CN104185326B - 加热金属件的电感应加热器 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种加热金属件的电感应加热器，本发明的圆筒状模块总成包括若干环绕模块总成的中心轴线设置的线圈绕组模块，线圈绕组模块包括一铁芯以及沿铁芯长度方向缠绕在铁芯上的线圈，金属件沿模块总成的中心轴线穿过其筒腔，供电装置对若干线圈绕组模块输出变频交流电，线圈绕组产生交变磁场并作用于金属件使之产生涡电流进行加热。本发明的线圈匝数多、空气间隙小，可使用较小截面积的普通铜绕线就可以实现高功率高效率的加热。由于线圈中的电流密度大大减小，加热时损耗在绕组线圈中的能量大幅减小，不需要配备庞大电容器组。本发明所述的加热器的加热效率可达到80％，远高于目前世界上周向绕线的电感应加热器的最高效率65％。
Description
技术领域
本发明涉及金属加热领域，特别涉及一种加热金属件的电感应加热器。
背景技术
在金属加热领域，有以下几种传统加热技术：
1、燃气加热，利用燃烧天然气或煤气产生的热量加热金属。在这种加热技术下，金属的加热温度难以精确控制，且不易实现加热较大直径的金属圆锭，如φ12以上的金属锭。
2、电阻炉加热，电阻炉以电为热源，通过电热元件将电能转化为热能，依靠热辐射或热气流对流方式在炉内对金属进行加热。这种加热技术中，大量的能量被消耗在电热元件如电阻丝上，加热效率较低。
3、电感应加热，传统感应加热炉利用铜感应线圈来包围铝棒，当交变电流施加到感应线圈上时，在线圈包围的空间内产生交变磁场。交变磁场在主频率下脉动，在铝棒内部感应出涡电流，铝棒也因此得以加热。然而，由于感应线圈有不可忽略的电阻，当通过强电流时，相当可观的热量被损失在线圈上。而且，这些在线圈上产生的热量必须使用大量的冷却水来对线圈进行冷却。这样的先天缺陷使得传统感应加热炉的能源利用率相当低，只有40％到60％。
所以，有必要从新的视角对传统的加热方式进行变革，以解决目前技术存在的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种加热金属件的电感应加热器，以解决目前技术存在的一些问题。
本发明提供一种加热金属件的电感应加热器，包括一机台，还包括：
设在所述机台上的圆筒状模块总成，其进一步包括若干环绕所述模块总成的中心轴线设置的线圈绕组模块，所述线圈绕组模块包括一铁芯以及沿所述铁芯长度方向缠绕在所述铁芯上的线圈，所述铁芯的长度方向与所述模块总成的中心轴线平行，所述金属件沿所述模块总成的中心轴线穿过其筒腔；
供电装置，连接所述模块总成，用以对所述若干线圈绕组模块输出变频交流电，所述线圈绕组产生交变磁场并作用于所述金属件使之产生涡电流进行加热；
设在所述机台上的加热定位装置，所述加热定位装置定位位于所述模块总成筒腔内的金属件，使所述金属件与所述模块总成的筒内壁保持预定间隙。
作为一实施例，所述若干线圈绕组模块环绕所述模块总成的中心轴线均匀设置，每个所述线圈绕组模块产生的磁场指向所述模块总成的中心轴线。
作为一实施例，所述加热定位装置包括分布于所述模块总成轴向两端的第一液压站和第二液压站、与所述第一液压站活塞杆连接的第一支撑臂、与所述第二液压站活塞杆连接的第二支撑臂，所述第一支撑臂的夹持端和第二支撑臂的夹持端分别在所述模块总成的轴向两端向里顶住位于所述模块总成筒腔的所述金属件的两端面。
作为一实施例，所述第一支撑臂夹持端和第二支撑臂夹持端均为旋转夹持端，它们夹持所述金属件在所述模块总成的筒腔内旋转。
作为一实施例，所述第一支撑臂和第二支撑臂分别在所述第一液压站液压缸和第二液压站液压缸的作用下，同时同向沿所述模块总成的轴向往返运动，从而带动所述被顶住的金属件在所述模块总成的筒腔的轴向上做往返运动。
作为一实施例，所述金属件为非铁磁性金属材质，所述金属件为铝或铜或镁合金材质。
本发明优点之一，本发明中对金属件的定位方式(液压两端顶住)，使线圈与金属件之间的间隙变小，提高了加热效率。因为传统电感应加热器很难实现较小的间隙，传统电感应加热器需要托盘形式的输送机构在金属件的下部支撑金属件的重量，这样在加热过程中，托盘机构处于线圈和金属件之间，使线圈和金属件之间的间隙扩大后才能容纳所述托盘机构，另外托盘机构的存在也阻碍了电感应的传递。本发明中除线圈中损耗能量以外，主要能量损耗在供电***的变频变压的过程。经过理论计算，这种加热器的加热效率可达到80％，远高于目前世界上周向绕线的电感应加热器的最高效率65％。
本发明优点之二，本发明中环绕设置的线圈绕组模块，可以增加绕组的线圈匝数，减小线圈直径，进而减小由于线圈自感产生的涡流，维持线圈中较低的电流密度，降低了线圈本身的电阻在通电工作时产生的热量。传统电感应加热器无法使用小铜线圈，因为其铜导线是为中空的矩形铜管，冷却水从中空的空间流过，这样的铜导线直径远较本发明所用的铜线圈大。
本发明优点之三，本发明中对金属件的定位方式，使线圈与金属件之间的间隙变小，提高了加热效应，故不需要供电***设置电容组来补偿无功功率。在传统电感应加热器中，线圈和金属件之间存在很大的空气间隙交流供电***会消耗较多的无功功率，所以供电***需要庞大且昂贵的电容组来补偿无功功率。
本发明优点之四，加热定位装置可以带动金属件在圆筒状模块总成的筒腔内沿轴线往返运动，这样使金属件受热更均匀，进一步提高了加热效率。
本发明优点之五，本发明中要实现对金属件的加热，金属与磁场之间的相对旋转速度对加热速度、加热效率至关重要，本发明中的加热定位装置的支撑臂旋转夹持端还可以带动金属件旋转，可以实现较大的相对速度，金属件受交变磁场的作用加快，其内部会产生更大的涡电流，会产生更大的加热效应。同时，由于金属件与的高速旋转，周边空气加速流动，产生强大的风冷效应，大大提高散热功能。
附图说明
图1是本发明所述加热***一实施例的结构示意图；
图2是本发明所述加热***另一实施例的结构示意图；
图3是本发明所述的筒状模块总成结构图。
其中，电感应加热器100，机台110，模块总成120，线圈绕组模块121，铁芯122，线圈123，金属件130，加热定位板140，第一液压站150，第二液压站151，第一支撑臂152，第二支撑臂153，夹持端154。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。
参见图1和图2，图1和图2分别是本发明的两个实施例。本发明提供一种加热金属件130的电感应加热器100，包括一机台110、圆筒状的模块总成120、供电装置、加热定位装置，具体地：
设在所述机台110上的圆筒状模块总成120，参见图3，其进一步包括若干环绕所述模块总成120的中心轴线设置的线圈绕组模块121，所述线圈绕组模块121包括一铁芯122以及沿所述铁芯122长度方向缠绕在所述铁芯122上的线圈123，所述铁芯122的长度方向与所述模块总成120的中心轴线平行，所述金属件130沿所述模块总成120的中心轴线穿过其筒腔。作为一实施例，所述若干线圈绕组模块121环绕所述模块总成120的中心轴线均匀设置，这些若干线圈绕组模块121环绕形成一个筒状，每个所述线圈绕组模块121产生的磁场指向所述模块总成120的中心轴线。
供电装置(图中未画出)，连接所述模块总成120，用以对所述若干线圈绕组模块121输出变频交流电，所述线圈123绕组产生交变磁场并作用于所述金属件130使之产生涡电流进行加热。这里采用的是变频交流电，采用变频交流电使得加热时间、加热品质等可调，提高加热效应。当然也可以采用恒频交流电，但是其加热效应会降低。
设在所述机台110上的加热定位装置，所述加热定位装置起得作用是定位位于所述模块总成120筒腔内的金属件130，使所述金属件130与所述模块总成120的筒内壁保持预定间隙。加热定位装置可以是图1中的加热定位板140，加热定位板140一方面可以固定模块总成120，另一方面也可以固定金属件130的一端。加热定位装置也可以是图2中的液压站定位装置，通过第一液压站150和第二液压站151顶住金属件130，模块总成120设置在左右两块安装板上，金属件130依次穿过左安装板、模块总成120的筒腔、右安装板。并与它们保持间隙。
参见图2，作为一实施例，所述加热定位装置包括分布于所述模块总成120轴向两端的第一液压站150和第二液压站151、与所述第一液压站150活塞杆连接的第一支撑臂152、与所述第二液压站151活塞杆连接的第二支撑臂153，所述第一支撑臂152的夹持端154和第二支撑臂153的夹持端154分别在所述模块总成120的轴向两端向里顶住位于所述模块总成120筒腔的所述金属件130的两端面。作为一实施例，所述第一支撑臂152的夹持端154和第二支撑臂153的夹持端154均为旋转夹持端，它们夹持所述金属件130在所述模块总成120的筒腔内旋转。这里的旋转夹持端具体实现，可以是目前工业领域采用的旋转夹持器等，在实现对工件夹紧的同时还进行旋转。
参见图2，作为一实施例，所述第一支撑臂152和第二支撑臂153分别在所述第一液压站150液压缸和第二液压站151液压缸的作用下，同时同向沿所述模块总成120的轴向往返运动，从而带动所述被顶住的金属件130在所述模块总成120的筒腔的轴向上做往返运动。本实施例中，加热定位装置使用了液压定位的方式，显然，也可采用其他定位方式，比如采用丝杠传动方式替代液压站，也可在所述夹持端154设置弹簧以对金属件130实现夹紧定位。
作为一实施例，所述金属件130为非铁磁性材料，金属件130可以为铝或铜或镁合金内胆。采用这种材料，由于其属于非铁磁性，其旋转时不会产生阻碍，使得旋转更顺畅。
本发明所述的加热器工作时，供电***在控制***的指令下为线圈提供不同频率的交流电。交流电在线圈产生的交变磁场并被铁芯有效导引至金属件(锭)上。这时，在金属锭中会感应出涡电流对来对抗每一个线圈绕组产生的交变磁场。这些涡电流可以有效地加热金属锭。同时，金属锭的两端被支撑臂夹持住，在液压的驱动下，金属锭可以在模块总成120的筒腔内沿圆筒轴线移动，通过控制金属锭在筒腔内加热区的位置来保证其在长度方向被均匀加热，或按照一定的轴向温度曲线对金属锭进行精确加热。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上实施方式的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (7)
1.一种加热金属件的电感应加热器，包括一机台，其特征在于，还包括：
设在所述机台上的圆筒状模块总成，其进一步包括若干环绕所述模块总成的中心轴线设置的线圈绕组模块，所述线圈绕组模块包括一铁芯以及沿所述铁芯长度方向缠绕在所述铁芯上的线圈，所述铁芯的长度方向与所述模块总成的中心轴线平行，所述金属件沿所述模块总成的中心轴线穿过其筒腔；
供电装置，连接所述模块总成，用以对所述若干线圈绕组模块输出变频交流电，所述线圈绕组模块产生交变磁场并作用于所述金属件使之产生涡电流进行加热；
设在所述机台上的加热定位装置，所述加热定位装置定位位于所述模块总成筒腔内的金属件，使所述金属件与所述模块总成的筒内壁保持预定间隙。
2.如权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述若干线圈绕组模块环绕所述模块总成的中心轴线均匀设置，每个所述线圈绕组模块产生的磁场指向所述模块总成的中心轴线。
3.如权利要求1或2所述的加热器，其特征在于，所述加热定位装置包括分布于所述模块总成轴向两端的第一液压站和第二液压站、与所述第一液压站活塞杆连接的第一支撑臂、与所述第二液压站活塞杆连接的第二支撑臂，所述第一支撑臂的夹持端和第二支撑臂的夹持端分别在所述模块总成的轴向两端向里顶住位于所述模块总成筒腔的所述金属件的两端面。
4.如权利要求3所述的加热器，其特征在于，所述第一支撑臂夹持端和第二支撑臂夹持端均为旋转夹持端，它们夹持所述金属件在所述模块总成的筒腔内旋转。
5.如权利要求4所述的加热器，其特征在于，所述第一支撑臂和第二支撑臂分别在所述第一液压站液压缸和第二液压站液压缸的作用下，同时同向沿所述模块总成的轴向往返运动，从而带动所述被顶住的金属件在所述模块总成的筒腔的轴向上做往返运动。
6.如权利要求5所述的加热器，其特征在于，所述金属件为非铁磁性金属材质。
7.如权利要求6所述的加热器，其特征在于，所述金属件为铝材质，或铜材质，或镁合金材质。
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