SE452689B - Spole till induktionsugn - Google Patents

Description

20 25 452 689 Man vill i en spole ha förluster, som så nära som möjligt liknar förhållandet vid likström, dvs Ev 2 1 (v växelström, L likström).

RL 7 I figur Ä visas sambandet mellan Rv/RL och hjälpstorheten 5 (som är lika med förhållandet mellan bandtjockleken och inträngningsdjupet) vid olika antal lager n. Man ser att RV/RL = 1 för små värden på g . Vid ökande värden på g ökar RV/RL, och mera accentuerat ju flera lager n spolen inne- håller.

En konventionell spole i en induktionsugn består av ett kopparrör med vägg- tjooklek 2 inträngningsdjupet. Förlusteffekten är då ungefär Iika stor som för likström i en zon med ett djup lika med inträngningsdjupet. Förlust- effekten minskar inte om man ökar väggtjockleken.

'Om man däremot utför spolen i form av en "lakritsrulle" (eller klockfjäder) av band vars tjocklek är i erforderlig grad mindre än inträngningsdjupet och väljer ett så stort antal lager, eller varv, att den sammanlagda radi- ella tjockleken blir större än ett inträngningsdjup, kan man nedbringa förlusteffekten under den som fås vid en konventionell spole. Teoretiskt kan man nå en reduktion i förhållande inträngningsdjup/(sammanlagd radiell tjocklek).

Förhållandet mellan växelströms- och likströmsresistans beräknas enligt följande ekvation: R v g { n 2 2 n -_ = -' Q 2 [(h-1) + n ]- 3 2(n-1)-n (1) RL n a n=1 Qbn=1 där _ sinh 25 + sin 25 a ' cosh 22 - cos 25 _ sinh 5 cos E + cosh: sing Qb_ cosh 2 E - cos 2 E b = bandtjocklek n = antal lager, eller varv If 15 20 25 30 3 _ 452 689 Vid små värden på E fås V: V t; 1 n 2 n 2 2 1 _ .1- - n = 1 R -v E ' E [Zn '- 2n+1]"nš1 [an _ n _ n n =1 IT' Som exempel kan nämnas att inträngningsdjupet i koppar vid 50 Hz är 10 mm.

En konventionell spole för 50 Hz består av kopparrör med en väggtjocklek av ca 10 mm. Om man enligt uppfinningen bygger spolen i form av en "lak- ritsrulle“ av kopparband med tjocklek 1 mm och väljer 30 varv, så är för- lusteffekten i spolen enligt uppfinningen en tredjedel så stor som i en konventionell spole.

Ovanstående är i och för sig känd teknik. Ett problem vid tillämpningen av denna teknik på induktionsugnar och induktionsvärmare har varit att finna en praktiskt lämplig anordning för att kyla bort förlusterna i spolen och det värme som leds ut genom ugnens infodring. Problement löses enligt upp- finningen på så sätt att det innersta varvet utföres i form av en koppar- eller aluminiumplåt av större tjocklek, på vilken lödes ett eller flera kylrör i plan vinkelräta mot spolens axel. I mellanrummen mellan kylrören placeras "lakritsrullarna". Det axiella avståndet mellan kylrören väljes så att övertemperaturen på det varmaste stället mitt emellan spolarna blir tolerabel.

"Lakritsrullarna“ ansluts elektriskt till slutänden av det innersta varvet.

Rullarnas andra ände ansluts till utgående ledare. Antalet utgående ledare kan om man så vill anpassas till det antal kablar som man vill använda för strömtillförseln, eller parallellkopplas till en gemensam utledare.

Uppfinníngen är närmare exemplifierad i bifogade figurer, av vilka figur 1 visar en hel spole med tre delspolar, sedd från sidan, figur 2 en detalj vid denna spole (sektion 2-2 i figur 1), figur 3 en sektion 3-3 i figur 2, figur 4 förhållandet Rv/RL vid olika spolvarv (se ovan) och figur 5 ett fältstyrkescnema tvärs över en spole.

Spolen är visad i figur 1 med tre axiellt anordnade delspolar 1, 2, 3 och kylrör H för tillförsel av kylmedel till spolen, lämpligen till innervarven och delspolarna 1-3 axiellt skiljande kylrör 7, 8, 9. 5 är en kylrörsledning för bortförande av kylmedel och 6 en kylledning för spolens tilledare. 10 20 25 30 452 689 Som framgår av figur 2 och 3 består spolen av ett antal koncentriskt lindade varv 10 av elektriskt ledande material, exempelvis koppar, mellan vilka anordnats isolation 11, exempelvis i bandform. 12 är det mot smältan an- ordnade-innervarvet, vilket är tjockare än övriga varv och anslutet till en kylledning H, vilken samtidigt är strömledare. Frånledareför kylmedlet är 5.

Det inre varvet 12 är format cylindriskt eller svagt koniskt, och som nämnts på yßtepytan försett med de visade eller ett större antal parallella, kontinuerligt fästade kylrör (4-6), och mellan dessa rör och till inner- varvets 12 ena ände är fästade band 10. Dessa är som nämnts lindade med isolation 11, och även till innervarvet är anordnade isolation.

Delspolarna 1-3 är elektriskt parallellkopplade. Bandtjockleken skall enligt uppfinningen vara mindre än den genom bandet matade strömmens inträng- ningsdjup (6 ), härlett ovan. Lämpligen skall tjockleken vara väsentligt mindre, och för en femvarvsspole kan tjockleken vara högst 0,5 X 6 , för en 30-varvsspole 0,001 m.

Avståndet mellan ínnervarvets kylrör H, 5 och rören 7, 8, 9 skall vara sådana, att spolens samtliga värmeförluster kan ledas bort via nämnda kylrör. Innervarvet är öppet vid 13. Det yttersta varvet 1R är anslutet till kylröret 6.

Spolens innervarv har cylindrisk eller svagt konisk form. I synnerhet vid konisk form bör innerytan vara slät för att underlätta upplyftning av keramisk infodring eller degel 15 (figur 2). Kylrören är som nämnts anslutna till spolens innersta varv.

Ugnen kan vara utförd för frekvenser mellan 50 och 1000 Hz, varvid tjock- leken på banden göres mindre, på högre frekvenser I figur 5 visas fältstyrkans (H) förändring från varv till varv i spolen, från yttervärdet H0 till innervärdet Hn (mot smältan). I de smala band- varven (tjocklek < inträngningsdjup för strömmen) stiger H0 till H1 H2 Hn_1' och genom fördelningen på större koppararea kan Cu-förlusten som nämnts begränsas.

Uppfinningen enligt ovan kan varieras på mångahanda sätt inom ramen för nedanstående patentkrav.

Claims (5)

452 689 PATENTKRAV

1. Spole till induktionsugn för smältning och värmning, där spolen består av ett antal elektriskt ledande band (10) med en tjocklek, mindre än den genom bandet matade strömmens inträngníngsdjup (5), k ä n n e t e c k n a d därav, att antalet varv är minst tre, företrädesvis minst fem, varvid varje varv har en bandtjocklek av högst 0,6 gånger, företrädesvis högst 0,5 gånger strömmens inträngningsdjup, samt att kylrör (Ä) är anslutna till spolens innersta varv och/eller att axiellt mellan de olika delspolarna är anord- nade kylrör (7-9), förbundna med inlopps- och utloppsrör (H-5).

2. Spole enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att spolens innervarv (12) har cylindrisk eller svagt konisk form.

3. Spole enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att spolen (1) har en koniskt slät inneryta, underlättande urlyftning av keramisk in- fodring eller degel.

4. H. Spole enligt något eller några av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a d därav, att spolen är sammansatt av två eller flera inbördes axiellt anordnade flervarvsspolar (1-3) (delspolar), vilka inbördes är parallellkopplade.

5. Spole enligt något eller några av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a d därav, att de elektriskt ledande bandvarven är åtskilda av isolationsband eller andra isolationsmedel.