JP5558305B2 - Induction heating apparatus and heated object - Google Patents
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Description
この発明は、被加熱体からの熱伝導による誘導加熱コイルの温度上昇を低コストにて抑制することができる誘導加熱装置および被加熱体に関するものである。 The present invention relates to an induction heating apparatus and a body to be heated that can suppress an increase in temperature of an induction heating coil due to heat conduction from the body to be heated at low cost.
従来の誘導加熱装置は、加熱コイルと、加熱コイルに隣接して配設され、誘導加熱される被加熱体と、加熱コイルと被加熱体の間に配置された断熱体と、加熱コイルおよび被加熱体に送風して冷却するファンをそれぞれ備えているものである。また、ファンをひとつにするために、外部に風洞を設けコイルおよび被加熱体を冷却するものである(例えば、特許文献1参照)。 A conventional induction heating apparatus includes a heating coil, a heated body that is disposed adjacent to the heating coil and is induction-heated, a heat insulating body that is disposed between the heating coil and the heated body, a heating coil, and a heated body. Each is provided with a fan that blows and cools the heating element. Moreover, in order to use one fan, a wind tunnel is provided outside to cool the coil and the object to be heated (for example, see Patent Document 1).
従来の誘導加熱装置は、加熱コイルおよび被加熱体を冷却するためにそれぞれにファンを設置しておりコストがかかるという問題点があった。また、これらのファンをひとつにするために、風洞を新たに設けるために装置が大型になりかつコストがかかるという問題点があった。 The conventional induction heating apparatus has a problem in that a fan is provided for cooling the heating coil and the object to be heated, which is costly. Further, in order to integrate these fans, there is a problem that the apparatus becomes large and expensive because a new wind tunnel is provided.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、被加熱体からの熱伝導による誘導加熱コイルの温度上昇を低コストにて抑制することができる誘導加熱装置および被加熱体を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an induction heating apparatus and a heated body that can suppress an increase in temperature of the induction heating coil due to heat conduction from the heated body at a low cost. The purpose is to provide.
この発明は、コイル導線が径方向に複数回巻回され、上記コイル導線間の間隔は上記径方向に対して垂直にて形成され、被加熱体を誘導加熱する誘導加熱コイルと、
上記誘導加熱コイルの上記被加熱体の配置されている側と相反する側から空気を供給するファンとを備え、
上記誘導加熱コイルと上記被加熱体と間には空気層のみが存在し、
上記ファンにより供給される空気は、上記誘導加熱コイルの上記径方向に対して上記コイル導線間に垂直に供給され、上記誘導加熱コイルの上記コイル導線間を介して衝突噴流かつ気流の乱れを生じながら、上記空気層を介して上記被加熱体に直接到達して冷却するものである。
In this invention, the coil conductor is wound a plurality of times in the radial direction, the interval between the coil conductors is formed perpendicular to the radial direction, and an induction heating coil for induction heating the object to be heated,
A fan for supplying air from the side opposite to the side where the heated body of the induction heating coil is disposed;
There is only an air layer between the induction heating coil and the heated object,
The air supplied by the fan is supplied perpendicularly between the coil conductors with respect to the radial direction of the induction heating coil, causing a collision jet and turbulence of the airflow between the coil conductors of the induction heating coil. However, it reaches the heated object directly through the air layer and cools it.
この発明の誘導加熱装置は、上記のように構成されているので、被加熱体および誘導加熱コイルを直接ファンにて冷却することができるため、被加熱体からの熱伝導による誘導加熱コイルの温度上昇を低コストにて抑制することができる。 Since the induction heating apparatus according to the present invention is configured as described above, the object to be heated and the induction heating coil can be directly cooled by the fan, so that the temperature of the induction heating coil due to heat conduction from the object to be heated is reduced. The rise can be suppressed at a low cost.
実施の形態1.
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図1はこの発明の実施の形態1における誘導加熱装置および誘導加熱コイルの構成を示した断面図および正面図である。ここでは、誘導加熱装置として、誘導加熱を用いてインバータに回生された電力を消費する電子抵抗器を例に説明する。図1において、誘導加熱コイル1は、電気的エネルギー(電力)を誘導加熱の現象にて被加熱体2を加熱するものであり、共振用コンデンサおよび駆動回路(図示せず)などに接続されている。そして、誘導加熱コイル1が生成した磁束を受け誘導加熱により加熱される被加熱体2と、誘導加熱コイル1の被加熱体2の配置されている側と相反する側から空気を供給するファン7とを備えている。そして、誘導加熱コイル1と被加熱体2との間には断熱材などが存在せず、空気層のみが存在し、ファン7により供給される空気(風B)は誘導加熱コイル1の隙間などを介して被加熱体2に到達する(風A)。被加熱体2には、誘導加熱コイル1が配設されている側と相対する面上に、放熱のためのフィン部2aが形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below. 1 is a cross-sectional view and a front view showing configurations of an induction heating device and an induction heating coil according to
そして、誘導加熱コイル1は、コイル導線5としての細い線がらせん状に巻回されている。このコイル導線5の間の間隔を形成、維持するために絶縁体で形成されている櫛状もしくはビーズ形状のスペーサ6を挟持して形成している。もしくは、線材として銅板を上記形状に加工して利用してもかまわない。また、コイル導線5の断面形状は、円形のほか多角形、複数の線材がより合わさった形状で形成されていてもよい。さらに、誘導加熱コイル1は熱エネルギーを反射する色に塗装することも考えられる。具体的には、誘導加熱コイル表面を塗装する色としては、例えば金色や銀色などの光沢があるものであればよい。尚、これらの内容は、以下の実施の形態においても同様であるため適宜説明を省略する。
And the
上記のように構成された実施の形態1の誘導加熱装置によれば、誘導加熱コイルの被加熱体側では衝突噴流の効果と誘導加熱コイルによる気流の乱れによって被加熱体の壁面での冷却効果が期待できる。しかし、この構成では被加熱体から加熱コイルへの輻射熱が懸念されるが、上記効果による被加熱体の表面温度の低下が見込まれ上記熱伝導の低減が見込まれる。また、被加熱体により暖められた空気が加熱コイルにあたることを防ぐため、従来必要であった断熱材の介在なくして被加熱体から加熱コイルへの熱伝導を減少することができる。さらにふく射を受けにくいコイル表面へ塗装することにより被加熱体から加熱コイルへの熱伝導を減少することができる。このため、加熱コイルと被加熱体の配置によらず、かつ断熱材などを用いなくとも上記被加熱体から加熱コイルへの熱伝導を抑え加熱コイルの温度上昇を小さく維持し、かつ温度上昇してもコイルを形成する巻き線間の絶縁を維持することができる。よって、低コスト、かつ、耐久性を得ることができる。 According to the induction heating apparatus of the first embodiment configured as described above, on the heated object side of the induction heating coil, there is a cooling effect on the wall surface of the heated object due to the effect of the collision jet and the turbulence of the air flow caused by the induction heating coil. I can expect. However, in this configuration, there is a concern about radiant heat from the heated body to the heating coil, but a decrease in the surface temperature of the heated body due to the above effects is expected, and a reduction in the heat conduction is expected. Moreover, in order to prevent the air heated by the to-be-heated body from hitting the heating coil, the heat conduction from the to-be-heated body to the heating coil can be reduced without interposing a heat insulating material that has been necessary in the past. Furthermore, the heat conduction from the object to be heated to the heating coil can be reduced by coating the coil surface which is not easily exposed to radiation. For this reason, regardless of the arrangement of the heating coil and the object to be heated and without using a heat insulating material, the heat conduction from the object to be heated to the heating coil is suppressed and the temperature rise of the heating coil is kept small and the temperature rises. However, the insulation between the windings forming the coil can be maintained. Therefore, low cost and durability can be obtained.
また、コイル導線間が間隔を有しているため空気に触れる表面積が広くなり、伝熱面積が増加され、誘導加熱コイルの熱抵抗が低減される。さらにコイル導線に細い巻き線を使用しているため、伝熱面積が増加するとともに、誘導加熱コイルの巻き線が微小直径円柱のため自然対流時および強制対流時において、熱伝達特性が向上する。そのため、銅損および被加熱体からのふく射による熱を効率よく放熱させることができる。 Moreover, since there is a space between the coil conductors, the surface area in contact with air is increased, the heat transfer area is increased, and the thermal resistance of the induction heating coil is reduced. Further, since a thin winding is used for the coil conductor, the heat transfer area is increased, and the winding of the induction heating coil is a small diameter cylinder, so that heat transfer characteristics are improved during natural convection and forced convection. Therefore, it is possible to efficiently dissipate heat due to copper loss and radiation from the object to be heated.
実施の形態2.
図2はこの発明の実施の形態2の誘導加熱装置の誘導加熱コイルの構成を示す断面図および正面図である。図において、上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。誘導加熱コイル1は、コイル導線5、15の巻回しを複数層形成し、各層のコイル導線5、15のおいて巻回方向を異なる方向として、各層のコイル導線5、15を直列に接続して形成されている。具体的には、コイル導線5は反時計回りに巻回され、コイル導線15は時計回りに巻回され、コイル導線5とコイル導線15とは中心部分で接続され、2つは直列に接続され、ひとつの誘導加熱コイル1にて構成されているものである。このような構成によって、コイル導線5、15の中心軸方向から見て、コイル導線5、15に流れる電流は同じ方向に流れるので、被加熱体2に対して生成する磁束を打消し合うことがない。そして、2つのコイル導線5とコイル導線15との空間をおき互いが接触しないようにスペーサ16により間隔が保たれている。
2 is a cross-sectional view and a front view showing the configuration of the induction heating coil of the induction heating apparatus according to
上記のように構成された実施の形態2の誘導加熱装置によれば、上記実施の形態1と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、誘導加熱コイルの形状により巻き数が多くなり、大きなインダクタンスを得ることができる。また、外部回路との接続端子や、複数のコイルを並列接続するための端子を外側に設けることが容易となる。
なお、各層のコイル導線を並列接続してもよい。この場合、コイル導線の中心軸方向から見て、コイル導線に流れる電流は同じ方向にするために、各層における巻回方向を同じ方向にした方が良い。
According to the induction heating device of the second embodiment configured as described above, the number of turns increases due to the shape of the induction heating coil as well as the same effect as that of the first embodiment. Can be obtained. Moreover, it becomes easy to provide a connection terminal with an external circuit and a terminal for connecting a plurality of coils in parallel.
In addition, you may connect the coil conducting wire of each layer in parallel. In this case, when viewed from the central axis direction of the coil conducting wire, it is preferable that the winding direction in each layer be the same direction in order to make the current flowing in the coil conducting wire the same direction.
実施の形態3.
図3はこの発明の実施の形態3の誘導加熱装置の構成を示す図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。図において、被加熱体2の誘導加熱コイル1と相反する面上に放熱のフィン部2bが形成されたものである。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of an induction heating apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In the figure, the same parts as those in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the figure, a heat dissipating
上記のように構成された実施の形態3の誘導加熱装置によれば、上記各実施の形態と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、誘導加熱コイルを通過する風は被加熱体のフィン部に当接するため、被加熱体の熱抵抗値が小さくなり、効率よく被加熱体を冷却することができる。 According to the induction heating apparatus of the third embodiment configured as described above, the wind passing through the induction heating coil is of course the fin part of the object to be heated, as well as the same effects as those of the above embodiments. Therefore, the heat resistance value of the heated object is reduced, and the heated object can be efficiently cooled.
実施の形態4.
図4はこの発明の実施の形態4の誘導加熱装置の構成を示す断面図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。図において、被加熱体20に誘導加熱コイル1の相反する面上にフィン部20aが形成されている。また、被加熱体20の誘導加熱コイル1の配置されている側から相反する側に向けて貫通する通風孔21を形成する。尚、本実施の形態ではフィン部20aを有する被加熱体20に通風孔21を形成する場合について示したが、上記他の実施の形態の被加熱体であっても同様の通風孔を形成する例も考えられる。
Embodiment 4 FIG.
4 is a cross-sectional view showing a configuration of an induction heating apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. In the figure, the same parts as those in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the figure, a
次に、上記のように構成された実施の形態4の誘導加熱装置の動作は、ファン7により送られた風Bは誘導加熱コイル1を冷却したのち、さらに被加熱体20の内部を、通風孔21を介して貫通し、被加熱体20を冷却し外部へ風A’が吹き抜ける。そして、誘導加熱コイル1と被加熱体20とを冷却する。
Next, in the operation of the induction heating apparatus of the fourth embodiment configured as described above, after the wind B sent by the
上記のように構成された実施の形態4の誘導加熱装置によれば、誘導加熱コイルを冷却するファンと被加熱体を冷却するファンとをひとつのファンにて行うことができる。また、被加熱体で暖められた高温の空気が誘導加熱コイルにあたることを防ぐことができるため、誘導加熱コイルの温度上昇を抑えることができる。また、通風孔により暖められた空気が外部に排気されるため、駆動回路など周辺機器への熱の影響を防ぐことができる。 According to the induction heating apparatus of the fourth embodiment configured as described above, the fan for cooling the induction heating coil and the fan for cooling the object to be heated can be performed by one fan. Moreover, since it can prevent that the high temperature air heated with the to-be-heated body hits the induction heating coil, the temperature rise of the induction heating coil can be suppressed. In addition, since the air heated by the ventilation holes is exhausted to the outside, the influence of heat on peripheral devices such as a drive circuit can be prevented.
実施の形態5.
図5はこの発明の実施の形態5の誘導加熱装置の構成を示す断面図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。図5に示すように、被加熱体20の誘導加熱コイル1が配設されている側と相反する側に、底部を有するフィン部20bを形成している。
5 is a cross-sectional view showing a configuration of an induction heating apparatus according to
このように形成された実施の形態5によれば、ファン7により送られた風Bは被加熱体20に接続されたフィン部20bの底部に衝突して被加熱体20を冷却し外部へ風Cとして吹き抜ける。このとき風Bはフィン部20bの底面に衝突するため、被加熱体20の放熱効果を高めることができる。
According to the fifth embodiment formed in this way, the wind B sent by the
1 誘導加熱コイル、2,20 被加熱体、2a,2b,20a,20b フィン部、5,15 コイル導線、6,16 スペーサ、7 ファン、21 通風孔、
A,A’,B ,C 風。
DESCRIPTION OF
A, A ', B, C style.
Claims (6)
上記誘導加熱コイルの上記被加熱体の配置されている側と相反する側から空気を供給するファンとを備え、
上記誘導加熱コイルと上記被加熱体と間には空気層のみが存在し、
上記ファンにより供給される空気は、上記誘導加熱コイルの上記径方向に対して上記コイル導線間に垂直に供給され、上記誘導加熱コイルの上記コイル導線間を介して衝突噴流かつ気流の乱れを生じながら、上記空気層を介して上記被加熱体に直接到達して冷却することを特徴とする誘導加熱装置。 A coil conductor is wound a plurality of times in the radial direction, an interval between the coil conductors is formed perpendicular to the radial direction, and an induction heating coil for induction heating the object to be heated;
A fan for supplying air from the side opposite to the side where the heated body of the induction heating coil is disposed;
There is only an air layer between the induction heating coil and the heated object,
The air supplied by the fan is supplied perpendicularly between the coil conductors with respect to the radial direction of the induction heating coil, causing a collision jet and turbulence of the airflow between the coil conductors of the induction heating coil. while, the induction heating apparatus wherein the cooling to reach directly to the heated object through the air layer.
上記誘導加熱コイルの配置されている側から相反する側向けて貫通する通風孔を備えたことを特徴とする被加熱体。 The heated object heated by the induction heating device according to any one of claims 1 to 5,
An object to be heated, comprising a ventilation hole penetrating from the side where the induction heating coil is disposed toward the opposite side.
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