TWI630845B - Induction heating device and control method thereof - Google Patents

Abstract

一種感應加熱裝置及其控制方法，其感應加熱裝置包含有一溫度感測器用以偵測待加熱目標的溫度，一主、副控制器連接溫度感測器並依據待加熱目標的溫度來控制一電源主機輸出電力到加熱線圈以進行加熱。其中，主控制器用來控制電源主機作大功率輸出，副控制器具有一開關以控制電源主機的功率隨開關的開啟與否而在不同功率狀態下振盪，進而調整每單位時間內電源主機的總輸出功率。藉此，電源主機可透過雙控制器的架構而可更自由地且更精密地對其輸出功率做控制，突破了傳統電源主機額定最小段輸出功率的限制。

Description

感應加熱裝置及其控制方法

本發明係有關於感應加熱技術，特別是指一種具有雙控制器的感應加熱裝置及其控制方法，能精準地控制感應加熱裝置的輸出功率。

相較於傳統電阻式的加熱技術，感應加熱技術具有熱反應性快與節能等優點，因此廣泛地應用於射出成型機。

傳統上，射出成型機的感應加熱裝置通常都只使用一組控制器來控制電源主機的輸出功率。然而傳統的電源主機，不管是使用電壓或電流來調制電源主機的控制訊號，電源主機通常是只能接收特定段數的控制訊號(例如1V、2V等段數的電壓訊號)來對應輸出固定段數的額定輸出功率，因此使用上缺乏彈性。當需要以一特定輸出功率來加熱塑料而使塑料與外界環境達到熱平衡時，如果此特定功率是低於電源主機的最小段額定輸出功率或者是介於二個段數的額定輸出功率之間，傳統的電源主機是無法輸出滿足要求的特定輸出功率，使得在射出成型的過程中，塑料的溫度無法有效的控制升溫速率或是精確的維持恆定溫度，最終影響到射出成型的結果。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種感應加熱裝置， 可精確地調整電源主機的輸出功率，突破傳統額定輸出功率段數的限制。

為了達成上述目的，本發明提供了一種感應加熱裝置，其包含有一溫度感測器、一主控制器、一副控制器、一電源主機以及一加熱線圈。其中溫度感測器是用來偵測待加熱目標的溫度，並可對應輸出一溫度訊號。主、副控制器都連接溫度感測器以及電源主機，主控制器依據溫度訊號輸出一主控制訊號。副控制器則具有一開關電路並依據溫度訊號而輸出一副控制訊號。電源主機依據主控制訊號與副控制訊號而對應輸出功率至加熱線圈以加熱待加熱目標

此外，本發明也提供了一種感應加熱裝置的控制方法，其用以加熱待加熱目標至一目標溫度並維持於此目標溫度，其控制方法包含有以下步驟：步驟a)：偵測待加熱目標的溫度，當所偵測到的溫度訊號是低於目標溫度時，輸出主控制訊號至電源主機，使電源主機輸出電力至加熱線圈以加熱待加熱目標。步驟b)：當溫度訊號到達目標溫度後，調降主控制訊號，開啟並調整副控制訊號，當溫度訊號低於目標溫度時，控制副控制訊號處於開啟狀態，當溫度訊號超過目標溫度時，控制副控制訊號處於關閉狀態。

藉此，當需要以一特定的輸出功率來加熱待加熱目標，而此特定功率是低於電源主機的額定最小段輸出功率，或者是介於電源主機其中二個段數的額定輸出功率之間時，使用者便可對應地調降主控制訊號，並藉由調整副控制訊號的開關狀態來調整主機電源每單位時間內的平均輸出功率，使每單位時間內平均輸出功率的總和剛好等於上述的特定功率， 因此能更自由地且更精準地控制電源主機的輸出功率，突破傳統電源主機對於其額定輸出功率的限制。

1‧‧‧感應加熱裝置

10‧‧‧溫度感測器

20‧‧‧主控制器

30‧‧‧電源主機

40‧‧‧副控制器

41‧‧‧開關電路

50‧‧‧加熱線圈

A、A1‧‧‧初始溫度

B‧‧‧預備溫度

C‧‧‧目標溫度

M‧‧‧料筒

第1圖為本發明較佳實施例感應加熱裝置的架構圖。

第2圖為本發明較佳實施例待加熱材料的溫度曲線變化圖。

第3圖為本發明較佳實施例控制方法的方法流程圖。

第4圖為本發明較佳實施例待加熱材料的另一溫度曲線變化圖。

為了能更瞭解本發明之特點所在，本發明提供了一較佳實施例並配合圖式說明如下，請參考第1至3圖。在本發明中待加熱目標是以射出成型機的料筒M作為舉例對象，待加熱目標也可以是塑料而不以本實施例為限。料筒M內容設有塑料，並且料筒M外部設有一組加熱線圈50以對料筒M與塑料加熱。由於此部分與傳統的射出成型機大致相同，以下段落將不再對射出成型機的相關零件與其作動方式加以詳述。

請參考第1圖，本發明的感應加熱裝置1包含有溫度感測器10、主控制器20、副控制器40、電源主機30以及上述的加熱線圈50。其中，溫度感測器10是用來直接或間接偵測料筒M的溫度並輸出一溫度訊號，溫度感測器10可使用例如熱電偶(thermal couple)等感測器，但不以此為限。

主控制器20連接溫度感測器10以接收溫度訊號，並依據溫度訊號而對應地輸出一主控制訊號以驅動電源主機30。主控制訊號可為一電壓訊號(例如0-10V)或一電流訊號(4-20mA)，在本實施例中，是讓主控制器 20輸出一個例如1伏特的定電壓的主控制訊號，而主控制器20在這一個實施例中主要是負責控制電源主機30做大功率的輸出。

副控制器40也連接溫度感測器10並輸入溫度訊號。副控制器40內部設有由繼電器所組成的一開關電路41，副控制器40依據溫度訊號來控制繼電器的導通狀態，進而利用繼電器的導通與否而輸出一個副控制訊號至電源主機30以驅動電源主機30，前述副控制訊號在本實施為在0伏特(關閉狀態)以及1伏特(開啟狀態)之間振盪。由於此部分的開關電路41有多種習知實施態樣，在此不一一列舉。

電源主機30接收主控制訊號與副控制訊號後，將依據主控制訊號以及副控制訊號之組合來對應輸出功率，之後輸出功率傳送至加熱線圈50以加熱料筒與塑料。在本實施例中，主控制訊號與副控制訊號將組合出隨時間在1伏特(谷值)與2伏特(峰值)之間振盪的電壓訊號，而此電壓訊號的峰值與谷值都符合電源主機30所預設能夠接受的其中二個段數，使電源主機30可以對應輸出例如0瓦特到500瓦特的振盪的輸出功率。藉此，使用者便能藉由調制副控制訊號在開啟狀態與關閉狀態之間的振盪頻率與工作周期等參數，讓電源主機30的輸出功率也跟著隨時間作週期性振盪，降低其每單位時間的總輸出功率到一個所想要的功率數值(例如250瓦特)，而此功率數值並非電源主機30額定輸出功率的其中一個段數，因此可突破傳統電源主機30對於其額定輸出功率段數的限制。

以上，本實施例的感應加熱裝置已說明完畢，以下段落將說明感應加熱裝置的控制方法，使料筒M的溫度從原本的初始溫度A加熱到目標溫度C並維持料筒M於此目標溫度C，請配合參考第2圖。

首先，在步驟S1中，溫度感測器10偵測料筒M的溫度訊號。由於初始溫度A是低於目標溫度C，開啟主控制器20，調整主控制訊號以控制電源主機30輸出隨時間恆定的輸出功率至加熱線圈50，以大功率的加熱方式加熱料筒M。

之後，在步驟S2中，當溫度感測器10偵測到料筒M的溫度上升到目標溫度C後，開始調整主控制訊號以降低電源主機30的輸出功率。之後開啟副控制器40，藉由例如調整副控制訊號的振盪頻率與工作週期，使電源主機30的輸出功率隨副控制訊號的開啟或關閉而產生振盪。在本實施例中，副控制器40的控制方式是：當所偵測到的溫度訊號是從超過目標溫度C的狀態下降到目標溫度C以下時，調整副控制器40的副控制訊號至開啟狀態以加熱材料；另一方面，當所偵測到的溫度訊號超過目標溫度C時，調整副控制訊號至關閉狀態而不加熱材料。如此一來，在主、副控制器20、40的控制下，電源主機30的輸出功率將隨時間呈週期性振盪，保持料筒M每單位時間內所散失的熱量實質上等於電源主機30在每單位時間內的輸出功率的總和，藉以維持料筒M於目標溫度C，提供傳統感應加熱裝置所難以提供的溫控能力，可更自由地且更精準地控制電源主機30的輸出功率。

另外，在某些使用情形之下也可選擇調降主控制器20的主控制訊號為零，單純使用副控制器40來控制感應主機30以保持材料M的溫度。

此外，在料筒M加熱過程中，可選擇在溫度訊號到達目標溫度C前的一預備溫度B時(如第2圖)，調降感應主機30依主控制訊號的輸出功率，並選擇開啟副控制器40調整電源主機30的輸出功率，如此除了可避免料筒M因加熱速率過快而導致塑料過熱的問題，另一方面也可在副控制器40 的幫助下，使料筒M依循一定的加熱速率加熱至目標溫度C，增加射出成型製程的可控制性。

為了能更精確地掌控塑料的加熱速率，使塑料的溫度變化過程可以更穩定與平順，本發明也可以選擇調整感應主機30的輸出功率，使塑料的升溫曲線變化如第4圖。其中在第4圖中，時間點0到t3的範圍是為對塑料加熱的加熱段，而時間點t3以後則是對塑料保持溫度的持溫段。在加熱段中，在時間0到t1時，是先使感應主機30輸出小功率加熱，使塑料緩慢地從初始溫度A1升溫至A2。之後在時間點t1至t2，則是增加感應主機30的輸出功率以調升塑料的加熱速率至預備溫度B，並且在時間點t2至t3時，再次調降感應主機30的輸出功率，使塑料的溫度緩慢地上升至目標溫度C。

最後，必須再次說明的是，本發明於前述實施例中所揭露的構成元件僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，舉凡其他的結構變化，或與其他等效元件的替代變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。

Claims (8)

1. 一種感應加熱裝置，包含：一溫度感測器，偵測一待加熱目標之溫度並輸出一溫度訊號；一主控制器，連接該溫度感測器並依據該溫度訊號而輸出一主控制訊號；一電源主機，連接該主控制器並依據該主控制訊號而對應輸出功率至一加熱線圈以加熱該待加熱目標，該感應加熱裝置的特徵在於：更包含一副控制器連接該溫度感測器，該副控制器具有一開關電路，該副控制器依據該溫度訊號並透過控制該開關電路的導通與否而輸出週期性振盪的一副控制訊號以控制該電源主機對應輸出功率。
2. 如請求項1所述的感應加熱裝置，其中該開關包含有一繼電器，該副控制器是依據該溫度訊號而控制該繼電器，使該副控制訊號規律地開啟或關閉。
3. 一種如請求項1所述感應加熱裝置的控制方法，其步驟包含有：a)偵測該待加熱目標的溫度，當該溫度訊號低於一目標溫度時，輸出該主控制訊號至該電源主機，使該電源主機輸出電力至該加熱線圈以加熱該待加熱目標；b)當該溫度訊號到達該目標溫度後，開啟該副控制器並輸出該副控制訊號，其中在步驟b)中更包含使該副控制訊號呈週期性振盪。
4. 如請求項3所述的控制方法，其中在步驟b)中，當該溫度訊號低於該目標溫度開啟該副控制訊號，當該溫度訊號超過該目標溫度時關閉該副控制訊號。
5. 如請求項3所述的控制方法，其中在步驟b)中包含調降該主控制訊號。
6. 如請求項4所述的控制方法，其中在步驟b)是將該主控制訊號降低至0。
7. 如請求項3-6任一項所述的控制方法，其中在步驟a)中更包含設定一低於該目標溫度的一預備溫度，當該溫度訊號到達該預備溫度時，提前開啟該副控制器。
8. 如請求項7所述的控制方法，其中在步驟b)中包含調降該主控制訊號。