TWI488543B - 可調變磁感應之加熱模組 - Google Patents

Description

可調變磁感應之加熱模組

本發明係有關於一種可調變磁感應之加熱模組，尤其是指一種利用感應式無線功率傳輸與電流熱效應來進行無線電能傳遞與加溫，及採用局部範圍來進行模具加熱，達到節省電力消耗，同時有效提高加工部位溫度功能為創新設計者。

按，加熱器的使用廣泛，於各行各業都有可能會使用到加熱器，如機械-模具加工加熱、塑料加熱等，電子-晶片加熱、封裝等等，日常生活-燈具、飲水或液、氣體加熱等等，而加熱方式大致採用電熱，而其介質則有數多種電熱線、紅外線、陶瓷、電熱管、電熱板等等數種。

而以機械模具加工方面而言，模具製作過程中，最大的重點就是尺寸精確，一般傳統模具(或工件)加工時，乃須對模具表面加熱，再藉由熱傳導使整個模具溫度提高，其係於將模具置設在加熱設備上，其加熱設備俱設一供模具置放的加熱板，藉以由加熱設備控制溫度，而讓加熱板對模具進行加熱，且經由熱傳導使整個模具溫度提高，再供刀具來進行加工，而此類型之模具加工採用整體式的全面加熱，所以採用電熱板來進行加熱程序，然電熱板也是經由與產生電熱的線體接觸或結合才能產生高溫，且大面積的加熱所需之時間久，同時也較為耗電，浪費電力。

緣是，發明人秉持多年該相關行業之豐富設計開發 及實際製作經驗，針對現有之結構再予以研究改良，提供一種可調變磁感應之加熱模組，以期達到更佳實用價值性之目的者。

本發明之主要目的在於提供一種可調變磁感應之加熱模組，其係藉以利用感應式無線功率傳輸與電流熱效應來進行無線電能傳遞與加溫，及採用局部範圍來進行模具加熱，達到節省電力消耗，同時有效提高加工部位溫度功能為目的者。

本發明可調變磁感應之加熱模組之主要目的與功效，係由以下具體技術手段所達成：其主要於一管體內設置有導引蕊柱，再於導引蕊柱上架構有磁場發射器與接收器，且管體一端設有加熱器，而另一端對應連結電源，以讓電源施加於磁場發射器而產生時變磁場，且經由導引蕊柱傳導至接收器，以讓接收器接收而轉換產生感應電壓，再藉以接收器供應加熱器電能者；藉此，利用感應式無線功率傳輸與電流熱效應來進行無線電能傳遞與加溫，使其整體施行使用上更增實用功效特性者。

如上述之可調變磁感應之加熱模組運用於模具加工過程的模具加熱程序，其利用加熱模組對應模具所需進行加工的區域而進行局部面積的加熱，達到節省電能且有效提高加工部位溫度的功能。

如上述之可調變磁感應之加熱模組，進一步於導引蕊柱表面與管體內面均設有隔絕層，以形成一封閉磁迴路者。

如上述之可調變磁感應之加熱模組，該通入磁場發射器之電壓振幅與頻率為可調變，當加熱器升溫過高時，可藉由降低或停止施加於磁場發射器電壓振幅以降低加熱器溫度；反之，若當加熱器溫度不足時，可提高施加於磁場發射器電壓之振幅來提高加熱器溫度，藉此使加熱器提供最佳與充足之加熱溫度。

為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：首先，請參閱第一~二圖所示，為本發明可調變磁感應之加熱模組之剖視示意圖，其主要包含有：一管體(1)，為中空管體，其具有一與電源連結的導電端(11)；一導引蕊柱(2)，為對應嵌設於管體(1)內，且導引蕊柱(2)上分段套設有三凸環體(21)，以形成第一、第二空間(22)、(23)；一磁場發射器(3)，為於導引蕊柱(2)之第一空間(22)內繞設線圈(31)，以形成磁場發射器(3)，且鄰設在管體(1)導電端(11)以接收電能(電壓)產生時變磁場；一接收器(4)，為於導引蕊柱(2)之第二空間(23)內繞設線圈(41)，以形成接收器(4)； 一加熱器(5)，為對應組設於管體(1)一端，且鄰設連結在接收器(4)一端者。

請參閱第一圖所示，其係設有一管體(1)，於管體(1)一端設有與電源連結的導電端(11)，且於內部置設一導引蕊柱(2)，該導引蕊柱(2)上分段套設有三凸環體(21)，以形成第一、第二空間(22)、(23)，於第一空間(22)之導引蕊柱(2)上繞設線圈(31)，以架構成一磁場發射器(3)，而該磁場發射器(3)與導電端(11)連結，再於第二空間(23)之導引蕊柱(2)上繞設線圈(41)，以架構成一接收器(4)，而管體(1)另一端設有一加熱器(5)，該加熱器(5)與接收器(4)連結。且進一步於導引蕊柱(2)表面、各凸環體(21)與管體(1)內面設有隔絕層(6)，以形成一封閉磁迴路者。

而本發明可調變磁感應之加熱模組工作原理乃是利用感應式無線功率傳輸與電流熱效應來進行無線電能傳遞與加溫；如第一圖所示，當管體(1)一端的導電端(11)與電源連結，將交流電源施加於磁場發射器(3)(Magnetic Flux Transmitter)，此時磁場發射器(3)將產生時變磁場，其導入磁場發射器(3)之電能被轉換為磁能，時變磁場受到磁場發射器(3)圍繞截面之導引蕊柱(2)的導引，將沿著導引蕊柱(2)穿過接收器(4)(Receiver)所環繞之截面，再沿著導引蕊柱(2)表面、凸環體(21)與管體(1)內面之隔絕層(6)所形成的封閉磁迴路。由於時變磁場穿 越接收器(4)(Receiver)所環繞截面之導引蕊柱(2)，依據楞次定律(Lenz’s Law)將於接收器(4)產生感應電壓，此為磁能轉換為電能，而加熱器(5)利用金屬導線與接收器(4)連接，該接收器(4)所產生之感應電壓對加熱器(5)供應電能，藉由電流熱效應，讓流過加熱器(5)之感應電流將加熱器(5)昇溫而產生加熱的作用；藉此，利用感應式無線功率傳輸與電流熱效應來進行無線電能傳遞與加溫者。另外，該通入磁場發射器(3)之電壓振幅與頻率為可調變，當加熱器升溫過高時，可藉由降低或停止施加於磁場發射器(3)電壓振幅以降低加熱器(5)溫度；反之，若當加熱器(5)溫度不足時，可提高施加於磁場發射器(3)電壓之振幅來提高加熱器(5)溫度，藉此使加熱器(5)提供最佳與充足之加熱溫度。

接著，當本發明施作時，其係可採用以下材質來實施，其加熱器之材質為金屬，其係可採用如鉻鐵、鎳鉻合金，而其磁場發射器與接收器為利用銅線圈纏繞於導引蕊柱；進一步該導引蕊柱為軟磁磁料，例如鐵蕊(Iron Core)，此材料可用以具有高導磁特性，因此可用來導引磁場。而其凸環體為採用非導磁材料，例如鋁，主要功能用以固定磁場發射器與接收器所繞設之線圈，避免線圈鬆脫，另一方面，選用非導磁材料可避免時變磁場藉由凸環體形成磁廻路，導致時變磁場未穿越導引蕊柱；另外，隔絕層用以隔絕磁場發射器與接收器於短路時，其所加載之電流藉由導引蕊柱而任意流動。

以下為於施作時針對接收器感應電壓估算與加熱 器升溫計算：

1.接收器感應電壓估算：

通入發射器產生之時變磁場強度可用下式表示： 其中μ ₀ =4π ×10^-7 (H/m)為真空導磁率，I ₀ 為施加於發射器之電流，C' 代表導線所圍邊界，R' 為發射器線段到空間中任一點P (R ,θ ,)之距離。接收器所產生之感應電壓(V )可利用下式估算： 其中為磁通(Flux)，下標j 為接收器第j 圈線圈。

2.加熱器電功率與升溫計算

施加於加熱器電功率之計算方式如下：P =IV (4)其中P 為對加熱器所提供之電功率單位為瓦特，I 為接收器所產生之感應電流，V 為接收器所產生之感應電壓。由於金屬熱效應，可求得施加於加熱器時間t 之熱能Q ：Q =Pt (J) (5)依據焦耳定律如下式所示，可估算在熱能Q 作用下，加熱器昇溫溫度△T ：H =MS △T =0.24Q (6) 其中M 為加熱器之質量，S 為加熱器之比熱。

接著，請一併參閱第二圖所示，其可調變磁感應之加熱模組其可運用於任何一種需進行加熱的機具設備，而以下列舉其中一種實施於模具加工的例子：根據圖式之表示可知，一般傳統模具(A)(或工件)加熱乃是對模具(A)表面加熱，再藉由熱傳導使整個模具(A)溫度提高，其係於將模具(A)置設在加熱設備(B)上，其加熱設備具設一供模具(A)置放的加熱板，藉以由加熱設備控制溫度，而讓加熱板(B1)對模具(A)進行加熱，且經由熱傳導使整個模具(A)溫度提高，再供刀具(C)來進行加工，因此無法對模具(A)之局部進行加熱。因此，當於模具(A)局部需要高加工精度時，而需要搭配較高或精準之溫度，由於傳統模具(A)加熱方式僅能對整體模具(A)進行加熱，也較浪費電能，其係利用本發明可調變磁感應之加熱模組，以加熱模組之加熱器(5)對應貼附需進行加工的局部區域，而讓電源施加於磁場發射器(3)而產生時變磁場，且經由導引蕊柱(2)傳導至接收器(4)，以讓接收器(4)接收而轉換產生感應電壓，再藉以接收器(4)供應加熱器(5)電能，而產生溫度對應模具(A)局部區域加熱者。另外，也可利用本發明可調變磁感應之加熱模組對模具局部加熱，再搭配傳統模具加熱方式一起使用，不僅可以較節省電能且有效提高加工部位溫度。

惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

藉由以上所述，本發明結構之組成與使用實施說明可知，本發明與現有結構相較之下，本發明具有下列優點，說明如下：

1.本發明可調變磁感應之加熱模組，藉以利用感應式無線功率傳輸與電流熱效應來進行無線電能傳遞與加溫，達到良好的加溫機制者。

2.本發明可調變磁感應之加熱模組，當運用於任何需加熱的機具設備時，其具有可局部加熱的效果，達到節省電能且有效提高加工部位溫度的功能。

綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

(1)‧‧‧管體

(11)‧‧‧導電端

(2)‧‧‧導引蕊柱

(21)‧‧‧凸環體

(22)‧‧‧第一空間

(23)‧‧‧第二空間

(3)‧‧‧磁場發射器

(31)‧‧‧線圈

(4)‧‧‧接收器

(41)‧‧‧線圈

(5)‧‧‧加熱器

(6)‧‧‧隔絕層

(A)‧‧‧模具

(B)‧‧‧加熱設備

(B1)‧‧‧加熱板

(C)‧‧‧刀具

第一圖：本發明整體之剖視示意圖

第二圖：本發明其一實施例之使用示意圖

(1)‧‧‧管體

(11)‧‧‧導電端

(2)‧‧‧導引蕊柱

(21)‧‧‧凸環體

(22)‧‧‧第一空間

(23)‧‧‧第二空間

(3)‧‧‧磁場發射器

(31)‧‧‧線圈

(4)‧‧‧接收器

(41)‧‧‧線圈

(5)‧‧‧加熱器

(6)‧‧‧隔絕層

Claims (8)

1. 一種可調變磁感應之加熱模組，其係設有一管體，於管體一端設有與電源連結的導電端，且於內部置設一導引蕊柱，該導引蕊柱上分段套設有三凸環體，以形成第一、第二空間，於第一空間之導引蕊柱上繞設線圈，以架構成一磁場發射器，而該磁場發射器與導電端連結，再於第二空間之導引蕊柱上繞設線圈，以架構成一接收器，而管體另一端設有一加熱器，該加熱器與接收器連結者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可調變磁感應之加熱模組，其中該加熱器採用金屬材質者。
3. 如申請專利範圍第2項所述之可調變磁感應之加熱模組，其中該加熱器採用鉻鐵、鎳鉻合金其中一種者。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之可調變磁感應之加熱模組，其中該磁場發射器與接收器分別利用銅線圈纏繞於導引蕊柱的第一空間與第二空間者。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之可調變磁感應之加熱模組，其中該導引蕊柱為具有高導磁特性的軟磁磁料者。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之可調變磁感應之加熱模組，其中該凸環體為採用非導磁材料。
7. 如申請專利範圍第6項所述之可調變磁感應之加熱模組，其中該凸環體為採用鋁材者。
8. 如申請專利範圍第1項所述之可調變磁感應之加熱模組，其中由導電端通入磁場發射器之電壓振幅與 頻率為可調變者。