用於熱處理沿工件的縱軸配置的緊密間隔的多個偏心圓柱形元件的單發感應器的製作方法
2023-05-23 13:37:47 2
本申請主張2014年2月9日提交的美國臨時申請第61/937,555號的利益，該案的全文以引用的方式併入本文中。
技術領域
本發明涉及電感應熱處理沿工件的縱軸配置的緊密間隔的多個偏心圓柱形元件(諸如用於內燃引擎中的凸輪軸上的多個緊密間隔的凸輪凸部)。
背景技術：
在內燃引擎中使用凸輪軸以便當引擎運行時執行循環程序。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或多個凸輪凸部的縱向定向工件，其中每個凸輪凸部呈偏心圓柱形元件的形狀。一般來說，雖然不總是如此，但是每個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聯。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準的偏右圓柱形元件。沿凸輪凸部的中心縱軸通常分布多個凸輪凸部以協調進氣閥和排氣閥的打開和關閉。除了凸輪凸部之外其它元件也可以形成凸輪軸。整個凸輪軸可以通過鍛造、鑄造、接卸加工或組裝而產生，並且可以是實心凸輪軸、中空凸輪軸或組合實心和中空的凸輪軸。
通常來說，沿傳統凸輪軸的中心縱軸的相鄰的凸輪凸部之間的間隔很大，這是由於凸輪在其上操作的元件(例如，進氣閥或排氣閥)被間隔開大距離。例如，圖1示出了典型的傳統凸輪軸90。凸輪軸包括沿圓柱形軸98的軸向長度分布的凸輪凸部(94a和94b；94c和94d；94e和94f；94g和94h)的四個群組(92a至92d)。未示出諸如軸承或端帽之類的附加的凸輪軸特徵。通常將凸輪凸部與軸鍛造、鑄造或機械加工為一體，並且之後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。凸輪凸部的數量、大小、輪廓、定位及定向取決於凸輪軸的類型及其引擎設計。空心或實心凸輪軸可用於許多應用中，其中凸輪軸上一個或多個特徵(諸如凸輪凸部)必須經冶金硬化，以經受在應用中的設計的使用壽命期間施加的磨損及力。傳統車用凸輪軸上這些凸輪凸部的典型軸向寬度x1是大約9至21mm(毫米)，並且相鄰凸輪凸部之間的典型最小軸向間隔x2是大約12至40mm。
當操作閥時，凸輪凸部輪廓是與連接至閥的凸輪從動件的搖杆有接觸的凸輪凸部工作表面。在凸輪軸的預定壽命周期期間，凸輪軸可以旋轉通過數百萬個360°可旋轉周期，並且由於在凸輪凸部的工作表面上的凸輪從動件的活動摩擦，凸輪軸經歷相當多的磨損和接觸應力。在圖1中對於凸輪凸部94b利用橫截面影線繪示關於凸輪凸部的工作表面。耐磨損性和強度的良好組合對凸輪凸部是非常重要的，這就需要硬化工件表面區域。基於凸輪軸的功能，凸輪凸部的工作表面包括至少以下輪廓區域：基圓(也稱為根部)、齒腹及鼻。
圖2(a)和圖2(b)示出關於凸輪軸凸部輪廓的凸部鼻區域95a和95b、基環97a和97b以及齒腹99a和99b，將凸輪軸凸部輪廓分類為具有「尖」形鼻(在圖2(a)中)或「常規鼻」(在圖2(b)中)，以區分具有的輪廓弧度小於圖2(b)中的典型常規鼻的輪廓弧度的尖鼻區域。根部(基環)是通常與凸輪軸的軸(例如，圖1中的軸98)同心並且不具有與凸輪凸部的工作表面接觸的元件(諸如凸輪從動件的搖杆)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件的閥移動以儘快打開或關閉的凸輪凸部的部分；並且鼻是與根部相對於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至根部的底部的距離y1。
多種類型的加熱感應器(也稱為感應線圈)可用於感應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中所示的對於單匝感應線圈80，感應器通常是具有圓形橫截面形狀的單匝或多匝感應器。由於感應加熱的強度取決於與工件的區域耦合的磁通量以感應插入線圈中的工件或元件中的渦流加熱，所以使用傳統感應線圈配置難以實現諸如凸輪凸部的複雜幾何區域內的均勻感應熱處理。感應加熱程序由以下事實進一步複雜化：通常熱穿透至工件的內部是向內感應渦流加熱及接著自渦流區域(由電流穿透深度控制)向工件的中心區域進一步感應向內熱傳遞(有時成為「熱浸泡」)的組合。鄰近意欲經熱處理的估計區域的工件區域的存在可複雜化獲取意欲熱處理區域中的所要溫度均勻性的能力。
根據凸輪軸的幾何形狀和所需的每單位熱處理時間生產要求，可以利用單個感應器的單個凸輪凸部的掃描感應加熱或利用多匝感應器的單個或多個凸部靜態(單發)加熱感應硬化凸輪軸。
掃描感應硬化通常用於較低生成率。單匝掃描感應器通過允許利用最小量功率熱處理各種寬帶的凸輪凸部來提供最大的靈活性，當利用具有比凸輪凸部的寬度小的窄寬度面(圖3中的80』)掃描感應器時，在給定時間段中僅加熱單個凸輪凸部的工件表面的一小部分。
當在加熱具有「凸部鼻直徑-凸部基環直徑」的明顯不同比率的凸輪凸部時(尤其當凸輪凸部相互靠近時)，當試圖滿足「最小值-最大值」的硬度層(表面)深度變化的指定範圍時，掃描感應硬化可能是有問題的。例如，圖4(a)和圖4(b)繪示了非傳統型凸輪軸的一個示例，即三凸部凸輪軸70，其具有四個三凸部群組(72a、72b、74c和72d)，每個包括三個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)，其中每個凸輪凸部具有大於1.5:1或小於1:1.5的範圍內的凸部鼻直徑dn與凸部基環(根部)直徑dh比率(dn：dh)，並且在每個三凸部群組中，中心凸部(74a、74d、74g和74j)與每個相關的外部末端凸部(74b和74c；74e和74f；74h和74i、74k和74l)之間的軸向距離x3不大於2至5mm，其中更接近2m的距離更典型。
三凸部凸輪軸可用於(例如)具有自由浮動在往復活塞(各具有凸輪從動件)的引擎中，其中活塞配置成四個活塞的一排或多排中，各活塞延伸於90°的角度間隔的排上，活塞可由30°的角度間隔分開。這些引擎中的凸輪凸部將接近具有根據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的兩件式制動開關使生成及持續時間兩者交替。
掃描感應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徵相關聯：已經硬化的三凸部群組中的相鄰凸部的非所要回火；以及由於從正在被淬火的凸輪凸部的表面至三凸部群組中經加熱的凸輪凸部的表面的淬火飛濺(這是由於尤其在三凸部群組中經加熱的凸輪凸部及正在被淬火的凸輪凸部的近軸向接近)而獲得有斑點的硬度的可能性。
作為掃描感應硬化的替代，可通過將諸如三凸部群組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)所示的單匝感應器80內，而靜態感應(單匝)硬化三凸部群組中的緊密間隔的凸輪凸部的群組。單匝感應器80可以是空心銅線圈感應器，其具有內部水冷卻通道81，因而形成圖5(b)所示的具有線圈寬度Wcoil、固定橫截面圓形內徑din和外徑dout的單匝感應器。凸輪凸部的三凸部群組通常經由軸78而沿著凸輪軸的軸向長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，由於電磁接近效應，當使用如圖5(b)中所示的單匝感應器熱處理時，相比於外部末端凸部74b及74c的感應熱強度，中心凸部74a的感應熱強度將更低，這是由於面向中心凸部(稱為「面向表面」)的感應線圈表面與面向中心凸部的工作表面之間的間隙g1大於感應線圈面向表面與凸輪凸部的三凸部群組內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對各個外部末端凸部的寬度x5的比率大於2:1，如圖4(a)所繪示的。這些因素導致外部末端凸部(74b和74c)相比於中心凸部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中的點畫工作表面區域及中心凸部74a的幾乎無(點畫)工作表面深度硬化所繪示。取決於三凸部群組中外部末端凸部對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熱至產生非所要的微觀結構及冶金上不可接受的結果(諸如，晶界熔析、晶粒粗化、鋼燃燒及裂解)的程度。
其中多個匝的每個具有固定橫截面圓形內徑和外徑的多匝感應器還可用於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的三匝感應器82，其中外部末端線圈匝自外部末端凸部74b和74c(在Xaxis3和Xaxis4處居中)軸向偏移(在軸向位置Xaxis1和Xaxis2處居中)，以將外部線圈匝從當三匝感應器適當地連接至電源時建立的磁場磁性地解耦合，並且中間線圈匝82b的內部橫截面半徑r1小於外部末端線圈匝82a和82c的內部半徑r2。相對於其中不存在中心凸部74a的顯著工作表面硬化的圖5(b)中所示的單匝感應器配置，圖6(a)中的三匝感應器配置導致中心凸部74a和外部末端凸部74b和74c改良的硬化表面(層)深度分布(由點畫區域繪示)。通過以下方式可以改良圖6(a)中的三匝感應器配置：在中間線圈匝82b的側上方或周圍增加通量集中器62，以增加局部磁通量場及中心凸部74a中的感應熱強度，如圖6(b)所示，其中中心凸部中的縮圖形狀(點畫)層硬化區域的總體軸向長度及深度的增加多於圖6(a)的配置中的總體軸向長度及深度。可使用圖7中所示的四匝感應器84配置進一步改良圖6(a)和圖6(b)中的三匝感應器配置。四匝感應器84包括兩個外部末端線圈匝84a和84d及兩個中間線圈匝84b和84c，其中全部匝都適當地連接至電源。如由圖7中的點畫(層硬化)區域所示，定位於中心凸部74(a)上方的線圈84的兩個中間匝強化寬中心凸部的感應加熱，導致圖6(a)和圖6(b)中的配置的中心凸部的經過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。
本發明的一個目的是提供改良地單發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器。
本發明的另一個目的是提供單發感應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。
本發明的另一個目的是提供改良地單發熱處理沿凸輪軸的軸向長度分布的緊密間隔的多個凸輪凸部的單匝感應器。
本發明的另一個目的是提供單匝感應器熱處理沿凸輪軸的軸向長度分布的緊密間隔的多個凸輪凸部的方法。
本發明的另一個目的是提供改良地單發熱處理沿三凸部凸輪軸的軸向長度分布的三凸部群組中緊密間隔的多個凸輪凸部的單匝感應器。
本發明的另一個目的是提供單匝感應器熱處理沿三凸部凸輪軸的軸向長度分布的三凸部群組中緊密間隔的多個凸輪凸部的方法。
技術實現要素：
在一方面，本發明是用於感應熱處理沿工件的縱軸配置的緊密間隔的多個偏心圓柱形元件的單發感應器。該單發感應器具有多個平面弧形單匝線圈段，其由軸向線圈段彼此隔離，使得當緊密間隔的多個偏心圓柱形元件插入該單發感應器內時，在熱處理程序期間，該多個平面弧形單匝線圈段中的每個循環熱處理圍繞單發感應器的中心軸旋轉的緊密間隔的多個偏心圓柱形元件。
在另一方面，本發明是使用單發感應器熱處理沿工件的縱軸配置的緊密間隔的多個偏心圓柱形元件的方法，其中單發感應器具有多個平面弧形單匝線圈段，其由軸向線圈彼此隔離，使得當緊密間隔的多個偏心圓柱形元件插入該單發感應器內時，在熱處理程序期間，該多個平面弧形單匝線圈段中的每個循環熱處理圍繞單發感應器的中心軸旋轉的緊密間隔的多個偏心圓柱形元件。
在一方面，本發明是用於感應熱處理沿凸輪軸的縱軸配置的緊密間隔的多個凸輪凸部的單發感應器。該單發感應器具有多個平面弧形單匝線圈段，其由軸向線圈段彼此隔離，使得當緊密間隔的多個凸輪凸部插入該單發感應器內時，在熱處理程序期間，該多個平面弧形單匝線圈段中的每個循環熱處理圍繞單發感應器的中心軸旋轉的緊密間隔的多個凸輪凸部。
在另一方面，本發明是使用單發感應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，其中單發感應器具有多個平面弧形單匝線圈段，其由軸向線圈彼此隔離，使得當緊密間隔的多個凸輪凸部插入該單發感應器內時，在熱處理程序期間，該多個平面弧形單匝線圈段中的每個循環熱處理圍繞單發感應器的中心軸旋轉的緊密間隔的多個凸輪凸部。
在說明書和隨附的附圖中提出本發明的以上方面和其它方面。
附圖說明
如以下簡要概述的，提供附圖是為了本發明的示例性理解，且並非如本文中進一步提出的限制本發明。
圖1是可用於內燃引擎中的傳統凸輪軸的一個示例的等角視圖。
圖2(a)和圖2(b)是兩種類型的凸輪凸部輪廓的示例。
圖3繪示了典型的單匝感應器。
圖4(a)繪示了三凸部凸輪軸的一個示例。
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示例。
圖5(a)繪示了圖4(a)中示出的凸輪軸上的一個三凸部群組中的凸輪凸部。
圖5(b)繪示了使用單匝感應器感應熱處理圖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其感應熱處理圖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器感應熱處理圖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器感應熱處理圖5(a)中示出的三凸部群組的一種方法。
圖8(a)和圖8(b)是用於熱處理沿工件的縱軸配置的緊密間隔的多個偏心圓柱形元件的本發明的單發感應器的一個示例的俯視圖和側視圖。
圖8(c)是指示穿過55°的線1-1、90°的線2-3以及153°的線3-3的側視橫截面視圖的圖8(a)中所示的單發感應器的俯視圖。
圖9、圖10和圖11是安裝在感應器組件中的圖8(a)和圖8(b)中所示的本發明的單發感應器的多個視圖。
圖12(a)至圖12(c)繪示了隨著工件元件在單發感應器內旋轉，使用圖8(a)中所示的單發感應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感應加熱。
圖13(a)至圖13(c)以橫截面圖繪示隨著工件元件在單發感應器內旋轉，使用圖8(c)中所示的單發感應器的第一、第二和第三平面弧形單匝線圈段的循環感應加熱。
圖14(a)至圖14(b)以橫截面圖繪示了在應用磁通量補償器的情況下隨著工件元件在單發感應器內旋轉，使用圖8(c)中所示的單發感應器的第一、第二和第三平面弧形單匝線圈段的循環感應加熱。
具體實施方式
圖8(a)和圖8(b)繪示了用於熱處理沿工件的縱軸配置的緊密間隔的多個偏心圓柱形元件的單發感應器10。這裡使用的術語「緊密間隔」指一群組緊密間隔的多個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於2至5mm，如這裡公開的(例如)對於工件是三凸部凸輪軸的三凸部群組中。
在該示例中，單發感應器10是包括五個循環單匝線圈片段的單匝感應線圈，該五個循環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循環形成。
在該示例中，所有五個循環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定向平行於共同線圈段縱向中心軸C，並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平面定向在垂直於共同線圈段縱向中心軸C的平面橫截面中，並且由第一軸向線圈段和第二軸向線圈段彼此平面隔開。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於X-Z平面中，並且第一軸向線圈段和第二軸向線圈段將與X軸一起經定向平行於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系統。
在該示例中，外側(第一和第三)末端平面弧形單匝線圈段10a和10e相對於共同線圈段縱向中心軸C的內部曲率半徑rc1大於中心(第二)平面弧形單匝線圈段10c相對於共同線圈段縱向中心軸C的內部曲率半徑rc2。
如圖9、10和11所示，單發感應器10可以安裝在適當的感應器組件12中。單發感應器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將可連接至適當的交流電源(圖中示出)的兩個電源終端分開。例如，第一電源終端14a可連接至第一交流電源輸出，並且第二電源終端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交流電，以在單發感應器周圍建立磁場，用於通量耦合和感應加熱插入到單發感應器中的緊密間隔的多個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面)可以關於每個平面弧形單匝線圈段變化，以適應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wsec1可以小於平面弧形單匝線圈段10c的加熱面向表面的寬度wsec2。
如果單發感應器10由流體介質內部冷卻，那麼可以提供感應器組件導管18a和18b並且將其連接至流體冷卻介質的供應端和返回端，用於冷卻介質通過單發感應器內的內部通道流動。例如，可以在感應器組件中提供冷卻流體介質供應埠，用於將流體冷卻介質供應至感應器組件內的內部供應通道，並且可以在感應器組件中提供冷卻流體介質返回埠，用於冷卻流體介質從感應器組件內的內部返回通道返回。可以在單發感應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部提供連續內部單發感應器冷卻通道，其中感應器組件中的內部供應通道連接至第一平面橫向單匝線圈段中的連續內部單發感應器冷卻通道中的內部感應器進入埠以及第三平面橫向單匝線圈段中的連續內部單發感應器冷卻通道中的內部感應器排出埠，使得冷卻流體介質從冷卻流體介質的供應端流動至冷卻流體介質的返回端。
為了利用附圖中示出的單發感應器10的實施例熱處理沿工件的縱軸配置的緊密間隔的多個偏心圓柱形元件，緊密間隔的多個偏心圓柱形元件插入單發感應器中，如圖11所示的關於軸78上的三凸部群組72a的凸輪凸部。
單發感應器內的凸輪軸和三凸部群組(其是凸輪軸的一部分)在靜態單發感應器10內旋轉，以通過與流過單發感應器的交流電電磁耦合來實現三凸部群組中的凸輪凸部所要圓周加熱所需的時間段而感應加熱三凸部群組中的每個凸部。在本發明的該示例中，凸輪凸部的三凸部群組(凸輪軸)的中心工件軸X(當將其插入單發感應器中時)與共同線圈段縱向中心軸C重合。隨著三凸部群組(凸輪軸)在單發感應器中做360°旋轉，三個平面弧形單匝線圈段10a、10c和10e中的每個循序感應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，並且參考從0°開始的三凸部群組中的凸輪凸部的軸向工作表面區域，並且三凸部群組(凸輪軸)在順時針方向中旋轉，對於77°的旋轉，第一(上部末端)平面弧形單匝線圈段10a感應加熱三凸部群組；對於接下來的206°的旋轉，第二(中間)平面弧形單匝線圈段10c感應加熱三凸部群組；並且對於完整的360°的最後77°的旋轉，第三(下部末端)平面弧形單匝線圈段10e感應加熱三凸部群組72a。第一軸向線圈段10b和第二軸向線圈段10d非顯著有助於感應加熱並且主要在平面弧形單匝線圈段10a、10c和10e執行循環感應加熱時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360°，主動感應加熱平面弧形單匝線圈段。圖13(a)以橫截面圖繪示了主動感應加熱旋轉在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感應加熱旋轉在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感應加熱旋轉在153°處的平面橫向單匝線圈段10c和10e。在該實施例中，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軸向地偏移設置，如圖中所示。
平面弧形單匝線圈段相對於三凸部群組中的每個凸部的相對軸向定位以及每個平面弧形單匝線圈段的弧形長度控制每個凸輪凸部中的感應加熱強度。例如，在該實施例中，第二平面弧形單匝線圈段10c的內側橫截面半徑rc2小於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的內部橫截面半徑rc1，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部橫截面半徑與凸輪凸部平面重合，那麼平面弧形段的內部曲率半徑就必須大於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360°，主動感應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的三個側面周圍增加「U」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熱強度，並且防止相鄰外部末端的凸輪凸部74b和74c過熱。圖14(a)以橫截面圖繪示了主動加熱旋轉在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加熱旋轉在90°處的平面弧形單匝線圈段10c；並且圖14(c)以橫截面圖繪示了主動加熱旋轉在153°處的平面弧形單匝線圈段10c和10e。「U」形或引導通量所需的其它形狀的通量集中器可用於平面弧形單匝線圈段中的一個或多個，如對於經熱處理的緊密間隔的多個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，因為它們以橫截面形式將三凸部群組中的所有三個凸輪凸部示出為圓柱形元件，反之，每個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)中對於典型凸輪凸部所示)的凸輪凸部鼻區域可以位於不同的軸向角度(及在垂直於軸X-X的平面中的角度)，這取決於特定凸輪凸部的鼻作用於其上的元件(例如，閥)所需的時序位移角度。這種鼻偏心可存在於圖13(a)至圖14(c)中的橫截面圖解圓柱形視圖中的一個或多個中。
在本發明的其它示例中，每個平面弧形單匝線圈段的弧形長度可以相互不同，這取決於在單發感應器中被感應加熱的緊密間隔的多個偏心圓柱形元件的配置。例如，為了進一步補償電磁解耦合的凸輪凸部的加熱不足並且控制不同形狀的凸輪凸部之間的感應熱強度，相比於較佳耦合低質量及/或較薄寬度的凸輪凸部，對應於具有顯著減小的熱強度的凸輪凸部的平面弧形單匝線圈段可以具有更長的弧形長度。
在本發明的其它示例中，可以使用由三個或三個以上軸向線圈段提供的軸向分離的三個以上的平面弧形單匝線圈段，以形成本發明的單匝單發感應器。
在本發明的其它示例中，除了經熱處理的工件(元件)的旋轉之外，本發明的單發感應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。
可通過一個單發感應器10循環熱處理凸輪軸上的多個三凸部群組，或可以使用多個間隔開的單發感應器10同時加熱凸輪軸上的多個三凸部群組中的全部或一些。
單發感應器10可視情況配置有淬火供應裝置及分布裝置以在熱處理後淬火三凸部群組。
可以在沒有靜態工件預加熱程序步驟的情況下完成上文中的單發感應器加熱緊密間隔的多個偏心圓柱形元件。在本發明的其它示例中，在為了熱處理而旋轉凸輪凸部之前，可以執行一個或多個靜態工件預熱處理步驟以調整元件的中心段(例如，中心凸部74a)的降低的熱強度(沒有旋轉)。
例如，當緊密間隔的偏心圓柱形元件區域中的一個或多個區域(例如，三凸部群組72a中的寬中心凸部74a的根部(基環)區域)比其它區域需要更大的加熱時，可在以上描述的旋轉加熱之前，將中心凸部的根部旋轉至如圖13(b)中的位置並且靜態地保持在該位置，當將電流施加至單發感應器時預加熱根部。一般來說，在相對於其中插入群組的單發感應器軸向旋轉緊密間隔的多個圓柱形元件的群組之前，可以靜態預加熱緊密間隔的多個偏心圓柱形元件的至少一個群組的段或若干段。
作為如在先前段落中對準的單發感應器10內的三凸部群組72a的額外預熱程序步驟，單發感應器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rc2，以進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於共同線圈段縱向中心軸C的平面中移動單發感應器(或單發感應器內緊密間隔的多個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。在對所需凸輪凸部區域進行足夠的靜態(沒有旋轉)預熱之後，可以將單發感應器徑向向外移動至具有橫截面徑向距離rc2的圖13(b)所示的其旋轉加熱位置，然後可以執行如上所述的旋轉加熱。
儘管以上示例解決了對凸輪軸上的三凸部群組中的凸輪凸部的熱處理，但是利用適當的重新配置，本發明的裝置和方法可用於沿工件的縱軸配置的兩個或兩個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，已經提出多個特定需求及若干特定細節以提供對實施例和示例的透徹理解。然而，對於本領域技術人員很明顯的是，可以在沒有這些細節的情況下實施一個或多個其它示例或實施例。提供描述的特定實施例不是用於限制本發明而是繪示本發明。
貫穿該說明書的涉及的「一個示例或實施例」、「示例或實施例」、「一個或多個示例或實施例」或者「不同的示例或實施例」是指可以包含在本發明的實踐中的特定特徵。在該說明書中，為了簡化本發明並且有助於理解多個發明的目的，在描述中有時將不同的特徵分組在單個示例、實施例、附圖或其描述中。
依據較佳示例及實施例描述本發明。除了明確陳述的等效物、替代項及修改之外，等效物、替代項及修改是可能的並且在本發明的範圍之內。