RU2072118C1 - Индуктор для нагрева ферромагнитного материала - Google Patents
Индуктор для нагрева ферромагнитного материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2072118C1 RU2072118C1 RU95108390A RU95108390A RU2072118C1 RU 2072118 C1 RU2072118 C1 RU 2072118C1 RU 95108390 A RU95108390 A RU 95108390A RU 95108390 A RU95108390 A RU 95108390A RU 2072118 C1 RU2072118 C1 RU 2072118C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gap
- inductor
- frame
- induction heater
- heating
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/36—Coil arrangements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
Abstract
Использование: при сварке и резке ферромагнитных материалов, разогреве иных материалов через контакт с ферромагнитным слоем. Сущность изобретения: индуктор выполняется в виде катушки, намотанной на торообразный каркас, поперечное сечение которого переменное и уменьшается к выполненному в каркасе зазору. Этот участок индуктора предназначен для создания локального нагрева, например, в зоне сварки. Индуктор содержит еще ряд особенностей, позволяющих концентрировать поле в области нагрева. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.
Description
Предложение применимо в сварке и резке ферромагнитных материалов, технологическом разогреве иных материалов через контакт с ферромагнитным слоем.
Аналогом заявленного индуктора выбран токоприемник индукционных токов (патент РСТ/WO/92/07680/92.05.14/N 11), содержащий толстый металлический слой, нагреваемый ВЧ-токами, и диэлектрический материал, выбранный так, чтобы связать требуемое количество энергии в нем.
Недостатками токоприемника являются малая концентрация энергии (электромагнитной энергии) ЭМЭ индукционных токов, что может снижать температуру нагрева диэлектрического слоя, а тем самым и нагреваемого материала, а также малый КПД из-за диэлектрического второго слоя.
Вторым аналогом может служить измеритель мощности в бытовом счетчике, в котором образован замкнутый магнитный поток, проходящий через зазор в магнитном сердечнике, не меняющий своего направления при проходе алюминиевого тонкого диска. Диск вращается в этом зазоре благодаря токам Фуко, возникающим на частоте сети. Следует отметить, что основная часть мощности ЭМЭ идет не на вращение диска, а на нагрев самого сердечника, пропорциональный квадрату частоты и, следовательно, неприемлемый при высокочастотном нагреве.
Прототипом заявляемого индуктора выбран компактный индукционный электронагревательный аппарат для тонкой сварки (патент Германии N 4211680, кл. B 23K 13/01, 92.11.05), в котором резонансный контур с емкостными элементами и одновитковым индуктором предназначен для сварки тонких деталей.
Недостатками аппарата являются потери электромагнитного поля (ЭМП) на рассеяние вовне и невозможность повышения концентрации ЭМЭ в металле по сравнению как с одновитковым, так и традиционным многовитковым цилиндрическим сварочным индуктором.
Задачей настоящего предложения является устранение отмеченных в аналогах и прототипе недостатков, а именно резкое снижение потерь ЭМП на рассеяние вовне, увеличение плотности ЭМЭ в нагреваемом материале до предельно возможных значений при заданном объеме индуктора, увеличение по отношению к прототипу перевода полной ЭМЭ в активную (тепловую) за счет увеличения cosΦ..
Для решения первой задачи в индукторе предусмотрен торообразный каркас с навитой с минимальном рассеянием вовне обмоткой, внутри которого возбуждается и замыкается ЭМП, что значительно снижает его потери как за счет плотной намотки с перекрытием витков на всей длине каркаса, так и многослойной намотки на той же длине.
Для решения второй задачи в индукторе предусмотрен зазор для перехода ЭМП индуктора в нагреваемый материал, а поперечные сечения каркаса симметрично уменьшаются от наибольшего возможного сечения к принятым наименьшим возможным сечениям у зазора, что обеспечивает повышение концентрации ЭМП по сравнению с традиционными способами и прототипом. Для достижения наибольшей возможной концентрации отношение наибольшего сечения каркаса к сечениям его у зазора выполняется наибольшим возможным, а сам зазор находится под заданным углом к наименьшим возможным сечениям.
Для решения третьей задачи индуктор удерживается на расчетном расстоянии от нагреваемого материала, при этом виток, соединяющий обе части обмотки над зазором, обладает минимальным коэффициентом связи с нагреваемым материалом и не мешает ЭМП (разрешает) перейти в материал, а также уменьшает рассеяние ЭМП вне этого материала. При этом форма самого витка определена положением зазора на расчетном расстоянии от материала. Этим достигается предельно возможное согласование с длиной зазора и максимальный cosΦ,.
На фиг.1 показан индуктор с намоткой проводом круглого сечения; на фиг.2 индуктор со скачкообразным изменением сечения каркаса; на фиг.3 индуктор с ленточным каркасом.
Индуктор, представленный на фиг.1, содержит каркас 1, состоящий из двух симметричных половин с обмоткой проводом круглого сечения 2 (на фигуре пунктиром дано ее продолжение, обмотка показана частично). Сечение каркаса уменьшается от большего 3 до меньшего 4 у зазора 5 монотонно. На фиг.1 в качестве примера это сечение выбрано круглым (разрез по А-А). Виток 6 связывает обе половины обмотки над материалом 7, а зазор индуктора расположен над материалом на расстоянии 8 от него. Индуктор через клеммы 9 подключен к источнику переменного напряжения 10. Крепеж двух половин каркаса друг к другу показан двумя черными штрихами перпендикулярно оси его симметрии.
Индуктор, представленный на фиг.2, содержит каркас 1, набираемый симметрично из идентичных пар катушек индуктивностей различных диаметров, уменьшающихся скачкообразно по отношению друг к другу, включенных согласно и образующих обмотку 2 с максимальным сечением 3 и минимальными 4. У зазора 5 обе половины симметричной обмотки связаны витком 6.
Расположение индуктора относительно материала 7 на расстоянии 8 и подключение его клеммами 9 к источнику 10 такие же, как на фиг.1, и на фиг.2 не показаны.
Индуктор, представленный на фиг. 3, содержит обмотку 2, состоящую из частей, выполненных ленточной фольгой принятой толщины и, например, постоянной ширины с перекрывающимися витками. При этом коническим растянутым виткам придается заданная торообразная форма с максимальным 3 и минимальным 4 сечениями. У зазора 5 обе части соединены витком 6. Достаточная жесткость торообразной формы в этой конструкции достигается как за счет изолирующей пропитки, так конструкции витка 6 и его крепления относительно центрального витка с максимальным диаметром. Такое крепление может быть сделано, например, к общей диэлектрической шайбе (на фиг.3 не показано).
Расположение индуктора относительно материала 7 на расстоянии 8 и подключение его к клеммам 9 и к источнику 10 такие же, как на фиг.1 и 2, и поэтому на фиг.3 не показаны.
Индукторы, представленные на фиг. 1, 2 и 3, не отличаются по принципу работы.
Индуктор работает следующим образом. До сближения его с нагреваемым материалом 7 концы обмоток 2 через клеммы 9 поданы на источник переменного напряжения 10, благодаря чему внутри каркаса 1 формируется ЭМП, обладающее наибольшей концентрацией в сечениях 4 в районе зазора 5. При этом виток 6 способствует концентрации ЭМП в районе зазора 5. При сближении индуктора с ферромагнитным материалом 7 на расчетное расстояние 8 ЭМП из зазора переходит в материал 7, образуя в нем токи Фуко, разогревающие материал.
Благодаря заявленным отличительным признакам достигается технический результат: по сравнению с прототипом уменьшается потребляемая мощность питания при разогреве материала, например, при ведении сварочных работ за счет
уменьшения рассеяния ЭМП при его замыкании в индукторе как за счет плотной намотки с перекрытием витков на всей длине каркаса, так и многослойной на той же длине, а также положением зазора индуктора на расчетном расстоянии от нагреваемого материала, а наименьших поперечных сечений индуктора под заданными к нему углами;
увеличения до предельной для заданного объема индуктора концентрации ЭМЭ в наименьших поперечных его сечениях по сравнению с наибольшим его сечением за счет увеличения индукции (плотности ЭМП) в зазоре, а следовательно, и в нагреваемом материале согласно обратному отношению этих сечений;
увеличения cosΦ за счет наилучшего перевода полной ЭМЭ в активную (тепловую), который может быть достигнут установкой зазора на расчетном расстоянии от материала с наименьшими поперечными сечениями под заданным углами к зазору;
уменьшения рассеивания ЭМП вне нагреваемого ферромагнитного материала из-за соединяющего обмотку витка, форма которого определена положением зазора на расчетном расстоянии от материала и минимальным коэффициентом связи с ним, разрешающим практически полный переход магнитного потока в материал и его разогрев.
уменьшения рассеяния ЭМП при его замыкании в индукторе как за счет плотной намотки с перекрытием витков на всей длине каркаса, так и многослойной на той же длине, а также положением зазора индуктора на расчетном расстоянии от нагреваемого материала, а наименьших поперечных сечений индуктора под заданными к нему углами;
увеличения до предельной для заданного объема индуктора концентрации ЭМЭ в наименьших поперечных его сечениях по сравнению с наибольшим его сечением за счет увеличения индукции (плотности ЭМП) в зазоре, а следовательно, и в нагреваемом материале согласно обратному отношению этих сечений;
увеличения cosΦ за счет наилучшего перевода полной ЭМЭ в активную (тепловую), который может быть достигнут установкой зазора на расчетном расстоянии от материала с наименьшими поперечными сечениями под заданным углами к зазору;
уменьшения рассеивания ЭМП вне нагреваемого ферромагнитного материала из-за соединяющего обмотку витка, форма которого определена положением зазора на расчетном расстоянии от материала и минимальным коэффициентом связи с ним, разрешающим практически полный переход магнитного потока в материал и его разогрев.
Оценочные расчеты показывают, что применение предложенного индуктора, например, в сварке может дать качественный шов при его глубине 4 мм, ширине 3 мм и потребление из сети полной мощности значительно ниже 100 Вт.
Claims (1)
1. Индуктор для нагрева ферромагнитного материала, содержащий питаемую переменным током катушку, расположенную на расчетном расстоянии с одной стороны нагреваемого материала, отличающийся тем, что катушка снабжена торообразным каркасом, выполненным с зазором, причем поперечное сечение каркаса симметрично и уменьшается к зазору, отношение наибольшего и наименьшего сечений выбрано максимально возможным, а плоскости наименьших сечений расположены под заданными углами к зазору, катушка навита по всей длине каркаса с обеспечением минимального рассеяния, соединена через зазор витком, форма которого определена минимальным коэффициентом связи с ферромагнитным материалом.
2, Индуктор по п.1, отличающийся тем, что каркас образован самой обмоткой из ленты с перекрывающимися витками.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95108390A RU2072118C1 (ru) | 1995-05-23 | 1995-05-23 | Индуктор для нагрева ферромагнитного материала |
PCT/RU1996/000120 WO1996038020A1 (fr) | 1995-05-23 | 1996-05-14 | Inducteur |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95108390A RU2072118C1 (ru) | 1995-05-23 | 1995-05-23 | Индуктор для нагрева ферромагнитного материала |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2072118C1 true RU2072118C1 (ru) | 1997-01-20 |
RU95108390A RU95108390A (ru) | 1997-04-20 |
Family
ID=20168057
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95108390A RU2072118C1 (ru) | 1995-05-23 | 1995-05-23 | Индуктор для нагрева ферромагнитного материала |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2072118C1 (ru) |
WO (1) | WO1996038020A1 (ru) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8292879B2 (en) | 2009-04-17 | 2012-10-23 | Domain Surgical, Inc. | Method of treatment with adjustable ferromagnetic coated conductor thermal surgical tool |
US8617151B2 (en) | 2009-04-17 | 2013-12-31 | Domain Surgical, Inc. | System and method of controlling power delivery to a surgical instrument |
US8858544B2 (en) | 2011-05-16 | 2014-10-14 | Domain Surgical, Inc. | Surgical instrument guide |
US8915909B2 (en) | 2011-04-08 | 2014-12-23 | Domain Surgical, Inc. | Impedance matching circuit |
US8932279B2 (en) | 2011-04-08 | 2015-01-13 | Domain Surgical, Inc. | System and method for cooling of a heated surgical instrument and/or surgical site and treating tissue |
US9078655B2 (en) | 2009-04-17 | 2015-07-14 | Domain Surgical, Inc. | Heated balloon catheter |
US9107666B2 (en) | 2009-04-17 | 2015-08-18 | Domain Surgical, Inc. | Thermal resecting loop |
US9131977B2 (en) | 2009-04-17 | 2015-09-15 | Domain Surgical, Inc. | Layered ferromagnetic coated conductor thermal surgical tool |
US9265556B2 (en) | 2009-04-17 | 2016-02-23 | Domain Surgical, Inc. | Thermally adjustable surgical tool, balloon catheters and sculpting of biologic materials |
US9526558B2 (en) | 2011-09-13 | 2016-12-27 | Domain Surgical, Inc. | Sealing and/or cutting instrument |
US10357306B2 (en) | 2014-05-14 | 2019-07-23 | Domain Surgical, Inc. | Planar ferromagnetic coated surgical tip and method for making |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1172784B (de) * | 1963-07-27 | 1964-06-25 | Aeg | Induktor |
DE2012301C3 (de) * | 1970-03-14 | 1974-02-07 | Siemens Ag, 1000 Berlin U. 8000 Muenchen | Einrichtung zur induktiven Vorwärmung der Schweißkanten eines mit Hochfrequenz nahtzu schweißenden Rohres |
US4694134A (en) * | 1985-05-28 | 1987-09-15 | Ajax Magnethermic Corporation | Apparatus for overheating edges of skelp for the production of compression welded pipe |
US4789767A (en) * | 1987-06-08 | 1988-12-06 | Metcal, Inc. | Autoregulating multi contact induction heater |
SU1637028A1 (ru) * | 1988-06-30 | 1991-03-23 | Предприятие П/Я М-5593 | Индукционный нагреватель дл локального нагрева поверхностей деталей |
-
1995
- 1995-05-23 RU RU95108390A patent/RU2072118C1/ru active
-
1996
- 1996-05-14 WO PCT/RU1996/000120 patent/WO1996038020A1/ru active Search and Examination
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Патент Германии N 4211680, кл. B 23K 13/01, 1922. * |
Cited By (38)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9131977B2 (en) | 2009-04-17 | 2015-09-15 | Domain Surgical, Inc. | Layered ferromagnetic coated conductor thermal surgical tool |
US9730749B2 (en) | 2009-04-17 | 2017-08-15 | Domain Surgical, Inc. | Surgical scalpel with inductively heated regions |
US8377052B2 (en) | 2009-04-17 | 2013-02-19 | Domain Surgical, Inc. | Surgical tool with inductively heated regions |
US8414569B2 (en) | 2009-04-17 | 2013-04-09 | Domain Surgical, Inc. | Method of treatment with multi-mode surgical tool |
US8419724B2 (en) | 2009-04-17 | 2013-04-16 | Domain Surgical, Inc. | Adjustable ferromagnetic coated conductor thermal surgical tool |
US8425503B2 (en) | 2009-04-17 | 2013-04-23 | Domain Surgical, Inc. | Adjustable ferromagnetic coated conductor thermal surgical tool |
US8430870B2 (en) | 2009-04-17 | 2013-04-30 | Domain Surgical, Inc. | Inductively heated snare |
US8491578B2 (en) | 2009-04-17 | 2013-07-23 | Domain Surgical, Inc. | Inductively heated multi-mode bipolar surgical tool |
US8292879B2 (en) | 2009-04-17 | 2012-10-23 | Domain Surgical, Inc. | Method of treatment with adjustable ferromagnetic coated conductor thermal surgical tool |
US8523852B2 (en) | 2009-04-17 | 2013-09-03 | Domain Surgical, Inc. | Thermally adjustable surgical tool system |
US8523850B2 (en) | 2009-04-17 | 2013-09-03 | Domain Surgical, Inc. | Method for heating a surgical implement |
US8523851B2 (en) | 2009-04-17 | 2013-09-03 | Domain Surgical, Inc. | Inductively heated multi-mode ultrasonic surgical tool |
US8617151B2 (en) | 2009-04-17 | 2013-12-31 | Domain Surgical, Inc. | System and method of controlling power delivery to a surgical instrument |
US11123127B2 (en) | 2009-04-17 | 2021-09-21 | Domain Surgical, Inc. | System and method of controlling power delivery to a surgical instrument |
US10639089B2 (en) | 2009-04-17 | 2020-05-05 | Domain Surgical, Inc. | Thermal surgical tool |
US10441342B2 (en) | 2009-04-17 | 2019-10-15 | Domain Surgical, Inc. | Multi-mode surgical tool |
US9078655B2 (en) | 2009-04-17 | 2015-07-14 | Domain Surgical, Inc. | Heated balloon catheter |
US9107666B2 (en) | 2009-04-17 | 2015-08-18 | Domain Surgical, Inc. | Thermal resecting loop |
US8506561B2 (en) | 2009-04-17 | 2013-08-13 | Domain Surgical, Inc. | Catheter with inductively heated regions |
US10405914B2 (en) | 2009-04-17 | 2019-09-10 | Domain Surgical, Inc. | Thermally adjustable surgical system and method |
US9320560B2 (en) | 2009-04-17 | 2016-04-26 | Domain Surgical, Inc. | Method for treating tissue with a ferromagnetic thermal surgical tool |
US9265554B2 (en) | 2009-04-17 | 2016-02-23 | Domain Surgical, Inc. | Thermally adjustable surgical system and method |
US9265556B2 (en) | 2009-04-17 | 2016-02-23 | Domain Surgical, Inc. | Thermally adjustable surgical tool, balloon catheters and sculpting of biologic materials |
US9265555B2 (en) | 2009-04-17 | 2016-02-23 | Domain Surgical, Inc. | Multi-mode surgical tool |
US9265553B2 (en) | 2009-04-17 | 2016-02-23 | Domain Surgical, Inc. | Inductively heated multi-mode surgical tool |
US9220557B2 (en) | 2009-04-17 | 2015-12-29 | Domain Surgical, Inc. | Thermal surgical tool |
US10213247B2 (en) | 2009-04-17 | 2019-02-26 | Domain Surgical, Inc. | Thermal resecting loop |
US9549774B2 (en) | 2009-04-17 | 2017-01-24 | Domain Surgical, Inc. | System and method of controlling power delivery to a surgical instrument |
US8372066B2 (en) | 2009-04-17 | 2013-02-12 | Domain Surgical, Inc. | Inductively heated multi-mode surgical tool |
US10149712B2 (en) | 2009-04-17 | 2018-12-11 | Domain Surgical, Inc. | Layered ferromagnetic coated conductor thermal surgical tool |
US8932279B2 (en) | 2011-04-08 | 2015-01-13 | Domain Surgical, Inc. | System and method for cooling of a heated surgical instrument and/or surgical site and treating tissue |
US8915909B2 (en) | 2011-04-08 | 2014-12-23 | Domain Surgical, Inc. | Impedance matching circuit |
US9149321B2 (en) | 2011-04-08 | 2015-10-06 | Domain Surgical, Inc. | System and method for cooling of a heated surgical instrument and/or surgical site and treating tissue |
US8858544B2 (en) | 2011-05-16 | 2014-10-14 | Domain Surgical, Inc. | Surgical instrument guide |
US9526558B2 (en) | 2011-09-13 | 2016-12-27 | Domain Surgical, Inc. | Sealing and/or cutting instrument |
US11266459B2 (en) | 2011-09-13 | 2022-03-08 | Domain Surgical, Inc. | Sealing and/or cutting instrument |
US10357306B2 (en) | 2014-05-14 | 2019-07-23 | Domain Surgical, Inc. | Planar ferromagnetic coated surgical tip and method for making |
US11701160B2 (en) | 2014-05-14 | 2023-07-18 | Domain Surgical, Inc. | Planar ferromagnetic coated surgical tip and method for making |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU95108390A (ru) | 1997-04-20 |
WO1996038020A1 (fr) | 1996-11-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gu et al. | A study of volume and weight vs. frequency for high-frequency transformers | |
US10707011B2 (en) | Multilayer conductors with integrated capacitors and associated systems and methods | |
RU2072118C1 (ru) | Индуктор для нагрева ферромагнитного материала | |
US5376774A (en) | Low emission induction heating coil | |
US20040069774A1 (en) | Cooled induction heating coil | |
US10473381B2 (en) | High-frequency self-defrosting evaporator coil | |
WO2004047494B1 (en) | Induction heating work coil | |
JPS56127139A (en) | Heater for fluid in pipe | |
Rahimi-Kian et al. | Minimum loss design of a 100 kHz inductor with litz wire | |
Lu et al. | Application and analysis of adjustable profile high frequency switchmode transformer having a U-shaped winding structure | |
Carsten | Calculating the high frequency resistance of single and double layer toroidal windings | |
RU2226046C2 (ru) | Электроводонагреватель трансформаторного типа | |
CA1215147A (en) | Polyphase assembly | |
Murgatroyd | Some optimum shapes for toroidal inductors | |
JP2002043044A (ja) | 誘導加熱装置用加熱コイル | |
JPS62287591A (ja) | 誘導加熱調理器 | |
JPH0624983Y2 (ja) | 高周波加熱装置の昇圧トランス | |
RU2226045C2 (ru) | Электроводонагреватель трансформаторного типа | |
JPH0714557B2 (ja) | 電縫管製造用インピーダ | |
JPH06124844A (ja) | 磁気洩れ変圧器 | |
SU1522304A1 (ru) | Трансформатор | |
SU1762422A1 (ru) | Индукционное нагревательное устройство | |
KR0124979Y1 (ko) | 유도가열 조리기의 워킹코일 | |
JP3869892B2 (ja) | 電磁誘導加熱用コイル | |
JPS5952029B2 (ja) | 電縫管製造装置 |