CN104168678B - 滚筒式永磁加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种滚筒式永磁加热系统，包括其内壁设置有若干永磁体永磁滚筒、对滚筒定位的滚动定位装置、对金属加热件定位的加热定位装置以及驱动装置。本发明的永磁体围绕金属加热件旋转，永磁体产生旋转磁场作用于金属加热件使其内部产生涡电流并产生热量实现加热，本发明不需要配备像传统电感应加热器所需的庞大变压器系统。同时，将永磁体设置在滚筒内壁以及将金属加热件置于滚筒内腔，这样滚筒旋转时可带动环绕其内壁的永磁体围绕金属加热件旋转，实现无死角的加热，大大提高了加热效率。

Description

滚筒式永磁加热系统

技术领域

本发明涉及金属加热领域，特别涉及一种滚筒式永磁加热系统。

背景技术

在金属加热领域，尤其是有色金属加热领域，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滚筒式永磁加热系统，以解决目前技术存在的一些问题。

本发明提供一种滚筒式永磁加热系统，包括一机台，还包括：

永磁滚筒，所述永磁滚筒包括沿其内壁环绕设置的若干永磁体，所述永磁滚筒的内腔适以容纳金属加热件；

设置在所述机台上的滚动定位装置，所述滚动定位装置与所述永磁滚筒滚动接触并定位所述永磁滚筒；

设置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永磁滚筒内腔的金属加热件，使所述金属加热件与所述永磁滚筒内壁保持预定间隙；

设置在所述机台上的驱动装置，所述驱动装置驱动连接所述永磁滚筒并驱动其旋转，所述永磁滚筒带动位于其内壁的所述永磁体围绕位于所述永磁滚筒内腔的所述金属加热件旋转而使得所述永磁体产生的磁场也随之旋转，所述金属加热件在所述旋转磁场的作用下感应产生涡电流从而产生热量。

作为一实施例，所述加热定位装置还包括旋转夹持端，所述旋转夹持端夹持定位所述金属加热件并带动其在所述永磁滚筒内腔内沿与所述永磁滚筒旋转方向相反的方向旋转。

作为一实施例，所述永磁体在所述永磁滚筒内壁的周向上均匀嵌入，所述永磁体的极性朝向所述永磁滚筒中心轴线设置，并且每两个相邻的所述永磁体的极性相反布置。

作为一实施例，所述永磁滚筒内壁的周向上均匀嵌入的所述永磁体的个数为偶数。

作为一实施例，所述永磁滚筒的两端处具有向内倾斜的环形面，所述滚动定位装置包括八个定位滚子，所述定位滚子分别在所述永磁滚筒两端处的所述环形面上下两两设置并与所述环形面滚动接触。

作为一实施例，所述加热定位装置包括分布于所述永磁滚筒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永磁滚筒的轴向两端向里顶住位于所述永磁滚筒内腔的所述金属加热件的两端面。

作为一实施例，所述加热定位装置包括分布于所述永磁滚筒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，所述第一支撑臂夹持端和第二支撑臂夹持端均为旋转夹持端，分别在所述永磁滚筒的轴向两端向里顶住位于所述永磁滚筒内腔的所述金属加热件的两端面，并夹持所述金属加热件在所述永磁滚筒内腔内沿与所述永磁滚筒旋转方向相反的方向旋转。

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，同时同向沿所述永磁滚筒的轴向往返运动，从而带动所述被顶住的金属加热件在所述永磁滚筒内腔的轴向上做往返运动。

作为一实施例，所述驱动装置包括电机和与所述电机连接的齿轮箱，所述永磁滚筒的外圈具有与所述齿轮箱里的传动齿轮啮合的齿圈。

作为一实施例，所述金属加热件为非铁磁性金属材质，所述金属加热件为铝或铜或镁合金材质。

本发明优点之一，利用永磁体旋转产生的旋转磁场作用于金属加热件，金属加热件在旋转磁场的作用下感应产生涡电流从而产生热量进行加热，本发明不需要配备像传统电感应加热器所需的庞大变压器系统。

本发明优点之二，将永磁体设置在滚筒内壁以及将金属加热件置于滚筒内腔，这样滚筒旋转时可带动环绕其内壁的永磁体围绕金属加热件旋转，实现无死角的加热，大大提高了加热效率。同时加热定位装置可以带动金属加热件在滚筒内腔沿轴线往返运动，这样使金属加热件受热更均匀，进一步提高了加热效率。

本发明优点之三，金属加热件设置在滚筒内腔并被加热定位装置定位，使金属加热件和滚筒内壁保持预定间隙，这样高速旋转加热时，会发生高速的空气流动从而产生风冷效应，可以对系统进行有效散热，避免了使用传统加热中的庞大的冷却循环水系统。

本发明优点之四，本发明中要实现对金属的加热，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加热件旋转，当金属加热件转向与滚筒的转向相反时，可以实现较大的相对速度，金属加热件受旋转磁场的作用加快，其内部会产生更大的涡电流，会产生更大的加热效应。同时，由于金属加热件与滚筒反向旋转，会产生更强大的风冷效应，大大提高散热功能。

本发明优点之五，所述永磁体在所述永磁滚筒内壁的周向上均匀嵌入，所述永磁体的极性朝向所述永磁滚筒中心轴线设置，并且每两个相邻的所述永磁体的极性相反布置。这样可实现加热效率的极大化，同时整个机构的受力是均匀的。另外，在永磁滚筒内壁的周向上均匀嵌入的所述永磁体的个数为偶数，偶数个的永磁体将使永磁体两两之间行程一个对极，整个系统在静态和动态时都处于平衡的状态。

附图说明

图1是本发明所述加热系统的结构示意图；

图2是本发明所述永磁滚筒与金属加热件的配合示意图；

图3是本发明所述永磁体在永磁滚筒中的布置示意图；

其中，加热系统100，机台110，永磁滚筒120，永磁体121，环形面122，齿圈123，金属加热件130，定位滚子140，第一液压站150，第一支撑臂151，第二支撑臂152，夹持端153，第二液压站154，电机155，齿轮箱156。

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，本发明提供一种滚筒式永磁加热系统100，包括一机台110、永磁滚筒120、滚动定位装置、加热定位装置、驱动装置，具体的：

永磁滚筒120，所述永磁滚筒120包括沿其内壁环绕设置的若干永磁体121，所述永磁滚筒120的内腔适以容纳金属加热件130。参见图3，作为一实施例，所述永磁体121在所述永磁滚筒120内壁的周向上均匀嵌入，所述永磁体121的极性朝向所述永磁滚筒120中心轴线设置，并且每两个相邻的所述永磁体121的极性相反布置，所述永磁体121的形状呈长方形或梯形。参见图3，永磁体121设置在永磁滚筒120的内壁上，每个磁体的极性(南极或北极)均朝向永磁滚筒120中心轴线，也即金属加热件130所处的位置。所述永磁滚筒120内壁的周向上均匀嵌入的所述永磁体121的个数为偶数，永磁体121的个数可以为6,8,10,12,14或16个，具体的个数取决于加热系统100要加热的金属加热件130(如金属圆锭)的尺寸。

设置在所述机台110上的滚动定位装置，所述滚动定位装置与所述永磁滚筒120滚动接触并定位所述永磁滚筒120。作为一实施例，所述永磁滚筒120的两端处具有向内倾斜的环形面122，所述滚动定位装置包括八个定位滚子140，所述定位滚子140分别在所述永磁滚筒120两端处的所述环形面122上下两两设置并与所述环形面122滚动接触，以实现在轴向和径向上的定位。本实施例中，在永磁滚筒120两端布置滚子140是为了约束整个滚筒的五个自由度，只允许一个转动的自由度，滚子140的数量在每一端设置为四个，均匀分布。

设置在所述机台110上的加热定位装置，所述加热定位装置定位位于所述永磁滚筒120内腔的金属加热件130，使所述金属加热件130与所述永磁滚筒120内壁保持预定间隙。作为一实施例，所述加热定位装置包括分布于所述永磁滚筒轴向两端的第一液压站150和第二液压站154、与所述第一液压站150的活塞杆连接的第一支撑臂151、与所述第二液压站154的活塞杆连接的第二支撑臂152，所述第一支撑臂151的夹持端153和第二支撑臂152的夹持端153分别在所述永磁滚筒120的轴向两端向里顶住位于所述永磁滚筒内腔的所述金属加热件130的两端面。作为一实施例，所述加热定位装置的第一支撑臂151夹持端153和第二支撑臂152夹持端153为旋转夹持端并夹持所述金属加热件130在所述永磁滚筒120内腔内沿与所述永磁滚筒120旋转方向相反的方向旋转。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。

作为一实施例，所述加热定位装置的第一支撑臂151和第二支撑臂152在液压缸154的作用下沿所述永磁滚筒120的轴向往返运动，带动所述被夹持的金属加热件130在所述永磁滚筒120内腔的轴向上运动。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，也可在所述夹持端设置弹簧以对金属加热件130实现夹紧定位。

设置在所述机台110上的驱动装置，所述驱动装置驱动连接所述永磁滚筒120并驱动其旋转，所述永磁滚筒120带动位于其内壁的所述永磁体121围绕位于所述永磁滚筒120内腔的所述金属加热件130旋转而使得所述永磁体121产生的磁场也随之旋转，所述金属加热件130在所述旋转磁场的作用下感应产生涡电流从而产生热量。

作为一实施例，所述驱动装置包括电机155和与所述电机155连接的齿轮箱156，所述永磁滚筒120的外圈具有与所述齿轮箱156里的传动齿轮啮合的齿圈123。当然，驱动装置也可以是链传动或皮带传动装置，此时永磁滚筒120上做相应修改即可实现传动。

继续参见图1，永磁滚筒120靠近两端的位置布置有定位滚子140来约束永磁滚筒120的在三个方向上的平动和两个方向上的转动。工作时，永磁滚筒120只能绕其轴线做旋转运动，这些定位滚子140固定在加热系统100的机台110上。

当加热系统100工作时，电机155通过齿轮箱156驱动永磁滚筒120旋转。在定位滚子140的约束下，永磁滚筒120只能绕自己的轴线坐旋转运动。在永磁滚筒120嵌入的永磁体121也随之旋转。这时，在金属加热件130(如金属圆锭)中会感应出涡电流来对抗每一对永磁体121之间的磁力线由于旋转运动产生的变化。这些涡电流可以有效地加热金属圆锭。同时，金属锭的两端被第二支撑臂152夹持住，在液压的驱动下，金属锭可以在永磁滚筒120内沿轴线移动，通过控制金属锭在磁场中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。

作为一实施例，所述金属加热件130为非铁磁性材料，金属加热件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，当永磁滚筒120旋转时，这种材质的金属不会给永磁滚筒120的旋转带来阻碍，使得永磁滚筒120的旋转更顺畅。

本发明的加热技术不需要配备传统电感应加热器所需的庞大变压器系统。同时，滚筒的旋转具有风冷效应，使得这种加热技术不需要传统的电感应加热必背的庞大冷却循环水系统。在配备高效的电机155情况下，这种加热技术的加热效率可达到75％以上，其能量主要损耗在控制电机155的变频器、齿轮箱156、液压系统和控制系统中。同时，加热时，圆周上的所有永磁体121都参与加热，永磁体121的加热能力得到充分利用。这样可大幅度提高加热器的生产能力。

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 (9)

1.一种滚筒式永磁加热系统，包括一机台，其特征在于，还包括：

永磁滚筒，所述永磁滚筒包括沿其内壁环绕设置的若干永磁体，所述永磁滚筒的内腔适以容纳金属加热件；

设置在所述机台上的滚动定位装置，所述滚动定位装置与所述永磁滚筒滚动接触并定位所述永磁滚筒；

设置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永磁滚筒内腔的金属加热件，使所述金属加热件与所述永磁滚筒内壁保持预定间隙；

设置在所述机台上的驱动装置，所述驱动装置驱动连接所述永磁滚筒并驱动其旋转，所述永磁滚筒带动位于其内壁的所述永磁体围绕位于所述永磁滚筒内腔的所述金属加热件旋转而使得所述永磁体产生的磁场也随之旋转，所述金属加热件在所述旋转磁场的作用下感应产生涡电流从而产生热量；

所述加热定位装置包括分布于所述永磁滚筒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永磁滚筒的轴向两端向里顶住位于所述永磁滚筒内腔的所述金属加热件的两端面。

2.如权利要求1所述的加热系统，其特征在于，所述加热定位装置还包括旋转夹持端，所述旋转夹持端夹持定位所述金属加热件并带动其在所述永磁滚筒内腔内沿与所述永磁滚筒旋转方向相反的方向旋转。

3.如权利要求1或2所述的加热系统，其特征在于，所述永磁体在所述永磁滚筒内壁的周向上均匀嵌入，所述永磁体的极性朝向所述永磁滚筒中心轴线设置，并且每两个相邻的所述永磁体的极性相反布置。

4.如权利要求1或2所述的加热系统，其特征在于，所述永磁滚筒的两端处具有向内倾斜的环形面，所述滚动定位装置包括八个定位滚子，所述定位滚子分别在所述永磁滚筒两端处的所述环形面上下两两设置并与所述环形面滚动接触。

5.如权利要求2所述的加热系统，其特征在于，所述加热定位装置包括分布于所述永磁滚筒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，所述第一支撑臂夹持端和第二支撑臂夹持端均为旋转夹持端，分别在所述永磁滚筒的轴向两端向里顶住位于所述永磁滚筒内腔的所述金属加热件的两端面，并夹持所述金属加热件在所述永磁滚筒内腔内沿与所述永磁滚筒旋转方向相反的方向旋转。

6.如权利要求5所述的加热系统，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，同时同向沿所述永磁滚筒的轴向往返运动，从而带动所述被顶住的金属加热件在所述永磁滚筒内腔的轴向上做往返运动。

7.如权利要求1或2所述的加热系统，其特征在于，所述驱动装置包括电机和与所述电机连接的齿轮箱，所述永磁滚筒的外圈具有与所述齿轮箱里的传动齿轮啮合的齿圈。

8.如权利要求1或2所述的加热系统，其特征在于，所述金属加热件为非铁磁性金属材质。

9.如权利要求8所述的加热系统，其特征在于，所述金属加热件为铝或铜或镁合金材质。