JP7501211B2 - Induction Heating Equipment - Google Patents
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Description
本発明は、誘導加熱装置に関する。 The present invention relates to an induction heating device.
誘導加熱ではコイルによって発生する磁束の中に被加熱物である金属などの導電性材料を配置することにより、電磁誘導による渦電流を発生させて加熱することができ、非接触、高速かつ高効率の加熱が可能である。誘導加熱ではコイルの内部に被加熱物を配置することがある(例えば、特許文献1参照)。コイルは円筒形であることから内部に配置する被加熱物も円筒形とする場合がある。 In induction heating, the object to be heated, which is a conductive material such as a metal, is placed in the magnetic flux generated by a coil, and eddy currents are generated by electromagnetic induction, allowing for non-contact, fast, and highly efficient heating. In induction heating, the object to be heated may be placed inside the coil (see, for example, Patent Document 1). Since the coil is cylindrical, the object to be heated placed inside may also be cylindrical.
ところで、被加熱物には単純な円筒形以外にも種々の形状があり、例えば円筒の外周に何らかの突起を有するものがある。コイルが発生する磁束は円筒に沿って伝達されるが突起の部分には特に多くの磁束が集中して局所過熱が生じる。突起の周囲にその形状に応じた専用品の磁性材を配置して突起を通る磁束を調整することも考えられるが、種々の被加熱物の形状に対応する汎用性が得られない。 Heated objects come in a variety of shapes other than a simple cylinder; for example, there are cylinders with some kind of protrusion on the outer periphery. The magnetic flux generated by the coil is transmitted along the cylinder, but a particularly large amount of magnetic flux is concentrated at the protrusion, causing localized overheating. It is possible to adjust the magnetic flux passing through the protrusion by placing a specialized magnetic material around the protrusion according to its shape, but this does not provide the versatility to accommodate various shapes of heated objects.
また、被加熱物が非磁性材である場合には磁束を増大させるために大電流を流す必要があるが、この場合は調整用の磁性材が磁気飽和を起こしてしまい機能を果たせなくなるとともに、コイルを水冷式にする必要があり、装置が複雑化かつ高コストになる。 In addition, if the object to be heated is a non-magnetic material, it is necessary to pass a large current to increase the magnetic flux. In this case, the magnetic material used for adjustment will become magnetically saturated and will no longer function, and the coil will need to be water-cooled, making the device more complicated and expensive.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、種々の被加熱物の形状に対応可能な汎用性を有するとともに、簡易かつ廉価に実現可能な誘導加熱装置を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above problems, and aims to provide an induction heating device that is versatile enough to accommodate the shapes of various objects to be heated, and can be easily and inexpensively implemented.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる誘導加熱装置は、内部に被加熱物が配置されるコイルと、前記コイルの内周面と前記被加熱物における外周突起との間に配置される第1内部磁性材と、を備え、前記第1内部磁性材は、前記コイルを基準とした周方向および軸方向について位置調整可能に構成されていることを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems and achieve the object, the induction heating device of the present invention is characterized in that it comprises a coil in which an object to be heated is placed, and a first internal magnetic material that is placed between the inner circumferential surface of the coil and an outer peripheral protrusion of the object to be heated, and that the first internal magnetic material is configured so that its position can be adjusted in the circumferential and axial directions based on the coil.
このように第1内部磁性材を周方向および軸方向について位置調整可能とすると、簡易かつ廉価な構成で種々の被加熱物の形状に対応可能な汎用性が得られる。 By making the first internal magnetic material adjustable in both the circumferential and axial directions in this way, a simple and inexpensive structure can be achieved that is versatile enough to accommodate the shapes of various objects to be heated.
前記第1内部磁性材は、前記軸方向に隙間を介して複数の素子から構成されていてもよい。このように第1内部磁性材の素子間に隙間を設けると磁気抵抗を調整することができる。 The first internal magnetic material may be composed of multiple elements with gaps in the axial direction. By providing gaps between the elements of the first internal magnetic material in this way, the magnetic resistance can be adjusted.
前記第1内部磁性材はフェライトであって、前記第1内部磁性材が前記軸方向に形成する隙間は0.3mm~1.5mmであってもよい。これにより、磁気飽和を抑制することができる。 The first internal magnetic material may be ferrite, and the gap formed by the first internal magnetic material in the axial direction may be 0.3 mm to 1.5 mm. This can suppress magnetic saturation.
前記コイルの外周面より外側で、前記周方向に配列されて前記軸方向に延在する複数の外部磁性材を備えてもよい。このような外部磁性材によれば外部への磁束漏れを低減することができる。 A plurality of external magnetic members may be provided outside the outer circumferential surface of the coil, arranged in the circumferential direction and extending in the axial direction. Such external magnetic members can reduce magnetic flux leakage to the outside.
前記外部磁性材は、前記軸方向に隙間を介して複数の素子から構成されていてもよい。このように外部磁性材の素子間に隙間を設けると磁気抵抗を調整することができる。 The external magnetic material may be composed of multiple elements with gaps in the axial direction. By providing gaps between the elements of the external magnetic material in this way, the magnetic resistance can be adjusted.
前記外部磁性材はフェライトであって、前記外部磁性材が前記軸方向に形成する隙間は0.3mm~1.5mmであってもよい。これにより、磁気飽和を抑制することができる。 The external magnetic material may be ferrite, and the gap that the external magnetic material forms in the axial direction may be 0.3 mm to 1.5 mm. This can suppress magnetic saturation.
前記コイルの内周面と前記被加熱物における軸方向端部またはその近傍との間に配置される第2内部磁性材を備えてもよい。このような第2内部磁性材によれば被加熱物の軸方向端部の局所過熱を抑制することができる。 A second internal magnetic material may be provided that is disposed between the inner circumferential surface of the coil and the axial end of the object to be heated or in its vicinity. Such a second internal magnetic material can prevent local overheating of the axial end of the object to be heated.
前記コイルの内周面と前記被加熱物との間で前記周方向に配列されて前記軸方向に着脱可能な複数の板材を備え、前記第1内部磁性材は1以上の前記板材に固定されていてもよい。このような板材は簡易で廉価であり、しかも第1内部磁性材の固定および位置調整が容易である。 The device may include a plurality of plate members arranged in the circumferential direction between the inner circumferential surface of the coil and the object to be heated and detachable in the axial direction, and the first internal magnetic material may be fixed to one or more of the plate members. Such plate members are simple and inexpensive, and the first internal magnetic material can be easily fixed and its position adjusted.
複数の前記板材は前記軸方向視でそれぞれ同形状であって、8枚~12枚で前記被加熱物を前記コイルを基準とした径方向について覆っていてもよい。これにより、位置調整の適度な自由度が得られるとともに、内側の加熱室および外側の冷却室をそれぞれ適度な面積に形成できる。 The multiple plate materials may each have the same shape when viewed in the axial direction, and 8 to 12 of them may cover the heated object in the radial direction based on the coil. This allows for a moderate degree of freedom in position adjustment, and allows the inner heating chamber and the outer cooling chamber to be formed with appropriate areas.
前記コイルを冷却する空冷装置と、前記空冷装置による空気の流れが前記板材よりも外周側になるように形成された導風路と、を備えてもよい。これによりコイルを効率的に冷却することができる。また、空冷装置は廉価であって、しかも取り扱いが容易である。 The coil may be provided with an air-cooling device for cooling the coil, and an air guide duct formed so that the air flow from the air-cooling device is on the outer periphery side of the plate material. This allows the coil to be cooled efficiently. In addition, the air-cooling device is inexpensive and easy to handle.
前記被加熱物は非磁性材であってもよい。 The object to be heated may be a non-magnetic material.
本発明にかかる誘導加熱装置は、種々の被加熱物の形状に対応可能な汎用性を有するとともに、簡易かつ廉価に実現可能である。 The induction heating device of the present invention is versatile enough to accommodate the shapes of various objects to be heated, and can be easily and inexpensively implemented.
以下に、本発明にかかる誘導加熱装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 Below, an embodiment of an induction heating device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to this embodiment.
図1は、本発明の実施形態である誘導加熱装置10の側面図である。図1では、内部を視認可能なように右半分の外板28を省略している。図2は、誘導加熱装置10の平面図である。図3は、上板16を取り除いた状態における誘導加熱装置10の平面図である。図4は、図3におけるIV~IV線視による断面側面図である。図5は、図4におけるV~V線視による断面平面図である。以下では、誘導加熱装置10におけるコイル22の軸Jを基準とし、該軸Jに沿った方向を軸方向とし、軸Jを中心とした円弧方向を周方向とし、軸Jについて直交する方向を径方向として説明する。
Figure 1 is a side view of an
誘導加熱装置10は被加熱物12を誘導加熱する装置である。被加熱物12は円筒形状のものが誘導加熱装置10に対して適用可能であるが、単純な円筒以外に種々のものが適用可能であり、以下の例では筒部12a、蓋部12b、第1外周突起12cおよび第2外周突起12dを有するものを挙げる。第1外周突起12cは筒部12aの外周面における略中間高さに形成された突起であり軸方向よりも周方向にやや長いものとする(図6参照)。第2外周突起12dは第1外周突起12cの反対側に形成された突起であり第1外周突起12cよりも小さく、軸方向よりも周方向にやや長いものとする(図6参照)。
The
筒部12aのうち第1外周突起12cが形成されている部分12aaはやや厚く、第2外周突起12dが形成されている部分12abはやや薄いものとする(図4参照)。誘導加熱装置10は被加熱物12として磁性材および非磁性材のいずれも加熱が可能である。以下の例における被加熱物12は非磁性材(例えば銅材やアルミニウム材)であるものとする。
The portion 12aa of the
誘導加熱装置10は、ベースプレート14と、上板16と、ファン(空冷装置)18と、コイルプレート20と、コイル22と、10枚の内板(板材)24と、これらの内板24を支持する10本の内板支柱26と、10枚の外板28と、これらの外板28を支持する10本の外板支柱30と、内板24に設けられた第1内部磁性材32および第2内部磁性材34と、10本の外部磁性材36とを備える。
The
コイル22は軸Jが鉛直向きとなるようにコイルプレート20に固定されている。コイルプレート20はベースプレート14のやや上方に固定されている。コイル22は、例えば上コイル22aと下コイル22bとからなる。上コイル22aと下コイル22bとは、例えば軸方向に並列して配置されている。上コイル22aは一対の端子22aaを有し、下コイル22bは一対の端子22baを有する。上コイル22aと下コイル22bとは、例えばインバータに対して並列接続される。上コイル22aと下コイル22bとの間には小さな隙間22cが確保されており、該隙間22cから図示しない一対の光学センサにより内部の被加熱物12の有無を検出することができる。光学センサは一対のブラケット37に取り付けられる。
The
10本の内板支柱26は周方向両側面にスリット溝26aが形成されており、それぞれコイルプレート20から上方に起立している。複数の内板24は、少なくとも軸方向視で同形状である。具体的には、各内板24の周方向長さは隣接する内板支柱26の間隔に等しく、厚みはスリット溝26aにほぼ等しい。この場合、各内板24の軸方向長さはそれぞれ内板支柱26の高さにほぼ等しい。10枚の内板24は、それぞれ隣接する内板支柱26における対抗面同士のスリット溝26aに挿入されており、正10角形を形成している(図5参照)。すなわち、各内板24は軸Jを基準として36度の範囲に設けられている。
The ten inner plate supports 26 have slit
各内板24は上方からスリット溝26aに沿って挿入および抜き取りが可能である。換言すれば内板24は軸方向に着脱可能となっている。内板24および内板支柱26はコイル22の内側に設けられている。内板支柱26とコイル22の内面とは十分に接近しまたは接している。コイル22の内面と内板24との間には内側導風路41が確保されている。
Each
内板24および内板支柱26は絶縁性の耐熱樹脂材である。内板24および内板支柱26の内側は加熱室38を形成している。被加熱物12はコイル22の内部で(具体的には加熱室38の内部で)、コイル22に対してほぼ同軸上に配置される。被加熱物12は加熱室38の内部における略中間高さに配置されるが、条件によっては軸方向に多少ずらしてもよい。各図においては被加熱物12の載置台は省略している。被加熱物12は誘導加熱装置10の上方開口10aから挿入および抜き取りが可能となっている。
The
図6は、誘導加熱装置10を中間高さでカットした断面斜視図である。図6に示すように、加熱室38を形成する10枚の内板24および内板支柱26は、被加熱物12を径方向について覆っている。
Figure 6 is a cross-sectional perspective view of the
被加熱物12の外周の突起の態様により、第1内部磁性材32は10枚のうち1枚以上の内板24に固定されている。ここで、比較的大きい第1外周突起12cに対面する内板24を内板24αとし、比較的小さい第2外周突起12dに対面する内板24を内板24βとて識別する。第1内部磁性材32は内板24α,24βに固定されている。第1内部磁性材32の周方向寸法は、内板支柱26に干渉しない程度に長く設定されており、第1外周突起12cおよび第2外周突起12dを径方向についてほぼ覆っている。第1外周突起12cおよび第2外周突起12dの周方向寸法が小さい場合には、第1内部磁性材32の周方向寸法もそれに合わせるとよい。
Depending on the shape of the outer circumferential projection of the
図4に戻り、第1内部磁性材32は、第1外周突起12cおよび第2外周突起12dの軸方向位置に合わせて内板24α,24βの略中間高さに設定されている。
つまり、第1内部磁性材32はコイル22の内周面と被加熱物12における外周突起12c,12dとの間に配置される。第1内部磁性材32は軸方向視で外周突起12c,12dを覆うことがなく、被加熱物12の挿入および抜き取り時に干渉することがない。
Returning to FIG. 4, the first internal
That is, the first internal
内板24αに設けられている第1内部磁性材32は、軸方向に配列された3つのフェライト素子32a,32b,32cから構成されている。内板24βに設けられている第1内部磁性材32は、軸方向に隣接する2つのフェライト素子32d,32eから構成されている。フェライト素子32a~32eは同じものであり、やや細長い板状である。
The first internal
コイル22が発生する磁束Φ(図8参照)は筒部12aを通過して加熱を行うが、第1外周突起12cおよび第2外周突起12dは突出している分だけ磁束Φが多く流れる傾向があり、局所過熱が生じうる。これに対して本実施形態では、コイル22の内周面と被加熱物12における第1外周突起12cおよび第2外周突起12dとの間にそれぞれ第1内部磁性材32が配置されることから磁束Φのバイパス磁路が形成され、第1外周突起12cおよび第2外周突起12dに流れる磁束Φが抑制されて局所過熱を防止することができる。
The magnetic flux Φ (see FIG. 8) generated by the
そして、上記のとおり比較的大きい第1外周突起12cに対面する箇所の第1内部磁性材32は3つのフェライト素子32a,32b,32cで構成され、比較的小さい第2外周突起12dに対面する箇所の第1内部磁性材32は2つのフェライト素子32d,32eで構成されており、突起の大きさによって素子の数を増減してバイパス磁路の磁気抵抗を調整している。
As described above, the first internal
また、隣接するフェライト素子32a~32cの間、およびフェライト素子32dとフェライト素子32eとの間にはそれぞれ軸方向の隙間G1が形成されている。つまり、第1内部磁性材32は、軸方向に隙間を介してフェライト素子32a~32cから構成されている。第1内部磁性材32は、電磁鋼板ではなくフェライト素子32a~32eから構成され、かつ磁束Φが通過する方向について隙間G1が形成されていることから適度な磁気抵抗があって発熱が抑制される。このため、第1内部磁性材32は水冷式の冷却が不要である。第1内部磁性材32が適度な磁気抵抗を有するためには、本願発明者の実験および解析によれば隙間G1を0.3mm~1.5mmに設定するとよい。
Also, an axial gap G1 is formed between
第2内部磁性材34は、被加熱物12の態様によりコイル22の内周面と被加熱物12における軸方向端部またはその近傍との間に配置される。すなわち、被加熱物12の軸方向端部が薄い場合には局所過熱が生じうることから、この部分での磁束Φの一部をバイパスさせるために、必要に応じて第2内部磁性材34が設けられる。本実施の形態では、第1外周突起12cが形成されている部分12aaの下端(軸方向端部)12eの近傍および、第2外周突起12dが形成されている部分12abの下端(軸方向端部)12fの近傍に第2内部磁性材34が設けられている。
The second internal
具体的には、一方の第2内部磁性材34(図4で符号34αとする)は、下端12fとコイル22の内面との間に配置されており、他方の第2内部磁性材34(図4で符号34βとする)は、下端12eの近傍(やや下方部)とコイル22の内面との間に配置されている。
Specifically, one of the second internal magnetic materials 34 (designated 34α in FIG. 4) is disposed between the
すなわち、部分12abは比較的薄いことから下端12fに局所過熱が生じやすいと考えられ、第2内部磁性材34αを下端12fと対面する軸位置に配置して磁束Φのバイパス効果を高めている。これに対して部分12aaは比較的厚いことから、下端12eは下端12fと比較すると局所過熱が生じにくく第2内部磁性材34βを下端12eと対向する軸位置よりもややずらして磁束Φのバイパス効果をやや抑制している。一方、被加熱物12における上端12gの近傍には第2内部磁性材34が設けられていない。被加熱物12の上方には蓋部12bが設けられていて熱容量が大きく、局所過熱が生じないためである。
That is, since the portion 12ab is relatively thin, it is believed that local overheating is likely to occur at the
第2内部磁性材34は第1内部磁性材32と同様に内板24に固定されている。第2内部磁性材34は、それぞれ軸方向に隣接する2つのフェライト素子34a,34bから構成されている。フェライト素子34a,34bは上記のフェライト素子32a~32eと同じものである。フェライト素子34aとフェライト素子34bとの間には、上記の第1内部磁性材32の場合と同様の理由から隙間G1が形成されている。この場合の隙間G1は、第1内部磁性材32の場合と同様で0.3mm~1.5mmに設定するとよい。
The second internal
図7は、内板24の各種例を示す図であり、(a)は第1例の内板24aを示す図であり、(b)は第2例の内板24bを示す図であり、(c)は第3例の内板24cを示す図であり、(d)は第4例の内板24dを示す図であり、(e)は第5例の内板24eを示す図であり、(f)は第6例の内板24fを示す図である。図7では簡略化のために第2内部磁性材34については省略している。
Figure 7 shows various examples of the
内板24には様々な種類を用意可能である。図7(a)の内板24aは第1内部磁性材32が設けられていない例である。図7(b)の内板24bは、3つのフェライト素子32a~32cからなる第1内部磁性材32が略中間高さに設けられた例であり、上記の内板24αに相当する。図7(c)の内板24cは、2つのフェライト素子32d,32eからなる第1内部磁性材32が略中間高さに設けられた例であり、上記の内板24βに相当する。図7(d)の内板24dは、3つのフェライト素子32a~32cからなる第1内部磁性材32を中間よりもやや高い位置に設けた例である。なお、第1内部磁性材32を中間よりもやや低い位置に設定したい場合には、該内板24dを上下逆に用いればよい。図7(e)の内板24eは、内板24bにおける第1内部磁性材32の周方向幅を狭めたものである。この内板24eは被加熱物12における外周突起の周方向幅が短い場合に適用される。図7(f)の内板24fは、内板24bにおける第1内部磁性材32の周方向幅を狭めるとともに軸方向長さを長くしたものである。この内板24fは被加熱物12における外周突起の周方向幅が短く軸方向に長い場合に適用される。
Various types of
このような内板24a~24fを適宜選択することにより、被加熱物12における外周突起の位置および大きさに合わせて、第1内部磁性材32は周方向および軸方向について位置調整可能となる。したがって、誘導加熱装置10は、種々の被加熱物12の形状に対応可能な汎用性を有する。また、これらの内板24は簡易かつ廉価に実現可能であり、ある程度多く用意してもコスト負担が小さい。また、各内板24は薄く軽量であって、取り扱いが容易である。各内板24の着脱はスリット溝26aに沿って簡便に行われる。各内板24は、異なる種類の複数枚を軸方向に配列可能なように1枚の軸方向長さを短く設定してもよい。
By appropriately selecting such inner plates 24a-24f, the position of the first internal
なお、内板24b~24fをスリット溝26aに沿って軸方向に挿入する際には、第1内部磁性材32が内向きとなるようにする。第1内部磁性材32を内向きとすることにより、被加熱物12の外周突起に接近して磁路のバイパス作用が向上する。また、内板24の外側の内側導風路41が第1内部磁性材32によって塞がれることがない。被加熱物12が外周面に突起を有していない場合には、第1内部磁性材32のない内板24aだけを用いてもよい。
When the inner plates 24b to 24f are inserted axially along the
内板24の枚数はコイル22の内側に多数配置すれば調整の自由度は大きくなるが、構成が複雑となり、被加熱物12の外周面とやや離間してしまい、しかも内側導風路41が狭くなってしまう。一方、内板24の枚数を少なくすると、被加熱物12に応じた調整の自由度が小さくなるとともに、加熱室38が狭くなってしまう。そのため、内板24は8枚から12枚設けることが適当であり、さらに好ましくは本実施形態のように10枚にするとよい。
Placing a large number of
図1~図5に戻り、10本の外板支柱30は周方向両側面にスリット溝30aが形成されており、それぞれベースプレート14から上方に起立している。10枚の外板28はそれぞれ同形状である。具体的には、各外板28の周方向長さは隣接する外板支柱30の間隔に等しく、厚みはスリット溝30aにほぼ等しい。各外板28の軸方向長さはそれぞれ外板支柱30の高さにほぼ等しい。10枚の内板24は、それぞれ隣接する外板支柱30における対抗面同士のスリット溝30aに挿入されており、正10角形を形成している(図5参照)。すなわち、各外板28は軸Jを基準として36度の範囲に設けられている。
Returning to Figures 1 to 5, the ten shell struts 30 have slit
各外板28は上方からスリット溝30aに沿って挿入および抜き取りが可能であるが通常は固定されている。外板28および外板支柱30はコイル22の外側に設けられている。外板支柱30とコイル22の外面とは適度に離間している。外板28および外板支柱30は、絶縁性の耐熱樹脂材である。外板28および外板支柱30の内側で、かつ内板24および内板支柱26の外側は冷却室40を形成している。コイル22は冷却室40に配置されている。コイル22の外面と外板28との間には外側導風路42が形成されている。上記の内側導風路41は冷却室40の一部である。
Each
10本の外部磁性材36は周方向に等間隔に配置され、それぞれ6つのフェライト素子36a,36b,36c,36d、36eおよび36fから構成されている。一番下のフェライト素子36aはベースプレート14上で径方向に沿うように配置されている。4つのフェライト素子36b~36eは外板支柱30の内面に固定されており、軸方向に延在するように配列されている。一番上のフェライト素子36fは上板16の下面に固定され、径方向に沿うように配置されている。フェライト素子36aとフェライト素子36fとは同部材であるが、前者は縦向きに配置され、後者は横向きに配置されている。各フェライト素子36aが縦向きに配置されていることにより、後述する通風孔14aの面積を広く形成することができる。
The ten external
隣接するフェライト素子36a~36fの間にはそれぞれ隙間G2が形成されている。つまり、外部磁性材36は、磁束Φが通過する方向に隙間G2を介してフェライト素子36a~36fから構成されている。このうちフェライト素子36b~36eにおける隙間G2は軸方向に形成されている。外部磁性材36にはコイル22が発生する磁束Φの磁路が形成されて外部への漏れ磁束を軽減することができる。外部磁性材36は、電磁鋼板ではなくフェライト素子36a~36fから構成され、かつ磁束Φが通過する方向について隙間G2が形成されていることから適度な磁気抵抗があって発熱が抑制される。このため、外部磁性材36は水冷式の冷却が不要である。外部磁性材36が適度な磁気抵抗を有するためには、本願発明者の実験および解析によれば隙間G2を0.3mm~1.5mmに設定するとよい。
A gap G2 is formed between
外部磁性材36は誘導加熱装置10の周囲に多数配置すれば外部への漏れ磁束を低減することができるが構成が複雑となり、少なければ漏れ磁束が増大する。そのため、外部磁性材36の数は等間隔に8本から12本設けることが適当であり、さらに好ましくは本実施形態のように10本にするとよい。内板支柱26と外板支柱30とは数が同じで、軸Jを基準として同一線上に配置されており放射状となっている。同様に内板24と外板28とは数が同じで放射状に配置されており構造上のバランスが良い。
Although it is possible to reduce leakage magnetic flux to the outside by arranging a large number of external
第1内部磁性材32、第2内部磁性材34および外部磁性材36を構成する各フェライト素子はそれぞれ直方体であり、例えば汎用品から選択可能である。
Each of the ferrite elements constituting the first internal
図2に示すように、上板16は中心孔16aと、その周囲に等間隔に配置された10の通風孔16bとを有する。中心孔16aは加熱室38と連通する部分で装置全体としての上方開口10aを構成している。中心孔16aは被加熱物12を挿通させるのに十分な大きさがある。中心孔16aの内径側端部は平面視で内板24および内板支柱26の上面に軽く当接して、これらを固定している。内板24を交換する場合には上板16を一時的に取り除くが(図3参照)、中心孔16aをやや大きくして、上板16を取り付けたまま内板24が交換可能な構成にしてもよい。中心孔16aの外径側端部は平面視で外板28および外板支柱30の上面に軽く当接して、これらを固定している。
As shown in FIG. 2, the
10の通風孔16bはそれぞれ、10の外部磁性材36の中間に形成されている。隣接する通風孔16bの間の細いブリッジ16cは外部磁性材36の上面に軽く当接して、該外部磁性材36を固定している。通風孔16bは冷却室40に連通している。通風孔16bにはフィルターが設けられていてもよい。
The 10
図6に示すように、ベースプレート14は放射状に配置された10の通風孔14aを有する。通風孔14aは上板16の通風孔16bと同形状であり、平面視で同配置となっている。10の通風孔14aはそれぞれ、10の外部磁性材36の中間に形成されている。隣接する通風孔14aの間の細いブリッジ14bは外部磁性材36の下面に当接して、該外部磁性材36を支持している。通風孔14aは冷却室40に連通している。
As shown in FIG. 6, the
図4に示すように、コイルプレート20は加熱室38の下面を塞いでいる。冷却室40は上方が上板16の通風孔16bで開口しており、下方がベースプレート14の通風孔14aで開口している。ベースプレート14の下方にはファン18が配置されており冷却室40の空気を下方へ排出する。
As shown in FIG. 4, the
次に、誘導加熱装置10の作用について説明する。図8は、誘導加熱装置10の一部拡大模式断面側面図である。図8は誘導加熱装置10について左半分を示しているが、右半分または紙面の垂直方向についても同様の作用があることはもちろんである。
Next, the operation of the
図8に示すように、コイル22に高周波の交流電流を流すと交流の磁束Φが発生する。ある時間において、磁束Φは図8において反時計方向に循環するものとするが、時計方向の循環でも同じ作用がある。加熱室38内において磁束Φの大部分である分岐磁束Φ1は被加熱物12の筒部12aを通って渦電流の効果により該被加熱物12を加熱する。もう一方の分岐磁束Φ2は筒部12aの外側を通るが、下端12eの近傍を通過する際には第2内部磁性材34の内部を通り、または第2内部磁性材34によって進路が外寄りに矯正される。したがって分岐磁束Φ2は下端12eをバイパスするようになり、下端12eの局所過熱が防止される。
As shown in FIG. 8, when a high-frequency alternating current is passed through the
下端12eの近傍を通った分岐磁束Φ2は上方へ向かい、さらに2つの分岐磁束Φ21と分岐磁束Φ22とに分岐する。一方の分岐磁束Φ21は第1外周突起12cを通過して該第1外周突起12cを加熱する。もう一方の分岐磁束Φ22は第1内部磁性材32を通過する。つまり、分岐磁束Φ2の一部である分岐磁束Φ22が第1内部磁性材32によってバイパスされるため、第1外周突起12cを通る分岐磁束Φ21が抑制され、該第1外周突起12cの局所過熱が防止される。上記のとおり、分岐磁束Φ21と分岐磁束Φ22との割合は第1内部磁性材32を構成するフェライト素子の数と隙間G1とによって調整が可能である。
The branch magnetic flux Φ2 that passes near the
分岐磁束Φ1,Φ21,Φ22は上方でまとまり、再び磁束Φとなって外部磁性材36に導入される。磁束Φは外部磁性材36を通って下方に向かって再び加熱室38に入って循環することになる。磁束Φの多くは外部磁性材36を通ることから誘導加熱装置10の外部への漏れ磁束を抑制することができる。外部磁性材36にはフェライト素子36a~36fの間に隙間G2が形成されていることから磁気抵抗が適度に調整されており、過度に昇温することがない。
The branched magnetic fluxes Φ1, Φ21, and Φ22 gather upward, become magnetic flux Φ again, and are introduced into the external
なお、図8に示す磁束Φは発明の理解を容易にするために模式的に示しているのであって、実際の磁束Φは厳密にこの通りに発生しなくてもよいことはもちろんである。また各分岐磁束は、実際には図示のとおり明確に識別されるものでないことはもちろんである。 The magnetic flux Φ shown in FIG. 8 is shown diagrammatically to facilitate understanding of the invention, and it goes without saying that the actual magnetic flux Φ does not have to be generated exactly as shown. It also goes without saying that in reality, each branch magnetic flux is not clearly distinguishable as shown in the figure.
一方、誘導加熱装置10の冷却室40ではファン18による空冷が行われる。すなわち、上方の通風孔16bから導入された空気は冷却室40を通って下方の通風孔14aを通過してファン18によって外部へ排出される。
Meanwhile, air cooling is performed by the
冷却室40は内板24と外板28とで仕切られた空間なので、空気の流れは内板24よりも外周側で外板28よりも内周側の範囲内で発生する。具体的には、通風孔16bから内側導風路41および通風孔14aを通る第1流路F1と、通風孔16bから外側導風路42および通風孔14aを通る第2流路F2の空気流れが生じる。内側導風路41および外側導風路42は、少なくとも内板24よりは外周側になるように形成されていることから、加熱室38内を直接的に冷却することはない。
Since the cooling
第1流路F1による空気流れはコイル22の内面を冷却するとともに内板24を介して第1内部磁性材32および第2内部磁性材34を冷却する。第2流路F2による空気流れはコイル22の外面を冷却するとともに外部磁性材36を冷却する。
The air flow through the first flow path F1 cools the inner surface of the
被加熱物12が非磁性材であって、例えば焼き嵌めのために加熱する場合には本来は相当の電力が必要となる。誘導加熱装置10では第1外周突起12c、第2外周突起12d、下端12e,21gなどに局所過熱が発生することがないため、電力を抑えることなく加熱することが出来る。また、第1内部磁性材32、第2内部磁性材34および外部磁性材36について磁気抵抗が適切に調整されていることから過度な温度上昇がない。したがって、誘導加熱装置10では複雑かつ高コストの水冷式ではなく、簡易、低コストかつ取り扱い容易なファン18による空冷式の適用が可能となっている。誘導加熱装置10では、第1流路F1と第2流路F2とが効果的な配置となっており、簡便な構成でコイル22、第1内部磁性材32、第2内部磁性材34および外部磁性材36を効率的に冷却することができる。
If the
コイル22は、導線を多く巻いて電流を下げつつ径方向に複数層を形成し、内層側と外総曲輪とを並列接続して導線の合計断面積を稼ぐことにより発熱を抑制することができる。その内層側および外層側部分を上記の第1流路F1と第2流路F2とによって内外を強制空冷することからさらに発熱を抑制することができる。また、電流を下げる替わりに電圧を上げる場合であってもコイル22を上コイル22aと下コイル22bとに分割し上下端から中央に向かって電圧が変化するように通電して発熱を抑制できる。
The
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can of course be freely modified without departing from the spirit of the present invention.
10 誘導加熱装置
12 被加熱物
12a 筒部
12c 第1外周突起
12d 第2外周突起
14 ベースプレート
14a,16b 通風孔
16 上板
16a 中心孔
18 ファン(空冷装置)
20 コイルプレート
22 コイル
24,24a~24f,24α,24β 内板(板材)
26 内板支柱
26a,30a スリット溝
28 外板
30 外板支柱
32 第1内部磁性材
32a~32e,34a,34b,36a~36f フェライト素子(素子)
34,34α,34β 第2内部磁性材
36 外部磁性材
38 加熱室
40 冷却室
41 内側導風路(導風路)
42 外側導風路(導風路)
F1 第1流路
F2 第2流路
G1,G2 隙間
J 軸
Φ 磁束
Φ1,Φ2,Φ21,Φ22 分岐磁束
10
20
26:
34, 34α, 34β Second inner
42 Outer air duct (air duct)
F1 First flow path F2 Second flow paths G1, G2 Gap J Axis Φ Magnetic flux Φ1, Φ2, Φ21, Φ22 Branch magnetic flux
Claims (11)
前記コイルの内周面と前記被加熱物における同一材の外周突起との間に配置される第1内部磁性材と、
を備え、
前記第1内部磁性材は前記外周突起の外周側端部よりも外周側にあり、
前記第1内部磁性材は、前記コイルを基準とした周方向および軸方向について位置調整可能に構成されていることを特徴とする誘導加熱装置。 A coil in which an object to be heated is placed;
A first internal magnetic material disposed between an inner peripheral surface of the coil and an outer peripheral protrusion of the same material on the heated object;
Equipped with
the first internal magnetic material is located on the outer circumferential side of the outer circumferential end of the outer circumferential projection,
An induction heating device, characterized in that the first internal magnetic material is configured so that its position can be adjusted in the circumferential and axial directions based on the coil.
前記第1内部磁性材は1以上の前記板材に固定されていることを特徴とする請求項1~7のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。 A plurality of plate members are arranged in the circumferential direction between the inner circumferential surface of the coil and the object to be heated and are detachable in the axial direction,
8. The induction heating device according to claim 1, wherein the first internal magnetic material is fixed to one or more of the plate materials.
前記空冷装置による空気の流れが前記板材よりも外周側になるように形成された導風路と、
を備えることを特徴とする請求項8または9に記載の誘導加熱装置。 an air-cooling device for cooling the coil;
an air guide path formed so that the air flow from the air-cooling device is on the outer periphery side of the plate material;
10. The induction heating device according to claim 8 or 9, further comprising:
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