电感线圈装置及其制造方法

摘要

本发明提供一种电感线圈装置及其制造方法，所述电感线圈装置包括：第一磁体；电感线圈，所述电感线圈缠绕在所述第一磁体上；以及第二磁体，所述第二磁体包围所述电感线圈。与现有技术相比较，本发明的电感线圈装置具有能够在电流不变的情况下提高功率的效果，进而实现节能。

权利要求

1.一种电感线圈装置，包括：

第一磁体；

电感线圈，所述电感线圈缠绕在所述第一磁体上；以及第二磁体，所述第二磁体包围所述电感线圈；其中，所述第一磁体、所述电感线圈以及所述第二磁体通过固定件固定在一起；

在所述电感线圈装置的顶面和底面上分别设置有上支架和下支架；

所述固定件包括固定螺丝、设置在所述上支架的上调整环、设置在所述下支架的下调整环；其中，所述上调整环和下调整环通过所述固定螺丝固定在所述第一磁体、第二磁体和电感线圈上；

所述上调整环和下调整环用于调整所述第一磁体、第二磁体与所述电感线圈之间的距离；其中，电感线圈是单层稀绕式线圈，所述电感线圈的绕制同时满足如下条件：以及 其中，a是所述第一磁体的半径，b是所述电感线圈的半径，c是所述第二磁体内壁的半径，d是所述电感线圈导线的直径；

所述电感线圈的绕制同时满足如下条件： 并且 e是所述电感线圈中两匝相邻线圈之间的距离。

2.根据权利要求1所述的电感线圈装置，其中，所述第二磁体的厚度与所述第一磁体的厚度相同或不同。

3.根据权利要求1所述的电感线圈装置，其中，所述第一磁体与所述电感线圈的距离的范围在15-30毫米之间，所述第二磁体与所述电感线圈的距离的范围在3-25毫米之间。

4.根据权利要求3所述的电感线圈装置，其中，所述第一磁体与所述电感线圈的距离是

20毫米，所述第二磁体与所述电感线圈的距离是25毫米。

5.一种电感线圈装置的制造方法，所述电感线圈装置如权利要求1至4任一项所示，所述制造方法包括：将电感线圈缠绕在第一磁体上；以及

将第二磁体包围所述电感线圈。

说明书

电感线圈装置及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电感线圈装置及其制造方法。

背景技术

[0002] 在现有技术中，人们常常利用电磁原理对一些物质进行加热，其基本原理如图1-图2所示。在磁体1’的外围缠绕电感线圈2’，当电感线圈2’通电后，通过电感原理，在电感线圈2’包围中的磁体1的壁上产生闭合的涡电流，进行电-磁-热的能量转换，进而对磁体1进行加热。

[0003] 本发明的现有技术——即电磁感应加热技术利用的就是上述电磁原理。虽然这个原理发现的很早，但人们真正广泛应用该技术的时间还是在近30年左右的时间。虽然它的重要性越来越被人们所熟知，但是其效率相对本发明还是比较低的。

[0004] 而电磁感应加热装置是由两部分组成的，一部分是提供源能量的交流电源，另一部分是完成电磁感应能量转换的电感线圈及机械结构。

[0005] 然而通常人们普遍认为制约电磁感应加热发展和提高电磁感应加热效率的关键所在是电磁感应加热装置的电源，而电源又受限于高频或大功率的开关电源的元器件。只有大力发展电子电力的功率元件的功率和频率以及提高电源输出效率，才是真正促进电磁感应加热装置发展和提高效率的唯一途径。因此国内外所有的科技人员以及科学家都把全部精力放在了研制电磁感应的电源和电源元件的发展的关键点上了。所以才出现了可控硅、晶闸管等的出现。然而，这只是电磁感应加热装置提高效率的发展的一部分。还有一部分被人们所遗忘或忽视了。

[0006] 随着时间的推移，经过国内外大量科技人员的努力，造就了IGBT和MOSFET元件的出现，使得国内外电磁感应加热电源的功率达到了从几千瓦到几百千瓦；频率从10KHZ到几百KHZ的电源。

[0007] 目前，电磁感应加热领域技术的先进性主要表现在以下几点：

[0008] 1.电源，频率越高，技术越先进。

[0009] 2.电源功率越大，技术越先进。

[0010] 从以上的叙述中看，在感应加热的发展历史，无论是国外，还是国内，在这发展的过程中，所有的科技人员都把精力全部放在了如何提高感应加热电源的效率和功率上，认为只有提高感应电源的效率和功率，才是提高感应加热的唯一途径。而没有一个人看到和想到如何提高电感线圈的效率和利用率的方面上来，而没有新的创新。而本发明另辟蹊径，从全新的角度考虑并解决了现有技术中存在的问题，即充分的利用了电感线圈周围的磁通量和空间优势来提高在同一个电源的电流和频率一定的情况下，大幅地提高了电磁感应电源的效率。但是，在现有的电磁加热装置和方式中，电感线圈2’产生的磁场仅对位于其内部的磁体1’进行加热，而在电感线圈2’外部的磁场造成了浪费，从而只是将电感线圈2’所产生的一部分的电能转化为热能，即传统的电磁加热方式将电能转化为热能的效率相对较低。也就是说这种现有的电磁加热方式只是将输入能量的一部分完成了热量的转化。

发明内容

[0011] 本发明就是为解决上述技术问题而做出的，其目的在于提供一种电感线圈装置及其制造方法。该电感线圈装置将电感线圈所产生的绝大部分的电能转化为热能，也就是说与现有技术相比较，具有能够在电流不变的情况下大幅提高效率的效果，进而实现节能。

[0012] 本发明提供一种电感线圈装置，包括：第一磁体；电感线圈，所述电感线圈缠绕在所述第一磁体上；以及第二磁体，所述第二磁体包围所述电感线圈。

[0013] 优选地，所述第二磁体的厚度与第一磁体的厚度相同或不同。

[0014] 优选地，所述电感线圈装置还包括固定件，通过所述固定件以一定的距离将所述第一磁体、所述电感线圈以及所述第二磁体固定在一起。

[0015] 优选地，所述固定件包括调整固定件以及多个固定螺丝，通过对所述电感线圈相对应的调整使所述调整固定件分别通过所述多个固定螺丝定位在所述第一磁体、所述电感线圈以及所述第二磁体上。

[0016] 优选地，所述电感线圈是单层稀绕线圈。采用此电感线圈的目的是在保证电源所需的电感参数的同时，提高加热体受热面积，提高电-磁-热的交换效率。

[0017] 优选地，所述电感线圈的绕制满足同时如下条件：

[0018] 以及 其中，a是所述第一磁体的半径，b是所述电感线圈的半径，c是所述第二磁体内壁的半径，d是所述电感线圈导线的直径。

[0019] 优选地，所述第一磁体与所述电感线圈的距离的范围在15-30毫米之间，所述第二磁体与所述电感线圈的距离的范围在3-25毫米之间。使用此结构后，使得在保证交流电源所必需的电容的同时，最大的聚集了交变磁力线的聚合，使电-磁-热的交换效率最大。

[0020] 优选地，所述电感线圈的绕制满足同时如下条件： 并且e是所述电感线圈中两匝相邻线圈之间的距离。因此，可以得到转换效率
的最大化。

[0021] 优选地，在第一磁体与线圈的距离是20毫米，第二磁体与线圈的距离是25毫米时，其电-磁-热的交换效率最佳。从而可以克服“简单地、强行加入第二磁体会发生效率降低”的问题。

[0022] 本发明还提供一种电感线圈装置的制造方法，包括：将电感线圈缠绕在第一磁体上；以及将第二磁体包围所述电感线圈。

[0023] 根据上述装置和方法，本发明所述的电感线圈装置将电感线圈所产生的绝大部分的电能转化为热能，即与现有技术相比较，具有能够在电流不变的情况下提高功率的效果，进而实现节能。

附图说明

[0024] 附图标记：

[0025] 1-第一磁体、2-电感线圈、3-第二磁体、4-骨架、5-上调整环、6-上支架、7a，7d-外调整螺丝、8a，8d-上调整环调整螺丝、9a，9d-内调整螺丝、10-控制系统、11-压力检测、12-水位检测、13-内温检测、14-排气接口、15-排气接口、16-测温元件、17-外接口、18-内接口、19-下调整环、20-下支架、21-外调整螺丝、22-内调整螺丝、23-接线端子、24-下调整环调整螺丝、25-密封圈、26-出口、27-排污口、28-入口、29-排污口、30-出口连接件、31-入口连接件、32-泵。

[0026] 附图说明：

[0027] 图1是表示电感线圈装置磁力线简图。

[0028] 图2是表示现有技术中所述的电感线圈装置简图。

[0029] 图3是表示本发明所述的电感线圈装置截面图。

[0030] 图4是表示本发明所述的电感线圈装置俯视图。

[0031] 图5是表示本发明所述的电感线圈装置仰视图。

具体实施方式

[0032] 下面将参考附图来描述本发明所述的电感线圈装置的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，相同的附图标记表示相同或相似的部分。

[0033] 在现有技术中，由于只在电感线圈2’的内部存在感应磁体，则在此感应体上就有感应电动势的存在，而又由于根据电磁感应定律、楞次定律和涡流原理，在通电的电感线圈2’周围便产生了大量的磁力线(如图1所示)，也就是说在电感线圈2’内部和外部会产生同样数量的磁力线，而现有技术只是利用了电感线圈2’内部的磁场而已，相对于本发明效率低下，即现有技术的系统焦耳热为：

[0034] P＝0.24If2Rt＝0.24·〔(4.44fNФm)2/R〕·t

[0035] 图3是表示本发明所述的电感线圈装置的截面图。图4是表示本发明所述的电感线圈装置的俯视图。图5是表示本发明所述的电感线圈装置的仰视图。

[0036] 如图3-图5所示，电感线圈装置由第一磁体1、电感线圈2、第二磁体3组成。电感线圈2缠绕在第一磁体1上，第二磁体3包围电感线圈2。当电感线圈2通电后，通过电感原理，在电感线圈2周围产生交变磁场，该磁场在第一磁体1的壁上便产生感应的闭合涡电流，则这一感应的闭合涡电流在第一磁体1的壁上进行电-磁-热的能量转换，从而在第一磁体1上将电感线圈2通电后所产生的电能转换为热能；同时，由于第二磁体3也是设置在电感线圈2的磁场范围内，所以，在第二磁体3的壁上，同时也产生感应的闭合涡电流，并同时进行电-磁-热的能量转换，进而在第二磁体3上也将电感线圈2通电后所产生的电能转换为热能。

[0037] 即，在同一个电感线圈2周围同时具有两个磁体1和3，也就是说在同一个电感线圈2通过同一个电流时，进行双重电-磁-热的能量转换，从而该电感线圈装置将电感线圈2所产生的绝大部分的电能转化为热能，从而与图1-图2中仅具有磁体1’的情况相比较，具有能够在电流不变的情况下提高功率的效果，进而实现节能。如上所述，本发明在现有技术的基础上，在电感线圈2’的外侧增加了第二个感应磁体，即第二磁体3(图3所示)，本发明与现有技术相比较，具有如下发展创新。

[0038] 首先，从磁场的利用率上看，在现有技术中它只是将电感线圈2的内部的磁场做了电-磁-热的转换，其转换的焦耳热功率是(在不考虑损耗的情况下)：

[0039] P＝P内＝0.24If2Rt

[0040] 而本发明是将电感线圈2的内、外部的磁场全部进行了电-磁-热的转化，其转换的焦耳热功率是(同样在不考虑损耗的情况下)：

[0041] P＝P外+P内＝0.24If2Rt+0.24If2Rt＝2(If2Rt)

[0042] 从以上的电-磁-热的能量转换上看，本发明完全的、充分的利用了电感线圈2所产生的磁场的能量，这是一次能量转换的革命，也是一个电磁感应领域的磁能转换的一个飞跃式的发展。

[0043] 其次，我们再从磁通量的角度上比较一下现有技术与本发明的区别所在，我们都知道，所有介质的本身都具有一定的电阻和磁导率，众所周知，电阻大的导体其所通过的电流就小，其消耗的功率相对就小，那么磁导率大的导体其通过的磁力线就多，磁场就强，磁通量就越大，而磁导率小的导体其通过的磁力线就少，磁场就弱，磁通量就越小，根据导体的磁导率表可知空气的磁导率近似为1，而铁磁性材料的磁导率要远远大于空气磁导率的几百或几万倍不等，又由于在现有技术中的电感线圈2’的外部只有空气作为导磁介质它的磁导率为1，而本发明在电感线圈的2外侧是铁磁性材料，它的磁导率远远高于空气的磁导率，因此本发明的电磁感应的效率要远远大于现有技术的效率。

[0044] 并且，我们知道，在电磁感应理论中，磁场强度的大小，除了与通电导体的形状、电流的大小以外，还与磁场中的物质、相对位置有关。例如，在同一通电的螺线管里，放入不同的物质(如铜、铁等)，那么在同一点得到的磁感应强度是不相同的，因此调整好电感线圈2与第一磁体1和第二磁体3的相对位置也是相对提高电磁感应加热系统效率的一个不可或缺的条件之一，所以本发明通过上支架6、下支架20、上调整环5、下调整环19、以及固定调整螺丝7a、7d、8a、8d、9a、9d、21、22、24等对电感线圈2和第一磁体1、第二磁体3进行相对位置的调整，以使在第一磁体1、第二磁体3上获得最大的电磁感应电动势，即电磁加热的最大效率。

[0045] 并且，电感线圈装置还可包括：用于承载第二磁体3的骨架4；控制系统10，压力检测11、水位检测12、内温检测13、测温元件16用于对该电感线圈装置进行控制；排气接口14、15；测温元件16；外接口17；内接口18；出口26；排污口27；入口28；排污口29；出口连接件30；
入口连接件31；泵32。

[0046] 第一磁体1和第二磁体3可以为任何的几何形状，如柱体、球体、方体、锥体、以及它们的组合体等。图3-图5以第一磁体1和第二磁体3为圆柱形为例，而不限于此。

[0047] 磁体1可以是空心的，也可以是实心的。

[0048] 图3是表示以电感线圈装置为实心为例。在图3中，第二磁体3的厚度与第一磁体1的厚度(即磁体的半径a)可以相同，也可以不同。优选地，当第二磁体3的厚度与第一磁体1的厚度相同时，将电能转化为热能的效率最高。

[0049] 为了使电感线圈装置稳固，可采用固定件将第一磁体1、第二磁体3和线圈2固定在一起。固定件可分别包括顶面和底面上的调整固定件及多个固定螺丝，通过对电感线圈2相对应的调整，使调整固定件分别通过多个固定螺丝定位在第一磁体1、电感线圈2以及第二磁体3上。以图3-图5为例，本发明的电感线圈装置可以在顶面上包括上支架6，在底面包括下支架20，调整固定件例如为上支架6上的上调整环5和下支架20上的下调整环19，上调整环5分别通过多个固定螺丝7a、7d、8a、8d、9a、9d固定在磁体1、3和线圈2上，下调整环19分别通过多个固定螺丝21-22、24固定在磁体1、3和线圈2上。

[0050] 进一步而言，在感应线圈外侧增加的第二磁体若是与感应线圈的距离过小，则磁通量过于集中，将会造成磁体感应面积减小，导致转换率低；而若要使其距离过大，则会造成磁通量过于分散，同样也会导致转换率低，那么，究竟这个位置到底设置在多少的位置，才会使其发挥最大的转换率呢？我们通过历经多年无数次论证和实验，最后终于总结出了一个最为理想的、效率最高的，在两个磁体和感应线圈、电感线圈的缠绕方式、以及满足电磁感应电源的各项参数指标的同时，并同时使得它们之间的参数的相互配合，既同时保证了第一磁体和第二磁体与电感线圈的有效距离，又使其在转换率上得到了最大化的转换率，即必须在同时满足以上叙述的各项指标的前提下，方才获得的一个最有效的距离，使其得到了效率转换的最大化。

[0051] 为什么要一味的强调第一磁体、第二磁体与电感线圈的距离呢？其实所谓的强调第一磁体、第二磁体与电感线圈的距离，其实就是为了得到转换效率的最大化，那么只有上述的距离才是转换效率最大化的唯一条件吗，其实不是，它只是满足条件的一个必备和通过调整它相对较容易得到最大效率的唯一途径，而这个能够唯一调节的途径是在已知其他条件的情况下，产生出来的，没有已知的其他条件，则这个唯一的调节条件也不复存在了。然而要想得到一个理想的转换效率，则必须同时满足以下五个必备的条件：

[0052] 即满足条件1、电流不变

[0053] 2、感应线圈电源的电感参数、电容参数

[0054] 3、线圈的形式和参数

[0055] 4、效率转换率最大

[0056] 5、第一、二磁体与线圈的距离

[0057] 然而，单纯的依据某些单一的定理或定律来计算后将第二磁体设置在电感线圈的外侧，其结果不但不会有好的效率，还会造成效率的降低。

[0058] 然而这几个条件又是相互牵连，相互制约的，只要有一个条件发生变化，那么其他的条件也随着在改变，也就是说当将一个条件满足时，其他的条件就有背离其满足的条件的改变，而有逐渐向背离条件的方向改变的趋势，这样就不可能得到转换效率的最大化。通过我们历经多年无数次论证和实验，最终得出了一个唯一的能够同时满足以上条件的唯一的解决方案，即所述电感线圈的绕制同时满足如下条件： 以及其中，a是第一磁体1的半径，b是电感线圈2的半径，c是第二磁体3内
壁的半径，d是电感线圈2导线的直径。只有当必须满足这个条件时，才能得到转换效率的最大化。

[0059] 其中，优选地，第一磁体1与电感线圈2的距离的范围在15-30毫米之间，第二磁体3与所述电感线圈2的距离的范围在3-25毫米之间。使得在保证交流电源所必需的电容的同时，最大的聚集了交变磁力线的聚合，使电-磁-热的交换效率最大。

[0060] 其中，优选地，所述电感线圈的绕制同时满足如下条件： 并且

[0061] e是电感线圈2中两匝相邻线圈之间的距离。

[0062] 进一步地，当第一磁体1与电感线圈2的距离是20毫米，第二磁体3与电感线圈2的距离是25毫米时，其电-磁-热的交换效率最佳。

[0063] 电感线圈装置的制造方法包括：将电感线圈2缠绕在第一磁体1上；以及将第二磁体3包围电感线圈2。具体而言，首先将电感线圈2及骨架4套在第一磁体1的外侧，再将第二磁体3套在电感线圈2外侧，再将上调整环5通过上调整环调整螺丝8a、8d安装、固定在第一磁体1和第二磁体3之间，并对电感线圈2相对应的进行调整使其达到最佳位置，再将下调整环19通过24等4个调整螺丝安装、固定在第一磁体1和第二磁体3之间，并对电感线圈2相对应的进行调整使其达到最佳位置，然后再将上支架6通过外调整螺丝或内调整螺丝7a、7d、9a、9d安装固定在相对应的位置，再将下支架20通过外调整螺丝或内调整螺丝21、22安装固定在相对应的位置，然后分别通过上调整环5、下调整环19和上、下调整支架6、20相对固定后，然后通过上调整环5、下调整环19对电感线圈2进行相对第一磁体1和第二磁体3的位置进行相对的调整并固定，使其达到聚集磁通量的最大化，通过调整上、下支架6、20并固定，使其在第一磁体1和第二磁体3上得到最大的感应电动势。

[0064] 为了更好地说明本发明与现有技术的区别，列举出本发明的实施例1-6与对比实施例1-6如下：

[0065] 实施例1：电感线圈装置可包括第一磁体1；电感线圈2，缠绕在第一磁体1上；以及第二磁体3，包围电感线圈2。

[0066] 实施例2：电感线圈装置还包括固定件，通过固定件将第一磁体1、电感线圈2以及第二磁体3固定在一起。实施例2中的其它设置均与实施例1相同。

[0067] 实施例3：固定件包括调整固定件以及多个固定螺丝，通过对电感线圈相对应的调整使调整固定件分别通过多个固定螺丝定位在第一磁体1、电感线圈2以及第二磁体3上。实施例3中的其它设置均与实施例2相同。

[0068] 实施例4：电感线圈装置，电感线圈2采用单层稀绕式线圈，电感线圈2的绕制同时满足如下条件： 以及 其中，a是所述第一磁体的半径，b是所述电感线圈的半径c是所述第二磁体内壁的半径，d是所述电感线圈导线的直径。实施例4中的其它设置均与实施例1相同。

[0069] 实施例5：电感线圈装置，通过调整上、下调整支架6、20，来改变第一磁体1和第二磁体3与电感线圈2的相对距离，第一磁体1与电感线圈2的距离的范围在15-30毫米之间，第二磁体3与电感线圈2的距离的范围在3-25毫米之间。以保证在当电感线圈2通以同一交变电流后，在第一磁体1和第二磁体3上产生最大的感应电动势。实施例5中的其它设置均与实施例4相同。

[0070] 实施例6：电感线圈2采用单层稀绕式线圈，即满足如下条件： 并且其中e是稀绕式线圈中两匝相邻线圈之间的距离。实施例5中的其它设置均
与实施例4相同。

[0071] 实施例7：第一磁体1与电感线圈2的距离是20毫米，第二磁体3与电感线圈2的距离为25毫米。实施例7中的其它设置均与实施例5相同。

[0072] 比较例1：在现有的电磁感应技术中，现有技术只有单一的第一磁体1’和电感线圈2’，在第一磁体1’的外面套上电感线圈2’，再通以一定的交变电流，则在第一磁体1’上产生感应电动势进而实现电-磁-热的转换。

[0073] 比较例2：电感线圈装置还包括高温带，通过高温带将第一磁体1、第二磁体2和电感线圈2固定在一起。比较例2中的其它设置均与实施例1相同。

[0074] 比较例3：高温带包括保温棉，通过对所述电感线圈相对应的调整保温棉的厚度定位在第一磁体1、第二磁体3和电感线圈2上。比较例3中的其它设置均与比较例2相同。

[0075] 比较例4：电感线圈3的绕线结构是采用单层密绕式线圈结构。比较例4中的其它设置均与实施例1相同。

[0076] 比较例5：第一磁体1与电感线圈2的距离是14毫米，第二磁体3与电感线圈2的距离是2毫米。比较例5中的其它设置均与实施例1相同。

[0077] 比较例6：第一磁体1与电感线圈2的距离是31毫米，第二磁体3与电感线圈2的距离是26毫米。比较例6中的其它设置均与实施例1相同。

[0078] 将本发明的实施例1-7与比较例1-6进行比较，结果如下：

[0079] 表1：

[0080]  性能指标1 性能指标2 性能指标3
实施例1 效率高 受热面积大 磁场利用率高
实施例2 效率高 感应电动势高 有聚集能量功能
实施例3 效率高 线损小 电源效率高
实施例4 效率高 感应电动势高 能量转换率高
实施例5 效率更高 感应电动势更大 能量转换率更大
实施例6 效率最高 感应电动势最大 能量转换率最大
实施例7 效率最高 感应电动势最大 能量转换率最大
比较例1 效率低 受热面积小 磁场利用率低
比较例2 效率一般 感应电动势一般 无能量聚集功能
比较例3 效率一般 线损一般 电源效率低
比较例4 效率一般 感应电动势一般 能量转换率低
比较例5 效率一般 感应电动势一般 能量转换率低
比较例6 效率一般 感应电动势一般 能量转换率低

[0081] 该电感线圈装置可用在加热设备中，该加热设备适用于多个领域，例如：家庭采暖系统可完全替代集中供暖，各种热水器等。

[0082] 本领域技术人员应当理解，对于上述发明涉及的电感线圈装置，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进和组合。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。