[发明专利]电磁感应加热线圈

说明书

本发明涉及电磁感应线圈，其可方便地用于感应加热物体的装置中，同时涉及应用该线圈的感应加热的方法。

众所周知，磁性材料可以经耦合到其上的高频交变磁场被感应加热，该磁场由加在工作线圈上的交流电压产生，工作线圈由若干匝电导线或其他细长的电导体构成。当工作时，感应线圈起变压器的初级绕组的作用，而工件起次级绕组的作用。被加热的材料不是闭合电路的一部分，热的产生是由于工件中流动的感应电流。加热工件是内部能量损耗所致，对铁磁材料而言是由于电阻或磁滞损耗，这引起温度上升。导电金属管子被用作线圈导体，使工作时冷却液能通过线圈。实际的电压和频率将取决于若干因素，包括电源设备的大小和工件以及线圈的类型。感应加热过程的成功在很大程度上取决于起感应器作用的工作线圈的适当设计。当被加热的物体的尺寸和形状使它不能方便地通过线圈的端头沿线圈内轴插入和移动时，使用加热过程中完全围绕工件的感应线圈是不方便的。一种这样类型的物体是电导线束或电气配线。其少量部分被放置在线圈中，以对用来堵塞线束中空隙的材料进行感应加热，进而达到下文所述的目的。

上述不方便性可用侧面开口的线圈来减缓，被加热的物体可以沿与线圈内轴线垂直的方向移入和移出线圈，而不是在线圈是封闭的情况下不可避免地沿该内轴移出入线圈。例如，可以这样制作这种侧面开口的感应线圈，将合适的导体绕制成一个简单的矩形“薄饼”线圈，并绕平行于该矩形短边的中心线弯曲该薄饼线圈，以致该矩形的长边周围拱起，从而限定了按此法构成的侧面开口线圈的大体上U形或C形线圈的内空间。然而为接纳更大的工业加热物体，加大这样侧面开口的“弯薄饼”线圈的尺寸例如在汽车制造业中大于20mm直径的汽车电气配线现已成为普通时，要求使用不希望有的高电压和/或电流和/或频率的非常规的大发生器，以便在该线圈中产生足够大的强场。非常高的频率(例如：5MHz)有更多的缺点，在遥控工作时如果线圈由加长的(1到4米)挠性引线加到发生器上，则可呈现不能容忍的功率损耗。

本发明通过下法寻求解决这个问题，提供侧面开口的电磁感应线圈，线圈包含至少两个线圈分段(最好由导电的管子制成)电气上互相并联，其中所说的线圈分段包含围绕线圈内轴的弓形靠近部分，围绕线圈内轴的弓形远离部分和基本上按线圈内轴相同方向伸展的将靠近部分和远离部分彼此相连的连接部分，因而沿着线圈内轴方向它们之间存在间隔，其中所说线圈分段让至少一个另外所说线圈分段的靠近部分对准在第一线圈分段的靠近部分和远离部分之间的所说间隔中，同时所说另外的线圈分段的远离部分被对准在第一线圈分段的远离部分的外边。

由于用电气并联线圈分段构成线圈，本发明可巧妙地用小口径的管子或线径比较小的导线方便地制作所期望的较大的线圈，同时保持足够低的总线圈电感，这样的电感能够足以在由商用发生器可得到的高频率(例如，0.5-1.5MHz)上的比较低又安全的电压(例如，250V以下)来激励。例如CEIA的“Power Cube”(商标)，120V。1MHz，2.5KW的发生器有时被用于加热宝石行业中的小金属物体。

“靠近”和“远离”部分是指给定线圈的分段的部分，从线圈的一端沿线圈内轴看，对观察者来说它们分别为较近(靠近)和较远(远离)。提及绕线圈内轴“拱起”的靠近部分和远离部分。并不意味着限制拱起部分成任何专门的形状。可以设想角形拱起，例如形成矩形的三个边。虽然更弯曲的形状对于线圈中产生更均匀的场是可取的。在线圈内轴的任何一边弓形有“腿”，它以比较直线的形式从开口边伸长，然后围绕线圈轴线弯约180°，朝向另外一边的“腿”，可以很好的构成有合适深度和开边宽度的线圈，在线圈的整个内部空间内可以接纳相当大的物体。可以应用基本上是园的拱起，绕线圈中心轴的张角至少为180°，最好为225°，为270°亦可以。

可以理解，一个线圈分段的靠近(或远离)部分可以是不连续的，如果要求由连续线圈分段的两个自由端构成弓形。最好，自由端区域被配置得可以彼此充分靠近，以致任何不连续对使用时线圈产生的场的不均匀性的影响是小到可以允许的。另外，每个线圈分段的自由端可以被安置在前述的连接部分中，它允许由线圈分段导体的连续长度构成两个弓形段。可以想象线圈在每个分段的靠近部分和远离部分都会是不连续的。这样的线圈可以在线圈内轴的每一边上构成单独的分段。每个分段有靠近部分和远离部分，两个分段在该轴的相对侧绕着面对相应单独的线圈分段的轴拱起。但是这种结构将使电气连接和冷却液连接到一系列这样“左边”和“右边”重迭的线圈分段复杂化。因此，沿线圈轴一边伸展的连续线圈分段和沿着轴的另外一边的绕着该轴折回的拱起是较可取的。