TW200421943A - Coil for induction heating of a strip or another elongate metal workpiece - Google Patents

Description

200421943 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種線圈，被使用以感應生熱金屬條或 其他延伸金屬工作件形式之物件。 【先前技術】 最常使用之感應生熱用的線圈係電磁線圈，但電磁線圈 不適合用以感應生熱薄金屬條。相反的，線圈均被安排使 得通過金屬條之磁通量係橫向於金屬條平面。該種配置通 常被稱之為橫向磁通量感應生熱（TFX)。橫向磁通量線圈 之主要問題在溫度分佈型；邊緣傾向於過度加熱。當考慮 到金屬條通過電感器時，感應電流回路被感應至金屬條且 聚積在金屬條中，此種情況係很明顯。為消除邊緣之過度 加熱，感應線圈可被成型使得線圈在金屬條方向中係相對 地短。 亦可以在邊緣區域處使用磁通量改變裝置，使擴展出電 流回路之縱向通路。在感應電流通路中之電流密度變化， 但為簡化起見，可假設電流通路具有良好界定之寬度，且 在該感應電流通路内，電流密度維持恆定。每單位長度電 流通路之生熱功率係： (1) P = I2x R。 其中，I係感應電流，R係電阻。經由以磁通量改變裝置擴 展電流通路，電阻R減少，且因而減少在金屬條中之生熱 功率。此一系統之缺點係 a)即使以可調整之磁通改變裝 置，一電感器僅可覆蓋一小的寬度範圍，b)於生熱期間， 5 312/發明說明書(補件)/93-01/921283 95 200421943 在邊緣與中央之間的溫度差異高，且可導致金屬條變形， 及C)此一方法不能使用於狹窄金屬條，當考慮到電感器實 際製造例如為20mm寬之金屬條時，此一事實將變得很明 顯。 狹窄金屬條可使用二不同型式電感器之方法；單回路電 感器在邊緣與中央之間的區域生熱，且雙回路電感器在中 央與邊緣生熱。此一技術的缺點係為：a)線圈係相當昂貴， 因為線圈係損耗部件，且其成為大部份退火之成本，b)在 金屬條之不同部件之間溫度差異大，導致變形的風險，c) 單一組之線圈僅可覆蓋小寬度範圍，如此進一步增加線圈 成本，且當改變金屬條寬度時亦導致增加安裝時間，及d) 此一方法不能被使用在非常狹窄之金屬條。而且，雖然使 用這些線圈磁通量集中器，但基本上不能消除前述缺點。 這些及其他之用以克服溫度分佈型問題的方法，已被揭 示在許多專利中：在美國專利 4，0 5 4，7 7 0中，金屬條材料 之橫向磁通量生熱係以接近金屬條之邊緣具有低值、且實 質上自邊緣向中央之峰值均勻地向内上昇之磁通量分佈進 行，以供狹窄金屬條用，或具有中央較低區域之二峰值供 較寬金屬條之用。此係需要磁極件的構造來達到所需之磁 通量。美國專利4，1 8 5，1 8 3說明一種用以感應生熱金屬條 金屬片材料的感應生熱裝置，其使用可調整磁通量集中 器，使在材料之寬度上形成一致之生熱分佈。美國專利 4，7 5 1，3 6 0係有關於金屬條之橫向磁通量生熱，其使用由J 型部件構成之可調整寬度線圈，使均勻地生熱可變寬度與 6 312/發明說明書(補件)/93-01/92128395 200421943 厚度之金屬條。類似之 J型導體亦說明於美國專 5,403,994 中。 美國專利 4,778,971說明一感應生熱裝置，其中使用 或更多之主要線圈，且除了這些主要線圈以外，使用輔 校正線圈，以提供全體工作件寬度上良好均勻的溫度。 國專利5,3 0 8，946係有關於一電感應生熱之金屬條與金 片的裝置及方法。此一方法係依據被暴露在金屬條或金 片的移動通路相對側上之多數對個別導電線圈，其中， 圈係在金屬條或金屬片之移動通路上縱向地延伸。美國 利5，3 9 7，8 7 7係有關於一種裝置，以導電線圈之協助，感 生熱移動中之平坦金屬製品。在此一裝置中，所產生之 場均為相位對立，導致在將被加熱的製品中所感應之電 呈環狀分佈。美國專利 5，5 1 0，6 0 0說明一感應生熱裝置 用以加熱延伸金屬工作件，在該裝置中產生時間變化 場，該磁場產生具有正弦與餘弦分佈型之縱向渦流電流 佈於工作件寬度上，此一裝置以複雜方式控制磁場的空 分佈型。美國專利 6，2 5 5，6 3 4係有關於供一導線用之橫 磁通量生熱電線，線圈包含第一導體，具有面向一内部 熱區域之寬度，且實質上大於厚度，並由平面銅像塊所 成。實質上與第一導體建構之第二導體相同，被安排平 於第一導體，以形成一對内部生熱區域之延伸磁通量產 側。第三導體被提供在橫向磁通量生熱線圈的一末端處 用以自第一及第二導體的其中之一導引電流至另一導體 所有已揭示之前述裝置均具有二組對稱感應線圈，金 312/發明說明書(補件)/93-01/92128395 利 助 美 屬 屬 線 專 磁 流 ， 磁 分 間 向 生 構 行 生 〇 屬 7 200421943 條的每一側上各有一組。換言之，如果移除金屬條一側 之線圈，該裝置亦可運作。具有二組線圈之理由僅為可 致較佳效率。 【發明内容】 本發明之目的係消除習知技術的某些缺點，且達成所 用之感應生熱金屬條或其他延伸金屬工作件形式的物件 改善線圈。本發明之基本特色均被界定在所附之申請專 範圍中。 依據本發明，供橫向磁通量感應生熱金屬條或其他延 金屬工作件形式的物件之線圈，含有至少一對導體回路 線圈因而被分隔成為二部件，實質上較佳具有相同形狀 線圈之部件均非對稱地置於每一側上，且因此，線圈的 些部件不會單獨具有加熱效應，即為，可預防在這些部 中單獨產生加熱效應。因而，感應電流通路被分隔為二 等之分支，每一均具有相同於原始通路之寬度，且在分 中所組合之加熱效應僅有在分支前之加熱效應的一半。 本發明之基礎係應用前述之供功率用的公式（1): (1) P = I2x R。 當感應電流通路I在分支中被分為相等之1 /2時，在二 支中之功率為： (2) P = I2/4x R。 因而，組合之加熱效應僅有在分支之前加熱效應的一半 現在當考慮一金屬條及其上之溫度分佈時，可在金屬條 體中達成完全的加熱效應，且經由使感應電流回路部份 312/發明說明書(補件)/93-01/92128395 上 獲 使 之 利 伸 〇 〇 這 件 相 支 分 整 地 8 200421943 互相重疊，可以多回路電感器達成在邊緣處的四分 熱效應。使用二或更多對感應電流回路互相個別地 可加倍此一效應。這些回路互相地重疊，因此，電 有雙導體在金屬條上，但僅有單一導體平行於金屬 緣處。因而，交叉電流具有完全的加熱效應，但依 (2)，邊緣電流僅有四分之一的加熱效應。如此可協 過度加熱該邊緣。在實際之線圈製造中，其亦需要 圈之末端，及連接線圈至電源。在本發明的一較佳 中，重疊線圈係使用二鋸齒形導體製成，且導體被 疊，使形成一多回路電感器。 在本發明的一具體例中，使用重疊之回路，導體 被保持為分離件，且保持導體平行及不平行，並互 以抵消磁場。鋸齒形導體之末端均被成型使得在二 亦具有有效回路。當保持回路的兩半部為分離件時 之兩半可互相相對地位移，且如果需要，可將線圈 於互相相對地某些角度内。本發明之雙鋸齒形線圈 金屬條的一側上，在金屬條的二側上，或有利地使 條在二側之間通過。 本發明之雙鋸齒形線圈，已使用銅或諸如C 5 1 0、 與 OF-Cu(無氧銅）之銅合金製造的金屬條樣本， 3 0 k Η z之1 0 k W電源下測試。由測試之結果可以指d -電感器有效地加熱， -在一嚐試中，分支被移除，且二側係直接地在互 部上。而於此情況並不會產生加熱，可確認回路係 312/發明說明書(補件)/93-01/92128395 之一加 重疊， 感器具 條的邊 據公式 助避免 考慮線 具體例 互相重 之二側 相接近 末端處 ，線圈 兩半置 可以在 得金屬 C702 6 在具有 ti : 相之頂 必需的 9 200421943 事實， -溫度分佈形顯現相當平均， -對金屬條寬度或確實位置，溫度分佈形顯現出係不敏感 的， -即使如果線圈基本上係比金屬條更寬，加熱仍為良好且 平均。在邊緣上沒有觀察到過度加熱， -未觀察到變形之傾向， -經由保持一件磁通集中器接近於線圈，加熱型式可被影 響。 依據該結果，一金屬條熱處理線配設有所述之感應線 圈。所有在初步測試中的觀察結果均被確認，且具有加倍 熱處理線之速率的額外效益。 【實施方式】 在圖1至3中，一橫向感應磁通量加熱器9係被放置使 得將被加熱之金屬條1移動在加熱器9的二分離相同回路 2與3之間。回路2與3均被與電源1 0連接，因此，進入 加熱器9之感應電流通路被相等地分隔供二回路2與3之 用。回路2與3均被成型使得回路2的部件4與5及回路 3的個別部件6與7，均平行於（部件4與6)金屬條1之移 動方向（顯示為一箭頭8)或垂直於（部件5與7)金屬條1之 移動方向8。加熱器9之回路2與3均被重疊使得部件5 與7放置在相關於金屬條1的本質上相同之點中。因而， 部件5與7產生供金屬條1用之本質上完全的加熱效應。 相反的，接近於金屬條1之邊緣的部件4與6，產生供金 10 312/發明說明書(補件)/93-01/92128395 200421943 屬條1之邊緣用的僅有四分之一的加熱效應。因而，產生 供金屬條1用之本質上均勻的溫度分佈。 示於圖4之具體例係類似於示於圖1至3的具體例，但 與該具體例之不同處係加熱器的回路1 1與1 2被放置在將 被加熱之金屬條1 3的相同側中。 在圖5中，回路21與22含有二正弦導體，其均在一互 相重疊之位置中。依據正弦導體，回路21與22均以 90 度之相位移位而重疊。 【圖式簡單說明】 本發明將參照所附圖式更詳細說明，其中： 圖1顯示本發明之一較佳具體例的概略頂視圖， 圖2係顯示自A-A方向觀看之圖1的具體例， 圖3係顯示自B - B方向觀看之圖1的具體例， 圖4顯示本發明之另一較佳具體例的概略側視圖， 圖5顯示本發明之回路的再另一較佳具體例之概略側視 圖。 (元件符號說明） 1 金屬條 2 回路 3 回路 4 部件 5 部件 6 部件 7 部件 11 312/發明說明書(補件)/93-01/92128395 200421943

8 移 動 方向 9 加 熱 器 10 電 源 11 回 路 12 回 路 13 金 屬 條 2 1 回 路 22 回 路 312/發明說明書(補件)/93 -01 /921283 95 12

Claims (1)

1. 200421943 拾、申請專利範圍： 1 . 一種線圈，係作為以橫向磁通量感應生熱之一金屬條 或其他延伸金屬工作件之物件，其特徵在於該線圈含有至 少一對導體回路，導體回路係互相不對稱地放置，且導體 互相重疊使得電感器具有越過將被加熱之物件的雙導體， 且單一導體平行於將被在邊緣處加熱的物件，經由分隔供 導體用之感應電流成為二相等的分支，每一分支具有相同 於原始電流之寬度，可預防在導體中單獨產生加熱效應， 且在分支中的組合加熱效應僅為在分支前之加熱效應的一 2 ·如申請專利範圍第1項之線圈，其中該二導體均被放 置在將被加熱之物件的相同側上。 3 ·如申請專利範圍第1項之線圈，其中該二導體均被放 置在將被加熱之物件的二側上。 4.如前述申請專利範圍中任一項之線圈，其中重疊導體 均使用二鋸齒形導體製成，且導體均被互相疊置，以使形 成一多回路導體。 5 ·如前述申請專利範圍中任一項之線圈，其中導體係由 被放置平行於將被加熱之物件的移動方向之部件構成。 6.如申請專利範圍第1至4項中任一項之線圈，其中導 體係由被放置垂直於將被加熱之物件的移動方向之部件構 成。 7 ·如前述申請專利範圍中任一項之線圈，其中導體均被 成型為相同的。 13 312/發明說明書(補件)/93-01/92128395 200421943 8 ·如申請專利範圍第7項之線圈，其中導體均被成型為 正弦導體。

   14 312/發明說明書(補件)/93-01/92128395