TWI776515B

TWI776515B - 加熱裝置

Info

Publication number: TWI776515B
Application number: TW110118150A
Authority: TW
Inventors: 陳星嶧; 張偉皓; 張瀚哲; 徐子洋; 郭文江; 林夐松
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2021-05-19
Filing date: 2021-05-19
Publication date: 2022-09-01
Also published as: TW202247699A

Abstract

一種加熱裝置，其包括下蓋板、上蓋板、線圈組及電源供應器。下蓋板用以承載鐵芯的底部。上蓋版用以覆蓋於鐵芯的頂部。線圈組圍繞鐵芯設置，其中線圈組包括位於相對於鐵芯的上部的第一區域的第一線圈以及位於相對於鐵芯的下部的第二區域的第二線圈，且第一線圈與第二線圈並未連接。電源供應器連接線圈組的第一線圈與第二線圈，並用以提供電流給線圈組。

Description

加熱裝置

本發明係關於加熱的技術領域，特別是關於一種對使用感應線圈進行加熱的裝置。

大多數馬達的鐵芯是由數片的電磁鋼片透過銲接或鉚接組合而形成所謂的積層式鐵芯。然而，這些方式有部分缺點，例如，銲接固定的方式容易造成鐵芯邊緣短路、層間絕緣性下降。另外，銲接時會因塗膜裂解生成有害氣體，危害操作者健康。而鉚接方式是以局部鉚點進行固定，成品鐵芯之連接力不高。同時，鉚點深度受限於底材厚度，難以滿足電磁鋼片薄板下高強度之要求。因此，為了增加鐵芯的穩定性，透過自黏塗膜（Self-bonding coating）式電磁鋼片形成積層式鐵芯為一新興之組合黏接方式。

一般來說，自黏式電磁鋼片是透過感應加熱的方式讓堆疊的鋼片升溫，當鋼片內的黏合材料接收的能量超過其反應活化能時便可產生黏性，使得堆疊的鋼片彼此透過黏合材料黏合在一起而形成鐵芯。由於堆疊鋼片各個位置受到的磁力線疏密不同，因此其四周升溫的情況（亦即，每個位置的升溫速率）亦非相同，造成鐵芯中層的表面溫度遠大於上下層的表面溫度。為了讓上下層的溫度提升，進而造成中層的溫度超過黏合材料的極限溫度，而產生形變或是溢膠等問題。

因此，如何提出一種加熱裝置以解決上述問題乃此領域技術人員所關心的議題。

本發明之一目的在於提供一種加熱裝置以改善鐵芯在感應加熱過程中其不同位置的升溫速率差異過大的情況。

為達上述之目的，本發明提供一種對藉由塗覆有黏合材料的複數鋼片堆疊所形成的鐵芯進行加熱的加熱裝置。加熱裝置包括下蓋板、上蓋板、線圈組及電源供應器。下蓋板用以承載鐵芯的底部。上蓋版用以覆蓋於鐵芯的頂部。線圈組圍繞鐵芯設置，其中線圈組包括位於相對於鐵芯的上部的第一區域的第一線圈以及位於相對於鐵芯的下部的第二區域的第二線圈，且第一線圈與第二線圈並未連接。電源供應器連接線圈組的第一線圈與第二線圈，並用以提供電流於線圈組。

根據本發明的一些實施例，下蓋板被分成多個下板件。所述多個下板件中的任兩個相鄰者之間具有溝槽。

根據本發明的一些實施例，上蓋板被分成多個上板件。所述多個上板件中的任兩個相鄰者之間具有溝槽。

根據本發明的一些實施例，加熱裝置還包括多個塑膠板，分別設置在所述溝槽中。

根據本發明的一些實施例，鐵芯的頂部到鐵芯的底部具有第一高度，線圈組的第一線圈的頂部到第二線圈的底部具有第二高度，其中第二高度與第一高度的比值介於1.1到1.5之間。

根據本發明的一些實施例，在鐵芯的徑向上，線圈組到鐵芯的外緣具有間距，且所述間距介於5到30毫米之間。

根據本發明的一些實施例，線圈組還包括第三線圈，且第三線圈位於相對於鐵芯的中部的第三區域，第三區域介於第一區域與第二區域之間，其中線圈組的第一線圈、第二線圈及第三線圈並未連接。

根據本發明的一些實施例，第三線圈的匝數為1匝。

根據本發明的一些實施例，鐵芯是中空的，其中加熱裝置還包括中心柱設置於鐵芯的中空空間。

根據本發明的一些實施例，加熱裝置還包括多個定位柱，分別設置於鐵芯的內緣與中心柱之間。

上述的加熱裝置，其配備有具有溝槽的上蓋板和下蓋板，可避免產生的感應電流過大。另外，本發明的感應線圈被分成多個部分，各個部份被配置成不連接，且整個線圈的高度大於鐵芯的高度，可有效地改善鐵芯的中部與其上部和下部的加熱速率不均的問題，進而使得鐵芯的中部與其上部和下部的溫度，以及鐵芯的外緣與內緣之間的溫度都是均勻的，避免了在加熱過程中因溫差過大造成的變形或是溢膠問題。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

第1圖是根據本發明一些實施例繪示的加熱裝置100的示意圖。加熱裝置100用以對藉由塗覆有黏合材料的複數鋼片堆疊所形成的鐵芯10進行加熱，使得鐵芯10裡的黏合材料受熱產生黏性，進而讓相鄰的鋼片黏接使鐵芯10得以成型。在本實施例中，鐵芯10形成為中空的圓柱體。

如第1圖所示，加熱裝置100包括下蓋板110、上蓋板120、線圈組130以及電源供應器140。下蓋板110用以承載鐵芯10的底部10a（如第4圖所示）。上蓋板120用以覆蓋鐵芯10的頂部10b（如第4圖所示）。下蓋板110與上蓋板120為環狀金屬板材，其大小與鐵芯10的面積匹配，其作用在於固定鐵芯10並提供加壓，使得鐵芯10裡的鋼片能更均勻地貼合。請一併參照第2A圖與第2B圖。第2A圖是傳統的加熱裝置的上半部的示意圖，而第2B圖是根據第1圖的加熱裝置100的上半部的示意圖。如第2A圖所示，傳統的加熱裝置200的上蓋板210是完整的一體式環狀結構，並整個覆蓋在鐵芯10的上方。然而，這樣的作法會導致在感應加熱的過程中，在上蓋板210裡產生的感應電流過大，進而造成鐵芯表裡溫差太大，使得黏合不均勻。在本實施例中，如第2B圖所示，本發明的加熱裝置100所使用的上蓋板120包括多個上板件121，每任兩個相鄰的上板件121之間具有溝槽122。換言之，上板件121彼此之間並未連接。藉此，可避免上蓋板120在加熱過程中產生的感應電流過大的情況。

在一些實施例中，加熱裝置100還包括多個塑膠板（圖未繪示），各個塑膠板位於其中一個溝槽122中，以避免各個上板件121之間連接。

同樣地，本發明的下蓋板110具有類似於上蓋板120的溝槽122結構（圖未繪示），於此不再贅述。另外，在本發明的下蓋板110的溝槽之間亦可設置有塑膠板。

回到第1圖，線圈組130圍繞鐵芯10設置。在本實施例中，線圈組130係懸空地環繞於鐵芯10。線圈組130包括第一線圈131與第二線圈132。第一線圈131位於相對於鐵芯10的上部10c的第一區域A1，而第二線圈132位於相對於鐵芯10的下部10d的第二區域A2，其中第一線圈131與第二線圈132並未連接。換句話說，第一區域A1與第二區域A2並未相連。進一步來說，在本實施例中，在介於第一區域A1與第二區域A2之間還具有相對於鐵芯10的中部10e的第三區域A3，且第三區域A3內並未設置有線圈組130。換言之，線圈組130並未一體式地環繞於鐵芯10。

具體來說，第一線圈131的第一端131a與第二端（圖未繪示，於鐵芯10背後）經由連接件141連接於電源供應器140，而第二線圈132的第一端132a與第二端（圖未繪示，於鐵芯10背後）經由連接件142連接於電源供應器140。連接件141與連接件142是具有導電性的硬材剛性結構，在線圈組130的第一線圈131與第二線圈132在未連接的情況下，使得第一線圈131與第二線圈132得以固定並分別相對於鐵芯10的上部10c和下部10d環繞懸空設置。另外，電源供應器140可分別經由連接件141與142提供電流（例如高頻交流電）給第一線圈131以及第二線圈132，使其產生感應磁場來對鐵芯10進行感應加熱。

再參照第2A圖與第2B圖。在第2A圖中，在傳統的加熱裝置200中，線圈230是一體式地整個環繞於鐵芯10。然而，這樣的作法在感應加熱的過程中，會導致鐵芯10的中部（或中層）的升溫速率遠大於上部（或上層）和下部（或下層）的升溫速率，進而導致鐵芯10的中部相較於上部和下部的溫差過大，使得鐵芯整體加熱不均而造成黏合不佳的情況。因此，在本實施例中，在相對於鐵芯10的中部10e的第三區域A3並未設置有線圈，可有效改善鐵芯中部10e升溫速率太大的問題。

在其他實施例中，在相對於鐵芯10的中部10e的第三區域A3亦可設置線圈，如第3圖所示。第3圖是根據本發明一些實施例繪示的加熱裝置300的示意圖。在加熱裝置300中，線圈組130還包括第三線圈133，第三線圈133位於相對於鐵芯10的中部10e的第三區域A3並環繞鐵芯10的中部10e懸空設置，其中第三區域A3介於第一區域A1與第二區域A2之間。類似地，第一線圈131、第二線圈132與第三線圈133並未連接。具體來說，第三線圈133的第一端與第二端經由連接件143連接於電源供應器140。連接件143的材料類似於或等同於連接件141與連接件142的材料，其能固定第三線圈133。電源供應器140可經由連接件143提供電流給線圈組130的第三線圈133，使其產生感應磁場來對鐵芯10進行感應加熱。

在一較佳的實施例中，設置於第三區域A3的線圈（亦即，第三線圈133）的匝數≤ 1匝。換言之，為了讓鐵芯10在感應加熱的過程中得到整體相對均勻的升溫速率，在第三區域A3不是未設置線圈，就是最多只設置一匝線圈。

請一併參照第4圖，第4圖是根據本發明一些實施例繪示的加熱裝置100的部分元件的截面示意圖。如第4圖所示，鐵芯10的頂部10b到底部10a具有第一高度H1，而線圈組130的第一線圈131的頂部131b到第二線圈132的底部132b具有第二高度H2。在一較佳實施例中，第二高度H2與第一高度H1的比值介於1.1到1.5之間。換言之，在本實施例中，線圈組130的第一線圈131的頂部131b會超過鐵芯10的頂部10b，且線圈組130的第二線圈132的底部132b會超過鐵芯10的底部10a。在傳統的感應加熱裝置中，通常線圈的整體高度是小於等於鐵芯的高度。然而，在本實施例中，由於線圈組130的整體高度大於鐵芯10的整體高度，例如第二高度H2與鐵芯110的第一高度H1的比值介於1.1到1.5之間，因此可使得鐵芯10在感應加熱過程中進一步改善整體加熱速率的均勻程度。

另外，在一些實施例中，在鐵芯10的徑向上，線圈組130到鐵芯10的外緣具有間距D1，其中間距D1介於5到30毫米（mm）之間。如此一來，鐵芯10在感應加熱過程中的整體加熱速率的均勻程度可進一步得到改善。

回到第2A圖，在一些實施例中，加熱裝置100還包括中心柱150，中心柱150設置於鐵芯10的中空空間，用以固定鐵芯10。在一些實施例中，加熱裝置100還包括多個定位柱160，定位柱160設置於鐵芯的內緣與中心柱150之間，用以定位鐵芯10在加熱裝置100的位置。中心柱150和定位柱160可以是由金屬材料製成。

請一併參照第5A圖、第5B圖、第6A圖與第6B圖。第5A圖和第5B圖分別繪示了傳統跟本發明的加熱裝置在感應加熱的過程中鐵芯的色溫情況。第6A圖與第6B圖分別繪示了第5A圖、第5B圖的鐵芯的具體溫度情況。在本實施例中，鐵芯的外徑為220mm，內徑為165mm，高度為120mm。在第5A圖中，感應線圈的匝數為10匝，且線圈的高度小於鐵芯的高度。在第5B圖中，位於第一區域與第二區域的第一線圈與第二線圈的匝數分別為4匝，且在第三區域中並未有線圈設置。另外，線圈組與鐵芯的外緣在徑向上的間距為20mm，線圈組的高度與鐵芯的高度的比值為1.2。從第5A圖可明顯看出，用傳統的加熱裝置對鐵芯進行感應加熱時，鐵芯的中部相對於其上部和下部的溫度來得高許多。而鐵芯的外緣（或外表面）與內緣（或內表面）之間的溫度也有明顯的差異。然而，在第5B圖中，利用本發明提供的加熱裝置進行感應加熱，鐵芯的中部與其上部和下部的溫度是相當均勻的，且鐵芯的外緣與內緣之間的溫度的差異也比較不明顯。

從第6A圖可知，使用傳統的加熱裝置進行感應加熱時，鐵芯外緣（如曲線L1）的中部與其頂部和底部的溫差可來到200°C，而內緣（如曲線L1’）的溫差也有50°C。相較之下，在第6B圖中，利用本發明提供的加熱裝置進行感應加熱，鐵芯外緣（如曲線L2）的中部與其頂部和底部的溫差最大只有20°C，而內緣（如曲線L2’）的幾乎沒有溫差。因此，透過本發明提供的加熱裝置的配置，確實大大地改善了鐵芯在進行感應加熱的過程中其中部與上部/下部的加熱速率不均的問題。

綜上所述，本發明提供的加熱裝置，配備有具有溝槽的上蓋板和下蓋板，可避免產生的感應電流過大。另外，本發明的感應線圈被分成多個部分，各個部份被配置成不連接，且線圈的高度大於鐵芯的高度，可有效地改善鐵芯的中部與其上部和下部的加熱速率不均的問題，進而使得鐵芯的中部與其上部和下部的溫度，以及鐵芯的外緣與內緣之間的溫度都是均勻的，避免了在加熱過程中因溫差過大造成的變形或是溢膠問題。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。

10:鐵芯

10a、132b:底部

10b、131b:頂部

10c:上部

10d:下部

10e:中部

100、200、300:加熱裝置

110:下蓋板

120:上蓋板

121:上板件

122:溝槽

130:線圈組

131:第一線圈

131a:第一端

132:第二線圈

132a:第一端

133:第三線圈

140:電源供應器

150:中心柱

160:定位柱

210:上蓋板

230:線圈

141、142、143:連接件

A1:第一區域

A2:第二區域

A3:第三區域

D1:間距

H1:第一高度

H2:第二高度

L1、L1’、L2、L2’:曲線

第1圖是根據本發明一些實施例繪示的加熱裝置的示意圖。第2A圖是傳統的加熱裝置的上半部的示意圖。第2B圖是根據本發明一些實施例繪示的加熱裝置的上半部的示意圖。第3圖是根據本發明一些實施例繪示的加熱裝置的示意圖。第4圖是根據本發明一些實施例繪示的加熱裝置的部分部件的截面示意圖。第5A圖和第5B圖分別繪示了傳統跟本發明的加熱裝置在感應加熱的過程中鐵芯的色溫情況。第6A圖與第6B圖分別繪示了第5A圖、第5B圖的鐵芯的具體溫度情況。