專利名稱：用于多區(qū)感應加熱系統(tǒng)的串擾降低方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及感應加熱裝置，以及更特別地，涉及用于降低這種加熱裝置中的感應加熱線圈之間的串擾的方法。
背景技術：
在典型的感應加熱系統(tǒng)中，通常需要對工作負荷的操作溫度進行精確和精密的控制。此外，對于工作負荷的各部分來說可能有必要需要不同級別的加熱，使得工作負荷的各個部分必須為了準確而被精密控制。例如，Simcock的編號為5，059，762的美國專利公開了一種包括多個感應線圈部分的多區(qū)感應加熱系統(tǒng)。每個感應線圈部分與工作負荷的相應區(qū)域相關聯(lián)。來自電源的功率通過多個飽和電抗器中的相應的飽和電抗器被施加到每個線圈部分。每個飽和電抗器可操作成響應于從用于這種感應線圈部分的相應區(qū)域的操作獲得的需求信號，來將一部分供電分流到其相應的感應線圈部分。由此，獨立于其它區(qū)域的調節(jié)來調節(jié)每個區(qū)域中的溫度。工作負荷的溫度調節(jié)中增加的精確度可能需要所調節(jié)的區(qū)域變得更小。更小的區(qū)域可能進一步需要感應線圈部分之間的更小的區(qū)域間隔，從而引起每個部分中的工作線圈更靠近鄰近部分中的工作線圈。由于施加高頻電流到每個工作線圈以產生用于加熱工作負荷的感應場，因此由一個工作線圈所產生的這種場可能部分地穿過鄰近工作線圈的磁芯，弓丨起線圈之間的磁干擾或能量傳遞，從而導致線圈之間的串擾。容易看出，當使這些工作線圈更緊密聚集時，串擾可能變得更加嚴重。由于串擾增加，驅動工作線圈中的每個相應的工作線圈的每個電源模塊的可靠性被顯著降低。由此，存在降低多區(qū)感應加熱系統(tǒng)中的串擾的需要，以便為電源模塊提供更大的可靠性。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是降低多區(qū)感應加熱系統(tǒng)中的串擾，以便為電源模塊提供更大的可靠性。本發(fā)明有利地提供了降低多區(qū)感應加熱系統(tǒng)的工作線圈之間的串擾的技術。在一個方面，本發(fā)明提供一種感應加熱裝置，其包括與要被加熱的熔化物(melt)或工作負荷操作地相關聯(lián)的感應線圈裝置，其中該線圈被分成多個限定部分，每個限定部分都與使用中的工作負荷的相應區(qū)域相關聯(lián)。電源生成輸入到該感應線圈裝置的功率。還存在控制裝置，用于調節(jié)施加到工作線圈的每個所述部分的功率，以便調節(jié)相應的關聯(lián)區(qū)域中的操作溫度。
在另一個方面，本發(fā)明提供一種將音頻或更高的頻率、流過感應加熱工作線圈的大功率電流進行同步，使得線圈之間的串擾被降低的方法，該串擾是磁干擾或能量傳遞。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，線圈以相同頻率被驅動并且同步它們之間的相位偏移，以便最小化線圈之間的串擾。當線圈以精確相同頻率運行且線圈電流之間的相位偏移在-90和+90度之間時，線圈之間的串擾被顯著地降低。當線圈精確同相時，線圈之間沒有串擾。只要線圈之間的相位差不超過90度，串擾通常被降低到更加可控的水平。當線圈之間通過卷軸(roll)的串擾被降低時，這將生成縮小的加熱區(qū)域寬度；從而由于區(qū)域之間不需要的發(fā)熱而縮小了線圈覆蓋區(qū)域(footprint)的拓寬。結果，由于相同加熱量需要更少的功率，系統(tǒng)效率將略微改善。 當結合附圖和所附的權利要求來閱讀時，通過學習例性優(yōu)選實施例的以下描述，本發(fā)明的這些和其它目的、優(yōu)點和特征將對于本領域技術人員是容易明白的。


圖I說明了由公共信號來同步工作線圈電流。圖2說明了將工作線圈電流同步到公共輸入電源。圖3說明了通過連續(xù)相位調制來同步工作線圈電流以最小化可測量的串擾。圖4說明了當感應線圈中存在未校準或其它方面的隨機相位或頻率時，串擾是如何存在的。圖5示出當感應線圈中存在校準的或其它方面的相同的相位和頻率時，串擾如何被最小化或消除。
具體實施例方式現在參照圖1，典型的感應加熱裝置尤其包括，電源模塊10，其可以示例性地被分成五個電源模塊部分10_。要認識到的是，可以使用任意數量的電源模塊部分，并且因此任意的這種數量都處于本發(fā)明的范圍之內。在本領域眾所周知的是，電源模塊10的各部分10a_e與一段感應工作線圈(沒有示出)相關聯(lián)，該一段感應工作線圈要與工作負荷(沒有示出)的相應區(qū)域操作地相關聯(lián)。同樣在本領域眾所周知的是，每個電源模塊部分10_為它所關聯(lián)的工作線圈產生工作線圈電流。根據本發(fā)明，公共的同步信號12被發(fā)送給各電源模塊部分10_。示例性地，同步信號可以是高精度同步脈沖。同步信號可以被無線傳送或經由電線11被傳送。同步信號12被施加到電源模塊部分10_內的現有硬件，該現有硬件響應于由同步信號所提供的定時信息，使得電源模塊部分ioa_e被鎖定到該定時信息上?？梢栽趥鹘y(tǒng)的電源模塊部分10a_e內提供用于同步的專用硬件。示例性地，同步信號12可以是施加到每個電源模塊部分10_的同步脈沖，每個電源模塊部分10_與工作線圈中相應的工作線圈相關聯(lián)。從公共電源產生的工作線圈電流的相位在每個電源模塊部分10_處被如此偏移，使得施加到工作線圈中每個相應的工作線圈的電流被相位同步?，F在參照圖2，描述了本發(fā)明的另一個示例性實施例。如圖2中所示，來自傳統(tǒng)的三相電源15的交流(AC)信號經由電線14或無線地被發(fā)送到每個電源模塊部分13_。用于同步工作線圈電流的定時信息可以由電源模塊部分13_從由電源15所提供的AC信號中提取。例如，定時信息可以具有從輸入三相電力的零交叉(zero-crossing)或其它精確可測量的實例所搜集的相位定時。電源模塊部分13_內的傳統(tǒng)硬件可以檢測輸入AC功率的零交叉的時間。因此明白的是，多區(qū)感應加熱系統(tǒng)具有從三相電源供電的多個工作線圈，該三相電源提供同步脈沖到多個功率控制器中的每個功率控制器，每個功率調節(jié)器與工作線圈中的相應的工作線圈相關聯(lián)。從電源產生的電流的相位在每個功率控制器處響應于同步脈沖而偏移，使得施加到所述工作線圈中的每個相應的工作線圈的電流被相位同步。
此外，三相電源中的零交叉可被用于從所檢測的三相交叉中產生定時信息。同樣地，可以用定時信息來相稱產生該同步脈沖。現在參照圖3，描述了本發(fā)明的又一個實施例。如圖3中所示，來自電源模塊部分16a_e的用于串擾失真檢測的輸出經由電線27_或無線地被發(fā)送到處理設備28。處理設備28持續(xù)地監(jiān)控電源模塊部分16_以檢測嚴重的串擾。所檢測的串擾所誘發(fā)的失真表明了模塊和其鄰居之間的相位差。處理設備18將工作線圈電流的相位進行偏移，直到不再檢測到串擾失真。如本實施例所描述的，作為對施加同步或定時信號以維持工作線圈之間同步的替代，檢測失真以指明缺乏同步。通過偏移相位直到這樣的失真被最小化來達到同步。來自處理設備18的輸出經由電線29_或無線地被傳送到電源模塊部分16_。從而，多區(qū)感應系統(tǒng)達到具有最小串擾的穩(wěn)態(tài)條件。這是通常在全部或至少幾個電源模塊已經被加電的情況下應用的示例。同樣在圖3中，可以通過對與電源模塊部分16_相關聯(lián)的個別區(qū)域依次進行加電來更快地達到穩(wěn)態(tài)，使得每個區(qū)域可以與其鄰居同步而沒有與另一個鄰居的任何潛在的沖突性串擾。例如，電源模塊部分16a在沒有任何串擾的情況下被首先開啟。下一個電源模塊部分16b被開啟并且被鎖定到電源模塊部分16a的信號。同樣地，電源模塊部分16。接著被開啟并被鎖定到電源t吳塊16a和16b。該過程持續(xù)，直到全部的電源模塊部分16_被加電。注意到，電源模塊的數量是任意數量，并且該過程持續(xù)直到全部的電源模塊都被加電并且被鎖定到所有被先前加電的電源模塊。這個示例通常在電源模塊先前未被加電的情況下應用。另外如圖3中所示，來自先前兩個方法的原理被組合且應用到加熱系統(tǒng)，其中一些電源模塊已經被加電，而其他電源模塊沒有被加電。這樣的一個示例是電源模塊部分16a和^被加電而電源模塊部分16。、16<!和16e沒有被加電的情況。如果這些電源模塊將要被依次加電，電源模塊部分16。將被加電并被鎖定到電源模塊部分16b。接下來，電源模塊部分16。被加電并被鎖定到所有被先前加電的電源模塊部分16a、16j^P 16。。最后,電源模塊部分16^被加電并被鎖定到所有被先前加電的電源模塊部分16a、16b、16。和16d。在電源模塊部分被相繼加電的同時，最初被加電的電源模塊部分16a和16b的相位信息將被不斷地校準以最小化它們的相應的工作線圈之間的串擾。同樣地，電源模塊部分16a_e的整個系統(tǒng)將在彼此之間被不斷地校準，以便最小化它們的相應的工作線圈之間的串擾。例如，甚至在電源模塊部分16。、16<!和16^正在被加電且被校準到已經被加電的電源模塊部分16b的同時，電源模塊部分163和16b同樣正被校準，以與所有隨后被加電的電源模塊部分16cU6d 16e同步。此外，在圖3中，用于在電源模塊部分16_的相應的工作線圈之間降低串擾的電源模塊部分16a_e之間的校準，可以順序地在一個或多個線圈被加電之前或之后，或者同時地在一個或多個線圈被加電的同時或之后。 因此，通過監(jiān)控流過加熱系統(tǒng)的電源模塊部分16a_e中的每個相應的電源模塊部分中的多個感應線圈中的每個感應線圈的電流，處理設備18持續(xù)地檢測從這些感應線圈中的每個其它感應線圈中的電流引起的這些電流串擾中的每個電流串擾，根據這些串擾可以確定感應線圈之一中的電流和感應線圈中的另一個感應線圈中的電流之間的的相位差。由此，感應線圈中的至少一個感應線圈和另一個感應線圈的電流相位被偏移，直到串擾基本上被消除。這也可以每次一個地被順序地完成。例如，線圈可使電流最初流過它以為它確定穩(wěn)態(tài)條件。在這以后，隨后的線圈將被每次一個地校準以匹配第一線圈的相同穩(wěn)態(tài)，直到全部的線圈達到相同的穩(wěn)態(tài)條件。這個過程可以用沒有電流流過線圈或電流已經流過一些線圈的系統(tǒng)來發(fā)起。在后者的情況下，已經有電流流過它們的線圈也將把它們自己校準到隨后有電流流過它們的線圈。這些過程可以持續(xù)，直到全部的線圈被同步和/或串擾基本上被消除。此外，工作線圈電流的同步通過頻率變化來排除個別區(qū)域功率電平控制。因此，當使用占空比來控制個別區(qū)域輸出功率時，所描述的該方法是特別可適用的。這在圖4中被說明，其中不同步的線圈實際上等同于線圈之間的隨機相位，由線圈20a、b和c的北磁極(N)和南磁極(S)所說明，這引起了線圈之間的串擾21或顯著的能量流。實際上，當能量在線圈之間流動時，熱量在線圈之間滾動。圖5示出了線圈被如此同步,使得線圈22a、b和c精確同相的示例。這是由線圈22a、b和c的北磁極(N)和南磁極(S)所說明的。由于線圈之間沒有能量流動，所以線圈22a、b和c之間沒有串擾。已經在這里公開了用于同步工作線圈電流的各種方法。一種方法采用了公共的同步信號，例如高頻脈沖，其將包括足夠的定時信息，用于將電源模塊鎖定到該定時信息上。該方法使用電源模塊內的硬件以便同步該電源模塊。該同步可以通過有線或無線信號來實現。另一種方法從公共的輸入三相電源提取定時信息。這將接著被用于同步工作線圈電流?？梢詮妮斎牍β实牧憬徊婊蚱渌_可測量的輸入來搜集相位定時。該方法的困難在于公共電源中不準確的和不精確的定時信息。需要附加的硬件來檢測輸入AC功率的零交叉的時間。又一種方法使用了現有的串擾失真檢測來輕移(nudge)不同工作線圈的相位，直到不再報告串擾失真。在該方法中，逆變器和/或工作線圈電流被持續(xù)地監(jiān)控以檢測嚴重的串擾。這些所檢測的串擾所誘發(fā)的故障指明了在模塊和其鄰居之間的相位差。通過緩慢地偏移工作線圈電流的相位直到不再檢測到串擾失真，不需要同步或定時信號。多區(qū)感應系統(tǒng)在最小串擾的情況下達到穩(wěn)態(tài)條件。此外，可以通過對個別區(qū)域依次進行加電來更快地達到穩(wěn)態(tài)，使得每個區(qū)域可以與其鄰居同步而沒有與另一個鄰居的任何潛在的沖突性串擾。由于不需要附加的硬件，該方法導致了最低成本的解決方案。該方法獨特之處在于，它使用相鄰區(qū)域的工作線圈電流作為定時源。以上已經描述了用于降低多區(qū)感應加熱系統(tǒng)中的串擾的新穎的裝置和方法。在沒有偏離所附的權利要求的法定允許的范圍的情況下，本領域技術人員現在可以多方利用以及偏離以上所描述的實施例?！?br> 權利要求
1.一種用于多區(qū)感應加熱系統(tǒng)的串擾降低方法，包括以下步驟 監(jiān)控與加熱系統(tǒng)中的多個電源模塊部分(10、13、16)中的相應的電源模塊部分相關聯(lián)的多個感應線圈(17、19)中每個感應線圈中的電流，其中每個感應線圈(17、19)中的電流的頻率基本上相似； 在每個電流中持續(xù)檢測由所述多個感應線圈(17、19)中的相鄰線圈中的電流的相位差所廣生的失真；以及 相對于所述多個感應線圈(17、19)中的相鄰感應線圈中的相位，將檢測到該失真的所述多個感應線圈(17、19)之一中的電流的相位進行偏移，直到該失真基本上被消除，從而降低感應線圈之間的串擾。
2.一種如權利要求I中所述的用于多區(qū)感應加熱系統(tǒng)的串擾降低方法，進一步包括以下步驟 在所述多個感應線圈(17、19)中的第一感應線圈中發(fā)起電流，直到已經為所述多個感應線圈(17、19)中的所述第一感應線圈獲得預定穩(wěn)態(tài)條件； 在所述多個感應線圈(17、19)中的下一個相繼的感應線圈中發(fā)起電流，直到已經為所述多個感應線圈(17、19)中的所述下一個相繼的感應線圈獲得穩(wěn)態(tài)條件；以及 重復檢測步驟和偏移步驟，直到該檢測步驟確定基本上消除了所述多個感應線圈(17、19)中的第一感應線圈的電流中的失真。
3.—種如權利要求2中所述的用于多區(qū)感應加熱系統(tǒng)的串擾降低方法，進一步包括以下步驟 在所述多個感應線圈(17、19)中的進一步相繼的多個感應線圈中的當前感應線圈中順序地發(fā)起電流，直到已經為所述多個感應線圈(17、19)中的進一步相繼的多個感應線圈中的當前感應線圈獲得穩(wěn)態(tài)條件；以及 重復檢測步驟和偏移步驟，直到該檢測步驟確定基本上消除了所述多個感應線圈(17、19)中的進一步相繼的多個感應線圈中的當前感應線圈中的電流和所述多個感應線圈(17、19)中的進一步相繼的多個感應線圈中的緊接在先感應線圈中的電流之間的串擾。
4.一種如權利要求I中所述的用于多區(qū)感應加熱系統(tǒng)的串擾降低方法，其中所述相位偏移步驟包括以下步驟 生成同步脈沖(12)，用于施加到每個所述電源模塊部分(10、13、16);以及 響應于該同步脈沖，在每個電源模塊部分(10、13、16)處將從主電源(15)產生的電流的相位進行偏移，使得施加到所述多個感應線圈(17、19)中的每個相應的感應線圈的電流被相位同步。
5.—種如權利要求4中所述的在多區(qū)感應加熱系統(tǒng)中的串擾降低方法，進一步包括以下步驟 檢測電源(15)的三相電力中的零交叉；以及 根據所述檢測的三相交叉來產生定時信息，用該定時信息來相稱地產生該同步脈沖。
6.在具有施加了來自電源(15)的電流的多個電源模塊部分和多個工作線圈(17、19)的多區(qū)感應加熱系統(tǒng)中，每個所述工作線圈(17、19)與所述電源模塊部分(10、13、16)中的相應的電源模塊部分相關聯(lián)，該電源模塊部分(10、13、16)中的相應的電源模塊部分產生用于所述工作線圈(17、19)中的所述關聯(lián)的工作線圈的工作線圈電流，一種在所述線圈(17,19)之間降低串擾的方法包括以下步驟 監(jiān)控每個所述工作線圈(17、19)中的所述工作線圈電流，其中在每個所述工作線圈(17、19)中的所述工作線圈電流的頻率基本上相似； 在每個工作線圈電流中持續(xù)檢測由所述多個工作線圈(17、19)中的相鄰工作線圈中的所述工作線圈電流的相位差所產生的失真；以及 相對于所述多個工作線圈(17、19)中的相鄰工作線圈中的相位，將檢測到該失真的所述多個工作線圈(17、19)之一中的所述工作線圈電流的相位進行偏移，直到該失真基本上被消除，從而降低工作線圈之間的串擾。
7.—種如權利要求6中所述的降低串擾的方法，進一步包括以下步驟 在所述多個工作線圈(17、19)中的第一工作線圈中發(fā)起所述工作線圈電流，直到已經為所述多個工作線圈(17、19)中的所述第一工作線圈獲得預定穩(wěn)態(tài)條件； 在所述工作線圈中的下一個相繼的工作線圈中發(fā)起所述工作線圈電流，直到已經為所述多個工作線圈(17、19)中的所述下一個相繼的工作線圈獲得穩(wěn)態(tài)條件；以及 重復檢測步驟和偏移步驟，直到該檢測步驟確定基本上消除了所述多個工作線圈(17、19)中的所述第一工作線圈的所述工作線圈電流中的失真。
8.—種如權利要求7中所述的降低串擾的方法，進一步包括以下步驟 在所述多個工作線圈(17、19)中的進一步相繼的多個工作線圈中的當前工作線圈中順序發(fā)起所述工作線圈電流，直到已經為所述多個工作線圈(17、19)中的進一步相繼的多個工作線圈中的當前工作線圈獲得穩(wěn)態(tài)條件；以及 重復檢測步驟和偏移步驟，直到該檢測步驟確定基本上消除了所述多個工作線圈(17、19)中的進一步相繼的多個工作線圈中的當前工作線圈中的所述工作線圈電流和所述多個工作線圈(17、19)中的進一步相繼的多個工作線圈中的緊接在先工作線圈中的所述工作線圈電流之間的串擾。
9.一種如權利要求6中所述的降低串擾的方法，其中所述相位偏移步驟包括以下步驟 生成同步脈沖(12)，用于施加到每個所述電源模塊部分(10、13、16);以及響應于該同步脈沖，在每個電源模塊部分(10、13、16)處將從所述電源產生的電流的相位進行偏移，使得施加到所述多個工作線圈(17、19)中的每個相應的工作線圈的所述工作線圈電流被相位同步。
10.一種如權利要求9中所述的降低串擾的方法，進一步包括以下步驟 檢測所述電源中的零交叉，其中所述電源是三相電源(15);以及 根據所述檢測到的三相交叉來產生定時信息，用該定時信息來相稱地產生該同步脈沖(12)。
全文摘要
感應加熱裝置中的感應加熱線圈之間的串擾的降低，以及特別是多區(qū)感應加熱系統(tǒng)中的串擾的降低，為電源模塊提供了更大的可靠性。其包括以下步驟監(jiān)控多個感應線圈中的電流，其中每個感應線圈中的電流頻率相似，在每個電流中檢測由該多個感應線圈中的相鄰感應線圈中的電流的相位差所產生的失真，以及將檢測到失真的該多個感應線圈之一中的電流相位進行偏移，直到消除失真。
文檔編號H05B6/44GK102726119SQ201080057484
公開日2012年10月10日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權日2009年12月16日
發(fā)明者K·麥科爾米克, N·多梅爾 申請人:霍尼韋爾阿斯卡公司