CN102415210B - 用于通过感应加热物体的方法、装置和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于通过电磁感应加热物体(10)的装置(200)，包括至少一个转子(101)，所述转子包括至少一个永久磁体(103a，103b)。所述装置还包括用于提供变化的磁场的定子(102)，该变化的磁场布置为与转子的至少一个磁体(103a，103b)相互作用并使得所述转子围绕轴(104)旋转。所述转子(10)的磁体(103a，103b)安置为当所述转子(101)旋转时在物体(10)内提供变化的磁场和涡流以使得所述物体(10)通过由所述变化的磁场和涡流产生的电磁感应加热。

Description

用于通过感应加热物体的方法、装置和设备

技术领域

本发明涉及用于通过电磁感应加热物体的方法和装置。

背景技术

感应加热是基于变化的磁场，变化的磁场在物体内部感应涡流，由此物体被涡流加热。典型地，变化的磁场通过将在待加热的物体周围的电磁体与50Hz或者更高频率的交流电发生器相耦合而实施。

在金属工业中存在数种用于加热金属的感应加热器，以进行成形、制成和热处理，例如，在铝和铜的挤压成型中，重达数百公斤的金属条在挤压成型之前通过感应加热来加热到适当温度。但是，通常，物体例如通过烘箱预先加热，并且仅最后的加热是通过感应提供。

感应加热所需的变化的磁场可以不仅通过调节磁场的强度而且通过改变磁场相对于待加热的物体的方向而完成。这也可以通过移动磁场或者通过移动待加热的物体来完成。二者都具有自身的缺点。如果物体是大的，它们难以移动，例如充分旋转。另一方面，如果使用电磁体，它们充分的平衡和送电难以按照要求的转速执行。

相应地，一种潜在的替代方案已经被证明是围绕待加热的物体旋转的磁体，或者替代地在由例如电磁体引起的磁场中移动待加热的物体。在本技术领域中的该现有技术已经在专利出版物US4761527中有所描述。

但是，关于已知的现有技术存在一些缺点，例如装置的复杂性和效率差。装置典型地具有电磁体，因此需要用于磁体的电源。此外，需要电机或类似物以为了提供驱动力用于围绕待加热的物体移动磁体或者在电磁体的磁场中移动物体。为了将来自电机的驱动力传送到电磁体和/或物体，需要额外的驱动机构，这使得装置更复杂以及效率差并且昂贵。再者，在磁场中移动重且大的物体(重达例如几百公斤)以使得物体真正通过感应加热，这是非常困难以及不安全的，或者至少在移动重的物体周围需要巨大的安全设备。

此外，在围绕待加热的物体旋转磁体的情况下，物体可以基本上加热到要求的温度。但是，在许多实施例中，还不足以将物体相对均匀地加热到特定温度。例如，待挤压成型的金属或者铝棒坯段必须在纵向加热以具有特定变化的温度分布，以使得它可以挤压成型为匀质的轮廓。换句话说，坯段的头部必须更热并适于开始挤压成型，而尾部必须较冷，以使得它在挤压成型过程中不被加热太多。

发明内容

本发明的目的是减轻和消除与已知的现有技术装置相关的问题。特别地，本发明的目的是简化用于经由电磁感应加热物体的现有技术的装置并使得它们更有效和更安全。

本发明的目的可以通过独立权利要求的特征实现。

本发明涉及根据权利要求1的用于通过电磁感应加热物体的装置。此外，本发明涉及根据权利要求1的转子、根据权利要求1的设备和根据权利要求21的用于通过电磁感应加热物体的方法以及根据权利要求的用于为加热设施供应电力设施的驱动器设备。

根据本发明的实施例，一种用于通过电磁感应加热物体的装置，包括至少一个转子，其中所述转子包括至少一个永久磁体。有利地，转子包括多个永久磁体以提供更有效的感应。此外，所述装置还包括用于提供变化的磁场的定子，所述变化的磁场布置为与所述转子的至少一个磁体相互作用，从而使得所述转子旋转。变化的磁场可以旋转或者否则改变磁场。根据所述实施例，转子的至少一个磁体安置为当所述转子旋转时在物体内提供变化的(感应)磁场和涡流以使得所述物体通过由转子的所述至少一个磁体引起的所述变化的磁场和涡流所产生的电磁感应加热。

待加热的物体有利地至少部分地导电以使得变化的磁场可以在所述物体内引起涡流。所述物体有利地为金属物体，例如铝或者铜坯段。

根据本发明的实施例，转子的至少一个磁体同时用于在物体内提供变化的磁场和涡流，以及与由定子提供的变化的磁场相互作用。换句话说，转子的相同的永久磁体有利地用于旋转所述转子和经由它们产生的感应来加热所述物体。

根据一实施例，所述定子适于电磁地和/或物理地覆盖转子的表面的仅一部分而不是转子的整个表面区域。这是有利的，即，当待加热的物体可以位于转子的与定子相同的侧面时，可以实现更紧凑和更简单的转子。此外，相同的定子可以用于旋转多个转子，由此感应加热更加有效得多。

根据另一实施例，具有磁体的转子基本上位于待加热的物体和定子之间，由此与转子的全部表面区域其作用的定子可以被应用，其可以允许更有效的装置(转子的扭矩或者轴向力矩可以增大，从而允许更强的加热)。

此外，根据一实施例，本发明的感应加热装置可以通过用于检测例如旋转的转子的平衡的平衡检测装置提供。平衡检测装置可以例如类似于用于车轮平衡机器中的。这样，它可以表明平衡和/或失衡，甚至确定增加的平衡配重的重量和位置。

而且，根据一实施例，本发明的感应加热装置可以通过用于在当具有磁体的转子旋转时检测例如磁通量的规则性的磁通量检测装置提供。磁通量检测装置有利地检测转子旋转时每个磁体的磁通量。例如，如果磁体被消磁，则会存在异常行为，其可以从在感应环内感应的电流确定(当磁体具有任何问题时，感应电流不再规则地运行)。如果检测显示任何的异常行为，这可以被指示。磁通量检测装置可包括例如感应环，电流通过在附近移动的磁体被感应到该感应环上。

而且，根据一实施例，本发明的感应加热装置可以通过用于检测转子和待加热的物体之间的距离的距离检测装置提供。检测装置可以例如通过激光发射和接收装置实施，如果所述距离低于某一阈值，有可能进行指示或者停止转子的旋转。应该注意到，物体和转子之间的距离可以在物体的加热过程中由于热膨胀而缩小。

再者，根据一实施例，本发明的感应加热装置可以通过适于尤其是在运行过程中冷却转子和/或定子的冷却元件提供。冷却元件可以例如为翅片或者冷却通道导管或者通路，或者本领域技术人员已知的类似物。

根据本发明的感应加热方法，可以同时执行对两个物体例如细长的金属物体的加热。在实施例中，永久磁体可以围绕待加热的物体旋转，同时物体和磁体可以在细长物体的纵向相对于彼此移动，用于在物体中引起期望的纵向温度分布。以这种方法，物体的第一末端可以具有与另一端不同的温度。这例如在挤压成型工艺中是有利的，其中物体的第一末端典型地应当比最后的末端更热。这是因为当物体被挤压成型时，它的温度将增大。

尽管旋转的磁体和长型物体关于彼此的运动可以以许多方式进行，但是，有利地，磁体原地旋转而待加热的物体通过适当的传递装置例如穿过由旋转磁体或者其它类型的磁场形成的环移动。该移动可以以恒定的速度进行，由此物体将等温地加热。如果传递的速度被加速，物体的头部将变得更热，相应地，速度减速，尾部将变得更热。当然，还可以通过仅适当改变金属物体的传递速度而获得更加不同的温度分布。

围绕待加热的物体旋转的磁体可产生对物体强的扭矩或者其它的力，由此当通过一个旋转磁路加热物体时，物体必须被牢固保持。相应地，在本发明的有利的实施例中，使用两个旋转的永久磁路，这两个磁路已经位于例如在待加热的物体的纵向方向相对于彼此分开的位置并且其旋转方向变化，以补偿对物体造成的扭矩或者其它的力。这使得能够利用例如两个或多个相似的(或者不同的)磁路，该磁路在相反的方向以相同或者不同的转速旋转。

有利的，在本发明中，在物体的纵向方向使用的磁路的影响的有效区域相对于金属物体的长度来说是小的，例如最多为金属物体的长度的20%。因此，磁体不必均匀加热金属物体，但是可以在其中实现不同的温度分布，例如中间比末端更热。

根据本发明的实施例的用于加热物体的示例性的感应加热器装置包括为可旋转的环提供有中心孔，永久磁体附着到该中心孔。所述装置进一步包括用于将物体支撑于孔上的支撑装置以使得它离开回路，这意味着它不接触回路并且它进一步平行于环的旋转轴。所述装置进一步包括传递元件，用于移动受控的物体通过孔，用于在金属物体中产生期望的纵向的温度分布。

因为在本发明的装置中待加热的金属物体可以为例如铝、铜或者不锈钢坯段或者棒，其例如在挤压成形为特定轮廓之前被加热到适当温度。适于经由电磁感应加热的其它的物体也可以通过在该文献中公开的本发明的装置加热。为了适于经由电磁感应加热，物体应当有利地包括金属或者导电材料，例如，如碳纤维。

在该文献中描述的用于本发明的装置中的永久磁体根据本发明的实施例有利地包括钕(Nd)、铁(Fe)和硼(B)。

根据本发明的方法和装置具有相对于现有技术明显的优点。首先，当需要更少的材料来用于制造装置时，可以实现经济节省，这时因为转子的磁体既用于在由定子产生的变化的磁场中旋转所述转子，又用于在待加热的物体内感应涡流。此外，可以实现更简单的装置，这时因为不需要用于旋转磁铁和/或物体的其它的电机或者驱动设备来为了在待加热的物体内产生涡流。而且，感应加热的操作效率在原理上已经比例如通过烘箱加热物体高很多，因此当物体从开始就用本发明的感应加热装置进行加热时，可以实现甚至更经济的节省。

而且，通过本发明，不同的物体，例如金属物体，可以单个地均匀地且精确地加热到要求的温度，或者具有期望的温度分布。

附图说明

接着，根据附图参照示例性实施例更详细地描述本发明，其中：

图1示出根据本发明的有利实施例的用于经由电磁感应加热物体的示例性装置的原理；

图2示出根据本发明的有利实施例用于经由电磁感应加热物体的示例性装置；

图3示出根据本发明的有利实施例的用于经由电磁感应加热物体的具有两个转子的另一示例性装置的原理；

图4示出根据本发明的有利实施例的用于经由电磁感应加热至少两个物体的具有两个转子的另一示例性装置的原理；

图5示出根据本发明的有利实施例的用于经由电磁感应加热物体的又一示例性装置的原理；

图6示出根据本发明的有利实施例的用于经由电磁感应加热物体的再一示例性装置；

图7示出根据本发明的有利实施例的用于经由电磁感应加热物体的又一示例性装置；

图8示出根据本发明的有利实施例的用于经由电磁感应加热物体的具有两个转子的另一示例性装置的原理；

图9示出根据本发明的有利实施例的用于经由电磁感应加热物体的示例性设备的原理；

图10示出根据本发明的有利实施例的用于经由电磁感应加热物体的示例性的非平行的磁场的原理；

图11示出根据本发明的有利实施例的用于经由电磁感应加热物体的具有两个转子的示例性装置的原理；

图12A示出根据本发明的有利实施例的用于经由电磁感应加热物体的具有两个非平行的转子的示例性装置的原理；

图12B示出根据本发明的有利实施例的用于经由电磁感应加热物体的具有两个非平行的转子的另一示例性装置的原理；

图13示出根据本发明的有利实施例的用于经由电磁感应加热物体的示例性转子；

图14示出根据本发明的有利实施例的用于经由电磁感应加热物体的具有中心孔的示例性装置；

图15示出根据本发明的有利实施例的用于经由电磁感应加热物体的两个具有带中心孔的转子的示例性装置；

图16示出根据本发明的有利实施例的用于经由电磁感应加热物体的具有中心孔的示例性装置；

图17示出根据本发明的有利实施例的用于经由电磁感应加热物体的具有其它转子的示例性装置；

图18示出根据本发明的有利实施例的用于供应电力给感应加热装置的示例性驱动器设备；

图19示出根据本发明的有利实施例的用于经由电磁感应加热物体的具有感应加热装置的示例性支架设备；和

图20示出根据本发明的有利实施例的用于经由电磁感应加热物体的具有感应加热装置的示例性壳体设备。

具体实施方式

图1示出根据本发明的有利实施例的用于经由电磁感应加热物体10的示例性装置100的原理。装置100有利地包括具有多个永久磁体103的转子101和用于提供变化的磁场的定子102。通过定子102提供的磁场设置为与转子101的至少一个磁体103相互作用从而使得所述转子101环绕它的轴104旋转。

所述转子101的至少一个磁体103安置为当所述转子101旋转时在物体10内提供变化的磁场和涡流，以使得所述物体通过由所述变化的磁场和涡流产生的电磁感应加热。根据本发明的有利实施例，用于在物体10内提供变化的磁场和涡流的转子101的磁体103与用于与由定子102提供的变化的磁场相互作用并使得所述转子101旋转的磁体相同。

当同一磁体103既用于旋转转子又用于在物体内感应变化的涡流二者时，可以实现结构很简单的感应加热装置100。例如，不需要用于旋转所述转子的其它驱动机构，例如皮带传动机构、齿轮或者传动轴，这是一个明显的优点。

图2示出根据本发明的有利的实施例的用于经由电磁感应加热物体10的示例性装置100，其中定子102和转子101封装在壳体110内。根据一实施例，所述壳体可以由金属制成，由此重要的是，壳体安置为以使得它不干扰由转子101的磁体引起的特别是在物体10的方向上的磁场，以及由此不干扰用于感应加热物体的磁场。壳体110可额外地包括冷却元件107，例如冷却鳍、散热肋、翅片或者本领域技术人员知晓的其它冷却装置，例如导管，以冷却转子和/或定子。

图3示出根据本发明的有利的实施例的用于经由电磁感应加热物体10的具有两个转子101a，101b的另一示例性装置100的原理。如图3所示的装置100包括用于每个转子101a，101b的自身的定子102a，102b。具有两个带多个永久磁体的转子的装置在物体内引起更加强大的涡流，物体比利用仅一个转子或者更少的磁体更有效地被加热。

应该注意到，装置100可以改进成使得它包括仅一个定子(例如102a)，用于旋转两个转子101a，101b，以使得第一转子(例如101a)通过由第一定子(例如102a)提供的变化的磁场旋转，用于第二转子(例如101b)的旋转力例如通过驱动机构传送，例如利用皮带传动机构或类似物。驱动机构有利地传送来自第一转子(101a)的旋转力，所述转子通过由第一定子(102a)引起的变化的磁场旋转。

再一次地，应当注意到，至少一个另外的转子101a可以安置为以在不同的方向旋转装置100中的至少一个其它的转子101b，以为了补偿感应到物体的力，如在该文献的其它地方描写的。

图4示出根据本发明的有利的实施例用于经由电磁感应加热至少两个物体10a，10b的具有两个转子101a，101b的装置100的另一示例性原理。

在例如通过图1-4所示的装置100中，具有磁体103的转子101和定子102安置为以使得当加热物体10时，具有磁体103的转子101大致位于待加热的物体10和定子102之间。物体可以环绕它的轴线的或者纵向的轴105旋转以使得加热将更均匀地分布，尤其在物体的表面上。此外，物体可以在它的纵轴的轴向方向106移动以实现待加热的物体的末端之间的温度分布，如在该文献的其它地方讨论的。这将同样应用于关于本发明的其它附图示出的装置和实施例，即使没有单独述及。

图5、6和7示出根据本发明的有利的实施例的用于经由电磁感应加热物体10的进一步的示例性装置200的原理。装置200还包括定子102和具有永久磁体103，103a，103b的转子101，但是定子102和转子101的相对位置与例如装置100中的不同。在装置200中，定子102安置为以使得对于转子101来说它大致位于与待加热的物体10相同的侧面(在轴104的方向)。这提供额外的优点，即，装置200可以比装置100甚至更紧凑。

为了形成用于待加热的物体10的足够的空间，定子安置为仅电磁地和/或物理地覆盖转子表面的一部分。当在轴104的方向观看时，被定子覆盖的转子部分小于转子面向定子的表面的整个表面面积。这可以特别是在图6和7中清楚看出。

从图6还清楚的是，通过定子102产生的磁场不必是旋转磁场，而是一些其它方式的变化的磁场。但是，磁场可以布置成其变化以使得它使得转子101环绕它的轴104旋转，即使定子不是一个整圆，或者仅覆盖转子的表面的一部分。此外，定子以及转子101有利地至少部分地被壳体202覆盖。

此外，装置200有利地包括短路装置201(例如，图5和图8)，用于使得在与大致面向定子102的侧面相对的侧面中的转子101的磁体103，103a，103b的磁路磁性短路。短路装置201有利地包括软磁性材料，例如铁(Fe)或者磁钢。短路装置201具有优点，是因为它加强物体10一侧的磁体103的磁场以使得在物体10内引起涡流的感应磁场甚至更加有效。此外，短路装置201还加强转子101的机械结构。

图8示出根据本发明的有利的实施例的用于经由电磁感应加热物体10的具有带磁体103a，103b的两个转子101a，101b的进一步的示例性装置300的原理。装置300是根据该实施例的装置300，该装置300在其它方面类似于例如如图5-7所示的装置200，但是装置300有利地包括仅一个定子单元102，该定子单元用于旋转转子101a，101b二者。当如图8所示，定子102安置在转子101a，101b中时，这是可能的。图8的实施例具有其它的优点，即装置300可以甚至更加紧凑和更加有效。

图9示出根据本发明的有利的实施例的用于经由电磁感应加热物体10的示例性设备400的原理。所述设备包括用于支撑如在该文献的其它地方所示的感应加热装置的转子101和定子102的基底401。所述支撑可以例如经由轴104实施。

图10示出根据本发明的有利的实施例、用于经由电磁感应加热物体10a，10b的由转子101a，101b引起的示例性的非平行的磁场的原理。非平行磁场可以例如通过圆锥形状的转子101a，101b或者关于彼此成一定角度地布置的两个或多个转子(例如如图12和13所示)实现。这提供额外的优点，即具有不同尺寸的物体10a，10b可以被有效加热，因为二者可以位于转子的附近。

图11示出根据本发明的有利的实施例、用于经由电磁感应加热物体的具有两个转子101a，101b的示例性装置的原理，其中一个定子102用于旋转转子101a，101b二者。根据如图11所示的实施例，转子围绕不同的轴旋转。此外，当定子102和转子101a，101b如图11所示地安置时，转子101a，101b在不同的方向旋转，第一个在顺时针方向，另一个在逆时针方向，其可以额外地补偿在物体中引起的力。

图12A示出根据本发明的有利的实施例的用于经由电磁感应加热物体10的具有两非平行的转子101a，101b的示例性装置500的原理。所述装置有利地包括用于旋转转子101a，101b二者的仅一个定子单元102。装置500提供优点，例如紧凑的尺寸以及有效地加热多个不同尺寸的物体的可能性。

图12B示出根据本发明的有利的实施例的用于经由电磁感应加热至少一个物体10a，10b的具有两个非平行的转子101a，101b的另一示例性装置600的原理。装置600有利地包括用于每个转子101a，101b的自身的定子102a，102b。当需要高功率和/或扭矩时，或者当例如由于某些原因需要每一转子101a，101b独立于彼此旋转时，这是有利的。此外，当转子101a，101b是非平行的时，装置允许加热不同直径的物体10a，10b。

图13示出根据本发明的有利的实施例的用于经由电磁感应加热物体的示例性转子101和装置650，其中转子101包括至少一个，但是有利地为多个永久磁体103，所述永久磁体安置为当所述转子在物体附近例如物体的旁边旋转时在物体10内提供变化的磁场和涡流，由此所述物体10被由所述变化的磁场和涡流产生的电磁感应加热。

根据本发明的有利的实施例，转子101的至少一个永久磁体103安置为与由定子提供的变化的磁场相互作用，以使得致使所述转子旋转。此外，根据本发明的有利的实施例，当所述转子通过由所述定子提供的变化的磁场旋转时，所述转子的所述至少一个磁体安置为在物体内提供变化的磁场和涡流，以使得所述物体通过由所述变化的磁场和涡流产生的电磁感应加热。

但是，根据本发明的示例性实施例，图13的转子101还可通过电机651直接旋转，或者经由传递来自电机651的旋转力的驱动装置901例如轴或者皮带传动机构旋转。

图14示出根据本发明的有利的实施例的用于经由电磁感应加热物体10的具有中心孔701的示例性装置700。在装置700中，转子101安置为围绕定子102和转子101的共同的轴旋转。定子和转子的轴有利地包括适于至少部分地接收待加热的物体10的中心孔701(中空轴)。

在装置700中，永久磁体103a，103b有利地安装到转子101上。但是，应当注意到，在装置700中，转子101可以为“细长的”转子(至少在通过定子产生的变化的磁场外部部分地为细长的)，由此磁体103a的至少一部分用于旋转转子，磁体103b的至少一部分用于在待加热的物体10内感应涡流。但是，装置700的定子和转子二者都设置有中心孔701。

装置700有利地进一步包括用于将物体10支撑到孔701上的支撑装置702以使得它离开回路，这意味着它并不接触回路或者转子或者它的磁体并且它进一步地大致平行于圆的旋转轴。装置700可进一步包括用于移动被控制的物体10穿过孔701的传递装置，以便在物体10中引起期望的纵向的温度分布。此外，传递装置还可用于围绕它的纵轴旋转物体10以为了使得能够在物体的径向和表面产生均匀的温度分布。

根据本发明的实施例的支撑装置702的功能是承载和支撑待加热的物体并移动它或者使得它移动通过围绕它旋转的磁路的中心孔701。在一个实施例中，支撑装置702包括被附着到待加热的物体10的两端的保持装置704。因此，物体10从它的两端得以支撑。就此而论，支撑并不意味着仅仅承载物体，而是和它通过保持装置704扭转刚性地支撑，以使得它不能随着磁路103a，103b的旋转而旋转或者扭曲。

在另一实施例中，支撑装置702包括仅附着到待加热的物体的一端的支架或者保持装置，由此物体在磁路中移动。

有利地，传递装置703包括动力装置和连接到其上的适当的控制装置，通过它，物体可以受控地例如以预定的恒定速度或者以变化的速度移动通过孔或者否则在磁场中移动。根据一实施例，物体的移动可以仅在一个方向或者来回发生一次，或者来回发生多次。此外，移动还可以是旋转运动(围绕它的纵轴旋转待加热的物体)。

围绕物体10旋转的磁路103a，103b使得物体典型地具有强的扭矩，并且加热物体10可以被扭曲。这样，装置700可有利地包括至少两个，具有中心孔和提供恒定磁路的可同心旋转的转子101a，101b，如图15所示。当不同的磁路103a，103b在相反的方向(具有相同或不同的速度)适合地旋转时，可以消除例如与感应相关联的在待加热的物体10中导致的扭矩或者其它的力。

图16示出根据本发明的有利的实施例的用于经由电磁感应加热物体10的具有中心孔701(典型地充填有空气)的示例性装置800。物体10可以被引入孔701内以使得具有永久磁体101a，101b的转子101围绕物体10旋转。用于经由变化的磁场旋转所述转子的定子102围绕转子101安置以使得通过定子102引起的变化的磁场影响转子的永久磁体103a，103b并使得转子101旋转。应该注意到，待加热的物体的轴向的轴并不需要与转子或者定子的轴向的轴相同。此外，应当注意到，根据本发明的实施例，传统的电机(例如2-极线圈的)可以通过由本发明的转子101替代它的转子而进行改进，其中有利地，转子的芯701是中空的。此外，转子101的永久磁体101a，101b有利地适于同样用于旋转转子(其与由定子102提供的变化的磁场相互作用)和在待加热的物体10内引起涡流。

图17示出根据本发明的有利的实施例的用于经由电磁感应加热物体10的具有另一转子101b的示例性装置900。装置900有利地包括用于旋转转子101a的仅一个定子102a，其可以用于加热物体10a，如在本文献的其它地方讨论的。装置900有利地包括用于加热另一物体10b的具有永久磁体103的另一转子101b，如在本文献的其它地方所讨论的。现在，第二转子101b的旋转力以及由此的旋转经由驱动机构901例如皮带传动机构或类似物提供。驱动机构有利地从第一转子101a传递旋转力，所述第一转子通过由定子102引起的变化的磁场旋转。转子101b可包括中心孔，其中待加热的物体10b可以被引入所述中心孔(如在图15和16中描写的)，或者，转子可以类似于在本文献的其它地方(例如在图9中)描写的转子。

图18示出根据本发明的有利的实施例的用于给感应加热装置例如定子102供应电力的示例性驱动器设备1000。除定子102之外，感应加热装置有利地还包括至少一个转子。用于旋转所述转子的旋转力一定程度上由定子引起，例如如在本文献的其它地方描述的。转子的旋转有利地通过由所述定子提供的变化的磁场引起，其中转子布置成旋转至少一个磁体以感应加热物体。

驱动器设备1000包括变频驱动器和/或直接在线起动器(DOL，软起动器)1001，用于经由由所述定子提供的变化的磁场起动和加速转子的旋转。具有磁体的转子(或者在一些实施例中多个转子)可重达几十乃至几百公斤并具有大的旋转惯量，由此它更有效地首先加速具有磁体的转子，并随后(当转子以期望的速度旋转时)将待加热的物体引入转子的磁场中，其中所述磁场在待加热的物体内引起涡流。

这具有优点，因为在会使得相反的力进入到转子中的引入待加热的物体之前，旋转能可以存储为转子的角动量。当转子启动并在没有物体的情况下加速时，仅需要供应最小的电力供给，当如果物体已经在磁体附近的话。此外，应当注意到，当运行时，变频驱动器和/或直接在线起动器(DOL，软起动器)1001需要的额定电力仅为本发明的感应加热装置的最大电力的几分之一(典型地仅10-15%)。

驱动器设备1000有利地还包括切换装置1002，该切换装置1002有利地在加速转子的旋转之后以及有利地在将所述待加热的物体引入到由所述转子旋转的所述至少一个磁体所提供的变化的磁场之下和被感应加热之前，将定子102电连接到电网1003(以及由此50-60Hz的电网频率的输电线路)。通过利用适当的切换装置1002，可以实现装置更高的有效系数，因为变频驱动器耗费大约2%的电力。

当物体被引入由通过旋转磁铁产生的磁场时，扭矩和载荷以及由此需要供应的电力增大，由此可以例如直接从电网取电。通过利用驱动器设备1000的实施例，可以实现更强大且更有效的感应加热装置。

例如，如果500千瓦的感应加热装置通过500千瓦的电机/定子(设施成本为0.5倍X)和500千瓦的变频驱动器(VFD，成本与电机基本相同(0.5倍X))，那么电机+VFD的总设施成本将为大约0.5X+0.5X=X。

根据本发明起动和驱动电机的另一选择是使用500千瓦的直接在线起动器(DOL，软起动器)，其成本为VFD成本的大约40%(0.4倍的0.5X=0.2X)，也就是，系统的总设施成本将为大约0.5X+0.2X=0.7X(也就是，该实施例的成本比电机+全尺寸的VFD的成本便宜30%)。

通过利用如图18所示的本发明的实施例，可以具有仅50千瓦的DOL(设施成本约0.02X)以及能够处理500千瓦的功率的单独的切换装置(继电器、接触器等)(成本大约0.05X)，这使得这个实施例的总的设施成本为大约0.5X+0.02X+0.05X=0.57X(也就是，该实施例的设施成本比前面介绍的第一种便宜大约43%)。

这样，显然，根据本发明的驱动器设备1000在电力成本方面提供巨大的节省。

图19示出根据本发明的有利的实施例的用于经由电磁感应加热物体10的本发明的具有感应加热装置的示例性基底设备1100。基底1100用于支撑在该文献的其它地方所示的感应加热装置的转子101a，101b和定子102。所述支撑可以例如经由轴104实施。基底设备1100非常类似于在设备1100中所示的设备900，以及在图9中所示的设备900可以通过如在图20所示的壳体设备1200提供。壳体有利地物理地保护使用者免遭由感应加热装置产生的磁场。此外，它还提供用于在壳体内部的感应加热装置防护，例如通过防止不需要的物体进入到感应加热装置的附近。

此外，根据本发明的实施例，所述装置或者设备有利地包括安置在感应加热装置的附近(如靠近待加热的物体10经由其被引入感应磁场中的部分或者开口1202)的磁过滤装置1201。磁过滤装置1201有利地适于磁性吸住在所述装置附近或者它的开口1202附近的基本任何自由的粒子，以防止粒子漂移到所述定子的触头、转子和/或尤其是所述转子的磁体。

根据本发明的实施例，所述装置还可包括用于检测当旋转时转子的平衡的平衡检测装置1101和用于指示平衡和/或失衡的装置。平衡检测装置可以与转子旋转所围绕的轴104相关联地布置。

根据本发明的实施例，所述装置还可包括用于检测当旋转时转子的每个磁体的磁通量的磁通量检测装置1102。磁通量检测装置1102可以为例如感应环。此外，所述装置可包括用于指示磁通量指示是否表明任何的异常行为的装置。

而且，根据本发明的实施例，所述装置还可包括用于检测转子101a，101b和待加热的物体10之间的距离的距离检测装置1103。

现在在上面已经参照上述的实施例解释了本发明，并且本发明的几个优点已经被示出。显然，本发明并不局限于这些实施例，而是包括在所附的权利要求中限定的本发明的精神和范围内的所有可能的实施方式。

Claims (41)

1.一种用于通过电磁感应加热物体的设备，其中，所述设备包括：

布置成加热所述物体的至少一个转子，所述至少一个转子包括至少一个永久磁体，和

用于提供变化的磁场的定子，该磁场布置成与所述至少一个转子的至少一个永久磁体相互作用并使得所述至少一个转子旋转，

其中所述至少一个转子的至少一个永久磁体安置为当所述至少一个转子旋转时在所述物体内提供变化的磁场和涡流，以使得所述物体通过由所述永久磁体提供的所述变化的磁场和涡流产生的电磁感应加热，

其中，所述设备进一步包括支撑装置，用于支撑在所述设备附近和外部/旁边的待加热的物体，且

其中，所述支撑装置布置成大致在所述物体的轴线方向移动待加热的物体，所述物体的轴线方向大致垂直于包括安置为当所述至少一个转子旋转时在所述物体内提供变化的磁场和涡流的所述至少一个永久磁体的所述至少一个转子的旋转轴线。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述转子的至少一个磁体同样用于：

a)在所述物体内提供变化的磁场和涡流，和

b)与所述定子所提供的变化的磁场相互作用。

3.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述定子布置成电磁地和/或物理地覆盖转子表面的一部分，其中所述转子表面的所述部分小于所述转子的面向所述定子的表面的整个表面区域。

4.如权利要求1所述的设备，其中，所述定子和所述待加热的物体布置在所述转子的相同一侧。

5.如权利要求1所述的设备，其中，所述设备包括具有至少一个磁体的至少一个另外的转子，其中所述另外的转子的至少一个磁体用于通过电磁感应加热至少一个物体。

6.如权利要求5所述的设备，其中，所述至少一个另外的转子布置为在与所述设备的至少一个其它转子不同的方向上旋转。

7.如权利要求5所述的设备，其中，所述设备包括:

a)驱动装置，用于提供旋转力以旋转所述另外的转子，该旋转力源自于通过由所述定子引起的变化的磁场所旋转的转子，或者，

b)用于旋转所述另外的转子的另外的定子。

8.如权利要求5所述的设备，其中，所述定子至少部分地安置在所述两个转子之间。

9.如权利要求4所述的设备，其中，包括软磁性材料的装置用于磁性短路在与基本面向所述定子的一侧相对的一侧中的转子的磁体的磁路。

10.如权利要求1所述的设备，其中所述转子是圆锥形状的转子。

11.如权利要求1所述的设备，其中，具有磁体的所述转子大致安置在所述待加热的物体和所述定子之间。

12.如权利要求1所述的设备，其中所述转子布置成围绕所述定子和转子的公共轴旋转，并且其中所述定子和转子的轴包括适于接收所述待加热的物体的孔。

13.如权利要求1所述的设备，其中，所述设备包括用于检测转子在旋转时的平衡的装置和用于显示平衡和/或失衡的装置。

14.如权利要求1所述的设备，其中，所述设备包括用于检测转子在旋转时每个磁体的磁通量的装置，和用于显示所述检测是否表明任何异常行为的装置。

15.如权利要求1所述的设备，其中，所述设备包括用于检测所述转子和所述待加热的物体之间的距离的装置。

16.如权利要求1所述的设备，其中，所述转子包括有利地布置成在旋转时冷却所述转子的冷却元件。

17.如权利要求1所述的设备，其中，所述设备包括多个布置在待加热的物体附近的不同位置的设备。

18.如权利要求1所述的设备，其中所述支撑装置布置成围绕所述物体的轴线旋转待加热的物体。

19.如权利要求1所述的设备，其中，所述设备包括布置在所述设备附近的磁过滤装置，其中所述磁过滤装置适于磁性吸引在所述装置附近的基本任何的自由颗粒，以为了防止颗粒在所述转子的触头和/或所述转子的磁体中漂移。

20.如权利要求1所述的设备，其中，所述设备包括用于给感应加热装置的定子提供电力的驱动器设备，所述感应加热装置包括所述定子和转子，其中所述转子的旋转通过由所述定子提供的变化的磁场引起，其中所述转子布置成旋转至少一个磁体以感应加热物体，

其中所述驱动器设备包括变频驱动器和/或直接在线起动器，用于经由所述定子提供的变化的磁场起动和加速所述转子的旋转，以及

切换装置，在加速所述转子的旋转之后并且有利地在将待加热的物体引入到变化的磁场之下并且感应加热之前，该切换装置将所述定子电连接到电网上，所述变化的磁场和感应加热是通过由所述转子旋转的所述至少一个磁体来提供的。

21.如权利要求14所述的设备，其中，所述用于检测转子在旋转时每个磁体的磁通量的装置为感应环。

22.如权利要求16所述的设备，其中，所述冷却元件为翅片或者冷却通道。

23.一种用于通过电磁感应加热物体的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

当转子在物体附近旋转时，通过布置成加热物体的转子的至少一个永久磁体，在所述物体内提供变化的磁场和涡流，以使得所述物体通过由所述永久磁体提供的所述变化的磁场和涡流产生的电磁感应加热，

支撑在至少一个所述转子附近和外部/旁边的待加热的物体，

大致在所述物体的轴线方向移动待加热的物体，所述物体的轴线方向大致垂直于包括安置为当所述至少一个转子旋转时在所述物体内提供变化的磁场和涡流的所述至少一个永久磁体的所述至少一个转子的旋转轴线。

24.如权利要求23所述的方法，其中，所述方法包括进一步的步骤：

通过定子提供变化的磁场以使得所述变化的磁场与所述转子的至少一个永久磁体相互作用并使得所述转子旋转。

25.如权利要求24所述的方法，其中，所述转子的至少一个磁体同样用于：

a)在物体内提供变化的磁场和涡流，和

b)与由所述定子提供的变化的磁场相互作用。

26.如权利要求24所述的方法，其中，所述定子电磁地和/或物理地覆盖所述转子的表面的一部分，其中，所述转子的表面的所述部分小于所述转子的面向所述定子的表面的整个表面区域。

27.如权利要求24所述的方法，其中，所述定子和所述待加热的物体是在所述转子的相同一侧。

28.如权利要求24所述的方法，其中，具有至少一个磁体的至少一个另外的转子用于通过电磁感应加热至少一个物体。

29.如权利要求28所述的方法，其中，至少一个另外的转子在与至少一个其它转子不同的方向旋转。

30.如权利要求28所述的方法，其中，所述另外的转子要么通过驱动装置旋转，其中所述驱动转子的旋转力源自于由所述定子感应的变化的磁场所旋转的转子，要么通过另外的定子旋转。

31.如权利要求28所述的方法，其中，所述定子至少部分地位于两个转子之间。

32.如权利要求27所述的方法，其中在与基本面向所述定子的一侧相对的一侧上，所述转子的所述磁体的磁路有利地通过包括软磁性材料的装置短路。

33.如权利要求23所述的方法，其中，所述转子是圆锥形状的转子。

34.如权利要求24所述的方法，其中，具有磁体的转子大致位于待加热的物体和定子之间。

35.如权利要求24所述的方法，其中，所述转子布置为围绕所述定子和转子的公共轴旋转，并且其中所述定子和转子的轴包括用于接收所述待加热的物体的孔。

36.如权利要求23所述的方法，其中，当旋转时所述转子的平衡被检测，并且所述平衡和/或失衡被表明。

37.如权利要求23所述的方法，其中，当旋转时所述转子的每个磁体的磁通量被检测，并且所述检测是否揭示任何的异常行为被表明。

38.如权利要求23所述的方法，其中，所述转子和待加热的物体之间的距离被检测。

39.如权利要求23所述的方法，其中，所述转子在旋转时被冷却元件冷却。

40.如权利要求30所述的方法，其中，所述驱动装置为皮带传动机构。

41.如权利要求39所述的方法，其中，所述冷却元件为翅片或者冷却通道。