CN108141920A - 电磁感应加热装置以及轻合金轮圈制造方法 - Google Patents

Abstract

一种电磁感应加热装置，其能够在短时间内有效率地将半成品状轻合金轮圈等被加热物，加热到特定温度，所述电磁感应加热装置1包含有：一旋转体2，以相同极性位于被加热物8侧的方式配置有多个磁铁21；以及旋转驱动马达3，使旋转体2旋转；利用使旋转体2旋转而产生的感应电流，来加热被加热物8。通过以移动用马达6来控制旋转体2的磁铁21与被加热物8之间的距离D，可以有效率地对热膨胀系数大的轻合金圈等进行加热。

Description

电磁感应加热装置以及轻合金轮圈制造方法

技术领域

本发明涉及一种电磁诱导加热装置以及轻合金轮圈制造方法。

背景技术

以往，作为铝合金制铝轮圈等轻合金轮圈的制造方法，有种先铸造出半成品状的铝圈，再对所述铝圈进行旋转加工，而形成所要圈缘形状的制造方法。例如，在专利文献1中，即记载一种先铸造出半成品状的铝圈，再对所述半成品状的铝圈进行部分加工，而形成圈缘部的制造方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2003-127030号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在那种通过加工来形成铝圈的圈缘部的一部分的制造方法中，有必要在对半成品状铝圈进行加工前，先将其预加热到适合加工的温度。虽然在专利文献1中有记载了利用加热炉来进行加热，但要在加热炉中预加热半成品状的铝圈是耗时的，且有导致铝圈制造设备大规模化的问题。

因此，本发明在于提供一种电磁感应加热装置，其能够在短时间内有效率地将半成品状轻合金轮圈等被加热物，加热到特定温度。

解决问题的技术手段

本案的发明人发现通过使用电磁感应加热发现，比起以往的使用加热炉的制造方法，可以在短时间内有效率地对被加热物进行加热，因而完成本发明。

为了解决上述问题而提供本发明如下。

[1]一种电磁感应加热装置，其特征在于包含有：一旋转体，以相同极性位于被加热物侧的方式配置有多个磁铁，；以及旋转驱动装置，使所述旋转体旋转；利用使所述旋转体旋转而产生的感应电流，来加热所述被加热物。

[2]根据所述[1]所述的电磁感应加热装置，其中在所述旋转体上配置有多个所述磁铁，且所述被加热物是半成品状的轻合金轮圈。

[3]根据所述[1]或[2]所述的电磁感应加热装置，其进一步包含有：温度测量装置，用以测量所述被加热物的温度；以及移动装置，用以使所述旋转体与所述被加热物两者的至少一者移动，而使所述距离产生变化。

[4]根据所述[3]所述的电磁感应加热装置，其中所述温度测量装置会测量所述半成品状轻合金轮圈在所述旋转体侧的第一温度，以及在与所述旋转体相反侧的第二温度，并根据所述第一温度和所述第二温度，使所述旋转体的转速和所述距离两者的至少一者产生变化。

[5]根据所述[4]所述的电磁感应加热装置，其会使所述旋转体的旋转，以及所述磁铁和所述被加热物之间的距离，两者的至少一者产生变化，以使所述第一温度和第二温度间之差在50℃～150℃之间。

[6]根据所述[3]、[4]或[5]所述的电磁感应加热装置，其还包含有一距离测量装置，用以测量多个所述磁铁与所述被加热物间的距离，且所述移动装置会根据所测量到的距离，使所述旋转体与所述被加热物两者的至少一者移动。

[7]根据所述[6]所述的电磁感应加热装置，其包含有多个所述距离测量装置，且所述移动装置会根据所述多个距离测量装置所检测出的多个距离当中的最大值或最小值，来使所述被加热物与所述旋转驱动装置两者的至少一者移动。

[8]根据所述[6]或[7]所述的电磁感应加热装置，其中所述距离测量装置，会根据所述旋转体中的所述磁铁与所述被加热物之间的静电电容变化，或是激光光的变化，而来测量所述距离。

[9]一种轻合金轮圈的制造方法，包含通过电磁感应来对半成品状轻合金轮圈进行加热的加热步骤。

[10]根据所述[9]所述的轻合金轮圈制造方法，其中所述加热步骤，是利用在所述半成品状轻合金轮圈的下方，通过权利要求1所述电磁感应加热装置的所述旋转体旋转而产生的感应电流而对所述半成品状轻合金轮圈进行加热。

[11]根据所述[9]或[10]所述的轻合金轮圈制造方法，其还包含：形成所述半成品状轻合金轮圈的铸造步骤；以及，对由所述加热步骤而被加热的轻合金轮圈进行加工的加工步骤。

发明的效果

根据本发明，通过以相同极性位于被加热物侧的方式配置有多个磁铁，磁力线呈平行且可到达远处，因而可以利用通过旋转体的旋转所产生的感应电流，而有效率地对被加热物进行加热。因此，可以在短时间内有效率地将半成品状轻合金轮圈之类的被加热物，加热到特定温度。

附图说明

图1是示意性地表示本发明第一实施方式的一种电磁感应加热装置1的概略构成的方块图

图2是图1的AA方向箭视图，为从设有磁铁21的磁铁面侧看旋转体2时的正面图

图3是旋转体2与被加热物8的侧面图

图4是示意性地表示图1的电磁感应加热装置1的变形例的方块图

图5是本发明第二实施方式的铝圈制造方法的流程图

图6是示意性地表示第二实施方式的铝圈制造方法中使用了电磁感应加热装置1的加热步骤的方块图

图7是表示实施例1的测量结果的示意图

图8是表示实施例2的测量结果的示意图

图9是表示实施例3的测量结果的示意图

图10是表示实施例3的测量结果的示意图

图11是表示实施例3的测量结果的示意图

具体实施方式

(第一实施方式)

就本发明的实施方式参照附图说明如下。

图1是示意性地表示本发明第一实施方式的一种电磁感应加热装置1的概略构成的方块图。如图1所示，本实施方式的电磁感应加热装置1包含有：旋转体2、旋转驱动马达(旋转驱动装置)3、距离测量装置4、温度测量装置5、移动用马达(移动装置)6、以及控制装置7。

图2为图1的AA箭视图，为从设有磁铁21的面(以下也称之为“磁铁面”)侧看旋转体2时的正面图。如图1及图2所示，旋转体2是构成在圆盘的其中一面上，同心圆状(圆环状)配置有多个磁铁21。旋转体2在与磁铁面相反的表面上，在磁铁21的同心圆中心位置上，经由旋转轴22，与旋转驱动马达3相连接。以旋转驱动马达3来旋转旋转体2，使其产生感应电流而来加热被加热物8。将旋转体2与旋转驱动马达3连结的装置，除了旋转轴22之外，也可以使用链条、皮带等公知装置。

磁铁21可以使用铁氧(ferrite)磁铁、钐钴磁铁(Sm-Co系磁铁)、钕系(Neodym)磁铁(Nd-Fe-B系磁铁)等稀土类磁铁、铝镍钴(alnico)磁铁(Al·Ni·Co磁铁)等。从有效率地加热被加热物8的观点来看，最好用稀土类磁铁等磁力强的磁铁。

图3是旋转体2与被加热物8的侧面图。附加在图3中的磁铁21上的箭头，起始点侧表示S极侧，终点侧表示N极侧。图3中，虽示出一种所有的磁铁21的N极都在被加热物8侧的例子，然而亦可以构成所有的磁铁21的S极位于被加热物8侧。只要将所有的磁铁配置成相同的极性位于被加热物8侧，磁束即可如图3的虚线箭头所示相互平行，而使磁力线从旋转体2到达相当远的位置。因此，通过使旋转体2旋转，在被加热物8的广范围内将产生大的涡状感应电流(以下，也称之为“涡电流”)，因而可以有效率地加热被加热物8。

在图3中，示出一种为了使被加热物8产生感应电流而使旋转体2旋转的构成。然而，亦可以使被加热物8旋转，通过固定旋转体2，来使感应电流产生。但是，由于通过使旋转体2旋转，可以获得使磁铁21冷却的效果，因此优选使用居里(curie)点较低的稀土类磁铁来作为磁铁21时使旋转体2旋转的构成。电磁感应加热装置1也可以使用冷却风扇等冷却装置来冷却磁铁21。

旋转驱动马达3(参照图1)是经由旋转轴22来旋转驱动旋转体2，且通过后述控制装置7而构成可以变更旋转力矩、转速等。

距离测量装置4是测量旋转体2的磁铁21的被加热物8侧端，与被加热物8之间的距离D的装置。距离测量装置4可以列举是一种检测出旋转体2的磁铁21与被加热物8之间的静电电容变化，或是通过两者间的间隙的激光光变化的装置。

图1虽已示出具有二个距离测量装置4的例子，但是距离测量装置也可以是1个，或是3个以上。从测量精确度的观点来看，优选使用多个距离测量装置4来测量距离D。

温度测量装置5会测量被加热物8的温度，并将结果输出到控制装置7。温度测量装置5可以使用热电偶等公知温度传感器。如图1所示，虽可以在一个地方测量被加热物8的温度，但当有必要就被加热物8的各部位测量温度时，优选使用多个温度测量装置5来测量被加热物8的温度。

移动用马达6是使旋转驱动马达3在平行于旋转轴22的方向上移动，而使旋转体2与被加热物8之间的距离产生变化。例如，当距离测量装置4测量到被加热物8热膨胀而距离D变小时，即使旋转驱动马达3向远离被加热物8的方向移动，而能将距离D维持在良好加热效率的大小。

图1中虽示出包含使旋转驱动马达3移动而以使旋转体2的位置产生变化的移动用马达6的构成，但也可以是使被加热物8的位置产生移动的构成，或是使旋转体2与被加热物8的位置都移动的构成。

控制装置7是以有线或无线地电性连接所述旋转驱动马达3、距离测量装置4、温度测量装置5以及移动用马达6，而控制这些装置的装置，例如可使用计算机等来构成。有关控制装置7的控制，将说明于下。

控制装置7利用距离测量装置4所测量的距离D来控制旋转驱动马达3或移动用马达6。当检测到被加热物8因加热而膨胀变形时，停止旋转驱动马达3，并以移动用马达6来移动旋转体2。由此，将能够防止旋转体2和被加热物8相接触。例如，当旋转体2和被加热物8之间的距离D，小到有相接触的危险时，使旋转体2向远离被加热物8的方向移动。此时，只要将距离D维持在加热效率良好的距离，即可使加热效率良好。

控制装置7可以利用温度测量装置5所测量得的被加热物8的温度，来控制旋转驱动马达3或是移动用马达6。例如，通过在被加热物8达到特定温度时前，维持加热效率较高的距离D和转速，随着接近目标温度，距离D和转速产生变化，由此可以准确地控制被加热物8的温度。也可在被加热物8达到特定温度时，使旋转驱动马达3停止，并使旋转体2向远离被加热物8的方向移动。

当电磁感应加热装置1中具备有多个距离测量装置4时，控制装置7也可以使用所检测到的多个距离D中的最大值或最小值，来控制各部单元。

被加热物8包含因磁场受到变化而产生涡电流的原材料。被加热物8例如是包含含有铝的铝合金等的物件，具体而言，可列举铝窗框或铝圈等。此外，以铝、镁、钛等轻金属为主体的合金即包含轻合金的物件，还可作为被加热物8来进行加热。

图4是示意性地表示本实施方式的电磁感应加热装置1的变形例的方块图。如图4所示，也可以构成为在被加热物8的两侧都配置电磁感应加热装置1。通过使用多个电磁感应加热装置1，可以缩短被加热物8达到特定温度的时间，也可以使被加热物8更高温。

(第二实施方式)

以下说明利用第一实施方式中所述的电磁感应加热装置1，来对作为轻合金轮圈的一例的铝合金制半成品状铝圈进行加热的铝圈制造方法。

图5是本发明第二实施方式的铝圈制造方法的流程图。如图5所示，本实施方式的铝圈制造方法包含：对特定铝合金材料进行铸造而形成半成品状铝圈的铸造步骤S1；对铸造步骤S1中所形成的半成品状铝圈进行加热的加热步骤S2；以及，对已在加热步骤S2中被加热的半成品状铝圈进行加工，以形成包含特定形态的圈缘部的加工步骤S3。

(铸造步骤S1)

铸造步骤S1是将熔融金属倒入由模具形成的模槽中，冷却后，再开模，而形成作为铝合金制铸件的半成品状铝圈的步骤。制造一体式(单片式)铝圈时，是一体成型所述圈缘部和圆盘部。制造分离式(两片式)铝圈时，则分别形成所述圈缘部和圆盘部。不管哪一情况，都会利用后续的加工步骤S3来改变圈缘部的一部分的形状，而将圈缘部作成特定的形状。

在本发明中，将铸造步骤S1所形成的铝合金制铸件，称之为半成品状铝圈(近净形状(near net shape))。

(加热步骤S2)

加热步骤S2是将半成品状铝圈预先加热至在后续加工步骤S3中适合加工的温度的步骤。

以往，为了在加工步骤前，将半成品状铝圈加热到例如150℃～400℃程度的适于加工的温度，使用加热炉。但是，使用加热炉的这种加热方式将半成品状铝圈加热到特定温度，需要长的时间且加热炉需要宽广的设置场所，因而成为铝圈制造经济性低下的一项因素。

此外，在以往的使用加热炉的加热过程中，整个半成品铝圈都会被加热到特定温度，然而，在加工步骤S3中要被加工的，仅是半成品铝圈的一侧面圈缘部。例如，对一体式铝圈加工时，优选将另一侧面维持低的温度，以使铸造步骤S1中所形成的圆盘部不会因加工步骤S3而变形。因此，若能将半成品铝圈侧面中，被塑形变形的一侧面，加热到比另一侧面还高的温度，则可以使铝圈制造效率进一步提高。

于是，本实施方式的铝圈制造方法中的加热步骤S2，是通过使用电磁感应加热装置1的电磁感应，来加热半成品状铝圈。电磁感应加热装置1可以有效率地加热半成品状铝圈，且即使狭窄空间亦可设置。因此，可以抑制铝圈制造所要需的时间、能量、空间等。

此外，通过使用电磁感应加热装置1，可以选择性地加热半成品状铝圈的其中一侧面到高的温度，即可以在半成品状铝圈上产生温度梯度地加热。因此，在加工步骤S3中，可以使其中一侧面处于适合加工的温度，并使另一面处于不会产生不想要的变形等的温度。

根据使用了电磁感应加热装置1的加热步骤S2，可以将半成品状铝圈加热到例如150℃～500℃的程度。

(加工步骤S3)

加工步骤S3是将铸造步骤S1中所形成的半成品状铝圈，变形至特定形状的步骤。加工步骤S3可举例例如塑性加工步骤、锻造(冲压)步骤等。

塑性加工步骤是将半成品状铝圈装入耐压性模箱中，并使其与模箱一起旋转，然后再用辊以特定压力推压并移动在要形成圈缘部的部分，由此而作成特定形状的步骤。在塑性加工步骤中，会对半成品状铝圈中形成为比完成品还厚的圈缘部，进行拉伸加工。

锻造步骤是把半成品状铝圈，装入耐压性模具中，再以高压冲压来形成特定形状铝圈的步骤。锻造步骤适合用于制造公共汽车或卡车等大型车辆的铝圈。

从不使铝圈完成品产生变形的观点来看，优选在加工步骤S3结束的时点，整个铝圈的温度是均匀的。在利用塑性加工而作成特定形状时，在加工步骤S3中被拉伸的一侧圈缘部，比起另一侧，温度下降程度大。因此，在加工步骤S3开始的时点，通过先提高要被加工的一侧的圈缘部的温度，可以作出变形得以抑制的铝圈。从此观点来看，使被拉伸的一侧的圈缘部，和另一侧圈缘部之间的温度差，在加工步骤S3结束的时点，优选处于100℃以内，更优选处于50℃以内，进而更优选处于30℃以内。再者，此处所提及的“温度差”是指被拉伸的一侧与另一侧各自圈缘部的温度平均值。

图6是示意性地表示使用本实施方式的电磁感应加热装置1的加热步骤S2的方块图。图6所示的电磁感应加热装置1的温度测量装置5包含有：温度测量装置5A，测量半成品状铝圈81的旋转体侧的第一温度；以及，温度测量装置5B，测量与旋转体2相反侧的第二温度。在下文中，权宜之便，也将“半成品状铝圈81”称之为“铝圈81”。

如图6所示，在加热步骤S2中，仅在作为被加热物8的半成品状铝圈81的下方侧，来使旋转体2旋转。由此，由于可以仅在半成品状铝圈81的其中一侧进行加热，因而可以使铝圈81中产生温度梯度，而能选择性地使加工步骤中要被加工的一侧面变得高温。而且，通过使旋转体2在铝圈81的下方旋转，可以抑制被加热铝圈81的热对磁铁21造成影响。

在加热步骤S2(参照图5)中，控制装置7是使用温度测量装置5A和5B所测量的第一温度与第二温度，来控制旋转驱动马达3和移动用马达6。由此，在半成品状铝圈81的两侧面中，可以将旋转体2侧的侧面，设定到适于加工的特定温度，且将旋转体2相反侧的侧面设定到不会产生不想要的变形的温度。

从加热步骤S2中的加热效率，以及将半成品状铝圈81的两侧面设定到适于加工步骤的温度的观点来看，优选使加热步骤S2中温度测量装置5A和5B所测量的第一温度和所述第二温度之差，设为50℃～150℃，更优选设为70℃～130℃，进而更优选设为80℃～130℃。

而且，在第二实施方式中，就在铝圈制造方法中使用了本发明的电磁感应加热装置1的情形进行说明。在制造铝窗框时，有必要在通过模具而使柱状铝合金原料作成特定形状之前，将其加热至特定温度。在这种情况下，若使用本发明的电磁感应加热装置1，则可以将柱状铝合金材料加热到有温度梯度产生。通过将柱状铝合金原料的最初通过模具侧，加热到比稍后通过模具侧更高温，将在加工步骤结束时的铝窗框的温度可以均匀，而能有效率地制造出温度不均造成的变形少的铝窗框。

[实施例]

以下，虽以实施例来更具体说明本发明，但本发明不限于此。

用具有以下结构的电磁感应加热装置1(参照图5)，并使用温度测量装置5A来作测量，其中温度测量装置5A包含热电偶，其被埋入被加热物8的旋转体2侧端面中的凹穴内且离侧端面44mm处。

·被加热物：

·材质：铝合金制

·外形：直径425mm×118mm

·重量：11.8kg

·比热：900(J/Kg K)(20℃)

·热传导率：204(W/m K)

(实施例1)

使用电磁感应加热装置1，此装置包含：在直径390mm的圆周上均等配置有28颗钕系磁铁的旋转体2；以及，输出达11KW的旋转驱动马达3。自被加热物8到旋转体2的磁铁21的距离D设为2.0mm，2.5mm，3.0mm。就各距离来变化旋转体2的转速，而来测量室温与被加热物8的温度差达100℃，即被加热物8的温度从室温上升100℃，所要的时间(秒)。将结果显示于表1与图7。

[表1]

由室温上升100℃所需要的加热时间(秒)

(实施例2)

使用和实施例1一样的电磁感应加热装置1，并将被加热物8的端部到旋转体2的磁铁21的距离D设为2.6mm，2.8mm，3.0mm。就各距离来变化旋转体2的转速，而来测量室温与被加热物8的温度差达200℃，即被加热物8的温度从室温上升200℃，所要的时间(秒)。将结果显示于表2与图8。

[表2]

由室温上升200℃所需要的加热时间(秒)

(实施例3)

使用和实施例1一样的电磁感应加热装置1，且设定为实施例1中以最短时间加热的D＝2.0mm，转速1750rpm，在此之下，通过846秒的加热，可将被加热物变成350℃。

(实施例4)

使用和实施例1不同的电磁感应加热装置，不同点在于使用以铁氧磁铁取代钕系磁铁的旋转体2，及旋转驱动马达3的输出为3.5KW。将被加热物8的端部到旋转体2的磁铁21的距离D设为1.8mm，2.0mm，2.2mm，2.4mm，2.6mm，2.8mm。就各距离来变化旋转体2的转速，而来测量室温下的被加热物8达40℃所要的时间(秒)。将结果显示于表3与图9～图11。

[表3]

由室温上升40℃所需要的加热时间(秒)

由实施例1～4的结果，了解以下事项。

(1)使用钕系磁铁的实施例1～3及使用各向异性铁氧磁铁的实施例4，都可以以磁性感应来加热铝合金制被加热物。

(2)通过使用钕系磁铁，可以将铝合金制被加热物加热到加工所需要的350℃。

(3)就钕系磁铁与各向异性铁氧磁铁两者而言，其加热效率良好的转速是不同的。在本实施例中，钕系磁铁的最适转速是1750(rpm)，而各向异性铁氧磁铁则约3100(rpm)。

(4)当被加热物与磁铁间的距离D变小时，加热效率有效提高。(5)在被加热物的旋转体侧的第一温度，和与其相反侧的第二温度之差为100℃左右的条件下进行加热时，其加热效率比起两者之差为200℃左右的条件下进行加热的情况还好。

产业上的可利用性

本发明的电磁感应加热装置例如可用于有效率地加热半成品状轻合金轮圈等，且短时间内即能到达适于作加工步骤的特定温度的装置。

[符号的说明]

1：电磁感应加热装置

2：旋转体

21：磁铁

22：旋转轴

3：旋转驱动马达(旋转驱动装置)

4：距离测量装置

5，5A，5B：温度测量装置

6：移动用马达(移动装置)

7：控制装置

8：被加热物

81：半成品状铝圈

D：磁铁与被加热物之间的距离

Claims (11)

1.一种电磁感应加热装置，其特征在于包含有：

旋转体，以相同极性位于被加热物侧的方式配置有多个磁铁；以及

旋转驱动装置，使所述旋转体旋转；

利用使所述旋转体旋转而产生的感应电流，来加热所述被加热物。

2.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其中在所述旋转体上配置有多个所述磁铁，且所述被加热物是半成品状轻合金轮圈。

3.根据权利要求1或2所述的电磁感应加热装置，其进一步包含有：

温度测量装置，测量所述被加热物的温度；以及，

移动装置，使所述旋转体与所述被加热物两者的至少一者移动，由此使所述距离产生变化。

4.根据权利要求3所述的电磁感应加热装置，其中所述温度测量装置会测量所述半成品状轻合金轮圈在所述旋转体侧的第一温度，以及与所述旋转体相反侧的第二温度，

根据所述第一温度和所述第二温度，使所述旋转体的转速和所述距离两者至少一者产生变化。

5.根据权利要求4所述的电磁感应加热装置，其会使所述旋转体的旋转，以及所述磁铁和所述被加热物之间的距离，两者的至少一者产生变化，以使所述第一温度和第二温度之差在50℃～150℃。

6.根据权利要求3、4或5中任一项所述的电磁感应加热装置，其还包含有距离测量装置，测量所述多个磁铁与所述被加热物间的距离，

所述移动装置会根据所述距离测量装置所测量到的距离，使所述旋转体与所述被加热物两者的至少一者移动。

7.根据权利要求6所述的电磁感应加热装置，其包含有多个所述距离测量装置，

所述移动装置会根据所述多个距离测量装置所检测出的多个距离当中的最大值或最小值，来使所述被加热物与所述旋转驱动装置两者的至少一者移动。

8.根据权利要求6或7所述的电磁感应加热装置，其中所述距离测量装置，会根据所述旋转体中的所述磁铁与所述被加热物之间的静电电容变化，或是激光光的变化，来测量所述距离。

9.一种轻合金轮圈的制造方法，包含利用电磁感应来对半成品状轻合金轮圈进行加热的加热步骤。

10.根据权利要求9所述的轻合金轮圈制造方法，其中所述加热步骤，是在所述半成品状轻合金轮圈的下方，利用通过使根据权利要求1所述的电磁感应加热装置的所述旋转体旋转而产生的感应电流而对所述半成品状轻合金轮圈进行加热。

11.根据权利要求9或10所述的轻合金轮圈制造方法，其还包含：形成所述半成品状轻合金轮圈的铸造步骤；

以及，对由所述加热步骤被加热的轻合金轮圈进行加工的加工步骤。