感应加热线圈的电磁屏蔽

摘要

本发明装置和方法用于在交流电流流过一个或多个感应线圈且工件移动通过感应线圈以感应加热工件时降低所产生磁场的选定区域中的电磁场强。电磁屏蔽具有横向屏蔽元件，工件在一个或多个感应线圈的两端移动通过所述横向屏蔽元件。一个或两个纵向屏蔽元件连接横向屏蔽元件。

权利要求

1.用于屏蔽在一个线圈或一组线圈周围产生的磁场的电磁屏蔽，交流电流流过一个线圈或一组线圈，工件移动穿过线圈以由磁场感应加热工件，电磁屏蔽包括：工件移动穿过其的第一横向屏蔽元件和第二横向屏蔽元件，第一和第二横向屏蔽元件布置在一个线圈或一组线圈的相对两端，第一和第二横向屏蔽元件中的每一个在第一和第二横向屏蔽元件邻近工件边缘的一侧均具有间隙，每一个间隙由邻近间隙的每一个横向屏蔽元件的第一和第二端限定；

第一纵向屏蔽部分将邻近第一横向屏蔽元件中的间隙的第一横向屏蔽元件的第一端连接到邻近第二横向屏蔽元件中的间隙的第二横向屏蔽元件的第一端，第一纵向屏蔽部分侧面邻近工件的边缘布置；及第二纵向屏蔽部分将邻近第一横向屏蔽元件中的间隙的第一横向屏蔽元件的第二端连接到邻近第二横向屏蔽元件中的间隙的第二横向屏蔽元件的第二端，第二纵向屏蔽部分侧面布置到工件的边缘并与第一纵向屏蔽部分相邻，藉此，由磁场在电磁屏蔽中感应的电流在由第一横向屏蔽元件、第一纵向屏蔽部分、第二横向屏蔽元件和第二纵向屏蔽部分建立的闭合电路通道中流动，由第一和第二纵向屏蔽部分中的相反电流建立的相反电磁场相互抵消。

2.根据权利要求1的电磁屏蔽，其中第一和第二纵向屏蔽部分延伸在第一横向屏蔽元件和第二横向屏蔽元件的外周界之间以毗连第一和第二纵向屏蔽部分并在除间隙之外的一个线圈或一组线圈周围形成闭合的框形电磁屏蔽。

3.根据权利要求1的电磁屏蔽，其中第一和第二横向屏蔽元件邻近工件边缘且与邻近第一和第二纵向屏蔽部分的工件边缘相对的那些侧由允许第一和第二纵向屏蔽部分非变形挠曲分开的材料形成。

4.根据权利要求2的电磁屏蔽，其中第一和第二横向屏蔽元件邻近工件边缘且与邻近第一和第二纵向屏蔽部分的工件边缘相对的那些侧由允许第一和第二纵向屏蔽部分非变形挠曲分开的材料形成。

5.用于屏蔽在一个线圈或一组线圈周围产生的磁场的方法，交流电流流过一个线圈或一组线圈，工件移动穿过线圈以由磁场感应加热工件，该方法包括：形成第一横向屏蔽元件，工件在一个线圈或一组线圈的第一端移动穿过该第一横向屏蔽元件，第一横向屏蔽元件在邻近于工件边缘的位置具有间隙，间隙由第一横向屏蔽元件的第一和第二端限定；

形成第二横向屏蔽元件，工件在一个线圈或一组线圈的与第一端相对的那一端移动穿过该第二横向屏蔽元件，第二横向屏蔽元件在邻近于工件边缘的位置具有间隙，间隙由第二横向屏蔽元件的第一和第二端限定；

在邻近第一横向屏蔽元件中的间隙的第一横向屏蔽元件的第一端和邻近第二横向屏蔽元件中的间隙的第二横向屏蔽元件的第一端之间连接第一纵向屏蔽部分，第一纵向屏蔽部分侧面邻近工件边缘布置；及在邻近第一横向屏蔽元件中的间隙的第一横向屏蔽元件的第二端和邻近第二横向屏蔽元件中的间隙的第二横向屏蔽元件的第二端之间连接第二纵向屏蔽部分，第二纵向屏蔽部分侧面邻近工件边缘布置并与第一纵向屏蔽部分相邻。

6.根据权利要求5的方法，还包括步骤：将第一和第二纵向屏蔽部分延伸在第一和第二横向屏蔽元件的外周界之间以毗连第一和第二纵向屏蔽部分并在除间隙之外的一个线圈或一组线圈周围形成闭合的框形电磁屏蔽。

7.根据权利要求5的方法，还包括步骤：用允许第一和第二纵向屏蔽部分非变形挠曲分开的材料形成第一和第二横向屏蔽元件邻近工件边缘且与邻近第一和第二纵向屏蔽部分的工件边缘相对的那些侧。

8.根据权利要求6的方法，还包括步骤：用易弯曲材料形成第一和第二横向屏蔽元件邻近工件边缘且与邻近第一和第二纵向屏蔽部分的工件边缘相对的那些侧。

9.用于屏蔽在一个线圈或一组线圈周围产生的磁场的电磁屏蔽，交流电流流过一个线圈或一组线圈，工件移动穿过线圈以由磁场感应加热工件，电磁屏蔽包括：工件移动穿过其的第一横向屏蔽元件，第一横向屏蔽元件布置在一个线圈或一组线圈的第一端，第一横向屏蔽元件具有第一间隙和第二间隙，第一横向屏蔽元件的第一和第二间隙位于工件的相对侧上，第一横向屏蔽元件的第一和第二间隙将第一横向屏蔽元件分隔为第一和第二部分第一横向屏蔽元件；

工件移动穿过其的第二横向屏蔽元件，第二横向屏蔽元件布置在一个线圈或一组线圈的与第一端相对的那一端，第二横向屏蔽元件具有第一间隙和第二间隙，第二横向屏蔽元件的第一和第二间隙位于工件的相对侧上，第一和第二间隙的每一个由第一横向屏蔽元件的第一和第二端限定，第二横向屏蔽元件的第一和第二间隙将第二横向屏蔽元件分隔为第一和第二部分第二横向屏蔽元件；

第一纵向屏蔽元件将在第一横向屏蔽元件中的第一间隙处的第一横向屏蔽元件的第一部分的第一端连接到在第二横向屏蔽元件中的第一间隙处的第二横向屏蔽元件的第一部分的第一端，第一纵向屏蔽元件侧面邻近工件布置；

第二纵向屏蔽元件将在第一横向屏蔽元件中的第一间隙处的第一横向屏蔽元件的第二部分的第一端连接到在第二横向屏蔽元件中的第一间隙处的第二横向屏蔽元件的第二部分的第一端，第二纵向屏蔽元件侧面邻近工件布置并与第一纵向屏蔽元件相邻；

第三纵向屏蔽元件将在第一横向屏蔽元件中的第二间隙处的第一横向屏蔽元件的第一部分的第二端连接到在第二横向屏蔽元件中的第二间隙处的第二横向屏蔽元件的第一部分的第一端，第三纵向屏蔽元件侧面邻近工件布置；及第四纵向屏蔽元件将在第一横向屏蔽元件中的第二间隙处的第一横向屏蔽元件的第二部分的第二端连接到在第二横向屏蔽元件中的第二间隙处的第二横向屏蔽元件的第二部分的第二端，第四纵向屏蔽元件侧面邻近工件的边缘布置并与第三纵向屏蔽元件相邻；藉此，由磁场在电磁屏蔽中感应的瞬时交流电流在第一闭合电路通道和第二闭合电路通道中以相反方向流动，第一闭合电路通道由第一半屏蔽元件包括第一横向屏蔽元件的第一部分、第一纵向屏蔽部分、第二横向屏蔽元件的第一部分和第三纵向屏蔽部分建立，第二闭合电路通道由第二半屏蔽元件包括第一横向屏蔽元件的第二部分、第二纵向屏蔽部分、第二横向屏蔽元件的第二部分和第四纵向屏蔽部分建立。

10.根据权利要求9的电磁屏蔽，其中第一和第三纵向屏蔽部分延伸在第一横向屏蔽元件的第一部分和第二横向屏蔽元件的第一部分的外周界之间以毗连第一和第三纵向屏蔽部分，第二和第四纵向屏蔽部分延伸在第一横向屏蔽元件的第二部分和第二横向屏蔽元件的第二部分的外周界之间以毗连第二和第四纵向屏蔽部分，从而在除第一和第二间隙之外的一个线圈或一组线圈周围组合形成闭合的框形电磁屏蔽。

11.根据权利要求9的电磁屏蔽，还包括用于沿工件的长度方向铰接第一和第二横向屏蔽元件的第一部分的装置，或铰接第一和第二横向屏蔽元件的第二部分的装置，以允许绕轴旋转第一或第二半屏蔽以使其远离工件从而从第一和第二半屏蔽之间移走工件。

12.根据权利要求10的电磁屏蔽，还包括用于沿工件的长度方向铰接第一和第二横向屏蔽元件的第一部分的装置，或铰接第一和第二横向屏蔽元件的第二部分的装置，以允许绕轴旋转第一或第二半屏蔽以使其远离工件从而从第一和第二半屏蔽之间移走工件。

13.用于屏蔽在一个线圈或一组线圈周围产生的磁场的方法，交流电流流过一个线圈或一组线圈，工件移动穿过线圈以由磁场感应加热工件，该方法包括：形成第一横向屏蔽元件，工件在一个线圈或一组线圈的第一端移动穿过该第一横向屏蔽元件，第一横向屏蔽元件具有第一间隙和第二间隙，第一和第二间隙沿工件的侧缘布置在工件的相对侧处，第一横向屏蔽元件的第一和第二间隙将第一横向屏蔽元件分隔为第一和第二部分第一横向屏蔽元件；

形成第二横向屏蔽元件，工件在一个线圈或一组线圈的与第一端相对那一端移动穿过该第二横向屏蔽元件，第二横向屏蔽元件垂直于工件移动的方向布置，第二横向屏蔽元件具有第一间隙和第二间隙，第一和第二间隙沿工件的侧缘布置在工件的相对侧处，第二横向屏蔽元件的第一和第二间隙将第二横向屏蔽元件分隔为第一和第二部分第二横向屏蔽元件；

在第一横向屏蔽元件中的第一间隙处的第一横向屏蔽元件的第一部分的第一端与第二横向屏蔽元件中的第一间隙处的第二横向屏蔽元件的第一部分的第一端之间连接第一纵向屏蔽元件，第一纵向屏蔽元件侧面邻近工件边缘布置；

在第一横向屏蔽元件中的第一间隙处的第一横向屏蔽元件的第二部分的第一端与第二横向屏蔽元件中的第一间隙处的第二横向屏蔽元件的第二部分的第一端之间连接第二纵向屏蔽元件，第二纵向屏蔽元件侧面邻近工件边缘布置并与第一纵向屏蔽元件相邻；

在第一横向屏蔽元件中的第二间隙处的第一横向屏蔽元件的第一部分的第二端与第二横向屏蔽元件中的第二间隙处的第二横向屏蔽元件的第一部分的第一端之间连接第三纵向屏蔽元件，第三纵向屏蔽元件侧面邻近工件边缘布置；及在第一横向屏蔽元件中的第二间隙处的第一横向屏蔽元件的第二部分的第二端与第二横向屏蔽元件中的第二间隙处的第二横向屏蔽元件的第二部分的第二端之间连接第四纵向屏蔽元件，第四纵向屏蔽元件侧面邻近工件边缘布置并与第三纵向屏蔽元件相邻。

14.根据权利要求13的方法，还包括步骤：将第一和第三纵向屏蔽部分延伸在第一和第二横向屏蔽元件的第一部分的外周界之间以毗连第一和第三纵向屏蔽部分，将第二和第四纵向屏蔽部分延伸在第一和第二横向屏蔽元件的第二部分的外周界之间以毗连第二和第四纵向屏蔽部分，从而在除第一和第二间隙之外的一个线圈或一组线圈周围组合形成闭合的框形电磁屏蔽。

说明书

技术领域

本发明涉及与感应加热线圈一起使用的电磁屏蔽，感应加热线圈感应加热移动通过感应线圈的工件。

背景技术

图1示出了围绕金属带104的单匝感应线圈102，金属带以箭头指示的方向连续移动通过线圈。线圈102的端子106和108被连接到适当的交流电源，其瞬时电流按箭头指示的方向流过线圈。流过线圈的电流建立磁场，当带通过线圈时磁场感应加热该带。然而，除非使用某些类型的电磁屏蔽，在线圈和带被磁耦合的区域之外的区域中产生的磁场强可能超出可允许的水平。
一种已知的用于降低所需区域中的场强的方法是在带周围放置导电屏蔽110和111，如矩形铜屏蔽，如图1中所示。按照法拉第定律的理解，每一屏蔽中由磁场感应的瞬时电流的方向与感应线圈中的瞬时电流方向相反。在图1的方案中，电流将以相同方向在上行(元件111)和下行(元件110)屏蔽中流过。在图2中，使用了两个单匝线圈102a和102b，通过将端子106a和108a及106b和108b连接到一个或多个适当的交流电源，两线圈中的瞬时电流方向相反。由于图2的方案，电流将在上行和下行屏蔽中以相反方向进行流动。图1和图2的方案的缺点之一在于每一屏蔽在带周围均是封闭的，其使得带在屏蔽中或屏蔽外横向移动是不可能的。但在不用切断连续的工件就可更换感应线圈时需要进行横向移动。
美国专利5,034,586公开了一种使用去耦环(元件20和22)的方法，环中有开关(元件24)。开关打开以允许工件可被横向移出或移入去耦环。去耦环降低了相邻感应线圈之间的线圈间磁耦合。该方法的缺点之一在于导电元件即去耦环必须包括机械开关，其降低了可靠性并增加了操作复杂性及维修。
因此需要一种感应线圈的电磁屏蔽装置，移动工件通过感应线圈工件将被感应加热，该装置允许工件横向移入或移出电磁屏蔽而不用使用机械开关。

发明内容

一方面，本发明是用于电磁屏蔽在工件连续移动通过其的一个或多个感应线圈周围产生的磁场的装置和方法。电磁屏蔽包括第一和第二横向屏蔽元件，其间布置有一个或多个感应线圈。在本发明的一实例中，第一和第二横向屏蔽元件由单个纵向屏蔽元件连接在一起，其沿工件的一侧纵向定位，从而连续的单向电流通路被提供通过两个横向屏蔽元件及纵向屏蔽元件。在本发明的另一实例中，第一和第二横向屏蔽元件由两个纵向屏蔽元件连接在一起，其在工件的相反侧纵向定位以在工件之间形成的屏蔽对分中提供相反的电流通路。在本发明的另一实例中，屏蔽对分之一被装上铰链以允许在屏蔽对分之间有另外的纵向开口。在本发明的另一实例中，一个或两个纵向屏蔽元件被伸展在第一和第二横向屏蔽元件周界周围以在一个或多个感应线圈周围形成一个实质上封闭的导电框或由两个半部分形成的实质上封闭的导电框，同时允许工件横向移入和移出由在适当位置的框结构形成的电磁屏蔽，而无须使用机械开关。
本发明的其它方面将在本说明书中提出。

附图说明

用于图示本发明的目的，图中所示为目前优选的形式。然而，应该理解的是，本发明不限于在此示出的精确布置和手段。
图1为现有技术中用于感应加热连续移动通过感应线圈的工件的感应线圈和用于降低场强的电磁屏蔽的简图，场强为线圈中的交流电流在线圈和带被磁耦合的区域之外的区域中产生的场强。
图2为现有技术中用于感应加热连续移动通过感应线圈的工件的两个具有相反瞬时交流电流的感应线圈布置和用于降低场强的电磁屏蔽的简图，场强为线圈中的交流电流在线圈和带被磁耦合的区域之外的区域中产生的场强。
图3为本发明电磁屏蔽的一个实例的简图。
图4为本发明电磁屏蔽另一实例的简图。
图5为本发明电磁屏蔽另一实例的简图，其中图3中所示的纵向屏蔽元件被伸展在感应线圈周围以形成框形电磁屏蔽。
图6为本发明电磁屏蔽另一实例的简图，其中图4中所示的纵向屏蔽元件被伸展在感应线圈周围以形成框形电磁屏蔽。

具体实施方式

现在参考附图，其中相同附图标记指相同的元件，图3中所示为本发明的电磁屏蔽10的一个实例，其形成电磁屏蔽。屏蔽包括第一横向屏蔽元件10a、第二横向屏蔽元件10b、及纵向屏蔽元件10c，其将第一和第二横向元件连接在一起，如图3中所示。纵向屏蔽元件10c由第一和第二纵向屏蔽部分10c′和10c″组成，两部分实质上相互平行并由间隙h2间隔开。在本发明的该非限制性实例中，两个单匝线圈12a和12b被适当地连接到一个或多个交流电源，使得瞬时交流电流以箭头所指的相反方向流过两个线圈。线圈被布置在屏蔽10的第一和第二横向屏蔽元件之间。连续的工件104如金属带移动通过感应线圈和屏蔽，并被线圈中的电流感应加热。通常，但不作为限制，第一和第二横向屏蔽元件的面实质上垂直于工件移动的方向。本发明的所有附图均是示意性的，屏蔽元件相对于工件的位置可被调整以适合特定的应用。在该非限制性的方案中，屏蔽10中的交流电流如箭头所指。纵向屏蔽元件10c的第一和第二纵向屏蔽部分之间的间隙即h2提供了金属带横向移入和移出屏蔽的途径。开口h2足够小，使得由纵向屏蔽元件10c包括的两个纵向屏蔽部分中的相反瞬时电流建立的相反电磁场实质上相互抵消。如果间隙h2太小而不允许金属带横向移入和移出屏蔽，则屏蔽10必须包括挠曲装置以将两个纵向屏蔽部分移开从而工件可从屏蔽横向移走。例如，第一和第二横向屏蔽元件邻近工件边缘且与邻近间隙h2的工件边缘相对的部分可由这样一种材料形成，其允许两个纵向屏蔽部分非变形挠曲分开以增加间隙h2的大小。
间隙h2在第一和第二横向屏蔽元件中建立了间断。第一纵向屏蔽部分10c′被连接在第一横向屏蔽元件中的间隙h2的第一端和第二横向屏蔽元件中的间隙h2的第一端之间。第二纵向屏蔽部分10c″被连接在第一横向屏蔽元件中的间隙h2的第二端和第二横向屏蔽元件中的间隙h2的第二端之间。在这种安排中，闭合的屏蔽电路通道由第一横向屏蔽元件、第一纵向屏蔽部分、第二横向屏蔽元件和第二纵向屏蔽部分建立。如先前所述，组成纵向屏蔽元件10c的第一和第二纵向屏蔽部分10c′和10c″相互相对布置，使得由第一和第二纵向屏蔽部分中的相反瞬时电流建立的相反电磁场实质上相互抵消。
在本发明的其它实例中，构成纵向屏蔽元件10c的第一和第二纵向屏蔽部分可被延伸在感应线圈12a和12b周围以在线圈周围形成实质上封闭的导电框。例如，如图5中所示，其中为了清楚线圈12a和12b未被示出，第一和第二纵向屏蔽部分10c′和10c″(在图5中部分被示为交叉阴影线区域)被延伸在第一和第二横向屏蔽元件10a和10b的外周界周围以在线圈和工件周围形成实质上封闭的框形电磁场。框沿间隙h2敞开并在每一端足够敞开，至少可允许工件通过。
图4示出了本发明的另一实例。在该安排中，第一和第二横向屏蔽元件11a和11b分别由第一和第二纵向屏蔽元件11c和11d连接在一起以形成屏蔽11。纵向屏蔽元件11c由第一和第二纵向屏蔽部分11c′和11c″组成，这两部分实质上相互平行并由间隙h3分隔开。纵向屏蔽元件11d由第一和第二纵向屏蔽部分11d′和11d″组成，这两部分实质上相互平行并由间隙h4分隔开。通常，但非限制，间隙h3和h4相互相等。在该安排中，在工件的每一侧上形成完整的半屏蔽。在本发明的该非限制性的实例中，两个单匝线圈12a和12b被适当地连接到一个或多个交流电源，使得瞬时交流电流以箭头所指的相反方向流过两个线圈。线圈被布置在屏蔽11的第一和第二横向屏蔽元件之间。连续的工件104如金属带移动通过感应线圈和屏蔽，并被线圈中的电流感应加热。通常，但不作为限制，第一和第二横向屏蔽元件的面实质上垂直于工件移动的方向。在该非限制性的方案中，交流电流按箭头所指方向流过两个半屏蔽。开口h3和h4足够小，使得由纵向屏蔽元件11c和11d包括的两个纵向屏蔽部分中的相反瞬时电流建立的相反电磁场实质上相互抵消。
对于图4中所示的本发明的实例，一个或两个屏蔽对分可从感应线圈周围取消而不会冲击感应线圈和工件之间的感应耦合。不像图3中所示的本发明的前一实例，如果纵向屏蔽元件11c和11d的纵向屏蔽部分之间的间隙不足够大以可从屏蔽内横向移走工件，不需要在屏蔽中有易弯曲部分来增大间隙从而允许工件横向移入和移出屏蔽。或者，可提供铰链装置来关于纵轴旋转一个或两个屏蔽对分，如图4中的纵轴Z1。
在图4的本发明的实例中，间隙h3在第一和第二横向屏蔽元件中建立了第一间断，间隙h4在第一和第二横向屏蔽元件中建立了第二间断。第一纵向屏蔽部分11c′被连接在第一横向屏蔽元件中的间隙h3的第一端和第二横向屏蔽元件中的间隙h3的第一端之间。第二纵向屏蔽部分11c″被连接在第一横向屏蔽元件中的间隙h3的第二端和第二横向屏蔽元件中的间隙h3的第二端之间。第三纵向屏蔽部分11d′被连接在第一横向屏蔽元件中的间隙h4的第一端和第二横向屏蔽元件中的间隙h4的第一端之间。第四纵向屏蔽部分11d″被连接在第一横向屏蔽元件中的间隙h4的第二端和第二横向屏蔽元件中的间隙h4的第二端之间。在这种安排中，第一闭合的屏蔽电路通道由第一横向屏蔽元件的第一半、第一纵向屏蔽部分、第二横向屏蔽元件的第一半和第三纵向屏蔽部分建立，所有这些组成第一屏蔽对分。类似地，第二闭合的屏蔽电路通道由第一横向屏蔽元件的第二半、第二纵向屏蔽部分、第二横向屏蔽元件的第二半和第四纵向屏蔽部分建立，所有这些组成第二屏蔽对分。如先前所述，组成第一纵向屏蔽元件11c的第一和第二纵向屏蔽部分11c′和11c″相互相对布置，使得由第一和第二纵向屏蔽部分中的相反瞬时电流建立的相反电磁场实质上相互抵消。同样，组成第二纵向屏蔽元件11d的第三和第四纵向屏蔽部分11d′和11d″也是这样。
在本发明的其它实例中，构成纵向屏蔽元件11c和11d的第一和第二纵向屏蔽部分可被延伸在感应线圈12a和12b周围以在线圈周围形成实质上封闭的导电框。例如，如图6中所示，其中为了清楚线圈12a和12b未被示出，第一和第三纵向屏蔽部分11c′和11d′被延伸在第一和第二横向屏蔽元件11a和11b的第一对分的外周界周围，第二和第四纵向屏蔽部分11c″和11d″被延伸在第一和第二横向屏蔽元件11a和11b的第二对分的外周界周围，以在线圈和工件周围形成实质上封闭的框形电磁场。框沿间隙h3和h4敞开并在每一端足够敞开，至少可允许工件通过。
在本发明的所有实例中，术语“屏蔽”用于描述任何形式的实质上导电的材料，例如但不限于，由铜或铝合金形成的实心或网格材料。
本发明的所有实例中使用两个单独的单匝线圈只是为了阐述本发明，而非限制本发明的范围。通常，在两个横向屏蔽元件之间的感应线圈布置包括线圈的数量和类型、以及感应线圈中的瞬时电流方向可以是导致本发明上述实例中公开的屏蔽电流的任何布置。此外，美国专利5,495,094和5,837,976中公开的线圈布置也可用作本发明的实施例中，两个专利的全部均通过引用组合于此。
前述实例不限制公开的本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求另外提出。
相关申请交叉引用
本申请要求2003年6月26日申请的美国临时申请60/482,825的利益，其全部特此通过引用组合于此。