專利名稱:用于具有可變參數(shù)的條形材料的感應(yīng)加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及條形材料的電感應(yīng)加熱,特別地,在本申請(qǐng)中條形材 料的寬度或其它參數(shù)變化以改變負(fù)載電路的電阻抗。
背景技術(shù):
當(dāng)柔軟的螺線管感應(yīng)線圈連接到交流電源時(shí),可以用于感應(yīng)加熱 穿過(guò)線圈的工件。當(dāng)工件具有變化的橫截面尺寸時(shí),柔軟的線圈特別 適用。在這樣的結(jié)構(gòu)中,線圈可以彎曲以保持線圈與正穿過(guò)線圈的工 件的橫截面之間的距離不變。例如,如果工件是凸輪軸,不規(guī)則形狀 的凸輪(工件的部件)沿軸(工件)相互分隔。由于凸輪軸穿過(guò)線圈 感應(yīng)加熱處理,通過(guò)連接到適當(dāng)?shù)木€性移動(dòng)執(zhí)行器,柔軟的線圈可以 動(dòng)態(tài)地變化形狀,執(zhí)行器改變線圈橫截面的形狀,例如從圓形變?yōu)闄E 圓形,以適應(yīng)穿過(guò)線圈的工件部件的橫截面形狀。
對(duì)于電感應(yīng)加熱連續(xù)的條形材料,條形材料可以穿過(guò)由圖1所示 的交流電源112供電的螺線管線圈。調(diào)諧電容C,E的電容量、螺線管 線圈U肌的阻抗和磁耦合到原邊功率電路的條形材料90的電阻構(gòu)成 負(fù)載電路阻抗。對(duì)于特定的應(yīng)用,線圈必須適應(yīng)寬度變化的條形材料。 具有不同寬度的材料巻可以連續(xù)穿過(guò)線圈,或者以多個(gè)單獨(dú)的材料巻 的方式,或者以末端焊接在一起的寬度不同的連續(xù)材料巻的方式連續(xù) 穿過(guò)線圈。在條形材料中感應(yīng)的功率實(shí)質(zhì)上等于材料的電阻乘以從交 流電源提供給線圈的電流的平方。隨著條形材料的寬度增加,條形材 料的電阻變大。由于外加功率等于提供給線圈的電流的平方乘以條形
材料的電阻,隨著電阻的增加且提供的電流不變,外加功率線性增加, 產(chǎn)品輸出率(即單位時(shí)間加熱的條形材料的重量,例如每小時(shí)的噸數(shù))
也增加,如圖2 (a)所示。在一些應(yīng)用中,在達(dá)到了特定的外加功 率等級(jí)后,產(chǎn)品輸出率需要保持為恒定的值。如圖2 (b)所示,條 形材料的寬度從w,增加到w2,產(chǎn)品輸出率(功率)從yi線性增加到 y2。如果條形材料的寬度進(jìn)一步增大,輸出等級(jí)保持y2不變。為了保 持輸出率不變,負(fù)載電阻必須保持不變。
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是當(dāng)條形材料的寬度變化時(shí),通過(guò)改變條形材 料與用于感應(yīng)加熱條形材料的螺線管線圈之間的距離,對(duì)不同寬度的 感應(yīng)加熱條形材料有選擇地實(shí)現(xiàn)恒定生產(chǎn)率,同時(shí)通過(guò)調(diào)制為負(fù)載電 路提供功率的電源的輸出頻率,保持負(fù)載電路運(yùn)行在實(shí)質(zhì)上的諧振頻 率。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是通過(guò)改變條形材料與用于感應(yīng)加熱條形 材料的螺線管線圈之間的距離,對(duì)具有一個(gè)或多個(gè)不同參數(shù)的感應(yīng)加 熱條形材料有選擇地實(shí)現(xiàn)恒定生產(chǎn)率,這些參數(shù)影響感應(yīng)加熱電路的 阻抗,同時(shí)通過(guò)調(diào)制為感應(yīng)加熱電路提供功率的電源的輸出頻率,保 持負(fù)載電路運(yùn)行在實(shí)質(zhì)上的諧振頻率。
發(fā)明內(nèi)容
一方面,本發(fā)明是當(dāng)條形材料的至少一個(gè)參數(shù)變化而改變感應(yīng)負(fù) 載加熱電路的阻抗時(shí),感應(yīng)加熱處理?xiàng)l形材料的裝置和方法。該裝置 包括為負(fù)載電路提供功率的交流電源。負(fù)載電路包括電容元件、具有 至少一個(gè)柔軟部分的螺線管感應(yīng)線圈和至少一個(gè)用于移動(dòng)線圈的至 少一個(gè)柔軟部分的裝置。條形材料移動(dòng)穿過(guò)線圈從而條形材料與負(fù)載 電路磁耦合。隨著條形材料移動(dòng)穿過(guò)線圈,移動(dòng)線圈的至少一個(gè)柔軟 部分以改變負(fù)載阻抗。調(diào)制電源的輸出頻率以隨著線圈的至少一個(gè)柔 軟部分的移動(dòng)改變輸出頻率,從而負(fù)載電路繼續(xù)運(yùn)行在實(shí)質(zhì)上的諧振 頻率。
本發(fā)明的其它方面在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中闡明。
結(jié)合附圖閱讀能更好地理解上述發(fā)明內(nèi)容及以下的發(fā)明詳細(xì)說(shuō) 明。為了說(shuō)明本發(fā)明的目的,在附圖中表示目前本發(fā)明的優(yōu)選形式, 但是本發(fā)明不限于在以下附圖中公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)和裝置。
圖1是感應(yīng)加熱條形材料的現(xiàn)有技術(shù)的裝置。
圖2 (a)從圖形上說(shuō)明用現(xiàn)有技術(shù)裝置隨著加熱的條形材料的
寬度增大,感應(yīng)加熱的條形材料的輸出感應(yīng)功率和生產(chǎn)率的增加。
圖2 (b)從圖形上說(shuō)明用本發(fā)明的裝置隨著加熱的條形材料的
寬度增大,感應(yīng)加熱的條形材料的輸出感應(yīng)功率和生產(chǎn)率增加,隨后 在條形材料的寬度進(jìn)一步增大的范圍內(nèi)保持在恒定值。
圖3是本發(fā)明用于感應(yīng)加熱條形材料的第一寬度Wi的感應(yīng)加熱 裝置示例的剖面圖。
圖4是在調(diào)整感應(yīng)線圈的一個(gè)或多個(gè)柔軟部分之前,本發(fā)明用于 感應(yīng)加熱條形材料的第二寬度W3的感應(yīng)加熱裝置示例的剖面圖,寬度 W3大于圖3中的寬度。
圖5是在調(diào)整感應(yīng)線圈的一個(gè)或多個(gè)柔軟部分降低原邊負(fù)載電 路的電阻之后,本發(fā)明用于感應(yīng)加熱條形材料的第二寬度的感應(yīng)加熱 裝置示例的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖,其中相同的數(shù)字代表相同的元件,圖3-5所示為本發(fā) 明感應(yīng)加熱裝置的示例。在圖3中電源12向螺線管感應(yīng)線圈14提供 交流功率。條形材料16a (虛線輪廓線所示)穿過(guò)線圈,且當(dāng)來(lái)自電 源的交流電流流過(guò)線圈建立與條形材料耦合的磁場(chǎng)時(shí),條形材料由電 感應(yīng)加熱。提供用于移動(dòng)線圈的一個(gè)或多個(gè)部分的裝置,從而條形材 料的至少一個(gè)表面與線圈的一個(gè)或多個(gè)部分之間的距離,例如圖3中 的山,可以有選擇地變化。用于移動(dòng)線圈的一個(gè)或多個(gè)部分的裝置可 以包括手動(dòng)機(jī)構(gòu)、如圖所示的執(zhí)行器20或其他適合的裝置。執(zhí)行器 可以是例如電或液壓驅(qū)動(dòng)的線性執(zhí)行器。電源12輸出頻率可變的交流功率,且可以是從直流整流器饋電
的交流逆變器,直流整流器的輸入來(lái)自市電。調(diào)諧電容18與螺線管 線圈14和磁耦合到原邊負(fù)載電路的條形材料16a的等效電阻抗形成 諧振負(fù)載電路。選擇電源的輸出頻率從而負(fù)載電路實(shí)質(zhì)上工作在諧振 頻率,負(fù)載電路包括調(diào)諧電容、感應(yīng)線圈和條形材料通過(guò)磁耦合反映 到負(fù)載電路的阻抗,其組合稱為組合負(fù)載阻抗Z,。一
在圖3中,寬度為i的條形材料16a在如圖所示的第一位置用線 圈感應(yīng)加熱。這樣的物理結(jié)構(gòu)形成第一負(fù)載電路阻抗Z,。w,其要求電 源以輸出頻率f,工作,從而負(fù)載電路實(shí)質(zhì)上運(yùn)行在諧振狀態(tài)。
在圖4中,寬度為W3的條形材料16b通過(guò)穿過(guò)線圈14感應(yīng)加熱, W3大于圖3中條形材料16a的寬度w。如果負(fù)載電路中的調(diào)諧電容和 線圈電感保持不變,由于條形材料通過(guò)磁耦合反映到原邊負(fù)載電路的 阻抗增加,負(fù)載電路的阻抗變?yōu)榈诙?fù)載電路阻抗值Z一2。如果電源 的輸出電流保持不變,如圖2 (a)所示,外加功率將繼續(xù)增加,條 形材料的生產(chǎn)率也隨之增加。
如圖5所示,通過(guò)本發(fā)明的感應(yīng)加熱裝置,執(zhí)行器20用于將線 圈14的一個(gè)或多個(gè)部分移動(dòng)到較圖3中的距離d,更遠(yuǎn)離條形材料的 表面(距離d》的第二位置,這樣將降低條形材料通過(guò)磁耦合反映到 原邊負(fù)載電路的阻抗。利用適當(dāng)?shù)囊苿?dòng)線圈和改變(調(diào)制)電源的輸 出頻率,外加功率和生產(chǎn)率可以保持恒定,例如在圖2 (b)所示的 條形材料的寬度W2與W4之間。例如,使用本發(fā)明的感應(yīng)加熱裝置, 電源12的輸出頻率可以變化到f2,這是線圈在圖5所示位置的諧振 頻率。
適當(dāng)?shù)姆答佈b置,例如但不限于檢測(cè)線圈的實(shí)際位置,或電檢測(cè) 瞬時(shí)負(fù)載功率,可以用于調(diào)整電源的輸出頻率,從而隨著線圈位置的 變化,在諧振頻率向負(fù)載電路供電。隨著條形材料的寬度變化,處理 系統(tǒng)結(jié)合適當(dāng)?shù)妮斎牒洼敵鲈O(shè)備可以控制線圈的移動(dòng)和電源的輸出 頻率,處理系統(tǒng)包括控制負(fù)載電路的外加功率的計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序。
在本發(fā)明的以上示例中,條形材料的寬度變化代表一個(gè)參數(shù),該 參數(shù)變化時(shí)將改變負(fù)載電路的電阻抗。例如,其它這樣的參數(shù)有當(dāng) 條形材料穿過(guò)螺線管線圈時(shí),條形材料的組分和條形材料上的任何涂 層的組分。在本發(fā)明的其它示例中, 一個(gè)或多個(gè)這樣的參數(shù)在一定范 圍內(nèi)變化時(shí),通過(guò)如上所述改變線圈的位置和調(diào)制電源的出頻率,本 發(fā)明的感應(yīng)加熱裝置可以提高或降低外加功率和感應(yīng)加熱條形材料 的生產(chǎn)率。
螺線管線圈14可以包括用于在位置之間移動(dòng)的單一柔軟線圈。
在本發(fā)明的其它示例中,線圈包括多個(gè)部分,其中的一個(gè)或多個(gè)部分 柔軟易彎,并具有用于將柔軟線圈從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置的裝 置。線圈14可以包括其它結(jié)構(gòu),例如但不限于多個(gè)線圈,只要線圈 的至少一個(gè)部分可以移動(dòng)以改變負(fù)載阻抗。雖然以上本發(fā)明的非限定 性示例說(shuō)明移動(dòng)線圈的相對(duì)部分,但是本發(fā)明的其它實(shí)施例包括的結(jié) 構(gòu)具有一個(gè)或多個(gè)可移動(dòng)的部分,這些部分不必須繞條形材料對(duì)稱排 列。
為了說(shuō)明的目的提供本發(fā)明的以上實(shí)施例,絕不意味著限制本發(fā) 明。盡管已經(jīng)參考不同實(shí)施例描述了本發(fā)明,但在此所用的詞語(yǔ)是描 述性和說(shuō)明性的,而不是限定性的。雖然已經(jīng)結(jié)合具體裝置、材料和 實(shí)施例描述了本發(fā)明,但本發(fā)明不受在此公開(kāi)的具體細(xì)節(jié)的限制,本 發(fā)明延伸到權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有功能等效的結(jié)構(gòu)、方法和用途。受 益于本說(shuō)明書(shū)的本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的多種修改,這些 變化不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)。
權(quán)利要求
1.用于感應(yīng)加熱條形材料的感應(yīng)加熱裝置,所述裝置包括向負(fù)載電路提供功率的交流電源,負(fù)載電路包括電容元件、螺線管感應(yīng)線圈和穿過(guò)線圈移動(dòng)的條形材料,條形材料通過(guò)流過(guò)螺線管感應(yīng)線圈的交流電流建立的磁場(chǎng)磁耦合到負(fù)載電路,改進(jìn)包括用于移動(dòng)螺線管線圈的至少一個(gè)或多個(gè)部分的裝置,以在條形材料的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)變化時(shí)有選擇地改變負(fù)載電路的電阻抗;及當(dāng)移動(dòng)螺線管線圈的至少一個(gè)或多個(gè)部分時(shí),用于調(diào)制交流電源的輸出頻率的裝置,以將負(fù)載電路的恒定外加功率保持在實(shí)質(zhì)上的諧振頻率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置,其中條形材料的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)包 括條形材料的寬度、條形材料的組分和在感應(yīng)加熱條形材料之前涂覆 在條形材料上的涂層的組分。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置,其中用于移動(dòng)螺線管線圈的至少一 個(gè)或多個(gè)部分的裝置包括至少一個(gè)電動(dòng)執(zhí)行器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3的裝置,其中至少一個(gè)電動(dòng)執(zhí)行器和用于調(diào) 制交流電源的輸出頻率的裝置由處理系統(tǒng)控制。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4的裝置,進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)位置傳感器, 以向處理系統(tǒng)輸入螺線管線圈的至少一個(gè)或多個(gè)部分的位置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4的裝置,進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)電功率傳感 器,以向處理系統(tǒng)輸入瞬時(shí)電負(fù)載功率。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4的裝置,進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)位置傳感器, 以向處理系統(tǒng)輸入螺線管線圈的至少一個(gè)或多個(gè)部分的位置,及包括 一個(gè)或多個(gè)電功率傳感器,以向處理系統(tǒng)輸入瞬時(shí)電負(fù)載功率。
8、 通過(guò)電感應(yīng)加熱條形材料的方法,所述方法包括步驟使條 形材料穿過(guò)通過(guò)電容元件連接到交流電源的螺線管線圈以形成負(fù)載 電路;響應(yīng)于改變負(fù)載電路阻抗的條形材料的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的變 化,有選擇地改變線圈的至少一個(gè)或多個(gè)部分與條形材料之間的距離;及調(diào)制電源的輸出頻率以將負(fù)載電路保持在實(shí)質(zhì)上的諧振頻率。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8的方法,進(jìn)一步包括步驟檢測(cè)線圈的至少 一個(gè)或多個(gè)部分的位置;向處理系統(tǒng)輸入檢測(cè)到的位置;及將響應(yīng)于檢測(cè)到的位置的輸出頻率信號(hào)變化從處理系統(tǒng)輸出給電源以將輸出 頻率調(diào)制為實(shí)質(zhì)上的諧振頻率。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8的方法,進(jìn)一步包括步驟檢測(cè)負(fù)載電路的 瞬時(shí)功率;向處理系統(tǒng)輸入檢測(cè)到的瞬時(shí)功率;及將響應(yīng)于檢測(cè)到的 瞬時(shí)功率的輸出頻率信號(hào)變化從處理系統(tǒng)輸出給電源以將輸出頻率 調(diào)制為實(shí)質(zhì)上的諧振頻率。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8的方法,進(jìn)一步包括步驟檢測(cè)線圈的至少 一個(gè)或多個(gè)部分的位置;檢測(cè)負(fù)載電路的瞬時(shí)功率;向處理系統(tǒng)輸入 檢測(cè)到的位置和瞬時(shí)功率;及將響應(yīng)于檢測(cè)到的位置和瞬時(shí)功率的輸 出頻率信號(hào)變化從處理系統(tǒng)輸出給電源以將輸出頻率調(diào)制為實(shí)質(zhì)上 的諧振頻率。
12、 隨著連續(xù)條形材料的一個(gè)或多個(gè)重量變化參數(shù)的變化,使每 單位時(shí)間感應(yīng)加熱的連續(xù)條形材料的重量保持恒定的方法,所述方法 包括步驟使條形材料穿過(guò)通過(guò)電容元件連接到交流電源的螺線管線 圈以形成感應(yīng)加熱負(fù)載電路;響應(yīng)于連續(xù)條形材料的一個(gè)或多個(gè)重量 變化參數(shù)的變化,有選擇地改變線圈的一個(gè)或多個(gè)部分與連續(xù)條形材 料的表面之間的距離;及調(diào)制電源的輸出頻率以將負(fù)載電路保持在實(shí) 質(zhì)上的諧振頻率
13、 根據(jù)權(quán)利要求12的方法,進(jìn)一步包括步驟檢測(cè)線圈的至 少一個(gè)或多個(gè)部分的位置;向處理系統(tǒng)輸入檢測(cè)到的位置;及將響應(yīng) 于檢測(cè)到的位置的輸出頻率信號(hào)變化從處理系統(tǒng)輸出給電源以將輸 出頻率調(diào)制為實(shí)質(zhì)上的諧振頻率。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12的方法,進(jìn)一步包括步驟檢測(cè)負(fù)載電路 的瞬時(shí)功率;向處理系統(tǒng)輸入檢測(cè)到的瞬時(shí)功率;及將響應(yīng)于檢測(cè)到 的瞬時(shí)功率的輸出頻率信號(hào)變化從處理系統(tǒng)輸出給電源以將輸出頻 率調(diào)制為實(shí)質(zhì)上的諧振頻率。
15、根據(jù)權(quán)利要求12的方法,進(jìn)一步包括步驟檢測(cè)線圈的至 少一個(gè)或多個(gè)部分的位置;檢測(cè)負(fù)載電路的瞬時(shí)功率;向處理系統(tǒng)輸 入檢測(cè)到的位置和瞬時(shí)功率;及將響應(yīng)于檢測(cè)到的位置和瞬時(shí)功率的 輸出頻率信號(hào)變化從處理系統(tǒng)輸出給電源以將輸出頻率調(diào)制為實(shí)質(zhì) 上的諧振頻率。
全文摘要
隨著條形材料的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的變化影響負(fù)載電路阻抗,相對(duì)于穿過(guò)螺線管感應(yīng)線圈的條形材料的表面移動(dòng)螺線管感應(yīng)線圈的一個(gè)或多個(gè)部分,同時(shí)改變通過(guò)電容元件向線圈提供功率的電源的輸出頻率,從而電源的負(fù)載電路繼續(xù)運(yùn)行在實(shí)質(zhì)上的諧振頻率。
文檔編號(hào)H05B6/40GK101371618SQ200780002156
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2007年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月9日
發(fā)明者J·洛旺斯, M·豐泰內(nèi) 申請(qǐng)人:應(yīng)達(dá)公司