JP5076181B2 - 誘導加熱コイル - Google Patents

Description

この発明は、誘導加熱装置に用いられる誘導加熱コイルに関するものである。

誘導加熱調理器などにおいて用いられる誘導加熱コイルは、表面が絶縁された銅細線を複数本だけ撚り合わせてなるリッツ線を加熱コイル台上に渦巻き状に巻回することによって構成されている。そして、この誘導加熱コイルにインバータから高周波電流を供給することによって磁界を生じさせる。この誘導コイル上に載置された金属製鍋などに渦電流を誘起させ、その際に流れる渦電流のジュール熱によって金属製鍋の誘導加熱を行う（特許文献１参照）。
特開昭６１−２４０５８６号公報

ところで、誘導加熱コイルによって、抵抗率が低い金属体や非磁性金属体を発熱させるためには、誘導加熱コイルに流れる電流の周波数、誘導加熱コイルの巻数、誘導加熱コイルに供給する電流を増加する必要があるが、従来の誘導加熱コイルでは損失が大きいため、これ以上の増加には自ずと制限がある、これらを増加するためには、コイル損失を低減する必要が生じる。

コイル損失を低減するためには、従来よりも銅細線を細径とし、より一層多くの本数を撚り束ねて断面積を大きくし、表皮効果を低減すると共に、銅細線間の相互作用から電流の偏りとなる近接効果を抑制する必要がある。また、コイルは発熱を生じるため、銅細線間の空気層で生じる熱のこもりを排除する必要がある。さらに、銅細線を被覆する絶縁体は、高温に耐用可能な絶縁種のものである必要もある。このように、磁束量が多く、また磁束密度の高い誘導加熱コイルを得ようとすれば、細線化、絶縁材の薄層化、強度及び絶縁性の確保、耐熱化、表皮効果・近接効果の低減を同時に行える誘導加熱コイルが必要となるが、このような誘導加熱コイルは加工が非常に困難で、かつ著しく高価なものとなってしまう。

この発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、必要な磁束量と電流耐量を有する小型で高性能な誘導加熱コイルを提供することにある。

そこで、この発明の誘導加熱コイルは、絶縁基体１２に渦巻き状に金属帯状体１３を形成してなるコイル要素１１を複数積層した誘導加熱コイルであって、金属帯状体１３の一方の端部は、絶縁基体１２の外周端部に沿って形成された端部金属体１５に接続され、金属帯状体１３の他方の端部は、絶縁基体１２の中央部に形成された内部金属体１６に接続され、また、内部金属体１６は、絶縁基体１２に設けられた貫通孔１４の周囲に形成され、絶縁基体１２の外周端部、及び貫通孔１４の内周部を電極引出部としたことを特徴としている。

また、上記金属帯状体１３は蛇行部分を有することを特徴としている。さらに、上記絶縁基体１２は絶縁フィルムであり、金属帯状体１３、端部金属体１５、及び内部金属体１６は蒸着金属であり、また、端部金属体１５が設けられた絶縁基体１２の端部、及び貫通孔１４の内周に金属溶射をすることにより、積層した絶縁基体１２の各層の端部金属体１５、及び各層の内部金属体１６を共通接続したことを特徴としている。この貫通孔１４の内周部で周方向に短絡しないように絶縁部３４を設け、この絶縁部３４を除いて金属溶射をしたことを特徴としている。

上記誘導加熱コイルによれば、複数の銅細線を撚り束ねるのではなく、複数の金属帯状体１３を絶縁基体１２を介して積層した構造となされていることから、表皮効果、近接効果を低減することができ、このためコイル要素１１の積層枚数を必要に応じて増加し、直列または並列接続することが可能となり、この結果、必要な磁束量や電流耐量を有する誘導加熱コイルを容易に提供できる。また、金属帯状体１３の近傍において、空気層の発生を抑制できることから、空気層内への熱の閉じこもりに起因する温度上昇を防止できる。

さらに、金属帯状体１３に蛇行部分を形成した場合には、電流の偏りとなる近接効果がキャンセルでき、この結果、コイル損失が低減でき、必要な磁束量を確保できる。殊に、絶縁基体１２を絶縁フィルムとし、金属帯状体１３、端部金属体１５、及び内部金属体１６を金属蒸着によって形成し、また、絶縁基体１２の端部、及び貫通孔１４の内周に金属溶射によって電極部３１、３３を形成する場合には、容易かつ安価に製造できるのに加えて、金属帯状体１３の渦巻きパターン変更が容易に行えることになるので、必要な磁束量、電流耐量を容易に得ることが可能となる。

次に、この発明の誘導加熱コイルの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１には、この誘導加熱コイルを構成するための第１加熱コイル要素１１を示している。これは、平面視概略四角形の絶縁基体１２と、絶縁基体１２上に渦巻き状に形成された金属帯状体１３とより成るものである。この絶縁基体１２の中央部には貫通孔１４が形成されており、また、金属帯状体１３は外周部から内周部にかけて反時計回りに渦巻き状に形成されている。金属帯状体１３の一方の端部（外周側の端部の一部）は、絶縁基体１２の特定（図において左側）の辺（外周端部）に沿うように形成された端部金属体１５に接続されている。また、金属帯状体１３の他方の端部（内周側の端部）は、上記貫通孔１４の周囲において、その半周程度の長さに形成された内部金属体１６に接続されている。なお、上記端部金属体１５、及び内部金属体１６はそれぞれ外部電極及び内部電極となる部分である。そしてこの場合、絶縁基体１２は、厚さ数μｍ程度の絶縁フィルムを用い、金属帯状体１３は、絶縁フィルム１２上に、厚さ数千〜数百Å程度の金属蒸着を施すことに形成されている。

また、この実施形態の誘導加熱コイルは、第２コイル要素２１を用いるが、この第２コイル要素は、図２に示すように、上記第１コイル要素１１を、貫通孔１４を中心に１８０度だけ回転させたものであって、第１コイル要素と同様に、絶縁基体２２、金属帯状体２３、貫通孔２４、端部金属体２５、内部金属体２６を有している。

次いで、誘導加熱コイルの必要磁束量・電流耐量に応じて複数枚の第１コイル要素１１と第２コイル要素２１とを準備し、図３に示すように、これらを各貫通孔１４、２４の軸心が一致するように交互に積層し、その両側から各端部金属体１５、２５に金属溶射して電極部３１、３２を形成することによって、各端部金属体１５、２５を共通接続する。また、各貫通孔１４、２４の内周部にも金属溶射し電極部３３（図７参照）を施し共通接続する。この貫通孔１４、２４への溶射に際しては、周方向に短絡電流が流れること、すなわちワンターン短絡が生じるのを防止するため、各貫通孔１４、２４の内周部に絶縁部３４（図７参照）を形成しておく。この絶縁部３４は、貫通孔１４、２４の内周部に切欠きを設け、この部分で溶射層が形成されないようにすることによって形成可能である。そしてこのように電極部３１、３２、３３を形成した後、電気的な結線処理を施し、必要に応じてケース３５に収納すると共に、樹脂モールド３６を施して誘導加熱コイルを製造する。なお、図７において、３７、３８は上記電極部３１、３２に接続した外部引出端子、３９は上記電極部３３に接続した外部引出端子である。

上記誘導加熱コイルによれば、金属帯状体１３、２３に高周波電流を流すことにより磁束が発生し、誘導加熱コイルの上部に配置した金属製鍋などを加熱できる。この場合、金属帯状体１３、２３の厚さを数百〜数千Åとすることによって、表皮効果が低減できるのに加えて、数μｍの絶縁基体１２、２２を用いることによって、小型化が可能となる。また、各コイル要素１１、２１の形成作業、積層作業、電極部３１、３２、３３の形成作業が容易であることから低コストに構成可能な誘導加熱コイルを提供できる。さらに、金属帯状体１３、２３の渦巻き数や幅、及び各コイル要素１１、２１の積層枚数を変更することによって、必要な磁束量や電流耐量に容易に合わせることができ、小形・安価・高性能な誘導加熱コイルを実現できる。特に、金属帯状体１３、２３を金属蒸着法によって形成する場合には、非蒸着用オイルを付着させた絶縁フィルム上に金属を蒸着するが、このような方法によれば、非蒸着用オイルを塗布するための塗布ロールを変更することによって、渦巻き数、幅を変更できるので、必要な磁束量、電流耐量が容易に得られることになる。さらに、各コイル要素１１、２１を所定枚数だけ積層して単位コイルを構成し、この単位コイルを複数個積層し、かつ各単位コイルを直列または並列接続することにより必要な磁束量、電流耐量が容易に得られる。

図４〜図６には、変更例を示している。この変更例においては、第１コイル要素１１と第２コイル要素２１とにおいて、各金属帯状体１３、２３を滑らかな渦巻き状にするのではなく、図４、図５に示すように、スネーク状に蛇行させた形状にしてある点に特徴を有している。そして、図６に示すように、両コイル要素を積層した際に、両金属帯状体１３、２３がツイストされた状態（交互に交差し合う状態）となる。このように金属帯状体１３、２３を配置することによって、電流の偏りとなる近接効果がキャンセルでき、この結果、コイル損失が低減でき、必要な磁束量を確保できる。なお、これ以外の部分は、上記実施形態と全く同様であり、また、全く同様の作用効果が得られるので、その説明を省略する。上記では、金属帯状体１３、２３の電流キャンセルについて説明したが、上記とは異なるパターンの金属帯状体が形成された多くのコイル要素を用いて積層しても同様の効果が得られる。

図８には、さらに他の変更例を示している。これは一対の第１コイル要素１１と第２コイル要素２１とにおいて、各金属帯状体１３ａ、２３ａを、上記同様に、スネーク状に蛇行させた形状にして交互に交差し合う状態としている。そして、その下側に別の一対の第１コイル要素１１と第２コイル要素２１とを配置すると共に、これらの各金属帯状体１３ｂ、２３ｂを上記同様にスネーク状に蛇行させた形状にして交互に交差し合う状態ではあるが、上側の各金属帯状態１３ａ、２３ａとは位置をずらせて形成している。そして、さらにその下側にさらに別の一対の第１コイル要素１１と第２コイル要素２１とを配置すると共に、これらの各金属帯状体１３ｃ、２３ｃを上記同様の形状として交互に交差し合う状態ではあるが、上側の各金属帯状態１３ｂ、２３ｂとは、さらに位置をずらせて形成している。このようにパターン種類を増加することによって、より一段と複雑な重なりを実現することが可能となり、一段と発生磁束量を向上することができる。この変更例においても、上記同様の作用効果が得られる。

以上にこの発明の誘導加熱コイルの具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施形態では、金属帯状体１３を金属蒸着法のよって形成しているが、これは、銅やアルミニウムなどの金属箔によって形成してもよい。また、上記実施形態では、第１コイル要素１１と第２コイル要素２１とを交互に積層しているが、第１コイル要素１１だけを用いて誘導加熱コイルを構成することも可能である。ただ、上記各実施形態のように、交互に積層して配置するのが好ましい。その理由は、溶射金属の端部金属体１５、２５への付着力を向上するためである。すなわち、例えば、電極部３１についていうと、上下に位置する端部金属体１５、１５の間に、第２コイル要素２１の端部金属体２５を形成していない端部が位置することによって、端部金属体１５、１５の間に隙間が形成され、この隙間の存在によって、溶射金属の端部金属体１５、１５への付着力が向上するということである。また、内部金属体１６、２６を共通接続する電極部３３は、金属溶射によって形成するだけでなく、全面リード接続などの他の方法で共通接続部を構成してもよい。

この発明の一実施形態の誘導加熱コイルおいて用いる第１コイル要素を示す平面図である。 上記実施形態の誘導加熱コイルおいて用いる第２コイル要素を示す平面図である。 上記実施形態の誘導加熱コイルのコイル要素積層状態を示す断面図である。 この発明の第２実施形態の誘導加熱コイルおいて用いる第１コイル要素を示す平面図である。 上記実施形態の誘導加熱コイルおいて用いる第２コイル要素を示す平面図である。 上記実施形態の誘導加熱コイルにおいて両コイル要素の積層状態を示す平面図である。 上記各実施形態の誘導加熱コイルをケースに収納して状態を示す簡略斜視図である。 変更例の誘導加熱コイルにおいて両コイル要素の積層状態を示す平面図である。

符号の説明

１１、２１・・第１コイル要素、１２、２２・・絶縁基体、１３、２３・・金属帯状体、１４、２４・・貫通孔、１５、２５・・端部金属体、１６、２６・・内部金属体、３１、３２、３３・・電極部

Claims (4)

1. 絶縁基体（１２）に渦巻き状に金属帯状体（１３）を形成してなるコイル要素（１１）を複数積層した誘導加熱コイルであって、金属帯状体（１３）の一方の端部は、絶縁基体（１２）の外周端部に沿って形成された端部金属体（１５）に接続され、金属帯状体（１３）の他方の端部は、絶縁基体（１２）の中央部に形成された内部金属体（１６）に接続され、また、内部金属体（１６）は、絶縁基体（１２）に設けられた貫通孔（１４）の周囲に形成され、絶縁基体（１２）の外周端部、及び貫通孔（１４）の内周部を電極引出部としたことを特徴とする誘導加熱コイル。
2. 上記金属帯状体（１３）は蛇行部分を有することを特徴とする請求項１の誘導加熱コイル。
3. 上記絶縁基体（１２）は絶縁フィルムであり、金属帯状体（１３）、端部金属体（１５）、及び内部金属体（１６）は蒸着金属であり、また、端部金属体（１５）が設けられた絶縁基体（１２）の端部、及び貫通孔（１４）の内周に金属溶射をすることにより、積層した絶縁基体（１２）の各層の端部金属体（１５）、及び各層の内部金属体（１６）を共通接続したことを特徴する請求項１または請求項２の誘導加熱コイル。
4. 上記貫通孔（１４）の内周部で周方向に短絡しないように絶縁部（３４）を設け、この絶縁部（３４）を除いて金属溶射をしたことを特徴とする請求項３の誘導加熱コイル。