Устройство и способ индукционного нагрева

Устройство и способ индукционного нагрева

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству и способу индукционного нагрева.

Уровень техники

При изготовлении стальных пластин и т.п. нагрев стальной пластины выполняют в различных устройствах, например в отжиговой печи, печи для сплавления при плакировании, а также при сушке стальной пластины с нанесенным покрытием. В качестве способа нагрева стальной пластины для примера можно привести газовый нагрев, трансиндукционный нагрев и т.п. Например, газовый нагрев часто применяется в отжиговой печи, а трансиндукционный нагрев, который можно использовать для нагрева перед плакированием, применяется, главным образом, в печи для сплавления при плакировании, при сушке стальной пластины с нанесенным покрытием и т.п.

При этом способы индукционного нагрева, в общем, можно разделить на два типа: соленоидная система (нагрев с использованием магнитного потока в осевом направлении) и поперечная система (нагрев с использованием магнитного потока в поперечном направлении) или тому подобное. При нагреве с использованием соленоидной системы стальную пластину нагревают, подвергая ее воздействию магнитного потока, проходящего в продольном направлении этой пластины. При нагреве с использованием поперечной системы стальную пластину нагревают, подвергая ее воздействию магнитного потока, проходящего через стальную пластину. Способ индукционного нагрева с использованием поперечной системы обычно применяют для нагрева немагнитного материала, а для нагрева стальных пластин применяют, главным образом, способ индукционного нагрева с использованием соленоидной системы. В качестве способа индукционного нагрева с использованием соленоидной системы можно привести, например, известные способы, описанные в Патентных документах 1 и 2.

В способе индукционного нагрева согласно Патентному документу 1 устанавливают соединенные последовательно электрические конденсаторы переменной емкости для нагревательных катушек, используемых при индукционном нагреве, чтобы выровнять величину электрического тока, протекающего через соответствующие нагревательные катушки. Однако при использовании такого способа, если на нагревательные катушки подается переменное напряжение, имеющее высокую частоту, например, составляющую 50 кГц или около этого, емкостное сопротивление соединенных последовательно электрических конденсаторов переменной емкости уменьшается, в результате чего для адекватного управления величиной электрического тока требуются подобные конденсаторы большей емкости. В то же время, при нагреве стальной пластины до высоких температур, например, близких к температуре Кюри, либо при увеличении скорости нагрева необходимо, например, пропускать через нагревательные катушки большой ток, увеличивать частоту подаваемого напряжения и т.п. Однако при использовании способа индукционного нагрева, предлагаемого в Патентном документе 1, по указанной выше причине невозможно подавать высокочастотное напряжение, соответственно, необходимо увеличивать ток. Трудно создать устройство, в целом рассчитанное на большой ток, поэтому, например, возникают трудности при нагреве стальной пластины до высоких температур и т.д.

В то же время, при использовании способа индукционного нагрева, предлагаемого в Патентном документе 2, в продольном направлении стальной пластины устанавливают две или более одновитковых катушки, при этом напряженность магнитного поля нагревательной катушки, расположенной на последней ступени, задают равной от 1 до 10 значений напряженности магнитного поля нагревательной катушки, расположенной на первой ступени. Согласно способу индукционного нагрева, предлагаемому в Патентном документе 2, можно нагревать стальную пластину до высоких температур, близких к температуре Кюри, и уменьшать снижение скорости нагрева вблизи температуры Кюри. Отметим, что снижение скорости нагрева уменьшают в способе индукционного нагрева, предлагаемом в Патентном документе 2, так как снижение скорости при нагреве стальной пластины вносит неопределенность в характер кристаллизации, управление границей раздела и т.п., что затрудняет получение оптимального качества. Однако при использовании способа индукционного нагрева, предлагаемого в Патентном документ 2, между соответствующими нагревательными катушками и источником питания устанавливают переменные резисторы, и значения сопротивления переменных резисторов изменяют, чтобы управлять напряженностью магнитного поля каждой из нагревательных катушек. Поэтому, в соответствии со способом индукционного нагрева, предлагаемым в Патентном документе 2, в переменных резисторах генерируется Джоулева теплота, что вызывает большие потери энергии (потери на выделение теплоты). Таким образом, хотя это может быть приемлемым для случая протекания небольшого тока, так как при нагреве стальной пластины протекает большой ток, например 4500 А, такие потери энергии становятся значительными, и в соответствии с потерями энергии необходимо дополнительно пропускать через нагревательные катушки большой ток и, кроме того, требуется улучшать эффективность использования энергии. Помимо этого, при использовании способа индукционного нагрева, предлагаемого в Патентном документе 2, трудно сохранить постоянной скорость нагрева, так как магнитодвижущую силу нагревательной катушки можно регулировать только за счет значения сопротивления переменного резистора и частоты тока, протекающего через эту катушку, и необходим способ индукционного нагрева, позволяющий дополнительно уменьшить снижение скорости нагрева.

Кроме того, при использовании другого способа, например способа управления окончательной температурой нагрева для управления скоростью нагрева и способа регулирования скорости нагрева, выполняется только управление окончательной скоростью нагрева и средним значением скорости нагрева. В то же время, в ходе обычного процесса легирования стальной пластины, прошедшей гальванизацию путем окунания в расплав, когда нагревательная печь для нагрева при легировании имеет большую длину, составляющую, например, около 5-10 м, и при использовании способа нагрева с управлением средним значением, как описано выше, трудно сохранить скорость нагрева, пока температура в ванне для нанесения покрытия не достигнет постоянной окончательной температуры нагрева, и не только при высоких температурах, близких к температуре Кюри. Скорость нагрева важно сохранить постоянной, чтобы строго контролировать структуру сплава, и по этой причине также необходим способ индукционного нагрева, позволяющий сохранить эту скорость постоянной.

Патентный документ 1: Выложенная заявка на японский патент № 2003-243137;

Патентный документ 2: Выложенная заявка на японский патент № 2005-206906;

Патентный документ 3: Выложенная заявка на японский патент № 2001-21270;

Патентный документ 4: Выложенная заявка на японский патент № Н11-257850.

Сущность изобретения

Таким образом, настоящее изобретение создано с учетом указанных выше проблем.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение в устройстве индукционного нагрева и способе индукционного нагрева соленоидной системы, изменения скорости нагрева при нагреве стальной пластины с одновременным улучшением эффективности использования энергии.

Для решения поставленной задачи согласно одному из аспектов настоящего изобретения предлагается устройство для индукционного нагрева, которое обеспечивает непрерывный нагрев стальной пластины с использованием соленоидной системы, указанное устройство включает: по меньшей мере, три нагревательных катушки, установленных в продольном направлении стальной пластины так, чтобы эта стальная пластина перемещалась внутри катушек, и регуляторы индуктивности, установленные на токопроводах, электрически соединяющих каждую из нагревательных катушек с источником питания, подающим напряжение на каждую из нагревательных катушек, и выполненные с возможностью генерирования самоиндукции и регулирования собственной индуктивности при самоиндукции, причем регулятор индуктивности обеспечен для каждой из нагревательных катушек, при этом каждый из регуляторов индуктивности установлен так, чтобы вызывать взаимную индукцию, по меньшей мере, между смежными регуляторами индуктивности.

Отметим, что число нагревательных катушек означает число нагревательных катушек, которые установлены параллельно на линии, идущей от одного источника питания.

При такой конструкции плотности нагрева стальной пластины, обеспечиваемые смежными нагревательными катушками, могут перекрываться. Путем регулирования собственной индуктивности регуляторов индуктивности можно регулировать напряжение, подаваемое, по меньшей мере, на три нагревательных катушки. Кроме того, при использовании взаимной индукции смежных регуляторов индуктивности можно обеспечить синергетическое увеличение эффекта регулирования индуктивности.

Кроме того, также можно регулировать собственную индуктивность, возникающую в каждом из регуляторов индуктивности, установленных для нагревательной катушки, расположенной на первой ступени, и нагревательной катушки, расположенной на последней ступени в продольном направлении стальной пластины, таким образом, чтобы эта собственная индуктивность была меньше собственной индуктивности, генерируемой в регуляторе индуктивности для нагревательной катушки, установленной между упомянутыми нагревательными катушками, расположенными на первой ступени и последней ступени.

Кроме того, также возможно, чтобы расстояние между смежными нагревательными катушками составляло не менее 1/10 и не более 1/3 от внутреннего диаметра нагревательной катушки в направлении по высоте, каждый из регуляторов индуктивности образует обходные линии в направлении, перпендикулярном токопроводу, и расстояние между смежными регуляторами индуктивности составляло от 50 до 500 мм.

Кроме того, также возможно, чтобы каждый из регуляторов индуктивности генерировал самоиндукцию путем обхода токопровода, на котором установлен каждый из регуляторов индуктивности, по существу, в форме катушки, и регулировал собственную индуктивность при самоиндукции путем изменения площади поперечного сечения в области, окруженной обходными линиями, по существу, в форме катушки и представляющих собой обходной токопровод.

Кроме того, также возможно, чтобы каждый из токопроводов, соединяющих каждую из нагревательных катушек и источник питания, был образован парой входных/выходных выводов, идущих на большое расстояние от каждой из нагревательных катушек, регулятор индуктивности был образован путем обхода пары входных/выходных выводов, чтобы отделить один из пары входных/выходных выводов от другого вывода и изменить площадь поперечного сечения области, окруженной обходными линиями, путем изменения расстояния между одним из пары входных/выходных выводов и другим выводом в обходных линиях.

Кроме того, также возможно, чтобы расстояние между каждой из нагревательных катушек и каждым из регуляторов индуктивности, соединенных с каждой из этих катушек, составляло от 500 до 2000 мм.

Кроме того, также возможно, чтобы каждая из нагревательных катушек представляла собой одновитковую катушку или двухвитковую катушку.

Кроме того, чтобы устранить указанные выше проблемы, согласно другому аспекту настоящего изобретения, предлагается способ индукционного нагрева для непрерывного нагрева стальной пластины с использованием соленоидной системы, и этот способ включает следующие этапы: устанавливают, по меньшей мере, три нагревательных катушки в продольном направлении стальной пластины таким образом, чтобы стальная пластина перемещалась внутри катушек; устанавливают для соответствующих катушек регуляторы индуктивности, выполненные с возможностью генерирования самоиндукции и регулирования собственной индуктивности при самоиндукции, на токопроводах, соединяющих каждую из нагревательных катушек и источник питания, который подает напряжение на каждую из катушек по отношению к соответствующим катушкам, чтобы обеспечить генерирование взаимной индукции, по меньшей мере, между смежными регуляторами индуктивности; и регулируют собственную индуктивность, генерируемую каждым из регуляторов индуктивности, установленных для нагревательной катушки, расположенной на первой ступени, и нагревательной катушки, расположенной на последней ступени, в продольном направлении стальной пластины, так, чтобы эта собственная индуктивность была меньше собственной индуктивности, генерируемой в регуляторе индуктивности для нагревательной катушки, установленной между упомянутыми нагревательными катушками, расположенными на первой ступени и последней ступени.

Кроме того, также возможно, чтобы расстояние между смежными нагревательными катушками составляло не менее 1/10 и не более 1/3 от внутреннего диаметра нагревательной катушки в направлении по высоте, и каждый из регуляторов индуктивности образовывал обходные линии в направлении, перпендикулярном токопроводу, и расстояние между соседними регуляторами индуктивности составляло от 50 до 500 мм.

Кроме того, также возможно, что каждый из регуляторов индуктивности генерирует самоиндукцию путем обхода токопровода, на котором размещен каждый из регуляторов индуктивности, по существу, в форме катушки, и регулирует собственную индуктивность при самоиндукции путем изменения площади поперечного сечения области, окруженной обходными линиями, по существу, в форме катушки, и представляющих собой обходной токопровод.

Кроме того, также возможно, чтобы каждый из токопроводов, соединяющих каждую из нагревательных катушек и источник питания, был образован парой входных/выходных выводов, идущих на большое расстояние от каждой из нагревательных катушек, при этом регулятор индуктивности был образован путем обхода пары входных/выходных выводов, чтобы отделить один из пары входных/выходных выводов от другого вывода и изменить площадь поперечного сечения области, окруженной обходными линиями, путем изменения расстояния между одним из пары входных/выходных выводов и другим выводом в обходных линиях.

Кроме того, также возможно, чтобы расстояние между каждой из нагревательных катушек и каждым из регуляторов индуктивности, соединенных с каждой из этих катушек, составляло от 500 до 2000 мм.

Кроме того, также возможно, чтобы каждая из нагревательных катушек представляла собой одновитковую катушку или двухвитковую катушку.

Краткое описание чертежей

Далее предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения будут описаны подробно со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

фиг.1 - общий вид устройства для индукционного нагрева, соответствующего первому варианту реализации настоящего изобретения;

фиг.2 - вид сбоку устройства для индукционного нагрева, соответствующего тому же варианту реализации настоящего изобретения, в направлении перемещения стальной пластины;

фиг.3 - вид сверху устройства для индукционного нагрева, соответствующего тому же варианту реализации настоящего изобретения;

фиг.4А - схема, поясняющая распределение плотности нагрева стальной пластины, обеспечиваемой нагревательными катушками, входящими в состав устройства для индукционного нагрева, соответствующего тому же варианту реализации настоящего изобретения; показан случай, когда расстояние между смежными катушками составляет не менее 1/10 и не более 1/3 от внутреннего диаметра W1 нагревательной катушки в направлении по высоте;

фиг.4В - схема, поясняющая распределение плотности нагрева стальной пластины, обеспечиваемой нагревательными катушками, входящими в состав устройства для индукционного нагрева, сравниваемого с устройством для индукционного нагрева, соответствующим указанному варианту реализации настоящего изобретения; показан случай, когда ширина электрического провода катушки задана постоянной, а расстояние между смежными нагревательными катушками составляет более 1/3 от внутреннего диаметра нагревательной катушки в направлении по высоте;

фиг.5 - схема, поясняющая способ регулирования регуляторов L, входящих в состав устройства для индукционного нагрева, соответствующего тому же варианту реализации настоящего изобретения;

фиг.6 - диаграмма, иллюстрирующая величину тока, протекающего через нагревательные катушки, когда L регуляторов, входящих в состав устройства для индукционного нагрева, регулируются, соответствующего тому же варианту реализации настоящего изобретения;

фиг.7А - схема, поясняющая получение скорости нагрева в продольном направлении стальной пластины при использовании устройства для индукционного нагрева, соответствующего тому же варианту реализации настоящего изобретения;

фиг.7В - диаграмма, иллюстрирующая скорость нагрева в продольном направлении стальной пластины, получаемую в устройстве для индукционного нагрева, соответствующем тому же варианту реализации настоящего изобретения;

фиг.8 - диаграмма, иллюстрирующая скорость нагрева, когда регуляторы, расположенные на обоих краях, полностью открыты;

фиг.9 - диаграмма, иллюстрирующая скорость нагрева, когда регуляторы, расположенные в центре, полностью открыты;

фиг.10 - диаграмма зависимости отношения токов в нагревательных катушках от отношения площадей регуляторов L; и

фиг.11 - диаграмма зависимости переменного напряжения от частоты переменного напряжения источника питания переменного тока.

Подробное описание предпочтительных вариантов реализации изобретения

Отметим, что в представленном описании и на чертежах компоненты, имеющие практически одинаковое функциональное назначение, обозначены одинаковыми ссылочными номерами.

Конструкция устройства для индукционного нагрева

На фиг.1-фиг.3 показана конструкция устройства для индукционного нагрева, соответствующего первому варианту реализации настоящего изобретения. На фиг.1 приведен общий вид устройства для индукционного нагрева, соответствующего первому варианту реализации настоящего изобретения, на фиг.2 приведен вид сбоку устройства для индукционного нагрева, соответствующего данному варианту реализации настоящего изобретения, в направлении перемещения стальной пластины, и на фиг.3 приведен вид сверху устройства для индукционного нагрева, соответствующего данному варианту реализации настоящего изобретения.

Устройство 1 для индукционного нагрева, согласно варианту реализации настоящего изобретения, включает нагревательные катушки 10А-10D, токопроводы 11 и регуляторы L 12A-12D. Соответственно, сначала будут описаны конструкции этих компонентов.

Устройство 1 для индукционного нагрева, согласно представленному варианту реализации настоящего изобретения, используя соленоидную систему, нагревает стальную пластину 2, которая перемещается в направлении J1. Соленоидная система (нагрев с использованием магнитного потока в осевом направлении) представляет собой систему индукционного нагрева, в которой внутри нагреваемого объекта возникает магнитный поток, направленный, по существу, в продольном направлении (осевом направлении, направлении по оси x) этого объекта (например, стальной пластины 2), за счет изменения магнитного потока внутри нагреваемого объекта возникают вихревые токи, и объект нагревается за счет Джоулевой теплоты, обусловленной вихревыми токами.

Нагревательная катушка

Чтобы сформировать упомянутый выше магнитный поток в продольном направлении стальной пластины 2, в состав устройства 1 для индукционного нагрева включены, по меньшей мере, три или более нагревательных катушек, установленных таким образом, чтобы они были расположены вокруг стальной пластины 2, как показано на фиг.1 и фиг.2. Отметим, что в представленном варианте реализации настоящего изобретения для удобства рассмотрения будет описан случай, когда устройство 1 для индукционного нагрева включает четыре нагревательных катушки 10А-10D. Однако число нагревательных катушек не ограничивается четырьмя, и если имеется три нагревательных катушки или более, но не четыре, то число других конструкций, входящих в состав устройства 1 для индукционного нагрева, соответствует числу нагревательных катушек.

Как показано на фиг.3, каждая из нагревательных катушек 10А-10D выполнена таким образом, чтобы она была расположена вокруг стальной пластины 2, в результате чего стальная пластина 2 перемещается внутри нее, и эти катушки установлены в продольном направлении (направлении по оси x) стальной пластины 2. Другими словами, нагревательные катушки 10А-10D установлены таким образом, чтобы поверхности, образующие эти катушки, были, по существу, параллельны друг другу, и центральные точки этих поверхностей располагались, по существу, на одной линии. При этом если соответствующие нагревательные катушки 10А-10D расположены таким образом, чтобы стальная пластина перемещалась через центральные точки поверхностей, образующих нагревательные катушки 10А-10D, можно повысить эффективность нагрева.

Перекрывание плотностей нагрева

Кроме того, каждая из нагревательных катушек 10А-10D установлена таким образом, чтобы расстояние D1 между смежными нагревательными катушками 10А-10D было не менее 1/10 и не более 1/3 от внутреннего диаметра W1 нагревательных катушек 10А-10D в направлении по высоте. Как упомянуто выше, при задании расстояния D1 между смежными нагревательными катушками 10А-10D, составляющим не менее 1/10 и не более 1/3 от внутреннего диаметра W1 нагревательных катушек 10А-10D в направлении по высоте, соответствующие нагревательные катушки 10А-10D могут поддерживать постоянной скорость нагрева стальной пластины 2, и можно повысить эффективность нагрева. Как следствие, при такой конструкции можно компенсировать нехватку теплоты из-за уменьшения магнитной проницаемости стальной пластины 2 вблизи температуры Кюри путем нагрева областей близко расположенных нагревательных катушек 10А-10D.

Кроме того, в соответствии с рассмотренной выше конструкцией, между соответствующими нагревательными катушками 10А-10D возникает взаимная индуктивность, и можно на основе эффекта синергии увеличить влияние взаимной индуктивности. А именно можно увеличить ток, протекающий через нагревательные катушки 10А, 10D, установленные в крайних положениях (нагревательные катушки на первой ступени и последней ступени). Это объясняется следующим образом: так как индуктивность в нагревательных катушках 10В, 10С, расположенных в центре, увеличивается в результате приближения друг к другу нагревательных катушек 10А-10D, то индуктивность в нагревательных катушках 10А, 10D, установленных в крайних положениях, снижается в относительном выражении. Кроме того, при использовании такой взаимной индуктивности можно обеспечить в нагревательной катушке 10А, расположенной на последней ступени (и нагревательной катушке 10D, расположенной на первой ступени), скорость нагрева, превышающую скорость нагрева в других нагревательных катушках 10В, 10С. Как следствие, на последней ступени можно повысить скорость нагрева стальной пластины 2, нагреваемой до температур, близких к температуре Кюри.

Отметим, что если расстояние D1 между смежными нагревательными катушками 10А-10D составляет менее 1/10 от внутреннего диаметра W1 нагревательных катушек 10А-10D в направлении по высоте, то при подаче высокочастотного переменного напряжения между смежными нагревательными катушками 10А-10D может возникнуть электрический разряд. Кроме того, как будет описано ниже, напряжение, подаваемое на нагревательные катушки 10А-10D, можно регулировать для каждой из катушек при помощи регуляторов L 12A-12D, которые будут описаны ниже, в результате чего между катушками также возникает разность потенциалов, отличающаяся от разности потенциалов, относящейся к самим катушкам. Соответственно, такая разность потенциалов может также привести к возникновению электрического разряда. Как следствие, предпочтительно, чтобы расстояние D1 между смежными нагревательными катушками 10А-10D было равно или превышало 1/10 от внутреннего диаметра W1 нагревательных катушек 10А-10D в направлении по высоте. Кроме того, если расстояние D1 между смежными нагревательными катушками 10А-10D задают превышающим 1/3 от внутреннего диаметра D1 нагревательных катушек 10А-10D в направлении по высоте, нельзя повысить эффективность нагрева для смежных нагревательных катушек 10А-10D. Нагрев стальной пластины 2 при задании расстояния D1 между смежными нагревательными катушками 10А-10D, равного или менее 1/3 от внутреннего диаметра W1 нагревательной катушки в направлении по высоте, будет описан со ссылкой на фиг.4А-фиг.4В.

На фиг.4А-фиг.4В приведены схемы, поясняющие распределение плотности нагрева стальной пластины, обеспечиваемой нагревательными катушками 10С, 10D, входящими в состав устройства для индукционного нагрева, согласно представленному варианту реализации настоящего изобретения. Если говорить конкретно, фиг.4А иллюстрирует случай, когда расстояние D1 между смежными нагревательными катушками 10А-10D составляет не менее 1/10 и не более 1/3 от внутреннего диаметра W1 нагревательных катушек 10А-10D в направлении по высоте. Фиг.4В иллюстрирует случай, сравниваемый со случаем представленного варианта реализации настоящего изобретения, когда ширина электрического провода катушки задана постоянной, а расстояние D1 между смежными нагревательными катушками 10А-10D составляет более 1/3 от внутреннего диаметра W1 нагревательных катушек 10А-10D в направлении по высоте.

Как показано на фиг.4А, если расстояние D1 между смежными нагревательными катушками 10А-10D составляет не менее 1/10 и не более 1/3 от внутреннего диаметра W1 нагревательных катушек 10А-10D в направлении по высоте, то плотность Н1 нагрева (здесь и далее единицей ее измерения является Q/m²), обеспечиваемая нагревательной катушкой 10D, и плотность Н2 нагрева, обеспечиваемая нагревательной катушкой 10С, имеют, по существу, гауссовское распределение в продольном направлении стальной пластины 2. Соответственно, так как нагревательные катушки 10С и 10D установлены рядом друг с другом таким образом, чтобы расстояние D1 между смежными нагревательными катушками 10А-10D составляло не менее 1/10 и не более 1/3 от внутреннего диаметра W1 нагревательных катушек 10А-10D в направлении по высоте, то края распределений плотности Н1 нагрева и плотности Н2 нагрева перекрываются. Как следствие, можно поддерживать плотность Т1 нагрева, которая фактически существует при нагреве стальной пластины 2, на высоком уровне, то есть можно сохранить постоянной скорость нагрева также и между нагревательной катушкой 10D и нагревательной катушкой 10С. Кроме того, нет необходимости говорить, что если задать расстояние D1 между смежными нагревательными катушками 10А-10D более 1/3 от внутреннего диаметра W1 нагревательных катушек 10А-10D в направлении по высоте, перекрывание плотностей нагрева Н1, Н2, разумеется, исчезает, и поэтому нельзя сохранить постоянной скорость нагрева, как показано на фиг.4В.

Отметим, что в представленном варианте реализации настоящего изобретения нагревательные катушки 10А-10D для удобства рассмотрения являются одновитковыми катушками, как показано на фиг.1 и других чертежах, но они также могут представлять собой двухвитковые катушки.

Токопровод

Переменное напряжение подают на нагревательные катушки 10А-10D от источника 3 питания переменного тока. В качестве линий, подающих переменное напряжение, к соответствующим нагревательным катушкам 10А-10D идут токопроводы 11, и переменное напряжение от источника 3 питания переменного тока подается на каждый из токопроводов 11. Другими словами, токопроводы 11 представляют собой входные/выходные электрические провода, используемые для соединения источника 3 питания переменного тока и соответствующих нагревательных катушек 10А-10D, которые подают переменное напряжение от источника 3 питания переменного тока на соответствующие нагревательные катушки 10А-10D и обеспечивают протекание электрического тока в источник 3 питания переменного тока и вытекание электрического тока из этого источника 3.

Токопровод 11 образован парой входных/выходных выводов 111, 112, идущих на большое расстояние от выполненных в форме катушки обоих концевых участков каждой из нагревательных катушек 10А-10D. Кроме того, каждая пара входных/выходных выводов 111, 112 выполнена как единое целое с каждой из соединенных с ними нагревательных катушек 10А-10D. При такой конструкции, по сравнению со случаем, когда линии и нагревательные катушки выполнены отдельно, можно уменьшить электрическое сопротивление в области соединения между каждой из нагревательных катушек 10А-10D и парой входных/выходных выводов 111, 112 и увеличить силу тока, а также можно упростить изготовление. При этом нет необходимости говорить, что каждая из нагревательных катушек 10А-10D и пара входных/выходных выводов 111, 112 могут также быть выполнены отдельно. Отметим, что на фиг.1 и других чертежах показан случай, когда нагревательные катушки 10А-10D выполнены в виде плоских пластин, и пара входных/выходных выводов 111, 112 имеет ту же ширину, что и нагревательные катушки 10А-10D. Хотя пара входных/выходных выводов 111, 112 выполнена в виде плоских пластин, чтобы увеличить выдерживаемую силу тока, в результате чего через них может протекать большой ток, они необязательно должны изготавливаться плоскими.

Кроме того, пары входных/выходных выводов 111, 112 проходят, по существу, параллельно друг другу. Далее, предпочтительно, чтобы каждая из пар входных/выходных выводов 111, 112 (то есть каждый из токопроводов 11) проходила, по существу, в одном и том же направлении (направлении по оси y) и, по существу, в одной и той же плоскости (плоскости xy), вне зависимости от того, с какими нагревательными катушками 10А-10D соединены входные/выходные выводы. При такой конструкции можно уменьшить габариты устройства 1 для индукционного нагрева и получить соответствующие нагревательные катушки 10А-10D одинаковой формы, в результате чего упрощается изготовление.

Регулятор L

На соответствующих токопроводах 11 между соответствующими нагревательными катушками 10А-10D и источником 3 питания переменного тока установлены регуляторы L 12A-12D.

Каждый из регуляторов L 12A-12D является примером регулятора индуктивности, выполненного с возможностью регулировать реактивное сопротивление в цепи путем регулирования собственной индуктивности, и образован путем обхода токопровода 11 с получением, по существу, формы катушки. Если говорить более конкретно, в каждом из регуляторов L 12A-12D один входной/выходной вывод 111, образующий токопровод 11, обходит сверху (положительное направление по оси z), а другой входной/выходной вывод 112 обходит снизу (отрицательное направление по оси z), чтобы отделить упомянутые один входной вывод 111 и другой входной вывод 112 в том месте, где установлен каждый из регуляторов L 12A-12D, как показано на фиг.2. Другими словами, в каждом из регуляторов L 12A-12D входные/выходные выводы 111, 112 токопровода 11, соответственно, образуют, по существу, U-образную форму. В результате этого каждый из регуляторов L 12A-12D образует область S, окруженную обходными линиями 121, 122, образованными при обходе входных/выходных выводов 111, 112. Обходные линии 121, 122 входных/выходных выводов 111, 112, окружающие область S, имеют, по существу, форму катушки, например форму одновитковой катушки. Каждый из регуляторов L 12A-12D такой конструкции имеет, по существу, форму катушки, в результате чего в нем возникает самоиндукция при протекании переменного тока от источника 3 питания переменного тока (когда этим источником подается переменное напряжение).

Далее со ссылкой на фиг.2 описана примерная конструкция регуляторов L 12A-12D, более конкретно с использованием в качестве примера регулятора L 12A.

Регулятор L 12A включает прямостоящие участки 111С, 111В, 112С, 112В и соединяющие участки 111M, 112М. Прямостоящий участок 111С образован путем изгибания входного/выходного вывода 111, проходящего от нагревательной катушки 10А, вверх в вертикальном направлении (направление по оси z), а прямостоящий участок 111В образован путем аналогичного изгибания входного/выходного вывода 111, с которым соединен источник 3 питания переменного тока. Соответственно, прямостоящий участок 111С и прямостоящий участок 111В расположены, по существу, параллельно. Далее, соединяющий участок 111М образует электрическое соединение прямостоящего участка 111С и прямостоящего участка 111В. Прямостоящие участки 111С, 111В и соединяющий участок 111М образуют обходную линию 121.

В то же время, прямостоящий участок 112С образован путем изгибания входного/выходного вывода 112, проходящего от нагревательной катушки 10А, вниз в вертикальном направлении (направление по оси z), а прямостоящий участок 112В образован путем аналогичного изгибания входного/выходного вывода 112, с которым соединен источник 3 питания переменного тока. Соответственно, прямостоящий участок 112С и прямостоящий участок 112В расположены, по существу, параллельно. Далее, соединяющий участок 112М образует электрическое соединение вертикального участка 112С и вертикального участка 112В. Прямостоящие участки 112С, 112В и соединяющий участок 112М образуют обходную линию 122. Пространство между обходной линией 121 и обходной линией 122 образует область S, и за счет образования области S каждый из регуляторов L 12A-12D имеет, по существу, форму катушки, что приводит к возникновению собственной индуктивности при самоиндукции.

Собственная индуктивность

Далее, каждый из регуляторов L 12A-12D выполнен с возможностью регулирования собственной индуктивности. Если говорить конкретно, можно регулировать собственную индуктивность каждого из регуляторов L 12A-12D путем изменения площади поперечного сечения области S, окруженной обходными линиями 121, 122 (области, лежащей в плоскости yz), то есть области, ограниченной поверхностью, имеющей, по существу, форму катушки. Отметим, что собственная индуктивность катушки определяется, например, числом витков, радиусом катушки, длиной катушки, диаметром электрического провода, магнитной проницаемостью периферии (магнитной проницаемостью сердечника, то есть стальной пластины 2) и т.п., поэтому индуктивность катушки можно регулировать, например, путем изменения площади поперечного сечения катушки, чтобы изменить радиус катушки, и т.д. Соответственно, можно регулировать собственную индуктивность каждого из регуляторов L 12A-12D путем изменения площади поперечного сечения области S. Таким образом, можно регулировать напряжение, подаваемое на каждую из нагревательных катушек 10А-10D, путем регулирования реактивного сопротивления в цепи с использованием регуляторов L 12A-12D. Соответственно, можно регулировать степень нагрева стальной пластины 2, обеспечиваемую нагревательными катушками 10А-10D, для каждой катушки.

Далее со ссылкой на фиг.2 будет более конкретно описано изменение площади поперечного сечения для регулирования собственной индуктивности с использованием в качестве примера регулятора L 12A. Как показано на фиг.2, участки, проходящие параллельно в обходной линии 121 и обходной линии 122, то есть соединяющий участок 111М и соединяющий участок 112М, установлены таким образом, чтобы можно было регулировать разделяющее их расстояние. А именно соединяющие участки 111М, 112М установлены с возможностью вертикального смещения, и за счет вертикального смещения соединяющих участков 111М, 112М в регуляторе L 12A регулируют площадь поперечного сечения области S. Отметим, что предпочтительной является ситуация, когда соединяющие участки 111М, 112М смещают по вертикали в пределах длины вытянутых прямостоящих участков 111С, 111В, 112С, 112В, причем таким образом, чтобы центральная точка О области S располагалась по центру между входными/выходными выводами 111 и 112. А именно соединяющие участки 111М, 112М смещают по вертикали таким образом, чтобы расстояние смещения соединяющего участка 111М в направлении вверх из состояния, когда соединяющий участок 111М расположен в крайнем нижнем положении и, по существу, параллельно входному/выходному выводу 111 (состояние, когда эта линия не обходится), стало почти равным расстоянию смещения соединяющего участка 112М в направлении вниз из состояния, когда соедин