CN111818685A - 电路，收缩固定及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用来控制供给感应线圈2，尤其是用来加热工具的收缩配件的感应线圈2的电源的电路1，包括具有用来输送输入功率的输入3a、3b、3c和一个整流器输出的整流器3。电路1还包括具有用来连接感应线圈2的一个输入和一个换流器输出5a、5b的用来输出AC电压的换流器5；用来连接整流器3至换流器5的中间电路4；以及用来调节供给感应线圈2的功率的调节单元。用来测量电流A₂作为调节单元的输入变量的测量设备6连接至换流器5的输出一侧。用来调节供给感应线圈2的功率的单独的方法包括一个调节步骤，其中供给感应线圈2的电流A₂用作用来控制供给感应线圈2的功率的输入变量。

Description

电路，收缩固定及调节方法

本申请是中国申请号为“200680032458.9”，申请日为“2006年8月28日”，申请人为“弗兰斯海默尔机械工程公司”的发明创造名称为“电路，收缩固定及调节方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本申请涉及一种用来控制供给感应线圈的电源的电路，更具体地是用来加热工具的收缩配件的感应线圈，包括具有输送输入功率的输入和整流器输出的整流器；用来输出AC-电压的换流器，该换流器包括一个输入和一个换流器输出以连接感应线圈；连接整流器至换流器的中间电路以及用来控制给予感应线圈电源的控制单元；用来输送电源至感应线圈的电源供给单元。此外，本申请还涉及一种工具的收缩配件，包括通过Eddy电流和/或通过磁性改变产生热来加热收缩配件的感应线圈，以及涉及一种控制给予感应线圈电源的方法，更具体是一种用来加热工具的收缩配件的感应线圈，该方法包括一个控制步骤。

背景技术

在车床、铣床、钻床及类似物中，工具容纳在夹具中。为了更精确地按规定制造加工件，必须将工具精确地设置在夹具中。已经证明使用收缩夹具或收缩配件可有效地在夹具中定位和固定工具。为了插入工具，首先要加热夹具。由于收缩配件的接收器的热膨胀，工具可插入到接收器开口中，并可通过随后的冷却被固定在其中。因而，可以简便、精确和可信赖的方式来进行这种定位。

可使用感应线圈来加热收缩配件。然而，虽然这种线圈可供给交流电，但是必须注意不能超过感应线圈和功率电子学的最大负载限度。为了这个目的，可在大多数电源供给单元中预先调整将要被供给的电源。然而，应当意识到，这种调整的可能性是相对不精确的，尤其是必须保持与感应线圈和功率电子学的最大负载限度具有较大的距离。

如图l所示，一种改进了的电源供给单元包括具有输入3a、3b和3c的整流器3。中间DC电路4连接至整流器的输出处。换流器5将DC电压转换成AC电压以操作感应线圈2。通常使用具有预定电压的AC电压，例如360V至500V作为输入电压。由于供给的电源电压在每个国家中各有不同，因此，必须根据配备的地点给电源供给单元特别地配备例如变压器或不同的配制的组件。

正如图2可见的，在DC电压一侧上设置了用来测量电压V₁和电流A_l的测量设备。这些测量值可用作控制单元(未示)的输入值以控制供给线圈2的电源。这种控制可借助视在输出的实际/目标比较来实现，其中在中间电路4中测得的电压和电流值V₁和A₁可确定为实际值(大多数通过式子S＝U*I)。由于最后的电压和电流的变化并不是非明显，因此从测量技术角度来说由中间电路测得的值来确定视在功率较为容易。尤其是没有出现显著的电压和电流尖峰时。在中间电路中，例如，没有出现高于25安培的电流，因此可免去昂贵和复杂的变流器模块。因而，可用成本功效大的组件来测定实际值，例如变流器模块，用来测定电流。

但是这种控制并不能可靠地避免超出感应线圈的最大负载限度，尤其是在电力网中电压变化的情况中以及加热线圈时线圈中电源变化的情况中。更为显然的是，DC一侧测得的视在功率仅仅基本上与实际上供给感应线圈的功率相一致。这将使得随后连接至测量装置以测量控制参数的模块的尺寸过大。这意味着这些模块通常可在低于它们的最大负载容量的情况下正常工作，作为抵抗电压尖峰导致的超载的预防措施。

从DE20008937Ul中己知一种感应加热夹盘的设备，其具有一个测量设备作为控制单元的一个输入参数，该单元可连接在供给电路的数个位置上，并且可有限测量AC输出处的变压器的主要电路的电压。在另一侧上，变压器连接至感应线圈或各个震荡电路上。该设备在另一侧上具有控制装置以控制供给电路和滤波器。同样通过该设备中AC输出处的电路，测得的视在功率仅近似地与实际供给感应线圈的视在功率相一致。

DE10129645B4公开了一种焊接塑料组件的方法，其中通过在焊接位置上的线圈来感应加热轮廓电线。同时该设备还具有限制功率用的电流测量装置，其中既然这样，然而，加热的是工具而不是工具夹具。

发明内容

基于本领域的现有技术，本发明的一个目的是改进控制供给感应线圈的电源的精确度，尤其是用来加热工具的收缩支架的感应线圈，并消除其中相关的缺陷。

通过提供依据权利要求l的电路、依据权利要求7的工具的收缩配件以及依据权利要求8的控制供给感应线圈电源的方法来实现这个目的。

依据本发明的用来控制供给感应线圈尤其是用来加热工具的收缩配件的感应线圈电源的电路，包括具有一个输送输入功率的输入和一个整流器输出的整流器；输出AC电压的换流器，其包括一个输入和一个换流器输出以连接至感应线圈；一个中间电路，以将整流器连接至换流器；以及一个控制单元，以控制供给感应线圈的功率。该电路包括一个测量设备，用来测量作为控制单元一个输入参数的电流，其中该测量设备连接至换流器的输出处。

因而可在相对于换流器的线圈一侧上测量换流器输出处测得的电流。从导体中测得的电流是从换流器流向线圈的可以推断出在测量时电源是直接供给给线圈的。换句话说，可直接测得流向线圈的电流。因而可直接对应于实际控制变量来调整输入变量。

这种装置的另一个独特之处是收缩技术不会测得与现有技术类似的“平滑的”值，而是需要被控制的实际变量。因而本发明中测得的功率和控制是更为精确的。

因此，用于电路中的模块的能力可使用至它们的全部范围而不会存在线圈和功率电子学超载的风险。在本发明中，因而可以达到组件的负载限度(例如IGBT-绝缘的门双极晶体管)。换句话说，可以最优化组件的尺寸并可完全地利用它们的负载容量。然而，如上所述的，在电流电路中，必须使用局部非常大的组件以进行超载保护。可通过充分提高测定的实际值的精确度来优化超载保护。由于可精确地确定当前连接至线圈的负载，因此可充分提高线圈和功率电子学上的负载，以及相应地充分提高加热的效率。由于线圈负载的这种增大，可将较现有技术更高例如至少30％至50％的负载连接至线圈处，而无需到达由于调节的延迟或由于实际功率的错误判断导致的临界范围。

优选地，中间电路包括可使中间电路的电压平滑并减少电流尖峰的电容。

更具体地，配制换流器来产生在换流器输出处具有预定频率的交流电压，优选是具有5kHz至20kHz的频率，更优选是10kHz。这个频率可预先调整为固定的，并根据应用和根据需要来进行优化。

调节单元根据输入变量对供给给连接至换流器输出处的感应线圈的功率进行调节，更具体是通过改变换流器产生的a/c电压的脉冲宽度来进行调节。

固定设置的频率和电压与较短的脉冲宽度意味着较低的功率。通过这种控制，由于仅仅调节了脉冲宽度以及由此补偿了电压波动，电源供给将与整流器输入处的输入电压无关。因而，不仅仅补偿了电力网中的电压波动。实施例提供了反证，可根据国际标准来使用不同的输入电压(例如欧洲的400V、美国的480V)。不必要使用现有技术中类似的附加变压器来完成对需求的适应。可自动调节输入处和/或中间电压的波动或差别。这将在不需要很大地增大整个电路的复杂度的情况下获得更大的灵活性和一种万能电路。更具体地，该电路可在一定电压的驱动下工作，该电压可在与预定电压范围中发生变化，更具体是在360V至500V之间。优选的电压范围包括当前在重要的工业化国度中应用的标准值。

更具体地，该电路还可在单-或多相AC电压的驱动下工作。

还通过提供一种工具的收缩配件来实现这个目的，该收缩配件包括一个感应线圈，该感应线圈通过产生Eddy电流和/或通过磁化热以及通过上述的电路中的一个来加热收缩配件。

已经证实依据本发明的电路在工具的收缩配件中非常有用。在这个应用领域中，需要给收缩配件提供非常精确的热量以促进工具迅速和精确地适配入收缩配件中。此外，尽管在供给的功率达到了组件的最大负载时也可通过调节调整加热时间，来避免由超出最大负载限度和过度加热工具接收器引起的感应线圈和功率电子学的破坏。

还通过提供一种调节供给感应线圈，更具体是一种用来加热工具的收缩配件的感应线圈的功率的方法来实现了这个目的，该方法包括一个控制步骤，其中供给感应线圈的电流可用作控制供给感应线圈的功率的输入变量。

通过这个调节步骤，其中通过测量输出电流值来确定功率，将有利于进行基本实时和精确的控制或调节。在不存在超出临界负载限度的风险的情况下可通过获得的精确度来充分提高线圈的负载。

通过利用线圈的全电阻和通过测量设备测得的电流来确定供给感应线圈的负载。因而无需额外的测量电压的步骤。

优选地，该方法可通过测得的电压来自动确定工具的收缩配件的尺寸，尤其是收缩夹具的尺寸。因而，不再需要手工地调整工具的各种收缩配件的参数，并且可将这些参数存储在例如机床控制中。

优选地，测量输入电压来自动确定工具的收缩配件的尺寸。优选地，通过在整流器之前的或中间电路中的或在线圈电路中的电压测量装置来确定输入电压。因而，即使在收缩过程中引起的输入电压发生改变的情况中，也可能对工具的收缩配件的尺寸进行测量。因而可以避免由于错误的判断其尺寸而引起过度加热工具的收缩配件。

优选地，将具有预定频率，更具体是5kHz至20kHz之间的频率的AC电压供给感应线圈。

在特定实施例中通过改变a/c电压的脉冲宽度来实现对供给感应线圈的功率的控制。因而当输入值和/或组件的物理特性发生改变时，或当出现外部影响时，可以可靠的方式来维持供给线圈的功率的恒定。此外，该方法还可用于对应于不同工业标准，例如360V、400V或500V的电压值。

更具体地，该方法可在如上所述的电路上实施。

附图说明

从随后对特定实施例的描述可获得本发明的其他特征和优势。其中：

图1是依据本发明的电路的一个特定实施例；以及

图2是依据现有技术的一个相应的电路。

具体实施方式

在图1中示出了依据本发明的用来控制供给感应线圈2的电源的电路1。该电路装备在电路板上，并由此构成了供给线圈2功率的控制电路板。

具体地，感应线圈2起到加热工具的收缩配件的作用。感应线圈2产生交变电磁场，收缩配件与该线圈相连接。通过收缩配件中产生的Eddy电流和/或通过改变由铁磁材料构成的收缩配件的磁化强度来产生热，因此收缩配件膨胀，因此可插入工具。

在加热过程中，考虑到组件的最大容许负载，需要给感应线圈2提供尽可能恒定的最大功率。当然，一方面还必须避免超出感应线圈2和功率电子学的最大负载限度，另一方面还必须给线圈2提供尽可能高的功率以有效地完成加热过程并避免过度加热工具接收器。

除了线圈外，电路还包括具有输入端3a、3b和3c的整流器3，通过这些输入端来供给输入电压，例如a/c功率。连接至整流器3的输出处的中间电路4主要包括电容7，其根据通过线圈2的电流的流动方向进行充电或放电。

其输出连接至中间电路4的换流器5产生调制过的、基本为矩形的具有5kHz至20kHz的频率的AC电压。这种频率是可调节的并可由用户预定设定。整流器3输入中间电路4的AC功率通过中间电路4的输出处输入换流器5的输入处。

换流器5产生的AC电压连接至换流器5的输出联接5a和5b。线圈2连接至这些联接5a和5b。

在联接5a和5b之间联接线圈2。此外，在这个部分上设置电压测量设备，其测量流动通过线圈的实际电流。为了测量电流A₂，可使用任意适宜的电流测量装置6。参见图2，在依据本发明的电压测量期间，需要考虑的是，然而，出现非常高的电流与中间电路4中的电流/电压测量相反。与25安培相比，例如高达400安培的最大负载可流入中间电流电路4中，因此在依据本发明的解决方案中，必须使用相对于它们的测量范围具有相应尺寸的组件，例如变流器模块。

另一方面，由于可由电压和系统的全电阻来确定功率，因此无需额外的电压测量。

调节单元(未示)接收测量实际值或从电流或功率的测量值确定的实际值作为输入值。可例如基于具有来自测得的电流的实际功率的线圈2确定和设置的想要的功率的实际/目标的比较来完成调节。在将实际/目标与预定值进行比较后，可根据需要调节从换流器5至线圈2的功率供应。

控制单元可连接至电路1或集成入电路1。

由于当测量中间电路4的输入变量时，作为线圈2的全电阻的结果出现的线圈2的电流可仅仅被认为是近似值，因此借助于电路1，控制可变得更为精确和更为有效。

控制单元基于换流器5的控制信号的脉冲宽度的变化来调节实施例中的供给功率。恒定电压的更大的脉冲宽度意味着更高的供给功率。调节单元通常进行调节，因此可补偿到达换流器输入处的电压变化。因而，同样换流器处的输出功率可与在一定电压范围内的整流器3的输入电压无关，该范围包括所有最佳情况中的国际标准电压。这样，可在不修正国际标准的情况下使用这种电路。

这样，可通过使用较少组件来简化对照图2，也就是现有技术己知的电路。此外，还可改进调节的精确度。

在更高的调节精确度的情况中，然而，可由这些组件来操作该单元，这些组件的功率电容可用至其全部范围。基本实时和精确的调节可减少线圈2超载的风险。此外，尤其考虑到电压和功率之间的相转换，将不认为会出现例如在中间电路中测得的功率值和实际出现的功率尖峰之间的明显的背离。由于线圈负载的增大，与现有技术相比可在线圈上施加更高的负载，并且可避免过度加热工具接收器。

Claims (18)

1.一种用来控制供给感应线圈(2)，尤其是用来加热工具的收缩配件的感应线圈的电源的电路(1)，包括：整流器(3)，所述整流器具有用来输送输入功率的输入(3a、3b、3c)和整流器输出；换流器(5)，所述换流器用于输出AC电压，且具有输入和用来连接所述感应线圈(2)的换流器输出(5a、5b)；中间电路(4)，所述中间电路用于将所述整流器(3)连接至所述换流器(5)；以及

用于调节供给至所述感应线圈(2)的功率的调节单元，其中所述电路(1)包括用于测量供给至所述感应线圈(2)的电流(A₂)作为所述调节单元的输入变量的测量设备(6)。

2.根据权利要求1所述的电路(1)，其特征在于，所述测量设备(6)用于仅测量从所述换流器(5)的所述换流器输出(5a、5b)经由导线流入所述感应线圈(2)的电流作为用于所述调节单元的输入变量。

3.根据权利要求1所述的电路(1)，其特征在于，所述测量设备(6)连接至所述换流器(5)的所述换流器输出(5a、5b)，供给至所述感应线圈(2)的电流(A₂)用作调节供给至所述感应线圈(2)的功率的输入变量。

4.根据权利要求1所述的电路(1)，其特征在于，所述测量设备(6)与所述感应线圈(2)串联连接于所述换流器(5)的所述换流器输出(5a、5b)，并且处于同一闭合电路中。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的电路(1)，其特征在于，所述中间电路(4)包括电容(7)。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的电路(1)，其特征在于，所述换流器(5)配置用于在所述换流器输出(5a、5b)处产生具有预定频率的AC电压，尤其是具有5kHz至20kHz的频率，更尤其是10kHz。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的电路(1)，其特征在于，所述调节单元基于所述输入变量，通过改变由所述换流器(5)产生的AC电压的脉冲宽度，调节供给至连接至所述换流器输出(5a、5b)的所述感应线圈(2)的功率。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的电路(1)，其特征在于，所述电路(1)可在一定电压的驱动下工作，该电压可在预定电压范围内发生变化，所述预定范围尤其是360V至500V之间。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的电路(1)，其特征在于，所述电路(1)可在单相AC功率尤其是在210V至250V之间的电压范围的驱动下工作，或在多相AC功率尤其是在360V至500V之间的电压范围的驱动下工作。

10.一种工具的收缩配件，包括用于加热所述收缩配件的感应线圈(2)以及根据前述权利要求1-9中的任一项所述的电路(1)，所述感应线圈(2)通过产生Eddy电流和/或通过磁化强度的改变产生热来加热所述收缩配件。

11.一种控制供给至感应线圈(2)，尤其是用于加热工具的收缩配件的感应线圈的电源的方法，包括调节步骤，其中供给至所述感应线圈(2)的电流(A₂)用作用于控制供给至所述感应线圈(2)的功率的输入变量。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，利用所述感应线圈(2)的全电阻和由测量设备(6)测得的所述电流(A₂)来确定供给至所述感应线圈(2)的所述功率。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，工具的收缩配件的尺寸可通过测得的电流(A₂)来自动确定。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，测量输入电压以自动确定工具的收缩配件的尺寸。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，由整流器之前或中间电路中或线圈电路中测定的电压来确定输入电压。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，将具有预定频率，更具体是5kHz至20kHz的频率，更具体是10kHz的AC电压供给至所述感应线圈(2)。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，通过改变AC电压的脉冲宽度来完成对供给至所述感应线圈(2)的功率的调节。

18.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，该方法可在根据前述权利要求1-9中任一项所述的电路上实施。

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