无焰加热器的结构及其机理分析
陈磊，侯云鹏，程树康
(哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨150001)
摘要：分析了军队野战食品加热方法的优缺点，提出了无焰加热器的结构，并介绍了其工作原理。对无焰加热器实心铁心中的磁滞和涡流热功率及短路绕组中的短路电流热功率进行了理论分析，给出了计算方法。结合具体样机进行了实验研究，表明该无焰加热器的可行性。
关键词：无焰加热器；结构；热功率
0 引 言
不论是作战，还是野外工作，人们都需要进食，因此对野战食品或方便食品的加热是必不可少的。目前单兵野战口粮热食化主要通过两条途径。一种是通过固体燃料产生热量来实现日粮的加热。，这种方式有明火产生。但有些条件下加热食品不能使用明火，例如在战场上使用明火会暴露目标，造成不必要的人员和装备损失；在森林或化工厂等危险场合使用咀火会引起火灾或爆炸等。另一种是通过化学反应放热来实现口粮的加热，这种方式不产生明火，又称“无火化学加热”。无火口粮加热器主要由化学反应剂和激活剂组成，平时化学反应剂和激活剂相互隔离，使用时通过一定的方式使两者接触，发生化学反应，并放出热量。热量以热传导和辐射的方式对口粮进行加热。具有代表性的化学反应剂主要有生石灰、铁、铝、镁等，激活剂主要是水和氧气。但是这种食品加热方法也存在先天不足，首先是化学药剂发热量低，且是一次性使用，极大地增加了后勤运力和士兵携行负担；其次是加热食品时需要使用水，而水在战场上弥显珍贵；第三是化学药剂受潮后会失效，要求在生产、运输、储存过程中严格密封，给后勤保障带来许多不便，并增加了制造成本，第四是大量使用后会造成环境污染。因此，寻找一种能完全无烟、无焰、无污染的野战加热食品的方法成了当今的热点。
电加热技术是一种无烟、无焰、无二次污染的加热技术。有别于传统的电加热方式，从电机损耗与温升的反问题出发考虑，利用电磁理论中旋转电机损耗的概念和成因，采用适当的材料、结构和方法，将输入的能量完全地充分地转换为热能，得到了动态电磁感应加热的概念。其利用永磁体和铁磁物质相对运动切割磁力线，在闭合线圈中感应旋转电势的电流效应，和旋转磁场中的块状铁心的涡流效应及磁滞效应综合加热。无焰电磁加热装置(专利号cN200410044061．4)是一种可重复使用的无火焰、无烟、无污染的电磁食品加热器。这种加热器是由人工手摇提供能量，利用磁滞、涡流和二次感应电流发热原理加热食品，同战士的饭盒组合在一起，可以重复使用，加热食品的速度和温度可随意控制，使用方便，结构简单、紧凑，可靠性高。
1无焰加热器的结构及工作原理
图1为无焰电磁加热装置结构示意图，它由保温筒、无焰加热器和增速机构组成。保温筒由内外壁及填充在内外壁之间的保温材料构成，食品可放置在保温筒和无焰加热器上板之间的空腔内加热。增速机构中四个直齿轮啮合实现增速，两个伞齿轮与摇把实现运动方向转向90o。这样，通过手摇摇把，增速机构将输入转速提高，带动无焰加热器发
热，从而将保温筒内的食品加热。
图2为无焰加热器的装配图，它由上定子部件、下定子部件、转子部件、轴承和机壳构成。定子部件由实心铁心和绕组构成，其中绕组由铜线绕制，并首尾相接成短路状态；转子部件由转子铁心、永磁体和轴构成，转子铁心为实心结构，永磁体呈环形镶嵌在转子铁心，相邻磁钢N、s极交错排列(如图3所示)，转子铁心同定子铁心同轴配置，中间形成轴向气隙。其热量是当外力作用于轴，转子部件旋转，定子铁心切割磁力线，在定子绕组中产生感应电势形成的短路电流以及定子铁心中产生的磁滞和涡流而产生。
2无焰加热器的机理分析
忽略机械和杂散损耗的热功率，电机损耗一般可分为铁心中的磁滞和涡流损耗以及绕组中的铜损。无焰加热器作为电机损耗与温升的反问题，对应电机的损耗，其热源主要有三部分构成：实心铁心中的磁滞和涡流热功率，以及短路绕组中的短路电流热功率。下面分别讨论。
2 1铁心中的磁滞热功率
磁滞损耗是交变磁场中铁磁材料受到周期性的反复磁化作用引起的铁磁物质磁畴取向改变或磁畴壁移动的结果。磁滞损耗的大小与磁滞回环的面积成正比，而磁滞回环的面积随着磁感应强度的增加而增加，很容易理解磁滞损耗与交变磁化的频率、磁场强度和铁心材 |
