CN111869319A - 用于塑化机筒的电磁感应加热的感应器 - Google Patents

Abstract

一种用于塑化机筒(5)的电磁感应加热的感应器(300)，包括至少一个由电导体制成的线圈(6)，该线圈设置在相对机筒(5)隔热的由非磁性且不导电的材料制成的内部支撑元件(4)上，感应器提供两个以上的偶数个相同的线圈(6)，每个线圈都有内部端子(A)和外部端子(B)，其中，‑所有线圈的缠绕方向相同，‑线圈(6)的缠绕轴线垂直于待加热的机筒(5)的轴线，‑线圈相对于待加热的机筒的轴线对称地并且等角度间隔地安装，‑线圈(6)的相邻的外部端子(B)或内部端子(A)彼此连接，并且内部端子(A)或外部端子(B)通电，以产生横向于机筒(5)的电磁场。

Description

用于塑化机筒的电磁感应加热的感应器

技术领域

本发明涉及一种适用于塑化机筒的电磁感应加热系统的感应器，该感应器具有的形状能够感应主要横向于机筒的磁场。

背景技术

塑料加工机器配备有塑化机筒，塑化机筒由机筒和机筒内的塑化螺杆组成，塑化螺杆可以旋转(挤出机)或旋转且轴向移动(注塑机或类似机器)。对于挤出机，塑化机筒也可配备两个同向旋转或反向旋转的塑化螺杆。

所述机筒配备有一个或多个原料的进料孔，在某些情况下还具有一系列气体和蒸汽的排泄孔(排气孔)。该机筒一侧连接到机器的机械结构以及连接到塑化螺杆的驱动系统，而在塑料材料的出口侧，机筒连接到机头或适用于机器本身工艺的其他元件(挤压头、过滤器、喷嘴承载头、喷嘴等)。

机筒外部安装有一系列加热带，加热带通常为电阻型，数量取决于机筒的长度和沿机筒轴线产生温度梯度的可能性而可变。这些加热带由适合高温的合金加热丝以及电工云母或陶瓷绝缘层组成。加热元件还包括电接线盒和连接到电源单元的连接电缆。

在图1中，作为解释，示出了一种塑化单元(100)，其设有不包括塑化螺杆的控制元件的先前描述的三个加热元件1、机筒本身的支撑结构以及连接到塑料材料出口区的构件。

作为电阻加热系统的替代品，也已开发了用于塑化机筒的电磁感应加热系统。

图2示出了构成塑化单元(200)的电磁感应加热系统的结构和感应器，其中感应器2具有围绕塑化机筒5的螺线管状的线圈3。

由线圈3上流通的频率在1kHz至30kHz之间的振荡电流感应出可变磁场；由附图中未示出的发电机产生电流，发电机的描述与本发明的目的无关。

由于塑化机筒内的可变电磁场感应出的寄生电流而发生加热。塑化机筒必须由导电材料、优选铁磁性材料构成，以使转化的功率最大化。

这种类型的加热具有不需要在电磁感应线圈3和层压机筒5之间接触的优点，因为感应电流基本上不依赖于线圈和机筒之间的空间。

与电阻加热带相比，感应线圈3的温度低于加热元件的温度。线圈中消耗的功率仅仅是由于在感应器中流通的电流产生的电阻损耗。

电磁感应线圈3缠绕在非磁性绝缘元件4上，该非磁性绝缘元件具有支撑电磁感应线圈3和相对机筒5隔热的目的。

与电阻式加热系统(100)相比，塑化机筒的电磁感应加热系统(200)具有一些重要的优点：

-采用电磁感应加热，热量直接产生在待加热的元件中；

-采用电磁感应加热，具有最高温度的元件是塑化机筒，而在用电阻元件加热的情况下，温度较高的元件是电阻加热器；

-采用电磁感应加热，可以为塑化机筒提供更简单、更有效的隔热；

-采用电磁感应加热，通过直接加热待加热的元件，不存在由加热器质量和电阻加热元件与被加热元件之间的热阻决定的延迟或惯性；这使得系统的动态响应更好，温度调节更容易。

根据已知技术，具有电磁感应线圈感应器(200)的电磁感应加热系统的方案具有产生热量的特性，而不局限于具有电带电阻器的加热系统，因为集肤效应主要靠近机筒的外表面；因此，为了将热量转移到内部，在那里热量被用来塑化塑料材料，在机筒的外侧和内侧之间形成热梯度。

对于使用的频率范围(1kHz-30kHz)，90％的热量产生发生在距离表面1mm的厚度内。

优选能够克服这一特性，使机筒内的温度更加均匀，并主要在使用区域产生热量。

US 2381866描述了(图1)通过缠绕在机筒周围的线圈的加热方案，该线圈通有频率在1000到3000Hz之间的交变电流，从而在机筒内感应出寄生电流，寄生电流加热塑化机筒。

本文件还描述了一种构造(图5、6和7)，其中在塑化机筒的表面上存在两个相反缠绕形式的线圈，并在其上成形，并且在机筒内存在一系列低电阻率棒，设置为类似于感应电动机转子的鼠笼绕组的构造形式。机筒上的线圈通有低频电流，通常为60赫兹，低频电流感应高电流，高电流在内部线圈中产生加热，就像在感应电动机中一样。

所提议的构造也为其操作提供了一个类似鼠笼形状的内部线圈的存在。

CN 2853373描述了一种构造，其中双螺旋线圈固定在两个半圆柱形结构上，这两个半圆柱形结构接着固定到塑化机筒。这些线圈具有一个扁平的结构，该结构具有从中心延伸到外围而没有留下自由空间的绕组。

发明内容

本发明的目的是消除上述现有技术的不同方案的缺点和问题。

尤其是，本发明的一个目的是提供一种适用于塑化机筒的电磁感应加热的感应器方案，该感应器能够产生深入到塑化机筒内的电磁场，使得感应电流即使在靠近塑化机筒内径的区域也产生热。

本发明的另一个目的是提供一种能够适应塑化机筒的外径和内径的不同配置的方案，以优化靠近内径区域内的电磁场分布。

本发明的又一个目的是保留根据现有技术的带感应器的电磁感应加热方案的所有优点，结合相对于电阻加热系统的安装和组装方法的无可置疑的优势。

这些目的是通过根据本发明的用于电磁感应加热器的感应器实现的，其具有所附独立权利要求1的特征。

本发明的有利实施例来自从属权利要求。

基本上，根据本发明的用于电磁感应加热器的感应器包括至少一个线圈，该线圈由电导体制成，布置在相对机筒隔热的内部支撑元件上，内部支撑元件由非磁性且不导电的材料制成，其中

-感应器提供两个以上的偶数个相同的线圈，每个线圈都有内部端子和外部端子，

-所有线圈的缠绕方向相同，

-线圈的缠绕轴线垂直于待加热机筒的轴线，

-线圈相对于待加热的机筒轴线对称地安装并且等角度隔开，

-线圈的相邻外部或内部端子彼此连接，并且内部端子或外部端子通电，以产生横向于机筒的电磁场，并且

-所述线圈具有与机筒表面一致的螺旋结构，以便在线圈内侧留出尽可能大的自由区域，与线圈的尺寸和磁场线通道的圈数相匹配。

以此方式，场线避免切割线圈导体，减少了自发热现象。

附图说明

本发明的进一步特征将通过以下参考附图中图示的纯粹示例性的并且因此是非限制性的实施例的详细描述而变得更清楚，附图中：

图1是根据现有技术的塑料材料加工机器的塑化机筒的轴测侧视图，该机筒配备有电阻加热器；

图2是根据现有技术的塑料材料加工机器的塑化机筒的轴测图，该机筒具有带有用于感应加热的螺线管型线圈的感应器；

图3是根据本发明的感应器的视图；

图4是根据本发明的感应器线圈的基本构造的视图；

图5是根据本发明的感应器的剖视图；

图6是根据本发明的具有两个线圈的感应器产生的磁感应磁场图形的图示；

图7是根据本发明的具有四个线圈的感应器的构造的视图；

图8是根据本发明的具有四个线圈的感应器产生的磁感应场的图示；

图9是根据本发明具有外部铁氧体屏蔽物的感应器的截面视图；

图10是感应器的替代方案的图示，其中构成感应器的元件除线圈外被经过感应器轴线的平面分成两部分。

具体实施方式

参考附图，现在具体参考图3，示出了根据本发明的用于电磁感应加热的感应器，其基本结构是所有不同构造公用的，整体由附图标记(300)表示，不具有关闭盖。

用于电磁感应加热的感应器基本上由以下部件组成：由非磁性且不导电的材料制成的放置在塑化机筒上的内部支撑且绝缘元件4；由电导体制成的偶数个的相对于机筒对称布置的两个或多个线圈6，其轴线垂直于待加热机筒的轴线，以产生横向于机筒的电磁场；以及组件两端的两个保护元件7。

图4是两个相同的螺旋缠绕线圈6的基本构造及其空间位置的示意图。线圈6具有与机筒表面一致的扁平螺旋结构，以便在线圈内侧留出尽可能大的自由区域，与线圈的尺寸和磁场线通道的圈数相匹配。这样，场线避免了切割线圈导体，减少了自发热现象。

在图中，线圈的端子表示为：A'表示第一线圈的内部端子，B'表示第一线圈的外部端子，A”和B”用于第二个线圈。线圈6弯曲，以适应放置在塑化机筒上的支撑元件4。

图5是感应器组件(300)和塑化机筒5的截面示意图。支撑元件4的结构由以下部件组成：由非磁性且不导电的绝缘材料制成的外部圆柱形元件4.1，其功能是支撑线圈6；由非磁性且不导电的绝缘材料制成的中间圆柱形元件4.3，其功能是隔热；以及由非磁性且不导电的绝缘材料制成的内部圆柱形元件4.2，其功能是支撑整个组件。

参考图4，将两个相同线圈(6)的外部端子B'和B”相互连接，并在内部端子A'和A”之间为线圈提供合适的发电机，产生横向穿过塑化机筒的磁感应场，图6提供了磁场的示意图。

在图6中，穿过机筒并趋向于集中在内径上的磁感应场8的产生，导致寄生电流分布在机筒内部，并且热量的产生主要发生在内径周围的区域。

图7提供了用于较大外径机筒的情况的四线圈构造的示意图。在这种情况下，将前两个线圈的端子B'和B”以及其他两个线圈的端子B”'和B””相互连接，并将连接在端子A'和A”之间以及端子A”'和A””之间的线圈馈电，得到塑化机筒5中的磁感应场线8的图形，其如图8所示。

以类似的方式，内部端子A可以彼此连接，而外部端子B可以被供电。

磁感应场线的类似配置可具有大于四的偶数个线圈。

图9提供了感应器组件(300)的截面视图，感应器组件由两个线圈6组成，两个线圈6在内部由电绝缘且非磁性的元件4支撑，在外部由铁氧体外壳9封闭。机筒外部的铁氧体9目的是为感应器(300)外部的磁感应场创建低磁阻路径。因为铁氧体是不导电的，该构造允许有效地屏蔽感应器(300)，避免了场色散，具有非常低的效率损耗。

为了简化结构，屏蔽物9可以通过组装数个包含在不导电且非磁性材料制成的结构中的平行六面体或半圆柱形的铁氧体元件来制造。

图10提供了感应器(300)的一种替代方案的图示；在该方案中，构成感应器的除线圈外的所有元件都被一个中央平面分割，以形成两个单独的可分离的元件300'和300”，除了连接两个线圈的导线。使用这种方案，允许将感应器直接安装在塑化机筒上，而不必像螺线管感应器情况下那样必须从塑化机筒的一端安装感应器。

感应器(300)的另一个版本提供，构成内部支撑元件4的所有元件是柔性的且在感应器机筒的基体上是开放的。

有利的是，在这种情况下，铁氧体屏蔽物9由包含在柔性的非磁性且不导电的材料结构中的足够小的铁氧体元件构成，并且铁氧体屏蔽物9在感应器机筒的基体线上是开放的。使用此方案，允许通过将感应器缠绕在机筒上，而将感应器直接安装在塑化机筒上。

自然地，本发明不限于先前描述的和在附图中图示的具体实施例，在本领域技术人员能够理解的范围内，可以对其进行许多细节修改，该修改落入所附权利要求限定的本发明的范围内。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于塑化机筒(5)的电磁感应加热的感应器(300)，其包括两个以上的偶数个相同的线圈(6)，所述线圈由电导体制成且设置在相对机筒(5)隔热的内部支撑元件(4)上，所述内部支撑元件(4)由非磁性且不导电的材料制成，

所述线圈(6)每个都具有内部端子(A)和外部端子(B)，其中

-所有线圈的缠绕方向相同，

-线圈(6)的缠绕轴线垂直于待加热的机筒(5)的轴线，

-线圈相对于待加热的机筒的轴线对称地并且等角度间隔地安装，

-线圈(6)的相邻的外部端子(B)或内部端子(A)彼此连接，并且内部端子(A)或外部端子(B)通电，以产生横向于机筒(5)的电磁场，

其特征在于：

所述线圈(6)具有与机筒(5)的表面一致的螺旋结构，使得在线圈内侧留出自由区域；

所述支撑元件(4)由内部支撑元件(4.2)、中间隔热元件(4.3)和外部元件(4.1)组成，内部支撑元件(4.2)由非磁性且不导电的材料制成且朝向待加热的机筒(5)布置，中间隔热元件(4.3)由非磁性且不导电的材料制成，外部元件(4.1)由非磁性且不导电的材料制成且用于支撑线圈；

构成感应器的所有元件都是柔性的且在塑化机筒(5)的基体线上是开放的。

2.根据前述权利要求中的任一项所述的用于电磁感应加热的感应器(300)，其特征在于：在线圈(6)的外侧布置有铁氧体屏蔽物(9)。

3.根据权利要求2所述的用于电磁感应加热的感应器(300)，其特征在于：所述铁氧体屏蔽物(9)由包含在柔性的不导电且非磁性的材料结构中的足够小的铁氧体元件制成，并且在塑化机筒的基体线上是开放的。

说明或声明(按照条约第19条的修改)

原来的权利要求1被修改。

原来的权利要求2和4至6已被删除。

原来的权利要求3和7已分别被重新编号为2和3。

Claims (7)

1.一种用于塑化机筒(5)的电磁感应加热的感应器(300)，其包括至少一个线圈(6)，所述线圈由电导体制成且设置在相对机筒(5)隔热的内部支撑元件(4)上，所述内部支撑元件(4)由非磁性且不导电的材料制成，

其特征在于：

感应器提供两个以上的偶数个相同的线圈(6)，每个线圈都有内部端子(A)和外部端子(B)，其中

-所有线圈的缠绕方向相同，

-线圈(6)的缠绕轴线垂直于待加热的机筒(5)的轴线，

-线圈相对于待加热的机筒的轴线对称地并且等角度间隔地安装，

-线圈(6)的相邻的外部端子(B)或内部端子(A)彼此连接，并且内部端子(A)或外部端子(B)通电，以产生横向于机筒(5)的电磁场，并且其中

所述线圈(6)具有与机筒(5)的表面一致的螺旋结构，使得在线圈内侧留出尽可能大的自由区域，与线圈的尺寸和磁场线通道的圈数相匹配。

2.根据权利要求1所述的用于电磁感应加热的感应器(300)，其特征在于：所述支撑元件(4)由内部支撑元件(4.2)、中间隔热元件(4.3)和外部元件(4.1)组成，内部支撑元件(4.2)由非磁性且不导电的材料制成且朝向待加热的机筒(5)布置，中间隔热元件(4.3)由非磁性且不导电的材料制成，外部元件(4.1)由非磁性且不导电的材料制成且用于支撑线圈。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的用于电磁感应加热的感应器(300)，其特征在于：在线圈(6)的外侧布置有铁氧体屏蔽物(9)。

4.根据权利要求3所述的用于电磁感应加热的感应器(300)，其特征在于：所述铁氧体屏蔽物(9)由多个平行六面体形的或半圆柱形的铁氧体元件组成。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的用于电磁感应加热的感应器(300)，其特征在于：除所述线圈(6)外，构成感应器的所有元件都被经过感应器轴线的平面分割。

6.根据权利要求1至4中的一项或多项所述的用于电磁感应加热的感应器(300)，其特征在于：构成感应器的所有元件都是柔性的且在感应器机筒(5)的基体线上是开放的。

7.根据权利要求6中的一项或多项所述的用于电磁感应加热的感应器(300)，其特征在于：所述铁氧体屏蔽物(9)由包含在柔性的不导电且非磁性的材料结构中的足够小的铁氧体元件制成，并且在感应器机筒的基体线上是开放的。

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