KR100468410B1 - Electronic Induction Heater - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자유도 가열장치에 관한 것이다. 가열장치의 기판상부에 배치되는 판형 도체와, 그 사이에 삽입되는 판형의 절연체와, 상기 판형 도체와 판형 절연체를 일체화하여 여러 개 묶어서 바니시 또는 에폭시와 같은 절연물에 함침하여 고정시킨 고정도체층과, 내측 권선과 외측 권선의 길이를 동일하게 하기 위해서 권선의 중간 위치에 고정도체층을 연가하는 전자유도가열장치에 있어서, 상기 철심의 길이는 복도체의 외경 원호에서부터 법선 방향으로 내경 원호까지의 길이와 내경 원호에서부터 원호의 중심까지 내측단의 길이를 더한 만큼 연장한 길이이고, 판형도체의 높이는 철심의 연장길이보다 작거나 같고 0보다 크게 한 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an electromagnetic induction heating apparatus. A plate conductor disposed on the substrate of the heating device, a plate insulator inserted therebetween, a plated conductor and a plate insulator integrated together, and a plurality of plate conductors are integrally bundled and fixed by impregnation with an insulator such as varnish or epoxy, and an inner side thereof. In an electromagnetic induction heating apparatus in which a high conductor layer is added to an intermediate position of a winding in order to equalize the length of the winding and the outer winding, the length of the iron core is the length and the inner diameter arc from the outer diameter arc of the corridor to the inner diameter arc in the normal direction. It extends as long as the length of the inner end from the center of the circular arc, the height of the plate conductor is characterized in that less than or equal to the extension length of the iron core and greater than zero.
본 발명에 의하면, 과열로 인한 절연파괴를 방지하고, 대 전류시 단면적을 손쉽게 늘일 수 있음과 동시에 효율이 높도록 저항손을 줄일 수 있다. 특히. 와류손실을 줄여 복도체 내단의 온도 상승과 자체 진동에 의한 소손을 방지할 수 있어서 고장이 거의 발생하지 않는 장점이 있다.According to the present invention, it is possible to prevent breakdown due to overheating, to easily increase the cross-sectional area at high current, and to reduce the resistance loss so that the efficiency is high. Especially. By reducing the eddy current loss, it is possible to prevent burnout due to temperature rise and self-vibration inside the corridor, so that there is almost no failure.
Description
본 발명은 전자유도 가열장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 종래의 리쯔선 대신에 여러 겹으로 된 복도체로 사용하여 저항 손실과 와류손실을 줄이고, 동시에 권선 복도체 중간에 꼬아주거나, 일정길이마다 리벳팅하여 순환전류에 의한 손실을 최대한 방지함을 특징으로 한 전자유도 가열장치에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 고주파 자계를 사용하여 조리용기를 유도 가열하는 조리용기의 전자유도 가열장치에 관한 것이다. 일반적으로 조리기는 철, 알류미늄, 텅스텐, 유리, 도자기 등 여러 종류의 재료로 만든 그릇을 총칭한다. 본 발명은 선특허출원 제2002-46979호(출원일 :2002. 8. 9)를 국내우선권 주장으로 후출원한 특허발명이다.The present invention relates to an electromagnetic induction heating apparatus. More specifically, it is used as a multi-layer corridor instead of the conventional Litz wire to reduce the resistance loss and the eddy current loss, while simultaneously twisting in the middle of the winding corridor, or by riveting at regular lengths to prevent the loss due to the circulating current as much as possible. The present invention relates to an electromagnetic induction heating apparatus. That is, the present invention relates to an electromagnetic induction heating apparatus for a cooking vessel for induction heating the cooking vessel using a high frequency magnetic field. In general, a cooker collectively refers to a bowl made of various kinds of materials such as iron, aluminum, tungsten, glass, and porcelain. The present invention is a patent application that has been filed after claiming priority of domestic patent application No. 2002-46979 (filed date: Aug. 9, 2002).
도 1은 유도가열 장치에 대한 원리를 설명하기 위한 도면이다. 통상의 전자유도 가열 조리용기는 인버터 회로부터 가열코일에 고주파전류를 공급하고 그 가열코일에 최소 20kHz 이상의 고주파 자계를 발생시켜서 조리용기를 유도 가열한다.1 is a view for explaining the principle of the induction heating apparatus. A conventional electromagnetic induction heating cooking container induction-heats a cooking container by supplying a high frequency current to a heating coil from an inverter circuit, and generating a high frequency magnetic field of at least 20 kHz to the heating coil.
도 2는 전자유도가열장치의 제어회로 구성도이다. 전원(1)에 스위치(2)를 통하여, 트랜지스터 냉각용 팬 모터(3) 및 트랜스의 1차코일(4a)이 각각 접속되고, 전원(1)에는 상기 스위치(2)를 통하여 직류전원회로(5)가 접속된다. 이 직류전원회로(5)는 쵸크코일(7) 및 평활 콘덴서(8)로 이루어진다. 그리고, 직류전원회로(8)의 출력단자에는 인버터회로(10)를 직렬로 접속한다. 이 인버터회로(10)에는 SEEP회로와 약 20kHz주파수로 스위칭이 가능한 바이폴라 트랜지스터(11,12)가 채용된다. 이인버터회로(10)에서 트랜지스터(11,12)의 상호 접속 점과 단자(N)와의 사이에는 가열코일(13)과 콘덴서(14)와의 직렬 공진회로가 접속된다. 한편, 인버터회로(10)에서 트랜지스터(11,12)를 온, 오프 구동하여 가열코일(13)에 고주파전류를 공급하면 고주파 자계가 발생되어 조리용기(20)에 와전류가 발생하고, 이 전류에 의해서 자기 발열하여 조리용기(20) 내부의 식품을 가열하게 된다.2 is a block diagram of the control circuit of the electromagnetic induction heating apparatus. The transistor cooling fan motor 3 and the transformer primary coil 4a are respectively connected to the power supply 1 via a switch 2, and the power supply 1 is connected to a DC power supply circuit via the switch 2. 5) is connected. This DC power supply circuit 5 consists of the choke coil 7 and the smoothing capacitor 8. The inverter circuit 10 is connected in series to the output terminal of the DC power supply circuit 8. The inverter circuit 10 employs a SEEP circuit and bipolar transistors 11 and 12 capable of switching at a frequency of about 20 kHz. In this inverter circuit 10, a series resonant circuit of the heating coil 13 and the condenser 14 is connected between the interconnection point of the transistors 11 and 12 and the terminal N. On the other hand, when the inverter circuit 10 drives the transistors 11 and 12 on and off to supply a high frequency current to the heating coil 13, a high frequency magnetic field is generated to generate an eddy current in the cooking vessel 20. By self-heating by heating the food inside the cooking vessel 20.
도 3은 종래의 전자유도 가열장치의 사시도. 도 4는 도 3의 저면부를 나타내는 도면이다. 도 3에 의하면, 종래의 전자유도 가열장치는 케이스(30)와; 내부에 자장에 의해 열을 발생시키는 권선도체인 0.5Φ이하의 에나멜 코팅된 동선(이하 "리쯔선"이라 함)을 여러 가닥으로 꼬아서 만든 발열장치와; 전기를 공급하는 전선(31)과, 온도조절기(32), 전원스위치(34) 및 조리용기(20)를 올려놓는 세라믹판(33)으로 구성된다. 전자유도 가열장치가 작동되면, 케이스(30)의 상면인 세라믹판(33)위에 놓인 조리용기(20)의 하단에 자속(48)이 흘려서 고주파 자계가 형성되면서 자기 발열하게 된다. 온도조절기(32)에 의해서 정밀하게 가열온도를 조절할 수 있다. 도 4에 의하면, 케이스(30)의 저면부는 플라스틱이나 부도체로 된 기판(42)과 방사사상 형태로 된 철심(46)이 부착되어 있다. 본 발명은 기판 상부에 에나멜 코팅된 리쯔선을 여러겹 꼬아서 하나 권선도체로 하고 기판 저부에 방사상의 철심으로 구성된 전자유도 가열장치를 개량한 발명이다.Figure 3 is a perspective view of a conventional electromagnetic induction heating apparatus. FIG. 4 is a view showing the bottom of FIG. 3. According to Figure 3, the conventional electromagnetic induction heating device and the case 30; A heating device made by twisting an enamel coated copper wire (hereinafter referred to as "litz wire") of 0.5Φ or less, which is a winding conductor that generates heat by a magnetic field, into several strands; It consists of a wire 31 for supplying electricity, a temperature controller 32, a power switch 34 and a ceramic plate 33 on which the cooking vessel 20 is placed. When the electromagnetic induction heating device is operated, the magnetic flux 48 flows to the lower end of the cooking vessel 20 placed on the ceramic plate 33, which is the upper surface of the case 30, thereby generating self-heating. The temperature controller 32 can precisely adjust the heating temperature. According to FIG. 4, the bottom part of the case 30 is affixed with the board | substrate 42 which consists of a plastic or an insulator, and the iron core 46 of the radial shape. The present invention is an improvement of an electromagnetic induction heating apparatus composed of a plurality of enamel coated litz wires on a substrate to form a single winding conductor and a radial iron core on the bottom of the substrate.
최근에 이러한 고주파 코일의 전자유도 현상을 이용한 전자유도 가열장치에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 대한민국 실용신안공보 제 1994-2247(공고일 : 1994.4.11)에서는 양면 워킹코일 분리형 전자유도 가열장치를 공개하고 있다.Recently, research on the electromagnetic induction heating apparatus using the electromagnetic induction phenomenon of the high frequency coil has been actively conducted. Republic of Korea Utility Model Publication No. 1994-2247 (Notice date: 1994.4.11) discloses a double-sided walking coil separate electromagnetic induction heating device.
또한, 대한민국 특허공보 제 1990-2388호(공고일 : 1990.4.13)에서는 금속판재를 이용한 전자유도 가열장치를 공개하고 있으나, 이는 공업용으로 가정용 가열장치와 관련이 없는 기술이다. 최근에는 대한민국 엘지전자(주)에서 특허를 받은 특허 제 176902호(공고일: 1999.2.1)"듀얼 풀-브리지형 전자유도 가열장치"에서는 두 개 또는 네 개의 가열판을 갖는 대출력 전자유도 가열장치를 시분할 제어를 통해서 가열판 사이에 발생하는 간섭음을 제거하여 조용히 조리할 수 있는 기술을 공개하고 있다. 그러나 이 기술은 전자회로를 개량한 것으로 여러 개의 가열장치를 제어해야 하는 단점이 있다.In addition, Korean Patent Publication No. 1990-2388 (published date: 1990.4.13) discloses an electromagnetic induction heating apparatus using a metal sheet, but this technique is not related to domestic heating apparatus for industrial use. Recently, Patent No. 176902 (Date: 1999.2.1), patented by LG Electronics Co., Ltd., "Dual Full-Bridge Type Electromagnetic Induction Heating Equipment", has a high power electromagnetic induction heating device having two or four heating plates. Time-sharing control discloses a technology that can quietly cook by removing the interference sound generated between the heating plate. However, this technology is an improvement of the electronic circuit and has the disadvantage of controlling several heating devices.
일반적으로 전자유도 가열장치는 전기를 이용하므로 어떠한 유해물질의 발생이 없으며 불꽃이 존재하지 않음에 따라 산소의 결핍에 의한 사고의 위험이 없다. 또한, 사용중 음식물이 조리용기 위에 흐른다 하더라도 타지 않고, 에너지를 효과적으로 절약할 수 있다.In general, since the electromagnetic induction heating device uses electricity, no harmful substances are generated and there is no danger of an accident due to lack of oxygen due to the absence of a flame. In addition, even if food flows on the cooking vessel during use, it does not burn and can effectively save energy.
이러한 여러 가지 장점을 가진 종래의 전자유도 가열장치는 리쯔선을 도체로 사용하였다. 특히, 기판 저면에 부착된 철심을 권선한 도체의 내면과 동일하게 구성하여 된 것으로 이는 주파수가 높은 대전류인 경우 큰 단면적을 요구하게 된다. 이때 리쯔선의 가닥수가 많아져 연가가 어려울 뿐만 아니라 핀 홀로 인하여 절연이 파괴되는 경우 시간이 흐를수록 확대되어 도체가 소손될 우려가 있었다.The conventional electromagnetic induction heating apparatus having these various advantages uses a Litz wire as a conductor. In particular, it is configured to be the same as the inner surface of the conductor wound the iron core attached to the bottom surface of the substrate, which requires a large cross-sectional area in the case of high current of high frequency. At this time, the number of strands of the Litz wire is not only difficult, so it is difficult to open the smoke, and when the insulation is destroyed by the pinhole, there is a fear that the conductor is damaged due to enlargement over time.
특히 리쯔선이 30가닥 이상이면 연가의 방식이 어려워 효과가 거의 없고 하나의 도체가 뭉치는 것에 불과하고, 리쯔선이 50가닥 이상이면 연가는 거의 불가능하였다. 또한, 철심의 내측단의 길이가 상부 권선 복도체의 폭과 동일함에 따라 철심의 내측단으로 인입되는 자력선의 자장 영역이 도체의 내측면과 쇄교하게 되어 이로 인한 발생 손실이 발열의 원인이 된다.In particular, if the Litz wire is more than 30 strands, it is hardly effective because the method of fuming is difficult and only one conductor is agglomerated. In addition, as the length of the inner end of the iron core is the same as the width of the upper winding corridor, the magnetic field region of the magnetic force line introduced into the inner end of the iron core is interlinked with the inner surface of the conductor, and the resulting loss causes heat generation.
따라서 상기한 종래의 기술은 리쯔선의 와류손실과 전류 및 도체 자체의 진동에 의하여 절연이 파괴되는 문제점이 있었다.Therefore, the conventional technique has a problem that the insulation is destroyed by the eddy current loss of the Litz wire and the vibration of the current and the conductor itself.
상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 본 발명의 목적은 와류손실의 원인이 되는 순환전류의 손실을 최대한 줄여 줌과 동시에 절연파괴를 방지하여 고장이 거의 없는 전자유도 가열장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention devised to solve the above problems is to provide an electromagnetic induction heating device with almost no failure by reducing the loss of the circulating current that causes the eddy current loss as much as possible.
본 발명의 또 다른 목적은 최소 정격전력 1.9 kW이상의 대용량의 조리용기에 적합한 전자유도 가열장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide an electromagnetic induction heating apparatus suitable for a large capacity cooking vessel having a minimum rated power of 1.9 kW or more.
본 발명의 또 다른 목적은 온도상승과 자체 진동에 견디고, 가격이 저렴한 전자유도 가열장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide an electromagnetic induction heating apparatus which is resistant to temperature rise and its own vibration, and which is inexpensive.
도 1은 유도가열 장치에 대한 원리를 설명하기 위한 도면,1 is a view for explaining the principle of the induction heating apparatus,
도 2는 전자유도 가열장치의 제어회로 구성도,2 is a control circuit diagram of the electromagnetic induction heating apparatus,
도 3은 종래의 전자유도 가열장치의 사시도.Figure 3 is a perspective view of a conventional electromagnetic induction heating apparatus.
도 4는 도 3의 저면부를 나타내는 도면,4 is a view showing the bottom portion of FIG.
도 5도는 본 발명의 요부를 나타내는 평면도.5 is a plan view showing the main parts of the present invention.
도 6은 도5의 단면도,6 is a cross-sectional view of FIG.
도 7은 본 발명의 복도체의 구성을 보여주는 도면,7 is a view showing the configuration of the corridor of the present invention,
도 8은 본 발명의 판형 도체의 연가를 보여주는 도면,8 is a view showing the smoke value of the plate-shaped conductor of the present invention,
도 9는 본 발명의 판형 도체를 리벳팅한 것을 나타내는 도면,9 is a view showing a riveting plate-shaped conductor of the present invention,
도 10a는 본 발명의 철심에 관한 저면도,10A is a bottom view of the iron core of the present invention;
도 10b는 본 발명의 철심에 관한 단면도,10B is a sectional view of the iron core of the present invention;
도 11a는 본 발명의 다른 실시예로 원형철심의 저면도,Figure 11a is a bottom view of a circular iron core in another embodiment of the present invention,
도 11b는 본 발명의 다른 실시예로 원형철심의 단면도,Figure 11b is a cross-sectional view of a circular iron core in another embodiment of the present invention,
도12a는 본 발명의 원형철심의 다른 실시예로 요철구조를 갖는 원형철심의 단면도이고,12A is a cross-sectional view of a circular iron core having an uneven structure as another embodiment of the circular iron core of the present invention;
도12b는 도 12a를 가열장치에 장착한 사시도,12B is a perspective view of FIG. 12A mounted on a heating apparatus;
도13a는 본 발명의 원형철심의 다른 실시예에 따른 단면도,Figure 13a is a cross-sectional view according to another embodiment of the circular iron core of the present invention;
도13b는 도 13a를 가열장치에 장착한 사시도이다.Fig. 13B is a perspective view of the Fig. 13A mounted on the heating device.
도14a는 본 발명의 원형철심의 다른 실시예에 따른 단면도,Figure 14a is a cross-sectional view according to another embodiment of the circular iron core of the present invention;
도14b는 도 14a를 가열장치에 장착한 사시도이다.Fig. 14B is a perspective view of the Fig. 14A mounted on the heating device.
[도면중 주요부분에 대한 부호의 설명][Explanation of symbols for the main parts of the drawings]
1 : 교류전원 2 : 스위치1: AC power 2: switch
3: 팬 모터 5 : 직류전원회로3: fan motor 5: DC power circuit
6 :정류회로 7: 쵸크코일6: rectifier circuit 7: choke coil
8 : 콘덴서 10: 인버터 회로8: condenser 10: inverter circuit
11, 12 : 트랜지스터 13: 가열코일11, 12: transistor 13: heating coil
14 : 콘덴서 15: 구동제어회로14: condenser 15: drive control circuit
20: 조리용기 30：케이스20: cooking container 30: case
40：복도체 41：판형 도체40: corrugated conductor 41: plate-shaped conductor
42：기판 44：절연체42: board 44: insulator
46：철심 47：꼬임부46: Iron core 47: Kinky part
48：자속 49: 고정도체층48: Magnetic flux 49: high conductor layer
50：리벳 52：원형철심50: rivet 52: round iron core
54：요철구조의 원형철심54: Circular iron core of uneven structure
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가열장치의 기판상부에 배치되는 판형 도체와, 그 사이에 삽입되는 판형의 절연체와, 상기 판형 도체와 판형 절연체를 일체화하여 여러 개 묶어서 바니시 또는 에폭시와 같은 절연물에 함침하여 고정시킨 고정도체층과, 상기 고정도체층을 권선한 복도체를 기판위에 장착시키고, 상기 기판저부에 설치되는 철심과, 상기 판형 도체를 권선하는 과정에서 내측 권선과 외측 권선의 길이를 동일하게 하기 위해서 권선의 중간 위치에 고정도체층을 연가한 꼬임부로 구성되는 통상의 전자유도가열장치에 있어서,상기 철심의 길이는 복도체 외경에서 법선 방향으로 내경까지의 길이에 복도체의 내경에서 철심이 연장된 길이를 더한 길이이고, 판형 도체의 높이는 철심의 연장길이보다 작거나 같고 보다 크게 한 것을 특징으로 한다.상기 철심은 복도체의 내경안에 삽입되어 장착되는 원형철심이고, 상기 원형철심은 복도체의 내경안에 삽입하지 않고 자로를 연장하기 위하여 원판형상으로 배치한다.The present invention for achieving the object of the present invention is a plate-like conductor disposed on the substrate of the heating apparatus, a plate-shaped insulator inserted therebetween, the plate-shaped conductor and the plate-shaped insulator integrally bundled with several varnish or epoxy and The high conductor layer fixed by impregnation with the same insulator, and the corridor body wound around the high conductor layer are mounted on the substrate, and the core and the core are installed on the bottom of the substrate. In the conventional electromagnetic induction heating device composed of a twisted portion connected to the high conductor layer in the intermediate position of the winding to the same, the length of the iron core is the length from the inner diameter of the corridor to the inner diameter in the direction from the outer diameter of the corridor to the inner diameter in the normal direction Plus this extended length, and the height of the plate conductor is less than or equal to and greater than the extension length of the iron core. The iron core is a circular iron core inserted into and mounted in the inner diameter of the corridor, and the circular iron core is disposed in a disc shape to extend the magnetic path without being inserted into the inner diameter of the corridor.
상기 본 발명의 가열장치 기판(42) 상부에 권선할 때, 절연방식은 판형의 도체(41) 표면에 에나멜 피복층(48)을 코팅하고 이를 여러 겹으로 감은 복도체(40)방식 또는 판형 도체(41) 사이에 판형의 절연체(44)를 삽입한 복도체(40) 방식이 있다.When winding the heating device substrate 42 of the present invention, the insulating method is coated with an enamel coating layer 48 on the surface of the plate-like conductor 41 and wound in multiple layers corrugated body method or plate-shaped conductor ( There is a corridor 40 system in which a plate-shaped insulator 44 is inserted between 41.
상기 복도체(40)는 복도체(40)내 판형 도체(41)와 판형의 절연체(44)를 일체화 한 것이고, 고정도체층(49)은 바니시 또는 에폭시와 같은 절연물에 함침하여 고정시킨다.The corridor 40 integrates the plate-shaped conductor 41 and the plate-shaped insulator 44 in the corridor 40, and the high conductive layer 49 is impregnated with an insulator such as varnish or epoxy to fix the corrugated body.
그리고 상기 복도체(40)내 판형 도체(41)를 원형으로 권선하는 과정에서 내원호측 권선과 외원호측 권선의 길이를 동일하게 해야 하며, 이를 위해 권선의 중간 위치에서 판형 도체(41)를 연가하여 꼬임부(47)를 형성하여야 한다.In the process of winding the plate-shaped conductor 41 in the corridor 40 in a circular manner, the lengths of the inner arc side windings and the outer arc side windings should be the same. It is to be extended to form the twisted portion (47).
여기서 "연가"란 꼬아준다는 의미로 본 발명에서는 판형도체(41)의 길이를같게 하기 위해서 고정도체층(49) 중간에서 연가시킨다. "고정도체층"이란 판형 도체(11)와 절연체(44)를 일체로 하고 이를 여러 개(보통 5개 정도)를 한 다발로 묶은 도체이다. "복도체(40)"란 상기 고정도체층(49)을 권선하여 감아서 만든 발열체이다. 즉 도 5에서 기판(42)위에 고정도체층(49)을 권선한 원형상의 발열체를 말한다. 판형 도체(41)사이를 절연하기 위해서 판형 도체(41)를 에나멜로 코팅처리 할 수 있고, 절연체(44)를 사이에 삽입할 수 있다. 본 발명에서는 절연체(44)로 절연지를 사용하며, "NOMAX"(브랜드 이름)라는 절연지를 사용하였다.In the present invention, "combustion" is twisted in the middle of the high-conductor layer 49 in order to make the length of the plate-like conductor 41 equal. The "highly conductive layer" refers to a conductor in which the plate-shaped conductor 11 and the insulator 44 are integrally assembled, and a plurality of them (usually about five) are bundled into one bundle. "Conductor 40" is a heating element made by winding the high conductor layer 49. That is, in FIG. 5, a circular heating element obtained by winding the high conductive layer 49 on the substrate 42 is referred to. In order to insulate between the plate conductors 41, the plate conductor 41 can be enamelled, and the insulator 44 can be inserted between them. In the present invention, insulating paper is used as the insulator 44, and an insulating paper called "NOMAX" (brand name) is used.
또한, 상기 기판(42)저부에 설치되는 철심(46)은 자로를 연장하기 위하여 원형철심(52) 또는 요철구조의 원형철심(54)을 사용하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the iron core 46 installed on the bottom of the substrate 42 uses a circular iron core 52 or a circular iron core 54 having an uneven structure to extend the magnetic path.
상기 꼬임부(47)는 와류손실, 절연파괴의 원인이 되는 순환전류의 손실을 최대한 줄이기 위하여 판형 도체(41)를 일정길이마다 리벳(4)으로 리벳팅하여 연가시킬 수 있다.The twisted portion 47 may be extended by riveting the plate-shaped conductor 41 with a rivet 4 at predetermined lengths in order to minimize the loss of circulating current which causes eddy current loss and insulation breakdown.
이하 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5도는 본 발명의 요부를 나타내는 평면도이고, 도 6은 도5의 단면도이며, 도 7은 본 발명의 복도체의 구성을 보여주는 도면이다.5 is a plan view showing the main part of the present invention, Figure 6 is a cross-sectional view of Figure 5, Figure 7 is a view showing the configuration of the corridor of the present invention.
도 5 내지에 도시된 바와 같이, 본 발명은 두께 0.3mm × 높이 5~10mm의 동판으로 판형 도체(41)의 표면을 에나멜 피복층(48)으로 코팅하거나, 판형 도체(41)사이에 평면형 절연체(44)로 절연지를 삽입한다. 이 판형 도체(41)를 여러 개 묶은 고정도체층(49)을 원형으로 권선한 복도체(40)를 기판(42)의 상부에 장착한다. 도면 부호 38은 고정도체층(49)을 전기회로에 연결시키는 것을 나타낸다. 이 부분은도 2에서 조리용기(20)의 하단에 있는 가열코일(13)의 양단부를 상상하면 쉽게 이해될 것이다.As shown in FIG. 5 to FIG. 5, the present invention is a copper plate having a thickness of 0.3 mm × height of 5 to 10 mm to coat the surface of the plate conductor 41 with an enamel coating layer 48, or to form a planar insulator between the plate conductors 41. Insert the insulating paper with 44). The corridor 40 obtained by circularly winding the high conductor layer 49 in which the plate-like conductors 41 are bundled is mounted on the upper portion of the substrate 42. Reference numeral 38 denotes connecting the high conductor layer 49 to an electric circuit. This part will be easily understood by imagining both ends of the heating coil 13 at the bottom of the cooking vessel 20 in FIG.
전자유도 가열장치의 특성을 결정하는 인덕턴스(L)를 얻기 위하여 자로의 길이(l), 단면적(A), 권수(N)를 조절할 수 있다. 이에 대한 공식은 다음과 같다. 여기서 K₁, K₂는 상수이다.The length (l), cross-sectional area (A), and number of turns (N) of the furnace may be adjusted to obtain an inductance L that determines the characteristics of the electromagnetic induction heating apparatus. The formula for this is as follows. Where K₁ and K₂ are constants.
즉, 상기 수학식 1,2 에 의하면 복도체(40) 중앙의 공심의 단면적(A)을 크게 하면, 자속밀도(Bm)가 감소하고 인덕턴스(L)가 증가하게 된다.That is, according to Equations 1 and 2, when the cross-sectional area A of the air core in the center of the corridor 40 is increased, the magnetic flux density Bm decreases and the inductance L increases.
상기 수학식 2에서 자속밀도(Bm)를 낮추려면, 주파수를 높게 하거나 복도체 중앙의 공심의 단면적(A)을 증가시켜주어야 한다.In order to lower the magnetic flux density (Bm) in Equation 2, it is necessary to increase the frequency or increase the cross-sectional area (A) of the air core in the center of the corridor.
도 8은 본 발명의 판형 도체를 연가한 도면이고 , 도 9는 본 발명의 판형 도체 리벳으로 리벳팅한 도면이다.8 is a view illustrating the plate-shaped conductor of the present invention, and FIG. 9 is a view of riveting the plate-shaped rivet of the present invention.
복도체(40)의 권선시 도 8과 같이 복도체(40)의 내측과 외측이 바뀌도록 복도체(40)의 중간에 연가시켜서 꼬임부(47)를 만들면, 판형 도체(42)의 내외측의 길이가 같아지므로 순환전류가 발생되지 않게 된다. 이것이 본 발명의 중요한 아이디어이다. 즉, 전선이 길어지면, 저항이 커지고, 전선이 짧아지면 저항이 적어진다.V = IR(V = 전위차, I = 순환전류, R = 도체저항)의 공식에서 알 수 있듯이 저항(R)이 적어지면 전위차(V)가 적어지고 와류손실이 최소로 된다.When winding the corridor 40, the inner and outer sides of the corridor 40 are changed so that the twisted portion 47 is formed in the middle of the corridor 40 so that the inner and outer sides of the corridor 40 are changed. Since the lengths are the same, no circulating current is generated. This is an important idea of the present invention. In other words, the longer the wire, the greater the resistance, and the shorter the wire, the smaller the resistance.The resistance (R) is less, as shown by the formula: V = IR (V = potential difference, I = circulating current, R = conductor resistance). Ground potential difference (V) decreases and the vortex loss is minimized.
다른 실시예로 복도체(40)의 일정길이마다 리벳(50)으로 연결시켜 리벳팅하면, 순환전류의 크기를 줄일 수 있다. 손실전력 P = I2R 공식에서 알 수 있듯이, 손실전력(P)은 순환전류(I)의 제곱에 비례하여 발생되고, 전자유도 가열장치에서는 손실전력(P)이 열손실로 나타나게 되는데 가능하면, 열손실을 최소화시켜야 효율이 높아진다.In another embodiment, if the corridor 40 is connected to the rivet 50 at a predetermined length, the size of the circulating current can be reduced. As can be seen from the loss power P = I 2 R formula, the loss power (P) is generated in proportion to the square of the circulating current (I), and in the electromagnetic induction heating device, the loss power (P) is expressed as heat loss. In order to improve efficiency, heat loss must be minimized.
도 10의 (a),(b)는 본 발명의 철심을 나타낸 도면으로서 (a)는 저면도이고, (b)는 철심을 가열장치에 장착한 사시도이다.(A), (b) is a figure which shows the iron core of this invention, (a) is a bottom view, (b) is a perspective view which attached the iron core to the heating apparatus.
본 발명의 기판(42)의 저부에는 도 10 a에 도시한 바와 같이, 방사상으로 페라이트코아의 철심(46)을 부착시킨다. 철심(46)의 길이는 복도체의 외경 원호에서부터 법선 방향으로 내경 원호까지의 길이(La)와 내경 원호에서부터 원호의 중심까지 내측단의 길이(l₂)를 더한 만큼 연장한 길이(Lb = La + l₂)이다. 이는 복도체(40)에 자속이 쇄교하게 되면, 와류전류가 발생하게 되어 와류손실로 나타나게 된다. 이러한 와류손실은 열손실로 되어 복도체(40)를 발열시키는 원인이 된다.At the bottom of the substrate 42 of the present invention, as shown in Fig. 10A, an iron core 46 of ferrite core is attached radially. The length of the iron core 46 extends by adding the length La from the outer arc of the corridor to the inner arc in the normal direction and the length of the inner end from the inner arc to the center of the arc (l₂) (Lb = La +). l₂). This is when the magnetic flux is bridged in the corridor 40, the eddy current is generated and appears as the eddy current loss. This eddy current loss becomes a heat loss and causes heat generation of the corridor body 40.
본 발명의 철심(46)의 길이를 규정하는 것은 발생자속이 복도체(40)와 쇄교하지 않도록 방지하기 위한 것이다. 도 10(b)에서 알 수 있듯이,판형 도체(41)의 높이(l₁)는 내경 원호에서부터 원호의 중심까지 내측단의 길이(l₂)보다 작거나 같고 0 보다 크다. 즉, 0 < l₁≤ l₂이다.The definition of the length of the iron core 46 of the present invention is to prevent the magnetic flux from interlinking with the corridor 40. As can be seen in FIG. 10 (b), the height l ′ of the plate-shaped conductor 41 is less than or equal to and greater than zero than the length l 2 of the inner end from the inner diameter arc to the center of the arc. That is, 0 <l₁≤l₂.
도 11의 (a),(b)는 본 발명의 다른 실시예로 원형철심(52)의 배치 도면으로 (a)는 저면도이고, (b)는 이를 가열장치에 장착한 사시도이다. 원형철심(52)을 사용하는 이유는 권선의 내측원호의 공심단면적을 철심단면적으로 바꾸게 되면 공심보다는 내경을 더욱 작게 할 수 있으며, 권선의 내측원호의 중앙부에 넣으려면 권선의 내측원호와 모양이 같은 원형이어야 한다.11 (a) and 11 (b) are layout views of the circular iron core 52 according to another embodiment of the present invention, where (a) is a bottom view and (b) is a perspective view of the heating apparatus mounted thereon. The reason for using the circular iron core 52 is to change the hollow core cross-sectional area of the inner circular arc of the winding to the core cross-sectional area so that the inner diameter can be made smaller than the hollow core. It must be circular.
도12의 (a)(b)는 본 발명의 원형철심의 다른 실시예로 (a)는 요철구조를 갖는 원형철심(54)의 단면도이고, (b)는 요철구조의 원형철심(54)을 가열장치에 장착한 사시도이다. 도13의 (a)(b)는 본 발명의 원형철심의 다른 실시예로 (a)는 단면도이고, (b)는 이를 가열장치에 장착한 사시도이다. 상기의 원형철심(54)에 제 1항에 있어서, 상기 철심은 상기의 원형철심의 하부에 판형의 철심을 부착해서 일체화한 철심이다. 따라서, 요철구조의 원형철심(54)하나로 사용하게 되면 자로 성능이 개선될 뿐만 아니라 조립하기가 쉽다. 또한 하단부를 편평하게 하는 것은 복도체의 배열시 편평도를 유지하는데 유리하기 때문이다. 도14의 (a)(b)는 본 발명의 원형철심의 다른 실시예로(a)는 원형철심을 방사상으로 배치하지 않고 자로의 연장을 위하여 원형철심을 배치한 단면도이고, (b)이를 가열장치에 장착한 사시도이다. 이 경우 철심의 길이는 Lc이다.12A and 12B show another embodiment of the circular iron core of the present invention, (a) is a cross-sectional view of a circular iron core 54 having an uneven structure, and (b) shows a circular iron core 54 of an uneven structure. It is a perspective view attached to a heating apparatus. Figure 13 (a) (b) is another embodiment of the circular iron core of the present invention (a) is a cross-sectional view, (b) is a perspective view of mounting it to the heating apparatus. The iron core is an iron core in which the plate-shaped iron core is attached to and integrated with the lower portion of the circular iron core. Therefore, when used as a circular iron core 54 of the concave-convex structure, it is easy to assemble and improve performance as well. The flattening of the lower end is also advantageous because it maintains the flatness in arranging the corridors. Figure 14 (a) (b) is another embodiment of the circular iron core of the present invention (a) is a cross-sectional view in which the circular iron core is arranged to extend the path without radially arranging the circular iron core, (b) heating it It is a perspective view attached to the apparatus. In this case the length of the iron core is Lc.
한편, 권선도체에 전류가 흐를 경우 렌츠의 법칙에 의해서 자속이 발생하게 되고, 또한 플레밍의 왼손 법칙에 의해서 도체에 힘이 작용하게 된다. 이 힘에 의해서 도체가 진동을 하게 되며 이 진동이 권선 도체에 지속적으로 가해지게 되면도체사이의 절연물이 피로하게 되고 이러한 절연물의 피로현상은 도체간의 절연파괴를 유발하여 소손의 원인이 된다. 따라서 도체의 진동을 막기 위한 고정방법과 절연을 보강시키는 이중의 효과를 얻기 위하여 본 발명에 있어서는 바니쉬 또는 에폭시로 복도체를 함침하여 기계적으로 고정시킴과 동시에 절연을 보강하는 방안을 채택하였다. 복도체(40), 기판(35), 철심(46)등을 바니시 또는 에폭시에 함침시켜 형성된 고정도체층(49)으로 고정시키므로 복도체(40)의 자체 진동으로 인한 절연파괴를 방지할 수 있다.On the other hand, when current flows in the winding conductor, magnetic flux is generated by the law of Lenz, and force is applied to the conductor by the law of the left hand of Fleming. This force causes the conductor to vibrate, and if this vibration is continuously applied to the winding conductor, the insulation between the conductors is fatigued, and the fatigue phenomenon of the insulation causes the breakdown between the conductors. Therefore, in order to prevent the vibration of the conductor and the dual effect of reinforcing the insulation in the present invention, a method of impregnating the corrugated body with a varnish or epoxy to mechanically fix and at the same time reinforce the insulation. Since the corridor 40, the substrate 35, the iron core 46, and the like are fixed with the high conductive layer 49 formed by impregnating the varnish or epoxy, the breakdown of the corridor 40 due to its own vibration can be prevented.
상기와 같은 이유로 인하여 전자유도 가열시 안전을 충분히 확보할 수 있어서 신뢰성이 뛰어난 전자유도 가열장치를 제공할 수 있다.Due to the above reasons, it is possible to sufficiently secure safety during electromagnetic induction heating, thereby providing a highly reliable electromagnetic induction heating apparatus.
본 발명의 특징은 도체의 단면을 원형이 아닌 평판형 도체를 여러 겹으로 하여 복도체를 구성하고, 각 복도체간에 중간 절연물을 삽입하고, 각 도체 중간을 꼬아주거나 일정길이마다 리벳팅하여 도체의 중간을 연가시키는 것이다. 즉, 종래기술과 달리 리쯔선 대신에 평판형 도체를 사용하므로써 전위차가 균일하게 발생되므로 와류손실, 절연파괴의 원인이 되는 순환전류의 손실을 최대한 줄일 수 있다. 또한, 기판, 권선복도체 등을 바니시, 에폭시 등의 절연물에 함침시켜 고형화함에 따라 복도체 자체의 진동으로 인한 절연파괴를 방지할 수 있다.A feature of the present invention is that the cross-section of the conductor to form a corrugated body with a plurality of flat non-circular conductors, inserting an intermediate insulation between each corridor, twisting the middle of each conductor or riveting at a certain length of the conductor It's going to be the middle. That is, unlike the prior art, by using a flat conductor instead of the Litz wire, the potential difference is uniformly generated, so that the loss of circulating current that causes eddy current loss and insulation breakdown can be minimized. In addition, it is possible to prevent the insulation breakdown due to the vibration of the corridor itself by solidifying the substrate, winding winding conductor, etc. in the insulator such as varnish, epoxy.
그리고, 기판 저부의 철심의 내측단 길이를 복도체의 높이 이하의 길이범위 이내로 연장하므로 자력선의 상승시 복도체의 내측면과 일정간격을 두고 통과케 하여 자력선이 복도체의 내측단과 쇄교하여 발생하는 열 손실이 거의 없도록 한 것이 특징이다.In addition, since the inner end length of the iron core of the substrate bottom is extended within the length range below the height of the corridor, the magnetic force lines are caused to cross the inner end of the corridor so that the magnetic force lines pass at a predetermined distance from the inner surface of the corridor when the magnetic lines are raised. It is characterized by little heat loss.
또한 종래 기술은 최소 정격전력 1.9 kW미만 크기의 용량이어서 용량이 큰 경우에 종래의 전기오븐이나 전기조리기를 대체할 수 없었다. 그러나, 본 발명의 전자유도 가열장치는 최소 정격전력이 1.9 kW이상의 전기오븐, 전기조리기 또는 방열기기로 사용할 수 있다.In addition, the prior art has a capacity of less than 1.9 kW minimum rated power, it was not possible to replace the conventional electric oven or cooker when the capacity is large. However, the electromagnetic induction heating apparatus of the present invention can be used as an electric oven, an electric cooker or a radiator having a minimum rated power of 1.9 kW or more.
특히, 시간과 온도를 정밀하게 조절할 필요가 있는 가열기기, 즉, 전기온수기, 전기보일러, 전기다리미, 커피포트, 증탕기 등의 열원으로 사용할 수 있다. 가스를 열원으로 사용할 경우 안전상 문제가 생길 수 있으므로 가스를 열원으로 사용하는 제품은 모두 본 발명으로 대체할 수 있다. 이처럼 본 발명은 에너지를 절약할 수 있고, 안전한 열원으로 역할을 할 수 있어서 매우 유용한 발명이다.In particular, it can be used as a heat source, such as a heating device that needs to precisely control the time and temperature, that is, electric water heater, electric boiler, electric iron, coffee pot, steamer. When using the gas as a heat source may cause a safety problem, all products using the gas as a heat source can be replaced by the present invention. As such, the present invention can save energy and serve as a safe heat source, which is a very useful invention.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 복도체를 사용함으로써 표면이 균일하므로 도체사이에 유기되는 상대적 전위차가 균일하여 순환전류가 발생되지 않으므로 복도체 발열의 원인을 원천적으로 제거함과 동시에 대 전류시 단면적을 손쉽게 늘일 수 있다. 또한, 저항손실을 줄일 수 있음으로 효율이 높아지고, 와류손실을 줄여 복도체 내단의 온도 상승과 자체 진동에 의한 소손을 방지할 수 있다. 이러한 여러 가지 장점 때문에 전자유도 가열시 가열장치에 안정적인 자계를 발생시키므로 고장율이 낮고, 생산 단가가 낮으며 작동이 정밀한 유도가열 조리장치를 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, since the surface is uniform by using the corridor, the relative potential difference induced between the conductors is uniform, so that the circulating current is not generated. It can be easily extended. In addition, since the resistance loss can be reduced, the efficiency is increased, and the eddy current loss can be reduced to prevent burnout due to temperature rise and self-vibration inside the corridor. Due to these various advantages, it is possible to provide an induction heating cooking device having low failure rate, low production cost, and precise operation because it generates a stable magnetic field in the heating device when the electromagnetic induction heating is performed.
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2003
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| KR100832312B1 (en) * | 2007-08-13 | 2008-06-04 | 알에프텔 주식회사 | Induction autotimer for heating coil |
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