CN201191929Y - 一种产生均匀磁场的感应线圈 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公布了一种产生均匀磁场的感应线圈,包括螺旋形线圈,在螺旋形线圈一端设有圆盘形线圈,圆盘形线圈的外径大于或等于螺旋形线圈的直径,圆盘形线圈的底盘呈阿基米德螺线形。本实用新型综合了圆盘形线圈和螺旋形线圈的优点,在一定区域内形成均匀度较高的匀强磁场,且结构紧凑,易于制作。
Description
技术领域
本实用新型涉及电磁感应加热技术领域,特别是涉及产生均匀磁场的感应线圈。
技术背景
在电磁感应加热应用领域,感应器是整个感应加热系统的核心元件,其功能是将高频电源产生的能量高效率地传输到被加热样品。不同材料和尺寸的样品往往需要不同的感应器,其结构设计关系到加热温度及温度均匀性等工艺要求。经常用到的感应线圈,如螺线形线圈,圆盘形线圈,锥形线圈等。其中螺旋形线圈加热效率最高,但沿半径方向温度不均匀;圆盘形线圈适合圆片状样品的感应加热,由于线圈中心磁感应强度最低,也无法实现均匀加热;圆盘形线圈与螺旋形线圈复合形成的圆锥状线圈,可有效提高平面加热的均匀性。
在感应加热应用中经常需要用到均匀磁场实现均匀加热。单匝圆线圈电流可在圆心处形成点均匀磁场,实用价值不大。在实验中,经常使用一对半径相同的圆线圈,同轴放置且间距等于半径,组成亥姆霍兹线圈。两线圈间轴线上中点附近的场强是近似均匀的,可提供不太强的近似均匀磁场。实际应用中常用到长直螺线管或者密绕细螺绕环。长直螺线管内部磁场比较均匀且磁场强度易于控制,但其结构尺寸比例差异较大,利用率较低,效率不高。密绕细螺绕环指螺绕线圈紧密地并排绕在圆环上,其拉直后即为长直螺线管。螺绕环内部磁场近似均匀,但磁场为沿环周向,且其结构尺寸比例差异也较大。1985年授权的专利《能产生均匀磁场的马鞍型线圈》,其磁场比同样半径的赫姆荷兹线圈的均匀度高一个数量级以上,但结构比较复杂。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足,提供一种能够产生均匀磁场的感应线圈,该线圈结构简单,制作成本低。
一种产生均匀磁场的感应线圈,包括螺旋形线圈,在螺旋形线圈一端设有圆盘形线圈,圆盘形线圈的外径大于或等于螺旋形线圈的直径,圆盘形线圈的底盘呈阿基米德螺线形。
本实用新型考虑到螺旋形线圈和圆盘形线圈的磁场变化趋势,把两者组合,通过磁场叠加,获得在一定区域内的均匀磁场,该组合感应线圈结构紧凑,便于制作,大大提高了磁场的均匀性。
附图说明
图1为普通螺旋形线圈示意图;
图2为普通圆盘形线圈示意图;
图3为多匝螺旋形线圈内磁场分布图;
图4为圆盘形线圈磁场分布图;
图5为磁场变化曲线,图5(a)为图1所示螺旋形线圈从中心到边缘磁场变化曲线,图5(b)为图2所示圆盘形线圈从中心到边缘磁场变化曲线;
图6为本实用新型组合感应线圈结构图;
图7为本实用新型组合感应线圈纵切截面结构示意图;
图8为本实用新型组合感应线圈内的磁场分布图。
具体实施方式
本实用新型采用有限元分析软件对各种线圈作磁场分析,并通过螺旋形线圈和圆盘形线圈的组合,得到能形成均匀磁场的组合线圈。
图1示出了普通螺旋形线圈,图2示出了普通圆盘形线圈,圆盘形线圈底盘为阿基米德螺线形,外径也为72mm(图2)。分析4匝螺旋形线圈和圆盘形线圈,其磁场分布分别如图3和图4所示。图3显示4匝螺旋形线圈中心磁场较弱,而边缘磁场最强。图4显示圆盘形线圈中心磁场最强,而边缘磁场较弱。图5(a)显示4匝螺旋形线圈从中心到边缘磁场强度变化曲线,图5(b)显示圆盘形线圈从中心到边缘磁场变化曲线。
考虑螺旋形线圈和圆盘形线圈磁场变化趋势相反,可把两者组合,通过磁场叠加,则可以获得在一定区域内有均匀磁场的组合形线圈,如图6所示。组合形线圈的纵截面具体尺寸如图7所示,4匝螺旋形线圈采用直径为5mm的空心铜线管,螺旋形线圈半径为36mm(16mm+10mm+10mm),螺距为7mm。圆盘形线圈底盘为阿基米德螺线形,外径为72mm,与螺旋形线圈直径大小相同。
组合线圈的磁场分布如图8所示。一般感应加热均采用横模加热(即线圈产生的磁场与样品表面垂直),分析在不同的轴向高度(y轴方向)下,沿径向的磁通密度,并记录见表1。
表1
数据显示在同一高度(轴向上),磁场分布比较均匀,误差小于3%。在0.0185-0.0235mm较大的范围内,同一轴向上都可认为磁场均匀,即对样品在磁场中的对准要求不高。扁平状样品可安放于该区域。
该组合线圈可以为片(板)状样品的感应加热提供均匀磁场。线圈用直径为5mm的空心铜线管制作,底面为阿基米德螺线形,外径为72mm。上面为4匝螺线管,直径为72mm。线圈外面包以绝缘层,两头引出,和感应电源连接,实验时,铜线管通交流电,管内可通水冷却。
Claims (1)
1.一种产生均匀磁场的感应线圈,包括螺旋形线圈,其特征在于,在螺旋形线圈一端设有圆盘形线圈,圆盘形线圈的外径大于或等于螺旋形线圈的直径,圆盘形线圈的底盘呈阿基米德螺线形。
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C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
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