JP4924683B2 - 誘導加熱装置用加熱コイル - Google Patents
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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。
従来の誘導加熱装置の加熱構造について、誘導加熱調理器を例に取り上げ、図４〜５を用いて説明する。
図４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。
次に、コイル台６を上から見た図を図５に示す。図５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。
ここで、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。
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。
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。
なお、図５に示すコイルのターン数は簡易的に示したものであり、実際のターン数は約２０ターン以上である。
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、その結果、商品のコスト上昇をまねくという課題である。特に加熱コイルは複数の素線を撚り合わせる構成であり、その作製工数は極めて大きいものである。また、素線を覆っている耐熱の高い樹脂材料はコストが高く、かつ熱伝導率が低いため、素線から発生する熱を封じ、加熱コイルの温度上昇が高くなることから、その必要冷却が大きくなり、冷却装置の大型化などコストアップの要因となっている。
こういった背景から、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ために、特開昭６０−２４３９９６号あるいは特開平４−３３７６０６号に記載された発明のように、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。
しかして、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ある。
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、その場合でも各層間に電気絶縁材料を設けており、高価な高耐熱樹脂材料と、大きな冷却装置が必要である。さらにこのような複数の層に構成した場合は、各層間において、近接効果が発生し、結果各層に流れる電流の偏りが生じて、損失が大となる課題も有している。
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。
上記課題を解決するために本発明は、複数の素線からなる第１の電気導体を渦巻き状に巻回して加熱コイルを構成し、渦巻き状に巻回された前記第１の電気導体間は空隙により電気的に絶縁されており、前記第１の電気導体は、複数層の素線で構成され、第１の電気導体の層間にだけ第１の電気導体よりも電気抵抗が大なる第２の電気導体を設け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。
以上のように、請求項１記載の発明によれば、表皮効果による電流分布の偏りを回避して、加熱コイルの損失を低減し、さらに放熱良として、必要冷却を少なくしていることから、装置の小形化、低コスト化、さらに効率向上も可能となる誘導加熱装置を極めて簡素な構成で実現できるものである。
また、請求項２記載の手段によれば、素線間で発生する近接効果を低減し、加熱コイルのさらなる低損失化が可能となるので、一層安価な誘導加熱装置を実現できるものである。
請求項１記載の発明は、複数の素線からなる第１の電気導体を渦巻き状に巻回して加熱コイルを構成し、渦巻き状に巻回された前記第１の電気導体間は空隙により電気的に絶縁されており、前記第１の電気導体は、複数層の素線で構成され、第１の電気導体の層間にだけ第１の電気導体よりも電気抵抗が大なる第２の電気導体を設けたことを特徴とする誘導加熱装置用加熱コイルとしたことにより、素線の電気導体よりも抵抗が大で、高耐熱樹
脂材料よりも熱伝導率が高くかつ安価な、例えばカーボンのような第２の電気導体を第１の電気導体の層間に設け、かつ第１の電気導体の間は電気絶縁されているため、同電位なる第１の電気導体の層間においては、十分な表皮効果回避が可能となり、かつ高価な樹脂電気絶縁材料が不要となり、さらに必要冷却も小となって、安価な誘導加熱装置を実現することが可能となる。
脂材料よりも熱伝導率が高くかつ安価な、例えばカーボンのような第２の電気導体を第１の電気導体の層間に設け、かつ第１の電気導体の間は電気絶縁されているため、同電位なる第１の電気導体の層間においては、十分な表皮効果回避が可能となり、かつ高価な樹脂電気絶縁材料が不要となり、さらに必要冷却も小となって、安価な誘導加熱装置を実現することが可能となる。
請求項２記載の発明は、特に、第２の電気導体について、少なくとも透磁率が１より大きい材質としたことにより、素線間の近接効果を回避することが可能となり、より低損失の加熱コイルとなるため、さらに安価な誘導加熱装置を実現することが可能となる。
（実施例１）
以下、本発明の第１の実施例について図１〜２を用いて説明する。図１は第１の電気導体１１と被加熱物１２の位置関係を示した図である。図２は第１の電気導体の詳細を示す図で、１２は誘導加熱される被加熱物、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第１の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４ターン程度であるが実際には２０〜５０ターン程度である。以下渦巻き状に巻回した第１の電気導体を加熱コイルと呼ぶ。加熱コイルの内径はφ５０ｍｍ程度、外形は通常加熱する鍋の外形を鑑みてφ１８０〜２００ｍｍ程度である。第１の電気導体１１は、本実施例の場合２層の素線で構成されており、１１ａは第１層目の電気導体で１１ｂは第２層目の電気導体である。１３は第１層目の第１の電気導体１１ａと第２層目の第１の電気導体１１ｂの間に設けられた第２の電気導体であり、その材質は本実施例の場合第１の電気導体１１の抵抗よりも約３桁高いカーボンを用いている。このカーボンの熱伝導率は一般の樹脂よりも少なくとも２桁以上高い。また第１の電気導体１１の間は本実施例の場合空隙であり、十分な電気絶縁が施されている。
以下、本発明の第１の実施例について図１〜２を用いて説明する。図１は第１の電気導体１１と被加熱物１２の位置関係を示した図である。図２は第１の電気導体の詳細を示す図で、１２は誘導加熱される被加熱物、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第１の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４ターン程度であるが実際には２０〜５０ターン程度である。以下渦巻き状に巻回した第１の電気導体を加熱コイルと呼ぶ。加熱コイルの内径はφ５０ｍｍ程度、外形は通常加熱する鍋の外形を鑑みてφ１８０〜２００ｍｍ程度である。第１の電気導体１１は、本実施例の場合２層の素線で構成されており、１１ａは第１層目の電気導体で１１ｂは第２層目の電気導体である。１３は第１層目の第１の電気導体１１ａと第２層目の第１の電気導体１１ｂの間に設けられた第２の電気導体であり、その材質は本実施例の場合第１の電気導体１１の抵抗よりも約３桁高いカーボンを用いている。このカーボンの熱伝導率は一般の樹脂よりも少なくとも２桁以上高い。また第１の電気導体１１の間は本実施例の場合空隙であり、十分な電気絶縁が施されている。
以上の構成により、加熱コイルに流れる高周波電流は、各素線の間に電気抵抗が３桁高い電気導電体を設けているので、表皮効果による電流分布の偏りは発生しない。
さらに、樹脂よりも熱伝導率が高い第２の電気導体１３を用いているため、放熱が良となり、加熱コイルの温度上昇を低減することが可能となるものである。
従来の加熱コイル構成においてその素線表面の絶縁物を本実施例のような電気導電体にした場合、加熱コイル両端に例えば６００Ｖといった高電圧が印加されるため、あまり電気抵抗が小であると漏れ電流大となり使用不能となることは言うまでもない。従って、電
気導電率が大であれば本発明の効果に近い効果が得られるものである。
気導電率が大であれば本発明の効果に近い効果が得られるものである。
（実施例２）
以下、本発明の第２の実施例について図３を用いて説明する。図３において基本構成は第１実施例と同様であるが、第２の電気導体１４は、本実施例の場合フェライトなどの磁性体を用いている。
以下、本発明の第２の実施例について図３を用いて説明する。図３において基本構成は第１実施例と同様であるが、第２の電気導体１４は、本実施例の場合フェライトなどの磁性体を用いている。
以上より、第１の電気導体１１の素線間で発生する近接効果を低減すること可能となり、さらなる加熱コイルの低損失化が達成できる。
１１ 第１の電気導体
１３ 第２の電気導体
１４ 第２の電気導体
１３ 第２の電気導体
１４ 第２の電気導体
Claims (2)
- 複数の素線からなる第１の電気導体を渦巻き状に巻回して加熱コイルを構成し、渦巻き状に巻回された前記第１の電気導体間は空隙により電気的に絶縁されており、前記第１の電気導体は、複数層の素線で構成され、第１の電気導体の層間にだけ第１の電気導体よりも電気抵抗が大なる第２の電気導体を設けたことを特徴とする誘導加熱装置用加熱コイル。
- 第２の電気導体は、少なくとも透磁率が第１の電気導体より大きい材質としたことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱装置用加熱コイル。
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