ES2342377T3 - Serpentin de calentamiento por induccion. - Google Patents
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Abstract
Un serpentín de calentamiento por inducción para usarse en un aparato de calentamiento por inducción para calentar por inducción un objeto que tiene que calentarse (105) elaborado de un material tal como cobre o aluminio haciendo que pase una corriente de alta frecuencia de 40 a 100 kHz, que tiene una porción del serpentín (61) formada de un alambre de serpentín (50) que sirve como un alambre conductivo del serpentín y que comprende alambres trenzados (32), cada uno obtenido amontonando y girando múltiples alambres 25 cuyos conductores se cubren con un primer material aislante, cubriéndose sobre las caras externas de los mismos con un segundo material aislante formado de una resina de fluorocarbono que tiene capas aislantes (41, 51) que tienen diferentes puntos de fusión, el punto de fusión de la resina de fluorocarbono para usarse en la capa aislante más externa (51) de dicho segundo material aislante haciéndose menor que el punto de fusión de PFA que sirve como la resina de fluorocarbono para usarse en la capa aislante interna (41) de los mismos, enrollándose dicho alambre del serpentín (51) un número predeterminado de veces a fin de tener una forma predeterminada y calentarse para fundir dicha capa aislante más externa (51) formada de la resina de fluorocarbono y realizar la unión.
Description
Serpentín de calentamiento por inducción.
La presente invención se refiere a un serpentín
de calentamiento por inducción, provisto en un aparato de
calentamiento por inducción, para calentar un objeto que tiene que
calentarse teniendo baja resistencia y baja permeabilidad magnética,
tal como aluminio, particularmente.
Las capas ferruginosas que tienen alta
permeabilidad magnética se han usado de forma convencional como
capas para uso en los aparatos de cocina de calentamiento por
inducción; sin embargo, en años recientes, ha existido una demanda
en incremento para el uso de capas distintas a las capas
ferruginosas, tales como capas cúpricas y alumínicas. En el caso de
que se caliente por inducción una capa cúprica o una capa
alumínica, se requiere una corriente de alta frecuencia que tiene
una frecuencia de aproximadamente 40 a aproximadamente 100 kHz,
mayor que una frecuencia de aproximadamente 20 a aproximadamente 30
kHz adecuada para una capa ferruginosa, para fluir a través del
serpentín de calentamiento ya que el cobre y el aluminio tienen baja
resistividad y baja permeabilidad magnética. Sin embargo, cuando la
frecuencia se hace mayor, la corriente de alta frecuencia fluye
sólo cerca de la superficie de un conductor debido al efecto
pelicular. En otras palabras, la corriente no fluye en la porción
central del área de sección; esto es lo mismo que el área de sección
del conductor sea de hecho menor, por lo que la resistencia eficaz
del mismo alambre del serpentín de calentamiento incrementa de
forma significante durante el funcionamiento. Por lo tanto, como un
método para incrementar el área superficial y, por lo tanto,
disminuir de forma eficaz la resistencia, se ha usado un método en
el que decenas y decenas de alambres, siendo cada alambre un
conductor fino (por ejemplo, un alambre de cobre de 0,1 mm de
diámetro) que tiene una cubierta de aislamiento sobre su superficie,
se amontonan para producir un serpentín de calentamiento.
Además, el alambre del serpentín sirve como un
conductor para el serpentín de calentamiento tiene una estructura
colectiva de múltiples etapas en las que los alambres trenzados
obtenidos amontonando los alambres se giran además para disminuir
la resistencia eficaz (resistencia eficaz) desarrollada de hecho
debido al efecto pelicular. Adicionalmente, se propone que el
alambre trenzado obtenido al menos en la primera etapa se forme
zigzagueando para suprimir el incremento en la resistencia debido
al efecto de proximidad (en lo sucesivo en este documento, referido
como la acción de proximidad), o similares. La acción de proximidad
es un fenómeno en el que cuando las corrientes de alta frecuencia
fluyen en conductores adyacentes, las corrientes se afectan
mutuamente por medio de campos magnéticos, y ocurre el desvío en la
distribución de corriente, por lo que incrementan las resistencias
eficaces sobre las superficies de los conductores. La acción de
proximidad se hace más significativa a medida que las direcciones
de las corrientes de alta frecuencia son más uniformes entre los
conductores y en la medida en que las holguras entre los
conductores se hacen más pequeñas. En las configuraciones
convencionales mencionadas anteriormente, se puede disminuir en
alguna medida la resistencia del serpentín de calentamiento con
respecto a la corriente de alta frecuencia. Sin embargo, para
mejoras adicionales en la eficacia del calentamiento por inducción,
es necesario disminuir más la resistencia del serpentín.
En las configuraciones convencionales
mencionadas anteriormente, se puede disminuir la resistencia del
serpentín (resistencia a alta frecuencia) del serpentín de
calentamiento con respecto a la corriente de alta frecuencia. Sin
embargo, en el caso de que un serpentín de calentamiento para
calentar una cinta elaborada de cobre o aluminio se fabrique
adoptando estas configuraciones, es necesario que el diámetro del
conductor de un alambre se elabore tan pequeño como sea posible
como 0,1 mm o menor y que se amontonen tantos alambres como sea
posible (por ejemplo, de 1000 a 2000 alambres) para formar un
alambre del serpentín. Cuando el diámetro del alambre es tan
pequeño como el descrito, ocurren problemas; por ejemplo, el
aislante sobre la superficie del alambre se deteriora y el conductor
está propenso a la ruptura.
Adicionalmente, cuando se fija un terminal para
una conexión externa (para la conexión con un convertidor para
suministrar una corriente de alta frecuencia a este serpentín de
calentamiento) a un extremo del alambre del serpentín configurado
como se ha descrito anteriormente, la cubierta de aislamiento de
cada alambre en la porción final de alambre del serpentín,
aproximadamente 10 mm de longitud, se purga en un producto químico
predeterminado y se elimina a fin de que su conductor (por ejemplo,
un alambre de cobre) quede expuesto. Después, los alambres se
limpian y se amontonan nuevamente y después se curvan y se sueldan
al terminal, por el que se realiza la conexión eléctrica entre los
conductores mutuamente respectivos y el terminal.
Por tanto, se produce un problema de hacer muy
complicado el trabajo de conectar los terminales con los extremos
del alambre del serpentín para la convección externa.
En el documento JP 06 260270 A se describe un
serpentín de calentamiento en el que se reducen más las auto
pérdidas en un calentamiento por inducción de alta frecuencia
formando de un segundo alambre de litz trenzando dos o más primeros
alambres de litz formados trenzando una pluralidad de elementos de
alambre que tienen capas de aislamiento sobre los conductores. El
diámetro óptimo y el número necesario de un elemento de alambre que
tiene una capa aislante se determinan a partir del área de sección
obtenida de la profundidad de penetración determinada por la
frecuencia por unidad de longitud de un conductor y el área del
conductor y la forma externa requerida para transportar toda la
corriente. A partir de entonces, un pluralidad del elemento de
alambre se trenzan para formar un primer alambre de litz, y se
trenzan dos o más alambres de litz para constituir un segundo
alambre de litz. De forma sucesiva, los alambres se enrollan en
espiral desde el centro de manera que el número del elemento de
alambre y la forma externa del alambre 18 se conforman con el número
requerido y la forma externa para formar un serpentín de
calentamiento. Por tanto, se puede suprimir al mínimo el valor de
resistencia eficaz por el efecto de proximidad del efecto pelicular
superficial cuando una corriente de alta frecuencia se transporta en
un calentamiento por
inducción.
inducción.
En el documento JP 2002 015852 A se describe un
serpentín de calentamiento electromagnético, capaz de mantener la
forma del serpentín sin tener que usar un marco soporte que fija al
serpentín y una bobina devanada de serpentín, que tiene la más
grande tasa de área ocupada y una propiedad de encaje a presión
superior con respecto a una parte encajada y capaz de miniaturizar
una olla para arroz (intervalo electromagnético) a un bajo coste.
Este serpentín de calentamiento electromagnético tiene una parte de
serpentín, formada enrolando un alambre aislado en la forma
prescrita y una parte abierta. La parte de serpentín se forma
envolviendo en espiral una cinta de película con una capa adhesiva
alrededor de la periferia del un alambre aislado provisto de un
revestimiento de fluororesina, de manera que la capa adhesiva se
dispone fuera y que de 1/4 - 1/2 de la cinta se devana en lazos a
fin de formar una parte superpuesta. Los serpentines adyacentes de
la parte de serpentín se unen por fijación mediante la capa
adhesiva, mientras que el alambre aislado se forma en una superficie
plana, y la parte de serpentín se une directamente con la parte que
encaja del serpentín de calentamiento electromagnético para la
fijación.
El documento JP 05 298930 A describe un alambre
eléctrico aislado colector para prescindir de la impregnación de
resina y el endurecimiento de la resina después del embobinado y
racionalizar el proceso de fabricación del serpentín formando una
capa de fusión sobre una capa de fijación y ajustar el punto de
fusión de la resina para la capa de fusión menor que el punto de
fusión de la resina para la capa de fijación. En lo que respecta a
un alambre eléctrico aislado colectivo, se forma recién una capa de
fusión sobre una capa de fijación y el punto de fusión de la resina
para la capa se ajusta para ser menor que el punto de fusión de la
resina para la capa de fijación. Cuando el alambre eléctrico se
calienta después de que se embobina el alambre eléctrico sobre un
serpentín a una temperatura mayor que el punto de fusión de la
resina para la capa y menor que el punto de fusión de la resina
para la capa, se funde la resina para la capa y el hueco entre el
alambre embobinado se fija mediante la resina y no se funde la
resina para la capa, de manera que no ocurre la deformación tal
como, distorsión, etc, de los alambres de elementos esmaltados. La
capa se elabora de una resina térmicamente plástica y la capa se
elabora de una resina de ajuste térmico. O la capa se elabora de una
resina soluble en alcohol y la capa se elabora de una resina
insoluble en alcohol. En esta forma, también se evita la deformación
tal como, el desprendimiento de los alambres y se racionaliza la
fabricación del serpentín.
El documento JP 10 092565 A describe un método
para formar un serpentín de calentamiento por inducción para ser
usado para una olla para arroz de gran capacidad, la cual puede
reducir el alambre sin procesar del alambre de litz y que puede
evitar la desconexión del alambre sin procesar en la formación de un
serpentín y que puede mejorar la propiedad de aislamiento eléctrica
y la resistencia mecánica. Un alambre de litz se hace pasar a
través de un tubo termocontraible de película fina, y después de
esto, el tubo se calienta para la contracción a fin de unir el
alambre de litz para la fijación, y se forma el alambre de litz
fundido en la forma del serpentín. El alambre de litz, que se
enrolla para fijarse mediante el tubo termocontraible de película
fina, se reviste con un material de molde de resina y se
solidifica. Como el material de molde de resina se usa una resina
epoxi.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un serpentín de calentamiento por inducción a bajo
precio que tiene una pérdida de potencia de alta frecuencia que es
lo bastante baja para suprimir la generación de calor del mismo y
que tiene un efecto mejorado para suprimir rotura dieléctrica de los
materiales aislantes que cubren las porciones conductivas del mismo
incluso cuando se hace pasar a través del mismo una elevada
corriente de alta frecuencia capaz de calentar por inducción de
forma suficiente una cinta elaborada de un material que tiene baja
resistencia y baja permeabilidad magnética, tal como aluminio.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un serpentín de calentamiento por inducción que tiene
bajo auto calentamiento y que tiene una excelente eficacia de
calentamiento disminuyendo las influencias del efecto pelicular y
de la acción de proximidad y reduciendo la resistencia del serpentín
de calentamiento con respecto a la corriente de alta frecuencia.
Un serpentín de calentamiento por inducción de
acuerdo con la presente invención tiene una porción de serpentín en
la que alambres trenzados se obtienen amontonando y girando
múltiples alambres cuyos conductores se cubren con un primer
material aislante, y se cubren sobre las caras externas de las
mismas con un segundo material aislante formado de una resina de
fluorocarbono que tiene capas de aislamiento que tienen diferentes
puntos de fusión, haciéndose el punto de fusión de la resina de
fluorocarbono para usarse en la capa de aislamiento más externa del
segundo material aislante menor que el punto de fusión de PFA que
sirve como la resina de fluorocarbono para usarse en la capa de
aislamiento interna de los mismos, para formar un alambre del
serpentín que sirve como un alambre conductivo del serpentín, y el
alambre del serpentín se enrolla un número predeterminado de veces a
fin de tener una forma predeterminada.
Con esta configuración, múltiples alambres cuyos
conductores se cubren con el primer material aislante se amontonan
y se giran para formar cada alambre trenzado. El diámetro del
alambre se elabora muy pequeño (por ejemplo, 0,05 mm), y el espesor
del aislamiento de cada alambre se elabora fino (por ejemplo, 100
\mum). Por tanto, incluso si se incrementa el número de alambres
(aproximadamente 1600), se puede disminuir el diámetro de los
alambres trenzados (por ejemplo, aproximadamente 3,5 mm).
Adicionalmente, las caras externas de los
alambres trenzados se cubren con el segundo material aislante para
formar el alambre del serpentín, con lo que cuando la porción de
serpentín se forma en una forma predeterminada enrollando el
alambre del serpentín un número predeterminado de veces, el segundo
material aislante sirve como una película de protección. Por lo
tanto, no ocurre durante la operación de enrollado el deshecho
parcial del giro o la rotura debido a fuerzas no uniformes
aplicadas a los alambres. Adicionalmente, el primer material
aislante es resistente a raspaduras, por lo que la calidad se hace
estable y se facilita de forma simultánea el trabajo de enrollar el
alambre del serpentín.
Adicionalmente, se caracteriza por que el
segundo material aislante que cubre las caras externas de los
alambres trenzados es una resina de fluorocarbono. Ya que la resina
de fluorocarbono tiene una alta temperatura termoresistente y es
elevada en flexibilidad, se mejora el aislamiento, y se facilita el
trabajo de enrollar el alambre del serpentín.
Adicionalmente, se caracteriza por que el
segundo material aislante tiene múltiples capas de resina de
fluorocarbono que tienen diferentes puntos de fusión, y el punto de
fusión de la resina de fluorocarbono para usarse en la capa
aislante más externa se elabora menor que el punto de fusión de PFA
que sirve como la resina de fluorocarbono para usarse en la capa
aislante interna del mismo. Después de que se enrolla el alambre del
serpentín para formar una porción del serpentín, la porción del
serpentín se calienta de manera que la temperatura de la capa más
externa se haga mayor que el punto de fusión de la capa más externa
y de manera que la temperatura de la capa de aislamiento interna
del mismo se haga menor que el punto de fusión de la capa de
aislamiento. Después de que se funde al menos la capa de
aislamiento más externa mediante el calentamiento, se realiza el
enfriamiento. Por lo tanto, mientras los alambres se protegen con la
capa de aislamiento interna no fundida o ligeramente fundida
incluso si está fundida en alguna medida, el alambre del serpentín
adyacente se une mutuamente, por lo que puede fijarse la forma de
la porción de serpentín. Por lo tanto, el trabajo para formar la
porción de serpentín se facilita, y puede aumentar la
fiabilidad.
Adicionalmente, el serpentín de calentamiento
por inducción tiene las porciones terminales para la conexión
externa aseguradas al alambre del serpentín mientras se mantiene la
conexión eléctrica con los conductores del alambre del serpentín,
calentando y fundiendo el primer material aislante y el segundo
material aislante en los extremos de la porción de serpentín usando
un calor Joule generado por la aplicación de corriente y
presurizándolos al mismo tiempo. El segundo material aislante que
cubre las superficies de los alambres trenzados y el primer
material aislante sobre las superficies de los conductores
respectivos de los alambres se funden parcialmente mediante la
generación de calor en las porciones terminales y se mueven
alrededor de la circunferencia de la porción unida a presión. Por
tanto, la conexión eléctrica entre los conductores de los alambres y
entre los conductores de los alambres y las porciones terminales
para la conexión externa puede realizarse en poco tiempo de forma
segura mediante unión a presión.
Un serpentín de calentamiento por inducción de
acuerdo con la presente invención tiene una configuración en la se
enrolla que un alambre del serpentín formado de alambres trenzados
obtenidos girando alambres que tienen diferentes áreas de sección.
Con esta configuración, se dispone un alambre que tiene un área de
sección grande entre los alambres que tienen un área de sección
pequeña. Por tanto, se puede ampliar el espacio entre un alambre
que tiene el área de sección pequeña y otro alambre que tiene el
área de sección pequeña, y se puede reducir el incremento en la
resistencia a alta frecuencia debido a la acción de proximidad.
Un serpentín de calentamiento por inducción de
acuerdo con la presente invención tiene una configuración en la que
se combinan un alambre trenzado derecho obtenido girando un montón
de múltiples alambres en sentido horario y un alambre trenzado
izquierdo obtenido girando un montón de múltiples alambres en
sentido antihorario para formar un alambre del serpentín. Con esta
configuración, se puede reducir la influencia de la acción de
proximidad que ocurre en el caso de que se usen numerosos alambres
finos para reducir la influencia del efecto pelicular. En otras
palabras en el serpentín de calentamiento por inducción de acuerdo
con la presente invención, se enrolla el alambre del serpentín que
tiene la configuración mencionada anteriormente, por lo que los
radios de un alambre que se curva sobre el lado interno y el radio
de un alambre que se curva sobre el lado externo son diferentes,
por lo que no se hacen uniformes las direcciones de las corrientes.
Adicionalmente, ya que las direcciones de las corrientes en el
alambre trenzado derecho y en el alambre trenzado izquierdo no se
hacen uniformes, se puede reducir la acción de proximidad.
Un serpentín de calentamiento por inducción
expuesto en la reivindicación 1 de la presente invención se
caracteriza por tener una porción de serpentín en la que los
alambres trenzados cada uno obtenidos amontonando y girando
múltiples alambres cuyos conductores se cubren con un primer
material aislante, y se cubren sobre las caras externas de las
mismas con un segundo material aislante formado de una resina de
fluorocarbono que tiene capas de aislamiento que tienen diferentes
puntos de fusión, el punto de fusión de la resina de fluorocarbono
para usarse en la capa de aislamiento más externa del segundo
material aislante haciéndose menor que el punto de fusión de PFA
que sirve como la resina de fluorocarbono para usarse en la capa de
aislamiento interna, para formar un alambre del serpentín que sirve
como un alambre conductor del serpentín, y el alambre del serpentín
se enrolla un número predeterminado de veces a fin de tener una
forma predeterminada.
Cuando se amontonan y se giran los múltiples
alambres cuyos conductores se cubren con un primer material aislante
para formar cada alambre trenzado, el diámetro de la alambre se
elabora muy pequeño (por ejemplo, 0,5 mm), y el espesor del
aislamiento de cada alambre se elabora fino (por ejemplo, 100
\mum). Por lo tanto, incluso si el número de alambres incrementa
(aproximadamente 1600), el diámetro de los alambres trenzados puede
elaborarse pequeños (por ejemplo, aproximadamente 3,5 mm).
Las caras externas de los alambres trenzados se
cubren con el segundo material aislante para formar el alambre del
serpentín, por lo que cuando la porción del serpentín se forma en
una forma predeterminada enrollando el alambre del serpentín un
número predeterminado de veces, el segundo material aislante sirve
como una película de protección. Por lo tanto, no ocurre durante la
operación de enrollado el deshecho parcial del giro o la rotura
debido a fuerzas no uniformes aplicadas a los alambres y el primer
material aislante es resistente a raspaduras. Lo que da como
resultado que la calidad del serpentín de calentamiento por
inducción sea estable y se facilita de forma simultánea el trabajo
de enrollar el alambre del serpentín.
Adicionalmente, el segundo material aislante que
cubre las caras externas de los alambres trenzados es una resina de
fluorocarbono ya que la resina de fluorocarbono es de alta
temperatura termoresistente y altamente flexible, el aislamiento se
mejora, y se facilita el trabajo de enrollar el alambre del
serpentín. En un procesamiento terminal, expuesto en la
reivindicación 2 de la presente invención, cada porción terminal se
mantiene, fundida y presurizada en la porción de conexión mientras
se cubre la porción terminal del alambre del serpentín con la
resina de fluorocarbono. Por lo tanto, se puede realizar de forma
estable la conexión eléctrica entre los conductores y las porciones
terminales. Se facilita además la producción de un serpentín de
calentamiento por inducción adecuado para el calentamiento por
inducción de aluminio o similares, incluyendo el procesamiento
terminal.
Adicionalmente, el segundo material aislante
tiene múltiples capas de resina de fluorocarbono que tienen
diferentes puntos de fusión, el punto de fusión de la resina de
fluorocarbono para usarse en la capa de aislamiento más externa se
hace menor que el punto de fusión de PFA que sirve como la resina de
fluorocarbono para usarse en la capa de aislamiento interna de la
misma. Después de que se enrolla el alambre del serpentín para
formar una porción del serpentín, la porción del serpentín se
calienta de manera que la temperatura de la capa más externa se
hace mayor que el punto de fusión de la capa más externa y de manera
que la temperatura de la capa de aislamiento interna del mismo se
hace menor que el punto de fusión de la capa de aislamiento. Después
de que se funda al menos la capa de aislamiento más externa
mediante el calentamiento, se realiza el enfriamiento. Por lo
tanto, mientras que los cables se protegen con la capa de
aislamiento interna no fundida o ligeramente fundida incluso si se
funde en alguna medida, las porciones adyacentes del alambre del
serpentín se unen mutuamente, por lo que puede fijarse la forma de
la porción del serpentín. Por lo tanto, se facilita el trabajo para
formar las porciones del serpentín, y se puede aumentar la
fiabilidad.
Un método para producir un serpentín de
calentamiento por inducción expuesto en la reivindicación 2 de la
presente invención comprende una etapa de formar una porción del
serpentín enrollando un alambre del serpentín un número
predeterminado de veces a fin de tener una forma predeterminada,
formándose el alambre del serpentín cubriendo las superficies
externas de los alambres trenzados, cada uno obtenido amontonando y
girando múltiples alambres cuyo conductores de 0,1 mm o menos de
diámetro se cubren con un primer material aislante, con un segundo
material aislante y una etapa de conectar los terminales para la
conexión externa con los extremos de la porción del serpentín
mientras se mantiene la conexión eléctrica con los conductores
realizando la generación de calor usando calor Joule generado por
el flujo de corriente en las porciones de conexión de los terminales
para la conexión externa y presurizando, al mismo tiempo, los
extremos de la porción del serpentín en las porciones de conexión
para fundir el primer material aislante y el segundo material
aislante y para unir a presión los extremos con los conductores, en
los que el segundo material aislante es una resina de fluorocarbono
que tiene múltiples capas de aislamiento que tienen diferentes
puntos de fusión, el punto de fusión de la resina de fluorocarbono
para usarse en la capa de aislamiento más externa del segundo
material aislante se hace menor que el punto de fusión de PFA que
sirve como la resina de fluorocarbono para usarse en la capa de
aislamiento más interna del mismo, y en la etapa de formar la
porción del serpentín, se funde la capa de aislamiento más externa
calentándola y las porciones adyacentes del alambre del serpentín se
unen mutuamente de forma segura. En la presente invención, el
diámetro del conductor es menor que 0,1 mm o menor, por lo que se
puede suprimir particularmente el incremento en la resistencia
eficaz debido al efecto pelicular sobre el serpentín de
calentamiento por inducción cuando se calienta una cinta elaborada
de un material que tiene baja resistencia y baja permeabilidad
magnética, tal como aluminio, y se reduce la generación de calor del
mismo. Esta configuración del alambre del serpentín tiene mayor
número de alambres y se hace más complicada que una configuración
en la que el diámetro de un alambre es mayor que 0,1 mm y el número
de alambres es menor. Sin embargo, el procesamiento terminal del
alambre del serpentín, es decir, la conexión eléctrica entre el
conductor de cada alambre y la porción terminal, se puede realizar
de forma estable adoptando la presente invención. Lo que da como
resultado, que pueda producirse suficientemente un efecto de
reducción de la pérdida de calor en el caso de que el diámetro del
alambre se elabore menor, y que pueda evitarse que el procesamiento
terminal se haga complicado.
En una invención expuesta en la reivindicación
3, se usan alambres de 0,1 mm o menor de diámetro de conductor para
los alambres trenzados. En el caso de que el diámetro de conductor
del alambre sea de 0,1 mm o menor, es difícil aplicar de forma
engrosada durante la producción la primera capa de aislamiento y el
coste aumenta. Sin embargo, proporcionando las circunferencias
externas de los alambres trenzados con el material aislante, puede
fortalecerse fácilmente el aislamiento entre los alambres trenzados
o entre los alambres del serpentín, por lo que se mejora la
fiabilidad y se consigue la reducción del coste.
La invención expuesta en la reivindicación 1 se
caracteriza por que un objeto a calentarse se calienta por
inducción pasando una corriente de alta frecuencia de 40 a 100 kHz a
través del serpentín de calentamiento por inducción. Por lo tanto,
el aparato de calentamiento por inducción que incorpora este
serpentín de calentamiento por inducción puede adecuarse para una
cinta cúprica y una cinta alumínica.
Un serpentín de calentamiento por inducción
expuesto en la reivindicación 4 de la presente invención tiene
porciones terminales para la conexión externa asegurada a los
extremos de los alambres principales de la porción del serpentín
mientras se mantiene la conexión eléctrica, realizando el auto
calentamiento usando el calor Joule generado por la corriente que
fluye y presurizando los extremos de la porción del serpentín al
mismo tiempo para fundir el primer material aislante y el segundo
material aislante y unir a presión los extremos con los
conductores. Por lo tanto, el segundo material aislante que cubre
las superficies de los alambres trenzados y el primer material
aislante formado sobre las superficies conductoras de los alambres
respectivos se funden parcialmente mediante la generación de calor
en las porciones terminales y se mueven alrededor de la
circunferencia de la porción presurizada. Por tanto, las conexiones
eléctricas entre los conductores de los alambres y entre los
conductores de los alambres y las porciones terminales para la
conexión externa se pueden realizar de forma segura en poco tiempo
mediante la unión a presión. En la configuración expuesta en la
reivindicación 1 ó 3, la configuración del alambre del serpentín se
hace complicada, y se complica el trabajo para eliminar el primer
material aislante y el segundo material aislante en las porciones
finales en el caso de un método convencional mediante productos
químicos. Sin embargo, en la configuración de acuerdo con la
presente invención, no es necesario eliminar el recubrimiento de los
alambres usando procesos químicos o similares, y se puede omitir la
soldadura. Adicionalmente, incluso en el caso de que el diámetro del
alambre sea pequeño y el número de alambres incremente como en la
invención expuesta en la reivindicación 3, se puede realizar de
forma eficaz y estable la conexión entre el alambre del serpentín y
las porciones terminales de manera muy
similar.
similar.
Un serpentín de calentamiento por inducción
expuesto en la reivindicación 5 de la presente invención comprende
además un miembro que sujeta al serpentín para sujetar la porción
del serpentín y las porciones terminales.
La porción terminal tiene una porción de
conexión para conectar eléctricamente los conductores calentando y
presurizando de forma simultánea el extremo de la porción del
serpentín, una porción que sujeta el alambre del serpentín
conectado con la porción de conexión y una porción curvada que se
extiende de forma no lineal hasta la porción que sujeta el alambre
del serpentín. La porción curvada tiene una porción de rosca hembra
o un agujero, y el alambre del serpentín en el extremo de la porción
del serpentín se saca de la porción de conexión en una dirección
casi idéntica a aquella de la porción que sujeta al alambre del
serpentín.
Con esta configuración, las porciones terminales
se mantienen sobre el miembro que sujeta al serpentín, por lo que
las porciones principales de la porción del serpentín pueden
acortarse y se facilita el trabajo para conectar un aparato para
suministrar una corriente de alta frecuencia a la porción del
serpentín, tal como un convertidor. La porción terminal tiene la
porción de conexión para realizar la conexión eléctrica calentando
y presurizando de forma simultánea el alambre del serpentín, la
porción que sujeta al alambre del serpentín conectado con la
porción de convección, y la porción curvada, que se extiende de
forma no lineal hasta la porción que sujeta al alambre del
serpentín. Ya que el alambre del serpentín en el extremo de la
porción del serpentín se saca fuera de la porción de conexión en
una dirección casi idéntica a aquella de la porción que sujeta al
alambre del serpentín, el extremo de la porción del serpentín se
emplaza sobre la porción que sujeta al alambre del serpentín
durante el ensamblaje o después del ensamblaje. Esto evita que una
mayor fuerza de flexión se aplique al alambre del serpentín en la
porción de conexión. Adicionalmente, la porción curvada que se
extiende de forma no lineal hasta la porción que sujeta al alambre
del serpentín tiene la porción de rosca hembra o el hueco. Esto es
eficaz en que cuando un alambre externo se conecta con la porción de
rosca hembra o el hueco en la porción terminal usando un tornillo o
un tornillo y una tuerca, no se obstruye el extremo del
serpentín.
Un método para producir un serpentín de
calentamiento por inducción expuesto en la reivindicación 6 de la
presente invención comprende además un miembro que sujeta al
serpentín para sujetar el serpentín y los terminales. El terminal
tiene una porción de conexión para conectar eléctricamente los
conductores calentando y presurizando de forma simultánea el
extremo del serpentín, una porción que sujeta al alambre del
serpentín conectado con la porción de conexión y una porción
curvada que se tiende de forma no lineal hasta la porción que sujeta
al alambre del serpentín. La porción curvada tiene una porción de
rosca hembra o un hueco, y el método de producción tiene una etapa
de sacar el alambre en serpentín en el extremo del serpentín de la
porción de conexión en una dirección sustancialmente idéntica a
aquella de la porción que sujeta al alambre del serpentín.
La Figura 1 es una vista de sección transversal
de un alambre de serpentín de acuerdo con un primer ejemplo,
usándose para un serpentín de calentamiento por inducción de acuerdo
con una primera realización de la presente invención;
La Figura 2 es una vista de sección transversal
de un alambre del serpentín de acuerdo con un segundo ejemplo,
usándose para el serpentín de calentamiento por inducción de acuerdo
con la primera realización de la presente invención;
La Figura 3 es una vista de la sección
transversal de un alambre del serpentín de acuerdo con un tercer
ejemplo, usándose para el serpentín de calentamiento por inducción
de acuerdo con la primera realización de la presente invención;
La Figura 4 es una vista en planta de un
serpentín de calentamiento por inducción común para realizaciones
respectivas de acuerdo con la presente invención;
La Figura 5 es una vista de sección transversal
de un ejemplo de un aparato de cocción de calentamiento por
inducción provisto de un serpentín de calentamiento por inducción
mostrado en la Figura 4;
La parte (a) de la Figura 6 es una vista en
perspectiva que muestra un estado antes de la conexión de la porción
terminal con la porción principal del serpentín de un serpentín de
calentamiento por inducción de acuerdo con una segunda realización
(sic); 6
La parte (b) de la Figura 6 es una vista de
sección transversal tomada a lo largo de la línea
b-b de la Figura 1;
La Figura 7 es una vista en perspectiva que
muestra un estado después de la conexión de la porción terminal con
la porción principal del serpentín del serpentín de calentamiento
por inducción de acuerdo con la segunda realización (sic) de la
presente invención;
La Figura 8 es una vista en perspectiva que
muestra las configuraciones de la porción del serpentín, del miembro
que sujeta al serpentín, las porciones terminales y las porciones
que aseguran las terminales del serpentín de calentamiento por
inducción de acuerdo con la segunda realización (sic) de la presente
invención;
La Figura 9 es una vista lateral de un aparato
de conexión para conectar la porción terminal con la porción
principal del serpentín de acuerdo con la segunda realización (sic)
de la presente invención;
La Parte (a) de la Figura 10 es una vista en
perspectiva del electrodo superior del aparato de conexión mostrado
en la Figura 27 (sic);
La Figura (b) de la Figura 10 una vista en
perspectiva del electrodo inferior del aparato de conexión;
La Figura 11 es una vista en perspectiva que
muestra un estado antes del comienzo de una etapa de calentamiento y
presurización de acuerdo con la segunda realización (sic) de la
presente invención: y
La Figura 12 es una vista en perspectiva que
muestra un estado durante la etapa de calentamiento y presurización
de acuerdo con la segunda realización (sic) de la presente
invención.
Las realizaciones preferidas para un serpentín
de calentamiento por inducción de acuerdo con la presente invención
serán descritas a continuación con referencia a las Figura 1 a
Figura 12.
En las siguientes descripciones de las
realizaciones respectivas, un "alambre" es un sólo alambre
conductivo fino y el componente mínimo de un conductor que
constituye un serpentín de calentamiento por inducción. Agrupando y
girando múltiples alambres, se forma un conductor para un serpentín
de calentamiento por inducción, y esto se refiere como un
"alambre del serpentín". Un serpentín de calentamiento por
inducción se forma enrollando en espiral este alambre del
serpentín.
Realización
1
Diversos alambres del serpentín para un
serpentín de calentamiento por inducción de acuerdo con una primera
realización de la presente invención se describirán con referencia a
la Figura 1 a la Figura 3. Enrollando en espiral cada uno estos
alambres del serpentín como se muestra en la Figura 4, se obtiene un
serpentín de calentamiento por inducción 61. Un aparato de
calentamiento por inducción (un aparato de cocción de calentamiento
por inducción en esta realización) que incorpora este serpentín de
calentamiento por inducción se muestra en la vista de sección
transversal de la Figura5; esto se describirá más adelante en
detalle.
La Figura 1 es una vista de sección transversal
de un alambre del serpentín 30 de acuerdo con un primer ejemplo. En
la figura, un alambre 25 se forma cubriendo la cara externa de un
conductor formado de un alambre de cobre de 0,05 mm de diámetro,
por ejemplo, con una película aislante termoresistente (3 \mum de
dispersor), tal como poliesterimida, que sirve como un primer
material aislante. Un alambre trenzado se forma amontonando y
girando 540 alambres 25. En la Figura 1, se muestran 60 alambres
como un alambre trenzado 32 para evitar hacer la figura complicada;
sin embargo, el alambre trenzado real 32 tiene 440 alambres. El giro
para formar el alambre trenzado 32 se refiere en el presente
documento como un "giro de primera etapa". Después, tres
alambres trenzados 32 se giran mutuamente. El giro de estos 3
alambres trenzados 32 se refiere en el presente documento como un
"giro de segunda etapa". El giro de estos tres alambres
trenzados 32 se cubre con un material aislante termoresistente 31
(50 a 200 \mum de espesor), tal como una resina de fluorocarbono,
que sirve como un segundo material aislante para completar un
alambre del serpentín 30. El alambre del serpentín 30 tiene 1620
alambres 25. La combinación del giro de primera etapa para los
alambres 25 y el giro de segunda etapa para los alambres trenzados
32 para formar el alambre del serpentín 30 se refiere en el presente
documento como un "giro múltiple" y la estructura del mismo se
refiere en el presente documento como una "estructura girada
múltiple". Adicionalmente, el alambre del serpentín formado por
el giro múltiple se refiere en el presente documento como un
"alambre trenzado múltiple". El giro de etapas múltiples, que
es, el giro de segunda etapa o más, también puede realizarse para
el giro múltiple.
La Figura 2 es una vista de sección transversal
de un alambre del serpentín 40 de acuerdo con un segundo ejemplo.
En la figura, el alambre 25 es el mismo que el alambre 25 de acuerdo
con el primer ejemplo mencionado anteriormente. Sesenta alambres 25
se amontonan y se someten a un giro de primera etapa para formar un
alambre trenzado 42. Después, nueve alambres trenzados 42 se
amontonan y se someten a un giro de segunda etapa para formar un
alambre trenzado 43. Adicionalmente, tres alambres trenzados 43 se
amontonan y se someten a un giro de tercera etapa y después se
cubren con un material aislante termoplástico 41, con el que se
completa un alambre trenzado múltiple, es decir, el alambre del
serpentín 40. El alambre del serpentín 40 tiene 1620 alambres 25 (60
x 9 x 3 = 1620).
Un alambre del serpentín 50 de acuerdo con un
tercer ejemplo, mostrado en la vista de sección transversal de la
Figura 3, se obtiene cubriendo adicionalmente el alambre del
serpentín 40 mencionado anteriormente mostrado en la Figura 2 con
un material aislante 51, de esta manera, cubriéndose doblemente con
los materiales aislantes 41 y 51. El material aislante 51 se
elabora de un material que tiene un punto de fusión menor que aquel
del material
aislante 41.
aislante 41.
El alambre del serpentín 30 mostrado en la
Figura 1 se somete a un giro de primera etapa y de segunda etapa.
Además, los alambres del serpentín 40 y 50 mostrados en la Figura 2
y en la Figura 3 se someten a un giro de primera etapa, de segunda
etapa y de tercera etapa. Aunque el área de sección total de los
alambres (sic) 25 del alambre del serpentín 30 ó 40, es decir, el
área de sección total obtenida totalizando las áreas de sección de
los conductores de los alambres respectivos 25, es la misma, la
pérdida en la porción del serpentín 61 debido al efecto pelicular
mientras se hace pasar la corriente de alta frecuencia a través de
la misma puede suprimirse en el caso de que el alambre del
serpentín 30 ó 40 se forme haciendo el diámetro de cada alambre 25
pequeño, incrementando el número de alambres y girando los
alambres. Adicionalmente, en esta realización, se realiza el giro
de dos etapas o de tres etapas. Por tanto, incluso si el número de
alambres 25 y los diámetros del conductor de los alambres
respectivos 25 son los mismos, es decir, incluso si el área de
sección total de los conductores es la misma, existe un alto grado
de posibilidad de que las direcciones de los alambres 25 girados
dentro del alambre del serpentín se hagan no uniformes en
comparación con un alambre del serpentín sometido a sólo un giro de
una etapa. Por tanto, es posible suprimir las pérdidas en la porción
de serpentín debido al efecto de proximidad mientras se hace pasar
una corriente de alta frecuencia a través de, por ejemplo, el
interior del alambre del serpentín 30. Las direcciones de los
alambres respectivos 25 que constituyen un alambre trenzado 32 (que
se han girado en la primera etapa) que se tienen que girar en la
segunda etapa para formar el alambre del serpentín 30 son
significantemente diferentes de las direcciones de los alambres
respectivos 25 que constituyen los otros alambres trenzados 32 que
se tienen que girar en la segunda etapa con el alambre trenzado
mencionado anteriormente 32. Adicionalmente, las direcciones de los
alambres respectivos 25 en las porciones adyacentes del alambre del
serpentín 30 en la porción del serpentín 61 son mutuamente
diferentes de forma significativa. Los alambres del serpentín 40 y
50 se someten a un giro de etapas múltiples, siendo el número de
etapas una etapa más que aquella para el alambre del serpentín 30;
por tanto, se suprime además el incremento en la resistencia eficaz
debido al efecto de proximidad aunque el número de alambres 25 sea
el mismo que para el alambre del serpentín 30. Como se ha descrito
anteriormente, los alambres finos 25 de 0,05 mm de diámetro se usan
para los alambres del serpentín 30, 40 y 50 y se someten a giro
múltiple. Esto puede reducir los incrementos en las resistencias
eficaces tanto debido al efecto pelicular como al efecto de
proximidad.
Cuando un serpentín de calentamiento por
inducción se forma usando el alambre del serpentín 30 ó 40 mostrado
en la Figura 1 o en la Figura 2, se enrolla en espiral una porción
del serpentín 61 en la que se monta el alambre del serpentín 30 ó
40 y se instala sobre una porción que sujeta al serpentín 60
elaborado de una resina termoresistente como se ha mostrado en la
vista en planta de la Figura 4. Las porciones adyacentes del alambre
del serpentín enrollado en espiral 30 se unen con un adhesivo. Las
porciones principales del serpentín 63 y 83 en ambas porciones
finales de la porción del serpentín 61 se conectan con las porciones
terminales 65 y 85, respectivamente, para conectarse a un aparato
externo (a un aparato de suministro de corriente de alta
frecuencia, tal como un convertidor) como se describirá más adelante
en detalle con la referencia a las Figuras 6, 7 y 8.
En el alambre del serpentín 50 mostrado en la
Figura 3, el segundo material aislante 51 dispuesto en el exterior
se forma de una resina que tiene un punto de fusión (de 220ºC a
280ºC en la primera realización) menor que el punto de fusión (de
290ºC a 320ºC en la primera realización) del material aislante 41
dispuesto en el interior. Por tanto, realizando el calentamiento de
manera que el segundo material aislante 51 formado en espiral como
se ha mostrado en la Figura 4 tiene una temperatura predeterminada
(de 285ºC en la primea realización), sólo se funde el material
aislante 51, y se unen las porciones adyacentes del alambre del
serpentín 50.
La película aislante termoresistente que sirve
como un primer material aislante para cubrir el conductor del
alambre 25 puede configurarse a fin de tener dos capas (no
mostradas) en las que la capa interna se forma de poliesterimida (3
\mum de espesor) y la capa externa se forma de poliamida imida
(0,5 \mum de espesor). Sólo se puede usar la capa interna,
poliesterimida (3 \mum de espesor), sin embargo, el diámetro del
alambre 25 es bastante pequeño, 0,05 mm. Por lo tanto, es necesario
tomar medidas de manera que la fricción entre los alambres cuando
los alambres se amontonan y se forman en un alambre trenzado no
rompa los alambres ni dañe la película. Por tanto, la película de
poliamida imida (0,5 \mum de espesor) se forma sobre el exterior
para mejorar el deslizamiento entre los alambres.
Como los segundos materiales aislantes 31, 41 y
51 para cubrir los alambres trenzados que constituyen los alambres
del serpentín 30, 40 y 50, son adecuadas resinas termoplásticas,
tales como, una resina de poliamida, una resina de poliamida imida,
una resina de poliéster y una resina de fluorocarbono se adecuan.
Adicionalmente, con respecto al rendimiento de aislamiento estable
y al rendimiento de adhesión obtenida calentando, es deseable usar
PFA, una resina de fluorocarbono, que tiene un alto punto de fusión
(aproximadamente 300ºC) para el material aislante interior 41 que
sirve como el segundo material aislante mostrado en la Figura 3 y
usar una resina que tiene un punto de fusión (aproximadamente de
230ºC) menor que aquel mencionado anteriormente de la PFA para el
material aislante exterior 51 que también sirve como el segundo
material aislante.
Adicionalmente, se usa una goma no curada o
semicurada o una resina termoajustable como los segundos materiales
aislantes 31, 41 y 51. La resina se calienta y se cura en el medio
de la producción de la porción del serpentín 61, es decir, cuando
se enrolla el alambre del serpentín 50, o después de que se enrolle
el alambre del serpentín 50 y se forme la porción del serpentín 61.
Por tanto, el material aislante se asegura firmemente al material
aislante, o el material aislante se asegura firmemente a los
alambres, con lo que se puede hacer estable la forma de la porción
del serpentín 61. Las gomas, tales como gomas con base de silicona y
gomas con base de flúor, se usan como la goma. Adicionalmente, las
resinas, tales como una resina epoxi, una resina de poliéster
insaturado y una resina fenólica, se usan como la resina
termoajustable.
Una goma o resina no curada o semicurada, en
particular, una tela tejida o una tela no tejida revestida con o
inmersa en una goma o resina semicurada, también puede usarse como
el segundo material aislante. El calentamiento y la curación se
realizan después de la inmersión, con lo que se puede hacer estable
la forma de la porción del serpentín. En particular, se usa tela
tejida o tela no tejida en forma de cinta, la tela puede enrollarse
fácilmente alrededor de las circunferencias externas de los alambres
trenzados de forma parcial o total, por lo que se facilita su
manipulación, y se puede proporcionar una capa de aislamiento
estable.
Se puede usar una goma o resina, si es similar a
aquella descrita anteriormente.
También puede ser posible, después de que se
realice el precalentamiento, dispersar y reducir los componentes
volátiles incluidos en los mismos alambres trenzados, las
circunferencias externas de los alambres trenzados se proporciona
con el material aislante 41, y la circunferencia interna de los
mismos se proporciona además con el segundo material aislante 51
que sirve como la capa de adhesión. La capa de adhesión mencionada
en este documento incluye una capa unida por fusión. Después de que
se enrolla el alambre del serpentín 50 que tiene esta
configuración, se realiza el calentamiento, con lo que es posible
obtener la porción del serpentín 61 que tiene una forma estable en
la que se unen firmemente las porciones adyacentes del alambre del
serpentín 50 de la porción del serpentín 61.
Aun más, la cinta termoencogible también puede
usarse como un segundo material aislante. En otras palabras,
después de que se enrolla la cinta termoencogible alrededor de los
alambres trenzados, se realiza el calentamiento, con lo que la
cinta se encoge para apretar los alambres trenzados y la porción de
serpentín (sic) 61 puede tener una forma estable.
Realización
2
Un serpentín de calentamiento por inducción de
acuerdo con una segunda realización de la presente invención se
describirá con referencia a las Figuras 6 a la Figura 12. El
serpentín de calentamiento por inducción de acuerdo con la octava
realización tiene una configuración en la que el alambre del
serpentín para los serpentines de calentamiento por inducción
descritos de la primera realización a la sexta realización descrita
anteriormente se enrolla en espiral para formar una porción de
serpentín, y esta porción de serpentín se instala sobre el miembro
que sujeta al serpentín 60 como se ha mostrado en la Figura 4. En la
Figura 4, las porciones principales del serpentín 63 y 83 que
sirven como los extremos de la porción del serpentín 61 se sacan al
exterior.
La Figura 8 es una vista en perspectiva de forma
parcial del miembro que sujeta al serpentín 60, y muestra la
configuración detallada de una porción que asegura al terminal 62
sobre la que se instalan las porciones principales del serpentín
63 y 83. La porción que asegura al terminal 62 se elabora de la
misma resina termoresistente que aquella del miembro que sujeta al
serpentín 60 y puede formarse a fin de integrarse con miembro que
sujeta al serpentín 60. Las porciones principales del serpentín 63
y 83 en ambas porciones finales de la porción del serpentín 61 se
conectan con las porciones terminales 65 y 85, respectivamente, y
las porciones terminales 65 y 85 se aseguran a la porción que
asegura al terminal 62.
La conexión de la porción terminal 85 con la
porción principal del serpentín 83, mostrada en la Figura 4, del
alambre del serpentín 30 se describirá, por ejemplo, haciendo
referencia de la Figura 6 a la Figura 12. La parte (a) de la Figura
6 es una vista en perspectiva de la porción terminal 85. La parte
(b) de la Figura 6 es una vista de sección transversal que muestra
una porción de rosca hembra 87 que tiene una porción que sobresale
99 formada sobre la porción terminal 85. La porción terminal 85 se
forma de una placa de metal elaborada de un conductor
eléctricamente bueno, tal como, latón, y que tiene un espesor de
aproximadamente 0,8 mm. En la figura la porción final derecha de la
porción terminal B5 está provista de una porción de conexión 2
formada por la parte curvada de la porción terminal 85 a fin de
tener que formarse en una forma circular. El diámetro interior de
la porción con forma circular de la porción de conexión 2 se elabora
ligeramente más grande que el diámetro exterior de la porción
principal del serpentín 83. Una porción final principal del
serpentín 84 que mide de 5 a 10 mm en la porción final principal
de la porción principal del serpentín 83 se inserta en la porción
con forma circular de la porción de conexión 2 y se conecta usando
el aparato de conexión 20 mostrado en la Figura 9.
El aparato de conexión 20 tiene un mecanismo de
accionamiento de presión 21, tal como un cilindro de aire, y el
electrodo superior 22 del mismo se mueve en la dirección indicada
por la flecha 24, con lo que puede aplicarse una presión
determinada a una pieza de trabajo emplazada entre el electrodo
superior 22 y el electrodo inferior estacionario 23. La parte (a)
de la Figura 10 es una vista en perspectiva que muestra la forma del
electrodo superior 22, y la parte (b) de la Figura 10 es una vista
en perspectiva que muestra la forma del electrodo inferior 23. El
electrodo superior 22 elaborado de cobre tiene una porción que
sobresale 22a sobre su superficie inferior. El electrodo inferior
23 también puede elaborarse de cobre y tiene una porción que
sobresale 23a sobre su cara superior.
La porción de conexión 2 de la porción terminal
85 mostrada en la parte (a) de la Figura 6 se emplaza entre el
electrodo superior 22 y el electrodo inferior 23 como se muestra en
la Figura 11. Después, el electrodo superior 22 se mueve en la
dirección indicada por la flecha 24 para aplicar presión como se
muestra en la Figura 12. De forma simultánea, con el inicio de la
aplicación de la presión, se hace pasar una corriente alterna o una
corriente directa a través del espacio entre el electrodo superior
22 y el electrodo inferior 23. La corriente fluye desde el
electrodo superior 22 hasta el electrodo inferior 23 por medio de la
porción de conexión 2. Esta corriente genera un calor Joule en la
porción de conexión 2. El calor generado en la porción de conexión
2 se transfiere a la porción final principal del serpentín 84, con
lo que se calienta el segundo material aislante 31, 41 ó 51 y todos
los alambres 25 (Figuras 1 a 3). Cuando aumentan las temperaturas
del segundo material aislante 31 y de los alambres 25, el segundo
material aislante 31 y el primer material aislante que cubre el
conductor de cada alambre 25 se funden y se hacen líquidos. Ya que
el electrodo superior 22 continua la aplicación de presión en este
estado, la resina que sirve como el segundo material aislante 31,
41, 51 fundido y la resina que sirve como el primer material
aislante fundido que cubre cada alambre 25 se empujan fuera de la
región que está sosteniéndose entre el electrodo superior 22 y el
electrodo inferior 23, con lo que un material fundido 83a se
acumula cerca de la cara final de la porción de conexión 2 como se
muestra en la Figura 7. Lo que da como resultado que los
conductores de los alambres 25 se expongan y hagan contacto entre
sí. Al mismo tiempo, algunos de los conductores hacen contacto con
la porción de conexión 2. Por tanto, en la porción principal del
serpentín 83, los conductores de los alambres 25 se conectan
eléctricamente con la porción terminal 85 de forma directa o por
medio de otros conductores. La fuerza de aplicación de presión del
electrodo superior 22 en el aparato de conexión 20 es
preferiblemente aproximadamente 2000 N (N: Newton) o más, y la
corriente es preferiblemente una corriente directa de 3500 A.
Adicionalmente, el tiempo de aplicación de la corriente es de 1 a 3
segundos. La forma de la porción de conexión 2 conectada mediante el
método mencionado anteriormente se muestra en la Figura 7, y una
porción unida a presión cóncava 86 se forma mediante la aplicación
de presión usando la porción que sobresale 22a (sic) del electrodo
superior 22.
Cuando la porción de conexión metálica 2 que se
mantiene entre el electrodo superior 22 y el electrodo inferior 23
del aparato de conexión 20 se activa mientras que se presuriza, las
porciones que sobresalen 22a y 23a de los electrodos respectivos
hacen contacto con la porción de conexión 2 como se muestra en la
Figura 12. Por tanto, el área de contacto de la porción de conexión
2 que hace contacto con el electrodo superior 22 y con el electrodo
inferior 23 tiene un valor predeterminado determinado por las áreas
de las porciones que sobresalen 22a y 23a. Ya que el área de
contacto tiene el valor predeterminado, el valor de calentamiento
al momento que se hace pasar a través de la misma una corriente
constante (3500 A), se hace casi constante en el diseño, con lo que
puede realizarse el procesamiento de conexión estable entre el
alambre del serpentín 30 (sic) y la porción de conexión 2.
Como se ha descrito anteriormente, con esta
realización, los alambres múltiples 25 cuyos conductores se cubren
con el primer material aislante, se amontonan y giran para formar un
alambre trenzado, el diámetro del conductor del alambre se elabora
muy pequeño, 0,05 mm y el espesor del aislamiento de cada alambre se
elabora fino, 100 \mum. Por tanto, incluso si el número de
alambres incrementa a 1600, el diámetro (diámetro exterior) del
alambre del serpentín puede elaborarse pequeño hasta aproximadamente
3,5 mm.
Además, en el alambre del serpentín 30 mostrado
en la Figura 1, las caras externas de los alambres trenzados se
cubren con el segundo material aislante 31. Adicionalmente, en el
alambre del serpentín 50 mostrado en la Figura 3, las caras
externas de los alambres trenzados se cubren con los segundos
materiales aislantes 41 y 51. Por tanto, cuando el serpentín 61 se
forma enrollando el alambre del serpentín 30 ó 50 un número
predeterminado de veces a fin de tener una forma predeterminada, los
segundos materiales aislantes 31, 41 y 51 sirven como películas de
protección. Por lo tanto, no ocurre durante la operación de
enrollado el deshecho parcial del giro o la rotura debido a la
aplicación de fuerzas no uniformes a los alambres 25.
Adicionalmente, el primer material aislante es resistente a
raspaduras, por lo que la calidad se hace estable y se facilita de
forma simultánea el trabajo de enrollado.
Además, como se muestra en la parte (a) de la
Figura 6, ambas porciones finales principales del serpentín 64 y 84
del alambre del serpentín 30, formadas cubriendo los alambres
trenzados que comprenden alambres finos 25 que tienen la cubierta
del primer material aislante que tiene que fundirse por calor, tal
como una resina termoplástica, con el segundo material aislante 31,
tal como una resina termoplástica, se calientan y se unen por
presión de forma simultánea con las porciones terminales respectivas
65 y realizan la conexión. Por tanto, además no es necesario
eliminar las resinas de la cubierta que sirven como el segundo
material aislante 31 y como el primer material aislante para cada
alambre 25, por lo que la conexión entre el alambre del serpentín
30 y las porciones terminales 65 y 85 puede realizarse muy
fácilmente en poco tiempo. Ya que no se necesita soldadura, tampoco
se requieren trabajadores expertos. Adicionalmente, el procesamiento
químico para eliminar la cubierta no se requiere, por lo que los
alambres conductivos se afectan adversamente mediante químicos
residuales. La conexión entre la porción principal del serpentín 63
y la porción terminal 65 mostrada en la Figura 8 se realiza por una
etapa similar a aquella para la conexión entre la porción principal
del serpentín 83 y la porción terminal 85 descrita anteriormente.
En la descripción anterior, se describe la conexión entre el
alambre del serpentín 30 mostrado en la Figura 1 y las porciones
terminales 65 y 85; sin embargo, las conexiones entre los alambres
del serpentín 40 y 50 mostradas en la Figura 2 y en la Figura 3 y
las porciones terminales 65 y 85 también se realizan de forma
similar.
A continuación, la instalación de las porciones
terminales 65 y 85 en la porción que segura al terminal 62 mostrada
en la Figura 8 se describirá con referencia a la Figura 7 y a la
Figura 8. Las porciones terminales 65 y 85 tienen sustancialmente
la misma configuración, excepto que las mismas se forman a fin de
ser simétricas con respecto a la línea central C cuando se instalan
sobre la porción que asegura al terminal 62. En la siguiente
descripción, la porción terminal 65 o la porción terminal 85 se
describe como necesaria a fin de que la Figura 7 y la Figura 8
puedan entenderse más fácilmente; sin embargo, la descripción de la
porción terminal 65 también es aplicable a aquella porción terminal
85, y la descripción de la porción terminal 85 también es aplicable
a aquella de la porción terminal 65. En la Figura 7, la porción
terminal 85 tiene una porción de rosca hembra 87 en la porción
central y tiene un corte y una porción levantada 4 en el extremo
izquierdo. Las porciones de roscas hembras 67 y 87 tienen
preferiblemente una porción cilíndrica que sobresale 99 provista de
una rosca sobre la cara interna de las mismas como se muestra en la
parte (b) de la Figura 6. En la Figura 8, la porción que asegura al
terminal 62 está provista de porciones de trinquete 89, 90 y 91 de
manera que una holgura ligeramente mayor que la altura (espesor) de
las porciones de roscas hembras 67 y 87, incluyendo la porción que
sobresale 99, de las porciones terminales 65 y 85 se proporciona
entre las porciones de trinquete y la cara superior 62a de la
porción que asegura al terminal 62.
Por ejemplo, cuando la porción terminal 65 se
instala sobre la porción terminal 62, la porción terminal 65 se
inserta en la dirección indicada por la flecha 94 mostrada en la
figura dentro la holgura proporcionada por debajo de las porciones
de trinquete 89 y 90 mencionadas anteriormente. Cuando la porción
terminal 65 se empuja más en la misma dirección, se mueve hacia
delante mientras la cara superior de la porción cortada y levantada
4 hace contacto con el extremo inferior de la porción de trinquete
91 y mientras la porción cortada y levantada 4 se deforma
elásticamente ligeramente hacia abajo. Cuando la porción que
sobresale 99 de la porción de rosca hembra 67 se inserta dentro de
un hueco (no mostrado) proporcionado en la cara superior 62a de la
porción que se asegura al terminal 62, la cara superior de la
porción cortada y levantada 4 se mueve descendentemente y no hace
contacto con el extremo inferior de la porción de trinquete 91. En
este estado, el movimiento ascendente de la porción terminal 65 se
restringe por la porción cortada y levantada 4 y la porción de
trinquete 91, y su movimiento en la dirección horizontal se
restringe por la porción que sobresale 99 de la porción de rosca
hembra 87 y el hueco en la cara superior 62a de la porción que
asegura al terminal 62.
Ya que la porción terminal 65 se asegura a la
porción que asegura al terminal 62 como se ha descrito
anteriormente, no se requieren componentes adicionales para
restringir la posición de la porción terminal 65. Por tanto, el
coste puede reducirse y se facilita el trabajo de instalación de la
porción terminal 65.
Como se ha mostrado en la parte (a) de la Figura
6, la porción terminal 85 tiene la porción de conexión 2 para
conectar eléctricamente la porción principal del serpentín 83 del
alambre del serpentín 30, 40 ó 50 calentando y uniendo a presión,
una porción que sostiene al alambre del serpentín 100 que se
extiende hasta la porción de conexión 2, y una porción curvada 101
que se extiende en una dirección casi perpendicular a aquella de la
porción principal del serpentín 83 que se instala sobre la porción
que sujeta al alambre del serpentín 100. La porción de rosca hembra
87 se forma en la porción curvada 101. La porción principal del
serpentín 83 se dispone en una dirección casi idéntica a aquella de
la porción que sujeta al alambre del serpentín 100.
En la Figura 8, cuando un conector cableado 120
conectado al exterior se conecta con la porción terminal 65, un
tornillo macho 96 se inserta en la porción de rosca hembra 67 y se
aprieta. Sin embargo, también se puede usar una configuración
provista de un simple hueco en lugar de una porción de rosca hembra
67. En este caso, se usa una tuerca en lugar de una porción de
rosca hembra 67, y el tornillo macho 96 se aprieta para asegurarse.
Adicionalmente, también se puede usar un tornillo autorroscante en
lugar de un tornillo macho 96.
Ya que la porción terminal 65 se sostiene usando
la porción que asegura al terminal 62 asegurada a o integrada con
el miembro que sujeta al serpentín 60 como se ha descrito
anteriormente, se pueden reducir las porciones principales 63, 83
del serpentín 61. El trabajo para conectar un aparato para
suministrar una corriente de alta frecuencia al serpentín 61, tal
como un convertidor, se facilita usando el conector 120. Ya que las
porciones principales del serpentín 83 se sacan en una dirección
casi idéntica a aquella de la porción que sujeta al alambre del
serpentín 100, la porción principal del serpentín 83 se emplaza
sobre la porción que sujeta al alambre del serpentín 100 durante el
ensamble o después del ensamble. Por tanto, no ocurren
desprendimientos, por lo que es posible evitar la aplicación de una
fuerza de flexión grande a los alambres de la porción principal del
serpentín 83 cerca de la porción de conexión 2. La porción de rosca
hembra 87 se proporciona en la porción curvada 101 que se extiende
en una dirección casi perpendicular a aquella de la porción
principal del serpentín 83 que se instala sobre la porción que
sujeta al alambre del serpentín 100. Por tanto, cuando el conector
120 para el cableado externo se conecta con la porción de rosca
hembra 87 de la porción terminal 85, no se obstruye la porción
principal del serpentín 83, y se facilita el trabajo del cableado.
La porción curvada 101 se extiende en una dirección casi
perpendicular a aquella de la porción que sujeta al alambre del
serpentín 100, es decir, en una dirección casi perpendicular a
aquella de la porción principal del serpentín 83; sin embargo, sin
limitarse a esto, si la misma se extiende a fin de curvarse de forma
no lineal, se produce un efecto similar.
Como se ha descrito en detalle en las
realizaciones mencionadas anteriormente, la presente invención puede
proporcionar un serpentín de calentamiento por inducción para
calentar por inducción un objeto no magnético altamente conductivo
que tiene que calentarse teniendo una conductividad equivalente a
aquella del aluminio o mayor, y configurado para suprimir de forma
significante el calor generado debido a las pérdidas de alta
frecuencia y que tiene que producirse fácilmente a bajo coste y con
una calidad estable.
La presente invención puede usarse como un
serpentín de calentamiento por inducción a través del que se hace
pasar corriente de alta frecuencia para inducir calor a un material
que tiene baja resistividad y alta permeabilidad magnética, tal
como aluminio, particularmente, en los aparatos de calentamiento por
inducción que se usan para aparatos de cocción, fotocopiadoras, etc
de calentamiento por inducción.
Claims (6)
1. Un serpentín de calentamiento por inducción
para usarse en un aparato de calentamiento por inducción para
calentar por inducción un objeto que tiene que calentarse (105)
elaborado de un material tal como cobre o aluminio haciendo que
pase una corriente de alta frecuencia de 40 a 100 kHz, que tiene una
porción del serpentín (61) formada de un alambre de serpentín (50)
que sirve como un alambre conductivo del serpentín y que comprende
alambres trenzados (32), cada uno obtenido amontonando y girando
múltiples alambres 25 cuyos conductores se cubren con un primer
material aislante, cubriéndose sobre las caras externas de los
mismos con un segundo material aislante formado de una resina de
fluorocarbono que tiene capas aislantes (41, 51) que tienen
diferentes puntos de fusión, el punto de fusión de la resina de
fluorocarbono para usarse en la capa aislante más externa (51) de
dicho segundo material aislante haciéndose menor que el punto de
fusión de PFA que sirve como la resina de fluorocarbono para usarse
en la capa aislante interna (41) de los mismos, enrollándose dicho
alambre del serpentín (51) un número predeterminado de veces a fin
de tener una forma predeterminada y calentarse para fundir dicha
capa aislante más externa (51) formada de la resina de fluorocarbono
y realizar la unión.
2. Un método de producción del serpentín de
calentamiento por inducción que comprende:
- una etapa de formar una porción del serpentín (61) enrollando un alambre del serpentín (50) un número predeterminado de veces a fin de tener una forma predeterminada, formándose dicho alambre de serpentín (50) cubriendo las caras externas de los alambres trenzados (32), cada uno obtenido amontonando y girando múltiples alambres (25) cuyos conductores de 0,1 mm o menos de diámetro se cubren con un primer material aislante, con un segundo material aislante, y
- una etapa de conectar los terminales (85) para la conexión externa con los extremos de dicha porción del serpentín (61) mientras la conexión eléctrica con dichos conectores se mantiene realizando la generación de calor usando calor Joule generado por la corriente que fluye en las porciones de conexión (2) de los terminales (85) para la conexión externa y al mismo tiempo presurizando los extremos de dicha porción del serpentín (61) en dichas porciones de conexión (2) para fundir dicho primer material aislante y dicho segundo material aislante y unir a presión dichos extremos con dichos conductores, en el que
- dicho segundo material aislante es una resina de fluorocarbono que tiene múltiples capas aislantes (41, 51) que tienen diferentes puntos de fusión, el punto de fusión de la resina de fluorocarbono para usarse en la capa aislante más externa (51) de dicho segundo material aislante se hace menor que el punto de fusión de la PFA que sirve como la resina de fluorocarbono para usarse en la capa aislante interna (41) del mismo, y en dicha etapa de formar dicha porción del serpentín (61), se funde calentando dicha capa aislante más externa (51) y las porciones adyacentes de dicho alambre del serpentín (50) se unen mutuamente de forma segura.
3. Un serpentín de calentamiento por inducción
de acuerdo con la reivindicación 1, en el que alambres de 0,1 mm o
menos de diámetro de dicho conductor se usan para al menos una parte
de dichos alambres trenzados (32).
4. Un serpentín de calentamiento por inducción
de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende porciones
terminales (85) para la conexión externa aseguradas a los extremos
de dicha porción del serpentín (61) mientras se mantiene la
conexión eléctrica con dichos conductores realizando la generación
de calor usando calor Joule generado por la corriente que fluye y
al mismo tiempo presurizando los extremos de dicha porción del
serpentín (61) para fundir dicho primer material aislante y dicho
segundo material aislante y para unir a presión los extremos con
dichos conductores.
5. Un serpentín de calentamiento por inducción
de acuerdo con la reivindicación 4, comprendiendo además un miembro
que sujeta al serpentín (60) para sujetar dicha porción del
serpentín (61) y dichas porciones terminales (85), teniendo dicha
porción terminal (85) una porción de conexión (2) para conectar
eléctricamente dichos conductores calentando y presurizando
simultáneamente el extremo de dicha porción del serpentín (61),
extendiéndose una porción que sujeta al alambre del serpentín (100)
hasta dicha porción de conexión (2) y extendiéndose una porción
curvada (101) de forma no lineal hasta dicha porción que sujeta al
alambre del serpentín (100), teniendo dicha porción curvada (101)
una porción de rosca hembra (87) o un hueco, y sacándose dicho
alambre del serpentín (50) en dicho extremo de dicha porción del
serpentín (61) fuera de dicha porción de conexión (2) en una
dirección sustancialmente idéntica a aquella de dicha porción que
sujeta al alambre del serpentín (100).
6. Un método de producir un serpentín de
calentamiento por inducción de acuerdo con la reivindicación 2, que
comprende una etapa de sacar fuera dicho alambre del serpentín (50)
en el extremo de dicho serpentín desde dicha porción de conexión en
una dirección sustancialmente idéntica a aquella de dicha porción
que sujeta al alambre del serpentín (100), teniendo dicho terminal
(85) una porción de conexión para conectar eléctricamente dichos
conductores calentando y presurizando simultáneamente el extremo de
dicha porción del serpentín (61), extendiéndose una porción que
sujeta al alambre del serpentín (100) hasta dicha porción de
conexión y extendiéndose una porción curvada (101) de forma no
lineal hasta dicha porción que sujeta al alambre del serpentín
(100), y teniendo dicha porción curvada (101) una porción de rosca
hembra (87) o un hueco.
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