本申請(qǐng)主張2014年2月9日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第61/937,555號(hào)的利益，該案的全文以引用的方式并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電感應(yīng)熱處理沿工件的縱軸配置的緊密間隔的多個(gè)偏心圓柱形元件(諸如用于內(nèi)燃引擎中的凸輪軸上的多個(gè)緊密間隔的凸輪凸部)。

背景技術(shù)：

在內(nèi)燃引擎中使用凸輪軸以便當(dāng)引擎運(yùn)行時(shí)執(zhí)行循環(huán)程序。為了熱處理的目的，可以將凸輪軸幾何描述為具有沿凸輪軸的中心縱軸分布的至少一個(gè)或多個(gè)凸輪凸部的縱向定向工件，其中每個(gè)凸輪凸部呈偏心圓柱形元件的形狀。一般來(lái)說(shuō)，雖然不總是如此，但是每個(gè)凸輪凸部具有偏心圓形輪廓，其中圓形凸輪凸部中心與凸輪軸的中心縱軸內(nèi)聯(lián)。在三維中，可以將凸輪凸部描述為與凸輪凸部的中心縱軸對(duì)準(zhǔn)的偏右圓柱形元件。沿凸輪凸部的中心縱軸通常分布多個(gè)凸輪凸部以協(xié)調(diào)進(jìn)氣閥和排氣閥的打開(kāi)和關(guān)閉。除了凸輪凸部之外其它元件也可以形成凸輪軸。整個(gè)凸輪軸可以通過(guò)鍛造、鑄造、接卸加工或組裝而產(chǎn)生，并且可以是實(shí)心凸輪軸、中空凸輪軸或組合實(shí)心和中空的凸輪軸。

通常來(lái)說(shuō)，沿傳統(tǒng)凸輪軸的中心縱軸的相鄰的凸輪凸部之間的間隔很大，這是由于凸輪在其上操作的元件(例如，進(jìn)氣閥或排氣閥)被間隔開(kāi)大距離。例如，圖1示出了典型的傳統(tǒng)凸輪軸90。凸輪軸包括沿圓柱形軸98的軸向長(zhǎng)度分布的凸輪凸部(94a和94b；94c和94d；94e和94f；94g和94h)的四個(gè)群組(92a至92d)。未示出諸如軸承或端帽之類(lèi)的附加的凸輪軸特征。通常將凸輪凸部與軸鍛造、鑄造或機(jī)械加工為一體，并且之后增加諸如軸承的附加元件；可替代地，例如凸輪凸部的凸輪軸元件可收縮配合至凸輪軸上。凸輪凸部的數(shù)量、大小、輪廓、定位及定向取決于凸輪軸的類(lèi)型及其引擎設(shè)計(jì)?？招幕?qū)嵭耐馆嗇S可用于許多應(yīng)用中，其中凸輪軸上一個(gè)或多個(gè)特征(諸如凸輪凸部)必須經(jīng)冶金硬化，以經(jīng)受在應(yīng)用中的設(shè)計(jì)的使用壽命期間施加的磨損及力。傳統(tǒng)車(chē)用凸輪軸上這些凸輪凸部的典型軸向?qū)挾葂1是大約9至21mm(毫米)，并且相鄰?fù)馆喭共恐g的典型最小軸向間隔x2是大約12至40mm。

當(dāng)操作閥時(shí)，凸輪凸部輪廓是與連接至閥的凸輪從動(dòng)件的搖桿有接觸的凸輪凸部工作表面。在凸輪軸的預(yù)定壽命周期期間，凸輪軸可以旋轉(zhuǎn)通過(guò)數(shù)百萬(wàn)個(gè)360°可旋轉(zhuǎn)周期，并且由于在凸輪凸部的工作表面上的凸輪從動(dòng)件的活動(dòng)摩擦，凸輪軸經(jīng)歷相當(dāng)多的磨損和接觸應(yīng)力。在圖1中對(duì)于凸輪凸部94b利用橫截面影線繪示關(guān)于凸輪凸部的工作表面。耐磨損性和強(qiáng)度的良好組合對(duì)凸輪凸部是非常重要的，這就需要硬化工件表面區(qū)域?；谕馆嗇S的功能，凸輪凸部的工作表面包括至少以下輪廓區(qū)域：基圓(也稱(chēng)為根部)、齒腹及鼻。

圖2(a)和圖2(b)示出關(guān)于凸輪軸凸部輪廓的凸部鼻區(qū)域95a和95b、基環(huán)97a和97b以及齒腹99a和99b，將凸輪軸凸部輪廓分類(lèi)為具有“尖”形鼻(在圖2(a)中)或“常規(guī)鼻”(在圖2(b)中)，以區(qū)分具有的輪廓弧度小于圖2(b)中的典型常規(guī)鼻的輪廓弧度的尖鼻區(qū)域。根部(基環(huán))是通常與凸輪軸的軸(例如，圖1中的軸98)同心并且不具有與凸輪凸部的工作表面接觸的元件(諸如凸輪從動(dòng)件的搖桿)的升程的凸輪凸部的部分；齒腹是具有大加速度及速度以使連接至凸輪從動(dòng)件的閥移動(dòng)以盡快打開(kāi)或關(guān)閉的凸輪凸部的部分；并且鼻是與根部相對(duì)于具有最小的曲率半徑已給出最大閥升程的凸輪凸部的部分。在圖2(b)中的凸輪凸部的最大橫截面直徑可定義為從鼻的頂點(diǎn)至根部的底部的距離y1。

多種類(lèi)型的加熱感應(yīng)器(也稱(chēng)為感應(yīng)線圈)可用于感應(yīng)硬化通常具有圓柱形狀的工件上的元件，其包括具有如本文中描述的偏右圓柱形形狀的凸輪凸部。如圖3中所示的對(duì)于單匝感應(yīng)線圈80，感應(yīng)器通常是具有圓形橫截面形狀的單匝或多匝感應(yīng)器。由于感應(yīng)加熱的強(qiáng)度取決于與工件的區(qū)域耦合的磁通量以感應(yīng)插入線圈中的工件或元件中的渦流加熱，所以使用傳統(tǒng)感應(yīng)線圈配置難以實(shí)現(xiàn)諸如凸輪凸部的復(fù)雜幾何區(qū)域內(nèi)的均勻感應(yīng)熱處理。感應(yīng)加熱程序由以下事實(shí)進(jìn)一步復(fù)雜化：通常熱穿透至工件的內(nèi)部是向內(nèi)感應(yīng)渦流加熱及接著自渦流區(qū)域(由電流穿透深度控制)向工件的中心區(qū)域進(jìn)一步感應(yīng)向內(nèi)熱傳遞(有時(shí)成為“熱浸泡”)的組合。鄰近意欲經(jīng)熱處理的估計(jì)區(qū)域的工件區(qū)域的存在可復(fù)雜化獲取意欲熱處理區(qū)域中的所要溫度均勻性的能力。

根據(jù)凸輪軸的幾何形狀和所需的每單位熱處理時(shí)間生產(chǎn)要求，可以利用單個(gè)感應(yīng)器的單個(gè)凸輪凸部的掃描感應(yīng)加熱或利用多匝感應(yīng)器的單個(gè)或多個(gè)凸部靜態(tài)(單發(fā))加熱感應(yīng)硬化凸輪軸。

掃描感應(yīng)硬化通常用于較低生成率。單匝掃描感應(yīng)器通過(guò)允許利用最小量功率熱處理各種寬帶的凸輪凸部來(lái)提供最大的靈活性，當(dāng)利用具有比凸輪凸部的寬度小的窄寬度面(圖3中的80’)掃描感應(yīng)器時(shí)，在給定時(shí)間段中僅加熱單個(gè)凸輪凸部的工件表面的一小部分。

當(dāng)在加熱具有“凸部鼻直徑-凸部基環(huán)直徑”的明顯不同比率的凸輪凸部時(shí)(尤其當(dāng)凸輪凸部相互靠近時(shí))，當(dāng)試圖滿(mǎn)足“最小值-最大值”的硬度層(表面)深度變化的指定范圍時(shí)，掃描感應(yīng)硬化可能是有問(wèn)題的。例如，圖4(a)和圖4(b)繪示了非傳統(tǒng)型凸輪軸的一個(gè)示例，即三凸部凸輪軸70，其具有四個(gè)三凸部群組(72a、72b、74c和72d)，每個(gè)包括三個(gè)緊密間隔的凸輪凸部(凸部：74a、74b和74c；74d、74e和74f；74g、74h和74i；74j、74k和74l)，其中每個(gè)凸輪凸部具有大于1.5:1或小于1:1.5的范圍內(nèi)的凸部鼻直徑d_n與凸部基環(huán)(根部)直徑d_h比率(d_n：d_h)，并且在每個(gè)三凸部群組中，中心凸部(74a、74d、74g和74j)與每個(gè)相關(guān)的外部末端凸部(74b和74c；74e和74f；74h和74i、74k和74l)之間的軸向距離x₃不大于2至5mm，其中更接近2m的距離更典型。

三凸部凸輪軸可用于(例如)具有自由浮動(dòng)在往復(fù)活塞(各具有凸輪從動(dòng)件)的引擎中，其中活塞配置成四個(gè)活塞的一排或多排中，各活塞延伸于90°的角度間隔的排上，活塞可由30°的角度間隔分開(kāi)。這些引擎中的凸輪凸部將接近具有根據(jù)特定引擎所要的特性的不同輪廓的正弦形狀。三凸部凸輪軸上的輪廓之間的液壓制動(dòng)的兩件式制動(dòng)開(kāi)關(guān)使生成及持續(xù)時(shí)間兩者交替。

掃描感應(yīng)硬化三凸部群組中的緊密間隔的凸輪凸部的嘗試不可避免的與至少雙重特征相關(guān)聯(lián)：已經(jīng)硬化的三凸部群組中的相鄰?fù)共康姆撬鼗穑灰约坝捎趶恼诒淮慊鸬耐馆喭共康谋砻嬷寥共咳航M中經(jīng)加熱的凸輪凸部的表面的淬火飛濺(這是由于尤其在三凸部群組中經(jīng)加熱的凸輪凸部及正在被淬火的凸輪凸部的近軸向接近)而獲得有斑點(diǎn)的硬度的可能性。

作為掃描感應(yīng)硬化的替代，可通過(guò)將諸如三凸部群組72a(圖5(a)中示出的部分凸輪軸截面)的三凸部群組中的緊密間隔的凸輪凸部插入圖5(b)所示的單匝感應(yīng)器80內(nèi)，而靜態(tài)感應(yīng)(單匝)硬化三凸部群組中的緊密間隔的凸輪凸部的群組。單匝感應(yīng)器80可以是空心銅線圈感應(yīng)器，其具有內(nèi)部水冷卻通道81，因而形成圖5(b)所示的具有線圈寬度W_coil、固定橫截面圓形內(nèi)徑d_in和外徑d_out的單匝感應(yīng)器。凸輪凸部的三凸部群組通常經(jīng)由軸78而沿著凸輪軸的軸向長(zhǎng)度連接至凸輪凸部的至少另一凸輪凸部群組，如圖4(a)所示。參考圖5(a)中的三凸部群組，由于電磁接近效應(yīng)，當(dāng)使用如圖5(b)中所示的單匝感應(yīng)器熱處理時(shí)，相比于外部末端凸部74b及74c的感應(yīng)熱強(qiáng)度，中心凸部74a的感應(yīng)熱強(qiáng)度將更低，這是由于面向中心凸部(稱(chēng)為“面向表面”)的感應(yīng)線圈表面與面向中心凸部的工作表面之間的間隙g₁大于感應(yīng)線圈面向表面與凸輪凸部的三凸部群組內(nèi)的外部末端凸部的工作表面之間的間隙g₂。此外，在三凸部凸輪軸中，三凸部群組中的外部末端凸部在寬度上比三凸部群組中的中心凸部更薄；即，在三凸部群組中，中心凸部的寬度x₄對(duì)各個(gè)外部末端凸部的寬度x₅的比率大于2:1，如圖4(a)所繪示的。這些因素導(dǎo)致外部末端凸部(74b和74c)相比于中心凸部74a的明顯更深的硬化層(表面)深度，如在圖5(b)中由外部末端凸部74b和74c中的點(diǎn)畫(huà)工作表面區(qū)域及中心凸部74a的幾乎無(wú)(點(diǎn)畫(huà))工作表面深度硬化所繪示。取決于三凸部群組中外部末端凸部對(duì)中心凸部的幾何差異，硬化層(表面)深度中的差異是不可接受的。例如，為了獲得三凸部群組中的中心凸部上的指定最小硬化層(表面)深度，可以使三凸部群組中的外部末端凸部過(guò)熱至產(chǎn)生非所要的微觀結(jié)構(gòu)及冶金上不可接受的結(jié)果(諸如，晶界熔析、晶粒粗化、鋼燃燒及裂解)的程度。

其中多個(gè)匝的每個(gè)具有固定橫截面圓形內(nèi)徑和外徑的多匝感應(yīng)器還可用于熱處理三凸部群組中的凸輪凸部。如圖6(a)以橫截面繪示了三凸部群組72a中的凸部74a、74b和74c以及包括中間線圈匝82b和外部末端匝82a的三匝感應(yīng)器82，其中外部末端線圈匝自外部末端凸部74b和74c(在X_axis3和X_axis4處居中)軸向偏移(在軸向位置X_axis1和X_axis2處居中)，以將外部線圈匝從當(dāng)三匝感應(yīng)器適當(dāng)?shù)剡B接至電源時(shí)建立的磁場(chǎng)磁性地解耦合，并且中間線圈匝82b的內(nèi)部橫截面半徑r₁小于外部末端線圈匝82a和82c的內(nèi)部半徑r₂。相對(duì)于其中不存在中心凸部74a的顯著工作表面硬化的圖5(b)中所示的單匝感應(yīng)器配置，圖6(a)中的三匝感應(yīng)器配置導(dǎo)致中心凸部74a和外部末端凸部74b和74c改良的硬化表面(層)深度分布(由點(diǎn)畫(huà)區(qū)域繪示)。通過(guò)以下方式可以改良圖6(a)中的三匝感應(yīng)器配置：在中間線圈匝82b的側(cè)上方或周?chē)黾油考衅?2，以增加局部磁通量場(chǎng)及中心凸部74a中的感應(yīng)熱強(qiáng)度，如圖6(b)所示，其中中心凸部中的縮圖形狀(點(diǎn)畫(huà))層硬化區(qū)域的總體軸向長(zhǎng)度及深度的增加多于圖6(a)的配置中的總體軸向長(zhǎng)度及深度?？墒褂脠D7中所示的四匝感應(yīng)器84配置進(jìn)一步改良圖6(a)和圖6(b)中的三匝感應(yīng)器配置。四匝感應(yīng)器84包括兩個(gè)外部末端線圈匝84a和84d及兩個(gè)中間線圈匝84b和84c，其中全部匝都適當(dāng)?shù)剡B接至電源。如由圖7中的點(diǎn)畫(huà)(層硬化)區(qū)域所示，定位于中心凸部74(a)上方的線圈84的兩個(gè)中間匝強(qiáng)化寬中心凸部的感應(yīng)加熱，導(dǎo)致圖6(a)和圖6(b)中的配置的中心凸部的經(jīng)過(guò)改良的硬度圖樣及中心凸部的非所要縮圖形狀的顯著減小。

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供改良地單發(fā)熱處理沿工件的縱軸分布的緊密間隔的多偏心圓柱形元件的單匝感應(yīng)器。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供單發(fā)感應(yīng)器熱處理沿工件的縱軸分布的緊密間隔的多偏心圓柱形元件的方法。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供改良地單發(fā)熱處理沿凸輪軸的軸向長(zhǎng)度分布的緊密間隔的多個(gè)凸輪凸部的單匝感應(yīng)器。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供單匝感應(yīng)器熱處理沿凸輪軸的軸向長(zhǎng)度分布的緊密間隔的多個(gè)凸輪凸部的方法。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供改良地單發(fā)熱處理沿三凸部凸輪軸的軸向長(zhǎng)度分布的三凸部群組中緊密間隔的多個(gè)凸輪凸部的單匝感應(yīng)器。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供單匝感應(yīng)器熱處理沿三凸部凸輪軸的軸向長(zhǎng)度分布的三凸部群組中緊密間隔的多個(gè)凸輪凸部的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一方面，本發(fā)明是用于感應(yīng)熱處理沿工件的縱軸配置的緊密間隔的多個(gè)偏心圓柱形元件的單發(fā)感應(yīng)器。該單發(fā)感應(yīng)器具有多個(gè)平面弧形單匝線圈段，其由軸向線圈段彼此隔離，使得當(dāng)緊密間隔的多個(gè)偏心圓柱形元件插入該單發(fā)感應(yīng)器內(nèi)時(shí)，在熱處理程序期間，該多個(gè)平面弧形單匝線圈段中的每個(gè)循環(huán)熱處理圍繞單發(fā)感應(yīng)器的中心軸旋轉(zhuǎn)的緊密間隔的多個(gè)偏心圓柱形元件。

在另一方面，本發(fā)明是使用單發(fā)感應(yīng)器熱處理沿工件的縱軸配置的緊密間隔的多個(gè)偏心圓柱形元件的方法，其中單發(fā)感應(yīng)器具有多個(gè)平面弧形單匝線圈段，其由軸向線圈彼此隔離，使得當(dāng)緊密間隔的多個(gè)偏心圓柱形元件插入該單發(fā)感應(yīng)器內(nèi)時(shí)，在熱處理程序期間，該多個(gè)平面弧形單匝線圈段中的每個(gè)循環(huán)熱處理圍繞單發(fā)感應(yīng)器的中心軸旋轉(zhuǎn)的緊密間隔的多個(gè)偏心圓柱形元件。

在一方面，本發(fā)明是用于感應(yīng)熱處理沿凸輪軸的縱軸配置的緊密間隔的多個(gè)凸輪凸部的單發(fā)感應(yīng)器。該單發(fā)感應(yīng)器具有多個(gè)平面弧形單匝線圈段，其由軸向線圈段彼此隔離，使得當(dāng)緊密間隔的多個(gè)凸輪凸部插入該單發(fā)感應(yīng)器內(nèi)時(shí)，在熱處理程序期間，該多個(gè)平面弧形單匝線圈段中的每個(gè)循環(huán)熱處理圍繞單發(fā)感應(yīng)器的中心軸旋轉(zhuǎn)的緊密間隔的多個(gè)凸輪凸部。

在另一方面，本發(fā)明是使用單發(fā)感應(yīng)器熱處理沿凸輪軸的軸向配置的緊密間隔的凸輪凸部的方法，其中單發(fā)感應(yīng)器具有多個(gè)平面弧形單匝線圈段，其由軸向線圈彼此隔離，使得當(dāng)緊密間隔的多個(gè)凸輪凸部插入該單發(fā)感應(yīng)器內(nèi)時(shí)，在熱處理程序期間，該多個(gè)平面弧形單匝線圈段中的每個(gè)循環(huán)熱處理圍繞單發(fā)感應(yīng)器的中心軸旋轉(zhuǎn)的緊密間隔的多個(gè)凸輪凸部。

在說(shuō)明書(shū)和隨附的附圖中提出本發(fā)明的以上方面和其它方面。

附圖說(shuō)明

如以下簡(jiǎn)要概述的，提供附圖是為了本發(fā)明的示例性理解，且并非如本文中進(jìn)一步提出的限制本發(fā)明。

圖1是可用于內(nèi)燃引擎中的傳統(tǒng)凸輪軸的一個(gè)示例的等角視圖。

圖2(a)和圖2(b)是兩種類(lèi)型的凸輪凸部輪廓的示例。

圖3繪示了典型的單匝感應(yīng)器。

圖4(a)繪示了三凸部凸輪軸的一個(gè)示例。

圖4(b)繪示了與三凸部凸輪軸一起使用的凸輪凸部輪廓的一個(gè)示例。

圖5(a)繪示了圖4(a)中示出的凸輪軸上的一個(gè)三凸部群組中的凸輪凸部。

圖5(b)繪示了使用單匝感應(yīng)器感應(yīng)熱處理圖5(a)中示出的三凸部群組中的凸輪凸部的一種方法。

圖6(a)繪示了使用三匝感應(yīng)其感應(yīng)熱處理圖5(a)中示出的三凸部群組中的凸輪凸部的一種方法。

圖6(b)繪示了使用三匝感應(yīng)器感應(yīng)熱處理圖5(a)中示出的三凸部群組中的凸輪凸部的另一種方法。

圖7繪示了利用四匝感應(yīng)器感應(yīng)熱處理圖5(a)中示出的三凸部群組的一種方法。

圖8(a)和圖8(b)是用于熱處理沿工件的縱軸配置的緊密間隔的多個(gè)偏心圓柱形元件的本發(fā)明的單發(fā)感應(yīng)器的一個(gè)示例的俯視圖和側(cè)視圖。

圖8(c)是指示穿過(guò)55°的線1-1、90°的線2-3以及153°的線3-3的側(cè)視橫截面視圖的圖8(a)中所示的單發(fā)感應(yīng)器的俯視圖。

圖9、圖10和圖11是安裝在感應(yīng)器組件中的圖8(a)和圖8(b)中所示的本發(fā)明的單發(fā)感應(yīng)器的多個(gè)視圖。

圖12(a)至圖12(c)繪示了隨著工件元件在單發(fā)感應(yīng)器內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使用圖8(a)中所示的單發(fā)感應(yīng)器的第一平面弧形單匝線圈段、第二平面弧形單匝線圈段和第三平面弧形單匝線圈段的循環(huán)感應(yīng)加熱。

圖13(a)至圖13(c)以橫截面圖繪示隨著工件元件在單發(fā)感應(yīng)器內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使用圖8(c)中所示的單發(fā)感應(yīng)器的第一、第二和第三平面弧形單匝線圈段的循環(huán)感應(yīng)加熱。

圖14(a)至圖14(b)以橫截面圖繪示了在應(yīng)用磁通量補(bǔ)償器的情況下隨著工件元件在單發(fā)感應(yīng)器內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使用圖8(c)中所示的單發(fā)感應(yīng)器的第一、第二和第三平面弧形單匝線圈段的循環(huán)感應(yīng)加熱。

具體實(shí)施方式

圖8(a)和圖8(b)繪示了用于熱處理沿工件的縱軸配置的緊密間隔的多個(gè)偏心圓柱形元件的單發(fā)感應(yīng)器10。這里使用的術(shù)語(yǔ)“緊密間隔”指一群組緊密間隔的多個(gè)偏心圓柱形元件中的相鄰偏心圓柱形元件之間的距離不大于2至5mm，如這里公開(kāi)的(例如)對(duì)于工件是三凸部凸輪軸的三凸部群組中。

在該示例中，單發(fā)感應(yīng)器10是包括五個(gè)循環(huán)單匝線圈片段的單匝感應(yīng)線圈，該五個(gè)循環(huán)單匝線圈片段由第一平面弧形單匝線圈段10a、第一軸向線圈段10b；第二平面弧形單匝線圈段10c、第二軸向線圈段10d和第三平面弧形單匝線圈段10e循環(huán)形成。

在該示例中，所有五個(gè)循環(huán)單匝線圈段具有共同線圈段縱向中心軸C(圖9)，其中第一軸向線圈段和第二軸向線圈段經(jīng)定向平行于共同線圈段縱向中心軸C，并且第一平面弧形單匝線圈段、第二平面弧形單匝線圈段和第三平面弧形單匝線圈段經(jīng)平面定向在垂直于共同線圈段縱向中心軸C的平面橫截面中，并且由第一軸向線圈段和第二軸向線圈段彼此平面隔開(kāi)。例如，在圖9中，第一平面弧形單匝線圈段、第二平面弧形單匝線圈段和第三平面弧形單匝線圈段的平面橫截面將位于X-Z平面中，并且第一軸向線圈段和第二軸向線圈段將與X軸一起經(jīng)定向平行于共同線圈段縱向中心軸C，其中X、Y和Z限定三維卡迪爾直角坐標(biāo)系統(tǒng)。

在該示例中，外側(cè)(第一和第三)末端平面弧形單匝線圈段10a和10e相對(duì)于共同線圈段縱向中心軸C的內(nèi)部曲率半徑r_c1大于中心(第二)平面弧形單匝線圈段10c相對(duì)于共同線圈段縱向中心軸C的內(nèi)部曲率半徑r_c2。

如圖9、10和11所示，單發(fā)感應(yīng)器10可以安裝在適當(dāng)?shù)母袘?yīng)器組件12中。單發(fā)感應(yīng)器10外部末端段(即第一平面弧形單匝線圈段10a和第三平面弧形單匝線圈段10e)可分別在感應(yīng)器組件中的電源終端14a及14b中終止，其中電絕緣體16將可連接至適當(dāng)?shù)慕涣麟娫?圖中示出)的兩個(gè)電源終端分開(kāi)。例如，第一電源終端14a可連接至第一交流電源輸出，并且第二電源終端14b可連接至第二交流電源輸出，使得第一交流電源輸出和第二交流電源輸出可以自電源感應(yīng)交流電，以在單發(fā)感應(yīng)器周?chē)⒋艌?chǎng)，用于通量耦合和感應(yīng)加熱插入到單發(fā)感應(yīng)器中的緊密間隔的多個(gè)偏心圓柱形元件的群組。

平面弧形單匝線圈段的加熱面向表面的寬度(即面向工件的線圈段的側(cè)面)可以關(guān)于每個(gè)平面弧形單匝線圈段變化，以適應(yīng)正被加熱處理的偏心圓柱形元件(例如，凸輪凸部)的寬度變化。例如，如圖8(b)中繪示的，平面弧形單匝線圈段10a和10e的加熱面向表面的寬度w_sec1可以小于平面弧形單匝線圈段10c的加熱面向表面的寬度w_sec2。

如果單發(fā)感應(yīng)器10由流體介質(zhì)內(nèi)部冷卻，那么可以提供感應(yīng)器組件導(dǎo)管18a和18b并且將其連接至流體冷卻介質(zhì)的供應(yīng)端和返回端，用于冷卻介質(zhì)通過(guò)單發(fā)感應(yīng)器內(nèi)的內(nèi)部通道流動(dòng)。例如，可以在感應(yīng)器組件中提供冷卻流體介質(zhì)供應(yīng)端口，用于將流體冷卻介質(zhì)供應(yīng)至感應(yīng)器組件內(nèi)的內(nèi)部供應(yīng)通道，并且可以在感應(yīng)器組件中提供冷卻流體介質(zhì)返回端口，用于冷卻流體介質(zhì)從感應(yīng)器組件內(nèi)的內(nèi)部返回通道返回。可以在單發(fā)感應(yīng)器的第一平面橫向單匝線圈段、第一軸向線圈段、第二平面橫向單匝線圈段、第二軸向線圈段和第三平面橫向單匝線圈段的內(nèi)部提供連續(xù)內(nèi)部單發(fā)感應(yīng)器冷卻通道，其中感應(yīng)器組件中的內(nèi)部供應(yīng)通道連接至第一平面橫向單匝線圈段中的連續(xù)內(nèi)部單發(fā)感應(yīng)器冷卻通道中的內(nèi)部感應(yīng)器進(jìn)入端口以及第三平面橫向單匝線圈段中的連續(xù)內(nèi)部單發(fā)感應(yīng)器冷卻通道中的內(nèi)部感應(yīng)器排出端口，使得冷卻流體介質(zhì)從冷卻流體介質(zhì)的供應(yīng)端流動(dòng)至冷卻流體介質(zhì)的返回端。

為了利用附圖中示出的單發(fā)感應(yīng)器10的實(shí)施例熱處理沿工件的縱軸配置的緊密間隔的多個(gè)偏心圓柱形元件，緊密間隔的多個(gè)偏心圓柱形元件插入單發(fā)感應(yīng)器中，如圖11所示的關(guān)于軸78上的三凸部群組72a的凸輪凸部。

單發(fā)感應(yīng)器內(nèi)的凸輪軸和三凸部群組(其是凸輪軸的一部分)在靜態(tài)單發(fā)感應(yīng)器10內(nèi)旋轉(zhuǎn)，以通過(guò)與流過(guò)單發(fā)感應(yīng)器的交流電電磁耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)三凸部群組中的凸輪凸部所要圓周加熱所需的時(shí)間段而感應(yīng)加熱三凸部群組中的每個(gè)凸部。在本發(fā)明的該示例中，凸輪凸部的三凸部群組(凸輪軸)的中心工件軸X(當(dāng)將其插入單發(fā)感應(yīng)器中時(shí))與共同線圈段縱向中心軸C重合。隨著三凸部群組(凸輪軸)在單發(fā)感應(yīng)器中做360°旋轉(zhuǎn)，三個(gè)平面弧形單匝線圈段10a、10c和10e中的每個(gè)循序感應(yīng)加熱凸輪凸部的三凸部群組中的段。例如，參考圖12(a)至圖12(c)中的角度符號(hào)，并且參考從0°開(kāi)始的三凸部群組中的凸輪凸部的軸向工作表面區(qū)域，并且三凸部群組(凸輪軸)在順時(shí)針?lè)较蛑行D(zhuǎn)，對(duì)于77°的旋轉(zhuǎn)，第一(上部末端)平面弧形單匝線圈段10a感應(yīng)加熱三凸部群組；對(duì)于接下來(lái)的206°的旋轉(zhuǎn)，第二(中間)平面弧形單匝線圈段10c感應(yīng)加熱三凸部群組；并且對(duì)于完整的360°的最后77°的旋轉(zhuǎn)，第三(下部末端)平面弧形單匝線圈段10e感應(yīng)加熱三凸部群組72a。第一軸向線圈段10b和第二軸向線圈段10d非顯著有助于感應(yīng)加熱并且主要在平面弧形單匝線圈段10a、10c和10e執(zhí)行循環(huán)感應(yīng)加熱時(shí)提供第一平面弧形單匝線圈段、第二平面弧形單匝線圈段和第三平面弧形單匝線圈段之間的軸向偏移距離。

圖13(a)至圖13(c)以橫截面圖(參考圖8(c))繪示了隨著插入的工件旋轉(zhuǎn)360°，主動(dòng)感應(yīng)加熱平面弧形單匝線圈段。圖13(a)以橫截面圖繪示了主動(dòng)感應(yīng)加熱旋轉(zhuǎn)在55°處的平面弧形單匝線圈段10a和10c；圖13(b)以橫截圖繪示了主動(dòng)感應(yīng)加熱旋轉(zhuǎn)在90°處的平面弧形單匝線圈段10c；以及圖13(c)以橫截面圖繪示了主動(dòng)感應(yīng)加熱旋轉(zhuǎn)在153°處的平面橫向單匝線圈段10c和10e。在該實(shí)施例中，第一平面弧形單匝線圈段和第三平面弧形單匝線圈段分別從外末端凸輪凸部74a和74c軸向地偏移設(shè)置，如圖中所示。

平面弧形單匝線圈段相對(duì)于三凸部群組中的每個(gè)凸部的相對(duì)軸向定位以及每個(gè)平面弧形單匝線圈段的弧形長(zhǎng)度控制每個(gè)凸輪凸部中的感應(yīng)加熱強(qiáng)度。例如，在該實(shí)施例中，第二平面弧形單匝線圈段10c的內(nèi)側(cè)橫截面半徑r_c2小于第一外部末端平面弧形單匝線圈段10a和第三外部末端平面弧形單匝線圈段10c的內(nèi)部橫截面半徑r_c1，以在第二平面弧形單匝線圈段和更寬的中心凸部74a之間提供更大的電磁耦合。

此外，如果平面弧形單匝線圈段的內(nèi)部橫截面半徑與凸輪凸部平面重合，那么平面弧形段的內(nèi)部曲率半徑就必須大于凸輪凸部的最大橫截面半徑。

圖14(a)至圖14(c)以橫截面視圖繪示了隨著插入的工件旋轉(zhuǎn)360°，主動(dòng)感應(yīng)加熱平面弧形單匝線圈段，其中如圖所示，在第二平面弧形單匝線圈段10c的三個(gè)側(cè)面周?chē)黾印癠”形磁通量集中器62，以增加第二平面弧形單匝線圈段的感應(yīng)熱強(qiáng)度，并且防止相鄰?fù)獠磕┒说耐馆喭共?4b和74c過(guò)熱。圖14(a)以橫截面圖繪示了主動(dòng)加熱旋轉(zhuǎn)在55°處的平面弧形單匝線圈段10a和10c；圖14(b)以橫截面圖繪示了主動(dòng)加熱旋轉(zhuǎn)在90°處的平面弧形單匝線圈段10c；并且圖14(c)以橫截面圖繪示了主動(dòng)加熱旋轉(zhuǎn)在153°處的平面弧形單匝線圈段10c和10e。“U”形或引導(dǎo)通量所需的其它形狀的通量集中器可用于平面弧形單匝線圈段中的一個(gè)或多個(gè)，如對(duì)于經(jīng)熱處理的緊密間隔的多個(gè)偏心圓柱形元件的特定配置所需。

圖13(a)至圖14(c)中的橫截面視圖是圖解的，因?yàn)樗鼈円詸M截面形式將三凸部群組中的所有三個(gè)凸輪凸部示出為圓柱形元件，反之，每個(gè)凸輪凸部是偏右圓柱形元件。給予凸輪凸部其偏心(非圓柱)形狀(例如圖2(a)和圖2(b)中對(duì)于典型凸輪凸部所示)的凸輪凸部鼻區(qū)域可以位于不同的軸向角度(及在垂直于軸X-X的平面中的角度)，這取決于特定凸輪凸部的鼻作用于其上的元件(例如，閥)所需的時(shí)序位移角度。這種鼻偏心可存在于圖13(a)至圖14(c)中的橫截面圖解圓柱形視圖中的一個(gè)或多個(gè)中。

在本發(fā)明的其它示例中，每個(gè)平面弧形單匝線圈段的弧形長(zhǎng)度可以相互不同，這取決于在單發(fā)感應(yīng)器中被感應(yīng)加熱的緊密間隔的多個(gè)偏心圓柱形元件的配置。例如，為了進(jìn)一步補(bǔ)償電磁解耦合的凸輪凸部的加熱不足并且控制不同形狀的凸輪凸部之間的感應(yīng)熱強(qiáng)度，相比于較佳耦合低質(zhì)量及/或較薄寬度的凸輪凸部，對(duì)應(yīng)于具有顯著減小的熱強(qiáng)度的凸輪凸部的平面弧形單匝線圈段可以具有更長(zhǎng)的弧形長(zhǎng)度。

在本發(fā)明的其它示例中，可以使用由三個(gè)或三個(gè)以上軸向線圈段提供的軸向分離的三個(gè)以上的平面弧形單匝線圈段，以形成本發(fā)明的單匝單發(fā)感應(yīng)器。

在本發(fā)明的其它示例中，除了經(jīng)熱處理的工件(元件)的旋轉(zhuǎn)之外，本發(fā)明的單發(fā)感應(yīng)器在熱處理程序期間可以沿共同線圈段縱向中心軸C移動(dòng)。

可通過(guò)一個(gè)單發(fā)感應(yīng)器10循環(huán)熱處理凸輪軸上的多個(gè)三凸部群組，或可以使用多個(gè)間隔開(kāi)的單發(fā)感應(yīng)器10同時(shí)加熱凸輪軸上的多個(gè)三凸部群組中的全部或一些。

單發(fā)感應(yīng)器10可視情況配置有淬火供應(yīng)裝置及分布裝置以在熱處理后淬火三凸部群組。

可以在沒(méi)有靜態(tài)工件預(yù)加熱程序步驟的情況下完成上文中的單發(fā)感應(yīng)器加熱緊密間隔的多個(gè)偏心圓柱形元件。在本發(fā)明的其它示例中，在為了熱處理而旋轉(zhuǎn)凸輪凸部之前，可以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)靜態(tài)工件預(yù)熱處理步驟以調(diào)整元件的中心段(例如，中心凸部74a)的降低的熱強(qiáng)度(沒(méi)有旋轉(zhuǎn))。

例如，當(dāng)緊密間隔的偏心圓柱形元件區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域(例如，三凸部群組72a中的寬中心凸部74a的根部(基環(huán))區(qū)域)比其它區(qū)域需要更大的加熱時(shí)，可在以上描述的旋轉(zhuǎn)加熱之前，將中心凸部的根部旋轉(zhuǎn)至如圖13(b)中的位置并且靜態(tài)地保持在該位置，當(dāng)將電流施加至單發(fā)感應(yīng)器時(shí)預(yù)加熱根部。一般來(lái)說(shuō)，在相對(duì)于其中插入群組的單發(fā)感應(yīng)器軸向旋轉(zhuǎn)緊密間隔的多個(gè)圓柱形元件的群組之前，可以靜態(tài)預(yù)加熱緊密間隔的多個(gè)偏心圓柱形元件的至少一個(gè)群組的段或若干段。

作為如在先前段落中對(duì)準(zhǔn)的單發(fā)感應(yīng)器10內(nèi)的三凸部群組72a的額外預(yù)熱程序步驟，單發(fā)感應(yīng)器10可以具有平面定位裝置，其允許(例如)減小圖13(b)中的橫截面徑向距離r_c2，以進(jìn)一步增加與中心凸輪凸部74a的工作表面的電磁耦合。平面定位裝置將在垂直于共同線圈段縱向中心軸C的平面中移動(dòng)單發(fā)感應(yīng)器(或單發(fā)感應(yīng)器內(nèi)緊密間隔的多個(gè)偏心圓柱形元件的群組)(例如)，以減小圖13(b)中第二平面弧形單匝線圈段10c和中心凸部74a之間的空間距離。在對(duì)所需凸輪凸部區(qū)域進(jìn)行足夠的靜態(tài)(沒(méi)有旋轉(zhuǎn))預(yù)熱之后，可以將單發(fā)感應(yīng)器徑向向外移動(dòng)至具有橫截面徑向距離r_c2的圖13(b)所示的其旋轉(zhuǎn)加熱位置，然后可以執(zhí)行如上所述的旋轉(zhuǎn)加熱。

盡管以上示例解決了對(duì)凸輪軸上的三凸部群組中的凸輪凸部的熱處理，但是利用適當(dāng)?shù)闹匦屡渲?，本發(fā)明的裝置和方法可用于沿工件的縱軸配置的兩個(gè)或兩個(gè)以上緊密間隔的偏心圓柱形元件。

在上文的描述中，為了解釋的目的，已經(jīng)提出多個(gè)特定需求及若干特定細(xì)節(jié)以提供對(duì)實(shí)施例和示例的透徹理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員很明顯的是，可以在沒(méi)有這些細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施一個(gè)或多個(gè)其它示例或?qū)嵤├?。提供描述的特定?shí)施例不是用于限制本發(fā)明而是繪示本發(fā)明。

貫穿該說(shuō)明書(shū)的涉及的“一個(gè)示例或?qū)嵤├?、“示例或?qū)嵤├?、“一個(gè)或多個(gè)示例或?qū)嵤├被蛘摺安煌氖纠驅(qū)嵤├笔侵缚梢园诒景l(fā)明的實(shí)踐中的特定特征。在該說(shuō)明書(shū)中，為了簡(jiǎn)化本發(fā)明并且有助于理解多個(gè)發(fā)明的目的，在描述中有時(shí)將不同的特征分組在單個(gè)示例、實(shí)施例、附圖或其描述中。

依據(jù)較佳示例及實(shí)施例描述本發(fā)明。除了明確陳述的等效物、替代項(xiàng)及修改之外，等效物、替代項(xiàng)及修改是可能的并且在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。