはトータル
数十ターンの構成となる。反転部１７は１カ所とした
が、複数箇所で実施した場合、箇所数大となるほど従来
のリッツ構成と同様に近づくため均一化がより一層進
む。

【００２９】本実施例においては２つの加熱コイルとし
たが、３つ、４つと数を増やし、それぞれの上下関係を
適当に設定することにより、さらに複雑な非加熱物形状
に対応することもできる。

【００３０】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について説明する。本実施例は図１と同様となるが、加
熱コイルのコイル線はあらかじめ各線を熱融着せしめた
（本実施例の場合は６本の素線を平行に融着する）もの
とするものである。本構成により、図４ａ）の状態を簡
単に実現することができる。さらに、反転部１７におい
て、再度熱を加えることにより、各線間の接着を除去し
た後、ｂ）の状態のように反転させるものである。

【００３１】以上のように本実施例においては、あらか
じめ各線を融着してから巻回するため、極めて容易に渦
巻き形状を実現でき、さらに反転部においてのみ後から
接着を除去して反転させるため、この部分の工法も極め
て容易となるものである。すなわち、接着の状態での反
転は各線に機械的なストレスが発生し、断線などの可能
性があるが、本実施例の場合は各線が独立しているた
め、機械的ストレスはほとんど発生せず、問題ない。

【００３２】（実施例３）以下、本発明の第３の実施例
について図６を用いて説明する。図６において、コイル
線は第１の実施例と比べて、非加熱物１３の下面に平行
方向に２層となっており、素線本数は倍の１２本として
いる。その他の構成、工法は図１と同様である。

【００３３】本構成により、加熱コイルのインピーダン
スは第１の実施例と比べて略半分となり、発生損失も約
半分と出来るため、冷却装置の簡素化が一層図れ、結果
安価かつ小型の誘導加熱装置を実現できるものである。

【００３４】また本実施例においては、平行方向に２層
としたが、さらに層数を増やせばさらに低損失化が図れ
る。このような構成は、コイル線間に充分空隙があるた
め可能となるもので、従来のリッツワイヤ構成では不可
能である。

【００３５】また、本構成を第２の実施例の工法で行っ
ても良い。

【００３６】（実施例４）以下、本発明の第４の実施例
について図６を用いて説明する。図６は本実施例の加熱
コイルを示す図で、図に示すようにコイル素線は、角形
の銅線を用いている。角形の銅線の周囲は絶縁体１６に
よって電気的に絶縁されている。また、角形銅線は、長
方形の形をしており、その長辺は、非加熱物１３下面に
対して平行としている。その他の構成、工法は実施例１
と同様である。

【００３７】以上の構成とすることにより、断面を丸形
に比べて大きくとることができ、少ない層数で同じ損失
とできる。また長方形の長辺を被過熱物面側としている
ため、加熱コイルの厚みを小とすることが可能である。

【００３８】また本構成を第２の実施例の工法で行って
も良い。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、被加熱物面に対して垂直に並べた複数の線コイル
を２つのコイル間で上下反転させることにより、従来の
リッツ構成と比べて極めて簡単な構成となるため、製造
コストの低減が可能となりまた、各線の電流分布が均一
化できるため、損失上昇を防ぐことができる。以上よ
り、安価な誘導加熱装置用を実現することが可能とな
る。さらに２つの加熱コイルとしているため、非加熱物
の形状に柔軟に応じることが可能となる。また第１の加
熱コイルと第２の加熱コイルの間で反転しているため、
この部分の撚りピッチを大きくとることができ、容易な
工法で実現可能となる。またコイル線間に空隙があるた
め、冷却も容易で、冷却機構の簡素化により、装置の低
コスト化や、小型化も可能となる。

【００４０】また、請求項２記載の発明によれば、あら
かじめ各線を融着してから巻回するため、極めて容易に
渦巻き形状を実現でき、さらに反転部においてのみ後か
ら接着を除去して反転させるため、この部分の工法も極
めて容易となり結果、安価な誘導加熱装置を容易に得る
ことが可能となるものである。

【００４１】また、請求項３記載の発明によれば、被過
熱物面に対して平行方向に層を重ねるので、加熱コイル
のインピーダンスを、コイルの厚みを増すことなく、大
幅に低下することが可能となり、低損失かつ小型の誘導
加熱装置用加熱コイルを簡単に得ることができるもので
ある。

【００４２】また、請求項４記載の発明によれば、角形
コイル線を重ねて巻回する構成としているため丸形線に
比べて、断面積を効率よく向上することが可能となり、
結果同じ損失であれば、少ない素線数となるため、より
簡単な工数で実現可能となり、また層数を同じとすれ
ば、さらに低損失の誘導加熱装置を容易に得ることが出
来るものである。また、長方形の断面としてその長辺を
非加熱物側としているため、加熱コイルの厚みも薄形に
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２】同、上面図

【図３】同、各層の電流分を示す図

【図４】同、加熱コイル作製時の方法を示す図

【図５】本発明の第３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６】本発明の第４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７】従来の誘導加熱装置の部品構成を示す断面図

【図８】同、加熱コイルを上から見た図

【符号の説明】

１１ 第１の加熱コイル １２ 第２の加熱コイル １３ 被加熱物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤濤 知也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 大森 英樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 小畑 哲生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3K051 AA08 AD35 AD40 CD43 3K059 AA08 AD35 CD52

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加熱物が載置される方向に少なくとも
   ２層以上重ねられた渦巻き状の周囲に絶縁体を有した丸
   形電気導体を巻回してからなる加熱コイルを２つ有し、
   第１の加熱コイルの外周部片端と第２の加熱コイルの外
   周部片端は、被加熱物面に対して、それぞれの層の位置
   が上下反対の関係となるよう接続されてなる誘導加熱装
   置用加熱コイル。
2. 【請求項２】 あらかじめ各層を接続して巻回し、反転
   部において線間接続を解除し、かつ反転してなる請求項
   １記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
3. 【請求項３】 被加熱物面に対して平行方向に層をなし
   たことを特長とする請求項１記載の誘導加熱装置用加熱
   コイル。
4. 【請求項４】 断面を長方形かつその長辺を被加熱物面
   側に対して向けたことを特長とする請求項１記載の誘導
   加熱装置用加熱コイル。