專利名稱：用于條或其它伸長金屬工件的感應加熱的線圈的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在以金屬條或其它伸長金屬工件為形式的物體的感應加熱中使用的線圈。
背景技術：
大多數常見的用來感應加熱的線圈是筒管形線圈，但是筒管形線圈不適用于薄條的感應加熱。替代地，把線圈安排成使磁通相對于條的平面橫向地通過條。這種方案通常稱為橫向磁通感應加熱(TFX)。橫向磁通線圈的主要問題是溫度分布；其邊緣趨于過熱。當考慮對條感應并且積累該條中的能量的感應電流回路通過感應器時，這是清楚的。為了消除邊緣的過熱，可以把感應線圈構形成使線圈在條的方向上相對短。
還可能在邊緣區(qū)使用磁通調節(jié)器以伸長電流回路的縱向路徑。感應電流路徑內的電流密度是變化的，但是為了簡單，可以假定電流路徑具有嚴格定義的寬度，并且在該感應電流路徑內電流密度是固定的。電流路徑單位長度上的加熱功率是P＝I2×R (1)其中I是感應電流而R是電阻。通過利用磁通調節(jié)器擴大電流路徑，電阻R減小并且從而減小條中的加熱功率。該系統(tǒng)的缺點是a)即使使用可調整的磁通調節(jié)器，一個感應器也只能覆蓋小的寬度范圍，b)在加熱期間邊緣和中心之間的溫差高，從而可造成條中的皺曲，以及c)該方法不能用于窄條，如果考慮例如20毫米寬的條的感應器的實際制造，該事實是明顯的。
一種用于窄條的可能方法是采用二種不同類型的感應器；單回路感應器加熱邊和中心之間的區(qū)，而雙回路感應器加熱中心以及各邊。該技術的缺點是a)線圈相對貴，因為線圈是磨損零件，從而它們是退火成本中的重要部分，b)不同零件間的大溫度差造成皺曲風險，c)單組線圈只能覆蓋小的寬度范圍，這進一步提高線圈成本并且還造成當改變條寬時的裝配時間，以及d)該方法不能用于非常窄的條。盡管使用這些線圈磁通集中器，但是它們本質上不能消除上面提到的缺點。
許多專利公開了解決該溫度分布問題的這些以及其它手段。在美國專利4,054,770中，利用一種磁通分布影響條材料的橫向磁通加熱，其中該磁通分布在條的邊緣附近具有低值并且對于窄條從邊緣該低值大致均勻地向內增加到一個中央峰值，或者對于較寬的條增加到帶有中央低區(qū)的二個峰。為了達到所要求的磁通，這要求構建若干極片。美國專利4,185,183說明一種用來對金屬條板材料感應加熱的感應加熱設備，為了沿材料的寬度把加熱分布調整成是均勻的，該設備使用可調整的磁通集中器。美國專利4,751,360涉及金屬條的橫向磁通加熱，其使用由J狀零件構成的寬度可調的線圈以便均勻加熱可變寬度和可變厚度的金屬條。在美國專利5,403,994中公開類似的J狀導體美國專利4,778,971說明一種感應加熱設備，其中，使用一個或多個主線圈，并且除了這些主線圈外還使用輔助修正線圈，以在工件的整個寬度上提供良好的溫度均勻性。美國專利5,308,946涉及一種電感應加熱金屬條和板的設備以及方法。該方法基于暴露在金屬條或板的運動路徑相對二側上的多對獨立電線圈，其中，這些線圈相對于該金屬條或板的運動路徑縱向地伸長。美國專利5,397,877涉及一種在電線圈的幫助下在移動中感應加熱平板金屬產品的部件。在此部件中，所生成的磁場是相位相反的，這導致在要加熱的產品中感應環(huán)狀分布的電流。美國專利5,510,600說明一種用來加熱伸長金屬工件的感應加熱設備，在該設備中生成時變磁場，該場在該工件的寬度上產生具有余弦和正弦分布的縱向渦流電流分布。該部件以復雜的方式控制磁場的空間分布。美國專利6,225,634涉及用于導線的橫向磁通加熱線圈。該線圈包括一個其寬度對著內部加熱區(qū)的第一導體，該寬度實際上大于厚度并且該導體由平的銅條材構成。結構上基本和第一導體相同的第二導體設置成平行于第一導體以對內部加熱區(qū)形成一對伸長的磁通生成側。在該橫向磁通加熱線圈的一端設置第三導體，以從第一和第二導體中之一對另一個傳導電流。
上面所有已公開的設備具有二組對稱感應線圈，金屬條的每一側一組。換言之，如果去掉金屬條一側上的線圈，這些設備仍能工作。具有這二組線圈的唯一原因是效率更好。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是消除先有技術的一些缺點并得到一種用于感應加熱金屬條或其它伸長金屬工件形式的物體的改進的線圈。
依據本發(fā)明，該用于橫向磁通感應加熱以金屬條或其它伸長工件為形式的物體的線圈包含至少一對導體回路。從而該線圈劃分成二個最好形大致上基本相同的部分。絲圈的這些部分不對稱地設置在各側上，從而線圈的這些部分單獨不具有加熱效應，或者，這意味著制止單獨在這些部分中的加熱效應。從而把感應電流路徑劃分成二個相等的分支，每個分支具有和原始路徑相同的寬度，并且各分支中的組合的加熱效應僅為分支之前的加熱效應的一半。
本發(fā)明的基礎是應用上述功率公式(1)P＝I2×R (1)當把感應電流路徑I劃分成等于1/2的分支時，二條分支中的功率是P＝I2/4×R (2)從而，組合加熱效應只是分支之前加熱效應的一半。當現在考慮金屬條和它上面的溫度分布時，通過利用多個回路感應器借助于使感應電流回路彼此部分重疊，有可能對該金屬條的整體實現滿加熱效應并對各邊緣實現四分之一的效應。通過利用彼此分別重疊的二對或更多對感應電流回路可以倍增這種效應。這些回路彼此重疊，從而在金屬條上感應器具有雙導體，而在各邊上只具有單個平行于金屬條的導體。從而，橫向環(huán)流具有滿加熱效應，而邊緣電流根據式(2)只具有四分之一的加熱效應。這有助于避免邊緣的過度加熱。實現此的實際線圈還需要考慮線圈的各端并且要把線圈連接到電源上。在本發(fā)明的一個選實施例中，利用二條之字形導體實現重疊回路，并且這些導體彼此疊加以形成多回路感應器。
在本發(fā)明一個使用重疊回路的優(yōu)選實施例中，把感應器二側保持為分立件，并且把內、外導體保持為彼此平行和閉合以便抵消磁場。把之字形導體的二端構形成在二端上也存在有效的回路。當把回路的二半保持為獨立件時，如果需要，有可能彼此相對偏移線圈的二個半部，以及把線圈的二個半部設置成彼此成一角度。本發(fā)明的雙之字形線圈可以在金屬條的一側上、在金屬條的二側上，或者有益地金屬條在二側之間。
在10千瓦30千赫的電源下利用銅或銅合金，例如C510、C7026和OF-Cu(無氧銅)的條樣品測試本發(fā)明的雙之字形線圈。測試結果表明-感應器被有效加熱，-在一個試驗中去掉偏置從而二側彼此直接在頂部。在此情況下不存在加熱，這證實回路是非常重要的這一事實，-溫度分布顯得相當均勻，-溫度分布顯得對金屬條的確切位置或寬度不敏感，-即使線圈實質上比金屬條寬，加熱仍是好的和均勻的。未觀測到邊緣的過熱，-未觀測到皺曲趨勢，-可以通過使一片磁通集中器靠近線圈來影響加熱模式。
根據這些結果，條退火線裝備所說明的感應線圈。確認初步測試中的所有觀測，并且另一個補充好處是退火線的速度翻番。


參照附圖更詳細地說明本發(fā)明，其中圖1以示意頂視圖示出本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，圖2示出從方向A-A看過去的圖1的實施例，圖3示出從方向B-B看過去的圖1的實施例，圖4以示意頂視圖示出本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，圖5以示意側視圖示出本發(fā)明的回路的又一優(yōu)選實施例。
具體實施例方式
在圖1至3中，橫向感應磁通加熱器9定位成使要加熱的條1在加熱器9的二個分立的相同回路2和3之間移動。回路2和3與電源10連接，從而對回路2和3相等地劃分至加熱器9的感應電流路徑。回路2和3構形成使回路2的部分4和5以及回路3的部分6和7分別平行于(部分4和6)條1的移動方向(用箭頭8示出)或者垂直于(部分5和7)條1的移動方向8。該加熱器的回路2和3是重疊的，從而相對于條1部分5和7基本定位在同一點上。這樣，部分5和7對條1形成基本滿的加熱效應。相反，靠近條1的邊緣的部分4和6只對條1的邊緣產生四分之一的加熱效應。從而對條1形成大致均勻的溫度分布。
圖4中示出的實施例類似于圖1至3示出的實施例，但該實施例的不同之處在于加熱器的回路11和12位于要加熱的條13的同一側。
在圖5中，回路21和22包含二條正弦形導體，它們彼此處于重疊位置?；谶@些正弦形導體，回路21和22按相移90度重疊。
權利要求
1.用于橫向磁通感應加熱以金屬條或其它伸長金屬工件為形式的物體的線圈，其中，該線圈包含至少一對彼此不對稱定位的導體回路并且這些導體彼此重疊，從而該感應器具有橫跨該要加熱物體的雙導體以及在各邊緣具有平行于該要加熱的物體的單導體，通過把這些導體的感應電流劃分成二個相等的、各具有和原始電流相同寬度的分支來制止單獨在各導體中的加熱效應，并且這些分支內的組合加熱效應只是分支前的加熱效應的一半。
2.根據權利要求1的線圈，其中，這二個導體定位在該要加熱物體的同一側上。
3.根據權利要求1的線圈，其中，這二個導體定位在該要加熱物體的二側上。
4.根據上述任一權利要求的線圈，其中，利用二條之字形導體實現這些重疊的導體，并且這些導體彼此疊加以形成一個多回路感應器。
5.根據上述任一權利要求的線圈，其中，這些導體包括定位成和要加熱物體的移動方向相平行的部分。
6.根據權利要求1至4中任一權利要求的線圈，其中，這些導體包括定位成和要加熱物體的移動方向相垂直的部分。
7.根據上述任一權利要求的線圈，其中，這些導體形狀相同。
8.根據權利要求7的線圈，其中，這些導體構形成正弦形導體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于橫向磁通感應加熱以金屬條或其它伸長金屬工件為形式的物體的線圈。該線圈包含至少一對的彼此不對稱定位的導體回路，并且這些導體彼此重疊，從而該感應器具有橫跨該要加熱物體的雙導體并在各邊緣上具有平行于該要加熱物體的單導體。通過把這些導體的感應電流劃分成二個相等的、各具有和原始電流相同寬度的分支來制止單獨在各導體中的加熱效應，并且這些分支內的組合加熱效應是分支前的加熱效應的一半。
文檔編號C21D9/00GK1706225SQ200380101630
公開日2005年12月7日 申請日期2003年10月17日 優(yōu)先權日2002年10月21日
發(fā)明者依波·科比恩, 布賴恩·斯旺克 申請人:奧托庫姆普聯合股份公司