JP2023109337A - コイル及びこれを備えた電磁誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ビア又はスルーホールの数を低減し、交流抵抗が増加、コストの増加を抑制する。【解決手段】基板１０の両面に配置されたコイルパターン１１とコイルパターン１２は、スルーホールＴＨを介して電気的に接続される。コイルパターン１１及びコイルパターン１２は、内周側コイルターン（第１コイルターン１１０）と、外周側コイルターン（第６コイルターン１６０）と、中間コイルターン（第３コイルターン１３０）を備え、それぞれ導体パターンを備える。コイルパターン１１に備えた導体パターンは、所定の撚りピッチで径方向内側から径方向外側に遷移し、遷移後、スルーホールＴＨを介してコイルパターン１２に備えた導体パターンに接続される。中間コイルターンの導体パターンの撚りピッチは、内周側コイルターン及び外周側コイルターンの導体パターンの撚りピッチよりも大きくした。【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これを備え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渦巻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渦巻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に記載の技術がある。

特許文献１では、複数の層に配置された複数の平面導体をビア又はスルーホールを介して接続することで導体パターンを構成し、複数の導体パターンを用いて渦巻状のコイルを形成している。このような構成とすることで、プリント基板上の平板導体パターンを用いた場合においても、リッツ線のような撚り構造を実現することが可能となり、高周波磁界に起因する高周波交流損失の低減を図っている。

米国特許出願公開第２００９／００８５７０６号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、複数の層に配置された平面導体を接続するために、多数のビア又はスルーホールが必要となる。一般的にビア又はスルーホールは電流密度が高くなるため交流抵抗が増加する要因となる。

また、ビア又はスルーホールの実装には、穴あけ加工及びメッキ処理の工程が必要となるため、ビア又はスルーホールの数が増え、製造工数に起因するコストが増加するといった課題があった。

本発明の目的は、上記課題を解決し、ビア又はスルーホールの数を低減し、交流抵抗が増加、コストの増加を抑制した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、基板の一方の面に渦巻状に配置された第１コイルパターンと、前記基板の他方の面に渦巻状に配置された第２コイルパターンとを備え、前記第１コイルパターンと前記第２コイルパターンはスルーホール若しくはビアを介して電気的に接続されたコイルにおいて、前記第１コイルパターン及び前記第２コイルパターンは、巻回された複数のコイルターンをそれぞれ備え、前記複数のコイルターンは、前記第１コイルパターン及び前記第２コイルパターンの内周側に位置する内周側コイルターンと、前記第１コイルパターン及び前記第２コイルパターンの外周側に位置する外周側コイルターンと、前記内周側コイルターンと前記外周側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、前記内周側コイルターン、前記外周側コイルターン、前記中間コイルターンのそれぞれに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、
前記第１コイルパターンに備えられた前記導体パターンは、所定の撚りピッチで径方向内側から径方向外側若しくは径方向外側から内側に遷移すると共に、外側若しくは内側に遷移後、前記スルーホール若しくは前記ビアを介して前記第２コイルパターンに備えられた前記導体パターンに接続され、前記中間コイルターンの導体パターンの撚りピッチは、前記内周側コイルターン及び前記外周側コイルターンの導体パターンの撚りピッチよりも大きくしたことを特徴とする。

本発明によれば、ビア又はスルーホールの数を低減し、交流抵抗が増加、コストの増加を抑制した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ができる。

本発明の実施例１に係るコイルパターン１１を上方から見た平面図である。 コイルパターン１１及び基板１０を取り除いた状態でコイルパターン１２を上方から見た平面図である。 図１及び図２に示すＡ－Ａ´線～Ｈ－Ｈ´線に沿った内周側からの１ターン目を示す断面図である。 図１及び図２に示すＡ－Ａ´線～Ｈ－Ｈ´線に沿った内周側からの３ターン目を示す断面図である。 図１及び図２に示すＡ－Ａ´線～Ｈ－Ｈ´線に沿った内周側からの４ターン目を示す断面図である。 比較例に係るコイルパターン２１を上方から見た平面図である。 コイルパターン２１及び基板を取り除いた状態でコイルパターン２２を上方から見た平面図である。 比較例と実施例１を比較したコイルのスルーホール数の低減効果を示す図である。 本発明の実施例２に係るコイルパターン３１を上方から見た平面図である。 コイルパターン３１及び基板１０を取り除いた状態でコイルパターン３２を上方から見た平面図である。 図９及び図１０に示すＡ－Ａ’線～Ｈ－Ｈ’線に沿った第３コイルターン１３０の断面図である。 比較例と実施例２を比較したコイルのスルーホール数の低減効果を示す図である。 本発明の実施例３に係るコイルパターン４１を上方から見た平面図である。 コイルパターン４１及び基板１０を取り除いた状態でコイルパターン４２を上方から見た平面図である。 比較例と実施例３を比較したコイルのスルーホール数の低減効果を示す図である。 本発明の実施例４に係るコイルパターン５１を上方から見た平面図である。 コイルパターン５１及び基板１０を取り除いた状態でコイルパターン５２を上方から見た平面図である。 比較例と実施例４を比較したコイルのスルーホール数の低減効果を示す図である。 本発明の実施例５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１９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。

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７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１１を上方から見た平面図である。図２は、コイルパターン１１及び基板１０を取り除いた状態でコイルパターン１２を上方から見た平面図である。図３は、図１及び図２に示すＡ－Ａ’線～Ｈ－Ｈ’線に沿った内周側からの１ターン目を示す断面図である。図４は、図１及び図２に示すＡ－Ａ’線～Ｈ－Ｈ’線に沿った内周側からの３ターン目を示す断面図である。図５は、図１及び図２に示すＡ－Ａ’線～Ｈ－Ｈ’線に沿った内周側からの４ターン目を示す断面図である。

実施例１のコイル１は、図３～図５に示すように、１層目のコイルパターン１１（第１コイルパターン）と、２層目のコイルパターン１２（第２コイルパターン）が基板１０の両表面に形成されている。すなわち、基板の一方（上方）の面にはコイルパターン１１が配置され、基板の他方（下方）の面にはコイルパターン１２が配置される。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。コイルパターン１１とコイルパターン１２は、後述するスルーホール若しくはビアを介して電気的に接続され、コイル１を形成する。

図１及び図２に示すように、コイル１は、複数ターンに亘って渦巻状に巻回されたコイルパターン１１、１２によって構成される。コイル１は、第１コイルターン１１０～第６コイルターン１６０からなる６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６コイルターン１６０が最外周コイルターンを構成する。また、第１コイルターン１１０及び第２コイルターン１２０が内周側コイルターンを構成し、第５コイルターン１５０及び第６コイルターン１６０が外周側コイルターンを構成し、内周側コイルターンと外周側コイルターンとの間に位置する第３コイルターン１３０及び第４コイルターン１４０が中間コイルターンを構成している。換言すると、中間コイルターンは、内周側コイルターンと外周側コイルターンとの間に位置している。

第１コイルターン１１０～第６コイルターン１６０は、図３及び図４に示すように、分割された５本の導体パターン１１１～１１５で構成されている。導体パターン１１１～１１５は、基板１０を挟んで複数の層に分割して配置された複数の平面導体をスルーホール(例えば図１及び図２に示すスルーホールＴＨ１１、ＴＨ１２、ＴＨ３１、ＴＨ４１)を用いて接続することで形成される。

コイルパターンの終端は平面パターン２１１及び２２１により１層目及び２層目に位置する全ての導体パターンを接続した後に、外部回路と接続される。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、μは導体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、例えば導体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が好ましい。

次に、図３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。ここでは、第１コイルターン１１０を構成する導体パターン１１１～１１５の位置を、基板１０の１層目の最内周側から外周側に向かって、レーン１、レーン２、レーン３、と定義し、基板１０の２層目の最外周側から内周側に向かってレーン４、レーン５、レーン６と定義する。Ｓｔａｔｅ１１～Ｓｔａｔｅ１８は、図１及び図２に示すＡ－Ａ’線～Ｈ－Ｈ’線の位置に該当した第１コイルターン１１０の状態を示している。

＜Ｓｔａｔｅ１１～Ｓｔａｔｅ１３＞
Ｓｔａｔｅ１１において、導体パターン１１１は、１層目の最内周側に位置するレーン１を始点として、所定の遷移角θごとに外周側に向かって順次レーンを遷移する。ここでは所定の遷移角θを撚りピッチと定義する。導体パターン１１１がレーン２に達するとＳｔａｔｅ１２に移行し（Ｂ－Ｂ’線）、レーン３に到達するとＳｔａｔｅ１３に移行し（Ｃ－Ｃ’線）、Ｄ－Ｄ’線においてＳｔａｔｅ１４に移行する。

このとき、所定の角度θは式１、式２を参考に決定される。式１中のＮ１は１層目又は２層目に位置する導体パターンの最大値を意味しており、式２で求められる。また、式１中のＮｐは１コイルターン中の撚り回数を示している。式２中のＮｓｔｄはコイルパターンを構成する導体パターンの数を、ＮＬａｙｅｒは平板導体の層数を示しており、式２により求められたＮ１は小数点以下を切り上げた１以上の自然数となる。

θ＝１８０／Ｎ１／Ｎｐ・・・・式１
Ｎ１＝Ｎｓｔｄ／ＮＬａｙｅｒ・・・・式２
実施例１のコイル１において、第１コイルターン１１０の遷移角θはＮｓｔｄ＝５、Ｎｐ＝１、ＮＬａｙｅｒ＝２より式１、式２を用いてθ＝６０度と求めることができる。

＜Ｓｔａｔｅ１４＞
導体パターン１１１は、１層目の最外周側に位置するレーン３に位置しており、スルーホールＴＨ１１を介して１層目から２層目に位置するレーン４に接続される。すなわち、コイルパターン１１に備えられた導体パターン１１１は、所定の撚りピッチで径方向内側から外側に遷移し、外側に遷移後、スルーホール若しくはビアを介してコイルパターン１２に備えられた導体パターン１１１に接続される。

＜Ｓｔａｔｅ１５～Ｓｔａｔｅ１７＞
Ｓｔａｔｅ１５において導体パターン１１１は、２層目のレーン４を始点として、Ｓｔａｔｅ１１～１３と同様に所定の遷移角θごとに内周側に向かって順次レーンを遷移する。導体パターン１１１がレーン６に到達すると、Ｓｔａｔｅ１８に移行する。

＜Ｓｔａｔｅ１８＞
導体パターン１１１は、２層目の最内周側に位置するレーン６に位置しており、スルーホールＴＨ１２により１層目の最内周側に位置するレーン１に接続される。そして、１層目に配置された第２コイルターン１２０の導体パターン１１１（図１参照）に接続される。

このように、本実施例に記載のコイル１では、複数の層に分割して配置された導体パターンをスルーホールにより接続することでプリント基板上において撚り線構造を形成している。また、実施例１のコイル１では、第１コイルターン１１０において１ターン中に導体パターン１１１～１１５の位置を遷移させて元のレーンに戻るように構成されており、これは１ターン中に撚りを１回形成していることを意味している。

次に、図４及び図５を用いて第３コイルターン１３０、第４コイルターン１４０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。

＜Ｓｔａｔｅ３１～Ｓｔａｔｅ３７＞
Ｓｔａｔｅ３１において、導体パターン１１１は、１層目の最内周側であるレーン１を始点として、所定の遷移角θごとに外周側に向かって遷移する。導体パターン１１１は、Ｂ－Ｂ’線とＣ－Ｃ’線の間でレーン２に遷移してＳｔａｔｅ３３に移行し、Ｅ－Ｅ’線とＦ－Ｆ’線の間でレーン３に遷移してＳｔａｔｅ３６に移行する。さらにレーン３に遷移した状態でＳｔａｔｅ３７、３８へと移行する。Ｓｔａｔｅ３１～３２、Ｓｔａｔｅ３３～３５、Ｓｔａｔｅ３６～３８では、導体パターン１１１のレーン遷移が発生していないが、その他の導体パターンでレーン遷移が発生している。

なお、実施例１のコイル１において、第３コイルターン１３０の遷移角θはＮｓｔｄ＝５、Ｎｐ＝０．５、ＮＬａｙｅｒ＝２より、上述した式１、式２を用いてθ＝１２０度と求めることができる。

＜Ｓｔａｔｅ３８＞
導体パターン１１１は、１層目の最外周側であるレーン３に位置しており、スルーホールＴＨ３１により、２層目の最外周側に位置するレーン４と接続される。

＜Ｓｔａｔｅ４１～Ｓｔａｔｅ４７＞
図５において、導体パターン１１１は、２層目の最外周側であるレーン４に位置しており、レーン４を始点として、所定の遷移角θごとに内周側に向かって順次レーンを遷移する。導体パターン１１１がレーン６に到達すると、Ｓｔａｔｅ４８に移行する。

＜Ｓｔａｔｅ４８＞
導体パターン１１１は、２層目の最内周側のレーン６に位置しており、スルーホールＴＨ４１を介して１層目の最内周側に位置する第５コイルターン１５０のレーン１と接続される。

このように、実施例１のコイル１では、第３コイルターン１３０及び第４コイルターン１４０において２ターンの間に導体パターン１１１～１１５の位置を遷移させて元のレーンに戻るように構成されており、これは２ターンで撚りを１回形成していることを意味している。

以上のように、実施例１のコイル１では、コイルパターンの径方向の位置によって撚りピッチを変えている。具体的には、内周側と外周側に位置するそれぞれ２ターン（第１コイルターン１１０、第２コイルターン１２０、第５コイルターン１５０、第６コイルターン１６０）の撚りピッチを６０度として、1ターンで撚りを1回形成しているのに対して、中間に位置する２ターン（第３コイルターン１３０、第４コイルターン１４０）の撚りピッチを１２０度として、２ターンで撚りを１回形成する構成としている。換言すると、中間コイルターン（第３コイルターン１３０、第４コイルターン１４０）の導体パターンの撚りピッチは、内周側コイルターン（第１コイルターン１１０、第２コイルターン１２０）及び外周側コイルターン（第５コイルターン１５０、第６コイルターン１６０）の導体パターンの撚りピッチの２倍となっている。また、内周側コイルターン（第１コイルターン１１０、第２コイルターン１２０）と外周側コイルターン第５コイルターン１５０、第６コイルターン１６０）の導体パターンの撚りピッチは、等しくしている。

実施例１のコイル１では、コイルを貫く磁束密度が高い内周側及び外周側に位置するコイルターンの撚りピッチを密とし、コイルを貫く磁束密度が低い中間に位置するコイルターンの撚りピッチを疎としている。換言すると、中間コイルターン（第３コイルターン１３０、第４コイルターン１４０）の導体パターンの撚りピッチは、内周側コイルターン（第１コイルターン１１０、第２コイルターン１２０）及び外周側コイルターン（第５コイルターン１５０、第６コイルターン１６０）の導体パターンの撚りピッチよりも大きくしている。実施例１では、上記のように構成することにより、高周波磁界に起因する高周波損失の増加を抑制しながら、スルーホール又はビアの数を低減することが可能となる。

次に、図６及び図７を用いて比較対象とする比較例のコイル２の構成について説明する。図６は、比較例に係るコイルパターン２１を上方から見た平面図である。図７は、コイルパターン２１及び基板を取り除いた状態でコイルパターン２２を上方から見た平面図である。上述したコイル１の説明と重複する部分は記載を省略する。

コイル２は、コイル１と同様に、複数ターンに亘って渦巻状に巻回されたコイルパターン２１、２２によって構成される。コイル２は、第１コイルターン１１０～第６コイルターン１６０からなる６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６コイルターン１６０が最外周コイルターンを構成する。また、第１コイルターン１１０及び第２コイルターン１２０が内周側コイルターンを構成し、第５コイルターン１５０及び第６コイルターン１６０が外周側コイルターンを構成し、内周側コイルターンと外周側コイルターンとの間に位置する第３コイルターン１３０及び第４コイルターン１４０が中間コイルターンを構成している。換言すると、中間コイルターンは、内周側コイルターンと外周側コイルターンとの間に位置している。

第１コイルターン１１０～第６コイルターン１６０は、分割された５本の導体パターン１１１～１１５で構成されている。導体パターン１１１～１１５は、基板を挟んで複数の層に分割して配置された複数の平面導体をスルーホール（例えばＴＨ１１、ＴＨ１２）を用いて接続することで形成される。コイル２では、全てのターンにおいて撚りピッチは固定であり、１コイルターン中に撚りを１回形成する構成となっている。

図８は、比較例と実施例１を比較したコイルのスルーホール数の低減効果を示す図である。図８に記載の比較例は、図６及び図７のコイル２の例を示している。

図８に示すように、比較例の構造ではスルーホールの数が５９カ所となる。これに対し実施例１の構造では、スルーホールの数が４９カ所となる。すなわち、実施例１の構造では、比較例に対し、スルーホールの数を約１７％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、コイルパターンの径方向の位置に応じて導体パターンの撚りピッチを変えることでスルーホールの数を低減することが可能となる。

なお、実施例１では、内周側と外周側のそれぞれに位置するコイルターン（第１コイルターン１１０、第２コイルターン１２０、第５コイルターン１５０、第６コイルターン１６０）を１ターンごとに撚り１回を形成し、中間に位置する２つのコイルターン（第３コイルターン１３０、第４コイルターン１４０）で撚り１回を形成するように構成しているが、内周側の２つコイルターン（第１コイルターン１１０、第２コイルターン１２０）と外周側の１つのコイルターン（第６コイルターン１６０）を１ターンで撚り１回を形成し、残りの３つのコイルターン（第３コイルターン１３０、第４コイルターン１４０、第５コイルターン１５０）で撚り１回を形成するように構成してもよい。

さらに、実施例１では、第３コイルターン１３０と第４コイルターン１４０で撚りピッチを一定としているが、円周方向の位置に応じて撚りピッチを可変してもよい。例えば、内周側及び外周側のレーンに位置する導体パターン１１１～１１５の線長が等しくなるように撚りピッチを可変することにより、導体パターンのインピーダンス差により生じる電流のアンバランスを抑制し、損失の偏りを低減する効果が期待できる。

実施例１では、コイルパターン１１の導体ターンを所定の撚りピッチで径方向内側から径方向外側に遷移させ、コイルパターン１２の導体パターンを所定の撚りピッチで径方向外側から径方向内側に遷移させたが、コイルパターン１１の導体ターンを所定の撚りピッチで径方向外側から径方向内側に遷移させ、コイルパターン１２の導体パターンを所定の撚りピッチで径方向内側から径方向外側に遷移させるようにしても良い。

図９～図１２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３１を上方から見た平面図である。図１０は、コイルパターン３１及び基板１０を取り除いた状態でコイルパターン３２を上方から見た平面図である。図１１は、図９及び図１０に示すＡ－Ａ’線～Ｈ－Ｈ’線に沿った第３コイルターン１３０の断面図である。

実施例２のコイル３は、実施例１に記載のコイル１と同様に、複数ターンに亘って渦巻状に巻回されたコイルパターン３１（第１コイルパターン）、コイルパターン３２（第２コイルパターン）によって構成される。コイル３は、第１コイルターン１１０～第６コイルターン１６０からなる６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６コイルターン１６０が最外周コイルターンを構成する。また、第１コイルターン１１０及び第２コイルターン１２０が内周側コイルターンを構成し、第５コイルターン１５０及び第６コイルターン１６０が外周側コイルターンを構成し、内周側コイルターンと外周側コイルターンとの間に位置する第３コイルターン１３０及び第４コイルターン１４０が中間コイルターンを構成している。換言すると、中間コイルターンは、内周側コイルターンと外周側コイルターンとの間に位置している。

実施例１のコイル１と異なる点は、各コイルターンを形成する導体パターンの数が、コイルパターンの径方向の位置によって異なるように構成された点である。具体的には、磁界が集中する内周側の第１コイルターン１１０、第２コイルターン１２０と外周側の第５コイルターン１５０、第６コイルターン１６０は５つの導体パターン（例えば第１コイルターン１１０は導体パターン１１１～１１５）で構成されているのに対して、内周側及び外周側と比較して磁界の集中が抑制される第３コイルターン１３０、第４コイルターン１４０は３つの導体パターン（例えば第３コイルターン１３０は導体パターン１３１～１３３）で構成されている。換言すると、内周側コイルターン（第１コイルターン１１０、第２コイルターン１２０）及び外周側コイルターン（第５コイルターン１５０、第６コイルターン１６０）の導体パターンの数は、中間コイルパターン（第３コイルターン１３０、第４コイルターン１４０）の導体パターンの数よりも多くしている。

なお、本実施例では、各コイルターンを構成する導体パターンの合計断面積が等しくなるように、第３コイルターン１３０、第４コイルターン１４０を構成する導体パターンの幅は、第１コイルターン１１０、第２コイルターン１２０、第５コイルターン１５０、第６コイルターン１６０を構成する導体パターンの幅よりも広くしている。換言すると、中間コイルパターン（第３コイルターン１３０、第４コイルターン１４０）の導体パターンの幅は、内周側コイルターン（第１コイルターン１１０、第２コイルターン１２０）及び外周側コイルターン（第５コイルターン１５０、第６コイルターン１６０）の導体パターンの幅よりも広くしている。

第２コイルターン１２０と第３コイルターン１３０は、各コイルターンを構成する導体パターンの端部を一つに接続した平面パターン２３１（接続パターン）を介して接続され、第４コイルターン１４０と第５コイルターン１５０は、各コイルターンを構成する導体パターンの端部を一つに接続した平面パターン２３２（接続パターン）を介して接続される。換言すると、内周側コイルターン（第２コイルターン１２０）と中間コイルターン（第３コイルターン１３０）は接続パターン（平面パターン２３１）を介して接続され、外周側コイルターン（第５コイルターン１５０）と中間コイルターン（第４コイルターン１４０）は、接続パターン（平面パターン２３２）を介して接続される。、
第１コイルターン１１０、第２コイルターン１２０、第５コイルターン１５０、第６コイルターン１６０を構成する導体パターンの遷移は実施例１のコイル１と同様であるため説明は省略し、図１１を用いて第３コイルターン１３０を構成する導体パターンの遷移に関して導体パターン１３１に着目して説明する。ここでは、第３コイルターン１３０を構成する導体パターン１３１～１３３の位置を、基板１０の１層目の最内周側から外周側に向かって、レーン１、レーン２と定義し、基板１０の２層目の最外周側から内周側に向かってレーン３、レーン４と定義する。

図１１中のＳｔａｔｅ３１～Ｓｔａｔｅ３８は、図９及び図１０に示すＡ－Ａ’～Ｈ～Ｈ’線の位置にある第３コイルターン１３０の状態を示している。

＜Ｓｔａｔｅ３１～Ｓｔａｔｅ３３＞
Ｓｔａｔｅ３１において、導体パターン１３１は、１層目の最内周側であるレーン１を始点として、所定の遷移角θごとに外周側に向かって遷移する。導体パターン１３１がレーン２に到達するとＳｔａｔｅ３２に移行し（Ｂ－Ｂ’線）、その後、Ｓｔａｔｅ３３に移行する（Ｃ－Ｃ’線）。そして、２層目のレーン３が空になると、Ｓｔａｔｅ３４に移行する（（Ｄ－Ｄ’線）。なお、実施例２のコイル３において、第３コイルターン１３０の遷移角θはＮｓｔｄ＝３、Ｎｐ＝１、ＮＬａｙｅｒ＝２より、式１、式２を用いてθ＝９０度と求めることができる。

＜Ｓｔａｔｅ３４＞
導体パターン１３１は、１層目の最外周側であるレーン２に位置しており、スルーホールＴＨ３１により、２層目の最外周側に位置するレーン３と接続される。

＜Ｓｔａｔｅ３５～Ｓｔａｔｅ３７＞
導体パターン１３１は、２層目の最外周側であるレーン３に位置を始点として、Ｓｔａｔｅ３５（Ｅ－Ｅ’線）～Ｓｔａｔｅ３７（Ｇ－Ｇ’線）のように、所定の遷移角θごとに内周側に向かって遷移する。導体パターン１３１がレーン４に到達し、１層目のレーン１が空になるとＳｔａｔｅ３８（Ｈ－Ｈ’線）に移行する。

＜Ｓｔａｔｅ３８＞
導体パターン１３１は、２層目の最内周側であるレーン４に位置しており、スルーホールＴＨ３２により１層目の最内周側に位置する第４コイルターンのレーン１と接続される。

このように、第３コイルターン１３０では、３つの導体パターンの位置を円周方向の位置に応じて遷移させることにより撚り構造を形成している。

図１２は、比較例と実施例２を比較したコイルのスルーホール数の低減効果を示す図である。図１２中の比較例は、実施例１に記載のコイル２（図６及び図７）を示している。

図１２に示すように、比較例の構造ではスルーホールの数が５９カ所となる。これに対し実施例２の構造では、スルーホールの数が５１カ所となる。すなわち、実施例２の構造では、比較例に対し、スルーホールの数を約１３％低減することができる。

以上のように、実施例２に記載のコイル３では、コイルパターンの径方向の位置に応じて導体パターンの数を変えることで、実施例１と同様にコイル２（比較例）と比較してスルーホールの数を低減することが可能となる。

図１３～図１５を用いて本発明の実施例３について説明する。図１３は、本発明の実施例３に係るコイルパターン４１を上方から見た平面図である。図１４は、コイルパターン４１及び基板１０を取り除いた状態でコイルパターン４２を上方から見た平面図である。図１５は、比較例と実施例３を比較したコイルのスルーホール数の低減効果を示す図である。実施例３では、上述した実施例１及び２と重複する内容に関しては説明を省略し、異なる点のみを説明する。

実施例３に記載のコイル４は、実施例１のコイル１と同様に、複数ターンに亘って渦巻状に巻回されたコイルパターン４１（第１コイルパターン）、コイルパターン４２（第２コイルパターン）によって構成される。コイル４は、第１コイルターン１１０～第６コイルターン１６０からなる６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６コイルターン１６０が最外周コイルターンを構成する。また、第１コイルターン１１０及び第２コイルターン１２０が内周側コイルターンを構成し、第５コイルターン１５０及び第６コイルターン１６０が外周側コイルターンを構成し、内周側コイルターンと外周側コイルターンとの間に位置する第３コイルターン１３０及び第４コイルターン１４０が中間コイルターンを構成している。換言すると、中間コイルターンは、内周側コイルターンと外周側コイルターンとの間に位置している。

また、コイル４は、実施例２のコイル３と同様に、各コイルターンを形成する導体パターンの数が、コイルパターンの径方向の位置によって異なるように構成されている。具体的には、磁界が集中する内周側の第１コイルターン１１０、第２コイルターン１２０と外周側の第５コイルターン１５０、第６コイルターン１６０は５つの導体パターン（例えば第１コイルターン１１０は導体パターン１１１～１１５）で構成されているのに対して、内周側及び外周側と比較して磁界の集中が抑制される第３コイルターン１３０、第４コイルターン１４０は３つの導体パターン（例えば第３コイルターン１３０は導体パターン１３１～１３３）で構成されている。

実施例２と異なる点は、第３コイルターン１３０と第４コイルターン１４０を構成する導体パターン１３１～１３３の撚りピッチ（遷移角θ）を疎とし、２ターンで撚りを１回形成している点である。換言すると、中間コイルパターン（第３コイルターン１３０、第４コイルターン１４０）は、複数ターンに跨り撚りを１回形成している。

このように、実施例３に記載のコイル４では、コイルパターンの径方向の位置に応じて導体パターンの数を可変とし、さらに、少ない導体パターンで構成されたターンにおける撚りピッチを他のターンよりも疎とした構造としている。

図１５に示すように、比較例の構造ではスルーホールの数が５９カ所となる。これに対し実施例３の構造では、スルーホールの数が４５カ所となる。すなわち、実施例３の構造では、比較例に対し、スルーホールの数を約２４％低減することができる。

図１６～図１８を用いて本発明の実施例４について説明する。図１６は、本発明の実施例４に係るコイルパターン５１を上方から見た平面図である。図１７は、コイルパターン５１及び基板１０を取り除いた状態でコイルパターン５２を上方から見た平面図である。図１８は、比較例と実施例４を比較したコイルのスルーホール数の低減効果を示す図である。上述した実施例１～３と重複する内容に関しては説明を省略し、異なる点のみを説明する。

実施例４のコイル５は、実施例１と同様に、複数ターンに亘って渦巻状に巻回されたコイルパターン５１（第１コイルパターン）、コイルパターン５２（第２コイルパターン）によって構成される。コイル５は、第１コイルターン１１０～第６コイルターン１６０からなる６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６コイルターン１６０が最外周コイルターンを構成する。また、第１コイルターン１１０及び第２コイルターン１２０が内周側コイルターンを構成し、第５コイルターン１５０及び第６コイルターン１６０が外周側コイルターンを構成し、内周側コイルターンと外周側コイルターンとの間に位置する第３コイルターン１３０及び第４コイルターン１４０が中間コイルターンを構成している。換言すると、中間コイルターンは、内周側コイルターンと外周側コイルターンとの間に位置している。

第１コイルターン１１０、第２コイルターン１２０、第５コイルターン１５０、第６コイルターン１６０は、分割された５本の導体パターン１１１～１１５で構成されている。一方、実施例４のコイル５では、第３コイルターン１３０、第４コイルターン１４０を１層目（基板の一方の面）及び２層目（基板の他方の面）にそれぞれ１本の導体パターン１３１、１３２により構成した単線平板構造としており、第３コイルターン１３０、第４コイルターン１４０の領域では撚り構造は形成されない。換言すると、中間コイルターン（第３コイルターン１３０、第４コイルターン１４０）は連続した１本の導体パターンが備えられ、内周側コイルターン（第１コイルターン１１０、第２コイルターン１２０）の導体パターン及び外周側コイルターン（第５コイルターン１５０、第６コイルターン１６０）の導体パターンと接続されている。また、１層目（基板の一方の面）及び２層目（基板の他方の面）のそれぞれに配置された１本の導体パターン１３１、１３２は、スルーホール若しくはビアを介して並列接続されている。

図１８に示すように、比較例の構造ではスルーホールの数が５９カ所となる。これに対し実施例４の構造では、スルーホールの数が４０カ所となる。すなわち、実施例４の構造では、比較例に対し、スルーホールの数を約３２％低減することができる。実施例４では、実施例１～３のコイルと比較して、さらなるスルーホールの数を低減することができる。

図１９及び図２０を用いて実施例５について説明する。実施例５では、実施例１のコイル１をＩＨクッキングヒータ用の加熱コイルに適用した場合を例として説明するが、実施例２～実施例４のコイル２～５を適用することも可能である。図１９は、本発明の実施例５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２０は、図１９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。

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５００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５００は支持部材６により支持される。図２０に示すように、フェライトコア５００は、コイル１の中心から放射状に配置される。

フェライトコア５００はコイル１のビア及びスルーホールＴＨを避けるように配置することで、ビア及びスルーホールＴＨにおける高周波磁界の集中を抑制し、高周波交流損失の低減を図っている。

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。

１，２，３，４，５…コイル、５００…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、２１１，２２１，２２１，２２２…平面パターン、１１，１２，２１，２２，３１，３２，４１，４２…コイルパターン、１１０…第１コイルターン、１２０…第２コイルターン、１３０…第３コイルターン、１４０…第４コイルターン、１５０…第５コイルターン、１６０…第６コイルターン、ＴＨ１１，ＴＨ１２，ＴＨ３１，ＴＨ３２，ＴＨ４１…スルーホール、１１１，１１２，１１３，１１４、１１５，１３１，１３２，１３３，１３４，１３５…導体パターン

Claims (12)

1. 基板の一方の面に渦巻状に配置された第１コイルパターンと、前記基板の他方の面に渦巻状に配置された第２コイルパターンとを備え、前記第１コイルパターンと前記第２コイルパターンはスルーホール若しくはビアを介して電気的に接続されたコイルにおいて、
   前記第１コイルパターン及び前記第２コイルパターンは、巻回された複数のコイルターンをそれぞれ備え、
   前記複数のコイルターンは、前記第１コイルパターン及び前記第２コイルパターンの内周側に位置する内周側コイルターンと、前記第１コイルパターン及び前記第２コイルパターンの外周側に位置する外周側コイルターンと、前記内周側コイルターンと前記外周側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、前記内周側コイルターン、前記外周側コイルターン、前記中間コイルターンのそれぞれに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、
   前記第１コイルパターンに備えられた前記導体パターンは、所定の撚りピッチで径方向内側から径方向外側若しくは径方向外側から内側に遷移すると共に、外側若しくは内側に遷移後、前記スルーホール若しくは前記ビアを介して前記第２コイルパターンに備えられた前記導体パターンに接続され、
   前記中間コイルターンの導体パターンの撚りピッチは、前記内周側コイルターン及び前記外周側コイルターンの導体パターンの撚りピッチよりも大きくしたことを特徴とするコイル。
2. 請求項１において、
   前記内周側コイルターンの導体パターンの撚りピッチと前記外周側コイルターンの導体パターンの撚りピッチは、等しくしたことを特徴とするコイル。
3. 請求項２において、
   前記中間コイルターンの導体パターンの撚りピッチは、前記内周側コイルターン及び前記外周側コイルターンの導体パターンの撚りピッチの２倍であることを特徴とするコイル。
4. 請求項１において、
   前記内周側コイルターンの導体パターンの数と前記中間コイルターンの導体パターンの数は異なることを特徴とするコイル。
5. 請求項４において、
   前記内周側コイルターンの導体パターンの数は、前記中間コイルターンの導体パターンの数よりも多くしたことを特徴とするコイル。
6. 請求項４において、
   前記中間コイルターンの導体パターンの幅は、前記内周側コイルターン及び前記外周側コイルターンの導体パターンの幅よりも広くしたことを特徴とするコイル。
7. 請求項１において、
   前記中間コイルターンは、複数ターンに跨り撚りを１回形成することを特徴とするコイル。
8. 請求項１において、
   前記内周側コイルターン若しくは前記外周側コイルターンと前記中間コイルターンとを接続する接続パターンを備えたことを特徴とするコイル。
9. 基板の一方の面に渦巻状に配置された第１コイルパターンと、前記基板の他方の面に渦巻状に配置された第２コイルパターンとを備え、前記第１コイルパターンと前記第２コイルパターンはスルーホール若しくはビアを介して電気的に接続されたコイルにおいて、
   前記第１コイルパターン及び前記第２コイルパターンは、巻回された複数のコイルターンをそれぞれ備え、
   前記複数のコイルターンは、前記第１コイルパターン及び前記第２コイルパターンの内周側に位置する内周側コイルターンと、前記第１コイルパターン及び前記第２コイルパターンの外周側に位置する外周側コイルターンと、前記内周側コイルターンと前記外周側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、前記内周側コイルターン、前記外周側コイルターンのそれぞれに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、
   前記第１コイルパターンに備えられた前記内周側コイルターンの導体パターン及び前記外周側コイルターンの導体パターンは、所定の撚りピッチで径方向内側から径方向外側若しくは径方向外側から内側に遷移すると共に、外側若しくは内側に遷移後、前記スルーホール若しくは前記ビアを介して前記第２コイルパターンに備えられた前記導体パターンに接続され、
   前記内周側コイルターンの導体パターン及び前記外周側コイルターンの導体パターンは、前記中間コイルターンの１本の導体パターンと接続されたことを特徴とするコイル。
10. 請求項９において、
    前記中間コイルターンには、前記基板の一方の面及び前記基板の他方の面のそれぞれに１本の導体パターンが配置され、
    前記基板の一方の面及び前記基板の他方の面のそれぞれに配置された１本の導体パターンは、前記スルーホール若しくはビアを介して並列接続された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、
    請求項１乃至１０の何れか１項のコイルを備えたことを特徴とする電磁誘導加熱装置。
12. 請求項１１において、前記コイルを支持するフェライトコアを備え、
    前記フェライトコアは、前記スルーホール若しくは前記ビアが形成されていない領域に配置したことを特徴とする電磁誘導加熱装置。

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