JP4356221B2 - 誘導加熱装置用加熱コイル - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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９〜１１を用いて説明する。図１０は被加熱物２と加熱コイル１との位置関係を示しており、図１１はこの時の各層に流れる電流の分布を示しており、図１２は従来の誘導加熱調理器の構成例を示している。
【０００３】
図１２は従来の誘導加熱調理器の断面図で、１は高周波磁界を発生する加熱コイルを、２は加熱コイル１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を、８は加熱コイル１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１と接続されている。５は被加熱物２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。６は筐体、７は加熱コイル１を載置するコイル台である。
【０００４】
加熱コイル１を上から見た図を図１０に示す。加熱コイル１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（リッツワイヤ構成）されている。この撚りピッチは数ｃｍ程度で、それぞれの素線は１ターン中に数回被加熱物１の下面に対して上下の位置関係を繰り返す構成となっている。
【０００５】
一方、リッツワイヤーを用いない簡易な構成で加熱コイル１を実現する構成として平板コイルを層状に構成する方式が公開実用新案公報Ｓ６２−１０６４９７などに提案されている。この方式では、加熱コイル１を例えばプレス方式により作成することが可能となり、コスト的に非常に廉価なものができる可能性がある。また、コイルを絶縁層と交互に積層させる構造とすることで、コイル１枚の厚さを薄くすることが可能となり、表皮抵抗の上昇を抑える構造とすることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この様な平板コイルを層状に構成する加熱コイルでは、図１１に示す様に電流が鍋付近（１層目）及び最下層（８層目）に集中する傾向があり、その層での損失が大きくなり、加熱コイル１の温度上昇が大きくなる課題を有することになる。発明者らはこの課題の解決方式の一つとして、図１３に示す様に巻き回し途中で加熱コイルの全ての層を反転させる方式の提案を行っている。しかし、この方法では電流が集中している１層目の層がやはり電流の集中している８層目の層に配置することになるため、図１４に示すような電流分布となり電流分布の均一化に対しては大きな効果が得られないことになる。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、簡素かつ容易な工法でかつ従来のリッツ線と同様の損失で低コストの加熱コイルを実現し、結果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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、層状に重ねられた渦巻き状の平板の電気導体であって、前記電気導体は巻回し途中に少なくとも１回以上、被加熱物に１番近い層と第１非表面層とを入れ替えるとともに、前記第１非表面層とは異なる第２非表面層と最下層とを入れ替えることを特徴とする誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。
【０００９】
これにより、各層に流れる電流分布が均一になり特定の層での損失による発熱が大きくなることを解決できる加熱コイルを実現できるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、層状に重ねられた渦巻き状の平板の電気導体であって、前記電気導体は巻回し途中に少なくとも１回以上、被加熱物に１番近い層と第１非表面層とを入れ替えるとともに、前記第１非表面層とは異なる第２非表面層と最下層とを入れ替えることを特徴とする誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。
【００１１】
これにより、各層に流れる電流分布が均一になり特定の層での損失による発熱を抑えることが可能な加熱コイルを実現できるものである。
【００１２】
請求項２記載の発明は、層状に重ねられた渦巻き状の平板の電気導体を被加熱物に１番近い層と第１非表面層を含むブロックと、記第１非表面層とは異なる第２非表面層と最下層を含むブロックとし、前記電気導体は巻回し途中に少なくとも１回以上、被加熱物に１番近い層と第１非表面層を含むブロックと、前記第２非表面層と最下層を含むブロックとを入れ替えることにより、被加熱物に１番近い層と前記第２非表面層とを入れ替えるとともに、前記第１非表面層と前記最下層とを入れ替えることを特徴とする誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。
【００１３】
これにより、各層に流れる電流分布の均一性が容易に確保されると共に、特定の層での損失による発熱が大きくなることを解決できるとともに、簡易な構成で低コストな加熱コイルを実現できるものである。
【００１４】
請求項３記載の発明は、層状に重ねられた渦巻き状の平板の電気導体を被加熱物に１番近い層を含むブロックと、第１非表面層を含むブロックと、前記第１非表面層とは異なる第２非表面層を含むブロックと、最下層を含むブロックとし、
前記電気導体は巻回し途中に少なくとも１回以上、被加熱物に１番近い層を含むブロックと前記第１非表面層を含むブロックとを入れ替え、前記第２非表面層を含むブロックと最下層を含むブロックとを入れ替えることにより、被加熱物に１番近い層と前記第１非表面層とを入れ替えるとともに、前記第２非表面層と前記最下層とを入れ替えることを特徴とする誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。
【００１５】
これにより、各層に流れる電流分布をある程度均一に保ちながら、簡易な構成で低コストな加熱コイルを実現できるものである。
【００１６】
請求項４記載の発明は、層状に重ねられた渦巻き状の平板の電気導体を被加熱物に１番近い層と第１非表面層を含むブロックと、記第１非表面層とは異なる第２非表面層と最下層を含むブロックとし、各ブロック毎の上下関係を入れ替えることにより、前記被加熱物に１番近い層と前記第１非表面層とを入れ替えるとともに、前記第２非表面層と前記最下層とを入れ替えることを特徴とする誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。
【００１７】
これにより、各層に流れる電流分布をある程度均一に保ちながら、より簡易な構成で低コストな加熱コイルを実現するものである。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）
本発明の第１の実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項１に係わる。
【００１９】
図１は本実施例の加熱コイルの構成を示す図である。誘導加熱装置の構成は従来例と同
一であるが、多層に積層された加熱コイル１を複数のブロックに分け、ほぼ加熱コイル１の面積が等しくなる位置で表面層（１層、８層）を非表面層（４層、５層）と入れ替える構成となっている点が異なっている。
【００２０】
以下本実施例の動作について図１から図２を用いて説明する。図１は本実施例での構成を示しており、被加熱物２に対する加熱コイル１の位置を示している。加熱コイル１は本実施例では８層で構成されており、加熱コイル１の内側で被加熱物２に１番近い層が、外側に向かって巻き回す途中で被加熱物２から４番目に近い層へ行っており、また逆に加熱コイル１の内側で４番目の層が外側に向かって巻き回す途中で１番上の層に配置されることになる。つまり巻き回し途中で１層目と４層目が入れ替わる構成を取っていることになる。これは、５層目と８層目に関しても同様である。また、図２は図１の構成をとった場合の各層を流れる電流の分布を示している。基本的には入れ替え層間では同一の電流分布をとることになる。ここでは、１層目と４層目、５層目と８層目が同一電流を示すことになる。
【００２１】
ここで、加熱コイル１に高周波電流（本実施例の場合２０ｋＨｚ〜）が流れると、表皮効果により、各層の表面部分に電流が集中して流れる。但し、本実施例の場合、各層の厚みは表皮深さに対して充分薄いため（例えば導体に銅材を用いた場合、動作周波数２０ｋＨｚでは０．３ｍｍ程度、アルミ材を用いた場合、動作周波数２０ｋＨｚで０．５ｍｍ程度）、表皮効果による電流分布の不均一は発生しないと考えて良い。一方、従来の実施例の構成では被加熱物２と加熱コイル１との近接効果により、加熱コイル１の電流が被加熱物２に近い層の集中して流れるとともに、各層間で生じる近接効果により表面層に電流が集中して電流が流れることになり、特定の層の発熱が大きくなり、加熱コイルの損失も大きくなる問題は依然存在することとなる。そこで、巻回途中で、従来例の構成で最も電流が集中する表面層（１層目と８層目）の電気導体を電流分布が少ない非表面層（本実施例では４層目、５層目）の電気導体に入れ替える構成とすることで各層を流れる電流を図２に示す様に電流分布を均一化することが可能になる。ここで、反転部位としては、入れ替えた層どおしの電流が均一になる場所がもっとも望ましいく、入れ替え前後のコイル面積がほぼ同じとなる部位で反転させることでこの条件を満たす良好な電流分布が得ることが可能になる。なお、本実施例においては層数を８層として説明しているが、層数に関しては特に限定するものではない。また、各層間は絶縁物などにより絶縁されていることが望ましく、その絶縁物としてはポリイミドなどのフィルムや絶縁塗料などが考えられるが特に限定するものではない。
【００２２】
以上のように本実施例においては、加熱コイル１の各層に流れる電流分布が均一になり特定の層での損失による発熱上昇を抑えることが可能になるとともに、簡易な構成で低コストな誘導加熱機用加熱コイルを実現できるものである。
【００２３】
また、従来は各コイル線（複数素線を撚った形態の線）間に空隙を設けることは困難であったが、本実施例のような構成では、コイル線間に空隙を容易に設けることが出来、結果加熱コイル１の冷却が極めて容易となるため、冷却構成の簡素化が可能となり、この点においても装置としての低コスト化が一層可能となるものである。
【００２４】
（実施例２）
本発明の第２の実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例が請求項１と異なるのは、表面層を含む１〜４層目を１ブロック、同じく表面層を含む５〜８層目を１ブロックとして、それぞれのブロックを巻き回し途中で入れ替えている点である。
【００２５】
以下、本発明の実施例について図３から図５を用いて説明する。図３は本実施例での構成を示しており、表面層を含む１〜４層目を１ブロック、同じく表面層を含む５〜８層目を１ブロックとして、それぞれのブロックを巻き回し途中で入れ替える構成としている。つまり、加熱コイル１の内側の位置で被加熱物２に近いブロックが巻き回し途中で被加熱物２から遠い位置にブロックごと配置されることになる。逆に内側の位置で被加熱物２から遠い位置にあるブロックは巻き回し途中で外側ブロックに配置されることになる。図４は図３の構成をとった場合の各層を流れる電流の分布を示している。基本的には入れ替え層間では同一の電流分布をとることになる。また、図５はブロック通しの入れ替え方法の一例を示している。
【００２６】
本実施例では加熱コイル１の各層を４層を１組として扱えるため比較的容易に層間の入れ替えができることになる。よって、図５に示す様に互いにずらし入れることにより層間入れ替えが可能になる。また、従来例では、図１０に示す様に、被加熱物２と加熱コイル１の近接効果及び各層に流れる電流による近接効果により、最上層（１層目）と最下層（８層目）に電流が集中し、以下内部層の行くに従って電流が減少することになる。ここで、各層の電流分布の多い順に並べると、１層→８層→２層→７層→３層→６層→４層→５層となる。そこで、電流が多い層を順次少ない層と入れ替えていくと、結果として本実施例での入れ替え方式と同一となる。よって本実施例は、図４に示すように最も良好な電流分布が得られる層の入れ替え方式となる考えられる。
【００２７】
以上の様に本実施例によれば、加熱コイル１において各層に流れる電流分布の均一性が容易に確保されると共に、特定の層での損失による発熱が大きくなることを解決できるとともに、簡易な構成で低コストな誘導加熱機用加熱コイルを実現できるものである。
【００２８】
（実施例３）
本発明の第３の実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項３に係わる。
【００２９】
図６は本実施例の加熱コイルの構成を示す図である。誘導加熱装置の構成は従来例と同一であるが、多層に積層された加熱コイル１を複数のブロックに分け、ほぼ中央に位置でブロックの上下を入れ替える構成となったもの複数積層する構成となっている点が異なっている。また図７は本実施例の構成において各層を流れる電流の分布を示している。
【００３０】
以下、本発明の実施例について図６〜図７を用いて説明する。加熱コイル１に５０ｋＨｚ以上の周波数の電流を流す場合には表皮効果がより大きくなり、電流は更に表面付近を流れ、表皮抵抗がおおきくなることになる。この表皮抵抗の上昇を防ぐ方法として加熱コイル１の各層の導体の厚さを薄くする方法があるが、積層する枚数はそれだけ多くなることになる。この場合、実施例１の様に全ての上下層を入れ替えることが困難になってくることになる。そこで、各層に流れる電流分布をある程度均一化できる方式が求められることになる。本実施例では、図６に示すように加熱コイル１を複数のブロックに分け、その中の近接する２ブロックの上下を入れ替えたものを積層していく構成としている。このように構成することで、図７に示すように、最上層（１層目）と最下層（１６層目）に集中する電流分布を抑えることができるとともに、上下の位置を入れ替えたブロックを１つのブロックとして複数積み上げる構成となるため、上下入れ替えの枚数が少なく済み、容易に実現できることになる。
【００３１】
以上のように本実施例においては、加熱コイル１の各層に流れる電流分布をある程度均一に保ちながら、層が１０層を越える様な場合においても簡易な構成で低コストな誘導加熱機用加熱コイルを実現できるものである。
【００３２】
（実施例４）
本発明の第４の実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項４に係わる。
【００３３】
図８は本実施例の加熱コイルの構成を示す図である。誘導加熱装置の構成は従来例と同一であるが、複数に分けたブロック毎に上下を反転させる点が異なっている。また図９は本実施例の構成をとった場合の各層の電流分布を示している。
【００３４】
以下本実施例に関して図８〜図９を用いて説明する。加熱コイル１の各層に流れる電流分布を均一にするため、実施例２で示した様に複数のブロックの上下関係を入れ替える方式が有効である。この方式をより簡易に実現できる方式として本実施例では加熱コイル１の各層を複数のブロックに分け、各ブロック毎に層を反転する方式としている。この方式でも図９に示す様に各層に流れる電流分布を均一に保つことができ、かつ層の入れ替えを巻き回し途中でねじるだけで実現できるため、より簡易な構成で層の入れ替えを実現することが可能となる。
【００３５】
以上の様に本実施例においては、加熱コイル１の各層に流れる電流分布を均一に保ちながら、簡易な構成で低コストな誘導加熱機用加熱コイルを実現するものである。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明によれば、各層に流れる電流分布が均一になり、特定の層での損失による発熱を抑えることが可能な加熱コイルを実現できるものである。
【００３７】
また、請求項２記載の発明によれば、各層に流れる電流分布の均一性が容易に確保されると共に、特定の層での損失による発熱が大きくなることを解決できるとともに、簡易な構成で低コストな加熱コイルを実現できるものである。
【００３８】
また、請求項３記載の発明によれば、各層に流れる電流分布をある程度均一に保ちながら、層が１０層を越える様な場合においても簡易な構成で低コストな加熱コイルを実現できるものである。
【００３９】
また、請求項４記載の発明によれば、各層に流れる電流分布をある程度均一に保ちながら、より簡易な構成で低コストな加熱コイルを実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 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
【図２】 同、各層の電流分を示す図
【図３】 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
【図４】 同、各層の電流分を示す図
【図５】 同、加熱コイル作製時の方法を示す図
【図６】 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
【図７】 同、各層の電流分を示す図
【図８】 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
【図９】 同、各層電流分を示す図
【図１０】 従来の誘導加熱装置用加熱コイルの構成を示す断面図
【図１１】 同、各層電流分を示す図
【図１２】 同、誘導加熱装置の構成を示す図
【図１３】 従来の誘導加熱装置用加熱コイルの全反転の構成を示す断面図
【図１４】 同、各層電流分を示す図
【符号の説明】
１ 加熱コイル
２ 被加熱物
５ トッププレート
６ 筐体
７ コイルベース
８ インバータ
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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９〜１１を用いて説明する。図１０は被加熱物２と加熱コイル１との位置関係を示しており、図１１はこの時の各層に流れる電流の分布を示しており、図１２は従来の誘導加熱調理器の構成例を示している。
【０００３】
図１２は従来の誘導加熱調理器の断面図で、１は高周波磁界を発生する加熱コイルを、２は加熱コイル１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を、８は加熱コイル１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１と接続されている。５は被加熱物２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。６は筐体、７は加熱コイル１を載置するコイル台である。
【０００４】
加熱コイル１を上から見た図を図１０に示す。加熱コイル１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（リッツワイヤ構成）されている。この撚りピッチは数ｃｍ程度で、それぞれの素線は１ターン中に数回被加熱物１の下面に対して上下の位置関係を繰り返す構成となっている。
【０００５】
一方、リッツワイヤーを用いない簡易な構成で加熱コイル１を実現する構成として平板コイルを層状に構成する方式が公開実用新案公報Ｓ６２−１０６４９７などに提案されている。この方式では、加熱コイル１を例えばプレス方式により作成することが可能となり、コスト的に非常に廉価なものができる可能性がある。また、コイルを絶縁層と交互に積層させる構造とすることで、コイル１枚の厚さを薄くすることが可能となり、表皮抵抗の上昇を抑える構造とすることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この様な平板コイルを層状に構成する加熱コイルでは、図１１に示す様に電流が鍋付近（１層目）及び最下層（８層目）に集中する傾向があり、その層での損失が大きくなり、加熱コイル１の温度上昇が大きくなる課題を有することになる。発明者らはこの課題の解決方式の一つとして、図１３に示す様に巻き回し途中で加熱コイルの全ての層を反転させる方式の提案を行っている。しかし、この方法では電流が集中している１層目の層がやはり電流の集中している８層目の層に配置することになるため、図１４に示すような電流分布となり電流分布の均一化に対しては大きな効果が得られないことになる。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、簡素かつ容易な工法でかつ従来のリッツ線と同様の損失で低コストの加熱コイルを実現し、結果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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、層状に重ねられた渦巻き状の平板の電気導体であって、前記電気導体は巻回し途中に少なくとも１回以上、被加熱物に１番近い層と第１非表面層とを入れ替えるとともに、前記第１非表面層とは異なる第２非表面層と最下層とを入れ替えることを特徴とする誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。
【０００９】
これにより、各層に流れる電流分布が均一になり特定の層での損失による発熱が大きくなることを解決できる加熱コイルを実現できるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、層状に重ねられた渦巻き状の平板の電気導体であって、前記電気導体は巻回し途中に少なくとも１回以上、被加熱物に１番近い層と第１非表面層とを入れ替えるとともに、前記第１非表面層とは異なる第２非表面層と最下層とを入れ替えることを特徴とする誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。
【００１１】
これにより、各層に流れる電流分布が均一になり特定の層での損失による発熱を抑えることが可能な加熱コイルを実現できるものである。
【００１２】
請求項２記載の発明は、層状に重ねられた渦巻き状の平板の電気導体を被加熱物に１番近い層と第１非表面層を含むブロックと、記第１非表面層とは異なる第２非表面層と最下層を含むブロックとし、前記電気導体は巻回し途中に少なくとも１回以上、被加熱物に１番近い層と第１非表面層を含むブロックと、前記第２非表面層と最下層を含むブロックとを入れ替えることにより、被加熱物に１番近い層と前記第２非表面層とを入れ替えるとともに、前記第１非表面層と前記最下層とを入れ替えることを特徴とする誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。
【００１３】
これにより、各層に流れる電流分布の均一性が容易に確保されると共に、特定の層での損失による発熱が大きくなることを解決できるとともに、簡易な構成で低コストな加熱コイルを実現できるものである。
【００１４】
請求項３記載の発明は、層状に重ねられた渦巻き状の平板の電気導体を被加熱物に１番近い層を含むブロックと、第１非表面層を含むブロックと、前記第１非表面層とは異なる第２非表面層を含むブロックと、最下層を含むブロックとし、
前記電気導体は巻回し途中に少なくとも１回以上、被加熱物に１番近い層を含むブロックと前記第１非表面層を含むブロックとを入れ替え、前記第２非表面層を含むブロックと最下層を含むブロックとを入れ替えることにより、被加熱物に１番近い層と前記第１非表面層とを入れ替えるとともに、前記第２非表面層と前記最下層とを入れ替えることを特徴とする誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。
【００１５】
これにより、各層に流れる電流分布をある程度均一に保ちながら、簡易な構成で低コストな加熱コイルを実現できるものである。
【００１６】
請求項４記載の発明は、層状に重ねられた渦巻き状の平板の電気導体を被加熱物に１番近い層と第１非表面層を含むブロックと、記第１非表面層とは異なる第２非表面層と最下層を含むブロックとし、各ブロック毎の上下関係を入れ替えることにより、前記被加熱物に１番近い層と前記第１非表面層とを入れ替えるとともに、前記第２非表面層と前記最下層とを入れ替えることを特徴とする誘導加熱装置用加熱コイルとするものである。
【００１７】
これにより、各層に流れる電流分布をある程度均一に保ちながら、より簡易な構成で低コストな加熱コイルを実現するものである。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）
本発明の第１の実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項１に係わる。
【００１９】
図１は本実施例の加熱コイルの構成を示す図である。誘導加熱装置の構成は従来例と同
一であるが、多層に積層された加熱コイル１を複数のブロックに分け、ほぼ加熱コイル１の面積が等しくなる位置で表面層（１層、８層）を非表面層（４層、５層）と入れ替える構成となっている点が異なっている。
【００２０】
以下本実施例の動作について図１から図２を用いて説明する。図１は本実施例での構成を示しており、被加熱物２に対する加熱コイル１の位置を示している。加熱コイル１は本実施例では８層で構成されており、加熱コイル１の内側で被加熱物２に１番近い層が、外側に向かって巻き回す途中で被加熱物２から４番目に近い層へ行っており、また逆に加熱コイル１の内側で４番目の層が外側に向かって巻き回す途中で１番上の層に配置されることになる。つまり巻き回し途中で１層目と４層目が入れ替わる構成を取っていることになる。これは、５層目と８層目に関しても同様である。また、図２は図１の構成をとった場合の各層を流れる電流の分布を示している。基本的には入れ替え層間では同一の電流分布をとることになる。ここでは、１層目と４層目、５層目と８層目が同一電流を示すことになる。
【００２１】
ここで、加熱コイル１に高周波電流（本実施例の場合２０ｋＨｚ〜）が流れると、表皮効果により、各層の表面部分に電流が集中して流れる。但し、本実施例の場合、各層の厚みは表皮深さに対して充分薄いため（例えば導体に銅材を用いた場合、動作周波数２０ｋＨｚでは０．３ｍｍ程度、アルミ材を用いた場合、動作周波数２０ｋＨｚで０．５ｍｍ程度）、表皮効果による電流分布の不均一は発生しないと考えて良い。一方、従来の実施例の構成では被加熱物２と加熱コイル１との近接効果により、加熱コイル１の電流が被加熱物２に近い層の集中して流れるとともに、各層間で生じる近接効果により表面層に電流が集中して電流が流れることになり、特定の層の発熱が大きくなり、加熱コイルの損失も大きくなる問題は依然存在することとなる。そこで、巻回途中で、従来例の構成で最も電流が集中する表面層（１層目と８層目）の電気導体を電流分布が少ない非表面層（本実施例では４層目、５層目）の電気導体に入れ替える構成とすることで各層を流れる電流を図２に示す様に電流分布を均一化することが可能になる。ここで、反転部位としては、入れ替えた層どおしの電流が均一になる場所がもっとも望ましいく、入れ替え前後のコイル面積がほぼ同じとなる部位で反転させることでこの条件を満たす良好な電流分布が得ることが可能になる。なお、本実施例においては層数を８層として説明しているが、層数に関しては特に限定するものではない。また、各層間は絶縁物などにより絶縁されていることが望ましく、その絶縁物としてはポリイミドなどのフィルムや絶縁塗料などが考えられるが特に限定するものではない。
【００２２】
以上のように本実施例においては、加熱コイル１の各層に流れる電流分布が均一になり特定の層での損失による発熱上昇を抑えることが可能になるとともに、簡易な構成で低コストな誘導加熱機用加熱コイルを実現できるものである。
【００２３】
また、従来は各コイル線（複数素線を撚った形態の線）間に空隙を設けることは困難であったが、本実施例のような構成では、コイル線間に空隙を容易に設けることが出来、結果加熱コイル１の冷却が極めて容易となるため、冷却構成の簡素化が可能となり、この点においても装置としての低コスト化が一層可能となるものである。
【００２４】
（実施例２）
本発明の第２の実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例が請求項１と異なるのは、表面層を含む１〜４層目を１ブロック、同じく表面層を含む５〜８層目を１ブロックとして、それぞれのブロックを巻き回し途中で入れ替えている点である。
【００２５】
以下、本発明の実施例について図３から図５を用いて説明する。図３は本実施例での構成を示しており、表面層を含む１〜４層目を１ブロック、同じく表面層を含む５〜８層目を１ブロックとして、それぞれのブロックを巻き回し途中で入れ替える構成としている。つまり、加熱コイル１の内側の位置で被加熱物２に近いブロックが巻き回し途中で被加熱物２から遠い位置にブロックごと配置されることになる。逆に内側の位置で被加熱物２から遠い位置にあるブロックは巻き回し途中で外側ブロックに配置されることになる。図４は図３の構成をとった場合の各層を流れる電流の分布を示している。基本的には入れ替え層間では同一の電流分布をとることになる。また、図５はブロック通しの入れ替え方法の一例を示している。
【００２６】
本実施例では加熱コイル１の各層を４層を１組として扱えるため比較的容易に層間の入れ替えができることになる。よって、図５に示す様に互いにずらし入れることにより層間入れ替えが可能になる。また、従来例では、図１０に示す様に、被加熱物２と加熱コイル１の近接効果及び各層に流れる電流による近接効果により、最上層（１層目）と最下層（８層目）に電流が集中し、以下内部層の行くに従って電流が減少することになる。ここで、各層の電流分布の多い順に並べると、１層→８層→２層→７層→３層→６層→４層→５層となる。そこで、電流が多い層を順次少ない層と入れ替えていくと、結果として本実施例での入れ替え方式と同一となる。よって本実施例は、図４に示すように最も良好な電流分布が得られる層の入れ替え方式となる考えられる。
【００２７】
以上の様に本実施例によれば、加熱コイル１において各層に流れる電流分布の均一性が容易に確保されると共に、特定の層での損失による発熱が大きくなることを解決できるとともに、簡易な構成で低コストな誘導加熱機用加熱コイルを実現できるものである。
【００２８】
（実施例３）
本発明の第３の実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項３に係わる。
【００２９】
図６は本実施例の加熱コイルの構成を示す図である。誘導加熱装置の構成は従来例と同一であるが、多層に積層された加熱コイル１を複数のブロックに分け、ほぼ中央に位置でブロックの上下を入れ替える構成となったもの複数積層する構成となっている点が異なっている。また図７は本実施例の構成において各層を流れる電流の分布を示している。
【００３０】
以下、本発明の実施例について図６〜図７を用いて説明する。加熱コイル１に５０ｋＨｚ以上の周波数の電流を流す場合には表皮効果がより大きくなり、電流は更に表面付近を流れ、表皮抵抗がおおきくなることになる。この表皮抵抗の上昇を防ぐ方法として加熱コイル１の各層の導体の厚さを薄くする方法があるが、積層する枚数はそれだけ多くなることになる。この場合、実施例１の様に全ての上下層を入れ替えることが困難になってくることになる。そこで、各層に流れる電流分布をある程度均一化できる方式が求められることになる。本実施例では、図６に示すように加熱コイル１を複数のブロックに分け、その中の近接する２ブロックの上下を入れ替えたものを積層していく構成としている。このように構成することで、図７に示すように、最上層（１層目）と最下層（１６層目）に集中する電流分布を抑えることができるとともに、上下の位置を入れ替えたブロックを１つのブロックとして複数積み上げる構成となるため、上下入れ替えの枚数が少なく済み、容易に実現できることになる。
【００３１】
以上のように本実施例においては、加熱コイル１の各層に流れる電流分布をある程度均一に保ちながら、層が１０層を越える様な場合においても簡易な構成で低コストな誘導加熱機用加熱コイルを実現できるものである。
【００３２】
（実施例４）
本発明の第４の実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項４に係わる。
【００３３】
図８は本実施例の加熱コイルの構成を示す図である。誘導加熱装置の構成は従来例と同一であるが、複数に分けたブロック毎に上下を反転させる点が異なっている。また図９は本実施例の構成をとった場合の各層の電流分布を示している。
【００３４】
以下本実施例に関して図８〜図９を用いて説明する。加熱コイル１の各層に流れる電流分布を均一にするため、実施例２で示した様に複数のブロックの上下関係を入れ替える方式が有効である。この方式をより簡易に実現できる方式として本実施例では加熱コイル１の各層を複数のブロックに分け、各ブロック毎に層を反転する方式としている。この方式でも図９に示す様に各層に流れる電流分布を均一に保つことができ、かつ層の入れ替えを巻き回し途中でねじるだけで実現できるため、より簡易な構成で層の入れ替えを実現することが可能となる。
【００３５】
以上の様に本実施例においては、加熱コイル１の各層に流れる電流分布を均一に保ちながら、簡易な構成で低コストな誘導加熱機用加熱コイルを実現するものである。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明によれば、各層に流れる電流分布が均一になり、特定の層での損失による発熱を抑えることが可能な加熱コイルを実現できるものである。
【００３７】
また、請求項２記載の発明によれば、各層に流れる電流分布の均一性が容易に確保されると共に、特定の層での損失による発熱が大きくなることを解決できるとともに、簡易な構成で低コストな加熱コイルを実現できるものである。
【００３８】
また、請求項３記載の発明によれば、各層に流れる電流分布をある程度均一に保ちながら、層が１０層を越える様な場合においても簡易な構成で低コストな加熱コイルを実現できるものである。
【００３９】
また、請求項４記載の発明によれば、各層に流れる電流分布をある程度均一に保ちながら、より簡易な構成で低コストな加熱コイルを実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 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
【図２】 同、各層の電流分を示す図
【図３】 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
【図４】 同、各層の電流分を示す図
【図５】 同、加熱コイル作製時の方法を示す図
【図６】 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
【図７】 同、各層の電流分を示す図
【図８】 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
【図９】 同、各層電流分を示す図
【図１０】 従来の誘導加熱装置用加熱コイルの構成を示す断面図
【図１１】 同、各層電流分を示す図
【図１２】 同、誘導加熱装置の構成を示す図
【図１３】 従来の誘導加熱装置用加熱コイルの全反転の構成を示す断面図
【図１４】 同、各層電流分を示す図
【符号の説明】
１ 加熱コイル
２ 被加熱物
５ トッププレート
６ 筐体
７ コイルベース
８ インバータ
Claims (4)
- 層状に重ねられた渦巻き状の平板の電気導体であって、前記電気導体は巻回し途中に少なくとも１回以上、被加熱物に１番近い層と第１非表面層とを入れ替えるとともに、前記第１非表面層とは異なる第２非表面層と最下層とを入れ替えることを特徴とする誘導加熱装置用加熱コイル。
- 層状に重ねられた渦巻き状の平板の電気導体を被加熱物に１番近い層と第１非表面層を含むブロックと、記第１非表面層とは異なる第２非表面層と最下層を含むブロックとし、前記電気導体は巻回し途中に少なくとも１回以上、被加熱物に１番近い層と第１非表面層を含むブロックと、前記第２非表面層と最下層を含むブロックとを入れ替えることにより、被加熱物に１番近い層と前記第２非表面層とを入れ替えるとともに、前記第１非表面層と前記最下層とを入れ替えることを特徴とする誘導加熱装置用加熱コイル。
- 層状に重ねられた渦巻き状の平板の電気導体を被加熱物に１番近い層を含むブロックと、第１非表面層を含むブロックと、前記第１非表面層とは異なる第２非表面層を含むブロックと、最下層を含むブロックとし、
前記電気導体は巻回し途中に少なくとも１回以上、被加熱物に１番近い層を含むブロックと前記第１非表面層を含むブロックとを入れ替え、前記第２非表面層を含むブロックと最下層を含むブロックとを入れ替えることにより、被加熱物に１番近い層と前記第１非表面層とを入れ替えるとともに、前記第２非表面層と前記最下層とを入れ替えることを特徴とする誘導加熱装置用加熱コイル。 - 層状に重ねられた渦巻き状の平板の電気導体を被加熱物に１番近い層と第１非表面層を含むブロックと、記第１非表面層とは異なる第２非表面層と最下層を含むブロックとし、
各ブロック毎の上下関係を入れ替えることにより、
前記被加熱物に１番近い層と前記第１非表面層とを入れ替えるとともに、前記第２非表面層と前記最下層とを入れ替えることを特徴とする誘導加熱装置用加熱コイル。
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