感应加热线圈以及使用了该感应加热线圈的感应加热装置的制造方法_3

文档序号:9292157阅读:来源:国知局
以随着导电层24的高度H的 增大,针对感应加热线圈10的上侧表面的冷却效果变小,如果导电层24的高度H超过表皮 深度S的3倍,则感应加热线圈10的上侧表面的温度上升。S卩,示出感应加热线圈10的 上侧表面的温度的曲线图在导电层24的高度H是表皮深度S的大致3倍时具有极小点, 所以可知为了将感应加热线圈10的上侧表面的温度维持得较低并且削减感应加热线圈10 的构成材料、廉价地实现重量轻/薄型的感应加热线圈10,导电层24的高度H是表皮深度 S的大致3倍左右即可。
[0070] 但是,在图5所示的各导电层24具有在X方向上延伸的宽度W。以及Z轴方向(与 线圈轴平行的方向)的高度H时,期望宽度W。是高度H的二十分之一以上(WQ/H多1/20)。这 期望在通过对例如具有圆形剖面的金属材料进行压延来形成1片矩形的导电层24的情况 下,压延比例(压延前后的材料的厚度之比)在使用以铜为主成分的金属材料时是1/10~ 1/20左右,在使用以铝为主成分的金属材料时是1/3~1/6左右。如果压延比例超过上述 范围,则不仅变得难以获得金属材料,而且利用压延的导电层24的制造成本增大,层叠导 体20会变得非常昂贵。因此,通过使导电层24的宽度W。成为导电层24的高度H的二十 分之一以上、反过来说、使导电层24的高度H成为导电层24的宽度W。的20倍以下,会具 有削减形成层叠导体20时的制造成本的效果。
[0071] 因此,构成为在导电层24的X方向的宽度W。为例如0.2mm时,Z方向的高度H构 成为4mm为最大即可。另一方面,在高频电流的频率f为20kHz时,在由铜构成的导电层24 的表皮深度5如上所述是〇.467mm的情形下,在各导电层24的宽度W。为0.2mm时,各导 电层24的Z方向的高度H最大成为4mm( = 0. 2mmX20倍),成为表皮深度S的约8. 5倍 (=4/0.467)。另外,导电层24的高度H在构成为成为其宽度W。的3倍的情况下,高度H 成为0. 6mm,成为表皮深度的约1. 3倍(=0. 6/0. 467)。
[0072] 但是,如果如图8所示,使导电层24(加热线圈)的高度H成为表皮深度的4倍以 上,则感应加热线圈10的绕组电阻所致的发热量收敛于一定值,如果考虑通过增大构成导 电层24的铜的容积(特别是高度H)而感应加热线圈10的制造成本增大,则考虑为将导电 层24的高度H设计为表皮深度的4倍左右就足够。
[0073] 此处,考虑将感应加热线圈10应用于图1的感应加热烹调器1的情况。在感应加 热烹调器中应用的感应加热线圈10中流过的高频电流的频率f在日本的法律上被限制在 20kHz~100kHz的范围。在构成导电层24的导电材料为铜的情况下,高频电流的频率f的 上述范围下的表皮深度S如上述说明成为0. 209mm(100kHz)~0. 467mm(20kHz)。即,在由 铜构成的导电层24中流过频率f是20kHz~100kHz的高频电流时,在设计为导电层24的 高度H成为表皮深度的4倍的情况下,导电层24的高度H根据上述表皮深度S的范围而 成为 0? 836mm~1. 868mm。
[0074] 因此,根据本发明,如上所述,为了改善感应加热线圈10的冷却效率,构成为使层 叠导体20的X方向的宽度W大于Z方向的高度H(W>H),但导电层24的宽度W被设计为在 高频电流的频率f为20kHz时大于1. 868mm,在频率f为100kHz时大于0. 836mm。即,根据 本发明,层叠导体20的X方向的宽度W构成为大于例如约1. 9_(在高频电流的最低频率 f?为20kHz时)、小于等于将感应加热线圈10的半径除以匝数N而得到的值(DA2N)、D:感 应加热线圈10的直径)。
[0075] 另外,在导电材料是铜的情况下,在表皮深度5在〇. 209mm(100kHz)~ 0. 467mm(20kHz)的情形下,如上所述,如果为了抑制层叠导体20的制造成本而将导电层24 的宽度W。与高度H之比(WQ/H)设定于规定的范围(1/20$ (1。/11)〈1/10),则导电层24的 宽度W。成为0. 042mm~0. 093mm(在上述比为1/20时),成为0. 083mm~0. 187mm(在上述 比为1/10时)。即,如果考虑实际使用的高频电流f?的频率范围,则导电层24的宽度W。优 选为约0. 08~0. 2mm左右。但是,在导电层24的宽度W。过小的情况下,以图4的导电层 24的XZ平面切断了的剖面积变小,其电阻值增大而成为电力损失的原因,所以优选增大导 电层24的层叠数。更优选为可以考虑导电层24的构成材料的使用量、层叠工序的削减,选 择导电层24的宽度W。。
[0076] 这样,根据实施方式2,通过将导电层24的高度H设计为用上述[式2]所示的表 皮深度S的4倍以下,能够实质上改善感应加热线圈10的冷却效果,并且将制造成本抑制 为最小限度,实现重量轻化以及薄型化。
[0077] 实施方式3.
[0078] 参照图10~图12,以下对本发明的感应加热线圈10的实施方式3进行详细说明。 实施方式3的感应加热线圈10大体上除了构成为构成层叠导体20的至少1个导电层24 的高度H比其它导电层24更高这点以外,具有与实施方式1或者2的感应加热线圈10同 样的结构,所以对于重复的内容省略说明。
[0079] 图10是最接近线圈中心的层叠导体20的与图5同样的剖面图,对在导电层24中 流过的电流集中的部分附加了阴影。即,图10是示出在附加了阴影的导电层24的区域中 流过一定值以上的电流的图。另外,图11是将层叠导体20卷绕8匝而构成的感应加热线 圈10的与图6同样的剖面图,示出在各层叠导体20中电流集中流过的部分。如图10以及 图11所示,在感应加热线圈10的最内侧所卷绕的层叠导体20中,电流集中流入到接近线 圈轴(线圈中心)的导电层24,另一方面,在感应加热线圈10的最外侧所卷绕的层叠导体 20中,电流集中流入到与周缘侧相邻的导电层24。
[0080] 总之,在各层叠导体20的最内侧或者最外侧配置的导电层24中,流过更多的电 流,产生更多的焦耳热(铜损)。因此,实施方式3的感应加热线圈10通过如图12(a)以及 图12(b)所示构成为在最内侧所配置的至少1个导电层24(以及包括夹持它的绝缘层25) 比其它导电层24突出而向下方延伸,从而能够使突出的导电层24作为散热器发挥功能,通 过从感应加热线圈10的下方提供的冷却风而高效地进行冷却。即,根据实施方式3,通过使 发热量多的导电层24突出而对其侧面也提供冷却风,来改善感应加热线圈10的冷却效果。
[0081] 具体而言,通过在感应加热线圈10的上侧表面,使各导电层24对齐为一定水平, 将内侧的导电层24的高度氏设定为表皮深度S的4倍以下,同时使其它导电层24的高 度H。比高度1短,从而能够实现冷却效果好、节约材料成本、廉价且重量轻的感应加热线圈 10。能够根据期望的冷却效果、材料成本降低、以及重量轻化,酌情决定高度H。、高度氏的 具体尺寸。
[0082] 另外,通过如图12(c)以及图12(d)所示,构成为在最内侧以及最外侧配置的导电 层24 (以及包括夹持它的绝缘层25)比其它导电层24突出而向下方延伸,能够使突出的导 电层24作为散热器发挥功能,通过从感应加热线圈10的下方提供的冷却风而高效地进行 冷却。
[0083] 进而,通过如图12(e)所示构成为在最内侧配置的导电层24的高度H。最长,朝向 在更内侧配置的导电层24阶段性地(逐渐)变短,朝向外侧配置的导电层24再阶段性地 (逐渐)变长,从而仅在电流集中的部分形成导电层24,从而能够进一步改善感应加热线圈 10的冷却效果,并且进一步降低材料成本,实现重量轻化。
[0084] 实施方式4.
[0085] 参照图13~图16,以下对本发明的感应加热线圈10的实施方式4进行详细说明。 实施方式4的感应加热线圈10除了对层叠导体20相互间设置间隙30而卷绕这点以外,具 有与实施方式1~3的感应加热线圈10同样的结构,所以对于重复的内容省略说明。
[0086] 图3所示的感应加热线圈10是将层叠导体20卷绕8匝而构成的,但图13所示的 感应加热线圈10是卷绕15匝而构成的,基本结构与实施方式1相同,是实施方式1的变形 例。即,图13的感应加热线圈10是将层叠导体20沿着线圈轴(Z轴)的周围旋涡状地卷 绕而构成的,具有内侧端子21以及外侧端子22。同样地,测定顶板6的下侧表面的温度的 温度传感器17配置于感应加热线圈10的中央。
[0087] 图14是实施方式4的感应加热线圈10的平面图。该感应加热线圈10具有将一 连串的层叠导体20沿着线圈轴(Z轴)的周围旋涡状地卷绕而构成的内侧加热部26和外 侧加热部28,在它们之间设置了间隙30。另外,与上述实施方式1~3同样地,感应加热线 圈10具有内侧端子21以及外侧端子22,感应加热装置1在内侧加热部26与外侧加热部 28之间、且在顶板6的下方,设置了热敏电阻、红外线传感器等一对温度传感器17。另外, 虽然未图示,但可以在内侧加热部26的中央还配置其它温度传感器17。通过配设多个温度 传感器17,控制部18能够提高温度检测精度,提高作为感应加热装置1的安全性,高精度地 控制驱动部16对感应加热线圈10供给的高频电流。
[0088] 根据包括这样构成的感应加热线圈10的感应加热装置1,能够改善锅K的温度检 测精度。另外,从感应加热线圈10的下方提供冷却风,所以能够通过经由内侧加热部26与 外侧加热部28之间的间隙30而流过的冷却风,使内侧加热部26和外侧加热部28高效地
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