TWI276689B - Induction heating device for a metal plate - Google Patents

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1276689 九、發明說明： 【發明所屬之技彳梓領域】 相關申請案的交叉參照 此非臨時申請案係在35 u.S.C. §119(a)下請求分別於 5 2005年2月18日及2005年9月5日提交之專利申請案 2005-41944及2005-256334號之優先權。上述各文件係整體 以引用方式併入本文中。 發明領域 本發明有關一用於一諸如鋼板或鋁板等金屬板之誘導 1〇加熱裝備。本發明特別有關一利用一圍繞金屬板的誘導線 圈在其中產生一誘導電流藉以加熱一金屬板之誘導加熱裝 備。本發明亦有關-誘導加熱裝備，其能夠以高效率來加 熱-金屬板而無關乎金屬板厚度且無關乎金屬板是否為磁 性或非磁性。本發明進一步能夠抑制金屬板的_邊緣區域 15 處之過熱。 t先> 老“标】 發明背景 已、、、工利用使用氣體或電力的間接加熱裝備、或一使 用誘導加熱的間接加熱裝備來加熱_金屬板以控制執處理 程序中之金屬材料的品質。因為直接加熱裝備部不具有熱 慣性，不同於間接加熱裝備，直接加熱裝備可節省間接加 熱裳備抵達穩定爐溫所需要的時間，且譬如當板厚产改變 時可容易地控制加熱速率。因此，直接加熱裝備不线改 變金屬板運送速度，藉以可防止生產力降低。 5 1276689 具有兩類型之用於一金屬板的誘導加熱裝備。其中^一 類型為LF型（縱向通量型），其中利用一圍繞金屬板的誘導 線圈在橫剖面產生一圓形誘導電流藉以加熱一金屬板，其 中施加通常介於從1 KHz到500 KHz頻率的"交流電流。第1 5圖顯示一 LF型誘導加熱裝備的示意圖。第2圖顯示利用一 LF型誘導加熱裝備在橫剖面中所產生之一圓形誘導電流。 第1圖中，一連接至一 AC電源供應器3之誘導線圈2係圍繞 一金屬板1。當一主要電流5穿過誘導線圈2時，一通量4係 穿透金屬板1以在通量4周圍產生一誘導電流。第2圖中，金 10屬板1的橫剖面中所產生之一誘導電流6係在與通過分別設 置於金屬板1上方及下方之誘導線圈2的主要電流呈現相對 之一方向中流動。另一類型為TF型（橫向通量型），其中具 有一核心之誘導線圈係分別設置於金屬板上方及下方。當 一對於線圈之AC電源供應器接通時，一通量係在板厚度中 15 於核心之間穿透金屬板以產生一誘導電流，其導致金屬板 的加熱。 TF型加熱中，誘導電流係集中於金屬板的一側向端區 域上且同時該端區域附近之電流密度被降低，其容易地造 成加熱後之一側向方向中的不均勻溫度分佈。特定言之， 20 當由於金屬板的寬度移位或由於金屬板的蛇行而改變誘導 線圈的核心與金屬板之間的位置關係時，變成更難以提供 均勻的加熱。背景技藝中，提出一使用一菱形線圈的技術 故藉由當金屬板寬度改變時傾斜菱形線圈可使通量永遠可 在板的全寬中穿透。然而，此技術係使用來自誘導線圈的 6 1276689 漏通量’其需令金屬板及誘導線圈彼此接近。此外，將一 旋轉機構裝設在其中供應有大量電流的誘導加熱裝備上係 提高了以工業規模來實施該技術之困難。 TF型加熱中，誘導電流集中在金屬板的一側向端區域 5 上且同時該端區域附近之電流密度被降低，其容易地造成 加熱後之一側向方向中的一不均勻溫度分佈。特定言之， 當由於金屬板的寬度移位或由於金屬板的蛇行而改變誘導 線圈的核心與金屬板之間的位置關係時，變成更難以提供 均勻的加熱。背景技藝中，提出一使用一菱形線圈的技術 10 故藉由當金屬板寬度改變時傾斜菱形線圈可使通量永遠可 在板的全寬中穿透。然而，此技術係使用來自誘導線圈的 漏通量，其需令金屬板及誘導線圈彼此接近。此外，將— 旋轉機構裝設在其中供應有大量電流的誘導加熱裝備上係 提高以工業規模來實施該技術之困難。 15 LF型加熱係為一種用以加熱被一誘導線圈所圍繞的一 金屬板之方法，其可確保金屬板中產生一圓形誘導電流藉 以加熱該板。一LF型中產生於金屬板的橫剖面中之一誘導 電流係集中於以下式表示的深度“ d，，處： d[mm]=5.03xl〇+5x(p^rf)05 ……（1) 20 其中d為誘導電流穿透深度[公厘（mm)]，p為比電阻 [Ωπι]，μ為相對磁導率，而f為用以加熱的頻率[H幻。 因為當金屬溫度提高時比電阻係增加，誘導電流穿透 深度係隨著金屬溫度提高而增加。鐵磁性材料或順磁性材 料的相對磁導率係隨著溫度變成較接近居里點（Curie p〇int) 7 l2?6689 而減小，且最後在高於居里點的一溫度變成！。這代表誘導 兔流牙透*度隨著溫度提高而增加。因為_性材料的相 對磁導率為卜其料電流穿透深度比起磁崎料係為較 大。 5 LF型誘導加熱巾，如果具有大的誘導電流穿透深度反 金屬板具有薄厚度，金屬的一上部中所產生之誘導電流以 及金屬的一下部中所產生之誘導電流係彼此抵銷。這導致 具有低效率之加熱。 譬如，如果使用10 KHz的一加熱頻率，室溫的誘導電 10流穿透深度係約為對於非磁性材料的鋁之1公厘，對於不銹 鋼304 (SUS304)之約4.4公厘，及對於磁性材料的鋼之約〇.2 公厘。鋼在高於居里點（處於約750。〇的溫度之電流穿透深 度約為5公厘。身為使用金屬板的主要商業產品之汽車及家 庭電器的大部份鋼板係具有不大於2公厘的厚度。因此，通 15 常難以高效率來加熱此金屬板而不使金屬板的上及下部中 之誘導電流如上文所提及般地被抵銷。考慮將供應至LF型 誘導加熱裝備之AC電流的頻率增加至數百KHz藉以使誘導 電流穿透的深度變得較窄，故可避免抵銷誘導電流；然而， 以工業規模使用一具有此高效率的大電流電源供應器將不 20 太合乎實際。 已經提出使用一採用一圍繞於一金屬板的誘導線圈之 誘導加熱裝備，即使金屬板處於高溫及/或身為薄金屬板其 仍能夠以高效率來加熱一金屬板。此誘導加熱裝備中，設 置於金屬板上方之一誘導線圈（上誘導線圈）及設置於金屬 8 1276689 板下方之另一誘導線圈（下誘導線圈）係配置為彼此平行，藉 - 以分別設定在金屬板的一縱向方向中之不同位置中。易言 • 之’分別藉由將兩誘導線圈垂直地投射在金屬板上所形成 之上誘導線圈及下誘導線圈的兩投射影像係彼此平行且位 5於金屬板的縱向方向中之一不同位置中。 第3圖為上述誘導加熱裝備之示意圖，其中設置於金屬 - 板1上方之一誘導線圈2a(上誘導線圈）及設置於金屬板1下 % 方之另一誘導線圈2b(下誘導線圈）係配置為彼此平行且位 於金屬板的縱向方向中之一不同位置中。編號7及8分別代 10表一傳導構件及~AC電源供應器8。第4A及4B圖顯示當上 - 誘導線圈及下誘導線圈配置於金屬板的縱向方向中之一不 . @位置中時金屬板1中之誘導電流流。第4A圖為顯示從金屬 板上方觀視之誘導電流的狀態之示意圖。第4b圖為第4八圖 的線4B_4B所取之橫剖視圖。第4A圖中的編號職表誘導 5電心流°當上誘導線圈及下誘導線圈配置為設定在金屬板 鲁 騎向方向中之_不同位置中時，金屬板中所產生的圓形 . 誘導電流之上路徑及下路徑亦配置為分別設定在金屬板的 '縱向方向中之不同位置中。因此，當具有大的誘導電流穿 、 透/木度、甚至金屬板具有高的溫度及/或金屬為薄型時，可 、Γ7放率來加熱金屬板而不抵銷金屬板中的上及下部中之 誘導電流。 、、 在/、中上及下誘導線圈設定在金屬板的縱向方 σ中之不同位置中之此誘導加熱裝備的使用方式中，比起 i屬板在見度方向的—中央區域，金屬板在寬度方向的一 9 1276689 邊緣區域會變成過熱。這會導致一不均勻的溫度分佈成為 金屬板的橫向方向中之一完成溫度。 因為金屬板的邊緣區域中之誘導電流路徑的一寬度 (對應於第4A圖中的“d2”)之緣故而經歷此現象，其中在金 5 屬板中從一上部至一下部之電流流係窄於金屬板的上及下 部中之誘導電流路徑（對應於第4A圖中的“dl”）。因此，金 屬板的邊緣區域中之電流密度係高於中央區域中之電流密 度。使邊緣區域中的電流路徑窄化之一項理由係在於：在 邊緣區域中流動的電流係移位朝向邊緣，故金屬板厚度方 10 向之邊緣區域中流動的誘導電流及流過金屬板厚度方向中 配置為接近金屬板邊緣之誘導線圈的主要電流之間的電感 可被降低。在邊緣區域處過熱之另一理由係在於：金屬板 的邊緣區域之加熱時間（定義為d3/(金屬板的移行速度），其 中d3如第4A圖所界定）係長於中央區域之加熱時間（定義為 15 dl/(金屬板的移行速度），其中dl如第4A圖所界定）。 因為藉由一誘導加熱裝備的熱發散係與加熱時間及電 流密度的平方成正比，在此誘導加熱裝備之使用方式中， 其中一上誘導線圈及下誘導線圈分別設定在不同位置中藉 以在金屬板的縱向方向中彼此遠離，比起金屬的一中央區 20 域，橫向方向中之金屬板的一邊緣區域係過熱。 t明内溶1】 發明概要 本發明之一目的係解決上文所提及的背景技術誘導加 熱裝備之問題。即便金屬板的溫度高於居里點、金屬板為 10 1276689 薄型及/或金屬板由一諸如鋁或銅等具低比電阻的非磁 性、非鐵性金屬製成，本發明的一實施例仍能夠以高效率 來加熱一金屬板。此外，本發明的一實施例係能夠提供一 在金屬板的橫向方向中具有較均勻溫度之金屬板，特別是 5防止金屬板的一邊緣區域處之過熱。即便當被加熱的金屬 板之寬度改變時，本發明的一實施例可較容易地實現一所 舄要的溫度分佈，而不需製備複數個誘導線圈以應付金屬 板寬度的改變。本發明的一實施例亦可改良金屬板蛇行所 造成之一不均勻溫度分佈。本發明的另一實施例係提供一 10在上及下誘導線圈之間的距離、誘導線圈的寬度及熱發散 量方面具有大輻彈性之技術。 可藉由一用以加熱一移行金屬板的誘導加熱裝備來達 成本發明之上述目的，其包含··一誘導線圈，其用以圍繞金 屬板，該誘導線圈包括設置於金屬板上方之一上誘導線圈 15及設置於金屬板下方之一下誘導線圈，該等上及下誘導線 圈在金屬板的一縱向方向中彼此分隔橫越金屬板的'^橫向 方向之一固定距離，其中上誘導線圈及下誘導線圈的各者 歪斜地配置在金屬板的一邊緣區域處藉以與金屬板的橫向 方向形成一歪斜角度。 20 亦可藉由一用以加熱一移行金屬板之誘導加熱裝備來 達成本發明之上述目的，其包含:一AC電源供應器；用以被 設置於金屬板上方之一上誘導線圈，該上誘導線圈在其一 端連接至AC電源供應器；及用以設置於金屬板下方之一下 誘導線圈，該下誘導線圈在其一端連接至AC電源供應器， 11 1276689 该下誘導線圈在金屬板的-縱向方向中與該上誘導線圈分 隔橫越金屬板的一橫向方向之一固定距離，其中上誘導線 圈及下誘導線圈的各者在金屬板的_邊緣區域處包括至少 -歪斜部，該至少-歪斜部與金屬板的橫向方向形成一歪 5 斜角度。 本發明中’-移行金屬板不限於一單向移行的金屬 板，而是包括金屬板的往復運動。此外，本發明中，一誘 導線圈係為包括由單圈或多圈圍繞_金屬板之一電傳導材 料的一管、一線、一板或類似物所形成的一線圈之集體名 10稱。此外，圍繞金屬板不限於一諸如圓形或正方形等特定 形式。對於電導體的材料，偏好採用諸如銅、銅合金或銘 等低電阻材料。 >對於本發明的金屬板，包括一諸如鋼等磁性材料、在 南於居里點的高溫呈非磁性狀態之諸如銘或銅或鋼等非磁 15 性材料。 "本發明中，金屬板的橫向方向係指一垂直於金屬板移 灯方向之方向。金屬板的一縱向方向係指金屬板的移行方 向。 本發明中，金屬板的-邊緣係為金屬板在一橫向方向 2〇中之端而金屬板的一邊緣區域係指接近金屬板的邊緣 或位於其附近之金屬板的一上(頂)/下(底)表面。 月中置於金屬板上方之誘導線圈及設置於金 屬板下方之誘導線圈之間的縱向方㈣之一距離係定義為 分別由將各誘導線圈垂直地投射在金屬板上所形成之設置 12 1276689 於上方之誘導線圈及設置於下方之誘導線圈之兩投射影像 之間的一距離。第5圖為本發明之一誘導加熱裝備在一受加 熱金屬板的縱向方向中之一橫剖面的示意圖。編號1代表在 一縱向方向延伸之一金屬板的橫剖視圖，編號2a代表設置 5 於金屬板上方之一誘導線圈的橫剖視圖，編號2b代表設置 於金屬板上方之一誘導線圈的橫剖視圖，編號3加代表設置 於金屬板上方之誘導線圈的一垂直投射影像，而編號3〇b代 表设置於金屬板下方之誘導線圈的一垂直投射影像。下文 中，设置於金屬板上方之一誘導線圈，，可稱為一“誘導線圈 10的上部或簡單地稱為一“上誘導線圈，，，而“設置於金屬板 下方之誘導線圈”可稱為一“誘導線圈的下部，，或簡單地 稱為-“下誘導線圈，，。上及下誘導線圈之間的縱向方向中 之距離係定義為第5圖中的“L，，。在上誘導線圈的寬度及 下誘導線圈的寬度不同之案例中，用以決定該距離之一起 15點係為較寬的誘導線圈之垂直投射影像的一邊緣⑹。 —攸下文的詳細描述將得知本發明之進一步的可適用性 範圍。然而，應瞭解，因為熟習該技術者可自此詳細描述 瞭解位於本發明的精神及範圍内之各種不同變化及修改， ^細㈣及特定範例_顯⑽本發日㈣較佳實施例但僅 ί0 為不鲍用。 圖式間單說明 及圖提供健域心核财㈣之詳細描述 及圖式將更元整地瞭解本發明，其申·· 第1圖為根據背景技術之一_誘導加熱裝傷的示意 13 1276689 圖， 第2圖顯示第1圖的金屬板的橫剖面中所產生之一圓形 誘導電流； 第3圖為根據背景技術之一誘導加熱裝備的示意圖； 5 第4A圖為顯示從金屬板上方觀視之一金屬板中之一誘 導電流流的狀悲之不意圖， 第4B圖為第4A圖的線4B-4B所取之橫剖視圖； 第5圖為用以界定本發明中的上及下誘導線圈之間的 一距離之說明圖； 10 第6圖為本發明的一實施例之示意圖； 第7圖為本發明的誘導加熱裝備所造成之金屬板的邊 緣區域中之一誘導電流流的狀態之示意圖； 第8圖為本發明的一實施例之示意圖； 第9圖為本發明的一實施例之示意圖； 15 第10圖為本發明的一實施例之示意圖； 第11圖為本發明的一實施例之示意圖； 第12圖為第11圖的示意橫剖視圖；及 第13圖為本發明的一實施例之示意圖。 【實施方式】 20 較佳實施例之詳細說明 現在將參照圖式描述本發明。所有圖式係顯示圍繞一 金屬板之單圈的誘導線圈。然而，本發明中誘導線圈的圈 數不限於一特定數量。 第6圖為本發明的一誘導加熱裝備之一範例的平面示 14 1276689 思圖。本發明中，設置於金屬板上方之一誘導線圈2a及設 置於金屬板下方之另一誘導線圈21)係設置成在金屬板的縱 向方向中彼此遠離且彼此平行。上誘導線圈及下誘導線圈 之間的一距離係定義為分別由將各誘導線圈垂直地投射在 5金屬板上所形成之上誘導線圈及下誘導線圈的兩投射影像 之間的一距離。上及下誘導線圈之間在縱向方向中之一距 離L亦即上述距離係在橫向方向中保持固定。尚且，上誘導 線圈2a及下誘導線圈2b相對於橫向方向在金屬板的一邊緣 區域處歪斜地拉伸橫越金屬板。易言之，上誘導線圈2&及 10下誘導線圈2b的各者歪斜地配置於邊緣區域處藉以在誘導 線圈各者及金屬板的橫向方向之間具有一歪斜角度。編號7 代表一傳導構件，8代表一AC電源供應器而9代表設置為接 近金屬板的一邊緣(端)之一誘導線圈。符號θ代表定義為位 於邊緣區域的誘導線圈及金屬板的橫向方向之間角度之一 15歪斜角度。符號χ代表誘導線圈在金屬板的縱向方向中之一 寬度。 當上誘導線圈及下誘導線圈設置成在金屬板的縱向方 向中彼此遠離時，金屬板中所產生之圓形誘導電流的一上 路徑及一下路徑亦配置為在金屬板的縱向方向中彼此遠 20離。因此’當具有大的誘導電流穿透深度、即便金屬板具 有高溫度及/或金屬板為薄型時，仍可以高效率來加熱該板 而不使金屬板中的上及下部中之誘導電流抵銷。 可以金屬板材料、金屬板溫度及誘導線圈及受加熱的 金屬板之間的一間隙為基礎來決定上及下誘導線圈之間的 15 1276689 距離。為了以一高於居里點的溫度在一非磁性區中有效地 加熱一鋼片，考量到金屬板的寬度、誘導線圈的寬度及金 屬板的移行速度，較佳將上及下誘導線圈之間的距離設定 為誘導線圈寬度的0.2至6倍，更佳將該距離設定為誘導線 5 圈寬度的0.6至4倍。如果該距離小於誘導線圈寬度之〇·2 倍’則發生金屬板的上部及下部中之誘導電流的抵銷，故 無法有效地加熱。如果距離大於誘導線圈寬度的6倍，變得 難以降低金屬板的邊緣區域之電流密度且加熱時間增長， 導致邊緣區域的溫度增高。此外，電阻增大而需要一高電 10 壓的電源供應器，其難以工業規模實施。下文中，當上誘 導線圈的寬度及下誘導線圈的寬度不同，除非另外定義， 寬度(在金屬板的縱向方向中）係代表較寬誘導線圈的寬度。 當上及下誘導線圈分別對於邊緣區域的橫向方向呈現 歪斜時，可相對於並非歪斜的誘導線圈有效地抑制邊緣區 15 域處的過熱。將參照第7圖說明此作用。第7圖為顯示從金 屬板上方觀視之第6圖中的金屬板左邊緣區域中之誘導電 流流的狀態之示意圖。位於金屬板的上側及下側上之一誘 導電流10係在與一穿過誘導線圈的主要電流呈現相對之方 向中流動，其中誘導電流的寬度幾乎與對應的誘導線圈30a 2〇或30b之一投射影像的寬度相同。接近金屬板邊緣通過之誘 導電流係傾向於採行較接近金屬板的中央區域之流路徑， 故可降低誘導電流及流經設置在金屬板邊緣之誘導線圈的 主要電流之間的電感。易言之，上誘導線圈所感應之一上 誘導電流及下誘導線圈所感應之一下誘導電流係試圖沿著 16 1276689 最短路徑彼此連接，但電流的其他部分在邊緣處流動。這 提供接近金屬板邊緣處之一相對較寬之誘導電流流的通道 以抑制接近邊緣處的電流密度增加。因此，當上及下誘導 線圈具有邊緣區域處對於橫向方向之一歪斜部時，相對於 5不具有此歪斜部之誘導線圈可有效地抑制邊緣區域之過 劫* 〇 4 本發明的發明人進一步調查適當歪斜角度（第6圖中的 Θ)。利用第6圖所示的誘導加熱裝備來實驗性調查邊緣區域 中的過熱程度亦即（邊緣區域的温度)_(中央區域的溫度）以 10及歪斜角度Θ之間的一關係。所使用的金屬板係為一非磁性 SUS304不銹鋼板(厚度:〇·2公厘，寬度:600公厘）。金屬板的 移行速度為2公尺/分鐘。AC電源供應器（未圖示）為25 KHz 且調整一具有100千瓦電容的電容器以匹配所使用的誘導 線圈。 15 所使用的誘導線圈為由一銅板(厚度:5公厘，寬度:1〇〇 公厘）及一藉由硬銲在與鋼板相對的側（外側）上附接至銅板 之水冷卻銅管（外徑：10公厘，内徑:8公厘)所構成之單圈（圍 繞受加熱的鋼板）的一水冷卻式銅板。此實驗中，因為電流 亦流經銅管，“誘導線圈”係包括銅板及水冷卻銅管兩者。 20 金屬板(SUS304板）的表面及誘導線圈（銅板)之間的一間隙 為50公厘。上及下誘導線圈之間的距離L為200公厘。 在誘導加熱裝備出口處利用一二維紅外線溫度計來測 量位於中央區域及邊緣區域兩者之鋼板的溫度。為了改變 誘導線圈及金屬板的橫向方向之間的歪斜角度Θ，誘導線圈 17 1276689 放置在一可移式木質基底上，而藉由從水冷卻式銅板中所 形成的複數個孔選擇適當螺栓孔而將上及下誘導線圈連接 至一配置為接近金屬板邊緣之誘導線圈9。表1顯示邊緣區 域中的過熱程度亦即（邊緣區域的溫度）-(中央區域的溫度) 5 以及歪斜角度Θ之間的，關係之結果。 表1

歪斜角度Θ 邊緣區域m呈1的(I!)區域的溫度 0度 90°C 〜 5度 76〇C 10度 25 °C ^~ 30度 6°C 50度 32〇C 60度 40°C 70度 80°C

從結果可獲得結論，考量一實際溫度分佈公差而偏好 採用介於10度至60度間的歪斜角度。如果歪斜角度Θ為5度 或更小，未能充分防土金屬板的邊緣區域之過熱，且如果 10 超過60度，因為加熱時間增加，即便如果電流密度降低， 邊緣區域的溫度亦增高。應以邊緣區域及金屬板的中央區 域溫度之間預先既存的初始溫度差為基礎，提前決定1〇度 至60度之間的一較佳特定歪斜角度。對於任何預先既存的 初始溫度分佈，可具有三個代表性圖案，亦即具有一爲平 15溫度分佈（中央區域及邊緣區域之相同溫度)之一金屬板，具 有相對於中央區域的溫度在邊緣區域呈現略微較低的溫度 分佈之一金屬板，或具有相對於中央區域的溫度在邊緣區 域呈現略微較高的溫度分佈之一金屬板。 18 1276689 如上述，已經發現藉由與金屬板橫向方向歪斜地設定 誘導線圈會防止邊緣區域的過熱。本發明的發明人進一步 调查誘導線圈在邊緣區域中應具有何者長度以有效防止過 熱。確切言之，相對於如本發明的一實施例之第8圖所示之 5 一誘導加熱裝備，多少公厘的歪斜部（以第8圖的“y”代表） 應在相距金屬板1邊緣100公厘以内的一區域中從金屬板1 邊緣延伸朝向内側（朝向中央區域），其中傾向於因為過熱而 具有顯著的溫度偏差。 第8圖為本發明的一誘導加熱裝備的一範例之平面示 10意圖。第8圖中，設置於金屬板上方之一誘導線圈2a及設置 於金屬板下方之另一誘導線圈2b係設置為在金屬板的縱向 方向中彼此遠離。誘導線圈2a及2b亦彼此平行。就投射影 像而言在上及下誘導線圈之間於縱向方向中的距離L係在 橫向方向中保持固定。第8圖中的上誘導線圈2a及下誘導線 15 圈此係只在中央區域中平行於橫向方向且具有分別位於邊 緣區域處之一歪斜（彎折)部，其中各誘導線圈相對於橫向方 向歪斜地拉伸橫越金屬板。編號7代表一傳導構件，$代表 一 AC電源供應器，而9代表設置為接近金屬板的一邊緣(端） 之一誘導線圈。 2〇 經由调查弟8圖的誘導加熱裝備之結果，發現如果誘導 線圈的歪斜部從金屬板邊緣延伸50公厘或更多地朝向内側 將可有效地抑制邊緣區域的過熱。易言之，如果具有介於 10度至60度歪斜角度之誘導線圈的歪斜部設置為涵蓋相距 金屬邊緣50公厘以内之區域，可有效地抑制邊緣區域之過 19 1276689 熱0 本發明中，上及下誘導線圈之間在縱向方向中之距離 係於橫向方向中保翻定。尚且，上誘 線=金屬板的一邊緣區域處具有歪斜於橫剖= 10 刀”、、應、“本發明_導線®之形狀不限於第6 及8圖所示的形狀。本發明的誘導線圈亦可為如第9圖所示 的斜角形(狗腳形)及如㈣圖所示的弧形。第9及_中， 編號2a代表設置於金屬板丨上方之—上誘導線圈，編號域 表設置於金屬板丨上方之—下誘導_，編號7代表一傳導 構件，編號8代表-AC電源供應器而編號9代表設置為接近 1屬板的-邊緣(端)之-誘導線圈。上及下料線圈彼此平 仃，然而，誘導線圈不必相對於金屬板的中心線呈雙向對 稱性。 在一實際操作中，金屬板的寬度改變及/或金屬板產生 5蛇行。本發明可以在金屬板移行時改變寬度及/或蛇行之時 % 改良金屬板的橫向方向中之不均勻溫度分佈。如第6圖所 一 示，當金屬板的一寬度從“1·1’’改變至“ΙΙ-ΙΓ，及/或蛇行亦即 • 金屬板的邊緣I位置在橫向方向中起伏時，邊緣區域處之歪 . 斜角度不變。 20 本發明的另一實施例中，上誘導線圈及下誘導線圈之 間的距離及/或誘導線圈的寬度係可以改變。下文將參照圖 式描述此實施例。 因為一誘導加熱裝備的熱發散與電流密度的平方且與 加熱時間成正比，藉由調整上及下誘導線圈之間的距離及/ 1276689 或誘導線圈的—寬度可控制 作中的一所需要熱發散，可為了獲得一實際操 誘導線圈的距離及/戍宽声:由電磁場分析來提前決定 俠^ 、又。然而，因為—先前程序的起 5 10 15 20 初二:Γ發明的誘導加熱震備内之金屬板可具有 一初始溫度變異。因此， 、, 声旦 隨如果採行誘導線圈之預定距 離及/或見度里，可能無法獲 一=備可“依照所“的、== =:=:一先既存溫度議， =11圖顯示-上誘導線圈2级_下誘導線圈此，其各 可裝在延伸於一金屬板1縱向方向中的-對基底12 上所固定之―對導轨11上。如圖為第u_橫剖視圖。 可使用邊如空氣缸、液或馬達驅動缸等用以移動誘導 線圈之已知部件（第11圖未顯示）。雖然第u_示上及下誘 導Μ皆^可移式安裝，上線圈或下線圈的任，者可移動 亦疋可接&的方式。偏轉料如m或賴等絕緣材 料作為基底I2及/或轨u的材料，因為其放置在誘導線圈附 近的磁％中。當部分應时制—金屬時，需使用 -諸如不錄鋼、黃銅或銘等非磁性金屬。此外，基底及執 應設置於盡可能_料、«之處且縣水冷卻式以防止 被誘導電流加熱。有馨於此，上及下誘導線圈2a、2b經由 -諸如水冷料線纜村移式料構糾賴至—水冷卻 式連接。編號18代表触的-連接終端。 第11圖中’設置於金屬板1上方之-上誘導線圈2a及設 21 1276689 置於金屬板1下方之一下誘導線圈㉛係没置為在金屬板的 縱向方向中彼此遠離且彼此平行。上及下誘導線圈之間在 縱向方向中的距離L係在橫向方向中保持固定。 上誘導線圈2a及下誘導線圈处係只在中央區域中平行 5於橫向方向且分別在邊緣區域具有一歪斜（彎折)部，其中各 誘導線圈相對於橫向方向歪斜地拉伸橫越金屬板。因為熱 發散隨著距離變大而變成較大’可藉由調整上及下誘導線 圈之間的距離獲得來自誘導加熱之一所需要的熱發散量。 該距離可根據以一設置於誘導加熱裝備上游的溫度計測量 1〇 之金屬板的溫度而改變。 第13圖顯示用以使上及下誘導線圈之間具有可改變的 距離之本發明的另一實施例。第13圖中，一上誘導線圈係 包括複數個邊緣區域導體a-a’及b-b’，其各彼此絕緣且獨 立。各邊緣區域導體a-a’及b-b’係可選擇性地連接至一中央 15區域連接導體。可利用諸如一電磁接觸器、一空氣缸或 一馬達驅動缸等任何已知的接觸控制器（第13圖未顯示）進 行可選擇性連接。 下誘導線圈係包括複數個邊緣區域導體A-A，及B-B，， 其各彼此絕緣且獨立。各邊緣區域導體A_A，及B_B，係可選 2〇擇性連接至_中央區域連接導體〜。扣圖中未顯示〆接 觸控制器。 第13圖中’設置於金屬板1上方之-上誘導線圈及設Ϊ 於孟屬板1下方之一下誘導線圈係設置為在金屬板的縱兩 方向中彼此遂離且彼此平行。上及下誘導線圈之間在縱向 22 1276689 方向中的距離L係在橫向方向中保持固定。上誘導線圈及下 誘導線圈係分別在邊緣區域處具有-歪斜(彎折），其中各誘 導線圈相對於橫向方向以一歪斜角度θ歪斜地拉伸橫越金 屬板。 5 第13圖的實施例中，誘導線圈通常由連接導體9c、 B-B’、9a、b-b’及％共同地構成。當需要—較大熱發散量時， 誘導線圈係藉由連接導體9c、B-B，、9a、a a，及％共同重新 構成藉以增加上及下誘導線圈之間的距離。 第13圖的實施例中，為了控制熱發散量，除了改變上 1〇及下誘導線圈之間的距離量之外，導體的橫剖面積會增加/ 減小及/或上誘導線圈或下誘導線圈的任一者之寬度會改 變。譬如，可共同地選擇導體a_a，及b_b，兩者作為受增能的 導體。 該距離可根據一設置於誘導加熱裝備上游的溫度計所 15 測夏之金屬板溫度而改變。如第8圖所示利用一誘導線圈來 檢查金屬板中的一溫度偏差{(邊緣區域的溫度)_(中央區域 的溫度）}。所檢查的金屬板係為非磁性SUS304鋼板（厚 度:0·2公厘，寬度:600公厘及800公厘）。鋼板的移行速度為2 公尺/分鐘。使用25 KHz的AC電源供應器（未圖示）及具有 20 1〇〇千瓦電容的電容器。調整電容器的電容以匹配所使用的 誘導線圈。所使用的一誘導線圈為由一銅板(厚度公厘， 寬度：100公厘）及一藉由硬銲在與鋼板相對的側（外側）上附 接至銅板之水冷卻銅管（外徑：1〇公厘，内徑:8公厘）所構成 之單圈（圍繞受加熱的鋼板）的一水冷卻式銅板。此範例中， 23

1276689 因為電流亦流經銅管，“誘導線圈，，係包括銅板及水冷卻銅 管兩者。受加熱的鋼板及誘導線圈之間的一間隙為5〇公 厘。上誘導線圈及下誘導線圈之間的距離L為200公厘。誘 導線圈及鋼板的橫向方向之間的一歪斜角度為30度。誘導 5 線圈的中央區域為200公厘長且平行於鋼板的橫向方向。在 一遠離鋼板邊緣50公厘之位置處利用一紅外線溫度計來測 量邊緣區域中之鋼板溫度。表2顯示相對於60〇公厘寬度板 及800公厘寬度板之溫度偏差。 表2

800公厘寬度鋼板的溫度偏差 600公厘寬度鋼板的溫度偏差 6°C 6°C 結果顯示充分地抑制了鋼板的邊緣區域之過熱且當鋼 板溫度改變時溫度偏差保持不變。 即便如果金屬板溫度高於居里點、金屬板為薄型及/或 金屬板由一諸如鋁或銅等具低比電阻的非磁性、非鐵性金 屬‘成本發明仍能狗以高效率來加熱一金屬板。本發明 進^此夠改良金屬板的橫向方向中之一不均勻溫度分 佈特別是金屬板的一邊緣區域之過熱。即便當受加熱的 金屬板寬度改變時，本發明仍可較容易實現一所需要的溫 度为佈，而Τ需要製備複數個誘導線圈來應付寬度改變。 卜本务明可改良金屬板蛇行所造成之一不均勻的溫度 20 分佈。 ^顯然可以許多方式來改變藉此所描述之本發明。此等 、交異不視為背離本發明的精神及範圍，熟習該技術者瞭解 24 1276689 預定將所有此等修改皆包括在申請專利範圍之範圍内。 【圖式簡單說明】 第1圖為根據背景技術之一 L F型誘導加熱裝備的示意 圖， 5 第2圖顯示第1圖的金屬板的橫剖面中所產生之一圓形 誘導電流； 第3圖為根據背景技術之一誘導加熱裝備的示意圖； 第4A圖為顯示從金屬板上方觀視之一金屬板中之一誘 導電流流的狀態之示意圖； 10 第4B圖為第4A圖的線4B-4B所取之橫剖視圖； 第5圖為用以界定本發明中的上及下誘導線圈之間的 一距離之說明圖； 第6圖為本發明的一實施例之示意圖； 第7圖為本發明的誘導加熱裝備所造成之金屬板的邊 15 緣區域中之一誘導電流流的狀悲之不意圖， 第8圖為本發明的一實施例之示意圖； 第9圖為本發明的一實施例之示意圖； 第10圖為本發明的一實施例之示意圖； 第11圖為本發明的一實施例之示意圖； 20 第12圖為第11圖的示意橫剖視圖；及 第13圖為本發明的一實施例之示意圖。 25 1276689

【主要元件符號說明】 1…金屬板 2,30a，30b…誘導線圈 2a…上誘導線圈 2b…下誘導線圈 4…通量 5···主要電流 6，10…誘導電流 7…傳導構件 8*"AC電源供應器 9···誘導線圈，水冷卻式連接器 9a，9b，9c，a-a’，B-B，，b-b，…連接 導體 9b，9c…中央區域連接導體 10…誘導電流流 11…導軌 12…基底 13…可移式傳導構件 18…銅板的連接終端 A-A’，B-B ’，a-a’，b-b’ …邊緣區域 導體 AC…電源供應器3 d…誘導電流穿透深度 dl…金屬板的上及下部中之誘 導電流路徑 d2…金屬板的邊緣區域中之誘 導電流路徑的寬度 f…加熱頻率 L···上及下誘導線圈之間在縱 向方向的距離 X···誘導線圈在金屬板的縱向 方向中之寬度 y…歪斜部 Θ…歪斜角度 μ···相對磁導率 ρ…比電阻 26

Claims (1)

1276689 十、申請專利範圍： 1· 一種用以加熱一移行金屬板之誘導加熱裝備，其包含： 一誘導線圈，其用以圍繞該金屬板，該誘導線圈包 括設置於该金屬板上方之一上誘導線圈及設置於該金 屬板下方之一下誘導線圈，該等上及下誘導線圈在該金 屬板的一縱向方向中彼此分隔橫越該金屬板的一橫向 方向之一固定距離，

10 15

20 其中該上誘導線圈及該下誘導線圈的各者歪斜地 配置在該金屬板的-邊緣區域處藉以與該金屬板的橫 向方向形成一歪斜角度。 2. 如申請專利範圍幻項之料加熱裝備，其中該上誘導 線圈及該下誘導線圈之間的距離係為該等上及下誘導 線圈的較寬者之寬度的〇.2至6倍。 3. 如申請專利範圍第2項之誘導加熱裝備，其中該歪斜角 度位於從10度至60度。 4. 如申請專利範圍第3項之誘導加熱裝備，其中該上誘導 線圈及該下料線圈之_距離係為可調整式。 5. Γ請專利範圍第4項之誘導加熱裝備，其中該上誘導 料線圈的至少-者可在該金屬板的縱向 如申請專利範圍第4項之誘導加熱裝備，其中 線圈及該下誘導線圈的至少 …¥ 故可藉由在該等複數個導體之體搆成 被交流電流所增能的導體來調整今體作為 门正4上誘導線圈及該下 27 1276689 誘導線圈之間的距離。 7. 如申請專利範圍第5項之誘導加熱裝備，進一步包含一 在該縱向方向中沿者該金屬板延伸之導軌’該上誘導線 圈及該下誘導線圈的至少一者被可移式安裝在該導軌 5 上。 8. 如申請專利範圍第3項之誘導加熱裝備，其中該上誘導 線圈及該下誘導線圈的至少一者之一寬度係可改變。 9. 如申請專利範圍第8項之誘導加熱裝備，其中該上誘導 線圈及該下誘導線圈的至少一者係由複數個導體構成 10 且可藉由在該等複數個導體之中選擇一或多個特定導 體作為被交流電流所增能的導體來改變該上誘導線圈 及該下誘導線圈的至少一者之寬度。 10. 如申請專利範圍第1項之誘導加熱裝備，其中該誘導線 圈進一步包含一用以連接該等上及下誘導線圈之間之 15 邊緣誘導線圈，該邊緣誘導線圈被設置於該金屬板的一 邊緣處。 11. 一種用以加熱一移行金屬板之誘導加熱裝備，其包含： 一 AC電源供應器； 一上誘導線圈，其設置於該金屬板上方，該上誘導 20 線圈在其一端連接至該AC電源供應器；及 一下誘導線圈，其設置於該金屬板下方，該下誘導 線圈在其一端連接至該AC電源供應器，該下誘導線圈 在該金屬板的一縱向方向中與該上誘導線圈分隔橫越 該金屬板的一橫向方向之一固定距離， 28 1276689 其中該上誘導線圈及該下誘導線圈的各者係包括 該金屬板的一邊緣區域處之至少一歪斜部，該至少一歪 斜部與該金屬板的橫向方向形成一歪斜角度。 12. 如申請專利範圍第11項之誘導加熱裝備，其中該上誘導 5 線圈及該下誘導線圈之間的距離係為該等上及下誘導 線圈的較寬者之寬度的0.2至6倍。 13. 如申請專利範圍第12項之誘導加熱裝備，其中該歪斜角 度位於從10度至60度。 14. 如申請專利範圍第13項之誘導加熱裝備，其中該上誘導 10 線圈及該下誘導線圈之間的距離係為可調整式。 15. 如申請專利範圍第14項之誘導加熱裝備，其中該上誘導 線圈及該下誘導線圈的至少一者可在該金屬板的縱向 方向中移動。 16. 如申請專利範圍第14項之誘導加熱裝備，其中該上誘導 15 線圈及該下誘導線圈的至少一者係由複數個導體構成 故可藉由在該等複數個導體之中選擇一特定導體作為 被該AC電源供應器的交流電流所增能之導體來調整該 上誘導線圈及該下誘導線圈之間的距離。 17. 如申請專利範圍第15項之誘導加熱裝備，進一步包含一 20 在該縱向方向中沿著該金屬板延伸之導執，該上誘導線 圈及該下誘導線圈的至少一者被可移式安裝在該導執 上。 18. 如申請專利範圍第13項之誘導加熱裝備，其中該上誘導 線圈及該下誘導線圈的至少一者之一寬度係可改變。 29 1276689 19. 如申請專利範圍第18項之誘導加熱裝備，其中該上誘導 線圈及該下誘導線圈的至少一者係由複數個導體構成 且可藉由在該等複數個導體之中選擇一或多個特定導 體作為被該A C電源供應器的交流電流所增能之導體來 5 改變該上誘導線圈及該下誘導線圈的至少一者之寬度。 20. 如申請專利範圍第11項之誘導加熱裝備，其中該誘導線 圈進一步包含一邊緣部，該邊緣部係在與該AC電源供 應器相對之該誘導線圈的上及下部之端處連接於該誘 導線圈的上及下部之間，該邊緣部被設置於該金屬板的 10 一邊緣處。

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