均匀加热的感应加热线圈的制作方法

文档序号:9801675阅读:1043来源:国知局
均匀加热的感应加热线圈的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开内容的实施方式总体上涉及防止飞机结冰系统,并且更具体地,涉及感应加热系统的线圈几何形状的实施方式,该感应加热系统采用连接至第一电力系统的一对线圈以及连接至第二电力系统的第三线圈,在基座板中产生均匀加热。确定线圈的几何形状以在线圈对和第三线圈之间提供零磁链,导致两个电力系统之间的最小耦合。
【背景技术】
[0002]用于飞机的感应加热防结冰系统通常结合有铁磁基座、一个或多个加热线圈和将AC电流提供给线圈的电源。对于机翼前缘加热,基座被包括在机翼前缘的防蚀片中或者紧邻防蚀片的后面放置并且与防蚀片处于良好的热接触。加热线圈紧邻基座的后面放置。当AC电流在线圈中流动时,通过线圈产生的磁场感应地耦合入铁磁基座中。利用基座中变化的磁通量,在基座中感应出电流,并且因为基座具有电阻率,所以在基座中产生焦耳加热。当基座内的焦耳加热的面加热功率大于从基座传递到外界周围环境的热量时,基座温度升高。感应加热概念在防结冰系统中具有几个优势。电力地,它非常高效,并且热量被立即传入运载工具的组件中,其中期望防止冰形成在运载工具上。还提供了便于安装并且需要很少的紧固件(如果有的话)的系统。
[0003]运载工具上的感应加热系统的设计约束促使了使用扁平线圈,诸如,螺旋扁平线圈。该线圈将通常遵循基座的轮廊,反过来基座的轮廊遵循表面的轮廓,期望防止在该表面上结冰,诸如,机翼前缘或者发动机舱的机头罩。螺旋扁平线圈的几何形状将总是产生其中磁场的切向分量最小的区域。因为这个区域的任一侧上的长丝中的电流流动处于相反方向,并且通过这些电流流动产生的磁场在线圈的中心处抵消,所以出现这个场最小值。在圆形的螺旋扁平线圈中,场最小值在螺旋的内部起点处。对于拉长的椭圆螺旋,场最小值沿着线圈中间中的线段出现。基座上的接近于线圈上的场最小值的区域将比基座的剩余部分加热得更少。入射磁场的法线分量在基座中产生最小热量。进一步地,运载工具上的热传递使得其主要横向于基座的厚度。此外,基座厚度是小的。因此,在基座内从基座的磁场是相当大的部分至基座的磁场是最小的部分进行的热传递是可忽略的。
[0004]由于这些物理操作条件,在基座上将总是存在相对冷点。流过整个线圈的电流必须足够将这个点保持在将形成冰的温度以上。这个电流远远超过需要将基座的其他部件保持在结冰温度以上,并且因此,如果基座的所有部件被加热为恰好足以保持其在结冰温度以上,则感应加热将比应该达到的效果差。此外,具有最大加热量的基座部件具有达到足够高的温度而热损坏运载工具的接近于基座的结构的潜力。
[0005]因此,理想的是,提供结构上的感应加热系统,其消除几何形状导致的冷点以在防止结冰系统中允许更均匀地加热基座。

【发明内容】

[0006]示例性实施方式提供了一种感应加热系统,其采用被安装为紧邻飞机的飞行表面的外部的铁磁基座。至少一个导电线圈被安装为紧邻铁磁基座。至少一个导电线圈通过具有第一频率的第一电源供电。至少一个补偿线圈被安装为紧邻铁磁基座,该至少一个补偿线圈具有被确定为关于至少一个导电线圈提供基本上净-零通量的几何形状并且被定位为在第一多个导电线圈不具有感应的感应加热覆盖范围的地方诱导感应加热。至少一个补偿线圈通过具有第二频率的第二 AC电源供电。
[0007]所公开的实施方式提供了一种提供均匀感应加热以用于飞机上的飞行表面的除冰和防结冰方法,其中,铁磁基座被设置为紧邻飞机的飞行表面的外部。第一多个导电线圈安装为紧邻铁磁基座以便感应地加热铁磁基座。至少一个补偿线圈被安装为紧邻铁磁基座,并具有被确定为关于至少一个导电线圈提供基本上净-零通量的几何形状并且被定位为在第一多个导电线圈不具有感应的感应加热覆盖范围的地方诱导感应加热。
【附图说明】
[0008]已经讨论的特征、功能和优势可以在本公开内容的各种实施方式中独立地实现或者可与其他实施方式结合,可以参考以下描述和附图了解本公开内容的更多细节。
[0009]图1A是机翼前缘上的感应加热系统基座和线圈的侧视截面图;
[0010]图1B是沿着图1A中的线“图1B-图1B”的翼展方向的部分截面图;
[0011]图1C是图1A的感应加热系统的后视图;
[0012]图2A是具有用于均匀加热的补偿线圈和关联电源的一对感应加热线圈的示意图;
[0013]图2B是图2A的感应加热线圈对和补偿线圈的截面图;
[0014]图2C是具有用于均匀加热的补偿线圈和可替代电源布置的感应加热线圈的示意图;
[0015]图3是具有用于均匀加热的一对补偿线圈的一对感应加热线圈的示意图;
[0016]图4A是使用用于机舱(nacelle)前缘的螺线管线圈的感应加热系统的后示图;
[0017]图4B是图4A的螺线管线圈感应加热系统的部分详细图;
[0018]图5是具有相关补偿线圈的螺线管线圈的部分详细图;以及,
[0019]图6是执行所公开的实施方式的用于飞机上的飞行表面除冰和防结冰的均匀感应加热的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0020]本文描述的实施方式提供了线圈几何形状,该线圈几何形状在整个基座上提供均匀加热。示例性实施方式采用串联的线圈对以沿着前缘的凸头线(nose line)提供最大加热。通过各个线圈对基座进行感应加热在远离前缘的位置处具有冷点。补偿线圈以相对于线圈对限定为零磁链的几何形状重叠在线圈对上,并且在线圈对的冷点处将热量提供给基座。补偿线圈通过电源供电,该电源与为线圈对供电的电源是相互独立的。补偿线圈的几何形状被预定为从链接至补偿线圈的线圈对提供的净磁通量基本上为零。这个几何形状是净-零通量耦合,并且线圈对和补偿线圈之间的互感是可以忽略的。通过对称,通过从补偿线圈发出的磁通量在线圈对上感应的总电压基本上为零。以此方式,这两个独立电源互不干扰。可以将螺旋扁平线圈或者环形缠绕的分段螺线管用作线圈,螺旋扁平线圈或者环形缠绕的分段螺线管可能在用于发动机舱的机头罩的防结冰系统中存在。
[0021]参考附图,在图1A中示出了基座和加热线圈对的侧视截面图,以用在机翼前缘的防结冰应用的一般构造中。运载工具运动的方向通常朝向图1A中的左侧。感应加热系统100具有基座110和加热线圈对120。基座110可以是金属板或者金属合金板。通过元件105指出前缘凸头线(nose line)。基座110遵循机翼前缘的轮廓。图1B中示出了由系统100的上部分的图1A中的线“图1B-图1B”表示的截面图,表明该轮廓延伸入页面,因为它将沿着机翼长度的一部分。如在沿着图1A中的线“图1C-图1C”的加热线圈对120的后视图中最佳看到的,线圈对120包括上线圈130和下线圈140。上线圈130具有电流导线135 ;并且下线圈140具有电流导线145。箭头示出了给定瞬间电流流动的相对方向。上线圈和下线圈通过导线150电连接,使得两个线圈在沿着凸头线105的相同方向上具有电流。通过上线圈130进行的基座的感应加热将导致冷点132,并且通过下线圈140进行的基座的感应加热将导致冷点142。对于线圈130和140的伸长螺旋,场最小值沿着线圈的中间中的线段出现。因为这个区域的任一侧上的长丝中的电流流动处于相反方向,并且通过这些电流流动产生的磁场在线圈的中心处抵消,所以这个场最小值出现。对于示出的实施方式,该对线圈采用具有方角的伸长的一对螺旋扁平线圈的形式。为了更好的视觉效果,图中的绕组数是稀疏的。在实际的实施方式中,绕组的螺旋形状和数量根据提供基座的期望感应加热的需要而改变。
[0022]图2A和图2B中示出了均匀加热的感应加热线圈的示例性实施方式的基本构造。感应加热系统200结合有图1A至图1C中描述的感应加热系统100的元件,添加有补偿线圈、第三线
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