本發(fā)明涉及一種用于感應加熱管狀工件的內表面的加熱線圈。

背景技術：

用于感應加熱管狀工件的內表面的加熱線圈通常包括：頭部，其被構造為要插入到工件內以感應地加熱工件的內表面；以及一對引導部，其分別連接到頭部的一端以及頭部的另一端。

通過使用管部件形成所述頭部和引導部，管部件形成了一連串冷卻劑流經的流動通道。根據現有技術的加熱線圈，通過使用相同的管部件來形成頭部和引導部(例如，見JP2001-172716 A和JP 2013-170287 A)。

供給到加熱線圈的電力的頻率具有合適的范圍，該范圍依據工件的尺寸、加熱規(guī)范等而變化。然而，當使用一個設備以各種不同的加熱規(guī)范加熱各種工件時，有時可能不得不以比合適的范圍低的頻率進行加熱，所述合適的范圍與工件的尺寸或加熱規(guī)范相對應。

在管狀工件的內表面的感應加熱中，存在這樣的趨勢，即，隨著供給到加熱線圈的交流電力的頻率變低，加熱效率變低。

當增大供給到加熱線圈的電力以補償加熱效率的降低時，產生自加熱線圈的熱量也增加。利用在其中流動的冷卻劑冷卻加熱線圈，但是冷卻劑的流速受到例如在引導部內部的流動通道的形狀的限制，并且從而，加熱線圈可能不能被充分冷卻，并且可能快速劣化。

技術實現要素：

已經鑒于上述情況做出本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高冷卻劑的流速的加熱線圈。

根據本發(fā)明的方面，一種加熱線圈，被構造成感應加熱管狀的工件的內表面。加熱線圈包括：頭部，其被構造成要插入到工件內并且要感應加熱工件的內表面；以及一對引導部，其分別被連接到頭部的一端以及頭部的另一端。頭部和引導部被構造成管部件，該管部件形成了冷卻劑流經的一連串流動通道。各個引導部內部的流動通道的截面面積比頭部內部的流動通道的截面面積大。

附圖說明

圖1是示出根據本發(fā)明的實施例的加熱線圈的實例的構造的圖。

圖2是沿著圖1的線II-II截取的加熱線圈的一對引導部的截面圖。

圖3是沿著圖1的線III-III截取的加熱線圈的一對引導部的截面圖。

圖4A是示出圖1所示的加熱線圈的使用實例的圖。

圖4B是示出圖1所示的加熱線圈的使用實例的另一個圖。

圖5是示出根據本發(fā)明的實施例的加熱線圈的另一實例的構造的圖。

圖6是沿著圖5的線VI-VI截取的截面圖。

圖7是示出在測試實例中的引導部的截面形狀與冷卻劑流速的圖表。

具體實施方式

下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的實施例。

圖1至3示出根據本發(fā)明的實施例的加熱線圈的實例的構造，并且圖4A和4B示出圖1中圖示的加熱線圈的使用實例。

圖1中圖示的加熱線圈1用于感應加熱管狀工件W的內表面。加熱線圈1包括：頭部2，其被構造成要插入到工件W內，并且要感應加熱工件W的內表面；以及一對引導部3，其分別被連接到頭部2的一端以及頭部2的另一端。

在圖示的實例中，通過螺旋地纏繞具有大致矩形截面的管部件來形成頭部2。依據工件的尺寸、加熱規(guī)范等而形成頭部2，并且頭部2的構造(例如，如何纏繞管部件以及線圈數量)可以適當改變。

一個引導部3連接到已經被螺旋地纏繞的所述頭部2的一端。另一引導部3插過頭部2且被連接到頭部2的另一端。

通過使用諸如銅管這樣的導電金屬管而形成頭部2和引導部3，并且頭部2和引導部3形成了一連串流動通道，冷卻劑在該流動通道內部流動。通常，水被用作冷卻劑。

一對引導部3經由設置在各個引導部3上的連接板4而連接到向加熱線圈1供應交流電力的供電單元(未示出)。一對引導部3經由形成在其端部處的接頭5連接到供給冷卻劑的冷卻劑供給單元(未示出)。利用從冷卻劑供給單元供給且在加熱線圈1中流動的冷卻劑，來冷卻利用從供電單元供應的交流電力而發(fā)出熱量的加熱線圈1。

如圖4A和4B所示，加熱線圈1用于工件W的內表面的移動加熱。在加熱線圈1被供給交流電力的狀態(tài)下，工件W在軸向上移動。隨著工件W的移動，頭部2在工件W中沿著工件W的中心軸相對地移動，并且工件W的內表面在頭部2的相對移動方向上被連續(xù)地感應加熱。

在用于移動加熱的加熱線圈1中，一對引導部3也形成為插入到工件W內。在絕緣板6夾置在一對引導部3之間的情況下，該一對引導部3沿著頭部2的中心軸以互相平行的直線形狀延伸，在延伸方向上，一對引導部3比頭部2長，并且一對引導部3形成為相對長的形狀。

例如，利用引導部3中的流動通道的形狀來限制在加熱線圈1中流動的冷卻劑的流速。特別地，在用于移動加熱的加熱線圈1中，在相對長的引導部3內部的流動通道顯著地影響冷卻劑的流速。

因此，可以對加熱線圈1的頭部2和引導部3使用不同的管部件，使得各個引導部3內部的流動通道的截面面積S2大于頭部2內部的流動通道的截面面積S1。在圖示的實例中，用于引導部3的管部件具有大致矩形的截面，并且一對引導部3整體具有大致方形的截面。

通過將各個引導部3的流動通道的截面面積設定得相對大，即使當冷卻劑的供給壓力相同時，也能夠抑制引導部3中的壓力損失，并且能夠提高在加熱線圈1中流動的冷卻劑的流速。在一對引導部3形成得相對長的所述加熱線圈1中，抑制引導部3中的壓力損失對于提高冷卻劑的流速是特別有益的。

能夠通過提高在加熱線圈1中流動的冷卻劑的流速，來促進加熱線圈1的冷卻。因此，例如，在以低于合適范圍的頻率的感應加熱中，能夠通過增大供給到加熱線圈1的電力來補償由于低頻率而導致的加熱效率的降低，并且能夠防止加熱線圈1過熱，從而抑制了加熱線圈1的劣化。

加熱效率傾向于隨著工件內部尺寸變小而降低。因此，即使當工件W具有較小的直徑時，也能夠通過增大供給到加熱線圈1的電力來補償加熱效率的降低，并且能夠防止加熱線圈1過熱，從而抑制加熱線圈1劣化。當工件W的內徑，即，頭部2的外徑等于或小于φ50mm時，能夠適當地應用本發(fā)明。

引導部3和頭部2可以直接互相連接，但是從降低壓力損失的角度出發(fā)，有利的是在頭部2與各個引導部3之間設置錐形的連接部7，使得各個連接部7內部的流動通道的截面面積朝著頭部2逐漸減小，如圖所示。利用該構造，冷卻劑從冷卻劑供給側上的引導部3向頭部2的流動以及從頭部2向冷卻劑排出側上的引導部3的流動是流暢的，并且從而能夠進一步抑制引導部3中的壓力損失。

優(yōu)選的是，利用具有耐熱性的加強材料9來覆蓋和加強頭部2與各個引導部3之間的連接部7。例如，耐熱性粘結劑能夠被用作加強材料9，并且如圖所示，可以通過利用高磁導率材料填充連接部7和頭部2的周圍以露出頭部2的外表面，而利用高磁導率黏土材料加強連接部7以增強加熱效率。

通過增大各個引導部3內部的流動通道的截面面積，能夠增加各個引導部3的截面慣性矩，并且從而提高剛度。

在加熱線圈1中，一對引導部3插入到工件W內。在該情況下，由在引導部3中流動的交流電流形成了圍繞引導部3的交變磁場，并且通過交變磁場在工件W中生成了渦流。通過在工件W中生成的渦流與在引導部3中流動的電流的相互作用，洛倫茲力作用在引導部3上，并且從而引導部3振動。因此，在一對引導部3插入到工件W內的這樣的加熱線圈1中，引導部3的截面慣性矩增加從而提高了剛度，這對于抑制振動是特別有益的。在圖示的實例中，一對引導部3輔助地覆蓋有諸如環(huán)氧樹脂玻璃這樣的加強材料8，但是依據引導部3的剛度，可以不設置加強材料8。

當一對引導部3插入到工件W內時，優(yōu)選的是，在與引導部3的延伸方向垂直的截面中包圍該一對引導部3的最小包圍圓C1的直徑為，該直徑比與該最小包圍圓C1同心且包圍頭部2的最小包圍圓的直徑(在示出的實例中，頭部2的外徑)小。因此，工件W的內表面與引導部3之間的縫隙比該工件W的內表面與頭部2之間的縫隙大，并且從而能夠降低圍繞引導部3形成的交變磁場對工件W的感應加熱的影響。結果，能夠抑制使用頭部2的感應加熱的加熱效率的降低。

圖5和6圖示了根據本發(fā)明的實施例的加熱線圈的另一實例的構造。與加熱線圈1共用的元件將由共同的附圖標記表示，并且將不重復或將簡化其描述。

圖5和6中圖示的加熱線圈11也是用于移動加熱工件W的內表面的加熱線圈，并且其包括：頭部2，其要插入到工件W內；以及一對引導部13，其形成為要插入到工件W內。

頭部2和引導部13被構造成管部件，該管部件形成了冷卻劑流經的一連串流動通道。對于頭部2和引導部13使用不同的管部件，引導部13由具有大致半圓形截面的管部件形成，并且各個引導部13內部的流動通道的截面面積S3比頭部2內部的流動通道的截面面積S1(見圖2)大。一對引導部13整體具有大致圓形截面。

以該方式，通過使一對引導部13的截面形狀接近工件W的內部空間的截面形狀，能夠有效地利用工件W的內部空間，以進一步增大引導部內部的流動通道的截面面積，并且進一步提高引導部的剛度。當提高了引導部的剛度時，能夠省略加強材料，并且降低加熱線圈的制造成本。

下面將描述通過改變各個引導部內部的流動通道的截面面積來驗證冷卻劑的流速的測試實例。

測試實例1至3的加熱線圈的基本構造與上述加熱線圈1相同，并且在以下的說明中將適當參考加熱線圈1的要素。

根據測試實例1至3的加熱線圈的彼此不同之處在于各個引導部3內部的流動通道的截面面積，并且其它構造是相同的。在圖7中示出根據測試實例1至3的加熱線圈的引導部3的截面形狀。

在根據測試實例1的加熱線圈中，引導部3由具有與頭部2相同的大致方形截面的管部件形成，并且各個引導部3內部的流動通道的截面面積等于頭部2內部的流動通道的截面面積。

在根據測試實例2的加熱線圈中，引導部3由具有大致矩形截面的管部件形成，并且各個引導部3內部的流動通道的截面面積是頭部2內部的流動通道的截面面積的大約三倍。

在根據測試實例3的加熱線圈中，引導部3由具有大致半圓形的截面的管部件形成，并且各個引導部3內部的流動通道的截面面積是頭部2內部的流動通道的截面面積的大約五倍。

以相同的供給壓力向根據測試實例1至3的加熱線圈供給冷卻劑，并且測量在加熱線圈中流動的冷卻劑的流速。測量結果也在圖7中示出。

在根據測試實例1的加熱線圈中，各個引導部3內部的流動通道的截面面積等于頭部2內部的流動通道的截面面積，在根據測試實例2和測試實例3的加熱線圈中，各個引導部3內部的流動通道的截面面積相對較大，與上述根據測試實例1的加熱線圈相比，上述根據測試實例2和測試實例3的加熱線圈提供了在加熱線圈中流動的冷卻劑的更大的流速。根據測量結果得出，通過將各個引導部3內部的流動通道的截面面積設定得相對大，即使當冷卻劑的供給壓力相同時，也能夠提高在加熱線圈中流動的冷卻劑的流速。

根據本發(fā)明的一個以上的實施例，加熱線圈被構造成感應加熱管狀工件的內表面。加熱線圈包括：頭部，其被構造成要插入到工件內并且要感應加熱工件的內表面；以及一對引導部，其分別被連接到頭部的一端以及頭部的另一端。頭部和引導部被構造成管部件，該管部件形成了冷卻劑流經的一連串流動通道。各個引導部內部的流動通道的截面面積比頭部內部的流動通道的截面面積大。

加熱線圈可以還包括連接部，其連接頭部與各個引導部，連接部是錐形的，使得各個連接部內部的流動通道的截面面積朝著頭部逐漸減小。

一對引導部可以形成為互相平行地延伸，從而插入到工件內。

在與引導部延伸的方向垂直的截面中，包圍該一對引導部的最小包圍圓的直徑可以比包圍頭部且與包圍一對引導部的所述最小包圍圓同心的最小包圍圓的直徑小。

本申請基于2014年8月5日提交的日本專利申請No.2014-159404，其全部內容通過引用并入本文。