JP2003197362A

JP2003197362A - 誘導加熱装置

Info

Publication number: JP2003197362A
Application number: JP2001396399A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Yoshijima; 敏弘慶島; Akira Kataoka; 章片岡; Katsuyuki Aihara; 勝行相原; Motonari Hirota; 泉生弘田; Nobuyoshi Makio; 信芳槙尾; Kazuya Goto; 和也後藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-07-11
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: JP3941500B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】所定の径でコイル導線１６を所定の段数
で縦に巻き回し、その径と隣接した径を所定の段数で縦
に巻き回し、この繰り返しで複層巻きを形成した加熱コ
イルを用いる構成とすることにより、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、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。

Description

【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
線を所定の段数で縦に巻き回し、その径と隣接した径を
所定の段数で縦に巻き回し、この繰り返しで複層巻きを
形成した加熱コイルを用いる構成とした。

【００１１】この構成により、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、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。

【００１２】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、所定の
径でコイル導線を所定の段数で縦に巻き回し、その径と
隣接した径を所定の段数で縦に巻き回し、この繰り返し
で複層巻きを形成した加熱コイルを用いる構成とするこ
とにより、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、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。

【００１３】請求項２に記載の発明は、加熱コイルをｎ
段数（ｎは自然数）で内から外まで巻き回すことによ
り、加熱コイルの厚みが一定になり、作製しやすい形状
となる。

【００１４】請求項３に記載の発明は、加熱コイルを特
に２段で構成しているので、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、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。

【００１５】請求項４に記載の発明は、所定の径でコイ
ル導線をｎ段で縦に巻き回し、その径と隣接した径をｎ
＋１段で縦に巻き回し、さらに、その径と隣接した径を
ｎ段で縦に巻き回し、交互に縦段数を変えた加熱コイル
を用いる構成とすることにより、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。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、加熱コイルの耐
電圧に対する信頼性が向上する。

【００１６】請求項５に記載の発明は、ｎを１として、
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。

【００１７】請求項６に記載の発明は、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
イル導線同士の結合強度が増し、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。

【００１８】請求項７に記載の発明は、加熱コイルの内
周部もしくは／および外周部を単層巻きにすることによ
り、特に磁束が集中しやすい内周部と外周部での高周波
抵抗を下げることができ、加熱コイルの発熱が低減し、
冷却性能が向上する。

【００１９】請求項８に記載の発明は、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】請求項９に記載の発明は、コイル導線の外
周に絶縁体を設けることにより、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、信頼性を高めることがで
きる。

【００２１】請求項１０に記載の発明は、素線の導体部
の直径が０.１ｍｍ以下になるとコイル導線内の表皮効
果の影響が低減され、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、冷却性能が向
上する。

【００２２】請求項１１に記載の発明は、特に、請求項
１〜１０に記載の構成において、加熱コイルに４０ｋＨ
ｚ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、本構成が加熱コイルの巻き数を大
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。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例については、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】(実施例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１
３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１
６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のように本実施例では縦段数を
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２)次に実施例２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１
６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３）次に実施例３について図３を
用いて説明する。図３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】（実施例４）次に実施例４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５）次に実施例５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
同志の中心距離が長く、コイル導線１６同士の接触は点
接触なので、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６）次に実施例６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１
６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１
９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１
３を巻き回し後、加熱固化させることにより、絶縁体１
９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４０ｋ
Ｈｚ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】本発明の実施例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２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３における誘導加熱調理器の構
成断面図

【図４】本発明の実施例４における加熱コイルの断面図

【図５】（ａ）本発明の実施例５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６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６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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者相原勝行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)発明者弘田泉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 (72)発明者槙尾信芳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)発明者後藤和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Ｆターム(参考） 3K051 AA08 AD05 AD28 CD43 CD44 3K059 AA08 AB04 AD05 AD28 CD77

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の径でコイル導線を所定の段数で縦
に巻き回し、その径と隣接した径を所定の段数で縦に巻
き回し、この繰り返しで複層巻きを形成した加熱コイル
を備えた誘導加熱装置。
【請求項２】ｎ段数（ｎは自然数）で縦に巻き回し、
ｎ段の複層巻きとした請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】ｎを２として、２段の複層巻きとした請
求項２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】所定の径でコイル導線をｎ段で縦に巻き
回し、その径と隣接した径をｎ＋１段で縦に巻き回し、
さらに、その径と隣接した径をｎ段で縦に巻き回し、交
互に縦段数を変えた加熱コイルを備えた誘導加熱装置。
【請求項５】ｎを１として、１段、２段、１段と繰り
返した請求項４に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】ｎを２として、２段、３段、２段と繰り
返した請求項４に記載の誘導加熱装置。
【請求項７】加熱コイルの内周部もしくは／および外
周部を単層巻きにした請求項１〜６いずれか１項に記載
の誘導加熱装置。
【請求項８】コイル導線の断面形状を円形とした請求
項１〜７いずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項９】コイル導線の外周に絶縁体を設けた請求
項１〜８いずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項１０】コイル導線の導体部の直径が０．１ｍ
ｍ以下の素線を用いた請求項１〜９いずれか１項に記載
の誘導加熱装置。
【請求項１１】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した請求項
１〜１０いずれか１項に記載の誘導加熱装置。