JPH11102781A

JPH11102781A - 高周波用強制冷却複合導体及び電磁誘導加熱コイル

Info

Publication number: JPH11102781A
Application number: JP9263079A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Kamitaki; 重行上瀧
Original assignee: Nippon Thermal Engineering Corp
Current assignee: Nippon Thermal Engineering Corp
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 1999-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】より高い周波数領域においても電磁誘導加熱
コイルの損失改善を実現できる高周波用強制冷却複合導
体及び電磁誘導加熱コイルを提供する。【解決手段】周波数によって定まる電流浸透深さより
も小さい所要断面寸法を有する所要数の素線２を互いに
絶縁し且つ素線を互いに撚り合わせて複合導体３を形成
し、この複合導体３を絶縁物からなる被覆管５で被包
し、且つまた複合導体３を強制冷却する冷却媒体の通路
６を複合導体３の内部もしくは複合導体３と被覆管５と
の間に形成して高周波用強制冷却複合導体１を構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波電磁誘導加
熱装置に用いられる高周波用強制冷却複合導体及び電磁
誘導加熱コイルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から電磁誘導加熱コイルにおける銅
損などの損失を改善するために種々の対策が講じられて
いる。電磁誘導加熱コイルは使用温度が高いので導体自
体や絶縁物の保護のために冷却する必要があり、そのた
め図６（ａ）、（ｂ）に示すように内部に冷却水路１２
を形成した導体１１を用いられることが多い。なお、図
３（ａ）は円筒状に単層巻きしたコイルを、図６（ｂ）
は多層巻きしたコイルを示し、１１ａは導体１１の外面
の電気絶縁材、１３はコイルを巻回する断熱筒体であ
る。

【０００３】ところで、図６（ａ）に示す単層巻きコイ
ルを使用したものに比して多層巻きコイルを使用すると
巻数が増加することにより電気効率が高くなる。そのた
めに多層巻きにされることが多いが、多層巻きコイルに
おいては、内層側に巻かれたコイルの導体にはその外側
に巻かれたコイルにより誘導電流が流れて銅損が増加
し、多層巻きの効果が発揮されなくなる。そこで、例え
ば特公昭５８−１４０３７号公報に開示されているよう
に、図６（ｂ）に示す如く外層側コイル１４の導体１１
の厚さに比して内層側コイル１５の導体１１の厚さを薄
くしたものが提案されている。

【０００４】また、特開平６−３６８６９号公報には、
図７に示すように、冷却媒体を通す冷却管１７の外周に
複数の導体１８を接触させかつこれら導体１８の両端間
で少なくとも１周するように螺旋状に巻き付けて配置し
て成る複合導体１６が提案されている。図４において、
１８ａは電気絶縁材、１９は導体１８を冷却管１７に固
着する電気絶縁性及び熱伝導性を有する装着材である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図６（ｂ）
に示す多層巻きコイルにおいては、内層側に巻かれるコ
イル１５の導体１１には周波数により定まる表皮効果に
よる電流の浸透深さよりもかなり薄い厚さの導体を用い
なければならないことが知られているが、導体１１に冷
却水路１２を形成したものでは薄くするのに限界があ
り、電流浸透深さが大きい商用周波数領域には適用でき
ても高い周波数には適用できないという問題がある。

【０００６】また、図７に示した複合導体１６を用いた
コイルでは、導体１８が冷却管１７の管壁を介して間接
的に冷却されるために冷却作用が十分でなく、通電能力
が抑制されるので、所要の電流値を流すにはより多くの
導体１８を必要とすることになり、結果として所定電流
値を流すには多層巻きが必要となり、複雑かつ高価とな
るという問題がある。さらに、多層巻きを行うと、内側
に巻かれたコイルの複合導体１６の冷却管１７が外層側
に巻かれたコイルにより誘導加熱されて損失を伴うこと
になる。

【０００７】従って、この複合導体１６を用いた多層巻
きコイルでも適用周波数の限界は１〜２ＫＨｚ程度の低
いもので、より高い周波数への適用ができないという問
題がある。

【０００８】このように何れもより高い周波数への適用
が困難であるため、高い周波数領域においては、図６
（ａ）に示すような内部に冷却水路１２を形成した導体
１１を用いた単層巻きコイルが使用されており、より高
い周波数での損失改善が実現されていないのが現状であ
る。

【０００９】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、より
高い周波数領域においても電磁誘導加熱コイルの損失改
善を実現できる高周波用強制冷却複合導体及び電磁誘導
加熱コイルを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の高周波用強制冷却複合導体は、図中の参照符
号を付して示すならば、請求項１にあっては、周波数に
よって定まる電流浸透深さよりも小さい断面寸法を有す
る所要数の素線２を互いに絶縁し且つ素線を互いに撚り
合わせて複合導体３を形成し、この複合導体３を絶縁物
からなる被覆管５で被包し、且つまた複合導体３を強制
冷却する冷却媒体の通路６を複合導体内部もしくは複合
導体３と被覆管５との間に形成した構成を採用するもの
である。

【００１１】また請求項２にあっては、複合導体３とこ
れを被包する被覆管５との間に略等間隔おきに複数のス
ペーサ４を配設して冷却媒体通路６を構成した構成を採
用するものである。

【００１２】また請求項３にあっては、請求項１〜２の
何れかに記載の高周波用強制冷却複合導体１を用いて構
成を採用するものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態の高周
波用強制冷却複合導体を用いた電磁誘導加熱コイルを図
１、図２を参照しながら説明する。

【００１４】図１は高周波用強制冷却複合導体１を示し
ている。２は周波数によって定まる電流浸透深さよりも
小さい所要断面寸法を有する素線であって、その外面は
エナメル等の耐水性電気絶縁材２ａにて絶縁されてい
る。この素線２を所要数撚り合わせて所要の転位を行い
且つ集合させることによって複合導体３が構成されてい
る。

【００１５】この複合導体３は、図２に示すように、そ
の外面に略周方向等間隔置きに軸芯方向と略平行に配設
された３本以上のスペーサ４を介してテフロン等の絶縁
性と耐熱性の高い材料から成る被覆管５内に収納されて
おり、被覆管５と複合導体３との隣接間に略その全周に
わたって複合導体３を強制冷却する冷却媒体の通路６が
形成されている。スペーサ４は、被覆管５と同様にテフ
ロン等の絶縁性と耐熱性の高い材料から成る断面円形の
線状材にて構成されている。

【００１６】かくして、この高周波用強制冷却複合導体
１は、複合導体３に通電し、冷却媒体通路６に冷媒を通
して複合導体３に生じる熱を強制的に奪い取るものであ
り、そのため両端末には図示しない通電端子及び冷媒通
し口が装着されている。

【００１７】以上の構成の高周波用強制冷却複合導体１
においては、複合導体３内の個々の素線２は互いに同一
レベルの電気的作動特性となり、従って素線２相互の絶
縁レベルは薄膜で形成した低レベルのもので良く、電気
絶縁材２ａの層厚が小さいために冷却特性が高く、その
結果高い通電能力を持たせることができる。

【００１８】上記の高周波用強制冷却複合導体１を用い
た電磁誘導加熱コイル７は、内部に被加熱物を通す断熱
筒体８の外周に高周波用強制冷却複合導体１を、図５
（ａ）に示すように単層巻きし、又は図５（ｂ）に示す
ように多層巻きすることによって構成される。

【００１９】上記実施形態によれば、素線２を集合した
複合導体３とスペーサ４と被覆管５から成る簡単な構造
でかつ複合導体３が直接冷却されて冷却特性がよいため
に小型・安価で通電能力の高い高周波用強制冷却複合導
体１が得られる。また、そのために電磁誘導加熱コイル
７においては多層巻きにしなくても単層巻きのままでも
損失の改善が図れる。また、十分に細い素線２により構
成されているので、電流浸透深さの影響を受け難く、多
層巻きにしても外層側に巻かれたコイルによる誘導加熱
の影響を受け難いので、高い周波数の電磁誘導加熱コイ
ル７でも多層巻きが可能となり、低い周波数から高い周
波数まで多層巻きによる電磁誘導加熱コイル７のより一
層の損失改善ができる。

【００２０】また、十分に細い素線２と絶縁物の被覆管
５にて構成されているために可撓性に富んで加工性が良
い、高周波用強制冷却複合導体１が得られる。そのた
め、電磁誘導加熱コイルの導体としてだけでなく、可撓
性が要求される高周波電路のリード線としても利用でき
る。

【００２１】具体例でその効果を示すと、例えば５ＫＨ
ｚにて３０ｍｍ²断面積の単一導体を用いる従来の単層
巻き電磁誘導コイルにおいては、５ＫＨｚにおける電流
の浸透深さの関係から厚さ１ｍｍ程度のものが選定され
るため、厚さ１ｍｍ、幅３０ｍｍの導体が必要数だけ巻
かれることになるが、本実施形態においては３０ｍｍ ²
の導体断面積を確保するのに直径７ｍｍ程度の複合導体
３で良く、それを収納する管５は直径１３ｍｍ程度の大
きさでよい。したがって、従来の１巻き分の幅３０ｍｍ
のスペースに本実施形態の高周波用強制冷却複合導体１
を２．３巻することができる。すなわち、コイルの損失
を従来に比べて２分の１に低減できることが分かる。

【００２２】なお、上記実施形態では、素線２を撚って
集合させることにより複合導体３を形成し、複合導体３
とこれを被包する被覆管５の間に線材から成るスペーサ
４を介装し、複合導体３と被覆管５との間に冷却媒体通
路６を形成した例を示したが、例えば図３に示すよう
に、素線２を撚って集合させて複合導体３を形成する際
に、複合導体３の一部が外周側に部分的に突出するよう
にして複合導体３の突出部分に空隙９を形成し、該空隙
９を冷却媒体通路６としてもよく、あるいは図４に示す
ように素線２を撚って集合させて複合導体３を形成する
際に、複合導体３の中央部に空隙１０を形成し、該空隙
１０を冷却媒体通路６としてもよい。またその他の手段
を適用してもよく、要は所要数の素線２を撚り合わせて
複合導体３を形成し、該複合導体３を被覆管５に収容す
る際に、複合導体３の内部または外周側あるいは複合導
体３と被覆管５との間の一方あるいは両方に、その長手
方向に連通した冷却媒体通路６が形成されればよいので
ある。

【００２３】

【発明の効果】本発明の請求項１によれば、周波数によ
って定まる電流浸透深さよりも小さい断面寸法を有する
所要数の素線を互いに絶縁し且つ素線を互いに撚り合わ
せて複合導体を形成し、この複合導体を絶縁物からなる
被覆管で被包し、且つまた複合導体を強制冷却する冷却
媒体の通路を複合導体内部もしくは複合導体と被覆管と
の間に形成しているので、簡単な構造でありながら複合
導体が冷却媒体にて直接冷却されるため冷却特性がよ
く、従って小型・安価で通電能力の高い高周波用強制冷
却複合導体を得ることができる。また、十分に細い素線
により構成されているので、電流浸透深さの影響を受け
難く、多層巻きにしても外層側に巻かれたコイルによる
誘導加熱の影響を受け難いので、高い周波数の電磁誘導
加熱コイルでも多層巻きが可能となり、低い周波数から
高い周波数まで多層巻きによる電磁誘導加熱コイルのよ
り一層の損失改善ができる。また、可撓性にも富んでい
るので、可撓性が要求される高周波電路のリード線とし
ても利用できる。

【００２４】請求項２によれば、複合導体とこれを被包
する被覆管との間に略等間隔おきに複数のスペーサを配
設して冷却媒体通路を構成しているので、簡単かつ安価
に冷却媒体通路を形成することができる。

【００２５】請求項３によれば、電磁誘導加熱コイルを
上記高周波用強制冷却複合導体を用いて構成しているの
で、上記のように高い周波数領域においても損失改善を
確実に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の高周波用強制冷却複合導
体を示す斜視図である。

【図２】同実施形態の軸芯に対して垂直方向の断面図で
ある。

【図３】同他の実施形態の前記と同様の断面図である。

【図４】同更に他の実施形態の前記と同様な断面図であ
る。

【図５】同実施形態の高周波用強制冷却複合導体を用い
た電磁誘導加熱コイルを示し、（ａ）は単層巻きのコイ
ルの縦断面図、（ｂ）は多層巻きのコイルの縦断面図で
ある。

【図６】従来例の電磁誘導加熱コイルを示し、（ａ）は
単層巻きのコイルの縦断面図、（ｂ）は多層巻きのコイ
ルの縦断面図である。

【図７】他の従来例の強制冷却複合導体を示し、（ａ）
は斜視図、（ｂ）は軸芯に対して垂直方向の断面図であ
る。

【符号の説明】

１高周波用強制冷却複合導体２素線２ａ電気絶縁材３複合導体４スペーサ５被覆管６冷却媒体通路７電磁誘導加熱コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周波数によって定まる電流浸透深さより
も小さい断面寸法を有する所要数の素線を互いに絶縁し
且つ素線を互いに撚り合わせて複合導体を形成し、この
複合導体を絶縁物からなる被覆管で被包し、且つまた複
合導体を強制冷却する冷却媒体の通路を複合導体内部も
しくは複合導体と被覆管との間に形成したことを特徴と
する高周波用強制冷却複合導体。
【請求項２】複合導体とこれを被包する被覆管との間
に略等間隔おきに複数のスペーサを配設して冷却媒体通
路を構成したことを特徴とする請求項１記載の高周波用
強制冷却複合導体。
【請求項３】請求項１〜２の何れかに記載の高周波用
強制冷却複合導体を用いて構成したことを特徴とする電
磁誘導加熱コイル。