JP2007305490A - Manufacturing method of heating coil, and heating coil of electromagnetic induction heating cooker - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電磁誘導加熱調理器に用いる加熱コイルの製造方法と、その製造方法で製造された加熱コイルに関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a heating coil used in an electromagnetic induction heating cooker, and a heating coil manufactured by the manufacturing method.
従来の電磁誘導加熱調理器では、加熱コイルを、例えば、最外部、中間部、中心部等のように分割して配置することにより、被加熱容器を均一に加熱できるようにしている(例えば、特許文献1参照)。 In a conventional electromagnetic induction heating cooker, the heating coil is divided and arranged, for example, as the outermost part, the middle part, the center part, etc., so that the heated container can be heated uniformly (for example, Patent Document 1).
さらに、加熱コイルを内側のコイルと外側のコイルに分割した場合に、内側のコイルと外側のコイルのインダクタンスを略同じにして駆動回路の回路構成を簡略化することが行われている(例えば、特許文献2参照)。 Furthermore, when the heating coil is divided into an inner coil and an outer coil, the inductance of the inner coil and the outer coil is made substantially the same to simplify the circuit configuration of the drive circuit (for example, Patent Document 2).
ところが、上記のような従来の複数に分割された加熱コイルを備える電磁誘導加熱調理器にあっては、被加熱容器を均一に加熱できるか、各コイルのインダクタンスが略同じであるかのいずれか一方のみであって、被加熱容器を均一に加熱でき、かつ、分割された各コイルのインダクタンスが略同じである加熱コイルをどのようにすれば製造できるのかについては、一切示されておらず、その結果、均一加熱ができて各コイルのインダクタンスが略同じである加熱コイルを実現することができなかった。 However, in an electromagnetic induction heating cooker having a conventional heating coil divided into a plurality as described above, either the heated container can be heated uniformly or the inductance of each coil is substantially the same. On the other hand, there is no indication as to how to produce a heating coil that can uniformly heat the container to be heated and the inductance of each of the divided coils is substantially the same, As a result, it was not possible to realize a heating coil in which uniform heating was possible and each coil had substantially the same inductance.
この発明は、上記のような課題を解決するために為されたもので、均一加熱ができ、分割された各コイルのインダクタンスが略同じであることから駆動回路の回路構成を簡略化できる加熱コイルの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is a heating coil that can perform uniform heating and can simplify the circuit configuration of the drive circuit because the inductance of each of the divided coils is substantially the same. It aims at providing the manufacturing method of.
この発明に係る加熱コイルの製造方法は、第1工程で、第1のコイルの内周半径及び外周半径と前記第1のコイルの導線を渦巻き状に等間隔で配置するピッチと前記導線に通電する最大電流とを設定し、第2工程で、前記第1のコイルを内周側から外周側へ向かって順に互いに異なる第1の分割位置と第2の分割位置とで第1の導線、第2の導線、及び第3の導線に分割し、前記第2の導線を取り除き、前記第1の導線からなる第2のコイルと前記第3の導線からなる第3のコイルを連結した第4のコイルが、通電されて被加熱容器を加熱した際に、前記被加熱容器の温度を前記最大電流で所定の最大加熱温度に至らしめると同時に、前記被加熱容器の温度分布を所定の均一度に至らしめるように、前記第1の分割位置と前記第2の分割位置を設定するようにし、第3工程で、前記第3のコイルを内周側から外周側へ向かって順に第3の分割位置で第4の導線と第5の導線に分割し、前記第2のコイルと前記第4の導線からなる第5のコイルを連結してなる第6のコイルと前記第5の導線からなる第7のコイルの各々のインダクタンスが略同じとなるように、前記第3の分割位置を設定するようにした。 In the heating coil manufacturing method according to the present invention, in the first step, the inner and outer radii of the first coil, the pitch at which the conductors of the first coil are spirally arranged at equal intervals, and the conductors are energized. In the second step, the first conductive wire, the first coil at the first division position and the second division position, which are different from each other in order from the inner circumference side to the outer circumference side in the second step, The fourth conductor is divided into two conductor wires and a third conductor wire, the second conductor wire is removed, and a second coil composed of the first conductor wire and a third coil composed of the third conductor wire are connected. When the coil is energized to heat the heated container, the temperature of the heated container is brought to a predetermined maximum heating temperature with the maximum current, and at the same time, the temperature distribution of the heated container is set to a predetermined uniformity. The first division position and the second division position so as to achieve In the third step, the third coil is divided into a fourth conductor and a fifth conductor at a third division position in order from the inner periphery to the outer periphery, and the second coil And the sixth coil formed by connecting the fifth coil made of the fourth conducting wire and the seventh coil made of the fifth conducting wire have substantially the same inductance, so that the third division is performed. The position was set.
この発明によれば、等間隔で渦巻き状に導線を配置したコイルを、被加熱容器の温度分布が所定の均一度に至るように導線の一部を取り除くことにより隙間を設けて分割し、次に、分割された外周側のコイルを再分割するに際し、内周側のコイルと外周側のコイルを再分割して得た内側のコイルとを直列接続したコイルのインピーダンスと外周側のコイルを再分割して得た外側のコイルのインピーダンスとが略同じになるように再分割位置を設定するようにして、インピーダンスが略同じである2つのコイルからなる加熱コイルを構成したので、被加熱容器を均一に加熱することができると同時に、前記の2つのコイルを駆動する駆動回路を簡略化することができるという効果がある。 According to the present invention, the coil in which the conducting wires are arranged in a spiral shape at equal intervals is divided by providing a gap by removing a part of the conducting wire so that the temperature distribution of the heated container reaches a predetermined uniformity. When the divided outer peripheral coil is subdivided, the impedance of the coil in which the inner peripheral coil and the inner coil obtained by subdividing the outer peripheral coil are connected in series and the outer peripheral coil are re-divided. Since the re-dividing position is set so that the impedance of the outer coil obtained by the division is substantially the same, and the heating coil composed of two coils having the same impedance is configured, the container to be heated is The heating circuit can be uniformly heated, and at the same time, the driving circuit for driving the two coils can be simplified.
以下、この発明の実施の形態による加熱コイルの製造方法を、この製造方法で設計した加熱コイルを供える電磁誘導加熱調理器で被加熱容器としてステンレス製の鍋を想定して加熱した場合の鍋底温度の計算結果をもとにして説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the heating coil according to the embodiment of the present invention, the temperature at the bottom of the pan when heated by assuming a stainless steel pot as a heated container in an electromagnetic induction heating cooker provided with the heating coil designed by this manufacturing method This will be explained based on the calculation result of.
ところで、以下で説明する計算の内、交流磁場解析、鍋底の渦電流分布解析、渦電流損失に基づいたジュール熱による鍋底発熱密度分布の解析、及び、コイルのインダクタンス解析は、全て、汎用電磁界解析ソフトであるサイエンスソリューションズ株式会社製のEM Solution(登録商標)を用いた。この汎用電磁界解析ソフトは、変位電流を無視したMaxwell方程式に3次元有限要素法を適用した電磁界計算が実行可能である。 By the way, among the calculations described below, AC magnetic field analysis, pan bottom eddy current distribution analysis, pan bottom heat density distribution analysis due to Joule heat based on eddy current loss, and coil inductance analysis are all general purpose electromagnetic fields. EM Solution (registered trademark) manufactured by Science Solutions Co., Ltd., which is analysis software, was used. This general-purpose electromagnetic field analysis software can execute an electromagnetic field calculation by applying a three-dimensional finite element method to the Maxwell equation ignoring the displacement current.
なお、これらの計算ができるのは、このソフトに限られるわけではなく、一般に市販されている電磁界解析が可能な他のソフトも以下で説明する計算に対応したものであれば使用できることは言うまでもない。 It should be noted that these calculations are not limited to this software, and it goes without saying that other commercially available software capable of electromagnetic field analysis can be used as long as it is compatible with the calculations described below. Yes.
なお、当該電磁誘導加熱調理器は被加熱容器である例えば鍋の鍋底を所定の最大加熱温度まで加熱でき、かつ、その鍋底温度分布が所定の均一度を有するように加熱できる加熱コイルを製造するものとする。 The electromagnetic induction heating cooker manufactures a heating coil that can be heated to a predetermined maximum heating temperature, such as a pot to be heated, and the pot bottom temperature distribution has a predetermined uniformity. Shall.
実施の形態1.
図1は、この発明に係る加熱コイルの製造方法によって設計した実施の形態1の加熱コイルを備える電磁誘導加熱調理器で、ステンレス製の鍋を加熱する構成の一例を正面側から見た断面図である。わかりやすくするために、説明に必要の無い、例えば、フェライトコア等の部材を省略して示している。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of a configuration for heating a stainless steel pan, viewed from the front side, in an electromagnetic induction heating cooker including the heating coil of Embodiment 1 designed by the method for manufacturing a heating coil according to the present invention. It is. For the sake of clarity, members such as ferrite cores that are not necessary for the description are omitted.
この電磁誘導加熱調理器の加熱コイルは、渦巻き形状をしており、渦巻きの中心側の内周コイル1と、外側の外周コイル2とから構成されている。この加熱コイルに駆動回路(図示せず)を接続して高周波電力を印加することで、交流磁界が発生し、被加熱容器の一例であるステンレス製の鍋3を均一加熱するようになっている。
The heating coil of the electromagnetic induction heating cooker has a spiral shape, and includes an inner
なお、以下での説明では、鍋3のステンレスの材質はSUS430であり、鍋底直径が200mm、鍋底厚さ2.5mmとしている。また、SUS430の電磁気的性質としては、比抵抗5.0x10−7Ωm、比透磁率400とし、熱的性質としては熱伝導率16W/mK、比熱500J/kg・Kと仮定して、電磁界解析と断熱モデルを用いた熱伝導解析を実施しているが、鍋の材質、及び、これらの定数の値は一例であり、鍋が他の材質であっても、また、その材質がこれらとは異なる定数を有するものであっても良いのは言うまでもない。
In the following description, the stainless steel material of the
また、ここでは、加熱コイルに印加する高周波電力の周波数は20kHzとしているが、この周波数の値に限定されるわけではないのは言うまでもない。 Here, the frequency of the high-frequency power applied to the heating coil is 20 kHz, but it is needless to say that the frequency is not limited to this value.
図2は、図1に記載の加熱コイルの構成を詳細に説明するために、上面側から見た加熱コイルの平面図である。図1と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。 FIG. 2 is a plan view of the heating coil viewed from the upper surface side in order to explain the configuration of the heating coil shown in FIG. 1 in detail. The same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts, and thus description thereof is omitted.
図2より明らかなように、内周コイル1は、渦巻きの中心側のコイル部1aと、このコイル部1aと隙間が設けられて配置された外側のコイル部1bとから構成されており、さらに、コイル部1aとコイル部1bは直列に連結されている。一方、外周コイル2は、このコイル部1bの外側に接近して設けられている。
As apparent from FIG. 2, the inner
内周コイル1の両端には接続用端子4a、4bが、外周コイル2の両端には接続用端子5a、5bが設けられており、これらの接続用端子4a、4b、5a、5bを用いて、駆動回路の高周波出力が通電されることとなる。
通常は、被加熱容器である鍋3が大きい場合には、内周コイル1と外周コイル2の両方に通電し、鍋3が小さい場合には、内周コイル1のみに通電して使用する。
Usually, when the
次に、この発明に係る加熱コイルの製造方法による実施の形態1の加熱コイルの設計工程について説明する。
Next, the design process of the heating coil of
図3は、加熱コイルを製造するための設計手順を説明するための工程フロー図であり、製造しようとする加熱コイルの外形寸法や通電する最大電流の条件設定を行う第1工程と、被加熱容器である鍋の鍋底の温度が最大電流で少なくとも所定の最大加熱温度に到達することができるのと同時に、鍋底の温度分布が所定の均一度を有するようにするための第2工程と、加熱コイルを構成する図2に記載のコイル部1aとコイル部1bとからなる内周コイル1のインダクタンスと外周コイル2のインダクタンスが略同じとなるように第3の分割位置を設定する第3工程とから構成されている。
FIG. 3 is a process flow diagram for explaining a design procedure for manufacturing a heating coil, and includes a first process for setting the outer dimensions of the heating coil to be manufactured and conditions for maximum energization, A second step for allowing the temperature distribution of the bottom of the pan to have a predetermined degree of uniformity, while at the same time the temperature of the bottom of the pan as a container can reach at least a predetermined maximum heating temperature with a maximum current; A third step of setting the third division position so that the inductance of the inner
また、図4は、加熱コイルの製造工程の内、第1工程を説明するための上面側から見た第1のコイルの平面図、図5は、第2工程を説明するための上面側から見た第4のコイルの平面図、図6は、第3工程を説明するための上面側から見た第4のコイルの平面図、図7は、前記、第1工程、第2工程、及び第3工程を経て、図3に示した工程フローで設計して得られた加熱コイルの平面図である。 4 is a plan view of the first coil viewed from the upper surface side for explaining the first step in the manufacturing process of the heating coil, and FIG. 5 is from the upper surface side for explaining the second step. FIG. 6 is a plan view of the fourth coil viewed from the upper surface side for explaining the third step, and FIG. 7 is the first step, the second step, and FIG. It is a top view of the heating coil obtained by designing with the process flow shown in FIG. 3 through the 3rd process.
なお、図3、図4、図5、図6、及び、図7は、互いに同一符号は同一又は相当部分を示すので一度説明したものについては以後は説明を省略する。さらに、図1及び図2と同一符号は同一又は相当部分を示すので同様に説明を省略する。 3, 4, 5, 6, and 7, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts, and thus the description of those that have been described once will be omitted. Furthermore, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 indicate the same or corresponding parts, and thus the description thereof is omitted.
以下に、図3乃至図7を用いて、実施の形態1の加熱コイルの製造方法を詳細に説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the heating coil according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
図3において、電磁誘導加熱調理器の加熱コイルを製造するために、加熱コイルを設計する工程スタートS1を開始すると、まず、第1工程として、製造する加熱コイルの外形寸法に関する、内周半径R1と外周半径R2を、加熱対象とする鍋のサイズに基づいて設定する条件設定S2を行う。 In FIG. 3, when starting the process start S1 which designs a heating coil in order to manufacture the heating coil of an electromagnetic induction heating cooking device, first, as a 1st process, the inner periphery radius R1 regarding the external dimension of the heating coil to manufacture. And condition setting S2 for setting the outer peripheral radius R2 based on the size of the pan to be heated.
ここで、内周半径R1は、図4に記載の加熱コイルの中心6と接続端子4aとの距離であり、外周半径R2は、図4に記載の加熱コイルの中心6と接続端子5bとの距離である。
Here, the inner radius R1 is the distance between the
条件設定S2では、さらに、使用する導線の種類やサイズを選定した上で、導線を内周半径R1と外周半径R2との間に等間隔で配置するピッチを設定する。 In the condition setting S2, after selecting the type and size of the conducting wire to be used, the pitch for arranging the conducting wires at equal intervals between the inner peripheral radius R1 and the outer peripheral radius R2 is set.
さらに、当該電磁誘導加熱調理器に搭載する駆動回路が許容できる最大電流を設定する。以下の説明では、鍋3の鍋底への入熱が一例として常に400Wとなるように加熱コイルに印加する高周波電流を調整している。なお、焼き物等に適した温度として、最大加熱温度を120℃とした。
Furthermore, the maximum current allowable by the drive circuit mounted on the electromagnetic induction heating cooker is set. In the following description, the high frequency current applied to the heating coil is adjusted so that the heat input to the pan bottom of the
次に、図3に記載の第2工程として、加熱コイルによる誘導加熱によって鍋底の温度分布が所定の均一度を得られるように、図4に記載の接続端子4aから渦巻き状に円周側に広がって接続端子5bで終端する第1のコイル7を仮に分割するための分割仮設定S3を行う。
Next, as a second step shown in FIG. 3, the
具体的には、まず、図4に示すように、第1のコイル7を分割する内周側から外周側に向かって順に互いに異なる第1の分割位置8と第2の分割位置9を仮に設定し、これらの分割位置で第1のコイル7の導線を切断し、接続端子4aを始端とし第1の分割位置8を終端とする第1の導線7aと、第1の分割位置8を始端とし第2の分割位置9を終端とする第2の導線7bと、第2の分割位置9を始端とし接続端子5bを終端とする第3の導線7cにする。
Specifically, first, as shown in FIG. 4, a
次に、図5に示すように、第2の導線7bを取り除き、第1の導線7aからなる第2のコイル10と第3の導線7cからなる第3のコイル11を連結して第4のコイルとする。
Next, as shown in FIG. 5, the second
図5に示す第4のコイルに対して、図3に記載の電磁界解析・熱伝導解析による鍋底温度分布の計算S4の内、電磁界解析の部分を既に説明している汎用電磁界ソフトを用いて行い、まず、第4のコイルに通電する高周波電流によって生じる交流磁場分布を求める。 For the fourth coil shown in FIG. 5, general-purpose electromagnetic field software that has already explained the electromagnetic field analysis portion in the calculation S4 of the pot bottom temperature distribution by the electromagnetic field analysis and heat conduction analysis shown in FIG. First, an AC magnetic field distribution generated by a high-frequency current flowing through the fourth coil is obtained.
次に、この交流磁場分布に基づいて、既に説明している汎用電磁界ソフトを用いて鍋3に誘起される渦電流分布を求め、さらに、鍋3の比抵抗の値に応じて生じる渦電流損失を計算し、鍋3のジュール熱による鍋底発熱密度分布を得る。
Next, based on this AC magnetic field distribution, the eddy current distribution induced in the
次に、得られた鍋底発熱密度分布に基づいて、熱伝導方程式に熱回路網を適用し、差分法で計算するように作成された非定常熱伝導解析ソフトを用いて、分割仮設定S3で第1の分割位置8と第2の分割位置9で分割して得た第4のコイルで鍋3を加熱した場合の鍋底温度分布を求める。
Next, based on the obtained pan bottom heat generation density distribution, using a transient heat conduction analysis software created so as to apply a thermal network to the heat conduction equation and calculate by the difference method, in the division temporary setting S3 The pan bottom temperature distribution when the
なお、鍋底温度分布の計算にここで用いた非定常熱伝導解析ソフトは自作によるものであるが、このソフトに限られるわけではなく、発熱源である鍋底発熱密度分布に基づいて非定常の熱伝導が計算できる一般に市販されている汎用熱伝導解析ソフトであればこの計算に使用できるのは言うまでもない。 The unsteady heat conduction analysis software used here for the calculation of the pan bottom temperature distribution is self-made, but is not limited to this software, and the unsteady heat based on the pan bottom heat density distribution as the heat source. It goes without saying that any commercially available general-purpose heat conduction analysis software that can calculate conduction can be used for this calculation.
次に、鍋3の鍋底の温度が所定の最大加熱温度に到達できる電流値が、条件設定S2にて設定した許容最大電流の範囲内にあり、かつ、求めた鍋底温度分布が所定の均一度に達したかどうかを判定1S5で判定し、所定の均一度に達した場合は第3の工程に進むが、達しない場合は第1のコイル7の分割仮設定S3に戻って、第1の分割位置8と第2の分割位置9の見直しを行って再度仮設定し、以下は上記の同様の処理を行い、判定1S5で鍋底温度分布が所定の均一度に達するまでこれらの処理を繰り返す。
Next, the current value at which the temperature of the pan bottom of the
第2工程がS6で終了すると、次は、第3工程において、加熱コイルを構成する内周コイル1と外周コイル2の各々のインダクタンスが略同じとなるように、第3のコイル11の分割仮設定S7を行う。
When the second step is completed in S6, the third step is to divide the
具体的には、まず、図6に示すように、第3のコイル11を分割する第3の分割位置12を仮に設定し、この第3の分割位置12で第3のコイル11の導線を切断し、内周側から外周側に向かって順に、第3の分割位置12よりも内周側の第4の導線11aと、第3の分割位置12を始端とし接続端子5bを終端とする第5の導線11bにする。
Specifically, first, as shown in FIG. 6, a
次に、図7に示すように、第2のコイル10と第4の導線11aからなる第5のコイル13を連結して第6のコイルとする。
Next, as shown in FIG. 7, the
次に、第6のコイルと第5の導線11bからなる第7のコイル14の各々のインダクタンスの計算S8を、既に説明した汎用電磁界ソフトを用いてコイルに鎖交する磁束からインダクタンスを算出する方法で行い、各々のインダクタンスの値が略同じであるかどうかを判定2S9で判定し、略同じであれば第3の分割位置12の設定S10が完了したものとして工程ストップS11で工程フローが終了するが、略同じでなければ、第3のコイル11の分割仮設定S7に戻って、第3の分割位置12の見直しを行って再度仮設定し、以下は上記の同様の処理を行った上で、判定2S9で各々のインダクタンスの値が略同じになるまで繰り返す。以上により、S10で第3の分割位置12が設定され、S11で工程が終了する。
Next, the inductance S8 of each of the
以上の工程フローにより得られた第6のコイルは、図2に示すコイル部1aとコイル部1bから構成された内周コイル1そのものであり、第7のコイル14は、外周コイル2そのものであって、この発明に係る実施の形態1の加熱コイルの製造方法で設計した実施の形態1の加熱コイルを得ることができる。
The sixth coil obtained by the above process flow is the inner
なお、図3に示す加熱コイルの製造方法の工程フローに基づいて、設計を行った例を以下にさらに詳細に説明する。ここでは、一例として、第1の工程として、加熱コイルの内周半径R1は13.8mm、外周半径R2は92.0mm、導線を配置するピッチを1.7mmとした。また、使用する駆動回路から通電する許容最大電流を設定した。 In addition, based on the process flow of the manufacturing method of the heating coil shown in FIG. 3, the example which performed the design is demonstrated still in detail below. Here, as an example, as a first step, the inner peripheral radius R1 of the heating coil is 13.8 mm, the outer peripheral radius R2 is 92.0 mm, and the pitch for arranging the conductors is 1.7 mm. In addition, an allowable maximum current energized from the driving circuit to be used was set.
さらに、既に述べているように、鍋3の鍋底への入熱が常に400Wとなるように加熱コイルに印加する高周波電流を調整しており、所定の最大加熱温度は例えば120℃としている。
Furthermore, as already stated, the high frequency current applied to the heating coil is adjusted so that the heat input to the pan bottom of the
また、加熱コイルの半径方向の鍋底温度の均一度については、所定の最大加熱温度から例えば低温側に10℃以内に入る鍋底の長さが鍋底の半径に占める割合を意味するものとし、所定の均一度は例えば50%以上としている。 In addition, the uniformity of the pot bottom temperature in the radial direction of the heating coil means the ratio of the length of the pot bottom that falls within 10 ° C. from the predetermined maximum heating temperature to the low temperature side in the radius of the pot bottom. The uniformity is, for example, 50% or more.
図8は、図3に示す第2工程において、第1の分割位置8と第2の分割位置9の組み合わせを変えて求めた鍋3の鍋半径方向の鍋底温度分布図である。第1の分割位置8と第2の分割位置9の間の隙間が0mmの場合の鍋底温度分布曲線15と、同じく隙間が13.6mmの場合の鍋底温度分布曲線16と、同じく隙間が28.9mmの場合の鍋底温度分布曲線17と、同じく隙間が42.5mmの場合の鍋底温度分布曲線18を示している。
FIG. 8 is a pan bottom temperature distribution diagram in the pan radial direction of the
図8において、第1の分割位置8と第2の分割位置9の間の隙間を大きくすると、所定の最大加熱温度である120℃から低温側に10℃以内に入る鍋底の長さは長くなっていく傾向を示し、隙間を大きくするほど鍋底温度分布の均一度が向上する傾向にあることがわかる。なお、隙間が42.5mmの場合の鍋底温度分布曲線18の場合は、均一度の点では良いが、図4に示す第2の導線7bとして第1のコイルから取り除くこととなる割合が極めて大きく、その結果、誘導加熱のためのコイルとして機能する部分が小さくなって、所定の最大電流では鍋底の最大加熱温度を120℃に到達させることができなくなったことから、図3に示す工程フローに記載の判定1S5にてNOの判定となった。
In FIG. 8, when the gap between the
ところで、隙間が0mmの場合の鍋底温度分布曲線15では、均一度が35%と所定の均一度である50%を著しく満足していない。また、隙間が13.6mmの場合の鍋底温度分布曲線16では、均一度が46%と若干であるが50%を満足していない。このような場合、特に隙間が13.6mmの場合では、鍋3に水を入れて沸騰させると、気泡がドーナツ状に発生する。また、焼き物等を行うと、ドーナツ状の焦げ目ができる場合がある。
By the way, in the pan bottom
一方、28.9mmの場合の鍋底温度分布曲線17では、10℃以内に入る鍋底の長さが64mmであり、均一度が64%となって、所定の均一度である50%を満足するとともに、鍋底の最大加熱温度が120℃に到達させるための高周波電流は所定の最大電流を越えることは無かった。
On the other hand, in the pan bottom
以上により、図3に示す第2工程においては、図4に記載の第1のコイル7の中心6から半径方向に35.9mmの位置を第1の分割位置8とし、中心6から半径方向に64.8mmの位置を第2の分割位置9とし、28.9mmの隙間を空けるようにしたので、最大加熱温度に到達できる電流値が許容される最大電流の範囲内で、かつ、鍋底の温度分布が所定の均一度である50%を越えており、第1の分割位置8と第2の分割位置9の設定が完了して、第3工程に移ることができた。
Thus, in the second step shown in FIG. 3, the position of 35.9 mm in the radial direction from the
第3工程においては、図6に示す第3のコイル11の第3の分割位置12を、第6のコイルと第7のコイル14の各々のインダクタンスが略同じになるように設定するが、まずは、図9において、加熱コイルのターン数とインダクタンスとにどのような関係があるのかを説明する。
In the third step, the
図9は、1ターンの加熱コイルを想定して、その加熱コイルの外径に対する1ターン当たりのインダクタンスの大きさの関係を示すインダクタンス特性図である。 FIG. 9 is an inductance characteristic diagram showing the relationship of the magnitude of inductance per turn with respect to the outer diameter of the heating coil, assuming a one-turn heating coil.
図9によれば、1ターン当たりのインダクタンスは、略加熱コイルの外径に比例していることがわかる。従って、第3のコイル11を適正な位置で分割することで、鍋底温度分布の均一度を変化させること無く、第6のコイルのインダクタンスの値と第7のコイル14のインダクタンスの値を略同じにすることが可能である。
According to FIG. 9, it can be seen that the inductance per turn is substantially proportional to the outer diameter of the heating coil. Therefore, by dividing the
そこで、既に説明したように、図3の工程フローの第3工程に示した製造方法で、第6のコイルと第7のコイル14のインダクタンスが略同じになるように第3のコイル11の第3の分割位置12を電磁界解析により求めたところ、図6に示す第3の分割位置12は、中心6から半径方向に75.0mmの位置であることが得られた。
Therefore, as already described, in the manufacturing method shown in the third step of the process flow of FIG. 3, the
以上により、図3に示す第3工程を完了することで図7に示す加熱コイルを得ることができ、既に、説明したように、第6のコイルは図2に示すコイル部1aとコイル部1bから構成された内周コイル1そのものであり、第7のコイル14は図2の外周コイル2そのものであって、この発明に係る実施の形態1の加熱コイルの一例を得ることができた。
As described above, the heating coil shown in FIG. 7 can be obtained by completing the third step shown in FIG. 3, and as already explained, the sixth coil is the
このようにして得られた一例の加熱コイルの寸法形状を図2を用いて説明すると、加熱コイルの内周半径R1は13.8mm、外周半径R2は92.0mmであり、導線を配置するピッチが1.7mmであることから、内周コイル1を構成するコイル部1aのターン数は13ターン、コイル部1bのターン数は6ターンで、コイル部1aの外周とコイル部1bの内周との間には28.9mmの隙間が設けられている。さらに、外周コイル2のターン数は10ターンである。
The dimensional shape of an example of the heating coil thus obtained will be described with reference to FIG. 2. The heating coil has an inner peripheral radius R1 of 13.8 mm and an outer peripheral radius R2 of 92.0 mm. Is 1.7 mm, the number of turns of the
上記では、ピッチを1.7mmとしてターン数を決定したが、ピッチを変えても鍋底温度分布や内周コイル1と外周コイル2のインダクタンスが略同じである点には影響しないので、コイル部1aそのものである第2のコイル10のターン数をA、コイル部1bそのものである第5のコイル13のターン数をB、外周コイル2そのものである第7のコイル14のターン数をCとおくと、略A:B:C=13:6:10の関係が成立することは言うまでも無い。
In the above description, the number of turns is determined with a pitch of 1.7 mm. However, even if the pitch is changed, the pot bottom temperature distribution and the point that the
以上のようにして得られた第6のコイルである内周コイル1と第7のコイル14である外周コイル2とのそれぞれに駆動回路が接続された加熱コイルを搭載した電磁誘導加熱調理器は、被加熱容器である鍋3の鍋底を所定の均一度で加熱することができると同時に、内周コイル1と外周コイル2のインピーダンスが略同じであることからそれぞれの駆動回路が互いに同じものであれば足り、ひいては、駆動回路を簡略化することができるという効果がある。
An electromagnetic induction heating cooker equipped with a heating coil having a drive circuit connected to each of the
また、小鍋に対応して内周コイル1のみを通電するという使い方はできなくなるが、第6のコイルである内周コイル1と第7のコイル14である外周コイル2とを1台の駆動回路に並列接続して、電磁誘導加熱調理器に搭載することも可能である。インピーダンスの異なるコイルを並列接続にした場合、コイルに流れる電流にばらつきが生じ、駆動電流の波形が変化し、その結果、加熱コイルの駆動効率が低下するという問題が生じるが、第6のコイルである内周コイル1と第7のコイル14である外周コイル2とは各々のインダクタンスを略同じとなるようにしているので、駆動効率の低下を起こすことが無く、その結果、被加熱容器を均一に加熱することができると同時に、単に1台の駆動回路を接続するだけで加熱コイルを効率良く駆動でき、駆動回路を簡略化することができるという効果がある。
In addition, although it is impossible to use only the inner
実施の形態2.
実施の形態1の製造方法による加熱コイルにおいては、第6のコイルである内周コイルの外周側は第7のコイルである外周コイルの内周側と接近して配置されているが、被加熱容器として小鍋を加熱する場合には、外周コイルは駆動せずに内周コイルのみを駆動させることとなる。その場合、内周コイルの外周側と外周コイルの内周側との間を空けずに接近させていると、内周コイルと外周コイルとの磁気結合により、駆動回路により内周コイルに印加された高周波電力の一部が外周コイルに伝わり、外周コイルからその磁束が加熱コイルの外側に洩れることとなり、その結果、わずかではあるが、小鍋に対する加熱効率の低下を引き起こすという問題が生じる。
In the heating coil according to the manufacturing method of the first embodiment, the outer peripheral side of the inner peripheral coil that is the sixth coil is arranged close to the inner peripheral side of the outer peripheral coil that is the seventh coil. When a small pan is heated as a container, only the inner coil is driven without driving the outer coil. In that case, if the outer peripheral side of the inner peripheral coil and the inner peripheral side of the outer peripheral coil are approached without leaving a gap, the drive circuit will apply the inner peripheral coil to the inner peripheral coil due to the magnetic coupling between the inner peripheral coil and the outer peripheral coil. A part of the high frequency power is transmitted to the outer coil, and the magnetic flux leaks from the outer coil to the outside of the heating coil. As a result, there is a problem that the heating efficiency for the small pan is reduced.
この問題に対しては、内周コイルの外周側と外周コイルの内周側との間に隙間を設けることが有効である。 For this problem, it is effective to provide a gap between the outer peripheral side of the inner peripheral coil and the inner peripheral side of the outer peripheral coil.
具体的には、実施の形態1において説明した図3に記載の工程フローにおいて、第1工程及び第2工程は実施の形態1と同様であるとし、第3工程において、第3の分割位置を設定した後に、図6ないしは図7に示す第2のコイル10と第5のコイル13の連結を解除し、第5のコイル13の外周側の第4の導線11aの内の所定のターン数分を削除すると同時に、内周側の第4の導線11aの内の前記所定のターン数分を追加した上で、再度、前記第2のコイル10と前記第5のコイル13を連結して第6のコイルとするようにした。なお、上記以外の事項については実施の形態1にて説明した内容と同様である。
Specifically, in the process flow shown in FIG. 3 described in the first embodiment, the first process and the second process are the same as those in the first embodiment, and the third division position is set in the third process. After the setting, the connection between the
これにより、第6のコイルの外周側と第7のコイル14の内周側との間には所定のターン数分に対応した隙間が形成されることとなる。
As a result, a gap corresponding to a predetermined number of turns is formed between the outer peripheral side of the sixth coil and the inner peripheral side of the
図10は、上記に説明した手順で第6のコイルの外周側と第7のコイル14の内周側との隙間の幅を変えた場合の鍋3の鍋半径方向の鍋底温度分布図である。隙間が無い場合の鍋底温度分布曲線19と、3ターン分の隙間を形成した場合の鍋底温度分布曲線20と、7ターン分の隙間を形成した場合の鍋底温度分布曲線21を示している。
FIG. 10 is a pan bottom temperature distribution diagram in the pan radial direction of the
図10において、第6のコイルの外周側と第7のコイル14の内周側との隙間を大きくすると鍋底温度分布の均一度が低下する傾向にあることがわかる。
In FIG. 10, it can be seen that when the gap between the outer peripheral side of the sixth coil and the inner peripheral side of the
さらに、図11は、図10に対応した鍋半径方向の鍋底発熱密度分布図であり、隙間が無い場合の鍋底発熱密度分布曲線22と、3ターン分の隙間を形成した場合の鍋底発熱密度分布曲線23と、7ターン分の隙間を形成した場合の鍋底発熱密度分布曲線24を示している。
Furthermore, FIG. 11 is a pan-bottom heat generation density distribution diagram corresponding to FIG. 10, and shows a pan-bottom heat generation
図11によれば、図10に示すように、隙間が大きくなるほど鍋底温度分布の均一度が低下する原因は、被加熱容器である鍋3の外径側の発熱密度が低くなる傾向を有することによることがわかる。
According to FIG. 11, as shown in FIG. 10, the cause that the uniformity of the pot bottom temperature distribution decreases as the gap becomes larger has a tendency that the heat generation density on the outer diameter side of the
なお、図10において、3ターン分の隙間を形成した場合の鍋底温度分布曲線20によれば、所定の加熱最大温度である120℃から低温側に10℃以内に入る鍋底の長さが47mmであり、均一度が47%となっている。
In addition, in FIG. 10, according to the pan bottom
一方、図12は、第6のコイルと第7のコイル14との隙間(ターン数分)に対する第6のコイルと第7のコイル14の結合係数比の変化を示す図である。ここで、縦軸は隙間無しを1として規格化されている。
On the other hand, FIG. 12 is a diagram showing a change in the coupling coefficient ratio of the sixth coil to the
図12によれば、3ターン分の隙間を形成すれば結合係数比は0.81程度まで低減することができ、その結果、第6のコイルと第7のコイル14との結合が弱くなって、第7のコイル14から洩れる磁束を実用上問題とならないレベルまで低減することが可能となる。
According to FIG. 12, if a gap for three turns is formed, the coupling coefficient ratio can be reduced to about 0.81, and as a result, the coupling between the sixth coil and the
従って、実施の形態2の製造方法で得られた加熱コイルを搭載した電磁誘導加熱調理器において、鍋3の鍋底温度分布の所定の均一度が47%と若干の低下を許容する用途であれば、小鍋を加熱するために、第6のコイルである内周コイル1のみに通電したとしても、第7のコイル14である外周コイル2から洩れる磁束が低減されるので、その結果、小鍋でない鍋に対しては鍋底温度分布が所定の均一度を有して均一加熱でき、かつ、駆動回路を簡略化できると同時に、小鍋に対しては磁束洩れに起因した加熱効率の低下を抑制することができるという効果がある。
Therefore, in the electromagnetic induction heating cooker equipped with the heating coil obtained by the manufacturing method of the second embodiment, if the predetermined uniformity of the pan bottom temperature distribution of the
また、小鍋に対応して内周コイル1のみを通電するという使い方はできなくなるが、第6のコイルである内周コイル1と第7のコイル14である外周コイル2とを1台の駆動回路に並列接続して、電磁誘導加熱調理器に搭載することも可能で、第6のコイルである内周コイル1と第7のコイル14である外周コイル2とは各々のインダクタンスを略同じとなるようにしているので、駆動効率の低下を起こすことが無く、その結果、被加熱容器を均一に加熱することができると同時に、単に1台の駆動回路を接続するだけで加熱コイルを効率良く駆動でき、駆動回路を簡略化することができるという効果は実施の形態1と同様である。
In addition, although it is impossible to use only the inner
実施の形態3.
実施の形態1及び実施の形態2では、電磁誘導加熱調理器には加熱コイルが1層のみ搭載された場合のみを示したが、駆動回路の種別によっては、インダクタンスを大きくした方が印加する高周波電力に対する加熱効率が良い場合がある。
In
図13は、加熱コイルを2層に積層して搭載した電磁誘導加熱調理器の断面図で、2層に積層することでインダクタンスを2の2乗倍に大きくすることができ、その上で、実施の形態1や実施の形態2と同様の効果を得ることができる。 FIG. 13 is a cross-sectional view of an electromagnetic induction heating cooker in which heating coils are stacked in two layers. By stacking in two layers, the inductance can be increased to a square of 2, and then, The same effects as those of the first and second embodiments can be obtained.
また、層数は2層に限られるものではなく、もっとインダクタンスを大きくする場合には、さらに層数を増やせば良いことは言うまでも無い。 Further, the number of layers is not limited to two, and it goes without saying that the number of layers may be further increased when the inductance is further increased.
1 内周コイル
2 外周コイル
3 鍋
7 第1のコイル
7a 第1の導線
7b 第2の導線
7c 第3の導線
8 第1の分割位置
9 第2の分割位置
10 第2のコイル
11 第3のコイル
12 第3の分割位置
13 第5のコイル
14 第7のコイル
1
Claims (6)
前記加熱コイルを構成するための第1のコイルの内周半径及び外周半径と前記第1のコイルの導線を渦巻き状に等間隔で配置するピッチと前記導線に通電する最大電流とを設定する第1工程と、
前記第1のコイルを内周側から外周側へ向かって順に互いに異なる第1の分割位置と第2の分割位置とで第1の導線、第2の導線、及び第3の導線に分割し、前記第2の導線を取り除き、前記第1の導線からなる第2のコイルと前記第3の導線からなる第3のコイルとを連結した第4のコイルが、通電されて前記被加熱容器を加熱した際に、前記被加熱容器の温度を前記最大電流で少なくとも所定の最大加熱温度に至らしめると同時に、前記被加熱容器の温度分布を所定の均一度に至らしめるように、前記第1の分割位置と前記第2の分割位置とを設定する第2工程と、
前記第3のコイルを内周側から外周側へ向かって順に第3の分割位置で第4の導線と第5の導線に分割し、前記第2のコイル及び前記第4の導線からなる第5のコイルを連結してなる第6のコイルと前記第5の導線からなる第7のコイルとのインダクタンスが略同じとなるように、前記第3の分割位置を設定する第3工程と、
を備えたことを特徴とする加熱コイルの製造方法。 In the method of manufacturing a heating coil of an electromagnetic induction heating cooker that energizes the heating coil to heat the heated container,
The inner and outer radii of the first coil for constituting the heating coil, the pitch at which the conductors of the first coil are spirally arranged at equal intervals, and the maximum current for energizing the conductor are set. 1 process,
The first coil is divided into a first conducting wire, a second conducting wire, and a third conducting wire at first and second divided positions that are different from each other in order from the inner circumference side to the outer circumference side, The second conductive wire is removed, and a fourth coil connecting the second coil made of the first conductive wire and the third coil made of the third conductive wire is energized to heat the heated container. When the first division is performed, the temperature of the heated container is brought to at least a predetermined maximum heating temperature with the maximum current, and at the same time, the temperature distribution of the heated container is brought to a predetermined uniformity. A second step of setting a position and the second division position;
The third coil is divided into a fourth conducting wire and a fifth conducting wire in a third division position in order from the inner circumference side to the outer circumference side, and a fifth coil composed of the second coil and the fourth conducting wire. A third step of setting the third division position so that the inductance of the sixth coil formed by connecting the coils of the fifth coil and the seventh coil formed of the fifth conductor is substantially the same;
A method for manufacturing a heating coil, comprising:
前記加熱コイルを構成するための第1のコイルの内周半径及び外周半径と前記第1のコイルの導線を渦巻き状に等間隔で配置するピッチと前記導線に通電する最大電流とが設定され、
前記第1のコイルが内周側から外周側へ向かって順に互いに異なる第1の分割位置と第2の分割位置とで第1の導線、第2の導線、及び第3の導線に分割され、前記第2の導線が取り除かれ、前記第1の導線からなる第2のコイルと前記第3の導線からなる第3のコイルとが連結された第4のコイルが、通電されて前記被加熱容器が加熱された際に、前記被加熱容器の温度を前記最大電流で少なくとも所定の最大加熱温度に至らしめると同時に、前記被加熱容器の温度分布を所定の均一度に至らしめるように、前記第1の分割位置と前記第2の分割位置とが設定され、
前記第3のコイルが内周側から外周側へ向かって順に第3の分割位置で第4の導線と第5の導線に分割され、前記第2のコイル及び前記第4の導線からなる第5のコイルを連結してなる第6のコイルと前記第5の導線からなる第7のコイルとのインダクタンスが略同じとなるように、前記第3の分割位置が設定され、
前記第6のコイルと前記第7のコイルから構成されることを特徴とする電磁誘導調理器の加熱コイル。 A heating coil of an electromagnetic induction heating cooker that is energized to heat a heated container,
The inner and outer radii of the first coil for constituting the heating coil, the pitch at which the conductors of the first coil are spirally arranged at equal intervals, and the maximum current for energizing the conductor are set,
The first coil is divided into a first conducting wire, a second conducting wire, and a third conducting wire at a first division position and a second division position that are different from each other in order from the inner circumference side to the outer circumference side, The second conductive wire is removed, and the fourth coil in which the second coil made of the first conductive wire and the third coil made of the third conductive wire are connected is energized, and the heated container When the container is heated, the temperature of the heated container is brought to at least a predetermined maximum heating temperature with the maximum current, and at the same time, the temperature distribution of the heated container is brought to a predetermined uniformity. 1 division position and the second division position are set,
The third coil is divided into a fourth conducting wire and a fifth conducting wire in a third division position in order from the inner circumference side to the outer circumference side, and a fifth coil comprising the second coil and the fourth conducting wire. The third division position is set so that the inductance of the sixth coil formed by connecting the coils of the second coil and the seventh coil formed of the fifth conductor is substantially the same.
A heating coil for an electromagnetic induction cooker, comprising the sixth coil and the seventh coil.
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