專利名稱：一種永磁水冷式間隔繞組旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型提供一種永磁水冷式間隔繞組旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生裝置，特別是一種用于材料表面激光熔覆涂層微觀組織和性能優(yōu)化的水冷式旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生裝置，屬于表面改性裝備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著近年來激光熔覆表面改性技術(shù)在生物、航空、航天、機械、材料、冶金、礦山、核電等領(lǐng)域的進一步廣泛應(yīng)用，對激光熔覆改性涂層的微觀組織結(jié)構(gòu)、物化性能、力學性能、 光電性能及生物醫(yī)學性能等提出了越來越高的要求。但激光熔覆涂層普遍存在熔覆層組織不夠均勻、易出現(xiàn)氣孔和裂紋等缺陷。為了有效彌補激光熔覆的不足，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，近年來研究人員提出外加磁場輔助激光焊接和激光熔覆的新思路。根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有的研究和報道，外加磁場的形式有縱向磁場、橫向磁場等，但這些磁場都屬于靜態(tài)下的磁場，磁場分布局限在空間某一位置，并且磁力線的方向始終固定。通過試驗研究證明，這些靜態(tài)形式的磁場都能對激光焊接、激光熔覆過程中熔池內(nèi)的金屬流動和結(jié)晶產(chǎn)生一定的影響，從而影響熔池內(nèi)金屬的傳質(zhì)和傳熱過程，以致改善其工藝，提高改性層的質(zhì)量。雖然靜態(tài)磁場可以對熔池內(nèi)金屬的傳質(zhì)和傳熱產(chǎn)生影響，但靜態(tài)磁場在某一時刻只能對熔池內(nèi)金屬在特定的方向上影響傳質(zhì)和傳熱過程。因此，靜態(tài)磁場對改善工藝依然存在較大的局限性。如果能研制出一種具有多方向影響熔池金屬傳質(zhì)和傳熱的工藝，對進一步改善激光熔覆復合涂層的微觀組織形態(tài)，提高激光熔覆涂層的表面綜合性能將具有十分重要的意義，對激光熔覆過程施加旋轉(zhuǎn)磁場即是一種有效的途徑。目前，還沒有改善激光熔覆工藝的旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生裝置的報道，特別是具有良好磁場強度和冷卻散熱效果的旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生裝置尚無報道。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種永磁水冷式間隔繞組旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生裝置，為激光熔覆工藝提供旋轉(zhuǎn)磁場，改善液態(tài)金屬的流動和結(jié)晶特征，優(yōu)化激光熔覆涂層組織結(jié)構(gòu)和綜合表面性能。本實用新型的技術(shù)方案是水冷式間隔繞組旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生裝置，包括沿圓周均勻分布的多對鐵芯2和套固于其上的勵磁繞組6、裝于每對鐵芯2上端的多對磁頭1和附加永磁磁頭14、鐵芯固定底盤5、勵磁繞組外保護罩3、勵磁繞組內(nèi)保護罩4、隔熱板11、以及冷卻輸水管13，鐵芯2下端固定在鐵芯固定底盤5上，勵磁繞組外保護罩3和內(nèi)保護罩4分別固定在鐵芯固定底盤5的內(nèi)外圈上、并將勵磁繞組6罩于其相互間形成的空腔中，隔熱板 11固定在勵磁繞組內(nèi)、外保護罩3和4的上表面，附加永磁磁頭14裝于磁頭1端頭；每個勵磁繞組6包括繞組固定端板9及將其固定在鐵芯上、下端的固定螺母7，由內(nèi)至外沿周圈均勻固定在上、下繞組固定端板9上的多層線圈固定空心立柱12、以及繞制在每層線圈固定空心立柱12上的線圈，每層線圈之間保持一定間距；線圈固定空心立柱12與冷卻輸水管13連接(密封接口處)，通過冷卻輸水管13向線圈固定空心立柱12通冷卻水，對勵磁繞組6 進行冷卻。所述線圈固定空心立柱12的層數(shù)為2、層，每層有壙12根空心立柱，每根空心立柱為直徑3 5mm的金屬立柱，每層線圈之間的間距為廣3mm，以保證每層線圈之間有一定的散熱間隙?？招牧⒅?2的層數(shù)、每層空心立柱的數(shù)量和每層線圈之間的間距，均根據(jù)實際需要在給定范圍內(nèi)確定，保證能夠形成足夠的磁場強度和散熱即可。所述磁頭1、附加永磁磁頭14、鐵芯2和勵磁繞組6的數(shù)量為2飛對，每對磁頭1、 附加永磁磁頭14、鐵芯2和勵磁繞組6之間的間隔為3(Γ90°。磁頭1為條柱形結(jié)構(gòu)(斷面可為圓形、方形等)，其與隔熱板11間隔廣5mm的間隙，且每對磁頭成直線對置裝配。磁頭 1、鐵芯2和勵磁繞組6的數(shù)量根據(jù)實際需要，在給定范圍內(nèi)選擇確定，保證能夠形成足夠的磁場強度即可。附加永磁磁頭14的斷面形狀與磁頭1相同，其中心與磁頭1同軸，且每對永磁磁頭成直線對置裝配。磁頭1和鐵芯2的材質(zhì)可為純鐵、鐵硅合金(如硅鋼)、鐵鎳系合金、鐵鋁合金、非晶磁性材料、鐵氧體等。所述勵磁繞組外保護罩3厚1 5mm，其上開有多個直徑1 20mm的散熱孔，可由厚度普通銅、鋼、鐵等金屬薄板制成。保護罩3的厚度及其上散熱孔的數(shù)量根據(jù)實際需要確定，保證對繞組的防護和正常散熱即可。勵磁繞組內(nèi)保護罩4可采用隔熱材料制成。所述磁頭1與鐵芯2通過磁頭鐵芯連接固定螺栓10連接固定，線圈固定空心立柱 12通過螺紋配合固定在勵磁繞組固定端板9上，勵磁繞組外保護罩3與鐵芯固定底盤5通過耐高溫絕緣膠連接固定，勵磁繞組內(nèi)保護罩4與鐵芯固定底盤5通過耐高溫絕緣膠連接密封固定，隔熱板11與勵磁繞組外保護罩3和勵磁繞組內(nèi)保護罩4通過耐高溫絕緣膠固定連接并密封，圈固定空心立柱12與冷卻輸水管13在接口處通過普通焊接或管連接密封連接。本實用新型通過對在同一圓周均勻間隔分布的多對勵磁繞組進行順序通、斷電來實現(xiàn)磁場的旋轉(zhuǎn)，每對勵磁繞組的通斷電時間間隔、周期以及勵磁電流的大小均可單獨進行調(diào)節(jié)。本裝置通過在同一圓周均勻間隔分布的多對勵磁繞組的順序通、斷電來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，通過調(diào)節(jié)勵磁繞組的順序通斷電時間間隔和周期、以及勵磁電流的大小，即可方便地實現(xiàn)磁場旋轉(zhuǎn)頻率和磁場強度的大小變化。由于在磁頭上增加了條形附加永磁磁頭，使裝置的磁場強度大大加強。同時，由于在繞組立柱采用與冷水管連接的空心結(jié)構(gòu)，增加了對繞組工作時的散熱和冷卻，使裝置可以在更大的電流強度下工作，磁場可達到更高的強度，在激光熔覆過程中可獲得更好的使用效果。通過改變該旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)頻率和勵磁電流的大小，可便捷而有效地改善激光熔覆工藝，改善熔池內(nèi)液態(tài)金屬的傳質(zhì)和傳熱過程。具有小型化、易裝配、拆卸等優(yōu)點，可在較小的環(huán)境空間內(nèi)進行磁化處理，滿足各種工程和工況條件下磁化處理的需要。

圖1為本實用新型主視示意圖；圖2為本實用新型府視示意圖；圖3為本實用新型A-A剖視示意圖；[0015]圖4為本實用新型原理圖；圖5為本實用新型實施例1繞組1-1’產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的過程示意圖；圖6為本實用新型實施例1繞組2-2’產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的過程示意圖；圖7為本實用新型實施例1繞組3-3’產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的過程示意圖。圖中各標號依次為1-磁頭；2-鐵芯；3-勵磁繞組外保護罩；4-勵磁繞組內(nèi)保護罩；5-鐵芯固定底盤；6-勵磁繞組；7-勵磁繞組端板固定螺母；8-固定螺母；勵磁繞組固定端板9 ;10_磁頭鐵芯連接固定螺栓；11-隔熱板；12-線圈固定空心立柱；13-冷卻輸水管； 14-附加永磁磁頭。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型作進一步闡述，但本實用新型的保護范圍不限于所述內(nèi)容。實施例1 參見圖1、2、3，本水冷式間隔繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的裝置，包括沿圓周均勻分布的3對鐵芯2和套固于其上的勵磁繞組6、裝于每對鐵芯2上端的3對磁頭1和附加永磁磁頭14、鐵芯固定底盤5、勵磁繞組外保護罩3、勵磁繞組內(nèi)保護罩4、隔熱板11、以及冷卻輸水管13，鐵芯2下端通過螺母8配合固定在鐵芯固定底盤5上，勵磁繞組外保護罩3和內(nèi)保護罩4分別固定在鐵芯固定底盤5的內(nèi)外圈上、并將勵磁繞組6罩于其相互間形成的空腔中，隔熱板11固定在勵磁繞組內(nèi)、外保護罩3和4的上表面，附加永磁磁頭13裝于磁頭1端頭。每個勵磁繞組6包括繞組固定端板9及將其固定在鐵芯上、下端的固定螺母7， 由內(nèi)至外沿周圈均勻固定在上、下繞組固定端板9上的6層線圈固定空心立柱12、以及繞制在每層線圈固定空心立柱12上的線圈，每層有4根直徑5mm的銅質(zhì)空心立柱，每層線圈之間間距為3mm，線圈固定空心立柱12與冷卻輸水管13連接。每個條柱形磁頭1的端頭裝有與其同軸的附加永磁磁頭14，磁頭1、附加永磁磁頭14和鐵芯2的斷面均為圓形，每對磁頭 1、附加永磁磁頭14、鐵芯2和勵磁繞組6之間的間隔為60°，磁頭1與隔熱板11間隔5mm， 每對磁頭1和附加永磁磁頭14成直線對置裝配。磁頭1與鐵芯2通過磁頭鐵芯連接固定螺栓10連接固定，線圈固定空心立柱12 通過螺紋配合固定在勵磁繞組固定端板9上，勵磁繞組外保護罩3與鐵芯固定底盤5通過耐高溫絕緣膠連接固定，勵磁繞組內(nèi)保護罩4與鐵芯固定底盤5通過耐高溫絕緣膠連接密封固定，隔熱板11與勵磁繞組外保護罩3和勵磁繞組內(nèi)保護罩4通過耐高溫絕緣膠固定連接并密封，線圈固定空心立柱12與冷卻輸水管13在接口處焊接密封。磁頭1和鐵芯2由 Q235鋼制成，勵磁繞組內(nèi)保護罩4由耐高溫隔熱板制成，鐵芯固定底盤5由Q235鋼制成，勵磁繞組線采用Imm漆包銅線，勵磁繞組固定端板9由絕緣板制成，勵磁繞組外保護罩3由厚 2mm的銅皮制成(其上有2000個直徑Imm的散熱孔)。本裝置通過對在同一圓周均勻間隔分布的多對勵磁繞組進行順序通、斷電來實現(xiàn)磁場的旋轉(zhuǎn)，每對勵磁繞組的通斷電時間間隔、周期以及勵磁電流的大小均可單獨進行調(diào)節(jié)。如圖4、5、6、7所示，3對磁頭1、附加永磁磁頭14、鐵芯和繞組間隔60°分布在同一圓周上，當順序給3對勵磁繞組1-1’ ,2-2' ,3-3'通斷電時，勵磁繞組線圈所包圍的空間內(nèi)便產(chǎn)生磁場，產(chǎn)生的磁場把勵磁繞組內(nèi)的鐵芯磁化，使磁力線沿鐵芯到磁頭方向上傳輸。旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的過程是當順序給勵磁繞組1-1’通電時，該勵磁繞組線圈所包圍的空間內(nèi)便產(chǎn)生磁場，產(chǎn)生的磁場把勵磁繞組內(nèi)的鐵芯磁化，使磁力線沿鐵芯到磁頭方向上傳輸(參見圖5)。當順序給勵磁繞組2-2’通電時，該勵磁繞組線圈所包圍的空間內(nèi)便產(chǎn)生磁場，產(chǎn)生的磁場把勵磁繞組內(nèi)的鐵芯磁化，使磁力線沿鐵芯到磁頭方向上傳輸(參見圖6)。當順序給勵磁繞組3-3’通電時，該勵磁繞組線圈所包圍的空間內(nèi)便產(chǎn)生磁場，產(chǎn)生的磁場把勵磁繞組內(nèi)的鐵芯磁化，使磁力線沿鐵芯到磁頭方向上傳輸(參見圖7)。根據(jù)激光熔覆熔池凝固結(jié)晶過程的特點和工藝需要，也可同時進行3對勵磁繞組同時通電或其中任意兩組同時通 H1^ ο實施例2 參見圖1、2，本水冷式間隔繞組旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生裝置與實施例1相同，不同之處是共有6對磁頭、附加永磁磁頭、鐵芯和勵磁繞組，每對磁頭、附加永磁磁頭、鐵芯和勵磁繞組的間隔為30°，磁頭與隔熱板的間隔為3mm。每個勵磁繞組有2層線圈固定空心立柱、每層有12根直徑3mm的鋼質(zhì)空心立柱，每層線圈之間間距為1mm。磁頭和鐵芯材料為硅鋼，其斷面均為方形；外保護罩由厚5mm的鋼板制成，其上有500個直徑20mm的散熱孔。實施例3 參見圖1、2，本水冷式間隔繞組旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生裝置與實施例1相同，不同之處是共有4對磁頭、附加永磁磁頭、鐵芯、附加永磁磁頭和勵磁繞組，每對磁頭、附加永磁磁頭、鐵芯和勵磁繞組的間隔為45°，磁頭與隔熱板的間隔為4mm。每個勵磁繞組有4層線圈固定空心立柱、每層有8根直徑3mm的銅質(zhì)空心立柱，每層線圈之間間距為2mm。磁頭和鐵芯材料為鐵氧體，其斷面均為圓形；外保護罩由厚Imm的銅板制成，其上有100個直徑 IOmm的散熱孔。實施例4 參見圖1、2，本水冷式間隔繞組旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生裝置與實施例1相同，不同之處是共有5對磁頭、附加永磁磁頭、鐵芯、附加永磁磁頭和勵磁繞組，每對磁頭、附加永磁磁頭、鐵芯和勵磁繞組的間隔為36°，磁頭與隔熱板的間隔為4mm。每個勵磁繞組有8層線圈固定空心立柱、每層有6根直徑4mm的銅質(zhì)空心立柱，每層線圈之間間距為3mm。磁頭和鐵芯材料為鐵鎳合金，其斷面均為方形；外保護罩由厚3mm的銅板制成，其上有1500個直徑3mm的散熱孔。實施例5 參見圖1、2，本水冷式間隔繞組旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生裝置與實施例1相同，不同之處是共有2對磁頭、附加永磁磁頭、鐵芯、附加永磁磁頭和勵磁繞組，每對磁頭、附加永磁磁頭、鐵芯和勵磁繞組的間隔為90°，磁頭與隔熱板的間隔為1mm。每個勵磁繞組有3層線圈固定空心立柱、每層有4根直徑3mm的銅質(zhì)空心立柱，每層線圈之間間距為2mm。磁頭和鐵芯材料為鐵鎳合金，其斷面均為方形；外保護罩由厚2mm的銅板制成，其上有1000個直徑5mm的散熱孔。
權(quán)利要求1.一種永磁水冷式間隔繞組旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生裝置，其特征在于包括沿圓周均勻分布的多對鐵芯(2)和套固于其上的勵磁繞組(6)、裝于每對鐵芯(2)上端的多對磁頭(1)和附加永磁磁頭(14)、鐵芯固定底盤(5)、勵磁繞組外保護罩(3)、勵磁繞組內(nèi)保護罩(4)、隔熱板 (11)、以及冷卻輸水管(13)；鐵芯(2)下端固定在鐵芯固定底盤(5)上，勵磁繞組外保護罩 (3)和內(nèi)保護罩(4)分別固定在鐵芯固定底盤(5)的內(nèi)外圈上、并將勵磁繞組(6)罩于其相互間形成的空腔中，隔熱板(11)固定在勵磁繞組內(nèi)、外保護罩(3)和(4)的上表面，附加永磁磁頭(14)裝于磁頭(1)端頭；勵磁繞組(6)包括繞組固定端板(9)及將其固定在鐵芯上、 下端的固定螺母(7)，由內(nèi)至外沿周圈均勻固定在上、下繞組固定端板(9)上的多層線圈固定空心立柱(12)、以及繞制在每層線圈固定空心立柱(12)上的線圈，每層線圈之間保持一定間距，線圈固定空心立柱12與冷卻輸水管(13)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁水冷式間隔繞組旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生裝置，其特征在于線圈固定空心立柱(12)的層數(shù)為2、層，每層有壙12根空心立柱，每根空心立柱為直徑;T5mm 的金屬立柱，每層線圈之間的間距為廣3mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁水冷式間隔繞組旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生裝置，其特征在于磁頭 (1)、附加永磁磁頭(14)、鐵芯(2)和勵磁繞組(6)的數(shù)量為2飛對，每對磁頭(1)、附加永磁磁頭(14 )、鐵芯(2 )和勵磁繞組(6 )的間隔為3(Γ90 °。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁水冷式間隔繞組旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生裝置，其特征在于磁頭 (1)為條柱形結(jié)構(gòu)，其與隔熱板(11)間隔一定間隙，且每對磁頭成直線對置裝配。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的永磁水冷式間隔繞組旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生裝置，其特征在于磁頭 (1)與隔熱板(11)之間的間隙為廣5rnm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁水冷式間隔繞組旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生裝置，其特征在于附加永磁磁頭(13)斷面形狀與磁頭(1)相同，其中心與磁頭(1)同軸、且每對永磁磁頭成直線對置裝配。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁水冷式間隔繞組旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生裝置，其特征在于勵磁繞組外保護罩(3)厚1 5mm，其上開有多個直徑1 20mm的散熱孔。
專利摘要本實用新型提供一種永磁水冷式間隔繞組旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生裝置，屬表面改性裝備技術(shù)領(lǐng)域。包括沿圓周均勻分布的多對鐵芯和勵磁繞組，磁頭和裝于其端頭的附加永磁磁頭，鐵芯固定底盤，勵磁繞組內(nèi)、外保護罩，隔熱板，以及冷卻輸水管。鐵芯下端固定在鐵芯固定底盤上，勵磁繞組外保護罩和內(nèi)保護罩分別固定在鐵芯固定底盤的內(nèi)外圈上、并將勵磁繞組罩于其相互間形成的空腔中，隔熱板固定在內(nèi)外保護罩上表面；勵磁繞組為繞制在多層空心立柱上的線圈，空心立柱與冷卻輸水管連接，由水冷幫助線圈散熱。通過順序?qū)畲爬@組通斷電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，進行材料表面激光熔覆涂層的結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)化，具有可獲得高強度旋轉(zhuǎn)磁場、小型化、易裝配、拆卸等優(yōu)點，可在較小的環(huán)境空間內(nèi)進行磁化處理，滿足各種工況條件下磁化處理的需要。
文檔編號H01F7/02GK202307401SQ20112042292
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者劉洪喜, 張曉偉, 王傳琦, 紀升偉, 蔣業(yè)華 申請人:昆明理工大學