專利名稱：工件的感應(yīng)熱處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連續(xù)或不連續(xù)工件的感應(yīng)熱處理，其中脈寬調(diào)制控制 或振幅控制用于控制工件的感應(yīng)熱處理。
背景技術(shù)：
細(xì)長工件，如驅(qū)動軸，需要對工件上的所選部件進行熱處理。例 如，在驅(qū)動軸的一端提供的第一部件，如小齒輪，以及在驅(qū)動軸的另 一端提供的第二部件，如通用聯(lián)軸器。齒輪和聯(lián)軸器屬于不同的物理 結(jié)構(gòu)，且需要不同的熱處理模式冶金硬化這些元件。此外，被熱處理 的部件在熱處理之后需要回火，以緩解在部件的材料中的冶金應(yīng)力。
一種熱處理工件和工件上的部件的方法是通過電感應(yīng)掃描(或累 進)的熱處理。雖然在其他方案中工件可以是靜止的且一個或多個掃 描電感(線圈)沿工件的長度方向移動，但是在該方法中工件通常移 動穿過一個或多個掃描電感。交流電源施加在掃描電感上以在電感周 圍產(chǎn)生磁場。磁場與工件磁耦合以感應(yīng)加熱工件。隨著工件穿過電感，
提供給掃描電感的交流電源可以變化。.例如，美國專利3,743,808提 出了通過對瞬時功率及瞬時速度與已知的能量分配圖進行比較，控制 掃描電感的感應(yīng)功率和/或掃描速度。工件沿電感移動的速度(掃描 速度)可以用于控制與磁場耦合的工件橫截面的加熱溫度。
工件的感應(yīng)加熱穿透深度(感應(yīng)電流穿透深度，J)可以從下面 公式計算
"503」丄
其中J的單位是米；p是工件的電阻率，單位是歐姆米；//是工 件的相對磁導(dǎo)率；及F是感應(yīng)電源供電頻率，單位是赫茲。因此穿透 深度反比于所施加電流的頻率的平方根。如果工件具有兩個部件，第一部件需要加熱到較淺的穿透深度(例如2.5毫米)，而第二部件需 要加熱到較深的穿透深度(例如4.5毫米)，傳統(tǒng)的方法是使用具有 固定輸出頻率的逆變器，例如10,000赫茲，實現(xiàn)較淺的穿透深度。 從上式可以得出，用于工件第二部件的較深穿透深度的逆變器輸出頻 率應(yīng)當(dāng)?shù)陀?0,000赫茲，但是由于頻率是固定的，第二部件的感應(yīng) 加熱掃描必須減慢，從而通過熱傳導(dǎo)到第二部件實現(xiàn)較深的熱穿透。 此外，由于掃描速度較慢，逆變器對感應(yīng)線圈的輸出功率必須降低， 以避免第二部件表面過熱。而且被熱處理的部件需要回火，以降低部 件中的應(yīng)力。通常，先在在第一遍掃描中用低功率和固定的高頻率熱 處理部件，然后在第二遍掃描中用固定的低頻率加熱以對部件進行回 火。
本發(fā)明的目的是變化逆變器的輸出頻率，同時通過脈寬調(diào)制調(diào)整 逆變器的輸出功率等級，按照要求在對工件的感應(yīng)掃描中以不同的穿 透深度感應(yīng)熱處理和/或回火工件的各個部件。
本發(fā)明的另一目的是控制電源的輸出頻率以通過控制穿透深度 實現(xiàn)最佳感應(yīng)加熱。
本發(fā)明的另一目的是在通過脈寬調(diào)制或振幅控制調(diào)節(jié)逆變器的 輸出功率級的同時按需改變逆變器的輸出頻率以對工件感應(yīng)熱處理 和/或回火到變化的程度。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明是根據(jù)穿過掃描線圈移動的工件橫截面的加熱要 求，為掃描感應(yīng)線圈提供具有可變頻率和占空比的交流電的裝置和方 法。位置檢測裝置，如伺服電機，可以用于提供處理器的輸入，處理 器比較輸入的工件瞬時位置與存儲在工件位置表中的值，每一個工件 位置值可以與頻率、功率等級和持續(xù)時間相關(guān)聯(lián)，持續(xù)時間對應(yīng)于在 該位置要求施加的熱能。在本發(fā)明的實施例中，處理器使用向逆變器 的開關(guān)門控電路輸出脈寬調(diào)制命令的算法，從而逆變器的電壓脈寬減 小從而導(dǎo)致逆變器輸出的功率降低，以抵消在較低頻率逆變器輸出功率的增加。反之，逆變器的電壓脈寬增大從而導(dǎo)致逆變器輸出的功率 升高，以抵消在較高頻率逆變器輸出功率的減少。
另一方面，本發(fā)明為基于移動穿過線圈的工件截面的加熱要求向 感應(yīng)線圈提供具有變化的頻率和占空比或振幅控制的交流電的裝置 及方法。
本發(fā)明的其他方面在該說明書和所附權(quán)利要求書中闡明。


結(jié)合附圖閱讀，可以更好地理解上述的發(fā)明內(nèi)容以及以下的具體 實施方式。為了說明本發(fā)明，在附圖中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例的 形式，但是本發(fā)明不限于在下列附圖中公開的具體方案和裝置-
圖1是本發(fā)明掃描感應(yīng)加熱裝置的實施例的簡化原理圖。
圖2是與本發(fā)明掃描感應(yīng)加熱裝置共同使用的電源和負(fù)載電路 的實施例的簡化原理圖。
圖3 (a)和圖3 (b)說明了應(yīng)用脈寬調(diào)制使逆變器的輸出從全 功率變化到半功率。
圖4 (a)說明了無脈寬調(diào)制時隨逆變器的輸出頻率變化而變化 的負(fù)載電流幅值。
圖4 (b)說明了無脈寬調(diào)制時隨逆變器的輸出頻率變化而變化 的負(fù)載功率幅值。
圖4 (c)說明了無脈寬調(diào)制時隨逆變器的輸出頻率變化而變化 的負(fù)載電阻。
圖4 (d)說明了無脈寬調(diào)制時隨逆變器的輸出頻率變化而變化 的負(fù)載電路品質(zhì)因數(shù)Q。
圖5 (a)說明了逆變器輸出頻率是3,000赫茲及無脈寬調(diào)制時，
逆變器輸出電壓和負(fù)載電流之間的關(guān)系。
圖5 (b)說明了逆變器輸出頻率是10,000赫茲及無脈寬調(diào)制時， 逆變器輸出電壓和負(fù)載電流之間的關(guān)系。
圖5 (c)說明了逆變器輸出頻率是30,000赫茲及無脈寬調(diào)制時，逆變器輸出電壓和負(fù)載電流之間的關(guān)系。
圖6說明了在本發(fā)明的實施例中使用脈寬調(diào)制時，逆變器輸出電 壓和負(fù)載電流之間的關(guān)系。
圖7是說明本發(fā)明的感應(yīng)功率控制方案的實施例的簡化流程圖， 用于在掃描期間隨逆變器輸出頻率的變化控制掃描感應(yīng)功率。
圖8是與本發(fā)明感應(yīng)加熱裝置共同使用的電源和負(fù)載電路的另 一例子的部分簡化示意圖，其中在逆變器輸出和負(fù)載電路之間使用阻 抗匹配裝置。
圖9是與本發(fā)明感應(yīng)加熱裝置共同使用的電源和負(fù)載電路的另 一例子的簡化示意圖。
圖10是與本發(fā)明感應(yīng)加熱裝置共同使用的電源和負(fù)載電路的另 一例子的簡化示意圖。
具體實施例方式
在附圖中表示了本發(fā)明的掃描感應(yīng)加熱裝置的實施例。圖1中逆 變器10通過合適的導(dǎo)電體如匯流條向掃描電感(線圈)12提供單相 交流電。逆變器的直流輸入可以來自合適的直流電源。電感可以包括 該技術(shù)領(lǐng)域公知的任何類型的電感，例如可以是單匝或多匝電感，或 者連接到一個或多個交流電源的多個獨立電感組件。工件.14由穿過 電感移動工件的裝置支撐就位，例如其可以是具有延伸臂16a的螺桿 傳動組件16，以支撐工件的兩端。可選地，工件可以是靜止的，而 沿工件移動電感，或者采用工件與電感二者的組合和配合運動。還可 以提供用于旋轉(zhuǎn)工件的裝置，如電機18，用于隨著工件沿電感移動 旋轉(zhuǎn)工件。位置檢測裝置，如伺服機構(gòu)20，向處理器22提供位置輸 出信號21。位置輸出信號指示在電感內(nèi)工件橫截面的Y軸位置(也 就是說與電感中電流產(chǎn)生的磁場有效耦合的工件截面)。
在本發(fā)明的一些例子中，阻抗匹配裝置40可提供在逆變器10的 輸出和負(fù)載電路之間，如圖8中所示。給逆變器的直流輸入可以為如 圖2中所示或任何其它適當(dāng)?shù)姆椒?。有源?或無源電路元件可用于阻抗匹配裝置。作為例子，但非限制，可使用定比變壓器或自耦變壓 器、或具有多個抽頭及抽頭改變裝置的變壓器或自耦變壓器，以在逆 變器的輸出和負(fù)載電路之間的阻抗匹配中提供另外的靈活性?；蛘撸?阻抗匹配裝置可使用有源電路元件或有源和無源電路元件的組合，以 在負(fù)載的阻抗變化時實現(xiàn)動態(tài)阻抗匹配。例如， 一個或多個逆變器輸 出功率參數(shù)和/或負(fù)載電參數(shù)可被感測并輸入給動態(tài)阻抗匹配電路以
動態(tài)調(diào)節(jié)阻抗。阻抗匹配裝置40可結(jié)合本發(fā)明的任何其它例子使用。 工件可以具有一個或多個部件，如部件14a、 14b和14c，其需要
感應(yīng)加熱電源的不同電流穿透深度，用于在這些部件穿過電感時進行 熱處理和/或回火。這些部件之間的工件區(qū)域可以需要或不需要熱處 理。多個部件可以相互分離，如圖1所示，或者相互鄰接。
處理器22處理來自位置檢測裝置的輸出信號，以確定相對于感 應(yīng)線圈在輸入的工件位置要達到的感應(yīng)加熱的功率等級、頻率和持續(xù) 時間，如下進一步所述。
圖2是與逆變器10共同使用的交流-直流電源的實施例的簡化原 理圖，其說明了向逆變器提供直流電的方法。整流器部分30包括在 線路A、 B和C上具有交流輸入的全波橋式整流器32，交流輸入由 合適的電源提供，如公用電源。濾波器部分34包括限流電抗器Lclr 和直流濾波電容CFIL。逆變器部分10包括四個開關(guān)元件Si、 S2、S3 和S4，以及分別關(guān)聯(lián)的反并聯(lián)二極管Di、 D2、 D3和D4。每一個開關(guān) 元件可以是任何的合適的固態(tài)元件，如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。
連接到逆變器10的輸出的負(fù)載電路包括掃描電感Lccml和工件14，
當(dāng)工件或電感相對運動時，工件具有的區(qū)域或部件與在電感周圍產(chǎn)生
的磁場耦合。工件和掃描電感的電阻(Rcoil)包括負(fù)載阻抗RLOAD。
圖3 (a)說明了無脈寬調(diào)制時圖2所示橋式逆變器的典型輸出
電壓波形(全VouT)。逆變器開關(guān)S!和S.4在第一周期^導(dǎo)通，逆變
器開關(guān)&和S3在非重疊的第二周期Tt導(dǎo)通，以產(chǎn)生所示全輸出電壓 波形，其頻率為l/2Ti。圖3 (b)說明了占空比(《)為50%時橋式
逆變器的典型輸出電壓波形(半VouT)。逆變器的每一個開關(guān)連續(xù)導(dǎo)通相同的周期Tp如圖3 (a)所示，但是開關(guān)S3和S4的導(dǎo)通周期超 前半個周期(也就是說占空比等于50%)，以產(chǎn)生如圖所示全輸出電 壓的一半。以這種安排方式，負(fù)載每半個周期短路一次。改變開關(guān)
^和S4同時導(dǎo)通周期的持續(xù)時間產(chǎn)生不同值的占空比。由于功率是
正比于電壓的平方，所以施加在電感上的功率將隨著占空比的改變而 改變。在本發(fā)明中，變頻控制通過改變周期1實現(xiàn)，同時通過改變 占空比調(diào)整電壓(功率)的幅值。
具有可變輸出頻率的電源不使用本發(fā)明的脈寬調(diào)制控制時，對電 源輸出特性的影響如圖所示，其具有用于特定工件的基準(zhǔn)負(fù)載電路。 對于在635伏(Vout)下輸出功率(P(/。))為100,000瓦和頻率(/。) 為10,000赫茲的逆變器，基準(zhǔn)負(fù)載電路特性如下建立
逆變器負(fù)載電感￡。 =30><104亨；
逆變器負(fù)載電阻/ 。=0.4歐；及 負(fù)載電路品質(zhì)因數(shù)2?！?.;r./。.i:。)/i 。 =4.712。 基準(zhǔn)峰值負(fù)載電流/。可從公式(1)計算得出，為772.45安
圖4 (a)說明了隨著逆變器的輸出頻率/增大，歸一化到基準(zhǔn)電 流的電感電流/(/)減小，其可以從公式(2)計算
圖4 (b)說明了隨著逆變器的輸出頻率/增大，歸一化到基準(zhǔn)功 率的感應(yīng)加熱功率減小，其可以從公式(3)計算
<formula>formula see original document page 10</formula>圖4 (c)說明了隨著逆變器的輸出頻率/增大，負(fù)載電阻i (/)增 大，其可以從公式(4)計算
圖4 (d)說明了隨著逆變器的輸出頻率/增大，負(fù)載電路的品質(zhì) 因數(shù)e增大，其可以從公式(5)計算
圖5 (a) -5 (c)說明了圖4 (a) -4 (d)中具體實施例的一般 化關(guān)系，其中沒有使用本發(fā)明的脈寬調(diào)制控制。圖5 (c)的圖形表 示無脈寬調(diào)制控制時，運行在額定滿功率和30,000赫茲的頻率下， 逆變器的輸出電壓和電流。
在圖5 (a)中，逆變器的輸出頻率降低到3,000赫茲，無脈寬調(diào) 制的電流(和功率)輸出比較高。在本發(fā)明中，通過使用比較大的占 空比，逆變器輸出的脈寬調(diào)制控制可以用于降低逆變器的功率輸出。
在圖5 (b)中，逆變器的輸出頻率是10,000赫茲，輸出功率低 于無脈寬調(diào)制控制時3,000赫茲下的輸出功率，但是仍然高于圖5(c) 中所示逆變器的額定全功率(電流).。在本發(fā)明中，逆變器輸出的脈 寬調(diào)整控制使用的占空比低于3,000赫茲時的占空比，從而保持額定 值或低于額定值的逆變器功率輸出。
通常，在本發(fā)明中，脈寬調(diào)制控制用于改變?nèi)魏芜\行頻率下的逆 變器輸出功率，該運行頻率是無脈寬調(diào)制控制時產(chǎn)生的頻率。通常， 占空比隨著頻率的減小而減小以降低逆變器的輸出功率，且占空比隨 著頻率的增大而增大以提高逆變器的輸出功率。
圖6進一步說明了有脈寬調(diào)制控制時負(fù)載電流的特性。當(dāng)逆變器 輸出電壓非零時，負(fù)載電流/￡。^可從公式(6)計算當(dāng)逆變器輸出電壓為零時，負(fù)載電流可從公式(7)計算
i"崩
其中，Iwm叢是當(dāng)逆變器輸出電壓過零時的電流幅值。
從圖6可知，當(dāng)輸出電壓為零時，占空比越小，在負(fù)載電流跌落 之前的負(fù)載電流(和功率)的峰值越小。反之，當(dāng)輸出電壓為零時， 占空比越大，在負(fù)載電流跌落之前的負(fù)載電流(和功率)的峰值越大。
圖7說明了用于本發(fā)明的掃描感應(yīng)加熱方法的非限定性實施例 的簡化流程圖。該流程圖中確定的程序可以在計算機軟件中實現(xiàn)，該 計算機軟件可以用合適的硬件執(zhí)行。在步驟100輸入代表電感12中 的工件(WP)位置的工件掃描坐標(biāo)(Y)。在步驟102輸入用于位置 Y的感應(yīng)加熱的功率(Py)、頻率(Fy)和時間(TY)值。這些值可 以提前存儲在存儲裝置中，例如基于用感應(yīng)加熱裝置實驗性測試工件 所得的值的査詢表?？蛇x地，掃描感應(yīng)裝置的操作員可以手動輸入這 些值，或者使用其他的方法確定用于工件每一位置的感應(yīng)熱處理所需 的頻率、功率等級和可變時間值(如果需要)。步驟104從公式(8) 計算用于逆變器的所需占空比(DCY):
DCy (百分?jǐn)?shù))=[/VP(i^)]xl00
其中，戶(F》從公式(3)中按合適的基準(zhǔn)負(fù)載電流計算，基準(zhǔn)負(fù) 載電路由需感應(yīng)熱處理的實際工件確定。
步驟106控制電源開關(guān)器件的通斷，以實現(xiàn)所需的輸出頻率和占 空比。在該非限定性實施例中，步驟106向逆變器開關(guān)的門控電路輸 出逆變器的門控信號，以獲得要求的頻率Fy和占空比DCy。步驟108 確定實際測得的輸出功率是否為設(shè)定的功率PY。實際測得的輸出功 率可以使用合適的檢測裝置輸入。如果實際測得的輸出功率不等于要 求的設(shè)定功率，則在步驟110適當(dāng)調(diào)整占空比，并重復(fù)步驟108。如 果實際測得的功率等于要求的設(shè)定功率，則在步驟112檢査設(shè)定時間 TY是否已經(jīng)期滿。如果設(shè)定時間還沒有期滿，則重復(fù)步驟108。如果 設(shè)定時間已經(jīng)期滿，則在步驟114向工件定位系統(tǒng)輸出控制信號，以將工^^前移到感應(yīng)熱處理的下一個遞增位置并返回執(zhí)行步驟ioo。在
本發(fā)明的另一實施例中，對于電感內(nèi)工件上的所有位置，每一位置Y 的感應(yīng)加熱時間是相同的；對于這種安排，頻率控制和隨著頻率變化 的占空比控制可用于感應(yīng)加熱電感的每一位置，因為每一個位置是以 恒定的速度步進穿過電感。
在本發(fā)明的另一實施例中，可以預(yù)先確定工件穿過電感的移動和 定位，例如，感應(yīng)掃描裝置順序熱處理多個相同的工件。在這些安排 中，在工件的每一位置的功率、頻率、時間和占空比設(shè)置可以通過工 件與本發(fā)明的感應(yīng)掃描裝置的試驗測試預(yù)先確定，執(zhí)行不需要進一步
輸入或計算任何或全部值，這些值用于感應(yīng)加熱裝置熱處理每一個連 續(xù)的相同工件。在電感中工件零件或部件的遞增或連續(xù)定位可以用工 件或電感的不連續(xù)的步進移動實現(xiàn)，或同時移動二者實現(xiàn)，既可以微 小的步進，類似于工件或電感的連續(xù)運動，也可以大幅的視覺可辨別 的步進運動。術(shù)語"所選零件"、"多個部件"和"區(qū)域"描述放置在 電感內(nèi)工件的截面，該電感用于以可變的頻率和占空比進行熱處理， 當(dāng)零件、部件和區(qū)域沿電感通過時，本發(fā)明包括變化的頻率和/或占 空比。隨著零件、部件和區(qū)域的一部分通過電感，可以用變化的頻率 和占空比對每一個零件、部件和區(qū)域的該部分進行熱處理。
在本發(fā)明的其他實施例中，隨著逆變器的輸出頻率在給定的工件 位置變化，脈寬調(diào)制控制可以用于控制逆變器的輸出功率，從而實現(xiàn) 對工件的部件進行熱處理和回火。進一步地，連續(xù)熱處理部件，包括 工件，不限于以固定在工件上的部件的順序進行連續(xù)熱處理。例如， 參考圖1中的工件14，部件14a、 14b和14c固定，并按該順序穿過 電感12進行連續(xù)的熱處理?？蛇x地，例如部件14a、 14c和14b可以 固定，并按該順序穿過電感12進行連續(xù)的熱處理。
在本發(fā)明的其它例子中，脈寬調(diào)制控制可用于在逆變器的頻率變 化時控制逆變器的功率輸出，如在此所公開的，以優(yōu)化各種類型的工 件在進行各種類型的感應(yīng)熱處理時的感應(yīng)加熱效果，感應(yīng)熱處理例如 但不限于表面熱處理、具有可變工件穿透深度一直到完全核心加熱的穿透熱處理、或材料應(yīng)用熱處理，例如通過感應(yīng)加熱實現(xiàn)施加到工件 表面的涂層材料的粘合。工件可以是連續(xù)工件，例如各種尺寸的帶、
金屬絲或管，或中空或?qū)嵭?；或可以是不連續(xù)工件如實心部分、管狀 部分、矩形或正方形塊或任何其它形狀，這些工件要求完全或部分感 應(yīng)加熱以實現(xiàn)工件冶金結(jié)構(gòu)或特征的改變，或使能在涂覆、銅焊或擴 散時將材料施加到原始工件上。
例如，連續(xù)工件例如但不限于金屬絲可連續(xù)饋送穿過一個或多個 電感器，該電感器直接或經(jīng)阻抗匹配裝置連接到逆變器的輸出?？商?供適當(dāng)?shù)难b置用于饋送金屬絲穿過一個或多個電感器，例如但不限于 一個或多個電感器一側(cè)上的金屬絲供帶盤及一個或多個電感器另一 側(cè)上的電源驅(qū)動的巻帶盤。連續(xù)的金屬絲可表示為通過一個或多個電 感器的連續(xù)工件截面的連續(xù)前進，而脈寬調(diào)制控制用于隨逆變器的頻 率變化控制逆變器的功率輸出以對通過一個或多個電感器的每一前 進的截面實現(xiàn)所希望類型的熱處理。此外，在本發(fā)明的其它例子中， 工件的一個或多個參數(shù)例如但不限于金屬絲的每一前進的截面的截 面直徑可在饋送穿過一個或多個電感器之前動態(tài)地感測到，使得與標(biāo) 稱截面直徑的偏差可被感測到并用于隨截面直徑偏離標(biāo)稱直徑而調(diào) 節(jié)脈寬調(diào)制控制和頻率，從而在前進的截面中實現(xiàn)所希望的感應(yīng)熱處 理。通過該方法，例如，在工件的前進的截面的直徑偏離標(biāo)稱值的同 時，均勻感應(yīng)加熱的表面溫度可保持一致。前進的截面的截面直徑的 感測例如可通過適當(dāng)定位在金屬絲周圍的激光觀測陣列完成。截面直 徑是工件的一個參數(shù)變化的代表，其可被感測以調(diào)節(jié)本發(fā)明的脈寬調(diào) 制控制和頻率。此外，金屬絲移動穿過一個或多個電感器的速度可被 改變以調(diào)節(jié)每一前進的截面與流過一個或多一個電感器的電流產(chǎn)生的 磁場耦合的時間段，從而對每一或前進的截面實現(xiàn)所希望的感應(yīng)熱處 理。在本發(fā)明的其它例子中， 一個或多個感應(yīng)線圈也可獨自或與工件 的移動結(jié)合沿工件長度方向移動。
對于不連續(xù)工件， 一系列不連續(xù)工件可通過適當(dāng)?shù)膫魉脱b置饋送 穿過一個或多個感應(yīng)線圈，而每一不連續(xù)工件的每一前進的截面的熱處理可以與上述連續(xù)工件的熱處理類似的方式實現(xiàn)。在一些應(yīng)用中， 不連續(xù)工件可個別饋送穿過一個或多個感應(yīng)線圈，或者工件可保持固 定不動及一個或多個線圈可沿工件的長度方向移動，或者可使用工件 和一個或多個感應(yīng)線圈的協(xié)同移動。
在本發(fā)明的其它例子中，振幅控制，，可用于在任何工作頻率自 沒有振幅控制(或獨自地或與脈寬調(diào)制控制結(jié)合)的情況改變逆變器 的輸出功率。
實現(xiàn)振幅控制的一種方法在圖9中所示的簡化示意圖中示出。整 流器32a可由有源開關(guān)元件33a-33f組成，如硅控整流器，適當(dāng)整流 器的直流輸出電壓的振幅(逆變器10的輸入)可通過控制有源開關(guān) 元件改變以提供與來自逆變器10的變頻輸出結(jié)合的逆變器輸出振幅 控制。
或者，斬波調(diào)節(jié)器，由圖10中的非限制性示例性斬波調(diào)節(jié)器電 路42表示，可用于向逆變器10的輸入提供調(diào)節(jié)的直流功率以在任何 工作頻率改變逆變器沒有振幅控制情況的輸出功率。
或者，在本發(fā)明的任何上述例子中，振幅控制可代替脈寬調(diào)制控制。
值得注意的是提供上述實施例僅是為了說明的目的，決不解釋為 限制本發(fā)明。同時本發(fā)明參考了不同的實施例進行描述，可以理解在 此所使用的詞語是描述和說明性的詞語，而不是限定性的詞語。進一 步地，雖然在此參考了具體的裝置、材料和實施例說明本發(fā)明，但是 本發(fā)明不受在此公開的細(xì)節(jié)限制，而且本發(fā)明包含所附權(quán)利要求書的 范圍、所有功能相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)、方法和用途。本領(lǐng)域的技術(shù)人員，利用 本發(fā)明說明的內(nèi)容可以做出不脫離本發(fā)明各方面的范圍和精神的大 量修改和變化。
權(quán)利要求
1、用于感應(yīng)加熱工件的設(shè)備，包括脈寬調(diào)制控制的具有交流輸出的電源；具有連接到所述電源的交流輸出的輸入的阻抗匹配裝置；連接到所述阻抗匹配裝置的輸出以產(chǎn)生交流磁場的電感器；用于移動工件穿過電感器以使工件的所選部分與所述磁場磁耦合的裝置；當(dāng)每一所選部分與磁場耦合進行感應(yīng)熱處理時，用于選擇性調(diào)節(jié)交流輸出的頻率的裝置；及當(dāng)每一所選部分與磁場耦合進行感應(yīng)熱處理且交流輸出的頻率已調(diào)節(jié)時，用于通過改變交流輸出的占空比而選擇性調(diào)節(jié)交流輸出的功率的裝置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括用于感測一個或多個逆變器 輸出功率參數(shù)或一個或多個工件電參數(shù)并響應(yīng)于所感測的參數(shù)調(diào)節(jié) 阻抗匹配的裝置。
3、 感應(yīng)加熱工件的一個或多個部件的方法，包括步驟 向至少一個電感器提供電功率以在至少一個電感器周圍產(chǎn)生交流磁場；在磁場附近順序定位工件的一個或多個部件中的每一個，從而使 所定位的部件磁耦合到磁場，所定位的部件藉此得以感應(yīng)熱處理； 使電功率電源的阻抗與工件的阻抗匹配；選擇性地改變電功率的頻率，同時工件的一個或多個部件中的每 一個順序定位在磁場附近；及通過變化電功率的占空比選擇性地改變電功率的幅值，同時工件 的一個或多個部件中的每一個順序定位在磁場附近并調(diào)節(jié)電功率的 頻率。
4、 用于感應(yīng)加熱工件的設(shè)備，包括-脈寬調(diào)制控制的具有交流輸出的電源； 具有連接到所述電源的交流輸出的輸入的阻抗匹配裝置；連接到所述阻抗匹配裝置的輸出以產(chǎn)生交流磁場的電感器，電感 器位于工件周圍；用于沿工件的長度方向移動電感器以使工件的所選部分與所述 磁場磁耦合的裝置；當(dāng)每一所選部分與磁場耦合進行感應(yīng)熱處理時，用于選擇性調(diào)節(jié) 交流輸出的頻率的裝置；及當(dāng)每一所選部分與磁場耦合進行感應(yīng)熱處理且交流輸出的頻率 已調(diào)節(jié)時，用于通過改變交流輸出的占空比而選擇性調(diào)節(jié)交流輸出的 功率的裝置。
5、 用于連續(xù)或不連續(xù)工件的感應(yīng)熱處理的設(shè)備，包括 脈寬調(diào)制控制的具有交流輸出的電源； 連接到所述交流輸出以產(chǎn)生交流磁場的電感器； 用于移動連續(xù)或不連續(xù)工件穿過電感器以使連續(xù)或不連續(xù)工件的前進截面與所述磁場磁耦合的裝置；當(dāng)每一前進截面與磁場耦合進行感應(yīng)熱處理時，用于響應(yīng)于每一 前進截面的參數(shù)變化而選擇性調(diào)節(jié)交流輸出的頻率的裝置；及當(dāng)每一前進截面與磁場耦合進行感應(yīng)熱處理且交流輸出的頻率 已調(diào)節(jié)時，用于響應(yīng)于每一前進截面的參數(shù)變化通過改變交流輸出的 占空比而選擇性調(diào)節(jié)交流輸出的功率的裝置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，還包括用于選擇性調(diào)節(jié)每一前進截 面與磁場耦合進行感應(yīng)熱處理的時間段的裝置。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，其中所述參數(shù)變化包括連續(xù)或不連 續(xù)工件的截面直徑的變化。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，還包括連接在電源的交流輸出和電 感器之間的阻抗匹配裝置。
9、 感應(yīng)熱處理連續(xù)或不連續(xù)工件的方法，包括步驟 向至少一個電感器提供電功率以在至少一個電感器周圍產(chǎn)生交流磁場；移動工件穿過電感器以與工件的前進截面磁耦合并使所述前進截面經(jīng)歷熱處理;選擇性地改變電功率的頻率，同時前進截面順序定位在磁場附 近；及通過變化電功率的占空比選擇性地改變電功率的幅值，同時工件 的每一前進截面順序定位在磁場附近并調(diào)節(jié)電功率的頻率。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括步驟選擇性地改變每一前 進截面與磁場磁耦合的熱處理時間。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述熱處理為表面熱處理、截 面穿透熱處理或粘合熱處理。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括步驟使電功率電源的阻抗 與工件的阻抗匹配。'
13、 用于連續(xù)或不連續(xù)工件的感應(yīng)熱處理的設(shè)備，包括 具有直流輸入和交流輸出的逆變器； 連接到所述交流輸出以產(chǎn)生交流磁場的電感器； 用于移動連續(xù)或不連續(xù)工件穿過電感器以使連續(xù)或不連續(xù)工件的前進截面與所述磁場磁耦合的裝置；當(dāng)每一前進截面與磁場耦合進行感應(yīng)熱處理時，用于響應(yīng)于每一 前進截面的參數(shù)變化而選擇性調(diào)節(jié)交流輸出的頻率的裝置；及當(dāng)每一前進截面與磁場耦合進行感應(yīng)熱處理且交流輸出的頻率 已調(diào)節(jié)時，用于響應(yīng)于每一前進截面的參數(shù)變化通過改變逆變器的直 流輸入的振幅而選擇性調(diào)節(jié)交流輸出的功率的裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了感應(yīng)加熱工件的設(shè)備和方法。工件被移動穿過電感器以感應(yīng)熱處理工件，電功率的頻率和占空比變化或振幅控制以隨頻率變化控制電功率的振幅。或者，工件可固定不動及電感器可沿工件移動，或者可使用工件和電感器的組合及協(xié)同移動。
文檔編號H05B6/04GK101682943SQ200880019514
公開日2010年3月24日 申請日期2008年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月10日
發(fā)明者K·魏斯, O·S·菲什曼 申請人:應(yīng)達公司