JP2017021018A - 誘導加熱ワイヤの磁気特性を測定するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】螺旋状に巻き付けられた誘導加熱ワイヤの磁気特性を正確に計測するためのシステム及び方法を提供する。
【解決手段】システム１００は、第１端１２０及び当該第１端とは長手方向に反対側の第２端１２２を有する導体１０４を含む。誘導加熱ワイヤ１０６は、導体の一部に沿って延びるとともに、この導体から電気的に分離されている。第１端と第２端との間に電流を流す交流電源１０２と、電流Ａを感知するための電流センサ１１２と、第１リード１３０及び反対側の第２リード１３２を含む感知ワイヤ１１０と、を更に含む。前記感知ワイヤは、第１極性を有する第１ループ１４０、及び、これとは逆の第２極性を有する第２ループ１４２を形成している。第２ループは、クロスオーバー１４４において、第１ループに接続されており、誘導加熱ワイヤは、第１ループを通って延びており、電圧センサ１１４が第１リード及び第２リード間の電圧Ｖを感知する。
【選択図】図１

Description

本願は、磁気特性の測定（magnetic characterization）に関し、より具体的には、誘導加熱ワイヤ、特に螺旋状に巻き付けられた誘導加熱ワイヤの磁気特性の測定に関する。

誘導加熱アセンブリは、熱を発生させるために電磁誘導を用いる。具体的には、誘導加熱アセンブリは、導体と、この導体に沿って（近接して）延びる誘導加熱ワイヤとを含む。交流電流が導体を流れると、渦電流及び磁気ヒステリシスにより誘導加熱ワイヤを加熱する交番磁場（alternating magnetic field）が形成される。

したがって、誘導加熱アセンブリは、複合構造体（例えば、熱硬化性樹脂を含む炭素繊維強化複合体）の硬化、及び、部品の加熱（例えば、溶接する部品の予備加熱）などの、加熱を要する様々な用途に用いられている。例えば、誘導加熱アセンブリは、絶縁基材（例えば、シリコーンゴム）に接続する（例えば、組み込んだり積層したりする）ことにより、誘導加熱ブランケットを形成することができる。様々な温度での誘導加熱アセンブリの磁気特性が分かっている場合、関連する誘導加熱ブランケットが所望量の熱を供給するように、誘導加熱アセンブリに供給される交流電流を制御することができる。

最近では、誘導加熱ワイヤが、導体に対して螺旋状に巻き付けられた（例えば、導体の周りにヘリカルコイルを形成する）誘導加熱アセンブリが製造されている。このような構成により、誘導加熱ワイヤを、導体に対して特に近接して有利に設けることができる。

しかしながら、エプスタイン試験器（Epstein frame）などの既知の装置を用いて正確に磁気特性を測定できる直線誘導加熱ワイヤとは異なり、螺旋状に巻き付けられた誘導加熱ワイヤの磁気特性を測定することは困難である。エプスタイン試験器では、螺旋状に巻き付けられた誘導加熱ワイヤの磁気特性を正確に測定することはできない。更に、誘導加熱ワイヤを巻き付ける前の当該ワイヤの磁気特性測定では、巻回プロセスで実行される加工硬化により生じる磁気特性の変化は考慮されない。

本開示は、これら及びその他の課題に関して、提示されるものである。

一実施形態において、誘導加熱ワイヤの磁気特性を測定するための本開示のシステムは、第１端及び当該第１端とは長手方向に反対側の第２端を有する導体を含みうる。前記誘導加熱ワイヤは、前記導体の一部に沿って延びるとともに、前記導体から電気的に分離されている。上記システムは、更に、前記導体に電気的に結合されて、前記第１端と前記第２端との間に電流を流す交流電源と、電流を感知するために配置された電流センサと、第１リード及び反対側の第２リードを含む感知ワイヤと、を更に含みうる。前記感知ワイヤは、第１極性を有する第１ループ、及び、これとは逆の第２極性を有する第２ループを形成している。前記第２ループは、クロスオーバーにおいて、前記第１ループに接続されており、前記誘導加熱ワイヤは、前記第１ループを通って延びている。上記システムは、更に、前記第１リード及び前記第２リード間の電圧を感知するために配置された電圧センサを含みうる。

他の実施形態において、誘導加熱ワイヤの磁気特性を測定するための本開示のシステムは、長軸を規定するとともに、第１端及び当該第１端とは長手方向に反対側の第２端を有する導体を含みうる。前記誘導加熱ワイヤは、前記導体の一部に沿って延びるとともに、前記導体から電気的に分離されている。上記システムは、前記導体に電気的に結合されて、前記第１端と前記第２端との間に電流を流す交流電源と、前記電流を感知するために配置された電流センサと、第１リード及び反対側の第２リードを含む感知ワイヤと、を更に含みうる。前記感知ワイヤは、第１ループ及び第２ループを形成しており、前記第１ループは、第１極性を有するとともに、第１セグメント当該第１セグメントから離間した第２セグメントを含み、前記誘導加熱ワイヤの一部は、前記第１セグメントと前記第２セグメントとの間に配置されており、前記第２ループは、前記第１極性とは逆の第２極性を有するとともに、第３セグメント及び当該第３セグメントから離間した第４セグメントを含む。上記システムは、前記第１リード及び前記第２リード間の電圧を感知するために配置された電圧センサを更に含みうる。

更に他の実施形態において、導体に螺旋状に巻き付けられた誘導加熱ワイヤの磁気特性を測定するための方法が開示される。上記方法は、感知ワイヤを第１ループと第２ループとに分けて配置する工程（１）を含みうる。当該工程において、前記第２ループは、クロスオーバーにおいて前記第１ループに接続されることにより、前記第１ループは第１極性を有し、前記第２ループは前記第１極性とは逆の第２極性を有するようにする。上記方法は、前記誘導加熱ワイヤが前記第１ループを通るように、前記感知ワイヤを前記導体に沿って配置する工程と（２）、前記第２ループにスペーサを配置する工程と（３）、前記導体に交流電流を流す工程と（４）、前記電流を感知する工程と（５）、前記感知ワイヤの両端の電圧を感知する工程と（６）、少なくとも、前記感知された電流及び前記感知された電圧に基づいて、前記誘導加熱ワイヤの特性測定を行う工程と（７）、を更に含みうる。

誘導加熱ワイヤの磁気特性を測定するための本開示のシステム及び方法についての他の実施形態は、以下の詳細な説明、添付図面、及び添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。

本開示の磁気特性測定システムの一実施形態を示す概略側方断面図である。 図１の磁気特性測定システムの一部の断面を軸方向に見た図である。 図１の磁気特性測定システムの他の部分の断面を軸方向に見た図である。 図１の磁気特性測定システムにより収集された例示的なデータを示すグラフである。 図４の例示的なデータから生成されるＢ−Ｈ曲線を示す図である。 本開示の磁気特性測定方法の一実施形態を示すフロー図である。 磁気特性測定システムを組み立てるための本開示の方法の一実施形態を示す概略側方断面図である。

図１を参照すると、概括的に１００で示される本開示の磁気特性測定システムの一実施形態は、交流電源１０２と、導体１０４と、誘導加熱ワイヤ１０６と、スペーサ１０８と、感知ワイヤ１１０と、電流センサ１１２と、電圧センサ１１４と、加熱装置１１６とを含む。磁気特性測定システム１００は、電流センサ１１２及び電圧センサ１１４から信号データを受信及び処理するとともに、所望の磁気特性測定情報を出力するプロセッサ１１８（例えば、コンピュータ）を更に含む。

当業者であれば分かるように、本開示の範囲から逸脱することなく、余剰電流センサ及び／又は余剰電圧センサなどの追加のコンポーネントを、磁気特性測定システム１００に含めることができる。更に、スペーサ１０８及び／又は加熱装置１１６などのいくつかのコンポーネントは、本開示の範囲から逸脱することなく、磁気特性測定システム１００から省くことも可能である。

導体１０４は、長軸Ａに沿って延びるとともに、第１端１２０と、当該第１端１２０とは長手方向に反対側の第２端１２２とを有する。導体１０４は、例えば、単線（solid wire）又は撚り線（stranded wire）などであり、ある長さを有する導電材料で形成されうる。例えば、導体１０４は、銅などの、導電性金属又は金属合金で形成される（或いは、これを含む）。非限定的な具体例として、導体１０４は、複数の微細フィラメントを含むとともに、各フィラメントが、他のフィラメントとは電気的に絶縁されているリッツ線（図２及び３を参照）であってもよい。

図２に示すように、導体１０４は、誘導加熱ワイヤ１０６の直径Ｄ₂及び感知ワイヤ１１０の直径Ｄ₃よりも大きい直径Ｄ₁を有する。一例では、導体１０４の直径Ｄ₁は、約０．０１０インチから約０．１０インチの範囲である。他の例では、導体１０４の直径Ｄ₁は、約０．０２０インチから約０．０５０インチの範囲である。更に他の例では、導体１０４の直径Ｄ₁は、約０．０３０インチである。

再び図１を参照すると、導体１０４の第１端１２０、及び導体１０４の第２端１２２は、交流電源１０２に電気的に接続されている。したがって、交流電流は、矢印Ｉで示すように、導体１０４を流れる。

交流電流Ｉの周波数は、交流電源１０２において制御可能である。透磁率は、交流電流の周波数とは独立しているため、交流電流Ｉが比較的低い周波数を有するように交流電源１０２を制御することにより、電磁誘導による発熱を最小限に抑えることができる。例えば、導体１０４を流れる交流電流Ｉは、最大約１００ｋＨｚ、例えば、５０ｋＨｚ以下又は２５ｋＨｚ以下などの、周波数を有するようにしてもよい。非限定的な具体例として、導体１０４を流れる交流電流Ｉは、約１０ｋＨｚの周波数を有する。

導体１０４を流れる交流電流Ｉは、電流センサ１１２（例えば、電流計）により感知される。電流センサ１１２は、導体１０４と直列に接続されていることが示されているが、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な他の構成（例えば、クランプオン型（clamp-on type）の構成や変流器）を採用することができる。交流電流Ｉを示す信号は、有線又は無線の通信路１２６などを介して、電流センサ１１２からプロセッサ１１８に送られる。

導体１０４を流れる交流電流Ｉは、導体１０４の周りを方位角的に通る磁場Ｈを形成する。図１において、磁場Ｈは、点（紙面から出てくる方向の磁場）及び「ｘ」（紙面に入っていく磁場）で示されている。磁場Ｈは、交流電流Ｉに比例し、交流電流Ｉとともに方向を反転させる（交番する）。

誘導加熱ワイヤ１０６は、導体１０４に近接して当該導体１０４の一部に沿って軸方向に延びているが、当該導体１０４からは電気的に分離されている。誘導加熱ワイヤ１０６は、強磁性材料、例えば、本明細書で説明するような、導体１０４に対して巻き付け可能な強磁性材料で形成されうる（又は、これを含みうる）。例えば、誘導加熱ワイヤ１０６は、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び／又はコバルト（Ｃｏ）で形成される（又は、これらを含む）。したがって、交番磁場Ｈは、誘導加熱ワイヤ１０６において磁気応答を生じさせる。

図１及び２に示すように、ある特定の構成において、誘導加熱ワイヤ１０６は、導体１０４に螺旋状に巻き付けられている。したがって、誘導加熱ワイヤ１０６は、導体１０４の一部に支持されたヘリカルコイルとして効果的に構成することができる。１つの一般的な例として、誘導加熱ワイヤ１０６は、導体１０４のインチ当たりの巻き数が約１０回から約１００回になるように、導体１０４に巻き付けられる。１つの具体的な例として、誘導加熱ワイヤ１０６は、導体１０４のインチ当たりの巻き数が約５０回になるように、導体１０４に巻き付けられる。

図２に示すように、第１実施態様において、誘導加熱ワイヤ１０６は、導体１０４の直径Ｄ₁より小さい直径Ｄ₂を有する。第１実施態様の一例において、誘導加熱ワイヤ１０６の直径Ｄ₂は、導体１０４の直径Ｄ₁の最大約７５パーセントである。他の例において、誘導加熱ワイヤ１０６の直径Ｄ₂は、導体１０４の直径Ｄ₁の最大約５０パーセントである。他の例において、誘導加熱ワイヤ１０６の直径Ｄ₂は、導体１０４の直径Ｄ₁の最大約４０パーセントである。他の例では、誘導加熱ワイヤ１０６の直径Ｄ₂は、約０．００５インチから約０．０５０インチの範囲である。他の例では、誘導加熱ワイヤ１０６の直径Ｄ₂は、約０．０１０インチから約０．０２０インチの範囲である。更に他の例では、誘導加熱ワイヤ１０６の直径Ｄ₂は、約０．０１０インチである。

第２実施態様において、誘導加熱ワイヤ１０６は、導体１０４の直径Ｄ₁と実質的に同じか、これより大きい直径Ｄ₂を有する。第２実施態様の一例において、誘導加熱ワイヤ１０６の直径Ｄ₂は、導体１０４の直径Ｄ₁の少なくとも約１１０パーセントである。他の例において、誘導加熱ワイヤ１０６の直径Ｄ₂は、導体１０４の直径Ｄ₁の少なくとも約１５０パーセントである。

再度図１を参照すると、感知ワイヤ１１０は、（感知ワイヤ１１０の第１端における）第１リード１３０及び（感知ワイヤ１１０の反対側の第２端における）第２リード１３２を有する、ある長さを有する長状の導電材料で形成されうる。例えば、感知ワイヤ１１０は、単線又は撚線である。感知ワイヤ１１０は、銅などの、導電性金属又は金属合金で形成されうる（或いは、これを含みうる）。

図２に示すように、感知ワイヤ１１０は、導体１０４の直径Ｄ₁よりも小さい直径Ｄ₃を有する。感知ワイヤ１１０の直径Ｄ₃は、誘導加熱ワイヤ１０６の直径Ｄ₂よりも小さい。一例において、感知ワイヤ１１０の直径Ｄ₃は、導体１０４の直径Ｄ₁の最大約５０パーセントである。他の例において、感知ワイヤ１１０の直径Ｄ₃は、導体１０４の直径Ｄ₁の最大約３５パーセントである。他の例では、感知ワイヤ１１０の直径Ｄ₃は、約０．００６インチから約０．０１０インチの範囲である。

本明細書で述べたように、導体１０４は、リッツ線であってもよい。したがって、導体１０４の直径Ｄ₁よりも著しく小さい直径Ｄ₃を有する感知ワイヤ１１０を選択して、感知ワイヤ１１０（又は、当該ワイヤの少なくとも一部）を導体１０４に圧入することにより、図２に示すように、直径が、単独での導体１０４の直径Ｄ₁と実質的に同様であり（例えば、当該直径に比べて実質的に大きくならず）、（断面が）実質的に丸い組合せ構造体を実現することができる。

再び図１を参照すると、感知ワイヤ１１０は、２つの実質的に等しいループ、すなわち、第１ループ１４０及び第２ループ１４２に分けて配置されている。第２ループ１４２は、クロスオーバー１４４で第１ループ１４０に接続されている。例えば、感知ワイヤ１１０は、「数字の８」形状に構成されている。したがって、第１ループ１４０は、第１極性を有し、第２ループ１４２は、第１極性とは逆の第２極性を有する。

感知ワイヤ１１０により形成される第１ループ１４０は、導体１０４に隣接して配置されており、感知ワイヤ１１０の第１セグメント１４６と、感知ワイヤ１１０の第２セグメント１４８とを含む。第２ループ１４２は、導体１０４に隣接して配置されており、感知ワイヤ１１０の第３セグメント１５０と、感知ワイヤ１１０の第４セグメント１５２とを含む。第１リード１３０は、第１セグメント１４６に接続されており、当該第１セグメントは、クロスオーバー１４４を越えて第４セグメント１５２に接続されている。第４セグメント１５２の反対側の端部は、第３セグメント１５０に接続されており、当該第３セグメントは、クロスオーバー１４４を越えて第２セグメント１４８に接続されている。第２セグメント１４８の反対側の端部は、第２リード１３２に接続されている。

第１ループ１４０が、第２ループ１４２と同等且つ逆である極性を有するように、各セグメント１４６、１４８、１５０、１５２は、実質的に同じ長さを有する。第１セグメント１４６及び第２セグメント１４８は、導体１０４に対して同じ軸方向位置に設けられている一方、第３セグメント１５０及び第４セグメント１５２は、導体１０４に対して同じ軸方向位置であって、且つ、第１セグメント１４６及び第２セグメント１４８に対して軸方向に隣接して設けられている。更に、第１セグメント１４６及び第３セグメント１５０は、導体１０４に対して同じ径方向位置に配置されている。また、第２セグメント１４８は、第１セグメント１４６から（導体１０４の長軸Ａに対して）第１径方向距離Ｒ₁だけ外方に離間しており、第４セグメント１５２は、第３セグメント１５０から第２径方向距離Ｒ₂だけ外方に離間している。ここで、第１径方向距離Ｒ₁は、第２径方向距離Ｒ₂と実質的に等しい。

図１及び２に示すように、誘導加熱ワイヤ１０６は、（第１セグメント１４６と第２セグメント１４８との間において）感知ワイヤ１１０により規定される第１ループを通って延びている。したがって、第１ループ１４０の第１セグメント１４６は、導体１０４と誘導加熱ワイヤ１０６との間に配置されている一方で、第２セグメント１４８は、誘導加熱ワイヤ１０６の径方向外側に配置されている。したがって、誘導加熱ワイヤ１０６は、第１セグメント１４６と第２セグメント１４８との間の径方向距離Ｒ₁を規定している。

図１及び３に示すように、スペーサ１０８は、（第３セグメント１５０と第４セグメント１５２との間において）感知ワイヤ１１０により規定される第２ループを通って延びている。したがって、第２ループ１４２の第３セグメント１５０は、導体１０４とスペーサ１０８との間に配置されている一方で、第４セグメント１５２は、スペーサ１０８の径方向外側に配置されている。これによって、スペーサ１０８は、第３セグメント１５０と第４セグメント１５２との間の径方向距離Ｒ₂を、第１セグメント１４６と第２セグメント１４８との間の径方向距離Ｒ₁と実質的に同じにすることができる。

スペーサ１０８は、非強磁性材料で形成されうる。例えば、スペーサ１０８は、非強磁性金属（例えば、銅）又は非金属（例えば、ガラス繊維）から形成される（又は、これらを含む）。したがって、スペーサ１０８において、交番磁場Ｈによる磁気応答は誘発されない。

特定の一実施形態において、スペーサ１０８は、導体１０４に螺旋状に巻き付けられた、ある長さを有する非強磁性材料で形成される。軸方向に隣接する誘導加熱ワイヤ１０６と同様に、スペーサ１０８は、導体１０４の一部に受けられるヘリカルコイルとして効果的に構成することができる。スペーサ１０８の直径Ｄ₄（図３）は、誘導加熱ワイヤ１０６の直径Ｄ₂（図２）と実質的に等しい。したがって、スペーサ１０８は、第２ループ１４２の第３セグメント１５０と第４セグメント１５２との間で所望の径方向距離Ｒ₂を維持することができる。

再び図１を参照すると、感知ワイヤ１１０の第１リード１３０及び第２リード１３２間の電圧は、電圧センサ１１４（例えば、電圧計）により感知される。第１及び第２リード１３０、１３２間の電圧を示す信号は、有線又は無線の通信路１２８などを介して、電圧センサ１１４からプロセッサ１１８に送られる。

導体１０４を流れる交流電流Ｉにより形成される交番磁場Ｈは、誘導加熱ワイヤ１０６において磁気応答を生じさせる。ファラデーの電磁誘導の法則に定められているように、誘導加熱ワイヤ１０６において変化する磁束により、第１及び第２リード１３０、１３２間に電圧が発生する。この電圧は、電圧センサ１１４により感知される。

導体１０４を流れる交流電流Ｉにより形成されるとともに感知ワイヤ１１０のセグメント１４６、１４８、１５０、１５２に交差する交番磁場Ｈもまた、第１及び第２リード１３０、１３２間に電圧を発生させる。このバックグラウンドの磁場Ｈからの電圧により、誘導加熱ワイヤ１０６の磁気応答の計測の確定性が著しく損なわれる可能性がある。しかしながら、感知ワイヤ１１０の第１ループ１４０が、第２ループ１４２と同等且つ逆である極性を有しているため、第１及び第２ループ１４０、１４２により生成される電圧は、符号が逆である。

したがって、各ループ１４０、１４２の全長及び径方向距離Ｒ₁、Ｒ₂が実質的に同じである場合、誘導加熱ワイヤ１０６に起因しない印加磁場である磁場Ｈによって感知ワイヤ１１０に誘発される電圧が、打ち消される。したがって、電圧センサ１１４は、誘導加熱ワイヤ１０６の磁気応答のみを感知する。

図４を参照すると、磁気特性測定は、時間関数としての電流Ｉ、及び、時間関数としてのリード１３０、１３２間の電圧を（電流センサ１１２（図１）及び電圧センサ１１４（図１）により）記録することにより行われる。電流Ｉ及び電圧データは、１つ又は複数の完全な周波数サイクルにおいて収集される。印加磁場Ｈは、電流Ｉに正比例するとともに当該電流と同相である。磁気応答は、誘導加熱ワイヤ１０６における全磁束について、電圧の時間積分（電圧−時間プロット線の下方の面積）に比例している。ワイヤにおける平均磁場Ｂは、磁束を、第１ループ１４０内部の所定の断面におけるワイヤの総面積で除算することにより求められる。図５に示すように、ＢＨ曲線は、平均磁場Ｂと印加磁場Ｈとの関係をプロットすることにより得られる。ＢＨ曲線は、透磁率及び磁気ヒステリシスを示しており、設計計算において有用と考えられる。

様々な温度での磁気応答を把握していると有利なことが多い。したがって、導体１０４、誘導加熱ワイヤ１０６、スペーサ１０８、及び感知ワイヤ１１０を、加熱装置１１６に配置して、所望の測定温度に制御してもよい。例えば、加熱装置１１６は、オーブン又は炉である（又は、これを含む）。加熱装置１１６の温度を制御することにより、様々な温度で磁気特性測定を行うことができる。

また、本開示には、磁気特性測定方法も含まれる。本開示の磁気特性測定方法は、誘導加熱アセンブリの一部である（又は、一部となりうる）誘導加熱ワイヤの磁気特性を測定するために用いられる。当該アセンブリは、誘導加熱ワイヤと、導体と、交流電源とを含む。特定の一実施形態において、磁気特性が測定される誘導加熱ワイヤは、導体に螺旋状に巻き付けられている（図１及び２を参照）。

図１と共に図６を参照すると、概括的に２００で示される本開示の磁気特性測定方法の一実施形態は、ブロック２０２で始まり、当該ブロックにおいて、感知ワイヤ１１０を第１ループ１４０と第２ループ１４２とに分けて配置する工程が行われる。なお、第２ループ１４２は、クロスオーバー１４４で、第１ループ１４０に接続されている。両ループ１４０、１４２の寸法及び形状は、実質的に等しく、第１ループ１４０は、第１極性を有し、第２ループ１４２は、逆極性である第２極性を有する。

ブロック２０４において、感知ワイヤ１１０を導体１０４に沿って配置し、感知ワイヤ１１０によって形成される第１ループ１４０に誘導加熱ワイヤ１０６を通す。したがって、誘導加熱ワイヤ１０６は、感知ワイヤ１１０の第２セグメント１４８を、感知ワイヤ１１０の第１セグメント１４６から第１径方向距離Ｒ₁だけ外方に離間させる。

ブロック２０６において、感知ワイヤ１１０によって形成される第２ループ１４２に、スペーサ１０８を配置する。スペーサ１０８は、感知ワイヤ１１０の第４セグメント１５２を、感知ワイヤ１１０の第３セグメント１５０から第２径方向距離Ｒ₂だけ外方に離間させるとともに、第２径方向距離Ｒ₂が、第１径方向距離Ｒ₁と実質的に等しくなるようにする。

ブロック２０８において、交流電流Ｉを導体１０４に流す。導体１０４を流れる交流電流Ｉは、導体１０４の周りを方位角的に通る交番磁場Ｈを形成する。交番磁場Ｈは、誘導加熱ワイヤ１０６において磁気応答を生じさせ、これにより、感知ワイヤ１１０の第１及び第２リード１３０、１３２間に電圧が発生する。

ブロック２１０において、導体１０４を流れる交流電流Ｉを感知する。例えば、導体１０４を流れる交流電流Ｉを感知するために、電流センサ１１２を設けてもよい。

ブロック２１２において、感知ワイヤ１１０の第１及び第２リード１３０、１３２間に流れる電圧を感知する。例えば、感知ワイヤ１１０の第１及び第２リード１３０、１３２間の電圧を感知するために、電圧センサ１１４を設けてもよい。

ブロック２１４において、少なくとも、導体１０４を流れる感知された交流電流Ｉ、及び、感知ワイヤ１１０の第１及び第２リード１３０、１３２間の感知された電圧に基づいて、誘導加熱ワイヤ１０６の磁気特性を測定する。例えば、平均磁場Ｂと、印加磁場Ｈ及び／又は透磁率との関係をプロットすることにより、ＢＨ曲線を作成する。特性測定の工程２１４は、様々な温度で繰り返し行ってもよい。

図７Ａ〜７Ｅを参照すると、磁気特性測定システムを組み立てるための方法が更に開示されている。図７Ａに示すように、組み立て方法は、第１リード１３０と、第１セグメント１４６と、第４セグメント１５２と、第３セグメント１５０と、第２セグメント１４８と、第２リード１３２とを（一端から他端までの間に）有する感知ワイヤ１１０を設けることにより開始する。

引き続き図７Ａを参照すると、感知ワイヤ１１０の第３セグメントは、導体１０４に沿って（且つ、隣接して）配置されている。図７Ｂに示すように、導体１０４の第１部分、及び感知ワイヤ１１０の第３セグメント１５０に対して、スペーサ１０８を螺旋状に巻き付ける。図７Ｃに示すように、感知ワイヤ１１０の第４セグメント１５２をスペーサ１０８に重ねることにより、第２ループ１４２を形成する。第２ループ１４２は、第３セグメント１５０から径方向外方に離間された第４セグメント１５２を含み、スペーサ１０８は、第３セグメント１５０と第４セグメント１５２との間に配置されている。

引き続き図７Ｃを参照すると、第２ループ１４２を形成した後、感知ワイヤ１１０の第１セグメントを導体１０４に沿って（且つ、隣接して）配置する。図７Ｄに示すように、磁気特性の測定対象の誘導加熱ワイヤ１０６を、導体１０４の（スペーサ１０８を支持する第１部分に隣接する）第２部分、及び、感知ワイヤ１１０の第１セグメントに螺旋状に巻き付ける。

図７Ｅに示すように、感知ワイヤ１１０の第２セグメント１４８を誘導加熱ワイヤ１０６に重ねることにより、第１ループ１４０を形成する。第１ループ１４０は、第１セグメント１４６から径方向外方に離間された第２セグメント１４８を含み、誘導加熱ワイヤ１０６は、第１セグメント１４６と第２セグメント１４８との間に配置されている。

さらに、本開示は、以下の付記による実施形態を含む。

付記１．誘導加熱ワイヤの磁気特性を測定するためのシステムであって、
長軸を規定するとともに、第１端及び当該第１端とは長手方向に反対側の第２端を有する導体を含み、前記誘導加熱ワイヤは、前記導体の一部に沿って延びるとともに、前記導体から電気的に分離されており、
前記導体に電気的に結合されて、前記第１端と前記第２端との間に交流電流を流す交流電源と、
前記交流電流を感知するために配置された電流センサと、
第１リード及び反対側の第２リードを含む感知ワイヤと、を更に含み、前記感知ワイヤは、第１ループ及び第２ループを形成しており、
前記第１ループは、第１極性を有するとともに、第１セグメント及び当該第１セグメントから離間した第２セグメントを含み、前記誘導加熱ワイヤの一部は、前記第１セグメントと前記第２セグメントとの間に配置されており、
前記第２ループは、前記第１極性とは逆の第２極性を有するとともに、第３セグメント及び当該第３セグメントから離間した第４セグメントを含み、
前記第１リード及び前記第２リード間の電圧を感知するために配置された電圧センサを更に含む、システム。

付記２．前記誘導加熱ワイヤは、前記導体の前記一部に螺旋状に巻き付けられている、付記１に記載のシステム。

付記３．前記第２セグメントは、前記第１セグメントから第１径方向距離だけ外側に離間しており、前記第４セグメントは、前記第３セグメントから第２径方向距離だけ外側に離間している、付記１に記載のシステム。

付記４．前記第１径方向距離は、前記第２径方向距離と実質的に等しい、付記３に記載のシステム。

付記５．前記導体は、リッツ線である、付記１に記載のシステム。

付記６．前記導体は第１直径を有し、前記誘導加熱ワイヤは第２直径を有し、前記感知ワイヤは第３直径を有し、前記第１直径は、前記第２直径及び前記第３直径よりも大きい、付記１に記載のシステム。

付記７．前記交流電流は、最大約５０ｋＨｚの周波数を有する、付記１に記載のシステム。

付記８．前記誘導加熱ワイヤは強磁性材料で形成されている、付記１に記載のシステム。

付記９．前記第３セグメントと前記第４セグメントとの間に配置されたスペーサを更に含む、付記１に記載のシステム。

付記１０．前記スペーサは、前記導体に螺旋状に巻き付けられるとともに、前記誘導加熱ワイヤに対して軸方向に隣接している、付記９に記載のシステム。

付記１１．前記スペーサは、非強磁性材料で形成されている、付記９に記載のシステム。

付記１２．前記第１セグメント、前記第２セグメント、前記第３セグメント、及び前記第４セグメントは、実質的に均等な長さを有する、付記１に記載のシステム。

付記１３．前記第１ループは、クロスオーバーにおいて前記第２ループに接続されている、付記１に記載のシステム。

付記１４．前記第１セグメントは、前記第１リードに接続されており、
前記第２セグメントは、前記第２リードに接続されており、
前記第３セグメントは、前記第２セグメントと前記第４セグメントとの間に配置されており、
前記第４セグメントは、前記第１セグメントと前記第３セグメントとの間に配置されている、付記１に記載のシステム。

付記１５．加熱装置を更に含み、前記誘導加熱ワイヤは前記加熱装置内に配置されている、付記１に記載のシステム。

付記１６．
導体に螺旋状に巻き付けられた誘導加熱ワイヤの磁気特性を測定するための方法であって、
感知ワイヤを第１ループと第２ループとに分けて配置し、その際、前記第２ループは、クロスオーバーにおいて前記第１ループに接続されることにより、前記第１ループは第１極性を有し、前記第２ループは前記第１極性とは逆の第２極性を有するようにし、
前記誘導加熱ワイヤが前記第１ループを通るように、前記感知ワイヤを前記導体に沿って配置し、
前記第２ループにスペーサを配置し、
前記導体に交流電流を流し、
前記交流電流を感知し、
前記感知ワイヤの両端の電圧を感知し、
少なくとも、前記感知された交流電流及び前記感知された電圧に基づいて、前記誘導加熱ワイヤの特性測定を行う、方法。

付記１７．前記第１ループは、第１セグメント及び第２セグメントを含み、前記第２ループは、第３セグメント及び第４セグメントを含み、前記第１セグメント、前記第２セグメント、前記第３セグメント、及び前記第４セグメントは、実質的に均等な長さを有する、付記１６に記載の方法。

付記１８．前記スペーサを配置する際に、前記導体に対して前記スペーサを螺旋状に巻き付ける、付記１６に記載の方法。

付記１９．前記誘導加熱ワイヤの特性測定を行う際に、前記感知された電圧の時間積分を行う、付記１６に記載の方法。

付記２０．前記誘導加熱ワイヤの特性測定を行う際に、ＢＨ曲線を作成する、付記１６に記載の方法。

このように、ヘリカル（螺旋状に巻き付けられた）誘導加熱ワイヤを含む、誘導加熱ワイヤの磁気特性を測定するためのシステム及び方法が開示されている。特に、本開示のシステム及び方法は、螺旋状に巻き付けられた誘導加熱ワイヤが実際に使用される形態（電流を搬送する導体に巻き付いた形態）で、当該ワイヤの磁気応答を正確に計測するために用いることができる。感知ワイヤにより、システムの構成への影響を最小限に抑えつつ、通電する導体により形成された磁界からのバックグラウンドの応答を打ち消すことができるため、主として（全てではないにしても）誘導加熱ワイヤからの応答を測定することになる。

誘導加熱ワイヤの磁気特性を測定するための本開示のシステム及び方法について様々な実施形態を図示及び説明してきたが、本明細書を読めば当業者には種々の変形が可能であろう。本願はそのような変形も包含し、請求の範囲によってのみ限定されるものとする。

Claims (15)

1. 誘導加熱ワイヤの磁気特性を測定するためのシステムであって、
   長軸を規定するとともに、第１端及び当該第１端とは長手方向に反対側の第２端を有する導体を含み、前記誘導加熱ワイヤは、前記導体の一部に沿って延びるとともに、前記導体から電気的に分離されており、
   前記導体に電気的に結合されて、前記第１端と前記第２端との間に交流電流を流す交流電源と、
   前記交流電流を感知するために配置された電流センサと、
   第１リード及び反対側の第２リードを含む感知ワイヤと、を更に含み、前記感知ワイヤは、第１ループ及び第２ループを形成しており、
   前記第１ループは、第１極性を有するとともに、第１セグメント及び当該第１セグメントから離間した第２セグメントを含み、前記誘導加熱ワイヤの一部は、前記第１セグメントと前記第２セグメントとの間に配置されており、
   前記第２ループは、前記第１極性とは逆の第２極性を有するとともに、第３セグメント及び当該第３セグメントから離間した第４セグメントを含み、
   前記第１リード及び前記第２リード間の電圧を感知するために配置された電圧センサを更に含む、システム。
2. 前記誘導加熱ワイヤは、前記導体の前記一部に螺旋状に巻き付けられている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記第２セグメントは、前記第１セグメントから第１径方向距離だけ外側に離間しており、前記第４セグメントは、前記第３セグメントから第２径方向距離だけ外側に離間しており、前記第１径方向距離は、前記第２径方向距離と実質的に等しい、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記導体は第１直径を有し、前記誘導加熱ワイヤは第２直径を有し、前記感知ワイヤは第３直径を有し、前記第１直径は、前記第２直径及び前記第３直径よりも大きく、前記導体はリッツ線であり、前記誘導加熱ワイヤは強磁性材料で形成されている、請求項１〜３の何れか１つに記載のシステム。
5. 前記交流電流は、最大約５０ｋＨｚの周波数を有する、請求項１〜４の何れか１つに記載のシステム。
6. 前記第３セグメントと前記第４セグメントとの間に配置されたスペーサを更に含み、前記スペーサは、前記導体に螺旋状に巻き付けられるとともに、前記誘導加熱ワイヤに対して軸方向に隣接しており、前記スペーサは、非強磁性材料で形成されている、請求項１〜５の何れか１つに記載のシステム。
7. 前記第１セグメント、前記第２セグメント、前記第３セグメント、及び前記第４セグメントは、実質的に均等な長さを有する、請求項１〜６の何れか１つに記載のシステム。
8. 前記第１ループは、クロスオーバーにおいて前記第２ループに接続されている、請求項１〜７の何れか１つに記載のシステム。
9. 前記第１セグメントは、前記第１リードに接続されており、
   前記第２セグメントは、前記第２リードに接続されており、
   前記第３セグメントは、前記第２セグメントと前記第４セグメントとの間に配置されており、
   前記第４セグメントは、前記第１セグメントと前記第３セグメントとの間に配置されている、請求項１〜８の何れか１つに記載のシステム。
10. 加熱装置を更に含み、前記誘導加熱ワイヤは前記加熱装置内に配置されている、請求項１〜９の何れか１つに記載のシステム。
11. 導体に螺旋状に巻き付けられた誘導加熱ワイヤの磁気特性を測定するための方法であって、
    感知ワイヤを第１ループと第２ループとに分けて配置し、その際、前記第２ループは、クロスオーバーにおいて前記第１ループに接続されることにより、前記第１ループは第１極性を有し、前記第２ループは前記第１極性とは逆の第２極性を有するようにし、
    前記誘導加熱ワイヤが前記第１ループを通るように、前記感知ワイヤを前記導体に沿って配置し、
    前記第２ループにスペーサを配置し、
    前記導体に交流電流を流し、
    前記交流電流を感知し、
    前記感知ワイヤの両端の電圧を感知し、
    少なくとも、前記感知された交流電流及び前記感知された電圧に基づいて、前記誘導加熱ワイヤの特性測定を行う、方法。
12. 前記第１ループは、第１セグメント及び第２セグメントを含み、前記第２ループは、第３セグメント及び第４セグメントを含み、前記第１セグメント、前記第２セグメント、前記第３セグメント、及び前記第４セグメントは、実質的に均等な長さを有する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記スペーサを配置する際に、前記導体に対して前記スペーサを螺旋状に巻き付ける、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記誘導加熱ワイヤの特性測定を行う際に、前記感知された電圧の時間積分を行う、請求項１１〜１３の何れか１つに記載の方法。
15. 前記誘導加熱ワイヤの特性測定を行う際に、ＢＨ曲線を作成する、請求項１１〜１４の何れか１つに記載の方法。

Images