電磁感應加熱裝置的製作方法
2023-07-19 03:54:01
專利名稱：電磁感應加熱裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電磁感應加熱器技術領域，尤其涉及一種無需線圈冷卻系統的適合小型金屬圓管及金屬小型異型件小範圍加熱的電磁感應加熱裝置。
背景技術：
基於法拉第電磁感應原理，電磁感應加熱技術是使用提高交流電頻率的方法，令高速變化的交變電流流過線圈會產生交變的磁力線，磁力線穿透加熱對象形成迴路，在其橫截面內產生感應電流(即渦流)並形成熱效應，使被加熱工件迅速發熱，達到加熱金屬本身或者間接加熱與金屬接觸的其它材料的目的的一種技術，並被廣泛應用於金屬的熱處理領域、帶磁導電金屬材料的加熱或非導磁非導電材料的間接加熱領域以及民用的灶具(電磁爐)、熱水器及伴熱等廣泛的加熱領域。電磁感應加熱技術所涉及的重要組件是勵磁線圈，勵磁線圈可以採用導電性能優異的銅、銀或金，但限於銀、金兩種材料價格昂貴，所以一般採用銅線。勵磁線圈最重要的指標是電感，當頻率一定、功率要求一定時，電感量越小則電流要求越高，故而在中高頻感應加熱領域尤其是金屬熔煉、透熱領域，當採用低電感量(低於IOuH)的線圈時，一般採用較高的工作頻率(如40KHz IOOMHz)，同時電流要求高(一般超過60A)，受限於目前主要電子元器件電容器及IGBT的技術水平，在較高頻率下工作時，需要採用風冷或水冷方式強制冷卻，並採用較粗的空心銅管，及採用水冷或強風高速通過銅管循環冷卻的方式對銅管進行強制冷卻(線圈直徑小及高電流的情況下，還存在磁力線本身感應了銅管，銅材本身具有弱磁性並非無磁性，故而銅管感應發熱的情況，必須需要強制冷卻)。而採用高電感量的銅線多匝線圈時，能夠很方便繞制出所需的高電感量，同時電流相應可以降低，這樣線圈使用的銅線可以採用較細的銅線並設計不過載(電流低於線圈銅線額定準載電流)，由此則不需要採用水冷或風冷的強制冷卻措施，這就是民用電磁爐、塑機加熱領域以及大型工件加熱、伴熱領域所採用的技術方法。這裡面存在一個技術盲點，採用水冷銅管作為勵磁線圈的做法可以適合狹窄工件的加熱，但需要追加額外的水冷及風冷裝置，造成機器重量重，體積大，不便於攜帶；而採用高電感量的實芯銅線勵磁線圈的做法，機器體積及重量都很適合於便攜，但因電感量與繞線的匝數成正比，被加熱工件如果體積過小(比如直徑20 63mm的圓管，同時指定加熱區域的長度不超過30mm)，空間有限，難於繞制出的規定的電感量(匝數不足)，由於空間狹小，也難於選擇端面截面積較大的粗銅線，故很難適用於小工件狹小範圍的加熱。如中國專利號為ZL201020237693. 3的中高頻感應加熱多重密封緊固式管件、中國專利號為ZL201020237670. 2的中高頻感應加熱多重密封塑料管件、中國專利號為ZL201120138231.0的預承插感應加熱熔接塑料管件、中國專利號為ZL201120138204. 3的預承插感應加熱熔接塑料緊固式管件、中國專利號為ZL201020237685. 9的中高頻感應加熱塑料管件、中國專利號為ZL201020276351.0的一種緊固式管件、中國專利號為ZL201020188986. 7的多重密封熱熔緊固式管件，上述所有的管件結構，在採用中高頻電磁感應加熱技術對金屬加熱並間接加熱鋼塑複合管內外層塑料及管件的塑料時，均存在管件的實際需要受熱區域狹小的問題(尤其是DN16 63 mm直徑的管道所對應的管件，根據國家標準及城鄉建設行業標準，其管件的有效加熱長度一般僅為20 36mm，在如此狹小的空間繞制一般電磁感應控制器所要求的電感量(正常工作60 300uH,如民用的電磁爐則一般使用90uH的電感線圈)可能性極小，所以必須要求在2 10匝的線圈範圍即可以使電磁感應控制器開始工作，但即使10匝線圈，其電感量也很難超過20uH，若在這個線圈電感量範圍，電磁感應控制器需要十分複雜的設計，不但價格昂貴，國內也尚未掌握該電路技術且目前也沒有該應用。更重要的是在管道安裝時，當出現彎頭、三通插接到管道的一端的情況，圓形的勵磁線圈較難或非常不方便套到管件上去，所以要考慮將勵磁線圈切割並嵌入一個帶可開合裝置的夾具中，夾持管件感應加熱部位之時再用公母插頭將線圈斷開部分接成一體或者將勵磁線圈直接繞到管件上去，很顯然，公母插頭本身具有的寬度比較大，同時過多的線圈匝數會帶來線圈插接的時候非常麻煩、故障率高；在採用將勵磁線圈直接繞到管件上去時，勵磁線圈的匝數越少，則工作效率越高。所以要求勵磁線圈的匝數要越少越好，最好不要超過5匝(電感量通常不能超過10uH)，這樣，勵磁線圈在經常撥插的工作環境下才具有很好的可靠性，同時，直接繞制到管件上，才有更高的工作效率。事實上，以上類似的管件也可以採用帶水冷系統的中高頻電磁控制器(比如目前的高頻淬火、熔煉用的中高頻電磁控制器)，但很顯然，如果採用帶水冷或風冷系統的中高頻電磁控制器(注，風冷方式目前尚無成熟技術)，光是水冷系統就是數十公斤重，對於小型管道安裝領域以及需要便攜加熱的零部件加熱領域(比如汽車螺絲的拆卸)，由於不具有便攜性而無法頻繁移動，所以是完全不具有實用性的。國內目前所申請的專利以及技術人員所從事的研究中，在可攜式電磁感應加熱機器的研究方面，很少有人針對狹小空間或小型工件進行加熱的應用研究。所申請的一些專利技術主要針對的是電磁感應控制器的電路設計以及關於線圈的繞制方式，也有相當多的專利技術出現，但至少關於線圈的繞制方式這些技術均未充分考慮電磁控制器電路設計目前的技術水平，而且事實上都有一個假設前提就是勵磁線圈的電感量是可以按照電磁控制器的工作要求繞製成功的。電磁感應控制器主機方面，也沒有進行低電感量線圈能夠工作的應用研究。所以事實造成了涉及工件小範圍加熱的可攜式電磁控制器的設計空白。即使在汽車螺絲的加熱拆卸這種簡單的技術領域，目前也全部採用的是德國、瑞士進口的機器，價格十分昂貴。又如中國專利公開號為CN202123664U的管接夾具、電磁感應管接設備，以及中國專利申請號為ZL201110174570. 9的管接夾具、電磁感應管接設備和管道電磁管接方法，其中所涉及的夾具，在線圈的繞制上未作出說明，根據其應用領域為小型管件的安裝，由於其設計的夾具均未載明勵磁線圈的繞制方式(這是一項關鍵的技術點)，也同樣未顯示其線圈是具有斷開後再連接形成閉合結構的線圈，只能理解成採用的是平面繞制的弧狀線圈，經折彎後設置於夾具中，同時與電磁感應控制器相連接。很顯然，要達到電磁感應控制器所需要的線圈電感量，在未採用中高頻升流降壓變壓器的情況下，只能採用I平方毫米左右的細銅線，並繞制80 120匝達到電感要求60uH以上的基本電感要求，在如此狹小的空間裡，不但繞線困難，更重要的是，通過的電流將不超過5A，同時高頻電壓過高，不但發熱效率十分低下且手動夾持的概念令操作因高電壓變得更危險，容易引起人身傷害，要達到指定的管件安裝效果，所需時間也比較長(一般要到100秒左右)，而鋼管本身的高導熱性能，會將鋼塑複合管與管件插接部位以外的覆蓋在鋼管上面的塑料熔化，令安裝質量大受影響。而且，上述專利在線圈的周邊加上了密密麻麻的磁條，以增加工作時的磁通量也正是基於對於其工作效率無法提高、安裝質量不易控制的弱點的一個補充，但這種方式無法從根本上解決以上問題，而且夾具的製作將十分複雜。針對小型工件及鋼塑複合管安裝等小型產品的加熱或間接加熱領域，實際上，在進行管道安裝時，我們知道管道安裝中使用的管件包括具有一個熱接端的管件(如 法蘭、帶牙的直通、彎頭)，所謂熱接端即需要承插鋼塑複合壓力管道的埠 ；兩個熱接端的管件(如直通、彎頭、異徑直通、支端帶牙的三通)；三個熱接端的管件(如三通管件)；四個熱接端的管件(如四通管件)。因此，在進行管道安裝時，如果電磁感應加熱裝置只採用單個勵磁線圈，則需要通過單個勵磁線圈逐一將具有熱接端的管件與管材逐一熔接好，工作效率較低；而且，只採用單個勵磁線圈的電磁感應加熱裝置，其工作線圈電感量較低，成本較聞。
實用新型內容本實用新型的目的在於針對現有技術的不足而提供一種無需線圈強制冷卻系統、適合鋼塑複合壓力管與管件的安裝以及金屬小型異型件小範圍加熱、便於攜帶移動的電磁感應加熱裝置。為了實現上述目的，本實用新型提供一種電磁感應加熱裝置，包括電磁加熱控制器，還包括勵磁線圈組、中高頻變壓器，所述電磁加熱控制器的中高頻電輸出端與所述中高頻變壓器的輸入端電連接，所述中高頻變壓器的輸出端與所述勵磁線圈組電連接；所述勵磁線圈組為I個勵磁線圈、2個勵磁線圈串聯組成、3個勵磁線圈串聯組成或者4個勵磁線圈串聯組成；所述勵磁線圈的匝數為2 10匝，所述勵磁線圈是由高頻銅線繞制而成，且所述高頻銅線是由多股細銅線絞合而成。較佳地，所述勵磁線圈由高頻銅線螺旋繞制而成，且所述勵磁線圈呈圓柱空心狀。較佳地，還包括開合式的夾具，所述勵磁線圈為帶開口的圓柱狀空心勵磁線圈，所述帶開口的圓柱狀空心勵磁線圈對應置於開合式的夾具中，所述帶開口的圓柱狀空心勵磁線圈由高頻銅線繞制而成，且所述高頻銅線是由多股細銅線絞合而成的柔性高頻銅線，所述帶開口的圓柱狀空心勵磁線圈的斷開部分通過公母銅插頭式連接。較佳地，所述電磁加熱控制器設置有用於將市電轉換成直流電的整流電路、用於將直流電轉換成中高頻電的控制電路，所述整流電路的輸入端與所述電磁加熱控制器的市電輸入端電連接，所述整流電路的輸出端與所述控制電路的輸入端電連接，所述控制電路的輸出端與所述電磁加熱控制器的中高頻電輸出端電連接。較佳地，所述中高頻變壓器為升流降壓變壓器，所述中高頻變壓器的線匝比為10 I 1:1，所述中高頻變壓器的線圈採用高頻銅線繞制而成，且所述高頻銅線是由多股細銅線絞合而成。較佳地，所述細銅線為漆包銅線或鍍銀銅線，且所述細銅線的截面積為2 40平
方毫米。[0016]較佳地，所述電磁加熱控制器和所述中高頻變壓器為內置於一個箱體中。本實用新型有益效果在於由於本實用新型採用由多股細銅線絞合的高頻銅線繞制而成勵磁線圈，所以本實用新型無需採用線圈強制冷卻系統，使本實用新型在使用時便於攜帶移動；而且，本實用新型的中高頻變壓器可以補充勵磁線圈電感量的不足，使本實用新型可以在狹小的空間繞制出合適的勵磁線圈，從而使本實用新型適合鋼塑複合壓力管與管件的安裝以及金屬小型異型件小範圍加熱。進一步，本實用新型的勵磁線圈為帶開口的圓柱狀空心勵磁線圈，且帶開口的圓柱狀空心勵磁線圈對應置於開合式的夾具中，使本實用新型的勵磁線圈可以方便地應用於彎頭、三通插接到管道等情況的加熱熔接。
圖1為本實用新型實施例1的結構示意圖。圖2為本實用新型實施例1的結構原理圖。圖3為具有一個熱接端的管件的結構示意圖。圖4為本實用新型實施例2的結構原理圖。圖5為具有兩個熱接端的管件的結構示意圖。圖6為本實用新型實施例3的結構原理圖。圖7為具有三個熱接端的管件的結構示意圖。圖8為本實用新型實施例4的結構原理圖。圖9為具有四個熱接端的管件的結構示意圖。圖10為本實用新型實施例5的勵磁線圈的結構示意圖。圖11為本實用新型實施例5的勵磁線圈的側面結構示意圖。圖12為本實用新型實施例5的勵磁線圈的分解示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步的說明。實施例1請參考圖1和圖2，本實用新型提供一種電磁感應加熱裝置，包括電磁加熱控制器1、勵磁線圈組2、中高頻變壓器3，電磁加熱控制器I的中高頻電輸出端12與中高頻變壓器3的輸入端電連接，使電磁加熱控制器I可以將轉換得到的中高頻電輸出給中高頻變壓器3 ;中高頻變壓器3的輸出端與勵磁線圈組2電連接，使中高頻變壓器3可以將輸入的中高頻電升壓整流後，再輸出給勵磁線圈組2，由勵磁線圈組2通過電磁感應對工件進行加熱；在本實施例中，勵磁線圈組2為I個勵磁線圈21 ;如圖3所示，由於法蘭以及帶牙的直通、彎頭，這兩類型管件僅具有一個熱接端4，因此，本實施例的勵磁線圈組2採用I個勵磁線圈21，以對應於僅有一個熱接端4的管件的加熱熔接，其中，勵磁線圈21的匝數為2 10匝(例如本實施例選用的4匝)，勵磁線圈21是由高頻銅線211繞制而成，且高頻銅線211是由多股細銅線絞合而成，使本發明無需採用線圈強制冷卻系統，在使用時便於攜帶移動。在本實施例中，勵磁線圈21由高頻銅線211螺旋繞制而成，且勵磁線圈21呈圓柱空心狀，以針對規則的鋼管圓管加熱或鋼塑複合管的內外層塑料間接加熱。[0035]其中，電磁加熱控制器I設置有用於將市電轉換成直流電的整流電路、用於將直流電轉換成中高頻電的控制電路，整流電路的輸入端與電磁加熱控制器I的市電輸入端11電連接，整流電路的輸出端與控制電路的輸入端電連接，控制電路的輸出端與電磁加熱控制器I的中高頻電輸出端12電連接。其中，中高頻變壓器3為升流降壓變壓器，中高頻變壓器3的線匝比為10 :1 1:1，中高頻變壓器3的線圈採用高頻銅線211繞制而成，且高頻銅線211是由多股細銅線絞合而成。其中，細銅線為漆包銅線或鍍銀銅線，且細銅線的截面積為2 40平方毫米；勵磁線圈21的電感量在空載條件下為O.1 20 uH，其電感測試標準為使用數字電橋、IK Hz、串聯諧振檔條件下空載線圈所得出的數據。在本實施例中，電磁加熱控制器I和中高頻變壓器3為分開設置，當然，根據實際生產需要，所述電磁加熱控制器I和中高頻變壓器3也可以內置於一個箱體中，不僅限於為本實施例的結構。實施例2請參考圖4，為本發明的實施例2，本實施例與實施例1的不同之處在於，勵磁線圈組2為2個勵磁線圈21串聯組成；如圖5所示，由於等徑直通及異徑直通、彎頭、支端帶牙的三通型管件，該類型管件具有兩個熱接端4，因此，本實施例的勵磁線圈組2採用2個勵磁線圈21串聯組成，即採用多個勵磁線圈21串聯的形式，在電磁感應加熱裝置的電源通電時，能夠一次性將具有兩個熱接端4的管件與管材一次性熔接好，大幅提高工作效率。而且，採用多個勵磁線圈21串聯的形式，將提高勵磁線圈組2的電感量，工作線圈電感量越高，將提升整體熱效率，在中高頻變壓器3的設計選用中，則可以採用更低的線匝t匕，成本也大幅降低。本實施例的其它結構與實施例1相同，在此不再贅述。實施例3請參考圖6，為本發明的實施例3，本實施例與實施例1的不同之處在於，勵磁線圈組2為3個勵磁線圈21串聯組成；如圖7所示，由於等徑三通、異徑三通等管件，該類型管件具有三個熱接端4，因此，本實施例的勵磁線圈組2採用3個勵磁線圈21串聯組成，即採用多個勵磁線圈21串聯的形式，在電磁感應加熱裝置的電源通電時，能夠一次性將具有三個熱接端4的管件與管材一次性熔接好，大幅提高工作效率。而且，採用多個勵磁線圈21串聯的形式，將提高勵磁線圈組2的電感量，工作線圈電感量越高，將提升整體熱效率，在中高頻變壓器3的設計選用中，則可以採用更低的線匝t匕，成本也大幅降低。本實施例的其它結構與實施例1相同，在此不再贅述。實施例4請參考圖8，為本發明的實施例4，本實施例與實施例1的不同之處在於，勵磁線圈組2為4個勵磁線圈21串聯組成；如圖9所示，由於等徑四通、異徑四通等管件，該類型管件具有四個熱接端4，因此，本實施例的勵磁線圈組2採用4個勵磁線圈21串聯組成，即採用多個勵磁線圈21串聯的形式，在電磁感應加熱裝置的電源通電時，能夠一次性將具有四個熱接端4的管件與管材一次性熔接好，大幅提高工作效率。[0049]而且，採用多個勵磁線圈21串聯的形式，將提高勵磁線圈組2的電感量，工作線圈電感量越高，將提升整體熱效率，在中高頻變壓器3的設計選用中，則可以採用更低的線匝t匕，成本也大幅降低。本實施例的其它結構與實施例1相同，在此不再贅述。實施例5請參考圖10 12，為本發明的實施例5，本實施例與實施例1的不同之處在於，本實用新型還包括開合式的夾具23，勵磁線圈21為帶開口的圓柱狀空心勵磁線圈，帶開口的圓柱狀空心勵磁線圈對應置於開合式的夾具23中，帶開口的圓柱狀空心勵磁線圈由高頻銅線211繞制而成，且高頻銅線211是由多股細銅線絞合而成的柔性高頻銅線，帶開口的圓柱狀空心勵磁線圈的斷開部分通過公母銅插頭式連接。更具體地說，兩個半線圈22對應置於開合式的夾具23中，即一個半線圈22置於一個半圓形的夾具23中，另一個半線圈22置於另一個半圓形的夾具23中；兩個半線圈22的一端通過金屬摺疊件24連接，兩個半線圈22的另一端通過公母銅插頭式連接，例如一個半線圈22上設置公銅插251，另一個半線圈22上設置對應的母銅插252，以針對鋼塑複合管的內外層塑料間接加熱。本實施例的勵磁線圈21在使用時，只要先打開夾具23，使兩個半線圈22的一端打開，即公銅插251與母銅插252分離，再夾置鋼塑複合管等需要加熱的工件，使公銅插251與母銅插252互相插接，即兩個半線圈22閉合，構成閉合線圈，且鋼塑複合管等需要加熱的工件位於閉合線圈內，從而通過電磁感應原理對鋼塑複合管等需要加熱的工件進行加熱。由於本實施例的勵磁線圈21為開合式結構，因此可以方便地應用於彎頭、三通插接到管道等情況的加熱熔接。本實施例的其它結構與實施例1相同，在此不再贅述。最後應當說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對本實用新型保護範圍的限制，儘管參照較佳實施例對本實用新型作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，均屬本實用新型的保護範圍。
權利要求1.電磁感應加熱裝置，包括電磁加熱控制器，其特徵在於還包括勵磁線圈組、中高頻變壓器，所述電磁加熱控制器的中高頻電輸出端與所述中高頻變壓器的輸入端電連接，所述中高頻變壓器的輸出端與所述勵磁線圈組電連接；所述勵磁線圈組為I個勵磁線圈、2個勵磁線圈串聯組成、3個勵磁線圈串聯組成或者4個勵磁線圈串聯組成；所述勵磁線圈的匝數為2 10匝，所述勵磁線圈是由高頻銅線繞制而成，且所述高頻銅線是由多股細銅線絞合而成。
2.根據權利要求1所述的電磁感應加熱裝置，其特徵在於所述勵磁線圈由高頻銅線螺旋繞制而成，且所述勵磁線圈呈圓柱空心狀。
3.根據權利要求1所述的電磁感應加熱裝置，其特徵在於還包括開合式的夾具，所述勵磁線圈為帶開口的圓柱狀空心勵磁線圈，所述帶開口的圓柱狀空心勵磁線圈對應置於開合式的夾具中，所述帶開口的圓柱狀空心勵磁線圈由高頻銅線繞制而成，且所述高頻銅線是由多股細銅線絞合而成的柔性高頻銅線，所述帶開口的圓柱狀空心勵磁線圈的斷開部分通過公母銅插頭式連接。
4.根據權利要求1所述的電磁感應加熱裝置，其特徵在於所述電磁加熱控制器設置有用於將市電轉換成直流電的整流電路、用於將直流電轉換成中高頻電的控制電路，所述整流電路的輸入端與所述電磁加熱控制器的市電輸入端電連接，所述整流電路的輸出端與所述控制電路的輸入端電連接，所述控制電路的輸出端與所述電磁加熱控制器的中高頻電輸出端電連接。
5.根據權利要求1所述的電磁感應加熱裝置，其特徵在於所述中高頻變壓器為升流降壓變壓器，所述中高頻變壓器的線匝比為10 :1 1:1，所述中高頻變壓器的線圈採用高頻銅線繞制而成，且所述高頻銅線是由多股細銅線絞合而成。
6.根據權利要求1至5任意一項所述的電磁感應加熱裝置，其特徵在於所述細銅線為漆包銅線或鍍銀銅線，且所述細銅線的截面積為2 40平方毫米。
7.根據權利要求6所述的電磁感應加熱裝置，其特徵在於所述電磁加熱控制器和所述中高頻變壓器為內置於一個箱體中。
專利摘要本實用新型涉及電磁感應加熱器技術領域，尤其涉及一種電磁感應加熱裝置，其包括電磁加熱控制器、勵磁線圈組、中高頻變壓器，其中，勵磁線圈組為1個勵磁線圈、2個勵磁線圈串聯組成、3個勵磁線圈串聯組成或者4個勵磁線圈串聯組成；勵磁線圈的匝數為2～10匝，勵磁線圈是由高頻銅線繞制而成，且高頻銅線是由多股細銅線絞合而成，使本實用新型無需採用線圈強制冷卻系統，故本實用新型在使用時便於攜帶移動；而且，本實用新型的中高頻變壓器可以補充勵磁線圈電感量的不足，使本實用新型可以在狹小的空間繞制出合適的勵磁線圈，從而使本實用新型適合鋼塑複合管與配套管件的加熱安裝。
文檔編號H05B6/10GK202857028SQ201220528388
公開日2013年4月3日 申請日期2012年10月16日 優先權日2012年10月16日
發明者楊蒙 申請人:楊蒙