技术领域
[0001] 本
发明涉及一种装置，其包括同心地设置的感应线圈，用于通过在
轴承的
内圈和
外圈中感应涡
电流来加热
滚动轴承。
背景技术
[0002] 在EP2728965中公开了用于加热滚动轴承的感应加热设备的示例。该设备包括至少两个感应线圈，加上分别用于测量
轴承内圈和外圈的
温度的第一温度
传感器和第二温度传感器。该设备被配置成如果超过轴承(内、外)圈之间的最大温度差则调节供给到感应线圈的功率组合(power combination)。
[0003] 感应加热还广泛应用于烹饪用具(cooking appliances)。US 5808280公开了设备的一个示例，该设备包括具有至少两个同心感应线圈的加热板，各感应线圈由单独的发
电机供给(电
力)。该设备包括
控制器，该控制器被配置成基于确定各感应线圈上的负载的存在的检测步骤，使发电机按照顺序指令(sequential order)工作(从为最内侧线圈供电的发电机开始发展到被烹饪容器
覆盖的最外侧线圈)。所述确定被作为通过所述的感应线圈的电流的函数而做出(/实现)。所述设备还包括用于测量烹饪容器的温度的热
探头，该测量可以被控制器用来调节加热循环。
[0004] 仍存在改进的余地。
发明内容
[0005] 本发明涉及一种感应加热设备，包括
支撑板，支撑板具有用于接纳轴承的侧面的上表面，轴承具有内圈和外圈。多个同心布置的感应线圈设置在支撑板的下侧，由此各感应线圈连接到发电机并由发电机选择性地供电(powered)。多个温度传感器以距同心线圈的中
心轴线有不同的径向距离的方式布置于支撑板的上表面，使得各线圈与跟线圈重叠或(跟线圈)径向紧密接近的至少一个温度传感器相关联。该设备还包括控制单元，控制单元接收并监测来自各温度传感器的温度
信号，并且被配置成当供电时监测各线圈上的负载，以识别被内圈覆盖的第一线圈和被外圈覆盖的第二线圈。控制单元还被配置成选择分别与第一线圈和第二线圈相关联的第一温度传感器和第二温度传感器，并基于来自第一温度传感器和第二温度传感器的温度信号来执行至少控制第一线圈和第二线圈的加热循环。
[0006] 加热装置可以包括至少三个同心感应线圈，优选为四个或更多个，以使得能够在同一设备上加热各种尺寸的轴承。每个线圈与至少一个温度传感器相关联，由此同一温度传感器可以被定义为靠近两个相邻的线圈。因此，在一些示例中，所述设备的温度传感器的数量比线圈(的数量)少。在其它示例中，所述设备的温度传感器的数量至少等于线圈的数量。优选的是，所述设备的温度传感器的数量多于线圈的数量，例如，每个线圈有两个或更多个传感器，(传感器)位于距中心轴线不同的径向距离处，以在轴承放置在支撑板上时提供跨越轴承的精确的温度曲线(/profile)。
[0007] 合适的是，温度传感器布置在从中心轴线延伸的直线上。在进一步的发展中，所述设备包括：第一组温度传感器，所述第一组温度传感器布置在从中心轴线延伸的第一直线上；以及还包括至少第二组温度传感器，其布置在第二直线上，第二直线与第一直线成
角度地(angularly)间隔开。第二组温度传感器改善了温度测量的精确度(accuracy)。
[0008] 在进一步的发展中，所述设备包括布置在从中心轴线延伸的第一、第二和第三直线上的第一、第二和第三组温度传感器。合适的是，每组温度传感器包括相同数量的传感器，由此相邻传感器之间的间隔是相同的。这使得能够比较位于三个角度
位置处的在距中心轴线有相同的径向距离处测量的温度。因此，能够检测轴承(的)轴线是否偏离所述设备的中心轴线。该信息可以被用于加热循环的控制。作为另一种选择，在加热循环开始之后检测到偏移时，控制单元可以被配置为中断循环并提示设备的用户校正该不对中。
[0009] 在一个优选的示例中，一组或多组温度传感器中的每一者均由NTC带形成，该NTC带包括在直线上间隔开的(多个)NTC
电阻器。
[0010] 在一个实施方式中，感应加热设备仅具有一个发电机，并且控制单元被配置为顺序地给所识别的第一线圈和第二线圈供电以便执行加热循环。作为另一种选择，所述设备可以具有两个或更多个发电机，由此每个发电机可以选择性地为一个或多个线圈供电。
[0011] 控制单元执行(这样的)加热循环，该加热循环被设计用于使内圈的温度上升到合适的值(例如110℃)，以使得能够冷缩配合地(shrink-fit)安装在轴上。为了防止可能会损坏轴承的内圈与外圈之间的温度差(例如30℃)，两个轴承圈都被加热。在(一个)优选的实施方式中，由控制单元执行的加热循环包括对识别的第一线圈和第二线圈供电，以使由被选择的第一温度传感器测量的温度(在不超过来自被选择的第一温度传感器和第二温度传感器的接收信号之间的最大可允许温度差的情况下)上升到预定值。
[0012] 在另一发展中，控制单元被配置为启动加热循环、然后验证正确的第一线圈和正确的第二线圈已经被识别出。合适的是，至少来自被选择的第一温度传感器和第二温度传感器的温度信号被监测，以确定这些信号是否展现出(如果轴承内圈和外圈确实分别被第一线圈和第二线圈覆盖并分别与第一线圈和第二线圈电磁耦合的话将是预期的)温度行为。
[0013] 控制单元可以被配置为监测来自一个或多个组中的每个传感器的温度信号，以获得在特定时刻跨越支撑板和跨越轴承的温度曲线。将由第一温度传感器和第二温度传感器测量的温度与所获得的温度曲线内的其它被测量的温度进行比较，以确定是否展现出预期的行为。
[0014] 控制单元还可以被配置为监测来自第一温度传感器和第二温度传感器的信号随时间的变化，以确定是否展现出预期的行为。
[0015] 如果被监测的温度信号展现出正如预期那样，则继续加热循环。如果检测到非预期的行为，则控制单元被适当地配置为利用不同的第一线圈和/或不同的第二线圈来启动新的加热循环，并重复验证过程直到已识别出正确的第一线圈和第二线圈为止。
[0016] 如果轴承具有用于保持
滚动体的金属
保持架，或者如果它装配有(fitted with)遮蔽件(shield)，则可能发生的是，当轴承被放置在支撑板上时，感应线圈在径向上位于内圈与外圈之间。这可能导致过度的、不期望的保持架或遮蔽件的加热。有利的是，控制单元还可以被配置为检测温度传感器中的任一者是否测量到超过预定最大值的过度(/过高)(excessive)温度以及(被配置为)至少停用(deactivate)与被测量的过度温度相关联的线圈。
[0017] 因此，根据本发明的感应加热设备能够以安全且直接的方式加热各种尺寸和设计的轴承。
[0018] 本发明的其它优点将从以下详细说明和
附图变得明显。
附图说明
[0019] 图1a示出了根据本发明的轴承加热器在轴承放置在该设备上的情况下的侧视图，该轴承加热器包括同心地布置的(多个)感应线圈；
[0020] 图1b示出了图1a的装置的俯视图；
[0021] 图2示出了可以利用图1a的装置获得的(对)各同心线圈的感应负载测量的示例；
[0022] 图3a示出了可以在已经选择了正确的感应线圈来执行加热循环的情况下获得的跨越设备的温度曲线的示例；
[0023] 图3b示出了可以在已经选择了不正确的感应线圈来执行加热循环的情况下获得的跨越设备的温度曲线的示例。
具体实施方式
[0024] 在图1a中以侧视图以及在图1b中以俯视图示意性地示出了根据本发明的轴承加热器的(一个)示例。加热器10包括支撑板12，支撑板12用于接纳滚动轴承50的侧面，滚动轴承50具有外圈51、内圈52和至少一列滚动体53。加热器10还包括在支撑板12的下侧围绕中心轴线15同心地布置的多个感应加热线圈C1、C2、…C6。在支撑板的顶侧(/上侧)(top side)，多个温度传感器T1、T2、....T14以距中心轴线15的径向距离增大的方式设置在直线上。在所描绘的示例中，温度传感器T1-T14是布置在NTC带20上的NTC型
热敏电阻(负温度系数)。(这些)传感器可以具有相等的(even)直线间隔。
[0025] 多个同心线圈C1-C6(使得)能够感应加热各种大小(/尺寸)的轴承。由于位于不同的径向距离的多个温度传感器T1-T14，因此能够确保无论轴承大小(如何)，至少一个温度传感器将会与内圈52
接触、并且至少一个温度(传感器)将会与外圈51接触。
[0026] NTC带20连接到控制单元30，控制单元30被配置(/构造)成接收并监测来自各温度传感器T1-T14的温度信号ST1、ST2、...ST14。在所描绘的示例中，其中若干个(十四个)传感器布置成在它们之间具有相对小的径向间隔，因此控制单元能够测量跨越(across)轴承50(/从轴承50的一侧到另一侧)以及跨越支撑板12的温度曲线(/分布)(profile)，这具有将在稍后说明的优点。
[0027] 加热器还包括
交流发电机(generator)40，各线圈C1-C6(均)连接到该交流发电机40(注意在图1a中仅示出了与线圈C2的一个连接，以免造成附图混乱不清(obscure))。发电机40由控制单元30控制，其(/控制单元30)被配置成每次(at a time)选择性地给一个线圈供电(power)并且(被配置成)在线圈被供电时确定线圈上的负载(load)。优选的是，通过各线圈的电流被测量并且相应的信号IC1、IC2、...IC6被控制单元30接收和处理以便确定负载。
在所描绘的实施方式中，加热器仅具有一个发电机。在其它的实施方式中，加热器可以具有两个或更多个发电机，用于为两组或更多组线圈供电。
[0028] 控制单元30被适当地编程为执行以下加热循环：该加热循环将使轴承内圈52的温度上升到能够使轴承经由
热膨胀和收缩而冷缩配合(shrink-fitted)到轴上的值。通常，内圈被加热到110℃左右的温度。加热循环包括感应加热内圈52和外圈51这两者，以防止可能会损坏轴承的轴承圈之间的过度(/过大)的温差。
[0029] 因此，加热器的控制单元30被配置成识别线圈(中)的被内圈52覆盖的第一线圈和线圈(中)的被外圈51覆盖的第二线圈。
[0030] 在最初，这可以通过以下来完成：给各线圈连续地(/相继地)供电，例如从最内侧的线圈C1开始并径向向外进行(working)，并在线圈被供电时测量通过各线圈的电流。被测量的电流代表线圈与感性负载(即轴承圈)之间的电磁耦合的(程)度(degree)。图2示出了对于图1a和图1b中描绘的布置(/装置)而言可能获得的图的示例，其中y轴表示被测量的电流I、x轴表示同心的线圈C1-C6。
[0031] 线圈C1和线圈C6分别相对来说远离轴承的内圈和外圈，(线圈C1和线圈C6)电磁耦合很少或者没有。线圈C2相对靠近内圈52且线圈C5相对靠近外圈51，电磁耦合的程度更大。线圈C3被内圈52覆盖且线圈C4被外圈51覆盖，导致了最大磁耦合和两个最高电流
水平的测量(/测量到两个最高的电流电平)。在本示例中，具有最高的两个被测量电流的线圈被识别。这两个线圈中的径向内侧(线圈)即线圈C3被识别为用于加热内圈的第一线圈、这两个线圈中的径向外侧(线圈)即线圈C4被识别为用于加热外圈的第二线圈。
[0032] 在其它示例中(其
中轴承具有不同的大小)，可能发生的是，例如，线圈C3至少部分地被内圈覆盖且线圈C5至少部分地被外圈覆盖。在这种情况下，由于与滚动体和可能由金属(
钢或
黄铜)制成的用于滚动体的保持架的电磁耦合以及与两个圈的电磁耦合，因此中间线圈-线圈C4-可能经历(/承受)最高负载。过度地加热滚动体和保持架是不期望的。因此，当在三个连续的线圈中检测到负载并且在这三个线圈的中心线圈中检测到最高负载时，控制单元可以被编程为选择这三个线圈中的最内侧(的线圈)作为用于加热内圈的第一线圈、选择这三个线圈中的最外侧(的线圈)作为用于加热外圈的第二线圈。
[0033] 在选择了第一线圈和第二线圈之后，将第一温度传感器识别为用于测量内圈52的温度的传感器、将第二温度传感器识别为用于测量外圈51的温度的温度传感器。线圈C1-C6中的每一个线圈与在径向上靠近该线圈(即，位于距中心轴线a有相似的(similar)径向距离处)的一个或多个温度传感器相关联。在本示例中，三个最内侧的温度传感器T1、T2、T3与最内侧的线圈C1相关联。线圈C2与温度传感器T4和T5相关联。线圈C3与温度传感器T6、T7和T8相关联。线圈C4与温度传感器T8、T9和T10相关联。线圈C5与温度传感器T10、T11和T12相关联。线圈C6与温度传感器T12、T13和T14相关联。
[0034] 在图1a和图1b所示的布置中(其中线圈C3和线圈C4已经被识别为第一线圈和第二线圈)，与各线圈相关联的温度传感器中的一个(温度传感器)被识别为相应的第一温度传感器(用于测量内圈的温度)和第二温度传感器(用于测量外圈的温度)。优选的是，选择与相关联的线圈的绕组重叠的传感器。在本示例中，温度传感器T7被识别为第一温度传感器、温度传感器T9被识别为第二温度传感器。
[0035] 然后，控制单元启动加热循环，在加热循环中，第一线圈C3和第二线圈C4被顺序(/依次)(sequentially)地供电，以便使内圈的温度(在不超过外圈与内圈之间的最大可允许温度差的情况下)上升到设定值。来自被识别的第一温度传感器T7和第二温度传感器T9的信号被用作用于控制加热循环的输入。
[0036] 在进一步的发展中，控制单元30被配置为验证(verify)正确的线圈已经被选择作为分别用于加热内圈和外圈的第一线圈和第二线圈。这是通过验证第一温度传感器和第二温度传感器展现出预期的行为(behaviour)来实现的。
[0037] 在一个示例中，在特定时刻(particular moment in time)从温度传感器获得温度曲线，并将来自被识别的第一传感器和第二传感器的温度信号与来自跟其它线圈相关联的传感器的温度信号进行比较。在图3a中示出了在加热开始之后可以对图1a和图1b所示的布置(进行)测量的温度曲线的(一个)示例。
[0038] 由与选择的第一线圈C3相关联的传感器T7测量的温度被假定(assume)表示内圈温度TIR。如果线圈C3确实在内圈52中感应涡(电)流，使其加热(heat up)，则TIR应当高于由与相邻的线圈相关联的传感器测量的温度(该相邻线圈也是无效(/无源/非活动)线圈，即线圈C2)。由相关联的传感器T4和T5测量的温度确实较低，线圈C3被验证为加热内圈的线圈。类似地，如果被选择的第二线圈C4确实在外圈51中感应涡电流，使其加热，则由传感器T9测量的温度TOR(其被假定表示外圈温度)应当高于由与相邻的无效线圈C5相关联的传感器测量的温度。传感器T10与线圈C4以及线圈C5相关联。因此，可以预期的是，由T10测量的温度高于由离有效(/有源/活动)的第二线圈C4更远的传感器T11和T12测量的温度。还可以预期的是，由传感器T11和T12测量的温度将低于TOR。这些标准(/条件)(criteria)中的一个或两个标准(/条件)可以被用于验证C4作为加热外圈的线圈。在给定的示例中，已选择了正确的线圈并继续加热循环。
[0039] 现在让我们假定线圈C2被不正确地识别为用于加热内圈的第一线圈并且温度传感器T5被识别为用于测量内圈温度的相应的第一温度传感器。线圈C4已被正确识别并将开始加热外圈51(注意如果外圈温度TOR与内圈温度TIR之间的温度差超过预定的
阈值(例如为30℃)，则加热将停止)。在线圈C2与内圈52之间可能存在小程度的电磁耦合，引起一些的感应加热。图3b示出了测量的温度曲线的(一个)示例。
[0040] 测量的内圈温度TIR应当高于由与相邻的无效线圈C1和C3相关联的传感器测量的温度。对于与线圈C1相关联的传感器T1、T2和T3而言情况正是如此，但对于与线圈C3相关联的传感器T6、T7和T8而言情况却不是这样。控制单元还可以被配置为将假定的内圈温度TIR与假定的外圈温度TOR进行比较，以识别意料之外的偏差(unexpected discrepancy)。因此，线圈C2被取消选择，相邻的线圈被识别为新的第一线圈。在本示例中，有证据表明(/认为/假定)(assume)线圈C3是正确的线圈。使用来自传感器T7的信号作为内圈温度信号来重新启动加热循环，参照图3a描述的验证过程将证实(/确认)现在已经选择了正确的第一线圈。
[0041] 另外地或者作为另一种选择，控制单元30可以被配置为通过监测来自已经被识别作为第一温度传感器和第二温度传感器的传感器的温度信号的变化来验证已经选择了正确的第一线圈和第二线圈。如果(已经)选择了正确的线圈，则对线圈供电应导致温度上升。还可以确定第一温度传感器和第二温度传感器中的每一者的温度上升速率并相对于彼此进行比较。例如，如果轴承的外圈51比较小的内圈52更快速地加热，那么这可能表示错误的线圈已被选择作为第一线圈。
[0042] 控制单元还可以被配置为监测来自各传感器的温度信号以及(被配置为)检测是否超过预定的最大阈值。例如，如果被加热的轴承配备有(fitted with)金属遮蔽件(shield)以用于封闭内圈与外圈之间的径向间隙，则如果屏蔽件与线圈径向重叠的话可能会发生屏蔽件的过度加热。如果由传感器中的任一者测量的温度超过阈值，则控制单元可以被配置为中断(/停止)(discontinue)加热循环并向用户发出报警，或者至少使(deactivate)与测量出不允许的温度的温度传感器相关联的线圈无效(/停用)。此外，该单元可以被配置为选择新的线圈作为第一线圈和第二线圈以及(被配置为)当被测量的温度已经下降到可接受的水平时继续新的加热循环。
[0043] 已经描述了本发明的许多方面/实施方式。应该理解，各方面/实施方式可以与任何其它方面/实施方式组合。此外，本发明不限于所描述的实施方式，而是可以在所附
专利权利要求的范围内变化。
