JP2013055025A

JP2013055025A - 気泡微細化沸騰用多分割電磁コイル

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Publication number: JP2013055025A
Application number: JP2011205256A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kishioka; 俊岸岡
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2013-03-21

Abstract

【課題】均一加熱を目的にする、２分割コイルや多分割コイルは存在するが、気泡微細化沸騰を実現しようとすると、両極の磁力のバランスを均衡し、さらにギャップ間で全体にかかる磁界を調整しなければならない。その様な問題を解決するにはコイルの配分を考慮し、全体にかかる磁界を整え印加出力を分散することを目的にした、気泡微細化沸騰用多分割電磁コイルを提供することである。
【解決手段】両極となる最外周コイル（Ｌｎ）と最内周コイル（Ｌ１）との磁力バランスを、ターン数とリッツ線の線長で調整し、さらに最外周コイル（Ｌｎ）と最内周コイル（Ｌ１）の間に挿入する複数の独立したコイル（Ｌ２）、（Ｌ３）、等で磁界を分散させ、温度むらを解消し実用的な気泡微細化沸騰を可能とする、気泡微細化沸騰用多分割電磁コイルを提供する。
【選択図】図８

Description

本発明は、電磁調理器に使用する電磁コイルで、そのコイルから形成される磁界が均一且つ磁束密度が分散され温度むらを解消し、沸騰の一種である気泡微細化沸騰を可能とする、気泡微細化沸騰用電磁コイルに関するものである。

従来の電磁調理器用コイルは、密巻コイルが主流で磁束密度がドーナツ状の中心に集中し、渦電流が分散して発生しない為、均一加熱が出来なかった。

その欠点を補う為に、２分割コイルや多分割コイルが考案されたが、ある程度分散加熱の効果は発揮するものの十分な均一加熱とは言えず、本発明のように気泡微細化沸騰を成しうることは出来なかった。

特開２００８−１１７７２２号公報特開２００７−２５７９７７号公報特開平０８−０６９８６７号公報特開平０８−０５５６７８号公報実開平０６−０７０１９３号公報

江崎猛、滝本等、近藤正夫著「東芝レビューＶｏｌ．５９Ｎｏ．１１（２００４）」

しかしながら、上記特許文献１及び５に於いては、目的が均一加熱のみで気泡微細化沸騰は考慮されていない。気泡微細化沸騰の発現には、より緻密な磁界の分散化が必要で、磁束密度の粗密化を解消し温度むらを無くすことで、気泡微細化沸騰を可能とする気泡微細化沸騰用電磁コイルが、本発明により創案された。

本発明は、以下の（ａ）（ｂ）を目的とする。
（ａ）両極となる最外周コイル（Ｌｎ）の磁力と最内周コイル（Ｌ１）との磁力を均等化することで磁束密度のバランスを調整して均一加熱を実現し、気泡微細化沸騰を可能にする気泡微細化沸騰用電磁コイルを提供すること、を目的とする。
（ｂ）個々に設けた分割コイル群が互いの磁界を助長し合い、個々で形成する磁界を抑制し磁界を全体に分散して、均一加熱を実現することで気泡微細化沸騰を可能とする、気泡微細化沸騰用電磁コイルを提供すること、を目的とする。

課題を解決する為の手段

上記課題を解決する為には、両極となる最外周コイル（Ｌｎ）と最内周コイル（Ｌ１）との磁力バランスを、ターン数とリッツ線の線長で調整しさらに、最外周コイル（Ｌｎ）と最内周コイル（Ｌ１）の間に挿入する複数の独立したコイル（Ｌ２）、（Ｌ３）、等で磁界を分散させ、温度むらを解消し実用的な気泡微細化沸騰を可能とすること、を特徴とする。

発明の効果

請求項１に関わる発明は、両極となるコイル（Ｌｎ）と（Ｌ１）の磁力バランスが、拮抗する最適なターン数とリッツ線の線長の比率を調整し構成された、両極となる最外周コイル（Ｌｎ）と、最内周コイル（Ｌ１）を持ち磁束密度を分散化すること、を特徴とする。

両極となる最外周コイル（Ｌｎ）と最内周コイル（Ｌ１）で形成される磁界は、磁力が均等化され発生する渦電流は、両極となる最外周コイル（Ｌｎ）と最内周コイル（Ｌ１）の中心に一番強く発現すること、を特徴とする。

形成された磁界は、両極となる最外周コイル（Ｌｎ）と最内周コイル（Ｌ１）との間に挿入され複数の独立したコイル（Ｌ２）、（Ｌ３）、等の磁界の影響を受け磁界が分散され、それに伴い渦電流が広域に発現すること、を特徴とする。

請求項２の（１）に係わる発明は、両極となる最外周コイル（Ｌｎ）と最内周コイル（Ｌ１）のターン数の相違で生ずる磁力の強さの差を、コイルのターン数を調整し均等化すること、を特徴とする。

磁束密度即ち磁力の強弱は、コイルのターン数で決定されターン数が多いほど磁束密度は強くなる。

平板状の空心コイルは、外周に行くに従い、コイルの直径が内周より大きくなり、両極となる最外周コイル（Ｌｎ）と最内周コイル（Ｌ１）のターン数に差を付けないと、外径寸法が大きくなる最外周コイル（Ｌｎ）の磁力が強まり、最内周コイル（Ｌ１）との磁束密度がアンバランスに陥る。

両極となる最外周コイル（Ｌｎ）と最内周コイル（Ｌ１）との磁束密度の均等化は、コイルのターン数に差を持たせることで可能となる。

最も均等化に適したターン数の比率は、（Ｌｎ）＜（Ｌ１）で両極となる最外周コイル（Ｌｎ）に対し最内周コイル（Ｌ１）は、約１．５倍〜約２倍のターン数で巻くことである。

請求項２の（２）に係わる発明は、両極となる最外周コイル（Ｌｎ）と最内周コイル（Ｌ１）のリッツ線の長さの相違から生ずる磁力の強弱を、リッツ線の長さを調整し均等化すること、を特徴とする。

本来磁力の強弱は、コイルのターン数で決まるが、リッツ線の長さの相違でも大きく差が出る。

両極となる最外周コイル（Ｌｎ）は、ターン数で最内周コイル（Ｌ１）より少ないが、反面リッツ線の線長が長くそれに伴い磁力は強くなる。

ターン数の調整と同様、リッツ線の長さも調整しなければ両極となる最外周コイル（Ｌｎ）と最内周コイル（Ｌ１）との磁力の均等化は望めない。

最も均等化に適したリッツ線の長さの比率は、（Ｌｎ）＞（Ｌ１）で両極となる最内周コイル（Ｌ１）に対し、最外周コイル（Ｌｎ）は、約２倍〜約２．５倍のリッツ線の長さを必要とする。

請求項３に係わる発明は、両極となる最外周コイル（Ｌｎ）と最内周コイル（Ｌ１）との間に挿入する、複数の独立したコイル（Ｌ２）、（Ｌ３）、等を一定のギャップ、約１０ｍｍ以上〜約２０ｍｍ以内の範囲内に収めることで、全体にかかる磁界を分散させることが出来ること、を特徴とする。

密巻コイルの磁界分布図気泡微細化沸騰用電磁コイルの磁界分布図（Ｌｎ）と（Ｌ１）との磁力バランスが不均衡な状態の磁界分布図（Ｌｎ）と（Ｌ１）との磁力バランスが均衡な状態の磁界分布図挿入コイルのギャップが、規定範囲の寸法より狭まった状態の磁界分布図挿入コイルのギャップが、規定範囲の寸法より広まった状態の磁界分布図波紋状に渦電流が発現した状態を示す平面図気泡微細化沸騰用多分割電磁コイルの実施形態図

図１は、通常タイプの密巻コイル１の磁界ａ及び磁力線ｂを表わすもので、磁束密度ｃが中心ｄに集中し渦電流ｆが、中心ｄの位置に於いて最も流れ易くなる。しかし中心ｄから内外に離れるｅほど渦電流ｆは弱くなり温度分布にむらが出来、気泡微細化沸騰は見込めない。

気泡微細化沸騰を実用的に可能にする電磁コイルは、電磁コイル表面全体に渦電流ｆが発現し、均一加熱を可能とし温度むらを解消しなければ達成出来ない。

図２は、気泡微細化沸騰用多分割電磁コイル３の磁界形成を示すものである。

両極となる最内周コイル（Ｌ１）から、最外周コイル（Ｌｎ）に向け一定のギャップ２を設け、独立したコイル（Ｌ２）及び（Ｌ３）が挿入されている。

両極となる最外周コイル（Ｌｎ）と最内周コイル（Ｌ１）は、一定の比率でターン数とコイル長が構成されている。

挿入するコイル（Ｌ２）及び（Ｌ３）、等は外周に向かうほどターン数を減らす方向で巻かれるが、挿入するコイル（Ｌ２）及び（Ｌ３）、等は同数巻きでも良い。

問題視するポイントは、コイルとインバータのマッチングに於いてＬ値の制約を受ける為、挿入するコイル（Ｌ２）及び（Ｌ３）、等の挿入数で調整することになる。

それとは別に挿入するコイル（Ｌ２）及び（Ｌ３）、等は、独立した磁界ｈの形成で両極間にかかる本来の磁界ａを分散させる為に寄与する。

両極となる最外周コイル（Ｌｎ）と最内周コイル（Ｌ１）との磁力の均等化がなされれば、ドーナツ型の気泡微細化沸騰用多分割電磁コイル３の中心ｄに向かって磁力線ｂと磁界ａが形成される。

形成された磁力線ｂの中心ｄ、即ちドーナツ状の気泡微細化沸騰用多分割電磁コイル３の中心ｄに磁束密度ｃが集中し、中心ｄ付近に一番強い渦電流がｆが発生する。

図３は、気泡微細化沸騰用多分割電磁コイル３に於ける、両極となる最外周コイル（Ｌｎ）と最内周コイル（Ｌ１）との磁力のバランスが、不均衡の場合の磁力線ｂの分布を示したものである。

両極となる最外周コイル（Ｌｎ）の磁力が最内周コイル（Ｌ１）より弱い場合は、各々の独立したコイル（Ｌ１）から（Ｌｎ）で発現する独自の磁界ｈは、強い磁界ａに吸収され弱い磁界ｇは、全体の磁界ａに寄与することが出来難くなるか寄与しなくなり、渦電流ｆが発生し難くなるか発生しなくなる。

この図３の場合は、（Ｌｎ）の磁力が弱いｇ為、（Ｌ３）と（Ｌ１）との間で強い磁界ａが発現し、（Ｌｎ）の磁力を無視し全体にかかる合成した磁力線ｂは、（Ｌ３）と（Ｌ１）の間で発生することになる。

反対に最内周コイル（Ｌ１）の磁力が弱い場合は、（Ｌ１）に発生する磁束密度ｃも弱まり、渦電流ｆも流れ難くなり温度むらを生ずる。

図４は、両極となる最外周コイル（Ｌｎ）と最内周コイル（Ｌ１）の磁力バランスが均衡し、また挿入した独立するコイル（Ｌ２）、（Ｌ３）が、指定されたギャップ２の範囲で構成されている為、各々のコイル（Ｌｎ）から（Ｌ１）の独自の磁界ｈが全体に及ぼす磁界ａに影響を与え、しかもコイル間のギャップ２の間には磁界ａが無く、全体の磁界ａの一部は磁界が弱いｉが発現し、磁力の強弱が抑えられ均一の磁束密度ｃを形成することになり、気泡微細化沸騰用多分割電磁コイル３の表面全体に渦電流ｆを発現させることが出来る。

気泡微細化沸騰用多分割電磁コイル３の表面に渦電流ｆを均一に発現さすことは、インバータからの印加出力を分散して気泡微細化沸騰用多分割電磁コイル３に加えることが出来る為、気泡微細化沸騰が可能となる。

図５は、両極となる最外周コイル（Ｌｎ）から最内周コイル（Ｌ１）のギャップ２が、規定の範囲内の寸法より狭められた場合で、磁力線ｂは全体を一つの磁界ａとして捉える為、渦電流ｆは密巻コイル１と同様、磁界ａの中心ｄのみに集中し内外に離れるｅほど渦電流ｆが弱まり気泡微細化沸騰は起こらない。

図６は、両極となる最外周コイル（Ｌｎ）から最内周コイル（Ｌ１）のギャップ２が、規定の範囲以上に寸法を広げた場合で、各々のコイル（Ｌｎ）から（Ｌ１）に発現する独自の磁界ｈが強まり、渦電流ｆも各々のコイル上で波紋状に流れ、気泡微細化沸騰も波紋状に発現し実用的ではなくなる。

図７は、波紋状に流れる渦電流ｆを表わしたもので、渦電流ｆの上に水を張った鍋をのせると、サブクール沸騰現象が渦電流ｆにそって発現し、波紋状の気泡微細化沸騰が出現する。

図８は、両極となる最外周コイル（Ｌｎ）から最内周コイル（Ｌ１）のターン数の比率が（Ｌｎ）＜（Ｌ１）４、リッツ線の線長比率が（Ｌｎ）＞（Ｌ１）５に設定され、またギャップ２も規定の範囲で構成された気泡微細化沸騰用多分割電磁コイル３である。

外観は既存の多分割コイルと変わらなく見えるが、気泡微細化沸騰用多分割電磁コイル３は、コイルのターン数及びリッツ線の線長、さらにはギャップの幅に於いて、磁界の分散を目的にする一定の条件があり、その３条件を満たさない限り実用的な気泡微細化沸騰は見込めない。

１密巻コイル
２ギャップ
３気泡微細化沸騰用多分割電磁コイル
４（Ｌｎ）＜（Ｌ１）〔約１．５倍〜約２倍〕
５（Ｌｎ）＞（Ｌ１）〔約２倍〜約２．５倍〕
ａ磁界
ｂ磁力線
ｃ磁束密度
ｄ中心
ｅ内外に離れる
ｆ渦電流
ｇ磁力が弱い（若しくは全体の磁力線の影響に関与しない磁界）
ｈ独自の磁界
ｉ磁界が弱い

Claims

磁束密度を分散させる工夫を施した、多分割電磁コイルで、鍋底の温度むらを無くしサブクール沸騰現象を発現させることで、気泡微細化沸騰を可能としたこと、を特徴とする電磁調理器向け気泡微細化沸騰用多分割電磁コイル。
下記（１）（２）の特徴を備えること、を特徴とする請求項１記載の気泡微細化沸騰用多分割電磁コイル。
（１）両極となる最外周コイル（Ｌｎ）と最内周コイル（Ｌ１）は、ターン数に於いては（Ｌｎ）＜（Ｌ１）とし、その比率は（Ｌ１）が（Ｌｎ）のターン数に対し、約１．５倍〜約２倍の範囲内に入るターン数からなる。
（２）両極となる最外周コイル（Ｌｎ）と最内周コイル（Ｌ１）は、リッツ線の線長を（Ｌｎ）＞（Ｌ１）とし、その比率は（Ｌｎ）が（Ｌ１）の線長に対し、約２倍〜約２．５倍の範囲内に入る線長からなる。
両極となる最外周コイル（Ｌｎ）と最内周コイル（Ｌ１）との間に挿入する複数のコイルは、ある一定のギャップを設けて独立したコイル（Ｌ２）、（Ｌ３）、等として構成され、そのギャップは線径の大小如何に関わらず、１０ｍｍ以上２０ｍｍ以内の範囲とし、最内周コイル（Ｌ２）、（Ｌ３）、等をかいして最外周コイル（Ｌｎ）に至る１本のリッツ線で巻いたこと、を特徴とする請求項１記載の気泡微細化沸騰用多分割電磁コイル。