CN111902235A - 包含控制导线的感应加热扩展缆线 - Google Patents

Abstract

公开了包含控制导线的感应加热扩展缆线。示例缆线组装件包含：第一多根导线，所述第一多根导线采用利兹缆线布置；外部保护层，所述外部保护层被配置成保护所述多根导线以免受物理损坏；以及第二多根导线，所述第二多根导线与所述第一多根导线电气隔离并由所述外部保护层保护以免受物理损坏。

Description

包含控制导线的感应加热扩展缆线

本国际申请要求于2018年3月22日提交的标题为“INDUCTION HEATING EXTENSIONCABLES INCLUDING CONTROL CONDUCTORS(包含控制导线的感应加热扩展缆线)”的美国专利申请序列第15/928,272号的优先权。第15/928,272号美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

对待被焊接的工件(例如，管材)的感应加热通常涉及将夹具和/或一根或多根导电缆线布置为接近工件。提供感应加热功率的功率供应装置可被定位成与工件和/或夹具相距相当大的距离，以致于直接在功率供应装置处测量加热参数不可行。

发明内容

公开了包含控制导线的感应加热扩展缆线，该感应加热扩展缆线大体上如由附图中的至少一幅附图示出，并结合这些附图中的至少一幅附图描述，并在权利要求书中更全面地阐述。

附图说明

图1A是根据本公开的各方面构造的包含缆线组装件的示例感应加热系统的框图。

图1B是根据本公开的各方面的另一示例感应加热系统的框图。

图2是图1A和/或图1B的缆线组装件的示例实施方案。

附图未必按比例绘制。适当时，相似或相同的附图标记用于表示相似或相同的部件。

具体实施方式

感应加热扩展缆线(induction heating extension cables)在感应加热功率供应装置(例如，产生和/或转换感应加热电流的功率供应装置)与感应加热缆线(例如，被定位成接近工件使得感应加热电流在工件内感应出涡电流的缆线)之间输送感应加热电流。感应加热扩展缆线可使这些携载感应加热电流的导体紧密耦接，以减少(例如，最小化或消除)泄漏并提高效率。

与常规缆线不同，所公开的示例扩展缆线包含额外的控制缆线，所述额外的控制缆线传送数据和/或功率，并且包含在扩展缆线的外部保护层内(例如，不在扩展缆线的外部)。所公开的示例扩展缆线将感应加热功率供应装置耦接到可定位成接近工件的远程装置，以与远程装置交换数据和/或将功率提供到远程装置。此外，所公开的示例可省去在将数据电耦合到高功率加热导线时可需要的电气隔离措施，而由扩展缆线的相对硬的外部护套或保护层进行保护，以免受在焊接型环境中可能发生的物理损坏。

所公开的示例缆线组装件包含：第一多根导线，所述第一多根导线采用利兹缆线布置；外部保护层，所述外部保护层被配置成保护所述第一多根导线以免受物理损坏；以及第二多根导线，所述第二多根导线与所述第一多根导线电气隔离并由所述外部保护层保护以免受物理损坏。

在一些示例缆线组装件中，所述第二多根导线包含双绞线。在一些示例缆线组装件中，所述第二多根导线包含同轴导线。一些示例缆线组装件还包含耦接器，所述耦接器用于将所述第一多根导线耦接到感应加热缆线，以及将所述第二多根导线耦接到感应加热附件。在一些这样的示例中，所述第二多根导线在感应加热附件与感应加热功率供应装置之间传导功率或数据中的至少一者。

在一些示例中，所述第一多根导线被配置成传导感应加热电流。在一些示例中，在不包括电绝缘材料的情况下，所述第一多根导线的总横截面积为至少8.37平方毫米。一些示例缆线组装件还包含耦接器，所述耦接器用于将所述第一多根导线耦接到感应加热功率供应装置，以及将所述第二多根导线耦接到感应加热功率供应装置。在一些这样的示例中，耦接器将所述第一多根导线耦接到感应加热功率供应装置的功率连接器。在一些示例中，耦接器将所述第二多根导线耦接到感应加热功率供应装置的通信连接器。

所公开的示例感应加热系统包含感应加热功率供应装置、远离所述感应加热功率供应装置的监测装置以及缆线组装件。所述缆线组装件包含：第一多根导线，所述第一多根导线采用利兹缆线布置；外部保护层，所述外部保护层被配置成保护所述第一多根导线以免受物理损坏；以及第二多根导线，所述第二多根导线与所述第一多根导线电隔离并由所述外部保护层保护以免受物理损坏。

在一些示例中，所述第二多根导线包括双绞线。在一些示例中，所述第二多根导线包括同轴导线。一些示例感应加热系统还包含耦接器，所述耦接器用于将所述第一多根导线耦接到感应加热缆线以及将所述第二多根导线耦接到监测装置。在一些这样的示例中，所述第二多根导线在监测装置与感应加热功率供应装置之间传导功率或数据中的至少一者。

在一些示例感应加热系统中，所述第一多根导线传导感应加热电流。在一些示例中，在不包括电绝缘材料的情况下，所述第一多根导线的总横截面积为至少8.37平方毫米。一些示例感应加热系统还包含耦接器，所述耦接器用于将所述第一多根导线耦接到感应加热功率供应装置，以及将所述第二多根导线耦接到感应加热功率供应装置。在一些这样的示例中，耦接器将所述第一多根导线耦接到感应加热功率供应装置的功率连接器。在一些示例中，耦接器将所述第二多根导线耦接到感应加热功率供应装置的通信连接器。

图1A是包含缆线组装件102的示例感应加热系统100的框图。加热系统100包含感应加热功率供应装置104，该感应加热功率供应装置104经由缆线组装件102和感应加热缆线107将加热功率提供到工件106。系统100还包含感应加热监测器108。感应加热监测器108可以是用于监测工件106的监测装置和/或可以是任意其它类型的感应加热附件。

缆线组装件102包含外部保护层110、采用利兹配置(Litz configuration)的多根导线112a、112b、以及两根或更多根导线114的第二集合。利兹导线112a、112b将电流提供到加热缆线107。当加热缆线107被布置成接近工件106(例如，缠绕工件106、附接到被配置成将电流引导到工件106的夹具)时，功率供应装置104和加热缆线107在工件106中感应出涡电流，以对工件106进行感应加热。在一些示例中，示例利兹导线112a、112b中的每一者的有效规格可等同于美国线规(AWG)8(例如，在不包括利兹导线的电绝缘材料的情况下，总横截面积为至少8.37平方毫米)或更大。在使用多根利兹导线来实现利兹导线112a、112b中的每一者的示例中，用于实现这些利兹导线中的每一者的利兹导线的组合的有效规格等同于AWG 8或更大(例如，在不包括利兹导线的电绝缘材料的情况下，实现利兹导线112a的多根导线的组合的总横截面积为至少8.37平方毫米，并且实现利兹导线112b的多根导线的组合总横截面积为至少8.37平方毫米)。在其它示例中，利兹导线112a、112b的组合的有效规格可等同于AWG 8(例如，利兹导线112a、112b中的每一者的规格可等同于小于AWG 8)。

第二导线114包含在缆线组装件102的外部保护层110(例如，外部护套)内，但与利兹导线112a、112b电隔离以便与相对高的电流和/或电压隔离。示例外部保护层110可使用例如热塑性聚酯弹性体(例如，

)、聚氨酯和/或对利兹导线112a、112b和第二导线114提供机械保护和电气保护的任意其它材料和/或材料的组合构造而成。第二导线114可以向感应加热监测器108输送功率和/或在功率供应装置104和感应加热监测器108之间交换数据信号。第二导线114的示例实施方案包含一根或多根双绞导线，或一根或多根同轴缆线。也可使用其它实施方案。

图1A的示例缆线组装件102还包含功率供应装置耦接器116和加热缆线耦接器118。功率供应装置耦接器116将导线112a、112b耦接到感应加热功率供应装置104的功率端子120a、120b(例如，正端子和负端子)，和/或将第二导线114耦接到感应加热功率供应装置104的通信端子122。功率端子120a、120b可以是传输用于经由感应加热缆线107对工件106进行加热的加热功率的接线柱。示例感应加热功率供应装置104可经由通信端子122与感应加热监测器108交换数据和/或将功率提供到感应加热监测器108。在一些示例中，功率端子120a、120b和通信端子122集成到同一连接器中，功率供应装置耦接器116可连接到该连接器。

加热缆线耦接器118将导线112a、112b耦接到感应加热缆线107。加热缆线耦接器118还经由外部导线124将导线114耦接到感应加热监测器108。外部导线124可以与缆线组装件102内的导线114具有相同的类型。例如，如果导线114包含多根双绞线，那么外部导线124也可包含多根双绞线。外部导线124可以是可替换的，以使得适当长度的外部导线124可用于将感应加热监测器108定位在期望位置。

示例感应加热监测器108经由缆线组装件102的导线114与感应加热功率供应装置104进行通信。如上所述，导线114与携载感应加热功率的导线112a、112b电隔离，并且导线114和导线112a、112b包含在缆线组装件102的外保护层110内。在图1A的示例中，感应加热监测器108经由扩展缆线内的导线114来通信和/或接收功率。然而，导线114也可以至少部分地包含在加热缆线107内。

感应加热监测器108包含通信电路126、控制电路128、数据收集电路130、功率电路132、能量储存装置134、用户接口136和传感器接口138。示例通信电路126包含发射机电路140和接收机电路142。

示例发射机电路140经由外部导线124和加热缆线耦接器118来经由导线114将感应加热数据传送到感应加热功率供应装置104。示例接收机电路142可以接收来自感应加热功率供应装置104的数据。感应加热功率供应装置104可以包含类似的通信电路系统，包含发射机电路系统和/或接收机电路系统，以接收感应加热数据和/或向感应加热监测器108传送配置数据。在一些示例中，感应加热功率供应装置104基于经由导线114从感应加热监测器108接收到的感应加热数据来修改感应加热输出(例如，感应加热功率等)。

发射机电路140使感应加热数据成帧(frame)以供经由导线114进行传输。该感应加热数据可以根据由一个或多个传感器144经由传感器接口138和/或数据收集电路130收集的传感器数据生成。数据收集电路130可以包含传感器数字化仪146，用于将从传感器144接收的数据数字化。感应加热数据可以经由传感器数字化仪146转换为数字数据和/或由用户或操作者经由用户接口136输入。

示例传感器144可以包含温度传感器(例如，热电偶、热敏电阻、电阻式温度装置、红外传感器、基于半导体的温度传感器等)、冷却剂压力传感器、或冷却剂流量传感器，和/或位置传感器。示例感应加热数据包含以下中的一者或多者：用感应加热缆线107加热工件106时的环境温度、感应加热缆线107的温度、与感应加热缆线107接触的垫层(blanket)的温度、工件106的温度、流过感应加热缆线107的电流的测量值、感应加热缆线107处的电压的电压测量值(例如，感应加热缆线107的以感应方式耦接到工件106的部分两端的电压)、误差信号、流过感应加热缆线107的冷却剂的温度、冷却剂压力、冷却剂流速、工件标识符、感应加热缆线标识符、操作者标识符、日期信息、时间信息、地理信息、缆线夹具标识符，和/或在感应加热监测器108处输入的任何类型的操作者或用户输入。

功率电路132从导线114、124提取功率，该功率可以与数据信号多路复用。功率电路132将功率提供给数据收集电路130、传感器144(例如，经由传感器接口138)、控制电路128、用户接口136和/或通信电路126。附加地或可选地，功率电路可以向能量储存装置134充电。示例能量存储装置134在功率电路132无法为部件供电时，向数据收集电路130、传感器144(例如，经由传感器接口138)、控制电路128、用户接口136和/或通信电路126提供功率。示例能量储存装置134可以包含一个或多个电池、一个或多个电容器和/或任何其他类型的能量储存装置。

示例用户接口136可以包含任何类型的用户接口装置，诸如选择按钮、开关、拨号盘、数字键盘、触摸屏和/或任何其他类型的用户接口装置。

图1B是另一示例感应加热系统150的框图。图1B的感应加热系统150与图1A的感应加热系统100类似，并且包含缆线组装件102、感应加热功率供应装置104、工件106、感应加热缆线107，感应加热监测器108、外部保护层110、采用利兹配置的导线112a、112b、两根或更多根导线114的第二集合、功率供应装置耦接器116、功率端子120a、120b和通信端子122。

与图1A的示例系统100不同，示例系统150将缆线组装件102耦接到感应加热监测器108而不是加热电缆耦接器118。示例感应加热监测器108(例如，通过端接第二导线114)经由第二导线114接收功率和/或数据。图1B的感应加热监测器108将加热功率从导线112a、112b一直传递到加热缆线107。在一些示例中，感应加热监测器108可包含用于导线112a、112b以及用于加热缆线107的连接器和/或端子，并且包含用于连接导线112a、112b以及加热缆线107的直通导线。

图1B的示例感应加热监测器108包含通信电路126、控制电路128、数据收集电路130、功率电路132、能量储存装置134、用户接口136和传感器接口138。感应加热监测器108收集来自一个或多个传感器144的感应加热数据。

虽然公开了示例耦接器116、118，但示例缆线组装件102可使用任意组合和/或类型的耦接器和/或硬连线来耦接到感应加热功率供应装置104、加热缆线107和/或感应加热监测器108。

图2是图1A和/或图1B的缆线组装件102的示例实施方案。示例缆线组装件102包含四个利兹线束202、以双铰线配置布置的两根导线204、外部护套206、以及内部包裹材料208。利兹线束202和导线204中的每一者都包含额外的护套210，该额外的护套210可由热塑性弹性体(TPE)构成。示例外部护套206由热塑性聚酯弹性体(例如，

)、聚氨酯和/或向利兹线束202和导线204提供机械保护和电气保护的任意其它材料和/或材料的组合构成。内部包裹材料208可使用聚四氟乙烯(PTFE)带构成。

如图2所示，外部护套206提供保护利兹线束202和双绞导线204以免受物理损坏的外部保护层。

如本文所用，“和/或”指列表中通过“和/或”连接的任何一个或多个项目。作为示例，“x和/或y”指三元素集合{(x)，(y)，(x，y)}中的任何元素。换句话说，“x和/或y”指“x和y中的一者或两者”。作为另一示例，“x，y和/或z”指七元素集合{(x)，(y)，(z)，(x，y)，(x，z)，(y，z)，(x，y，z)}中的任何元素。换句话说，“x，y和/或z”指“x，y和z中的一者或多者”。如本文所用，术语“示例性”意指充当非限制性示例、实例或说明。如本文所用，术语“如(e.g.)”和“例如(for example)”引出了一个或多个非限制性示例、实例或说明的列表。

虽然已经参考某些实施方案描述了本方法和/或系统，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本方法和/或系统的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以替换等同物。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。例如，可组合、分割、重新布置和/或以其它方式修改所公开的示例的框和/或部件。因此，希望本方法和/或系统不限于所公开的特定实施方案，而是本方法和/或系统将包含落入随附权利要求书的范围内的所有实施方案，无论是在字面上还是根据等同原则。

Claims (20)

1.一种感应加热监测设备，所述感应加热监测设备被配置成经由感应加热缆线的一根或多根第一导线与感应加热功率供应装置进行通信，所述一根或多根第一导线与被配置成携载感应加热功率的一根或多根第二导线电气隔离，所述一根或多根第一导线和所述一根或多根第二导线被包含在所述感应加热缆线的外部护套内。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述感应加热缆线包括扩展缆线，所述扩展缆线被配置成在所述感应加热功率供应装置和感应加热线圈之间传导电流。

3.根据权利要求1所述的设备，包括：

数据收集电路，所述数据收集电路被配置成收集与使用所述感应加热功率供应装置执行的感应加热操作相关联的感应加热数据；以及

通信电路，所述通信电路被配置成经由所述一根或多根第一导线进行通信。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述通信电路包括以下中的至少一项：

发射机电路，所述发射机电路被配置成将所述感应加热数据传送到所述感应加热功率供应装置；或

接收机电路，所述接收机被配置成接收来自所述感应加热功率供应装置的配置数据。

5.根据权利要求3所述的设备，进一步包括功率电路，所述功率电路被配置成经由所述一根或多根第一导线接收功率并向所述数据收集电路提供功率。

6.根据权利要求3所述的设备，进一步包括传感器接口，所述传感器接口被配置成从传感器接收数据。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述数据收集电路进一步包括传感器数字化仪，所述传感器数字化仪被配置成将从所述传感器接收到的数据数字化。

8.根据权利要求6所述的设备，其中，所述传感器接口被配置成从以下中的至少一者接收数据：热电偶、热敏电阻、电阻式温度检测器、红外传感器、基于半导体的温度传感器、压力传感器、流量传感器或位置传感器。

9.根据权利要求1所述的设备，包括第一端子和第二端子，所述第一端子被配置成耦接到所述一根或多根第二导线，并且所述第二端子耦接到所述第一端子以耦接到感应加热扩展缆线或感应加热垫层中的至少一者。

10.根据权利要求1所述的设备，其中所述一根或多根第二导线包括利兹线。

11.一种感应加热系统，包括：

感应加热功率供应装置；以及

缆线组装件，所述缆线组装件包括：

第一多根导线，所述第一多根导线采用利兹缆线布置；

外部保护层，所述外部保护层被配置成保护所述第一多根导线以免受物理损坏；以及

第二多根导线，所述第二多根导线与所述第一多根导线电气隔离并由所述外部保护层保护以免受物理损坏；以及

监测装置，所述监测装置经由所述第二多根导线耦接到所述感应加热功率供应装置。

12.根据权利要求11所述的感应加热系统，其中所述监测装置被配置成端接所述第一多根导线并且将所述第一多根导线耦接到感应加热缆线。

13.根据权利要求11所述的感应加热系统，其中，所述监测装置包括：

数据收集电路，所述数据收集电路被配置成收集与使用所述感应加热功率供应装置执行的感应加热操作相关联的感应加热数据；以及

通信电路，所述通信电路被配置成经由所述第二多根导线进行通信。

14.根据权利要求13所述的感应加热系统，进一步包括功率电路，所述功率电路被配置成经由所述第二多根导线接收功率并向所述数据收集电路提供功率。

15.根据权利要求13所述的感应加热系统，进一步包括传感器，所述数据收集电路包括传感器接口，所述传感器接口被配置成从传感器接收数据。

16.根据权利要求15所述的感应加热系统，其中，所述传感器接口被配置成从以下中的至少一者接收数据：热电偶、热敏电阻、电阻式温度检测器、基于半导体的温度传感器、压力传感器、流量传感器或位置传感器。

17.根据权利要求13所述的感应加热系统，其中，所述感应加热功率供应装置被配置成基于所述感应加热数据来修改感应加热输出。

18.根据权利要求11所述的感应加热系统，还包括耦接器，所述耦接器被配置成将所述第一多根导线耦接到感应加热缆线以及将所述第二多根导线耦接到所述监测装置。

19.根据权利要求11所述的感应加热系统，其中，所述第一多根导线被配置成传导感应加热电流。

20.根据权利要求11所述的感应加热系统，其中，所述第二多根导线包括双绞线或同轴缆线中的至少一者。

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