CN101237726A

CN101237726A - 一种高频感应加热设备

Info

Publication number: CN101237726A
Application number: CNA2007100731685A
Authority: CN
Inventors: 陈淑文
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2008-08-06

Abstract

本发明属于焊接设备领域，尤其是用于使用小型高频感应加热设备。一种高频感应加热设备，包括安装在机体外壳中的整流滤波电路、高频逆变电路、并联谐振电路、工作电源、操作面板、振荡/以及工作线圈构成的电路部分，工作线圈设置在伸出在机体外壳上的引管中，所述的高频逆变电路中包括桥式逆变电路和高速MOS－FET管，上述的电路中的驱动变压器为多层电路板的铜膜作绕线组构成，上述电路中的吸收杂波电容由电路板中的铜膜作为电极和电路板基体作为介质构成。本发明可以提供新型的小型高频感应焊接设备，通过对内部电路的电气参数优化和采用新型的电容驱动变压器和滤波电容，使工作频率达到了1～3MHz的高频交流加热设备。

Description

一种高频感应加热设备

【技术领域】

本发明属于焊接设备领域，尤其是用于使用小型高频感应加热设备。

【背景技术】

在使用小型高频感应加热设备对小尺寸的金属件进行钎焊时，例如，焊接金属眼镜或金属首饰或金属工艺品时，所使用的高频感应加热装置/机器(简称“高频机”，下同)，它的工作感应线圈(既加热线圈或称工作线圈，下同)都是设有引管的，作为焊接高频电能的传递途径。，典型工艺所使用的高频机，都配有这种带有引管的机头，参见图1。上述的高频感应加热装置在使用的过程中存在以下的问题，机器工作时自引管起直到加热线圈，周围空间都存在高频交变磁场，当有金属物体靠近时，就会被加热。除需要加热的区域即焊点，加热线圈末端的圆环形区域内，参见图1图2图3，并不希望其他地方被加热，那样既不安全又消耗电能。这些暴露的金属导体，当有高频电流流过时，也会产生电磁辐射污染。在欧洲生产的这类高频机产品的使用说明书中，明确要求用户生产时注意这个问题，不要让金属物体靠近引管。另外由于上述现象的存在，对高频感应加热装置的工作性能和安全性都造成严重的影响，最主要的是使有效功率严重降低，现有此类加热设备以真空管类型为主，即使用真空管构成的自激振荡器来产生高频交流电。虽然国内外市场上可买到一些品种的固态高频感应加热设备，但频率一般都不超过1MHz。显然，频率是固态装置的技术瓶颈。上述的技术问题，在行业中长期存在，至今没有非常有效的技术解决方案。

【发明内容】

本发明的目的是提供新型的小型高频感应焊接设备，该焊接设备具有良好的安全性和加热效率，同时不会产生对附近不必要加热的金属物体的加热现象，另外通过对内部电路的电气参数优化和采用新型的电容驱动变压器和滤波电容，使工作频率达到了1～3MHz的高频交流加热设备。

为了达到上述的技术目的，本实用新型采用的技术解决方案包括以下技术内容：一种高频感应加热设备，包括安装在机体外壳中的整流滤波电路、高频逆变电路、并联谐振电路、工作电源、操作面板、振荡/以及工作线圈构成的电路部分，工作线圈设置在伸出在机体外壳上的引管中，所述的高频逆变电路中包括桥式逆变电路和高速MOS-FET管，上述的电路中的驱动变压器为多层电路板的铜膜作绕线组构成，上述电路中的吸收杂波电容由电路板中的铜膜作为电极和电路板基体作为介质构成。

所述的电路板为多层电路板，驱动变压器中的铜膜绕线组为设置在多次电路板中的多个铜膜导线构成。

所述的驱动变压器外侧设有金属封闭盖。

所述的滤波电容为设置在多层电路板中的多个铜膜导体极板和电路板基体间隔绝缘构成。

所述的引管从焊接机机头由感应线圈座伸出，其中的一根引管由非磁性金属屏蔽套包裹，与另外的一根引管之间设有绝缘耐高温材料与屏蔽套隔开，该屏蔽套固定在机头的感应线圈座上或与其中一个座成一体。

所述的并联谐振电路和振荡、追频电路中的变压器为直接设置在电路板中的至少一圈铜膜导线构成的铜膜绕线组，磁心插入电路板中的孔中构成上述的驱动变压器。

通过采用上述的技术解决方案，本实用新型获得了以下技术优点和效果：首先通过在多层电路板中的铜膜做为驱动变压器的绕线组，然后直接在上述的绕线组中设置铁氧体的直接固定在绕线组中，采用这种结构的驱动变压器可以电路中的电磁干扰明显降低，通过在上述的驱动变压器上安装金属盖进行封闭之后，基本可以消除驱动变压器对周围电路所产生的干扰，提高电路板的工作性能；通过采用设置在高频逆变电路中接入的滤波电容的为至少两层电路板中的铜膜导体极板和电路板基体间隔绝缘的结构，可以简化电容的结构，提高性能，尤其使在使用多层电路板中采用上述的结构的时候，其效果更加显著，可以提供一种小体积大容量的电容，使其电容可以达到0.3uF用来满足上述的高频加热设备的高标准使用要求；给机头上引管设置金属屏蔽套结构，将引管部分周围的磁场屏蔽，可以防止高频电能的损失，可以显著的提高加热设备的转化效率，对于机器内部电路的电气参数优化也极为有效；通过在发明中采用电路板驱动变压器以及电容等的结构，使整个设备得以实现模块化，可以限制提高工业化生产的效率，同时降低对生产人员的技术要求，最终达到大幅度降低成本的目的。我们在实际使用的高频机上应用此技术后，对电路参数(电感，电容，谐振，输出功率匹配，功率因数的调整等)进行了优化，取得了非常好的效果，使空载电流下降了大约30％(从9A到6A)，加热时间(指从冷态或室温到焊接需要的温度)缩短了大约一半(从大约2秒到不足1秒)；另外在使用上述的屏蔽套之后，可以防止附近的金属被加热，这种现象不只是降低效率，更主要的是可以显著的改善设备使用的安全性，不会发生烫伤使用者和造成火灾等情况，而且在夹具设计的时候，也不必考虑引管周围的磁场加热问题，使夹具的设计更加灵活；其次，本发明还在于通过使用多重屏蔽套的结构，使这种引管周围空间的高频电磁场得到更加彻底的屏蔽，进一步提高加热或者焊接设备的综合性能。总之，本实用新型通过采用上述结构的驱动变压器、滤波电容，使上述的电路的工作性能大幅度的提高，配合使用新型的工作线圈的引管结构，使本实用新型获得了很高大的工作性能，通过试验证明，特殊的逆变模块驱动变压器、特殊的滤波电容器，和特殊的工作线圈引管结构，实现高频率和高效率，频率可达3MHz，输入电流比现有品种降低1/2：一般2kW左右的固态机种的输入电流大约12A，而本发明可降低到6A，但加热速度却大大快过这些机种。

【附图说明】

图1为典型小型高频机机头外形及工作状态(仅眼镜鼻梁右侧焊点)示意图；

图2为典型小型高频机机头引管及其相关部分的结构剖面示意图；

图3为典型小型高频机机头应用本发明后的外形示意图；

图4为本发明引管部分横截面结构示意图。

图5为本发明的电路构成方框图；

图6为本发明的机头部分的电路图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本实用新型进行进一步的描述：

一种高频感应加热设备，如图5所示，包括安装在机体外壳高压整流滤波部分(270VDC)，开关电源部分(14VDC)，MOS-FET管(以实现全桥逆变)，控制和追频电路部分，LC并联谐振部分，工作线圈，和液晶显示及操作面板模块。工作线圈设置在伸出在机体外壳上的引管中，如图6所示，所述的高频逆变电路中包括桥式逆变电路和高速MOS-FET管，高频逆变部分采用桥式逆变电路和高速MOS-FET管(MOS-FET，金属氧化物增强性绝缘栅极场效应管)，振荡电路采用并联谐振。该高速MOS-FET管中的驱动变压器为直接设置在电路板中的铜膜导线构成的铜膜绕线组，磁心插入电路板中的孔中构成上述的驱动变压器，对于用于桥式逆变的MOS-FET管的驱动，一般都采用变压器驱动，如图2所示，这种变压器是属于高频变压器，而且一般是一个单独的部件并焊接到PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)上，其结构与普通的变压器基本类似。本发明所使用的特殊驱动变压器是，利用PCB制造技术将驱动变压器的绕线组制做在PCB上(铜膜绕线组)，再将铁氧体磁芯插入PCB上的孔中并以金属盖封闭(焊在PCB上)加以屏蔽。当上述的电路板为多层电路板时，驱动变压器中的铜膜绕线组为设置在多次电路板中的多个铜膜导线构成。使上述的绕线组通过多层电路板中的多个铜膜构成的线圈构成。

如图7所示，设置在高频逆变电路中接入的滤波电容的为至少两层电路板中的铜膜导体极板和电路板基体间隔绝缘构成。在采用多层电路板的时候，该滤波电容为设置在多层电路板中的多个铜膜导体极板和电路板基体间隔绝缘构成。由于采用了特殊的滤波电容器。高频逆变电路中，在靠近逆变管的地方，有时需要接入一个滤波电容器，如图3所示。这种电容器需要足够的耐压指标，并具备较强的高频波和脉冲吸收能力。本发明的试验过程中，在试验了几种类型的电容器后，最后所采用的是效果最好的一种，也就是本发明的内容之一：特殊电容器，它是利用PCB制造技术，将电容器极板制做在PCB里(多层，以便达到要求的电容量)，亦即“PCB电容器”，本发明实现了0.3uF的电容量，这大大改善了逆变管输出端的波形。

所述的引管从焊接机机头由感应线圈座伸出，其中的一根引管由非磁性金属屏蔽套包裹，与另外的一根引管之间设有绝缘耐高温材料与屏蔽套隔开，该屏蔽套固定在机头的感应线圈座上或与其中一个座成一体。对于常见的小型高频感应加热装置来说，其工作线圈都有一段铜引管来与机头电极座连接(就是引管座)，如图4所示。本发明将引管全部屏蔽起来，以免当有金属物体靠近引管时被加热，外形如图5所示，右半引管座有一个伸出的扁形部分，它含有一个引管；左半引管座有另一条引管，且穿过右引管座的前伸部分但与其绝缘。图6是右半引管座的前伸部分横截面图，左边含有绝缘材料。

参见图3和图4，金属屏蔽套1可以与右边的工作线圈座2连接在一起呈电导通状态，或在生产的时候直接制成一体，即为同一个零件；在图3中，右边的工作线圈座2与金属屏蔽套1就是同一个零件；而左边的工作线圈座3与右边的“线圈座+屏蔽套”是绝缘的。具体的结构可以采用以下结构，左边引管4穿过屏蔽套1并且套有耐热绝缘管5作绝缘。因此，对于右边的情况来说，屏蔽套1本身就是引管。如图8所示，上述结构的机头引管结构中所构成的电路图，图中还包括逆变变压器部分电路。

对于与屏蔽套电联通的那条引管，本发明还可以采用另外一种结构就是取消此引管，铜制屏蔽套本身可代替一条引管，例如前述右边的引管，也可嵌入一段很短的，使其伸出2～3mm长，而图3是嵌入短铜引管后的效果，上述的短铜引管与屏蔽套1是电导通的。

由上述的原理可以推出本发明的另一个方案，用薄铜板做一个截面近似椭圆的套管，套在两条引管上，并且与其中一个引管焊接在一起使之电导通，而在另一条引管上套上耐热绝缘管。所以本发明的技术方案，不止限于上述的具体实施方式所列举的结构。采用上述的技术解决方案之后，上述的引管在进行工组的时候，主要是通过其中的非磁金属制成的屏蔽套与其中一个引管实现电联接，并将另外一个引管套在其中，并使此被套装在屏蔽套中的引管与屏蔽套和另外的一个引管绝缘。通过上述的这些结构，来实现对引管产生的电磁场进行屏蔽，防止电磁能加热附近的金属。这样的结构，不但使上述的高频焊接过程更加安全可靠，同时防止了电能的损耗，大幅度的提高电能的利用和高频焊机的性能。

本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，可以有多种变形方案实现本发明，以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims

1. 一种高频感应加热设备，包括安装在机体外壳中的整流滤波电路、高频逆变电路、并联谐振电路、工作电源、操作面板、振荡/以及工作线圈构成的电路部分，工作线圈设置在伸出在机体外壳上的引管中，所述的高频逆变电路中包括桥式逆变电路和高速MOS-FET管，其特征在于：上述的电路中的驱动变压器为多层电路板的铜膜作绕线组构成，上述电路中的吸收杂波电容由电路板中的铜膜作为电极和电路板基体作为介质构成。

2. 根据权利要求1所述的一种高频加热设备，其特征在于：所述的电路板为多层电路板，驱动变压器中的铜膜绕线组为设置在多次电路板中的多个铜膜导线构成。

3. 根据权利要求1或者2任意一个所述的一种高频加热设备，其特征在于：所述的驱动变压器外侧设有金属封闭盖。

4. 根据权利要求1所述的一种高频加热设备，其特征在于：所述的滤波电容为设置在多层电路板中的多个铜膜导体极板和电路板基体间隔绝缘构成。

5. 根据权利要求1所述的一种高频加热设备，其特征在于：所述的引管从焊接机机头由感应线圈座伸出，其中的一根引管由非磁性金属屏蔽套包裹，与另外的一根引管之间设有绝缘耐高温材料与屏蔽套隔开，该屏蔽套固定在机头的感应线圈座上或与其中一个座成一体。

6. 根据权利要求1所述的一种高频加热设备，其特征在于：所述的并联谐振电路和振荡、追频电路中的变压器为直接设置在电路板中的至少一圈铜膜导线构成的铜膜绕线组，磁心插入电路板中的孔中构成上述的驱动变压器。