JP4457500B2 - 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８〜１２を用いて説明する。図８は従来の誘導加熱調理器の断面図で、１は加熱コイル２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、２は被加熱物１を誘導加熱する加熱コイル、３は加熱コイル２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２と接続されている。４は被加熱物１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。５は筐体、６は加熱コイル２を載置するコイル台、７はコイル台６に埋設されている磁性体で、材質はフェライトである。磁性体７は加熱コイル２から発生する高周波磁界を効率よく被加熱物１に供給させる目的で用いられている。８は冷却装置で、加熱コイル２の冷却のために加熱コイル２側面から軸流ファンなどを用いて強制空冷にて冷却している。
【０００３】
コイル台６を上から見た図を図９に示す。図９に示すように加熱コイル２のコイル線は渦巻き状に巻回されており、そのコイル線は、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されている。素線の材質は銅で、その表面は樹脂材料の電気絶縁物で自己融着可能な材質によって覆われており、それぞれの素線が電気的に接続されないようになっている。コイル線間は密着しており、自己融着効果によって接着されて、その形状を保持している。一般に加熱コイル２の温度はその発熱により１５０〜１８０℃となるため、電気絶縁物の耐熱も１５０〜１８０℃必要である。それぞれの素線は加熱コイル２の始端及び終端にて電気的に接続している。加熱コイル２のコイル線をこのような細い素線を用いている理由は、加熱コイル２に流れる周波数２０〜３０ｋＨｚ程度の高周波電流が、表皮効果によりコイル線表面に電流が集中するため、コイル線の表面積を大とする必要があるからである。
【０００４】
また撚り合わせている理由は、加熱コイル２が発生する高周波磁界により加熱コイル２のコイル線間に作用する近接効果によって、コイル線に流れる電流分布が不均一となることを防ぐためである。
【０００５】
図１０は、加熱コイルの高周波抵抗の概略特性を示す図で、数十ＭＨｚにおいて、高周波抵抗のピークが存在することがわかる。この理由は加熱コイルの巻回中にコイル線間に発生する浮遊容量とコイルのインダクタンス分の共振によるものであり、その値は、浮遊容量をＣ、インダクタンスをＬとすると、
ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））
で与えられるものである。本従来例の場合、インダクタンス分は数十μＨであり、浮遊容量は数十ｐＦとなる。電気的な等価回路を図１２に示す。
【０００６】
図１１は、本従来例で使用される周波数帯における高周波抵抗の増加を縦軸を拡大して見た図である。この図に示すように、共振周波数によるピークの裾野が低い周波数での高周波抵抗の上昇に寄与している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この様な従来の誘導加熱装置では、以下に示す課題があった。すなわち、上記したように加熱コイルは、その作製工数や部品コストが大きく、結果商品のコスト上昇をまねくという第１の課題と、加熱コイルに流れる高周波電流の周波数が高くなればなるほど、加熱コイルの損失が極めて大きくなるという第２の課題である。
【０００８】
第１の課題を解決するために、近年加熱コイルの製造工程及び製造コストを低減し、安価な装置を提供する目的で、特開昭６０−２４３９９６あるいは特開平４−３３７６０６のように、導電板を渦巻き状に打ち抜く等の工法で、撚り線を用いない簡素なコイル線の加熱コイルが提案されている。
【０００９】
しかし、この様な撚り線を用いない単層の誘導加熱装置用加熱コイルにおいては、表皮効果による影響を回避することが困難で、加熱コイルの損失は従来よりも大きくなり、加熱効率の低下や冷却装置の大型化が問題となる。
【００１０】
また、表皮効果による影響を回避するために、流れる高周波電流と電気導体材質に応じた表皮深さに対して十分薄い層とし、複数の層を重ねる方法も別途開示されているが、このような方法においても、上記周波数アップ時の損失増加の課題は解決できない。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決し、簡素な構成で加熱コイル損失及び必要冷却を低減し、安価かつ高加熱効率の誘導加熱装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【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、電気導体を渦巻き状に巻回し、前記電気導体の線間に電極を設け、前記電極はアース接続され電気導体を渦巻き状に巻回し、前記電気導体の線間に電極を設け、前記電極はアース接続し、前記電極と前記アース間にコンデンサによる共振周波数付近での抵抗成分を挿入した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】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、電気導体を渦巻き状に巻回し、前記電気導体の線間に電極を設け、前記電極はアース接続さ電気導体を渦巻き状に巻回し、前記電気導体の線間に電極を設け、前記電極はアース接続し、前記電極と前記アース間にコンデンサによる共振周波数付近での抵抗成分を挿入した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。
機器からの漏れ電流を小とすることが可能となり、さらに高効率とすることが可能となるものである。
【００１４】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の第１の実施例について図１〜４を用いて説明する。図１は加熱コイル１０と被加熱物１２の位置関係を示した図で、被加熱物１２の下側に加熱コイル１０は設けられている。図２は加熱コイル１０の詳細を示す図で、１１は、高周波電流が流れることにより、高周波磁界を発生する渦巻き状に巻回された電気導体で本実施例の場合は銅線を用いている。この渦巻きのターン数は、図２においては簡易的に図示するため７ターン程度であるが実際には被加熱物１２の形状、材質などにより様々であり、通常の鉄鍋などを加熱する誘導加熱調理器においては、例えば２０〜３０ターン程度である。１３は電気導体１１の線間に設けられた、電極で、電気導体１１とは電気的に絶縁されている。またこの電極１３はアース接続されている。以上の構成を等価回路に置き換えた図が、図３である。図３に示すように本構成では、加熱コイル線間に発生する浮遊容量の間に電極１３が設けられかつ接地されている。従って浮遊容量は電気的に存在しないことになる。以上より従来例で述べた共振の発生または、十分な低減が可能となり、結果高周波領域での抵抗を小さくすることが可能となる。図４はこの場合の周波数−高周波抵抗の図である。図に示すように本構成によれば、従来の共振によるピークはなくなる。以上より、簡単な構成で、高周波抵抗の上昇を回避でき、損失が小さく、高効率の誘導加熱装置が実現可能となる。
【００１５】
（実施例２）
以下、本発明の第２の実施例について図５を用いて説明する。図５は本構成の加熱コイル１０の詳細を示した図で、電気導体１１の上に電気絶縁体２０を介して電極１３をアルミ蒸着して形成している。本構成によりあらかじめ電気導体１１の上に電極１３を形成して巻回することが可能となり、より低コストの誘導加熱装置用加熱コイルを実現できる。
【００１６】
（実施例３）
以下、本発明の第３の実施例について図６を用いて説明する。図６は本構成の加熱コイル１０の等価回路を示した図で、電気導体１１の線間に設けられた電極１３は抵抗成分２４を介して接地されている。以上より機器からの漏れ電流を抵抗成分２４により低減することが可能となり、第２の実施例よりもさらに高効率の誘導加熱装置用加熱コイルを実現できるものである。
【００１７】
（実施例４）
以下、本発明の第４の実施例について図７を用いて説明する。図７は本構成の加熱コイル１０の等価回路を示した図で、電気導体１１の線間に設けられた電極１３はコンデンサによる特定周波数での抵抗成分２５を介して接地されている。以上より機器からの漏れ電流を特定周波数（すなわち共振周波数付近で抵抗成分があればよい）での抵抗成分２５により低減することが可能となり、第３の実施例よりもさらに高効率の誘導加熱装置用加熱コイルを実現できるものである。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、さらに低損失すなわち高効率の誘導加熱装置用加熱コイルを実現できる。
【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と被加熱物の位置関係を示す図
【図２】 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３】 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等価回路を示す図
【図４】 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高周波抵抗の特性を示す図
【図５】 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等価回路を示す図
【図７】 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等価回路を示す図
【図８】 従来の誘導加熱装置の部品構成を示す断面図
【図９】 同、加熱コイルを上から見た図
【図１０】 同、加熱コイルの高周波抵抗の特性を示す図
【図１１】 同、加熱コイルの高周波抵抗の特性の拡大図
【図１２】 同、加熱コイルの等価回路を示す図
【符号の説明】
１０ 加熱コイル
１１ 電気導体
１３ 電極
２０ 電気絶縁体
２４ 抵抗成分
２５ 抵抗成分
【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８〜１２を用いて説明する。図８は従来の誘導加熱調理器の断面図で、１は加熱コイル２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、２は被加熱物１を誘導加熱する加熱コイル、３は加熱コイル２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２と接続されている。４は被加熱物１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。５は筐体、６は加熱コイル２を載置するコイル台、７はコイル台６に埋設されている磁性体で、材質はフェライトである。磁性体７は加熱コイル２から発生する高周波磁界を効率よく被加熱物１に供給させる目的で用いられている。８は冷却装置で、加熱コイル２の冷却のために加熱コイル２側面から軸流ファンなどを用いて強制空冷にて冷却している。
【０００３】
コイル台６を上から見た図を図９に示す。図９に示すように加熱コイル２のコイル線は渦巻き状に巻回されており、そのコイル線は、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されている。素線の材質は銅で、その表面は樹脂材料の電気絶縁物で自己融着可能な材質によって覆われており、それぞれの素線が電気的に接続されないようになっている。コイル線間は密着しており、自己融着効果によって接着されて、その形状を保持している。一般に加熱コイル２の温度はその発熱により１５０〜１８０℃となるため、電気絶縁物の耐熱も１５０〜１８０℃必要である。それぞれの素線は加熱コイル２の始端及び終端にて電気的に接続している。加熱コイル２のコイル線をこのような細い素線を用いている理由は、加熱コイル２に流れる周波数２０〜３０ｋＨｚ程度の高周波電流が、表皮効果によりコイル線表面に電流が集中するため、コイル線の表面積を大とする必要があるからである。
【０００４】
また撚り合わせている理由は、加熱コイル２が発生する高周波磁界により加熱コイル２のコイル線間に作用する近接効果によって、コイル線に流れる電流分布が不均一となることを防ぐためである。
【０００５】
図１０は、加熱コイルの高周波抵抗の概略特性を示す図で、数十ＭＨｚにおいて、高周波抵抗のピークが存在することがわかる。この理由は加熱コイルの巻回中にコイル線間に発生する浮遊容量とコイルのインダクタンス分の共振によるものであり、その値は、浮遊容量をＣ、インダクタンスをＬとすると、
ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））
で与えられるものである。本従来例の場合、インダクタンス分は数十μＨであり、浮遊容量は数十ｐＦとなる。電気的な等価回路を図１２に示す。
【０００６】
図１１は、本従来例で使用される周波数帯における高周波抵抗の増加を縦軸を拡大して見た図である。この図に示すように、共振周波数によるピークの裾野が低い周波数での高周波抵抗の上昇に寄与している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この様な従来の誘導加熱装置では、以下に示す課題があった。すなわち、上記したように加熱コイルは、その作製工数や部品コストが大きく、結果商品のコスト上昇をまねくという第１の課題と、加熱コイルに流れる高周波電流の周波数が高くなればなるほど、加熱コイルの損失が極めて大きくなるという第２の課題である。
【０００８】
第１の課題を解決するために、近年加熱コイルの製造工程及び製造コストを低減し、安価な装置を提供する目的で、特開昭６０−２４３９９６あるいは特開平４−３３７６０６のように、導電板を渦巻き状に打ち抜く等の工法で、撚り線を用いない簡素なコイル線の加熱コイルが提案されている。
【０００９】
しかし、この様な撚り線を用いない単層の誘導加熱装置用加熱コイルにおいては、表皮効果による影響を回避することが困難で、加熱コイルの損失は従来よりも大きくなり、加熱効率の低下や冷却装置の大型化が問題となる。
【００１０】
また、表皮効果による影響を回避するために、流れる高周波電流と電気導体材質に応じた表皮深さに対して十分薄い層とし、複数の層を重ねる方法も別途開示されているが、このような方法においても、上記周波数アップ時の損失増加の課題は解決できない。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決し、簡素な構成で加熱コイル損失及び必要冷却を低減し、安価かつ高加熱効率の誘導加熱装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【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、電気導体を渦巻き状に巻回し、前記電気導体の線間に電極を設け、前記電極はアース接続され電気導体を渦巻き状に巻回し、前記電気導体の線間に電極を設け、前記電極はアース接続し、前記電極と前記アース間にコンデンサによる共振周波数付近での抵抗成分を挿入した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】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、電気導体を渦巻き状に巻回し、前記電気導体の線間に電極を設け、前記電極はアース接続さ電気導体を渦巻き状に巻回し、前記電気導体の線間に電極を設け、前記電極はアース接続し、前記電極と前記アース間にコンデンサによる共振周波数付近での抵抗成分を挿入した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。
機器からの漏れ電流を小とすることが可能となり、さらに高効率とすることが可能となるものである。
【００１４】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の第１の実施例について図１〜４を用いて説明する。図１は加熱コイル１０と被加熱物１２の位置関係を示した図で、被加熱物１２の下側に加熱コイル１０は設けられている。図２は加熱コイル１０の詳細を示す図で、１１は、高周波電流が流れることにより、高周波磁界を発生する渦巻き状に巻回された電気導体で本実施例の場合は銅線を用いている。この渦巻きのターン数は、図２においては簡易的に図示するため７ターン程度であるが実際には被加熱物１２の形状、材質などにより様々であり、通常の鉄鍋などを加熱する誘導加熱調理器においては、例えば２０〜３０ターン程度である。１３は電気導体１１の線間に設けられた、電極で、電気導体１１とは電気的に絶縁されている。またこの電極１３はアース接続されている。以上の構成を等価回路に置き換えた図が、図３である。図３に示すように本構成では、加熱コイル線間に発生する浮遊容量の間に電極１３が設けられかつ接地されている。従って浮遊容量は電気的に存在しないことになる。以上より従来例で述べた共振の発生または、十分な低減が可能となり、結果高周波領域での抵抗を小さくすることが可能となる。図４はこの場合の周波数−高周波抵抗の図である。図に示すように本構成によれば、従来の共振によるピークはなくなる。以上より、簡単な構成で、高周波抵抗の上昇を回避でき、損失が小さく、高効率の誘導加熱装置が実現可能となる。
【００１５】
（実施例２）
以下、本発明の第２の実施例について図５を用いて説明する。図５は本構成の加熱コイル１０の詳細を示した図で、電気導体１１の上に電気絶縁体２０を介して電極１３をアルミ蒸着して形成している。本構成によりあらかじめ電気導体１１の上に電極１３を形成して巻回することが可能となり、より低コストの誘導加熱装置用加熱コイルを実現できる。
【００１６】
（実施例３）
以下、本発明の第３の実施例について図６を用いて説明する。図６は本構成の加熱コイル１０の等価回路を示した図で、電気導体１１の線間に設けられた電極１３は抵抗成分２４を介して接地されている。以上より機器からの漏れ電流を抵抗成分２４により低減することが可能となり、第２の実施例よりもさらに高効率の誘導加熱装置用加熱コイルを実現できるものである。
【００１７】
（実施例４）
以下、本発明の第４の実施例について図７を用いて説明する。図７は本構成の加熱コイル１０の等価回路を示した図で、電気導体１１の線間に設けられた電極１３はコンデンサによる特定周波数での抵抗成分２５を介して接地されている。以上より機器からの漏れ電流を特定周波数（すなわち共振周波数付近で抵抗成分があればよい）での抵抗成分２５により低減することが可能となり、第３の実施例よりもさらに高効率の誘導加熱装置用加熱コイルを実現できるものである。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、さらに低損失すなわち高効率の誘導加熱装置用加熱コイルを実現できる。
【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と被加熱物の位置関係を示す図
【図２】 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３】 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等価回路を示す図
【図４】 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高周波抵抗の特性を示す図
【図５】 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等価回路を示す図
【図７】 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等価回路を示す図
【図８】 従来の誘導加熱装置の部品構成を示す断面図
【図９】 同、加熱コイルを上から見た図
【図１０】 同、加熱コイルの高周波抵抗の特性を示す図
【図１１】 同、加熱コイルの高周波抵抗の特性の拡大図
【図１２】 同、加熱コイルの等価回路を示す図
【符号の説明】
１０ 加熱コイル
１１ 電気導体
１３ 電極
２０ 電気絶縁体
２４ 抵抗成分
２５ 抵抗成分
Claims (1)
- 電気導体を渦巻き状に巻回し、前記電気導体の線間に電極を設け、前記電極はアース接続し、前記電極と前記アース間にコンデンサによる共振周波数付近での抵抗成分を挿入したことを特徴とする誘導加熱装置用加熱コイル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001029070A JP4457500B2 (ja) | 2001-02-06 | 2001-02-06 | 誘導加熱装置用加熱コイル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001029070A JP4457500B2 (ja) | 2001-02-06 | 2001-02-06 | 誘導加熱装置用加熱コイル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002231431A JP2002231431A (ja) | 2002-08-16 |
| JP4457500B2 true JP4457500B2 (ja) | 2010-04-28 |
Family
ID=18893456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001029070A Expired - Fee Related JP4457500B2 (ja) | 2001-02-06 | 2001-02-06 | 誘導加熱装置用加熱コイル |
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|---|---|---|---|---|
| JP4613425B2 (ja) * | 2001-02-06 | 2011-01-19 | パナソニック株式会社 | 誘導加熱装置用加熱コイル |
| JP4765173B2 (ja) * | 2001-02-06 | 2011-09-07 | パナソニック株式会社 | 誘導加熱装置用加熱コイル |
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2001
- 2001-02-06 JP JP2001029070A patent/JP4457500B2/ja not_active Expired - Fee Related
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