CN112640576B - 加热线圈和加热方法 - Google Patents

Abstract

一种加热线圈，包括：沿着轴线同轴地布置的多个环部、电连接至电源的第一引脚部和第二引脚部以及将多个环部、第一引脚部和第二引脚部串联连接的连接部。

Description

加热线圈和加热方法

技术领域

本发明涉及一种加热线圈和加热方法。

背景技术

使用环状的加热线圈的感应加热是已知的对轴状工件进行诸如淬火的热处理的情况下的工件的加热方法。当交流电(AC)供应至插入有工件的加热线圈时，在加热线圈周围形成磁场，在工件的表面层产生与加热线圈内部的磁通量关联的涡电流，并且工件被感应加热。当在交流电供应至加热线圈的状态下在轴向上进给工件时，工件被连续地加热(见，例如，专利文献1)。

专利文献1中描述的加热线圈包括：第一单匝部、第二单匝部以及引脚部，该引脚部用于串联连接第一单匝部和第二单匝部。第一单匝部的两端部之间的间隙与第二单匝部的两端部之间的间隙在以轴线为中心的周向上偏移。引脚部布置于第一单匝部和第二单匝部外侧并且连接第一单匝部的一个端部和第二单匝部的一个端部。

[专利文献1]JP-B-5578465

发明内容

本发明要解决的问题

例如，在专利文献1中描述的加热线圈中，第一单匝部和第二单匝部各自的间隙附近形成的磁场的强度相对较弱。从针对这样的磁场强度分布均匀地加热工件的角度，通常，工件绕轴线转动，但是考虑到装置构造，工件可能不能转动。

为了即使在工件不能转动的情况下也均匀地加热工件，在专利文献1描述的加热线圈中，在以轴线为中心的圆周的切线方向上直线地延伸的引脚中间部设置于引脚部中，并且第一单匝部的间隙与第二单匝部的间隙之间的在周向上的间隔扩大。结果，第一单匝部在周向上与第二单匝部的间隙交叉，并且第二单匝部在周向上与第一单匝部的间隙交叉，并且间隙附近的磁场强度的减弱被补偿。

然而，在专利文献1中描述的加热线圈中，引脚中间部在以轴线为中心的圆周的切线方向上直线地延伸。因此，引脚中间部与第一单匝部和第二单匝部之间的距离，换言之，引脚中间部与工件之间的距离在引脚中间部的长度方向上改变，并且例如，从引脚中间部的一个端部向另一个端部逐渐增大。虽然交流电也流入引脚中间部并且磁场也在引脚中间部周围形成，但是，电磁感应随着与工件的距离增大而减小，并且在有效利用引脚中间部周围形成的磁场方面，存在改进空间。

在与第一单匝部和第二单匝部间隔并延伸的引脚中间部中，间隙之间的间隔的扩大量自然地受到限制。因此，具有相对弱的磁场强度的间隙并未充分地在周向上分散，并且在均匀地加热工件方面，存在改进的空间。

本发明的目的是提供一种能够均匀且有效地加热工件的加热线圈和加热方法。

解决问题的手段

在方面(1)中，一种加热线圈包括：沿着轴线同轴地布置的多个环部；电连接至电源的第一引脚部和第二引脚部；以及将所述多个环部、所述第一引脚部和所述第二引脚部串联连接的连接部。所述多个环部包括第一端部和第二端部，该第一端部和第二端部在周向上两者之间具有间隙地互相面对，并且所述多个环部在以所述轴线为中心的周向上从所述第一端部向所述第二端部旋转。所述多个环部的间隙在以轴线为中心的周向上互相偏移。所述连接部包括沿着多个环部的各自的外周表面延伸的多个弧状连接部。所述多个弧状连接部包括一个以上环间弧状连接部、第一引脚侧弧状连接部和/或第二引脚侧弧状连接部。所述一个以上环间弧状连接部将第一环部的第二端部与第二环部的第一端部电连接，其中，所述第一环部与所述第二环部相邻，并且所述一个以上环间弧状连接部在以所述轴线为中心的周向上从所述第一环部的第二端部向所述第二环部的第一端部旋转。所述第一引脚侧弧状连接部将设置在所述多个环部的串联连接的一端侧上的环部的第一端部与所述第一引脚部电连接，并且该第一引脚侧弧状连接部在以所述轴线为中心的周向上从所述第一引脚部向所述第一端部旋转。所述第二引脚侧弧状连接部电连接设置在所述多个环部的串联连接的另一端侧上的环部的第二端部，并且该第二引脚侧弧状连接部在以所述轴线为中心的周向上从所述第二端部向所述第二引脚部旋转。

在方面(2)中，一种加热方法包括：将工件插入加热线圈的多个环部中；以及通过在将交流电供应至所述加热线圈的状态下仅在轴向上使所述加热线圈与所述工件相对地移动而感应加热所述工件。

本发明的有益效果

根据本发明，能够提供一种加热线圈和加热方法，其能够均匀且有效地加热工件。

附图说明

图1是用于描述本发明的实施例的加热线圈的实例和通过加热线圈加热的工件的实例的立体图。

图2是图1中的加热线圈的单独体的立体图。

图3是图2中的加热线圈的分解立体图。

图4是图2的加热线圈的前视图。

图5是图2中的加热线圈的沿线V-V截取的截面图。

图6是用于描述本发明的实施例的加热线圈的另一个实例的立体图。

图7是图6中的加热线圈的分解立体图。

图8是用于描述本发明的实施例的加热线圈的另一个实例的立体图。

图9是图8中的加热线圈的分解立体图。

图10是比较例的加热线圈的立体图。

图11是图10中的加热线圈的分解立体图。

图12是示出使用图10中的加热线圈加热的工件的加热温度分布的曲线图。

图13是示出使用图2中的加热线圈加热的工件的加热温度分布的曲线图。

具体实施方式

图1示出用于描述本发明的实施例的加热线圈的实例和通过加热线圈加热的工件的实例。

加热线圈1感应加热轴状的工件2，并且交流电从电源3供应至加热线圈1。工件2是例如，由诸如钢这样的金属材料制成的具有圆形的截面形状的棒或者管。加热线圈1形成为工件2能够插入穿过的环状，并且工件2通过运送装置(未示出)而仅在工件2的轴向上移动。当交流电供应至插入有工件2的加热线圈1时，在加热线圈1周围形成磁场，在工件2的表面层产生与加热线圈1内部的磁通量关联的涡电流，并且工件2被感应加热。当在交流电供应至加热线圈1的状态下在轴向上进给工件2时，工件2被连续地加热。

图2至5示出加热线圈1的构造。

如图2和3所示，加热线圈1包括：第一环部10、第二环部11、第三环部12、用于电连接电源3的第一引脚部14和第二引脚部15以及用于将第一环部10、第二环部11、第三环部12、第一引脚部14和第二引脚部15串联连接的连接部。第一环部10、第二环部11、第三环部12、第一引脚部14、第二引脚部15和连接部16由诸如铜的良导体制成的管所形成，并且在其内部形成冷却介质流经的连续流路。通常，水用作冷却介质。

第一环部10、第二环部11和第三环部12都形成为环状，并且具有相同的外径和相同的内径。第一环部10、第二环部11和第三环部12沿着轴线A按第一环部10、第二环部11和第三环部12的顺序同轴地布置。工件2插入至第一环部10、第二环部11和第三环部12中的每一个中。

第一环部10包括在周向上具有间隙10g地互相面对的第一端部10a和第二端部10b，并且使轴线A在预定方向B上从第一端部10a向第二端部10b旋转。第二环部11和第三环部12也被构造为与第一环部10类似。第一环部10的间隙10g、第二环部11的间隙11g和第三环部12的间隙12g在以轴线A为中心的周向上互相偏移，并且在图2和3所示的实例中，间隙以120°的间隔绕轴线A布置。

第一引脚部14和第二引脚部15设置在第一环部10、第二环部11和第三环部12的外侧，并且在其间具有适当的间隙的情况下在以轴线A为中心的径向上互相平行地延伸。第一引脚部14和第二引脚部15可以在其间夹置绝缘材料(未示出)的情况下一体地结合。在图2和3所示的实例中，布置于轴线A侧的第一引脚部14的基端部14a和第二引脚部15的基端部15a两者均布置于第二环部11的外周表面。

连接部16具有：第一-第二环间连接部20，其用于连接第一环部10的第二端部10b与第二环部11的第一端部11a；第二-第三环间连接部30，其用于连接第二环部11的第二端部11b与第三环部12的第一端部12a；第一引脚侧连接部50，其用于连接第一引脚部14的基端部14a与第一环部10的第一端部10a；以及第二引脚侧连接部60，其用于连接第三环部12的第二端部12b与第二引脚部15的基端部15a。

第一-第二环间连接部20包括第一-第二环间弧状连接部21，该第一-第二环间弧状连接部21电连接第一环部10的第二端部10b与第二环部11的第一端部11a。第一-第二环间弧状连接部21与第一环部10同心地布置并且沿着第一环部10的外周表面延伸。第一-第二环间弧状连接部21使轴线A在预定方向B上从第一环部10的第二端部10b侧向第二环部11的第一端部11a侧旋转。

第一-第二环间弧状连接部21的一个端部21a与第一环部10的第二端部10b经由延伸部22连接。延伸部22从第一-第二环间弧状连接部21的一个端部21a的内周部向第一环部10的第二端部10b的外周部在以轴线A为中心的径向上直线地延伸。第一-第二环间弧状连接部21与第一环部10的间隙10g在径向上重叠。第一-第二环间弧状连接部21的另一端部21b与第二环部11的第一端部11a经由延伸部23连接。延伸部23从第一-第二环间弧状连接部21的另一端部21b的第二环部侧上的侧部向第二环部11的第一端部11a的外周部在以轴线A为中心的径向上直线地延伸。

第二-第三环间连接部30包括第二-第三环间弧状连接部31，该第二-第三环间弧状连接部31电连接第二环部11的第二端部11b与第三环部12的第一端部12a。第二-第三环间弧状连接部31与第三环部12同心地布置并且沿着第三环部12的外周表面延伸。第二-第三环间弧状连接部31使轴线A在预定方向B上从第二环部11的第二端部11b侧向第三环部12的第一端部12a侧旋转。

第二-第三环间弧状连接部31的一个端部31a与第二环部11的第二端部11b经由延伸部32互相连接。延伸部32从第二-第三环间弧状连接部31的一个端部31a的第二环部侧上的侧部向第二环部11的第二端部11b的外周部在以轴线A为中心的径向上直线地延伸。第二-第三环间弧状连接部31的另一个端部31b与第三环部12的第一端部12a经由延伸部33互相连接。延伸部33从第二-第三环间弧状连接部31的另一端部31b的内周部向第三环部12的第一端部12a的外周部在以轴线A为中心的径向上直线地延伸。第二-第三环间弧状连接部31与第三环部12的间隙12g在径向上重叠。

第一引脚侧连接部50包括第一引脚侧弧状连接部51，该第一引脚侧弧状连接部51电连接第一引脚部14的基端部14a与第一环部10的第一端部10a。第一引脚侧弧状连接部51与第二环部11同心地布置并且沿着第二环部11的外周表面延伸。第一引脚侧弧状连接部51使轴线A在预定方向B上从第一引脚部14的基端部14a侧向第一环部10的第一端部10a侧旋转。

第一引脚侧弧状连接部51的一个端部51a直接连接至第一引脚部14的基端部14a。第一引脚侧弧状连接部51的另一端部51b与第一环部10的第一端部10a经由延伸部52连接。延伸部52从第一引脚侧弧状连接部51的另一端部51b的内周部向第一环部10的第一端部10a的外周部曲柄状地以轴线A为中心径向地延伸。

第二引脚侧连接部60包括第二引脚侧弧状连接部61，该第二引脚侧弧状连接部61电连接第二引脚部15的基端部15a与第三环部12的第二端部12b。第二引脚侧弧状连接部61与第二环部11同心地布置并且沿着第二环部11的外周表面延伸。第二引脚侧弧状连接部61使轴线A在预定方向B上从第三环部12的第二端部12b侧向第二引脚部15的基端部15a侧旋转。

第二引脚侧弧状连接部61的一个端部61a与第三环部12的第二端部12b经由延伸部62连接。延伸部62从第二引脚侧弧状连接部61的一个端部61a的内周部向第三环部12的第二端部12b的外周部曲柄状地以轴线A为中心径向地延伸，并且插入第三环部12与第二-第三环间弧状连接部31之间，并连接至第三环部12的第二端部12b。第二引脚侧弧状连接部61的另一端部61b直接连接至第二引脚部15的基端部15a。

如图4所示，在该实例中，第一环部10的间隙10g、第二环部11的间隙11g和第三环部12的间隙12g以120°的间隔绕轴线A布置，第一-第二环间弧状连接部21的弧心角θ1、第二-第三环间弧状连接部31的弧心角θ2以及第一引脚侧弧状连接部51与第二引脚侧弧状连接部61的总弧心角θ3分别为120°，并且弧心角θ1、θ2和θ3总和为360°。换言之，当第一-第二环间弧状连接部21、第二-第三环间弧状连接部31、第一引脚侧弧状连接部51和第二引脚侧弧状连接部61布置于相同圆周时，弧状连接部21、31、51、61形成绕轴线A的一圈。

如图4所示，在该实例中，第一环部10的间隙10g、第二环部11的间隙11g和第三环部12的间隙12g以240°的间隔绕轴线A布置，第一-第二环间弧状连接部21的弧心角θ1、第二-第三环间弧状连接部31的弧心角θ2以及第一引脚侧弧状连接部51与第二引脚侧弧状连接部61的总弧心角θ3分别为240°，并且弧状连接部21、31、51、61形成绕轴线A的两圈。

如图5所示，第一环部10的内周表面的宽度比外周表面的宽度小。类似地，第二环部11的内周表面的宽度比外周表面的宽度小，并且第三环部12的内周表面的宽度比外周表面的宽度小。流经第一环部10、第二环部11和第三环部12的交流电流经作为各个环部的最短路径的内周部。通过使第一环部10、第二环部11和第三环部12的内周表面的宽度相对较小，能够在确保其中流动有冷却介质的流路的截面积的同时增大电流密度。通过增大电流密度，能够增大第一环部10、第二环部11和第三环部12周围形成的磁场的强度，并且能够提高工件2的加热效率。

在如上所述构造的加热线圈1中，例如，在交流电从第一环部10中的第一端部10a流向第二端部10b的时间点，流经第一环部10的交流电和流经第一-第二环间弧状连接部21的交流电使轴线A在预定方向B上旋转。因此，第一-第二环间弧状连接部21周围形成的磁场增强了第一环部10周围形成的磁场。沿着第一环部10的外周表面延伸的第一-第二环间弧状连接部21与第一环部10之间的距离，换言之，第一-第二环间弧状连接部21与工件2之间的距离在第一-第二环间弧状连接部21的长度方向上恒定。因此，第一-第二环间弧状连接部21周围形成的磁场有效地用于在第一-第二环间弧状连接部21的全长上感应加热工件2。特别地，第一-第二环间弧状连接部21与第一环部10的间隙10g径向地重叠，并且间隙10g附近磁场强度的减小被第一-第二环间弧状连接部21周围形成的磁场补偿，使得进一步提高工件2的加热效率。

类似地，沿着第三环部12的外周表面延伸的第二-第三环间弧状连接部31周围形成的磁场增强第三环部12周围形成的磁场，并且有效地用于在第二-第三环间弧状连接部31的全长上感应加热工件2。沿着第二环部11的外周表面延伸的第一引脚侧弧状连接部51和第二引脚侧弧状连接部61周围形成的磁场增强第二环部11周围形成的磁场，并且有效地用于在第一引脚侧弧状连接部51和第二引脚侧弧状连接部61的全长上感应加热工件2。

不论第一-第二环间弧状连接部21的长度，第一-第二环间弧状连接部21与第一环部10之间的距离都是恒定的。类似地，不论第二-第三环间弧状连接部31的长度，第二-第三环间弧状连接部31与第三环部12之间的距离都是恒定的，不论第一引脚侧弧状连接部51和第二引脚侧弧状连接部61的长度，第一引脚侧弧状连接部51与第二环部11之间的距离以及第二引脚侧弧状连接部61与第二环部11之间的距离都是恒定的。因此，第一环部10的间隙10g、第二环部11的间隙11g和第三环部12的间隙12g的布置的自由度增大，具有相对低的磁场强度的这些间隙10g、11g、12g在以轴线A为中心的周向上充分分散，并且能够使工件2的加热温度均匀。

优选地，如图4所示，第一-第二环间弧状连接部21的弧心角θ1、第二-第三环间弧状连接部31的弧心角θ2和第一引脚侧弧状连接部51与第二引脚侧弧状连接部61的总弧心角θ3之和为360°以上。由此，第一环部10的间隙10g、第二环部11的间隙11g和第三环部12的间隙12g能够在以轴线A为中心的周向上充分地分散，并且能够使工件2的加热温度更均匀。此外，优选地，第一环部10的间隙10g、第二环部11的间隙11g和第三环部12的间隙12g绕轴线A以相等的角度间隔(120°间隔)布置。由此，第一环部10的间隙10g、第二环部11的间隙11g和第三环部12的间隙12g能够在以轴线A为中心的周向上均匀地分散，并且能够使工件2的加热温度更均匀。

图6和7示出加热线圈的另一个实例。

图6和7所示的加热线圈101包括：第一环部110和第二环部111；第一引脚部114和第二引脚部115，其用于电连接至电源；以及连接部116，其用于串联连接第一环部110、第二环部111、第一引脚部114和第二引脚部115。第一环部110和第二环部111都形成为环状，并且具有相同的外径和相同的内径。

第一环部110具有在周向上以间隙110g互相面对的第一端部110a和第二端部110b，并且使轴线A在预定方向B上从第一端部110a向第二端部110b旋转。第二环部111也被构造为与第一环部110相似。第一环部110的间隙110g与第二环部111的间隙111g在以轴线A为中心的周向上互相偏移，并且在图6和7所示的实例中，间隙以绕轴线A的180°的间隔布置。

第一引脚部114和第二引脚部115布置在第一环部110和第二环部111的外侧，并且在其间具有适当的间隙的情况下在以轴线A为中心的径向上互相平行地延伸。在图6和7所示的实例中，第一引脚部114的布置于轴线A侧的基端部114a和第二引脚部115的基端部115a两者均设置在第一环部110的外周表面上。

连接部116包括：第一-第二环间连接部120，其用于连接第一环部110的第二端部110b与第二环部111的第一端部111a；第一引脚侧连接部150，其连接第一引脚部114的基端部114a与第一环部110的第一端部110a；以及第二引脚侧连接部160，其用于连接第二环部111的第二端部111b与第二引脚部115的基端部115a。

第一-第二环间连接部120包括第一-第二环间弧状连接部121，该第一-第二环间弧状连接部121电连接第一环部110的第二端部110b与第二环部111的第一端部111a。第一-第二环间弧状连接部121与第二环部111同心地布置并且沿着第二环部111的外周表面延伸。第一-第二环间弧状连接部121使轴线A在预定方向B上从第一环部110的第二端部110b侧向第二环部111的第一端部111a侧旋转。第一-第二环间弧状连接部121与第二环部111的间隙111g在径向上重叠。

第一引脚侧连接部150包括第一引脚侧弧状连接部151，该第一引脚侧弧状连接部151电连接第一引脚部114的基端部114a与第一环部110的第一端部110a。第一引脚侧弧状连接部151与第一环部110同心地布置并且沿着第一环部110的外周表面延伸。第一引脚侧弧状连接部151使轴线A在预定方向B上从第一引脚部114的基端部114a侧向第一环部110的第一端部110a侧旋转。第一引脚侧弧状连接部151与第一环部110的间隙110g在径向上重叠。

第二引脚侧连接部160包括第二引脚侧弧状连接部161，该第二引脚侧弧状连接部161电连接第二引脚部115的基端部115a与第二环部111的第二端部111b。第二引脚侧弧状连接部161与第一环部110同心地布置并且沿着第一环部110的外周表面延伸。第二引脚侧弧状连接部161使轴线A在预定方向B上从第二环部111的第二端部111b侧向第二引脚部115的基端部115a侧旋转。

沿着第二环部111的外周表面延伸的第一-第二环间弧状连接部121周围形成的磁场增强第二环部111周围形成的磁场，并且有效地用于在第一-第二环间弧状连接部121的全长上感应加热工件2。沿着第一环部110的外周表面延伸的第一引脚侧弧状连接部151和第二引脚侧弧状连接部161周围形成的磁场增强第一环部110周围形成的磁场，并且有效地用于在第一引脚侧弧状连接部151和第二引脚侧弧状连接部161的全长上感应加热工件2。

于是，不论第一-第二环间弧状连接部121的长度，第一-第二环间弧状连接部121与第二环部111之间的距离都是恒定的，不论第一引脚侧弧状连接部151和第二引脚侧弧状连接部161的长度，第一引脚侧弧状连接部151与第一环部110之间的距离以及第二引脚侧弧状连接部161与第一环部110之间的距离都是恒定的。因此，第一环部的间隙110g和第二环部111的间隙111g的布置自由度增大，并且具有相对低的磁场强度的这些间隙110g、111g在以轴线A为中心的周向上充分分散，并且能够使工件2的加热温度均匀。

图8和9示出加热线圈的另一个实例。

图8和9所示的加热线圈201包括第一环部210、第二环部211、第三环部212、第四环部213、用于电连接至电源的第一引脚部214和第二引脚部215以及用于将第一环部210、第二环部211、第三环部212、第四环部213、第一引脚部214和第二引脚部215串联连接的连接部。第一环部210、第二环部211、第三环部212和第四环部213都形成为环状，并且具有相同的外径和相同的内径。

第一环部210包括在周向上以间隙210g地互相面对的第一端部210a和第二端部210b，并且使轴线A在预定方向B上从第一端部210a向第二端部210b旋转。第二环部211、第三环部212和第四环部213也被构造为与第一环部210类似。第一环部210的间隙210g、第二环部211的间隙211g、第三环部212的间隙212g和第四环部213的间隙213g在以轴线A为中心的周向上互相偏移，并且在图8和9所示的实例中，以绕轴线A的90°的间隔布置。

第一引脚部214和第二引脚部215布置在第一环部210、第二环部211、第三环部212和第四环部213的外侧，并且在其间具有适当的间隙的情况下在以轴线A为中心的径向上互相平行地延伸。在图8和9所示的实例中，第一引脚部214的布置于轴线A侧的基端部214a布置于第二环部211的外周表面，并且第二引脚部215的基端部215a布置于第三环部212的外周表面。

连接部216包括：第一-第二环间连接部220，其用于连接第一环部210的第二端部210b与第二环部211的第一端部212a；第二-第三环间连接部230，其用于连接第二环部的第二端部211b和第三环部212的第一端部212a；第三-第四环间连接部240，其用于连接第三环部212的第二端部212b与第四环部213的第一端部213a；第一引脚侧连接部250，其用于连接第一引脚部214的基端部214a与第一环部210的第一端部210a；以及第二引脚侧连接部260，其用于连接第四环部213的第二端部213b与第二引脚部215的基端部215a。

第一-第二环间连接部220包括将第一环部210的第二端部210b与第二环部211的第一端部211a电连接的第一-第二环间弧状连接部221。第一-第二环间弧状连接部221与第二环部211同心地布置并且沿着第二环部211的外周表面延伸。第一-第二环间弧状连接部221使轴线A在预定方向B上从第一环部210的第二端部210b侧向第二环部211的第一端部211a侧旋转。第一-第二环间弧状连接部221与第二环部211的间隙211g在径向上重叠。

第二-第三环间连接部230包括将第二环部211的第二端部211b与第三环部212的第一端部212a电连接的第二-第三环间弧状连接部231。第二-第三环间弧状连接部231与第三环部212同心地布置并且沿着第三环部212的外周表面延伸。第二-第三环间弧状连接部231使轴线A在预定方向B上从第二环部211的第二端部211b侧向第三环部212的第一端部212a侧旋转。第二-第三环间弧状连接部231与第三环部212的间隙212g在径向上重叠。

第三-第四环间连接部240包括将第三环部212的第二端部212b与第四环部213的第一端部213a电连接的第三-第四环间弧状连接部241。第三-第四环间弧状连接部241与第四环部213同心地布置并且沿着第四环部213的外周表面延伸。第三-第四环间弧状连接部241使轴线A在预定方向B上从第三环部212的第二端部212b侧向第四环部213的第一端部213a侧旋转。第三-第四环间弧状连接部241与第四环部213的间隙213g在径向上重叠。

第一引脚侧连接部250包括将第一引脚部214的基端部214a与第一环部210的第一端部210a电连接的第一引脚侧弧状连接部251。第一引脚侧弧状连接部251与第一环部210同心地布置并且沿着第一环部210的外周表面延伸。第一引脚侧弧状连接部251使轴线A在预定方向B上从第一引脚部214的基端部214a侧向第一环部210的第一端部210a侧旋转。第一引脚侧弧状连接部251与第一环部210的间隙210g在径向上重叠。

沿着第二环部211的外周表面延伸的第一-第二环间弧状连接部221周围形成的磁场增强了第二环部211周围形成的磁场，并且有效地用于在第一-第二环间弧状连接部221的全长上感应加热工件2。沿着第三环部212的外周表面延伸的第二-第三环间弧状连接部231周围形成的磁场增强了第三环部212周围形成的磁场，并且有效地用于在第二-第三环间弧状连接部231的全长上感应加热工件2。沿着第四环部213的外周表面延伸的第三-第四环间弧状连接部241周围形成的磁场增强了第四环部213周围形成的磁场，并且有效地用于在第三-第四环间弧状连接部241的全长上感应加热工件2。沿着第一环部210的外周表面延伸的第一引脚侧弧状连接部251周围形成的磁场增强了第一环部210周围形成的磁场，并且有效地用于在第一引脚侧弧状连接部251的全长上感应加热工件2。

于是，不论第一-第二环间弧状连接部221的长度，第一-第二环间弧状连接部221与第二环部211之间的距离都是恒定的，不论第二-第三环间弧状连接部231的长度，第二-第三环间弧状连接部231与第三环部212之间的距离都是恒定的，不论第三-第四环间弧状连接部241的长度，第三-第四环间弧状连接部241与第四环部213之间的距离都是恒定的，并且不论第一引脚侧弧状连接部251的长度，第一引脚侧弧状连接部251与第一环部210之间的距离都是恒定的。因此，第一环部210的间隙210g、第二环部211的间隙211g、第三环部212的间隙212g和第四环部213的间隙213g的布置的自由度增大，具有相对低的磁场强度的这些间隙210g、211g、212g、213g在以轴线A为中心的周向上充分分散，并且能够使工件2的加热温度均匀。

虽然至此已经描述了具有两个至四个环部的加热线圈，但是也可以设置五个以上的环部。

下文将描述实例和比较例。

<实例>

由S45C制成且具有35mm外径和2mm厚度的管部件用作工件，当工件在以150mm/秒的移动速度仅在轴向上移动的同时通过使用图2和3所示的加热线圈1而被感应加热时，通过模拟获得在工件的周向上的加热温度分布。供应至加热线圈1的交流电流的频率设定为10kHz，并且工件的目标加热温度设定为1000℃。第一环部10、第二环部11和第三环部12的内径为39mm，并且第一环部10的间隙10g、第二环部11的间隙11g和第三环部12的间隙12g的间隔为120°。

<比较例>

当在与实例相同的工件与实例中一样以150mm/秒的移动速度仅在轴向上移动的同时通过使用图10和11示的加热线圈301而被感应加热时，通过模拟获得在工件的周向上的加热温度分布。供应至加热线圈301的交流电流的频率设定为10kHz，并且工件的目标加热温度设定为1000℃。下文将描述比较例中的加热线圈301。

图10和11所示的加热线圈301包括第一环部310、第二环部311、第三环部312、用于电连接至电源的第一引脚部314和第二引脚部315以及用于将第一环部310、第二环部311、第三环部312、第一引脚部314和第二引脚部315串联连接的连接部316。第一环部310、第二环部311和第三环部312都形成为环状，并且具有相同的外径和相同的内径。

第一环部310包括在周向上以间隙310g互相面对的第一端部310a和第二端部310b，并且使轴线A在预定方向C上从第一端部310a向第二端部310b旋转。第二环部311和第三环部312也被构造为与第一环部310类似。第一环部310的间隙310g、第二环部311的间隙311g和第三环部312的间隙312g在以轴线A为中心的周向上互相偏移。

连接部316包括：第一-第二环间连接部320，其用于连接第一环部310的第二端部与第二环部的第一端部311a；第二-第三环间连接部330，其用于连接第二环部311的第二端部311b与第三环部312的第一端部312a；第一引脚侧连接部350，其用于连接第一引脚部314的基端部314a与第一环部310的第一端部310a；以及第二引脚侧连接部360，其用于连接第三环部312的第二端部312b与第二引脚部315的基端部315a。

第一-第二环间连接部320包括中间部321，该中间部321在第一环部310外侧并且在以轴线A为中心的圆周的切线方向上直线地延伸。第二-第三环间连接部330包括中间部331，该中间部331在第三环部312外侧并且在以轴线A为中心的圆周的切线方向上直线地延伸。

在如上所述构造的加热线圈301中，第一环部310、第二环部311和第三环部312的内径为39mm，并且第一环部310的间隙310g、第二环部311的间隙311g和第三环部312的间隙12g的间隔为35°。

图12示出比较例中的工件的加热温度分布的模拟结果，并且图13示出实例中的工件的加热温度分布的模拟结果。在图12和13中，横轴通过绕中心轴线的旋转角度(°)表示工件的各个部分的周向位置，并且在径向上与第一引脚部和第二引脚部之间的间隙重叠的点设定为原点。

如图12所示，在比较例中，工件的各个部分的温差的最大值为80℃(最高温度：1010℃，最低温度：930℃)，并且为了获得加热温度分布，供应至加热线圈301的电功率为149kW。在比较例的加热线圈301中，能够看到第一环部310的间隙310g、第二环部311的间隙311g和第三环部312的间隙312g以35°的间隔布置，并且在这些间隙310g、311g和312g聚集的原点附近工件的加热不充分。

另一方面，如图13所示，在实例中，工件的各个部分的温差的最大值为18℃(最高温度：1010℃，最低温度：992℃)，并且为了获得加热温度分布供应至加热线圈301的电功率为153kW。在实例的加热线圈1中，能够看到第一环部10的间隙10g、第二环部11的间隙11g和第三环部12的间隙12g以120°的间隔布置，并且通过在周向上充分地分散这些间隙10g、11g和12g，工件的加热温度均匀。此外，能够看到供应至加热线圈的电功率在实例和比较例之间基本相同，沿着多个环部10、11、12的外周表面延伸的多个弧状连接部21、31、51、61周围形成的磁场有效地用于加热工件，因此提高了工件的加热效率。

如上所述，说明书中公开的加热线圈包括：多个环部，该多个环部沿着轴线同轴地布置；第一引脚部和第二引脚部，其电连接至电源；以及连接部，其用于串联连接多个环部、第一引脚部和第二引脚部，其中，多个环部包括第一端部和第二端部，该第一端部和第二端部在周向上其间具有间隙地互相面对，并且所述多个环部使轴线在预定方向上从第一端部向第二端部旋转，多个环部的间隙在以轴线为中心的周向上互相偏移，所述连接部包括沿着多个环部的各自的外周表面延伸的多个弧状连接部，并且多个弧状连接部包括：一个以上的环间弧状连接部，该一个以上的环间弧状连接部电连接相邻的两个环部中的一个环部的第二端部与另一环部的第一端部，并且该一个以上的环间弧状连接部使轴线在预定方向上从所述第二端部向所述第一端部旋转；第一引脚侧弧状连接部，该第一引脚侧弧状连接部将布置在多个环部的串联连接的一端侧上的环部的第一端部与所述第一引脚部电连接，并且该第一引脚侧弧状连接部使轴线在预定方向上从所述第一引脚部向所述第一端部旋转；以及/或者第二引脚侧弧状连接部，该第二引脚侧弧状连接部将电连接布置在多个环部的串联连接的另一端侧上的环部的第二端部，并且该第二引脚侧弧状连接部使轴线在预定方向上从所述第二端部向所述第二引脚部旋转。

在说明书中公开的加热线圈中，多个弧状连接部的弧心角之和为360°以上。

在本说明书中公开的加热线圈中，多个环部的间隙绕轴线以相等的角度间隔布置。

在说明书中公开的加热线圈中，多个环部中的至少一个环部的间隙与沿着所述环部的外周表面布置的弧状连接部在径向上重叠。

在说明书中公开的加热线圈中，多个环部的各自的内周表面的宽度比外周表面的宽度小。

在说明书中公开的加热方法中，通过在工件插入至加热线圈的多个环部中并且将交流电供应至该加热线圈的状态下仅在轴向上使加热线圈与工件相对地移动而感应加热工件。

本申请要求2018年8月23日提交的日本专利申请No.2018-156671的优先权，该专利的全文作为参考并入本申请。

Claims (10)

1.一种感应加热线圈，该感应加热线圈包括：

多个环部，该多个环部沿着轴线同轴地设置；

第一引脚部和第二引脚部，该第一引脚部和第二引脚部电连接至电源；以及

连接部，该连接部串联连接所述多个环部、所述第一引脚部和所述第二引脚部，

其中，所述多个环部包括第一端部和第二端部，所述第一端部与所述第二端部在周向上两者之间具有间隙地互相面对，并且所述多个环部在以所述轴线为中心的所述周向上从所述第一端部向所述第二端部旋转，

其中，所述多个环部的所述间隙在以所述轴线为中心的所述周向上互相偏移，

其中，所述连接部包括沿着所述多个环部的各自的外周表面延伸的多个弧状连接部，

其中，所述多个弧状连接部包括一个以上的环间弧状连接部、第一引脚侧弧状连接部和第二引脚侧弧状连接部，

其中，所述一个以上的环间弧状连接部将第一环部的第二端部与第二环部的第一端部电连接，其中，所述第一环部与所述第二环部相邻，并且所述一个以上的环间弧状连接部在以所述轴线为中心的所述周向上从所述第一环部的第二端部向所述第二环部的第一端部旋转，

其中，所述第一引脚侧弧状连接部将设置在所述多个环部的串联连接的一端侧上的环部的第一端部与所述第一引脚部电连接，并且该第一引脚侧弧状连接部在以所述轴线为中心的所述周向上从所述第一引脚部向所述第一端部旋转，并且

其中，所述第二引脚侧弧状连接部电连接设置在所述多个环部的串联连接的另一端侧上的环部的第二端部，并且该第二引脚侧弧状连接部在以所述轴线为中心的所述周向上从所述第二端部向所述第二引脚部旋转。

2.根据权利要求1所述的感应加热线圈，

其中，所述多个弧状连接部的弧心角之和为360°以上。

3.根据权利要求1或2所述的感应加热线圈，

其中，所述多个环部的各自的所述间隙以所述轴线为中心以相等的角度间隔布置。

4.根据权利要求1或2所述的感应加热线圈，

其中，所述多个环部中的至少一个环部的所述间隙与沿着所述环部的外周表面布置的所述弧状连接部在径向上重叠。

5.根据权利要求3所述的感应加热线圈，

其中，所述多个环部中的至少一个环部的所述间隙与沿着所述环部的外周表面布置的所述弧状连接部在径向上重叠。

6.根据权利要求1或2所述的感应加热线圈，

其中，所述多个环部的各自的内周表面的宽度比所述外周表面的宽度小。

7.根据权利要求3所述的感应加热线圈，

其中，所述多个环部的各自的内周表面的宽度比所述外周表面的宽度小。

8.根据权利要求4所述的感应加热线圈，

其中，所述多个环部的各自的内周表面的宽度比所述外周表面的宽度小。

9.根据权利要求5所述的感应加热线圈，

其中，所述多个环部的各自的内周表面的宽度比所述外周表面的宽度小。

10. 一种感应加热方法，包括：

将工件插入到根据权利要求1至9的任一项所述的感应加热线圈的所述多个环部中；以及

通过在将交流电供应至所述感应加热线圈的状态下仅在轴向上使所述感应加热线圈与所述工件相对地移动而感应加热所述工件。