JP3826944B2

JP3826944B2 - 誘導加熱調理器

Info

Publication number: JP3826944B2
Application number: JP2004263619A
Authority: JP
Inventors: 章片岡; 泉生弘田; 信芳槇尾
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2021-10-05
Also published as: JP2005019419A

Description

本発明は誘導加熱調理器に関し、特に高周波電流を流す加熱コイルに用いるコイル導線に関する。

従来、誘導加熱調理器に使用する鍋としては透磁率の高い鉄鍋が用いられていた。ところが近年鉄鍋以外に銅鍋やアルミニウム鍋なども使いたいという要望が高くなってきた。ところで、銅鍋やアルミニウム鍋を誘導加熱するには、透磁率が低いため鉄鍋に適した約２０〜約３０ｋＨｚよりも高い約４０〜約１００ｋＨｚの高周波電流を加熱コイルに流さなければならない。しかるに、周波数が高くなればなるほど、いわゆる表皮効果により高周波電流が導線の表面付近だけを流れるようになるため実効抵抗ははなはだしく増大する。そのため、表面積を増やし実効的に抵抗を減少する方法として、導線の径を細くし、例えば直径０．１ｍｍの銅線を数本ないし数十本束ねて用いる方法が行われてきた。しかしこの方法では、表皮効果による実効的な抵抗を下げることができても、導線を多数本用いているために近接作用により必ずしも十分に抵抗を低減することができなかった。ここでいう近接作用とは、近接した導体に電流が流れるときに、磁界を介して相互に影響を与えあって電流分布に偏りが生じる現象であり、導線表面の実効的な抵抗増大となる。近接作用は高周波電流の向きが導線間で揃っているほど、導線間の間隔が小さいほど大きくなる。

前記課題を解決する方法としては、加熱コイルのコイル導線を、素線を束ねた集合線をさらに集合させる多段階集合構造と成すとともに、すくなくとも１の段階の集合線は編み上げにより形成することにより、集合線の向きが不揃いとなるとともに、相互に密着しなくなり、これにより近接効果を抑制できて加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗を減少させ得るというものがあった（例えば、特許文献１参照）。
特公平７−１１８３７７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗を減少させることができるが、誘導加熱の効率を更によくするためには、更にコイル抵抗を低減する必要があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、表皮効果および近接作用の影響を少なくし、加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗を減少させた誘導加熱調理器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、本発明の誘導加熱調理器は、コイル導線を巻回してなる加熱コイルに高周波電流を流して被加熱体を誘導加熱するものにおいて、前記コイル導線は素線もしくは集合線を複数本撚って、２種類以上撚りピッチ寸法を変えた集合線を複数個形成し、少なくとも撚りピッチ寸法の異なる集合線を複数個用いてさらに撚った上位集合線からなる多段階重ね撚り構造とした。撚りピッチにより素線の曲がり具合が異なるため、異なるピッチの撚り線が集合した場合、各素線の電流の向きは異なる。したがって電流の方向は不揃いとなり、近接作用の影響は少なくなる。そのため、このコイル導線を用いて加熱コイルを作製すると、誘導加熱の効率は向上する。

以上のように、本発明の誘導加熱調理器によれば、表皮効果および近接作用の影響を少なくし、加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗を減少させ誘導加熱の効率を向上させることができる。

請求項１に記載の発明は、コイル導線を巻回してなり、高周波電流を流して被加熱体を誘導加熱する加熱コイルを備え、前記コイル導線は、素線もしくは集合線を複数本所定の撚りピッチ寸法で撚った第１段階の集合線を有し、前記撚りピッチ寸法の異なる少なくとも２種類の前記第１段階の集合線を複数本さらに撚った上位集合線からなる多段階重ね撚り構造とした。撚りピッチにより素線の曲がり具合が異なるため、異なるピッチの撚り線が集合した場合、各素線の電流の向きは異なる。したがって電流の方向は不揃いとなり、近接作用の影響は少なくなる。そのため、このコイル導線を用いて加熱コイルを作製すると、誘導加熱の効率は向上する。

請求項２に記載の発明は、コイル導線を異なる撚りピッチ寸法の比が互いに整数倍でないものを用いる構成としたことにより、集合線とした場合でも同じ状態が繰り返されることがないため、どの部分も電流の向きは不揃いとなり、さらに近接作用の影響を低減できる。

請求項３に記載の発明は、コイル導線に高周波電流を流して被加熱体を誘導加熱する加熱コイルを備え、前記コイル導線は、前記コイル導線を巻回して前記加熱コイルを作製したときに、前記コイル導線が互いに接触する部分で、前記コイル導線の素線もしくは集合線の方向が互いに同じになるのを避けるべく、前記素線もしくは集合線を不規則なピッチで撚り合わせてなる構成としたことにより、巻回したコイル導線同士が接触しても、その部分の電流の方向が不揃いのため近接作用の影響を受け難くすることができ、加熱コイルの誘導加熱効率を向上させることができる。

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。

（参考の形態１）
本参考の形態の特徴は、素線もしくは集合線を複数本用いて撚り線を作製するにあたって、右撚り線と左撚り線とが混在した形で集合線を構成した点である。この構成では、右撚り線の電流はゆっくりと右に回転しながら流れ、左撚り線の電流はゆっくりと左に回転しながら流れる。したがって、電流の方向が異なるため、すなわち電流の方向が一致せず、不揃いになるため近接作用による抵抗の増大を防ぐことができる。なお、ここでゆっくりとというのはコイルを引き伸ばした状態をいう。以下図面を用いて説明する。

まず、誘導加熱調理器の概略構成を図２にて説明する。１は誘導加熱調理器の外郭を構成する本体、２は本体１上に設けたトッププレート、３は本発明に関わるコイル導線を用いて作製した加熱コイル、４は加熱コイル３を制御する制御部であり、５は加熱コイル３に対応してトッププレート２に設けた加熱部に載置した被加熱物である。この構成において、加熱コイル３に高周波電流を流すと磁束が発生し、この磁束の渦電流損による発熱により被加熱物５が加熱される。

以下、本参考の形態におけるコイル導線の構成について図１を用いて説明する。なお、本実施の形態では銅鍋またはアルミニウム鍋を誘導加熱するのに適した約４０ｋＨｚ〜約１００ｋＨｚの高周波電流を流すことを前提としている。また、その表皮効果を低減するために導線として直径０．１ｍｍ程度の銅素線を用いた。なお、特に最適な加熱周波数は約６０ｋＨｚ〜約８０ｋＨｚとなる。これは、加熱周波数が高いほど加熱コイルに流れる電流が少なくてすむが、一方、加熱周波数が高くなると加熱コイルの高周波電流に対する抵抗が増すため、そのバランスをとると加熱周波数は約６０ｋＨｚ〜約８０ｋＨｚが最適となる。また、加熱コイルの素線数または径は設計によって決定されるものである。

本参考の形態におけるコイル導線は３段階重ね撚り構造を有している。図において、第１段階として、素線もしくは集合線を複数本用いて、右撚り集合線６と左撚り集合線７とを形成する。次に第２段階として、左撚り集合線７を中心とし、その外側に右撚り集合線６を３束と左撚り集合線７を３束とを交互に集合し、新たに第２段階の集合線８を形成する。したがって、第２段階の集合線は右撚り集合線６が３束と左撚り集合線７が４束、合計７束より形成されることになる。

なお、第２段階の集合線８の束数は前記束数に限定されるものではなく、２束であっても良いしそれ以上であってもよい。また、右撚り集合線６と左撚り集合線７との束数の比率も前記に限定されるものではなく、少なくともどちらか一方が１束含まれる構成であればよい。例えば、右撚り集合線６を中央に設け、その周囲に左撚り集合線７を６束配する構成としても良い。また、本実施の形態では、中心の集合線の周りに右撚り集合線６と左撚り集合線７とを交互に配しているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく無作為に配する構成としても良い。しかし、後述するように交互に配することにより、束同士の電流の向きが揃いにくくなるので近接作用を小さくする効果は大きくなる。さらに、第２段階の集合線８の作製にあたっては、第１段階の集合線の２束またはそれ以上を一組として右撚り集合線および左撚り集合線として撚り、これらを束ねるようにしても良い。

次に第３段階として、第２段階の集合線８の５束を束ねて第３段階の集合線９としている。このとき、第２段階の集合線８の作製にあったって述べたように第２段階の集合線８をそのまま束ねても良いし、または右撚り、および左撚りに撚って束ねてもよい。なお、第２段階の集合線８を５束用いて第３段階の集合線９としたが、束ねる束数は先に述べたように設計によって決定されるものである。この第３段階の集合線９を加熱コイル３の巻線として用いる。もちろん、第３段階の集合線以上の多段階集合線を作製し、それを加熱コイル３の巻線として用いても良い。

以上の説明で分かるように、右撚り集合線と左撚り集合線とはどの段階で作製しても良いし、また、右撚り集合線と左撚り集合線を束ねた後、さらに、次の段階で繰り返し右撚り集合線と左撚り集合線とを作製し束ねても良いのは勿論である。

以上述べたように、本参考の形態によれば、直径０．１ｍｍという細線を素線として用いているので、高周波電流を流した時の表皮効果による抵抗の増大を防ぐことができるとともに、右撚り集合線と左撚り集合線とを束ねてコイル導線とすることにより、電流の向きを不揃いとすることができるので、近接作用による電流（電荷）の偏りを低減し抵抗の増大を防ぐことができる。

また、コイル導線の構成を図３の断面図に示すような構成にしてもよい。すなわち、図では第１段階での右撚り集合線６と左撚り集合線７とを２束ずつ、合計４束用いて第２段階の集合線１０を作製している。図３では効果をより大きくするために、右撚り集合線６と左撚り集合線７とを交互に配置している。この構成により、隣接する束間の電流の方向が不揃いとなり、近接作用の影響を小さくすることができる。さらに、第２段階の集合線１０を７束束ねて第３段階の集合線１１とし、この第２段階の集合線１１を加熱コイル３の巻線としている。これにより、加熱コイルの誘導加熱効率を高めることができる。

なお、右撚り集合線と左撚り集合線とを同量用いて束ねるのはどの段階でも良いが、できるだけ最初の段階すなわち第１段階で行うのが電流の流れの不揃い部分が均一となり効果的である。

また、第２段階の集合線としては、図４に示すよう予め右撚り集合線６と左撚り集合線７とを１束ずつ撚り合わせ、図５に示す基本集合線１２とし、この基本集合線１２を複数本用いて、撚り合わせなどにより束ね、第２段階の集合線１３としても良い。この構成により、図３で説明したと同様に、隣接する束間の電流の方向が不揃いとなり、近接作用の影響を小さくすることができる。

なお、右撚り集合線と左撚り集合線とを束ね基本集合線とするのはどの段階でも良いが、できるだけ最初の段階すなわち第１段階で行うのが電流の流れの不揃い部分が均一となり効果的である。

（実施の形態１）
本実施の形態の特徴は、素線もしくは集合線を複数本撚って２種類以上撚りピッチ寸法を変えた集合線を複数個形成し、少なくとも撚りピッチ寸法の異なる集合線を複数個用いて、さらに撚った上位集合線からなる多段階重ね撚り構造とした点である。以下図面を用いて説明する。

図６は、本実施の形態における誘導加熱調理器のコイル導線の断面図であり、第１段階として素線もしくは集合線を用いて撚りピッチ２５ｍｍの集合線１４、撚りピッチ３０ｍｍの集合線１５および撚りピッチ３５ｍｍの集合線１６を作製し、これら３種類の集合線を束ねて第２段階の集合線１７を作製し、さらに、第２段階の集合線１７を３束用いて第３段階の集合線１８を作製したものである。ここで、撚りピッチとは１つの撚り部分から次の同じ状態の撚り部分までの間隔である。このように撚りピッチが異なると、素線の捩れ具合が異なるため、本実施の形態のように撚りピッチが異なる集合線を重ねたとき電流の流れの方向が一定にならない。すなわち、電流の向きが不揃いとなるため近接作用の影響を小さくすることができる。

また、異なる撚りピッチの集合線を用いる場合、撚りピッチの寸法の比が互いに整数倍にならないようにするとよい。これは整数倍の集合線があった場合、同じ状態が繰り返されるため、全体として電流の向きが不揃いとなる部分が少なくなるためである。

なお、前記実施の形態では異なる撚りピッチの集合線を３種類用いた場合について説明してが、これに限定されるものではなく２種類であっても良いしまたそれ以上であっても良い。

また、異なる撚りピッチを束ねる段階もどの段階でも良く、要は異なる撚りピッチの集合線を用い電流の向きが不揃いになるようなコイル構成とすればよい。

また、実施の形態１と本実施の形態とを組合せて集合線を作製しても良いのは勿論である。

また、多段階重ね巻として、３段階のものについて説明したが、これに限定されるものでなく、２段階であってもそれ以上であっても良いのは勿論である。

（実施の形態２）
図７は本実施の形態の加熱コイル部の上面図である。なお、参考の形態１と同じ構成部品には同じ符号を付しその説明は省略する。図において、コイル導線１９は素線もしくは集合線を不規則な撚りピッチで撚り合わせた集合線である。このコイル導線を巻回し加熱コイル３を作製している。このような不規則な撚りピッチで撚り合わせた集合線を用いて巻回し加熱コイル３を作製した場合、加熱コイル３のｎ回目の巻回は、その内側でｎ−１回目の巻回と、その外側でｎ＋１回目の巻回と夫々接触するが、このとき、巻線１９は不規則な撚りピッチで撚り合わされているため、接触部分で集合線の素線の方向が同じになる個所はほとんどない。したがって、電流の方向が不揃いとなり、近接作用による抵抗の増加を抑えることができる。

（参考の形態２）
図８は本参考の形態におけるコイル導線の構成を示す平面図であり、図９は同コイル導線の断面図である。なお、参考の形態１と同じ構成部品には同じ符号を付しその説明は省略する。図において、コイル導線２０は素線もしくは集合線を用いて、右回りの螺旋からなる円管状の右螺旋部２１と左回りの螺旋からなる円管状の左螺旋部２２とを別々に形成し、左螺旋部２２の内側に右螺旋部２１を近接して設ける構成とした。この構成では、同じ方向のみの螺旋からなる円管状のコイル導線に比し、右螺旋部２１と左螺旋部２２とに分けて円管状のコイル導線としているので、素線もしくは集合線が近接している部分でも、同じ方向のみの螺旋からなる導線の場合と異なり、電流の方向が異なるため、近接作用の影響を小さくすることができる。鍋等の被加熱物を誘導加熱する時は、被加熱物に加熱コイル電流とは逆向きに渦電流が発生し、その渦電流の近接作用によって加熱コイルに流れる電流が被加熱物に引き寄せられることになるが、右螺旋部２１と左螺旋部２２とを近接させることで、被加熱物と右螺旋部２１との距離と被加熱部と左螺旋部２２との距離とが同等となり、右螺旋部２１と左螺旋部２２とに流れる電流の偏りが減り、加熱コイルのロスが低減する。

なお、前記参考の形態では左螺旋部２２の内側に右螺旋部２１を設ける構成を示したが、反対に右螺旋部２１の内側に左螺旋部２２を設けても何ら差し支えはない。

また、前記のように右螺旋部２１と左螺旋部２２とを重ね合わせる替わりに、図１０に示すようにコイル導線２３を作製するにあたって右回りの螺旋と左回りの螺旋との内外関係を交互に入れ替えて作製しても、右回り螺旋部と左回り螺旋部とが近接する部分での電流の方向が異なるため、先の例と同じように近接作用の影響を小さくすることができる。また、被加熱物と右螺旋部２１との距離と被加熱部と左螺旋部２２との距離とが同じになり、右螺旋部２１と左螺旋部２２とに流れる電流が同一となり、加熱コイルのロスが低減する。

また、図１１に示すようにコイル導線２４の作製にあたって、右螺旋部２１と左螺旋部２２との内外関係を所定の長さ毎に入れ替えて作製しても良い。すなわち、ある範囲は図８に示すように左螺旋部２２がコイル導線２４の外側を形成し、次の範囲では内側を形成していた右螺旋部２１がコイル導線２４の外側を形成するようにする。そして、この内外の入れ替えを所定範囲毎に繰返す構成である。このとき、直線部２５を設け、この部分で内外関係を入れ替えるようにすると容易に入れ替えができる。この場合も先の例と同じように近接作用の影響を小さくし、かつ、加熱コイルのロスを低減できる。また、容易に右螺旋部２１と左螺旋部２２とを入れ替えることができ作業性が向上し、生産性が良くなり、コスト低減が図れる。

また、本参考の形態で得られた右螺旋部と左螺旋部とを有する円管状のコイル導線を加圧し、円管状を平坦状として、新たにコイル導線として巻回し、図１２に示すように加熱コイル２６を作製しても良い。このようにして得られた加熱コイル２６は、実質的に電流の方向の異なる集合線を用いて作製した加熱コイルと同じであり、近接作用による電流の偏りによる抵抗の増大が低減されているため、誘導加熱効率の向上を図ることができる。

なお、各実施の形態及び参考の形態において、加熱コイルに直径０．１ｍｍの線を用いたが、特にその線径で作用は異なることは無く、例えば直径０．０４〜直径０．０６ｍｍの線等の細線においても同様の効果が得られる。

以上のように、本発明に係る誘導加熱調理器は、表皮効果および近接作用の影響を少なくし、加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗を減少させ誘導加熱の効率を向上させることができるので、銅鍋やアルミニウム鍋を誘導加熱するもの等の用途にも適用することができる。

本発明の参考の形態１における誘導加熱調理器のコイル導線の構成を示す断面図同、誘導加熱調理器の概略構成図同、誘導加熱調理器のコイル導線の他の構成を示す断面図同、誘導加熱調理器の撚り線の構成図同、誘導加熱調理器のコイル導線の他の断面図本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器のコイル導線の断面図本発明の実施の形態２における誘導加熱調理器の加熱コイル部の平面図本発明の参考の形態２における誘導加熱調理器のコイル導線の構成を示す平面図同、誘導加熱調理器のコイル導線の断面図同、誘導加熱調理器のコイル導線の他の構成を示す平面図同、誘導加熱調理器のコイル導線の他の構成を示す平面図同、誘導加熱調理器の加熱コイルの断面図

符号の説明

３、２６加熱コイル
６右撚り集合線
７左撚り集合線
１４撚りピッチ２５ｍｍの集合線
１５撚りピッチ３０ｍｍの集合線
１６撚りピッチ３５ｍｍの集合線
１７第２段階の集合線
１８第３段階の集合線
１９、２０、２３、２４コイル導線
２１右螺旋部
２２左螺旋部

Claims

コイル導線を巻回してなり、高周波電流を流して被加熱体を誘導加熱する加熱コイルを備え、前記コイル導線は、素線もしくは集合線を複数本所定の撚りピッチ寸法で撚った第１段階の集合線を有し、前記撚りピッチ寸法の異なる少なくとも２種類の前記第１段階の集合線を複数本さらに撚った上位集合線からなる多段階重ね撚り構造とした誘導加熱調理器。
コイル導線は異なる撚りピッチ寸法の比が互いに整数倍でない集合線を束ねた請求項１に記載の誘導加熱調理器。
コイル導線に高周波電流を流して被加熱体を誘導加熱する加熱コイルを備え、前記コイル導線は、前記コイル導線を巻回して前記加熱コイルを作製したときに、前記コイル導線が互いに接触する部分で、前記コイル導線の素線もしくは集合線の方向が互いに同じになるのを避けるべく、前記素線もしくは集合線を不規則なピッチで撚り合わせてなる誘導加熱調理器。