专利名称：一种用于热牵伸辊和热导盘及烘筒的高频感应加热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种加热装置，尤其是一种用于热牵伸辊和热导盘及烘筒的高频感应
加热装置，该加热装置应用于化纤、纺丝、印染、造纸等行业中。
背景技术：
传统的热压用辊筒主要是采用电能加热方式，该方式难以精确控制温度，易导致 局部温度达不到设计和使用要求，或是由于过热影响受热织物和纸张的表面质量。另外，采 用普通电能加热方式的能耗较高，且加热辊筒设备的工作噪声较大。 目前较为普遍使用的加热辊筒装置，是采用由减速电机驱动的辊筒，在辊筒内部 设置有导电线圈，通过普通的电能加热辊筒表面，从而在辊筒旋转的同时对经过化纤纺丝 等设备的织物、纸张表面进行烘焙和滚压。 申请号为200920088494. 8的中国专利公布了一种直热式辊筒，它包括外筒体，通 过轴承以相对回转、且共轴线方式安装在外筒体内的内筒体；环绕内筒体的外表面包裹有 导磁层，在导磁层外缠绕感应线圈；所述感应线圈通过导线与高频电源电连接，利用感应线 圈产生的电磁能使辊筒直接发热。 申请号为200720053740. 7的中国专利公布了一种热压用的电磁涡流感应加热式
辊筒，其包括转动辊筒，转动辊筒的左、右两端设置有堵头，转动辊筒内设置有绕接有线圈
组的内管，线圈组的导线穿过左、右堵头与电源连接；本产品采用磁场感应涡流加热原理，
首先将电网的工频交流电变成直流电，再由控制电路将该直流电变成高频交流电，该高频
交流电通过绕接在内管上的环形线圈组，使之产生高频交变磁场，该交变磁场作用于铁基
质转动辊筒时，产生无数之小涡流，使转动辊筒本身自行发热至控制器指定的温度。 以上两个感应加热装置的设计结构简单能耗小，但是随着热辊转速的不断提高，
以及辊体直径和长度的不断增大，这种加热辊筒装置已不能满足现有的技术要求。 有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题，提供一种用于热牵伸辊和热导盘及烘筒的
高频感应加热装置，采用由高频电磁感应控制电路驱动加热单元通过触发脉冲信号输出给
多段高频加热器进行电磁感应式加热的方式，本发明高频感应加热装置结构简单，能耗小、
热效率高、无污染，可以广泛应用于热复合设备中的热牵伸辊和热导盘及烘筒上。 为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是一种用于热牵伸辊和
热导盘及烘筒的高频感应加热装置，包括加热单元和控制单元，所述加热单元为多段高频
加热器，包括设置在热牵伸辊、热导盘或烘筒上的加热线圈；所述的控制单元为一由受控的
高频软开关电源以调功方式驱动加热线圈从而在被加热后的热牵伸辊、热导盘或烘筒上形
成高频涡流加热的高频电磁感应控制电路，所述高频电磁感应控制电路产生15KHz-40KHz
的高频电流。
所述的多段高频加热器包括骨架和导磁体，所述的加热线圈为电磁线圈，所述的
骨架为一中空柱状体结构，于骨架的外部沿轴向套设有数个由纳米级超微晶材料制成的导 磁体，在每一导磁体上缠绕有一组电磁线圈。 所述的多段高频加热器还包括设于骨架上的水冷套结构。 一般为加热温度超过 20(TC需要水冷套结构。 上述骨架采用非导磁材料，如铜和铝等，减少在工作中的磁损耗；电磁线圈采用的 多股耐高温漆包线，不仅减少了电阻，同时也增大了导电面积；导磁体采用的纳米级超微 晶，具有高导磁性能，低损耗及良好的工作稳定性；骨架上设有的水冷套结构，在高温状态 下起到冷却加热器的作用，不仅降低了加热器的内部温度，如转轴及轴承等，而且防止导磁 体非晶的居里点温度被破坏，从而延长了加热器的使用寿命。 所述的高频电磁感应控制电路包括有一个连接工频电源的主控制回路，主控制回 路设置有依次串联的突波吸收EMI回路、整流桥、扼流线圈、加热线圈和一个变频控制器， 其中，在该主控制回路中，一蓄能电容并联于加热线圈，一平滑电容并联于扼流线圈。
所述的高频电磁感应控制电路还包括有与主控制回路并联的控制电路，所述控制 电路包括主控CPU，主控CPU通过一 电源回路并联于所述主控制回路的电压输入端，主控 CPU依次通过振荡回路、驱动回路连接于变频控制器，所述驱动回路控制变频控制器导通或 截止。 主控CPU分别连接一用以接收外部控制信号的触发控制电路、一同步回路和一过 压检测电路，其中，同步回路接收加热线圈一端的信号，同时与过压检测电路并联接收加热 线圈另一端的信号。 主控CPU接收并处理触发控制电路、同步回路和过压检测电路送来的信号，通过 驱动回路为变频控制器提供触发脉冲信号，从而控制变频控制器。 本发明通过控制工频电源的脉冲信号输出以提供给多段高频加热器，从而提高热 牵伸辊和热导盘及烘筒表面温度的控制精度、有效地解决因局部温度过高而导致的加工质 量问题。另一设计目的是，采用电磁加热和蓄能相结合的控制方式，能够提高加热功率、起 到降低能耗的作用。 如上内容，本发明加热辊筒装置的优点和有益效果是 1、通过控制脉冲信号输出以提供给多段式加热体热能，能够提高热牵伸辊和热导 盘及烘筒表面温度的可控性和局部温差； 2、采用电磁加热和蓄能相结合的控制方式，能够有效地降低能耗； 3、高频电磁感应控制电路的电源频率较高，所采用的频率段可处于音频分界点附
近，从而降低工作噪声； 4、使得热牵伸辊和热导盘及烘筒表面能够形成趋附效应从而提高热效率。 为对本发明的结构特征及其功效有进一步了解，兹列举具体实施例并结合附图详
细说明如下。
图1是本发明应用于热牵伸辊的结构示意图；
图2是本发明应用于热导盘或烘筒的结构示意 图3是所述高频电磁感应控制电路的示意图；
图4是所述主控制回路的工作波形对比图；
图5是所述加热单元剖面结构示意图。
具体实施例方式
如图1至图5所示，一种用于热牵伸辊和热导盘及烘筒的高频感应加热装置，包括 加热单元2和控制单元3，加热单元2为设置在热牵伸辊、热导盘及烘筒上的多段高频加热 器，控制单元3为一由软开关控制多段高频加热器加热的高频电磁感应控制电路。
如图5所示的多段高频加热器包括骨架11、电磁线圈13、导磁体12、水冷套结构 14，骨架11为一中空柱状体结构，采用非导磁材料如铜和铝等，以减少在工作中的磁损耗。
于骨架11的外部沿轴向套设有数个由纳米级超微晶材料制成的导磁体12，采用 的纳米级超微晶材质，具有高导磁性能、低损耗及良好的工作稳定性。在每一导磁体12上 缠绕有一组电磁线圈13，电磁线圈13采用多股耐高温漆包线，不仅可减少电阻，同时也增 大了导电面积。骨架11上套设有水冷套结构14，在高温状态下能够起到冷却加热体的作 用，既可降低加热体内部温度，又可防止导磁体12的安装座被破坏。电磁线圈13与控制单 元3相连接，通过骨架和导磁体的热传导给热牵伸辊或热导盘及烘筒加热。
实施例一，如图1、图3至图5所示，本发明的热牵伸辊包括加热单元2和控制单元 3，加热单元2为设置在热牵伸辊上的多段高频加热器，控制单元3为一由软开关控制多段 高频加热器加热的高频电磁感应控制电路，通过控制单元实现对热牵伸辊的加热控制。热 牵伸辊具有一可轴向旋转的辊l，辊1通过安装法兰驱动连接于驱动单元，驱动单元采用减 速电机。 实施例二，如图2所示，本发明应用于一种热导盘或烘筒上，在转轴上设有热导盘
或烘筒r，热导盘或烘筒r内部嵌套加热单元2，通过控制单元3实现对热导盘或烘筒r
的加热控制。 用于上述实施例的加热单元如图5所示，多段高频加热器包括骨架11、电磁线圈 13、导磁体12、水冷套结构14，骨架11为一中空柱状体结构，采用非导磁材料如铜和铝等， 以减少在工作中的磁损耗。在骨架11的外部沿轴向套设有数个由纳米级超微晶材料制成 的导磁体12，采用的纳米级超微晶材质，具有高导磁性能、低损耗及良好的工作稳定性。在 每一导磁体上12缠绕有一组电磁线圈13，电磁线圈13采用的多股耐高温漆包线，不仅可减 少电阻，同时也增大了导电面积。骨架11上套设有水冷套结构14，在高温状态下能够起到 冷却加热体的作用，既可降低加热体内部温度，又可防止导磁体12的安装座被破坏。
如图3所示，高频电磁感应控制电路包括有一个连接交流电源的主控制回路，主 控制回路设置有依次串联的突波吸收EMI回路、整流桥、扼流线圈L2、加热线圈Ll和一个变 频控制器IGBT，一蓄能电容C3并联于加热线圈Ll，扼流线圈L2并联一平滑电容C2。
所述的高频电磁感应控制电路还包括有与主控制回路并联的控制电路，所述控制 电路包括主控CPU，主控CPU通过一电源回路并联于所述主控制回路的电压输入端，主控 CPU依次通过振荡回路、驱动回路连接于变频控制器IGBT，所述驱动回路控制变频控制器 IGBT导通或截止。 主控CPU分别连接一用以接收外部控制信号的触发控制电路、一同步回路和一过压检测电路，其中，同步回路接收加热线圈L1 一端的信号，同时与过压检测电路并联接收 加热线圈L1另一端的信号。 主控CPU接收并处理触发控制电路、同步回路和过压检测电路送来的信号，通过 驱动回路为变频控制器IGBT提供触发脉冲信号，从而控制变频控制器IGBT。
所述高频电磁感应控制电路产生15KHz-40KHz的高频电流。 工作时，采用软开关控制的高频电磁感应控制电路向多段高频加热器提供电能并 产生频率为15KHz 40KHz的高频电流，由于该波段频率处在音频分界点附近，因而可使其 工作噪声较小。 如图3所示的电路示意图，工频50Hz的电源首先经过突波吸收EMI回路，然后通 过整流桥将交流电变换成直流电，变频控制器IGBT由主控CPU通过驱动回路发出的矩形脉 冲驱动。该调功方式如下 当变频控制器IGBT导通时，流过扼流线圈L2的电流值迅速提高； 当变频控制器IGBT截止时，扼流线圈L2和蓄能电容C3发生串联谐振，此时变频
控制器IGBT的C极对地产生一高压脉冲； 经过一段时间，该脉冲降至为零时，驱动脉冲再次加到变频控制器IGBT上并使之 导通。 上述阶段性过程周而复始地循环。 在上述过程中，主控CPU将触发控制电路、同步回路和过压检测电路送来的信号 进行比较分析，然后输出信号给振荡回路，并通过驱动回路为变频控制器IGBT提供触发脉 冲信号，使其在导通和截止的状态之间循环。
如图4所示，本发明控制电流的变化，如下 在tl至t2时间段，当矩形脉冲加至变频控制IGBT的G极时，IGBT饱和导通，此 时电流il从电源流过加热线圈Ll，由于线圈感抗不允许电流突变，所以在tl至t2时间段 电流il随线性上升。 在t2时脉冲结束，IGBT截止，同样由于感抗作用，电流il不能立即变为0，因此实 际上是蓄能电容C3在充电，即产生充电电流i2。 在t3时，蓄能电容C3的电荷已经充满，此时电流值为O，加热线圈Ll的磁场能量 全部转为蓄能电容C3的电场能量，在蓄能电容C3的两端出现左负右正的场值状态时，电路 达到其峰值电压，即在IGBT的CE两极之间的电压为"逆程脉冲峰压+电源电压"的结果。
在t3至t4时间段，蓄能电容C3通过加热线圈Ll放电完毕，电流i3达到最大值， 此时蓄能电容C3两端的电压消失，其中的电能又全部转为加热线圈L1中的磁场能量。
基于相同的感抗作用，电流i3并不能立即变为O，于是加热线圈Ll两端的电动势 反向，即加热线圈L1两端的电位处于左正右负的状态，蓄能电容C3不能继续反向充电而回 流形成电流i4。 在t4时，第二个脉冲开始到来，但此时IGBT的UE为正，UC为负，处于反偏状态，所 以IGBT不能导通。待电流i4减小为0时，加热线圈Ll中的磁场能量放完，即到t5时IGBT 才开始第二次导通以产生电流i5，并且重复il至i4时间段的进程。
如上所述，就加热线圈Ll上产生了高频脉冲交流电。
所述变频控制器IGBT中的VCE电压变化过程是
在静态时，UC为输入电源经过整流后的直流电源，在tl至t2时间段，IGBT饱和导 通，UC接近地电位。 在t4至t5时间段，UC为负压；在t2至t4时间段，也是LC自由振荡的半个周期， UC上出现峰值电压，在t3时UC达到最大值。
通过以上电路和波形分析可以得出 1 、在i 1至i4时间的高频电流周期中仅有电流i 1是电源供给加热线圈L1的能量，
所以电流il的大小就直接决定加热功率的大小，同时脉冲宽度越大，tl至t2的时间段就
越长，电流il就越大。因此，想要调节加热功率的大小，只需调节脉冲宽度即可。 2、在LC自由振荡的半周期时间内出现峰值电压，既是IGBT的截止时间，也是开关
脉冲没有到达的时间，这个时间关系是不能错位 的。若峰值脉冲还没有消失而开关脉冲己
提前到来，就会出现很大的导通电流使得IGBT被烧坏，因此必须使开关脉冲的前沿与峰值
脉冲后沿相同步。 本发明通过控制工频电源的脉冲信号输出以提供给多段高频加热器，从而提高热 牵伸辊和热导盘及烘筒表面温度的控制精度、有效地解决因局部温度过高而导致的加工质 量问题。另一设计目的是，采用电磁加热和蓄能相结合的控制方式，能够提高加热功率、起 到降低能耗的作用。
权利要求
一种用于热牵伸辊和热导盘及烘筒的高频感应加热装置，包括加热单元和控制单元，其特征在于所述加热单元为多段高频加热器，包括设置在热牵伸辊、热导盘或烘筒上的加热线圈；所述的控制单元为一由受控的高频软开关电源以调功方式驱动加热线圈从而在被加热后的热牵伸辊、热导盘或烘筒上形成高频涡流加热的高频电磁感应控制电路，所述高频电磁感应控制电路产生15KHz-40KHz的高频电流。
2. 根据权利要求1所述的一种用于热牵伸辊和热导盘及烘筒的高频感应加热装置，其 特征在于所述的多段高频加热器包括骨架和导磁体，所述的加热线圈为电磁线圈，所述的 骨架为一中空柱状体结构，于骨架的外部沿轴向套设有数个由纳米级超微晶材料制成的导 磁体，在每一导磁体上缠绕有一组电磁线圈。
3. 根据权利要求2所述的一种用于热牵伸辊和热导盘及烘筒的高频感应加热装置，其 特征在于所述的多段高频加热器还包括设于骨架上的水冷套结构。
4. 根据权利要求1所述的一种用于热牵伸辊和热导盘及烘筒的高频感应加热装置，其特征在于所述的高频电磁感应控制电路包括有一个连接工频电源的主控制回路，主控制回路设置有依次串联的突波吸收EMI回路、整流桥、扼流线圈、加热线圈和一个变频控制 器，其中，在该主控制回路中，一蓄能电容并联于加热线圈，一平滑电容并联于扼流线圈。
5. 根据权利要求4所述的一种用于热牵伸辊和热导盘及烘筒的高频感应加热装置，其特征在于所述的高频电磁感应控制电路还包括有与主控制回路并联的控制电路，所述控制电路包括主控CPU，主控CPU通过一电源回路并联于所述主控制回路的电压输入端，主控 CPU依次通过振荡回路、驱动回路连接于变频控制器，所述驱动回路发出的矩形脉冲控制变 频控制器导通或截止。
6. 根据权利要求5所述的一种用于热牵伸辊和热导盘及烘筒的高频感应加热装置，其 特征在于主控CPU分别连接一用以接收外部控制信号的触发控制电路、一同步回路和一 过压检测电路，其中，同步回路接收加热线圈一端的信号，同时与过压检测电路并联接收加 热线圈另一端的信号。
7. 根据权利要求6所述的一种用于热牵伸辊和热导盘及烘筒的高频感应加热装置，其 特征在于主控CPU接收并处理触发控制电路、同步回路和过压检测电路送来的信号，通过 驱动回路为变频控制器提供触发脉冲信号，从而控制变频控制器。
8. 根据权利要求5所述的一种用于热牵伸辊和热导盘及烘筒的高频感应加热装置，其特征在于变频控制器由控制电路发出的矩形脉冲驱动，变频控制器导通时，流过扼流线圈 的电流迅速增加；变频控制器截止时，扼流线圈和蓄能电容发生串联谐振，变频控制器的C 极对地产生高压脉冲；当该脉冲降至零时，驱动脉冲再次加到变频控制器上使之导通，该过 程周而复始，产生15KHz 40KHz的高频电流。
全文摘要
本发明公开了一种用于热牵伸辊和热导盘及烘筒的高频感应加热装置，包括加热单元和控制单元，所述加热单元为多段高频加热器，包括设置在热牵伸辊、热导盘或烘筒上的加热线圈；所述的控制单元为一由受控的高频软开关电源以调功方式驱动加热线圈从而在被加热后的热牵伸辊、热导盘或烘筒上形成高频涡流加热的高频电磁感应控制电路。该多段高频加热器包括骨架和导磁体，所述加热线圈为电磁线圈，骨架为一中空柱状体结构，于骨架的外部沿轴向套设有数个由纳米级超微晶材料制成的导磁体，在每一导磁体上缠绕有一组电磁线圈，本发明高频感应加热装置结构简单，能耗小、热效率高、无污染，可以广泛应用于热复合设备中的热牵伸辊和热导盘及烘筒上。
文档编号H05B6/06GK101707818SQ20091025937
公开日2010年5月12日 申请日期2009年12月22日 优先权日2008年12月22日
发明者李慧, 王伟, 王晓东 申请人:王伟