，本文使用的措辞和术语是为了说明的目的而不应当视为限 制。相同的附图标记用于指代相同的部件。
【具体实施方式】
[0033] 尽管将参照特定实施例阐明本发明，首先应当理解的是，可以用其他系统、电源和 感应头来实施本发明。各种实施例包括感应头、包括感应头和电源的系统、或者包括感应头 和电源以及例如夹具、机器人等的其他设备的系统。
[0034] 一般来讲，本发明是一种感应加热系统，包括电源和感应头，该感应头具有与电源 调谐的线圈。本文中使用的感应加热系统包括：电源，可以提供用于感应加热的电力；和感 应头，可以在工件中感应热量。本文中使用的电源是适用于感应加热的电力源。当线圈能 输送足量的功率给工件以在不使用阻抗匹配变压器的情况下适当地预热工件并同时在电 源的工作输出参数（电压、电流和频率）内运转时，线圈被调成与电源调谐。因此，本文所 述的感应系统不需要设置在感应头和电源之间的变压器。
[0035] 图4示出了本发明的一个实施例，感应加热系统400,包括电源402、感应电缆403 和感应头100。电源402通过电缆403提供交流电给感应头100。感应头100中的交流电 产生交流磁场，交流磁场将在工件/材料中感应涡流，从而加热工件/材料。如在以下将更 加详细地说明的，感应头100包括线圈，该线圈具有安装在外壳中的通量集中器。替代形式 包括省略通量集中器。感应头100可以安装在可调式臂或手柄上，并且优选地包括间隔物 以保持与待加热的材料的一致距离。线圈具有紧凑的多匝设计，并且优选地在提供宽的一 致受热区的同时可以适应一系列管径。额外的感应头可以与单个电源连接，或者与多个电 源连接，以加热更大的区域。另外，如果使用多个感应头，它们可以机械地关联上以确保一 致的加热区。温度传感器优选地用于给电源提供温度反馈以将热输入控制并维持在期望的 目标温度。
[0036] 在一个优选实施例中，电源402是Miller ProHeat 35?,，但是可以是能够输出 足够功率的其他电源。电源402包括提供交流输出的变换器级，该交流输出具有施加在感 应头100上的均方根电压。图10示出了电源402的一个示例，该示例包括整流器输入级 1001、逆变器级1003、控制器1005和输出级1006。在其他实施例中使用其他拓扑结构和级。 输出级1006不包括匹配变压器。因为电源402和感应头100都没有匹配变压器，所以施加 在感应头402中的线圈上的均方根电压不小于逆变器级1003的均方根输出电压。如果使 用变换器而不使用逆变器，施加在感应头402中的线圈上的均方根电压仍然不小于逆变器 级1003的均方根输出电压，只要线圈被调成与电源调谐，并且不使用匹配变压器。
[0037] MiHer ProHeat 35⑧提供均方根电压为700V并且频率为5-30KHZ (每次输出350 安培）的约35KW的输出功率。如果达到输出电压或电流极限，则Preheat 35⑩可以给工 件输送部分功率输出。输入可以是400-575V均方根电压。也可以使用更大或更小的电源， 例如，提供5〇KW、2〇KW或者甚至低至IKW输出功率的电源。Miller ProHeat 35龙)包括用于 两种功率输出的连接，并且一个实施例提供用于给定电源的多个感应头。另一个实施例提 供用于具有多个电源的系统，各电源具有它们自己的感应头或多个感应头。
[0038] 电缆403可以是现有技术的感应电缆，并且提供用于冷却流体、温度反馈等。额外 的电缆可以提供用于温度反馈、冷却等，或者它们可以集成在电缆403中。电源402可以提 供冷却流体，或者可以使用单独的冷却源。
[0039] 图1和图2更详细地示出了感应头100。图1是感应头100的透视图，并且图2是 感应头100的展开图。在优选实施例中，感应头100包括温度传感器102、手柄104、安装支 架106、轮子或间隔物108、壳体110、热绝缘体112以及绝缘体和磨损表面114。本文中使 用的磨损表面被设计成通过在与工件发生意外接触时成为接触的点而在不过度磨损表面 的情况下来防止线圈与工件意外接触。磨损表面可以，但不是必须，提供热绝缘。人、夹具 或机器人可以抓握手柄104。一个可供选择的实施例包括例如用于加热拐角的两个表面的 两个磨损表面。
[0040] 温度传感器102优选地是不接触工件的红外线（IR)温度传感器。传感器102可 以围绕它们所连接的垂直立柱103旋转180度，使得它们测量在加热装置下方与安装手柄 平行的任一方向上通过的材料的最高温度。传感器102的优选实施例包括两个不同的传感 器，以精确读取发射率频谱上的温度，因为材料表面处理会导致从部分到部分或在某一给 定部分内的表面发射率变化。两个传感器优选地在加热的材料的同一位置处对齐。在臂与 传感器之间存在枢转点以允许传感器在多种大小的管直径的情况下均对齐。红外线传感器 102优选地具有与焊缝直接对应的视场"窗口"。另一个实施例提供用于安装在臂上或者代 替垂直立柱直接安装在加热装置上的单个传感器。其他实施例包括感温蜡笔、与工件接触 的温度探针以及热电偶（无线或有线）。
[0041] 轮子或间隔物108(包括在感应头100的相反侧看不到的一对轮子或间隔物）优 选地定位成并且大小适于提供从线圈到加热的材料的较一致的耦合距离。它们优选地大小 适于适应一系列材料直径，包括小直径到大直径以及平坦的内径。一个实施例包括交替的 安装孔位置，这些安装孔位置可以整合不同的轮子位置和直径，以在一些更小内径上工作。 另一个实施例包括不是轮子和/或不旋转，而是在工件的表面上滑动的间隔物。
[0042] 手柄 104 优选地是由例如r「W Devcon? Cable Cast?、Macromek?.或娃树 脂的材料模制成的。在各种实施例中省略了手柄104。安装支架106将臂安装到头部上。 壳体110容纳感应线圈并且将在以下更加详细地描述。热绝缘体112可以是由任何合适的 绝缘材料构成的。绝缘体/磨损板114优选地由云母、陶瓷或耐磨的其它绝缘材料构成。绝 缘体/磨损板114可以提供能够省略绝缘体112的足够绝缘。或者绝缘体/磨损板114可 以仅用作磨损板，而所有绝缘来自绝缘体112 (可以是多层）。绝缘体/磨损板114保护绝 缘体和线圈避免磨损以及可能的热损耗。杆附接在壳体110上方以供手持应用。
[0043] 图3示出了壳体110,并且该壳体由外壳或壳体310以及导热灌封料308构成，并 且容纳通量集中器306、灌封料304和导电线圈或管302。线圈或管302优选地由铜、铝或其 他导电材料构成。外壳310优选地由铝构成，尽管可以使用其他材料。灌封料304和308优 选地由例如硅树脂的导热材料构成。替代形式提供了灌封料304和308是其他介质或者相 对于通量集中器在空间上固定线圈的装置。优选地，通量集中器306是铁素体或FluxtfO?: 材料。其他实施例提供用于使用其他材料。通量集中器306朝着作为磨损表面114的感应 头100的面重定向来自线圈302顶部和侧面的磁场。表面114保持接近在加热的材料。如 果设置两个磨损表面，则线圈可以弯曲以靠近两个表面，或者可以使用并列线圈，并且可以 使用两个通量集中器。
[0044] 在优选实施例中，导电管302由铜构成，并且卷绕成具有两层并且每层至少四匝 的堆叠扁平螺旋形式。更少的匝数可以用于更小的功率。本文中使用的用于感应线圈的堆 叠螺旋形式是绕有多个螺旋的感应线圈，各感应线圈总体上在互不相同的平面中。本文中 使用的用于感应线圈的扁平螺旋图案是总体上在单个平面中卷绕成螺旋形的感应线圈。感 应线圈还包括带弯曲部分的线圈，例如用于拐角。本文中使用的螺旋图案中的匝数是线圈 与从螺旋中心开始在一个方向上向外延伸的给定线相交的次数。本文中使用的螺旋形式指 的是具有围绕中心点卷绕的形式的线圈，其中从最外侧匝到最内侧匝截取的路径导致从该 路径到中心的距离平均地减小。螺旋形式包括减小的距离局部变化的形式，例如，方形螺 旋、椭圆形螺旋、扭曲螺旋等。多个实施例提供用于具有4、6或8英寸外径的线圈。一个实 施例提供用于单个扁平螺旋形式线圈。其