JP2023109314A - コイル及びそれを用いた電磁誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に形成されたコイルパターンで構成されたコイルにおいて、導体パターン間の間隙の増加を抑制しながら、局所的な温度上昇の抑制を図る。【解決手段】本発明のコイル１は、基板１０に形成されたコイルパターン１００で構成される。コイルパターン１００は径方向に巻回された複数のコイルターン（第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０）を備える。複数のコイルターン（第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０）は、コイル１の径方向に分割された複数の導体パターン１１１～１８４を備えて構成される。複数のコイルターン（第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０）は、コイルパターン１００の径方向の位置によって第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０が備える複数の導体パターン１１１～１８４の数が異なる。【選択図】 図１

Description

本発明は、平面導体によるコイルパターンを基板上に形成したコイル及びそれを用いた電磁誘導加熱装置に関する。

火を使わずに鍋などの被加熱物を加熱し調理を行う装置として、インバータ方式のＩＨクッキングヒータ（以下、「電磁誘導加熱装置」とも称する）が広く用いられるようになってきている。ＩＨクッキングヒータは、ガラス製のトッププレートの直下に配置した加熱コイルに高周波電流を流し、トッププレート上に載置した金属鍋に渦電流を発生させ、鍋自体の電気抵抗により発熱させるものである。このように、ＩＨクッキングヒータは、火を使わずに調理でき、安全性や調理環境の快適性が高いため、ガスレンジに代わって普及が急速に進んでいる。

ＩＨクッキングヒータでは、インバータから加熱コイルに数十ｋＨｚの高周波電流が供給されるため、高周波磁界の影響により表皮効果や近接効果に起因した高周波交流損失が発生する。加熱コイルは導体をスパイラル状に巻回して構成されており、内周側及び外周側に位置するコイルは磁界の影響を強く受ける。このため、加熱コイルを形成する導体には高周波交流損失の抑制を目的に，絶縁された素線を複数撚り合わせたリッツ線が用いられている。しかし、リッツ線を用いたコイルは、撚り加工、巻回、端子処理など複数の製造工程が必要となるため、量産時において電気特性のバラつきの管理が難しいといった課題がある。

コイルなど磁性部品の電気特性のバラつきを抑制する手段として、プリント基板上にコイルパターンを形成する手法が提案されている。プリント基板を用いることで、撚り加工などの製造工程が不要となるため電気特性のバラつきを低減することが可能となる。しかし、単純な平面導体パターンによりスパイラル状のコイルを形成した場合、磁界が集中する内周側及び外周側に位置する導体パターンの損失が大きくなるといった課題がある。

この課題を解決する手段として、例えば特許文献１及び特許文献２に記載の技術がある。

特許文献１では、平面導体を複数のコイルターンに亘ってスパイラル状に巻回すると共に、内周側及び外周側に位置する導体パターン幅を狭くすることで、磁界が集中する内周側及び外周側に位置するコイルの高周波交流損失の低減を図っている。

特許文献２では、複数の導体パターンによりコイルパターンを形成し、最内周コイルターンの導体パターン幅及び最外周コイルターンの導体パターン幅よりも、中心位置における導体パターン幅の方を大きくすると共に、最内周コイルターンから中間コイルターンまでの各コイルターンの導体パターン幅の合計値又は平均値よりも、最外周コイルターンから中間コイルターンまでの各コイルターンの導体パターン幅の合計値又は平均値を大きくしている。特許文献２では、上記のように構成することにより、コイルパターンの導体パターン幅を内周側と外周側で単純に対称とした場合と比べてさらなる高周波交流損失の低減を図っている。

特開平１１－４０４３８号公報 特開２０１９－１８６２３５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、内周側及び外周側に位置する導体パターンの幅が狭くなるため、中央部に位置する導体パターンに比べて導体の断面積が小さくなることで放熱性が低下し、局所的な温度上昇が発生する可能性がある。

また、特許文献２に記載の技術では、複数の導体パターンを用いた例が記載されているが、導体パターンの数を径方向に位置する全てのコイルパターンで同じとしているため、内周側及び外周側に位置する導体パターンの合計断面積は、中央に位置する導体パターンの合計断面積に比べて小さくなる。このため、内周側及び外周側に位置するコイルパターンの放熱性向上を目的に導体パターンの断面積を増加させる場合には、全てのコイルパターンの導体パターン数を増加させる必要がある。この場合、導体パターン間の間隙が増加し、導体の占積率が低下するため、所定の寸法内に所望のコイルターン数を確保することが難しい課題がある。

本発明の目的は、上記課題を解決し、導体パターン間の間隙の増加を抑制しながら、局所的な温度上昇の抑制を図ることができるコイル及びこれを用いた電磁誘導加熱装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、基板に形成されたコイルパターンで構成されたコイルにおいて、前記コイルパターンは径方向に巻回された複数のコイルターンを備え、前記複数のコイルターンは前記コイルの径方向に分割された複数の導体パターンを備えて構成され、前記複数のコイルターンは、前記コイルパターンの径方向の位置によって前記コイルターンが備える前記複数の導体パターンの数が異なることを特徴とする。

本発明によれば、基板に形成されたコイルパターンで構成されたコイルにおいて、導体パターン間の間隙の増加を抑制しながら、局所的な温度上昇の抑制を図ることができる。

本発明の実施例１に係るコイルパターン１００を上方から見た平面図である。 コイルパターン１００及び基板１０を取り除いた状態でコイルパターン２００を上方から見た平面図である。 本発明の実施例１に係るＩＨクッキングヒータを上下方向に断面した概略構成図である。 図３からトッププレート７及び鍋８を取り除いた状態における上面図である。 図１のＶ－Ｖ’線断面図である。 図２のVI－VI’線断面図である。 コイルパターン１００における第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０の径方向の位置と導体パターンを貫く磁束密度、導体パターン幅、導体分割数、導体断面積、およびコイル幅の関係を示す図である。 実施例１のコイル１を用いた場合のスリット数と、比較例のコイルを用いた場合のスリット数を示す図である。 本発明の実施例２に係るコイルパターン３００を上方から見た平面図である。 図９のＸ－Ｘ’線断面図である。 コイルパターン３００における第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０の径方向の位置と導体パターンを貫く磁束密度、導体パターン幅、導体分割数、導体断面積、およびコイル幅の関係を示す図である。 図９及び図１０に示す第１コイルターン１１０を構成する導体パターン１１１～１１５の変形例１を示す図である。 導体パターンの径方向の位置と、導体パターンの幅の関係を示す図である。 図９及び図１０に示す第１コイルターン１１０を構成する導体パターン１１１～１１５の変形例２を示す図である。 本発明の実施例４に係るＩＨクッキングヒータを上下方向に断面した概略構成図である。 図１５に示すＸVI―ＸVI´線に沿ったコイルパターン４００、５００の断面図を示している。 コイルパターン４００における第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０、及びコイルパターン５００における第１コイルターン２１０～第７コイルターン２７０の導体パターン幅、導体分割数、導体断面積、およびコイル幅の関係を示す図である。 本発明の実施例５に係るコイルパターン６００の断面図である。 図１８に示すコイルパターン６００における第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０の導体パターン幅、導体分割数、導体断面積、およびコイル幅の関係を示す図である。 基板１０の一方（上方）の面に位置する第１コイルターン１１０ａを上方から見た平面図である。 基板１０の他方（下方）の面に位置する第１コイルターン１１０ｂを下方から見た平面図である。 第１コイルターン１１０の導体パターンの位置を定義する図である。 導体パターン１１１に着目した場合における導体パターンの位置の遷移を示す図である。

以下、本発明の実施例について添付の図面を参照しつつ説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、同様の説明は繰り返さない。

本発明の各種の構成要素は必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、一の構成要素が複数の部材から成ること、複数の構成要素が一の部材から成ること、或る構成要素が別の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複すること、などを許容する。

本発明の実施例１について、図１～図８を用いて説明する。図１は、本発明の実施例１に係るコイルパターン１００を上方から見た平面図である。図２は、コイルパターン１００及び基板１０を取り除いた状態でコイルパターン２００を上方から見た平面図である。図３は、本発明の実施例１に係るＩＨクッキングヒータを上下方向に断面した概略構成図である。図４は、図３からトッププレート７及び鍋８を取り除いた状態における上面図である。図５は、図１のＶ－Ｖ’線断面図である。図６は、図２のVI－VI’線断面図である。なお、図６では、基板１０を取り付けた状態で示している。

実施例１のコイル１は、図３及び図４に示すように、基板１０と、基板１０の一方の表面に形成されたコイルパターン１００と、基板１０の他方の表面に形成されたコイルパターン２００とを備えている。基板１０は、紙やガラス布にフェノール樹脂やエポキシ樹脂などを含侵した材料が用いられる。ＩＨクッキングヒータ（電磁誘導加熱装置）は、調理器具である鍋８を載置するトッププレート７を備え、このトッププレートの下方には鍋８を加熱するコイル１を備えている。コイル１は、コイル１から生じる磁束の磁路となるフェライトコア５の上面に配置される。トッププレート７の上面に載置された鍋８は、コイル１から発生した磁束により誘導加熱される。コイル１及びフェライトコア５は支持部材６により支持される。図４に示すように、フェライトコア５は、コイル１の中心から放射状に配置される。

図１に示すように、コイルパターン１００は、複数のコイルターンに亘って径方向にスパイラル状に巻回された平面導体パターンによって構成される。図１のコイルパターン１００は、第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０からなる８コイルターンで構成され、第１コイルターン１１０が最内周コイルターンを構成し、第８コイルターン１８０が最外周コイルターンを構成する。すなわち、内周側から外周側に向かって第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０が構成されている。また、第４コイルターン１４０～第７コイルターン１７０は、最内周コイルターン（第１コイルターン１１０）と最外周コイルターン（第８コイルターン１８０）との間に位置する中間コイルターンを構成している。

第１コイルターン１１０～第４コイルターン１４０、第７コイルターン１７０及び第８コイルターン１８０は、図５に示すように、スリットＷ０１によって径方向に分割された複数の導体パターンで構成されている。すなわち、第１コイルターン１１０～第４コイルターン１４０、第７コイルターン１７０及び第８コイルターン１８０には、径方向に隣り合う導体パターン同士の間にスリットＷ０１が形成されている。

第１コイルターン１１０は４つの導体パターン１１１～１１４に分割され、第２コイルターン１２０は４つの導体パターン１２１～１２４に分割され、第３コイルターン１３０は４つの導体パターン１３１～１３４に分割され、第４コイルターン１４０は２つの導体パターン１４１、１４２に分割され、第７コイルターン１７０は２つの導体パターン１７１、１７２に分割され、第８コイルターン１８０は４つの導体パターン１８１～１８４に分割される。中央部に位置する第５コイルターン１５０及び第６コイルターン１６０は、１つの導体パターンで形成される。複数のコイルターンは、コイルパターン１００の径方向の位置によって各コイルターンが備える複数の導体パターンの数が異なっている。

また、導体パターンは、最内周コイルターン（第１コイルターン１１０）から中間コイルターン（第４コイルターン１４０～第７コイルターン１７０）に向かって導体パターンの数が減少し、中間コイルターン（第４コイルターン１４０～第７コイルターン１７０）から最外周コイルターン（第８コイルターン１８０）に向かって導体パターンの数が増加する。

最内周に位置する第１コイルターン１１０の導体パターン１１１～１１４は、コイルパターン２００の最内周に位置する第１コイルターン２１０の導体パターン２１１～２１４と接続するためのスルーホールＨ１～Ｈ４（図１）に接続される。

最外周に位置する第８コイルターン１８０の導体パターン１８１～１８４は、外部回路と接続するための端子電極４ａ（図１）に接続される。第３コイルターン１３０の導体パターン１３１～１３４と第４コイルターン１４０の導体パターン１４１、１４２は、接続部３ａ（図１）を介して接続される。第４コイルターン１４０の導体パターン１４１、１４２と第５コイルターン１５０の導体パターンは、接続部３ｂ（図１）を介して接続される。第６コイルターン１６０の導体パターンと第７コイルターン１７０の導体パターン１７１、１７２は、接続部３ｃ（図１）を介して接続される。第７コイルターン１７０の導体パターン１７１、１７２と第８コイルターン１８０の導体パターン１８１～１８４は、接続部３ｄ（図１）を介して接続される。このように各コイルターンには径方向に隣接するコイルターン同士を電気的に接続する接続部３ａ～３ｄを備えている。

図２に示すように、コイルパターン２００は、コイルパターン１００と同様に複数コイルターンに亘って径方向にスパイラル状に巻回された平面導体パターンによって構成される。図２のコイルパターン２００は、第１コイルターン２１０～第８コイルターン２８０からなる８コイルターンで構成され、第１コイルターン２１０が最内周コイルターンを構成し、第８コイルターン２８０が最外周コイルターンを構成する。すなわち、内周側から外周側に向かって第１コイルターン２１０～第８コイルターン２８０が構成されている。また、第５コイルターン２５０及び第６コイルターン２６０は、最内周コイルターン（第１コイルターン２１０）と最外周コイルターン（第８コイルターン２８０）との間に位置する中間コイルターンを構成している。

第１コイルターン２１０～第４コイルターン２４０、第７コイルターン２７０及び第８コイルターン２８０は、図６に示すように、スリットＷ０２によって径方向に分割された複数の導体パターンで構成されている。すなわち、第１コイルターン２１０～第４コイルターン２４０、第７コイルターン２７０及び第８コイルターン２８０には、径方向に隣り合う導体パターン同士の間にスリットＷ０２が形成されている。

第１コイルターン２１０は４つの導体パターン２１１～２１４に分割され、第２コイルターン２２０は４つの導体パターン２２１～２２４に分割され、第３コイルターン２３０は４つの導体パターン２３１～２３４に分割され、第４コイルターン２４０は２つの導体パターン２４１、２４２に分割され、第７コイルターン２７０は２つの導体パターン２７１、２７２に分割され、第８コイルターン２８０は４つの導体パターン２８１～２８４に分割される。第５コイルターン２５０及び第６コイルターン２６０は、１つの導体パターンで形成される。複数のコイルターンは、コイルパターン２００の径方向の位置によって各コイルターンが備える複数の導体パターンの数が異なっている。

また、導体パターンは、最内周コイルターン（第１コイルターン２１０）から中間コイルターン（第４コイルターン２４０～第７コイルターン２７０）に向かって導体パターンの数が減少し、中間コイルターン（第４コイルターン２４０～第７コイルターン２７０）から最外周コイルターン（第８コイルターン２８０）に向かって導体パターンの数が増加する。

導体パターンの厚みは、コイルに供給される電流の周波数により決まる表皮深さ以下とすることが好ましい。表皮深さｄは下記式で表すことができる。

ｄ＝√（２ρ／ωμ）
上記式中のρは電気抵抗率、ωはコイルに流れる電流の角周波数を示し、μはコイルパターンの絶対透磁率を示している。各周波数ωはコイルに流れる電流の周波数をｆとした場合、２πｆで表される。

上記式より、例えばコイルパターンの材料に銅を用いた場合の電流の周波数が２０ｋＨｚにおける表皮深さは約０．４６ｍｍとなるため、導体パターンの厚みは表皮深さ以下となる０．４ｍｍとするのが好ましい。

図６に示すように、最内周に位置する第１コイルターン２１０の導体パターン２１１～２１４は、コイルパターン１００の最内周に位置する第１コイルターン１１０の導体パターン１１１～１１４と接続するためのスルーホールＨ１～Ｈ４（図２）に接続される。最外周に位置する第８コイルターン２８０の導体パターン２８１～２８４は外部回路と接続するための端子電極４ａ（図２）に接続される。第３コイルターン２３０の導体パターン２３１～２３４と第４コイルターン２４０の導体パターン２４１、２４２は、接続部３ａ（図２）を介して接続される。第４コイルターン２４０の導体パターン２４１、２４２と第５コイルターン２５０の導体パターンは、接続部３ｂ（図２）を介して接続される。第６コイルターン２６０の導体パターンと第７コイルターン２７０の導体パターン２７１、２７２は接続部３ｃ（図２）を介して接続される。第７コイルターン２７０の導体パターン２７１，２７２と第８コイルターン２８０の導体パターン２８１～２８４は接続部３ｄ（図２）を介して接続される。このように各コイルターンには径方向に隣接するコイルターン同士を電気的に接続する接続部３ａ～３ｄを備えている。

コイルパターン１００の端子電極４ｂとコイルパターン２００の端子電極４ａはスルーホールを介して接続され、コイルパターン１００の端子電極４ａとコイルパターン２００の端子電極４ｂはスルーホールを介して接続される。このようにコイルパターン１００とコイルパターン２００は直列接続されることで合計１６コイルターンのコイルを構成することができる。

図７は、コイルパターン１００における第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０の径方向の位置と導体パターンを貫く磁束密度、導体パターン幅、導体分割数、導体断面積、およびコイル幅の関係を示す図である。以下説明は省略するが、コイルパターン２００も同様である。

図７の横軸に記載の１１０～１８０はコイルパターン１００の第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０の位置を示している。図７は、第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０の径方向の幅を意味するコイル幅Ｗ１ａ～Ｗ８ａが等しくなるように構成した場合の例を示している。図７では、第１コイルターン１１０のコイル幅Ｗ１に対し、第２コイルターン１２０～第８コイルターン１８０のコイル幅Ｗ２ａ～Ｗ８ａが横一直線上に表示されている。なお、コイル幅Ｗ１ａ～Ｗ４ａ、コイル幅Ｗ７ａ及びコイル幅Ｗ８ａはスリットＷ０１を含んだ幅としている。

図７中に記載の分割数Ｎ１１～Ｎ１８は、第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０を構成する導体パターンの分割数を示しており、導体断面積Ｓ１１～Ｓ１８は、第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０を構成する複数の導体パターンの合計断面積を示している。

図７に示すように、本実施例のコイルパターン１００は、導体パターン幅を最内周に位置する第１コイルターン１１０から所定の位置における第５コイルターン１５０に向かって段階的に拡大し、第５コイルターン１５０及び第６コイルターン１６０の導体パターン幅Ｗ５１ａ、Ｗ６１ａが最大となる。第６コイルターン１６０から最外周に位置する第８コイルターン１８０に向かって段階的に導体パターン幅を縮小し、最外周コイルターンの第８コイルターン１８０では導体パターン幅Ｗ８１となる。所定の径方向位置において、第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０を構成する導体パターンの数、パコイルターン幅、導体断面積の関係はそれぞれ以下のようになる。

Ｎ１１＝Ｎ１２＝Ｎ１３＝Ｎ１８＞Ｎ１４＝Ｎ１７＞Ｎ１５＝Ｎ１６
Ｗ１１ａ＝Ｗ２１ａ＝Ｗ３１ａ＝Ｗ８１ａ＜Ｗ４１ａ＝Ｗ７１ａ＜Ｗ５１ａ＝Ｗ６１ａ
Ｓ１１＝Ｓ１２＝Ｓ１３＝Ｓ１８＜Ｓ１４＝Ｓ１７＜Ｓ１５＝Ｓ１６
Ｗ１ａ＝Ｗ２ａ＝Ｗ３ａ＝Ｗ４ａ＝Ｗ５ａ＝Ｗ６ａ＝Ｗ７ａ＝Ｗ８ａ
複数のコイルターンは所定の径方向位置において径方向幅（コイル幅）が異なっており、複数のコイルターンのそれぞれにおける複数の導体パターンの合計断面積（導体断面積）は、所定の径方向位置において等しくなっている。

また、最内周導体パターン（第１コイルターン１１０）及び最外周導体パターン（第８コイルターン１８０）の径方向幅は、中間導体パターン（第４コイルターン１４０～第７コイルターン１７０）の径方向幅よりも小さくなっている。

実施例１におけるコイルパターン１００では、図７に示すように、予め電磁界解析ソフトウェアなどを用いて求めた径方向の位置における磁束密度の分布を参考に、各コイルターンを貫く磁束密度がＢｍ１未満の場合と、Ｂｍ１以上Ｂｍ２未満の場合と、Ｂｍ２以上の３つの領域に分類し、各領域に位置するコイルターン毎にスリットの数すなわちパコイルターン幅を変更した例を示している。実験的にコイルパターンの径方向の温度分布を測定した結果を基に、スリット数又はパコイルターン幅を決定してもよい。

図８は、実施例１のコイル１を用いた場合のスリット数と、比較例のコイルを用いた場合のスリット数を示す図である。比較例では、径方向に位置する全てのコイルターン（第１コイルターン～第８コイルターン）において導体の分割数を４分割に固定した場合を示している。１つのコイルターンを４分割した場合、１つのコイルターンのスリット数は３となる。比較例では、コイルターン数が８個あるので、スリット数は全部で２４（＝３×８）となる。

これに対し、実施例１では、第１コイルターン１１０～第３コイルターン１３０及び第８コイルターン１８０の４つのコイルターンが４分割されているので、スリット数は１２（＝３×４）となり、第４コイルターン１４０と第７コイルターン１７０が２分割されているので、スリット数は２（＝１×２）となり、スリット数は全部で１４（＝１２＋２）となる。

実施例１では、比較例と比較してスリット数を２４から１４にでき、約４０％低減することができる。

このように、実施例１に記載のコイルでは、コイルコイルターンの径方向の幅を一定とし、コイルコイルターンの径方向の位置に応じて導体パターンの分割数を変えることで、磁界の影響が大きいコイルの内周側及び外周側に位置するコイルターンのパコイルターン幅を縮小しながら、スリット数を低減することが可能となる。これにより、磁界の影響により生じる高周波交流損失を効果的に抑制しながら、導体パターンの占積率の向上を図ることができる。

なお、実施例１では、最も内周側に位置する第１コイルターン１１０を構成する導体パターンと、最も外周側に位置する第８コイルターン１８０を構成する導体パターンの幅が等しくなるように構成しているが、第１コイルターン１１０の導体パターンと第８コイルターン１８０を構成する導体パターンの幅が異なるようにしてもよい。

図９～図１１を用いて本発明の実施例２について説明する。図９は、本発明の実施例２に係るコイルパターン３００を上方から見た平面図である。図１０は、図９のＸ－Ｘ’線断面図である。実施例１と共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１０に示すように、実施例２のコイル1は、基板１０と、基板１０の一方の表面に形成されたコイルパターン３００とを備えている。

図９に示すように、コイルパターン３００は、実施例１と同様に複数コイルターンに亘って径方向にスパイラル状に巻回された平面導体パターンによって構成される。図９のコイルパターン３００は、第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０からなる８コイルターンで構成され、第１コイルターン１１０が最内周コイルターンを構成し、第８コイルターン１８０が最外周コイルターンを構成する。

すなわち、内周側から外周側に向かって第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０が構成されている。また、第４コイルターン１４０～第７コイルターン１７０は、最内周コイルターン（第１コイルターン１１０）と最外周コイルターン（第８コイルターン１８０）との間に位置する中間コイルターンを構成している。

第１コイルターン１１０～第４コイルターン１４０、第７コイルターン１７０及び第８コイルターン１８０は、図１０に示すように、スリットＷ０３によって径方向に分割された複数の導体パターンで構成されている。

第１コイルターン１１０は５つの導体パターン１１１～１１５に分割され、第２コイルターン１２０は５つの導体パターン１２１～１２５に分割され、第３コイルターン１３０は５つの導体パターン１３１～１３５に分割され、第４コイルターン１４０は２つの導体パターン１４１、１４２に分割され、第７コイルターン１７０は２つの導体パターン１７１、１７２に分割され、第８コイルターン１８０は５つの導体パターン１８１～１８５に分割される。第５コイルターン１５０及び第６コイルターン１６０は、１つの導体パターン１５１、１６１で形成される。複数のコイルターンは、コイルパターン３００の径方向の位置によって各コイルターンが備える複数の導体パターンの数が異なっている。

また、導体パターンは、最内周コイルターン（第１コイルターン１１０）から中間コイルターン（第４コイルターン１４０～第７コイルターン１７０）に向かって導体パターンの数が減少し、中間コイルターン（第４コイルターン１４０～第７コイルターン１７０）から最外周コイルターン（第８コイルターン１８０）に向かって導体パターンの数が増加する。

最内周に位置する第１コイルターン１１０の導体パターン１１１～１１５と最外周に位置する第８コイルターン１８０の導体パターン１８１～１８５は、外部回路と接続するための端子電極４ａ、４ｂに接続される。第３コイルターン１３０の導体パターン１３１～１３５と第４コイルターン１４０の導体パターン１４１、１４２は、接続部３ａ（図９）を介して接続される。第４コイルターン１４０の導体パターン１４１、１４２と第５コイルターン１５０の導体パターンは、接続部３ｂ（図９）を介して接続される。第６コイルターン１６０の導体パターンと第７コイルターン１７０の導体パターン１７１、１７２は接続部３ｃ（図９）を介して接続される。第７コイルターン１７０の導体パターン１７１、１７２と第８コイルターン１８０の導体パターン１８１～１８４は接続部３ｄ（図９）を介して接続される。

図１１は、コイルパターン３００における第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０の径方向の位置と導体パターンを貫く磁束密度、導体パターン幅、導体分割数、導体断面積、およびコイル幅の関係を示す図である。

図１１の横軸に記載の１１０～１８０はコイルパターン３００の第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０の位置を示している。

図１１中に記載の分割数Ｎ１１～Ｎ１８は、第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０を構成する導体パターンの分割数を示しており、導体断面積Ｓ１１～Ｓ１８は、第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０を構成する複数の導体パターンの合計断面積を示している。コイル幅Ｗ１ａ～Ｗ４ａ、コイル幅Ｗ７ａ及びコイル幅Ｗ８ａはスリットＷ０３を含んだ幅としている。

第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０を構成する導体パターンの数、パコイルターン幅、コイル幅の関係はそれぞれ以下のようになる。

Ｎ１１＝Ｎ１２＝Ｎ１３＝Ｎ１８＞Ｎ１４＝Ｎ１７＞Ｎ１５＝Ｎ１６
Ｗ１１ａ＝Ｗ２１ａ＝Ｗ３１ａ＝Ｗ８１ａ＜Ｗ４１ａ＝Ｗ７１ａ＜Ｗ５１ａ＝Ｗ６１ａ
Ｓ１１＝Ｓ１２＝Ｓ１３＝Ｓ１４＝Ｓ１５＝Ｓ１６＝Ｓ１７＝Ｓ１８
Ｗ１ａ＝Ｗ２ａ＝Ｗ３ａ＝Ｗ８ａ＞Ｗ４ａ＝Ｗ７ａ＞Ｗ５ａ＝Ｗ６ａ
実施例２では、コイルパターン（導体パターン）の径方向の位置に応じて導体パターンの分割数及びコイル幅が異なっている。

実施例２に記載のコイルでは、コイルパターン（導体パターン）の径方向の位置に応じて導体パターンの分割数及びコイル幅を変えることで第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０を形成する導体パターンの合計断面積を等しくすることが可能となる。

このように、実施例２に記載のコイルでは、コイルコイルターンの径方向の位置に応じて、コイルコイルターンの径方向の幅と、導体パターンの分割数を変えることで、磁界の影響が大きいコイルの内周側及び外周側に位置するコイルターンのパコイルターン幅を縮小しながら、各コイルターンの導体の断面積を一定とすることができる。これにより、実施例２では、実施例１に記載のコイルと比較して、高周波交流損失が大きい内周側及び外周側に位置するコイルターンの放熱性を向上できるため、局所的な温度上昇を抑制することが可能となる。

図１２及び図１３を用いて本発明の実施例３について説明する。実施例３では、実施例２の変形例を説明する。

［変形例１］
図１２は、図９及び図１０に示す第１コイルターン１１０を構成する導体パターン１１１～１１５の変形例１を示す図である。図１３は、導体パターンの径方向の位置と、導体パターンの幅の関係を示す図である。実施例１及び２と同様の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

実施例３に記載のコイルは、図９及び図１０に記載のコイルと同様に、複数コイルターンに亘って径方向にスパイラル状に巻回された平面導体パターンによって構成される。図１２及び図１３に示すように、実施例３に記載のコイルにおける第１コイルターン１１０の導体パターン１１１～１１５は、最も内周側に位置する最内周導体パターン（導体パターン１１１）と、最も外周側に位置する最外周導体パターン（導体パターン１１５）と、最内周導体パターン（導体パターン１１１）と最外周導体パターン（導体パターン１１５）との間に位置する中間導体パターン（導体パターン１１２～１１４）とから構成されている。導体パターンの幅Ｗ１１ａ～Ｗ１５ａの関係は以下のようになる。

Ｗ１１ａ＝Ｗ１５ａ＜Ｗ１２ａ＝Ｗ１４ａ＜Ｗ１３ａ
変形例１では、最内周導体パターン（導体パターン１１５）及び最外周導体パターン（導体パターン１１５）の径方向幅を、中間導体パターン（導体パターン１１２～１１４）の径方向幅よりも小さくしている。

このように、実施例３の変形例１に記載のコイルでは、コイルターンを構成する複数の導体パターンの幅を径方向の位置に応じて変えた構造としている。このような構造とすることで、各コイルターンを構成する導体パターンの合計断面積を確保しながら、内周側と外周側に位置する導体パターンの幅を中央部に位置する導体パターン幅に比べて小さくすることができる。これにより、実施例３では、実施例１及び実施例２に記載のコイルと比較して、さらなる高周波交流損失の低減が期待できる。

［変形例２］
図１４は、図９及び図１０に示す第１コイルターン１１０を構成する導体パターン１１１～１１５の変形例２を示す図である。図１４の変形例２では、導体パターンの幅Ｗ１１を導体パターンの幅Ｗ１５よりも小さくしている。導体パターンの幅Ｗ１１～Ｗ１５の関係は以下のようになる。

Ｗ１１ａ＜Ｗ１５ａ＜Ｗ１２ａ＝Ｗ１４ａ＜Ｗ１３ａ
変形例２では、変形例１の構成に加え、最内周導体パターン（導体パターン１１５）の径方向幅を、最外周導体パターン（導体パターン１１５）の径方向幅よりも小さくしている。

変形例２によれば、変形例１の効果に加え、導体パターンの設計自由度を確保することができる。

図１５～図１７を用いて本発明の実施例４について説明する。図１５は、本発明の実施例４に係るＩＨクッキングヒータを上下方向に断面した概略構成図である。図１６は、図１５に示すＸVI―ＸVI´線に沿ったコイルパターン４００、５００の断面図を示している。図１７は、コイルパターン４００における第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０、及びコイルパターン５００における第１コイルターン２１０～第７コイルターン２７０の導体パターン幅、導体分割数、導体断面積、およびコイル幅の関係を示す図である。

実施例４のコイル１は、実施例１と同様に、基板１０と、基板１０の一方の表面に形成されたコイルパターン４００と、基板１０の他方の表面に形成されたコイルパターン５００とを備えている。コイル１はフェライトコア５の上面に配置され、コイル１の上面にはトッププレート７が配置される。トッププレート７の上面には鍋８が配置され、コイル１から発生した磁束により鍋８が誘導加熱される。コイル１及びフェライトコア５は支持部材６により固定される。

実施例４のＩＨクッキングヒータでは、図中の矢印の方向から冷却風が供給される。冷却風はフェライトコア５とコイル１との間の間隙Ｄ２、及びトッププレート７とコイル１との間の間隙Ｄ１を流れることでコイル１を冷却する。実施例４では、風路を形成する間隙Ｄ１及び間隙Ｄ２の関係がＤ１＞Ｄ２となる場合の例について説明する。

間隙Ｄ１及び間隙Ｄ２の関係がＤ１＞Ｄ２となった場合、一般的にフェライトコア５に近い面となるコイルパターン５００を冷却するための風路の抵抗が大きくなり、コイルパターン４００に比べて冷却条件が低下することが考えられる。そこで、実施例４では、以下のようにしてコイルパターン５００の発熱量を低下させるようにしている。

図１６に示すようにコイルパターン４００（第１コイルパターン）は、第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０からなる８コイルターンで構成され、第１コイルターン１１０が最内周コイルターンを構成し、第８コイルターン１８０が最外周コイルターンを構成する。

コイルパターン５００（第２コイルパターン）は、第１コイルターン２１０～第７コイルターン２７０からなる７コイルターンで構成され、第１コイルターン２１０が最内周コイルターンを構成し、第７コイルターン２７０が最外周コイルターンを構成する。

このように、実施例４に記載のコイル１では、基板１０の一方の面と他方の面でコイルターン数が異なるように構成される。また、コイルパターン５００を構成する内周側に位置する第１コイルターン２１０～第３コイルターン２３０と、最外周に位置する第７コイルターン２７０における導体パターンの分割数Ｎ２１～Ｎ２３、Ｎ２７及びコイル幅Ｗ１ｂ～Ｗ３ｂ、Ｗ７ｂが、コイルパターン４００の内周側に位置する第１コイルターン１１０～第３コイルターン１３０と最外周に位置する第８コイルターン１８０における導体パターンの分割数Ｎ１１～Ｎ１３、Ｎ１８及びコイル幅Ｗ１ａ～Ｗ３ａ、Ｗ８ａよりも大きくなるように構成される。このとき、図１７に示すように各コイルターンにおける導体パターン幅、コイル幅及び導体パターンの分割数の関係は以下のようになる。

Ｗ１１ａ＝Ｗ２１ａ＝Ｗ３１ａ＝Ｗ８１ａ＝Ｗ１１ｂ＝Ｗ２１ｂ＝Ｗ３１ｂ＝Ｗ７１ｂ＜Ｗ４１ａ＝Ｗ７１ａ＝Ｗ６１ｂ＜Ｗ５１ａ＝Ｗ６１ａ＝Ｗ４１ｂ＝Ｗ５１ｂ
Ｗ１ａ＝Ｗ２ａ＝Ｗ３ａ＝Ｗ４ａ＝Ｗ５ａ＝Ｗ６ａ＝Ｗ７ａ＝Ｗ８ａ＝Ｗ４ｂ＝Ｗ５ｂ＝Ｗ６ｂ＜Ｗ１ｂ＝Ｗ２ｂ＝Ｗ３ｂ＝Ｗ７ｂ
Ｎ２１＝Ｎ２２＝Ｎ２３＝Ｎ２７＞Ｎ１１＝Ｎ１２＝Ｎ１３＝Ｎ１８＞Ｎ１４＝Ｎ１７＝Ｎ２６＞Ｎ１５＝Ｎ１６＝Ｎ２４＝Ｎ２５
Ｗ１１ａ～Ｗ８１ａは基板１０の上方に位置する第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０を構成する導体パターン１１１～１８４の各導体パターンの幅を示している。Ｗ１１ｂ～Ｗ７１ｂは基板１０の下方に位置する第１コイルターン２１０～第７コイルターン２７０を構成する導体パターン２１１～２７５の各導体パターンの幅を示している。なお、１つのコイルターンに配置された複数の導体パターン幅は同じ幅としている。

Ｎ１１～Ｎ１８はコイルパターン４００の第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０を構成する導体パターンの分割数を示しており、Ｎ２１～Ｎ２７はコイルパターン５００の第１コイルターン２１０～第７コイルターン２７０を構成する導体パターンの分割数を示している。

このように、実施例４に記載のコイルでは、基板１０の一方の面と他方の面でコイルターンを構成する導体パターンの数を変えた構造としている。具体的には、冷却風路が広いトッププレート側に配置された面の導体パターンの数よりも、冷却風路が狭いコア側に配置された面の導体パターンの数を増加させるとともに、コイルターン数を低減している。これにより、コア側に配置されたコイルの発熱量を抑制するとともに、放熱性の向上が期待できるため、冷却条件が悪いコイルの局所的な温度上昇を抑制する効果が期待できる。

図１８～図２２を用いて本発明の実施例５について説明する。図１８は、本発明の実施例５に係るコイルパターン６００の断面図である。図１９は、図１８に示すコイルパターン６００における第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０の導体パターン幅、導体分割数、導体断面積、およびコイル幅の関係を示す図である。

実施例５のコイルパターン６００は、実施例２と同様に複数コイルターンに亘ってスパイラル状に巻回された平面導体パターンによって構成される。コイルパターン６００は、第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０からなる８コイルターンで構成され、第１コイルターン１１０が最内周コイルターンを構成し、第８コイルターン１８０が最外周コイルターンを構成する。第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０の導体パターンは、基板１０の両面に配置され、基板１０の両面に配置された複数の導体パターンにより撚り構造の１コイルターンを形成する。

例えば、第１コイルターン１１０は７つに分割された導体パターン１１１～１１７から構成される。第２コイルターン１２０は７つに分割された導体パターン１２１～１２７から構成される。第３コイルターン１３０は７つに分割された導体パターン１３１～１３７から構成される。第４コイルターン１４０は７つに分割された導体パターン１４１～１４７から構成される第７コイルターン１７０は７つに分割された導体パターン１７１～１７７から構成される。第８コイルターン１８０は７つに分割された導体パターン１８１～１８７から構成される。第５コイルターン１５０は３つに分割された導体パターン１５１～１５３から構成される。第６コイルターン１６０は３つに分割された導体パターン１６１～１６３から構成される。

図１９において、Ｗ１１～Ｗ８１は第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０を構成する導体パターン１１１～１８７の各導体パターンの幅を示している。Ｎ１１～Ｎ１８はコイルパターン６００の第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０を構成する導体パターンの分割数を示している。Ｓ１１～Ｓ１８は第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０の各導体パターンの導体断面積を示している。Ｗ１～Ｗ８は第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０のコイル幅を示している。

図１９に示すように各コイルターンにおける導体パターン幅、コイル幅及び導体パターンの分割数の関係は以下のようになる。

Ｗ１１＝Ｗ２１＝Ｗ３１＝Ｗ４１＝Ｗ７１＝Ｗ８１＜Ｗ５１＝Ｗ６１
Ｗ１＝Ｗ２＝Ｗ３＝Ｗ４＝Ｗ５＝Ｗ７＝Ｗ８＞Ｗ５＝Ｗ６
Ｎ１１＝Ｎ１２＝Ｎ１３＝Ｎ１４＝Ｎ１７＝Ｎ１８＞Ｎ１５＝Ｎ１６
第１コイルターン１１０～第８コイルターン１８０の導体断面積Ｓ１１～Ｓ１８は同一である。

第１コイルターン１１０の導体パターン１１１～１１７は、１コイルターン中にコイルの円周方向の位置に応じて平面方向に位置を遷移し、さらに基板１０の一方の面と他方の面の間をビアもしくはスルーホールを介して遷移することにより撚り線構造を構成する。

次に、図２０Ａ～図２２を用いて、第１コイルターン１１０を一例として撚り線構造の詳細を説明する。図２０Ａは、基板１０の一方（上方）の面に位置する第１コイルターン１１０ａを上方から見た平面図である。図２０Ｂは、基板１０の他方（下方）の面に位置する第１コイルターン１１０ｂを下方から見た平面図である。図２１は、第１コイルターン１１０の導体パターンの位置を定義する図である。図２２は、導体パターン１１１に着目した場合における導体パターンの位置の遷移を示す図である。

実施例５の第１コイルターン１１０は、図２０Ａ及び図２０Ｂに示すように導体パターン１１１～１１７が周方向に分割して形成され、基板１０の一方の面と他方の面にそれぞれ分割して形成された導体パターンを、スルーホールＨ１１～Ｈ７１、Ｈ１２～Ｈ７２を介して接続することで1コイルターンのコイルを構成する。

ここでは、図２１に示すように第１コイルターン１１０を構成する導体パターンの位置を、基板１０の上側の最内周側から外周側に向かって、レーンＡ、レーンＢ、レーンＣ、レーンＤと定義し、基板１０の下側の最外周側から内周側に向かってレーンＥ、レーンＦ、レーンＧ、レーンＨと定義する。

次に、図２２を用いて第１コイルターン１１０を構成する導体パターンの遷移を導体パターン１１１に着目して説明する。

＜Ｓｔａｔｅ１～Ｓｔａｔｅ４＞
導体パターン１１１は、最内周側に位置するレーンＡを始点として、コイルパターン６００の中心軸から所定の角度θ毎に外周側に向かって順次レーンを遷移する。すなわち、導体パターン１１１はＳｔａｔｅ２でレーンＢに遷移し、Ｓｔａｔｅ３でレーンＣに遷移し、Ｓｔａｔｅ４でレーンＤに遷移する。

導体パターン１１１が最外周側のレーンＤに到達するとＳｔａｔｅ５に移行する。このとき、所定の角度θは式１を参考に決定される。式１中のＮｓｔｄは導体パターンの分割数を示している。

θ＝１８０／Ｎｓｔｄ・・・・式１
＜Ｓｔａｔｅ５＞
導体パターン１１１は、最外周側に位置するレーンＤに位置しており、スルーホールＨ１１を介して他方の面のレーンＥに接続される。

＜Ｓｔａｔｅ６～Ｓｔａｔｅ９＞
導体パターン１１１は、レーンＥを始点として、所定の角度θ毎に内周側に向かって順次レーンを遷移する。すなわち、導体パターン１１１はＳｔａｔｅ７でレーンＦに遷移し、Ｓｔａｔｅ８でレーンＧに遷移し、Ｓｔａｔｅ９でレーンＨに遷移する。

導体パターン１１１がレーンＨに到達すると、スルーホールＨ１２を介して第２コイルターン１２０に接続される。

詳細な説明は省略するが、導体パターン１１２～１１７も同様である。導体パターン１１２～１１７は、外周側に向かって順次レーンを遷移し、レーンＤに到達後、スルーホールＨ２１～Ｈ７１を介して他方の面のレーンＥに接続し、内周側に向かって順次レーンを推移し、レーンＨに到達後、スルーホールＨ２２～Ｈ７２を介して第２コイルターン１２０に接続される。

このように、実施例５に記載のコイルでは、コイルターンを構成する導体パターンに撚り線構造を用いることで、コイルターンを構成する複数の導体パターン間でのインピーダンスを等しくすることができるため、実施例２に記載のコイルと比べて電流の集中を緩和することが可能となり、さらなる高周波交流損失の低減効果が期待できる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成を置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…コイル、３ａ～３ｄ…接続部、４ａ，４ｂ…端子電極、５…フェライトコア、６…支持部材、７…トッププレート、８…鍋、１０…基板、１００～６００…コイルパターン、１１０～１８０，２１０～２８０…コイルターン、１１１～１１７、１２１～１２７、１３１～１３７，１４１～１４７，１５１，１５２，１６１，１６２，１７１～１７７，１８１～１８７，２１１～２１４，２２１～２２４，２３１～２３４，２４１，２４２，２５１，２６１，２６２，２７１～２７５，２８１～２８４…導体パターン

Claims (11)

1. 基板に形成されたコイルパターンで構成されたコイルにおいて、
   前記コイルパターンは径方向に巻回された複数のコイルターンを備え、
   前記複数のコイルターンは前記コイルの径方向に分割された複数の導体パターンを備えて構成され、
   前記複数のコイルターンは、前記コイルパターンの径方向の位置によって前記コイルターンが備える前記複数の導体パターンの数が異なることを特徴とするコイル。
2. 請求項１に記載のコイルにおいて、
   前記複数のコイルターンには、径方向に隣接するコイルターン同士を電気的に接続する接続部を備えることを特徴とするコイル。
3. 請求項１に記載のコイルにおいて、
   前記コイルパターンの径方向の位置によって前記コイルターンの径方向の幅が異なることを特徴とするコイル。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載のコイルにおいて、
   前記複数のコイルターンは、前記コイルパターンの最も内周側に位置する最内周コイルターンと、前記コイルパターンの最も外周側に位置する最外周コイルターンと、前記最内周コイルターンと前記最外周コイルターンとの間に位置する中間コイルターンを備え、
   前記導体パターンは、前記最内周コイルターンから前記中間コイルターンに向かって前記導体パターンの数が減少し、前記中間コイルターンから前記最外周コイルターンに向かって前記導体パターンの数が増加することを特徴とするコイル。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載のコイルにおいて、
   前記複数のコイルターンは所定の径方向位置において径方向幅が異なり、前記複数のコイルターンのそれぞれにおける前記複数の導体パターンの合計断面積は、前記所定の径方向位置において等しいことを特徴とするコイル。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のコイルにおいて、
   前記複数の導体パターンは、最も内周側に位置する最内周導体パターンと、最も外周側に位置する最外周導体パターンと、前記最内周導体パターンと前記最外周導体パターンとの間に位置する中間導体パターンとから構成され、
   前記最内周導体パターン及び前記最外周導体パターンの径方向幅は、前記中間導体パターンの径方向幅よりも小さいことを特徴とするコイル。
7. 請求項６に記載のコイルにおいて、
   前記最内周導体パターンの径方向幅は、前記最外周導体パターンの径方向幅よりも小さいことを特徴とするコイル。
8. 請求項１乃至６の何れか１項に記載のコイルにおいて、
   前記コイルパターンは、前記基板の一方の面に形成された第１コイルパターンと、前記基板の他方の面に形成された第２コイルパターンで構成され、
   前記第１コイルパターンが備えるコイルターンの数と前記第２コイルパターンが備えるコイルターンの数が異なることを特徴とするコイル。
9. 請求項８に記載のコイルにおいて、
   前記第２コイルパターンが備える最も内周側に位置する最内周コイルターンの径方向幅は、前記第１コイルパターンが備える最も内周側に位置する最内周コイルターンの径方向幅よりも大きいことを特徴とするコイル。
10. 請求項１において、
    前記複数の導体パターンは、前記コイルパターンの中心軸から所定の角度θ毎に外周側に向かって遷移することを特徴とするコイル。
11. 鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレートの下方に位置し、前記鍋を加熱するコイルとを備えた電磁誘導加熱装置において、
    前記コイルは請求項１乃至１０の何れか１項であることを特徴とする電磁誘導加熱装置。

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