Comsol加热线圈设计

加热线圈又名电热圈、发热圈，是用电热合金丝作发热材料，用云母软板（有时用陶瓷芯）作绝缘材料，主要应用于电热水壶等加热电器。

‌1.1 电阻加热线圈

利用电流的焦耳效应将电能转变成热能以加热物体。通常分为直接电阻加热和间接电阻加热。前者的电源电压直接加到被加热物体上，当有电流流过时，被加热物体本身便发热。可直接电阻加热的物体必须是导体，但要有较高的电阻率。由于热量产生于被加热物体本身，属于内部加热，热效率很高。间接电阻加热需由专门的合金材料或非金属材料制成发热元件，由发热元件产生热能，通过辐射、对流和传导等方式传到被加热物体上。由于被加热物体和发热元件分成两部分，因此被加热物体的种类一般不受限制，操作简便。

1.2 感应加热线圈

利用导体处于交变电磁场中产生感应电流（涡流）所形成的热效应使导体本身发热。根据不同的加热工艺要求，感应加热采用的交流电源的频率有工频(50～60赫)、中频(60～10000赫)和高频（高于10000赫）。工频电源就是通常工业上用的交流电源，世界上绝大多数国家的工频为50赫。感应加热用的工频电源加到感应装置上的电压必须是可调的。

感应加热可对金属物体进行整体均匀加热和表层加热；可熔炼金属，可用于金属钎焊，可对金属进行（淬火，回火，正火）等各种热处理，以及锻造用透热；在高频段，改变加热线圈(又称感应器)的形状，还可进行任意局部加热。

1.3 电子束加热线圈

利用在电场作用下高速运动的电子轰击物体表面，使之被加热。进行电子束加热的主要部件是电子束发生器，又称电子枪。电子枪主要由阴极、聚束极、阳极、电磁透镜和偏转线圈等部分组成。阳极接地，阴极接负高位，聚焦束通常和阴极同电位，阴极和阳极之间形成加速电场。由阴极发射的电子，在加速电场作用下加速到很高速度,通过电磁透镜聚焦,再经偏转线圈控制，使电子束按一定的方向射向被加热物体。电子束加热的优点是:（1）控制电子束的电流值Ie,可以方便而迅速地改变加热功率；（2）利用电磁透镜可以自由地变更被加热部分或可以自由地调整电子束轰击部分的面积；（3）可增加功率密度，以使被轰击点的物质在瞬间蒸发掉。

图1. 金属加热线圈