TWI767733B

TWI767733B - 加熱的控制方法以及使用該控制方法的加熱系統

Info

Publication number: TWI767733B
Application number: TW110120080A
Authority: TW
Inventors: 張瀚哲; 詹適宇
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2021-06-02
Filing date: 2021-06-02
Publication date: 2022-06-11
Also published as: TW202248785A

Abstract

一種對塗覆有黏合材料的複數鋼片進行加熱的控制方法，包括：感測該些鋼片於第一位置的第一溫度以及於第二位置的第二溫度；對第一溫度與第一溫度目標值進行比較以得到第一差值，對第二溫度與第二溫度目標值進行比較以得到第二差值；根據第一差值產生第一控制值；根據第二差值產生第二控制值；比較該第一控制值與該第二控制值以產生控制訊號；以及提供控制訊號給加熱單元以對該些鋼片進行加熱。

Description

加熱的控制方法以及使用該控制方法的加熱系統

本發明係關於加熱的技術領域，特別是關於一種對使用沖壓所產生的複數鋼片進行加熱的系統以及控制方法。

大多數馬達的鐵芯是由數片的電磁鋼片透過銲接或鉚接組合而形成所謂的積層式鐵芯。然而，這些方式有部分缺點，例如，銲接固定的方式容易造成鐵芯邊緣短路、層間絕緣性下降。另外，銲接時會因塗膜裂解生成有害氣體，危害操作者健康。而鉚接方式是以局部鉚點進行固定，成品鐵芯之連接力不高。同時，鉚點深度受限於底材厚度，難以滿足電磁鋼片薄板下高強度之要求。因此，為了增加鐵芯的穩定性，透過自黏塗膜（Self-bonding coating）式電磁鋼片形成積層式鐵芯為一新興之組合黏接方式。

一般來說，自黏式鐵芯的製造是利用沖床搭配模具，將本身已塗覆黏合材料的鋼帶進行沖壓形成多個鋼片（亦即，自黏式電磁鋼片）後在模具中進行堆疊。然後，透過加熱的方式讓堆疊的鋼片升溫，當鋼片內的黏合材料接收的能量超過其反應活化能時便可產生黏性，使得堆疊的鋼片彼此透過黏合材料黏合在一起而形成鐵芯。通常，對於製造鐵芯時的加熱單元的溫度控制是採用對堆疊鋼片某一點的溫度被控制在定值來進行。然而，在加熱方式是使用感應線圈的情況下，由於堆疊鋼片各個位置受到的磁力線疏密不同，使得其四周升溫的情況（亦即，每個位置的升溫速率）並非相同的。因此若只控制某一點的溫度在定值，並不能保證其他位置的升溫情況符合預期。若位於非監控位置的黏合材料升溫速率太高導致其溫度過高會因流變而造成溢膠的情形，更甚者會使其喪失黏合效果，造成鐵芯報廢。

因此，如何提出一種溫度控制方法以解決上述問題乃此領域技術人員所關心的議題。

本發明之一目的在於提供一種加熱系統以及加熱的控制方法，以避免在沖壓過程中堆疊鋼片於不同位置的溫度差異過大，而造成溢膠、劣化或失效的情況。

為達上述之目的，本發明提供一種用於對塗覆有黏合材料的複數鋼片進行加熱的加熱系統，其包括加熱單元、第一溫度感測單元、第二溫度感測單元、以及控制單元，其中控制單元電性連接加熱單元、第一溫度感測單元與第二溫度感測單元。加熱單元用以根據控制訊號對該些鋼片進行加熱。第一溫度感測單元用以感測該些鋼片於第一位置的第一溫度，而第二溫度感測單元用以感測該些鋼片於第二位置的第二溫度。控制單元用以對第一溫度與一第一溫度目標值進行比較以得到第一差值，對第二溫度與第二溫度目標值進行比較以得到第二差值，根據第一差值與第二差值分別產生第一控制值與第二控制值，並比較第一控制值與第二控制值以產生控制訊號給加熱單元。

根據本發明的一些實施例，控制單元用以對第一差值與第二差值分別乘以第一可調參數與第二可調參數以得到第一調整值與第二調整值，對第一差值與第二差值進行積分後再分別乘以第三可調參數與第四可調參數以得到第一積分調整值與第二積分調整值，將第一調整值與第一積分調整值相加以得到第一控制值，以及將第二調整值與第二積分調整值相加以得到第二控制值。

根據本發明的一些實施例，控制單元用以將第一控制值與第二控制值中的最小者作為當下的控制訊號。

根據本發明的一些實施例，加熱單元包括圍繞該些鋼片的感應線圈。

根據本發明的一些實施例，加熱系統還包括電性連接該第一溫度感測單元、該第二溫度感測單元以及該控制單元的類比/數位轉換單元，其用以將第一溫度與該第二溫度轉為數位信號，並將轉為數位信號的第一溫度與第二溫度提供給控制單元。

根據本發明的一些實施例，加熱系統還包括電性連接該控制單元以及該加熱單元的數位/類比轉換單元，用以將控制訊號轉為類比信號，並將轉為類比信號的控制訊號提供給加熱單元。

根據本發明的一些實施例，第一溫度感測單元及/或第二溫度感測單元係紅外線溫度感測器。

本發明還提供一種對塗覆有黏合材料的複數鋼片進行加熱的控制方法，包括：感測該些鋼片於第一位置的第一溫度以及於第二位置的第二溫度；對第一溫度與第一溫度目標值進行比較以得到第一差值，以及對第二溫度與第二溫度目標值進行比較以得到第二差值；根據第一差值產生第一控制值；根據第二差值產生第二控制值；比較第一控制值與第二控值以產生控制訊號；以及提供控制訊號給加熱單元以對該些鋼片進行加熱。

根據本發明的一些實施例，其中根據第一差值產生第一控制值的步驟包括：對第一差值乘以第一可調參數以得到第一調整值；對第一差值進行積分後再乘以第三可調參數以得到第一積分調整值；以及將第一調整值與第一積分調整值相加以得到第一控制值；其中根據第二差值產生第二控制值的步驟包括：對第二差值乘以第二可調參數以得到第二調整值；對第二差值進行積分後再乘以第四可調參數以得到第二積分調整值；以及將第二調整值與第二積分調整值相加以得到第二控制值。

根據本發明的一些實施例，其中比較該第一控制值與該第二控值以產生該控制訊號的步驟包括：將第一控制值與第二控制值中的最小者作為控制訊號。

透過上述的加熱系統以及加熱的控制方法，可將堆疊鋼片離開加熱區時的溫度控制在目標值，以確保黏合材料能發揮其效果，同時將堆疊鋼片的其他位置的溫度保持在限制範圍內。如此一來，在確保鋼片的黏合材料能達到溫度發揮其黏合效果，又可避免在沖壓過程中因為其他位置的溫度過高而產生的溢膠、劣化、失效等問題。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

第1圖是根據本發明一些實施例繪示的製造鐵芯的沖壓模具100的剖面示意圖。如第1圖所示，用於形成鐵芯的鋼帶110透過輸送往第一方向D1前進，其中在其上表面上塗覆有黏合材料。在其他實施例中，亦可將黏合材料塗覆於下表面或是兩個表面上，本發明並不以此為限。當經過沖壓機（圖未示，在本實施例中為鋼帶形成鋼片之位置的上方）時，鋼帶110會被沖壓而形成鋼片110a，鋼片110a會沿著第二方向D2而在固定裝置120中進行堆疊以形成鐵芯的模樣，固定裝置120可確保所有鋼片110a彼此無偏差地堆疊，以避免多個鋼片110a在進行黏接的過程中偏移或是錯位。

需注意的是，為了方便理解鐵芯的形成過程，第1圖是以剖面圖的方式呈現。因此鋼片110a在本實施例中是以半圓的方式呈現。但實際上鋼片110a在本實施例中是以圓的形狀進行沖壓並堆疊成圓柱體的樣子。

感應線圈130設置在固定裝置120中。同樣地，感應線圈130在圖中以被切開的方式呈現，而實際上感應線圈130是圍繞著堆疊的鋼片110a。當堆疊的鋼片110a位於加熱區A1時（亦即，感應線圈130所在的區域）時，這部分的鋼片110a受到線圈產生的磁場而感應出渦電流進而被加熱，使得位於加熱區A1的黏合材料被加熱而產生黏性來對鋼片110a進行黏合。在經過加熱區A1後的鋼片110a便不會再被加熱，等到冷卻後便可形成積層式鐵芯。

在本發明中，對鋼片進行加熱的控制方法（亦即，控制提供給感應線圈130的功率）是根據堆疊鋼片110a的多個位置所取得的溫度來調整。在本實施例中，感測溫度的位置數量為兩個，例如，透過第一溫度感測器（圖未示）對於離開加熱區A1的位置P1以及透過第二溫度感測器（圖未示）對於位於加熱區A1裡的位置P2進行溫度感測，並將由第一溫度感測器以及第二溫度感測器所感測到的第一溫度和第二溫度提供給控制器以進行調整提供給加熱器中的感應線圈130的功率。然而，可依實際需求增加感測溫度位置的數量和所在區域，本發明並不以此為限。在一些實施例中，加熱器可為高週波加熱器，其可透過接收外部控制訊號（例如，控制單元260產生的控制訊號）來調整感應線圈上的功率大小，進而影響鐵芯的加熱速率。

在本實施例中，位置P1位於剛離開加熱區A1的位置，亦即，出口位置。位置P2則是位於加熱區A1中。在其他實施例中，位置P1與位置P2皆可位於加熱區A1或是離加熱區A1不遠的區域，只要兩者位置不要太過接近即可。

請一併參照第2圖，第2圖是根據本發明一些實施例繪示的加熱系統200的方塊示意圖。加熱系統200包括加熱單元210、第一溫度感測單元220、第二溫度感測單元230、類比/數位轉換單元240、數位/類比轉換單元250、以及控制單元260。加熱系統200可包含在如第1圖所示的沖壓模具100中，用於對經沖壓的堆疊鋼片110a進行加熱，其中加熱單元210可包括感應線圈130。在本實施例中，第一溫度感測單元220、第二溫度感測單元230可例如為紅外線溫度感測器。

第一溫度感測單元220、第二溫度感測單元230可感測堆疊鋼片110a的外側溫度（例如，位置P1與位置P2），然後將感測到的溫度送至類比/數位轉換單元240。類比/數位轉換單元240可將感測溫度轉為數位信號後再送給控制單元260，控制單元260根據這兩個所感測的溫度進行運算和判斷（將於以下具體描述）後將控制訊號送至數位/類比轉換單元250以將控制訊號轉換為類比信號，而被轉換為類比信號的控制訊號再提供給加熱單元210以控制其輸出功率，進而調整加熱速度。

以下將進一步詳述控制單元260的運作。首先，對第一溫度T1與第一溫度目標值Tg1進行比較得到第一差值Vd1，以及對第二溫度T2與第二溫度目標值Tg2進行比較得到第二差值Vd2。第一溫度目標值Tg1可例如為在進行加熱的過程中位置P1應保持的溫度，而第二溫度目標值Tg2可例如為在進行加熱的過程中位置P2不能超過的溫度。

接著，對第一差值Vd1與第二差值Vd2分別乘上可調參數a1和可調參數a2以得到第一調整值Va1與第二調整值Va2。在本實施例中，可調參數a1和a2為調整加熱單元210的輸出功率的倍率值。另外，第一差值Vd1與第二差值Vd2還透過積分器對時間進行積分後再分別乘以可調參數b1和可調參數b2以得到第一積分調整值Vi1和第二積分調整值Vi2。然後，將第一調整值Va1與第一積分調整值Vi1相加以得到第一控制值Vc1，且將第二調整值Va2與第二積分調整值Vi2相加以得到第二控制值Vc2。接著，透過選擇器對第一控制值Vc1與第二控制值Vc2進行比較，將兩者中最小的值作為這次的控制訊號Vc_out並提供給加熱單元210以調整加熱單元210的輸出功率。在本實施例中，控制訊號Vc_out、第一控制值Vc1、第二控制值Vc2可例如為伏特值，藉此用以直接改變加熱單元210的輸出功率進而調整加熱速率。

在本實施例中，由於同時監控不同位置處的溫度，因此可以得知不同位置處的升溫情況，並藉此來調整給熱單元210的功率以調整這些位置的升溫速率。當有一者（例如，位置P2）相較於另一者（例如，位置P1）的升溫速度較大導致在位置P2所感測的溫度T2較高，此時便可利用在位置P1所感測到的溫度T1（亦即，溫度較小）作為調整感應線圈140的輸出功率的依據以調降位置P2的升溫速率，避免位置P2的溫度過高而產生溢膠、劣化或是失效的情況發生。

在一些實施例中，在選擇第一控制值Vc1與第二控制值Vc2何者作為控制訊號Vc_out之前，可先對第一控制值Vc1與第二控制值Vc2進行限制，然後再對經限制的第一控制值Vc1與第二控制值Vc2進行比較以確定何者作為控制訊號Vc_out。在本實施例中，限制值對應於提供給（例如，藉由高週波加熱器）感應線圈140的極限功率值的一數值，以避免控制訊號Vc_out導致高週波加熱器能輸出的功率大於其能輸出的最大功率。

在本實施例中，由於第一控制值Vc1與第二控制值Vc2含有積分成分（亦即，第一積分調整值Vi1與第二積分調整值Vi2），因此利用了反積分飽和器來實現限制第一控制值Vc1和第二控制值Vc2，但本發明並不以此為限。

透過上述的控制方式，可將堆疊鋼片離開加熱區的溫度控制在目標值，以確保黏合材料能發揮其效果，同時將堆疊鋼片的其他位置的溫度保持在限制範圍內。如此一來，在確保鋼片的黏合材料能達到溫度發揮其黏合效果，又可避免在沖壓過程中因為其他位置的溫度過高而產生的溢膠、劣化、失效等問題。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。

100:沖壓模具 110:鋼帶 110a:鋼片 120:固定裝置 130:感應線圈 200:加熱系統 210:加熱單元 220:第一溫度感測單元 230:第二溫度感測單元 240:類比/數位轉換單元 250:數位/類比轉換單元 260:控制單元 A1:加熱區 D1:第一方向 D2:第二方向 P1、P2:位置 T1:第一溫度 Tg1:第一溫度目標值 T2:第二溫度 Tg2:第二溫度目標值 Vd1:第一差值 Vd2:第二差值 Va1:第一調整值 Va2:第二調整值 Vc1:第一控制值 Vc2:第二控制值 Vc_out:控制訊號 Vi1:第一積分調整值 Vi2:第二積分調整值 a1、a2、b1、b2:可調參數

第1圖是根據本發明一些實施例繪示的製造鐵芯的沖壓模具的剖面示意圖。第2圖是根據本發明一些實施例繪示的加熱系統的方塊示意圖。

110a:鋼片

200:加熱系統

210:加熱單元

220:第一溫度感測單元

230:第二溫度感測單元

240:類比/數位轉換單元

250:數位/類比轉換單元

260:控制單元

T1:第一溫度

Tg1:第一溫度目標值

T2:第二溫度

Tg2:第二溫度目標值

Vd1:第一差值

Vd2:第二差值

Va1:第一調整值

Va2:第二調整值

Vc1:第一控制值

Vc2:第二控制值

Vc_out:控制訊號

Vi1:第一積分調整值

Vi2:第二積分調整值

a1、a2、b1、b2:可調參數

Claims

一種加熱系統，用於對塗覆有一黏合材料的複數鋼片進行加熱，包括：一加熱單元，用以根據一控制訊號對該些鋼片進行加熱；一第一溫度感測單元，用以感測該些鋼片於一第一位置的一第一溫度；一第二溫度感測單元，用以感測該些鋼片於一第二位置的一第二溫度；以及一控制單元，電性連接該加熱單元、該第一溫度感測單元與該第二溫度感測單元，用以對該第一溫度與一第一溫度目標值進行比較以得到一第一差值，以及對該第二溫度與一第二溫度目標值進行比較以得到一第二差值，根據該第一差值與該第二差值分別產生一第一控制值與一第二控制值，並比較該第一控制值與該第二控制值以產生該控制訊號給該加熱單元，其中該控制單元用以將該第一控制值與該第二控制值中的最小者作為該控制訊號。
如請求項1所述的加熱系統，其中該控制單元用以對該第一差值與該第二差值分別乘以一第一可調參數與一第二可調參數以得到一第一調整值與一第二調整值，對該第一差值與該第二差值進行積分後再分別乘以一第三可調參數與一第四可調參數以得到一第一積分調整值與一第二積分調整值，將該第一調整值與該第一積分調整值相加以得到該第一控制值，以及將該第二調整值與該第二積分調整值相加以得到該第二控制值。
如請求項1所述的加熱系統，其中該加熱單元包括圍繞該些鋼片的一感應線圈。
如請求項1所述的加熱系統，還包括電性連接該第一溫度感測單元、該第二溫度感測單元以及該控制單元的一類比/數位轉換單元，用以將該第一溫度與該第二溫度轉為數位信號，並將轉為數位信號的該第一溫度與該第二溫度提供給該控制單元。
如請求項1所述的加熱系統，還包括電性連接該控制單元以及該加熱單元的一數位/類比轉換單元，用以將該控制訊號轉為類比信號，並將轉為類比信號的該控制訊號提供給該加熱單元。
如請求項1所述的加熱系統，其中該第一溫度感測單元及/或該第二溫度感測單元係紅外線溫度感測器。
一種對塗覆有一黏合材料的複數鋼片進行加熱的控制方法，包括：感測該些鋼片於一第一位置的一第一溫度以及於一第二位置的一第二溫度；對該第一溫度與一第一溫度目標值進行比較以得到一第一差值，以及對該第二溫度與一第二溫度目標值進行比較以得到一第二差值；根據該第一差值產生一第一控制值；根據該第二差值產生一第二控制值；比較該第一控制值與該第二控值以產生一控制訊號，將該第一控制值與該第二控制值中的最小者作為該控制訊號；以及提供該控制訊號給一加熱單元以對該些鋼片進行加熱。
如請求項7所述的控制方法，其中根據該第一差值產生該第一控制值的步驟包括：對該第一差值乘以一第一可調參數以得到一第一調整值；對該第一差值進行積分後再乘以一第三可調參數以得到一第一積分調整值；以及將該第一調整值與該第一積分調整值相加以得到該第一控制值；其中根據該第二差值產生該第二控制值的步驟包括：對該第二差值乘以一第二可調參數以得到一第二調整值；對該第二差值進行積分後再乘以一第四可調參數以得到一第二積分調整值；以及將該第二調整值與該第二積分調整值相加以得到該第二控制值。