[发明专利]感应加热方法

说明书

本申请为以下专利申请的分案申请：申请日为2002年6月26日，申请 号为02829217.0，发明名称为《感应加热方法和装置》。

技术领域

本发明涉及感应加热方法和装置，尤其涉及适合于通过谐振型逆变器 (inverter)供电的感应加热方法和装置，谐振型逆变器被配备成分别与布置得 彼此相邻的多个加热线圈相对应。

背景技术

感应加热是以让电流通过加热线圈产生磁场，以便在要加热的部件中生 成过电流这样的方式生热的，由于可以达到通过电阻加热不能获取的高温， 所以在各种领域中都得到采用。图8示意性地示出了使轧钢机等的轧辊变硬 的感应加热装置的概貌。

在图8中，轧辊10由轧辊主体12和处在它两端的辊颈14组成。当通过 感应加热使轧辊10变硬(harden)时，在感应加热装置15中配备产生高磁通密 度的磁场的加热线圈16、和产生磁通密度比它低的磁场的温度维持线圈18， 它们分别与由相应逆变器构成的高频电源20和22连接。这些加热线圈16和 温度维持线圈18被布置成彼此相邻，在它们之间没有留下任何空隙，从而防 止在线圈16和18两者的两端之间的边缘部分上的温度下降。为了使轧辊10 变硬，让轧辊10沿着箭头24所指的方向朝线圈16和18里面移动，将轧辊 主体12的表面层部分加热到大约950℃。

图9示出了局部电磁感应加热装置的概貌。在这个局部电磁感应加热装 置30中，多个加热线圈32(32a到32c)沿着垂直方向同轴排列着，并且分 别与由相应逆变器构成的高频电源34(34a到34c)连接。例如，碳棒36的 一端(下端)被插入加热线圈32中，将气体充到碳棒36的周围，通过加热 线圈32将它加热到大约1500℃，使气体与它发生反应。在这种情况下，由 于热量向上逸散，控制电源34，以便使磁通密度变成朝着上部的加热线圈32 越来越高。并且，将加热线圈32安排成彼此相邻，以防止在边缘部分上的温 度下降。

图10示出了通过电磁感应加热容器的装置的概貌。在这个感应加热装置 44中，将粉末状碳化硅(SiC)42放入例如由碳制成的坩锅40中，通过加热 线圈48(48a，48b)加热它，使碳化硅42蒸发沉淀在工件46上。感应加热 装置44包括分别与由逆变器构成的高频电源50(50a，50b)连接、沿着垂直 方向同轴布置的两个加热线圈48a和48b，下侧的加热线圈48b生成高磁通密 度的磁场，以便加热碳化硅42。

图11显示了所谓Baumkuchen型感应加热装置的概貌。这个感应加热装 置60包括由碳等制成的环状台62，多个半导体晶片64将放置在台62的上 表面上。加热线圈66被布置在台62下面，以便可以让电流通过加热线圈66 加热半导体晶片64。并且，加热线圈66由外线圈66a、中心线圈66b、和内 线圈66c组成，它们分别与由相应逆变器构成的高频电源68(68a到68c)连 接，以便可以均匀地加热整个台62。在这种情况下，线圈66a到66c也被布 置得彼此相邻，以便彼此接触，从而防止在线圈边缘部分上的温度下降。

图12示出了用于挤压成形的感应加热装置的概貌。这个感应加热装置 70包括分别与由相应逆变器构成的高频电源74(74a到74c)连接、沿着水 平方向同轴排列的多个加热线圈72(72a到72b)，对放置在加热线圈72内的 金属材料76以温度从工件的前端部分到工件的后端部分逐渐下降的方式加 热。线圈72a到72c被布置得彼此相邻，以防止在边缘部分上的温度下降。 在液相和固相共存的状态下，锻造金属材料的SSF(半固态锻造)的情况中， 也使用相似的感应加热装置。

由于在感应加热中可以获取高功率效率，所以常常通过含有谐振电路的 所谓谐振型逆变器进行感应加热。并且，在如上所述含有多个加热线圈的感 应加热装置中，线圈被布置得彼此相邻，以防止在各自加热线圈的边缘部分 上的温度下降。因此，由于加热线圈之一产生的磁通影响其它加热线圈，在 多个加热线圈之间会出现互感。故在包括与多个逆变器相对应的加热线圈的 感应加热装置中，由于加热线圈之间的互感的状态随负载波动等而变化，每 个加热线圈中的电流(加热线圈电流)会出现失真，和在加热线圈电流之间 会出现相位偏差。因此，在包括与多个逆变器相对应的加热线圈的感应加热 装置中，除非使各自负载电流的频率均衡化和固定地保持各自加热线圈电流 的相位，加热温度的高精度控制变得困难，并且使加热线圈的边缘部分上的 温度下降。