JP2002231435A

JP2002231435A - 誘導加熱装置用加熱コイル

Info

Publication number: JP2002231435A
Application number: JP2001029069A
Authority: JP
Inventors: Motonari Hirota; 泉生弘田; Atsushi Fujita; 篤志藤田; Yu Fukuda; 祐福田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-02-06
Filing date: 2001-02-06
Publication date: 2002-08-16
Anticipated expiration: 2021-02-06
Also published as: JP4765173B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で、かつ特に高周波域での損失低
減のできる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】第１の電気導体１１を渦巻き状に巻回
し、その線間に電気導体１１の電気抵抗よりも大となる
抵抗値を有する第２の電気導体を電気絶縁して設けて線
間に発生する浮遊容量との共振を阻止あるいは低減する
ことにより、高周波域の抵抗上昇を低減して、低損失か
つ安価な誘導加熱装置を実現している。

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０．３ｍ
ｍ〜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。

【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】請求項２記載の手段は、第２の電気導体は
片側の面のみ電気的に絶縁されたことを特徴とする請求
項１記載の誘導加熱装置用加熱コイル誘導加熱装置用加
熱コイルとするものである。

【００１６】本構成により、第２の電気導体を第１の電
気導体の片面に直接設けることが可能となり、工法的に
容易な誘導加熱装置用加熱コイルを実現することができ
るものである。

【００１７】請求項３記載の手段は、第２の電気導体の
抵抗率を線間方向で、略１０の９乗Ω・ｃｍ以上とし、
かつその抵抗値を略１０の７乗Ｈｚの周波数で確保した
ことを特徴とする請求項１または２記載の誘導加熱装置
用加熱コイル誘導加熱装置用加熱コイルとするものであ
る。

【００１８】本構成により数十ＭＨｚの周波数域で数Ｇ
Ω／ｃｍの抵抗率を有した第２の電気導体としているた
め第２の電気導体の線間方向に対する厚みを略０．１ｍ
ｍ以下とすることが可能となり、第２の電気導体の形成
時間が短縮可能となり、より工数が低減できるので、さ
らに低コスト化が可能となるものである。

【００１９】請求項４記載の手段は、第１の電気導体の
高さと第２の電気導体の高さをほぼ等しくしたことを特
徴とする請求項１または２記載の誘導加熱装置用加熱コ
イルとするものである。

【００２０】本構成により第２の電気導体の高さが第１
の電気導体の高さとほぼ同じとしているため、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。

【００２１】請求項５記載の手段は、第２の電気導体を
周回途中で、断続的に形成したことを特徴とする請求項
１または２記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするもの
である。

【００２２】本構成により第２の電気導体を周回途中で
断続的に形成しているため、第２の電気導体の材料費を
削減することが可能となり、より低コストな誘導加熱装
置用加熱コイルを実現できるものである。

【００２３】請求項６記載の手段は、第２の電気導体は
内周近傍以外に形成し、内周近傍は、少なくとも比透磁
率が１より大きい電気絶縁体を線間に設けたことを特徴
とする請求項１または２記載の誘導加熱装置用加熱コイ
ルとするものである。

【００２４】本構成により、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。

【００２５】請求項７記載の手段は、第２の電気導体は
内周近傍と外周部近傍以外に形成し、内周近傍と外周部
近傍は、少なくとも比透磁率が１より大きい電気絶縁体
を線間に設けたことを特徴とするものである。

【００２６】本構成により、請求項６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。

【００２７】請求項８記載の手段は、第２の電気導体は
内周近傍と外周部近傍以外に形成し、内周近傍と外周部
近傍は、少なくとも比透磁率が１より大きい電気絶縁体
を線間に設けたことを特徴とする請求項１または２記載
の誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。

【００２８】本構成により、第２の電気導体そのものが
比透磁率が１より大なる材料としているため、近接効果
の低減と共振周波数の高周波側へのシフトが同時に可能
となり、極めて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。

【００２９】

【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は加熱コイル１
０と被加熱物１２の位置関係を示した図で、非加熱物１
２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の電気導体で本実施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非加熱
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。

【００３０】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
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。

【００３１】（実施例３）以下、本発明の第３の実施例
について説明する。本実施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。

【００３２】（実施例４）以下、本発明の第４の実施例
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、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。

【００３３】（実施例５）以下、本発明の第５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、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。

【００３４】（実施例６）以下、本発明の第６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、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。

【００３５】（実施例７）以下、本発明の第７の実施例
について図１１を用いて説明する。図１１は本構成の加
熱コイル１０の詳細を示した図で、第６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。

【００３６】（実施例８）以下、本発明の第８の実施例
について説明する。本構成は第１の実施例などにおいて
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。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１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。

【００３８】また、請求項２及び３記載の発明によれ
ば、さらに低コストの誘導加熱装置用加熱コイルを実現
できる。

【００３９】また、請求項４記載の発明によれば、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。

【００４０】また、請求項５記載の発明によれば、さら
に低コストの誘導加熱装置用コイルを実現できる。

【００４１】また、請求項６乃至８記載の発明によれ
ば、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。

【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
熱コイルと被加熱物の位置関係を示す図

【図２】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３】本発明の第１の実施例である誘導加熱装置用加
熱コイルの等価回路を示す図

【図４】本発明の第１の実施例である誘導加熱装置用加
熱コイルの高周波抵抗の特性を示す図

【図５】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６】本発明の第２の実施例である誘導加熱装置用加
熱コイルの等価回路を示す図

【図７】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８】本発明の第５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９】本発明の第６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７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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福田祐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 AA07 AA08 AD25 AD35 CD43 3K059 AA07 AA08 AD25 AD35 CD52

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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。
【請求項２】第２の電気導体は片側の面のみ電気的に
絶縁されたことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱装
置用加熱コイル。
【請求項３】第２の電気導体の抵抗率を線間方向で、
略１０の９乗Ω・ｃｍ以上とし、かつその抵抗値を略１
０の７乗Ｈｚの周波数で確保したことを特徴とする請求
項１または２記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
【請求項４】第１の電気導体の高さと第２の電気導体
の高さをほぼ等しくしたことを特徴とする請求項１また
は２記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
【請求項５】第２の電気導体を周回途中で、断続的に
形成したことを特徴とする請求項１または２記載の誘導
加熱装置用加熱コイル。
【請求項６】第２の電気導体は内周近傍以外に形成
し、内周近傍は、少なくとも比透磁率が１より大きい電
気絶縁体を線間に設けたことを特徴とする請求項１また
は２記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
【請求項７】第２の電気導体は内周近傍と外周部近傍
以外に形成し、内周近傍と外周部近傍は、少なくとも比
透磁率が１より大きい電気絶縁体を線間に設けたことを
特徴とする請求項１または２記載の誘導加熱装置用加熱
コイル。
【請求項８】第２の電気導体は、少なくとも比透磁率
が１より大きい材質としたことを特徴とする請求項１ま
たは２記載の誘導加熱装置用加熱コイル。