一种可变圈数感应加热线圈的制作方法

本发明属于船舶建造领域，更具体地，涉及一种可变圈数感应加热线圈。

背景技术：

目前，线加热方法是船厂现有技术中针对船舶曲率板的使用规模较大的成型方法。所谓线加热法，是利用火焰或高频感应等线热源对板进行局部线状加热，利用局部热胀冷缩原理，使工件产生残余塑性变形，从而达到板弯曲成型的目的。在这一过程中，基于建造船舶结构对材料特性的要求，在线加热后的加热线上也可以辅助以喷水急降温，以提高成型效率。

然而，由于温度与材质之间的关系，实际的加工温度需要控制在一定的范围内，而现有的船舶曲率板的感应加热装置只能通过调节电流或电压来调节感应温度，调节能力有限，且不能调节感应加热区域范围，导致大曲率及厚板条件下的成型加工效率会受到影响，难以进一步提升。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可变圈数感应加热线圈，其目的在于，通过设置多匝线圈，利用导电片的位置切换实现不同线圈与电极的连接，改变接入电路的线圈匝数，从而能够以调节线圈匝数的方式调节热加工的温度及区域范围，有利于探究不同加热方式对板材的影响规律。

为了实现上述目的，本发明提供了一种可变圈数感应加热线圈，包括：线圈主体、绝缘座、电极组件以及导电片；

线圈主体包括n≥2匝直径不等的线圈和n-1个连接线；各个线圈由内到外逐圈排列，且由内到外依次命名为第i线圈，i＝1、2、...、j、...、n，1≤j≤n；每个线圈均具有一缺口，定义该缺口的两端分别为首端和尾端，第i线圈的尾端通过第i连接线连接第i+1线圈的首端，从而通过n-1个连接线将所有线圈由内到外依次串联；

绝缘座用于固定各个线圈，以保持各个线圈的相对位置固定；

电极组件包括第一电极板和第二电极板；第一电极板连接第一线圈的首端；第二电极板位于第j线圈至第n线圈的尾端正上方，且与第j线圈至第n线圈之间均预留有供导电片插入的间隙；

使用状态下，根据需要接入电路的线圈匝数k，将导电片插入第二电极板和第k线圈之间，以将第二电极板和第k线圈导通，从而通过改变导电片的插入位置来改变接入电路的线圈匝数，则线圈匝数k的可变范围为j≤k≤n。

进一步地，还包括限位连接柱组件和压紧组件；

限位连接柱组件包括至少两个连接柱，各连接柱互相平行，底端分别固定于不同的线圈上；

第二电极板具有凸出设置的导电压块，导电压块上设有与连接柱数量及位置一一对应的导向孔，各连接柱一一对应位于各导向孔内，连接柱为绝缘材料或者连接柱与导向孔之间设有绝缘套筒；

使用状态下，压紧组件与连接柱配合下压导电压块，以使导电压块、导电片和指定的线圈紧密接触。

进一步地，第j线圈至第n线圈的尾端各设有一个连接柱，使用状态下，压紧组件安装于对应导电片插入位置的连接柱上。

进一步地，连接柱顶端设有螺孔；压接组件包括压块和螺钉；使用时，螺钉与螺孔配合将压块安装于连接柱上，以调节压块对导电压块的压力。

进一步地，连接柱顶端设有外螺纹，压块上设有与该外螺纹匹配的螺纹孔。

进一步地，第一电极板内部设有第一电极液冷通道，第二电极板内部设有第二电极液冷通道；各个线圈及各个连接线均为中空管状构造，且中空部分串联形成线圈液冷通道；

线圈液冷通道的线圈冷却液入口位于第一线圈的首端，并与第一电极液冷通道的第一电极冷却液出口连通；线圈液冷通道的线圈冷却液出口位于第n线圈的尾端，并与第二电极液冷通道的第二电极冷却液入口通过绝缘管道连通；

第一电极液冷通道的第一电极冷却液入口用于工作时供冷却液流入，第二电极液冷通道的第二电极冷却液出口用于工作时供冷却液流出。

进一步地，导电压块为空心构造，第二电极液冷通道经过导电压块的空心部分。

进一步地，电极组件还包括绝缘板和绝缘连接组件；绝缘板设于第一电极板和第二电极板之间，且三者通过绝缘连接组件固定。

进一步地，绝缘连接组件包括绝缘螺栓和/或绝缘连接块；绝缘板、第一电极板和第二电极板三者通过绝缘螺栓连接固定；第一电极板和第二电极板均与绝缘连接块固定连接。

进一步地，各个线圈的形状为圆形或方形。

总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明的可变圈数感应加热线圈，结构简单，且可根据实际需求，直接通过改变导电片的安装位置，改变接入电路的线圈匝数，从而能够以调节线圈匝数的方式调节加热温度和加热区域范围，线圈匝数k可以在j～n的范围内任意调节，尤其适用于实验室环境下经常需要更换实验对象、实验条件和实验内容的场合，有利于探究不同加热方式对板材的影响规律。

2、设置连接柱对第二电极板进行导向限位，并采用压紧组件压紧导电压块和导电片，使得电接触更稳定，工作更稳定。

3、液冷通道串联贯通第一电极板、各个线圈和第二电极板，工作状态下能够直接对接外部的液冷设备对第一电极板、各个线圈和第二电极板进行散热降温，延长使用寿命。

4、将第一电极板、第二电极板以绝缘隔离的方式组装在一起，能够提升装置的紧凑性和稳定性，且便于整体安装和拆卸，简化平时的维护工作。

附图说明

图1为本发明优选实施例的结构分解示意图；

图2为图1的组装图；

图3为图1中线圈主体的平面剖视图；

图4为图1中电极组件的结构分解示意图；

图5为图4的另一视角；

图6为图2中电极组件、限位连接柱组件、导电片、压紧组件的组装剖视图；

图7为图1中电极组件的俯视图；

图8为图7的a-a剖视图；

图9为图7的b-b剖视图；

图10为图4中第二电极板的结构分解示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-线圈主体，2-绝缘座，3-绝缘连接块，4-电极组件，5-限位连接柱组件，6-导电片，7-压紧组件，11～14-第一～第四线圈，101～103-第一～第三连接线，1a-线圈液冷通道，1b-线圈冷却液入口，1c-线圈冷却液出口，41-第一电极板，42-第二电极板，43-绝缘板，411-第一电极冷却液入口，412-第一电极接口板，413-第一法兰，414-第一连接孔，415-第一电极液冷通道，416-第一电极冷却液出口，421-第二电极冷却液出口，422-导电压块，423-导向孔，424-第二电极冷却液入口，425-第二电极接口板，426-第二法兰，427-第二连接孔，428-第二电极液冷通道，51-绝缘套筒，52-连接柱，53-螺孔，71-压块，72-螺钉。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1～4所示，本发明的一种可变圈数感应加热线圈，其核心结构包括：线圈主体1、绝缘座2、电极组件4以及导电片6；线圈主体1包括n≥2匝直径不等的线圈和n-1个连接线；各个线圈由内到外逐圈排列，且由内到外依次命名为第i线圈，i＝1、2、...、j、...、n，1≤j≤n；每个线圈均具有一缺口，定义该缺口的两端分别为首端和尾端，第i线圈的尾端通过第i连接线连接第i+1线圈的首端，从而通过n-1个连接线将所有线圈由内到外依次串联；绝缘座2用于固定各个线圈，以保持各个线圈的相对位置固定；电极组件4包括第一电极板41和第二电极板42；第一电极板41连接第一线圈11的首端；第二电极板42位于第j线圈至第n线圈的尾端正上方，且与第j线圈至第n线圈之间均预留有供导电片6插入的间隙。

使用状态下，根据需要接入电路的线圈匝数k，将导电片6插入第二电极板42和第k线圈之间，以将第二电极板42和第k线圈导通，从而通过改变导电片6的插入位置来改变接入电路的线圈匝数，则线圈匝数k的可变范围为j≤k≤n。

在本发明的优选实施例中，取n＝4，j＝2，此时线圈有4圈，分别为第一～第四线圈，依次编号为11～14，连接线有3个，分别为第一～第三连接线，依次编号为101～103。导电片6的可插入位置为第二线圈至第四线圈，线圈匝数k的可变范围为2≤k≤4。可以理解，2≤n＜4及n＞4的情况均与本发明的优选实施例类似，直接根据实际的实验需求，于设计和制造阶段在优选实施例的基础上增减线圈数量、增减第二电极板42的长度即可，其基本结构及工作原理不变。本发明中，j、n决定了线圈匝数的可调范围。

优选地，为了更好地固定电极组件4和导电片6，如图1、及图4～6所示，本发明还包括限位连接柱组件5和压紧组件7；限位连接柱组件5包括至少两个连接柱52，各连接柱52互相平行，底端分别固定于不同的线圈上；第二电极板42具有凸出设置的导电压块422，导电压块422上设有与连接柱52数量及位置一一对应的导向孔423，各连接柱52一一对应位于各导向孔423内，连接柱52为绝缘材料或者连接柱52与导向孔423之间设有绝缘套筒51；使用状态下，压紧组件7与连接柱52配合下压导电压块422，以使导电压块422、导电片6和指定的线圈紧密接触。

优选地，第j线圈至第n线圈的尾端各设有一个连接柱52，使用状态下，压紧组件7安装于对应导电片6插入位置的连接柱52上，直接在相应位置压紧导电片6。由于连接柱52主要起导向和限位作用，在其他实施例中(未图示)，连接柱52数量也可以是其他数量，理论上至少一个连接柱52就可以对导电压块422进行导向和限位，而压紧组件7只要下压导电压块422就可以压紧导电片6，压紧组件7直接安装在导电片6正上方压紧效果最好。此外，还可以在导电片6上设置可拆卸例如以螺纹连接方式设置的绝缘手柄，更加便于导电片6的取放。

优选地，如图1和图6所示，连接柱52顶端设有螺孔53；压接组件7包括压块71和螺钉72；使用时，螺钉72与螺孔53配合将压块71安装于连接柱52上，以调节压块71对导电压块422的压力。本实施例中，压块71和螺钉72分体制造，压块71中心设有阶梯孔，以供螺钉72穿过和下压。在其他实施例中(未图示)，压块71和螺钉72也可以直接一体成型，还可以在连接柱52顶端设置外螺纹，压块7上设有与该外螺纹匹配的螺纹孔，此时可以省去螺钉72。

优选地，为了提升线圈本身的散热能力，提高其使用寿命，还可以为线圈设计液冷散热通道，以在使用时与液冷散热器连接，对线圈和电极进行降温。具体地，如图4～图10所示，在本实施例中，第一电极板41内部设有第一电极液冷通道415，第二电极板42内部设有第二电极液冷通道428；各个线圈及各个连接线均为中空管状构造，且中空部分串联形成线圈液冷通道1a；线圈液冷通道1a的线圈冷却液入口1b位于第一线圈11的首端，并与第一电极液冷通道415的第一电极冷却液出口416连通，优选地，采用绝缘管道(未图示)连通；线圈液冷通道1a的线圈冷却液出口1c位于第n线圈的尾端，并与第二电极液冷通道428的第二电极冷却液入口424通过绝缘管道连通；第一电极液冷通道415的第一电极冷却液入口411用于工作时供冷却液流入，第二电极液冷通道428的第二电极冷却液出口421用于工作时供冷却液流出。

在本实施例中，由于导电压块422的尺寸较大，优选地，如图10所示，本实施将导电压块422设为空心构造，第二电极液冷通道428经过导电压块422的空心部分，从而实现第二电极板422的整体充分散热。如图8及图10所示，本发明将第二电极板42分为多个部分独立制造，然后焊接组装。

在其他实施例中，如果导电压块422尺寸不大，或者对散热降温要求不高，也可以将导电压块422制成实心，第二电极液冷通道428直接从一侧穿过即可，或者还可以设置其他辅助散热措施以增强散热，例如散热翅片等。

此外，为了便于整体拆卸或组装，优选地，电极组件4还包括绝缘板43和绝缘连接组件；绝缘板43设于第一电极板41和第二电极板42之间，且三者通过绝缘连接组件固定，从而将第一电极板41和第二电极板42连接固定的同时，保持二者绝缘。绝缘连接组件有绝缘螺栓(未图示)和绝缘连接块3两种可以独立使用或者同时使用的结构形式，本实施例优选同时使用，具体地：

绝缘板43、第一电极板41和第二电极板42三者通过绝缘螺栓连接固定；第一电极板41和第二电极板42均与绝缘连接块3通过连接螺栓固定连接，连接螺栓可以是绝缘螺栓或导体。

本实施例中线圈形状优选为圆形。在其他实施例中(未图示)，各个线圈的形状可以是任意的形状，例如多边形、椭圆形等，也可以为圆形或方形，还可以直接由各个线圈及连接线串联成阿基米德螺旋线。此外，线圈和连接线还可以一体成型，例如采用铸造或方式先铸造或铣削出带有沟道的线圈主体下半部(类似于图3的剖视构造)，再通过焊接方式将沟道上部封口，得到一体成型的带有线圈液冷通道1a的线圈主体1。

由上述说明可知，本发明中的导电片6可根据需要安装在线圈主体的不同线圈上，从而将不同匝数的线圈接入电路，实现不同匝数感应线圈的加热效果。此外，本发明对线圈间距没有特殊要求，具体线圈的间距根据实验需要进行设计即可。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。