CN110913512A - 一种电磁感应加热模组及加热设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电磁感应加热模组及加热设备，该电磁感应加热模组包括电磁感应线圈以及加热控制电路，所述电磁感应线圈，包括位于同一线圈上的三段电磁感应线段，所述电磁感应线段沿着同一线圈走向依次设置；所述加热控制电路，包括：三组半桥驱动开关，与三段所述电磁感应线段分别一一对应连接，并与电源端连接，用于驱动所述电磁感应线段的工作；控制模块，与所述半桥驱动开关的控制端电性连接，用于单独驱动每一所述半桥驱动开关进行开关状态切换；以及谐振电容，与每一所述电磁感应线段连接以构成谐振电路。上述方案不仅结构简单、制造成本低，且可以提高设备在控制加热过程中的灵活性和加热均匀性。

Description

一种电磁感应加热模组及加热设备

技术领域

本申请涉及热加工领域，特别涉及一种电磁感应加热模组及加热设备。

背景技术

基于电磁感应的加热方案广泛应用于各个热加工领域，具有安全、加热效率高等特点。

现如今采用电磁感应加热方案的加热设备，通常是通过在待加热器具下方安置一个电磁感应线圈，以通过电磁感应原理对待加热器具进行加热。但是只采用一个电磁感应线圈的方式只能对同一局部范围进行加热，难以使被受热提整体均匀加热控制不同部位的加热效果，控制方式较为不灵活，且加热过程中不同部位的加热效果不同，影响整体的加热效果。

而在另一些采用多个电磁感应线圈的实现方式中，可以通过配置有多个独立放置在不同部位的电磁感应线圈进行加热控制，但因为其线圈结构以及控制电路的设计限制，使其结构较为复杂，且占用空间较大，影响了其应用范围。

发明内容

本申请提供了一种电磁感应加热模组及加热设备，可以提高设备在控制加热过程中的灵活性和加热均匀性。

本申请实施例公开了一种电磁感应加热模组，包括电磁感应线圈以及加热控制电路；

所述电磁感应线圈，包括位于同一线圈上的三段电磁感应线段，所述电磁感应线段沿着同一线圈走向依次设置；

所述加热控制电路，包括：

三组半桥驱动开关，与三段所述电磁感应线段分别一一对应连接，并与电源端连接，用于驱动所述电磁感应线段的工作；

控制模块，与所述半桥驱动开关的控制端电性连接，用于单独驱动每一所述半桥驱动开关进行开关状态切换；以及

谐振电容，与每一所述电磁感应线段连接以构成谐振电路。

在一实施例中，所述电磁感应线圈包括三段所述电磁感应线段；

其中，三段所述电磁感应线段之间形成一公共端，所述公共端位于相邻的其中两段电磁感应线段的连接处。

在一实施例中，所述电源端包括正电源端以及负电源端；

所述谐振电容连接到所述公共端与负电源端之间，和/或连接到所述公共端与正电源端之间。

在一实施例中，所述电磁感应线段包括依次连接的第一电磁感应线段、第二电磁感应线段以及第三电磁感应线段，所述半桥驱动开关包括第一半桥驱动开关、第二半桥驱动开关以及第三半桥驱动开关，所述控制模块包括可单独驱动的第一驱动端、第二驱动端以及第三驱动端；

所述控制模块的第一驱动端与第一半桥驱动开关的控制端电性连接，所述控制模块的第二驱动端与第二半桥驱动开关的控制端电性连接，所述控制模块的第三驱动端与第三半桥驱动开关的控制端电性连接；

所述第一半桥驱动开关的驱动端与所述第一电磁感应线段的一端连接，所述第二半桥驱动开关与所述第二电磁感应线段的一端连接，所述第三半桥驱动开关的驱动端与所述第三电磁感应线段的一端连接；

所述第一电磁感应线段的另一端与所述第二电磁感应线段的另一端、所述第三电磁感应线段的另一端通过同一公共端连接；

所述公共端通过所述谐振电容与负电源端连接，和/或与所述正电源端连接。

在一实施例中，所述第一电磁感应线段与所述第一半桥驱动开关的驱动端之间具有第一接线端；

所述第一电磁感应线段与第二电磁感应线段的公共端具有第二接线端；

所述第二电磁感应线段与所述第二半桥驱动开关的驱动端之间具有第三接线端；

所述第三电磁感应线段与所述第三半桥驱动开关的驱动端之间具有第四接线端；

所述第三电磁感应线段与第一电磁感应线段、第二电磁感应线段的公共端之间具有第五接线端。

在一实施例中，所述第一电磁感应线段、第二电磁感应线段以及第三电磁感应线段的绕线方向相同；

其中，所述第一接线端位于所述电磁感应线圈的圆心附近，所述第三接线端与所述第四接线端相邻，且所述第二电磁感应线段与所述第三电磁感应线段不连接，所述第三电磁感应线段通过所述第五接线端与所述公共端连接。

在一实施例中，所述半桥驱动开关包括IGBT、MOS管、双极型三极管、可控硅或者晶闸管。

在一实施例中，每一所述电磁感应线段的电感值范围为20μH-200μH。

在一实施例中，所述谐振电容的电容值范围为0.2μF-2μF。

本申请还公开了一种加热设备，所述加热设备包括电磁感应加热模组，所述电磁感应加热模组为如上任意一项所述的电磁感应加热模组。

由上可知，本申请实施例中的电磁感应加热模组及加热设备，其电磁感应线圈具有位于同一线圈内的三段电磁感应线段，利用控制模块控制半桥驱动开关对不同电磁感应线段的工作状态进行单独控制，以实现对设备的加热过程进行灵活控制。上述方案不仅结构简单、制造成本低，且可以在同一电磁感应线圈范围内实现对不同部位进行单独或协同加热控制，提高设备在控制加热过程中的灵活性和加热均匀性。

附图说明

图1为本申请实施例提供的电磁感应加热模组加热模组的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的电磁感应线圈的结构示意图。

图3为本申请实施例提供的加热控制电路的结构示意图。

图4为本申请实施例提供的加热控制电路的另一结构示意图。

图5为本申请实施例提供的加热控制电路的再一结构示意图。

图6为本申请实施例提供的电磁感应加热模组的应用场景示意图。

图7为本申请实施例提供的加热设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的较佳实施例进行详细阐述，以使本申请的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本申请的保护范围作出更为清楚的界定。

请参阅图1，图中示出了本申请实施例提供的电磁感应加热模组的结构。

如图1所示，该电磁感应加热模组包括电磁感应线圈1以及加热控制电路2，该加热控制电路2包括三组半桥驱动开关、控制模块22以及谐振电容23。

该电磁感应线圈1包括位于同一线圈上的三段电磁感应线段，该电磁感应线段沿着同一线圈走向依次设置。

具体的，该三段电磁感应线段分别位于同一线圈上的沿着线圈走向依次排列的三段。其中，该电磁感应线段之间形成一公共端O，该公共端O位于相邻的其中两段电磁感应线段的连接处，另一段的电磁感应线段一端通过接线端与该公共端O连接，另一端与该两段电磁感应线段的其中一段相邻但不连接，如此可以使得三段电磁感应线段通过公共端O连接并位于同一线圈的空间范围内，解决了多个线圈造成的结构复杂、成本较高的问题。

在一实施例中，该电磁感应线段包括第一电磁感应线段AO、第二电磁感应线段BO以及第三电磁感应线段CD，该半桥驱动开关包括第一半桥驱动开关21a、第二半桥驱动开关21b以及第三半桥驱动开关21c。第一电磁感应线段AO与第一半桥驱动开关21a的驱动端之间具有第一接线端；第一电磁感应线段AO与第二电磁感应线段BO的公共端O具有第二接线端；第二电磁感应线段BO与第二半桥驱动开关21b的驱动端之间具有第三接线端；第三电磁感应线段CD与第三半桥驱动开关21c的驱动端之间具有第四接线端；第三电磁感应线段CD与第一电磁感应线段AO、第二电磁感应线段BO的公共端O之间具有第五接线端。该公共端O与谐振电容23连接并通过谐振电容23接负电源，该第一半桥驱动开关21a、第二半桥驱动开关21b以及第三半桥驱动开关21c与控制模块22连接，以受控制模块22控制实现工作或断开。

具体的，第一电磁感应线段AO、第二电磁感应线段BO以及第三电磁感应线段CD的绕线方向相同；其中，第一接线端位于电磁感应线圈1的圆心附近，第三接线端与第四接线端相邻，且第二电磁感应线段BO与第三电磁感应线段CD不连接，第三电磁感应线段CD通过第五接线端与所述公共端O连接。通过如图1的线圈设置，降低线段之间的相互干扰，确保第一电磁感应线段AO、第二电磁感应线段BO以及第三电磁感应线段CD在同一线圈内的工作相位。

请结合图2，图中示出了本申请实施例提供的电磁感应线圈1的另一结构。在另一实施例中，该电磁感应线圈1包括第一电磁感应线段AO、第二电磁感应线段BO以及第三电磁感应线段CD，该第一电磁感应线段AO、第二电磁感应线段BO以及第三电磁感应线段CD可以环绕在一个长条形的结构上，并在该第一电磁感应线段AO与第二电磁感应线段BO的公共端O处连接，其中第二电磁感应线段BO与第三电磁感应线段CD之间不连接。

可以理解的，该电磁感应线圈1除了如图1-2的形式外，还可以采用凹形线圈等其他常用的线圈结构，在此不再进行详细描述。

每一电磁感应线段的电感值范围为20μH-200μH，以确保电磁感应线段的工作效果。可以理解的，该电磁感应线段的具体参数可以根据实际情况而进行选定，本申请对此不作限定。

该半桥驱动开关，与三段电磁感应线段分别一一对应连接，并与电源端连接，用于驱动电磁感应线段的工作。其中，一组半桥驱动开关可以与一段电磁感应线段连接，并单独控制该段电磁感应线段的工作状态，因此，三段电磁感应线段分别通过三组半桥驱动开关实现控制。

在一实施例中，该半桥驱动开关可以包括IGBT、MOS管、双极型三极管、可控硅或者晶闸管，以作为加热控制电路2的可控开关。具体的，该半桥驱动开关可以包括两个二极管组成半桥电路。

该控制模块22，与半桥驱动开关的控制端电性连接，用于单独驱动每一半桥驱动开关进行开关状态切换。

其中，该控制模块22可以包括一个带至少三个PWM输出功能的MCU单元，该MCU单元可以通过控制PWM的特性驱动半桥驱动开关切换工作状态，进而控制该电磁感应线段的工作。可以理解的，该MCU的加热控制方式可以根据实际情况进行设计，也可采用现有的加热控制方式。

在一实施例中，该控制模块22可以通过设置控制按钮或者触摸屏接收来自用户的控制，进而切换对电磁感应线段的控制方式。该控制按钮以及触摸屏均可参考现有的加热设备，本申请在此不再赘述。

该谐振电容23，与每一电磁感应线段连接以构成谐振电路。其中，该谐振电容23的电容值范围为0.2μF-2μF，该谐振电容23的具体值可以根据电磁感应线段的参数进行匹配，本申请对此不作限定。

在一实施例中，该电源端包括正电源端以及负电源端。该谐振电容23连接到三段电磁感应线段的公共端O与负电源端之间，或者该谐振电容23连接到两段电磁感应线段的公共端O与正电源端之间；在另一实施例中，该谐振电容23连接到三段电磁感应线段的公共端O与负电源端之间，以及三段电磁感应线段的公共端O与正电源端之间。三段电磁感应线段只需要共用一组谐振电容23即可实现正常工作，结构简单，节省了制造成本。

请参阅图3，图中示出了本申请实施例提供的加热控制电路的结构。

其中，该电磁感应加热模组包括电磁感应线段L1-L3以及加热控制电路，该加热控制电路包括三组半桥驱动开关T1-T6、控制模块12以及谐振电容C1、C2。

具体的，该电磁感应线段包括依次设置的第一电磁感应线段L1、第二电磁感应线段L2以及第三电磁感应线段L3，半桥驱动开关此处采用IGBT作为驱动开关，包括第一半桥驱动开关T1-T2、第二半桥驱动开关T3-T4、第三半桥驱动开关T4-T5以及6个IGBT驱动，控制模块12可以包括可单独驱动的第一驱动端、第二驱动端以及第三驱动端，其中，第一驱动端包括PWM1、PWM2，第二驱动端包括PWM3、PWM4，第三驱动端包括PWM5、PWM6。

该控制模块12的第一驱动端PWM1、PWM2与第一半桥驱动开关T1-T2的控制端，也即与该第一半桥驱动开关T1-T2连接的IGBT驱动电性连接。该控制模块12的第二驱动端PWM3、PWM4与第二半桥驱动开关T3-T4的控制端，也即与该第二半桥驱动开关T3-T4连接的IGBT驱动电性连接。该控制模块12的第三驱动端PWM5、PWM6与第三半桥驱动开关T5-T6的控制端，也即与该第三半桥驱动开关T5-T6连接的IGBT驱动电性连接。

该第一半桥驱动开关T1-T2的驱动端A与第一电磁感应线段L1的一端连接，该第二半桥驱动开关T3-T4的驱动端B与第二电磁感应线段L2的一端连接，该第三半桥驱动开关T5-T6的驱动端C与第二电磁感应线段L3的一端连接。

该第一电磁感应线段L1的另一端与第二电磁感应线段L2的另一端、第三电磁感应线段L3的另一端连接形成公共端O，并通过谐振电容C1接负电源端V-，以及通过谐振电容C2接正电源端V+。

请结合图4，图中示出了本申请实施例提供的加热控制电路的另一结构。

其与图3的不同在于，该第一电磁感应线段的另一端与第二电磁感应线段、第三电磁感应线段的另一端连接形成公共端O，该公共端O只通过谐振电容C1与负电源端V-连接。

请结合图5，图中示出了本申请实施例提供的加热控制电路的再一结构。

其与图3和图4的不同在于，该第一电磁感应线段的另一端与第二电磁感应线段、第三电磁感应线段的另一端连接形成公共端O，该公共端O只通过谐振电容C2与正电源端V+连接。

在一种实现过程中，当第一电磁感应线段L1需要工作时，控制模块12通过第一驱动端PWM1、PWM2控制相应的IGBT驱动，以使第一半桥驱动开关T1-T2导通。此时，第一电磁感应线段L1与谐振电容C1和/或C2配合形成谐振，利用该第一电磁感应线段L1与待加热器具相应位置的线圈形成电磁感应效应实现加热。

当第二电磁感应线段L2需要工作时，控制模块12通过第二驱动端PWM3、PWM4控制相应的IGBT驱动，以使第二半桥驱动开关T3-T4导通。此时，第二电磁感应线段L2与谐振电容C1和/或C2配合产生谐振，利用该第二电磁感应线段L2与待加热器具相应位置的线圈形成电磁感应效应实现加热。

当第三电磁感应线段L3需要工作时，控制模块12通过第三驱动端PWM5、PWM6控制相应的IGBT驱动，以使第三半桥驱动开关T5-T6导通。此时，第三电磁感应线段L3与谐振电容C1和/或C2配合产生谐振，利用该第三电磁感应线段L3与待加热器具相应位置的线圈形成电磁感应效应实现加热。

其中，该第一电磁感应线段L1、第二电磁感应线段L2以及第三电磁感应线段L3，可以同时进行工作，也可以分别进行工作。

请参考图6，图中示出了本申请实施例提供的电磁感应加热模组的应用场景。

图中示出了一个受热装置的受热区域3，该受热区域3包括第一受热区域31第二受热区域32、第三受热区域33。当第一电磁感应线段工作时，会与第一受热区域31发生电磁感应效应并对其进行加热；当第二电磁感应线段工作时，会与第二受热区域32发生电磁感应效应并对其进行加热；当第三电磁感应线段工作时，会与第三受热区域33发生电磁感应效应并对其进行加热。

此时，可以根据该受热装置的受热区域大小，以选择对第一受热区域31进行加热控制，抑或是对第一受热区域31、第二受热区域32或者第三受热区域33进行单独/协同加热。

当只使用到第一受热区域31时，可以通过控制该第一电磁感应线段的感应输出功率，实现对该第一受热区域31的加热控制。

当同时使用到第一受热区域31、第二受热区域32以及第三受热区域33时，可以在加热过程中分别控制第一电磁感应线段、第二电磁感应线段以及第三电磁感应线段的感应输出功率，进而使不同受热区域加热更加均匀。

例如，在加热过程中若因为功率影响，使得加热功率从电磁感应线圈的圆心起始往外围降低。此时可以调整第一电磁感应线段、第二电磁感应线段以及第三电磁感应线段之间的功率比例，让第一电磁感应线段的输出功率、第二电磁感应线段的感应输出功率以及第三电磁感应线段依次增加，或者根据实际需要调整具体的功率比例，如使得第二电磁感应线段的感应输出功率提高，而将第一电磁感应线段、第三电磁感应线段的感应输出功率维持相同值，以使不同受热区域加热更加均匀。

该感应输出功率可以根据实际的加热情况，利用程序控制使不同的电磁感应线段在不同状态具有不同的加热功率，用于提高加热效果。

该第一电磁感应线段以及第二电磁感应线段的感应输出功率大小可以根据需要灵活设置各自的比例。具体每个电磁感应线段的工作方式均可根据需要进行设定，本申请对此不作限定。

可知，通过第一电磁感应线段L1、第二电磁感应线段L2与第三电磁感应线段L3在电磁感应线圈中的位置不同，可以分别进行控制以实现对待加热器具不同部位进行加热，使得加热控制过程更加灵活。并且，该电磁感应加热模组的控制电路结构较为简单，有利于降低装置的制造成本。

综上所述，本申请实施例中的电磁感应加热模组，其电磁感应线圈具有位于同一线圈内的三段电磁感应线段，利用控制模块控制半桥驱动开关对不同电磁感应线段的工作状态进行单独控制，以实现对设备的加热过程进行灵活控制。上述方案不仅结构简单、制造成本低，且可以在同一电磁感应线圈范围内实现对不同部位进行单独或协同加热控制，提高设备在控制加热过程中的灵活性和加热均匀性。

请参阅图7，图中示出了本申请实施例提供的加热设备的结构。

该加热设备包括电磁感应加热模组10，该电磁感应加热模组10为图1-2中任意一项实施例中的电磁感应加热模组10。

其中，该加热设备100可以参考如图2所示由交流输入模块、整流桥组成的直流电源，该直流电源通过电感L0以及电容C0组成的滤波模块与电磁感应加热模组10的加热控制电路连接。除此之外，该电磁感应加热模组10还可以通过设置控制按钮或者触摸屏接收来自用户的控制，进而切换对电磁感应线段的控制方式。

需要说明的是，该加热设备除电磁感应加热模组10之外结构的具体实现方式，例如上述直流电源、控制按钮、触摸屏及其对应的实现方式等，可以参考本领域技术中已公开的方案，本申请对此不作限定。

由上可知，该加热设备通过设置有如图1-2的电磁感应加热模组，使得该加热设备可以实现对设备的加热过程进行灵活控制。上述方案不仅结构简单、制造成本低，且可以在同一电磁感应线圈范围内实现对不同部位进行单独或协同加热控制，提高设备在控制加热过程中的灵活性和加热均匀性。

上面结合附图对本申请的实施方式作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种电磁感应加热模组，包括电磁感应线圈以及加热控制电路，其特征在于：

所述电磁感应线圈，包括位于同一线圈上的三段电磁感应线段，所述电磁感应线段沿着同一线圈走向依次设置；

所述加热控制电路，包括：

三组半桥驱动开关，与三段所述电磁感应线段分别一一对应连接，并与电源端连接，用于驱动所述电磁感应线段的工作；

控制模块，与所述半桥驱动开关的控制端电性连接，用于单独驱动每一所述半桥驱动开关进行开关状态切换；以及

谐振电容，与每一所述电磁感应线段连接以构成谐振电路。

2.如权利要求1所述的电磁感应加热模组，其特征在于，三段所述电磁感应线段之间形成一公共端，所述公共端位于相邻的其中两段电磁感应线段的连接处。

3.如权利要求2所述的电磁感应加热模组，其特征在于：

所述电源端包括正电源端以及负电源端；

所述谐振电容连接到所述公共端与负电源端之间，和/或连接到所述公共端与正电源端之间。

4.如权利要求3所述的电磁感应加热模组，其特征在于：

所述电磁感应线段包括依次连接的第一电磁感应线段、第二电磁感应线段以及第三电磁感应线段，所述半桥驱动开关包括第一半桥驱动开关、第二半桥驱动开关以及第三半桥驱动开关，所述控制模块包括可单独驱动的第一驱动端、第二驱动端以及第三驱动端；

所述控制模块的第一驱动端与第一半桥驱动开关的控制端电性连接，所述控制模块的第二驱动端与第二半桥驱动开关的控制端电性连接，所述控制模块的第三驱动端与第三半桥驱动开关的控制端电性连接；

所述第一半桥驱动开关的驱动端与所述第一电磁感应线段的一端连接，所述第二半桥驱动开关与所述第二电磁感应线段的一端连接，所述第三半桥驱动开关的驱动端与所述第三电磁感应线段的一端连接；

所述第一电磁感应线段的另一端与所述第二电磁感应线段的另一端、所述第三电磁感应线段的另一端通过同一公共端连接；

所述公共端通过所述谐振电容与负电源端连接，和/或与所述正电源端连接。

5.如权利要求4所述的电磁感应加热模组，其特征在于，所述第一电磁感应线段与所述第一半桥驱动开关的驱动端之间具有第一接线端；

所述第一电磁感应线段与第二电磁感应线段的公共端具有第二接线端；

所述第二电磁感应线段与所述第二半桥驱动开关的驱动端之间具有第三接线端；

所述第三电磁感应线段与所述第三半桥驱动开关的驱动端之间具有第四接线端；

所述第三电磁感应线段与第一电磁感应线段、第二电磁感应线段的公共端之间具有第五接线端。

6.如权利要求5任意一项所述的电磁感应加热模组，其特征在于，所述第一电磁感应线段、第二电磁感应线段以及第三电磁感应线段的绕线方向相同；

其中，所述第一接线端位于所述电磁感应线圈的圆心附近，所述第三接线端与所述第四接线端相邻，且所述第二电磁感应线段与所述第三电磁感应线段不连接，所述第三电磁感应线段通过所述第五接线端与所述公共端连接。

7.如权利要求1-6任意一项所述的电磁感应加热模组，其特征在于，所述半桥驱动开关包括IGBT、MOS管、双极型三极管、可控硅或者晶闸管。

8.如权利要求1-6任意一项所述的电磁感应加热模组，其特征在于，每一所述电磁感应线段的电感值范围为20μH-200μH。

9.如权利要求1-6任意一项所述的电磁感应加热模组，其特征在于，所述谐振电容的电容值范围为0.2μF-2μF。

10.一种加热设备，其特征在于，所述加热设备包括电磁感应加热模组，所述电磁感应加热模组为权利要求1-9任意一项所述的电磁感应加热模组。

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