烙铁的高频感应加热系统以及控制方法

专利名称：烙铁的高频感应加热系统以及控制方法
技术领域：
本发明一般而言涉及一种烙铁，更具体而言涉及一种烙铁的高频感应加热系统以及控制方法。
背景技术：
如专利文献1所示，电磁感应已被用于加热烙铁。相对于必须将来自作为别的部件的线圈加热器的热量传导给烙铁头的间接方法，使用感应加热的优点在于减少热损耗。 电涡流被烙铁的烙铁头感应。涡电流通常集中在发热部的表面附近。基于电阻，涡电流成为发热部的焦耳加热的因素。在发热部由铁或铁合金等强磁体制成的情况下，由于材料中的磁畴迅速地反转，因此会产生磁滞加热或由磁损耗引起的进一步的加热。随着烙铁头的温度上升，磁特性发生变化。于是，强磁体在居里点亦即居里温度 (Tc)时，强磁特性消失，在温度为Tc以上时，不产生磁滞加热。另一方面，烙铁头达到居里温度Tc，磁性消失的瞬间会因磁场急剧变化而产生过渡性的涡电流。专利文献1 美国专利第4795886号

发明内容
本发明的目的在于提供一种能够在利用居里温度的情况下使烙铁头温度位可变， 而且着眼于居里温度附近的电磁特性，通过积极地利用在以往的控制中故意没利用的涡电流的急剧上升来实现温度恢复性能高的烙铁的高频感应加热系统以及控制方法。以简单的一般的术语而言，本发明涉及烙铁的高频感应加热系统及控制方法。作为本发明的一个侧面，该系统包括电力组件，该电力组件适合于输送包含使感应加热组件达到居里温度以上的区域的电压、频率的高频交流电力。感应加热组件基于电力组件的输出电压和输出频率感应涡电流，产生焦耳热。该系统还包括适合于检测感应加热组件的电流的检流器。该系统还包括与检流器通讯的控制组件，控制组件根据感应加热组件的电流， 改变输出至感应加热组件的输出电压以及输出频率中的至少一者。作为其他侧面，本发明包括将包含使发热部达到居里温度以上的区域的电压和频率的电力供应给线圈，电压和频率足以产生烙铁头的电磁感应加热的方法。该方法还包括决定线圈中的电流变化、以及根据所决定的电流变化调整电压和频率中的至少任一者之内容。本发明的烙铁的高频感应加热系统包括感应加热组件，具有基于被供应的高频电力的输出电压和输出频率的温度依赖性；电力组件，适合于以包含使所述感应加热组件达到居里温度以上的区域的输出电压和输出频率输送电力；检流器，适合于判断所述感应加热组件的电流；控制组件，是与所述检流器联系的控制组件，适合于根据由所述检流器检测出的每个时间的电流变化而使所述输出电压和所述输出频率中的至少一者变化。其中，较为理想的是，当连续地使用烙铁，烙铁头温度下降时，根据流入感应加热线圈的电流的变化判断烙铁头温度下降的程度和下降的期间，使供应的高频电力的电压和频率中的至少一者变化，利用居里温度下的涡电流的波峰状脉冲，以最短的时间使烙铁头
温度恢复。较为理想的是还包括温度选择器，选定烙铁头的所望温度；其中，所述控制组件与所述温度选择器联系，并且适合于根据所望温度和由所述检流器检测出的每个时间的电流变化而使输出电压和输出频率中的至少一者变化。较为理想的是，所述感应加热组件包括导热铜芯、磁性合金制的发热部、以及适合于在线圈接受电力时使所述发热部感应电流的感应加热线圈。较为理想的是，所述控制组件自动地选择根据在所述感应加热组件中流动的感应电流而决定的多个电流区域中的至少一个电流区域，并且根据所选择的电流区域改变输出电压和输出频率中的至少一者。较为理想的是，所述多个电流区域包括仅增加输出电压的第一电流区域、以及增加输出电压和输出频率的第二电流区域。较为理想的是，所述控制组件具有第一运作控制模式和第二运作控制模式，并根据由所述检流器检测出的每个时间的电流变化，以所述第一运作控制模式或第二运作控制模式中的任一个运作控制模式运作，其中，当以所述第一运作控制模式运作时，以增加输出电压且使输出频率维持不变的方式控制所述电力组件；当以第二运作控制模式运作时，以使输出电压和输出频率的双方增加并追加供应电力而加快温度恢复的方式控制所述电力组件。较为理想的是，所述电力组件适合于提供大约在200kHz至600kHz的范围内的输
出频率。较为理想的是还包括状态显示器，与所述检流器连接，适合于提供所述感应加热组件的电流的可视显示。较为理想的是包括输出端口，与所述检流器连接，适合于提供显示所述感应加热组件的电流的数据。该输出端口可以是串行端口，也可以是并行端口。较为理想的是，所述控制组件适合于以负载持续率输送电力，并且适合于根据通电到所述感应加热组件的交流电力和所望的烙铁头温度的任一者或两者而使负载持续率变化。本发明的另一方面是烙铁的控制方法，用于运作在烙铁头中具有感应加热用的发热部的烙铁，其包括以下步骤供应步骤，以包含使所述发热部达到居里温度的区域的电压和频率供应电力给线圈，让该电压和该频率在烙铁的烙铁头中引起磁感应加热；决定步骤， 决定在所述线圈中流动的电流的变化；调整步骤，基于所述电流的变化的判断，调整电压和频率中的至少一者。较为理想的是，调整步骤包括基于电流的变化的判断而使电压和频率变化的步
马聚ο较为理想的是，所述决定步骤从多个电流区域中决定电流区域，根据所决定的电流区域调整所述电压和所述频率中的至少一者。较为理想的是，频率在大约200kHz至大约600kHz的范围内。较为理想的是包括以下步骤记录以线圈电流的流动变化来表现的数据的步骤。 该步骤中，使用记录或监控用的输出端口。
O =、其中，较为理想的是还包括以下步骤选定步骤，从多个运作级中择一地选定基础频率和基础高频电压的组合。较为理想的是，所述供应步骤包括以负载持续率进行供应的步骤，并且适合于根据电流和由所述选定步骤选定的运作级的任一者或两者而使负载持续率变化。本发明的特征以及优点应结合附图进行理解，通过后续的详细说明，可以更容易地理解本发明的特征以及优点。


图1是本发明一个侧面所涉及的烙铁的高频感应加热系统的方框图，烙铁头连接于电力组件和控制组件。图2是表示图1的电力组件中的不同情形下的典型的电压波形的图形。图3是表示由图1的电力组件中的DC-DC转换器提供的不同负载持续率下的例示性输出电压的图形。图4是本发明一个侧面所涉及的烙铁的烙铁头的剖视图，感应加热线圈被多个材料的层包围。所述层包括内侧的铁合金层、中间的导热芯和外侧的抗侵蚀层。图5是表示测量烙铁的烙铁头中的感应加热线圈的电流的装置的其中一例的电路图。图6是表示测量烙铁的烙铁头中的感应加热线圈的电流的装置的其中一例的电路图。图7是用以说明本发明的原理的强磁体的相对磁导率/电流-温度特性图。图8是表示本发明的使用频域的电流-供应电源频率特性图。图9是表示本发明的一例的(有效)电力/电流(有效值)/电压(有效值)-时间特性图。图10是将本发明与以往技术作比较的发热部的温度-时间特性图。
具体实施例方式以下说明本申请发明。此处，为了更充分地理解本申请发明的特征，首先进行原理性说明。高频感应加热的基本构成要素为从交流电源输出的电力的频率、线圈的匝数、感应涡电流的感应加热用的发热部(加热器)的固有电阻以及磁导率。发热部中所感应的电流，其大部分集中在表面(表皮效应skin effect)，若附近存在反方向的电流，则所述感应的电流会被牵引向该反方向的电流的方向(邻近效应 proximity effect)，因此，所述感应的电流按指数律地随着远离表面而减少。由感应电流所产生的焦耳热的大部分产生于靠近感应加热线圈的外侧的表皮。该感应电流的大部分所流过的厚度也被称为电流透入深度(skin cbpth)，该电流透入深度由(1)式表示。
δ 电流透入深度[单位m]ρ 导体的电阻率[单位Ωπι]ω 电流的角频率[单位radian/sec]f 频率[单位=Hz]μ 导体的固有磁导率[单位H/m]μ r 导体的相对磁导率[单位无因次]μ。真空的磁导率(=4 π X 10-7)[单位H/m]使用了 ω = 2 3if, μ = μΓμΟ 及 μΟ = 4πΧ 10_7 的关系。另一方面，焦耳热由焦耳定律的以下公式表示Q = RI2t (2)在⑵式中，使用求取导体电阻的公式R=P (L/A)和P = RI2，得出Q = Pt = RI2 = P (L/A) I2t (3)其中，Q 热量[单位J]P 电力[单位:ff]R 电阻[单位Ω]I 电流[单位:Α]t:时间[单位sec]P:电阻率[单位Ωπι]L:导体的长度[单位m]A 导体的剖面积[单位m2]从(1)式明显看出发热部的电阻率越低，或发热部的磁导率越高，或频率越高， 则电流透入深度越小。另外，从(3)式明显看出电流透入深度越小，则焦耳热越大。在电流透入深度小的情况下，因为涡电流所流过的导体的剖面积小，所以发热部会在更短的时间内升温。另一方面，在电流透入深度大的情况下，因为涡电流所流过的导体的剖面积变大，所以发热部会比较缓慢而耗时地对整体加热。因此，从温度恢复性能这一观点考虑，较为理想的是减小电流透入深度，所述温度恢复性能是指在烙铁头的使用过程中热量被工件夺走的情况下立即使烙铁头升温的性能。例如，在专利文献1中，使用频率比较高的高频(例如13，560kHz)来减小电流透入深度，从而使升温时间缩短。另一方面，根据法拉第定律，发热部中产生的感应电动势ε为ε = - Φ/dt (4)其中，Φ 总磁通量[单位Wb]t:时间[单位sec]因此，从(4)式明显看出磁场的相对于单位时间的变化率越大，则感应电动势ε 越大。如图7所示，若发热部的温度达到居里温度Tc，则发热部发生相变而从强磁体变成顺磁性体，相对磁导率μ r急剧减小。例如，铁(杂质为0. 2% )在强磁性时，μ r = 5000, 但在超过居里温度Tc = 770°C而呈顺磁性之后，Ur = I0另外，42合金(Fe-42% Ni)按照
7代表值，具有居里温度Tc = 3300C，按照允许范围内的组成的偏差，具有约320°C 340°C位的居里温度。若相对磁导率因居里温度而下降，则感应系数会下降，由此，感应电动势下降，但由于在此之前刚产生的急剧的磁场变化，与所供电力的频率无关地使感应电动势ε过渡性地快速上升，从而产生峰值电流。峰值电流的强度取决于相对磁导率的变化速度。即，温度变化比例(ΔΤ/Δ )越大，则越呈尖锐的波峰的共振，从而感应出大的电流。所述峰值电流在像专利文献1那样的使用频率高的高频交流电的环境下会成为阻抗失配的原因，有时会使电源电路发生故障。因此，在专利文献1的结构中进行反馈控制，以使在发热部的温度充分低于居里温度Tc的范围内使发热部达到热饱和，在温度处于居里温度Tc附近时阻断所供电力。但是在应用于烙铁的情况下，因为被工件夺走的热量比较大，所以当像专利文献1 所公开的那样，在充分低于居里温度Tc的范围内控制发热部的情况下，恢复到使用时的温度所需的时间便较长。本实施方式中，通过积极地利用以频率相对低的高频在居里温度Tc下产生的峰值电流，实现安全且热恢复性能高的烙铁的温度控制。为了说明本发明的实施例，更详细地参考作为较佳例的附图，附图中的相同的参照序号是指对应的要素或各图中的相同的要素，图1中示出了利用烙铁头的感应加热的烙铁的高频感应加热系统10。根据下面的说明可明确知道，烙铁头的温度在各种各样的焊接工作中能够以简单且成本效率良好的方法来精密地调整。烙铁头包括感应加热用的发热部14，该发热部14可由磁合金制成，另外，烙铁头包括线圈16，当电力传输至线圈16时，该线圈16产生使发热部14感应涡电流的磁场。发热部14也可为包围线圈16的薄层的强磁性材料的形态。居里温度、电阻率、以及相对磁导率基于发热部14的材料而变化。在若干实施方式中较佳地被采用的强磁性材料是铁-镍合金(例如42合金、45合金、48合金、以及45坡莫合金等)。有必要在导热铜芯的内侧形成发热部14，该发热部14的厚度以基于各合金的固有电阻值和磁导率的电流透入深度δ 为基础。适合于感应加热的任何烙铁头形状均可以与本发明一起使用。例如，如美国专利第5，408，072号所示的烙铁头形状也可适用于本发明的其他实施例。参照图4，若干实施例的烙铁头12包括形成在烙铁头的后部64中的中心孔62。感应加热线圈16设置在孔62中。感应加热线圈16的两根电导线从孔62向外伸出。一条导线66连接于高频电源，另一条导线67连接于检流器对。感应加热线圈16位于烙铁头12 的内部，在高频能供应至导线66之后，对包围该感应加热线圈16的作为加热层的发热部14 进行加热。感应加热线圈16与包围该感应加热线圈16的发热部14隔开，并无电性接点。 在其他实施例中，感应加热线圈16由介电体的绝缘材料覆盖，且被配置成与周围的发热部 14邻接。发热部14的层由导热铜芯70覆盖。这适合于使热量从发热部14的层传导至用于与工件发生接触的烙铁头12的前部72。导热铜芯70的组成可以根据有效地传导热能的能力来选择。适合于导热铜芯70的材料虽包含铜，但并不限于此。可以由抗腐蚀材料74 覆盖导热铜芯70的整个面。抗腐蚀材料74也可被镀敷于导热铜芯70上。适合于抗腐蚀材料74的材料包含铁，但并不限于此。烙铁头12的后部64可以由焊锡阻障层所覆盖，该
8焊锡阻障层阻止焊锡从烙铁头前部即烙铁头12的焊接部分逸出。最佳的焊锡阻障层包括镀铬层76，但不限于此。发热部14、感应加热线圈16以及导热铜芯70构成感应加热组件，该感应加热组件具有基于被供应的高频电力的输出电压和输出频率的温度依赖性。高频电流输出至感应加热线圈16，在发热部14产生焦耳热之后，该热传递至导热铜芯70，接着扩散至整个烙铁头。烙铁头温度在从发热部14传递来的热量和从烙铁头散发的热量达到平衡之后饱和。参照图1，电力组件18通过导线66以特定的输出电压和输出频率供应电力给感应加热线圈16。电力组件能够以各种电压和频率提供电力，以使烙铁头12维持在所望的运作温度。控制组件20适合于使烙铁头12的温度维持在所望的运作温度或该所望的运作温度附近。控制组件20从温度选择器22和检流器M接收控制输入。温度选择器22连接于控制组件20，可以手动地进行控制，以便供烙铁的高频感应加热系统10的使用者可选择所望的运作级(operating level)，该选择对应于从电力组件18提供给发热部14的功率级 (power level)，其对应于所望的运作温度。在图1所示的实施例中，温度选择器22可以选择低、中或高的运作级。基于该选择，指定的基础频率和基础高频电压的组合被选定。由此， 可以改变烙铁头12的温度位(temperature level)。在若干实施例中，运作级可以相对于标称温度(normal temperature)阶段性地调整。标称温度预先决定为固定值。例如，标称温度可以是发热部14的居里点(Tc)。作为更进一步的例子，低、中、高的设定可以分别对应于Tc-50°C、TC、TC+5(TC这样的所望的运作温度。应理解为本发明在其他的标称温度和其他的运作级下也能够予以实施。发热部14能够超过居里温度Tc的原因在于与图7所示的峰值电流的效果相结合，在居里温度Tc附近反复地产生由感应电流引起的焦耳热，从而烙铁头温度(发热部14) 可以保持在比居里温度Tc稍高且达到热饱和状态的温度。此外还可以列举以下理由即使导热铜芯70的电阻率小，仍会持续地发出微弱的热量，而且还存在由感应加热线圈16产生的发热，因此，基于达到居里温度Tc至停止焦耳加热为止所发出的热量、以及因发热部14 在超过居里温度之后仍继续微弱地发热所产生的热量的合计热量，烙铁头温度以比居里温度Tc稍高的温度达到热饱和。而且，在无负载状态下，若发热部14的温度低于居里温度 Tc，则会立即在发热部14中产生由感应电流引起的焦耳热，温度可以相对地继续保持在居里温度Tc附近。因此，温度达到居里温度为止，蓄留于烙铁头的热量、或超过居里温度之后进行维持的热量能够充分地变大，从而能够将烙铁头温度维持在高于居里温度Tc的范围。通过如此地追加供应高频电力而在居里温度Tc附近利用发热部14，可以积极地利用在居里温度Tc处的涡电流急剧上升的现象来提高烙铁头温度的温度恢复性能。在其他实施例中，运作级的设定还可以为通过改变电力组件18的输出电压的百分比的阶段性调整。例如，低、中、高的设定可以对应于使输出电压分别下降5%、增加0%、 增加5%。应理解为本发明在其他的百分比和其他的运作级也能够予以实施。在其他实施例中，为了能够进行更细致的设定，也可以通过更多的各个设定来增加选项。在其他实施例中，为了可供使用者在预定的范围内直接输入所望的运作温度，温度选择器22还可包括数字键盘。在此外的其他实施例中，温度选择器22还可包括与阶段性的调整相比，能够在预定范围内连续地调整所望的运作温度的可变电阻或其他装置。再次参照图1，检流器M适合于测量烙铁头12的线圈16的电流电平(current level)。检流器M可以包括串联的电阻、和测量电阻之间的电压的装置。为了使烙铁头12 维持在所望温度或所望温度的附近，控制组件20使用所望的运作温度和由测定出的电流决定的温度变化量，以将更多或更少的电力选择性地从电力组件18提供给线圈16。由控制组件20从温度选择器22获得所望的运作温度。基于使用者以温度选择器22进行的选择， 决定所望温度。由检测器M测量的电流基于线圈16的阻抗而发生变化。此取决于烙铁头12的发热部14的磁特性。发热部14在温度为居里温度Tc以下时呈强磁性，在温度为居里温度 Tc以上时呈顺磁性。因此，磁性因发热部14的温度而发生变化。换句话说，发热部14的温度对发热部14的磁特性产生影响，由此，对线圈16的阻抗产生影响，即，对由线圈16测量的电流产生影响。当然，若供应给感应加热线圈的高频电流的频率高，则因表皮效应而被感应的涡电流仅被限定于强磁体的发热部14的极薄的表面。而且，因为透入深度浅，涡电流所流经的剖面积小，所以发热部的温度会在更短的时间内达到居里温度。因此，仅相当于烙铁头的一部分的烙铁头内侧表面的发热部14本身的温度在短时间内急速上升，但整体的发热量小，整个烙铁头的温度以低温度达到饱和。相对于此，若供应的高频电流的频率低，则涡电流透入到比表面更深处流动，比较缓慢而耗时地对整体加热，因此，发热部14达到相同的居里温度为止的发热量大，烙铁头温度以高温度达到饱和。另外，通过提高供应给感应加热线圈的高频电压，流入到线圈的高频电流会变大，被感应的涡电流必然也会变大，因此，即使改变供应的高频电压，烙铁头温度也会改变。另外，参照图1，控制组件20包括多个比较器25a、25b、25c，以对定义电流区域或值域的多个参照电平(reference level)与测量出的电流作比较。在若干实施例中，参照电平或电流区域也可由取决于与比较器连接的电阻^a、 26b,26c的电阻值的固定值预先决定。比较器将输出信号提供给第一电路观，由此，使用从比较器接收的信号决定与测定出的电流相对应的区域。第一电路观根据与测定出的电流相对应的区域提供特定的脉冲输出。即，第一电路依据测定出的电流的电平(level)调整脉冲输出。第一电路观可以是集成电路，也可以是另别的电子零件。脉冲输出的调整可以利用各种方法来实现。例如，在测定出的电流显示温度变化量比较小的情况下，脉冲输出可以包括脉冲宽度比较短的连续脉冲。即，在温度变化比较小的情况下，脉冲输出具有比较低的负载持续率，即，处于活动状态的时间的比例比较低。当温度变化量比较大时，脉冲输出可以包括具有比较长的脉冲宽度的连续脉冲。即，在温度变化比较大的情况下，脉冲输出具有比较高的负载持续率。控制组件20包括适合于改变从电力组件18输送给烙铁头12的输出频率的第二电路30。为了提供用以改变由电力组件18输送的输出频率的控制信号，第二电路30使用第一电路观的脉冲输出。第二电路30可以是集成电路，也可以是另别的电子零件。控制组件20还包括适合于改变从电力组件18输送至烙铁头12的输出电压的第三电路32。为了提供用以改变由电力组件18输送的输出电压的控制信号，第三电路32使用来自第一电路观的脉冲信号。第三电路32可以是集成电路，也可以是另别的电子零件。
在若干实施例中，当测定出的电流处于由第一比较器25a决定的第一电流区域内时，第一电路观提供第一类型的脉冲输出。若测定出的电流处于由第二比较器2 定义的第二电流区域内，则第一电路观提供第二类型的脉冲输出。同样地，当测定出的电流处于由第三比较器25c定义的第三电流区域内时，第一电路观提供第三类型的脉冲输出。在若干实施例中，第一电流区域可以与第二电流区域以及第三电流区域不重复， 也可以第二电流区域仅与第一电流区域重复，也可以第三电流区域与第一电流区域以及第二电流区域重复。这样，当测定出的电流处于第一电流区域内时，仅第一类型的脉冲输出由第一电路观提供给第二电路30和第三电路32。若测定出的电流处于第二电流区域内，则第一类型和第二类型的脉冲输出均由第一电路观提供给第二电路30以及第三电路32。同样地，若测定出的电流处于第三电流区域内，则第一类型、第二类型、以及第三类型的脉冲输出由第一电路观提供给第二电路30以及第三电路32。第二电路30、第三电路32使用由第一电路观提供的脉冲输出的组合，以对输出电压和输出频率的一者或两者进行调整。在其他实施例中，第一电流区域、第二电流区域、以及第三电流区域互不重复。这样，每次由第一电路观提供的脉冲输出仅为一个类型的脉冲输出。例如，各电流区域可以与由温度选择器22选择的温度相关联地对应于发热部14的温度变化量。例如，第一电流区域可以对应于比由使用者利用温度选择器22选择出的所望温度(Td)低25°C至低50°C 的温度变化量，第二电流区域可以对应于比Td低约25°C至比Td高约25°C的温度(T)，第三电流区域可以对应于比Td高25°C至高50°C的温度(T)。应理解为本发明在此外的其他的温度范围也能够实施。在图1所示的实施例中，温度选择器22仅与第三电路32连接以使该第三电路 32运作。在此情况下，由温度选择器22选择的所望的运作温度通过仅调整输出电压电平 (voltage level)来实现。在其他实施例中，温度选择器22也可与第二电路30、第三电路 32两者连接以使该两者运作。在此情况下，可以通过对输出电压和输出频率这两者进行调整达到所望的运作温度。继续参照图1，电力组件18连接于AC电源34。保险丝和主开关36使电源34连接于电力组件18中的整流器或AC-DC转换器38。主开关可以由使用者操作，以启动/关闭整个系统10。来自AC-DC转换器38的DC电力被传输至适合于提供一定的DC输出电压的 DC-DC转换器40。一定的DC输出电压的电平(level)取决于来自控制组件20的第三电路32的控制信号。图2的(A)表示由DC-DC转换器40提供的一定的DC输出电压的例子。在图2的 (A)中，DC输出电压由100%的负载持续率表示。如下述的说明所述，在若干实施例中，在执行基于时间的比例控制的情况下，负载持续率有时会下降。接下来，一定的DC输出电压被传输至RF开关电路42。RF开关电路42适合于提供根据来自控制组件20的第二电路30的控制信号来决定DC电压的输出频率。图2的(B) 表示由RF开关电路42提供的输出波形的例子。在若干实施例中，RF开关电路42适合于提供约IOOkHz至200kHz的输出频率。若输出频率的范围为IOOkHz至200kHz，则线圈16 的电阻和电力损耗比较小，从而防止线圈16本身的电阻加热或使电阻加热为最低限度，由此改善效率。较为理想的是，RF开关电路42适合于提供大约在200kHz至600kHz的输出频率。更为理想的是，RF开关电路42适合于提供350kHz至550kHz的输出频率。另外，如图8所示，在积极地利用居里温度Tc附近的共振以使大的涡电流流动、以提高焦耳热的情况下， 若输出频率处于如上所述的范围(600kHz以下)，则由阻抗失配产生的影响小。在若干实施例中，较为理想的是，线圈16具有比较高的阻抗。其原因在于若线圈 16具有更高的阻抗，则可以检测出更小的由温度引起的发热部14的磁特性的变化。增加线圈16的阻抗的一个方法是增加线圈的匝数，这会增大线圈16的物理尺寸。但是，手持式烙铁的尺寸限制使线圈16的匝数受限。而且，仅通过增加匝数来增加阻抗的做法不太理想。 原因在于这样会增加线圈的电阻，即会增加以热的形式的电力损耗。增加线圈16的阻抗的另一个方法是，以更大的输出频率将电力提供给线圈，由此，可以避免随着线圈匝数增加而产生的问题。但是，若使输出频率增加至500kHz以上，则会带来更大的电力损耗，更难以供应用以使烙铁头12维持在所望的运作温度的充分的电力，而且成本高。本申请人通过在线圈16的物理尺寸的限制和抑制可控的电力损耗以及具有比较高的阻抗的必要性之间适当地平衡，发现了约350kHz至约500kHz的输出频率对于烙铁而言最合适。此外，参照图1，电力组件18可以包括电源电路44。电源电路用以将电力供应至控制组件20中的任一个集成电路(IC)。集成电路通常需要比为了加热烙铁头12而由DC-DC 转换器提供的电压低的一定电压。电力组件18还可以包括电压电平转换器46。电压电平转换器使图2的(B)的电压波形变成如图2的(C)所示的电压波形。在图2的⑶中，电压电平的中心处于0的上方，峰值电压与图2的(A)所示的由DC-DC转换器40提供的DC电压大致相同。在图2的 (C)中，电压电平的中心处于零伏电平或其附近。即，图2的(C)的电压电平交替地到达零伏电平的上方和下方，引起烙铁头12的发热部14的磁畴的迅速反转，亦即会引起磁损耗或磁滞加热。电力组件18还可以在线圈16与电压电平转换器46之间包括阻抗匹配电路48。 阻抗匹配电路48可以选择使用了变换器的电路、LCR电路等适当的电路，对线圈16提供阻抗匹配。这样，电力被高效地输送至线圈16。实际上，由于存在内部电阻或内部电容，在多数情况下，成为LCR串并联共振电路，因此较为理想的是，如图8所示，将反共振点以及共振点的频率设定为在使用范围之外的高频率。特别是在使用LCR并联电路的情况下，若预先将反共振点频率设定为比实际使用的频率更高的频率，则在使用频率范围内，能够大范围地获得适宜的特性。阻抗匹配电路48的负载侧(烙铁部侧)基于其构造而具有某种固有阻抗，但较为理想的是，电源侧(高频电源供应电路侧)设为以下的匹配电路Q值并不小，即，并非仅在特定频率下尖锐地共振，而是具有大的Q值，能够对应于大范围的频率，从而即使对应于比较大的频率范围地被使用，效率也不会下降。在若干实施例中，采用如图9的特性。在本实施例中，烙铁的高频感应加热系统10包括助力(boost)机构33，该助力机构33在焊接作业中，当烙铁头12的温度大幅或迅速地变化时用以进行修正。助力机构33 例如在烙铁头12处于与温度低且比较大的工件接触的位置的情况下，恰当地促进温度恢复性能。助力机构33可以是以物理方式布线的电路，可以是编程在第一电路中的逻辑电路，可以是控制组件20中的一个或一个以上的另别的模块或者电路中所具有的硬件，也可以是软件。在图1所涉及的实施例中，如表1所示，助力机构33按照由温度选择器22设定的每个选项，以三个运作控制模式组合入控制系统。表权利要求
1.一种烙铁的高频感应加热系统，其特征在于包括感应加热组件，具有基于被供应的高频电力的输出电压和输出频率的温度依赖性； 电力组件，适合于以包含使所述感应加热组件达到居里温度以上的区域的输出电压和输出频率输送电力；检流器，适合于判断所述感应加热组件的电流；控制组件，是与所述检流器联系的控制组件，适合于根据由所述检流器检测出的每个时间的电流变化而使所述输出电压和所述输出频率中的至少一者变化。
2.根据权利要求1所述的烙铁的高频感应加热系统，其特征在于还包括 温度选择器，选定烙铁头的所望温度；其中，所述控制组件与所述温度选择器联系，并且适合于根据所望温度和由所述检流器检测出的每个时间的电流变化而使输出电压和输出频率中的至少一者变化。
3.根据权利要求1或2所述的烙铁的高频感应加热系统，其特征在于所述感应加热组件包括导热铜芯、磁性合金制的发热部、以及适合于在线圈接受电力时使所述发热部感应电流的感应加热线圈。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的烙铁的高频感应加热系统，其特征在于 所述控制组件自动地选择根据在所述感应加热组件中流动的感应电流而决定的多个电流区域中的至少一个电流区域，并且根据所选择的电流区域改变输出电压和输出频率中的至少一者。
5.根据权利要求4所述的烙铁的高频感应加热系统，其特征在于所述多个电流区域包括仅增加输出电压的第一电流区域、以及增加输出电压和输出频率的第二电流区域。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的烙铁的高频感应加热系统，其特征在于所述控制组件具有第一运作控制模式和第二运作控制模式，并根据由所述检流器检测出的每个时间的电流变化，以所述第一运作控制模式或第二运作控制模式中的任一个运作控制模式运作，其中，当以所述第一运作控制模式运作时，以增加输出电压且使输出频率维持不变的方式控制所述电力组件；当以第二运作控制模式运作时，以使输出电压和输出频率的双方增加并追加供应电力而加快温度恢复的方式控制所述电力组件。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的烙铁的高频感应加热系统，其特征在于 所述电力组件适合于提供大约在200kHz至600kHz的范围内的输出频率。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的烙铁的高频感应加热系统，其特征在于还包括状态显示器，与所述检流器连接，适合于提供所述感应加热组件的电流的可视显示。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的烙铁的高频感应加热系统，其特征在于包括 输出端口，与所述检流器连接，适合于提供显示所述感应加热组件的电流的数据。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的烙铁的高频感应加热系统，其特征在于所述控制组件适合于以负载持续率输送电力，并且适合于根据通电到所述感应加热组件的交流电力和所望的烙铁头温度的任一者或两者而使负载持续率变化。
11.一种烙铁的控制方法，其特征在于所述烙铁的控制方法用于运作在烙铁头中具有感应加热用的发热部的烙铁，其包括以下步骤供应步骤，以包含使所述发热部达到居里温度的区域的电压和频率供应电力给线圈， 让该电压和该频率在烙铁的烙铁头中引起磁感应加热； 决定步骤，决定在所述线圈中流动的电流的变化； 调整步骤，基于所述电流的变化的判断，调整电压和频率中的至少一者。
12.根据权利要求11所述的烙铁的控制方法，其特征在于调整步骤包括基于电流的变化的判断而使电压和频率变化的步骤。
13.根据权利要求11或12所述的烙铁的控制方法，其特征在于所述决定步骤从多个电流区域中决定电流区域，根据所决定的电流区域调整所述电压和所述频率中的至少一者。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的烙铁的控制方法，其特征在于 频率在大约200kHz至大约600kHz的范围内。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的烙铁的控制方法，其特征在于包括以下步骤记录以线圈电流的流动变化来表现的数据的步骤。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的烙铁的控制方法，其特征在于还包括以下步骤选定步骤，从多个运作级中择一地选定基础频率和基础高频电压的组合。
17.根据权利要求16所述的烙铁的控制方法，其特征在于所述供应步骤包括以负载持续率进行供应的步骤，并且适合于根据电流和由所述选定步骤选定的运作级的任一者或两者而使负载持续率变化。
全文摘要
烙铁的高频感应加热系统包括能够以各种电压和各种频率向发热部提供电力的电力组件。控制组件以包含使发热部达到居里温度的区域的电压和频率将电力供应给线圈，根据来自连接于发热部的检流器的信号来调整发热部的温度。
文档编号B23K3/03GK102361721SQ20108001267
公开日2012年2月22日 申请日期2010年4月8日 优先权日2009年4月8日
发明者宫崎充彦 申请人:白光株式会社