CN110193528A - 可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构 - Google Patents
可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构，属于直流感应加热器技术领域。包括沿待加热金属棒轴向方向并列设置的多个感应加热部；所述感应加热部包括由铁芯突出的第一加热柱和第二加热柱，所述第一加热柱和所述第二加热柱以所述待加热金属棒的中心轴为对称轴相互对称；所述铁芯上还设置有励磁线圈。本发明结构简单，只需调节电流大小就可改变加热区域的磁场分布，可以实现对金属棒的均匀加热和梯度加热；在金属棒的轴向上形成一定的温度梯度，使高温端率先进入挤压机，变形热就会使金属棒低温部分温度升高，从而在整个挤压过程中形成等温挤压效果，可避免金属棒内部微裂纹等缺陷的产生，提高了金属棒的挤压质量。
Description
技术领域
本发明涉及直流感应加热器技术领域，具体涉及一种可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构。
背景技术
直流感应加热技术是在传统加热技术包括燃煤燃气加热和交流感应加热技术已经不能满足节能环保要求的背景下被提出来的。在该技术中，利用直流线圈或永磁体产生直流磁场，加热对象在直流磁场中旋转或直流磁场围绕加热对象旋转，从而在金属内部生成涡流，达到加热目的。直流感应加热技术通过调节转速可在金属棒的内部生成低频(3～7Hz)涡流，降低趋肤效应的影响。同时，超导技术的发展为直流感应加热提供了更为广阔的应用空间，利用超导材料在超导态时的零电阻特性，不仅可以获得大电流密度以增强磁场强度，也可以降低损耗，提高直流感应加热器的电效率，达到节能环保的要求。
不同应用场合对金属棒温度分布的需求不同，金属棒在进入挤压机或进行其他操作前其温度分布通常为均匀分布和梯度分布。温度梯度分布是为了获得高质量挤压产品，因为挤压成型过程中会产生变形热使得金属棒未进入挤压机的部分温度升高，这样金属棒在整个挤压过程中温度并不相等，由此可能造成成型产品内部出现微裂纹等缺陷，严重影响产品质量。
目前，直流感应加热实现梯度加热的方式是调整铁心端面与金属棒表面的角度来改变铁心端面与金属棒表面的距离，从而金属棒的轴向上形成梯度分布的磁场，进而达到梯度加热的目的，但是该方案使设备结构复杂，在调节距离时不太方便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种只需调节电流大小就可改变加热区域的磁场分布的可以实现均匀加热和梯度加热的多功能直流感应加热器结构，以解决上述背景技术中存在的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
本发明提供的一种可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构，包括，
沿待加热金属棒轴向方向并列设置的多个感应加热部；
所述感应加热部包括由铁芯突出的第一加热柱和第二加热柱，所述第一加热柱和所述第二加热柱以所述待加热金属棒的中心轴为对称轴相互对称；
所述铁芯上还设置有励磁线圈。
优选的，所述铁芯由高磁导率铁磁性材料制成。
优选的，所述铁芯为一体制成的矩形框型。
优选的，所述第一加热柱和所述第二加热柱位于所述铁芯的内部，所述第一加热柱与所述铁芯的第一边框垂直连接，所述第二加热柱与所述第一边框相对的第二边框垂直连接。
优选的，所述励磁线圈绕制在所述第一加热柱和所述第二加热柱上。
优选的，所述铁芯为由多个C型框并列组合而成，所述多个C型框的开口方向一致，且与所述待加热金属棒的轴向方向垂直。
优选的，一个所述C型框上设有一个所述感应加热部，所述第一加热柱与所述C型框的第一端垂直连接，所述第二加热柱与所述C型框的第二端垂直连接。
优选的，所述第一加热柱和所述第二加热柱为长方体型或T型。
优选的，所述励磁线圈为跑道形。
优选的，所述励磁线圈为由超导带材制成。
本发明有益效果：结构简单，只需调节电流大小就可改变加热区域的磁场分布，可以实现对金属棒的均匀加热和梯度加热；在金属棒的轴向上形成一定的温度梯度，使高温端率先进入挤压机，变形热就会使金属棒低温部分温度升高，从而在整个挤压过程中形成等温挤压效果，可避免金属棒内部微裂纹等缺陷的产生，提高了金属棒的挤压质量。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例1所述的可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构的立体结构图。
图2为本发明实施例1所述的可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构的主视结构图。
图3为本发明实施例2所述的可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构的立体结构图。
图4为本发明实施例2所述的可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构的主视结构图。
图5为本发明实施例2所述的可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构的轴向中心场强与感应加热部的间距大小之间的关系示意图。
图6为本发明实施例2所述的可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构在给三个线圈施加次序增加电流时铝棒轴向中心磁场强度分布示意图。
图7为本发明实施例3所述的可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构的立体结构图。
图8为本发明实施例3所述的可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构的轴向中心场强与感应加热部的间距大小之间的关系示意图。
图9为本发明实施例3所述的可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构在给三个线圈施加次序增加电流时铝棒轴向中心磁场强度分布示意图。
图10为本发明实施例4所述的可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构的立体结构图。
其中：1-待加热金属棒；2-感应加热部；3-铁芯；4-第一加热柱；5-第二加热柱；6-励磁线圈；7-C型框。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
实施例1
如图1至图2所示，本发明实施例1提供一种可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构，包括，
沿待加热金属棒1轴向方向并列设置的多个感应加热部2；
所述感应加热部2包括由铁芯3突出的第一加热柱4和第二加热柱5，所述第一加热柱4和所述第二加热柱5以所述待加热金属棒1的中心轴为对称轴相互对称；所述第一加热柱4和所述第二加热柱5上均设置有励磁线圈6。
所述铁芯3由高磁导率铁磁性材料制成，这样，可以获得更大的铁心气隙中心磁场。
所述铁芯3为一体制成的矩形框型。所述第一加热柱4和所述第二加热柱5位于所述铁芯3的内部，所述第一加热柱4与所述铁芯3的第一边框垂直连接，所述第二加热柱5与所述第一边框相对的第二边框垂直连接。
所述第一加热柱4和所述第二加热柱5均为长方体型。
在本发明实施例1中，感应加热部2的数量为3个，即，第一加热柱4和第二加热柱5的数量均为3个，绕制在所述第一加热柱4和所述第二加热柱5上的所述励磁线圈6的个数一共为6个。
在实际应用中，上述感应加热部2的数量并不受上述数量的限制，本领域技术人员可根据实际情况具体设置所述感应加热部2的数量，如，也可设置感应加热部的数量为4个，即第一加热柱4和第二加热柱5的数量均为4个，绕制在所述第一加热柱4和所述第二加热柱5上的所述励磁线圈6的个数一共为8个。
可按照实际需要设计相邻的感应加热部2之间的距离，以实现需要的气隙轴向磁场分布，当各个励磁线圈通流相等时，感应加热部2之间的距离越小，轴向磁场分布越均匀。
所述励磁线圈6为跑道形。
在实际应用中，所述励磁线圈6的形状并不受上述跑道形的限制，本领域技术人员可根据实际情况具体设置励磁线圈的形状，如，还可设置为圆形、方形、长方形或椭圆形等形状。
所述励磁线圈6为由超导带材制成，如此，可以在气隙中产生更大直流磁场。
在实际应用中，所述励磁线圈6的制作材料并不受上述超导带材的限制，本领域技术人员可根据实际情况具体选择励磁线圈的制作材料。
实施例2
如图3至图4所示，本发明实施例2提供一种可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构，包括，
沿待加热金属棒1轴向方向并列设置的多个感应加热部2；
所述感应加热部2包括由铁芯3突出的第一加热柱4和第二加热柱5，所述第一加热柱4和所述第二加热柱5以所述待加热金属棒1的中心轴为对称轴相互对称；所述第一加热柱4和所述第二加热柱5上均设置有励磁线圈6。
所述铁芯3由高磁导率铁磁性材料制成，这样，可以获得更大的铁心气隙中心磁场。
所述铁芯3为一体制成的矩形框型。所述第一加热柱4和所述第二加热柱5位于所述铁芯3的内部，所述第一加热柱4与所述铁芯3的第一边框垂直连接，所述第二加热柱5与所述第一边框相对的第二边框垂直连接。
所述第一加热柱4和所述第二加热柱5均为T型。具体的，T型加热柱包括竖直段和横向段，所述励磁线圈6绕制在所述竖直段上，这样，就可以为励磁线圈6预留出绕制空间，相邻的感应加热部2上横向段的间距就可以尽可能的缩小，从而获得更好的气隙磁场分布。
在本发明实施例2中，感应加热部2的数量为3个，即，第一加热柱4和第二加热柱5的数量均为3个，绕制在所述第一加热柱4和所述第二加热柱5上的所述励磁线圈6的个数一共为6个。
在实际应用中，上述感应加热部2的数量并不受上述数量的限制，本领域技术人员可根据实际情况具体设置所述感应加热部2的数量，如，也可设置感应加热部的数量为4个，即第一加热柱4和第二加热柱5的数量均为4个，绕制在所述第一加热柱4和所述第二加热柱5上的所述励磁线圈6的个数一共为8个。
可按照实际需要设计相邻的感应加热部2之间的距离，以实现需要的气隙轴向磁场分布，当各个励磁线圈通流相等时，感应加热部2之间的距离越小，轴向磁场分布越均匀。
所述励磁线圈6为跑道形。
在实际应用中，所述励磁线圈6的形状并不受上述跑道形的限制，本领域技术人员可根据实际情况具体设置励磁线圈的形状，如，还可设置为圆形、方形、长方形或椭圆形等形状。
所述励磁线圈6为由超导带材制成，如此，可以在气隙中产生更大直流磁场。
在实际应用中，所述励磁线圈6的制作材料并不受上述超导带材的限制，本领域技术人员可根据实际情况具体选择励磁线圈的制作材料。
线圈电流相同时，气隙轴向中心线磁场与相邻感应加热部之间的距离的大小之间的关系如图5所示，从图5中可以看到，气隙轴向中心线磁场随着相邻感应加热部的距离减小而趋向于均匀分布。从左到右将每一列的两个线圈划为一对，则共有三对线圈，每一对线圈中电流相同，从左到右施加的电流依次增加，仿真结果如图6所示。由此可见，可以通过调节线圈电流和相邻“齿”的距离实现气隙磁场分布的调节。
实施例3
如图7所示，本发明实施例3提供一种可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构，包括，
沿待加热金属棒1轴向方向并列设置的多个感应加热部2；
所述感应加热部2包括由铁芯3突出的第一加热柱4和第二加热柱5，所述第一加热柱4和所述第二加热柱5以所述待加热金属棒1的中心轴为对称轴相互对称；所述第一加热柱4和所述第二加热柱5上均设置有励磁线圈6。
所述铁芯3由高磁导率铁磁性材料制成，这样，可以获得更大的铁心气隙中心磁场。
所述铁芯3为由多个C型框并列组合而成，所述多个C型框的开口方向一致，且与所述待加热金属棒1的轴向方向垂直。一个所述C型框上设有一个所述感应加热部2，所述第一加热柱4与所述C型框的第一端垂直连接，所述第二加热柱5与所述C型框的第二端垂直连接。
所述第一加热柱4和所述第二加热柱5均为T型。具体的，T型加热柱包括竖直段和横向段，所述励磁线圈6绕制在所述竖直段上，这样，就可以为励磁线圈6预留出绕制空间，相邻的感应加热部2上横向段的间距就可以尽可能的缩小，从而获得更好的气隙磁场分布。
在实施例3中，励磁线圈6的绕制位置并不受上述竖直段的限制，励磁线圈6也可绕制在C型框的上框边和下框边上。
在本发明实施例3中，感应加热部2的数量为3个，即，第一加热柱4和第二加热柱5的数量均为3个，绕制在所述第一加热柱4和所述第二加热柱5上的所述励磁线圈6的个数一共为6个。
在实际应用中，上述感应加热部2的数量并不受上述数量的限制，本领域技术人员可根据实际情况具体设置所述感应加热部2的数量，如，也可设置感应加热部的数量为4个，即第一加热柱4和第二加热柱5的数量均为4个，绕制在所述第一加热柱4和所述第二加热柱5上的所述励磁线圈6的个数一共为8个。
可按照实际需要设计相邻的感应加热部2之间的距离，以实现需要的气隙轴向磁场分布，当各个励磁线圈通流相等时，感应加热部2之间的距离越小，轴向磁场分布越均匀。
所述励磁线圈6为跑道形。
在实际应用中，所述励磁线圈6的形状并不受上述跑道形的限制，本领域技术人员可根据实际情况具体设置励磁线圈的形状，如，还可设置为圆形、方形、长方形或椭圆形等形状。
所述励磁线圈6为由超导带材制成，如此，可以在气隙中产生更大直流磁场。
在实际应用中，所述励磁线圈6的制作材料并不受上述超导带材的限制，本领域技术人员可根据实际情况具体选择励磁线圈的制作材料。
线圈电流相同时，气隙轴向中心线磁场与相邻感应加热部之间的距离的大小之间的关系如图8所示，从图7中可以看到，气隙轴向中心线磁场随着相邻感应加热部的距离减小而趋向于均匀分布。从左到右将每一列的两个线圈划为一对，则共有三对线圈，每一对线圈中电流相同，从左到右施加的电流依次增加，仿真结果如图9所示。由此可见，可以通过调节线圈电流和相邻“齿”的距离实现气隙磁场分布的调节。
实施例4
如图10所示，本发明实施例4提供一种可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构，包括，
沿待加热金属棒1轴向方向并列设置的多个感应加热部2；
所述感应加热部2包括由铁芯3突出的第一加热柱4和第二加热柱5，所述第一加热柱4和所述第二加热柱5以所述待加热金属棒1的中心轴为对称轴相互对称；所述第一加热柱4和所述第二加热柱5上均设置有励磁线圈6。
所述铁芯3由高磁导率铁磁性材料制成，这样，可以获得更大的铁心气隙中心磁场。
所述铁芯3为由多个C型框并列组合而成，具体的，并列方式如下所述：
所述多个C型框的开口方向一致，且与所述待加热金属棒1的轴向方向垂直。一个所述C型框上设有一个所述感应加热部2，所述第一加热柱4与所述C型框的第一端垂直连接，所述第二加热柱5与所述C型框的第二端垂直连接。一个C型框的一端与另一C型框的一端连接形成一个E型框，多个所述E型框沿带加热金属棒的轴向方向并列排列，一个E型框上共两个感应加热部2。
所述第一加热柱4和所述第二加热柱5均为T型。具体的，T型加热柱包括竖直段和横向段，所述励磁线圈6绕制在所述竖直段上，这样，就可以为励磁线圈6预留出绕制空间，相邻的E型框间感应加热部2上横向段的间距就可以尽可能的缩小，从而获得更好的气隙磁场分布。
在本发明实施例4中，感应加热部2的数量为6个，即，第一加热柱4和第二加热柱5的数量均为6个，绕制在所述第一加热柱4和所述第二加热柱5上的所述励磁线圈6的个数一共为12个。
在实际应用中，上述感应加热部2的数量并不受上述数量的限制，本领域技术人员可根据实际情况具体设置所述感应加热部2的数量，如，也可设置感应加热部的数量为7个，即第一加热柱4和第二加热柱5的数量均为7个，绕制在所述第一加热柱4和所述第二加热柱5上的所述励磁线圈6的个数一共为14个。
本领域技术人员可按照实际需要设计相邻的E型框之间的距离，以实现需要的气隙轴向磁场分布，当各个励磁线圈通流相等时，相邻的E型框之间的距离越小，轴向磁场分布越均匀。
所述励磁线圈6为跑道形。
在实际应用中，所述励磁线圈6的形状并不受上述跑道形的限制，本领域技术人员可根据实际情况具体设置励磁线圈的形状，如，还可设置为圆形、方形、长方形或椭圆形等形状。
所述励磁线圈6为由超导带材制成，如此，可以在气隙中产生更大直流磁场。
在实际应用中，所述励磁线圈6的制作材料并不受上述超导带材的限制，本领域技术人员可根据实际情况具体选择励磁线圈的制作材料。
综上所述，在本发明实施例中，可通过调节励磁线圈的通流大小来调节铁心气隙磁场强度大小及轴向磁场分布，进而实现均匀加热或梯度加热。本发明中相邻感应加热部间距离很小且各线圈电流相同时，可实现铁心气隙磁场沿轴向均匀分布；当电流依次增加时，铁心气隙磁场可实现沿轴向梯度分布。本发明直流感应加热器在正常运行时加热对象在电动机驱动下旋转，转速由电动机调节，主要加热对象为铝、铜等有色金属，但不限于铝、铜等有色金属。
本发明实施例所述的加热器结构，只需调节电流大小就可改变加热区域的磁场分布，可以实现对金属棒的均匀加热和梯度加热；在金属棒的轴向上形成一定的温度梯度，使高温端率先进入挤压机，变形热就会使金属棒低温部分温度升高，从而在整个挤压过程中形成等温挤压效果，可避免金属棒内部微裂纹等缺陷的产生，提高了金属棒的挤压质量。
本领域普通技术人员可以理解：本发明实施例中的装置中的部件可以按照实施例的描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构，其特征在于：包括，
沿待加热金属棒(1)轴向方向并列设置的多个感应加热部(2)；
所述感应加热部(2)包括由铁芯(3)突出的第一加热柱(4)和第二加热柱(5)，所述第一加热柱(4)和所述第二加热柱(5)以所述待加热金属棒(1)的中心轴为对称轴相互对称；
所述铁芯(3)上还设置有励磁线圈(6)。
2.根据权利要求1所述的可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构，其特征在于：
所述铁芯(3)由高磁导率铁磁性材料制成。
3.根据权利要求2所述的可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构，其特征在于：
所述铁芯(3)为一体制成的矩形框型。
4.根据权利要求3所述的可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构，其特征在于：
所述第一加热柱(4)和所述第二加热柱(5)位于所述铁芯(3)的内部，所述第一加热柱(4)与所述铁芯(3)的第一边框垂直连接，所述第二加热柱(5)与所述第一边框相对的第二边框垂直连接。
5.根据权利要求4所述的可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构，其特征在于：
所述励磁线圈(6)绕制在所述第一加热柱(4)和所述第二加热柱(5)上。
6.根据权利要求2所述的可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构，其特征在于：
所述铁芯(3)为由多个C型框(7)并列组合而成，所述多个C型框的开口方向一致，且与所述待加热金属棒(1)的轴向方向垂直。
7.根据权利要求6所述的可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构，其特征在于：
一个所述C型框上设有一个所述感应加热部(2)，所述第一加热柱(4)与所述C型框的第一端垂直连接，所述第二加热柱(5)与所述C型框的第二端垂直连接。
8.根据权利要求5或7所述的可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构，其特征在于：
所述第一加热柱(4)和所述第二加热柱(5)为长方体型或T型。
9.根据权利要求8所述的可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构，其特征在于：
所述励磁线圈(6)为跑道形。
10.根据权利要求9所述的可实现梯度加热和均匀加热的多功能直流感应加热器结构，其特征在于：
所述励磁线圈(6)为由超导带材制成。
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Publications (1)
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