JP5424382B2 - 誘導加熱用ｌｃモジュール - Google Patents

Description

この発明は、誘導加熱装置に用いられる誘導加熱用ＬＣモジュールに関するものである。

誘導加熱調理器等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て、この誘導コイル上に載置された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き数、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。

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ともに、銅細線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。

また、誘導加熱コイルを用いて加熱を行う場合は、誘導加熱コイルの他に共振コンデンサを別部品で設ける必要があり、誘導加熱装置の小型化の妨げとなっていた。

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誘導加熱コイルと必要な容量のコンデンサとを容易に得ることが可能であって、なおかつ、小型で高性能な誘導加熱用ＬＣモジュールを提供することにある。

そこでこの発明の誘導加熱用ＬＣモジュールは、絶縁基体１２上に渦巻き状に形成されたコイル導体１３の一方端部を、絶縁基体１２の外周端部に沿って形成された端部電極１５に接続し、コイル導体１３の他方端部を、絶縁基体１２の中央部の貫通孔１４の周囲に形成された内側電極１６に接続するとともに、絶縁基体１２を複数積層し、さらに、端部電極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の各層の端部電極１５を共通接続し、かつ各層の内側電極１６を共通接続して、絶縁基体１２の外周端部の一部及び貫通孔１４の内周部を電極引き出し部とするコイル１を構成するとともに、コイル導体１３が形成された複数の絶縁基体１２・・に板状電極５０・・を形成し複数の板状電極５０・・によりコンデンサ２を構成した誘導加熱用ＬＣモジュールであって、絶縁基体１２は絶縁フィルムであり、コイル導体１３、板状電極５０、端部電極１５及び内側電極１６は蒸着金属であることを特徴としている。

さらに、貫通孔１４の内周部の周方向で短絡しないように絶縁部１７を設け、この絶縁部１７を除いて金属溶射したことを特徴としている。

この発明の誘導加熱用ＬＣモジュールによれば、複数の銅細線を撚り束ねるのではなく、複数のコイル導体を、絶縁基体を介して積層したコイル要素を用い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の積層枚数を必要に応じて増加し、直列又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、コイル導体の近傍において、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、コイル導体が形成されている絶縁基体上に板状電極を形成することで、板状電極が誘電体となる絶縁基体を介して複数積層されたコンデンサが形成されるから、簡単な構成で誘導加熱コイルとコンデンサとを一体に形成でき、ＬＣモジュールの小型化を図ることができる。

また、絶縁基体を絶縁フィルムとし、コイル導体、板状電極、端部電極及び内側電極を金属蒸着によって形成し、また、絶縁基体の端部及び貫通孔の内周に金属溶射によって電極部を形成することにより、容易かつ安価に製造できるのに加え、コイル導体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になる。さらに、板状電極の面積を容易に変更できるため、必要な容量のコンデンサを容易に製造することができる。

さらに、貫通孔の内周部の周方向に絶縁部を設け、金属溶射することによって、貫通孔周りでの短絡を防ぐことのできる電極部を容易に形成できる。

次に、この発明の誘導加熱用ＬＣモジュー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、誘導加熱コイル１を構成するための第１加熱コイル要素１１と、各コンデンサ２、３を構成するための板状電極５０、５０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コイル導体１３と、コイル導体１３の外周側のスペース部分の絶縁基体１２上に形成された対の板状電極５０、５０よりなるものである。

上記絶縁基体１２の中央部には貫通孔１４が形成されており、また、コイル導体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。コイル導体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（側端部）に沿うように形成された端部電極１５に接続されている。また、コイル導体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側電極１６に接続されている。さらに、板状電極５０、５０は、渦巻き状に形成されたコイル導体１３の外周部との間に一定の隙間を有するように、平面視概略四角形の中央部をコイル導体１３の外周部より大なる円形でくり抜くことで２分割した形状に形成され、その双方の板状電極５０、５０の一方端部が、コイル導体１３の一方の端部（外周側の端部の一部）を接続している端部電極１５に接続されている。なお、上記端部電極１５及び内側電極１６はそれぞれ外側電極端子部及び内側電極端子部となる部分である。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、コイル導体１３及び板状電極５０、５０は、絶縁フィルム上に厚さ数百〜数千Å程度の金属蒸着を施すことによって形成されている。

また、この実施形態の誘導加熱用ＬＣモジュールは、第２コイル要素２１を用いるが、この第２コイル要素２１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度回転させるとともに、端部電極１５を、コイル導体２３と接続された中央部の端部電極５５と、板状電極５１、５１に接続された両側の端部電極５６、５６とにそれぞれ分割形成して、それぞれが電気的に接続されていない状態としている。なお、各端部電極５５、５６、５６の他は、第１コイル要素１１と同様に、絶縁基体２２、コイル導体２３、貫通孔２４、内側電極２６を有し、かつ略同形状である。

次いで、誘導加熱コイル１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及び図４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電極１５、５５、５６、５６に金属溶射して各電極部６１、６１、６３、６４を形成し、各端部電極１５、５５、５６、５６を共通接続する。この際、第２コイル要素２１で分割形成されている各端部電極５５、５６、５６間にマスキングを施した状態で、金属溶射することにより非溶射部７０、７０が形成される。従って、各電極部６１、６１、６３、６４はそれぞれの各端部電極１５、５５、５６、５６に個別に形成され、電気的には接続されていない。また、各貫通孔１４、２４の内周部にも金属溶射し、各内側電極１６、２６のそれぞれを共通接続する電極部６２、６２を形成する。この各貫通孔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の内周部の２箇所に、内側電極１６と内側電極２６とを隔てるようにして絶縁部１７、１７を形成しておく。この絶縁部１７、１７は、各貫通孔１４、２４の内周部に切欠を設け、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、図４に示すように各電極部６１、６１、６２、６２、６３、６４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に収納するとともに、樹脂モールドを施して誘導加熱コイル１及び各コンデンサ２、３が一体となった誘導加熱用ＬＣモジュールを製造する。

上記工程により製造された誘導加熱用ＬＣモジュールは、図５（ａ）に示すように、電極部６１から誘導加熱コイル１と各コンデンサ２、３にそれぞれ枝分かれし、各電極部６２、６３、６４に接続された回路構成となっている。これを、電極部６３と電極部６４とを共通接続して電極部８１を形成することにより、図５（ｂ）に示すように、電極部６２と電極部８１との間に誘導加熱コイル１と各コンデンサ２、３との直列回路が形成される。また、各電極部６２、６３、６４を共通接続することにより、図５（ｃ）に示すように、電極部６１と電極部６２との間に誘導加熱コイル１と各コンデンサ２、３との並列回路が形成される。なお、２つ形成される各コンデンサ２、３のうち、どちらか一方を用いて、誘導加熱コイル１とコンデンサ２若しくはコンデンサ３の直列回路又は並列回路を構成しても良い。

上記誘導加熱用ＬＣモジュールによれば、誘導加熱コイル１を各コイル導体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１の上部に配置した金属製鍋等を加熱できる。この場合、各コイル導体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の各絶縁基体（絶縁フィルム）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、各電極部６１、６１、６２、６２、６３、６４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１を提供できる。さらに、各コイル導体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、小型、安価、高性能な誘導加熱コイル１を実現できる。特に、各コイル導体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又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。

また、各コイル導体１３、２３が形成された各絶縁基体１２、２２に、各板状電極５０、５１を形成して、複数積層することによって各コンデンサ２、３が形成されるから、簡単な構成で誘導加熱コイル１と各コンデンサ２、３とを一体に備えた誘導加熱用ＬＣモジュールを容易に生成でき、従来別部品で設けられていた共振コンデンサが不要となり、誘導加熱装置の小型化を図ることができる。

以上にこの発明の誘導加熱用ＬＣモジュー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、板状電極の形状は、上記例示に限らず、適宜変更しても良い。また、絶縁基体上に板状電極を形成して複数積層してなるコンデンサを補助するため、コンデンサを別途設けて誘導加熱装置を構成しても良い。また、上記では、２つのコンデンサを構成しているが、３つ以上の複数のコンデンサを構成しても良い。また、絶縁基体を介して対向する板状電極を用いて直列コンデンサを構成することも可能であるが、このような構成を採用する場合、薄い絶縁基体であってもコンデンサの耐電圧性を確保できるＬＣモジュールを得ることができる。

この発明の一実施形態の誘導加熱用ＬＣモジュールにおいて用いる第１コイル要素と板状電極を示す平面図である。 同じくその誘導加熱用ＬＣモジュールにおいて用いる第２コイル要素と板状電極を示す平面図である。 同じくその誘導加熱用ＬＣモジュールのコイル要素積層状態を示す断面図である。 同じくその誘導加熱用ＬＣモジュールの斜視図である。 同じくその誘導加熱用ＬＣモジュールの構成を示す回路図である。

符号の説明

１・・コイル、２・・コンデンサ、１２・・絶縁基体、１３・・コイル導体、１４・・貫通孔、１５・・端部電極、１６・・内側電極、１７・・絶縁部、５０・・板状電極

Claims (2)

1. 絶縁基体（１２）上に渦巻き状に形成されたコイル導体（１３）の一方端部を、絶縁基体（１２）の外周端部に沿って形成された端部電極（１５）に接続し、コイル導体（１３）の他方端部を、絶縁基体（１２）の中央部の貫通孔（１４）の周囲に形成された内側電極（１６）に接続するとともに、絶縁基体（１２）を複数積層し、さらに、端部電極（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）の各層の端部電極（１５）を共通接続し、かつ各層の内側電極（１６）を共通接続して、絶縁基体（１２）の外周端部の一部及び貫通孔（１４）の内周部を電極引き出し部とするコイル（１）を構成するとともに、コイル導体（１３）が形成された複数の絶縁基体（１２）に板状電極（５０）を形成し複数の板状電極（５０）によりコンデンサ（２）を構成した誘導加熱用ＬＣモジュールであって、絶縁基体（１２）は絶縁フィルムであり、コイル導体（１３）、板状電極（５０）、端部電極（１５）及び内側電極（１６）は蒸着金属であることを特徴とする誘導加熱用ＬＣモジュール。
2. 貫通孔（１４）の内周部の周方向で短絡しないよう絶縁部（１７）を設け、この絶縁部（１７）を除いて金属溶射したことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱用ＬＣモジュール。