JP2009105078A

JP2009105078A - 誘導加熱装置用加熱コイル

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Publication number: JP2009105078A
Application number: JP2009036195A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kitaizumi; 武北泉; Motonari Hirota; 泉生弘田; Yu Fukuda; 祐福田; Hideki Omori; 英樹大森
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2009-05-14

Abstract

【課題】簡単な構成で、かつ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を目的としている。
【解決手段】電気導体１２を渦巻き状に巻回し、導体間に少なくとも比透磁率が１を超える電気絶縁材料１３を設けることにより、加熱コイルが発生する高周波磁界を電気絶縁材料１３に選択的に集中させることにより、電気導体１２間に発生する近接効果を大幅に低減し、電気導体１２に流れる高周波電流の分布を均一化して、損失低減を図り、簡素な構成で安価な誘導加熱装置用加熱コイルとしている。
【選択図】図１

Description

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。

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２６〜２８を用いて説明する。図２６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。

コイル台６を上から見た図を図２７に、また下から見た図を図２８に示す。図２８に示すように磁性体７は、複数の棒体からなり、コイル台６の下面に放射状に配置されている。

加熱コイル２のコイル線は、直径０．３ｍｍ〜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。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こと、及び加熱コイル２と被加熱物１との間に働く近接効果により、加熱コイル２の表面（被加熱物１側）に電流が集中することを防ぐためである。

このような素線を撚り合わせた構成を用いない場合、加熱コイル２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。コイル線温度が略１８０℃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。また図２７に示すコイルのターン数は簡易的に示したものであり、実際のターン数は約２０ターン以上である。

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及びコイル台あるいは、磁性体といった誘導加熱を行うための加熱構成が複雑で、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課題である。特に加熱コイルは複数の素線を撚り合わせる構成であり、その作製工数は極めて大きいものである。

こういった背景から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
提供するために、特開昭６０−２４３９９６号あるいは特開平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。また加熱コイルを載置するコイル台に関しては、特開昭６１−７１５８１号に示すような棒状磁性体を加熱コイル中心から放射状に配置し、さらに樹脂で形成されるコイル台の内部に埋設するものが提案されている。

しかして、この様な撚り線を用いない誘導加熱装置用加熱コイルでは、加熱コイル自身が発生する高周波磁界により、加熱コイルの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り、結果コイル損失が大きくなり、装置の効率低下や、加熱コイルの冷却機構が大型化するという課題がやはり存在する。コイル線断面を所定の角度で水平面に対して折曲するという提案も為されているが、加熱コイルから発生する磁界はやはり、コイル線を通過することから（コイル線は銅など透磁率が１の材質であり、コイル線間も透磁率１であることから、平等に磁界が透過する）原理的に近接効果を大幅に低減することは困難である。

また加熱コイルが載置されるコイル台においては、磁性体の厚みが大であり（棒状形態のため、その飽和磁束密度を考慮して、一般的に５ｍｍ程度）、その厚み分と樹脂厚みを足したものがコイル台の厚みとなって（一般的に１０ｍｍ弱程度）、加熱コイルの横面から冷却風を送風しても、加熱コイル下面の効率的な冷却が困難であり、この場合も装置の効率低下や、冷却機構の大型化を招くといった課題があった。（加熱コイル上面には被加熱物が載置されるプレートがあり、加熱コイルとプレート間は誘導加熱の原理上効率的な加熱のためには約５ｍｍ程度は必要であり、極めて薄いため、この面においての冷却も大幅には期待できない）。

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。

前記課題を解決するために本発明は、電気導体を渦巻き状に巻回し、導体間に少なくとも比透磁率が１を超える電気絶縁材料を設けたことを特長とする誘導加熱装置用加熱コイル等とするものである。

以上のように、請求項１記載の発明によれば、渦巻き状に巻回した電気導体の導体間に少なくとも比透磁率が１を超える電気絶縁体を設けて、加熱コイルから発生する高周波磁界は導体間の電気絶縁材料に集中し、導体間に作用する近接効果を大幅に低減することが可能となるので、導体内部の電流分布の偏りが減じ、加熱コイルの損失低減が可能となり、結果装置の小形化や、低コスト化、加熱効率の向上といった優れた誘導加熱装置を簡単に実現することができるようになるものである。尚、従来の誘導加熱装置で用いてたフェライトは、電気導体であり、本発明のような電気導体間に用いた場合は、絶縁が困難である。また同じようにフェライトを用いて、電気導体の表面に高耐熱電気絶縁樹脂をコートした場合においても、そのコート膜が一部剥がれた場合など想定するとやはり、絶縁面で問題が生じる。以上のことことからも、本発明のように電気絶縁体を用いる意義は極めて大きい。

また、請求項２記載の発明によれば、加熱コイル最外周外側に磁性体を設けているので、従来の加熱コイル下面の磁性体は不要となり、加熱コイルの厚みが小となって、冷却が容易となる。従って、冷却装置の小形化が可能となり、小形、低コストの誘導加熱装置を実現することができるものである。

また、請求項３記載の発明によれば、加熱コイル下面にも、磁性体を設けているので、さらに漏れ磁界が小さくなり、より加熱効率の高い誘導加熱装置を得ることが可能となる。

また従来の棒体の磁性体に比べて加熱コイル底面に一様に存在するため、その厚みは棒体に比べて極めて小とすることができ、必要冷却の緩和が可能となる。

さらに、請求項１または２記載の加熱コイルと比べて、同じ性能を得る場合、透磁率が小さい電気絶縁材料を用いることが可能となり、電気絶縁材料のコスト低減も可能となるものである。

また、請求項４記載の発明によれば、加熱コイル下面に部分的に貫通穴があるため、加熱コイル下面の冷却が一層容易になり、必要冷却の緩和が図れるようになるものである。

また、請求項５記載の発明によれば、加熱コイル底面に存在する電気絶縁材料の厚みが、部分的に薄くなり、薄い部分において放熱性能が大となるため、必要冷却が緩和されるものである。

また、請求項６記載の発明によれば、加熱コイル下面の電気絶縁材料の厚みを薄くすることが可能となり、冷却が容易となって、必要冷却の緩和が図れるようになるものである。

また、請求項７記載の発明によれば、加熱コイル下面の電気絶縁材料の表面に凹凸を設けているので、加熱コイル下面の電気絶縁材料の表面積が大となり、冷却が容易となって、必要冷却の緩和が図れるようになるものである。

また、請求項８記載の発明によれば、電気導体と電気絶縁材料との間に空隙を設けているので、電気導体から直接放熱が可能となり、必要冷却の緩和が可能となるものである。

また、請求項９記載の発明によれば、加熱コイル下面と放熱板を接触させているので、加熱コイルの発熱を放熱板を介して効率的に放熱することが可能となるため、一層の冷却緩和が可能となるものである。

また、請求項１０記載の発明によれば、加熱コイル下面と放熱板の間に高熱伝導体を設けているので、放熱板の載置自由度が向上し、効率的な冷却及び機器の小形化が可能となるものである。

また、請求項１１記載の発明によれば、内周部の電気絶縁材料を電気導体平面よりも被加熱物側に高く設けているので、加熱コイルと被加熱物の磁気結合が大となり、加熱コイルに流れる電流が小とできることから、加熱コイルの損失を低減することが可能となりものである。

また、請求項１２記載の発明によれば、内周部の電気絶縁材料表面に被加熱物温度を間接的に検知する温度センサを設けることにより、温度センサ保持具が不要となり、加熱コイルの低損失化と低コスト化が同時に達成できるようになるものである。

また、請求項１３記載の発明によれば、内周部の電気絶縁材料を被加熱物が載置されるプレート裏面に接触させているので、加熱コイルの低損失化と同時に被加熱物の温度をより正確に検知することが可能となるものである。

また、請求項１４記載の発明によれば、外周部の電気絶縁材料を電気導体平面よりも被加熱物側に高く設けているので、加熱コイルと被加熱物の磁気結合が大となり、さらに加熱コイルからの漏れ磁界も低減できるようになり、加熱コイルの損失低減と、不要輻射の低減が可能となるものである。

また、請求項１５記載の発明によれば、加熱コイル上面全域に渡って、電気導体表面を除いて、電気絶縁材料を電気導体平面よりも被加熱物側に高く設けているので、加熱コイルと被加熱物の結合が請求項１１記載あるいは１５記載の構成よりもさらに良となり、加熱コイル電流が小となって損失低減が可能となるものである。

また、請求項１６記載の発明によれば、内周部の導体近傍に設けた電気絶縁材料の透磁率を外周部近傍に設けた電気絶縁材料の透磁率より大としているので、より効率的な被加熱物の誘導加熱が可能となるものである。

また、請求項１７記載の発明によれば、内周部及び外周部近傍に設けた電気絶縁材料の透磁率を内周と外周の間の電気絶縁材料の透磁率より大としているので、さらに効率的に被加熱物の誘導加熱が可能となるものである。

また、請求項１８記載の発明によれば、電気導体を複数の素線で構成しているので、表皮効果による加熱コイル線内の電流分布の偏りを小とすることが可能となり、一層の加熱コイル損失低減が可能となるものである。

また、請求項１９記載の発明によれば、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電気導体からなり、巻回途中で被加熱物面に対して少なくとも１回以上、各層を上下に反転させているので、被加熱物と加熱コイル間に働く近接効果が大幅に低減可となるため、加熱コイルの損失を低減することが可能なるものである。

また、請求項２０記載の発明によれば、巻線導体間隔は内周部及び外周部よりも内周部と外周部の間を小としているので、より一層近接効果の低減を図ることが可能となり、加熱コイルの損失を低減できるものである。

また、請求項２１記載の発明によれば、加熱コイルの被加熱物面側とプレート裏面を接触させた構成としているので、加熱コイルと被加熱物との磁気結合は極めて密となり、加熱コイル電流を小とできるため、加熱コイル損失を低減することが可能となるものである。また従来の構成では加熱コイルの被加熱物側面の冷却が困難となり、たとえ加熱コイル損失が小となっても必要冷却が大となるが、本構成の場合加熱コイルの被加熱物と逆面の冷却が極めて大であることから可能となるものである。

請求項１記載の発明は、電気導体を渦巻き状に巻回し、導体間に少なくとも比透磁率が１を超える電気絶縁材料を設けた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。

本構成により、コイル線間に比透磁率が１を超える電気絶縁材料を設けているため、コイル線が発生する高周波磁界は、線間の電気絶縁材料に集中して分布することになり、近接効果が大幅に低減し、コイル線内部の電流分布の偏りが減って、加熱コイル損失の低減が可能となる。

請求項２記載の発明は、渦巻き状に巻回した導体の最外周の導体より外側に比透磁率が１を超える電気絶縁材料を設けた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。

本構成により、加熱コイル最外周外側に磁性体を設けているので、従来の加熱コイル下面の磁性体は不要となり、加熱コイルの厚みが小となって、冷却が容易となる。

請求項３記載の発明は、加熱コイル底面に一様に比透磁率が１を超える電気絶縁材料を設けた請求項１または請求項２記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。

本構成により、加熱コイル下面にも、磁性体を設けているので、さらに漏れ磁界が小さくなり、より加熱効率の高い誘導加熱装置を得ることが可能となる。

さらに、請求項１または２記載の加熱コイルと比べて、同じ性能を得る場合、透磁率が小さい電気絶縁材料を用いることが可能となり、電気絶縁材料のコスト低減も可能となる。

請求項４記載の発明は、加熱コイル底面の電気絶縁材料は、部分的に貫通穴を備えたことを特長とする請求項３記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。

本構成により、加熱コイル下面に部分的に貫通穴があるため、加熱コイル下面の冷却が一層容易になり、必要冷却の緩和が図れるようになるものである。

請求項５記載の発明は、加熱コイル底面の電気絶縁材料は、部分的に厚みが異なることを特長とする請求項３記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。

本構成により、加熱コイル底面に存在する電気絶縁材料の厚みが、部分的に薄くなり、薄い部分において放熱性能が大となるため、必要冷却が緩和される。

請求項６記載の発明は、被加熱物面に対して下側の加熱コイル面側の第１の電気絶縁材料の飽和磁束密度は、導体間の第２の電気絶縁材料の飽和磁束密度よりも大きくしたことを特長とする請求項３記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。

本構成により、加熱コイル下面の電気絶縁材料の厚みを薄くすることが可能となり、冷却が容易となって、必要冷却の緩和が図れるようになるものである。

請求項７記載の発明は、加熱コイル底面に設けられた電気絶縁材料の表面を凹凸形状にしたことを特長とする請求項３記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。

本構成により、加熱コイル下面の電気絶縁材料の表面積が大となり、冷却が容易となって、必要冷却の緩和が図れるようになるものである。

請求項８記載の発明は、導体と電気絶縁材料の間に空隙を設けたことを特長とする請求項３記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。

本構成により、導体から直接放熱が可能となり、必要冷却の緩和が可能となるものである。

請求項９記載の発明は、加熱コイル底面に設けられた電気絶縁材料に放熱板を接触させ
たことを特長とする請求項３記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。

本構成により、加熱コイルの発熱を放熱板を介して効率的に放熱することが可能となるため、一層の冷却緩和が可能となるものである。

請求項１０記載の発明は、放熱板は高熱伝導体を介して接触していることを特長とする請求項９記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。

本構成により、放熱板の載置自由度が向上し、効率的な冷却及び機器の小形化が可能となるものである。

請求項１１記載の発明は、内周部の電気絶縁材料を電気導体平面よりも被加熱物側に高く設けたことを特長とする請求項３記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。

本構成により、加熱コイルと被加熱物の磁気結合が大となり、加熱コイルに流れる電流が小とできることから、加熱コイルの損失を低減することが可能となりものである。

請求項１２記載の発明は、内周部の電気絶縁材料表面に被加熱物温度を間接的に検知する温度センサを設けたことを特長とする請求項１１記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。

本構成により、温度センサ保持具が不要となり、加熱コイルの低損失化と低コスト化が同時に達成できるようになるものである。

請求項１３記載の発明は、内周部の電気絶縁材料を被加熱物が載置されるプレート裏面に接触させたことを特長とする請求項１２記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。

本構成により、加熱コイルの低損失化と同時に被加熱物の温度をより正確に検知することが可能となるものである。

請求項１４記載の発明は、外周部の電気絶縁材料を電気導体平面よりも被加熱物側に高く設けたことを特長とする請求項３記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。

本構成により、加熱コイルと被加熱物の磁気結合が大となり、さらに加熱コイルからの漏れ磁界も低減できるようになり、加熱コイルの損失低減と、不要輻射の低減が可能となるものである。

請求項１５記載の発明は、加熱コイル上面全域に渡って、電気導体表面を除いて、電気絶縁材料を電気導体平面よりも被加熱物側に高く設けたことを特長とする請求項３記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。

本構成により、加熱コイルと被加熱物の結合が請求項１１記載あるいは１５記載の構成よりもさらに良となり、加熱コイル電流が小となって損失低減が可能となるものである。

請求項１６記載の発明は、内周部の導体近傍に設けた電気絶縁材料の透磁率を外周部近傍に設けた電気絶縁材料の透磁率より大と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。

本構成により、加熱コイルの発生する高周波磁界の密度は加熱コイル中心分すなわち内
周部が高いことから、内周部の絶縁体の透磁率を大とする事によって、より効率的な被加熱物の誘導加熱が可能となるものである。

請求項１７記載の発明は、内周部及び外周部近傍に設けた電気絶縁材料の透磁率を内周と外周の間の電気絶縁材料の透磁率より大としたことを特徴とする請求項１６記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。

本構成により、加熱コイルの発生する高周波磁界の密度は加熱コイル中心分すなわち内周部が高くさらに内周部−外周部磁束密度よりも外周部近傍の磁束密度が高いことから、より効率的に被加熱物の誘導加熱が可能となるものである。

請求項１８記載の発明は電気導体を複数の素線で構成したことを特長とする請求項１乃至１７記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。

本構成により、表皮効果による加熱コイル線内の電流分布の偏りを小とすることが可能となり、一層の加熱コイル損失低減が可能となるものである。

請求項１９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電気導体からなり、巻回途中で被加熱物面に対して少なくとも１回以上、各層を上下に反転させたことを特長とする請求項１１記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。

本構成により被加熱物と加熱コイル間に働く近接効果が大幅に低減可となるため、加熱コイルの損失を低減することが可能なるものである。

請求項２０記載の発明は、巻線導体間隔は内周部及び外周部よりも内周部と外周部の間を小としたことを特長とする請求項１乃至１９記載記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。

本構成により、磁束密度の高い部位の導体間隔を大としているので、より一層近接効果の低減を図ることが可能となり、加熱コイルの損失を低減できるものである。

請求項２１記載の発明は、加熱コイルの被加熱物面側とプレート裏面を接触させた構成としたことを特長とする請求項１乃至２０記載の誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。

本構成により、加熱コイルと被加熱物との磁気結合は極めて密となり、加熱コイル電流を小とできるため、加熱コイル損失を低減することが可能となるものである。また従来の構成では加熱コイルの被加熱物側面の冷却が困難となり、たとえ加熱コイル損失が小となっても必要冷却が大となるが、本構成の場合加熱コイルの被加熱物と逆面の冷却が極めて大であることから可能となるものである。

（実施例１）
以下、本発明の第１の実施例について図１〜３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、１１は誘導加熱される被加熱物、１２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１においては簡易的に図示するため４ターン程度であるが実際には２０〜５０ターン程度である。加熱コイルの内径はφ５０ｍｍ程度、外形は通常加熱する鍋の外形を鑑みてφ１８０〜２００ｍｍ程度である。ターン数が２０
ターンの場合、電気導体の１２の幅は１ｍｍ程度で厚みは３ｍｍ程度、導体間は２ｍｍ程度になる。またターン数が５０ターン程度の場合、２０ターンの時と同じ幅とした場合、導体間は０．３ｍｍ程度となる。電気導体１２の幅を小とすると、断面積を同じにするために（損失を大としないために）その厚みを大とせざるを得ないが、厚みを大とすると、被加熱物１１との磁気的距離が大となり、結果磁気結合が悪くなって、加熱コイルの損失が大きくなるため、電気導体１２の幅を小とすることは困難である。１３は、電気導体１２の間に設けられた電気絶縁材料で、本実施例の場合、その透磁率は１００程度の樹脂フェライトを用いている。本発明の場合、渦巻き状に巻回された電気導体１２を加熱コイルと呼んでいる。

１４は、被加熱物１１を載置するためのプレートで、セラミックでできている。１５は加熱コイルを載置するためのコイル台で、樹脂でできている。

以上の構成により、電気導体１２の間に透磁率が大なる樹脂フェライトを設けているため、加熱コイルから発生する磁界は選択的に樹脂フェライトを通過することとなり、透磁率が１である電気導体１２には透過しないため、近接効果がおこらず、電気導体１２内に流れる高周波電流の分布の偏りが、近接効果によって発生することがないので、加熱コイルの損失を低減することが可能となる。近接効果による影響は特にターン数が大となるとき、すなわち電気導体１２間の距離が小となるときに大となるため、ターン数が大であればあるほど、本発明の効果は大きくなるものである。

電気絶縁材料１３の透磁率あるいは磁気飽和密度が小の場合は、図２に示すように磁性体１５をコイル台１５の下面に設けても良い。また透磁率あるいは磁気飽和密度が大であっても、磁性体１５を設けることにより、加熱コイルと被加熱物１１との磁気結合が大となり、加熱コイル損失小、また加熱効率が向上することは言うまでもない。

さらに、加熱コイル中心部に別部品（例えば被加熱物温度を間接的に検知するための樹脂に保持されたサーミスタなど）を設けるために図３のように電気絶縁材料１３に空隙を設けても良い。

（実施例２）
以下、本発明の第２の実施例について図４、５を用いて説明する。図４においては電気絶縁材料２０は、電気導体１２の外周部外側に設けている。電気絶縁材料は第１の実施例と同様の材質である。

本構成により、電気導体１２から発生する高周波磁界は電気絶縁材料２０を介して被加熱物１１へ導かれるため、従来加熱コイル下面に設けられていた磁性体は不要となり、加熱コイルの厚みが小となって、冷却が容易となり小形安価な誘導加熱装置を実現することが可能となるものである。また電気導体１２から発生する高周波磁界は電気絶縁材料２０にて被加熱物１１へ導かれるため漏れ磁界も小となりより輻射ノイズ低減も可能となるものである。

さらに図５に示すように本発明の第１の実施例と組み合わせて電気導体１２の間にも電気絶縁材料２０あるいは１３を設けてもよい。この場合は第１及び第２の実施例両方のメリットが得られるものである。

（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。本実施例においては電気絶縁材料２１は加熱コイル下面にも一様に設けられ、第１の実施例あるいは第２の実施例にて必要であったコイル台１５は不要となる。電気絶縁材料２１の材質は第１の実施例と
同様である。

以上より、加熱コイル下面にも磁性体を設けているので、さらに漏れ磁界が小となり、また磁気結合も大となるため、加熱コイルの損失や発生する輻射ノイズがが小となり、加熱効率が高く、磁気遮蔽のための装置の不要な低コストの誘導加熱装置を実現できるものである。また第１あるいは第２の実施例と比べて、同じ性能を得る場合、透磁率あるいは磁気飽和密度の小なる電気絶縁材料２１とすることが可能となりこの面においても低コスト化が可能となる。

（実施例４）
以下本発明の第４の実施例について図７を用いて説明する。

図７において電気絶縁材料２１の一部に貫通穴２２が設けられている。本構成とすることにより、冷却に寄与する面積が大となり、加熱コイルの必要冷却が緩和でき、低コスト小形の誘導加熱装置が実現できるものである。

（実施例５）
以下本発明の第５の実施例について図８を用いて説明する。図８において電気絶縁材料１５の厚みは部分的に異なるものとなっている。すなわち発熱の大なる電気導体１２の下面においては薄く、それ以外の部分については厚くしている。以上より発熱の大なる部分において電気絶縁材料１５の厚みを小としているため冷却が効率的にできるようになり、同じ冷却風においても加熱コイルの温度を低減することが可能となり、小形低コストの誘導加熱装置を可能とするものである。

（実施例６）
以下本発明の第６の実施例について図９を用いて説明する。図９において３０は第２の電気絶縁材料で、３１は第１の電気絶縁材料であり、第１の電気絶縁材料３１の透磁率または磁気飽和密度は第２の電気絶縁材料３０のそれより大としている。第２の電気絶縁材料３０の材質は第１の実施例で述べた内容と同様である。以上より、加熱コイル下面の電気絶縁材料の厚みを薄くすることが可能となり、冷却が容易となって、必要冷却の緩和が図れるようになるものである。

（実施例７）
以下本発明の第７の実施例について図１０を用いて説明する。図１０において電気絶縁材料１５の被加熱物１１に対して下面の表面面積は凹凸形状にすることによって大きくなっている。従って同じ冷却風でも第３の実施例と比べて必要冷却が小となり、低コスト小形の誘導加熱装置が実現できるものである。

（実施例８）
以下本発明の第８の実施例について図１１を用いて説明する。図１１において電気導体１２と電気絶縁材料１３の間には空隙４０が設けられている。以上の構成にすることにより、同じ冷却風でも第３の実施例と比べて必要冷却が小となり、低コスト小形の誘導加熱装置が実現できるものである。

（実施例９）
以下本発明の第９の実施例について図１２を用いて説明する。図１２において４１は本実施例の場合熱伝導のよいアルミでできた放熱板で、電気絶縁材料１３と接触されている。以上の構成にすることにより、同じ冷却風でも第３の実施例と比べて必要冷却が小となり、低コスト小形の誘導加熱装置が実現できるものである。

（実施例１０）
以下本発明の第１０の実施例について図１３を用いて説明する。図１３において電気絶縁材料１３の熱は高熱伝導体５０を介して放熱板４１に導かれることになる。以上より放熱板４１の載置自由度及び形状自由度が大となり小形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。

（実施例１１）
以下本発明の第１１の実施例について図１４を用いて説明する。図１４において内周部の電気絶縁材料１３を電気導体１２平面よりも被加熱物１１側に高く設けている。本構成により、加熱コイルと被加熱物１１の磁気結合が大となり、加熱コイルに流れる電流が小とできることから、加熱コイルの損失を低減することが可能となりものである
（実施例１２）
以下本発明の第１２の実施例について図１５を用いて説明する。図１５において５１は、被加熱物１１の温度を間接的に検知する温度センサであり、電気絶縁材料１３用いてプレート１４に接触させたものである。本構成により、加熱コイルの低損失化と同時に被加熱物の温度をより正確に検知することが可能となるものである
（実施例１３）
以下本発明の第１３の実施例について図１６を用いて説明する。図１６において５１は、被加熱物１１の温度を間接的に検知する温度センサであり、電気絶縁材料１３をプレート１４に接触させてしかもその内部に埋設されているものである。電気絶縁材１３は磁性体のため一般的な樹脂よりも約５倍以上の熱伝導率があるため、本実施例のように熱集約材料としても可能であることから本発明の構成によりより一層被加熱物１１の温度を正確に検知することが可能となるものである。

（実施例１４）
以下本発明の第１４の実施例について図１７、１８を用いて説明する。図１７において外周部の電気絶縁材料１３を電気導体１２平面よりも被加熱物１１側に高く設けている。本構成により、加熱コイルと被加熱物１１磁気結合が大となり、さらに加熱コイルからの漏れ磁界も低減できるようになり、加熱コイルの損失低減と、不要輻射の低減が可能となるものである。

さらに図１８に示すように第１の電気絶縁材料６０と第２の電気絶縁材料６１と２つに分けても良い。この場合は第２の電気絶縁材料６１の透磁率あるいは磁気飽和密度を大とすることにより加熱コイルの低損失化や低コスト化が可能となるものである。

（実施例１５）
以下本発明の第１５の実施例について図１９を用いて説明する。図１９において電気絶縁材料１３は、電気導体１２表面を除いて、加熱コイル上面全域に渡って電気導体１２平面よりも被加熱物１１側に高く設けている。この構成により、加熱コイルと被加熱物１１との結合がさらに良くなり、漏れ磁界の低減や加熱コイル電流の低減が可能となるものである。

（実施例１６）
以下本発明の第１６の実施例について、図２０を用いて説明する。図２０において７０は第１の電気絶縁材料であり、電気導体１２の外周部に設けられている。７１は第２の電気絶縁材料であり、電気導体１２の内周部に設けられている。

電気絶縁材料７１の透磁率は電気絶縁材料７０の透磁率よりも大としている。以上の構成により、加熱コイルの発生する高周波磁界の密度は加熱コイル中心分すなわち内周部が高いことから、内周部の絶縁体の透磁率を大とする事によって、より効率的な被加熱物の
誘導加熱が可能となるものである。

（実施例１７）
以下本発明の第１７の実施例について図２１を用いて説明する。図２１において８０は第１の電気絶縁材料であり、電気導体１２の内周部と外周部の間に設けられている。８１は第２の電気絶縁材料であり、電気導体１２の内周部及び外周部に設けられている。

電気絶縁材料８１の透磁率は電気絶縁材料８０の透磁率よりも大としている。以上の構成により、加熱コイルの発生する高周波磁界の密度は加熱コイル中心分すなわち内周部が高くかつ、内周部−外周部磁束密度よりも外周部近傍の磁束密度が高いことから、より効率的に被加熱物の誘導加熱が可能となるものである。

（実施例１８）
以下本発明の第１８の実施例について図２２を用いて説明する。図２２において電気導体１２は本実施例の場合φ０．３ｍｍの素線を３５本撚り合わせたものとしている。以上の構成によって、高周波電流の表皮効果の影響による電流分布の偏りがなくなり、一層加熱コイルの損失低減が可能となるものである。

（実施例１９）
以下本発明の第１９の実施例について図２３を用いて説明する。図２３において電気導体１２は、間に電気絶縁体９０を挟んだ２層の構成（第１層の電気導体１２ａと第２層の電気導体１２ｂ）になっている。さらに第１層の電気導体１２ａと第２層の電気導体１２ｂは、反転部９１にて被加熱物１１に対して、上下の関係になっている。反転部９１にて、上下に反転しない場合、電気導体１２に流れる電流は鍋と加熱コイルとの近接効果により、鍋側の層に集中して流れるため、加熱コイルの損失大となるが、本構成のように巻回途中で上下反転することによりそれぞれの層に流れる電流が均一となり、鍋との近接効果の影響を回避できるものである。さらに複数の層にしていることから表皮効果の影響を避けることも可能となり、加えて電気導体間に透磁率の大なる電気絶縁材料１３を設けていることから、電気導体間の近接効果も低減でき、極めて損失の少ない加熱コイルを実現することが可能となる。

（実施例２０）
以下本発明の第２０の実施例について図２４を用いて説明する。図２４において電気導体１２の巻回ピッチは、内周部が大きくなっている。以上より磁束密度の高い部位の導体間隔を大としているので、より一層近接効果の低減を図ることが可能となり、加熱コイルの損失を低減できるものである。

（実施例２１）
以下本発明の第２１の実施例について図２５を用いて説明する。図２５において電気絶縁材料１３及び電気導体１２は被加熱物１１の面側でプレート１４に接触している。本構成により、加熱コイルと被加熱物１１との磁気結合は極めて密となり、加熱コイル電流を小とできるため、加熱コイル損失を低減することが可能となるものである。また従来の構成では加熱コイルの被加熱物１１側面の冷却が困難となり、たとえ加熱コイル損失が小となっても必要冷却が大となるが、本構成の場合加熱コイルの被加熱物１１と逆面の冷却が極めて大であることから可能となるものである。

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同、加熱コイル下面に磁性体を配置した場合の形態の構成を示す図同、加熱コイル中心部の電気絶縁体に空隙を設けた形態の構成を示す図本発明の第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同、電気導体内にも電気絶縁材料を設けた形態の構成を示す図本発明の第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本発明の第８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本発明の第９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本発明の第１０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本発明の第１１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本発明の第１２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本発明の第１３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本発明の第１４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同異なる特性の電気絶縁材料を２つの部位に適用した形態の構成を示す図本発明の第１５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本発明の第１６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本発明の第１７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本発明の第１８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本発明の第１９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本発明の第２０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本発明の第２１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従来の誘導加熱装置の部品構成を示す断面図同、加熱コイルを上から見た図同、加熱コイルを下から見た図

１２電気導体
１３電気絶縁材料
２０電気絶縁材料
２１電気絶縁材料
２２貫通穴
３０第２の電気絶縁材料
３１第１の電気絶縁材料
４０空隙
４１放熱板
５０高熱伝導体
５１温度センサ

Claims

電気導体を渦巻き状に巻回し、導体間に少なくとも比透磁率が１を超える電気絶縁材料を設けたことを特長とする誘導加熱装置用加熱コイル。
渦巻き状に巻回した導体の最外周の導体より外側に比透磁率が１を超える電気絶縁材料を設けたことを特長とする誘導加熱装置用加熱コイル。
加熱コイル底面に一様に比透磁率が１を超える電気絶縁材料を設けた請求項１または２記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
加熱コイル底面の電気絶縁材料は、部分的に貫通穴を備えたことを特長とする請求項３記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
加熱コイル底面の電気絶縁材料は、部分的に厚みが異なることを特長とする請求項３記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
被加熱物面に対して下側の加熱コイル面側の第１の電気絶縁材料の飽和磁束密度は、導体間の第２の電気絶縁材料の飽和磁束密度よりも大きくしたことを特長とする請求項３記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
加熱コイル底面に設けられた電気絶縁材料の表面を凹凸形状にしたことを特長とする請求項３記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
導体と電気絶縁材料の間に空隙を設けたことを特長とする請求項３記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
加熱コイル底面に設けられた電気絶縁材料に放熱板を接触させたことを特長とする請求項３記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
放熱板は高熱伝導体を介して接触していることを特長とする請求項９記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
内周部の電気絶縁材料を電気導体平面よりも被加熱物側に高く設けたことを特長とする請求項３記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
内周部の電気絶縁材料表面に被加熱物温度を間接的に検知する温度センサを設けたことを特長とする請求項１１記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
内周部の電気絶縁材料を被加熱物が載置されるプレート裏面に接触させたことを特長とする請求項１２記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
外周部の電気絶縁材料を電気導体平面よりも被加熱物側に高く設けたことを特長とする請求項３記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
加熱コイル上面全域に渡って、電気導体表面を除いて、電気絶縁材料を電気導体平面よりも被加熱物側に高く設けたことを特長とする請求項３記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
内周部の導体近傍に設けた電気絶縁材料の透磁率を外周部近傍に設けた電気絶縁材料の透磁率より大と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。
内周部及び外周部近傍に設けた電気絶縁材料の透磁率を内周と外周の間の電気絶縁材料の透磁率より大としたことを特徴とする請求項１６記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
電気導体を複数の素線で構成したことを特長とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
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電気導体からなり、巻回途中で被加熱物面に対して少なくとも１回以上、各層を上下に反転させたことを特長とする請求項１８記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
巻線導体間隔は内周部及び外周部よりも内周部と外周部の間を小としたことを特長とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
加熱コイルの被加熱物面側とプレート裏面を接触させた構成としたことを特長とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の誘導加熱装置用加熱コイル。