CN103747553A - 一种横向磁通感应加热装置线圈 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种横向磁通感应加热装置线圈，其特征在于该线圈为轴对称的六边形，且在沿带材宽度方向上的线圈中部的两条边垂直于带材运动方向。本发明横向磁通感应加热装置线圈结构简单，在保证加热效率的同时，提高了生产效率,节约了能源成本，适于工业化应用。
Description
技术领域
本发明属于感应加热技术领域，具体涉及一种横向磁通感应加热装置线圈。
背景技术
感应加热技术以其节约能源、加热速度快、加热质量高、无公害、易于实现机械化等诸多优点广泛应用于冶金、机械制造、轻工化学等领域。横向磁通感应加热装置是利用对称放置在工件两侧的两组通有同相交变电流的线圈产生的交变磁场在工件上感应出的涡流所产生的焦耳热对工件进行加热的设备。与传统的纵向磁通感应加热相比，横向磁通感应加热具有较低频率下即可对工件进行加热、无功功率低以及线圈不围绕工件，尤其适合于连续热处理过程等诸多优势。虽然近年来感应加热技术的研究已取得一些成绩，但传统矩形线圈结构的横向磁通感应加热器依旧存在加热装置出口处沿带材宽度方向上带材表面温度分布不均匀的问题。
感应加热器线圈的结构对涡流分布和温度分布都会产生重要影响。传统的连续运动带材横向磁通感应加热装置的线圈基本上采用矩形形状。为了获得感应加热装置出口处沿带材宽度方向上带材表面温度较为均匀的分布，线圈在接近带材边缘位置采用弧形结构（参见图1a，图中符号“←”表示带材的运动方向）。论文“Eddy Current and Temperature field Computation in TransverseFlux Induction Heating Equipment”（IEEE Transactions on Magnetics,2001,37(5):3437-3439）采用的即为边缘为弧形的线圈。线圈中通入幅值2000安培、频率500赫兹的交流电流，工件厚度为2毫米。通过MagNet和ThermNet磁热耦合仿真软件计算得到出口处平均温度为355℃,相对不均匀度为3.0%。这种形状结构能够获得较为均匀的出口温度分布，但是加热效率低，造成能源浪费，不适合大规模生产需要。
论文“A Novel Inductor for Transverse Flux Induction Heating”（20thInternational Federation for Heat Treatment and Surface EngineeringCongress,2012,185-188）中采用的线圈形状为菱形结构，线圈的四条边与带材边缘成45度角，考虑到带材边缘的散热效果较强，线圈略突出带材边缘（参见图1b，符号“←”表示带材的运动方向）。线圈中通入幅值2000安培、频率500赫兹的交流电流，工件厚度为2毫米。通过MagNet和ThermNet磁热耦合仿真软件计算得到出口处平均温度737℃,相对不均匀度为11.4%。菱形的改进线圈结构提高了加热效率，但是又破坏了温度的均匀分布，使出口温度中间偏低而两端偏高，温度分布不能满足工程要求。
发明内容
针对现有技术不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种横向磁通感应加热装置线圈，该线圈在保证加热效率的同时，可以有效解决感应加热装置出口处沿带材宽度方向上带材表面温度分布不均匀的问题，具有结构简单，节省能源，适于实际应用等特点。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种横向磁通感应加热装置线圈，其特征在于该线圈为轴对称的六边形，且在沿带材宽度方向上的线圈中部的两条边垂直于带材运动方向。
与现有技术相比，本发明横向磁通感应加热装置线圈结构简单，在保证加热效率的同时，提高了带材在感应装置出口处温度分布均匀度，解决了静止和连续运动的带材横向磁通感应加热过程中温度不均匀的技术难题，提高了生产效率、节约了能源成本，适于工业化应用。
附图说明
图1为现有技术感应加热装置线圈结构示意图。其中，
图1a是接近带材边缘位置采用弧形结构的传统感应加热装置线圈结构示意图。
图1b是线圈的四条边与带材边缘成45度角的菱形线圈结构示意图。
图2是本发明横向磁通感应加热装置线圈的六边形结构示意图。
图3为本发明横向磁通感应加热装置线圈的内外双圈六边形结构示意图。
图4本发明横向磁通感应加热装置线圈一种实施例的六边形状结构示意图。其中，
图4a为本发明横向磁通感应加热装置线圈的加热带材宽度为400毫米时线圈结构尺寸图；
图4b为本发明横向磁通感应加热装置线圈（单圈六边形结构）的感应器出口处带材温度分布计算结果图；
图5本发明横向磁通感应加热装置线圈另一种实施例(内外双圈六边形结构)的形状结构示意图。其中，
图5a为本发明横向磁通感应加热装置线圈另一种实施例的加热带材宽度为400毫米时线圈结构尺寸图；
图5b为本发明横向磁通感应加热装置线圈另一种实施例的感应器出口处带材温度分布计算结果图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步描述本发明。
本发明设计的横向磁通感应加热装置线圈（简称线圈，参见图2，图中符号“←”表示带材的运动方向），其特征在于该线圈2为轴对称的六边形，且在沿带材1宽度方向上的六边形线圈中部的两条边垂直于带材运动方向。
本发明的进一步特征是所述的线圈可为内外多圈六边形嵌套形状，例如，两圈或两层（参见图3，图中符号“←”表示带材的运动方向），内圈或内层六边形21的各条边与外圈或外层六边形22的各条边对应平行。
本发明所述的线圈可根据所加热带材的实际结构尺寸，适当调整线圈尺寸和嵌套的圈数以及各圈相互间的距离。
本发明横向磁通感应加热装置线圈的工作原理和过程是：对称放置在被加热带材两侧的两组线圈中同相的交变电流产生垂直于带材表面的交变磁场，交变磁场在带材中感应出涡流，利用涡流产生的焦耳热实现带材的连续加热。
显然，本发明线圈也可应用于静止和连续运动的板材的横向磁通感应加热装置中。
本发明未述及之处适用于现有技术。
以下给出本发明的具体实施例。实施例是以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程。但本申请权利要求的保护范围不受限于下述的具体实施例。
实施例1
设计一种加热带材宽度为400毫米时的横向磁通感应加热装置线圈。该线圈为单圈六边形。其结构尺寸参数为（参见图4a）：构成线圈的铜导线截面宽度14毫米，平行于带材1宽度方向的线圈长度a为360毫米，平行于带材1宽度方向的线圈中部的长度b为208毫米，线圈宽度c为286毫米。
线圈中通入幅值2000安培、频率500赫兹的交流电流，工件厚度为2毫米。通过MagNet和ThermNet磁热耦合仿真软件计算得到的感应器出口处沿带材宽度方向的温度分布情况是（参见图4b）,出口处平均温度为816摄氏度,相对不均匀度为7.49%。该线圈结构的感应器能够获得较为均匀的感应加热装置出口处沿带材宽度方向上带材表面温度分布。
实施例2
设计一种加热带材宽度为400毫米时的横向磁通感应加热装置线圈。该线圈为内外两圈六边形。其结构尺寸参数为（参见图5a）：构成线圈的铜导线截面宽度14毫米，线圈外圈长度a为400毫米，内圈长度b为316毫米，外圈平行于带材1宽度方向的线圈中部平行于带材1宽度方向的长度c为248毫米，内圈平行于带材1宽度方向的线圈中部平行于带材1宽度方向的长度d为210毫米，外圈宽度e为286毫米，内圈宽度f为186毫米。
线圈中通入幅值1000安培、频率500赫兹的交流电流，工件厚度为2毫米。与实施例1相同的软件设置条件下，通过MagNet和ThermNet磁热耦合仿真软件计算得到的感应器出口处沿带材宽度方向的温度分布情况是（参见图5b）,出口处平均温度为612摄氏度,相对不均匀度为3.47%。该线圈结构的感应器能够获得较为均匀的感应加热装置出口处沿带材宽度方向上带材表面温度分布。
Claims (3)
1.一种横向磁通感应加热装置线圈，其特征在于该线圈为轴对称的六边形，且在沿带材宽度方向上的线圈中部的两条边垂直于带材运动方向。
2. 根据权利要求1所述的横向磁通感应加热装置线圈，其特征在于该线圈为内外多圈六边形嵌套形状，多圈六边形的对应各条边相互平行。
3.根据权利要求1所述的横向磁通感应加热装置线圈，其特征在于该线圈为内外双层六边形，内层六边形的各条边与外层六边形的各条边对应平行。
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