專利名稱：節(jié)能感應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電加熱設(shè)計(jì)制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種節(jié)能感應(yīng)器。
背景技術(shù)：
感應(yīng)加熱是通過(guò)給感應(yīng)器里流過(guò)的中頻或高頻交變電流，在感應(yīng)器中產(chǎn)生的磁場(chǎng) 在金屬材料中產(chǎn)生的渦流而加熱金屬?，F(xiàn)有的感應(yīng)器絕大多數(shù)采用矩形或圓形空心銅管制做，由于交流電集膚效應(yīng)的存 在，電流被限定在透入深度一層。增加導(dǎo)體截面，電流分布并不因截面的擴(kuò)大而改善，因此 用增加導(dǎo)體截面的方法不能降低電流的熱損耗。此外，此種結(jié)構(gòu)的感應(yīng)器因通過(guò)的電流很 大，其平均電流密度為22 60A/mm2，且由于集膚效應(yīng)，從而使感應(yīng)器自身產(chǎn)生大量的熱量， 造成能量的損失。同時(shí)，為防止感應(yīng)器過(guò)熱，感應(yīng)器的空心銅管中需通以冷卻水以實(shí)現(xiàn)感應(yīng) 器和爐體的降溫，因此需要配置大量的冷卻系統(tǒng)。此種感應(yīng)器配置的冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐雜，力口 工制造成本高。此外，由于電流很大，采用大量銅排，有時(shí)采用水冷銅排，造成銅以及電能的 浪費(fèi)。上述結(jié)構(gòu)的感應(yīng)器對(duì)于單匝感應(yīng)器的電效率可以表示為，
p0 2 Rlη =-i--( 1 )
p0 R2 + R10RlO—單匝系統(tǒng)感應(yīng)器的電阻(按電流透入深度計(jì)算)。R2——單匝系統(tǒng)金屬爐料的電阻(按電流透入深度計(jì)算)。ρ 02——單匝系統(tǒng)金屬爐料——感應(yīng)器的偶合系數(shù)，上述結(jié)構(gòu)的感應(yīng)器對(duì)于多匝系統(tǒng)如圖1所示，假若線圈的匝數(shù)為n，則這時(shí)的感應(yīng) 器的電阻為n2*R10，即為是單匝感應(yīng)器的電阻的η2倍；又因爐料——感應(yīng)線圈的偶合電感 是單匝系統(tǒng)的η2倍，所以金屬爐料的折算電阻為n2*P 02*R2 ；電效率可以表示為
n 2 p0 2 Rl" = ~i——i-i——(2)
n p0 R2 + n MO p0 2 Rl所以T7 =——i--(3)
p0 R2 + R10因此現(xiàn)有的感應(yīng)器的電效率與匝數(shù)多少無(wú)關(guān)，僅與線圈與爐料的電阻及偶合系數(shù)相關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種節(jié)能感應(yīng)器，主要解決了現(xiàn)有的感應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能 耗高的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)解決方案如下
一種節(jié)能感應(yīng)器，其特殊之處在于，它包括至少兩個(gè)串聯(lián)或者并聯(lián)或者串聯(lián)與并 聯(lián)組合的感應(yīng)線圈，所述感應(yīng)線圈由帶有絕緣層的銅帶盤繞而成，該感應(yīng)線圈包括電流引 入端以及電流引出端。以上所述絕緣層的厚度為0. 2 1mm。以上所述銅帶的厚度為電流透入深度的20% 80%。以上所述絕緣層的材料為，聚酰亞胺薄膜，導(dǎo)熱絕緣彈性橡膠Sil-Pad 2000或T500 等。以上所述感應(yīng)線圈為圓形、方形或橢圓形。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下1.能耗低本發(fā)明采用相互絕緣的銅帶制作感應(yīng)線圈的模塊式的感應(yīng)器，使通過(guò) 該感應(yīng)線圈自身的電流密度為2 3A/mm2，從而使感應(yīng)器自身能量損失降低10_20倍，為總 輸入功率的2 4%。2.成本低本發(fā)明提供的感應(yīng)器自身產(chǎn)生熱量少，僅靠空氣自然對(duì)流就可以達(dá)到 所需溫度的熱平衡，因此其無(wú)需配制大量的水冷卻系統(tǒng)；同時(shí)，由于線圈匝數(shù)的可以任意增 多，因而可使輸入電流大幅降低，從而降低制造成本。


圖1為現(xiàn)有的多匝系統(tǒng)的示意圖；圖2為本發(fā)明的多匝系統(tǒng)的示意圖；圖3為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明應(yīng)用于中頻爐的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明應(yīng)用于高頻淬火的主視圖；圖6為本發(fā)明應(yīng)用高頻淬火的俯視圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明如下1-爐體，2-爐蓋，3-感應(yīng)器，4-固定架，5-導(dǎo)磁體，6_坩堝，11-耐火層，12-隔熱 層，31-絕緣柱，32-水冷環(huán)，34-絕緣層，35-導(dǎo)熱銅板，51-鐵芯固定圈，101-感應(yīng)線圈， 103-電流引入端，104-電流引出端，7-冷卻套，冷卻水管-71，冷卻銅板-72，絕緣層-73，隔 熱層-74，冷卻水嘴-75，加熱工件-8。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的工作原理在于通過(guò)給感應(yīng)器通以交流電流，根據(jù)磁場(chǎng)偶合原理，金屬爐 料中會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電流即渦流，致使?fàn)t料加熱。以下通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算對(duì)比說(shuō)明這種設(shè)計(jì) 能提高加熱效率。參見圖2，本發(fā)明提供的感應(yīng)器的加熱系統(tǒng)電效率具體如下。設(shè)這種感應(yīng)線圈的層 數(shù)為n，每層厚度為一個(gè)電流透入深度，因感應(yīng)線圈每層的電阻為R10，相對(duì)于單匝系統(tǒng)，所 以感應(yīng)線圈的總電阻為n*R10，而金屬爐料的電阻沒(méi)變，偶合系統(tǒng)沒(méi)變，因匝數(shù)尺寸與第一 種設(shè)為相同，則電效率可表示為
<formula>formula see original document page 5</formula>
化簡(jiǎn)后為<formula>formula see original document page 5</formula>
因此，隨η的增大，本發(fā)明的感應(yīng)器的電效率大于現(xiàn)有的感應(yīng)器的電效率。當(dāng)η為 無(wú)窮大時(shí)，RlO/η的值可不計(jì)，則電效率為1。說(shuō)明，這種感應(yīng)器的損失功率大大降低。參見圖3，本發(fā)明提供的節(jié)能感應(yīng)器，包括多個(gè)串聯(lián)或者并聯(lián)或者串聯(lián)和并聯(lián)組合 的感應(yīng)線圈101，該感應(yīng)線圈101由帶有厚度為0.2 Imm的絕緣層的銅帶盤繞成圓形、方 形或橢圓形等多種形狀。為了消除電流的集膚效應(yīng)，需要將銅帶的厚度設(shè)為電流透入深度 的20% 80%。絕緣層通常選用聚酰亞胺薄膜或?qū)峤^緣彈性橡膠Ail-Pad 2000或T500等。以下將以該節(jié)能感應(yīng)器應(yīng)用于中頻爐為例并結(jié)合附圖對(duì)于其工作方式進(jìn)行具體的闡述。參見圖4，中頻爐主要由爐體1和與爐體1的端口相配合的爐蓋2構(gòu)成。爐體1上 設(shè)有固定架4，該固定架4與爐體1的導(dǎo)磁體5通過(guò)螺栓固定連接。該導(dǎo)磁體5主要由多塊 鐵芯和鐵芯固定圈51構(gòu)成，即將多塊鐵芯疊加后應(yīng)用鐵芯固定圈51將其加固為一體。爐體1內(nèi)設(shè)有由耐火材料制成的坩堝6 ；該坩堝6的外壁依次設(shè)有耐火層11和隔 熱層12。坩堝6的隔熱層12的外圍設(shè)有絕緣柱31。為了冷卻爐體1的外壁，在絕緣柱31 上固定設(shè)置有成間隔排布的多個(gè)并聯(lián)的“C”形水冷環(huán)32。嵌于相鄰的“C”形水冷環(huán)32之 間的感應(yīng)線圈101通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)或串聯(lián)和并聯(lián)的組合構(gòu)成節(jié)能感應(yīng)器3。并且“C”形水 冷環(huán)32和感應(yīng)線圈101之間填充有厚度約為1 3mm的絕緣材料，以防止層間因潮氣短路 以及感應(yīng)線圈101對(duì)地水冷環(huán)短路。采用相互絕緣的銅帶制作感應(yīng)線圈101的模塊式的節(jié) 能感應(yīng)器3，使通過(guò)該感應(yīng)線圈101自身的電流密度僅為2 3A/mm2，從而使節(jié)能感應(yīng)器3 自身能量損失僅為輸入功率的2 4%。“C”形水冷環(huán)32中通以冷卻水以實(shí)現(xiàn)爐體1的冷 卻。另外，節(jié)能感應(yīng)器3中的“C”形水冷環(huán)32或感應(yīng)線圈101也可以根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)成 串聯(lián)或并聯(lián)或串聯(lián)和并聯(lián)的組合。同時(shí)，“C”形水冷環(huán)32的具體結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)熱場(chǎng)的計(jì)算，在該“C”形水冷環(huán)32的 內(nèi)圈增加一個(gè)導(dǎo)熱銅板35，以利于爐體1的熱量通過(guò)導(dǎo)熱銅板35順利導(dǎo)出，以防止感應(yīng)線 圈101過(guò)熱。以下結(jié)合

本發(fā)明提供的節(jié)能感應(yīng)器應(yīng)用于高頻淬火電爐的情況。參見圖5、圖6，高頻淬火電爐用于感應(yīng)加熱部分主要由冷卻套7、與冷卻套7的冷 卻銅板72固定連接的冷卻水管71構(gòu)成，感應(yīng)線圈101固定設(shè)置于冷卻套7內(nèi)，且在感應(yīng)線 圈101與冷卻銅板72之間設(shè)置有絕緣層73以防止其對(duì)地短路，冷卻銅板72的內(nèi)側(cè)設(shè)置有 設(shè)有隔熱層74以進(jìn)一步降低能耗。設(shè)有冷卻水嘴75的冷卻水管71主要用于加熱工件8在被加熱的過(guò)程中產(chǎn)生熱量 的散失，以防止此種熱量傳到感應(yīng)線圈101將其損壞。感應(yīng)線圈101為被加熱工件8提供 熱源，此種結(jié)構(gòu)的感應(yīng)線圈使得淬火過(guò)程中能耗僅為輸出功率的2-4%，因此不需要水冷僅 需風(fēng)冷即可實(shí)現(xiàn)感應(yīng)線圈101自身能量的散失。冷卻銅板72必須設(shè)有缺口，例如該冷卻銅板可設(shè)計(jì)為“C形”，以防止電流在其內(nèi)形成回路.
權(quán)利要求
一種節(jié)能感應(yīng)器，其特征在于，它包括至少兩個(gè)串聯(lián)或者并聯(lián)或者串聯(lián)與并聯(lián)組合的感應(yīng)線圈(101)，所述感應(yīng)線圈(101)由帶有絕緣層的銅帶盤繞而成，該感應(yīng)線圈(101)包括電流引入端(103)以及電流引出端(104)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能感應(yīng)器，其特征在于所述絕緣層(4)的厚度為0.1 1mm0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能感應(yīng)器，其特征在于所述銅帶的厚度為電流透入深度 的 20% 80%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的節(jié)能感應(yīng)器，其特征在于所述絕緣層的材料為聚酰亞 胺薄膜或?qū)峤^緣彈性橡膠Sil-Pad 2000或T500。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的節(jié)能感應(yīng)器，其特征在于所述感應(yīng)線圈(1)為圓形、方 形或橢圓形。
全文摘要
本發(fā)明提供的節(jié)能感應(yīng)器，屬于設(shè)計(jì)制造技術(shù)領(lǐng)域，主要由多個(gè)串聯(lián)或者并聯(lián)或者串聯(lián)與并聯(lián)組合的感應(yīng)線圈構(gòu)成，所述感應(yīng)線圈由帶有絕緣層的銅帶盤繞而成。主要解決了現(xiàn)有的感應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗高的技術(shù)問(wèn)題。該節(jié)能感應(yīng)器具有制造成本低、在電熱過(guò)程中能耗低的特點(diǎn)，主要應(yīng)用于如中頻爐等的電加熱過(guò)程中。
文檔編號(hào)H05B6/36GK101820702SQ20101015188
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月21日
發(fā)明者王河洲 申請(qǐng)人:西安機(jī)電研究所