CN116110701A - 一种阶梯温度加热装置及其带绕铁芯涂层设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种阶梯温度加热装置及其带绕铁芯涂层设备，阶梯温度加热装置包括端面温度调控单元；端面温度调控单元用于布设在带绕铁芯轴向的两端，并紧贴靠在带绕铁芯的两个端面上；所述端面温度调控单元包括由吸热材料制成的蓄热模块，在带绕铁芯径向以及带绕铁芯最内圈到最外圈方向上，蓄热模块的吸热能力能力逐渐降低，用于带绕铁芯被加热时调控铁芯内外圈薄带的温度，并最终形成自外向内温度逐渐降低的阶梯温度。通过径向加热使得带绕铁芯的各层薄带之间缝隙增大，从而为后续的带绕铁芯整体浸入涂层液提供了基础条件，涂层液可以快速浸润全部薄带表面，达到整体浸润涂层的目的，提高了生产效率。

Description

一种阶梯温度加热装置及其带绕铁芯涂层设备

技术领域

本发明涉及金属薄带绕制铁芯技术领域，尤其是涉及一种阶梯温度加热装置及其带绕铁芯涂层设备。

背景技术

目前，软磁合金薄带绕制的铁芯，可以用于变压器、电感器、互感器等多种用途。在电力、电子、车辆、船舶、医疗、通讯、计算机、航空航天、国防军工等各类领域都有广泛的应用。

采用软磁合金薄带绕制铁芯，绝缘涂层处理是一个尤为重要的工序，通常Fe-Si硅钢薄带绕制铁芯需要进行硅酸盐成分的绝缘涂层，Ni-Fe坡莫软磁合金薄带绕制铁芯要进行氧化镁绝缘涂层，这是比较成熟的技术，在生产中广泛使用，性能指标可以满足绝大部分的实际工程需要。现有涂层技术是将薄带逐段涂层，逐段烘干的工艺，具有耗时长，效率低的缺点。如果将未涂层薄带绕制的铁芯整体浸润到涂层液中，会大大节省涂层时间。但是，实践证明由于带绕铁芯层与层之间紧密接触，涂层液很难将薄带表面全部浸润，即使在真空下浸润也很难做到浸润薄带全部表面，尤其靠近薄带的中心部位，将无法浸润。这主要是因为薄带在绕制铁芯过程中，层层相压，导致薄带层与层之间紧密接触，不能提供容纳绝缘液的缝隙。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阶梯温度加热装置及其带绕铁芯涂层设备，以解决现有技术中存在的至少一个上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种阶梯温度加热装置，包括：两个端面温度调控单元；

所述端面温度调控单元用于布设在带绕铁芯轴向的两端，并紧贴靠在带绕铁芯的两个端面上；所述端面温度调控单元包括由吸热材料制成的蓄热模块，在带绕铁芯径向以及带绕铁芯最内圈到最外圈方向上，蓄热模块的吸热能力能力逐渐降低，用于带绕铁芯被加热时调控铁芯内外圈薄带的温度，并最终形成自外向内温度逐渐降低的阶梯温度。

本申请采用环形特殊工装夹具，使得环形铁芯形成由外圈向内圈的温度递减的梯度型温度分布状态，其中周向加热装置的温度、时间以及铁芯外内圈温度差ΔT依据铁芯的大小和叠厚调整。

另外优选地，还包括夹持部件，用于将两个所述端面温度调控单元与铁芯固定连接。例如，利用两个夹持板和连接螺栓，自铁芯轴向两端将端面温度调控单元与铁芯夹持在两个夹持板之间，从而固定连接。

压实夹紧后，将铁芯和端面温度调控单元一同放入普通热处理炉。在热处理炉内，环形铁芯的外缘部分直接受到辐射、热对流作用被加热，而铁芯内环部分和蓄热块则被绝热耐火材料所屏蔽。因此，铁芯外缘部分温度快速上升，很快接近炉温，而由外缘部分传导给内环部分的热量中一部分又被蓄热块吸收，铁芯内环部分温度缓慢上升。并且，金属蓄热块设计成锥体或锥体型结构，进一步确保铁芯由外缘至内环的温度分布为递减的梯度规律。

进一步地，在包含所述带绕铁芯中心轴线的横截面上，所述蓄热模块形状为等腰三角形；

或者，所述蓄热模块形状为等腰梯形；等腰梯形上远离铁芯端面的上短边的长度不大于带绕铁芯的中心孔孔径。

进一步地，所述等腰梯形上贴在铁芯端面的下长边的长度不大于带绕铁芯的最外圈直径(即带绕铁芯的外圆直径)。

进一步地，所述端面温度调控单元还包括由绝热/隔热材料制成的隔热套，隔热套自外包裹住所述蓄热模块上所有非铁芯接触面。即所述蓄热模块上不与铁芯端面接触的部分都被隔热材料包裹住。

进一步地，还包括周向加热装置，所述周向加热装置套装在带绕铁芯的外圆上，用于对带绕铁芯的最外圈薄带进行加热。

进一步地，还包括中心冷却单元，中心冷却单元插装在所述带绕铁芯的中心孔内，用于对所述带绕铁芯的最内圈薄带进行冷却处理。

进一步地，所述中心冷却单元为热交换器。

进一步地，所述中心冷却单元为冷却管路，冷却管路插装在所述带绕铁芯的中心孔内；冷却液流过冷却管路，进而对带绕铁芯的最内圈薄带进行冷却。

冷却管路优选为金属管路，便于提高导热效率。

进一步地，还包括冷却液循环系统，用于循环向冷却管路供应冷却液。

进一步地，所述周向加热装置包括沿带绕铁芯布设的加热元件。加热元件为现有技术，例如电热板,电热带,电热缆,电热盘,电加热圈等，优选地，为呈螺旋型盘绕在带绕铁芯外圆周上的电加热丝。

进一步地，在高度方向上，所述加热元件的有效加热面完全覆盖带绕铁芯。即加热元件的有效加热面的高度大于等于带绕铁芯的厚度，带绕铁芯的外圆周面正对加热元件的有效加热面。

进一步地，所述带绕铁芯为硅钢薄带绕制铁芯、坡莫合金薄带绕制铁芯、非晶和纳米晶软磁合金薄带绕制铁芯。

铁芯外、内圈温度差ΔT可以根据铁芯的大小和叠厚调整并控制到要求范围。利用膨涨量与温度成正比的原理，使铁芯每层的膨胀量，由内圈到外圈逐层增大，这样会使铁芯各片层间都形成间隙，为涂层液填充留出空间。

另外，本发明还公开了一种带绕铁芯涂层设备，其还包括装有涂层液的容器，用于将利用所述阶梯温度加热装置加热后的带绕铁芯被完全浸没在容器涂层液内。

更为优选地，包括浸润涂层工作室，浸润涂层工作室内设置有所述容器；还包括抽真空装置，用于对浸润涂层工作室进行抽真空处理，进而维持浸润涂层工作室内的负压或真空环境。

铁芯在真空或负压状态下浸液涂层，迫使合金薄带间的气体分子排出，从而使得涂层更彻底和全面，避免部分合金薄带间无法浸入涂层液。

由于铁芯是由薄带绕制而成，径向热传导被片层间界面和空气隙阻隔，径向热量传导较慢，所以其外圈与内圈之间的温度阶梯可以在一定的程度上保持一定时间。由于相邻两层薄带均是外层温度略高于内层，所以外层的热胀涨量大于内层的热胀量，最终形成铁心片层间均出现间隙。在这种状态下对铁芯实施整体浸没式涂层，就可以实现薄带所有表面都有涂层液浸没的要求，从而实现铁芯整体快速片层间绝缘涂层。

进一步地，所述容器内设置有超声波发生装置，超声波发生装置发出的超声波通过涂层液作用在铁芯上，用于迫使涂层液更加活跃浸入合金薄带间的狭缝里，以及迫使合金薄带表面吸附的气体分子分离和溢出。

进一步地，涂层作业时，所述浸润涂层工作室的气压值为5Pa-100Pa。

进一步地，所述涂层液为氧化物绝缘材料溶液。

进一步地，还包括烘干设备，烘干设备包括烘干炉体、冷却风机、第一引风管和第二引风管；

浸润涂层液后的带绕铁芯被放入所述烘干炉体内，以及第一引风管和第二引风管之间；

所述烘干炉体用于对铁芯进行加热；

所述冷却风机、第一引风管、带绕铁芯和第二引风管在冷却风路上依次布设，用于冷却风对带绕铁芯至少部分内圈进行冷却。

冷却时，冷却风通过带绕铁芯的中心孔，或者，部分冷却风经铁芯的薄带间隙通过，从而形成一个自外向内烘干温度依次降低的加热环境。

进一步地，所述第一引风管和第二引风管为锥台型(或喇叭形)；

带绕铁芯被夹持在第一引风管和第二引风管之间，整体中间大两端小的鼓形。

以及通过控制冷却风温度，铁芯加热由外缘向内径向传导，进风温度低于炉腔内温度，造成环形铁芯由外到内处于递减梯度温度场。同时这种进风、排风的特殊工艺也有助于浸润涂层液自外圈向内圈逐层固化。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的一种径向阶梯温度加热装置，通过径向加热使得带绕铁芯的各层薄带之间缝隙增大，从而为后续的带绕铁芯整体浸入涂层液提供了基础条件，涂层液可以快速浸润全部薄带表面，达到整体浸润涂层的目的，提高了生产效率。

而带绕铁芯涂层设备一次性整体完成铁芯绝缘涂层制备，即在短时间内一次性完成构成铁芯全部合金薄带所有表面的绝缘涂层处理，极大地提高了涂层效率，同时获得低导磁率特性。这大大降低了高压脉冲和高压电源用低导磁率铁芯的制造成本，具有良好的实用性和优异的电磁性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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提供的阶梯温度加热装置结构示意图；

图2为本发明实施例2提供的阶梯温度加热装置结构示意图；

图3为本发明实施例3提供的带绕铁芯涂层设备的结构示意图；

图4为本发明实施例4提供的烘干设备的结构示意图；

附图标记：

10-铁芯；20-浸润涂层工作室；21-容器；30-抽真空装置；40-超声波发生装置；50-端面温度调控单元；51-蓄热模块；52-隔热套；53-周向加热装置；54-中心冷却单元；60-烘干炉体；61-第一引风管；62-第二引风管。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，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”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的一种阶梯温度加热装置，包括：两个端面温度调控单元50；端面温度调控单元50用于布设在带绕铁芯10轴向的两端，并紧贴靠在带绕铁芯10的两个端面上；端面温度调控单元50包括由吸热材料制成的蓄热模块51，在带绕铁芯10径向以及带绕铁芯10最内圈到最外圈方向上，蓄热模块51的吸热能力能力逐渐降低，用于带绕铁芯10被加热时调控铁芯10内外圈薄带的温度，并最终形成自外向内温度逐渐降低的阶梯温度。

本申请采用环形特殊工装夹具，使得环形铁芯10形成由外圈向内圈的温度递减的梯度型温度分布状态，其中周向加热装置的温度、时间以及铁芯10外内圈温度差ΔT依据铁芯10的大小和叠厚调整。

另外优选地本实施例还包括夹持部件(未示出)，用于将两个端面温度调控单元50与铁芯10固定连接。例如，利用两个夹持板和连接螺栓，自铁芯10轴向两端将端面温度调控单元50与铁芯10夹持在两个夹持板之间，从而固定连接。

压实夹紧后，将铁芯10和端面温度调控单元50一同放入普通热处理炉。在热处理炉内，环形铁芯10的外缘部分直接受到辐射、热对流作用被加热，而铁芯10内环部分和蓄热块则被绝热耐火材料所屏蔽。因此，铁芯10外缘部分温度快速上升，很快接近炉温，而由外缘部分传导给内环部分的热量中一部分又被蓄热块吸收，铁芯10内环部分温度缓慢上升。并且，金属蓄热块设计成锥体或锥体型结构，进一步确保铁芯10由外缘至内环的温度分布为递减的梯度规律。

其中，在包含带绕铁芯10中心轴线的横截面上，蓄热模块51形状为等腰三角形；或者，蓄热模块51形状为等腰梯形；等腰梯形上远离铁芯10端面的上短边的长度不大于带绕铁芯10的中心孔孔径。等腰梯形上贴在铁芯10端面的下长边的长度不大于带绕铁芯10的最外圈直径(即带绕铁芯10的外圆直径)。

将铁芯10和端面温度调控单元50一同放入普通热处理炉内，由于热量只能通过铁芯10外圈沿径向向内传递，热能在传递过程中会逐渐减少，同时利用蓄热模块51不断吸收传递过来的热量，并且随着沿径向不断向内，蓄热模块51吸热能力和吸收的热量也逐渐增加，从而使得内圈的薄带可吸收的热量逐渐减少，从而使得铁芯10的温度场呈阶梯状。

以及，端面温度调控单元50还包括由绝热/隔热材料制成的隔热套52，隔热套52自外包裹住蓄热模块51上所有非铁芯10接触面。即蓄热模块51上不与铁芯10端面接触的部分都被隔热材料包裹住。

铁芯10外、内圈温度差ΔT可以根据铁芯10的大小和叠厚调整并控制到要求范围。利用膨涨量与温度成正比的原理，使铁芯10每层的膨胀量，由内圈到外圈逐层增大，这样会使铁芯10各片层间都形成间隙，为涂层液填充留出空间。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：

如图2所示，本实施例提供的阶梯温度加热装置还包括周向加热装置53和中心冷却单元54，周向加热装置53套装在带绕铁芯10的外圆上，用于对带绕铁芯10的最外圈薄带进行加热。

中心冷却单元54插装在带绕铁芯10的中心孔内，用于对带绕铁芯10的最内圈薄带进行冷却处理。进一步地，中心冷却单元54为热交换器。例如，中心冷却单元54为冷却管路，冷却管路插装在带绕铁芯10的中心孔内；冷却液流过冷却管路，进而对带绕铁芯10的最内圈薄带进行冷却。冷却管路优选为金属管路，便于提高导热效率。利用冷却液循环系统循环向冷却管路供应冷却液，对内圈的薄带进行冷却。

周向加热装置53包括沿带绕铁芯10布设的加热元件。加热元件为现有技术，例如电热板,电热带,电热缆,电热盘,电加热圈等，优选地，为呈螺旋型盘绕在带绕铁芯10外圆周上的电加热丝。

在高度方向上，加热元件的有效加热面完全覆盖带绕铁芯10。即加热元件的有效加热面的高度大于等于带绕铁芯10的厚度，带绕铁芯10的外圆周面正对加热元件的有效加热面。

相对普通加热炉方式，周向加热装置53和中心冷却单元54的设置更有利于铁芯10阶梯状温度场的形成和维持。

实施例3

如图3所示，本实施例提供了一种带绕铁芯涂层设备，带绕铁芯涂层设备包括实施例1或2中的阶梯温度加热装置外，浸润涂层工作室20，浸润涂层工作室20内设置有装有涂层液的容器21。利用阶梯温度加热装置加热后的带绕铁芯10被完全浸没在容器21涂层液内。

更优选地，还包括抽真空装置30，用于对浸润涂层工作室20进行抽真空处理，进而维持浸润涂层工作室20内的负压或真空环境。涂层作业时，浸润涂层工作室20的气压值为5Pa-100Pa。涂层液为氧化物绝缘材料溶液。铁芯10在真空或负压状态下浸液涂层，迫使合金薄带间的气体分子排出，从而使得涂层更彻底和全面，避免部分合金薄带间无法浸入涂层液。

由于铁芯10是由薄带绕制而成，径向热传导被片层间界面和空气隙阻隔，径向热量传导较慢，所以其外圈与内圈之间的温度阶梯可以在一定的程度上保持一定时间。由于相邻两层薄带均是外层温度略高于内层，所以外层的热胀涨量大于内层的热胀量，最终形成铁心片层间均出现间隙。在这种状态下对铁芯10实施整体浸没式涂层，就可以实现薄带所有表面都有涂层液浸没的要求，从而实现铁芯10整体快速片层间绝缘涂层。

其中可选择地，容器21内可设置有超声波发生装置40，超声波发生装置40发出的超声波通过涂层液作用在铁芯10上，用于迫使涂层液更加活跃浸入合金薄带间的狭缝里，以及迫使合金薄带表面吸附的气体分子分离和溢出。

本发明通过径向加热使得带绕铁芯10的各层薄带之间缝隙增大，从而为后续的带绕铁芯10整体浸入涂层液提供了基础条件，涂层液可以快速浸润全部薄带表面，达到整体浸润涂层的目的，提高了生产效率。

而带绕铁芯10涂层设备一次性整体完成铁芯10绝缘涂层制备，即在短时间内一次性完成构成铁芯10全部合金薄带所有表面的绝缘涂层处理，极大地提高了涂层效率，同时获得低导磁率特性。这大大降低了高压脉冲和高压电源用低导磁率铁芯10的制造成本，具有良好的实用性和优异的电磁性能。

实施例4

本实施例与实施例3基本相同，不同之处在于：

如图4所示，本实施例提供一种带绕铁芯涂层设备还包括烘干设备，烘干设备包括烘干炉体60、冷却风机(未示出)、第一引风管61和第二引风管62；浸润涂层液后的带绕铁芯10被放入烘干炉体60内，以及第一引风管61和第二引风管62之间；烘干炉体60用于对铁芯10进行加热；冷却风机、第一引风管61、带绕铁芯10和第二引风管62在冷却风路上依次布设，用于冷却风对带绕铁芯10至少部分内圈进行冷却。

冷却时，冷却风通过带绕铁芯10的中心孔，或者，部分冷却风经铁芯10的薄带间隙通过，从而形成一个自外向内烘干温度依次降低的加热环境。

其中，第一引风管61和第二引风管62优选为锥台型(或喇叭形)；带绕铁芯10被夹持在第一引风管61和第二引风管62之间，整体中间大两端小的鼓形。

以及通过控制冷却风温度，铁芯10加热由外缘向内径向传导，进风温度低于炉腔内温度，造成环形铁芯10由外到内处于递减梯度温度场。同时这种进风、排风的特殊工艺也有助于浸润涂层液自外圈向内圈逐层固化。

为检验本申请的性能，采用本申请方法和普通的涂层方法进行试验比较，其中比较结果如下：

1)使用10毫米宽，0.05毫米厚冷轧1J85坡莫合金薄带，绕成内经40毫米，外径50毫米，高10毫米的铁芯。利用实施例4中方法和普通的涂层方法分别进行涂层试验。比较结果如下表：

可见，实施例保证了性能指标，生产效率大幅度提升。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种阶梯温度加热装置，其特征在于，包括：两个端面温度调控单元(50)；

所述端面温度调控单元(50)用于布设在带绕铁芯(10)轴向的两端，并紧贴靠在带绕铁芯(10)的两个端面上；所述端面温度调控单元(50)包括由吸热材料制成的蓄热模块(51)，在带绕铁芯(10)径向以及带绕铁芯(10)最内圈到最外圈方向上，蓄热模块(51)的吸热能力能力逐渐降低，用于带绕铁芯(10)被加热时调控铁芯(10)内外圈薄带的温度，并最终形成自外向内温度逐渐降低的阶梯温度。

2.根据权利要求1所述的阶梯温度加热装置，其特征在于，在包含所述带绕铁芯(10)中心轴线的横截面上，所述蓄热模块(51)形状为等腰三角形；

或者，所述蓄热模块(51)形状为等腰梯形；等腰梯形上远离铁芯(10)端面的上短边的长度不大于带绕铁芯(10)的中心孔孔径。

3.根据权利要求2所述的阶梯温度加热装置，其特征在于，所述等腰梯形上贴在铁芯(10)端面的下长边的长度不大于带绕铁芯(10)的最外圈直径。

4.根据权利要求1所述的阶梯温度加热装置，其特征在于，所述端面温度调控单元(50)还包括由绝热/隔热材料制成的隔热套(52)，隔热套(52)自外包裹住所述蓄热模块(51)上所有非铁芯(10)接触面。

5.根据权利要求1所述的阶梯温度加热装置，其特征在于，还包括周向加热装置(53)，所述周向加热装置(53)套装在带绕铁芯(10)的外圆上，用于对带绕铁芯(10)的最外圈薄带进行加热。

6.根据权利要求5所述的阶梯温度加热装置，其特征在于，还包括中心冷却单元(54)，中心冷却单元(54)插装在所述带绕铁芯(10)的中心孔内，用于对所述带绕铁芯(10)的最内圈薄带进行冷却处理。

7.根据权利要求6所述的阶梯温度加热装置，其特征在于，所述中心冷却单元(54)为冷却管路，冷却管路插装在所述带绕铁芯(10)的中心孔内；冷却液流过冷却管路，进而对带绕铁芯(10)的最内圈薄带进行冷却。

8.根据权利要求5所述的阶梯温度加热装置，其特征在于，所述周向加热装置(53)包括沿带绕铁芯(10)布设的加热元件。

9.一种基于权利要求1-8任一所述阶梯温度加热装置的带绕铁芯涂层设备，其特征在于，其还包括装有涂层液的容器(21)，用于将利用所述阶梯温度加热装置加热后的带绕铁芯(10)被完全浸没在容器(21)涂层液内。

10.根据权利要求9所述的带绕铁芯涂层设备，其特征在于，包括浸润涂层工作室(20)，浸润涂层工作室(20)内设置有所述容器(21)；还包括抽真空装置(30)，用于对浸润涂层工作室(20)进行抽真空处理，进而维持浸润涂层工作室(20)内的负压或真空环境。

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