CN112312604A - 一种励磁线圈 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种励磁线圈，涉及电磁技术领域，螺线管，所述螺线管的直径和管壁厚度呈预设条件设定；两个接管嘴，所述两个接管嘴分别配置于所述螺线管的两端且与所述螺线管连通；所述螺线管可通过所述接管嘴流通冷却水，本发明由于螺线管形式使线圈更加贴近电极表面，切向磁场分力进一步加强；增加螺线管层数或增加电流时，电弧弧根会在电极内壁中间段快速旋转，保障电极安全。
Description
技术领域
本发明属于电磁技术领域，特别涉及一种励磁线圈。
背景技术
电弧加热器是飞行器防热结构考核地面模拟试验设备，用于模拟飞行器在飞行时遭遇的热环境，励磁线圈是电弧加热器的重要组成部分，其作用体现在产生磁场推动电弧弧根沿电极内壁面切向旋转，避免弧根停留引起局部烧损，同时磁场力的一个分力沿电极轴线推动电弧弧根，使电弧保持一定的长度。
在新型飞行器研制过程中，对大功率气动热地面模拟试验设备的需求越来越迫切。我国之前使用的电弧加热器使用饼式线圈，这种线圈以电极轴线为轴线，以电极外表面为起点逐层向外绕制，绕制的一个单元称为以饼线圈，若干饼线圈沿电极轴线方向排列形成饼式线圈，该线圈的轴向分力大于切向分力；饼式线圈的结构使得外层线圈距离电极表面较远，作用在电弧弧根处的磁场力被削弱；试图增加线圈饼数或增加电流时，推动电弧弧根沿轴向移动的分力被明显增强，电弧弧根被推到电极的一端。
在大功率电弧加热器中，饼式线圈将电弧弧根推到电极的一端缓慢旋转容易造成电极烧损。
发明内容
本发明的目的在于提供一种励磁线圈，当增加电流工作时，保障电极安全。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供如下技术方案：
所述励磁线圈包括：
螺线管，所述螺线管的直径和管壁厚度呈预设条件设定；
两个接管嘴，所述两个接管嘴分别配置于所述螺线管的两端且与所述螺线管连通；
所述螺线管可通过所述接管嘴流通冷却水。
进一步地，所述预设条件由电流的大小和冷却水流量的大小确定。
进一步地，所述螺线管由紫铜管绕制至少一层。
进一步地，所述螺线管的两端分别配置有接线板。
进一步地，所述的接线板由紫铜制成，且与所述螺线管固定连接。
进一步地，所述螺线管外表面均匀覆盖有绝缘层。
进一步地，所述的接管嘴内径大于紫铜管外径。
进一步地，所述接管嘴由不锈钢制成。
进一步地，所述的接线板有定位孔和螺纹盲孔，所述定位孔用于固定励磁线圈，所述螺纹盲孔用于连接电缆。
根据本发明的另一个方面，提供了一种电弧加热器，所述电弧加热器包括上述的励磁线圈。
本发明至少包括以下有益效果：
励磁线圈通过采用螺线管，并可以不断对所述螺旋管冷却，使励磁线圈产生的磁场大部分磁力线在励磁线圈内部平行穿过，与电弧作用产生的磁场力，推动电弧弧根沿切向旋转的分力较大，推动电弧弧根轴向移动的分力较小，利于电弧弧根在电极内壁面安全位置快速旋转；由于螺线管形式使线圈更加贴近电极表面，切向磁场分力进一步加强；增加螺线管层数或增加电流时，电弧弧根会在电极内壁中间段快速旋转，保障电极安全。
附图说明
图1为本发明一种实施例的励磁线圈的结构示意图；
图2为本发明一种实施例的螺线管的结构示意图；
图3为本发明一种实施例的接管嘴的剖视图；
图4为本发明一种实施例的接线板的剖视图。
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。
为使本发明技术方案的优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。
如图1所示，本发明实施例提供的一种励磁线圈，所述励磁线圈包括：
螺线管1，所述螺线管1的直径和管壁厚度呈预设条件设定；
两个接管嘴2，所述两个接管嘴2分别配置于所述螺线管1的两端且与所述螺线管1连通；
所述螺线管1可通过所述接管嘴2流通冷却水。
具体地，所述预设条件由电流的大小和冷却水流量的大小确定，所述两个接管嘴2分别配置于所述螺线管1的两端且与所述螺线管1连通，其中一个接嘴管2的一端与所述螺线管1连通，另一端可连接水源(例如，高压水管)，工作时，冷却水通过接管嘴2进入螺线管1，对螺线管1进行冷却，避免螺线管1因发热而烧毁；电流在冷却状态下通过螺线管1形成磁场，对电弧施加磁场力，磁场力的一个分力推动电弧沿切向旋转，另一个分力推动电弧沿轴向移动，由于本发明的励磁线圈产生的磁场的大部分磁力线在励磁线圈内部平行穿过，因此与电弧作用产生的磁场力推动电弧弧根沿切向旋转的分力较大，推动电弧弧根轴向移动的分力较小，利于电弧弧根在电极内壁面安全位置快速旋转，并且由于螺线管1形式使线圈更加贴近电极表面，切向磁场分力进一步加强；增加螺线管层数或增加电流时，电弧弧根会在电极内壁中间段快速旋转，保障电极安全。
作为本发明的进一步改进，所述励磁线圈还包括两个接线板3，所述两个接线板3分别配置于所述螺线管1的两端，便于连接电缆，电流通过接线板3进入螺线管1工作。
作为本发明的进一步改进，所述螺线管1由紫铜管绕制而成，可以绕制一层，也可以绕制多层，具体可以根据对磁场强度的需求确定绕制的层数。
需要说明的是，接管嘴2所用材质应便于与螺线管1焊接，其结构应便于与高压水管密封连接，具体地，接管嘴2结构例如可以为便于与冷源密封连接的喇叭状接口，所述接嘴管例如可以由不锈钢或紫铜制成。
需要说明的是，接线板3的导体例如可以采用紫铜材料，与螺线管1连接，连接方式在此不做限定，可以固定连接(例如焊接)，也可以可拆卸连接(例如卡扣连接)。
作为本发明的进一步改进，所述螺线管1外表面均匀覆盖有绝缘层，具体地，在该实施例中，绕制之前可以先将所述螺线管退火，与接线板焊接后，螺线管1外均匀缠绕绝缘纸作为绝缘层，厚度0.5-1.5mm；绕制完成后，用纱布带将缠绕有绝缘纸的螺线管缠紧，线圈整体浸绝缘漆3遍，每次浸漆后均将线圈烘干。
作为本发明的进一步改进，所述的接管嘴2内径大于螺线管1外径，以便于所述接管嘴2和所述螺线管1插接和焊接。
作为本发明的进一步改进，所述的接线板3有定位孔31和螺纹盲孔32，所述定位孔31用于固定螺线管1，所述螺纹盲孔32用于连接电缆。
本发明还提供了一种电弧加热器，所述电弧加热器包括上述的励磁线圈。
如图2所示，本发明实施例提供的一种螺线管2；
所述螺线管2由紫铜管绕制而成，可以根据对磁场强度的需求，可以绕制一层，也可以绕制多层。
需要说明的是，螺线管直径和壁厚可以由电流大小和冷却水流量确定。
需要进一步说明的是，螺线管外表面可以覆盖绝缘材料。
具体的，在该实施例中，螺线管2由T2紫铜管绕制而成，例如该励磁线圈中心位置需要磁感应强度0.1～0.3T，经过计算，确定由紫铜管绕制一层。
具体的，在该实施例中，例如励磁线圈需要通过最大电流5000A，冷却水流量500g/s，允许温升50℃，经过计算，确定螺线管通径10mm、壁厚1mm。
具体的，在该实施例中，可以在绕制之前将紫铜管退火，可以在紫铜管外均匀缠绕DMD绝缘纸，厚度1mm；绕制完成后，用纱布带将线圈缠紧；线圈整体浸绝缘漆3遍，每次浸漆后将线圈烘干。
工作时，冷却水通过接管嘴2进入紫铜管1，对紫铜管1进行冷却，避免紫铜管因发热而烧毁；电流在冷却状态下通过紫铜管形成磁场，对电弧施加磁场力，磁场力的一个分力推动电弧沿切向旋转，另一个分力推动电弧沿轴向移动，由于本发明的励磁线圈产生的磁场的大部分磁力线在励磁线圈内部平行穿过，因此与电弧作用产生的磁场力推动电弧弧根沿切向旋转的分力较大，推动电弧弧根轴向移动的分力较小，利于电弧弧根在电极内壁面安全位置快速旋转，并且由于紫铜管在励磁线圈中的使用，使线圈更加贴近电极表面，切向磁场分力进一步加强；增加紫铜管层数或增加电流时，电弧弧根会在电极内壁中间段快速旋转，保障电极安全。
如图3所示，本发明的一种实施方式中，接管嘴3为典型的高压焊接接管嘴形式。
需要说明的是，接管嘴所用材质便于与螺线管焊接，例如接管嘴可以由不锈钢或紫铜制成。
具体地，所述的接管嘴内径大于螺线管外径，以便于所述接管嘴和所述螺线管插接和焊接。
需要说明的是，接管嘴结构应便于与高压水管密封连接。
具体的，在该实施例中，接管嘴采用喇叭口结构与高压水管密封连接，该实施例中，接管嘴内径12.5mm，大于紫铜管外径12mm，便于插接焊接。
如图4所示，本发明的一种实施方式中，接线板3的导体可以采用紫铜材料，与紫铜制成的螺线管固定连接。
需要说明的是，接线板截面积应允许通过工作电流长时间工作，温升不超过100℃。
需要说明的是，接线板有定位孔和螺纹盲孔，便于固定励磁线圈并连接电缆。
具体的，在该实施例中，接线板长150mm，宽50mm，厚30mm，通过电流5000A，持续100s，温升20℃。
具体的，在该实施例中，接线板有通径12mm的装配孔与螺线管紧密配合并焊接。
本实施例所述励磁线圈工作时，冷却水通过接管嘴进入紫铜管，对紫铜管进行冷却，避免紫铜管因发热而烧毁；电流在冷却状态下通过紫铜管形成磁场，对电弧施加磁场力，磁场力的一个分力推动电弧沿切向旋转，另一个分力推动电弧沿轴向移动，由于本发明的励磁线圈产生的磁场的大部分磁力线在励磁线圈内部平行穿过，因此与电弧作用产生的磁场力推动电弧弧根沿切向旋转的分力较大，推动电弧弧根轴向移动的分力较小，利于电弧弧根在电极内壁面安全位置快速旋转，并且由于螺线管形式使线圈更加贴近电极表面，切向磁场分力进一步加强；增加螺线管层数或增加电流时，电弧弧根会在电极内壁中间段快速旋转，可以使励磁线圈在最大电弧电流5000A的工况下安全稳定运行。在电流5000A时，线圈轴线位置磁感应强度为0.5T，产生的磁场力使电弧弧根在电极中部快速旋转，保障电极安全。
本发明可以应用于飞行器防热结构考核地面模拟技术领域。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以适用于各种适合本发明的领域中，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出和描述的图例。
Claims (10)
1.一种励磁线圈，其特征在于，包括：
螺线管，所述螺线管的直径和管壁厚度呈预设条件设定；
两个接管嘴，所述两个接管嘴分别配置于所述螺线管的两端且与所述螺线管连通；
所述螺线管可通过所述接管嘴流通冷却水。
2.根据权利要求1所述的励磁线圈，其特征在于，所述预设条件由电流的大小和冷却水流量的大小确定。
3.根据权利要求1所述的励磁线圈，其特征在于，所述螺线管由紫铜管绕制至少一层。
4.根据权利要求1所述的励磁线圈，其特征在于，所述螺线管的两端分别配置有接线板。
5.根据权利要求4所述的励磁线圈，其特征在于，所述接线板由紫铜制成，且与所述螺线管固定连接。
6.根据权利要求1-5任一项所述的励磁线圈，其特征在于，所述螺线管外表面均匀覆盖有绝缘层。
7.根据权利要求1-5任一项所述的励磁线圈，其特征在于，所述的接管嘴内径大于紫铜管外径。
8.根据权利要求1-5任一项所述的励磁线圈，其特征在于，所述接管嘴由不锈钢制成。
9.根据权利要求4所述的励磁线圈，其特征在于，所述的接线板有定位孔和螺纹盲孔，所述定位孔用于固定螺线圈，所述螺纹盲孔用于连接电缆。
10.一种电弧加热器，其特征在于，所述电弧加热器包括权利要求1-9任一项所述的励磁线圈。
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