CN110246683A - 一种制作感应线圈的胎具及其用于线圈制作的方法 - Google Patents

Abstract

一种制作感应线圈的胎具，包括从上到下依次设置的多个直径调节盘，相邻直径调节盘之间设有用于调节匝距的立柱，各直径调节盘和立柱的中心点均在同一轴线上。本发明制作感应线圈的胎具可根据工况需要，选择不同直径、不同数量的控制模块来制作感应线圈，采用直径调节盘来保证每一匝线圈的内径和线圈的匝数，采用立柱来保证每一匝线圈之间的距离，通过灌入细砂的方法来保证线圈不发生变形，通过本发明胎具制备得到的感应线圈每一匝直径都在可控范围内，且匝数是可以灵活改变的。

Description

一种制作感应线圈的胎具及其用于线圈制作的方法

技术领域

本发明涉及感应线圈制作领域，更具体地，涉及一种制作感应线圈的胎具及其用于线圈制作的方法。

背景技术

高频感应线圈的加热效果主要取决于感应线圈的工作电流大小，除此之外，也与感应线圈的形状、匝数、匝距等因素有直接关系，要使设备的功率得到最有效的利用，根据工件的材料、形状合理设计感应圈也至关重要。现有技术的感应线圈制作主要是依靠技术人员手工制作，且没有模具用于线圈的制作，因此即便是经验丰富的技术员，制作出来的感应线圈也会存在以下几个问题：

1.线圈各匝直径无法准确控制。当圆形线圈和锥形线圈每一匝的直径无法保证准确时，则在熔炼棒材时，棒材无法保证处于感应线圈的中央，因此无法保证棒材表面受热均匀。

2.每一匝线圈之间的匝距无法保证均匀。线圈之间匝距无法保持均匀统一，也同样会导致待加热的棒材受热不均匀。匝距太小时易发生短路和打火现象，匝距太大时则加热效果不好，因此匝距需精确控制。

3.感应线圈容易变形。尤其是采用紫铜和黄铜材质时，材料较软，在手工制作过程中，线圈由于受力会发生变形，存在凹坑和突起的现象。当线圈中通入冷却水时，冷却水不通畅会减弱其冷却效果，且当冷却水在线圈中产生积垢时，又容易造成线圈堵塞。

发明内容

本发明的目的是针对上述的不足，提出一种制作感应线圈的胎具及其用于线圈制作的方法。

本发明的技术方案是：

本发明提供一种制作感应线圈的胎具，包括从上到下依次设置的多个直径调节盘，相邻直径调节盘之间设有用于调节匝距的立柱，各直径调节盘和立柱的中心点均在同一轴线上。

进一步地，所述的直径调节盘的底端外侧设置环状支撑结构，支撑结构由两块厚度小于5mm的相同半圆环状薄板拼接构成；在线圈制作过程中，钢管或铜管沿着支撑结构路径布置，可有效控制线圈的结构，减少不必要的变形；所述支撑结构的圆环半径大于制作线圈的不锈钢管或铜管的直径。

进一步地，所述的支撑结构的内径小于直径调节盘的直径，支撑结构与直径调节盘重合部分的底端设置压片，支撑结构和直径调节盘通过压片和紧固螺钉连接。

进一步地，所述的支撑结构一侧开设穿线孔，用于相邻匝的线圈穿过，穿线孔的弧长为支撑结构圆环周长的6/1-4/1；所述的多个支撑结构的穿线孔设置于胎具的同一侧。

进一步地，所述的每个直径调节盘，直径调节盘上的支撑结构厚度与直径调节盘上的待制作的感应线圈直径之和小于直径调节盘高度与直径调节盘上方的立柱高度之和。

进一步地，所述的直径调节盘的直径为30-150mm，与感应线圈对应匝的内径相同，直径调节盘的数量为3-5个，与感应线圈的匝数相同。可根据工况需要，选择不同直径、不同数量的直径调节盘，感应线圈每一匝直径在可控范围内，匝数是可以灵活改变的；所述的立柱的厚度为3-12mm，与感应线圈相邻匝之间的距离相匹配。

进一步地，所述的立柱中部开设第一中心孔，直径调节盘的中部开设第二中心孔中部开设中心孔，第一中心孔与第二中心孔的直径相同。中心孔用于穿入丝杆，丝杆将不同的直径调节盘和立柱连接起来，固定成显示出感应线圈缠绕路径的胎具结构。中心孔的直径为9mm-11mm。

进一步地，所述的立柱至少为两个，直径调节盘至少为三个。

进一步地，所述的直径调节盘和立柱通过丝杆和紧固螺母连接。

所述的胎具用于感应线圈制作的方法为：根据所需感应线圈的设计参数，将直径调节盘和立柱组装成胎具，再将灌入细砂的黄铜管或紫铜管按预先设置的缠绕路径，采用人工扎制或机器制作的方法缠绕在胎具上制作感应线圈。

所述的感应线圈在胎具上的缠绕路径的设计方法为：

采用机器进行线圈制作时，需要计算机预先设计缠绕路径，具体做法如下：根据感应线圈的设计方案，感应线圈在胎具的整体走势即可确定，然后将感应线圈的参数在计算机三维坐标中进行设计得到感应线圈走势的曲线，这就是线圈的缠绕路径。将计算机与铜管牵引机器进行联机操作，则可以讲线圈按照特定的缠绕路径缠绕到胎具上。

采用人工扎制线圈时，根据组装好的胎具显示出的缠绕路径人工进行缠绕扎制。

所述的人工扎制感应线圈的方法为：使用氧气-乙炔火焰将铜管烧至红透并变软，再根据预先设置的缠绕路径手工将前述变红变软的铜管缠绕在胎具上制作感应线圈。采用人工扎制感应线圈时，感应线圈在转弯处采用木锤缓慢敲打成型。

所述的采用机器制作感应线圈的方法为：铜管加热机器对铜管加热至700-800℃，使其软化，同时铜管牵引机器根据预先设置的缠绕路径缓慢将软化后的铜管牵引缠绕在胎具上制作感应线圈。

所述的铜管加热机器设有红外测温装置，加热机器根据测试的温度进行加热，当温度小于某一温度时，开始加热；当温度大于某一温度时，停止加热。本发明中，紫铜和黄铜管所需的加热温度为700-800℃。

所述的铜管牵引机器与铜管的温度参数匹配。当铜管变软后，铜管牵引机器收到温度信号，铜管牵引机器即可对软化后的铜管进行缠绕。

所述的感应线圈在胎具上完成制作后，将感应线圈从胎具上取下，倒出细沙，用2.5MPa水压进行泄漏率测试，保压时间为2h，并采用2.5MPa的气体进行泄漏率测试。

当制作出的感应线圈为圆形时，形成的线圈夹角为0度；当制作出的感应线圈为锥形时，形成的线圈夹角为30-60度；当制作出的感应线圈为其他特殊形状时，形成的线圈夹角不大于60度。

在制得的感应线圈上缠绕绝缘材料。

本发明的有益效果：

(1)本发明制作感应线圈的胎具可根据工况需要，选择不同直径、不同数量的控制模块来制作感应线圈，采用直径调节盘来保证每一匝线圈的内径和线圈的匝数，采用立柱来保证每一匝线圈之间的距离，通过灌入细砂的方法来保证线圈不发生变形，通过本发明胎具制备得到的感应线圈每一匝直径都在可控范围内，且匝数是可以灵活改变的。

(2)本发明制作感应线圈的胎具可以根据设计需求选择不同厚度的立柱，使得感应线圈的每一匝之间的距离可以控制。

(3)本发明制作感应线圈的胎具，通过连接、紧固组合不同直径和不同数量的直径调节盘制作感应线圈，能够制作得到不同形状和不同匝数的感应线圈，灵活性高。

(4)本发明制作感应线圈的胎具，可用于人工制作线圈，也可用于机器制作线圈，简单方便，应用广泛。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了本发明制作Y1型感应线圈的胎具结构图。

图2示出了本发明制作Z2型感应线圈的胎具结构图。

图3示出了本发明制作T3型感应线圈的胎具结构图。

图4示出了本发明制作圆形感应线圈胎具中的直径调节盘的组装结构图。

图5示出了本发明制作锥形感应线圈胎具中的直径调节盘的组装结构图。

图6示出了本发明制作四匝特殊形状一感应线圈胎具中的直径调节盘的组装结构图。

图7示出了本发明胎具立柱的结构图。

图8示出了本发明制作四匝特殊形状二感应线圈胎具中的直径调节盘的组装结构图。

图9示出了本发明胎具中直径调节盘外侧的支撑结构的结构图。

图10示出了本发明胎具中支撑结构与直径调节盘的连接方式结构图。

图11示出了本发明制作的Y1型感应线圈结构图。

图12示出了本发明制作的Z2型感应线圈结构图。

图中，1、立柱，2、直径调节盘，3、支撑结构，4、第一中心孔，5、第二中心孔，6、穿线孔，7、压片，8、紧固螺钉。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。

如图1、图2和图3，一种制作感应线圈的胎具，包括从上到下依次设置的多个直径调节盘2，相邻直径调节盘2之间设有用于调节匝距的立柱1，各直径调节盘2和立柱1的中心点均在同一轴线上。所述的直径调节盘2和立柱1通过丝杆和紧固螺母连接。所述的直径调节盘2的底端外侧设置环状支撑结构3，支撑结构3的圆环半径大于制作线圈的不锈钢管或铜管的直径。所述的支撑结构3为厚度为5mm的薄板。支撑结构与直径调节盘通过压片7和紧固螺钉8连接。在线圈制作过程中，钢管或铜管沿着支撑结构路径布置，可有效控制线圈的结构，减少不必要的变形。

如图9所示，所述的支撑结构3由两块厚度小于5mm的相同半圆环状薄板拼接构成；支撑结构3一侧开设穿线孔6，，用于相邻匝的线圈穿过，穿线孔6的弧长为支撑结构3圆环周长的6/1-4/1；所述的多个支撑结构3的穿线孔6设置于胎具的同一侧。

如图10所示，所述的支撑结构3的内径小于直径调节盘2的直径，支撑结构3与直径调节盘2重合部分的底端设置压片7，支撑结构3和直径调节盘2通过压片7和紧固螺钉8连接。

进一步地，所述的每个直径调节盘2，直径调节盘2上的支撑结构3厚度与直径调节盘2上的待制作的感应线圈直径之和小于直径调节盘2高度与直径调节盘2上方的立柱1高度之和。

如图4、图5和图6，所述的直径调节盘2的直径为30-150mm，与感应线圈对应匝的内径相同，直径调节盘2的数量为3-5个，与感应线圈的匝数相同。所述的直径调节盘2的中部开设第二中心孔5。可根据工况需要，选择不同直径、不同数量的直径调节盘2，感应线圈每一匝直径在可控范围内，匝数是可以灵活改变的。如图4，组合四个相同的直径调节盘2制作四匝的圆形线圈；如图5，组合三个直径依次减小的直径调节盘2制作三匝的锥形线圈；如图6，组合四个不同的直径调节盘2制作四匝的特殊形状一的线圈；如图8，组合四个不同的直径调节盘2制作四匝的特殊形状二的线圈。

如图7，所述的立柱1的厚度为3-12mm，与感应线圈相邻匝之间的距离相匹配，所述的立柱1中部开设第一中心孔4。第一中心孔4与第二中心孔5的直径相同，用于穿入丝杆，丝杆将不同的直径调节盘2和立柱1连接起来，固定成显示出感应线圈缠绕路径的胎具结构。中心孔4的直径为9mm-11mm。

在线圈制作过程中，可以根据设计需求选择不同的立柱，立柱的厚度影响每一匝线圈之间的距离，根据实际需要，选择不同厚度的立柱，来制备不同匝距的线圈。

上述胎具用于线圈制作的方法为：根据所需感应线圈的形状、匝数、高度、匝距、内径和外径等线圈参数，将直径调节盘和立柱组装成胎具，将灌入细砂的黄铜管或紫铜管按预先设置的缠绕路径，采用人工扎制或机器制作的方法缠绕在胎具上制作感应线圈。

所述的感应线圈在胎具上的缠绕路径的设计方法为：

采用机器进行线圈制作时，需要计算机预先设计缠绕路径，具体做法如下：根据感应线圈的设计方案，感应线圈在胎具的整体走势即可确定，然后将感应线圈的参数在计算机三维坐标中进行设计得到感应线圈走势的曲线，这就是线圈的缠绕路径。将计算机与铜管牵引机器进行联机操作，则可以讲线圈按照特定的缠绕路径缠绕到胎具上。

采用人工扎制线圈时，根据组装好的胎具显示出的缠绕路径人工进行缠绕扎制。

进一步地，人工扎制感应线圈的方法为：使用氧气-乙炔火焰将铜管烧至红透并变软，再根据预先设置的缠绕路径手工将前述变红变软的铜管缠绕在胎具上制作感应线圈。采用人工扎制感应线圈时，感应线圈在转弯处采用木锤缓慢敲打成型。

进一步地，采用机器制作的机器主要包括铜管牵引机器和铜管加热机器。

进一步地，采用机器制作感应线圈的方法为：铜管加热机器根据铜管材质对铜管加热退火处理并进行软化，同时铜管牵引机器根据预先设置的缠绕路径缓慢将将软化后的铜管牵引缠绕在胎具上，通过铜管加热机器和铜管牵引机器的协同工作制作感应线圈。

进一步地，所述的铜管加热机器设有红外测温装置，加热机器根据测试的温度进行加热，当温度小于某一温度时，开始加热；当温度大于某一温度时，停止加热。

进一步地，所述的铜管牵引机器与铜管的温度参数匹配。当铜管变软后，铜管牵引机器收到温度信号，铜管牵引机器即可对软化后的铜管进行缠绕。

进一步地，感应线圈在胎具上完成制作后，将感应线圈从胎具上取下，倒出细沙，用2.5MPa水压进行泄漏率测试，保压时间为2h，并采用2.5MPa的气体进行泄漏率测试。采用本发明方法制作的感应线圈，不存在漏水和漏气现象。当制作出的感应线圈为圆形时，形成的线圈夹角为0度；当制作出的感应线圈为锥形时，形成的线圈夹角为30-60度；当制作出的感应线圈为其他特殊形状时，形成的线圈夹角小于60度(如图11，图12)，在制得的感应线圈上缠绕绝缘材料。

实施例2

一种感应线圈的具体制作过程如下：

(1)设计线圈

根据待加热工件的大小和形状、需要加热的温度等来设计感应线圈。主要参数为线圈形状、线圈匝数、线圈匝距、线圈高度、线圈材质、线圈内径和外径等参数。

当工件较小时，设计的线圈与工件之间的间隙要在5mm左右。当加热较大工件时，需要在减小工件与感应线圈之间间隙的同时，考虑增加感应线圈匝数。例举三种型号的线圈，如表1所示：

表1感应线圈参数

确定以上等参数后，既可以确定感应线圈的各项指标了。

(2)胎具组装

根据第一步中确定的线圈参数和设计要求选择不同的直径调节盘和立柱，通过丝杆连接起来，固定线圈的整体结构，在直径调节盘的底端外侧设置环状支撑结构，支撑结构的内径小于直径调节盘的直径，支撑结构和直径调节盘通过二者重合部分底部的压片和紧固螺钉连接，组装成具有不同缠绕路径的胎具，直径调节盘和立柱最后通过丝杆和紧固螺母连接。具体方案如下：

Y1需要4个厚度为10mm，直径为60mm的直径调节盘和3个厚度为3mm的立柱。胎具组装如图1所示。

Z2需要3个厚度为12mm，长度分别为80mm、60mm、40mm的直径调节盘和2个厚度为8mm的立柱。胎具组装如图2所示。

T3需要4个厚度为12mm，直径分别为75mm、55.4mm、35.7mm、35.7mm的直径调节盘和3个厚度为5mm的立柱。胎具组装如图3所示。

(3)路径设计

感应线圈的制作工作可以采用人工扎制来制作，也可以采用机器制作。要根据第一步中设计的线圈参数，设计感应线圈在胎具上的缠绕路径，具体方法为：

采用机器进行线圈制作时，需要计算机预先设计缠绕路径，具体做法如下：根据上述感应线圈的设计方案，感应线圈在胎具的整体走势即可确定，然后将感应线圈的参数在计算机三维坐标中进行设计得到感应线圈走势的曲线，这就是线圈的缠绕路径。将计算机与铜管牵引机器进行联机操作，则可以讲线圈按照特定的缠绕路径缠绕到胎具上。

采用人工扎制线圈时，根据组装好的胎具显示出的缠绕路径人工进行缠绕扎制。

(4)线圈制作

将第(2)步中选用的各种直径调节盘和立柱组装成的胎具固定在水平基准平台上，并将选用好的黄铜管或紫铜管中灌入细砂待用。

采用人工扎制线圈时，工作人员一手使用氧气-乙炔火焰将黄铜管或紫铜管退火处理，至铜管变红变软，工作人员再用另一手开始手工将前述变红变软的铜管缠绕在胎具上制作感应线圈。一般操作是从大圈往小圈缠绕，首先在最大直径调节盘的支撑结构缠绕线圈，达到半圈时可以向下一级直径调节盘的支撑结构缠绕，同样地，当第二匝线圈缠绕了半匝后开始向下一级直径调节盘的支撑结构缠绕，最后达到最小直径调节盘，完成线圈扎制。线圈弯制路径根据步骤(3)确定的缠绕路径来执行。

当采用机器制作线圈时，使用的机器主要有铜管牵引机器和铜管加热机器。铜管牵引机器根据步骤(3)设计的路径缓慢牵引黄铜管或紫铜管，同时铜管加热机器对铜管进行退火及软化处理，铜管牵引机器根据预先设置的缠绕路径缓慢将软化后的铜管牵引缠绕在胎具上，两个机器协同工作，无需工作人员直接参与。根据本发明的方案，无论采用人工扎制和机器制作的方法，都可以制作合格的感应线圈。需要注意的是，采用人工扎制线圈时，线圈在转弯处需要采用木锤缓慢敲打成型。采用机器制作线圈时，缠绕机器牵引铜管的速度需要缓慢，同时与加热机器的温度等参数匹配进行。

感应线圈弯制完成后，将感应线圈中的细砂倒出。然后用2.5MPa水压进行泄漏率测试，并保压2h，观察是否存在压降情况。为进一步保证感应线圈的密封性能，可采用2.5MPa的气体进行泄漏率测试。采用本发明方法制作的感应线圈，不存在漏水和漏气现象。

所制备的Y1型圆形感应线圈如图11所示。

所制备的Z2型锥形线圈如图12所示。

(5)防放电处理

感应线圈在匝距过小时会发生放电现象，导致感应线圈被击穿，存在漏水等其他危险。为防止匝间发生短路放电，需要在感应线圈中缠绕绝缘材料，该种绝缘材料要求耐高温。在缠绕该种材料前，需要将该种材料进行除水处理。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种制作感应线圈的胎具，其特征在于，包括从上到下依次设置的多个直径调节盘(2)，相邻直径调节盘(2)之间设有用于调节匝距的立柱(1)，各直径调节盘(2)和立柱(1)的中心点均在同一轴线上。

2.根据权利要求1所述的制作感应线圈的胎具，其特征在于，所述的直径调节盘(2)的底端外侧设置环状支撑结构(3)，支撑结构(3)由两块厚度小于5mm的相同半圆环状薄板拼接构成；所述支撑结构(3)的圆环半径大于制作线圈的不锈钢管或铜管的直径。

3.根据权利要求2所述的制作感应线圈的胎具，其特征在于，所述的支撑结构(3)的内径小于直径调节盘(2)的直径，支撑结构(3)与直径调节盘(2)重合部分的底端设置压片(7)，支撑结构(3)和直径调节盘(2)通过压片(7)和紧固螺钉(8)连接。

4.根据权利要求2所述的制作感应线圈的胎具，其特征在于，所述的支撑结构(3)一侧开设穿线孔(6)，穿线孔(6)的弧长为支撑结构(3)圆环周长的6/1-4/1；所述的多个支撑结构(3)的穿线孔(6)设置于胎具的同一侧。

5.根据权利要求1-4所述的制作感应线圈的胎具，其特征在于，所述的每个直径调节盘(2)，直径调节盘(2)上的支撑结构(3)厚度与直径调节盘(2)上的待制作的感应线圈直径之和小于直径调节盘(2)高度与直径调节盘(2)上方的立柱(1)高度之和。

6.根据权利要求1所述的制作感应线圈的胎具，其特征在于，所述的直径调节盘(2)的直径为30-150mm，直径调节盘(2)的数量为3-5个；所述的立柱(1)的厚度为3-12mm。

7.根据权利要求1所述的制作感应线圈的胎具，其特征在于，所述的立柱(1)中部开设第一中心孔(4)，直径调节盘(2)的中部开设第二中心孔(5)，第一中心孔(4)与第二中心孔(5)的直径相同。

8.一种权利要求1所述的胎具用于感应线圈制作的方法，其特征在于，根据所需感应线圈的设计参数，将直径调节盘和立柱组装成胎具，再将灌入细砂的黄铜管或紫铜管按预先设置的缠绕路径，采用人工扎制或机器制作的方法缠绕在胎具上制作感应线圈。

9.根据权利要求8所述的胎具用于感应线圈制作的方法，其特征在于，人工扎制感应线圈的方法为：使用氧气-乙炔火焰将铜管烧至红透并变软，再根据预先设置的缠绕路径手工将前述变红变软的铜管缠绕在胎具上制作感应线圈；采用机器制作感应线圈的方法为：铜管加热机器对铜管加热进行软化，同时铜管牵引机器根据预先设置的缠绕路径缓慢将软化后的铜管牵引缠绕在胎具上制作感应线圈。

10.根据权利要求8所述的胎具用于感应线圈制作的方法，其特征在于，当制作出的感应线圈为圆形时，形成的线圈夹角为0度；当制作出的感应线圈为锥形时，形成的线圈夹角为30-60度；当制作出的感应线圈为其他特殊形状时，形成的线圈夹角不大于60度。