Us4309586 High Frequency Induchon Heating Circult
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8/18/2019 Us4309586 High Frequency Induchon Heating Circult
http://slidepdf.com/reader/full/us4309586-high-frequency-induchon-heating-circult 1/12
United S t a t e s Patent { 1 9 1
I s h i b a s h i
[ 5 4 ] HIGH FREQUENCY INDUCHON HEATING
CIRCUlT
[ 7 5 ]
I n v e n t o r :
K a z u h i s a I s h i b a s h i , Y o k o h a m a ,
J a p a n
[ 7 3 ]
A s s i g n e e :
T o y o
S e i k a n K a i s h a ,
L t d . , T o k y o ,
J a p a n
{ 2 1 ] A p p l N o . : 7 6 , 8 5 8
[ 2 2 ]
F i l e d : S e p .
1 9 ,
1 9 7 9
[ 3 0 ] F o r e i g n A p p l i c a t i o n P r i o r i t y
D a t a
S e p ,
2 7 , 1 9 7 3
{ J P }
Japan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53-119655
[ 5 1 ] I n t . C l . 3
H05B 6 / 0 6
[ 5 2 ]
US.
C l .
2 1 9 / 1 0 1 7 ;
2 1 9 / 1 0 5 3 ;
2 1 9 / 0 . 7 1
[ 5 8 ]
F i e l d
o f S e a r c h
2 1 9 / 1 0 7 7 ,
1 0 . 7 5 , 1 0 . 5 3 ,
2 1 9 / 1 0 7 1 ,
4 8 2 , 4 9 7 , 5 0 1 ; 3 2 3 / 9 ,
1 ,
8 , 7 , 2 6 5 ,
2 8 2 ,
2 8 5
[ 5 6 } R e f e r e n c e s
C i t e d
U . S .
PATENT
DOCUMENTS
2,709,740
5 / 1 9 5 5
Baker
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 219/1017
2,818,483
1 2/ 1 9 5 7 Blume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 2 1 9 / 1 0 4 1
3 , 6 8 6 , 4 6 0 8/1972 Lamparter e t a 1 .
3 , 8 0 6 , 6 8 8
4 / 1 9 7 4
MacKenzie e t
a 1 .
. . 219 1037
. . 219/1037 X
{ 1 1 } 4 , 3 0 9 , 5 8 6
{ 4 5 ]
J a n . 5 , 1 9 8 2
3 ,880,5 9 9 4/ 1 9 7 5
Keller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219/1077 X
3 , 9 3 0 , 1 9 3
1 2 / 1 9 7 5 Kornrumpf t a 1 , .
219/1077
X
4 , 0 8 5 , 3 0 0 4/1978 M ac K e n z i e e t a 1 . .
219/1077 X
4,162,379
7/ 1 9 7 9 Se be n s e t a 1 .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 2 1 9/ 4 9 7
FOREIGN
PATENT
DOCUMENTS
47-4 13 98 10/1972 Ja pa n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 1 9 / 1 0 6 9 X
P r i m a r y Examiner-Gene
Z . R u b i n s o n
A s s i s t a n t
E x a m i n e r - P h i l i p
H . Leung
A t t o r n e y , A g e n t , o r
Firm—Pennie
Edmonds
{ 5 7 ] ABSTRACT
A
i g h f r e q u e n c y i n d u c t i o n h e a t i n g c i r c u i t f o r
h e a t i n g a
p l u r a l i t y o f r t i c l e s
where t h e h e a t i n g
c i r c u i t h a s
a s e m i
conductor o s c i l l a t i o n
c i r c u i t which
i n c l u d e s
a s e r i e s
r e s o n a n c e c i r c u i t having a h e a t i n g c o i l and a c o n d e n s o r .
A
e t e c t i o n
c i r c u i t
f o r
d e t e c t i n g
c h a n g e s
i n i m p e d a n c e
a n d f r e q u e n c y v a r i a t i o n s i n t h e h e a t i n g c o i l i s i n c l u d e d
a s w e l l
a s a
c u r r e n t
c o n t r o l c i r c u i t w h i c h i s r e s p o n s i v e
t o
t h e d e t e c t i o n c i r c u i t . A a r i b l e c o n t r o l g a i n r e g u l a
t i o n a p p a r a t u s
i s
i n c l u d e d i n
t h e c u r r e n t c o n t r o l c i r c u i t
such t h a t c u r r e n t s u p p l i e d
t o t h e
c o i l
becomes
a
non
c o n s t a n t c u r r e n t c o n t r o l
depending
on
t h e number o f
a r t i c l e s t o
b e
h e a t e d .
2 C l a i m s , 8 D r a w i n g F i g u r e s
8/18/2019 Us4309586 High Frequency Induchon Heating Circult
http://slidepdf.com/reader/full/us4309586-high-frequency-induchon-heating-circult 2/12
8/18/2019 Us4309586 High Frequency Induchon Heating Circult
http://slidepdf.com/reader/full/us4309586-high-frequency-induchon-heating-circult 3/12
U . S .
P a tent
J a n .
5 , 1 9 8 2
S h e e t
2 o f 5 4 , 3 0 9 , 5 8 6
8/18/2019 Us4309586 High Frequency Induchon Heating Circult
http://slidepdf.com/reader/full/us4309586-high-frequency-induchon-heating-circult 4/12
US. P a t e n t
J a n .
5 ,
1 9 8 2
S h e e t 3
o f
5 4 , 3 0 9 , 5 8 6
0
2 1
3 \
0
F I G .
5
4.0
.0
g
6.0
1
m m )
8/18/2019 Us4309586 High Frequency Induchon Heating Circult
http://slidepdf.com/reader/full/us4309586-high-frequency-induchon-heating-circult 5/12
U . S . Patent J a n . 5 , 1 9 8 2 S h e e t
4
o f 5 4 , 5 0 9 , 5 3 6
wO I
8/18/2019 Us4309586 High Frequency Induchon Heating Circult
http://slidepdf.com/reader/full/us4309586-high-frequency-induchon-heating-circult 6/12
US.
Patent J a n .
5 , 1 9 8 2
S h e e t 5
o f 5 4 , 3 0 9 , 5 8 6
200
2080
20 8
8/18/2019 Us4309586 High Frequency Induchon Heating Circult
http://slidepdf.com/reader/full/us4309586-high-frequency-induchon-heating-circult 7/12
4 , 3 0 9 , 5 8 6
1
HIGH FREQUENCY INDUCTION
HEATING
CIRCUIT
FIELD
OF
THE INVENTION
The p r e s e n t i n v e n t i o n r e l a t e s t o a
h i g h f r e q u e n c y
i n d u c t i o n h e a t i n g
c i r c u i t
a n d
i n
p a r t i c u l a r
t o
a h i g h
f r e q u e n c y
s e m i c o n d u c t o r
i n d u c t i o n h e a ti n g
c i r c u i t
i m
p r o v e d
s o t h a t
t h e power s u p p l i e d t o t h e h e a t i n g
c o i l
i s
c o n t r o l l e d b y f e e d b a c k .
BACKGROUND OF THE INVENTION
I n d u c t i o n h e a t i n g a p p a r a t u s u s i n g h i g h f r e q u e n c y
power
of
1 0 k i l o h e r t z
or more has
been
u t i l i z e d i n
v a r i
o u s
? e l d s
and
i s
p a r t i c u l a r l y
s u i t a b l e
f o r u n i f o r m h e a t
i n g
o f a r t i c l e s
s u p p l i e d c o n t i n u o u s l y
i n l a r g e q u a n t i t i e s
t o
a h e a t i n g
zone of
a
h e a t i n g
c o i l . For
example such
a p p a r a t u s
h a s
b e e n
u s e d
t o h e a t t h e bottom s u r f a c e s
o f
m e t a l c a p s
t o cause
r e s i n s h e e t s t o adhere
t o
t h e
bottom
s u r f a c e s .
T h a t
i s , when
s e a l i n g
a
b o t t l e
by m o u n t i n g
a
m e t a l
cap on
t h e
b o t t l e
mouth,
a
t h e r m o p l a s t i c
r e s i n
s h e e t o r
l i n e r
s u c h a s
v i n y l
c h l o r i d e ,
p o l y e t h y l e n e o r
p o l y p r o p y l e n e i s
a t t a c h e d
t o t h e i n n e r
bottom s u r f a c e
o f
t h e
cap
and a b o t t l e
mouth
i s t h e n s e a l e d
w i t h
t h e r e s i n
s h e e t f o r m i n g
a
s e a l i n g m a t e r i a l . I n o r d e r t o a t t a c h t h e
r e s i n s h e e t
f i r m l y t o
t h e i n n e r bottom s u r f a c e o f t h e c a p ,
an adhesive primer such a s an
epoxy i s
p a i n t e d
on
t h e
i n n e r bottom s u r f a c e o f t h e c a p and t h e r e s i n s h e e t i s
t h e n
? r m l y
a t t a c h e d w i t h
t h e
p r i m e r i n
a
h o t m e l t e d
s t a t e . Under o r d i n a r y c i r c u m s t a n c e s , t h e a d h e s i v e
p r i m e r w i l l a d h e r e
t h e
r e s i n
s h e e t ? r m l y t o t h e b o t t o m
s u r f a c e o f t h e c a p
w h e n
t h e bottom s u r f a c e
h a s
b e e n
h e a t e d t o a b o u t
l 0 0 “ — 2 0 0 °
C . , a n d
i t
i s i n t h i s
h e a t i n g
p r o c e s s t h a t
h i g h
f r e q u e n c y
i n d u c t i o n
h e a t i n g a p p a r a t u s
i s
u s e d .
B o t t l e
s e a l i n g
c a p s
s o
m a d e
i n c l u d e
screw
c a p s ,
crown c a p s and p i l f e r - p r o o f c a p s , b u t i n a l m o s t
e v e r y
c a s e , r e g a r d l e s s
o f c a p t y p e ,
t h e r e s i n s h e e t i s
a d h e r e d
t o
t h e i n n e r bottom s u r f a c e
by
means o f p r i m e r i n o r d e r
t h a t
t h e s h e e t s e r v e s
a s
t h e s e a l i n g
m a t e r i a l .
I n
o r d e r
t h a t a p l u r a l i t y o f a r t i c l e s m a y b e
h e a t e d
t o
a u n i f o r m t e m p e r a t u r e i n a n i n d u c t i o n
h e a t i n g
a p p a r a
t u s , i t
i s
n e c e s s a r y t h a t a n e a r l y u n i f o r m h e a t i n g e n e r g y
b e
a p p l i e d t o
e a c h a r t i c l e
a s i t i s s u p p l i e d
t o
t h e h e a ti n g
s t a t i o n o f
t h e
a p p a r a t u s a n d h i g h f r e q u e n c y i n d u c t i o n
h e a t i n g
c i r c u i t s
t h a t w i l l s a t i s f y t h i s r e q u i r e m e n t h a v e
b e e n
p r e v i o u s l y
s o u g h t a f t e r .
H o w e v e r , p r i o r h e a t i n g
c i r c u i t s have b e e n
d e ? c i e n t i n
t h a t
t h e
h e a t i n g e n e r g y
i m p a r t e d
t o
e a c h a r t i c l e
t o
b e h e a t e d
h a s
v a r i e d
depend
i n g
o n
t h e
number
o f
o b j e c t s s u p p l i e d
t o
t h e h e a t i n g
s t a t i o n .
T h i s i s b e c a u s e t h e i m p e d a n c e a n d f r e q u e n c y o f
t h e h e a t i n g c o i l c i r c u i t s
c o m p r i s i n g
c u r r e n t
c o n d u c t o r s
o f
t h e
p r i o r c i r c u i t s
f l u c t u a t e
m a r k e d l y b e c a u s e o f t h e
m u t u a l
i n d u c t a n c e w i t h t h e a r t i c l e s
t o b e h e a t e d . For
e x a m p l e , i n
comparing
a
c a s e
w h e n e i g h t e e n m e t a l c a p s
a r e
s u p p l i e d t o a h e a t i n g s t a t i o n
t o
be h e a t e d
s i m u l t a
n e o u s l y
w i t h
t h e c a s e
w h e n a s i n g l e
m e t a l
c a p
i s s u p
p l i e d , t h e r e a r e
marked
v a r i a t i o n s i n t h e l o a d i m p e d a n c e
a n d t h e
f r e q u e n c y o f
t h e h e a t i n g
c o i l s
a n d t h e
e n e r g y
i m p a r t e d
t o
t h e a r t i c l e s under each
o f
t h e s e c a s e s ?uctu
a t e s w i d e l y s o t h a t l a r g e
? u c t u a t i o n s
o c c u r
i n h e a t i n g
t e m p e r a t u r e . I n p a r t i c u l a r , i n e x t r e m e c a s e s w h e n t h e
q u a n t i t y
o f
m e ta l c a p s b e i n g c o n t i n u o u s l y
s u p p l i e d t o
t h e
h e a t i n g
a p p a r a t u s
v a r i e s
w i t h
t i m e , a s
i n
m e t a l
c a p
p r o d u c t i o n p r o c e s s e s w h e n
t h e
s u p p l y o f
c a p s
t o t h e
h e a t i n g s t a t i o n
r e a c h e s
z e r o , v e r y wide d i f f e r e n c e s
i n
h e a t i n g
t e m p e r a t u r e
o c c u r
b e c a u s e
o f
v a r i a t i o n s o f
l o a d
20
2 5
45
65
2
i m p e d a n c e
i n
t h e h e a t i n g
c o i l
c i r c u i t a n d ? u c t u a t i o n s
i n
f r e q u e n c y .
The v r i t i o n s
i n t h e i m p e d a n c e
a n d f r e q u e n c y
p r o p
e r t i e s
o f
t h e
h e a t i n g
c o i l s d i f f e r d e p e n d i n g
o n
t h e t y p e
o f r t i c l e b e i n g
h e a t e d ,
a n d i n
t h e c a s e
o f n o n - m a g n e t i c
a r t i c l e s s u c h a s
aluminum, t h e r e i s
a t e n d e n c y
f o r t h e
f r e q u e n c y
t o
i n c r e a s e
a s
t h e
number
o f
r t i c l e s
s u p p l i e d
t o
t h e
h e a t i n g
c o i l
i n c r e a s e s . T h i s i s b e c a u s e t h e i n d u c
t a n c e
c o m p o n e n t
i n t h e h e a t i n g c o i l c i r c u i t
d e c r e a s e s
a n d t h e r e s i s t a n c e component i n c r e a s e s d e p e n d i n g on
t h e
s u p p l y o f
t h e
a r t i c l e s . When
t h e h e a t i n g
c o i l
c i r c u i t
i s g e n e r a l l y u n d e r c o n s t a n t c u r r e n t
c o n t r o l ,
an
i n c r e a s e
i n
t h e
f r e q u e n c y w i l l
b r i n g
a b o u t
a n i n c r e a s e i n t h e
energy s u p p l i e d t o
t h e a r t i c l e s
t o be
h e a t e d ,
and a s
a
r e s u l t ,
when t h e
number
o f o b j e c t s s u p p l i e d t o t h e h e a t
i n g
z o n e
i s
d e c r e a s e d ,
i n s u f ? c i e n t h e a t i n g w i l l o c c u r .
I n t h e c a s e o f s t r o n g l y m a g n e t i c a r t i c l e s s u c h
a s
c a p s
made o f i n
p l a t e
o r s t e e l ,
t h e r e
i s a c o m p l e t e l y o p p o s i t e
t e n d e n c y
f o r t h e
f r e q u e n c y a n d e n e r g y
t o
d e c r e a s e
d e p e n d i n g on
t h e s u p p l y
o f
a r t i c l e s t o
t h e h e a t i n g c o i l .
As
a
r e s u l t
w h e n
t h e
number
of
a r t i c l e s
c o m p r i s i n g
s t r o n g l y m a g n e t i c
m a t e r i a l s
i s
d e c r e a s e d i n s u p p l y
t o
t h e h e a t i n g c o i l ,
t h e
r e s u l t w i l l b e o n e o f
o v e r h e a t i n g .
I t i s t h e r e f o r e a n o b j e c t o f t h e p r e s e n t
i n v e n t i o n
t o
p r o v i d e
f o r a
h i g h f r e q u e n c y i n d u c t i o n
h e a t i n g
a p p a r a
t u s h a v i n g a
c i r c u i t
which w i l l i m p a r t a n e a r l y e q u a l
h e a t i n g energy t o each a r t i c l e t o be h e a t e d even
w h e n
t h e q u a n t i t y o f r t i c l e s s u p p l i e d t o t h e
a p p a r a t u s
? u c t u
a t e s .
DISCLOSURE OF INVENTION
B r o a d l y a h i g h
f r e q u e n c y i n d u c t i o n h e a t i n g
c i r c u i t
a c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n i n c l u d e s a
s e m i c o n d u c t o r
o s c i l l a t o r c i r c u i t
which h a s
a s e r i e s r e s o n a n c e c i r c u i t
which
i n
t u r n i n c l u d e s
a
h e a t i n g
c o i l and
a c o n d e n s e r . A
d e t e c t i o n c i r c u i t
i s
i n c l u d e d
f o r
d e t e c t i n g i m p e d a n c e
a n d
f r e q u e n c y v a r i a t i o n s i n
t h e
h e a t i n g c o i l .
I n a d d i t i o n
a
c u r r e n t c o n t r o l c i r c u i t i s
i n c l u d e d
f o r
c o n t r o l l i n g
c u r r e n t s u p p l i e d t o t h e h e a ti n g
c o i l
and which s r e s p o n
s i v e
t o t h e d e t e c t o r c i r c u i t . The c u r r e n t c o n t r o l c i r c u i t
i n c l u d e s a c o n t r o l g a i n r e g u l a t i o n
a p p a r a t u s whereby
c o n t r o l g a i n
o f
t h e c u r r e n t c o n t r o l
c i r c u i t
m a y
b e s e
l e c t e d s o t h a t c u r r e n t su p p l i e d t o t h e h e a ti n g c o i l be
comes
a non-constant
current c o n t r o l which may
be
v a r i e d
b y
t h e
g a i n r e g u l a t i o n
a p p a r a t u s t o v a r y
t h e
c u r r e n t s u p p l i e d t o t h e h e a t i n g
c o i l
i n
a c c o r d a n c e
w i t h
t h e number
o f a r t i c l e s
s u p p l i e d
t o
t h e
c o i l f o r
h e a t i n g .
The
i n d u c t i o n h e a t i n g
c i r c u i t
o f
t h e
i n v e n t i o n
i s
a l s o
c h a r a c t e r i z e d i n
t h a t , w h e n
t h e h e a t e d o b j e c t s
a r e
o f
n o n - m a g n e t i c m a t e r i a l s u c h a s
a l u m i n u m , t h e c o n t r o l
g a i n
o f t h e c u r r e n t
c o n t r o l c i r c u i t i s s e l e c t e d
s o
t h a t t h e
c u r r e n t
s u p p l i e d t o
t h e h e a ti n g
c o i l h a s a
f e e d b a c k
con
t r o l a c t i o n weaker t h a n any c o n s t a n t c u r r e n t
c o n t r o l ,
and
t h e
c u r r e n t
s u p p l i e d
t o
t h e
h e a t i n g
c o i l i n c r e a s e s a s
t h e
number
o f
h e a t e d
o b j e c t s
s u p p l i e d
t o t h e
h e a t i n g
zone
d e c r e a s e s .
The
i n d u c t i o n h e a t i n g
c i r c u i t
o f t h e i n v e n t i o n i s f u r
t h e r c h a r a c t e r i z e d
i n
t h a t , w h e n t h e h e a t e d o b j e c t s a r e
o f s t r o n g l y
m a g n e t i c
m a t e r i a l
s u c h
a s t i n
p l a t e ,
t h e con
t r o l g a i n o f
t h e c u r r e n t
c o n t r o l
c i r c u i t
i s s e l e c t e d s o
t h a t
t h e c u r r e n t
s u p p l i e d
t o t h e h e at i n g c o i l
h a s
a
f e e d b a c k
c o n t r o l a c t i o n stronger than
a n y
c o n s t a n t c u r r e n t
con
t r o l a n d t h e
c u r r e n t
s u p p l i e d t o t h e
h e a t i n g
c o i l d e
c r e a s e s a s t h e number o f h e a t e d o b j e c t s s u p p l i e d t o t h e
h e a t i n g z o n e
d e c r e a s e s .
8/18/2019 Us4309586 High Frequency Induchon Heating Circult
http://slidepdf.com/reader/full/us4309586-high-frequency-induchon-heating-circult 8/12
4 , 3 0 9 , 5 8 6
3
BRIEF
DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
FIG. 1
i s
a b l o c k diagram o f a c i r c u i t
according
t o
t h e
i n v e n t i o n u t i l i z e d
f o r
h e a t i n g o b j e c t s mad e o f a
non
m a g n e t i c
m a t e r i a l ;
FIG. 2
i s
a b l o c k diagram ofa
c i r c u i t
a c c o r d i n g
t o t h e
i n v e n t i o n
u t i l i z e d f o r
h e a t i n g
o b j e c t s
m a d e
o f
a
m a g
n e t i c m a t e r i a l ;
FIG.
3 i s
a
broken p l a n
view
o f
a
h e a t i n g
a p p a r a t u s
f o r
h e a t i n g
m e t a l b o t t l e c a p s u t i l i z i n g
a
h i g h
f r e q u e n c y
i n d u c t i o n h e a ti n g
c i r c u i t
c o n s t r u c t e d a c c o r d i n g t o
t h e
i n v e n t i o n ;
FIG. 4
i s a n
e n l a r g e d s e c t i o n a l view
t a k e n
a l o n g
l i n e s
IV—IV f
FIG. 3 i l l u s t r t i n g
c o n s t r u c t i o n o f
a
h e a t i n g
s t a t i o n and g u i d e means
f o r g u i d i n g mo v eme n t
o f c a p s
t h r o u g h t h e s t a t i o n ;
FIG. 5 i s a
g r a p h
i l l u s t r a t i n g t e m p e r a t u r e c h a r a c t e r i s
t i c s o f a cap bottom
r e l a t i v e t o t h e
d i s t a n c e between
t h e
bottom s u r f a c e
o f
t h e m e t a l cap and t h e t w o ends of a
h e a t i n g c o i l c u r r e n t
c o n d u c t o r ;
FIG.
6
i s
a c i r c u i t
diagram
i l l u s t r a t i n g a
h i g h
f r e
quency
i n d u c t i o n
h e a t i n g c u r r e n t c o n s t r u c t e d a c c o r d
i n g t o t h e i n v e n t i o n ;
FIG. 7 i l l u s t r a t e s e l e c t r i c a l
w a v e forms
o f v a r i o u s
p a r t s
o f
F I G . 6 ; a n d ,
FIG.
8
i s a n en l a r g e d
s e c t i o n a l
view
i l l u s t r a t i n g p o s i
t i o n o f m e t a l
c a p s w i t h r e s p e c t
t o a
h e a t i n g
c o i l con
s t r u c t e d a c c o r d i n g
t o t h e p r e s e n t i n v e n t i o n .
BEST MODE
FOR
CARRYING
OUT
THE
INVENTION
R e f e r r i n g
t o FIG.
1 ,
a b l o c k c i r c u i t diagram
i s
i l l u s
t r a t e d
w h i c h
e x p l a i n s t h e
p r i n c i p l e s
o f t h e a p p a r a t u s
r e l a t i n g t o
t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n w h i c h i m p a r t s
e q u a l
amounts
o f
h e a t
t o
a r t i c l e s
such
a s b o t t l e
caps
by con
t r o l l i n g
t h e c u r r e n t
f l o w i n g i n
h e a t
c o i l 2 0 , a n d shows
t h e
c a s e
w h e n
t h e
m a t e r i a l o f
t h e
c a p s i s n o n - m a g n e t i c ,
such a s aluminum.
E i i s
t h e
r e f e r e n c e
v o l t a g e
a n d o r d i n a r i l y a
DC a r i
a b l e v o l t a g e i s u s e d .
Ef
s
a f e e d b a c k v o l t a g e , and
w h e n
a DC
o l t a g e i s
s e l e c t e d
f o r
B i , Ef s o r d i n a r i l y a DC o l t a g e .
E0
s t h e o u t p u t v o l t a g e
o f
G
n d
i s a h i g h f r e q u e n c y
v o l t a g e p r o p o r t i o n a l
t o
t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n
E i a n d
E f .
I t
i s r e p r e s e n t e d b y
1 2 0 : 0 ( 1 5 1 - 1 1 7 ) ( I )
Z
s
t h e
i m p e d a n c e
o f
t h e
h i g h f r e q u e n c y
h e a t i n g
c o i l
c i r c u i t ( a s e r i es c i r c u i t
o f
a
h e a t i n g
c o i l and a
c o n d e n s e r )
a n d
l / w c i s t h e
impedance
o f
c o n d e n s e r
8 0 .
H
e c t i ? e s t e r m i n a l v o l t a g e Ec o f condenser c and
i t
o b t a i n s
f e e d b a c k
v o l t a g e E f .
I t h a s
t h e r e l a t i o n
Ef= HEc ( 2 )
When h e
feedback
c o n t r o l
such a s s hown i n FIG. 1 i s
made,
t h e n
Eo becomes
E 0
:
. < 3 )
1 +
( 1 1 0 2
C o n s e q u e n t l y , c u r r e n t I ?owing
i n
t h e h e a t i n g
c o i l
i s
E0 ( 4 )
1 0
2 5
3 0
3 5
4 5
5 5
6 5
4
- c o n t i n u e d
( 1 1 C
The
f r e q u e n c y o f
E0 s c o n t r o l l e d
s o t h a t
i t
i s n e a r l y
t h a t
o f
t h e
h e a t i n g
c o i l
c i r c u i t ,
t h a t
i s ,
s o
t h a t
i t
i s
t h e
r e s o n a n c e f r e q u e n c y o f t h e s e r i e s c i r c u i t o f h e a t i n g c o i l
2 0
and
c o n d e n s e r 8 0 .
O r d i n a r i l y , w h e n h e a t i n g non
m a g n e t i c m a t e r i a l s
w i t h
t h e
h e a t i n g c o i l ,
t h e
i n d u c t a n c e
component
o f
t h e h e a ti n g
c o i l
d e c r e a s e s
a n d t h e r e s i s
t a n c e component i n c r e a s e s .
C o n s e q u e n t l y ,
t h e f r e
quency
of E0 i n c r e a s e s a s t h e number
o f caps
n h e a t e d
b y t h e h e a t i n g c o i l i n c r e a s e s .
T h i s
i s a p p r o x i m a t e d
b y
a n d
i m p e d a n c e Z
o f
t h e h e a t i n g
c o i l c i r c u i t
i s
a p p r o x i
m a t e d
b y
H e r e ,
m 0
a n d
R0
a r e r e s p e c t i v e l y t h e a n g u l a r
f r e q u e n c y
o f
E0 a n d t h e
r e s i s t a n c e o f
t h e h e a t i n g c o i l when t h e
caps
a r e
n o t b e i n g
h e a t e d
and
k 1
and
k ; a r e
c o n s t a n t s .
S u b s t i t u t i n g
E q u a t i o n s
( 5 ) a n d ( 6 ) i n E q u a t i o n
( 4 ) ,
we
g e t
1 = 6 H6
5 , ( 7 )
R°(1+k2n)+ wu(l+k|n]c
Hence, s i n c e w e g e t
I n n < <1 ( 8 )
t h e d e n o m i n a t o r
o f E q u a t i o n
( 7 )
i s a p p r o x i m a t e d
b y
HG HG/q
R a + m o c + ( R o k 1 — m a c "
When t h e
f r e q u e n c y
o f
E0
s
f i x e d w i t h o u t
r e g a r d t o t h e
number
o f
c a p s n , i f c u r r e n t I
o f t h e
h e a t i n g
c o i l
i s
k e p t
f i x e d ,
e q u a l
a m o u n t s o f
h e a t
w i l l b e i m p a r t e d
t o
t h e
c a p s ,
b u t
when
t h e
f r e q u e n c y
v a r i e s ,
i f
c u r r e n t
I
o f
t h e
h e a t i n g
c o i l
i s
n o t
c o n t r o l l e d
i n r e s p o n s e
t h e r e t o , e q u a l
amounts o f
h e a t
cannot be imparted t o
t h e
c a p s .
O r d i n a r i l y ,
when
t h e
c u r r e n t ?owing
i n
t h e
h e a t i n g
c o i l s i s c o n s t a n t ,
t h e
h i g h e r t h e f r e q u e n c y t h e g r e a t e r
t h e amount
o f h e a t
i m p a r t e d t o
t h e h e a t e d
o b j e c t s .
W h e n
t h e c a p m a t e r i a l i s n o n - m a g n e t i c
s u c h
a s a l u m i
num, s i n c e t h e f r e q u e n c y i n c r e a s e s a s t h e
number
o f
c a p s
i n c r e a s e s , i t
w i l l be n e c e s s a r y
t o
d e c r e a s e t h e c u r
r e n t
of
t h e
h e a t i n g c o i l i n order
t o
s u p p r e s s
an i n c r e a s e
i n
t h e t e m p e r a t u r e
r i s e
o f
t h e c a p s
b e c a u s e o f
t h e f r e
q u e n c y i n c r e a s e c o m p o n e n t . T a k i n g t h e
p r o p o r t i o n
o f
t h i s
d e c r e a s e a s k 3,
we
e t
and i n o r d e r
t o
h o l d
t h e
t e m p e r a t u r e r i s e o f e a c h c a p
c o n s t a n t ,
we must
e s t a b l i s h
8/18/2019 Us4309586 High Frequency Induchon Heating Circult
http://slidepdf.com/reader/full/us4309586-high-frequency-induchon-heating-circult 9/12
4 , 3 0 9 , 5 8 6
HG
( 9 0 6
( l l )
R n k l
K i
: ,,
RM?
and
i t
w i l l
be understood
t h a t
t h e
v a l u e o f HG
an
be
d e t e r m i n e d f r o m t h i s
e q u a t i o n
t o
g e t
HG ( 1 2 )
( o n e
R0
I n t h i s
m a n n e r ,
w h e n t h e
f e e d b a c k
c o n t r o l c h a r a c t e r i s
t i c s a r e d e t e r m i n e d
t o
s a t i s f y E q u a t i o n ( 1 2 ) , i t
becomes
p o s s i b l e
t o p e r f o r m
t h e h e a t i n g
a c t i o n w i t h a
c o n s t a n t l y
u n i f o r m e n e r g y r e g a r d l e s s o f
t h e number o f h e a t e d
o b j e c t s b e i n g s u p p l i e d .
R e f e r r i n g
t o FIG. 2 , a
b l o c k
c i r c u i t diagram
i s
i l l u s
t r a t e d w h i c h e x p l a i n s t h e p r i n c i p l e s o f t h e a p p a r a t u s
t h a t c o n t r o l s
t h e c u r r e n t o f h e a t i n g
c o i l 2 0 a n d i m p a r t s
a uniform amount o f h e a t t o each a r t i c l e such a s a b o t t l e
c a p , w h e n t h e
c a p s
a r e
s t r o n g l y
m a g n e t i c , s u c h a s t i n
p l a t e
o r t i n - f r e e s t e e l .
I n
t h i s c a s e ,
s i n c e
f e e d b a c k
c i r c u i t
Ef s p r o p o r t i o n a l
t o t h e t e r m i n a l
v o l t a g e
o f
i n d u c t a n c e L , c u r r e n t I
o f
t h e
h e a t i n g c o i l becomes
__G_ __ ( 1 3 }
I
' z + wLHG E’
O r d i n a r i l y
w h e n
h e a t i n g s t r o n g l y m a g n e t i c m a t e r i a l ,
t h e
i n d u c t a n c e
component and t h e r e s i s t a n c e compo
n e n t o f t h e h e a t i n g
c o i l
i n c r e a s e . C o n s e q u e n t l y , t h e
f r e q u e n c y o f
E0
s
a p p r o x i m a t e d
b y
m = w o ( l — k 1 n ) ( 1 4 )
a n d t h e i m p e d a n c e
o f
t h e h e a t i n g c o i l
c i r c u i t i s a p p r o x i
m a t e d b y
When E q u a t i o n s
( 1 4 ) a n d ( 1 5 ) a r e s u b s t i t u t e d
i n
Equa
t i o n ( 3 3 ) , w e g e t
I
= ( 1 6 )
When t h e m a t e r i a l o f t h e
c a p s
i s s t r o n g l y m a g n e t i c , t h e
f r e q u e n c y
d e c r e a s e s a s t h e number o f
c a p s
i n c r e a s e s , s o
t h a t
i n o r d e r t o s u p p r e s s a
t e m p e r a t u r e
drop i n t h e c a p s
c a u s e d b y ' t h e
f r e q u e n c y
d e c r e a s e c o m p o n e n t , i t i s n e c
e s s a r y t o i n c r e a s e t h e
c u r r e n t i n
t h e h e a t i n g c o i l ,
and
t a k i n g t h e p r o p o r t i o n
o f h i s i n c r e a s e
a s k 3 ’ , i f w e t a k e i t
t h a t
I = I 0 ( l + k 3 n ) ( 1 ' )
t h e n i n o r d e r t o make t h e
t e m p e r a t u r e
r i s e o f
e a c h
cap
c o n s t a n t
i t
w i l l be
n e c e s s a r y t o e s t a b l i s h t h a t
and from
t h i s e q u a t i o n w e g e t
5
2 0
2 5
3 5
40
4 5
60
( 1 3 ) 6 5
moLHG
R 0
k 2 ’ +
k 3 ’ ( 1 9 )
: 1’ —
3 ’
i t b e i n g
u n d e r s t o o d
t h a t w e can
d e t e r m i n e
t h e
v a l u e o f
HG. A l t h o u g h t h e p r i n c i p l e s o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n
w i l l
b e a p p a r e n t
f r o m
t h e e x p l a n a t i o n
a b o v e ,
t h e y
w i l l
b e f u r t h e r e x p l a i n e d n e x t
i n t e r m s
o f
s p e c i f i c h i g h f r e
q u e n c y
i n d u c t i o n h e a t i n g
a p p a r a t u s .
F I G . 3 i s a n
e x a m p l e o f
a h i g h f r e q u e n c y
i n d u c t i o n
h e a t i n g
a p p a r a t u s
i n c l u d i n g
t h e h e a t i n g c i r c u i t r e l a t i n g
t o
t h e p r e s e n t i n v e n t i o n
wherein
c a p s
t h a t a r e
t h e
ob
j e c t s
o f
t h e
h e a t i n g
a r e
h e a t e d c o n t i n u o u s l y .
A
l u r a l i t y
o f s e m i c i r c u l a r n o t c h e s 1 2 a r e p o s i t i o n e d
a t e q u a l
i n t e r
v a l s on t h e
p e r i p h e r y
o f a r o t a t i n g t a b l e 1 0 which i s
r o t a t e d
by a d r i v e
a p p a r a t u s n o t i l l u s t r a t e d . Each
n o t c h
1 2 i s s u p p l i e d s u c c e s s i v e l y
with a cap
1 6
from a
c h u t e
1 4 . Caps 1 6 a r e a r r a n g e d i n c h u t e 1 4
w i t h
t h e i r bottoms
f a c i n g downwards, a n d a r e i n s e r te d i n d i v i d u a l l y
i n t o
each n o t c h 1 2 . The c a p s 1 6 a r e t h e n mo v e d n t h e d i r e c ~
t i o n
o f
t h e
arrow
A
y
r o t a t i o n
o f
t a b l e
1 0 .
The
c a p s
a r e
h e a t e d
t o a d e s i r e d
t e m p e r a t u r e ,
f o r example
l O 0 ° - 2 0 0 °
C . ,
b y h i g h
f r e q u e n c y
i n d u c t i o n h e a t i n g
a t
h e a t i n g s t a
t i o n 1 8 , and a r e t h e n d e l i v e r e d
t o a
s u c c e e d i n g p a c k i n g
m a t e r i a l s u p p l y
s t a t i o n .
H e a t i n g
s t a t i o n
1 8 i s f u r n i s h e d
w i t h two
w i n d i n g s o f
a h e a t i n g c o i l 2 0 and a h i g h f r e q u e n c y
c u r r e n t
from
h i g h f r e q u e n c y power s o u r c e
2 2 , i n c l u d i n g
a s e m i c o n
d u c t o r o s c i l l a t o r c o m p r i s i n g
a
t r a n s i s t o r o s c i l l a t o r i s
s u p p l i e d
t o
h e a t i n g c o i l 2 9 . The c o n s t r u c t i o n o f h e a t i n g
s t a t i o n 1 8 i s
shown
i n
g r e a t e r d e t a i l
a n d i n
s e c t i o n a l
view
i n
FIG. 4 .
As
shown i n FIG. 4 ,
c u r r e n t
c o n d u c t o r s
24 and 2 6
f o r m i n g
t h e
h i g h f r e q u e n c y i n d u c t i o n h e a t i n g c o i l a r e
imbedded
i n
a n
a r e
s h a p e d
c o i l
b a s e
p l a t e
2 8 c o m p r i s e d
o f
a
magnetic m a t e r i a l such a s f e r r i t e and a t t a c h e d
un
d e r n e a t h
t h e p e r i p h e r a l s u r f a c e
o f
t h e r o t a t a b l e
t a b l e 1 0 .
C o n s e q u e n t l y , e a c h c a p 1 6 t h a t i s t r a n s p o r t e d
by
t a b l e
1 0 i s i n d u c t i o n h e a t e d by
h e a t i n g
s t a t i o n 1 8 , a n d
a t
t h e
t i m e o f
t h i s
h e a t i n g a c t i o n , e a c h c a p 1 6 i s g u i d e d
i n
t h e
t r a n s p o r t r o u t e by
g u i d e
w a l l
3 0
a t t ac h e d n e a r t h e
p e
r i p h e r y
o f
t h e
t a b l e
1 0
a n d
b y g u i d e
p l a t e
3 2 a t t a c h e d a t
t h e
u p p e r s u r f a c e
n e a r t h e p e r i p h e r y o f
t a b l e
1 0 .
M e t a l
c a p s
u s e d p r e v i o u s l y o r d i n a r i l y c o m p r i s e d
s t r o n g
m a n g e t i c
m a t e r i a l s
s u c h
a s t i n p l a t e o r t i n f r e e
s t e e l ,
b u t
i n r e c e n t y e a r s ,
n o n - m a g n e t i c
m a t e r i a l
such
a s
a l u m i n u m , aluminum a l l o y , copper a n d b r a s s have come
i n t o
w i d e s p r e a d
u s e .
A l s o c a p s made
o f weak m a g n e t i c
m a t e r i a l s such
a s
low
carbon s t e e l
p l a t e have come i n t o
u s e .
With t h e i n t r o d u c t i o n
o f
non-magnetic o r
weak
m a g n e t i c
c a p s ,
i t h a s b e e n f o u n d t h a t
b e c a u s e
o f t h e
f o r c e
o f
e p u l s i o n f o r m e d b y
t h e h i g h f r e q u e n c y
h e a t i n g
c o i l
m a g n e t i c
? e l d
a n d
t h e i n d u c t i o n c u r r e n t i n d u c e d
on
and
n e a r t h e bottoms of t h e c a p s , t h e c a p s t e n d
t o
f l o t
over a n d jump on
the t r a n s p o r t i n g means
such
a s
con
v e y o r s , m a k i n g
i t
i m p o s s i b l e
i n
p r a c t i c e
t o
s u f f i c i e n t l y
h e a t t h e c a p s .
i n t h e
e x a m p l e i l l u s t r a t e d i n FIG.
4 ,
i t
w i l l
b e a p p a r
e n t t h a t s i n c e g u i d e p l a t e 3 2 i s f u r n i s h e d a b o v e c a p s 1 6 ,
t h e open
s u r f a c e s
o f
t h e
c a p s 1 6
w i l l
c o n t a c t
t h e f a c i n g
s u r f a c e 3 2 a
o f
g u i d e p l a t e 3 2 , a n d t h a t c a p s 1 6
w i l l b e
t r a n s p o r t e d b y r o t a t i n g t a b l e 1 0 w h i l e s l i d i n g a l o n g
f a c i n g
s u r f a c e
3 2 a . C o n s e q u e n t l y , b o t t o m s 1 6 a
o f c a p s
1 6
w i l l
a l w a y s move
a t
a
p r e d e t e r m i n e d p r e s c r i b e d
i n t e r v a l from c u r r e n t
c o n d u c t o r s 24 and 26
and t h e
bottoms 1 6 a o f
c a p s
1 6 w i l l b e
i n d u c t i o n h e a t e d u n i
f o r m l y and
a t a good
e f f i c i e n c y . As a r e s u l t a d h e s i v e
8/18/2019 Us4309586 High Frequency Induchon Heating Circult
http://slidepdf.com/reader/full/us4309586-high-frequency-induchon-heating-circult 10/12
4 , 3 0 9 , 5 8 6
7
primer
34
adhered t o
t h e
bottom
1 6 a
w i l l be h e a t e d t o a
t e m p e r a t u r e
s u i t a b l e f o r e x c e l l e n t a d h e s i v e a c t i o n .
Guide
p l a t e 3 2 can b e a d j u s t e d a s
d e s i r e d
t o
a
?xed
p o s i t i o n u p w a r d s o r d o w n w a r d s ,
s u c h
t h a t
t h e i n t e r v a l
b e t w e e n
t h e
h e a t i n g s t a t i o n
1 8 a n d
t h e
f a c i n g
s u r f a c e
3 2 0 c a n
b e
a d j u s t e d t o accommodate c a p s
h a v i n g d i f f e r
e n t h e i g h t s
making
i t
p o s s i b l e
t o m a i n t a i n b o t t o m s 1 6 a
o f
c a p s
1 6 a t t h e m o s t s u i t a b l e
p o s i t i o n
f o r h e a t i n g .
S i n c e t h e
? o a t i n g a n d
j u m p i n g
c a p s c o l l i d e w i t h g u i d e
p l a t e
3 2 ,
i t i s n e c e s s a r y
t h a t t h e r e
b e no
d e f o r m a t i o n o r
damage f r o m
t h e
f o r c e o f s u c h i m p a c t .
F u r t h e r ,
f a c i n g
s u r f a c e
3 2 0 m u s t
a l s o
s a t i s f y
t h e
r e q u i r e m e n t s t h a t i t
have a
smooth
s u r f a c e s o t h a t t h e
open
s u r f a c e o f c a p s
1 6
w i l l
s l i d e a n d
t h a t
t h e r e b e l i t t l e
l i k e l i h o o d
o f f r i c t i o n
damage c a u s e d b y t h e
s l i d i n g o f
c a p s
1 6 . I n
t h e e x a m p l e
i l l u s t r a t e d ,
t e m p e r e d g l a s s p l a t e
h a v i n g
a
t h i c k n e s s o f
5 - 1 0
m i l l i m e t e r s
i s u s e d
a s
g u i d e
p l a t e
3 2 and t h i s
tem
p e r e d
g l a s s p l a t e
h a s
t h e f u r t h e r a d v a n t a g e
o f a l l o w i n g
o b s e r v a t i o n s o f t h e s t a t e o f t r a n s p o r t o f c a p s 1 6 w h i l e
p a s s i n g t h r o u g h t h e
h e a t i n g
s t a t i o n .
I n
o r d e r
t h a t o b j e c t s
made o f n o n - m a g n e t i c m a t e r i a l s
may
b e
e f f e c t i v e l y h e a t e d , t h e i n t e r v a l
between
t h e
c u r r e n t
conductors and t h e o b j e c t s
should
be a s s m a l l a s
p o s s i b l e . F I G . 5 shows t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f
t e m p e r a ‘
t u r e r i s e r a t e a
of
cap
bottom
1 6 0 a g a i n s t
i n t e r v a l
1
between
cap
bottom
1 6 a and t h e u p p e r end
o f
conduc
t o r s
2 4 a n d
2 6 .
As w i l l
b e a p p a r e n t
f r o m t h i s
g r a p h ,
i t i s
n e c e s s a r y t h a t t h e d i s t a n c e
I between t h e
c a p
bottom
1 6 a
and
t h e
c o n d u c t o r s 24 and 2 6 b e
l e s s
t h a n
4
m i l l i m e
t e r s ,
and
p r e f e r a b l y l e s s t h a n 3 m i l l i m e t e r s .
On t h e o t h e r h a n d ,
i n
t h e c a s e o f o b j e c t s
c o m p r i s i n g
s t r o n g
m a g n e t i c m a t e r i a l s ,
t h e
c o u p l i n g
b e t w e e n t h e
h e a t i n g c o i l a n d
t h e o b j e c t s
w i l l b e s t r o n g
m a k i n g i t
unnecessary t o
have a
s m a l l
i n t e r v a l between t h e t w o ,
and i n
o r d e r
t o g e t t h e same e f f e c t i v e matching a s w i t h
n o n ~ m a g n e t i c
m a t e r i a l s ,
t h e
i n t e r v a l
b e t w e e n
t h e
two
c a n b e s e t c o m p a r a t i v e l y w i d e r ,
p r e f e r a b l y
a t 4 - 6 m i l l i
meters.
FIG.
6 i l l u s t r a t e s a n e x a m p l e o f
a
h i g h f r e q u e n c y
i n d u c t i o n h e a ti n g c i r c u i t
c o n s t r u c t e d
a c c o r d i n g
t o
t h e
i n v e n t i o n
t h a t
c o n t a i n s
a
h e a t i n g
c o i l
20
l o c a t e d
a t
a
h e a t i n g
s t a t i o n o f
a h e at i n g
a p p a r a t u s .
The o u t p u t o f a
power s o u r c e a p p a r a t u s 42 h a s i t s c u r r e n t s u p p l y t o
h e a t i n g
c o i l 2 0 c o n t r o l l e d
by
a
c u r r e n t c o n t r o l
c i r c u i t
4 4 , and t h i s o u t p u t i s s u p p l i e d
t o a
s e m i c o n d u c t o r o s c i l
l a t o r
c i r c u i t c o m p r i s i n g
a t r a n s i s to r o s c i l l a t o r
c i r c u i t 48
v i a
a smoothing c i r c u i t
4 6 .
The c u r r e n t
s u p p l y
t o h e a t
i n g
c o i l 2 0
o f
t r a n s i s t o r o s c i l l a t o r c i r c u i t 4 8 i s d e t e c t e d
by
d e t e c t i o n c i r c u i t 5 0 a n d
t h i s
d e t e c t i o n
s i g n a l
i s
s u p
p l i e d t o
t h e
c u r r e n t
c o n t r o l
c i r c u i t 4 4 .
Po w er s o u r c e
a p p a r a t u s
4 2
i n c l u d e s
a t h r e e - p h a s e AC
power s o u r c e 5 2 , a n d
a f t e r
i t s t h r e e - p h a s e o u t p u t h a s
b e e n
r e c t i ? e d b y r e c t i ? e r
5 4 ,
t h e
r i p p l e
i s r e m o v e d b y
s m o o t h i n g
c o i l
5 6 a n d c o n d e n s e r 5 8
a n d i s t h e n
s u p p l i e d
t o
t h e c o l l e c t o r
of c o n t r o l
t r a n s i s t o r 60
of
t h e
c u r r e n t
c o n t r o l
c i r c u i t
4 4 . C o n t r o l t r a n s i s t o r
6 0
p u l s e
w i d t h
c o n t r o l s t h e DC smoothing
o u t p u t
from power s o u r c e
a p p a r a t u s 4 2
a n d t h e
o u t p u t
i s
s u p p l i e d f r o m t h e e m i t t e r
t o s m o o t h i n g c i r c u i t
4 6 .
P o w er
source
apparatus
42 i n c l u d e s a c o n s t a n t v o l t ~
a g e
c i r c u i t
a n d
t h e
c o n s t a n t v o l t a g e o u t p u t
i s
s u p p l i e d
t o s m o o t h i n g c i r c u i t 4 6 a l t h o u g h
i n
t h e p r e s e n t i n v e n
t i o n i t i s a l s o p o s s i b l e t o f u r n i s h a c o n s t a n t
v o l t a g e c i r
c u i t forward o f powr s o u r c e a p p a r a t u s 4 2 .
Smoothing
c i r c u i t 4 6 i n c l u d e s
a s m o o t h i n g
c o i l 6 2 ,
a
condenser 6 4 and a f l y w h e e l d i o d e 6 6 . The
c i r c u i t
4 6
r e c t i ? e s t h e
p u l s e
w i d t h c o n t r o l l e d p u l s e w a v e form
a n d s u p p l i e s t h e r e s p e c t i v e c o l l e c t o r s o f t r a n s i s t o r s 6 8
0
5
20
2 5
3 5
4 5
5 0
8
and 7 0 i n o s c i l l a t o r c i r c u i t 4 8 . T r a n s i s t o r s
6 8
and
7 0
a l s o
f o r m
a n
o s c i l l a t i o n
s w i t c h i n g t r a n s i s t o r
g r o u p t o g e t h e r
w i t h
o t h e r
t r a n s i s t o r s 7 2 a n d 7 4 a n d t h e t r a n s i s t o r p a i r
6 8 and 7 4 and t h e t r a n s i s t o r
p a i r
7 0 and
7 2
a r e
r e s p e c
t i v e l y o n - o f f
c o n t r o l l e d
by a
c o n t r o l
s i g n a l f r o m a
s w i t c h i n g
c o n t r o l
c i r c u i t
7 6 . An
o u t p u t t r a n s f o r m e r
primary
c o i l
77
i s
connected
on
one
s i d e
between
t h e
e m i t t e r o f t r a n s i s t o r 6 8 and t h e c o l l e c t o r o f t r a n s i s t o r 7 2
and on a n o t h e r s i d e between t h e e m i t t e r o f t r a n s i s t o r
70
and
t h e
c o l l e c t o r of t r a n s i s t o r 7 4 . A s e r i e s r e s o n a n c e
c i r c u i t i n c l u d i n g h e at i n g c o i l 2 0 a n d c o n d e n s e r 8 0
i s
c o n n e c t e d t o o u t p u t t r a n s f o r m e r s e c o n d a r y
c o i l
7 8 . The
t e r mi n a l v o l t a g e o f c o n d e n s o r
8 0
i s s u p p l i e d t o s w i t c h »
i n g
c o n t r o l c i r c u i t
7 6
a n d t h e r e s o n a n c e
f r e q u e n c y
o f
t h e s e r i e s r e s o n a n c e c i r c u i t
i s s u p p l i e d from
t h e t e r m i n a l
v o l t a g e
v a r i a t i o n o f c o n d e n s e r 8 0 t o s w i t c h i n g c o n t r o l
c i r c u i t 7 6 .
The
o s c i l l a t i o n f r e q u e n c y o f t r a n s i s t o r o s c i l
l a t o r
c i r c u i t 4 8
and
t h e s w i t c h i n g a c t i o n s o f t h e
s e v e r a l
t r a n s i s t o r s 6 8 ,
7 0 , 7 2
and
7 4 a r e d e t e r m i n e d
by
t h e
r e s o
nance f r e q u e n c y .
The t e r m i n a l v o l t a g e o f c o n d e n s e r
8 0
i s a l s o s u p p l i e d
t o a
d e t e c t o r
c i r c u i t 50 such t h a t t h e output
c u r r e n t
of
t h e h e a ti n g
c o i l
2 0 i s
d e t e c t e d
b y
d e t e c t i o n
c i r c u i t
5 0 .
Detection
c i r c u i t 50
h a s
a r e c t i ? e r
and
c o n v e r t s t h e
o u t p u t v o l t a g e o f c o n d e n s e r 8 0 , c o m p r i s i n g a n
AC
i g
n a l , t o DC o l t a g e .
The d e t e c t i o n s i g n a l
o f
d e t e c t i o n s i g n a l 5 0 i s s u p p l i e d
t o
t h e
c u r r e n t
c o n t r o l c i r c u i t 44
s o
t h a t t h e
supply
cur
r e n t s u p p l i e d from power source
a p p a r a t u s
42 t o o s c i l l a
t o r c i r c u i t
4 8
v i a
smoothing
c i r c u i t
4 6 i s c o n t r o l l e d a s
e x p l a i n e d below w i t h
r e f e r e n c e
t o t h e
waveform
d i a
gram o f FIG. 7 .
High
f r e q u e n c y s i g n a l
waveform
2 0 0 i n F I G .
7
i l l u s
t r a t e s
t h e t e r m i n a l v o l t a g e o f c o n d e n s e r 8 0
o f
t h e s e r i e s
r e s o n a n c e
c i r c u i t
a n d t h e o u t p u t o f d e t e c t i o n
c i r c u i t
5 0
t h a t
h a s r e c t i ? e d
t h i s
t e r m i n a l
v o l t a g e i s
shown s
s i g n a l
2 0 2 . O u t p u t
s i g n a l 2 0 2 o f d e t e c t i o n c i r c u i t 5 0
s
s u p p l i e d
v i a r e s i s t a n c e
84
t o
an
i n p u t t e r m i n a l on one s i d e of a
d i f f e r e n t i a l a m p l i ? e r 82
o f c u r r e n t
c o n t r o l c i r c u i t 4 4 .
An
i n p u t
t e r m i n a l on
t h e o t h e r
s i d e
o f a m p l i ? e r
8 2
i s
s u p p l i e d
w i t h
a r e f e r e n c e v o l t a g e
from
a r e f e r e n c e v o l t »
age g e n e r a t o r c o m p r i s i n g r e f e r e n c e power s o u r c e 86
and
a v a r i a b l e
r e s i s t a n c e 8 8 . The d e t e c t i o n
s i g n a l
2 0 2
and t h e r e f e r e n c e v o l t a g e a r e t h e n
compared
i n
t h e
a m p l i f i e r . A
o n t r o l
g a i n r e g u l a t i o n a p p a r a t u s c o m p r i s
i n g v a r i a b l e r e s i s t a n c e 9 0 i s
i n s t a l l e d
b e t w e e n t h e i n p u t
a n d o u t p u t o f
d i f f e r e n t i a l
a m p l i ? e r
8 2 ,
whereby a s u p
p l y c u r r e n t c o n t r o l g a i n
i s
f u r n i s h e d
t o
h e a t i n g
c o i l 2 0 a s
d e s i r e d
b y t h e c u r r e n t c o n t r o l c i r c u i t . O u t p u t 2 0 4 o f
a m p l i ? e r 8 2
i s
s u p p l i e d
t o a
v o l t a g e
p u l s e
w i d t h
t r a n s
ducer
9 2 . The o u t p u t o f power s o u r c e
a p p a r a t u s 4 2
i s
s u p p l i e d
t o
v o l t a g e
p u l s e
w i d t h
t r a n s d u c e r
9 2 a n d
a
t r i a n g u l a r w a v e
2 0 6 h a v i n g
a n
i n c l i n e
c o r r e s p o n d i n g
t o
t h e
o u t p u t
v o l t a g e
o f
power
s o u r c e
a p p a r a t u s 42
i s
formed
w i t h i n t r a n s d u c e r 9 2 . Transducer 9 2 , a s
w i l l b e
a p p a r e n t from t h e waveform drawing i n FIG.
7 ,
com
p a r e s t r i a n g u l a r w a v e 2 0 6 and
o u t p u t
2 0 4
o f a m p l i ? e r 8 2
and s u p p l i e s
a n
on s i g n a l
t o t h e
b a s e o f t r a n s i s t o r
6 0
o n l y
i n t h e p e r i o d
when
t h e v o l t a g e o f t r i a n g u l a r wave 2 0 6
e x c e e d s t h e
v o l t a g e o f
s i g n a l 2 0 4 . C o n s e q u e n t l y ,
a n
o u t p u t s i g n a l shown a s
p u l s e
waveform
2 0 8 i s
s u p p l i e d
from
t h e
e m i t t e r
o f
t r a n s i s t o r 6 0
t o
smoothing c i r c u i t
4 6
a n d t h i s
s m o o t h i n g
o u t p u t
2 1 0 i s s u p p l i e d
t o
t r a n s i s t o r
o s c i l l a t o r c i r c u i t 4 8 .
V o l t a g e
p u l s e w i d t h t r a n s d u c e r 9 2 i n FIG. 6
a l s o
h a s
t h e
f u n c t i o n o f c o m p e n s a t i n g
f o r t h e
o u t p u t v o l t a g e
f l u c t u a t i o n o f power s o u r c e
a p p a r a t u s
4 2 . That i s , t r i
angular
w a v e
206 of transducer 92
h a s
an i n c l i n e c o r r e ~
8/18/2019 Us4309586 High Frequency Induchon Heating Circult
http://slidepdf.com/reader/full/us4309586-high-frequency-induchon-heating-circult 11/12
4 , 3 0 9 , 5 8 6
9
sponding t o t h e
power
s o u r c e v o l t a g e
o f power
s o u r c e
a p p a r a t u s
4 2 ,
a n d when t h e power s o u r c e
v o l t a g e
h a s
d e c l i n e d ,
t h i s i n c l i n e
b e c o m e s
a b r u p t
a s
shown by
t h e
b r o k e n
l i n e 2 0 6 0 i n FIG. ' 7 w i t h t h e
r e s u l t
t h a t t h e o u t
p u t p u l s e o f c u r r e n t c o n t r o l c i r c u i t
4 4
h a s i t s
p u l s e
w i d t h
i n c r e a s e d ,
a s
shown by t h e
b r o k e n
l i n e
2 0 8 0 . and
b e c a u s e o f
h i s ,
t h e r e i s a n
i n c r e a s e
i n t h e
s u p p l y
c u r r e n t
s u p p l i e d t o t r a n s i st o r o s c i l l a t o r c i r c u i t 4 8 . I n t h i s
m a n
n e r , f o l l o w i n g t h e
e x a m p l e o f FIG. 6 ,
t h e
power s o u r c e
v o l t a g e ? u c t u a t i o n o f power s o u r c e a p p a r a t u s
42
c a n
a l s o
b e r e l i a b l y c o m p e n s a t e d .
F o l l o w i n g t h e
i n d u c t i o n h e a t i n g
c i r c u i t a c c o r d i n g t o
t h e
p r e s e n t
i n v e n t i o n a s shown
a b o v e ,
i t i s p o s s i b l e t o
a s s u r e t h a t c o n s t a n t h e a t i n g e n e r g y i s i m p a r t e d t o a r t i
c l e s
b y t h e h e a t i n g
c o i l n o t
w i t h st a n d i n g f r e q u e n c y
v a r i a t i o n s
a n d
l o a d
i m p e d a n c e s v a r y i n g i n t h e h e a t i n g
c o i l b e c a u s e of change n numbers o f a r t i c l e s o r b e c a u s e
o f c h a n g e
i n
t h e e l e c t r i c a l p r o p e r t i e s
o f
t h e
a r t i c l e s
t o b e
h e a t e d . T h i s
i s a c c o m p l i s h e d b y r e l i a b l y
d e t e c t i n g
f l u c
t u a t i o n s
i n t h e h i g h
f r e q u e n c y
c u r r e n t o f h e a t i n g c o i l 2 0
a n d u s i n g f e e d b a c k c o n t r o l o f t h e s u p p l y c u r r e n t
s u p
p l i e d from
power s o u r c e
a p p a r a t u s 42 t o o s c i l l a t o r
c i r
c u i t
4 8 which f e e d b a c k c o n t r o l
depends on
t h e d e t e c
t i o n v o l t a g e o f h e a t i n g
c o i l 2 0 .
The p r e s e n t i n v e n t i o n
i s
not c h a r a c t e r i z e d i n t h a t t h e
c u r r e n t
v a l u e of
h e a t i n g
c o i l 2 0 s c o n t r o l l e d
t o
c o n s t a n c y . R a t h e r
t
i s
c h a r a c t e r
i z e d i n
t h a t
t h e c u r r e n t s u p p l i e d
t o
t h e h e at i n g c o i l
2 9
i s
v a r i e d by t h e
number
o f c a p s s u p p l i e d
s u c h t h a t
t h e
e n e r g y i m p a r t e d
by
t h e
h e a t i n g
c o i l 2 0 t o t h e
a r t i c l e s
i s
c o n t r o l l e d
t o c o n s t a n c y , and
a s a
r e s u l t ,
t h e a r t i c l e s a r e
h e a t e d a t
c o n s t a n t l y
u n i f o r m
t e m p e r a t u r e s .
O r d i n a r i l y
w h e n a
c o n s t a n t c u r r e n t i s s u p p l i e d
t o t h e
h e a t i n g c o i l 2 0 , t h e h e a t i n g t e m p e r a t u r e o r h e a t i n g e n
ergy
o f
t h e a r t i c l e s t o be h e a t e d
s h o u l d
be m a i n t a i n e d
c o n s t a n t , b u t b e c a u s e o f v a r i a t i o n s
i n
t h e l o a d
i m p e
d a n c e o f
h e a t i n g
c o i l
2 0 ,
t h e r e
w i l l
b e
v a r i a t i o n s
i n
t h e
r e s o n a n c e f r e q u e n c y o f
t h e
h e a t i n g
c o i l c i r c u i t e v e n
i f
t h e
s u p p l y
c u r r e n t t o t h e h e a t i n g
c o i l i s k e p t
c o n s t a n t .
The r e s u l t
i s
t h a t
i n
a c t u a l
p r a c t i c e i t w i l l b e
i m p o s s i b l e
t o
h e a t
a l l a r t i c l e s at
a
uniform
t e m p e r a t u r e .
For e x a m
p l e , i n a c a s e w h e n d i f f e r e n t numbers
o f n o n - m a g n e t i c
m e t a l
c a p s a r e s u p p l i e d t o t h e h e a ti n g
a p p a r a t u s
shown
i n FIG. 1 under c o n d i t i o n s where a c o n s t a n t c u r r e n t
?ows
i n
t h e h e a t i n g c o i l , marked f l u c t u a t i o n s w i l l b e
s e e n i n
t h e h e a t i n g
t e m p e r a t u r e o f
e a c h m e t a l
c a p . T a b l e
1 shows t h e h e a t i n g t e m p e r a t u r e 9 o f t h e m e t a l c a p , t h e
s u p p l y
c u r r e n t 1 8
a n d t h e o u t p u t
v o l t a g e
VB o f
s m o o t h i n g c i r c u i t 4 6 compared t o
t h e n u m b e r s
o f m e t a l
c a p s s u p p l i e d w hen a f e e d b a c k r a t i o i s s tr o n g l y a p p l i e d
b y
m a n i p u l a t i n g
t h e c o n t r o l g a i n
r e g u l a t i n g
a p p a r a t u s
90
o f c u r r e n t
c o n t r o l c i r c u i t
44 n o r d e r t o m a i n t a i n t h e
s u p p l y c u r r e n t
t o
h e a t i n g c o i l 2 0 c o n s t a n t
which cur
r e n t
i s r e p r e s e n t e d b y t h e o u t p u t t e r m i n a l
v o l t a g e
Vc f
condenser 80
i n FIG. 4 .
TABLE
Cap Q u a n t i t y
Vb
I B
9
( N u m b e r )
( V o l t s )
( A m p e r e s ) ( ‘ C . )
l 9 5 3 0 8 0
9
I 6 0 3 2 R 1 0
1 8 2 0 0
3 3 1 3 0
( V c : c o n s t a n t )
As w i l l b e
a p p a r e n t
f r o m T a b l e
i ,
w h e n c o n d e n s e r
t e r m i n a l
v o l t a g e
Vc
s
c o n t r o l l e d t o
a
c o n s t a n t v a l u e ,
t h e e n e r g y
i m p a r t e d
t o t h e c a p s , t h a t
i s
t h e t e m p e r a t u r e
r i s e ,
d e c r e a s e s a s
t h e number o f
n o n - m a g n e t i c m e t a l
c a p s s u p p l i e d
d e c r e a s e s .
5
5 5
6 5
The p r e s e n t
i n v e n t i o n
i s
c h a r a c t e r i z e d
i n t h a t i t r e
m o v e s t h e
h e a t i n g
t e m p e r a t u r e ? u c t u a t i o n s b y f l o w i n g
c o n s i d e r a b l e
c u r r e n t
t o
t h e h e a t i n g c o i l
w h e n t h e num
b e r
o f n o n - m a g n e t i c
m e t al c a p s s u p p l i e d t o t h e h e a t i n g
a p p a r a t u s
i s
s m a l l , b a s e d o n t h e p r o p e r t i e s
o f
t h e i n d u c
t i o n
h e a t i n g
a p p a r a t u s d e s c r i b e d a b o v e .
The s e m i c o n d u c t o r o s c i l l a t i o n c i r c u i t i n
t h e p r e s e n t
i n v e n t i o n
h a s t h e c h a r a c t e r i s t i c
t h a t
a h i g h f r e q u e n c y
s i g n a l i s produced by
means
o f a s e r i e s r e s o n a n c e
c i r c u i t
between
t h e h e a t i n g
c o i l and a condenser
which
i n
c r e a s e s t h e c u r r e n t i n t h e s e r i e s resonance c i r c u i t a s t h e
number o f c a p s
s u p p l i e d d e c r e a s e s .
As a
r e s u l t ,
i n c a s e s
w h e n
t h e r e i s
no f e e d b a c k s y s t e m c o m p r i s i n g c u r r e n t
c o n t r o l
c i r c u i t 44 i n F G . 6 , and i n c a s e w h e n
no
a r t i c l e s
t o
b e h e a t e d a r e su p p l i e d t o t h e h e a t i n g a p p a r a t u s , t h e r e
w i l l b e
a
markedly l a r g e f l o w o f c u r r e n t
t o
t h e h e a t i n g
c o i l .
B e c a u s e
o f
t h i s ,
i t w i l l
b e
u n d e r s t o o d t h a t
c u r r e n t
c o n t r o l c i r c u i t 44 n FIG.
6
p e r f o r m s
a f e e d b a c k
a c t i o n
t h a t s u p p r e s s e s t h e s u p p l y c u r r e n t a s t h e number o f c a p s
s u p p l i e d t o h e a t i n g c o i l
2 0
d e c r e a s e s .
C o n s e q u e n t l y , t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n
h a s
a
f e e d b a c k
c o n t r o l
c h a r a c t e r i s t i c
such t h a t
g r e a t e r
amounts
of c u r r e n t a r e
s u p p l i e d
t o
h e a t i n g c o i l
2 0
when
t h e
number
o f m e t al c a p s
s u p p l i e d
t o
t h e
h e a t i n g a p p a r a t u s d e c r e a s e s ,
t h i s b e i n g d o n e b y
means
o f a
weaker
feedback r a t i o
without
c o n s t a n t
c u r r e n t c o n t r o l by
c u r r e n t
c o n t r o l c i r c u i t 4 4 .
T h i s k i n d
o f
f e e d b a c k
c h a r a c t e r i s t i c c a n b e o b t a i n e d by o p e r a t i n g
c o n t r o l g a i n r e g u l a t i o n a p p a r a t u s 9 0 i n c u r r e n t c o n t r o l
c i r c u i t 4 4 a n d l o w e r i n g t h e a m p l i ? c a t i o n r a t e o f d i f f e r
e n t i a l a m p l i ? e r
8 2 .
T a b l e
2 shows t h e s u p p l y
v o l t a g e
Vb
t o
o s c i l l a t o r
c i r c u i t 4 8 ,
t h e s u p p l y c u r r e n t
I B and
t h e h e at i n g
tem
p e r a t u r e
9
r e l a t e d
t o t h e
number
o f m e t a l
c a p s s u p p l i e d
i n a n i n d u c t i o n
h e a t i n g
c i r c u i t where a weak f e e d b a c k
c o n t r o l a c t i o n
r e l a t in g t o
t h e p r e s e n t i n v e n t i o n h a s
b e e n
a p p l i e d .
TABLE
Cap
Q u a n t i t y
Vb
I B
0
( N u m b e r )
( V o l t s ) ( A m p e r e s ) ( ' C . )
l 1 3 2 3 5 B0
9
I 7 5 3 4 H0
i s
Z C K J
3 3 HO
As
w i l l
b e
a p p a r e n t from T a b l e 2 , a n e a r l y c o n s t a n t
h e a t i n g
t e m p e r a t u r e
i s o b t a i n e d by
p e r f o r m i n g a f e e d
b a c k
c o n t r o l
a c t i o n t h a t
i n c r e a s e s t h e c u r r e n t s u p p l i e d
t o
t h e
h e a t i n g c o i l , a s
t h e
number
o f m e t a l
c a p s de
creases.
I n
t h e a b o v e e x a m p l e ,
t h e
i n t e r v a l
b e t w e e n h e a t i n g
c o i l 20
and
t h e bottom
s u r f a c e
1 6 a o f cap 1 6 was k e p t
c o n s t a n t .
When
h i s
i n t e r v a l
i s
v a r i e d ,
t h e r e must
be a
c o r r e s p o n d i n g
a d j u s t m e n t i n
t h e
a b o v e - d e s c r i b e d c o n
t r o l c h a r a c t e r i s t i c s .
The s e c t i o n a l
s h a p e o f
t h e h e a ti n g c o i l , a s
shown
i n
FIG.
8 ,
i s
one where
c u r r e n t
conductors 24 and 26
c o m p r i s e c o p p e r
p i p e s 6 mm
n d i a m e t e r
and
a r e
p l a c e d
i n
a
c o i l
b a s e
p l a t e
2 8 . P l a t e
28 comprises a f e r r i t e
c o r e
with
t h e f o l l o w i n g
measurements a: 2
mm,
b=28 mm
c=40 mm, d=20 mm nd e=27 mm,
length=60 cm.
The a r t i c l e s h e a t e d a r e
aluminum
c a p s
and s t e e l
c a p s
and t h e c o n d i t i o n s d i s c u s s e d
below
a r e ones where t h e
t e m p e r a t u r e g r a d i e n t
o f
t h e
c a p s i s c o n s t a n t
r e g a r d l e s s
o f
t h e number o f c a p s h e a t e d b y t h e h e a ti n g c o i l .
For t h e c a s e w h e n
aluminum
caps
2 8
mm n d i a m e t e r ,
l 5 mm
igh and 0 . 2 4 mm h i c k were h e a t e d ,
we i n d :
8/18/2019 Us4309586 High Frequency Induchon Heating Circult
http://slidepdf.com/reader/full/us4309586-high-frequency-induchon-heating-circult 12/12
4 , 3 0 9 ,
1 1
TABLE
g
=
mm g
=
2 mm
k | 0 . 0 0 6 9 0 . 0 0 4 9
R ; 0071 0 . 0 5 2 5
k 3
0 . 0 0 2 5
0 . 0 0 l 8
( k 2
—
k 3 ) / ( k | +
k 3 )
7 . 2 9
6 . 6 9
For t h e c a s e w h e n aluminum c a p s
3 8
mm
n d i a m e t e r ,
1 7 mm
igh
and 0 . 2 4 mm h i c k w e re h e a t e d ,
we
found:
1 0
TABLE
g = mm
g
z
2 mm
k1
0 . 0 1 1 1
0 . 0 0 8 3
1 Q 0102
0 . 0 8 2 1 5
k 3
0 . 0 0 3 2 0 . 0 0 2 4
( k 2 ~ k 3 ) / ( k | +
k 3 ) 6 . 9 1 6 . 8 8
For t h e
c a s e
w h e n s t e e l c a p s 2 8
mm
n
d i a m e t e r ,
9
mm igh and 0 . 2 4 mm h i c k were h e a t e d : 20
TABLE
g = mm
g
= mm
k 1 ’ 0 . 0 0 2 1 0 . 0 0 1 4
k 2 ’ 0 . 0 4 2 0 . 0 2 3 2 5
k 3 ’ 0.00076
0.00051
( k ; +
k 3 ) / ( k 1 _
k g ‘ ) 3 1 . 9 2 6 . 4
and
f o r
t h e c a s e
w h e n
s t e e l
c a p s
40 mm n d i a m e t e r , 1 2
mm igh
and
0 . 2 4
mm h i c k were h e a t e d ,
we
found: 3 0
TABLE
g
=
mm
g =
mm
k | ' 0 , 0 0 3 9
0 . 0 0 2 2
k 2 ‘
0 . 1 4 9
0 . 0 7 3
k g ‘ 0 . 0 0 1 3 0 . 0 0 0 6 9 3 5
( k 2
+ k J ) / ( k |
- — k g ’ ) 5 7 . 3
5 2 . ]
The
v a l u e s i n , k g a n d k 3 w i l l v a r y d e p e n d i n g on
s u c h
f a c t o r s
a s
t h e
i n t e r v a l between t h e cap bottom s u r f a c e
a n d
t h e f e r r i t e s u r f a c e ,
t h e s e c t i o n a l
s h a p e o f t h e h e a t i n g
c o i l ,
t h e c a p d i a m e t e r a n d t h e f r e q u e n c y
o f
t h e h i g h
f r e q u e n c y power
s o u r c e ,
a n d c o n s e q u e n t l y
t h e v a l u e
HG hich
depends on
t h e s e
f a c t o r s
w i l l vary on t h e
o r d e r of i - 100 .
As
d e s c r i b e d
a b o v e ,
i t i s p o s s i b l e t o o b t a i n a
n e a r l y
u n i f o r m
h e a ti n g e n e r g y , t h a t
i s
h e a t i n g
t e m p e r a t u r e ,
r e g a r d l e s s o f
t h e number
o f a r t i c l e s
s u p p l i e d
t o t h e
h e a t i n g
a p p a r a t u s a n d r e g a r d l e s s o f
t h e
m u t u a l i n d u c
t a n c e
v a r i a t i o n s w i t h
t h e h e a t i n g c o i l , by n o n - c o n s t a n t
c u r r e n t
c o n t r o l
o f
t h e c o n t r o l c h a r a c t e r i s t i c s
o f t h e
c u r r e n t
c o n t r o l
c i r c u i t .
The c o n t r o l
g a i n
o f t h e
c u r r e n t
c o n t r o l c i r c u i t c a n
be
done w i t h a n y r e g u l a t i n g a p p a r a t u s b e s i d e s t h e v a r i a b l e
r e s i s t a n c e
i n t h e
e x a m p l e
i l l u s t r a t e d ,
a n d
t h e c u r r e n t
o f
t h e
h e a t i n g
c o i l
c a n
a l s o
b e
d e t e c t e d
by v a r i o u s o t h e r
d e t e c t i o n
c i r c u i t s .
A l s o
f o l l o w i n g t h e p r e s e n t
i n v e n t i o n , i t
i s p o s s i b l e t o
h e a t non-magnetic
m a t e r i a l s u c h
a s
aluminum
a t
good
e f f i c i e n c y a n d
i t
i s
p o s s i b l e
t o
p r o v i d e e x tr e m el y
e f f e c
t i v e
c i r c u i t s f o r
h e a t i n g
m e t a l c a p s f o r
s e a l i n g
b o t t l e s i n
p a r t i c u l a r .
The p r e s e n t i n v e n t i o n f u r t h e r makes i t p o s s i b l e
t o
o b t a i n a n i n c r e a s e i n t h e c u r r e n t
w h e n
a number
of
4 5
6 5
586
1 2
a r t i c l e s c o m p r i s i n g a s tr o n g m a g n e t i c m a t e r i a l s u p p l i e d
t o t h e h e a t i n g s t a t i o n d e c r e a s e s and t o t h u s o b t a i n
a
c o n s t a n t u n i f o r m h e a t i n g a c t i o n . T h i s
i s
a c c o m p l i s h e d
by u t i l i z i n g a f e e d b a c k c o n t r o l a c t i o n t h a t i s s t r o n g e r
than t h e
constant current
c o n t r o l i n a current c o n t r o l
c i r c u i t .
1
c l a i m :
1 . I n a h i g h
f r e q u e n c y
i n d u c t i o n h e a t i n g c i r c u i t f o r
h e a t i n g
a
p l u r a l i t y o f
n o n - m a g n e t i c a r t i c l e s where s a i d
i n d u c t i o n h e a t i n g
c i r c u i t
i n c l u d e s
a semiconductor
o s
c i l l a t o r c i r c u i t ( 4 8 ) h a v i n g
a s e r i e s
r e s o n a n c e c i r c u i t
i n c l u d i n g a h e a t i n g
c o i l
( 2 0 ) a l o n g w h i c h s a i d n o n - m a g »
n e t i c a r t i c l e s
a r e
adapted t o be conveyed and a con
d e n s e r ( 8 0 ) , t h e
improvement
i n t h a t s a i d
i n d u c t i o n
h e a t i n g
c i r c u i t
c o m p r i s e s :
d e t e c t i o n
c i r c u i t
means ( 5 0 ) f o r d e t e c t i n g t h e t e m i n a l
v o l t a g e
o f
a i d c o n d e n s e r , s a i d t e r m i n a l v o l t a g e b e i n g
i n c r e a s e r e s p o n s i v e
t o t h e
d e c r e a s e
o f
t h e
number o f
s a i d n o n - m a g n e t i c a r t i c l e s w h i c h
a r e c o n v e y e d
a l o n g
s a i d h e a t i n g c o i l ( 2 0 ) ,
c u r r e n t
c o n t r o l
c i r c u i t
means
( 4 4 )
f o r c o n t r o l l i n g a
s u p p l y c u r r e n t t o s a i d o s c i l l a t o r
c i r c u i t
( 4 8 ) where t h e
c u r r e n t
c o n t r o l
c i r c u i t means
i s
r e s p o n s i v e t o a s i g n a l
f r o m
s a i d d e t e c t i n g c i r c u i t
t o
i n c r e a s e t h e s u p p l y
c u r r e n t t o
s a i d
o s c i l l a t o r
c i r c u i t
with an i n c r e a s e of
s a i d t e r m i n a l v o l t a g e , a n d
a c o n t r o l g a i n r e g u l a t i o n means
( 9 0 ) f o r a d j u s t i n g
a
c o n t r o l
g a i n which s i n c l u d e d i n
s a i d
c u r r e n t c o n t r o l
c i r c u i t means ( 4 4 ) t o a d j u s t t h e r a t i o o f t h e i n c r e a s e o f
s a i d s u p p l y c u r r e n t
t o
t h e i n c r e a s e
o f
s a i d
t e r m i n a l
v o l t a g e
s o t h a t
t h e
h e a t i n g t e m p e r a t u r e
o f
s a i d
non
m a g n e t i c a r t i c l e i s k e p t
s u b s t a n t i a l l y
c o n s t a n t
i r r e
s p e c t i v e
o f
t h e
number o f s a i d n o n - m a g n e t i c a r t i c l e s
w h i c h a r e c o n v e y e d
a l o n g s a i d h e a t i n g
c o i l .
2 .
I n
a
h i g h f r e q u e n c y
i n d u c t i o n h e at i n g
c i r u i t
f o r
h e a t i n g
a
p l u r a l i t y o f f e r r o m a g n e t i c a r t i c l e s where s a i d
i n d u c t i o n h e a ti n g c i r c u i t i n c l u d e s
a
semiconductor o s
c i l l a to r c i r c u i t ( 4 8 ) h a v i n g
a
s e r i e s r e s o n a n c e c i r c u i t
i n c l u d i n g a
h e a t i n g c o i l ( 2 0 ) a l o n g w h i c h s a i d f e r r o m a g
n e t i c a r t i c l e s
a r e
adapted t o
b e conveyed,
a condenser
( 8 0 )
a n d a n
i n d u c t a n c e , t h e
improvement
w h e r e i n
s a i d
i n d u c t i o n h e at i n g c i r c u i t c o m p r i s e s :
d e t e c t i o n c i r c u i t means ( 5 0 ) f o r
d e t e c t i n g t h e t e r m i n a l
v o l t a g e
o f s a i d
i n d u c t a n c e , s a i d t e r m i n a l v o l t a g e
b e i n g d e c r e a s e d
r e s p o n s i v e
t o t h e d e c r e a s e o f t h e
number of s a i d ferromagnetic a r t i c l e s
which a r e con
v e y e d a l o n g s a i d
h e a t i n g
c o i l ,
c u r r e n t c o n t r o l c i r c u i t means
( 4 4 )
f o r
c o n t r o l l i n g
a
s u p p l y
c u r r e n t
t o
s a i d
o s c i l l a t o r c i r c u i t ( 4 8 )
where
t h e
c u r r e n t c o n t r o l
c i r c u i t means
i s
r e s p o n s i v e
t o a
s i g n a l
f r o m s a i d
d e t e c t i n g
c i r c u i t t o d e c r e a s e
t h e
s u p p l y
c u r r e n t t o s a i d
o s c i l l a t o r
c i r c u i t with a
decrease o f
s a i d
t e r m i n a l
v o l t a g e , a n d
a c o n t r o l g a i n r e g u l a t i o n means ( 9 1 0 )
f o r
a d j u s t i n g a
c o n t r o l g a i n
which s i n c l u d e d
i n s a i d
c u r r e n t c o n t r o l
c i r c u i t means t o a d j u s t
t h e
r a t i o o f t h e
d e c r e a s e
o f
s a i d s u p p l y c u r r e n t t o
t h e
d e c r e a s e o f
s a i d
t e r m i n a l
v o l t a g e s o t h a t t h e
h e a t i n g t e m p e r a t u r e o f s a i d
f e r r o
m a g n e t i c a r t i c l e i s
k e p t
s u b s t a n t i a l l y c o n s t a n t i r r e
s p e c t i v e o f t h e number o f s a i d f e r r o m a g n e t i c
a r t i c l e s
w h i c h a r e c o n v e y e d a l o n g s a i d h e a t i n g c o i l .
*
i
*
I
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