CN110769535B - 一种用于电磁感应加热的电热组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电加热技术领域，其公开了一种用于电磁感应加热的电热组件。所述电热组件包括由中心部位向外按同一盘绕方向进行盘绕布置的导线，所述导线盘绕后其相邻导线段之间设置有间距，所述导线的外围设置有绝缘体，所述绝缘体的外围包围有导磁体，且在所述导磁体上沿着所述导线的盘绕路径设有用于控制磁路定向的开口，所述导磁体的开口朝向待加热物体的加热部位。本发明提高了电磁感应加热装置的加热能力，进而拓展了电磁感应加热装置的应用范围。

Description

一种用于电磁感应加热的电热组件

技术领域

本发明涉及电加热技术领域，具体涉及一种用于电磁感应加热的电热组件。

背景技术

传统的电加热装置通常有两种结构：一种是采用电热管，利用通电后其内部的电热丝发热产生热量，起到对待加热物体的加热作用；另一种是利用电磁感应原理，采用感应线圈对铁磁性物体进行加热，通过在感应线圈中加载一定频率的交流电，使得线圈产生交变磁场，该交变磁场作用于待加热的铁磁性物体，会使得该铁磁性物体的内部因电磁感应而产生较大的涡流，从而使得铁磁性物体发热，起到加热作用。

典型的电磁感应加热装置有电磁炉、中频炉等。

但是，现有的电磁感应加热装置普遍存在以下问题：电磁感应线圈中产生的交变磁场通常只能加热与所述电磁感应线圈较为接近的铁磁性物体，当电磁感应线圈与所需要加热的物体有一定距离时，由于磁场的急剧衰减，会导致加热效果会出现明显下降，甚至起不到预期的加热效果，从而限制了电磁感应加热装置的应用范围。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种用于电磁感应加热的电热组件，旨在提高电磁感应加热装置的加热能力，进而拓展电磁感应加热装置的应用范围。具体的技术方案如下：

一种用于电磁感应加热的电热组件，包括由中心部位向外按同一盘绕方向进行盘绕布置的导线，所述导线盘绕后其相邻导线段之间设置有间距，所述导线的外围设置有绝缘体，所述绝缘体的外围包围有导磁体，且在所述导磁体上沿着所述导线的盘绕路径设有用于控制磁路定向的开口，所述导磁体的开口朝向待加热物体的加热部位。

上述技术方案中，将导线按同一盘绕方向进行盘绕以形成磁感应的加热线圈，同时，在盘绕的导线外围设置控制磁路定向的带开口的导磁体，其借助导磁体的良好导磁性，使得加热线圈(导线)上产生的交变磁场可以通过导磁体实现磁路的感应传导和定向控制，进而可以使得在由导磁体控制的定向磁路覆盖的范围内，其铁磁性物体得到有效的加热。与传统的电磁感应加热装置相比较，通过导磁体改变磁路方向，可以对距离加热线圈(导线)有一定距离的铁磁性物体进行加热；同时磁路的定向控制也有利于加热效果的提高。

作为本发明中绝缘体的优选方案，所述绝缘体为外套在所述导线上的若干数量的陶瓷隔圈。

其中，所述陶瓷隔圈外套在所述导线上且相邻的陶瓷隔圈相互叠合对接。

上述导线外围陶瓷隔圈的设置，其一方面具有绝缘作用，另一方面还具有对于导线的散热作用。另外采用陶瓷隔圈相互叠合布置的另一优势是容易跟随盘绕的导线一起拐弯，使得安装较为方便。

作为本发明中导磁体的一种优选方案，所述导磁体由若干数量带有开口的矽钢片叠合而成。

作为本发明中矽钢片的一种优选方案，所述矽钢片为C型矽钢片。

上述电热组件中C型矽钢片的设置，可以使得在进行铁磁性物体的加热时，将加热线圈(导线)上的C型矽钢片的开口朝向待加热的铁磁性物体一侧，从而可以形成对距离导线有一定间距的待加热铁磁性物体的加热磁场，并起到良好的加热效果。

本发明中，所述导线、绝缘体、导磁体通过耐高温胶封装成一体。

优选的，所述耐高温胶为耐高温无机胶。

作为本发明中所述导线盘绕布置的优选方案之一，所述导线按照顺时针方向进行盘绕布置。

作为本发明中所述导线盘绕布置的优选方案之二，所述导线按照逆时针方向进行盘绕布置。

作为本发明中所述导线盘绕布置的优选方案之三，所述导线盘绕后的外形为圆盘形。

作为本发明中所述导线盘绕布置的优选方案之四，所述导线盘绕后的外形为矩形。

作为本发明中所述导线盘绕布置的优选方案之五，所述导线盘绕后的外形与待加热物体的加热区域形状相适配。

本发明中的导线包括实心导线和空心导线。

作为本发明的优选方案，所述导线为铜线或铜管。

作为本发明中所述导线的一种优选方案，所述导线的直径为5～15mm。

作为对上述一种用于电磁感应加热的电热组件的应用，所述电热组件用于铁磁性金属模具的加热。

优选的，所述模具为铸造用的射砂模。

本发明中，所述射砂模包括用于形成铸砂型腔面的铁模、与所述铁模对合的铁质砂箱，所述砂箱上设置有射砂孔，所述铁模上设置有空腔，所述空腔内安装有所述的用于电磁感应加热的电热组件。

其中，所述电热组件通过耐高温胶安装固定在铁模上设置的空腔壁上；

作为射砂模一种优选方案，所述铁模为下铁模，所述砂箱为上砂箱。

为了增强加热效果，在设置于下铁模上的电热组件中，其电热组件的安装应尽可能距离下铁模的型腔面近一些。

其中，设置在所述下铁模的空腔中的电热组件其C型矽钢片的开口朝上设置。

对于大型射砂模，为了便于模块化设计、制造和安装，可以在下铁模的空腔中布置多个电热组件。

本发明中，为了使得电热组件尽量靠近射砂模的型腔面，其下铁模的空腔其上表面设置为三维曲面结构，所述三维曲面与上砂箱上的型腔面等距设置，同时，所述电热组件上由矽钢片叠合形成的上端面也形成三维曲面结构并与空腔的上表面相适配。

由于本发明的电热组件只要较短的加热时间就能实现模具的加热，因此，可以适当改变或优化铸砂造型的工艺流程，例如可以采用先冷模射砂，再进行模具的加热。也可以考虑在射砂的同时进行模具的加热。

使用时，将上砂箱与下铁模对合在一起，同时，在电热组件中加载交变电流使得加热线圈(导线)产生交变磁场，该交变磁场通过电热组件上C型矽钢片的磁感应传导，其磁力线会向上穿越下铁模并进入到上砂箱而形成磁力回路，从而起到对下铁模及上砂箱的同时加热作用。下铁模及上砂箱加热完成后，开启射砂系统，将型砂通过射砂孔压注入由下铁模及上砂箱对合所形成的腔体中，从而形成用于浇注的砂壳。制造上砂箱与下铁模时，可以将上砂箱的型腔面做成粗糙面，将下铁模的型腔面做成光滑面。由于上砂箱上的型腔面为粗糙面且上砂箱有射砂孔，因此砂壳与上砂箱的结合力要比砂壳与下铁模的结合力大。射砂造型用的型砂可以采用覆膜砂，射砂造型完成后进行冷却，砂壳因冷却而收缩，会留在上砂箱上。

对于有上下分型面的浇注件，可以按上述方法分别制作带砂箱的上砂壳和下砂壳，制作后的带砂箱的上砂壳和带砂箱的下砂壳沿分型面对合后即成为浇注腔，可用于零件的浇注。

需要指出的是，作为采用本发明的电热组件的射砂模，其配对连接的砂箱和铁模其布置方式可以有多种变化，除了砂箱和铁模按照上下方式布置外，还可以按照水平方向进行布置，例如按照左铁模、右砂箱对合布置，或者按照右铁模、左砂箱对合布置等。另外，电热组件可以设置在铁模上，也可以设置在砂箱上，都能达到对射砂模的加热效果。

上述射砂模上电热组件的设置，其利用电磁感应加热原理可以实现射砂模的快速加热，与现有技术中射砂模采用电热管进行加热的方式的相比较，具有以下优势：

一是加热速度快、效率高：传统的射砂模为积蓄热量其模具体做成实心的，且采用电热管的加热速度慢，因此为了实现对模具和型砂的加热，需要提前数小时进行预加热方可进行射砂造型，而本发明的电热组件采用矽钢片进行磁路定向控制加热，可实现快速即时加热。

二是节能环保：本发明的电热组件采用矽钢片进行磁路定向控制加热，加热时热量有较大部分集中在靠近射砂模的型腔面上，且实现了下铁模及上砂箱对合后的同时加热，造型后的砂壳留在砂箱上，这样可以在射砂模的设计上，大幅度减小模具中型砂造型的砂层厚度，降低用砂量，且耗费的电能少，具有良好节能环保作用。而传统的加热方式无定向加热功能，需要整个模具体加热，能耗大。

三是可以简化模具的冷却结构：传统的射砂模具造型后由于模具热量大，模具的冷却需要采用冷却铜管及冷却水进行冷却。本发明电热组件应用于射砂模后，由于加热为磁路控制的定向加热且加热时间短，总热量小，所以无需设置专门的冷却装置，其导线的散热通过陶瓷隔圈的热传导即能实现，从而简化了模具的冷却结构。

需要进一步指出的是，本发明的一种用于电磁感应加热的电热组件，其应用范围并不限于射砂模，对常规的型砂造型模具，以及需要进行加热的其它不同种类模具，以及非模具类的铁磁性物体或器具等，都能起到良好的加热作用。

本发明的有益效果是：

第一，本发明的一种用于电磁感应加热的电热组件，将导线按同一盘绕方向进行盘绕以形成磁感应的加热线圈，同时，在盘绕的导线外围设置控制磁路定向的带开口的导磁体，其借助导磁体的良好导磁性，使得加热线圈(导线)上产生的交变磁场可以通过导磁体实现磁路的感应传导和定向控制，进而可以使得在由导磁体控制的定向磁路覆盖的范围内，其铁磁性物体得到有效的加热。与传统的电磁感应加热装置相比较，通过导磁体改变磁路方向，可以对距离加热线圈(导线)有一定距离的铁磁性物体进行加热；同时磁路的定向控制也有利于加热效果的提高。

第二，本发明的一种用于电磁感应加热的电热组件，电热组件中C型矽钢片的设置，可以使得在进行铁磁性物体的加热时，将加热线圈(导线)上的C型矽钢片的开口朝向待加热的铁磁性物体一侧，从而可以形成对距离导线有一定间距的待加热铁磁性物体的加热磁场，并起到良好的加热效果。

第三，本发明的一种用于电磁感应加热的电热组件，其电热组件的加热速度快、效率高：传统的射砂模为积蓄热量其模具体做成实心的，且采用电热管的加热速度慢，因此为了实现对模具和型砂的加热，需要提前数小时进行预加热方可进行射砂造型，而本发明的电热组件采用矽钢片进行磁路定向控制加热，可实现快速即时加热。

第四，本发明的一种用于电磁感应加热的电热组件，电热组件采用矽钢片进行磁路定向控制加热，加热时热量有较大部分集中在靠近射砂模的型腔面上，且实现了下铁模及上砂箱对合后的同时加热，造型后的砂壳留在砂箱上，这样可以在射砂模的设计上，大幅度减小模具中型砂造型的砂层厚度，降低用砂量，且耗费的电能少，具有良好节能环保作用。而传统的加热方式无定向加热功能，需要整个模具体加热，能耗大。

第五，本发明的一种用于电磁感应加热的电热组件，可以简化模具的冷却结构：传统的射砂模具造型后由于模具热量大，模具的冷却需要采用冷却铜管及冷却水进行冷却。本发明电热组件应用于射砂模后，由于加热为磁路控制的定向加热且加热时间短，总热量小，所以无需设置专门的冷却装置，其导线的散热通过陶瓷隔圈的热传导即能实现，从而简化了模具的冷却结构。

附图说明

图1是本发明的一种用于电磁感应加热的电热组件的结构示意图；

图2是图1中的A-A截面视图；

图3是导线的一种盘绕结构示意图；

图4是导线的另一种盘绕结构示意图；

图5是本发明的一种用于电磁感应加热的电热组件应用于射砂模中的结构示意图。

图中：1、导线，2、绝缘体，3、矽钢片，4、耐高温胶，5、射砂模，6、铁模，7、砂箱，8、射砂孔，9、空腔，10、电热组件，11、耐高温胶，12、砂壳。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1至5所示为本发明的一种用于电磁感应加热的电热组件的实施例，包括由中心部位向外按同一盘绕方向进行盘绕布置的导线1，所述导线1盘绕后其相邻导线段之间设置有间距，所述导线1的外围设置有绝缘体2，所述绝缘体2的外围包围有导磁体，且在所述导磁体上沿着所述导线1的盘绕路径设有用于控制磁路定向的开口，所述导磁体的开口朝向待加热物体的加热部位。

上述技术方案中，将导线1按同一盘绕方向进行盘绕以形成磁感应的加热线圈，同时，在盘绕的导线1外围设置控制磁路定向的带开口的导磁体，其借助导磁体的良好导磁性，使得加热线圈(导线1)上产生的交变磁场可以通过导磁体实现磁路的感应传导和定向控制，进而可以使得在由导磁体控制的定向磁路覆盖的范围内，其铁磁性物体得到有效的加热。与传统的电磁感应加热装置相比较，通过导磁体改变磁路方向，可以对距离加热线圈(导线1)有一定距离的铁磁性物体进行加热；同时磁路的定向控制也有利于加热效果的提高。

作为本实施例中绝缘体的优选方案，所述绝缘体2为外套在所述导线上的若干数量的陶瓷隔圈。

其中，所述陶瓷隔圈外套在所述导线上且相邻的陶瓷隔圈相互叠合对接。

上述导线1外围陶瓷隔圈的设置，其一方面具有绝缘作用，另一方面还具有对于导线1的散热作用。另外采用陶瓷隔圈相互叠合布置的另一优势是容易跟随盘绕的导线一起拐弯，使得安装较为方便。

作为本实施例中导磁体的一种优选方案，所述导磁体由若干数量带有开口的矽钢片3叠合而成。

作为本实施例中矽钢片3的一种优选方案，所述矽钢片3为C型矽钢片。

上述电热组件中C型矽钢片的设置，可以使得在进行铁磁性物体的加热时，将加热线圈(导线3)上的C型矽钢片的开口朝向待加热的铁磁性物体一侧，从而可以形成对距离导线1有一定间距的待加热铁磁性物体的加热磁场，并起到良好的加热效果。

本实施例中，所述导线1、绝缘体2、导磁体(矽钢片3)通过耐高温胶4封装成一体

优选的，所述耐高温胶4为耐高温无机胶。

作为本实施例中所述导线盘绕布置的优选方案之一，所述导线1按照顺时针方向进行盘绕布置。

作为本实施例中所述导线盘绕布置的优选方案之二，所述导线1按照逆时针方向进行盘绕布置。

作为本实施例中所述导线盘绕布置的优选方案之三，所述导线1盘绕后的外形为圆盘形。

作为本实施例中所述导线盘绕布置的优选方案之四，所述导线1盘绕后的外形为矩形。

作为本实施例中所述导线盘绕布置的优选方案之五，所述导线1盘绕后的外形与待加热物体的加热区域形状相适配。

本实施例中的导线包括实心导线和空心导线。

作为本实施例的优选方案，所述导线1为铜线或铜管。

作为本实施例中所述导线1的一种优选方案，所述导线1的直径为5～15mm。

实施例2：

如图1至5所示，作为对实施例1中的一种用于电磁感应加热的电热组件的应用，所述电热组件10用于铁磁性金属模具的加热。

优选的，所述模具为铸造用的射砂模5。

本实施例，所述射砂模5包括用于形成铸砂型腔面的铁模6、与所述铁模6对合的铁质砂箱7，所述砂箱7上设置有射砂孔8，所述铁模6上设置有空腔9，所述空腔9内安装有所述的用于电磁感应加热的电热组件10。

其中，所述电热组件10通过耐高温胶11安装固定在铁模6上设置的空腔9壁上；

作为射砂模一种优选方案，所述铁模6为下铁模，所述砂箱7为上砂箱。

为了增强加热效果，在设置于下铁模6上的电热组件10中，其电热组件10的安装应尽可能距离下铁模6的型腔面近一些。

其中，设置在所述下铁模6的空腔9中的电热组件10其C型矽钢片的开口朝上设置。

对于大型射砂模，为了便于模块化设计、制造和安装，可以在下铁模6的空腔9中布置多个电热组件。

如图5所示的射砂模中，为了使得电热组件尽量靠近射砂模的型腔面，其下铁模6的空腔9其上表面设置为三维曲面结构，所述三维曲面与上砂箱7上的型腔面等距设置，同时，所述电热组件上由矽钢片叠合形成的上端面也形成三维曲面结构并与空腔9的上表面相适配。

由于本发明的电热组件只要较短的加热时间就能实现模具的加热，因此，可以适当改变或优化铸砂造型的工艺流程，例如可以采用先冷模射砂，再进行模具的加热。也可以考虑在射砂的同时进行模具的加热。

使用时，将上砂箱7与下铁模6对合在一起，同时，在电热组件10中加载交变电流使得加热线圈(导线1)产生交变磁场，该交变磁场通过电热组件10上C型矽钢片的磁感应传导，其磁力线会向上穿越下铁模6并进入到上砂箱7而形成磁力回路，从而起到对下铁模6及上砂箱7的同时加热作用。下铁模6及上砂箱7加热完成后，开启射砂系统，将型砂通过射砂孔8压注入由下铁模6及上砂箱7对合所形成的腔体中，从而形成用于浇注的砂壳12。由于上砂箱7上的型腔面为粗糙面且上砂箱7有射砂孔8，因此砂壳12与上砂箱7的结合力要比砂壳12与下铁模6的结合力大。射砂造型用的型砂可以采用覆膜砂，射砂造型完成后进行冷却，砂壳12因冷却而收缩，会留在上砂箱7上。

对于有上下分型面的浇注件，可以按上述方法分别制作带砂箱的上砂壳和下砂壳，制作后的带砂箱的上砂壳和带砂箱的下砂壳沿分型面对合后即成为浇注腔，可用于零件的浇注。

需要指出的是，作为采用本实施例的电热组件的射砂模，其配对连接的砂箱和铁模其布置方式可以有多种变化，除了砂箱和铁模按照上下方式布置外，还可以按照水平方向进行布置，例如按照左铁模、右砂箱对合布置，或者按照右铁模、左砂箱对合布置等。另外，电热组件可以设置在铁模上，也可以设置在砂箱上，都能达到对射砂模的加热效果。

上述射砂模5上电热组件10的设置，其利用电磁感应加热原理可以实现射砂模5的快速加热，与现有技术中射砂模采用电热管进行加热的方式的相比较，具有以下优势：

一是加热速度快、效率高：传统的射砂模为积蓄热量其模具体做成实心的，且采用电热管的加热速度慢，因此为了实现对模具和型砂的加热，需要提前数小时进行预加热方可进行射砂造型，而本实施例的电热组件10采用矽钢片3进行磁路定向控制加热，可实现快速即时加热。

二是节能环保：本实施例的电热组件10采用矽钢片3进行磁路定向控制加热，加热时热量有较大部分集中在靠近射砂模5的型腔面上，且实现了下铁模6及上砂箱7对合后的同时加热，造型后的砂壳12留在砂箱7上，这样可以在射砂模5的设计上，大幅度减小模具中型砂造型的砂层厚度，降低用砂量，且耗费的电能少，具有良好节能环保作用。而传统的加热方式无定向加热功能，需要整个模具体加热，能耗大。

三是可以简化模具的冷却结构：传统的射砂模具造型后由于模具热量大，模具的冷却需要采用冷却铜管及冷却水进行冷却。本实施例电热组件10应用于射砂模5后，由于加热为磁路控制的定向加热且加热时间短，总热量小，所以无需设置专门的冷却装置，其导线1的散热通过陶瓷隔圈的热传导即能实现，从而简化了模具的冷却结构。

需要进一步指出的是，本实施例的一种用于电磁感应加热的电热组件10，其应用范围并不限于射砂模5，对常规的型砂造型模具，以及需要进行加热的其它不同种类模具，以及非模具类的铁磁性物体或器具等，都能起到良好的加热作用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于电磁感应加热的电热组件，其特征在于，包括由中心部位向外按同一盘绕方向进行盘绕布置的导线，所述导线盘绕后其相邻导线段之间设置有间距，所述导线的外围设置有绝缘体，所述绝缘体的外围包围有导磁体，且在所述导磁体上设有用于控制磁路定向的开口，所述导磁体的开口朝向待加热物体的加热部位；

其中，所述导线盘绕后的外形与待加热物体的加热区域形状相适配；所述导磁体由若干数量带有开口的矽钢片沿着所述导线的盘绕路径叠合而成；所述绝缘体由外套在所述导线上的若干数量的陶瓷隔圈所组成，所述陶瓷隔圈按照导线的盘绕路径依次外套在导线上，且相邻陶瓷隔圈之间相互叠合对接，所述矽钢片为C型矽钢片。

2.根据权利要求1所述的一种用于电磁感应加热的电热组件，其特征在于，所述导线、绝缘体、导磁体通过耐高温胶封装成一体。

3.根据权利要求2所述的一种用于电磁感应加热的电热组件，其特征在于，所述耐高温胶为耐高温无机胶，所述导线为铜线或铜管，所述导线的直径为5～15mm。

4.根据权利要求1所述的一种用于电磁感应加热的电热组件，其特征在于，所述电热组件用于铁磁性金属模具的加热，所述模具为铸造用的射砂模。

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