JP2002231436A - 誘導加熱装置用加熱コイル - Google Patents
誘導加熱装置用加熱コイルInfo
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Abstract
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】 電気導体11を渦巻き状に巻回し、その
線間に整流素子層13を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
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。
熱調理器を例に取り上げ、図10〜14を用いて説明す
る。図10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。
す。図11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。
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。
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14に示す。
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。
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。
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号のように、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。
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。
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特開
昭62−133693号などに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。
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。
に本発明は、電気導体を渦巻き状に巻回し、前記電気導
体の線間に少なくとも片面を前記電気導体と電気絶縁し
た整流素子層を設けたことを特徴とする誘導加熱装置用
加熱コイル等とするものである。
を渦巻き状に巻回し、前記電気導体の線間に少なくとも
片面を前記電気導体と電気絶縁した整流素子層を設けた
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。
子層を設けているため、電気導体の線間に発生する浮遊
容量と直列に整流素子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。
流素子層を形成し、絶縁物を介して前記薄膜テープを電
気導体線間に設け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とするものである。
を形成しているため、電気導体と同時に薄膜テープを巻
回して請求項1記載の構成が可能となり、工法上簡易と
なって、より低コストの加熱コイルを実現できるもので
ある。
直接整流素子層を形成し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とするものである。
素子層を形成しているため、さらに簡易な工法で実現可
能となり、さらに低コストの加熱コイルを実現できるも
のである。
に整流素子層、残りの方側面に抵抗層を形成したことを
特徴とする請求項3記載の誘導加熱装置用加熱コイルと
するものである。
子層、残りの方側面に抵抗層を形成しているため、電気
導体の線間に発生する浮遊容量と直列に整流素子と抵抗
を挿入することが可能となり、浮遊容量との共振をより
確実に阻止することが可能となり、さらに低損失の加熱
コイルを実現できるものである。
に整流素子層、残りの方側面に前記整流素子層の整流方
向と逆方向となる整流素子層を形成したことを特徴とす
る請求項3記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするもの
である。
子層、残りの方側面に逆方向の整流素子層を形成してい
るため、電気導体の線間に発生する浮遊容量と直列に向
きの異なるダイオードを挿入することが可能となり、浮
遊容量との共振をより確実に阻止することが可能とな
り、さらに低損失の加熱コイルを実現できるものであ
る。
に整流素子層を設け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するものである。
子層を設けているため、使用材料の削減が可能となり、
より低コストの加熱コイルを実現できるものである。
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1
2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20〜3
0ターン程度である。13は電気導体11の線間に設け
られた、整流素子層で、具体的にはP型半導体とN型半
導体を接合したPN接合を挿入しているものである。ま
た電気導体11と整流素子層13は、電気的に絶縁され
ている。
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整流素子層13による
ダイオードが挿入されることになる。従って、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。尚本実施例において整流素子層はPN接
合を用いたが、電気導体11の線間に必要な耐圧は通常
数十Vであるので、ショットキーバリアを持ちいてもよ
い。
について図5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、整流素子層13は薄膜テ
ープ20の上に形成されている。従って工法的には整流
素子層13を形成した薄膜テープ20を電気導体11の
巻回時に同時に挟み込むことにより簡単に第1の実施例
を実現することが可能となり、結果低コストの加熱コイ
ル10を実現できるものである。
について図6を用いて説明する。図6は本構成の加熱コ
イル10の詳細を示した図で、整流素子層13は電気導
体11の側面に直接形成されている。すなわち、あらか
じめ電気導体11の側面に整流素子層13を形成してお
きその後巻回することにより極めて簡易に第1の実施例
を実現することが可能となり、結果さらなる低コストの
加熱コイル10を実現できるものである。
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、電気導体11の方側面に
整流素子層13、残りの片側面に抵抗層21を形成して
いる。従って浮遊容量に直列にダイオードと抵抗を挿入
することとなり、整流素子層13に寄生するわずかな容
量成分による共振をも阻止することが可能となり、結果
低損失の加熱コイルを実現できるものである。
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、電気導体11の方側面に
整流素子層22、残りの方側面に整流素子層の整流方向
と逆方向となる整流素子層23を設けている。より具体
的には整流素子層22はPN接合、整流素子層23はN
P接合としている。以上より線間に発生する浮遊容量と
直列に向きの異なるダイオードを挿入する構成となり、
浮遊容量との共振をより確実に阻止することが可能とな
って、さらに低損失の加熱コイルを実現できるものであ
る。
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、整流素子層13は、電気
導体11の高さ方向に断続的に形成されている。以上の
構成により、整流素子層13の使用材料の低減が可能と
なり、かつ浮遊容量との共振は若干発生するものの、大
幅な高周波領域における抵抗増加はないため、損失増加
は回避でき、結果より低コストの加熱コイルを実現でき
るものである。
段によれば、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。
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。
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。
熱コイルと被加熱物の位置関係を示す図
熱コイルの構成を示す図
熱コイルの等価回路を示す図
熱コイルの高周波抵抗の特性を示す図
熱コイルの構成を示す図
熱コイルの構成を示す図
熱コイルの構成を示す図
熱コイルの構成を示す図
熱コイルの構成を示す図
Claims (6)
- 【請求項1】 電気導体を渦巻き状に巻回し、前記電気
導体の線間に少なくとも片面を前記電気導体と電気絶縁
した整流素子層を設け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】 薄膜テープ上に整流素子層を形成し、絶
縁物を介して前記薄膜テープを電気導体線間に設けたこ
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】 電気導体の側面に直接整流素子層を形成
し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4】 電気導体の方側面に整流素子層、残りの
方側面に抵抗層を形成したことを特徴とする請求項3記
載の誘導加熱装置用加熱コイル。 - 【請求項5】 電気導体の方側面に整流素子層、残りの
方側面に前記整流素子層の整流方向と逆方向となる整流
素子層を形成したことを特徴とする請求項3記載の誘導
加熱装置用加熱コイル。 - 【請求項6】 高さ方向に断続的に整流素子層を設けた
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。
Priority Applications (1)
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- 2001-02-06 JP JP2001029071A patent/JP4613425B2/ja not_active Expired - Fee Related
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