JP2014135226A

JP2014135226A - 誘導加熱コイル

Info

Publication number: JP2014135226A
Application number: JP2013003390A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Watanabe; 範明渡邉; Hiroshi Kuwamura; 博志桑村; Kazuhiko Takenaka; 和彦武中
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2014-07-24
Anticipated expiration: 2033-01-11
Also published as: JP5945729B2

Abstract

【課題】誘導加熱コイルにおいて、巻き乱れをなくし、隣接するターン間の電位差を下げ、絶縁体を削減しコストを抑制すること。
【解決手段】導体の周囲に絶縁層を設けた素線を撚り合わせた集合線６の周囲に絶縁体７を設けたコイル導線１と、コイル導線１を保持するコイルベース２とを備え、コイルベース２には径が異なる少なくとも一部に切り欠き部を有する複数の同心円状の突起部３を設け、前記コイル導線は前記コイルベースの突起部の間に挿入し軸方向に同心円状に複数段、径方向に複数列巻回し、列を遷移する際は切り欠き部において行い、軸方向に巻く際は必ず下から上へ積み上げる構成とした。
【選択図】図３

Description

本発明は、誘導加熱調理器などに使用される誘導加熱コイルに関するものである。

従来、この種の誘導加熱コイル（加熱コイル）は、導体の周囲に絶縁層を設けた素線を撚り合わせた集合線をコイル導線として渦巻状に複数回巻回して形成しているが、近年、銅やアルミニウムといった非磁性かつ透磁率が低い金属も加熱できるものが望まれており、その手段として、加熱コイルに流れる電流の周波数を高くし、加熱コイルのターン数を増やすことが知られている。そのため加熱コイルは、表皮効果と近接効果による高周波抵抗の増大を低減するために直径約０．０５ｍｍ程度の素線を数百から数千本撚り合わせた集合線をコイル導線として用いて４０ターン程度巻回して形成される。また、加熱コイルには約４５００Ｖの電圧が印加されるため、隣接するターン間の耐電圧性能を確保するために集合線の周囲には絶縁体を設けている。さらに、誘導加熱調理器などに使用されるため、小型化が求められ、限られたスペースに４０ターン程度巻くためにコイル導線を隣接させて軸方向に複数段、かつ径方向に複数列巻き付け、自己融着により固着させる構成としている（例えば、特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に記載された従来の誘導加熱コイルの断面図を示し、図６（ａ）は、列毎に段数を変えて巻いた時の誘導加熱コイルの断面図を示す。図６（ａ）に示すように、コイル導線３０は、素線を撚り合わせた集合線３１の周囲に絶縁体３２を設けた構成としており、コイル導線３０を３段、２段、３段と交互に隣接して巻回し加熱コイル２９を形成する構成としている。

特開２００３−１９７３６２号公報

しかしながら、前記従来の構成では、コイル導線を隣接させて巻くため、例えば１列目を下から上に向かって複数段巻き、２列目も下から上に向かって巻く場合、列を遷移する際に１列目の上から２列目の下に向かって斜め下にコイル線が巻かれ、２列目の２段目以降はその斜め下に向かって巻かれた部分を横切って乗り越えて巻くことになり、クロス部が生じ、クロス部で径方向に膨らみが生じる。このようにして繰り返し同じように複数列巻いて形成された加熱コイルは、クロス部において真円度が乱れ、加熱性能が悪化するという課題を有していた。

また、例えば図６（ｂ）の矢印で示すように１列目を下から上に向かって３段巻き、２列目を上から下に向かって３段巻き、３列目を下から上に向かって３段巻き、と繰り返し巻いた場合は、クロス部が生じることはなく真円度は乱れ難いが、隣接するコイル導線間の最大ターン数差（ここでは１ターン目のコイル導線３３と６ターン目のコイル導線３５、あるいは４ターン目のコイル導線３４と９ターン目のコイル導線３６の差が最大で５ターン）は、隣接する列で同じ方向に向かって巻く場合に比べて大きくなるため、そのターン間同士にかかる電位差は大きくなる。そして、隣接するコイル導線間の最大ターン数差は段数が増えれば増えるほどこの電位差が大きくなる。これはすなわち、加熱コイルの耐電圧性能を確保することが必須となり、このためコイル導線の周囲に設けた絶縁体の厚みを大きくしたり、絶縁性能の高い材料を用いたりする必要があった。しかしながら、この
ためには組立工数が増加するとともにコストが大きいという課題を有していた。

また、コイル導線を隣接して巻くため、巻き乱れが生じやすく、巻き乱れた状態で巻かれた加熱コイルは想定以上に電位差が大きくなる箇所が発生する可能性があるため、耐電圧に対する信頼性が低下するという課題も有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、巻き乱れをなくし、かつ隣接するターン間の電位差を下げ、安価で、信頼性に優れた誘導加熱コイルを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱コイルは、導体の周囲に絶縁層を設けた素線を撚り合わせて集合線とし、前記集合線の周囲に絶縁体を設けたコイル導線と、コイル導線を保持するコイルベースと、を備え、前記コイルベースは、互いに径が異なる同心円状に形成され、かつ、円周方向の少なくとも一カ所に切り欠き部が形成された突起部を有し、前記コイル導線は、前記コイルベースの突起部の間に挿入されて軸方向に複数段、径方向に複数列巻回され、軸方向に巻く際は、巻いていく上下方向の向きが隣り合う列で同じになるように巻かれ、前記切り欠き部において列が遷移する構成としたものである。

これによって、コイル導線はコイルベースに設けた突起部の間に挿入して巻回するため、巻き乱れが生じることなく容易に巻くことができる。

また、隣り合う列で軸方向において同方向に巻回して巻く際に生じるクロス部は、コイルベースの突起部に設けた切り欠き部に配置されるため、突起部の径方向の厚み分で、クロス部に生じる膨らみを低減することができ、隣り合う列で軸方向において下から上へと同方向に巻回しても真円度が乱れることなく巻くことができる。さらに、このように隣り合う列で軸方向に同方向で巻いた加熱コイルは、隣接するコイル導線間の最大ターン数差が、隣り合う列毎に上下方向を反転して複数段巻いた場合に比べて小さくなり、隣接するターン間の電位差を下げることができ、コイル導線の周囲に設けた絶縁体の厚みを減らすことが可能となり、その分のコストが削減できる。

また、コイル導線はコイルベースの突起部に挿入されるため自己融着によるコイル導線同士の固定の必要性がなく、融着層を削減することができ、それにかかる加工工数や材料代を削減できる。

また、加熱コイルの列毎に、コイルベースに設けた突起部の径方向の厚み分の間隔が生じるため、近接効果を抑制でき、加熱コイルの高周波抵抗を低減することができ、加熱性能を向上させることができる。

本発明の誘導加熱コイルは、巻き乱れをなくし、かつ隣接するターン数差を減らすことで隣接するターン間の電位差を下げることができ、絶縁体の厚みを低減でき、安価に生産することができる。

本発明の実施の形態１における誘導加熱コイルの分解斜視図本発明の実施の形態１における誘導加熱コイルの平面図本発明の実施の形態１における誘導加熱コイルの断面図本発明の実施の形態２における誘導加熱コイルの断面図本発明の実施の形態３における誘導加熱コイルの断面図特許文献１に記載の従来の誘導加熱コイルの断面図

第１の発明は、導体の周囲に絶縁層を設けた素線を撚り合わせて集合線とし、前記集合線の周囲に絶縁体を設けたコイル導線と、コイル導線を保持するコイルベースと、を備え、前記コイルベースは、互いに径が異なる同心円状に形成され、かつ、円周方向の少なくとも一カ所に切り欠き部が形成された突起部を有し、コイル導線は、コイルベースの突起部の間に挿入されて軸方向に複数段、径方向に複数列巻回され、軸方向に巻く際は、巻いていく上下方向の向きが隣り合う列で同じになるように巻かれ、前記切り欠き部において列が遷移する、構成としたより、コイル導線はコイルベースに設けた突起部の間に挿入して巻回するため、巻き乱れが生じることなく容易に巻くことができる。

また、隣り合う列で軸方向において同方向に巻回して巻く際に生じるクロス部は、コイルベースの突起部に設けた切り欠き部に配置されるため、突起部の径方向の厚み分で、クロス部に生じる膨らみを低減することができ、隣り合う列で軸方向において下から上へと同方向に巻回しても真円度が乱れることなく巻くことができる。

さらに、全ての列において軸方向に同方向で巻いた加熱コイルは、隣接するコイル導線間の最大ターン数差が、隣り合う列毎に上下方向を反転して複数段巻いた場合に比べて小さくなる。従って、隣接するターン間の電位差を下げることができ、コイル導線の周囲に設けた絶縁体の厚みを減らすことが可能となる。これにより、絶縁体を構成する部材を削減できる。

また、コイル導線はコイルベースの突起部に挿入されるため自己融着等によるコイル導線同士の固定の必要性がなく、融着層を削減することも可能である。これにより、コイル線同士を自己融着させるための加工工数や材料代を大幅に削減できる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、コイル導線を、経方向に巻回しない列を少なくとも１列設けて巻回したことにより、コイルベースを共用して加熱コイルの特性を自在にかえることができる。つまり、巻回しない列においては発生する磁束が減るため、加熱コイル全体の磁束密度の分布を変えることができ、加熱分布の調整が容易に行うことができる。

また、巻回しない列には加熱コイルを冷却するための冷却風を流すことができ、かつ巻回しない列の隣りの列に巻かれたコイル導線においては放熱しやすくなるため、冷却性能を向上することができる。

また、巻回しない列を利用して、温度検知素子などを配置することができるため、安全性を向上させることができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、コイル導線を、少なくとも１つの列において軸方向の段数を変えて巻回したことにより、コイルベースを共用して加熱コイルの特性を自在にかえることができる。つまり、段数によって被加熱物までの距離が変わるため、距離によって被加熱物に向かう磁束密度が変化し、加熱分布を容易に調整でき均一化を容易に行うことができる。

また、段数を減らす列を設けることにより、加熱コイルの内部まで冷却でき、かつ段数の少ない列の隣りの列に巻かれたコイル導線においては放熱しやすくなるため、冷却性能を向上することができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明において、コイルベースに設けた複数の同心円状の突起部に切り欠き部を複数設け、径方向への遷移位置を変えて巻回したことにより、同心円状において１ターン以下、例えば２／３ターンや１／２ターン、を巻くことが可能となり、コイルベースを共用して加熱コイルの特性を自在にかえることができる。つまり、ターン数を自在に調整し、加熱分布の均一化や冷却性能の向上を容易に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における誘導加熱コイルの分解斜視図、図２は、本発明の実施の形態１における誘導加熱コイルの平面図、図３は、本発明の実施の形態１における誘導加熱コイルの断面図を示すものである。

図１〜３において、コイル導線１は導体の周囲に絶縁層を設けた素線を撚り合わせた集合線６の周囲に絶縁体７を設けて構成されたものであり、一般的な透磁率が高い鉄系の鍋の他に、銅やアルミといった透磁率が低い鍋の加熱にも適した構成としている。

透磁率の低い鍋を加熱する場合、７０〜１００ｋＨｚの高周波電流を流さなければならないが、周波数が高いほど表皮効果により素線の表面付近だけに電流が流れコイル導線１の高周波抵抗が著しく増加し、コイルのロスが大きくなり、発熱も高くなる。その対策としてコイル導線１の表面積を大きくする必要があるため、素線は直径約０．０５ｍｍのものを用いて数千本程度撚り合わせた集合線６でコイル導線１を構成している。

また、銅鍋やアルミ鍋を加熱する際には、加熱コイル１０には約４５００Ｖの電圧が印加されるため、隣接するターン間の耐電圧性能を確保するために集合線６の周囲には絶縁体７を設けている。

コイル導線１は、樹脂製のコイルベース２に設けられた径が異なる少なくとも一部に切り欠き部４を有する複数の同心円状の突起部３の間に挿入して巻く構成とし、軸方向に同心円状に４段、径方向に９列、合計が３６ターンで加熱コイル１０を構成している。

また、列を遷移する際は切り欠き部４において行い、図２で示すように、本実施の形態では複数設けた切り欠き部４の内、列毎に周回方向にずらして遷移させ、軸方向に巻く際は図３の矢印で示すように必ず下から上へ積み上げて巻く構成とした。以上のような構成にしたことによって、コイル導線１はコイルベース２に設けた突起部３の間に挿入して巻回するため、巻き乱れが生じることなく容易に巻くことができる。

また、隣り合う列で軸方向において同方向に巻回して巻く際に生じるクロス部５は、コイルベース２の突起部３に設けた切り欠き部４に配置されるため、突起部３の径方向の厚み分で、クロス部５に生じる膨らみを低減することができ、隣り合う列で軸方向において下から上へと同方向に巻回しても真円度が乱れることなく巻くことができる。

さらに、全ての列で軸方向に同方向で巻いた加熱コイル１０は、隣接するコイル導線間
の最大ターン数差が、隣り合う列毎に上下方向を反転して４段巻いた場合に比べて小さくなり、隣接するターン間の電位差を下げることができ、コイル導線１の周囲に設けた絶縁体７の厚みを減らすことが可能となり、その分のコストが削減できる。

最大ターン数差は、図３においては、１ターン目のコイル導線８と５ターン目のコイル導線９のように径方向水平に隣り合うターン間が最大となりその差は４ターンとなる。しかし、前述したように隣り合う列毎に上下方向を反転して４段巻いた場合は、１ターン目のコイル導線を同じとした時、５ターン目のコイル導線９の位置に８ターン目のコイル導線が巻かれるため、そのターン間差は７ターンとなる。これは同方向に巻き上げた場合に比べ３ターンも多くなる。ここで、３６ターン巻かれた加熱コイル１０にかかる電圧を約４５００Ｖとした場合、１ターン間の電位差は１２５Ｖとなる。したがって、隣接するターン間差が４ターンの場合は必要耐電圧が５００Ｖ、７ターンの場合は必要耐電圧８７５Ｖとり、コイル導線１の周囲に設けた絶縁体７の厚みを減らすことが可能となり、その分のコストが削減できる。

また、コイル導線１はコイルベース２の突起部３に挿入されるため自己融着によるコイル導線１同士の固定の必要性がなく、融着層を削減することができ、それにかかる加工工数や材料代を削減することができる。突起部３の間隔をコイル導線１の外径より小さくすると、外れにくくなるので良い。

また、加熱コイル１０の列毎に、コイルベース２に設けた突起部３の径方向の厚み分の間隔が生じるため、近接効果を抑制でき、加熱コイルの高周波抵抗を低減することができ、加熱性能を向上させることができる。

また、本実施の形態では加熱コイル１０の段数、列数、ターン数などはいくらでもよく、段数とターン数が同じであれば、隣接するターン間の電位差を低減することができるし、段数が多いほど低減率は高くなる。

また、本実施の形態では、コイルベース２上に直接加熱コイル１０を巻きつけていくようにしたが、治具等で先に巻いておき、その後コイルベース２に固定するようにしても良い。この場合も、加熱コイル１０の巻いていく上下方向の向きが隣り合う列で同じようにしておけば良い。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における誘導加熱コイルの断面図を示すものである。

尚、本実施の基本構成は実施の形態１と同じであるため、異なる点を中心に説明する。また、実施の形態１と同じ要素には同じ符号を付与し、その説明は省略する。

図４において、コイル導線１を、経方向に巻回しない列１１を少なくとも１列設けて巻回し、加熱コイル１０を形成する構成としたことにより、コイルベース２を共用して加熱コイル１０の特性を自在にかえることができる。つまり、巻回しない列１１においては発生する磁束が減るため、加熱コイル１０全体の磁束密度の分布を変えることができ、加熱分布の調整を容易に行うことができる。

また、巻回しない列１１には加熱コイル１０を冷却するための冷却風を流すことができ、かつ巻回しない列１１の隣りの列に巻かれたコイル導線１においては放熱しやすくなるため、冷却性能を向上することができる。

また、巻回しない列１１を利用して、温度検知素子などを配置することができるため、
安全性を向上させることができる。

本実施例では、加熱コイル１０の内側から２列目を巻回しない列１１としているが、本発明ではこの限りではなく、どこに巻回しない列１１を設けても良いし、複数列並べてもうけても良い。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における誘導加熱コイルの断面図を示すものである。

図５において、コイル導線１を、１列目は４段、２列目は２段、３列目は３段、４列目は４段という具合に、少なくとも１つの列において軸方向の段数を変えて巻回し、加熱コイル１０を形成する構成にしたことにより、コイルベース２を共用して加熱コイル１０の特性を自在にかえることができる。つまり、段数によって被加熱物までの距離、例えば、コイル導線１の直径を約３．０ｍｍとすると、２列目では１列目に比べ６．０ｍｍ、３列目では１列目に比べ３．０ｍｍ遠くなるため、距離によって被加熱物に向かう磁束密度が変化し、加熱分布を容易に調整でき均一化を容易に行うことができる。

また、段数を減らす列を設けることにより、加熱コイル１０の内部まで冷却でき、かつ段数の少ない列の隣りの列のコイル導線１、図５においては、１列目の３段目と４段目、３列目の３段目、４列目の４段目が放熱しやすくなるため、冷却性能を向上することができる。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱コイルは、巻き乱れをなくし、かつ隣接するターン数差を減らすことで隣接するターン間の電位差を下げることができ、絶縁体の厚みを低減することで安価に生産できるものであり、家庭用や業務用に関わらず、様々な誘導加熱調理器の用途に有効である。

１、３０コイル導線
２コイルベース
３突起部
４切り欠き部
５クロス部
６、３１集合線
７、３２絶縁体
８、３３１ターン目のコイル導線
９５ターン目のコイル導線
１０、２９加熱コイル（誘導加熱コイル）
１１巻回しない列
３４４ターン目のコイル導線
３５６ターン目のコイル導線
３６９ターン目のコイル導線

Claims

導体の周囲に絶縁層を設けた素線を撚り合わせて集合線とし、前記集合線の周囲に絶縁体を設けたコイル導線と、前記コイル導線を保持するコイルベースと、を備え、
前記コイルベースは、
互いに径が異なる同心円状に形成され、かつ、円周方向の少なくとも一カ所に切り欠き部が形成された突起部を有し、
前記コイル導線は、
前記コイルベースの突起部の間に挿入されて軸方向に複数段、径方向に複数列巻回され、
軸方向に巻く際は、巻いていく上下方向の向きが隣り合う列で同じになるように巻かれ、
前記切り欠き部において列が遷移する、
誘導加熱コイル。
前記コイル導線を、経方向に巻回しない列を少なくとも１列設けて巻回した請求項１に記載の誘導加熱コイル。
前記コイル導線を、少なくとも１つの列において軸方向の段数を変えて巻回した請求項１または２に記載の誘導加熱コイル。
前記コイルベースに設けた複数の同心円状の突起部に切り欠き部を複数設け、径方向への遷移位置を変えて巻回した請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱コイル。