CN101401485A - 电磁屏蔽的感应加热设备 - Google Patents
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Abstract
一种感应加热设备，包括完全气密的罩，工件穿过该罩。感应装置围绕所述罩的外部并且流过感应装置的ac电流建立磁场，该磁场与所述工件耦合以感应加热所述工件。所述气密罩可以包含不导电材料以允许用于与所述工件耦合的所述磁场通过，以及用于约束所述磁场的区域的电磁屏蔽材料。在可选例子中，位于所述感应装置周围的电磁分流器代替所述电磁屏蔽材料或者与所述电磁屏蔽材料结合使用，以在朝向所述工件的方向上约束所述磁场。在本发明的其它例子中，例如可以使用所述不导电材料的一个或多个柔性元件，以补偿与所述气密罩相邻的一个或多个处理室的热膨胀。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2006年1月9日提交的60/757,355号美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本发明总体上涉及电感应加热设备，其中气密罩将工件与周围环境隔离，同时位于该罩外侧的感应加热装置感应加热罩内的工件。
背景技术
现有技术的感应加热设备包括感应装置和环绕金属条或金属丝等连续移动的制品设置的非金属气密罩。该气密罩是隔热和电绝缘的并且用非传导性的罩包围移动制品。感应装置位于所述罩外侧的四周并且连接到适当的ac电源，使得当ac电流流过感应装置时在该感应装置周围建立磁场。磁场与移动制品耦合并感应加热该制品。非传导性气密罩必须平行于所述移动制品的方向，向感应装置的上游和下游延伸足够的距离(至少200mm)，以产生在所述罩的上游和下游包围磁场的区域。至少在感应加热线中的气密罩装配紧密的安装中，该要求产生延长的距离，这是一个问题，特别是当所述罩安装到由导电材料构成的上游或下游处理室的时候。另外，高功率感应装置产生高密度电磁场，该高密度电磁场通常需要更长的上下游距离以避免所连接的室或者用于将该室连接在一起的配件被感应加热。另外当气密罩被用作上游和下游处理室之间的中间室时，在一些应用中，对上游或者下游室的加热可能对中间室施加压缩力。
因此，需要一种感应加热设备，其中平行于移动制品的方向的气密罩的长度基本上限于感应装置的长度并且/或者气密罩可以补偿相邻室的热膨胀施加的压缩力。
发明内容
一方面，本发明是一种用于感应加热穿过完全气密的罩移动的条形工件或其它工件的感应加热设备和方法。感应装置位于所述罩的外侧周围以承载用于产生磁场的ac电流，磁场穿透所述罩并感应加热穿过所述罩的工件。所述罩包含不导电材料以允许磁场与穿过该罩的工件耦合，还包含用于约束磁场区域的电磁场屏蔽材料。当感应加热设备用作两侧与至少部分由导电材料构成的处理室连接的中间加热室时，这是特别有利的。
在本发明的另一方面，气密罩可以包含不导电材料并且可以在其外侧的感应装置周围放置电磁分流器以限制感应装置上游和下游的磁场。
在本发明的另一方面，气密罩可以包含包括一个或多个柔性元件的不导电材料以补偿一个或多个所连接的室的热膨胀。
在本说明书及所附权利要求中阐明了本发明的上述及其它方面。
附图说明
为了说明本发明，在附图中示出了本发明的优选形式；然而，应该理解，本发明不局限于所示出的确切结构和手段。
图1是图2中所示的本发明感应加热设备沿着图2中的线A-A的截面图。
图2是本发明感应加热设备的一个例子的透视图。
图3是本发明感应加热设备的另一个例子的截面图。
图4是本发明感应加热设备的另一个例子的截面图。
图5是本发明感应加热设备的另一个例子的截面图。
图6是本发明感应加热设备的另一个例子的截面图。
图7是图1和图2中所示的本发明感应加热设备的例子及相邻处理室的截面图。
图8是本发明感应加热设备的另一个例子及一个或多个相邻处理室的截面图。
图9是本发明感应加热设备的另一个例子及一个或多个相邻处理室的截面图。
图10是本发明感应加热设备的另一个例子及一个或多个相邻处理室的截面图。
图11是本发明感应加热设备的另一个例子及一个或多个相邻处理室的截面图。
具体实施方式
现在参考附图，其中相同的附图标记表示相同的元件，图1和图2中示出了本发明感应加热设备的一个例子。气密罩12提供用于当工件90在箭头(建立穿过该罩的上游方向和下游方向)所指的方向上穿过该罩时完全从周围环境包围工件的装置。感应装置14或14a位于罩12的外侧并且连接到适当的ac电源82，使得流过感应装置的电流建立磁场(由虚线示出的典型通量线92表示)，当条形工件90穿过该罩时磁场与条形工件90磁耦合以感应加热该条形工件。
罩12包含不导电材料12a和电磁屏蔽材料12b。至少在工件穿过该罩时磁场与工件耦合处的罩区域使用不导电材料。在本发明的非限制性例子中，至少在磁场延伸到感应装置的上游和下游的罩区域中使用电磁屏蔽材料，从而约束磁场的上游和下游传播并且实质上减少感应加热设备的总长度。
如图1和图2中所示的罩12的“L形”电磁屏蔽材料是可以在本发明感应加热设备中使用的一个非限制性结构。对于本发明来说，罩12的上游和下游电磁屏蔽区域只需要具有足够的尺寸和形状以约束磁场使得不会延伸到该罩的上游或下游。例如在本发明的可选例子中，电磁屏蔽材料12b’可以是图3中所示的弓形。
当本发明的感应加热设备被用作连接到上游和/或下游处理室的中间加热室时，使用电磁屏蔽区域是特别有利的。例如，在图7中，本发明的气密罩12被用作上游处理室20a和/或下游处理室20b(以局部截面示出)之间的中间感应加热室，所述上游处理室20a和/或下游处理室20b分别具有与罩12相邻的、至少部分可由导电材料构成的区域。
根据特定的应用，所述电磁屏蔽材料可以包含导电材料，如铜或铝成分的板，或者高或中导磁率的材料，例如但不限于形成为片状、箔状或网状并且电接地的MuMetal。
所述罩完全气密，其中必须提供开口以便于工件穿过，并且可以绝热以将热保留在罩中。可选地，该罩可包括用于将气体成分注入到罩中的装置和/或用于将气体成分从室中抽出的装置。所述罩可以包括与工件耦合的磁场不穿过其的附加结构元件。
所使用的加热感应器或者感应装置14可以是任何类型的加热感应器，包括但不限于一个或多个串联和/或并联连接的箔状或片状的感应器，其中一个或多个感应器产生纵向或横向的通量场。图2示出本发明的一个例子，其中螺线管线圈14a是感应装置。线圈14a围绕罩12并且使用线圈端子11a和11b适当连接到ac电源82。来自电源的电流在线圈周围产生磁场，磁场与工件耦合以感应加热工件。在本发明的其它例子中，感应装置可以包含线圈对，线圈对位于罩的相对两侧上以产生横向通量场，或者任何其它合适的线圈结构。
在图2中，在磁屏蔽材料上方和下方的顶部和底部罩密封元件12c和12d(未示出安装在罩的上游端)可以由任何适当的材料构成。根据该结构，可以优选导电材料。
在图2中，不导电材料12a垂直于条形工件90的表面延伸；在本发明的其它例子中，不导电材料还可以垂直于条形工件的边缘延伸。
在本发明的可选例子中，气密罩可以包含不导电材料12a″，电磁屏蔽材料12b″位于不导电材料12a″中，如图4中所示。在本发明的其它例子中，如图5中所示，电磁屏蔽材料12b可以沿着感应装置的长度延伸以在垂直于工件平面的方向上约束磁场。
图6示出本发明的感应加热设备的另一个例子，其中所述罩包含不导电材料12a和电磁分流器84，该电磁分流器84设置在感应装置14的周围，从而在ac电流流过感应装置时约束磁场的上游和下游渗透。在本发明的其它例子中，一个或多个电磁分流器可以与如上所述的电磁屏蔽材料结合。
图8至图11示出本发明的感应加热设备的非限制性例子，其中气密罩13的不导电材料13a包括一个或多个柔性结构件，该结构件允许气密罩经受上游和下游方向上的热膨胀。如图8中的下游处理室20c(以局部截面示出)所示，当气密罩连接到上游和/或下游处理室时，这是特别有利的。在该非限制性结构中，相邻室20c通过例如可以是不锈钢法兰的连接元件94’连接到罩13。罩13的相对上游端还可以通过连接元件94″连接到上游处理室(图中未示出)。在图8中，不导电材料13a的柔性结构件是设置在不导电材料的相对两端的V形元件13a’。当相邻下游和/或上游处理室在加热期间延伸时，所述V形元件的腿在箭头所指的方向上压到一起以补偿特别是在上游和下游方向上相邻室的膨胀。连接元件94’和/或94″可以构造成使得当罩13对相邻室的热效应做出反应时，它们在上游和下游方向上移动。在图9中，不导电材料13a的柔性结构件是设置在不导电材料的相对两端的倾斜元件13a″。如图9中所示，在罩13的上游端和下游端，元件13a″远离工件90的表面倾斜。当罩13对相邻室的热效应做出反应时，倾斜元件13a″相对于工件90表面的角度增加以补偿特别是在上游和下游方向上相邻室的膨胀。在图8和图9中，至少在磁场延伸到感应装置的上游和下游的罩区域中可以提供电磁屏蔽材料；可选地，如图8和图9中的电磁屏蔽材料13b所示，还可以沿着感应装置的长度提供该材料，以在垂直于工件平面的方向上约束磁场。
图10和图11分别示出使用V形元件13a’和倾斜元件13a″，气密罩使用与图6中所示的及上述的本发明例子类似的一个或多个电磁分流器84。
在图8至图11中，V形元件13a’和倾斜元件13a″代表气密罩的不导电材料的柔性结构件的两个非限制性例子。尽管在这些图中示出了限定数量的柔性结构件，但是本发明的特定例子中的柔性结构件的数量取决于应用。这些图中所示的不导电材料柔性结构件还可以结合到本发明的其它例子中。
在本发明的所有例子中，工件90可以包含连续工件，如条形工件或丝，或者例如通过传送系统穿过所述罩适当给进的多个离散工件。
本发明的上述例子只是为了解释本发明而提供的，绝不意图限制本发明。尽管已经结合各种实施例描述了本发明，但是这里所使用的措辞是说明性和例示性的措辞，而不是限制性的措辞。尽管在此结合特定的装置、材料和实施例描述了本发明，但是本发明不意图局限于这里所公开的细节；相反，本发明延伸到所附权利要求范围内的所有功能上等同的结构、方法和用途。受益于本说明书的教导的本领域的技术人员可以实现对它的多种修改，并且在各方面不偏离本发明的范围的情况下可以进行改变。
Claims (20)
1.感应加热设备，包括：完全气密的罩，工件穿过该罩；以及设置在该罩外侧周围以承载用于产生磁场的ac电流的感应装置，所述磁场穿透所述罩并感应加热穿过该罩的工件，
其改进包括：
所述完全气密的罩包含不导电材料以允许所述磁场与穿过该罩的工件耦合，以及包含用于约束所述磁场的区域的电磁屏蔽材料。
2.根据权利要求1所述的感应加热设备，其特征在于：所述电磁屏蔽材料在所述罩的上游和下游方向上将所述磁场约束到所述感应装置的长度。
3.根据权利要求2所述的感应加热设备，其特征在于：所述电磁屏蔽材料还在垂直于所述工件平面的方向上将所述磁场约束在所述区域中。
4.根据权利要求1所述的感应加热设备，其特征在于：还包括与所述完全气密的罩的上游或下游连接的处理室。
5.根据权利要求4所述的感应加热设备，其特征在于：所述不导电材料还包括至少一个柔性元件，该柔性元件用于所述气密罩在其上游和下游方向上的移动。
6.根据权利要求5所述的感应加热设备，其特征在于：所述至少一个柔性元件是所述不导电材料的V形元件或者倾斜的上游端或下游端元件。
7.感应加热设备，包括：完全气密的罩，工件穿过该罩；以及设置在该罩外侧周围以承载用于产生磁场的ac电流的感应装置，磁场穿透所述罩并感应加热穿过该罩的工件，
其改进包括：
所述完全气密的罩包含不导电材料以允许所述磁场与穿过该罩的所述工件耦合，以及位于所述不导电材料内的用于约束所述磁场区域的电磁屏蔽材料。
8.根据权利要求7所述的感应加热设备，其特征在于：所述电磁屏蔽材料在所述罩的上游和下游方向上将所述磁场约束到所述感应装置的长度。
9.根据权利要求8所述的感应加热设备，其特征在于：所述电磁屏蔽材料还在垂直于所述工件平面的方向上将所述磁场约束在所述区域中。
10.根据权利要求7所述的感应加热设备，其特征在于：所述不导电材料还包括至少一个柔性元件以补偿所述气密罩在其上游和下游方向上的移动。
11.根据权利要求10所述的感应加热设备，其特征在于：所述至少一个柔性元件是所述不导电材料的V形元件或者倾斜的上游端或下游端元件。
12.感应加热设备，包括：完全气密的罩，工件穿过该罩；以及设置在该罩外侧周围以承载用于产生磁场的ac电流的感应装置，所述磁场穿透该罩并感应加热穿过该罩的工件，
其改进包括：
所述完全气密的罩包含不导电材料以允许所述磁场与穿过该罩的所述工件耦合，以及位于所述感应装置周围的至少一个电磁分流器以在朝向所述工件的方向上约束所述磁场。
13.根据权利要求12所述的感应加热设备，其特征在于：所述不导电材料还包括至少一个柔性元件，该柔性元件用于所述气密罩在其上游和下游方向上的移动。
14.根据权利要求13所述的感应加热设备，其特征在于：所述至少一个柔性元件是所述不导电材料的V形元件或者倾斜的上游端或下游端元件。
15.电感应加热设备，包括：完全气密的罩，工件穿过该罩；以及设置在该罩外侧周围的感应加热感应器，ac电流流过所述感应加热感应器以产生磁场，磁场穿透所述罩并感应加热穿过该罩的工件，
其改进包括：
所述完全气密的罩包含不导电材料以允许所述磁场与穿过该罩的所述工件耦合，所述不导电材料具有至少一个柔性元件，该柔性元件用于所述气密罩在其上游和下游方向上的移动。
16.根据权利要求15所述的电感应加热设备，其特征在于：还包括电磁屏蔽材料，该电磁屏蔽材料用于在所述罩的上游和下游方向上约束所述磁场。
17.根据权利要求16所述的电感应加热设备，其特征在于：所述电磁屏蔽材料还在垂直于所述工件平面的方向上将所述磁场约束在所述区域中。
18.根据权利要求15所述的电感应加热设备，其特征在于：所述至少一个柔性元件包含所述不导电材料的V形元件或者倾斜的上游端或下游端元件。
19.感应加热设备，包括：完全气密的罩，工件穿过该罩；以及设置在该罩外侧周围以承载用于产生磁场的ac电流的感应装置，磁场穿透所述罩并感应加热穿过该罩的工件，
其改进包括：
所述完全气密的罩包含不导电材料以允许所述磁场与穿过该罩的所述工件耦合，所述不导电材料具有至少一个柔性元件，该柔性元件用于所述气密罩在其上游和下游方向上的移动，以及设置在所述感应装置周围的至少一个电磁分流器以在朝向所述工件的方向上约束所述磁场。
20.根据权利要求19所述的感应加热设备，其特征在于：所述至少一个柔性元件包含所述不导电材料的V形元件或者倾斜的上游端或下游端元件。
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Application publication date: 20090401 |