CN102385968A - 一种间隔式绕组旋转磁场产生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种间隔式绕组旋转磁场产生装置，属表面改性装备技术领域。包括沿圆周均匀分布的多对铁芯和励磁绕组，磁头，铁芯固定底盘，励磁绕组内、外保护罩，以及隔热板。铁芯下端固定在铁芯固定底盘上，励磁绕组外保护罩和内保护罩分别固定在铁芯固定底盘的内外圈上、并将励磁绕组罩于其相互间形成的空腔中，隔热板固定在励磁绕组内、外保护罩的上表面。通过顺序对励磁绕组通断电产生旋转磁场，用于材料表面激光熔覆涂层的结构和性能优化，旋转的磁场加到正在进行激光熔覆的工件上，实现激光熔覆过程中微观组织改善和表面综合性能提高。具有小型化、易装配、拆卸等优点，可在较小的环境空间内进行磁化处理，满足各种工况条件下磁化处理的需要。
Description
技术领域
本发明提供一种间隔式绕组旋转磁场产生装置，特别是一种用于材料表面激光熔覆复合涂层微观组织和性能优化的旋转磁场产生装置，属于表面改性装备技术领域。
背景技术
随着近年来激光熔覆表面改性技术在生物、航空、航天、机械、材料、冶金、矿山、核电等领域的进一步广泛应用，对激光熔覆改性涂层的微观组织结构、物化性能、力学性能、光电性能及生物医学性能等提出了越来越高的要求。但激光熔覆涂层普遍存在熔覆层组织不够均匀、易出现气孔和裂纹等缺陷。为了有效弥补激光熔覆的不足，充分发挥其优势，近年来研究人员提出外加磁场辅助激光焊接和激光熔覆的新思路。根据国内外现有的研究和报道，外加磁场的形式有纵向磁场、横向磁场等，但这些磁场都属于静态下的磁场，磁场分布局限在空间某一位置，并且磁力线的方向始终固定。通过试验研究证明，这些静态形式的磁场都能对激光焊接、激光熔覆过程中熔池内的金属流动和结晶产生一定的影响，从而影响熔池内金属的传质和传热过程，以致改善其工艺，提高改性层的质量。
虽然静态磁场可以对熔池内金属的传质和传热产生影响，但静态磁场在某一时刻只能对熔池内金属在特定的方向上影响传质和传热过程。因此，静态磁场对改善工艺依然存在较大的局限性。如果能研制出一种具有多方向影响熔池金属传质和传热的工艺，对进一步改善激光熔覆复合涂层的微观组织形态，提高激光熔覆涂层的表面综合性能将具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有激光熔覆设备静态磁场之不足，提供一种间隔式绕组旋转磁场产生装置，为激光熔覆工艺提供旋转磁场，促使熔池内的液态金属运动，改善液态金属的流动和结晶特征，优化激光熔覆涂层的组织结构和涂层综合表面性能。
本发明的技术方案是：间隔式绕组产生旋转磁场的装置，包括沿圆周均匀分布的多对铁芯2和套固于其上的励磁绕组6、装于每对铁芯2上端的多对磁头1、铁芯固定底盘5、励磁绕组外保护罩3、励磁绕组内保护罩4、以及隔热板11，铁芯2下端通过螺母8配合固定在铁芯固定底盘5上，励磁绕组外保护罩3和内保护罩4分别固定在铁芯固定底盘5的内外圈上、并将励磁绕组6罩于其相互间形成的空腔中，隔热板11固定在励磁绕组内、外保护罩3和4的上表面。
所述励磁绕组6包括绕组固定端板9及将其固定在铁芯上、下端的固定螺母7，由内至外沿周圈均匀固定在上、下绕组固定端板9上的多层线圈固定实心立柱12、以及绕制在每层线圈固定实心立柱12上的线圈，每层线圈之间保持一定间距。线圈固定实心立柱12的层数为2~8层，每层有4~12根实心立柱，每根实心立柱为直径3~5mm的金属立柱，每层线圈之间的间距为1~3mm，以保证每层线圈之间有一定的散热间隙。实心立柱12的层数、每层实心立柱的数量和每层线圈之间的间距，均根据实际需要在给定范围内确定，保证能够形成足够的磁场强度和散热即可。
所述磁头1、铁芯2和励磁绕组6的数量为2~6对，每对磁头1、铁芯2和励磁绕组6的间隔为30~90°。磁头1为条柱形结构，其与隔热板11间隔1~5mm的缝隙，且每对磁头成直线对置装配。铁芯2、励磁绕组6和磁头1的数量、以及磁头1与隔热板11的间隙大小，根据实际需要在给定范围内选择确定，保证能够形成足够的磁场强度即可。磁头1和铁芯2的断面可为圆形、方形等，其材质可为纯铁、铁硅合金（如硅钢）、铁镍系合金、铁铝合金、非晶磁性材料、铁氧体等。
所述励磁绕组外保护罩3厚1～5mm，其上开有多个直径1～20mm的散热孔，可由普通铜、钢、铁等金属薄板制成。保护罩3的厚度及其上散热孔的数量根据实际需要确定，保证对绕组的防护和正常散热即可。励磁绕组内保护罩4可采用隔热材料制成。
所述磁头1与铁芯2通过磁头铁芯连接固定螺栓10连接固定，线圈固定实心立柱12通过螺纹配合固定在励磁绕组固定端板9上，励磁绕组外保护罩3与铁芯固定底盘5通过耐高温绝缘胶连接固定，励磁绕组内保护罩4与铁芯固定底盘5通过耐高温绝缘胶连接密封固定，隔热板11与励磁绕组外保护罩3和励磁绕组内保护罩4通过耐高温绝缘胶固定连接并密封。
本发明通过对在同一圆周均匀间隔分布的多对励磁绕组进行顺序通、断电来实现磁场的旋转，每对励磁绕组的通断电时间间隔、周期以及励磁电流的大小均可单独进行调节。
本装置通过在同一圆周均匀间隔分布的多对励磁绕组的顺序通、断电来产生旋转磁场，通过调节励磁绕组的顺序通断电时间间隔和周期、以及励磁电流的大小，即可方便地实现磁场旋转频率和磁场强度的大小变化。通过改变该旋转磁场的旋转频率和励磁电流的大小，可便捷而有效地改善激光熔覆工艺，改善熔池内液态金属的传质和传热过程。每个绕组中线圈采用间隔式分布，使层与层之间线圈产生的热量不叠加，从而保证每层线圈不会因功率过大而烧坏；同时励磁绕组外保护罩上开有散热孔，有助于线圈冷却。另外具有小型化、拆卸等优点，可在较小的环境空间内进行磁化处理，满足各种工程和工况条件下磁化处理的需要。
附图说明
图1为本发明主视示意图；
图2为本发明府视示意图；
图3为本发明A-A剖视示意图；
图4为本发明原理图；
图5为本发明实施例1绕组1-1'产生旋转磁场的过程示意图；
图6为本发明实施例1绕组2-2'产生旋转磁场的过程示意图；
图7为本发明实施例1绕组3-3'产生旋转磁场的过程示意图。
图中各标号依次为：1-磁头；2-铁芯；3-励磁绕组外保护罩；4-励磁绕组内保护罩；5-铁芯固定底盘；6-励磁绕组；7-励磁绕组端板固定螺母；8-固定螺母；励磁绕组固定端板9；10-磁头铁芯连接固定螺栓；11-隔热板；12-线圈固定实心立柱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步阐述，但本发明的保护范围不限于所述内容。
实施例1：参见图1、2、3，本间隔式绕组产生旋转磁场的装置，包括沿圆周均匀分布的3对铁芯2和套固于其上的励磁绕组6、装于每对铁芯2上端的3对磁头1、铁芯固定底盘5、励磁绕组外保护罩3、励磁绕组内保护罩4、以及隔热板11，铁芯2下端通过螺母8配合固定在铁芯固定底盘5上，励磁绕组外保护罩3和内保护罩4分别固定在铁芯固定底盘5的内外圈上、并将励磁绕组6罩于其相互间形成的空腔中，隔热板11固定在励磁绕组内、外保护罩3和4的上表面。每个励磁绕组6包括绕组固定端板9及将其固定在铁芯上、下端的固定螺母7，由内至外沿周圈均匀固定在上、下绕组固定端板9上的6层线圈固定实心立柱12、以及绕制在每层线圈固定实心立柱12上的线圈，每层有4根直径5mm的铜质实心立柱，每层线圈之间间距为3mm。
磁头1与铁芯2通过磁头铁芯连接固定螺栓10连接固定，线圈固定实心立柱12通过螺纹配合固定在励磁绕组固定端板9上，励磁绕组外保护罩3与铁芯固定底盘5通过耐高温绝缘胶连接固定，励磁绕组内保护罩4与铁芯固定底盘5通过耐高温绝缘胶连接密封固定，隔热板11与励磁绕组外保护罩3和励磁绕组内保护罩4通过耐高温绝缘胶固定连接并密封。每对磁头1、铁芯2和励磁绕组6的间隔为60°，磁头1为条形结构，其与隔热板11间隔5mm，且每对磁头成直线对置装配。磁头1和铁芯2的断面均为圆形。
磁头1和铁芯2的材料为Q235钢、励磁绕组外保护罩3的材料是厚度为2mm的铜皮，散热孔直径为1mm，散热孔数量为2000个。励磁绕组内保护罩4的材料为耐高温隔热板，铁芯固定底盘5的材料为Q235钢，励磁绕组线采用1mm的漆包铜线，励磁绕组固定端板9的材料为绝缘板。
本发明通过对在同一圆周均匀间隔分布的多对励磁绕组进行顺序通、断电来实现磁场的旋转，每对励磁绕组的通断电时间间隔、周期以及励磁电流的大小均可单独进行调节。
如图4、5、6、7所示，3对磁头1、铁芯和绕组间隔60°分布在同一圆周上，当顺序给3对励磁绕组1-1'、2-2'、3-3' 通断电时，励磁绕组线圈所包围的空间内便产生磁场，产生的磁场把励磁绕组内的铁芯磁化，使磁力线沿铁芯到磁头方向上传输。旋转磁场产生的过程是当顺序给励磁绕组1-1'通电时，该励磁绕组线圈所包围的空间内便产生磁场，产生的磁场把励磁绕组内的铁芯磁化，使磁力线沿铁芯到磁头方向上传输（参见图5）。当顺序给励磁绕组2-2'通电时，该励磁绕组线圈所包围的空间内便产生磁场，产生的磁场把励磁绕组内的铁芯磁化，使磁力线沿铁芯到磁头方向上传输（参见图6）。当顺序给励磁绕组3-3'通电时，该励磁绕组线圈所包围的空间内便产生磁场，产生的磁场把励磁绕组内的铁芯磁化，使磁力线沿铁芯到磁头方向上传输（参见图7）。根据激光熔覆熔池凝固结晶过程的特点和工艺需要，也可同时进行3对励磁绕组同时通电或其中任意两组同时通电。
实施例2：参见图1、2，本间隔式绕组旋转磁场产生装置与实施例1相同，不同之处是：共有6对磁头、铁芯和励磁绕组，每对磁头、铁芯和励磁绕组的间隔为30°，磁头与隔热板的间隔为3mm，且每对磁头成直线对置装配。每个励磁绕组有2层线圈固定实心立柱、每层有12根直径3mm的钢质实心立柱，每层线圈之间间距为1mm。磁头和铁芯材料为硅钢，其断面均为方形；外保护罩由厚5mm的钢板制成，其上有500个直径20mm的散热孔。
实施例3：参见图1、2，本间隔式绕组旋转磁场产生装置与实施例1相同，不同之处是：共有4对磁头、铁芯和励磁绕组，每对磁头、铁芯和励磁绕组的间隔为45°，磁头与隔热板的间隔为4mm，且每对磁头成直线对置装配。每个励磁绕组有4层线圈固定实心立柱、每层有8根直径3mm的铜质实心立柱，每层线圈之间间距为2mm。磁头和铁芯材料为铁氧体，其断面均为圆形；外保护罩由厚1mm的铜板制成，其上有100个直径10mm的散热孔。
实施例4：参见图1、2，本间隔式绕组旋转磁场产生装置与实施例1相同，不同之处是：共有5对磁头、铁芯和励磁绕组，每对磁头、铁芯和励磁绕组的间隔为36°，磁头与隔热板的间隔为4mm，且每对磁头成直线对置装配。每个励磁绕组有8层线圈固定实心立柱、每层有6根直径4mm的铜质实心立柱，每层线圈之间间距为3mm。磁头和铁芯材料为铁镍合金，其断面均为方形；外保护罩由厚3mm的铜板制成，其上有1500个直径3mm的散热孔。
实施例5：参见图1、2，本间隔式绕组旋转磁场产生装置与实施例1相同，不同之处是：共有2对磁头、铁芯和励磁绕组，每对磁头、铁芯和励磁绕组的间隔为90°，磁头与隔热板的间隔为1mm，且每对磁头成直线对置装配。每个励磁绕组有3层线圈固定实心立柱、每层有4根直径3mm的铜质实心立柱，每层线圈之间间距为2mm。磁头和铁芯材料为铁镍合金，其断面均为方形；外保护罩由厚2mm的铜板制成，其上有1000个直径5mm的散热孔。
Claims (7)
1.一种间隔式绕组旋转磁场产生装置，其特征在于：包括沿圆周均匀分布的多对铁芯（2）和套固于其上的励磁绕组（6）、装于每对铁芯（2）上端的多对磁头（1）、铁芯固定底盘（5）、励磁绕组外保护罩（3）、励磁绕组内保护罩（4）、以及隔热板（11），铁芯（2）下端固定在铁芯固定底盘（5）上，励磁绕组外保护罩（3）和内保护罩（4）分别固定在铁芯固定底盘（5）的内外圈上、并将励磁绕组（6）罩于其相互间形成的空腔中，隔热板（11）固定在励磁绕组内、外保护罩（3）和（4）的上表面。
2.根据权利要求1所述的间隔式绕组旋转磁场产生装置，其特征在于：励磁绕组（6）包括绕组固定端板（9）及将其固定在铁芯上、下端的固定螺母（7），由内至外沿周圈均匀固定在上、下绕组固定端板（9）上的多层线圈固定实心立柱（12）、以及绕制在每层线圈固定实心立柱（12）上的线圈，每层线圈之间保持一定间距。
3.根据权利要求2所述的间隔式绕组旋转磁场产生装置，其特征在于：线圈固定实心立柱（12）的层数为2~8层，每层有4~12根实心立柱，每根实心立柱为直径3~5mm的金属立柱，每层线圈之间的间距为1~3mm。
4.根据权利要求1所述的间隔式绕组旋转磁场产生装置，其特征在于：磁头（1）、铁芯（2）和励磁绕组（6）的数量为2~6对，每对磁头（1）、铁芯（2）和励磁绕组（6）的间隔为30~90°。
5.根据权利要求1所述的间隔式绕组旋转磁场产生装置，其特征在于：磁头（1）为条柱形结构，其与隔热板（11）间隔一定缝隙，且每对磁头成直线对置装配。
6.根据权利要求5所述的间隔式绕组旋转磁场产生装置，其特征在于：磁头（1）与隔热板（11）之间的间隙为1~5mm。
7.根据权利要求1所述的间隔式绕组旋转磁场产生装置，其特征在于：励磁绕组外保护罩（3）厚1～5mm，其上开有多个直径1～20mm的散热孔。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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