JPH05290959A - Inductive heating device - Google Patents

Inductive heating device

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Publication number
JPH05290959A
JPH05290959A JP8208592A JP8208592A JPH05290959A JP H05290959 A JPH05290959 A JP H05290959A JP 8208592 A JP8208592 A JP 8208592A JP 8208592 A JP8208592 A JP 8208592A JP H05290959 A JPH05290959 A JP H05290959A
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JP
Japan
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plate
magnetic
thickness
heated
conductive
Prior art date
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Application number
JP8208592A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisaaki Oguri
久明 小栗
Hiroshi Yoneda
弘 米田
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve heating efficiency and shorten a heating time by keeping the thickness of the conductive magnetic plate of an inductive heating device at 1.3 to 2.4 times the thickness of the skin effect of the plate. CONSTITUTION:Alternating current flows through a coil 1 and alternating field occurs in the vicinity of the coil 1. As a result, magnetic field appears along a magnetic path formed with a core 2 laid below the coil 1 and a magnetic plate 4 as a heating object. Also, eddy current flows inside the magnetic plate 4, due to an induced electromotive force generated with the time change of magnetic flux in the plate 4. An eddy current loss is thus generated. This loss acts to heat the plate 4. The thickness delta of the skin effect of the plate 4, when calculated according a specific formula, is 2.7mum and heating efficiency becomes maximum, when the thickness of the plate 4 is taken at 1.4 to 2.4 times the depth delta of the skin effect, or within the range of 32 to 54mum, thereby giving high efficiency equal to or less than 95% of the highest efficiency at 40mu thickness (about 1.8 times). As a result, a time required from the start of heating to the attainment of a necessary calorific value can be further shortened.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、交番状に変化する磁界
内に磁性または非磁性の導電性板からなる被加熱物を設
置して、その内部に発生する渦電流によるジュール損失
により、被加熱物を加熱する誘導加熱装置に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention installs a heated object made of a magnetic or non-magnetic conductive plate in an alternating magnetic field, and the eddy current generated in the object causes Joule loss to cause the object to be heated. The present invention relates to an induction heating device that heats a heating object.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的な誘導加熱器の構成を図9および
図10に示す。図9は斜視図であり、図10はその断面
図である。図9および図10において導電性磁性体から
なる被加熱物4が非磁性絶縁体からなる支持板5に支え
られ、その下に磁界発生器であるところのコイル1と高
透磁率磁性体からなるコア2が設置されている。
2. Description of the Related Art The construction of a general induction heater is shown in FIGS. 9 is a perspective view, and FIG. 10 is a sectional view thereof. In FIG. 9 and FIG. 10, an object to be heated 4 made of a conductive magnetic material is supported by a support plate 5 made of a non-magnetic insulating material, and a coil 1 which is a magnetic field generator and a magnetic material having a high magnetic permeability are formed below the support plate 5. The core 2 is installed.

【0003】電源3によりコイル1に交流電流が供給さ
れ、コイル1の近傍に交番磁界が発生する。コア2は、
磁気抵抗を減じて磁束の発生効率を高めるとともに、磁
束を、被加熱物である導電性磁性板に導く作用をもつ。
磁束の時間的変化に伴い導電性被加熱物4の内部には、
誘起起電力が発生し、これに伴って渦電流が流れる。渦
電流は磁性体の電気抵抗によって、ジュール損失を発生
し、これが熱となって被加熱物を加熱する。
An alternating current is supplied to the coil 1 by the power source 3, and an alternating magnetic field is generated in the vicinity of the coil 1. Core 2 is
The magnetic resistance is reduced to improve the efficiency of magnetic flux generation, and the magnetic flux is guided to the conductive magnetic plate which is the object to be heated.
As the magnetic flux changes with time,
An induced electromotive force is generated, and an eddy current flows accordingly. The eddy current causes Joule loss due to the electric resistance of the magnetic material, and this becomes heat to heat the object to be heated.

【0004】被加熱物の温度を制御するための制御回路
のブロック図を図11に示す。同図において、11は磁
界発生器、12は駆動回路、13は交流電源、14は被
加熱物、15は制御回路、10は温度センサーである。
FIG. 11 shows a block diagram of a control circuit for controlling the temperature of an object to be heated. In the figure, 11 is a magnetic field generator, 12 is a drive circuit, 13 is an AC power supply, 14 is an object to be heated, 15 is a control circuit, and 10 is a temperature sensor.

【0005】温度センサー10により被加熱物14の温
度を検出し、被加熱物14の温度が所定温度まで上昇し
たら、制御回路15を動作し、駆動回路12を停止さ
せ、誘導加熱装置による加熱を終了する。
The temperature sensor 10 detects the temperature of the object to be heated 14, and when the temperature of the object to be heated 14 rises to a predetermined temperature, the control circuit 15 is operated, the drive circuit 12 is stopped, and heating by the induction heating device is performed. finish.

【0006】誘導加熱器に要求される性能は、被加熱物
の温度を所定値まで上昇するために必要な熱量を、発生
できることである。また、温度上昇に要する時間が短い
ほど望ましい。このためには、電源より供給する同一の
コイル電流に対して、発熱効率を大きくする必要があ
る。ここでいう発熱効率とは、被加熱物の単位長さ、単
位幅あたりの発熱量をいう。この値が大きいほど、必要
な熱量を短時間で得ることができる。
The performance required of the induction heater is that it can generate the amount of heat required to raise the temperature of the object to be heated to a predetermined value. In addition, it is desirable that the time required to raise the temperature be shorter. For this purpose, it is necessary to increase the heat generation efficiency for the same coil current supplied from the power supply. The heat generation efficiency here means the amount of heat generation per unit length and unit width of the object to be heated. The larger this value, the shorter the required amount of heat can be obtained.

【0007】従来は、誘導加熱をおこなう際の発熱効率
を上げるために交番磁界の発生器であるところのコイ
ル、およびコア等の形状(寸法)、材質を変えること
や、駆動周波数、あるいは被加熱物の形状(寸法)、材
質を変えることにより目的を達成しようとしていた。
Conventionally, in order to increase the heat generation efficiency when performing induction heating, the shape (dimensions) and materials of the coil, which is the generator of the alternating magnetic field, and the core, etc. are changed, the driving frequency, or the heating target. I was trying to achieve the purpose by changing the shape (dimension) and material of the object.

【0008】しかし、これらの系の設計は、試行錯誤法
によらざるを得ず、最適状態を求めることが難しかっ
た。また、このような設計を行う為に、多くの労力、費
用、時間を必要とした。さらに、これらの内、一つでも
因子を変更すると、発生効率が低下する問題があった。
However, the design of these systems must be done by trial and error, and it is difficult to find the optimum state. In addition, a lot of labor, cost and time are required to perform such a design. Furthermore, if any one of these factors is changed, there is a problem that the generation efficiency is reduced.

【0009】また、従来例のように導電性磁性体を被加
熱物に用いた場合には、被加熱物の幅が小さくなると発
熱効率が低下して、必要な発熱量が得られなかった。図
12に被加熱物として鉄板を用いたときの、鉄板の幅と
発熱量の関係を示す。横軸は鉄板の幅、縦軸は発熱量で
あり、リニアスケールで示している。同図よりわかるよ
うに、発熱量は鉄板の幅が短くなるにつれて急峻に落ち
ている。
Further, when the conductive magnetic material is used for the object to be heated as in the conventional example, the heat generation efficiency is lowered when the width of the object to be heated is reduced, and the required amount of heat generation cannot be obtained. FIG. 12 shows the relationship between the width of the iron plate and the amount of heat generated when the iron plate is used as the object to be heated. The horizontal axis represents the width of the iron plate and the vertical axis represents the amount of heat generated, which is shown on a linear scale. As can be seen from the figure, the heat generation amount drops sharply as the width of the iron plate becomes shorter.

【0010】この結果、従来例においては、被加熱物の
幅が小さい場合に、必要な温度まで加熱できなかった。
または、加熱に要する時間が長かったという欠点があっ
た。
As a result, in the conventional example, it was not possible to heat to the required temperature when the width of the object to be heated was small.
Alternatively, there is a drawback that the time required for heating is long.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来例が持
つ以下のような課題を解決しようとするものである。す
なわち、加熱時間を短縮するためには発熱効率を向上さ
せる必要があるが、被加熱物の材質、寸法、電源の駆動
周波数が変わると、発熱効率が変化または低下し、その
ために、効率の良い構成を試行錯誤的に求めていたた
め、設計に時間が掛かっていた。さらに、被加熱物の幅
が小さくなると、発熱効率が低下して、必要な発熱量が
得られなかった。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is intended to solve the following problems of conventional examples. That is, in order to shorten the heating time, it is necessary to improve the heat generation efficiency, but when the material, size, or driving frequency of the power source changes, the heat generation efficiency changes or decreases, which results in high efficiency. It took a long time to design because the configuration was sought by trial and error. Furthermore, when the width of the object to be heated is reduced, the heat generation efficiency is reduced, and the required amount of heat generation cannot be obtained.

【0012】従って、本発明の目的は、発熱量の高い誘
導加熱装置を提供することにある。
Therefore, it is an object of the present invention to provide an induction heating device having a high calorific value.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による誘導加熱装置は時間的に変化する磁界
を導電性磁性板に加えることにより該導電性磁性板を加
熱する誘導加熱装置において、前記導電性磁性板の厚さ
がその表皮効果の深さの1.3〜2.4倍であることを
特徴とする。
In order to achieve the above object, the induction heating device according to the present invention is an induction heating device for heating a conductive magnetic plate by applying a time-varying magnetic field to the conductive magnetic plate. In the above, the thickness of the conductive magnetic plate is 1.3 to 2.4 times the depth of the skin effect.

【0014】さらに、本発明による誘導加熱装置は時間
的に変化する磁界を導電体に加えることにより該導電体
を加熱する誘導加熱装置において、前記被加熱導電体と
して、所定の幅以上の幅を有する導電性磁性板と、所定
の幅より小さい幅を有する非磁性導電板とを交換使用が
可能なことを特徴とする。
Further, the induction heating device according to the present invention is an induction heating device for heating a conductor by applying a time-varying magnetic field to the conductor, wherein the conductor to be heated has a width of a predetermined width or more. It is characterized in that the conductive magnetic plate that it has and the non-magnetic conductive plate that has a width smaller than a predetermined width can be used interchangeably.

【0015】[0015]

【作用】本発明においては被加熱物である導電性磁性板
の厚さを、その表皮効果の深さとの関係で規定したの
で、発熱効率を向上させることができる。
In the present invention, since the thickness of the conductive magnetic plate which is the object to be heated is defined in relation to the depth of the skin effect, the heat generation efficiency can be improved.

【0016】さらに、本発明においては被加熱物の発熱
効率の幅依存性が導電性磁性板である場合と非磁性導電
板である場合とで異なることを利用し、両者を被加熱物
の幅によって使い分けることによって、発熱効率を改善
できる。
Further, in the present invention, the width dependence of the heat generation efficiency of the object to be heated is different between the case of the conductive magnetic plate and the case of the non-magnetic conductive plate, and both are set to the width of the object to be heated. The heat generation efficiency can be improved by properly using them.

【0017】[0017]

【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】図1に本発明の実施例を示す。本実施例
は、被加熱物4とホットメルト系の接着剤8を設置した
背表紙7内に、シート束6を挿入し、被加熱物4を誘導
加熱し、その熱でホットメルト接着剤8を溶かし、背表
紙7とシート束6を強固に接着する製本器に本発明を適
用した例である。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In this embodiment, the sheet bundle 6 is inserted into the spine cover 7 on which the article to be heated 4 and the hot-melt adhesive 8 are installed, and the article to be heated 4 is induction-heated, and the hot melt adhesive 8 is heated by the heat. This is an example in which the present invention is applied to a bookbinding device in which the spine cover 7 and the sheet bundle 6 are firmly adhered by melting.

【0019】図1において、1は磁界発生器であるとこ
ろのコイル、2は磁束を揃えるためのコアであり、Mn
−Znフェライトなどの高抵抗高透磁率材料からなる。
5は非磁性絶縁体からなる支持材である。3は電源であ
るところの駆動回路で駆動周波数は30kHzである。
被加熱物4は、鉄、パーマロイなどの磁性体からなり、
幅は30μmである。シート束6、背表紙7、ホットメ
ルト接着剤8は、それぞれ非磁性絶縁体からなる。
In FIG. 1, 1 is a coil which is a magnetic field generator, 2 is a core for aligning magnetic flux, and Mn
It is made of a high resistance and high magnetic permeability material such as Zn ferrite.
Reference numeral 5 is a support material made of a non-magnetic insulator. Reference numeral 3 denotes a drive circuit which is a power source and has a drive frequency of 30 kHz.
The object to be heated 4 is made of a magnetic material such as iron or permalloy,
The width is 30 μm. The sheet bundle 6, the spine cover 7, and the hot melt adhesive 8 are each made of a non-magnetic insulator.

【0020】図1において電源3を投入するとコイル1
に交流電流が流れ、その近傍に交番磁界が発生する。こ
れにより、コイル下部に設置されたコア2と被加熱物で
ある磁性板4より形成される磁路に沿って、磁束が生じ
る。
In FIG. 1, when the power source 3 is turned on, the coil 1
Alternating current flows through and an alternating magnetic field is generated in its vicinity. As a result, a magnetic flux is generated along the magnetic path formed by the core 2 installed below the coil and the magnetic plate 4 that is the object to be heated.

【0021】また、磁性板内の磁束の時間変化に伴う誘
起起電力により、磁性板4の内部に渦電流が流れ、渦電
流ロスを発生する。この渦電流ロスが磁性板4を加熱す
る。
In addition, an eddy current flows inside the magnetic plate 4 due to an induced electromotive force that accompanies a change with time of the magnetic flux in the magnetic plate, causing an eddy current loss. This eddy current loss heats the magnetic plate 4.

【0022】図2は、被加熱物として鉄板を用いたとき
の、鉄板の厚みと、発熱効率を示したものである。横軸
は鉄板の厚み、縦軸は発熱効率であり、任意単位で示し
ている。同図よりわかるように、発熱効率は、鉄板の厚
みが約40μmのところで最大値をもっている。
FIG. 2 shows the thickness of the iron plate and the heat generation efficiency when the iron plate is used as the object to be heated. The horizontal axis represents the thickness of the iron plate and the vertical axis represents the heat generation efficiency, which is shown in arbitrary units. As can be seen from the figure, the heat generation efficiency has the maximum value when the thickness of the iron plate is about 40 μm.

【0023】ところで、表皮効果の深さδは電流低効率
ρ、周波数f、透磁率μ(単位は全てMKS)を用い
て、次式で示される。
By the way, the depth δ of the skin effect is expressed by the following equation by using the low current efficiency ρ, the frequency f, and the magnetic permeability μ (the unit is all MKS).

【0024】[0024]

【数1】 [Equation 1]

【0025】鉄の場合(ρ=9.8×10-8(Ω・
m)、f=30(kHz)、μ=6.4×10-4・π)
であるので、表皮効果の深さδは22.7(μm)であ
る。
In the case of iron (ρ = 9.8 × 10 -8 (Ω ・
m), f = 30 (kHz), μ = 6.4 × 10 −4 · π)
Therefore, the depth δ of the skin effect is 22.7 (μm).

【0026】本実施例においては、磁性板の厚さを、表
皮効果の深さδの1.4〜2.4倍、つまり、32μm
〜54μmの範囲に設定している。図2からわかるよう
に、磁性板の厚みがこの範囲にあるときに、発熱効率は
最も大きくなっており、40μm(δの約1.8倍)に
おける最高効率の95%以上の高効率となっている。つ
まり、本実施例によれば、最高に近い発熱効率をもつ誘
導加熱装置を実現することが可能である。
In this embodiment, the thickness of the magnetic plate is 1.4 to 2.4 times the depth δ of the skin effect, that is, 32 μm.
The range is set to ˜54 μm. As can be seen from FIG. 2, when the thickness of the magnetic plate is in this range, the heat generation efficiency is the highest, and the efficiency is as high as 95% or more of the maximum efficiency at 40 μm (about 1.8 times δ). ing. That is, according to this embodiment, it is possible to realize an induction heating device having a heating efficiency close to the maximum.

【0027】図2はある特定の条件、つまり、電源周波
数30kHz、被加熱物の材料特性(透磁率μ=6.4
×10-4・π、電気抵抗ρ=9.8×10-8(Ω・
m)、寸法(幅30mm)の場合である。しかし、これ
以外の条件の場合についても、磁性板の厚みを(1)式
から計算したδの1.4〜2.4倍に設定することによ
り、最高効率に近い状態を実現することが可能である。
FIG. 2 shows a specific condition, that is, a power supply frequency of 30 kHz and material characteristics of the object to be heated (permeability μ = 6.4).
× 10 -4 · π, electrical resistance ρ = 9.8 × 10 -8 (Ω ·
m) and dimensions (width 30 mm). However, even under other conditions, it is possible to achieve a state close to maximum efficiency by setting the thickness of the magnetic plate to 1.4 to 2.4 times the δ calculated from equation (1). Is.

【0028】この理由を以下に説明する。The reason for this will be described below.

【0029】図3は、被加熱物である導電性磁性板4の
内部における磁束16と渦電流17の分布を模式的に示
したものである。交番状磁束16が鉄板内に侵入するの
に対して、この磁束の変化を打ち消すように、磁性板の
コイル1と対向する側の表面に渦電流17が流れる。
FIG. 3 schematically shows the distribution of the magnetic flux 16 and the eddy current 17 inside the conductive magnetic plate 4 which is the object to be heated. While the alternating magnetic flux 16 penetrates into the iron plate, an eddy current 17 flows on the surface of the magnetic plate on the side facing the coil 1 so as to cancel the change in the magnetic flux.

【0030】もし、磁性板の厚みが充分小さいと、磁性
板に侵入する磁束の量も、それに伴って流れる渦電流の
量も少なくなり、渦電流ロスによる発熱量も少ない。こ
の領域では、発熱量は磁性板の厚みに対して概ね比例す
ると考えることができる。
If the thickness of the magnetic plate is sufficiently small, the amount of magnetic flux penetrating into the magnetic plate and the amount of eddy current flowing with it will be small, and the amount of heat generated by eddy current loss will be small. In this region, the amount of heat generation can be considered to be approximately proportional to the thickness of the magnetic plate.

【0031】次に、磁性板の厚みを順に大きくしていく
と、磁束が磁性板内に侵入する深さは増加していくが、
ある深さ以上は侵入しなくなる。これは、磁束板内に誘
起された渦電流が侵入磁束を反発するためである。
Next, as the thickness of the magnetic plate is gradually increased, the depth of penetration of the magnetic flux into the magnetic plate increases.
It will not penetrate beyond a certain depth. This is because the eddy current induced in the magnetic flux plate repels the penetrating magnetic flux.

【0032】したがって、磁性板の厚みがその深さより
大きくなっても、磁束および渦電流はコイルと対向する
側の表面近傍のみに分布する。この結果、渦電流ロスに
よる発熱量は磁性板の厚さには無関係となり一定とな
る。
Therefore, even if the thickness of the magnetic plate becomes larger than its depth, the magnetic flux and the eddy current are distributed only in the vicinity of the surface facing the coil. As a result, the amount of heat generated by the eddy current loss becomes constant regardless of the thickness of the magnetic plate.

【0033】これが、磁性板の厚さと発熱量の基本的な
関係である。
This is the basic relationship between the thickness of the magnetic plate and the amount of heat generated.

【0034】しかし、実際には磁性板の厚みが大きくな
った場合、以下の理由によって発熱量が減少する傾向を
もつ。
However, in reality, when the thickness of the magnetic plate becomes large, the calorific value tends to decrease for the following reasons.

【0035】つまり、磁性板の厚みがある程度大きくな
ると、侵入磁束を打ち消す渦電流の総量はほぼ一定にな
る。しかし、磁性板が厚くなると渦電流の分布が広がる
傾向をもつ。これは渦電流密度Je の分布がなだらかに
なることを示す。ジュール損失である渦電流損失We
次式が示すように、渦電流密度の2乗に依存する。
That is, when the thickness of the magnetic plate is increased to some extent, the total amount of the eddy current that cancels out the invading magnetic flux becomes substantially constant. However, the thicker the magnetic plate, the more the eddy current distribution tends to widen. This shows that the distribution of the eddy current density J e becomes gentle. The eddy current loss W e, which is the Joule loss, depends on the square of the eddy current density, as shown in the following equation.

【0036】[0036]

【数2】 [Equation 2]

【0037】ただし、ρは電気抵抗率である。vは、磁
性板内の体積領域を示す。
However, ρ is the electrical resistivity. v indicates a volume region in the magnetic plate.

【0038】したがって、次式で表される渦電流の総和
e が一定であっても、
Therefore, even if the total sum I e of eddy currents expressed by the following equation is constant,

【0039】[0039]

【数3】 [Equation 3]

【0040】渦電流密度Je の分布に偏りが大きい方が
e は大きく、偏りが小さい方がWeは小さくなる。た
だし、sは、磁性板断面の面積領域を示す。
The larger the deviation of the distribution of the eddy current density J e is, the larger W e is, and the smaller the deviation is, the smaller W e is. However, s represents the area area of the cross section of the magnetic plate.

【0041】このようなわけで、磁性板の厚みがある程
度以上大きくなると、渦電流ロスは逆に減少する傾向を
もつ。この結果、発熱量は磁性板の厚みに対して最大値
をもつことになる。
Therefore, when the thickness of the magnetic plate becomes larger than a certain level, the eddy current loss tends to decrease. As a result, the calorific value has a maximum value with respect to the thickness of the magnetic plate.

【0042】次に、渦電流ロスが最大となる、磁性板の
厚み、または、渦電流が磁性板の厚みに対して、ほぼ一
定となる磁性板の厚みについて、説明を行う。
Next, the thickness of the magnetic plate at which the eddy current loss becomes maximum or the thickness of the magnetic plate at which the eddy current is substantially constant with respect to the thickness of the magnetic plate will be described.

【0043】図3に示すように、コイルに発生した磁束
16は被加熱物である磁性板24内の表面に沿って、幅
方向に流れる。これは図4に示すように磁束16が薄い
磁性板24内をその面内方向に流れる場合に近い。ここ
で17は渦電流である。
As shown in FIG. 3, the magnetic flux 16 generated in the coil flows in the width direction along the surface of the magnetic plate 24 which is the object to be heated. This is close to the case where the magnetic flux 16 flows in the in-plane direction in the thin magnetic plate 24 as shown in FIG. Here, 17 is an eddy current.

【0044】このような場合の理想的な状況のもとにお
ける磁性体内の磁束と渦電流の分布は理論的に求めるこ
とができ、その結果得られたのが(1)式の表皮効果の
深さδである。
The distribution of the magnetic flux and the eddy current in the magnetic body under the ideal situation in such a case can be theoretically obtained, and as a result, the depth of the skin effect of the equation (1) is obtained. Is δ.

【0045】ところで、図3のモデルは(1)式のモデ
ルと異なる点がある。1つは、(1)式のモデルでは、
磁束は磁性板の両面に浸透するが、図1の例では片側の
みである。したがって、図3のモデルにおける磁束およ
び渦電流の浸透の深さは、磁束板の両面に渦電流が誘起
される(1)式のモデルよりも磁束の浸透を規制する力
が弱いために、(1)式のδのほぼ2倍になると考えら
れる。
By the way, the model of FIG. 3 is different from the model of the equation (1). One is that in the model of equation (1),
The magnetic flux penetrates into both sides of the magnetic plate, but only on one side in the example of FIG. Therefore, the penetration depth of the magnetic flux and the eddy current in the model of FIG. 3 is weaker than the model of the formula (1) in which the eddy current is induced on both surfaces of the magnetic flux plate, because the force of regulating the penetration of the magnetic flux is weaker. It is considered that it will be almost twice as large as δ in equation (1).

【0046】実際には図2の結果から分かるように、磁
性板の厚みがδの約1.8倍のとき、発熱量が最大とな
り、上記の説明を裏づけている。
Actually, as can be seen from the results of FIG. 2, when the thickness of the magnetic plate is about 1.8 times δ, the amount of heat generated is maximum, which supports the above explanation.

【0047】また同様に、発熱効率を最大にする磁性板
の厚みとして、(1)式の表皮効果の深さδを基準にと
ることの妥当性の根拠となっている。
Similarly, the validity of the fact that the depth δ of the skin effect of the equation (1) is used as the reference as the thickness of the magnetic plate that maximizes the heat generation efficiency is the basis.

【0048】以上の内容は、コイルおよびコアの構成に
よらず、基本的になり立つ。しかし、上記の説明からも
分かるように、発熱効率を最大とする、磁性板の厚みと
δの関係は、被加熱物である磁性板の幅とコイルから供
給される磁束の幅との関係にある程度依存する。本発明
の効果は磁性板の幅が、供給される磁束の幅よりも大き
いときに、より精度高く得られる。しかし、基本的には
本発明の効果は磁界発生器の構造、つまり、コアやコイ
ルの構成、形状などには関係なく得られる。
The above contents basically stand irrespective of the configurations of the coil and the core. However, as can be seen from the above description, the relationship between the thickness of the magnetic plate and δ that maximizes the heat generation efficiency depends on the relationship between the width of the magnetic plate that is the object to be heated and the width of the magnetic flux supplied from the coil. To some extent dependent. The effect of the present invention can be obtained with higher accuracy when the width of the magnetic plate is larger than the width of the magnetic flux supplied. However, basically, the effect of the present invention can be obtained regardless of the structure of the magnetic field generator, that is, the configuration and shape of the core and the coil.

【0049】以上述べたように、導電性磁性板の厚さを
表皮効果の深さの1.4〜2.4倍に設定することによ
り、最大発熱効率の約95%以上の効率を得ることがで
きる。この結果、加熱し始めてから必要な熱量が得られ
るまでに必要な時間を、より短くすることができる。
As described above, by setting the thickness of the conductive magnetic plate to 1.4 to 2.4 times the depth of the skin effect, an efficiency of about 95% or more of the maximum heat generation efficiency can be obtained. You can As a result, the time required from the start of heating until the required amount of heat is obtained can be further shortened.

【0050】また、従来は磁性板の厚さに関する指針が
なかったために、設計に大きな労力と長い期間を要して
いたが、本発明によれば、容易に発熱効率を上げること
ができ、設計の期間を短縮できる。
Further, in the past, since there was no guideline regarding the thickness of the magnetic plate, a large labor and a long period were required for the design, but according to the present invention, the heat generation efficiency can be easily increased, and the design The period of can be shortened.

【0051】また、被加熱物の形状(寸法)、材質およ
び駆動周波数が本実施例と異なる場合においても、磁性
板の厚みを本発明によって決定することにより、最高の
効率を達成することは、説明した通りである。
Even when the shape (dimension), material and driving frequency of the object to be heated are different from those of this embodiment, the maximum efficiency can be achieved by determining the thickness of the magnetic plate according to the present invention. As explained.

【0052】ただし、上記の説明は誘導加熱器一般の場
合であるが、製本器を想定した場合、被加熱物の厚みが
薄い方が好ましい。また、被加熱物の幅などが変わった
ときには、図2の関係が少し変化することを考慮する
と、被加熱物の厚さの下限を表皮効果の1.4倍より小
さい1.3〜2.4に設定するのが望ましい。
However, the above description is for an induction heater in general, but when a bookbinding device is assumed, it is preferable that the object to be heated is thin. Further, considering that the relationship of FIG. 2 changes a little when the width of the heated object changes, the lower limit of the thickness of the heated object is 1.4 times smaller than the skin effect, 1.3-2. It is desirable to set to 4.

【0053】図5に、本発明の第2の実施例を示す。同
図において、1は磁界発生器であるところのコイル、2
は磁束を揃えるためのコアであり、Mn−Znフェライ
トなどの高抵抗高透磁率材料からなる。3は電源である
ところの駆動回路で駆動周波数は30kHzである。3
4は被加熱物であり、鉄、パーマロイなどの導電性磁性
板からなる。
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a coil which is a magnetic field generator, 2
Is a core for aligning the magnetic flux and is made of a high-resistance and high-permeability material such as Mn-Zn ferrite. Reference numeral 3 denotes a drive circuit which is a power source and has a drive frequency of 30 kHz. Three
Reference numeral 4 is an object to be heated, which is made of a conductive magnetic plate such as iron or permalloy.

【0054】第1実施例においては、被加熱物である導
電性磁性板が平板状であったが、本実施例においては、
曲面状となっている。
In the first embodiment, the conductive magnetic plate, which is the object to be heated, has a flat plate shape, but in the present embodiment,
It has a curved surface.

【0055】このように、被加熱物の形状が平面形状以
外の場合についても、第1実施例で示したと同じ効果が
得られる。つまり、本発明の効果は、被加熱物の形状に
依存しない。
As described above, even when the shape of the object to be heated is other than the planar shape, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. That is, the effect of the present invention does not depend on the shape of the object to be heated.

【0056】図1に示した実施例において、被加熱体で
ある導電板4として、導電性磁性板とアルミニウムなど
の非磁性導電板とを交換可能にするとよい。
In the embodiment shown in FIG. 1, a conductive magnetic plate and a non-magnetic conductive plate such as aluminum may be replaceable as the conductive plate 4 which is the object to be heated.

【0057】図6は、共に厚みが50μmの導電性磁性
体である鉄板と非磁性導電体であるアルミニウム板をそ
れぞれ誘導加熱したときの、板幅と発熱効率の関係を示
す。横軸は被加熱物の幅で、縦軸は発熱効率であり、任
意単位で示している。同図は被加熱物の幅が24mmよ
りも小さいところではアルミ板の方が発熱効率が良く、
幅が24mmよりも大きいところでは鉄板の方が発熱効
率がよいことを示している。
FIG. 6 shows the relationship between the plate width and the heating efficiency when the iron plate, which is a conductive magnetic body, and the aluminum plate, which is a non-magnetic conductor, both having a thickness of 50 μm are induction-heated. The horizontal axis represents the width of the object to be heated, and the vertical axis represents the heat generation efficiency, which is shown in arbitrary units. The figure shows that the aluminum plate has better heat generation efficiency when the width of the object to be heated is smaller than 24 mm.
It is shown that the iron plate has a higher heat generation efficiency in the place where the width is larger than 24 mm.

【0058】すなわち、被加熱物の幅が24mmよりも
小さいところでは被加熱物に非磁性導電板を用い、24
mmよりも大きいところでは導電性磁性板を用いること
によって、被加熱物として導電性磁性体を用いた場合よ
りも、幅が小さい領域での発熱効率を改善できる。ま
た、被加熱物の全幅領域に、同一物質のみを用いた場合
よりも、広い幅の範囲で高い発熱効率が得られる。
That is, when the width of the object to be heated is smaller than 24 mm, a non-magnetic conductive plate is used as the object to be heated.
By using the conductive magnetic plate in a region larger than mm, it is possible to improve heat generation efficiency in a region having a smaller width than in the case where a conductive magnetic body is used as the object to be heated. Further, higher heat generation efficiency can be obtained in a wider width range than in the case where only the same substance is used in the entire width region of the object to be heated.

【0059】本実施例においては、導電性磁性体と非磁
性導電体を使い分けるべき被加熱物の幅は24mmが良
いが、被加熱物の物性値、電源の駆動周波数、誘導加熱
器の形状などの条件が異なる場合を考慮すると、一般に
は、磁性体と非磁性体とを使い分けるべき幅W0 を20
mm〜30mmの範囲に設定するのが望ましい。
In this embodiment, the width of the object to be heated for which the conductive magnetic material and the nonmagnetic material should be properly used is 24 mm, but the physical property value of the object to be heated, the driving frequency of the power source, the shape of the induction heater, etc. In consideration of the case where the conditions are different, in general, the width W 0 for properly using the magnetic substance and the non-magnetic substance is 20.
It is desirable to set in the range of mm to 30 mm.

【0060】被加熱物に非磁性導電板を用いたときの発
熱効率は、非磁性導電板の厚みに依存する。図7は幅が
11mmのアルミニウムにおける厚みと発熱効率の関係
を示し、横軸に板厚、縦軸に発熱効率をとっている。同
図に示すように、非磁性導電板の幅が小さいときには、
厚さを大きくする方が高い発熱効率を得られることが分
かる。ところで、製本器に用いる場合は、被加熱物の厚
さは薄いほうが望ましいが、上記の結果を考慮するとあ
る程度の発熱効率を得るために被加熱物の厚さを40μ
m以上に設定するのが適当である。
The heat generation efficiency when a non-magnetic conductive plate is used as the object to be heated depends on the thickness of the non-magnetic conductive plate. FIG. 7 shows the relationship between the thickness and the heat generation efficiency in aluminum having a width of 11 mm, where the horizontal axis represents the plate thickness and the vertical axis represents the heat generation efficiency. As shown in the figure, when the width of the non-magnetic conductive plate is small,
It can be seen that higher heating efficiency can be obtained by increasing the thickness. By the way, when used in a bookbinding machine, it is desirable that the thickness of the object to be heated is thin.
It is appropriate to set it to m or more.

【0061】導電性磁性板における磁束の流れ方は図3
に示したとおりである。
How the magnetic flux flows in the conductive magnetic plate is shown in FIG.
As shown in.

【0062】非磁性導電板における磁束の流れ方を図8
に示す。図8において符号1、2、3、5は図3のもの
と同じである。コイルに発生した磁束26は被加熱物で
ある非磁性板44を突き抜け、渦電流27は面内方向に
磁束26を打ち消す向きに流れる。
The flow of magnetic flux in the non-magnetic conductive plate is shown in FIG.
Shown in. In FIG. 8, reference numerals 1, 2, 3, and 5 are the same as those in FIG. The magnetic flux 26 generated in the coil penetrates the non-magnetic plate 44 which is the object to be heated, and the eddy current 27 flows in the in-plane direction in a direction canceling the magnetic flux 26.

【0063】図3と図8の違いは、被加熱物が磁性を持
つかどうかにある。
The difference between FIG. 3 and FIG. 8 is whether or not the object to be heated has magnetism.

【0064】図6に示した鉄とアルミニウムにおける発
熱効率の幅依存性の違いは、上記ののような被加熱物に
おける磁束の流れ方の違いによっている。従って本発明
において、被加熱物として使用する磁性導電体は鉄に限
るものではなく、パーマロイ、珪素鋼板などの他のもの
でもかまわない。また、非磁性導電体についてもアルミ
ニウム以外の、例えば銅、錫などの他のものであっても
よい。
The difference in the width dependence of the heat generation efficiency between iron and aluminum shown in FIG. 6 is due to the difference in the flow of magnetic flux in the object to be heated as described above. Therefore, in the present invention, the magnetic conductor used as the object to be heated is not limited to iron, and other substances such as permalloy and silicon steel plate may be used. The non-magnetic conductor may also be other than aluminum, such as copper or tin.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、被
加熱物である導電性磁性板の厚みを、表皮効果の深さの
1.3〜2.4倍に設定するという簡単な構成により、
以下の効果を得ることができる。 ・被加熱物に磁性板を用い、厚さを設定することによ
り、既存の誘導加熱器の大幅な変更無しに、発熱効率の
向上をはかれる。
As described above, according to the present invention, the thickness of the conductive magnetic plate, which is the object to be heated, is set to 1.3 to 2.4 times the depth of the skin effect. Depending on the configuration
The following effects can be obtained. -By using a magnetic plate for the object to be heated and setting the thickness, the heat generation efficiency can be improved without making a large change to the existing induction heater.

【0066】・発熱効率の向上により、加熱時間を短縮
できる。
The heating time can be shortened by improving the heat generation efficiency.

【0067】・設計に要する時間を短縮でき、設計に要
するコストを削減できる。
The time required for design can be shortened and the cost required for design can be reduced.

【0068】さらに、本発明によれば、被加熱物である
導電板の幅に着目して、所定の幅W0 以上のときには被
加熱物に導電性磁性体を用い、W0 よりも小さいときに
は非磁性導電板を用いることにより、上述した効果に加
え以下の効果を得ることができる。
Further, according to the present invention, paying attention to the width of the conductive plate which is the object to be heated, the conductive magnetic material is used as the object to be heated when the width is equal to or larger than the predetermined width W 0 , and when it is smaller than W 0. By using the non-magnetic conductive plate, the following effects can be obtained in addition to the effects described above.

【0069】・被加熱物の幅が小さい場合の、発熱効率
が向上できる。
The heat generation efficiency can be improved when the width of the object to be heated is small.

【0070】この結果、被加熱物の幅が小さい場合に
も、必要な温度が得られるようになった。
As a result, the required temperature can be obtained even when the width of the object to be heated is small.

【0071】加熱に要する時間を短縮できた。The time required for heating could be shortened.

【0072】被加熱物の幅の広い範囲にわたって、高い
発熱効率が得られる。
High heat generation efficiency can be obtained over a wide range of the object to be heated.

【0073】さらに、 ・既存の誘導加熱器を変更する必要が無い。Furthermore, it is not necessary to change the existing induction heater.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を製本器に適用した実施例の構成を示す
断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of an embodiment in which the present invention is applied to a bookbinding device.

【図2】鉄板の厚みと発熱効率の関係を示すグラフであ
る。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the thickness of an iron plate and heat generation efficiency.

【図3】導電性磁性板中の磁束と渦電流の流れ方を示す
断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing how magnetic flux and eddy current flow in a conductive magnetic plate.

【図4】薄い磁性板中の磁束と渦電流の流れ方を示す断
面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing how magnetic flux and eddy current flow in a thin magnetic plate.

【図5】第2の実施例の構成を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the second embodiment.

【図6】鉄板とアルミ板における、幅と発熱効率の関係
を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between width and heat generation efficiency in an iron plate and an aluminum plate.

【図7】アルミ板における厚みと発熱効率の関係を示す
グラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the thickness and heat generation efficiency of an aluminum plate.

【図8】非磁性導電中の磁束と渦電流の流れ方を示す断
面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing how magnetic flux and eddy currents flow in non-magnetic conduction.

【図9】従来例の誘導加熱器の構成を示す斜視図であ
る。
FIG. 9 is a perspective view showing the structure of a conventional induction heater.

【図10】従来例の誘導加熱器の構成を示す断面図であ
る。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional induction heater.

【図11】誘導加熱器の構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of an induction heater.

【図12】鉄板の幅と発熱量の関係を示すグラフであ
る。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the width of the iron plate and the amount of heat generated.

【符号の説明】 1 磁界発生器であるところのコイル 2 磁界発生器であるところのコア 3,13 交流電源 4,14 被加熱物である導電板 5 被加熱物などを支える非磁性絶縁体からなる支持材 6 製本すべきシート束 7 製本に用いる背表紙 8 製本に用いるホットメルト接着剤 10 被加熱物の温度を測定する温度センサー 11 磁界発生器 12 駆動回路 15 制御回路 16,26 磁束 17,27 渦電流 24,34 被加熱物であるところの導電性磁性板 44 被加熱物であるところの非磁性導電板[Explanation of symbols] 1 coil that is a magnetic field generator 2 core that is a magnetic field generator 3,13 AC power supply 4,14 conductive plate that is an object to be heated 5 From a non-magnetic insulator that supports the object to be heated Supporting material 6 Sheet bundle to be bound 7 Back cover 8 used for binding 8 Hot melt adhesive used for binding 10 Temperature sensor for measuring the temperature of a heated object 11 Magnetic field generator 12 Drive circuit 15 Control circuit 16, 26 Magnetic flux 17, 27 Eddy current 24, 34 Conductive magnetic plate as an object to be heated 44 Non-magnetic conductive plate as an object to be heated

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 時間的に変化する磁界を導電性磁性板に
加えることにより該導電性磁性板を加熱する誘導加熱装
置において、前記導電性磁性板の厚さがその表皮効果の
深さの1.3〜2.4倍であることを特徴とする誘導加
熱装置。
1. An induction heating apparatus for heating a conductive magnetic plate by applying a time-varying magnetic field to the conductive magnetic plate, wherein the thickness of the conductive magnetic plate is one of the depths of its skin effect. The induction heating device is characterized by being 3 to 2.4 times.
【請求項2】 時間的に変化する磁界を導電体に加える
ことにより該導電体を加熱する誘導加熱装置において、
前記被加熱導電体として、所定の幅以上の幅を有する導
電性磁性板と、所定の幅より小さい幅を有する非磁性導
電板とを交換使用が可能なことを特徴とする誘導加熱装
置。
2. An induction heating device for heating a conductor by applying a time-varying magnetic field to the conductor,
An induction heating device characterized in that a conductive magnetic plate having a width equal to or larger than a predetermined width and a non-magnetic conductive plate having a width smaller than the predetermined width can be used interchangeably as the conductor to be heated.
【請求項3】 前記導電性磁性板が鉄であることを特徴
とする請求項2に記載の誘導加熱装置。
3. The induction heating device according to claim 2, wherein the conductive magnetic plate is iron.
【請求項4】 前記非磁性導電板がアルミニウムである
ことを特徴とする請求項2に記載の誘導加熱装置。
4. The induction heating device according to claim 2, wherein the non-magnetic conductive plate is aluminum.
【請求項5】 前記被加熱導電体の所定の幅W0 が20
mm〜30mmであることを特徴とする請求項2,3お
よび4のいずれかに記載の誘導加熱装置。
5. The predetermined width W 0 of the heated conductor is 20.
It is mm-30 mm, The induction heating apparatus in any one of Claim 2, 3 and 4 characterized by the above-mentioned.
【請求項6】 前記非磁性導電板の厚さが40μm以上
であることを特徴とする請求項2,4および5のいずれ
かに記載の誘導加熱装置。
6. The induction heating device according to claim 2, wherein the non-magnetic conductive plate has a thickness of 40 μm or more.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100677465B1 (en) * 2005-08-10 2007-02-07 이영화 Linear Induction Heating Coil Tool for Plate Bending

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