感应加热装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的是防止每个加热线圈的边缘部分中的温度下降，和能消除负载状态变化造成的影响。为了实现这个目的，根据本发明专利技术的感应加热装置４００配备有分别与多个加热线圈３１０（３１０ａ到３１０ｄ）相对应的控制单元４２０（４２０ａ到４２０ｄ）。控制单元４２０ｄ的相位检测器４２４ｄ获取电流互感器１６０ｄ检测的逆变器３１４ｄ的输出电流（加热线圈电流Ｉ↓［Ｌ４］）与参考信号生成部分４２６输出的参考信号之间的相位差，和将它输入驱动控制部分４２２ｄ中。驱动控制部分４２２ｄ调整要提供给逆变器３１４ｄ的选通脉冲的输出定时（相位），以便使逆变器３１４ｄ的加热线圈电流Ｉ↓［Ｌ４］的相位与参考信号生成部分４２６输出的参考信号的相位一致。相位控制部分３３４ｄ控制可变电抗器３２６ｄ，以便使逆变器３１４ｄ的输出电压和输出电流（加热线圈电流Ｉ↓［Ｌ４］）的相位彼此一致，从而提高逆变器３１４ｄ的功率因数。其它控制单元４２０ａ到４２０ｃ中的每一个也进行相同的控制操作。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及感应加热方法和装置，尤其涉及适合于通过谐振型逆变器(inverter)供电的感应加热方法和装置，谐振型逆变器被配备成分别与布置得彼此相邻的多个加热线圈相对应。
技术介绍
感应加热是以让电流通过加热线圈产生磁场，以便在要加热的部件中生成过电流这样的方式生热的，由于可以达到通过电阻加热不能获取的高温，所以在各种领域中都得到采用。图8示意性地示出了使轧钢机等的轧辊变硬的感应加热装置的概貌。在图8中，轧辊10由轧辊主体12和处在它两端的辊颈14组成。当通过感应加热使轧辊10变硬(harden)时，在感应加热装置15中配备产生高磁通密度的磁场的加热线圈16、和产生磁通密度比它低的磁场的温度维持线圈18，它们分别与由相应逆变器构成的高频电源20和22连接。这些加热线圈16和温度维持线圈18被布置成彼此相邻，在它们之间没有留下任何空隙，从而防止在线圈16和18两者的两端之间的边缘部分上的温度下降。为了使轧辊10变硬，让轧辊10沿着箭头24所指的方向朝线圈16和18里面移动，将轧辊主体12的表面层部分加热到大约950℃。图9示出了局部电磁感应加热装置的概貌。在这个局部电磁感应加热装置30中，多个加热线圈32(32a到32c)沿着垂直方向同轴排列着，并且分别与由相应逆变器构成的高频电源34(34a到34c)连接。例如，碳棒36的一端(下端)被插入加热线圈32中，将气体充到碳棒36的周围，通过加热线圈32将它加热到大约1500℃，使气体与它发生反应。在这种情况下，由于热量向上逸散，控制电源34，以便使磁通密度变成朝着上部的加热线圈32越来越高。并且，将加热线圈32安排成彼此相邻，以防止在边缘部分上的温度下降。图10示出了通过电磁感应加热容器的装置的概貌。在这个感应加热装置44中，将粉末状碳化硅(SiC)42放入例如由碳制成的坩锅40中，通过加热线圈48(48a，48b)加热它，使碳化硅42蒸发沉淀在工件46上。感应加热装置44包括分别与由逆变器构成的高频电源50(50a，50b)连接、沿着垂直方向同轴布置的两个加热线圈48a和48b，下侧的加热线圈48b生成高磁通密度的磁场，以便加热碳化硅42。图11显示了所谓Baumkuchen型感应加热装置的概貌。这个感应加热装置60包括由碳等制成的环状台62，多个半导体晶片64将放置在台62的上表面上。加热线圈66被布置在台62下面，以便可以让电流通过加热线圈66加热半导体晶片64。并且，加热线圈66由外线圈66a、中心线圈66b、和内线圈66c组成，它们分别与由相应逆变器构成的高频电源68(68a到68c)连接，以便可以均匀地加热整个台62。在这种情况下，线圈66a到66c也被布置得彼此相邻，以便彼此接触，从而防止在线圈边缘部分上的温度下降。图12示出了用于挤压成形的感应加热装置的概貌。这个感应加热装置70包括分别与由相应逆变器构成的高频电源74(74a到74c)连接、沿着水平方向同轴排列的多个加热线圈72(72a到72b)，对放置在加热线圈72内的金属材料76以温度从工件的前端部分到工件的后端部分逐渐下降的方式加热。线圈72a到72c被布置得彼此相邻，以防止在边缘部分上的温度下降。在液相和固相共存的状态下，锻造金属材料的SSF(半固态锻造)的情况中，也使用相似的感应加热装置。由于在感应加热中可以获取高功率效率，所以常常通过含有谐振电路的所谓谐振型逆变器进行感应加热。并且，在如上所述含有多个加热线圈的感应加热装置中，线圈被布置得彼此相邻，以防止在各自加热线圈的边缘部分上的温度下降。因此，由于加热线圈之一产生的磁通影响其它加热线圈，在多个加热线圈之间会出现互感。故在包括与多个逆变器相对应的加热线圈的感应加热装置中，由于加热线圈之间的互感的状态随负载波动等而变化，每个加热线圈中的电流(加热线圈电流)会出现失真，和在加热线圈电流之间会出现相位偏差。因此，在包括与多个逆变器相对应的加热线圈的感应加热装置中，除非使各自负载电流的频率均衡化和固定地保持各自加热线圈电流的相位，加热温度的高精度控制变得困难，并且使加热线圈的边缘部分上的温度下降。因此，人们提出了防止出现互感负面效应的方法，其中，将磁力线屏蔽线圈插在加热线圈之间，让它们吸收加热线圈端部的磁通。人们还建议，将两个加热线圈与一个变频器(高频逆变器)并联，将可变电抗器与加热线圈之一串联，和通过L循环(cycle)调整可变电抗器(reactor)以改变电压值(日本技术专利申请公布第Hei3-39482号)。但是，上述将磁力线屏蔽线圈放置在加热线圈的边缘部分中的方法不能达到均匀加热，因为磁力线屏蔽线圈吸收了加热线圈端部的磁通，使这些部分上的温度下降。在日本技术专利申请公布第3-39482号中所述、将可变电抗器与加热线圈之一串联，通过可变电抗器改变电压的方法也存在这样的缺点，控制可变电抗器改变整个频率，功率控制的时间常数长，和一个单元的功率控制改变整个系统中的每个加热线圈的功率值，从而难以独立地控制每个加热线圈的温度等。同时，在每个逆变器中，除非使其输出电流和输出电压之间的相位差变小，逆变器输出效率(功率因数)变小了，从而使容量下降，和使逆变器的效率降低。因此，最好使逆变器以使其输出电流和输出电压彼此同步的方式工作。本专利技术就是为了解决上述现有技术的缺点提出的，本专利技术的一个目的是防止加热线圈边缘部分上的温度下降，和使互感造成的影响得到消除。本专利技术的另一个目的是防止互感状态的变化。本专利技术的又一个目的是使逆变器的功率因数得到提高。
技术实现思路
根据本专利技术的第一感应加热方法的特征在于，使分别与多个加热线圈相对应的谐振型逆变器以这样的方式工作，即，使分别提供到加热线圈的各自电流的频率彼此均衡化(equalize)，和使电流彼此同步或保持在设置的相位差上。通过调整提供给每个谐振型逆变器的驱动信号的相位，可以使电流彼此同步或保持在设置的相位差上。要均衡化的电流信号可以是在外部生成的参考信号，和可以根据这个参考信号进行操作。并且，要均衡化的电流信号可以是上述谐振型逆变器任何一个的输出，和可以根据这个参考信号进行操作。并且，要均衡化的电流信号可以是各自谐振型逆变器的输出电流的相位的平均值，和可以根据这个平均电流信号进行操作。根据本专利技术的第二感应加热方法的特征在于，通过分别与加热线圈相对应的谐振型逆变器向多个加热线圈供电；谐振型逆变器之一是主逆变器，另一个是辅助逆变器，上述辅助逆变器是以这样的方式驱动的，根据主逆变器的驱动信号或主逆变器的输出电压或输出频率，使提供到辅助侧的加热线圈的电流的相位与提供到主侧的加热线圈的电流的相位同步，或保持在设置的相位差上；通过控制辅助逆变器侧的电抗器调整辅助逆变器的输出电流和输出电压之间的相位差，以提高功率因数。最好，在获取提供到主侧的加热线圈的电流和提供到辅助侧的加热线圈的电流之间的相位差和通过控制辅助逆变器的驱动调整电流之间的相位差之后，调整辅助逆变器的输出电流和输出电压之间的相位差。根据本专利技术的第一感应加热装置的特征在于，它包括分别与多个加热线圈相对应的谐振型逆变器；相位检测器，用于获取分别从谐振型逆变器提供到加热线圈的电流之间的相位差；和驱动控制部分，用于根据这个相位检测器获取的相位差，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种感应加热方法，其中，使分别与多个加热线圈相对应的谐振型逆变器以这样的方式工作，即，使分别提供到所述加热线圈的各自电流的频率彼此均衡化，和使电流彼此同步或保持在设置的相位差上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：内田直喜，川中启二，难波秀之，尾崎一博，
申请(专利权)人：三井造船株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]