CN101785359A - 用于对金属工件感应加热的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对金属工件感应加热的方法和装置。为使具有超导线圈的第一磁单元(20)围绕金属工件(2)转动以对工件感应加热，可利用第二磁单元(30)产生一驱动所述第一磁单元的外部磁场。

Description

用于对金属工件感应加热的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于使第一磁单元转动的方法，所述磁单元具有至少一个超导(SL)线圈、例如高温超导(HTSL)线圈，所述线圈围绕一要感应加热的金属工件。本发明还涉及一种相应的装置。
背景技术
这种方法和这种装置在EP-B-1 582 091中已知。为了加热工件，借助HTSL线圈产生一磁场，所述工件被装入所述磁场中。所述工件和产生磁场的、通直流电的HTSL线圈彼此相对转动，从而在所述工件上作用有随时间变化的磁场。由此在工件中感生出电流。由于金属工件具有欧姆电阻，电流将工件加热到所希望的温度。通常通过单独的电机来实现旋转驱动，所述电机机械地与HTSL线圈或者工件连接。输入所述工件的功率可达到几百kW，这相应地需要复杂的且维护昂贵的结构。
例如可将多种不同的稀土-铜-超导体——如YBa2Cu3O7-x(YBCO)——用作HTSL。通常，HTSL具有77K之上的SL转变温度。
发明内容
本发明的目的在于，简化利用SL线圈对工件的感应加热。
所述目的通过根据权利要求1所述的方法和通过根据权利要求5所述的装置来实现。优选的实施形式是从属权利要求的主题。
根据本发明，利用第二磁单元产生一外部磁场，所述外部磁场如此与由第一磁单元产生的磁场相互作用，使得所述第一磁单元围绕要感应加热的工件转动。由此省略了现有技术所需的单独的电机以及驱动机构。由此还避免通过SL线圈与电机的机械连接将热量引入SL线圈中。
本发明的一种实施形式也可以描述成具有转子的电机，所述转子具有一与该转子的转动轴线同心的、用于工件的容置部，并且所述转子承载SL线圈。所述转子相当于第一磁单元。所述第二磁单元与电机的定子相当并且产生一用于驱动所述转子的循环/环绕磁场。
由所述第二磁单元产生的磁场围绕所述第一磁单元的转动轴线转动。这产生高的效率。
例如所述第二磁单元可具有围绕所述第一磁单元设置的线圈，所述线圈被加载交流电，所述交流电产生一例如围绕所述第一磁单元的转动轴线转动的磁场。
可选地，所述第二磁单元的通直流电的线圈和/或永磁体可以围绕所述第一磁单元的转动轴线转动，以产生驱动所述第一磁单元的磁场。在这种方法中，如在由现有技术已知的方法中一样，需要一具有用于驱动永磁体或通直流电的线圈的机构的电机，然而(根据本发明的)方法相对于根据现有技术的对所述第一磁单元的驱动具有下述优点：所述第一磁单元、进而SL线圈并未刚性地通过传动装置等与电机连接，因此避免了将热量通过现有技术所需的驱动机构引入SL绕组中。
优选地，特别是通过恒流电源给SL线圈供给直流电。由此，与为SL线圈供给交流电相比降低了所需的冷却功率。所述线圈在最初通电流后还可以被短路。于是，通过所述SL线圈的电流基本上保持恒定。
一种用于实施所述方法的装置具有一第一磁单元，所述第一磁单元能围绕一夹紧在工件保持器中的金属工件转动。所述第一磁单元具有至少一个典型地由带形HTSL制成的SL线圈，其中由所述第一磁单元产生的磁场穿过所述工件。为旋转驱动所述第一磁单元，所述装置具有一第二磁单元，所述第二磁单元产生一围绕所述第一磁单元的转动轴线转动的磁场。
优选地，所述SL线圈连接在恒流电源上。
优选地，所述第一磁单元具有一与其转动轴线同心的隙部，在所述隙部中可装入待加热的工件。这可以实现使多个属于第一磁单元的SL线圈的极围绕所述隙部、进而围绕装入所述隙部中的工件设置，从而在工件中产生相应大的磁通密度。
在一种优选的实施形式中，所述第二磁单元具有至少两个、优选三个以上的相对于工件保持器位置固定的、被施加有交变电场的线圈。由此，能够以简单的方式产生围绕所述第一磁单元的转动轴线转动的磁场。
在另一种实施形式中，所述第二磁单元具有永磁体和/或通直流电的线圈、例如HTSL线圈，所述线圈围绕所述第一磁单元的转动轴线例如通过一电机来旋转驱动。
所述第一磁单元可具有与SL线圈以不可相对转动的方式连接的永磁体，所述永磁体优选设置在所述SL线圈和第二磁单元之间。在这种磁单元中，所述永磁体与通过所述第二磁单元产生的外部磁场相互作用，其中所述SL线圈基本上用于产生穿过所述工件的磁场。代替所述永磁体，所述第一磁单元还可具有一个或多个线圈。所述线圈可以通直流电，于是根据同步电机的原理实现旋转驱动；如果所述线圈是金属的且被短路，则根据异步电机的原理实现旋转驱动。
当然，所述第一磁单元可具有多个SL线圈，例如两个或四个，这些线圈优选等距离地围绕所述第一磁单元的用于容置待加热工件的隙部设置。由此可以提高穿过所述工件的磁通量，进而提高加热功率。
在所述SL线圈和第二磁单元之间优选设置有一热绝缘部。由此可以降低SL线圈所需的冷却功率。在绝缘部的外周上可以设置永磁体，所述永磁体的磁场——如前所述——与所述第二磁单元的的外部磁场相互作用，以便使所述第一磁单元围绕待加热的工件转动。
所述绝缘部可例如通过在所述第一磁单元和第二磁单元之间的被抽真空的空腔来实现。
附加地或可选地，还可以有利地在工件侧例如通过被抽真空的空腔来绝缘所述SL线圈。
工件保持器可以执行特别是与所述第一磁单元的转动轴线平行的运动。利用一线性驱动装置，可以通过所述工件和第一磁单元之间的附加的相对运动来改变在所述工件中感生出的电流的方向，这可以实现对工件的较均匀的加热，并且可以实现较大的功率输入。
附图说明
借助附图示意性地、简化地且示例性地阐述本发明。其中示出：
图1示出用于感应加热的装置，
图2示出根据图1的磁系统的视图，
图3示出根据图1的磁系统的剖视图，
图4示出图3中的细节c，
图5示出根据图1的另一磁系统的视图，
图6示出图4中磁系统的剖视图，以及
图7示出图6中的细节c。
具体实施方式
图1中的装置具有一可沿双箭头方向移动的工件保持器，所述工件保持器具有两个用于固定待加热的工件2的容置部1a、1b。在所述容置部1a、1b之间设置有一具有用于工件2的隙部的磁系统10，以用于产生通过工件2的、在时间上不恒定的磁通量，由此在工件2中感生出电流。
图2至图4示出了磁系统10的一种实施例。在磁系统10的中心设置有一横截面为方形的工件2。同心地围绕所述工件设置有一能围绕所述工件2转动的第一磁单元20，所述第一磁单元20具有第一环形绝缘部21，所述绝缘部的内部自由空间同时是用于所述工件2的隙部。围绕第一绝缘部21等距离地设置有四个铁心22，其中铁心的纵轴线(未示出)与第一绝缘部21的纵轴线(未示出)相交于一点。在每个铁心22上设置有一HTSL线圈23。给HTSL线圈23供给直流电(未示出)。围绕线圈23设置有一环形的第二绝缘部24，铁心22嵌入所述第二绝缘部24中。
第一磁单元20同心地被第二磁单元30围绕。第二磁单元30具有由每个极靴33上的各一个线圈32组成的新的电磁体31。电磁体31可被单个地驱控并具有一环形的磁轭34。通过循环/环绕地驱控电磁体31，产生一相对于工件2转动的磁场，所述磁场与第一磁单元20的通直流电的HTSL线圈23的磁场共同作用，并使第一磁单元20围绕所述工件转动。因此改变由HTSL线圈23产生的、通过工件2的磁通量，由此在工件2中感生出电流。
因为铁心22嵌入第二绝缘部24中直到到达离该第二绝缘部的外边缘不远处，因此获得第一磁单元20与第二磁单元30的好的磁耦合，进而获得高的效率。
图5至图7示出磁系统10的另一个实施例。磁系统10的基本结构类似于之前借助图2、图3和图4所述的(磁系统)，因此对于相同的部件采用相同的附图标记，仅描述不同之处。不同于根据图2的磁系统，HTSL线圈23′的铁心22′不嵌入第二环形绝缘部24′中(参见图6和图7)。由此改善了HTSL线圈23′的热绝缘。为了使第一磁单元20′与第二磁单元30磁耦合，在绝缘部24′的外壳面上固定有永磁体29′。如根据图2的实施例那样，通过将交流电施加到第二磁单元30的线圈32上来实现对第一单元的旋转驱动。然而在此线圈32的磁场基本上与永磁体29′的磁场共同作用，由此旋转驱动第一磁单元20′。
可在绝缘部24′和铁心22′之间设置一例如铁环形式的磁轭(未示出)。

Claims (14)

1.一种用于对工件感应加热的方法，所述感应加热通过使一具有至少一个超导线圈的第一磁单元围绕所述工件转动来进行，其特征在于，利用一第二磁单元产生一围绕所述第一磁单元的转动轴线转动的、驱动所述第一磁单元的磁场。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为所述第二磁单元的围绕所述第一磁单元设置的线圈加载交流电，以产生所述磁场。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述第二磁单元的永磁体和/或至少一个通直流电的线圈围绕所述第一磁单元的转动轴线转动，以产生所述磁场。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，为所述超导线圈供给直流电。
5.一种用于对夹紧在工件保持器中的工件(2)感应加热的装置，所述装置具有一第一磁单元(20、20′)，所述第一磁单元具有至少一个超导线圈(23、23′)，所述第一磁单元能围绕所述工件(2)转动，其中由所述超导线圈(23、23′)产生的磁场穿透所述待感应加热的工件(2)，其特征在于，所述装置具有一第二磁单元(30)，所述第二磁单元产生一围绕所述第一磁单元(20、20′)的转动轴线转动的磁场，以便使所述第一磁单元围绕所述工具转动。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述超导线圈(23、23′)连接在恒流电源上。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述第一磁单元(20、20′)具有一隙部，所述工件(2)能装入所述隙部中。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一磁单元(20、20′)具有至少两个超导线圈(23、23′)，这些超导线圈至少大致等距离地围绕所述隙部设置。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述第二磁单元(30)具有至少两个相对于工件保持器位置固定的、被加载有交流电的线圈。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述第二磁单元具有围绕所述第一磁单元的转动轴线旋转驱动的永磁体和/或至少一个通直流电的线圈。
11.根据权利要求5至10中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一磁单元(20′)具有与超导线圈(23′)以不可相对转动的方式连接的永磁体(29′)，其中所述永磁体(29′)设置在所述超导线圈(23′)和第二磁单元(30)之间。
12.根据权利要求5至11中任一项所述的装置，其特征在于，在所述超导线圈(23、23′)和第二磁单元(30)之间设置有一用于热绝缘的机构(24、24′)。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，在所述超导线圈(23、23′)和第二磁单元(30)之间的所述用于热绝缘的机构(24、24′)具有被抽真空的空腔。
14.根据权利要求5至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有与所述第一磁单元(20、20′)的转动轴线平行地被线性驱动的工件保持器。
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