CN102726119A - 用于多区感应加热系统的串扰降低方法 - Google Patents

Abstract

感应加热装置中的感应加热线圈之间的串扰的降低，以及特别是多区感应加热系统中的串扰的降低，为电源模块提供了更大的可靠性。其包括以下步骤：监控多个感应线圈中的电流，其中每个感应线圈中的电流频率相似，在每个电流中检测由该多个感应线圈中的相邻感应线圈中的电流的相位差所产生的失真，以及将检测到失真的该多个感应线圈之一中的电流相位进行偏移，直到消除失真。

Description

用于多区感应加热系统的串扰降低方法

相关申请数据

本申请根据35 U.S.C.§119(e)对“用于多区感应加热系统的串扰降低方法”、申请号为61/286,798、2009年12月16日提交的共同未决的申请要求优先权，其通过引用被合并于此。

技术领域

本发明一般地涉及感应加热装置，以及更特别地，涉及用于降低这种加热装置中的感应加热线圈之间的串扰的方法。

背景技术

在典型的感应加热系统中，通常需要对工作负荷的操作温度进行精确和精密的控制。此外，对于工作负荷的各部分来说可能有必要需要不同级别的加热，使得工作负荷的各个部分必须为了准确而被精密控制。

例如，Simcock的编号为5,059,762的美国专利公开了一种包括多个感应线圈部分的多区感应加热系统。每个感应线圈部分与工作负荷的相应区域相关联。来自电源的功率通过多个饱和电抗器中的相应的饱和电抗器被施加到每个线圈部分。每个饱和电抗器可操作成响应于从用于这种感应线圈部分的相应区域的操作获得的需求信号，来将一部分供电分流到其相应的感应线圈部分。由此，独立于其它区域的调节来调节每个区域中的温度。

工作负荷的温度调节中增加的精确度可能需要所调节的区域变得更小。更小的区域可能进一步需要感应线圈部分之间的更小的区域间隔，从而引起每个部分中的工作线圈更靠近邻近部分中的工作线圈。由于施加高频电流到每个工作线圈以产生用于加热工作负荷的感应场，因此由一个工作线圈所产生的这种场可能部分地穿过邻近工作线圈的磁芯，引起线圈之间的磁干扰或能量传递，从而导致线圈之间的串扰。

容易看出，当使这些工作线圈更紧密聚集时，串扰可能变得更加严重。由于串扰增加，驱动工作线圈中的每个相应的工作线圈的每个电源模块的可靠性被显著降低。由此，存在降低多区感应加热系统中的串扰的需要，以便为电源模块提供更大的可靠性。

发明内容

因此，本发明的目的是降低多区感应加热系统中的串扰，以便为电源模块提供更大的可靠性。

本发明有利地提供了降低多区感应加热系统的工作线圈之间的串扰的技术。在一个方面，本发明提供一种感应加热装置，其包括与要被加热的熔化物(melt)或工作负荷操作地相关联的感应线圈装置，其中该线圈被分成多个限定部分，每个限定部分都与使用中的工作负荷的相应区域相关联。电源生成输入到该感应线圈装置的功率。还存在控制装置，用于调节施加到工作线圈的每个所述部分的功率，以便调节相应的关联区域中的操作温度。

在另一个方面，本发明提供一种将音频或更高的频率、流过感应加热工作线圈的大功率电流进行同步，使得线圈之间的串扰被降低的方法，该串扰是磁干扰或能量传递。

在本发明的优选实施例中，线圈以相同频率被驱动并且同步它们之间的相位偏移，以便最小化线圈之间的串扰。当线圈以精确相同频率运行且线圈电流之间的相位偏移在-90和+90度之间时，线圈之间的串扰被显著地降低。当线圈精确同相时，线圈之间没有串扰。只要线圈之间的相位差不超过90度，串扰通常被降低到更加可控的水平。当线圈之间通过卷轴(roll)的串扰被降低时，这将生成缩小的加热区域宽度；从而由于区域之间不需要的发热而缩小了线圈覆盖区域(footprint)的拓宽。结果，由于相同加热量需要更少的功率，系统效率将略微改善。

当结合附图和所附的权利要求来阅读时，通过学习例性优选实施例的以下描述，本发明的这些和其它目的、优点和特征将对于本领域技术人员是容易明白的。

附图说明

图1说明了由公共信号来同步工作线圈电流。

图2说明了将工作线圈电流同步到公共输入电源。

图3说明了通过连续相位调制来同步工作线圈电流以最小化可测量的串扰。

图4说明了当感应线圈中存在未校准或其它方面的随机相位或频率时，串扰是如何存在的。

图5示出当感应线圈中存在校准的或其它方面的相同的相位和频率时，串扰如何被最小化或消除。

具体实施方式

现在参照图1，典型的感应加热装置尤其包括，电源模块10，其可以示例性地被分成五个电源模块部分10_a-e。要认识到的是，可以使用任意数量的电源模块部分，并且因此任意的这种数量都处于本发明的范围之内。

在本领域众所周知的是，电源模块10的各部分10_a-e与一段感应工作线圈(没有示出)相关联，该一段感应工作线圈要与工作负荷(没有示出)的相应区域操作地相关联。同样在本领域众所周知的是，每个电源模块部分10_a-e为它所关联的工作线圈产生工作线圈电流。

根据本发明，公共的同步信号12被发送给各电源模块部分10_a-e。示例性地，同步信号可以是高精度同步脉冲。同步信号可以被无线传送或经由电线11被传送。同步信号12被施加到电源模块部分10_a-e内的现有硬件，该现有硬件响应于由同步信号所提供的定时信息，使得电源模块部分10_a-e被锁定到该定时信息上。可以在传统的电源模块部分10_a-e内提供用于同步的专用硬件。

示例性地，同步信号12可以是施加到每个电源模块部分10_a-e的同步脉冲，每个电源模块部分10_a-e与工作线圈中相应的工作线圈相关联。从公共电源产生的工作线圈电流的相位在每个电源模块部分10_a-e处被如此偏移，使得施加到工作线圈中每个相应的工作线圈的电流被相位同步。

现在参照图2，描述了本发明的另一个示例性实施例。如图2中所示，来自传统的三相电源15的交流(AC)信号经由电线14或无线地被发送到每个电源模块部分13_a-e。用于同步工作线圈电流的定时信息可以由电源模块部分13_a-e从由电源15所提供的AC信号中提取。例如，定时信息可以具有从输入三相电力的零交叉(zero-crossing)或其它精确可测量的实例所搜集的相位定时。电源模块部分13_a-e内的传统硬件可以检测输入AC功率的零交叉的时间。

因此明白的是，多区感应加热系统具有从三相电源供电的多个工作线圈，该三相电源提供同步脉冲到多个功率控制器中的每个功率控制器，每个功率调节器与工作线圈中的相应的工作线圈相关联。从电源产生的电流的相位在每个功率控制器处响应于同步脉冲而偏移，使得施加到所述工作线圈中的每个相应的工作线圈的电流被相位同步。

此外，三相电源中的零交叉可被用于从所检测的三相交叉中产生定时信息。同样地，可以用定时信息来相称产生该同步脉冲。

现在参照图3，描述了本发明的又一个实施例。如图3中所示，来自电源模块部分16_a-e的用于串扰失真检测的输出经由电线27_a-e或无线地被发送到处理设备28。处理设备28持续地监控电源模块部分16_a-e以检测严重的串扰。所检测的串扰所诱发的失真表明了模块和其邻居之间的相位差。处理设备18将工作线圈电流的相位进行偏移，直到不再检测到串扰失真。

如本实施例所描述的，作为对施加同步或定时信号以维持工作线圈之间同步的替代，检测失真以指明缺乏同步。通过偏移相位直到这样的失真被最小化来达到同步。来自处理设备18的输出经由电线29_a-e或无线地被传送到电源模块部分16_a-e。从而，多区感应系统达到具有最小串扰的稳态条件。这是通常在全部或至少几个电源模块已经被加电的情况下应用的示例。

同样在图3中，可以通过对与电源模块部分16_a-e相关联的个别区域依次进行加电来更快地达到稳态，使得每个区域可以与其邻居同步而没有与另一个邻居的任何潜在的冲突性串扰。例如，电源模块部分16_a在没有任何串扰的情况下被首先开启。下一个电源模块部分16_b被开启并且被锁定到电源模块部分16_a的信号。同样地，电源模块部分16_c接着被开启并被锁定到电源模块16_a和16_b。

该过程持续，直到全部的电源模块部分16_a-e被加电。注意到，电源模块的数量是任意数量，并且该过程持续直到全部的电源模块都被加电并且被锁定到所有被先前加电的电源模块。这个示例通常在电源模块先前未被加电的情况下应用。

另外如图3中所示，来自先前两个方法的原理被组合且应用到加热系统，其中一些电源模块已经被加电，而其他电源模块没有被加电。这样的一个示例是电源模块部分16_a和16_b被加电而电源模块部分16_c、16_d和16_e没有被加电的情况。如果这些电源模块将要被依次加电，电源模块部分16_c将被加电并被锁定到电源模块部分16_a和16_b。接下来，电源模块部分16_c被加电并被锁定到所有被先前加电的电源模块部分16_a、16_b和16_c。最后，电源模块部分16_e被加电并被锁定到所有被先前加电的电源模块部分16_a、16_b、16_c和16_d。

在电源模块部分被相继加电的同时，最初被加电的电源模块部分16_a和16_b的相位信息将被不断地校准以最小化它们的相应的工作线圈之间的串扰。同样地，电源模块部分16_a-e的整个系统将在彼此之间被不断地校准，以便最小化它们的相应的工作线圈之间的串扰。例如，甚至在电源模块部分16_c、16_d和16_e正在被加电且被校准到已经被加电的电源模块部分16_a和16_b的同时，电源模块部分16_a和16_b同样正被校准，以与所有随后被加电的电源模块部分16_c、16_d和16_e同步。

此外，在图3中，用于在电源模块部分16_a-e的相应的工作线圈之间降低串扰的电源模块部分16_a-e之间的校准，可以顺序地在一个或多个线圈被加电之前或之后，或者同时地在一个或多个线圈被加电的同时或之后。

因此，通过监控流过加热系统的电源模块部分16_a-e中的每个相应的电源模块部分中的多个感应线圈中的每个感应线圈的电流，处理设备18持续地检测从这些感应线圈中的每个其它感应线圈中的电流引起的这些电流串扰中的每个电流串扰，根据这些串扰可以确定感应线圈之一中的电流和感应线圈中的另一个感应线圈中的电流之间的的相位差。由此，感应线圈中的至少一个感应线圈和另一个感应线圈的电流相位被偏移，直到串扰基本上被消除。

这也可以每次一个地被顺序地完成。例如，线圈可使电流最初流过它以为它确定稳态条件。在这以后，随后的线圈将被每次一个地校准以匹配第一线圈的相同稳态，直到全部的线圈达到相同的稳态条件。这个过程可以用没有电流流过线圈或电流已经流过一些线圈的系统来发起。在后者的情况下，已经有电流流过它们的线圈也将把它们自己校准到随后有电流流过它们的线圈。这些过程可以持续，直到全部的线圈被同步和/或串扰基本上被消除。

此外，工作线圈电流的同步通过频率变化来排除个别区域功率电平控制。因此，当使用占空比来控制个别区域输出功率时，所描述的该方法是特别可适用的。这在图4中被说明，其中不同步的线圈实际上等同于线圈之间的随机相位，由线圈20a、b和c的北磁极(N)和南磁极(S)所说明，这引起了线圈之间的串扰21或显著的能量流。实际上，当能量在线圈之间流动时，热量在线圈之间滚动。

图5示出了线圈被如此同步，使得线圈22a、b和c精确同相的示例。这是由线圈22a、b和c的北磁极(N)和南磁极(S)所说明的。由于线圈之间没有能量流动，所以线圈22a、b和c之间没有串扰。

已经在这里公开了用于同步工作线圈电流的各种方法。一种方法采用了公共的同步信号，例如高频脉冲，其将包括足够的定时信息，用于将电源模块锁定到该定时信息上。该方法使用电源模块内的硬件以便同步该电源模块。该同步可以通过有线或无线信号来实现。

另一种方法从公共的输入三相电源提取定时信息。这将接着被用于同步工作线圈电流。可以从输入功率的零交叉或其它精确可测量的输入来搜集相位定时。该方法的困难在于公共电源中不准确的和不精确的定时信息。需要附加的硬件来检测输入AC功率的零交叉的时间。

又一种方法使用了现有的串扰失真检测来轻移(nudge)不同工作线圈的相位，直到不再报告串扰失真。在该方法中，逆变器和/或工作线圈电流被持续地监控以检测严重的串扰。这些所检测的串扰所诱发的故障指明了在模块和其邻居之间的相位差。通过缓慢地偏移工作线圈电流的相位直到不再检测到串扰失真，不需要同步或定时信号。多区感应系统在最小串扰的情况下达到稳态条件。

此外，可以通过对个别区域依次进行加电来更快地达到稳态，使得每个区域可以与其邻居同步而没有与另一个邻居的任何潜在的冲突性串扰。由于不需要附加的硬件，该方法导致了最低成本的解决方案。该方法独特之处在于，它使用相邻区域的工作线圈电流作为定时源。

以上已经描述了用于降低多区感应加热系统中的串扰的新颖的装置和方法。在没有偏离所附的权利要求的法定允许的范围的情况下，本领域技术人员现在可以多方利用以及偏离以上所描述的实施例。

Claims (10)

1.一种用于多区感应加热系统的串扰降低方法，包括以下步骤：

监控与加热系统中的多个电源模块部分(10、13、16)中的相应的电源模块部分相关联的多个感应线圈(17、19)中每个感应线圈中的电流，其中每个感应线圈(17、19)中的电流的频率基本上相似；

在每个电流中持续检测由所述多个感应线圈(17、19)中的相邻线圈中的电流的相位差所产生的失真；以及

相对于所述多个感应线圈(17、19)中的相邻感应线圈中的相位，将检测到该失真的所述多个感应线圈(17、19)之一中的电流的相位进行偏移，直到该失真基本上被消除，从而降低感应线圈之间的串扰。

2.一种如权利要求1中所述的用于多区感应加热系统的串扰降低方法，进一步包括以下步骤：

在所述多个感应线圈(17、19)中的第一感应线圈中发起电流，直到已经为所述多个感应线圈(17、19)中的所述第一感应线圈获得预定稳态条件；

在所述多个感应线圈(17、19)中的下一个相继的感应线圈中发起电流，直到已经为所述多个感应线圈(17、19)中的所述下一个相继的感应线圈获得稳态条件；以及

重复检测步骤和偏移步骤，直到该检测步骤确定基本上消除了所述多个感应线圈(17、19)中的第一感应线圈的电流中的失真。

3.一种如权利要求2中所述的用于多区感应加热系统的串扰降低方法，进一步包括以下步骤：

在所述多个感应线圈(17、19)中的进一步相继的多个感应线圈中的当前感应线圈中顺序地发起电流，直到已经为所述多个感应线圈(17、19)中的进一步相继的多个感应线圈中的当前感应线圈获得稳态条件；以及

重复检测步骤和偏移步骤，直到该检测步骤确定基本上消除了所述多个感应线圈(17、19)中的进一步相继的多个感应线圈中的当前感应线圈中的电流和所述多个感应线圈(17、19)中的进一步相继的多个感应线圈中的紧接在先感应线圈中的电流之间的串扰。

4.一种如权利要求1中所述的用于多区感应加热系统的串扰降低方法，其中所述相位偏移步骤包括以下步骤：

生成同步脉冲(12)，用于施加到每个所述电源模块部分(10、13、16)；以及

响应于该同步脉冲，在每个电源模块部分(10、13、16)处将从主电源(15)产生的电流的相位进行偏移，使得施加到所述多个感应线圈(17、19)中的每个相应的感应线圈的电流被相位同步。

5.一种如权利要求4中所述的在多区感应加热系统中的串扰降低方法，进一步包括以下步骤：

检测电源(15)的三相电力中的零交叉；以及

根据所述检测的三相交叉来产生定时信息，用该定时信息来相称地产生该同步脉冲。

6.在具有施加了来自电源(15)的电流的多个电源模块部分和多个工作线圈(17、19)的多区感应加热系统中，每个所述工作线圈(17、19)与所述电源模块部分(10、13、16)中的相应的电源模块部分相关联，该电源模块部分(10、13、16)中的相应的电源模块部分产生用于所述工作线圈(17、19)中的所述关联的工作线圈的工作线圈电流，一种在所述线圈(17、19)之间降低串扰的方法包括以下步骤：

监控每个所述工作线圈(17、19)中的所述工作线圈电流，其中在每个所述工作线圈(17、19)中的所述工作线圈电流的频率基本上相似；

在每个工作线圈电流中持续检测由所述多个工作线圈(17、19)中的相邻工作线圈中的所述工作线圈电流的相位差所产生的失真；以及

相对于所述多个工作线圈(17、19)中的相邻工作线圈中的相位，将检测到该失真的所述多个工作线圈(17、19)之一中的所述工作线圈电流的相位进行偏移，直到该失真基本上被消除，从而降低工作线圈之间的串扰。

7.一种如权利要求6中所述的降低串扰的方法，进一步包括以下步骤：

在所述多个工作线圈(17、19)中的第一工作线圈中发起所述工作线圈电流，直到已经为所述多个工作线圈(17、19)中的所述第一工作线圈获得预定稳态条件；

在所述工作线圈中的下一个相继的工作线圈中发起所述工作线圈电流，直到已经为所述多个工作线圈(17、19)中的所述下一个相继的工作线圈获得稳态条件；以及

重复检测步骤和偏移步骤，直到该检测步骤确定基本上消除了所述多个工作线圈(17、19)中的所述第一工作线圈的所述工作线圈电流中的失真。

8.一种如权利要求7中所述的降低串扰的方法，进一步包括以下步骤：

在所述多个工作线圈(17、19)中的进一步相继的多个工作线圈中的当前工作线圈中顺序发起所述工作线圈电流，直到已经为所述多个工作线圈(17、19)中的进一步相继的多个工作线圈中的当前工作线圈获得稳态条件；以及

重复检测步骤和偏移步骤，直到该检测步骤确定基本上消除了所述多个工作线圈(17、19)中的进一步相继的多个工作线圈中的当前工作线圈中的所述工作线圈电流和所述多个工作线圈(17、19)中的进一步相继的多个工作线圈中的紧接在先工作线圈中的所述工作线圈电流之间的串扰。

9.一种如权利要求6中所述的降低串扰的方法，其中所述相位偏移步骤包括以下步骤：

生成同步脉冲(12)，用于施加到每个所述电源模块部分(10、13、16)；以及

响应于该同步脉冲，在每个电源模块部分(10、13、16)处将从所述电源产生的电流的相位进行偏移，使得施加到所述多个工作线圈(17、19)中的每个相应的工作线圈的所述工作线圈电流被相位同步。

10.一种如权利要求9中所述的降低串扰的方法，进一步包括以下步骤：

检测所述电源中的零交叉，其中所述电源是三相电源(15)；以及

根据所述检测到的三相交叉来产生定时信息，用该定时信息来相称地产生该同步脉冲(12)。

Images