CN108491008B - 一种电磁悬浮式太阳能热处理炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁悬浮式太阳能热处理炉，包括炉体、太阳能自动跟踪加热系统、太阳能光伏供电系统、电磁悬浮系统和控温系统，炉体内设有待加工工件；太阳能自动跟踪加热系统形成的焦点位于待加工工件上；太阳能光伏供电系统接收阳光并转化为电能，太阳能光伏供电系统为太阳能自动跟踪加热系统、电磁悬浮系统和控温系统提供电能；电磁悬浮系统产生多维度磁力而控制待加工工件悬浮和转动。本发明直接利用太阳光对待加工工件进行加热，并通过电磁悬浮系统产生多维度磁力而控制待加工工件悬浮和转动，进而使得待加工工件均匀地被菲涅耳透镜的焦点加热，保证待加工工件受热的均匀性，防止出现待加工工件的局部温度过高而损坏工件的情况。

Description

一种电磁悬浮式太阳能热处理炉

技术领域

本发明属于热处理设备领域，涉及一种热处理炉，尤其是指一种电磁悬浮式太阳能热处理炉。

背景技术

在对工件进行热处理时，现在热处理技术通常采用电能进行加热。由于需要对工作进行较高温度和长时间的加热，需消耗大量的电能，耗电量和热处理成本高。现在利用太阳能用于将材料融化进行铸造，或者将工质融化进行热传导和储能，或者利用凹面镜用于日常生活的烹饪等。但是，由于利用太阳能聚焦对工件进行加热，太阳能的焦点处的能量密度极大，热量过于集中，会造成工件的局部温度过高，损坏工件。

发明内容

本发明的目的在于解决现有利用太阳能聚焦对工件进行加热，太阳能的焦点处的能量密度极大，热量过于集中，会造成工件的局部温度过高，损坏工件的问题，提供一种自动化控制、节能环保和热处理成本低的电磁悬浮式太阳能热处理炉。

本发明的目的可采用以下技术方案来达到：

一种电磁悬浮式太阳能热处理炉，包括炉体、太阳能自动跟踪加热系统、太阳能光伏供电系统、电磁悬浮系统和控温系统，所述炉体内设有待加工工件，炉体为密封结构，且炉体的上表面为可透光结构；所述太阳能自动跟踪加热系统形成的焦点位于待加工工件上；所述太阳能光伏供电系统接收阳光并转化为电能，所述太阳能光伏供电系统为太阳能自动跟踪加热系统、电磁悬浮系统和控温系统提供电能；所述电磁悬浮系统产生多维度磁力而控制待加工工件悬浮和转动；所述控温系统通水冷或风冷与炉体连接而控制炉体内的温度。

进一步地，所述太阳能自动跟踪加热系统包括底座、支架、菲涅耳透镜、感光元件、电机和控制器，所述支架包括支撑杆和U型框架，所述U型框架的两端通过连接件与支撑杆紧固连接，所述菲涅耳透镜固定安装于所述支撑杆的上端，且菲涅耳透镜的焦点位于炉体内的待加工工件上；所述底座上可旋转安装有转轴，所述转轴的两端分别与U型框架和从动齿轮固定连接，所述从动齿轮通过主动齿轮与所述电机连接，所述控制器的输入端与所述感光元件连接，控制器的输出端与所述电机连接。

进一步地，所述太阳能光伏供电系统包括光伏板、太阳能控制器、蓄电池和逆变器，所述光伏板接收太阳光，所述太阳能控制器的输出端与所述光伏板连接，太阳能控制器的输出端与蓄电池连接，太阳能控制器接接收光伏板电压并调节输出稳定电压到蓄电池；所述逆变器与所述蓄电池的电连接而将直流电压转换为交流电压。

进一步地，所述电磁悬浮系统包括位置传感器、控制器、电流调节装置和三个电磁发生器，所述位置传感器设于所述炉体的臂上而对待加工工件的位置进行检测；所述控制器的输入端与位置传感器连接，控制器的输出端通过电流调节装置与电磁发生器连接；三个所述电磁发生器均安装在炉体壁上，且任两个所述电磁发生器之间的轴线互相垂直。

进一步地，所述控温系统包括温度传感器、换热器，流量计、风机和第二控制器，所述风机入口通过换热器和流量计与炉体连通，风机的另一端与炉体连通，形成散热循环回路；所述温度传感器与所述第二控制器的输入端连接，第二控制器的输出端与所述电机连接。

作为一种优选的方案，所述电磁发生器包括铁芯和励磁线圈，所述铁芯插装于所述励磁线圈中心处；任两个所述铁芯之间的轴线互相垂直。

作为一种优选的方案，所述炉体壁上设有倾斜向下的容槽，所述容槽的前端设有陶瓷盖；所述电磁发生器倾斜向下安装于炉体壁上。

作为一种优选的方案，所述炉体壁上设有炉门，所述温度传感器设于炉门上而对待加工工件进行温度检测；所述温度传感器为红外线温度传感器。

作为一种优选的方案，所述炉体内设有用于承接已热处理完成的待加工工件的坩埚。

作为一种优选的方案，所述炉体的内部设有隔热层。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、本发明太阳能自动跟踪加热系统接收太阳光，使太阳光的焦点聚焦在炉体内的待加工工件，给待加工工件进行加热。同时太阳能光伏供电系统接收太阳光而将太阳能转化为电能给电磁悬浮系统和控温系统提供所需电源，使电磁悬浮系统产生多维度磁力而控制待加工工件悬浮和转动，进而使得待加工工件被均匀地被菲涅耳透镜的焦点加热，保证待加工工件受热的均匀性，防止出现待加工工件的局部温度过高而损坏工件的情况，解决了由于利用太阳能聚焦对工件进行加热，太阳能的焦点处的能量密度极大，热量过于集中，会造成工件的局部温度过高，损坏工件的问题。而控制温系统能保持炉体内的温度稳定在一定范围内，使工件能顺利地被热处理，保证热处理的质量和效率。

2、本发明根据不同季节或者月份的太阳赤纬角的不同，通过连接件的拧松和拧紧可以调节支撑杆的前后方向上的转动角度，使菲涅尔透镜转动角度与太阳赤纬角相适应，实现对菲涅耳透镜进行季节性调节的目的。而控制器通过感光元件对一天中的太阳光的太阳时角进行测量，并且控制器输出控制信号到电机，驱动电机驱动主动齿轮和从动齿轮转动，从而使U型框架的左右方向上转动，实时保持菲涅耳透镜与入射太阳光保持垂直的关系，实现日调节的目的。菲涅耳透镜的焦点位置处于左右两个连接杆的中心点的连线与从动齿轮的轴心延长线的交点O，以保证在菲涅耳透镜随着太阳光转动时保证焦点O始终在同一位置。

3、控制器通过电流调节装置分别控制三个电磁发生器的工作电流大小，可以控制待加工工件移动或旋转。工作时，蓄电池直接向励磁线圈通入直流电，并通过电流调节装置分别控制三路输入电流的大小。当三个电磁发生器的合力与待加工工件的重心在同一直线时，待加工工件被吸引而进行升起或下降。当三个电磁发生器的合力与待加工工件的重心不在同一直线时，待加工工件会产生旋转。因此，首先控制待加工工件上升，然后再控制待加工工件旋转。在待加工工件被移动到位置传感器的高度时，位置传感器发出信号到控制器，控制器控制待加工工件旋转，使得待加工工件被均匀地被菲涅耳透镜的焦点加热，保证受热的均匀性，防止出现待加工工件的局部温度过而损坏工件的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明电磁悬浮式太阳能热处理炉的结构示意图；

图2是本发明电磁悬浮式太阳能热处理炉的电气结构示意图；

图3是本发明电磁悬浮式太阳能热处理炉的炉体的结构示意图；

图4是本发明电磁悬浮式太阳能热处理炉的电磁发生器的分布结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参照图1至图3，本实施例涉及太阳能热处理炉，包括炉体1、太阳能自动跟踪加热系统2、太阳能光伏供电系统3、电磁悬浮系统4和控温系统5，所述炉体1内设有待加工工件，炉体1为密封结构，且炉体1的上表面为可透光结构；所述太阳能自动跟踪加热系统2形成的焦点位于待加工工件上；所述太阳能光伏供电系统3接收阳光并转化为电能，所述太阳能光伏供电系统3为太阳能自动跟踪加热系统2、电磁悬浮系统4和控温系统5提供电能；所述电磁悬浮系统4产生多维度磁力而控制待加工工件悬浮和转动；所述控温系统5通水冷或风冷与炉体1连接而控制炉体1内的温度。

太阳能自动跟踪加热系统2接收太阳光，使太阳光的焦点聚焦在炉体1内的待加工工件，给待加工工件进行加热。同时太阳能光伏供电系统3接收太阳光而将太阳能转化为电能给电磁悬浮系统4和控温系统5提供所需电源，使电磁悬浮系统4产生多维度磁力而控制待加工工件悬浮和转动，进而使得待加工工件均匀地被菲涅耳透镜的焦点加热，保证待加工工件受热的均匀性，防止出现待加工工件的局部温度过高而损坏工件的情况，解决了由于利用太阳能聚焦对工件进行加热，太阳能的焦点处的能量密度极大，热量过于集中，会造成工件的局部温度过高，损坏工件的问题。而控制温系统能保持炉体1内的温度稳定在一定范围内，使工件能顺利地被热处理，保证热处理的质量的效率。

所述太阳能自动跟踪加热系统2包括底座21、支架22、菲涅耳透镜23、感光元件24、电机25和控制器26，所述支架22包括支撑杆221和U型框架222，所述U型框架222的两端通过连接件27与支撑杆221紧固连接，所述菲涅耳透镜23固定安装于所述支撑杆221的上端，且菲涅耳透镜23的焦点位于炉体1内的待加工工件上；所述底座21上可旋转安装有转轴28，所述转轴28的两端分别与U型框架222和从动齿轮29固定连接，所述从动齿轮29通过主动齿轮291与所述电机25连接，所述控制器26的输入端与所述感光元件24连接，控制器26的输出端与所述电机25连接。

如图1所示，根据不同季节或者月份的太阳赤纬角的不同，通过连接件27的拧松和拧紧可以调节支撑杆221的图1的前后方向上的转动角度，使菲涅尔透镜23转动角度与太阳赤纬角相适应，实现对菲涅耳透镜23进行季节性调节的目的。而控制器26通过感光元件24对一天中的太阳光的太阳时角进行测量，并且控制器26输出控制信号到电机25，驱动电机25驱动主动齿轮291和从动齿轮29转动，从而使U型框架222在图1的左右方向上转动，实时保持菲涅耳透镜23与入射太阳光保持垂直的关系，实现日调节的目的。菲涅耳透镜的焦点位置处于左右两个连接杆的中心点的连线与从动齿轮29的轴心延长线的交点O，以保证在菲涅耳透镜随着太阳光转动时保证焦点O始终在同一位置。

所述太阳能光伏供电系统3包括光伏板31、太阳能控制器32、蓄电池33和逆变器34，所述光伏板31接收太阳光，所述太阳能控制器32的输出端与所述光伏板31连接，太阳能控制器32的输出端与蓄电池33连接，太阳能控制器32接接收光伏板31电压并调节输出稳定电压到蓄电池33；所述逆变器34与所述蓄电池33的电连接而将直流电压转换为交流电压。光伏板31的表面与菲涅耳透镜23的表面平行。在菲涅耳镜与太阳光线垂直的同时，光伏板31与太阳光线也垂直，使得光伏板31能更高效率地吸引太阳光的能量，进而提高了光伏板31的发电量。光伏板31接收太阳光，而将太阳光转化为电能输入到太阳能控制器32，太阳能控制器32将电能进行电压调节后输入到蓄电池33组而储存起来。太阳能控制器32可调节输出电压而对蓄电池33进行充电。太阳能控制器32能输出稳定的电压以保护蓄电池33并提高充电效率。光伏板31通过太阳能控制器32将太阳能转化为电能并储存在蓄电池33内。蓄电池33提供了一个稳定的功率输出源。将蓄电池33组与逆变器34相连，逆变器34将直流电源转为交流电源，可提供220V，50HZ的交流电，从而为电机25、风机、太阳能控制器32、第二控制器、位置传感器和温度传感器等提供电源。

如图2至图4所示，所述电磁悬浮系统4包括位置传感器41、第三控制器42、电流调节装置43和三个电磁发生器44，所述位置传感器41设于所述炉体1的臂上而对待加工工件的位置进行检测；所述第三控制器42的输入端与位置传感器41连接，第三控制器42的输出端通过电流调节装置43与电磁发生器44连接；三个所述电磁发生器44均安装在炉体1壁上，且任两个所述电磁发生器44之间的轴线互相垂直。

第三控制器42通过电流调节装置43分别控制三个电磁发生器44的工作电流大小，可以控制待加工工件移动或旋转。工作时，蓄电池33直接向励磁线圈通入直流电，并通过电流调节装置43分别控制三路输入电流的大小。当三个电磁发生器44的合力与待加工工件的重心在同一直线时，待加工工件被吸引而进行升起或下降。当三个电磁发生器44的合力与待加工工件的重心不在同一直线时，待加工工件会产生旋转。因此，首先控制待加工工件上升，然后再控制待加工工件旋转。在待加工工件被移动到位置传感器41的高度时，位置传感器41发出信号到第三控制器42，第三控制器42控制待加工工件旋转，使得待加工工件被均匀地被菲涅耳透镜23的焦点加热，保证受热的均匀性，防止出现待加工工件的局部温度过高而损坏工件的情况。

为了使工作能保持较好的磁化性能，从而保证电磁发生器44能对待加工工件产生稳定且较大磁吸引力，待处理工件的温度应低于工件的居里点至少100-200摄氏度。例如常见的钢铁的居里点为760摄氏度左右，那么待处理的钢铁工件应在六百摄氏度以下。常见的对钢铁工件的热处理有中低温回火(100-600摄氏度)，以及去应力退火(500-600摄氏度)。

如图2所示，所述控温系统5包括温度传感器51、换热器52，流量计53、风机54和第二控制器55，所述风机54入口通过换热器52和流量计53与炉体1连通，风机54的另一端与炉体1连通，形成散热循环回路；所述温度传感器51与所述第二控制器55的输入端连接，第二控制器55的输出端与所述电机25连接。温度传感器51对炉体1内的温度进行实时检测，并将信号数据传输给第二控制器55，然后第二控制器55根据接收到的信号数码输出控制命令控制风机54的工作状态，例如启动，停止，以及转速。流量计53能实时检测流出炉体1的空气的流量。当炉体1内的温度低于设定值时，第二控制器55控制风机54关闭；当炉体1内的温度超出设定值时，第二控制器55控制风机54泵启动，并根据流量计53的数据，第二控制器55提高风机54的转速。风机54的转速的调节由第二控制器55通过变频器进行控制实现，使工件温度在稳定在一定范围内，从而实现控温的目的。并且在变频器上设置手动调节按钮，可随时通过手动调节，使炉体1内的温度快速达到所需温度。

所述电磁发生器44包括铁芯441和励磁线圈442，所述铁芯441插装于所述励磁线圈442中心处；任两个所述铁芯441之间的轴线互相垂直。第三控制器42通过电流调节装置43的输出电流的大小，从而控制励磁线圈442产生的磁吸引力的大小。通过分别控制三个励磁线圈442的工作电流大小，可以控制待加工工件移动或旋转，使得待加工工件被均匀地被菲涅耳透镜23的焦点加热，保证受热的均匀性，防止出现待加工工件的局部温度过高而损坏工件的情况。

所述炉体1壁上设有倾斜向下的容槽11，所述容槽11的前端设有陶瓷盖12；所述电磁发生器44倾斜向下安装于炉体1壁上。炉体1的壁上设置容槽11，并与竖直内壁成一角度，以避免干涉光路。在陶瓷盖12不会屏蔽电磁发生器44产生的磁场对炉体1内的待加工工件进行影响，以确保电磁发生器44能对待加工工件产生吸力。如图4所示，三个电磁发生器44的轴线互成90°角，如坐标系的x轴、y轴和z轴布置。工作时，蓄电池33直接向励磁线圈442通入直流电，并通过电流调节装置43分别控制三路输入电流的大小。当三电磁铁的合力与待加工工件的重心在同一直线时，待加工工件被吸引而进行升起或下降。当三电磁铁的合力与待加工工件的重心不在同一直线时，待加工工件会产生旋转。因此，首先控制待加工工件上升，然后再控制待加工工件旋转。

所述炉体1壁上设有炉门13，所述温度传感器51设于炉门13上而对待加工工件进行温度检测；所述温度传感器51为红外线温度传感器51。所述炉门13透明结构，红外线温度传感器51发出的红外线直接透过炉门13照射在待加工工件上，从而对待加工工件的温度进行非接触式检测。

所述炉体1内设有用于承接已热处理完成的待加工工件的坩埚14。炉体1的内臂上设有向中心方向突出的支撑臂15，所述坩埚14设于支撑臂15上。在待加工工件的表面热处理完成后，第三控制器42通过电流调节装置43停止电磁发生器44工作，使加工完成的待加工工件掉落到坩埚14内。

所述炉体1的内部设有隔热层16。隔热层16可以降低炉体1内的热量通过炉体1壁向外界传递的速度，以减少热量损失，从而确保炉体1内的温度可以升至所需温度。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种电磁悬浮式太阳能热处理炉，其特征在于：包括炉体、太阳能自动跟踪加热系统、太阳能光伏供电系统、电磁悬浮系统和控温系统，所述炉体内设有待加工工件，炉体为密封结构，且炉体的上表面为可透光结构；所述太阳能自动跟踪加热系统形成的焦点位于待加工工件上；所述太阳能光伏供电系统接收阳光并转化为电能，所述太阳能光伏供电系统为太阳能自动跟踪加热系统、电磁悬浮系统和控温系统提供电能；所述电磁悬浮系统产生多维度磁力而控制待加工工件悬浮和转动；所述控温系统通过水冷或风冷与炉体连接而控制炉体内的温度；

所述太阳能自动跟踪加热系统包括底座、支架、菲涅耳透镜、感光元件、电机和控制器，所述支架包括支撑杆和U型框架，所述U型框架的两端通过连接件与支撑杆紧固连接，所述菲涅耳透镜固定安装于所述支撑杆的上端，且菲涅耳透镜的焦点位于炉体内的待加工工件上；所述底座上可旋转安装有转轴，所述转轴的两端分别与U型框架和从动齿轮固定连接，所述从动齿轮通过主动齿轮与所述电机连接，太阳能自动跟踪加热系统的控制器的输入端与所述感光元件连接，控制器的输出端与所述电机连接；

所述太阳能光伏供电系统包括光伏板、太阳能控制器、蓄电池和逆变器，所述光伏板接收太阳光，所述太阳能控制器的输出端与所述光伏板连接，太阳能控制器的输出端与蓄电池连接，太阳能控制器接接收光伏板输出的电压并输出稳定电压到蓄电池；所述逆变器与所述蓄电池的电连接而将直流电压转换为交流电压；

所述电磁悬浮系统包括位置传感器、第三控制器、电流调节装置和三个电磁发生器，所述位置传感器设于所述炉体的臂上而对待加工工件的位置进行检测；所述第三控制器的输入端与位置传感器连接，第三控制器的输出端通过电流调节装置与电磁发生器连接；三个所述电磁发生器均安装在炉体壁上，且任两个所述电磁发生器之间的轴线互相垂直；

所述控温系统包括温度传感器、换热器，流量计、风机和第二控制器，所述风机入口通过换热器和流量计与炉体连通，风机的另一端与炉体连通，形成散热循环回路；所述温度传感器与所述第二控制器的输入端连接，第二控制器的输出端与所述电机连接；

所述电磁发生器包括铁芯和励磁线圈，所述铁芯插装于所述励磁线圈中心处；任两个所述铁芯之间的轴线互相垂直；

所述电磁发生器倾斜向下安装于炉体壁上。

2.根据权利要求1所述的一种电磁悬浮式太阳能热处理炉，其特征在于：所述炉体壁上设有倾斜向下的容槽，所述容槽的前端设有陶瓷盖；所述电磁发生器倾斜向下安装于炉体壁上。

3.根据权利要求1所述的一种电磁悬浮式太阳能热处理炉，其特征在于：所述炉体壁上设有炉门，所述温度传感器设于炉门上而对待加工工件进行温度检测；所述温度传感器为红外线温度传感器。

4.根据权利要求1所述的一种电磁悬浮式太阳能热处理炉，其特征在于：所述炉体内设有用于承接已热处理完成的待加工工件的坩埚。

5.根据权利要求1所述的一种电磁悬浮式太阳能热处理炉，其特征在于：所述炉体的内部设有隔热层。