带可弯曲线圈的感应加热系统技术方案

一种感应加热的方法和装置包括一个电源，一个控制器和一个感应加热头。感应加热头包括可弯曲线圈，如由绞合线形成的线圈。感应加热头还包括热绝缘层，设置在感应加热头和工件间，绝缘层将热反射回工件，保护线圈，但是其中通过感应能（电－磁）。电源是可变频输出的电源，如具有谐振回路，以适应感应加热头的电感。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及感应加热技术，特别涉及，使用可弯曲的感应加热头的感应加热。感应加热是在一个接受感应的金属物件上的局部区域产生热的众所周知的方法。感应加热涉及到向一个加热环或线圈加交流(AC)电信号，加热环或线圈被置于加热金属物件的特定部位附近或其周围。在环中的交变电流在加热的金属内产生交变的磁通。由磁通在金属内感生电流，使其加热。感应加热能够在各种用途中使用，包括固化粘结剂，金属淬火，铜焊，锡焊和其他的需要或要求加热的制造过程。现有技术充满了设计用于感应加热系统的电力或电子电源，其中很多具有转换器电源。这些转换器电源一般发生用到工作线圈的高频信号，大致为千赫到兆赫。因为一般相对于要加热的工件存在一个最有效的加热频率，一些现有技术转换器电源是工作在优化加热的选定的频率上。加热强度也取决于产生的磁通，因此一些现有技术感应加热器控制向加热线圈提供的电流，从而试图控制产生的热。在美国专利No.5,343,023和5,504,309(本文参引)中说明的现有技术感应加热器，提供频率控制，和控制向工件施加的热或功率的方法。典型的现有技术感应加热头是用一个刚性的铜管形成。所述管的形状服从于加热工件的轮廓，或工件待加热区域的轮廓。管的刚度妨碍使用者将加热模式(由管的形状确定的)进行最小程度的修改。因此，要求感应加热的用户为每个加热应用购买一个唯一的线圈(昂贵)。而且，铜管能够在高频率时发生耗损。大约90％的电流在导体的外表面的两层集肤深度内输送(在50赫时铜的集肤深度约为0.0116英寸，频率增加集肤深度降低)。一般薄壁铜管具有约0.046英寸厚。这大约是在50,000赫时的四个集肤厚度。铜管的约二分之一没有输送任何可察觉的电能。这迫使，外套在这样的导体中输送比预望多的电流。因此，I2R损耗会比要求的高。使用通过管中部的冷却剂冷却铜管。在美国专利5,412,184中说明的一种现有技术感应加热头是用在具有爪形结构的感应加热工具中，在这爪形结构上安装感应线圈。爪形结构开放接受一个爪内的套。然后爪在套上关闭，套被安装在爪上的感应线圈加热。感应线圈包括一个内加热线圈，它由可弯曲的铜带构成，所述铜带由铁杆围绕，帮助将磁通引向加热部分。在铁的外面(相对于工件)上由绞合线构成的线圈减少工具的电磁辐射，但是不加热该部分。这种工具具有几个缺点。第一，工具的可应用性限于爪能够打开的距离。第二，线圈虽然是有限可弯曲的，但在工件装到工具上时仅能被成形为封闭的圆(封闭在爪中)，或部分打开的圆。可弯曲也限制在单一的方向，因为铜带形成线圈。而且，工具小，仅用于加热小工件。为了感应加热大工件，至少存在两种现有技术的设置。一个是提供一种感应线圈，它的形状基本与加热的工件一致，这类感应加热头的缺点是它必须专门用于单一的用途。其他的设置是具有数个感应加热头，每个处理工件的一个选定的部分。这类感应加热头的缺点是它不适用于弯曲的工件，并需要多个感应头。在美国专利4,950,348中说明了这两种设置。感应加热的一种新型的应用是用感应加热系统在焊接前预热厚工件，如管。管常是由扁形钢经辊压形成。然后沿辊压的钢的端部形成纵焊缝，这样形成管的断面。通过将管的相邻部分环绕焊接到一起，可以形成管线。焊接较厚的钢(或其它材料)的其他应用方面包括造船，铁路场，油罐卡车或其他较高强度合金焊接。特别在高合金钢焊接时，焊道加热可使得焊料更好地结合到工件上，并且这样也减轻不希望的快速冷却，因此，通过预热来提高工件沿焊道的温度。不进行预热，存在着焊料与工件结合不好形成裂纹的较大可能性。加热厚度在1/2″以上的钢，或在环境温度很低时，常进行预热。(本文中“预热”一词的意思是沿焊道加热工件到焊前温度，或足以减小沿焊道形成裂纹的可能性)。一般，焊接前钢预热到约300°F。因此，钢预热时，温度会高得足以损坏附近组件。使用感应加进行焊接的预热在本文引述的1998年3月31日提交的题为“焊接方法和装置(Methodand Apparatus for Welding)”的美国专利申请No.09/052,541(归本受让人所有)中说明。在感应加热前，使用缓慢加热的燃烧气体的“rosebud”加热器。相似的预热应用是预热重型机械上用的叶片。叶片先在炉中预热，然后移到施加了硬镀层的焊接部位。对这个应用感应加热起了很好的作用。其他能够使用感应加热的加热应用包括固化/粘结涂层或红外加热。工件温度、加热和冷却速度也影响焊接的晶粒结构。一般来说，快速加热和快速冷却(热应力)会对焊接的晶粒结构产生不利的影响，其中焊缝较容易开裂。因此，通过重新加热焊缝或控制焊缝的加热或冷却的速度可以减少焊缝的热应力。如果使用可弯曲的线圈进行感应加热将有显著的优点一个线圈可用于加热各种尺寸和形状的不同部件。这样的一个应用是焊接材料的预热。另一个用途是在点滴式喷涂(trickle varnish coating)前的马达绕组的预热，这样可以不必真空浸渍。因此，希望有带有能够弯曲的，或成形为加热工件形状的感应加热头的感应加热系统。最好，感应加热头能够放平，至少打开180度，允许它围绕焊接部件。最好感应加热头能够围绕一个管，形成一个完整的圆。另外，最好这样的感应加热头能够形成锐角的弯曲，以便能够适用于广泛类型的工件。而且，最好这样的感应加热头包括一个热绝缘层，保护它不受加热部分的热损坏，并且将热保持在工件中。根据本专利技术的第一方面，感应加热的系统包括一个电源，一个控制器和一个感应加热头。控制器控制电源，电源向感应加热头供电。感应加热头由一个可弯曲线圈构成，所述可弯曲线圈位于一个可弯曲热绝缘层内。在另一方案中，可弯曲线圈由绞合线构成。所述线圈能够弯曲打开到至少180度，或弯曲形成大致的锐角。在一个实施例中构成热绝缘层的材料包括玻璃。热绝缘层是一个基本平铺的毡垫，线圈在所述毡垫的两侧之间。热绝缘层在毡垫的工件侧面。毡垫包括线在其中的空穴，或在不同的方案中使用维可牢紧固件(velcro)保持线圈。在一个方案中，可弯曲线圈是由平面中的环构成，线至少在与第一平面垂直的方向是可弯曲的。在另一方案中，在感应加热头中的线圈由至少在一个方向的具有一定长度的部分和在另一个方向具有一定长度的另一个部分形成，并在第一方向感应加热头是可弯曲的。在另一个方案中，电源和感应加热头是可以彼此调谐的。根据本专利技术的第二方面，一种感应加热系统包括一个电源，一个控制电源的控制器，和从电源接受电能的感应加热头。感应加热头由向工件发出能量的线圈构成，所述线圈是由绞合线形成，所述绞合线具有至少线的第一段，它具有在第一方向中的一定长度；和除了第一方向外的，至少在第二方向的较短长度的第二段，所述感应加热头在第一方向是可弯曲的。本专利技术的第三方面是一种感应加热系统，它包括一个电源，一个控制器和一个感应加热头。感应加热头是由向工件发出能量的绞合线组成的可弯曲线圈构成，包括一个可以在第一平面形成一个环的线，并且其中所述线在至少与第一平面垂直的方向是可弯曲的。本专利技术的另外方面，包括如上述的一个感应加热头，没有在上述感应加热系统中的电源或使用一个可变频的电源。本专利技术的原理和优点，通过下面参照附图详细说明和权利要求会变得明了。附图说明图1是实施本专利技术感应加热系统的示意图；图2是另一个感应加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种感应加热系统，包括：一个电源；一个控制器，与电源耦合，从而控制器控制电源输出；一个感应加热头，与电源耦接，从而电源向感应加热头提供电流，其中感应加热头由可弯曲的线圈构成，所述可弯曲的线圈在一个可弯曲的热绝缘层附近设置，其中所 述热绝缘层将感应加热头与工件热绝缘。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克乌尔里希，戴维M比克尔，唐怀斯曼，兰德尔巴克斯特，
申请(专利权)人：伊利诺斯工具公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]