一种笼式磁屏蔽电磁感应加热装置的制作方法

本发明涉及导电体管线中的流体加热、金属料筒内塑胶加热或低熔点导电材料的加热熔炼的技术领域，特别指笼式磁屏蔽电磁感应加热装置。

背景技术：

目前，在高寒地区，野外钢管输油管线，特别是稠油输送，虽在管线外包有隔热层，因冰冻而使管线堵塞的事情常有发生。在塑胶等行业，由于注塑或挤塑工艺的需求，塑胶原料需在有限的钢料筒长度内由低温加热到满足注塑或挤塑工艺要求的高温完成在末端喷嘴射出。现在常用的技术方法是采用发热电阻丝包裹加热或采用陶瓷红外线管包裹加热。这些技术和方法或多或少存在不足，有的能耗高、有的存在安全隐患、有的对温度的控制精度达不到工艺要求，有的致使环境温度大幅度升高而不环保。当然现在也有用电磁感应加热的，但由于技术局限仍有电磁泄露而影响周边环境的设备正常运行、或对人造成身体伤害，或因成本高昂，因而工业实际应用很少。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种笼式磁屏蔽电磁感应加热装置，包括：包覆设置于金属料筒外的隔热件以及设置于隔热件外部的半交变磁场源；

其中，半交变磁场源包括：用于通电产生交变磁场的交变磁场发生单元以及用于安装交变磁场发生单元的骨架；交变磁场发生单元由e形磁芯和设置于e形磁芯上的线圈组成。

在其中一个实施例中，交变磁场发生单元嵌装于骨架内侧，该交变磁场发生单元设置多个呈辐射状均匀分布360度圆周。

在其中一个实施例中，e形磁芯包括：中磁极、边磁极以及磁轭；线圈缠绕在中磁极的外周，线圈局部嵌于中磁极和边磁极之间并位于磁轭内侧。

在其中一个实施例中，线圈缠绕在中磁极的外周，局部嵌于中磁极和边磁极之间并处于磁轭内侧。

在其中一个实施例中，给交变磁场发生单元提供工频、中频、高频和超高频交变电源，交变磁场发生单元产生相应的工频、中频、高频和超高频交变磁场源。

在其中一个实施例中，骨架为半环状柱形结构，两件半环状柱形结构骨架构成整环封闭状骨架；交变磁场发生单元嵌装于骨架内侧，交变磁场发生单元辐射状均匀分布360度圆周，成为笼式磁屏蔽。

在其中一个实施例中，在两件半环状柱形结构的骨架构成的封闭状骨架的连接处还设有用于将其固定连接的装配组件。

在其中一个实施例中，e形磁芯含中磁极、边磁极和磁轭于一体，e形磁芯为高电阻高导磁材料。

在其中一个实施例中，隔热件包括：包覆设置于金属料筒外的隔热层以及设置在隔热层外的板状隔热块，板状隔热块设置于相邻的e形磁芯之间、线圈的内侧，更有效的保护线圈。

在其中一个实施例中，加热装置包裹设置在注塑机或挤塑机的金属料筒外表，可取代现有的电阻丝加热或红外管加热对料筒内的塑胶实施加热；加热装置包裹设置在输送流体的金属管线外，可实现对管线内的流体物质实施加热；加热装置包裹设置在坩埚外表，可实现对坩埚内的导电材料加热熔炼。

本发明有益效果如下：

本发明根据所提供的交变电源频率，采用工频、中频、高频和超高频的无热源感应加热技术；中、高频电磁感应加热速度快，效率高，环境无高温，不漏电，是最安全的防爆电加热方式；同时因采用国家环保总局规定的频率范围，所以对人体无害。

本发明根据所提供的交变电源频率采用工频、中频、高频和超高频电磁感应加热方式，由装配组件固定连接的两组骨架配合嵌装于该骨架上的半交变磁场源包裹在金属料筒外表，在交变磁场中金属料筒产生涡流而发热直接传导给料筒内的待加热物料，感应加热装置自身并不发热，节电效果好，使用寿命长。与目前采用的电热圈相比，节电至少达40％以上。

本发明的笼式磁屏蔽电磁感应加热装置有功效率高：本发明如用于朔胶压力成型加工的物料加热，则单个感应加热装置可替代原2－3个电热圈。本发明的笼式磁屏蔽电磁感应加热装置使用成本低，节省电能，维修量少。

本发明采用创造性的交变磁场发生单元嵌装于所述的环状柱形结构骨架内侧，所述的交变磁场发生单元辐射状均匀分布360度圆周，形成笼式磁屏蔽。

本发明的笼式磁屏蔽电磁感应加热装置对周边环境无电磁污染，环保，彻底解决了现有感应加热技术中漏磁大、污染环境的问题且高效节能。

本发明的笼式磁屏蔽电磁感应加热装置有效地解决了现有技术存在的能耗高、效率低、存在安全隐患，环境温度高，电磁泄露而影响周边环境的设备正常运行、或对人造成身体伤害等问题并有效的降低了制造成本。从而高效、节能、使用成本低、维修量少、寿命长、工作环境温度适中舒适、对外电磁泄露极少、对周边环境无电磁污染、环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明工作时的横截面结构示意图；

图2为本发明的装配组件及隔热件具体设置示意图；

图3为半交变磁场源截面示意图；

图4为交变磁场发生单元工作时半剖结构示意图；

图5为交变磁场发生单元结构示意图；

图6为本发明的e形磁芯结构示意图；

图7为本发明的交变磁场发生单元与金属料筒构成的单元瞬间工作磁路分布示意图；

图8为本发明的其中一个实施例骨架具体设置示意图。

具体实施方式

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、内、外，中心……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例1

参照图1和图3，一种笼式磁屏蔽电磁感应加热装置，包括：包覆设置于金属料筒外的隔热件20以及设置于隔热件20外部的半交变磁场源1；

其中，半交变磁场源1包括：用于通电产生交变磁场的交变磁场发生单元11以及用于安装交变磁场发生单元11的骨架12；交变磁场发生单元11由e形磁芯111和设置于e形磁芯111上的线圈112组成。

优选地，交变磁场发生单元11嵌装于骨架12内侧，该交变磁场发生单元11设置多个呈辐射状均匀分布360度圆周形成笼式磁屏蔽体，给所述的交变磁场发生单元11提供交流电流，在金属料筒内产生涡流对金属料筒进行感应加热从而加热金属料筒内的物料。

优选地，本发明还设有温控单元(图未示)，可对金属料筒内的物料加热温度实现精确控制。

参照图4～图6优选地，交变磁场发生单元11包括：e形磁芯111和线圈112。所述的e形磁芯111含中磁极111a、边磁极111b和磁轭111c于一体。

所述的线圈112缠绕在所述的中磁极111a的外周，所述的线圈112局部嵌于所述的中磁极111a和所述的边磁极111b之间并位于所述的磁轭111c内侧。

所述的e形磁芯111为高电阻高导磁材料。中磁极111a、边磁极111b是磁轭111c内侧凸起的齿。

本发明通过设置e形磁芯111的中磁极111a、边磁极111b和磁轭111c的通磁截面匹配，即使通过中磁极111a的磁通量经磁轭111c分流至两边磁极111b并导向金属料筒表层的磁通量理想平衡；e形磁芯111呈辐射状均匀分布360度包围金属料筒外周，形成完美的笼式磁屏蔽，阻挡交变磁场发生单元11产生的交变磁场辐射到外部空间达到理想屏蔽。实现环保理念。最大限度提高了磁效率，达到理想节能。

本发明通过绕金属料筒设置辐射均布的高电阻高导磁率的e形磁芯111，成为阻挡交变磁场向外非工作环境辐射而泄露的有效屏障，形成优良的笼式磁屏蔽而自身的涡流发热损耗极少。

参照图7，给交变磁场发生单元11提供交变电源，所述线圈112有交变电流流过，因电磁感应在e形磁芯111的中磁极111a中产生交变磁场，交变磁场的磁通从e形磁芯111的中磁极111a经过气隙隔热件20到金属料筒层(导磁又导电材料)，向两端分流再经气隙隔热层3分别进入两边磁极111b，经磁轭111c汇入中磁极111a，形成蝶形两股磁闭合回路。

交变磁场在金属料筒内因电磁感应产生无数的电流小涡流，使金属料筒本身因感生涡流自行发热，然后通过金属料筒传导热量来完成给料筒内的液态或固态非导电物料加热。在金属料筒被加热之时电磁感应加热装置自身并不发热，因此电磁热效率高，节能显著。另外，在电磁感应加热中，增加聚磁磁极，对同样的金属被加热体，在单位时间内获得同样的热能，所需的激磁电功率下降约25％，同时电磁线圈112损耗电功率降低约90％，且以高电阻高导磁材料的e形磁芯111为核心的交变磁场发生单元11及由其组成的感应加热单元，自身涡流热损耗极少。

优选地，给交变磁场发生单元11提供工频、中频、高频和超高频交变电源，交变磁场发生单元11产生相应的工频、中频、高频和超高频交变磁场源。因e形磁芯111采用高电阻高导磁率材料，因此，无论对于工频、中频、高频或超高频，交变磁场发生单元11的自身感应涡流损耗或磁滞损耗极其甚微，即本发明的笼式磁屏蔽电磁感应加热装置电磁热效率极高，节能极其显著。

结合图2，隔热件20包括：包覆设置于金属料筒外的隔热层3以及设置在隔热层3外的板状隔热块2，板状隔热块2设置于相邻的e形磁芯111之间、线圈112的内侧，更有效的保护线圈112。

优选地，电磁感应加热装置包裹设置在注塑机或挤塑机的金属料筒外表，可取代现有的电阻丝加热或红外管加热对料筒内的塑胶实施加热；加热装置包裹设置在输送流体的金属管线外，可实现对管线内的流体物质实施加热；加热装置包裹设置在坩埚外表，可实现对坩埚内的导电材料加热熔炼。

实施例2

参照图1图2和图8所示，与上述实施例的不同之处在于，骨架12为半环状柱形结构，两件半环状柱形结构骨架121构成整环封闭状骨架12；交变磁场发生单元11嵌装于骨架12内侧，交变磁场发生单元11辐射状均匀分布360度圆周，成为笼式磁屏蔽。

在两件半环状柱形结构骨架121构成的封闭状骨架12的连接处还设有用于将其固定连接的装配组件30，该装配组件30可以是用于将分体设置的任意部件进行固定装配的结构，如螺母配合螺杆和/或法兰。

更进一步优选地，该装配组件30由合页4和卡锁5组成，该合页4设置于两件半环状柱形结构骨架121构成的封闭状骨架12的其中一个连接处，该卡锁5设置于两件半环状柱形结构骨架121构成的封闭状骨架12的另一个连接处。所述的合页4联接两组所述的半交变磁场源1组成的电磁感应加热装置并由卡锁5紧固。通过设置合页4和卡锁5简化了安装步骤，使安装和检修过程得到简化。

所述的合页4联接两组所述的半交变磁场源1组成电磁感应加热装置；所述的隔热层3包裹着金属料筒，所述的感应加热单元环抱着所述的隔热层3，所述的电磁感应加热装置包围着金属料筒。

由于本发明采用合页4连接的两组半交变磁场源1结构为一个电磁感应加热装置，安装方便，并在管道和加热单元之间加隔热层3，更好地提高了热效率和保温效果，使工作环境温度适中舒适。

结合图6所示，工作时同一电磁感应加热装置中任意相邻两极(边磁极111b与边磁极111b、边磁极111b与中磁极111a、中磁极111a与中磁极111a)极性相异，磁极、磁轭111c的聚磁使交变磁场发生单元11产生的交变磁场经磁轭111c分流、磁极聚磁导向、高密度传递到金属料筒，内部磁路极短且始终畅通无阻。有研究表明：在电磁感应加热中，增加高磁导率的磁芯聚磁，对同样的金属被加热体，在单位时间内获得同样的热能，所需的激磁电功率下降约25％，同时交变磁场发生单元11损耗电功率降低约90％。因此，本发明的笼式磁屏蔽电磁感应加热装置效率高、节能效果极为显著。

根据本实施例进行进一步延伸，还可以将封闭状的骨架12设置由多个通过装配组件30连接的骨架模块(图未示)组成，只需要将任意相邻的骨架模块之间的装配组件30设置为可活动的锁紧机构即可实现便于运输、灵活安装的目的。

更进一步地，将上述骨架模块连接所用的装配组件30均设置可活动的锁紧机构，能够根据应用场景灵活调整最后成型的封闭状骨架12的大小。

因此，本发明能发挥最优的磁效率和热效率，达到最优的节能效果，即高效节能；具有精确的加热深度和加热区域，温度易于控制。本发明采用由合页4联接的两个半交变磁场源1组成的电磁感应加热装置结构设置，安装维护更为简洁、方便。在金属料筒被加热之时电磁感应加热装置自身并不发热，且有板状隔热块2对线圈112的再次保护，因此，本发明的笼式磁屏蔽电磁感应加热装置使用寿命更长。

本发明工作原理如下：

本发明利用电磁感应原理和焦耳定律将电能转换为热能的能量转换装置，当交变电流通过线圈112时，因电磁感应产生交变磁场，线圈112内的交变磁场通过e形磁芯111的中磁极111a聚磁导向透过隔热层3到金属料筒层(导磁又导电材料)，在金属料筒内产生无数的小涡流，使金属料筒本身因感生高频涡流自行发热，然后通过金属料筒传导热量来完成给料筒内的液态或固态非导电物料加热。

本发明的原理源自以下基础认知：电流流过导体具有热效应；焦耳定律；铁磁物质在交变磁通下具有磁滞损耗引起的热效应；空气对磁是一种导体，而且不会饱和；静态磁场b对被加热体没有影响；磁性材料导磁能力远远大于空气，几千倍甚至上万倍；磁性材料可以将线圈112内产生的磁通聚磁集中传导，也可以聚焦传导，从而降低了磁场发散，提高能量密度，减少漏磁影响，产生磁屏蔽；借助磁性材料可以提高感应空间内的磁感应强度、磁强速率即磁效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。