CN102917483A

CN102917483A - 一种电磁感应加热装置

Info

Publication number: CN102917483A
Application number: CN2012101874494A
Authority: CN
Inventors: 杨蒙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2013-02-06

Abstract

本发明涉及电磁感应加热器技术领域，尤其涉及一种电磁感应加热装置，其包括电磁加热控制器、励磁线圈、中高频变压器，电磁加热控制器的中高频电输出端与中高频变压器的输入端电连接，中高频变压器的输出端与励磁线圈电连接；励磁线圈的匝数为2～10匝、空载电感量低于20uH，励磁线圈是由高频铜线绕制而成，且高频铜线是由多股细铜线绞合而成。由于本发明无需采用冷却系统，使本发明在使用时便于携带移动；而且，本发明的中高频变压器可以补充励磁线圈电感量的不足，使本发明可以在狭小的空间绕制出合适的励磁线圈，从而使本发明适合小型金属圆管及金属小型异型件的小范围加热。

Description

一种电磁感应加热装置

技术领域

本发明涉及电磁感应加热器技术领域，尤其涉及一种无需冷却系统的适合小型金属圆管及金属小型异型件小范围加热的电磁感应加热装置。

背景技术

基于法拉第电磁感应原理，电磁感应加热技术是使用提高交流电频率的方法，令高速变化的交变电流流过线圈会产生交变的磁力线，磁力线穿透加热对象形成回路，在其横截面内产生感应电流（即涡流）并形成热效应，使被加热工件迅速发热，达到加热金属本身或者间接加热与金属接触的其它材料的目的的一种技术，并被广泛应用于金属的热处理领域、带磁导电金属材料的加热或非导磁非导电材料的间接加热领域以及民用的灶具（电磁炉）、热水器及伴热等广泛的加热领域。

电磁感应加热技术所涉及的重要组件是励磁线圈，励磁线圈可以采用导电性能优异的铜、银或金，但限于银、金两种材料价格昂贵，所以一般采用铜线。励磁线圈最重要的指标是电感，当频率一定、功率要求一定时，电感量越小则电流要求越高，故而在中高频感应加热领域尤其是金属熔炼、透热领域，当采用低电感量（低于10uH）的线圈时，一般采用较高的工作频率（如25KHz～100MHz），同时电流要求高（一般超过60A），所以必须要采用较粗的空心铜管，并采用水冷或强风高速通过铜管循环冷却的方式对铜管进行强制冷却（线圈直径小及高电流的情况下，还存在磁力线本身感应了铜管，故而铜管感应发热的情况，故而必须需要强制冷却）。而采用高电感量的铜线多匝线圈时，能够很方便绕制出所需的高电感量，同时电流相应可以降低，这样线圈使用的铜线可以采用较细的铜线并设计不过载（电流低于线圈铜线额定准载电流），由此则不需要采用水冷或风冷的强制冷却措施，这就是民用电磁炉、塑机加热领域以及大型工件加热、伴热领域所采用的技术方法。这里面存在一个技术盲点，采用水冷铜管作为励磁线圈的做法可以适合狭窄工件的加热，但需要追加额外的水冷及风冷装置，造成机器重量重，体积大，不便于携带；而采用高电感量的实芯铜线励磁线圈的做法，机器体积及重量都很适合于便携，但因电感量与绕线的匝数成正比，被加热工件如果体积过小（比如直径20～63mm的圆管，同时指定加热区域的长度不超过30mm），空间有限，难于绕制出的规定的电感量（匝数不足），由于空间狭小，也难于选择端面截面积较大的粗铜线，故很难适用于小工件狭小范围的加热。

如中国专利号为ZL201020237693.3的中高频感应加热多重密封紧固式管件、中国专利号为ZL201020237670.2的中高频感应加热多重密封塑料管件、中国专利号为ZL201120138231.0的预承插感应加热熔接塑料管件、中国专利号为ZL201120138204.3的预承插感应加热熔接塑料紧固式管件、中国专利号为ZL201020237685.9的中高频感应加热塑料管件、中国专利号为ZL201020276351.0的一种紧固式管件、中国专利号为ZL201020188986.7的多重密封热熔紧固式管件，上述所有的管件结构，在采用中高频电磁感应加热技术对金属加热并间接加热钢塑复合管内外层塑料及管件的塑料时，均存在管件的实际需要受热区域狭小的问题（尤其是DN16～63mm直径的管道所对应的管件，根据国家标准及城乡建设行业标准，其管件的有效加热长度一般仅为20～36mm，在如此狭小的空间绕制一般电磁感应控制器所要求的电感量（正常工作60～300uH，如民用的电磁炉则一般使用90uH的电感线圈）可能性极小，所以必须要求在2～10匝的线圈范围即可以使电磁感应控制器开始工作，但即使10匝线圈，其电感量也很难超过20uH，若在这个线圈电感量范围，电磁感应控制器的电路设计十分复杂，不但价格昂贵，国内也尚未掌握该电路技术且目前也没有该应用。

更重要的是在管道安装时，当出现弯头、三通插接到管道的一端的情况，圆形的励磁线圈较难或非常不方便套到管件上去，所以要考虑将励磁线圈切割并嵌入一个带可开合装置的夹具中，夹持管件感应加热部位之时再用公母插头将线圈断开部分接成一体或者将励磁线圈直接绕到管件上去，很显然，公母插头本身具有的宽度比较大，同时过多的线圈匝数会带来线圈插接的时候非常麻烦、故障率高；在采用将励磁线圈直接绕到管件上去时，励磁线圈的匝数越少，则工作效率越高。所以要求励磁线圈的匝数要越少越好，最好不要超过5匝（电感量通常不能超过10uH），这样，励磁线圈在经常拨插的工作环境下才具有很好的可靠性，同时，直接绕制到管件上，才有更高的工作效率。事实上，以上类似的管件也可以采用带水冷系统的中高频电磁控制器（比如目前的高频淬火、熔炼用的中高频电磁控制器），但很显然，如果采用带水冷或风冷系统的中高频电磁控制器（注，风冷方式目前尚无成熟技术），光是水冷系统就是数十公斤重，对于小型管道安装领域以及需要便携加热的零部件加热领域（比如汽车螺丝的拆卸），由于不具有便携性而无法频繁移动，所以是完全不具有实用性的。

国内目前所申请的专利以及技术人员所从事的研究中，在便携式电磁感应加热机器的研究方面，很少有人针对狭小空间或小型工件进行加热的应用研究。所申请的一些专利技术主要针对的是电磁感应控制器的电路设计以及关于线圈的绕制方式，也有相当多的专利技术出现，但至少关于线圈的绕制方式这些技术均未充分考虑电磁控制器目前的技术水平，而且事实上都有一个假设前提：就是励磁线圈的电感量是可以按照电磁控制器的工作要求绕制成功的。电磁感应控制器主机方面，也没有进行低电感量线圈能够工作的应用研究。所以事实造成了涉及工件小范围加热的便携式电磁控制器的设计空白。即使在汽车螺丝的加热拆卸这种简单的技术领域，目前也全部采用的是德国、瑞士进口的机器，价格十分昂贵。

又如中国专利公开号为CN202123664U的管接夹具、电磁感应管接设备，以及中国专利申请号为ZL201110174570.9的管接夹具、电磁感应管接设备和管道电磁管接方法，其中所涉及的夹具，在线圈的绕制上未作出说明，根据其应用领域为小型管件的安装，由于其设计的夹具均未载明励磁线圈的绕制方式（这是一项关键的技术点），也同样未显示其线圈是具有断开后再连接形成闭合结构的线圈，只能理解成采用的是平面绕制的弧状线圈，经折弯后设置于夹具中，同时与电磁感应控制器相连接。很显然，要达到电磁感应控制器所需要的线圈电感量，在未采用中高频升流降压变压器的情况下，只能采用1平方毫米左右的细铜线，并绕制80～120匝达到电感要求60uH以上的基本电感要求，在如此狭小的空间里，不但绕线困难，更重要的是，通过的电流将不超过5A，同时高频电压过高，不但发热效率十分低下且手动夹持的概念令操作因高电压变得更危险，容易引起人身伤害，要达到指定的管件安装效果，所需时间也比较长（一般要到200秒左右），而钢管本身的高导热性能，会将钢塑复合管与管件插接部位以外的覆盖在钢管上面的塑料熔化，令安装质量大受影响。而且，上述专利在线圈的周边加上了密密麻麻的磁条，以增加工作时的磁通量也正是基于对于其工作效率无法提高、安装质量不易控制的弱点的一个补充，但这种方式无法从根本上解决以上问题，而且夹具的制作将十分复杂。更重要的是，其夹具只能针对单一直径的管件，若管件外形作一定变化或针对同一规格不同外径的管件，夹具相应要改变尺寸（开模费用惊人），对于电磁感应加热安装管道的领域，成本是非常高昂的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种无需冷却系统、适合小型金属圆管及金属小型异型件小范围加热、便于携带移动的电磁感应加热装置。

为了实现上述目的，本发明提供一种电磁感应加热装置，包括电磁加热控制器、励磁线圈，还包括中高频变压器，所述电磁加热控制器的中高频电输出端与所述中高频变压器的输入端电连接，所述中高频变压器的输出端与所述励磁线圈电连接；所述励磁线圈的匝数为2～10匝、空载电感量低于20uH，所述励磁线圈是由高频铜线绕制而成，且所述高频铜线是由多股细铜线绞合而成。

较佳地，所述励磁线圈由高频铜线螺旋绕制而成，且所述励磁线圈呈圆柱空心状；所述励磁线圈的内径为20～125mm、高度为10～65mm。

较佳地，所述励磁线圈呈圆柱空心状，且所述励磁线圈的每一匝经轴向整齐切割而形成一个带开口的圆柱空心状，所述励磁线圈的每一匝的断开部分的两端分别设置有对应的公母插头，工作时由公母插头插接组成闭合线圈，而励磁线圈因为采用多股细铜线绞合的高频铜线，其本身具有柔性。

较佳地，所述带开口的圆柱状空心励磁线圈对应置于开合式的夹具中，所述带开口的圆柱状空心励磁线圈由高频铜线绕制而成，且所述高频铜线是由多股细铜线绞合而成的柔性高频铜线，所述带开口的圆柱状空心励磁线圈的断开部分通过公母铜插头式连接；所述励磁线圈的内径为20～125mm、高度为10～65mm。

较佳地，所述励磁线圈呈圆柱空心状，且所述励磁线圈是由两个呈半圆柱空心状的半线圈插接组成。

较佳地，所述两个半线圈对应置于开合式的夹具中，所述两个半线圈的对应的每一匝线圈通过公母铜插头式连接；所述励磁线圈的内径为20～125mm、高度为10～65mm。

较佳地，所述励磁线圈为由高频铜线平面绕制而成的弧形线圈。

较佳地，所述励磁线圈由置于软带上的高频铜线连接构成，所述软带上的高频铜线的一端设置有公电子插接件，所述软带上的高频铜线的另一端设置有母电子插接件。

较佳地，所述电磁加热控制器设置有用于将市电转换成直流电的整流电路、用于将直流电转换成中高频电的控制电路，所述整流电路的输入端与所述电磁加热控制器的市电输入端电连接，所述整流电路的输出端与所述控制电路的输入端电连接，所述控制电路的输出端与所述电磁加热控制器的中高频电输出端电连接；所述中高频电输出端输出的交变电流的频率为5～36KHz、电流大小为2～15A。

较佳地，所述中高频变压器为升流降压变压器，所述中高频变压器的线匝比为10：1～1：1，所述中高频变压器的整体电感量大于20uH；所述中高频变压器与所述励磁线圈连接后，所述中高频变压器与所述励磁线圈的整体空载电感量为40uH以上；所述中高频变压器内的线圈采用高频铜线绕制而成，且所述高频铜线是由多股细铜线绞合而成。

较佳地，所述细铜线为漆包铜线或镀银铜线，且所述细铜线的截面积为2～40平方毫米。

较佳地，所述电磁加热控制器和所述中高频变压器为内置于一个箱体中。

较佳地，所述励磁线圈电感量的测试标准为：使用数字电桥、1KHz、串联谐振档条件下空载线圈所得出的数据。

本发明有益效果在于：本发明包括电磁加热控制器、励磁线圈、中高频变压器，电磁加热控制器的中高频电输出端与中高频变压器的输入端电连接，中高频变压器的输出端与励磁线圈电连接；励磁线圈的匝数为2～10匝、空载电感量低于20uH，励磁线圈是由高频铜线绕制而成，且高频铜线是由多股细铜线绞合而成。由于本发明采用由多股细铜线绞合的高频铜线绕制而成励磁线圈，所以本发明无需采用冷却系统，使本发明在使用时便于携带移动；而且，本发明的中高频变压器可以补充励磁线圈电感量的不足，使本发明可以在狭小的空间绕制出合适的励磁线圈，从而使本发明适合小型金属圆管及金属小型异型件的小范围加热。

进一步，本发明的励磁线圈呈圆柱空心状，且励磁线圈可以设置成带开合状，励磁线圈中相应的线圈对应置于开合式的夹具中，使本发明的励磁线圈可以方便地应用于弯头、三通插接到管道等情况的加热熔接。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例2的励磁线圈的结构示意图。

图3为本发明实施例2的励磁线圈的侧面结构示意图。

图4为本发明实施例2的励磁线圈的分解示意图。

图5为本发明实施例3的励磁线圈的结构示意图。

图6为本发明实施例4的励磁线圈的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

实施例1

请参考图1，本发明提供一种电磁感应加热装置，包括电磁加热控制器1、励磁线圈2、中高频变压器3，电磁加热控制器1的中高频电输出端12与中高频变压器3的输入端电连接，使电磁加热控制器1可以将转换得到的中高频电输出给中高频变压器3；中高频变压器3的输出端与励磁线圈2电连接，使中高频变压器3可以将输入的中高频电升压整流后，再输出给励磁线圈2，由励磁线圈2通过电磁感应对工件进行加热；其中，励磁线圈2的匝数为2～10匝（例如：本实施例选用的4匝）、空载电感量低于20uH（微亨），以提高励磁线圈2的工作效率；励磁线圈2是由高频铜线21绕制而成，且高频铜线21是由多股细铜线绞合而成，使本发明无需采用冷却系统，在使用时便于携带移动。

在本实施例中，励磁线圈2由高频铜线21螺旋绕制而成，且励磁线圈2呈圆柱空心状，以针对规则的钢管圆管加热或钢塑复合管的内外层塑料间接加热；其中，励磁线圈2的内径为20～125mm（毫米）、高度为10～65mm，以匹配对应的需要加热的管材。

其中，电磁加热控制器1设置有用于将市电转换成直流电的整流电路、用于将直流电转换成中高频电的控制电路，整流电路的输入端与电磁加热控制器1的市电输入端11电连接，整流电路的输出端与控制电路的输入端电连接，控制电路的输出端与电磁加热控制器1的中高频电输出端12电连接；中高频电输出端12输出的交变电流的频率为5～36KHz（千赫兹）、电流大小为2～15A（安）；当然，在中国上述市电的频率为50Hz或60Hz，工作电压为220V（伏）或380V；而且，在不考虑负载的情况下（即空载条件下），励磁线圈2工作整体电感要求大于或等于40uH；电磁加热控制器1内设置有霍尔电流传感器，用于检测输出中高频电的电流数值。

其中，中高频变压器3为升流降压变压器，中高频变压器3的线匝比为10：1～1：1，即中高频变压器3的输入线圈数与输出线圈数之比为10：1～1：1；中高频变压器3的整体电感量大于20uH；中高频变压器3与励磁线圈2连接后，中高频变压器3与所述励磁线圈的整体空载电感量为40uH以上；中高频变压器3内的线圈也同样采用高频铜线绕制而成，且高频铜线也是由多股细铜线绞合而成；中高频变压器3的作用在于升流降压，同时补充励磁线圈2电感的不足，中高频变压器3可将电磁加热控制器1输出的电流整流至2～150A。当中高频变压器3的线匝比为1：1时，中高频变压器3本身变成一个电感，并只起到增加工作电路的电感的作用。

其中，励磁线圈2的细铜线为漆包铜线或镀银铜线，且细铜线的截面积为2～40平方毫米；励磁线圈2的电感量在空载条件下为0.1～20uH，内直径为20～125mm，深度为10～65mm，其电感测试标准为使用数字电桥、1KHz、串联谐振档条件下空载线圈所得出的数据。

在本实施例中，电磁加热控制器1和中高频变压器3为分开设置，当然，根据实际生产需要，所述电磁加热控制器1和中高频变压器3也可以内置于一个箱体中，不仅限于为本实施例的结构。

当该电磁加热控制器1工作时，插接于励磁线圈2内空心位置的小型被加热工件（小型被加热工件的最大直径小于等于励磁线圈2的最大内直径），能使工件迅速发热达到加热金属本身或者间接加热与金属接触的其它材料的目的。例如：本实施例的励磁线圈2可套入钢管圆管或钢塑复合管中，通过电磁感应原理对钢管圆管加热或钢塑复合管的内外层塑料间接加热。其中，本发明适用于加热的金属必须为可导磁及可导电的金属，如钢、铁、导磁不锈钢等，尤其适合对于直径范围在20mm～110mm的圆柱状工件、钢管的小范围均匀加热。

实施例2

请参考图2～4，为本发明的实施例2，本实施例与实施例1的不同之处在于，励磁线圈2呈圆柱空心状，且励磁线圈2是由两个呈半圆柱空心状的半线圈22插接组成。更具体地说，两个半线圈22对应置于开合式的夹具23中，即一个半线圈22置于一个半圆形的夹具23中，另一个半线圈22置于另一个半圆形的夹具23中；两个半线圈22的一端通过金属折叠件24连接，两个半线圈22的另一端通过公母铜插252头式连接，例如：一个半线圈22上设置公铜插251，另一个半线圈22上设置对应的母铜插252；励磁线圈2的内径为20～125mm、高度为10～65mm，以针对钢塑复合管的内外层塑料间接加热。

本实施例的励磁线圈2在使用时，只要先打开夹具23，使两个半线圈22的一端打开，即公铜插251与母铜插252分离，再夹置钢塑复合管等需要加热的工件，使公铜插251与母铜插252互相插接，即两个半线圈22闭合，构成闭合线圈，且钢塑复合管等需要加热的工件位于闭合线圈内，从而通过电磁感应原理对钢塑复合管等需要加热的工件进行加热。由于本实施例的励磁线圈2为开合式结构，因此可以方便地应用于弯头、三通插接到管道等情况的加热熔接。

本实施例的其它结构与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例3

请参考图5，为本发明的实施例3，本实施例与实施例1的不同之处在于，励磁线圈2为由高频铜线21平面绕制而成的弧形线圈，即励磁线圈2为平面状，通过不规则折弯，以针对不规则的小型工件的加热。当然，根据需要加热的工件的形状，所述励磁线圈2也可以做成与工件匹配的形状，使励磁线圈2更加便于对工件进行加热，而不仅限于为本实施例选用的形状。

本实施例的励磁线圈2在使用时，可将励磁线圈2靠近不规则的小型工件（例如：安装在汽车某环境中的螺丝），通过电磁感应原理对不规则的小型工件进行加热。

本实施例的其它结构与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例4

请参考图6，为本发明的实施例4，本实施例与实施例1的不同之处在于，励磁线圈2由置于软带28上的高频铜线21连接构成，软带28上的高频铜线21的一端设置有公电子插接件271，软带28上的高频铜线21的另一端设置有母电子插接件272，当高频铜线21一端的公电子插接件271与另一端的母电子插接件272互相插接，即形成闭合线圈。

本实施例的励磁线圈2在使用时，可通过软带28包裹在需要加热的工件上，再将公电子插接件271与母电子插接件272互相插接，形成闭合线圈，从而通过电磁感应原理对需要加热的工件进行加热。由于本实施例的励磁线圈2设置在软带28上，所以可以任意折叠，而且方便地固定在需要加热的工件上。

本实施例的其它结构与实施例1相同，在此不再赘述。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，均属本发明的保护范围。

Claims

1.一种电磁感应加热装置，包括电磁加热控制器、励磁线圈，其特征在于：还包括中高频变压器，所述电磁加热控制器的中高频电输出端与所述中高频变压器的输入端电连接，所述中高频变压器的输出端与所述励磁线圈电连接；所述励磁线圈的匝数为2～10匝、空载电感量低于20uH，所述励磁线圈是由高频铜线绕制而成，且所述高频铜线是由多股细铜线绞合而成。

2.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于：所述励磁线圈由高频铜线螺旋绕制而成，且所述励磁线圈呈圆柱空心状；所述励磁线圈的内径为20～125mm、高度为10～65mm。

3.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于：所述励磁线圈呈圆柱空心状，且所述励磁线圈的每一匝经轴向整齐切割而形成一个带开口的圆柱空心状，所述励磁线圈的每一匝的断开部分的两端分别设置有对应的公母插头，工作时由公母插头插接组成闭合线圈。

4.根据权利要求3所述的电磁感应加热装置，其特征在于：所述带开口的圆柱状空心励磁线圈对应置于开合式的夹具中，所述带开口的圆柱状空心励磁线圈由高频铜线绕制而成，且所述高频铜线是由多股细铜线绞合而成的柔性高频铜线，所述带开口的圆柱状空心励磁线圈的断开部分通过公母铜插头式连接；所述励磁线圈的内径为20～125mm、高度为10～65mm。

5.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于：所述励磁线圈呈圆柱空心状，且所述励磁线圈是由两个呈半圆柱空心状的半线圈插接组成。

6.根据权利要求5所述的电磁感应加热装置，其特征在于：所述两个半线圈对应置于开合式的夹具中，所述两个半线圈的对应的每一匝线圈通过公母铜插头式连接；所述励磁线圈的内径为20～125mm、高度为10～65mm。

7.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于：所述励磁线圈为由高频铜线平面绕制而成的弧形线圈。

8.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于：所述励磁线圈由置于软带上的高频铜线连接构成，所述软带上的高频铜线的一端设置有公电子插接件，所述软带上的高频铜线的另一端设置有母电子插接件。

9.根据权利要求2、3、5、7或8所述的电磁感应加热装置，其特征在于：所述电磁加热控制器设置有用于将市电转换成直流电的整流电路、用于将直流电转换成中高频电的控制电路，所述整流电路的输入端与所述电磁加热控制器的市电输入端电连接，所述整流电路的输出端与所述控制电路的输入端电连接，所述控制电路的输出端与所述电磁加热控制器的中高频电输出端电连接；所述中高频电输出端输出的交变电流的频率为5～36KHz、电流大小为2～15A。

10.根据权利要求2、3、5、7或8所述的电磁感应加热装置，其特征在于：所述中高频变压器为升流降压变压器，所述中高频变压器的线匝比为10：1～1：1，所述中高频变压器的整体电感量大于20uH；所述中高频变压器与所述励磁线圈连接后，所述中高频变压器与所述励磁线圈的整体空载电感量为40uH以上；所述中高频变压器内的线圈采用高频铜线绕制而成，且所述高频铜线是由多股细铜线绞合而成。

11.根据权利要求2、3、5、7或8所述的电磁感应加热装置，其特征在于：所述细铜线为漆包铜线或镀银铜线，且所述细铜线的截面积为2～40平方毫米。

12.根据权利要求2、3、5、7或8所述的电磁感应加热装置，其特征在于：所述电磁加热控制器和所述中高频变压器为内置于一个箱体中。

13.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于，所述励磁线圈电感量的测试标准为：使用数字电桥、1KHz、串联谐振档条件下空载线圈所得出的数据。