專利名稱：加熱系統(tǒng)和加熱器的制作方法
背景技術：
感應電加熱器在許多領域得以廣泛應用，如醫(yī)藥和印刷業(yè)。將加熱的金屬鐵心如鐵或鋼置于交變電場附近。該交變電場在鐵心內(nèi)部感應出電流，從而使鐵心發(fā)熱。
這種電加熱器被用于各種不同的應用場合中。例如，該裝置應用于流體加熱器中，比如標題為“流體加熱器”并且授權給Nigel BrentPrice等人的美國專利6,118,111的流體加熱器以及標題為“用于感應加熱的兩級溫度控制”并授權給Eugene Mittelmann的專利4,032,740所展示的用于加熱工件的感應加熱器。
感應加熱系統(tǒng)可加熱物體，而不用直接提供電流或者將電線引入發(fā)熱元件內(nèi)，因此允許加熱鐵心與其余電路一定程度地分離。但是，這種系統(tǒng)不能為某些應用場合提供足夠精密的溫度控制，由此限制了其實用性。
因此，非常需要一種改進的感應加熱系統(tǒng)。
附圖簡介

圖1顯示了感應加熱系統(tǒng)。
圖2顯示了用于感應加熱器內(nèi)的電路的另一個實施例。
圖3顯示了感應加熱器。
圖4顯示了懸置于容器內(nèi)部的多個加熱器。
圖5顯示了采用感應加熱系統(tǒng)的煎鍋。
圖6顯示了采用感應加熱系統(tǒng)的電烙鐵。
附圖的詳述圖1顯示了感應加熱系統(tǒng)。自適應感應電源10為感應加熱器12提供功率。自適應感應電源10的操作在轉(zhuǎn)讓給本申請受讓人的專利申請No.10/689,499和10/689,148中有詳細的描述。因此，這兩個專利通過引用而結(jié)合于本文中。
下文是自適應感應電源10的操作的概述。逆變器14為槽路16提供功率。圖中顯示的槽路16是串聯(lián)的諧振電路，但是并聯(lián)的槽路也可以使用。槽路16包含有槽路電容器18，可變電感器20和槽路電感器22。
盡管圖中顯示可變電感器20和槽路電感器22是兩個單獨的電感器，但是，本領域技術人員可以從圖中看出，單個可變電感器可以取代這兩個電感器。或者，可以用單個固定電感器代替可變電感器。同樣，槽路電容器18也可以是固定電感器或可變電感器。
電源24為逆變器14提供能量。驅(qū)動電路26控制著逆變器14的工作循環(huán)和頻率。控制器28控制著驅(qū)動電路26和槽路電容器18以及可變電感器20。
電路傳感器30為控制器28提供關于槽路16工作的信息。存儲器30存儲電源10的相關信息以及其它由電源10提供功率的設備的信息。收發(fā)器32用于允許在控制器28和任何外部設備之間進行通訊。外部設備可以是由電源10提供功率的設備，也可以是計算機或者網(wǎng)絡。圖中所示的收發(fā)器32用于發(fā)射和接收通信，收發(fā)器32可以是發(fā)射器或者是接收器。
感應加熱器12包括復式次級線圈40。在專利申請10/689,224中有對復式次級線圈40的詳細描述，該專利申請已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給本專利的申請人，并且因此通過引用而結(jié)合于本文中。復式次級線圈40是次級電感線圈，允許電源10為感應加熱器12提供功率，而不管次級線圈40關于電源10的定位如何?；蛘?，次級線圈40也可以由單線圈構(gòu)成。
感應加熱器電容器42可用于平衡感應加熱器12的阻抗，由此可產(chǎn)生最優(yōu)的功率轉(zhuǎn)換。當足夠的電流通過時，加熱器電阻44會發(fā)熱。加熱器控制46調(diào)節(jié)供給加熱器電阻44的電流，并由此控制加熱器電阻44產(chǎn)生的熱量。加熱器控制46可以是溫度調(diào)節(jié)器或者更加復雜的控制。
如果加熱器電阻44是自限制的電阻，那么加熱器控制是可有可無的。自限制的加熱器調(diào)節(jié)與表面溫度和環(huán)境溫度有關的所產(chǎn)生的能量。當溫度增加時，加熱器內(nèi)部電阻值增大，由此降低了輸出功率。
感應加熱器12可以設在外殼內(nèi)部，這樣感應加熱器12的部件就不會伸到外殼外面。外殼也可以是氣密密封的。或者，感應加熱器12所有的部件都可以一體式地模制在外罩材料內(nèi)，該外罩材料比如是導熱塑料，比如CoolPoly Elastomer，由美國羅德島州Warwick的Cool Polymers公司生產(chǎn)。有些導熱材料，比如CoolPoly D系列聚合物還提供了電絕緣。合適的材料是液晶聚合物和聚苯硫醚。
加熱器電阻44可以是若干種不同器件之一，例如，它可以是自限制的并聯(lián)電路加熱帶，例如美國俄克拉荷馬州塔而薩Bartec U.S.Corporation公司有售；加熱帶，德州斯坦福德HTS/Amptek Company公司有售；絕緣的電阻絲，德州斯坦福德HTS/Amptek Company公司有售；柔性箔片加熱器，明尼蘇達州明尼阿波利斯Minco Products，Inc.公司有售；線繞橡膠加熱器，明尼蘇達州明尼阿波利斯MincoProducts，Inc.公司有售；Omegalux Kapton絕緣的柔性加熱器，康涅狄格州斯坦福德Omega Engineering，Inc.公司有售；或者Omegalux硅橡膠加熱器，康涅狄格州斯坦福德Omega Engineering，Inc.公司有售。
圖2顯示了用于感應加熱器12內(nèi)的電路的另一個實施例。感應加熱電路100包括附著在發(fā)熱元件104上的加熱器控制101。感應加熱器12包括復式次級線圈102以及相連的發(fā)熱元件104和槽路106。復式次級線圈102由電源108提供功率。換句話說，次級線圈102也可以是單個線圈。電源108用于為加熱器收發(fā)器110和控制器112提供能量?？刂破?12控制可變電容器114和可變電感器116的配置，從而使感應電源118的總效率最大化。溫度傳感器117向控制器112提供關于感應加熱器溫度的信息。槽路106顯示為是串聯(lián)的諧振電路。本領域中眾所周知的是，也可以用并聯(lián)的諧振電路來代替它。
收發(fā)器110可以是諸如使用藍牙、蜂窩電話或者IEEE801.11協(xié)議的無線發(fā)射裝置?；蛘撸瞻l(fā)器110也可以是有源或無源的RFID器件。控制器可利用收發(fā)器110將信息從溫度傳感器117發(fā)送到電源108。盡管收發(fā)器110是用來發(fā)射和接收信息的，但是，收發(fā)器110也可以是發(fā)射器或者接收器。
控制器112可以利用存儲器118來控制加熱器的工作。另外，存儲器118可包含用于加熱器的獨特識別符，或者控制器用來控制加熱器工作的工作溫度范圍。
圖3顯示了感應加熱器150。感應加熱器150包括感應加熱器控制152和兩個發(fā)熱元件154，156。這兩個發(fā)熱元件固定在外殼158的兩端。引線160，162從發(fā)熱元件154，156延伸到加熱器控制152。
發(fā)熱元件154，156可以固定在外殼的外面，這樣的話，引線將穿過外殼158的壁?；蛘撸l(fā)熱元件154，156可以固定在外殼158的內(nèi)部，這樣的話，引線160，162就不必穿過外殼158的壁。
外殼158看上去是圓柱形的。很顯然，外殼158也可能是其它幾何形狀的，比如球形或者立方體形。外殼158可以是除了加熱器控制152以外是空的?；蛘?，外殼158可以是實心的。
發(fā)熱元件154，156看上去是固定在外殼的相對兩側(cè)。附加的發(fā)熱元件可以設置在外殼158的表面，或者只使用單個發(fā)熱元件。例如，可以在外殼158的中心部位設置單個發(fā)熱元件，而不是在外殼兩端各放置一個發(fā)熱元件。
散熱器164位于外殼158表面附近。它由如銅之類的材料制成，因此可以有助于精確測量外殼外部的溫度。加熱器控制152與散熱器164相連，并由此監(jiān)控感應加熱器150外部的溫度。
感應加熱器150可以配置有推進系統(tǒng)166。如果在流體中使用感應加熱器150，推進系統(tǒng)可以保證感應加熱器150在流體中移動。推進系統(tǒng)166包括電動機168和推進器170。很顯然，推進系統(tǒng)也可以是多種類似設備比如渦輪或鼓風機中的任一種?；蛘?，推進系統(tǒng)166可以用來使流體圍繞加熱器循環(huán)流動。
圖4顯示了懸置于容器206內(nèi)部的多個加熱器200，202，204。圖中顯示加熱器200，202，204是立方體形的加熱器。加熱器200，202，204可以是圓柱形的，球形的，或者任何其它適宜的形狀。用于加熱器200，202，204的發(fā)熱元件可以設在加熱器200，202，204的一個或多個表面上。
初級電感線圈208圍繞容器206設置。初級電感線圈208可以設置在容器206的底部或者頂部。加熱器控制210可以同圖1中的感應電源10一樣或者相似。
如果加熱器200，202，204以及加熱器控制210配備有收發(fā)器，則加熱器控制210可以為發(fā)熱器提供能量，從而使容器206的內(nèi)部部件維持在理想的溫度下。在配有溫度傳感器后，加熱器200，202，204將關于容器206內(nèi)部溫度的信息傳送給加熱器控制210。這樣，熱控制加熱器控制也可以監(jiān)控容器206內(nèi)部部件的溫度。
這里描述的加熱器可以應用于多種應用場合中。圖5顯示了電煎鍋300。電煎鍋300具有連在加熱器控制304上的次級電感線圈302。加熱器控制304與發(fā)熱元件306相連。當靠近電感鎮(zhèn)流器時，次級電感線圈302為發(fā)熱元件306提供能量。位于電煎鍋300手柄處的加熱器控制304調(diào)節(jié)提供給發(fā)熱元件306的能量，并由此而控制電煎鍋300的環(huán)境溫度。
圖6顯示了電烙鐵320。發(fā)熱元件322與控制器324相連?？刂破?24位于電烙鐵320的手柄內(nèi)。次級電感線圈326設置在電烙鐵320的手柄里面。一旦激勵次級電感線圈326，加熱器控制324就給發(fā)熱元件322提供電能。
前文的描述是針對優(yōu)選實施例的。根據(jù)專利法及相關原則，在不脫離所附權利要求所限定的本發(fā)明的精神以及更廣義方面的條件下，可以進行各種修改和變更。權利要求中所涉及元件的單數(shù)形式，例如，前文中用到的“一”，“一個”，“該”，“所述”，不能被理解為該元件僅限于單數(shù)。
權利要求
其中要求排他財產(chǎn)權及特權的本發(fā)明的實施例如下限定
1.一種加熱系統(tǒng)，包括自適應感應電源；以及用于從所述自適應感應電源中感應式地接受電功率的加熱器。
2.根據(jù)權利要求1所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述加熱器還包括復式次級線圈，其用于接收來自所述自適應感應電源的電功率。
3.根據(jù)權利要求2所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述加熱器具有發(fā)熱元件。
4.根據(jù)權利要求3所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述發(fā)熱元件是下列其中一種自限制的并聯(lián)電路加熱帶，絕緣的電阻絲，柔性箔片加熱器，線繞橡膠加熱器，絕緣的柔性加熱器，硅橡膠加熱器。
5.根據(jù)權利要求4所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述加熱器具有加熱器控制。
6.根據(jù)權利要求5所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述加熱器具有電容器，其配置成用于改善從所述自適應感應電源到所述加熱器的能量傳輸。
7.根據(jù)權利要求1所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述自適應感應電源具有電源收發(fā)器，并且所述加熱器具有用于接收來自所述自適應感應電源的信息的加熱器接收器。
8.根據(jù)權利要求1所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述自適應感應電源具有電源接收器，并且所述加熱器具有用于向所述自適應感應電源發(fā)送信息的加熱器發(fā)射器。
9.根據(jù)權利要求1所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述自適應感應電源具有收發(fā)器，并且所述加熱器具有用于與所述自適應感應電源通信的收發(fā)器。
10.根據(jù)權利要求9所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述加熱器還包括控制器。
11.根據(jù)權利要求10所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述加熱器還包括溫度傳感器。
12.根據(jù)權利要求11所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述加熱器還包括存儲器。
13.根據(jù)權力要求3所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述加熱器是氣密密封的。
14.根據(jù)權力要求3所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述加熱器封裝在塑料外殼內(nèi)。
15.一種感應加電式加熱器，包括用于接受功率的次級線圈，和電阻加熱器。
16.根據(jù)權利要求15所述的感應加電式加熱器，還包括具有外表面的外殼，所述次級線圈位于所述外殼內(nèi)部，并且所述電阻加熱器定位成鄰近所述外表面。
17.根據(jù)權利要求16所述的感應加電式加熱器，其中，電阻加熱器位于所述外殼外面。
18.根據(jù)權利要求16所述的感應加電式加熱器，其中，電阻加熱器位于所述外殼內(nèi)部。
19.根據(jù)權利要求16所述的感應加電式加熱器，還包括推進系統(tǒng)。
20.根據(jù)權利要求19所述的感應加電式加熱器，其中，所述推進系統(tǒng)包括電動機。
21.根據(jù)權利要求20所述的感應加電式加熱器，其中，所述電阻加熱器是下列其中一種自限制的并聯(lián)電路加熱帶，絕緣的電阻絲，柔性箔片加熱器，線繞橡膠加熱器，絕緣的柔性加熱器，硅橡膠加熱器。
22.一種感應加電式加熱器，包括用于接收功率的次級電感線圈；電阻加熱器；和包含所述次級電感線圈和電阻加熱器的外殼，所述外殼是完全密封的和防滲漏的。
23.根據(jù)權利要求22所述的感應加電式加熱器，還包括包含在所述外殼內(nèi)的加熱器控制，其用于對所述感應加電式加熱器的供能進行控制。
24.根據(jù)權利要求23所述的感應加電式加熱器，還包括可調(diào)阻抗，所述可調(diào)阻抗是可以調(diào)節(jié)的，從而將功率從初級電感線圈傳遞至所述次級電感線圈。
25.根據(jù)權利要求24所述的感應加電式加熱器，還包括用于控制所述可調(diào)阻抗的控制器。
26.根據(jù)權利要求25所述的感應加電式加熱器，其中，所述加熱器控制包括溫度傳感器。
27.根據(jù)權利要求26所述的感應加電式加熱器，其中，所述控制器響應于所述溫度傳感器，以便改變所述可調(diào)阻抗。
28.根據(jù)權利要求25所述的感應加電式加熱器，還包括接收器，所述接收器與所述控制器相連，所述控制器響應于來自所述接收器的指令而工作，以便改變所述可調(diào)阻抗來控制電流。
29.根據(jù)權利要求27所述的感應加電式加熱器，還包括用于發(fā)送來自所述溫度傳感器的信息的發(fā)射器。
30.根據(jù)權利要求29所述的感應加電式加熱器，還包括用于移動所述感應加電式加熱器的推進系統(tǒng)。
31.根據(jù)權利要求30所述的感應加電式加熱器，其中，所述推進系統(tǒng)包括電動機。
32.一種用于材料的加熱系統(tǒng)，包括初級電感線圈，和多個感應加熱器，所述感應加熱器接收來自所述初級電感線圈的功率。
33.根據(jù)權利要求32所述的加熱系統(tǒng)，還包括用于控制提供給所述多個感應加熱器的電流的加熱器控制。
34.根據(jù)權利要求33所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述加熱器控制包括用于接收來自所述多個感應加熱器的信息的接收器。
35.根據(jù)權利要求34所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述多個感應器中的至少一個具有用于為所述加熱器控制傳送信息的發(fā)射器。
36.一種感應加電式電加熱器，包括用于接收功率的次級電感線圈；圍繞所述次級電感線圈設置并與所述次級電感線圈相耦合的電阻加熱器；包含所述次級電感線圈和所述電阻加熱器的外殼，所述外殼是完全密封的和防滲漏的。
37.根據(jù)權利要求36所述的感應加電式電加熱器，其中，所述外殼是彈性體材料。
38.根據(jù)權利要求37所述的感應加電式電加熱器，其中，所述彈性體材料是導熱聚合物。
39.根據(jù)權利要求38所述的感應加電式電加熱器，其中，所述導熱聚合物是液晶聚合物和聚苯硫醚中的一種。
40.一種用于對裝置進行加熱的方法，包括以下步驟將發(fā)熱元件與所述裝置形成物理聯(lián)接；將所述發(fā)熱元件與一個或多個次級線圈的電路形成電耦合提供從感應電源到所述次級線圈的電信號。
41.根據(jù)權利要求40所述的方法，還包括將加熱器控制與所述發(fā)熱元件相連的步驟。
42.根據(jù)權利要求41所述的方法，還包括將溫度傳感器與所述發(fā)熱元件相連的步驟。
全文摘要
感應式電加熱系統(tǒng)包括感應電源，用于給感應加熱器提供功率。感應加熱器可包括電阻加熱器及復式次級線圈。感應加熱器中的加熱器控制可控制供應給電阻加熱器的電功率，并由此控制電阻加熱器的溫度。該感應加熱器可以將電阻加熱器、復式次級線圈以及加熱器控制封裝在一起，從而形成密封式的感應加熱器。
文檔編號H05B3/00GK101080947SQ200580043471
公開日2007年11月28日 申請日期2005年11月28日 優(yōu)先權日2004年12月17日
發(fā)明者D·W·巴曼 申請人:捷通國際有限公司