JP5558305B2 - 誘導加熱装置および被加熱体 - Google Patents

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。

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）。

特開２０１０−１７２１０４号公報

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。

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。

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。

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。

この発明の実施の形態１の誘導加熱装置および誘導加熱コイルの構成を示す図である。 この発明の実施の形態２の誘導加熱装置および誘導加熱コイルの構成を示す図である。 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。 この発明の実施の形態４の誘導加熱装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態５の誘導加熱装置の構成を示す図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (6)

1. 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ことを特徴とする誘導加熱装置。
2. 上記コイル導線間の間隔を保持するスペーサを備えたことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 上記誘導加熱コイルは、上記コイル導線の巻回しを複数層形成し、当該各層が直列または並列にて接続されていることを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱装置。
4. 上記誘導加熱コイルは、上記コイル導線の巻回しを複数層形成し、当該各層において巻回方向を異なる方向として、当該各層を直列に接続して形成されていることを特徴とすると請求項１または請求項２に記載の誘導加熱装置。
5. 上記コイル導線は、熱エネルギーを反射する色が塗装されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の誘導加熱装置により加熱される上記被加熱体は、
   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。

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