CN102244950A

CN102244950A - 感应加热线圈

Info

Publication number: CN102244950A
Application number: CN2010102464638A
Authority: CN
Inventors: 渡边弘子; 宫下英夫
Original assignee: Fuji Electronics Industry Co Ltd
Current assignee: Fuji Electronics Industry Co Ltd
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2030-05-10
Also published as: CN102244950B

Abstract

本发明涉及用于高频淬火等的感应加热线圈，其目的在于提供能够使整体更均匀地升温的感应加热线圈。感应加热线圈(1)以铜为材料制作。感应加热线圈(1)是将第一供电导体(2)、第一直线导体(3)、第一搭接导体(4)、第二直线导体(5)、第二搭接导体(6)、第三直线导体(7)、第三搭接导体(8)、第四直线导体(9)、第二供电导体(10)依次串联连接而成的结构。感应加热线圈(1)的圆弧状部(11、20、26、30、35、37)与工件(16)的表面接近的时间较长，但是特使圆弧状部(11、20、26、30、35、37)的位置远离工件，并且直线导体(3、5、7、9)部分按照彼此加强磁力线的方式配置。因此，实现整体的升温平衡。

Description

感应加热线圈

技术领域

本发明涉及用于高频淬火等的感应加热线圈。

背景技术

作为对钢铁材料进行淬火的一个方案，已知有高频淬火。高频淬火是使感应加热线圈接近工件，并使该感应加热线圈流通高频电流来进行的。流通有高频电流的感应加热线圈在其周围产生变动磁场，在工件中激励感应电流。而且，工件基于上述感应电流而发热、烧红、被淬火。

现有的高频淬火用的感应加热线圈100是如图9所示那样的螺旋线圈。而且，使圆棒状的工件101沿着轴方向移动，将工件101插入感应加热线圈100的螺旋内，并使感应加热线圈100流通高频电流，在工件101中激励感应电流，将工件101烧红进行淬火(图10)。

但是，除在轴方向上移动工件101之外，没有使螺旋状的感应加热线圈100接近工件的方案，其使用性差。

因此，开发了如图11、图12所示的变形线圈103。图11、图12的感应加热线圈103是将单匝线圈变形而成的结构，根据其功能性特征被称作半开放式线圈，或根据其形状被称作鞍形线圈。

感应加热线圈103由两个直线导体105、106、一个圆弧状搭接导体107和两个供电导体108、110构成。而且，将它们串联连接构成变形的单匝线圈。

即，圆弧状的供电导体108、直线导体105、圆弧状搭接导体107、直线导体106、圆弧状的供电导体110依次串联连接，构成连续的单匝线圈。

如上所述，感应加热线圈103具有两个直线导体105、106、一个圆弧状搭接导体107和两个供电导体108、110，通过对感应加热线圈103通电，使这些各部件的周围产生变动磁场。

如图11所示，感应加热线圈103能够在与工件101垂直的方向(Z方向)上靠近、离开。另外，如果是长条状的工件103，则通过使感应加热线圈103沿着工件101的轴方向(Z方向)移动、或使工件101相对于感应加热线圈103沿着轴方向(Z方向)移动，能够对工件101整体进行淬火。另外，在进行淬火时，将工件101旋转。

专利文献1：(日本)特开平11-329702号公报

如上所述，感应加热线圈103具有两个直线导体105、106、一个圆弧状搭接导体107和两个供电导体108、110，通过对感应加热线圈103通电，从加热线圈整体产生磁力，从而在工件101中激励感应电流。另外，在进行淬火时使工件101旋转。因此，由直线导体105、106加热的部位，在工件101每旋转一次时与直线导体105、106接近两次。与之相对，对于一个圆弧状的搭接导体107和两个供电导体108、110的部位，在一次旋转中在与其圆弧角度相当的比例的时间内进行加热。因此，与由直线导体105、106进行加热的部位相比，由圆弧状的搭接导体107等加热的部位被更强力地加热，工件101的升温平衡较差。

发明内容

因此，本发明关注现有技术的上述问题，其目的在于提供能够使整体更均匀地升温的感应加热线圈。

为了解决上述的问题，本发明提供一种感应加热线圈，其在感应加热工件时使用，在自身中流通交流电流来产生变动磁场，使工件中产生感应电流，该感应加热线圈的特征在于：具有与工件的轴大致平行地延伸的四个以上的直线导体和连接该直线导体的搭接导体，上述直线导体构成为至少其中的两个相邻配置，上述搭接导体与上述直线导体能够通电连接，并且上述搭接导体与上述相邻的直线导体以电流在相同方向上流动的方式连接。

在上述的感应加热线圈中，至少两个直线导体相邻配置，因此从该部分产生强力的变动磁场。因此，能够实现接近直线导体的部分与接近搭接导体等的部分升温平衡。另外，在上述的感应加热线圈中，在相邻的直线导体中电流沿着相同方向流动。因此，所产生的磁力不发生干涉。

优选的是，搭接导体具有圆弧部，直线导体位于圆弧部的两端，圆弧部的中心与包含有在上述圆弧部的两端设置的直线导体双方的平面相比，向接近圆弧部的方向偏离。

在该优选方式的感应加热线圈中，搭接导体的中心向外侧偏离。因此，搭接导体与工件的距离变远。其结果是，由搭接导体加热的部位的升温变缓，实现整体的升温平衡。

优选的是，直线导体与搭接导体串联连接，其展开图形整体上为涡旋状。

该优选方式的感应加热线圈，其展开图形整体上为涡旋状，因此在任何部位中电流流动的方向都相同。因此，相邻的直线导体、搭接导体所产生的磁力不发生干涉。

优选的是，位于直线导体的至少一个端部侧的两个以上的搭接导体排列配置在同一个面内。

在该优选方式的感应加热线圈中，搭接导体排列配置在同一个面内，因此搭接导体容易收纳。

优选的是，上述面为与直线导体垂直的平面。

在该优选方式中，搭接导体与垂直于直线导体的平面并列，因此外侧的搭接导体配置在远离工件的位置。因此，搭接导体的有助于工件升温的作用减小，实现整体的升温平衡。

但是，上述面也可以是包含直线导体的端部、并且覆盖工件的曲面。

优选的是，直线导体被分开配置成两个组，构成上述组的直线导体相邻配置，并且上述组彼此位于大致相对的位置，构成组的直线导体中包括与相对的组对应的直线导体，在直线导体的一个端部至少具有两个搭接导体，至少两个搭接导体将相对的组的对应的直线导体彼此连接。

在该优选方式的感应加热线圈中，搭接导体容易收纳，整体形状紧凑。

优选的是，直线导体被分开配置成两个组，构成上述组的直线导体相邻配置，并且上述组彼此位于大致相对的位置，构成组的直线导体中包括与相对的组对应的直线导体，至少一个搭接导体将相对的组的不对应的直线导体彼此连接。

优选的是，具有：对感应加热线圈供给电力的供电部；和连接供电部与直线导体的供电导体，供电导体的一部分或全部与搭接导体排列配置在同一个面内。

另外，也可以是，具有：对感应加热线圈供给电力的供电部；和连接供电部与直线导体的供电导体，供电导体与将不对应的直线导体彼此连接的搭接导体排列配置在同一个面内。

在该优选方式的感应加热线圈中，供电导体也有助于工件的升温。另外，本发明的感应加热线圈的供电导体容易收纳，整体形状紧凑。

优选的是，直线导体以感应加热线圈工作时的姿态为基准，排列配置在上下方向上。

在该优选方式的感应加热线圈中，直线导体容易收纳，整体形状紧凑。

另外，一个搭接导体位于包围另一个搭接导体或一个以上的搭接导体的外侧的位置，并且在两端具有朝向内侧的拐弯部，期望经由该拐弯部与直线导体连接。

当利用本发明的感应加热线圈使工件升温时，接近直线导体的部分和接近搭接导体等的部分的升温平衡良好，难以在工件中产生加热不均。

附图说明

图1是本发明的实施方式的感应加热线圈的立体图。

图2是将图1的感应加热线圈安装于棒状工件的状态下的感应加热线圈和棒状工件的侧面图。

图3是将图1的感应加热线圈在平面上展开的展开图。

图4是本发明的第二实施方式的感应加热线圈的立体图。

图5是将图4的感应加热线圈安装于棒状工件的状态下的感应加热线圈和棒状工件的侧面图。

图6是本发明的第三实施方式的感应加热线圈的立体图。

图7是将图6的感应加热线圈在平面上展开的展开图。

图8是本发明的第四实施方式的感应加热线圈的立体图。

图9是现有技术的感应加热线圈和棒状工件的立体图。

图10是利用图9所示的感应加热线圈将棒状工件加热时的感应加热线圈和棒状工件的立体图。

图11是其他的现有技术的感应加热线圈和棒状工件的立体图。

图12是利用图11所示的感应加热线圈将棒状工件加热时的感应加热线圈和棒状工件的立体图。

具体实施方式

下面，进一步对本发明的实施方式进行说明。另外，在以下所示的实施方式中，上下的表现以使用感应加热线圈1时的姿态为基准。

图1所示的感应加热线圈1以铜为材料制作。感应加热线圈1是将第一供电导体2、第一直线导体3、第一搭接导体4、第二直线导体5、第二搭接导体6、第三直线导体7、第三搭接导体8、第四直线导体9、第二供电导体10依次串联连接而成的结构。而且，供电部13、14与第一供电导体2和第二供电导体10连接，对感应加热线圈1通电。

各部件的截面形状均为四边形，并且内部为中空。另外，在该中空部内流通有冷却水。各部件的截面形状为四边形、为中空并非本发明的必要事项，其截面形状可以是任意的，例如为圆形。对第二实施方式等而言也同样如此。

第一供电导体2具有约90度的圆弧部11、和与该圆弧部11连结的较短的直线部12。另外，在端部具有向圆弧部的中心侧拐弯的拐弯部15，在该拐弯部15与其次的第一直线导体3连接。

第一直线导体3是与工件16(图2)的轴线平行地延伸的部件。

第一搭接导体4构成为：在两端侧具有较短的直线部17、18，在中央部分具有约180度的圆弧部20。

另外，在第一搭接导体4的最端部具有拐弯部21、22。

而且，上述的第一直线导体3经由第一搭接导体4的拐弯部21与其连接。另外，后段的第二直线导体5经由第一搭接导体4的拐弯部22与其连接。

与第二直线导体5连接的第二搭接导体6具有拐弯部24、直线部25和与其相连的约90度的大径圆弧部26，进而在大径圆弧部26的前端还具有上下方向上的台阶部27，进而还具有与台阶部27相连的约90度的小径圆弧部30和直线部31。

小径圆弧部30和直线部31与上述的第一供电导体2相邻，与第一供电导体2配置在相同的平面上。即，小径圆弧部30和直线部31在第一供电导体2的圆弧的中心方向上相邻，小径圆弧部30位于第一供电导体2之下，直线部31位于第一供电导体2的靠工件16一侧。

第一供电导体2与第二搭接导体6的小径圆弧部30和直线部31均位于同一平面上，该平面与第二直线导体5垂直。

接着，第三直线导体7与第二搭接导体6的直线部31连接。

第三直线导体7在上述的第一直线导体3之上与其相邻且平行地配置。

接着，第三搭接导体8构成为：在两端侧具有直线部32、33，在中央部分具有约180度的圆弧部35。但是，第三搭接导体8比上述的第一搭接导体4更小型化，第三搭接导体8配置在第一搭接导体4的径向内侧并与其相邻。即，第三搭接导体8重叠于第一搭接导体4之下。

第三搭接导体8和第一搭接导体4均位于同一平面上，该平面与第二直线导体5垂直。

接着，第四直线导体9与第三搭接导体8的直线部33连接。

第四直线导体9在上述的第二直线导体5之上与其相邻且平行地配置。

接着，第二供电导体10具有直线部36和与该直线部36连结的约90度的圆弧部37。第二供电导体10的大小为直径与上述的第二搭接导体6的小径圆弧部30的直径相等。上述的第二搭接导体6的小径圆弧部30在第二供电导体10的假想延长线上。另外，第二供电导体10相邻配置在第二搭接导体6的直线部25和大径圆弧部26的下侧。

观察感应加热线圈1的整体形状时，在其一端侧具有第一供电导体2、第二供电导体10和第二搭接导体6，它们形成单一的平面。

另外，在与它们相对的位置具有第一搭接导体4和第三搭接导体8，它们形成单一的平面。

而且，在相对的平面之间搭接有四个直线导体3、5、7、9。

四个直线导体3、5、7、9被分成两组，作为其中一组的第一直线导体3和第三直线导体7均以使用时为基准呈水平姿态，纵向排列配置在图中跟前一侧。所属于另一组的第二直线导体5和第四直线导体9纵向排列配置在图中里侧。

因此，两个组彼此位于大致相对的位置，构成组的直线导体中包括与相对的组对应的直线导体。

而且，第一搭接导体4和第三搭接导体8均位于直线导体的同一端部，将相对的组的对应的直线导体彼此连接。

即，第一搭接导体4连接下侧的直线导体3、5，第三搭接导体8连接上侧的直线导体7、9。

另一方面，第二搭接导体6将相对的组的不对应的直线导体彼此连接。即，第二搭接部6连接下侧的第二直线导体5和上侧的第三直线导体7。

将感应加热线圈1平面展开，构成图3所示的形状，成为涡旋状。因此，感应加热线圈1可以说是将两匝涡旋状的线圈变形而成的，相邻的位置上的导体中流动的电流的方向相同。

例如，在假设第一供电导体2为正、第二供电导体10为负的情况下，流经各部分的电流的方向如图1中的箭头所示，任何部位均为相同方向。

因此，流经电流时磁力线不发生干涉。

在使用本实施方式的感应加热线圈1将圆棒等长条状的工件16升温的情况下，如图2所示，使工件16的中心与上下的直线导体3、5、7、9的中间一致。

这里，本实施方式的感应加热线圈1构成为：在搭接导体4、6、8和供电导体2、10中具有直线部12、17、18、25、31、32、33、36，因此，各个圆弧状部11、20、26、30、35、37位于偏向上方的位置。即，如图2所示，圆弧状部11、20、26、30、35、37的中心线A-A，比包含设置在圆弧部的端侧的直线导体3、5、7、9的平面，更偏向靠近圆弧状部11、20、26、30、35、37的方向。因此，圆弧状部11、20、26、30、35、37的位置远离工件16，对于工件16的升温效果较低。特别是位于外侧的圆弧状部11、20、26远离工件16，对于工件16的升温效果较低。

另一方面，直线导体3、5、7、9均接近工件16。进一步，四个直线导体3、5、7、9被分成两组，所属于各个组的直线导体3、5、7、9相邻，因此，直线导体3、5、7、9部分相互增强磁力线，对于工件16的升温效果较高。

如上所述，感应加热线圈1的圆弧状部11、20、26、30、35、37与工件16的表面接近的时间较长，但在本实施方式中，特意使圆弧状部11、20、26、30、35、37的位置远离工件，并且直线导体3、5、7、9部分以相互增强磁力线的方式配置。因此，根据本实施方式的感应加热线圈1，实现整体的升温平衡。

在以上说明的实施方式中，在搭接导体4、6、8和供电导体2中设置直线部12、17、18、25、31、32、33、36，并且使圆弧状部11、20偏向上方，但本发明并不限定于该结构，例如也可以如图4、5所示的感应加热线圈38那样，圆弧状部11、20相对于工件16成为同心。

另外，在上述的实施方式中，第一供电导体2、第二供电导体10和第二搭接导体6在纵向上排列，形成单一的平面；在相对的位置上，第一搭接导体4和第三搭接导体8在纵向上排列，形成另一个单一的平面，但如图6所示，也可以将它们在横向上排列。在图6所示的感应加热线圈40中，将第一供电导体41、第二供电导体49、第二搭接导体45、第一搭接导体43、第三搭接导体47在横向上排列，构成覆盖工件的单一的曲面。另外，该曲面包含直线导体42、46、44、48的端部。

对感应加热线圈40的形状进行详细说明，感应加热线圈40是将第一供电导体41、第一直线导体42、第一搭接导体43、第二直线导体44、第二搭接导体45、第三直线导体46、第三搭接导体47、第四直线导体48、第二供电导体49依次串联连接而成的。而且，供电部13、14与第一供电导体41和第二供电导体49连接，对感应加热线圈40通电。

各部件的截面形状均为四边形，并且内部为中空，在使用时流通有冷却水。另外，部件的截面形状未必是四边形，也可以是圆形等。

第一供电导体41为约90度的圆弧状。第一直线导体42为与工件1的轴线平行地延伸的部件。第一搭接导体43形成约180度的圆弧状。后段的第二直线导体44位于与第一直线导体42相对的位置。

接着，第二搭接导体45构成为：具有两个约90度的圆弧部50、51，并且经由台阶部52连接两者。在本实施方式中，台阶部52为水平方向上的台阶。

两个圆弧部50、51的直径相同。另外，两个圆弧部50、51的直径也与上述的第一供电导体41相等。

一个圆弧部50位于感应加热线圈40的最外侧，以工件为基准与轴方向内侧的第二供电导体49横向相邻。另外，另一个圆弧部51位于第二供电导体49的假想延长线上，与外侧的第一供电导体41横向相邻。

接着，第三直线导体46在上述的第一直线导体42之上与其相邻且平行地配置。

接着，第三搭接导体47是具有约180度的圆弧部53的部件。但是，第三搭接导体47的直径与上述第一搭接导体43大致相同。第三搭接导体47配置为在第一搭接导体43的工件轴方向的内侧与其相邻。

第三搭接导体47和第一搭接导体43均位于覆盖工件的同一曲面上。

接着，第四直线导体48在上述的第二直线导体44之上与其相邻且平行地配置。

接着，第二供电导体49为约90度的圆弧状的部件。第二供电导体49的大小与上述的第一供电导体41相同。

观察感应加热线圈40的整体形状，在一端侧具有第一供电导体41、第二供电导体49和第二搭接导体45，在另一端侧具有第一搭接导体43和第三搭接导体47，它们分别构成单一的曲面。

而且，在相对的平面之间搭接有四个直线导体42、44、46、48。

四个直线导体42、44、46、48被分成两组，作为其中一组的第一直线导体42和第三直线导体46纵向排列配置在图中跟前侧，所属于另一组的第二直线导体44和第四直线导体48纵向排列配置在图中里侧。

因此，两组彼此位于大致相对的位置，构成组的直线导体中包括与相对的组对应的直线导体。

而且，第一搭接导体43和第三搭接导体47将对应于相对的组的直线导体彼此连接。

另一方面，第二搭接导体45将相对的组的不对应的直线导体彼此连接。即，第二搭接导体45连接下侧的第二直线导体44与上侧的第三直线导体46。

将感应加热线圈40在平面上展开，构成图7所示的形状，成为涡旋状。因此，感应加热线圈40可以说是将两匝涡旋状的线圈变形而成的，在相邻的位置上的导体中流动的电流的方向相同。

因此，流经电流时磁力线不发生干涉。

其次，对本发明的第三实施方式进行说明。

图8所示的感应加热线圈60是将第一供电导体61、第一直线导体62、第一搭接导体63、第二直线导体64、第二搭接导体65、第三直线导体66、第三搭接导体67、第四直线导体68依次串联连接而成的。而且，供电部13、14与第一供电导体61和第二供电导体68连接，对感应加热线圈60通电。

在本实施方式中，搭接导体63、65、67和第一供电导体61均为约90度的圆弧形状。

第一供电导体61与第二搭接导体65位于同一平面上，位于感应加热线圈60的一个侧面。另外，第一搭接导体63和第三搭接导体67位于同一个平面上，位于感应加热线圈60的另一个侧面。

另外，四个直线导体62、64、66、68均平行。而且，第一直线导体62和第三直线导体66位于感应加热线圈60的外侧的位置，第二直线导体64和第四直线导体68位于中央侧。

在本实施方式中，中央侧的第二直线导体64和第四直线导体68在横向上相邻。

假设第一供电导体61为正的情况下，流经各部分的电流的方向如图8的箭头所示，在横向上相邻的第二直线导体64和第四直线导体68中电流沿着同一方向流动。

因此，对于本实施方式的感应加热线圈60，流经电流时磁力线不发生干涉。

Claims

1.一种感应加热线圈，其在感应加热工件时使用，在自身中流通交流电流来产生变动磁场，使工件中产生感应电流，该感应加热线圈的特征在于：

具有与工件的轴大致平行地延伸的四个以上的直线导体和连接该直线导体的搭接导体，所述直线导体构成为至少其中的两个相邻配置，所述搭接导体与所述直线导体能够通电连接，并且所述搭接导体与所述相邻的直线导体以电流在相同方向上流动的方式连接。

2.如权利要求1所述的感应加热线圈，其特征在于：

搭接导体具有圆弧部，直线导体位于圆弧部的两端，圆弧部的中心与包含有在所述圆弧部的两端设置的直线导体双方的平面相比，向接近圆弧部的方向偏离。

3.如权利要求1所述的感应加热线圈，其特征在于：

直线导体与搭接导体串联连接，其展开图形整体上为涡旋状。

4.如权利要求1所述的感应加热线圈，其特征在于：

位于直线导体的至少一个端部侧的两个以上的搭接导体排列配置在同一个面内。

5.如权利要求4所述的感应加热线圈，其特征在于：

所述面为与直线导体垂直的平面。

6.如权利要求4所述的感应加热线圈，其特征在于：

所述面是包含直线导体的端部、并且覆盖工件的曲面。

7.如权利要求1所述的感应加热线圈，其特征在于：

直线导体被分开配置成两个组，构成所述组的直线导体相邻配置，并且所述组彼此位于大致相对的位置，构成组的直线导体中包括与相对的组对应的直线导体，在直线导体的一个端部至少具有两个搭接导体，至少两个搭接导体将相对的组的对应的直线导体彼此连接。

8.如权利要求1所述的感应加热线圈，其特征在于：

直线导体被分开配置成两个组，构成所述组的直线导体相邻配置，并且所述组彼此位于大致相对的位置，构成组的直线导体中包括与相对的组对应的直线导体，至少一个搭接导体将相对的组的不对应的直线导体彼此连接。

9.如权利要求1所述的感应加热线圈，其特征在于：

具有：对感应加热线圈供给电力的供电部；和连接供电部与直线导体的供电导体，供电导体的一部分或全部与搭接导体排列配置在同一个面内。

10.如权利要求1所述的感应加热线圈，其特征在于：

直线导体以感应加热线圈工作时的姿态为基准，排列配置在上下方向上。