电磁感应加热装置的制作方法

本发明涉及一种电磁感应加热装置，其可代替使用气体的火焰或电加热器等的加热装置而使用，通过使用磁石的感应电流的产生而将铝材料等被加热物加热。
背景技术：
：铝的轻量性、加工性、回收再利用性优异。因此，用作汽车、建筑、家庭用的电子/电气器具等的材料的铝的使用量不断增加。在对铝的材料进行加工时，用作熔解、热处理加工等的热源的主要是气体的火焰或电热等。例如，在对铝的材料进行加工时，将铝的材料放入气体炉或电炉中，并利用火焰或电热自周围进行加热。将火焰或电热用作热源的加热方法有消耗能量的经济效率低等问题，进而也有二氧化碳的产生量多等问题。因此，将火焰或电热用作热源的加热方法就环境保护的观点欠佳。作为将气体的火焰或电热以外作为热源来进行加热的方法，有通过使用磁石产生感应电流而将被加热物加热的电磁感应加热。所述电磁感应加热不使用气体或油等燃料，故而不产生伴随燃烧的二氧化碳。因此，为相较于现有的加热方法而更为环保的方法。另外，电磁感应加热向周围释出的热量少，故而无需使用火焰或电热的加热方法那样的加热炉。因此，在铝材料的加工中使用电磁感应加热可有助于工厂的省空间化。如此，电磁感应加热在对环境的负荷小且对于省空间化有用的方面，较使用火焰或电热的加热方法而更为优异。作为使用电磁感应加热的装置，记载有下述加热器装置，所述加热器装置具备导电构件、及与导电构件接近配置的磁石，通过使磁石相对于导电构件周期性地变化的磁场发挥作用，而将导电构件加热(专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特表2004-537147号公报技术实现要素：发明所要解决的问题专利文献1中，记载有在框体(frame)的周缘部对称地或非对称地配置有多个磁石的加热器装置、以及沿着靠近框体中心的圆弧及位于周缘部的圆弧配置有多个磁石的加热器装置。然而，关于用以将被加热构件高效率地加热的构成，未作记载。本发明的课题在于提供一种可将铝材料等被加热物高效率地加热的加热效率良好的电磁感应加热装置。解决问题的技术手段发明人等人发现磁石的配置大幅影响电磁感应加热装置的加热效率，以至完成了本发明。为了解决所述课题而提供的本发明如下。本发明的电磁感应加热装置包括：旋转体，以相同磁极位在被加热物侧的方式配置有多个磁石；以及旋转驱动部件，使所述旋转体旋转，通过使所述旋转体旋转而产生的感应电流将所述被加热物加热，所述电磁感应加热装置的特征在于，在所述旋转体旋转的方向邻接的磁石的间隔为10mm以上。所述间隔可为20mm以上且45mm以下。另外，多个所述磁石可以所述旋转体的旋转中心为中心而配置成同心圆状。多个所述磁石可以所述旋转体的旋转中心为中心而配置成同心圆状，将沿着各个圆而配置的多个所述磁石等间隔地配置，所述间隔为20mm以上且45mm以下。可将所述同心圆等间隔地配置，邻接的所述同心圆的直径的差为40mm以上且60mm以下。多个所述磁石可为直径为5mm以上且25mm以下并且高度为10mm以上且40mm以下的圆柱形。多个所述磁石的所述高度可为所述直径的0.5倍以上且2倍以下。所述磁石的磁通密度可为400mt以上且600mt以下。多个所述磁石可经由高度调整部件而安装于所述旋转体。发明的效果本发明的电磁感应加热装置通过以在旋转体的旋转方向邻接的磁石的间隔成为10mm以上的方式配置，而与以窄间隔配置有多个磁石的情形相比，可更高效率地将被加热物加热。因此，可提供一种加热效率良好的电磁感应加热装置。附图说明图1为示意性地表示本发明实施方式的电磁感应加热装置的概略构成的正面图。图2为图1的a1-a1箭视图，且为自设有磁石的磁石面侧观看旋转体的平面图。图3为表示磁石的形状的立体图。图4为旋转体及被加热物的正面图。图5为对实施例1的被加热物的配置进行说明的自磁石面侧观看旋转体的平面图。图6为示意性地表示实施例6～实施例9的磁石的配置的平面图。图7为说明实施例6～实施例9的磁通密度的测定方法的剖面图。图8为表示实施例6及实施例7的测定结果的图表。图9为表示实施例8及实施例9的测定结果的图表。具体实施方式以下，一方面参照附图一方面对本发明的实施方式进行说明。图1为示意性地表示本发明第一实施方式的电磁感应加热装置1的概略构成的正面图。如所述图所示，本实施方式的电磁感应加热装置1具备旋转体2、旋转驱动马达3、距离测定部件4、温度测定部件5、移动用马达6及控制部件7。图2为图1的a1-a1箭视图，且为自在旋转体2设有磁石21的面(以下也称为“磁石面”)侧观看的旋转体2的平面图。如图2所示，旋转体2在圆盘的其中一个面同心圆状(圆环状)地配置有多个磁石21。图2中表示下述形态，即：沿着点划线所示的半径r1、半径r2及半径r3的圆c1、圆c2及圆c3各自绕旋转体2的旋转中心o配置有多个磁石21。再者，所述图所示的磁石的个数、排列仅为用以说明本发明的实施方式的一例，可根据旋转体2及磁石21的尺寸而变更。图2中沿着点划线所示的圆c1、圆c2及圆c3而配置的多个磁石21以与在旋转体2旋转的方向邻接的磁石21的间隔l1成为既定距离的方式配置。此处，所谓“间隔l1”，是指沿着各个圆c1、圆c2及圆c3而配置的邻接的磁石21的最接近部间的距离。图2所示的圆柱形的磁石21的情况下，间隔l1成为由邻接的磁石21的圆的中心间的距离(间距)减去两个磁石21的半径而得的距离。例如在中心间的距离为50mm，且邻接的磁石21的圆的半径为10mm时，间隔l1为由中心间的距离50mm减去两个磁石21的半径的合计20mm而得的30mm。如图2所示，本实施方式的电磁感应加热装置1中，将沿着圆c1、圆c2及圆c3(以下，在对圆c1、圆c2及圆c3共同的形式进行说明时，称为圆c)配置的多个磁石21在旋转方向空开既定的间隔l1而配置。通过如此那样空开间隔l1而配置，与将多个磁石21以相互接触的方式配置的情形相比，被加热物8的加热效率提高。本发明中，所谓将多个磁石21沿着圆c配置，是指图2所示的磁石21位于各圆c上。各磁石21优选为以其中心位于点划线所示的圆c上的方式配置。就使被加热物8的加热效率良好的观点而言，邻接的磁石21的间隔l1优选为10mm以上，更优选为20mm以上，进而优选为30mm以上。另外，就同样的观点而言，磁石21的间隔l1优选为50mm以下，更优选为45mm以下，进而优选为40mm以下。通过将间隔l1设为所述范围，配置有多个磁石21的旋转体2的磁石面附近的磁通密度变大。因此，伴随旋转体2的旋转而被加热物8产生的感应电流变大，可高效率地将被加热物8加热。所谓以在圆c上邻接的磁石21成为间隔l1的方式配置，是指以与邻接的磁石21的距离成为间隔l1的范围内的方式配置。间隔l1并非特定的一个距离，而是意指具有幅度的距离的范围。因此，不限于以使邻接的磁石21的间隔全部成为相同距离的方式均等地配置的构成，即便邻接的磁石21的距离不同时，也只要各距离为间隔l1的范围内即可。其中，就使被加热物8的加热效率良好的观点而言，优选为将沿着各个圆c配置的多个磁石21等间隔地配置的构成。配置成同心圆状的圆c1、圆c2及圆c3只要设为可排列配置磁石21的大小即可。例如，在磁石21是剖面的直径为20mm的圆柱形状时，邻接的同心圆的直径的差d1(＝r1－r2)、邻接的同心圆的直径的差d2(＝r3－r2)优选为40mm以上且60mm以下，更优选为45mm以上且55mm以下。也可设为将配置成同心圆状的圆c1、圆c2及圆c3分别等间隔地配置的构成(d1＝d2)。旋转体2在与磁石面相反的一面，在磁石21的同心圆的中心位置经由旋转轴22而与旋转驱动马达3连接(参照图1)。利用旋转驱动马达3将旋转体2旋转，使被加热物8产生感应电流而进行加热。将旋转体2与旋转驱动马达3相连的部件除了旋转轴22以外，也可使用链(chain)、带(belt)等其他公知的部件。磁石21可使用：铁氧体磁石、钐钴磁石(sm-co系磁铁)、钕磁石(nd-fe-b系磁铁)等稀土磁石，铝镍钴磁石(al-ni-co磁石)等。就将被加热物8高效率地加热的观点而言，优选为稀土磁石等磁力强的磁石。图3为表示磁石21的形状的立体图。如所述图所示，磁石21的形状优选为圆柱形。圆柱形的磁石21例如可使用直径φ为5mm以上且25mm以下、高度h为5mm以上且30mm以下的磁石。在使用圆柱形的磁石21时，为了避免磁石的由加热所致的影响，高度h优选为直径φ的0.5倍以上且2.0倍以下(0.5φ≦h≦2.0φ)，更优选为直径φ的0.7倍以上且1.5倍以下(0.7φ≦h≦1.5φ)，进而优选为直径φ的0.8倍以上且1.2倍以下(0.8φ≦h≦1.2φ)。就提高被加热物8的加热效率的观点而言，磁石21的表面的磁通密度优选为350mt以上，更优选为400mt以上，进而优选为450mt以上。磁通密度的上限并无特别限定，例如为600mt以下。图4为旋转体及被加热物的侧面图。所述图中，对于设于最外侧的圆c1(参照图2)上的磁石21，以虚线表示旋转体2的内部的外形。图4中，表示所有磁石21的n极位于被加热物8侧的示例，但也可设为所有磁石21的s极位于被加热物8侧的构成。通过将所有磁石21以相同磁极位于被加热物8侧的方式配置，而如图4中点线箭头所示，磁通变得平行，磁力线到达远离旋转体2的位置。因此，通过使旋转体2旋转，可在被加热物8的宽广范围内产生大的涡状的感应电流(以下也称为“涡电流”)，故而可将被加热物8高效率地加热。如图4所示，磁石21经由高度调整部件23而安装于旋转体2。通过利用高度调整部件23来调整磁石21的高度h(参照图3)的误差，可使磁石面的磁石21的高度均匀。由此，可使磁石21与被加热物8之间的距离x均等，而将被加热物8有效率地加热。本实施方式中，表示了为了使被加热物8产生感应电流而使旋转体2旋转的构成。但是，也可设为通过固定旋转体2并使被加热物8旋转而产生感应电流的构成。然而，通过使旋转体2旋转可获得利用空气将磁石21冷却的效果，故而在使用居里点相对较低的稀土磁石作为磁石21时，优选为使旋转体2旋转的构成。电磁感应加热装置1也可使用冷却风扇等冷却部件将磁石21冷却。旋转驱动马达3(参照图1)经由旋转轴22而将旋转体2旋转驱动，以通过后述的控制部件7而可变更旋转力矩、转速等的方式构成。距离测定部件4测定旋转体2的磁石21的被加热物8侧端与被加热物8的距离x。距离测定部件4例如可列举：探测旋转体2的磁石21与被加热物8之间的静电电容的变化、或穿过两者的间隙的激光的变化的部件。图1中表示了具备两个距离测定部件4的示例，但距离测定部件4也可为一个或三个以上。就测定精度的观点而言，优选为使用多个距离测定部件4来测定距离x。温度测定部件5测定被加热物8的温度并将结果输出至控制部件7。可使用热电偶等公知的温度传感器作为温度测定部件5。可设为如图1所示那样在一个部位测定被加热物8的温度的构成，但在需要对被加热物8的各部位测定温度时，优选为使用多个温度测定部件5来测定被加热物8的温度。移动用马达6使旋转驱动马达3在与旋转轴22平行的方向移动，使旋转体2与被加热物8的距离x变化。例如，在根据距离测定部件4而被加热物8热膨胀从而距离x变小时，可使旋转驱动马达3向远离被加热物8的方向移动，将距离x维持于加热效率良好的范围。图1中表示了为了使旋转体2的位置变化而具备使旋转驱动马达3移动的移动用马达6的构成，但也可设为使被加热物8的位置移动的构成、或使旋转体2及被加热物8的位置分别移动的构成。控制部件7以有线或无线方式与所述的旋转驱动马达3、距离测定部件4、温度测定部件5及移动用马达6电性连接，并分别进行控制，例如可使用计算机(computer)等而构成。控制部件7使用通过距离测定部件4所测定的距离x来控制旋转驱动马达3或移动用马达6。在探测到因加热而被加热物8膨胀变形时，停止旋转驱动马达3，或通过移动用马达6使旋转体2移动。由此，可防止旋转体2与被加热物8接触。例如，在旋转体2与被加热物8的距离x减小至有接触危险的程度时，使旋转体2向远离被加热物8的方向移动。此时，只要将距离x维持于加热效率良好的范围，则可使加热效率良好。控制部件7可使用通过温度测定部件5所测定的被加热物8的温度来控制旋转驱动马达3或移动用马达6。例如，在被加热物8到达既定温度之前，维持于加热效率高的距离x及转速，随着接近目标温度而使距离x及转速变化，由此可精细地控制被加热物8的温度。也可在被加热物8到达既定温度的时间点，使旋转驱动马达3停止，使旋转体2向远离被加热物8的方向移动。在电磁感应加热装置1具备多个距离测定部件4时，控制部件7也可使用所检测出的多个距离x中的最大值或最小值来控制各部。被加热物8包含通过使磁场变化而产生涡电流的原材料。被加热物8例如可列举：包含含有铝的铝合金等的物品，具体而言铝窗框、铝轮等。另外，可将包含轻合金的物品也作为被加热物8进行加热，所述轻合金为以铝、镁、钛等轻金属作为主体的合金。图1中，在被加热物8的其中一侧配置有电磁感应加热装置1，但也可设为在被加热物8的两侧分别配置有电磁感应加热装置1的构成。通过使用多个电磁感应加热装置1，可缩短被加热物8到达既定温度的时间，或使被加热物8成为更高温。实施例以下，通过实施例对本发明加以更具体说明，但本发明不限定于这些实施例。使用具备以下磁石的电磁感应加热装置将以下的被加热物加热，使用配置于距被加热物的中心100mm及150mm的位置的热电偶，测定自开始加热起至被加热物的温度到达300℃为止所需要的时间。·被加热物(锭)·材质：铝合金·形状：梯形柱状(宽度97mm，长度600mm)·重量：5.0kg·比热：900(j/kgk)(20℃)·导热率：204(w/mk)·磁石(钕磁石)·形状：圆柱状·直径：20mm·高度：20mm·磁通密度：560mt～590mt(实施例1)使用具备旋转体2的电磁感应加热装置1，所述旋转体2在磁石面均等地配置有多个钕磁石且为直径660mm(参照图1、图2)。将自被加热物8至旋转体2的磁石21为止的距离x设定为0.45mm。如图5所示，在(a)与旋转体2的中心重叠的位置、(b)(c)自旋转体2的中心偏离的位置所述三个位置中的任一个配置一个被加热物8进行加热，测定各位置的被加热物8的温度变化。再者，图5中省略磁石21而仅示出表示磁石21的配置的同心圆。在磁石面，沿着直径530mm、480mm、430mm、380mm、330mm、280mm、230mm及180mm的8列同心圆的圆c，依次沿着同一个圆c分别空开均等的间隔而配置有65个、59个、54个、46个、40个、35个、28个及22个的磁石21。本实施例中，在旋转方向邻接的磁石21间的间隔l1设为5mm～6mm(磁石21的中心间的距离(间距)为25mm～26mm)，邻接的同心圆的间隔d设为50mm。将反相器设定频率设定为90hz，测定自开始加热起至被加热物的温度到达300℃为止所需要的时间。(实施例2)使用与实施例1的电磁感应加热装置1相比仅下述构成不同的电磁感应加热装置1，即：将在磁石面沿着直径530mm、480mm、430mm、380mm、330mm、280mm、230mm及180mm的8列等间隔地配置的同心圆的圆而均等地配置的磁石21的个数设为33个、30个、27个、23个、20个、17个、14个及11个。自被加热物8至旋转体2的磁石21为止的距离x是与实施例1同样地设为0.45mm。本实施例中，将配置于旋转体2的磁石21的个数大致设为实施例1的一半，故而在旋转方向邻接的磁石21间的间隔l1设为30mm～32mm(磁石21的中心间的距离(间距)为50mm～52mm)，邻接的同心圆间的间隔d设为等间隔(50mm)。与实施例1同样地将反相器设定频率设定为90hz，测定自开始加热起至被加热物的温度到达300℃为止所需要的时间。将实施例1及实施例2的测定结果示于表1。[表1]由表1所示的结果得知，通过将磁石的个数减少至一半，各磁石之间的距离(间距)增大，可缩短被加热物到达300℃为止的时间。另外得知，通过将被加热物偏离旋转体2的旋转中心而配置，与以与旋转体2的旋转中心重叠的方式配置相比而加热效率提高。由表1所示的结果得知，并非沿着圆等间隔地配置的磁石的个数越多则越可高效率地将被加热物加热，被加热物的加热效率受到在旋转体2的旋转方向邻接的磁石间的距离的大幅影响。因此，为了研究磁石间的距离对磁通密度造成的影响，对于将沿着直径530mm的圆配置的钕磁石的个数设为65个的实施例1、及将沿着相同的圆配置的钕磁石的个数设为33个的实施例2，测定距各磁石21的被加热物侧的一面的、距离12mm的位置的磁场。将所述测定结果示于表2。[表2]实施例1实施例2圆的直径(mm)530530磁石的个数65个33个磁石的直径(mm)2020距离(mm)630间距(mm)2650磁通密度的峰值(mt)55～94.278～109.2如表2所示得知，相较于磁石的配置相对地密集的实施例1，相对地稀疏的实施例2的情况下，被加热物侧的磁通密度更高。根据所述结果，可谓通过减少磁石的个数进行配置而加热效率提高的原因在于磁通密度增大。(实施例3～实施例5)除了将反相器设定频率由90hz变更为60hz～80hz以外，与实施例2同样地，测定将被加热物加热至到达300℃为止所需要的时间。将实施例1～实施例5的测定结果示于表3。[表3]实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5位置(b)(b)(b)(b)(b)距离(mm)5～630～3230～3230～3230～32频率(hz)9090607080到达时间5分16秒2分0秒3分14秒2分43秒2分21秒如实施例2～实施例5所示得知，被加热物的加热效率受到配置有磁石的旋转体的旋转速度(频率)的影响。其中，将频率设定为60hz且距离设定为30mm～32mm的实施例3与将频率设为90hz且距离设为5mm～6mm的实施例1相比，能以短约40％的时间使被加热物到达300℃。根据所述结果，可谓相较于旋转体的旋转速度，在旋转方向邻接的磁石21间的间隔l1对加热效率造成的影响更大。由实施例1～实施例5的结果得知，通过以在旋转体旋转的方向邻接的磁石的间隔变大的方式配置而磁通密度增大，加热效率提高，以及相较于旋转体的转速而配置磁石的间隔对加热效率造成的影响更大。因此，如以下那样研究磁石的间隔(距离、间距)与磁通密度的关系。(实施例6)图6及图7为示意性地表示实施例6～实施例9的、磁石的配置与磁通密度的测定方法的图。如图6所示，在正六角形的角及对角线的交点，使s极朝向测定侧，以均等的间隔(距离l1、间距p1)配置合计7个磁石。而且，如图7所示，沿着将配置于六角形的中心的磁石及邻接于其两侧的磁石连结的直线m，测定距磁石表面的距离6mm的磁通密度。将测定结果示于表4。·磁石：直径20mm×高度10mm的圆柱，表面的磁通密度457mt～478mt(平均468mt)·间隔：10mm～40mm(距离l1)、30mm～60mm(间距p1)[表4](实施例7)使用以下的磁石，与实施例6同样地对以下的磁石测定磁通密度。将结果示于表5。·磁石：直径20mm×高度20mm的圆柱形，表面的磁通密度567mt～598mt(平均577mt)·间隔：10mm～40mm(距离l1)、30mm～60mm(间距p1)[表5]关于实施例6及实施例7，将各配置间隔的s极及n极的最大磁通密度汇总示于表6及图8。[表6]由表4～表6及图8所示的结果得知，在使用磁通密度为450mt～600mt左右的磁石时，距磁石表面的距离6mm的位置的磁通密度随着间隔l1增大至间隔l1为30mm～35mm左右而增大，大约超过35mm起开始降低。(实施例8)使用以下的磁石，与实施例6同样地对以下的磁石测定磁通密度。将结果示于表7。·磁石：直径10mm×高度5mm的圆柱，表面的磁通密度411mt～440mt(平均425mt)·间隔：27mm～45mm(距离l1)、37mm～55mm(间距p1)[表7](实施例9)使用以下的磁石，与实施例6同样地对以下的磁石测定磁通密度。将结果示于表8。·磁石：直径10mm×高度10mm的圆柱，表面的磁通密度507mt～531mt(平均521mt)·间隔：27mm～45mm(距离l1)、37mm～55mm(间距p1)[表8]关于实施例8及实施例9，将各配置间隔的s极及n极的最大磁通密度汇总示于表9及图9。[表9]由表7～表9及图9所示的结果得知，在使用磁通密度为400mt～550mt左右的磁石时，距磁石表面的距离6mm的位置的磁通密度在间隔l1为25mm～35mm左右的范围内为相同程度，超过35mm左右起开始降低。根据图8及图9的结果，在使用磁通密度为400mt～600mt左右的磁石时，就使电磁感应加热装置的加热效率良好的观点而言，可谓在旋转体旋转的方向邻接的磁石的间隔优选为20mm以上且50mm以下，更优选为25mm以上且45mm以下，进而优选为30mm以上且40mm以下。产业上的可利用性本发明的电磁感应加热装置例如作为下述装置有用，即，将制造半制品状的轻合金轮或铝窗框时所用的模具(dies)等加热，以短时间调整为适于加工步骤的既定温度。符号的说明1：电磁感应加热装置2：旋转体21：磁石22：旋转轴23：高度调整部件3：旋转驱动马达(旋转驱动部件)4：距离测定部件5：温度测定部件6：移动用马达7：控制部件8：被加热物x：磁石与被加热物的距离l1：磁石间的距离(磁石间的间隔)p1：间距(磁石的中心间的距离)o：旋转中心(同心圆的中心)c、c1、c2、c3：同心圆r1、r2、r3：同心圆的半径d、d1、d2：邻接的同心圆的直径的差(同心圆的间隔)φ：磁石的直径h：磁石的高度当前第1页1 2 3