专利名称：用于卷发筒的感应加热单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种加热单元，该加热单元用于通过电磁感应来加热卷发筒。
背景技术：
感应加热是这样一种处理，即，通过将导电物体(通常是金属)放置在馈有高频脉冲或交流电的感应线圈的场中来对该物体进行加热。电磁感应使得金属中产生了涡旋电流，该金属由于自身的电阻而经历了焦耳加热。在磁导率相当大的材料中，还可以通过磁滞损耗来产生热量。电磁感应在用于头发造型的加热卷发筒上的使用是公知的，其相对于感应加热具有多个显著优点，所述优点主要在于非常短的预热时间、以及避免了加热单元中残留的高温。US4499355公开了一种用于加热发卷的感应加热单元，其具有模塑料圆柱主体以及高磁导率的圆柱金属芯。感应加热单元具有垂直放置的用于容纳卷发筒的不导电井，在其外周绕有20到60砸绝缘线圈。产生频率介于1到IOOkHz之间的交流电的振荡器对线圈供电， 并且利用磁自限系统来控制卷发筒的温度。这是通过在卷发筒底端中提供低居里点合金镶块来实现的。当卷发筒被放置在井中时，弹簧活门磁体被吸引至镶块，从而产生能够启动开关的杠杆，该开关使电路完整，从而允许电流流经加热线圈，并使卷发筒加热。当合金镶块达到其居里点时，合金失去其磁特性，并且磁体移开以关闭开关。加热后的卷发筒随后可被移除，以备使用。现在的头发造型经常要求使用各种直径的卷发筒，需要将这些卷发筒快速加热至最佳目标温度。上述已知的加热单元仅仅能够加热一种尺寸的卷发筒，并且目标温度基本上固定在居里点，而且不精确。本发明旨在提供一种新的创新形式的感应加热单元，其能够将不同尺寸的卷发筒快速加热至精确控制的目标温度。
发明内容本发明的提供了一种感应加热单元，用于对卷发筒进行感应加热，所述单元具有基底，其能够稳定地安置在平坦表面；井，用于容纳卷发筒，并具有被侧壁所围绕的下壁； 放置在井周围的线圈；以及电子控制器，用于提供变化电流给线圈，从而对卷发筒进行感应加热，其中，井相对于基底倾斜，并且包括与侧壁相邻的传感器，传感器被布置成邻近井的与基底最近的部分中的侧壁，并且传感器被布置成监控放置在井中的卷发筒，并且提供信号，使得控制器能够根据卷发筒的尺寸来调节加热量。在一个实施例中，传感器被布置用于监控放置在井中的卷发筒的重量。随后可根据卷发筒的大小(重量)来调节加热量(时间和/或能量)。在另一实施例中，传感器被布置来监控放置在井中的卷发筒的温度，并且加热过程可继续，直到卷发筒到达所需温度。
通过非限制性示例的方式示出了本文随后描述的说明书及附图，从而示出了如何实现本发明。附图中图1是根据本发明的用于加热卷发筒的感应加热单元的总的视图；图2是穿过感应加热单元的垂直截面；图3是加热单元的分解侧视图；图4是感应加热单元的电路框图；以及图5是示出了用来加热小卷发筒的单元的加热特性的示图；图6是示出了用于大卷发筒的加热特性的类似示图；图7是修改了的感应加热单元的电路框图。
具体实施方式
附图示出了用于感应加热卷发筒的感应加热单元，其具有位于底端的圆柱形铁磁金属芯开口。由于具有这一大致结构的卷发筒可以从US4499355获知，在此不再对其进行进一步的描述。首先参见图1，该单元包括外壳1，外壳1具有基底2，基底2能够稳定地放置在平坦表面上，基底2被环形侧壁3围绕，并且外壳的上端与用于容纳卷发筒的井4相结合。侧壁3和井4向单元的前方倾斜，从而相对于基底2倾斜。因此，当以开口端朝下的方式将卷发筒放入井4中时，其总是靠着井的最低侧放置。参见图2和图3，外壳1包括底模(其与基底2和侧壁3相结合)以及顶模(其与井4相结合)。截面图显示，井4包括环形下壁7和圆柱形内壁8，底壁具有与侧壁3在最接近基底2的最下方区域相邻的孔9。内壁8还形成有与孔9相邻的较浅的轴向延伸的通道10，其有助于确保卷发筒总是放置在井4的下部的相同位置上，而不管卷发筒直径如何。 螺钉经由凸缘15插入在底模中形成的合并插槽16，从而使得内模14被安装在底模5的上端。内模包括紧密地围绕井4的圆柱形外壁17，其进而支撑布置在井4周边的线圈18。内模14还支撑辅助的PCB (印刷电路板)20，其载有与孔9精确匹配的热传感器21。热传感器优选地是热电堆。热电堆是将热能转换为电能的电气装置。其由串联(或者并联，但不常用)的热电偶组成。热电堆并不测量绝对温度，而是产生与局部温差或者温度梯度成比例的输出电压。在这种情况下，热电堆监控卷发筒内部的温差，通过卷发筒底端在红外光谱中监控、以及在外壳1内部监控。底模5的下部载有主要PCB 25，其支撑电控制器、电压以及各种其它电气元件(包括半导体开关26)。扇27被安装在基底2和PCB 25之间，从而将空气导入外壳1用于总体冷却，并且尤其用于冷却下面安装了该扇的半导体开关26。图4示出了负责用于操作感应加热单元的电控制电路的主要元件。中央控制单元是微处理器30，可经由串行接口 31对其进行外部编程。感应加热线圈18的一端提供有相对高的DC电压(通常是250到300V)，而相对一端伸向半导体开关26。开关26的优选形式是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，它是三端的功率半导体器件，其特点是高效和快速切换。 IGBT通过在单个器件中结合了用于控制输入的绝缘栅极FET以及作为开关的双极型功率晶体管，从而结合了 MOSFET的简单的栅极驱动特征以及双极型晶体管的高电流和低饱和电压能力。器件被控制器30利用脉冲宽度调制(PWM)所驱动，从而改变线圈的开/关比例，从而改变其功耗。控制器可通过监控电路32来监控在线圈18上出现的电压，并且可以经由传感器21来监控卷发筒的温度，如上所述。另一温度传感器33被热绑定至开关沈，从而允许控制器监控开关的工作温度，并且控制器还控制扇27。控制器还配置有LED 35形式的可视状态指示器。当单元处于空闲状态时，控制器30通过提供短脉冲给开关沈的控制输入来周期性地(例如每2秒)“冲击(ping)” 一下线圈18。LED 35在该处理期间保持关闭，如果没有卷发筒，监控电路32将检测不到谐振，但是如果存在加热卷发筒，控制器将在线圈中检测到明显的谐振。当存在卷发筒时，控制器将一串脉冲提供给开关沈，从而脉冲电流流入线圈18，使得卷发筒被电磁感应所加热。这一阶段由LED 35的快速闪光所表示。在加热期间，卷发筒的内部温度被传感器21所监控，当卷发筒到达目标温度(该目标温度被编程至控制器中，例如100°c)时，脉冲暂停以停止加热过程，并且LED 35不停照亮以表示卷发筒达到温度可以使用。线圈可能被一次又一次“冲击”，以检查卷发筒是否被移开。并且，温度传感器21可不停监控卷发筒温度，并且如果卷发筒开始冷却，则启动另一加热循环。如果单元温度尤其是传感器33所监控的开关沈的工作温度在任何时候开始升高，那么控制器打开扇27，直到温度回到安全工作水平。不同大小的卷发筒将总是占据井4下部的相同位置，并且卷发筒的内部将总是对于传感器21 “可见”。并且，单元总能确保卷发筒达到适当的工作温度，而不管其物理尺寸如何。图5示出了从环境温度开始的小卷发筒的典型加热循环。轨迹40示出了提供给线圈18的能量，轨迹41示出了传感器21所监控的卷发筒的温度，轨迹42是开关沈的温度， 并且轨迹43是提供给开关沈的PWM频率。可以看出，一旦卷发筒达到期望温度，PWM脉冲暂停，并且提供给线圈18的能量将为零。卷发筒随后慢慢冷却至环境温度。比较而言，对于同样的比例，针对从环境温度开始加热的大卷发筒，图6显示出相同的轨迹。可以看出， 加热循环更短，但是功耗更大，并且由于其较大的热质，卷发筒达到了稍微更高的温度。在这两个极端之间，加热极其一致，并且加热过程基本上自我调整。监控电路32可监控提供给线圈18的电压，从而控制器30能够计算提供给线圈的能量。控制器使用PWM来调节提供给开关沈(进而提供给线圈18)的脉冲的周期或者频率， 于是传递到线圈的能量可被精确控制。各种参数可被外部编程，如下-线圈被“冲击”以检测卷发筒的速率。-单元停止加热卷发筒时的目标温度(例如50至200°C)。-允许的卷发筒冷却温度。如果卷发筒跌落至该温度之下，状态LED熄灭，卷发筒必须被移开并被重新插入以启动另一加热循环。-卷发筒加热超时周期。如果卷发筒没有在该超时周期内达到目标温度，加热终止，并且状态LED表示故障情况(缓慢闪烁)。例如，这可以是因为卷发筒没有被正确地安放在井中，或者温度传感器较脏或不干净。-传递给卷发筒的加热能量。-卷发筒检测阈值。-单元关闭温度，即，如果传感器33在该温度下表示开关沈处于过热的危险情况下，单元将关闭。_扇开启温度。-加热期间的状态LED闪烁周期(快)。-状态LED误差闪烁周期(慢)。虽然井4下部中热传感器21的使用提供了可靠的方式来检查卷发筒什么时候达到期望的工作温度，但是其它方法可是可行的。图7中，热传感器被负载单元50所代替，负载单元50被安装在于侧壁3相邻的井4的最下部的下壁7中。负载单元是一个电子换能器，其包括一个或多个应变计。放入井4中的卷发筒的重量使得应变计变形，应变计将形变量转换为电信号，电输出通常在几个毫伏的数量级，电输出在被发送给微处理器30之前先被仪表放大器60放大，微处理器30采用已知算法来计算卷发筒重量。感应加热线圈18的一端被施加了 DC电压(通常是250到300伏)，并且另一端伸向半导体开关26 (IGBT)，半导体开关被控制器30用PWM所驱动。控制器30可通过监控电路32来监控线圈18两端上出现的电压，并且可以利用温度传感器33来监控IGBT的工作温度。控制器还可以控制可选的冷却扇27，并且配有一系列LED51-54，这些LED用作可视状态指示器。红色LED 51是能量指示器，当单元打开时，LED 51照亮。绿色LED 52表示单元的操作状态，LED53在(IGBT传感器33所检测到的)单元温度较低时照亮，而LED54 在IGBT温度较高时照亮。当井中没有卷发筒时，绿色LED 52关闭，当控制器30检测到加热卷发筒被插入井中，它就根据负载单元50计算卷发筒重量，并且使用查找表或者执行计算来确定将卷发筒加热至编程的操作温度(例如100°C )所需的加热时间。控制器将一串脉冲提供给开关26， 从而脉冲电流流入线圈18，使得线圈升温。LED 52的快速闪烁表示了这一过程。当卷发筒已经被加热适当时间，控制器停止加热过程，并且LED52不停照明以表示卷发筒可被使用。当负载单元检测到卷发筒已经被移开，LED 52熄灭。控制器可这样工作，S卩，如果预定时间段后卷发筒未被移开，开始另一较短的加热循环(同样调节至卷发筒重量)，从而将卷发筒保持在所需温度。如果开关26的工作温度在任意时候开始提升(如传感器33所监控到的)，控制器可打开扇27(如果存在)或者禁止单元的进一步的操作，直到温度回到安全操作水平。单元总能确保卷发筒达到针对其大小和重量的适当工作温度。具有相对较低重量的小卷发筒可被较低能量加热相对较长的时间段，或者可被较高能量加热较短的时间段。 另一方面，较重的卷发筒可在较高能量下被加热较短时间段，通过监控线圈18处的电压， 监控电路32允许控制器30确定提供给线圈的能量。控制器使用PWM来调节提供给开关26 的脉冲的周期或频率，从而传递给线圈的能量可被精确控制。可经由可选的串行端口 31来对控制器30进行外部编程。虽然上述说明侧重于被认为是新的并且解决了所指出的特定问题的那些方面，但是，所公开的特征可被以任何能够在本领域中提供新的有用的进步的组合方式使用。
权利要求1.一种感应加热单元，用于对卷发筒进行感应加热，所述单元具有基底O)，其能够稳定地安置在平坦表面；井G)，用于容纳卷发筒，并具有被侧壁(8)所围绕的下壁(7)；放置在井周围的线圈(18)；以及电子控制器CPU，用于提供变化电流给线圈，从而对卷发筒进行感应加热，其特征在于，井(4)相对于基底(2)倾斜，并且包括与侧壁(8)相邻的传感器01，50)， 传感器(21，50)被布置成邻近井的与基底最近的部分中的侧壁(8)，并且传感器被布置成监控放置在井中的卷发筒，并且提供信号，使得控制器CPU能够根据卷发筒的尺寸来调节加热量。
2.根据权利要求1所述的感应加热单元，其中传感器是用于监控卷发筒内部以及外壳内部之间的温差的热电堆。
3.根据权利要求2所述的感应加热单元，其中电子控制器与半导体开关06)相结合， 半导体开关控制提供给线圈的能量。
4.根据权利要求3所述的感应加热单元，其中半导体开关是绝缘栅双极型晶体管。
5.根据权利要求3所述的感应加热单元，其中电子控制器向半导体开关提供脉冲。
6.根据权利要求5所述的感应加热单元，其中电子控制器配有监控电路(32)，该监控电路用于监控出现在线圈两端的电压。
专利摘要一种用于对卷发筒进行感应加热的感应加热单元具有基底(2)，基底能够稳定地安置在平坦表面；以及井(4)，用于容纳卷发筒。井具有相对于基底(2)倾斜的下壁和侧壁。线圈(18)放置在井周围；电子控制器用于通过提供给半导体开关的脉冲来提供变化电流给线圈。不同大小的卷发筒总是靠着井最低部处的侧壁，传感器21被布置在与侧壁相邻的井最低部，从而监控卷发筒的温度或重量，并且针对不同大小的卷发筒改变热量。
文档编号H05B6/10GK201967168SQ20102019575
公开日2011年9月7日 申请日期2010年5月19日 优先权日2009年8月5日
发明者大卫·英格莱比-奥代 申请人:内斯特罗有限公司