CN110336490A - 一种超导直流感应加热电机的降磁启动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及加热设备技术领域，且公开了一种超导直流感应加热电机的降磁启动装置，包括飞轮，所述飞轮的内外边缘分别设有外导电圈和内导电圈，所述外导电圈和内导电圈分别通过外电刷和内电刷连入超导线圈电路。该超导直流感应加热电机的降磁启动装置，磁场随着转速的增加自调整，进而保证电机的输出力矩始终大于锭子产生的反力矩，保证加热装置的正常启动，大大简化的操作流程，另一方面，该装置所使用的结构均为简单的耐磨损的元件，使用更加可靠，同时由于该装置根据转速的大小自动控制磁场大小，当因为意外时锭子转速降低时，磁场也会相应的减小，使得电机的输出力矩始终大于反力矩，电机始终在额定工况下工作。

Description

一种超导直流感应加热电机的降磁启动装置

技术领域

本发明涉及加热设备技术领域，具体为一种超导直流感应加热电机的降磁启动装置。

背景技术

直流感应加热方式适用于加热铝锭或铜锭等低电阻率的非磁性材料，其加热效率可达到90％以上，其加热原理如图1所示，直流电通过超导线圈组成的磁体形成强直流磁场，锭子旋转做切割磁感线运动进而在锭子内部产生涡流并进一步产生焦耳热加热锭子。

运行过程中，锭子内产生的涡流会阻碍锭子转动的反力矩，通过电磁感应将锭子的机械能转化为热能，因此锭子的加热效率由带动锭子旋转的电机的输出功率的关系紧密相关，同时电机的输出力矩大小也是感应加热系统正常运行的重要保障，由图2可知，在锭子启动后，随着锭子的转速加快，锭子内产生的反力矩会出现峰值再逐渐下降，而加热功率与锭子转速时呈正相关的，出于经济上的考虑，加热系统中的驱动电机的输出力矩往往只满足加热系统正常运行后的需求，因此如何克服启动初期锭子的反力矩使锭子加速到额定转速则是感应加热电机启动装置需要解决的稳定。

请参阅图3和图4，现有的启动装置一般采用辅助电机提高转动力矩辅助锭子达到目标速度或控制磁场的大小等达到一定速度后才逐渐加大磁场以完成启动，此两种方式均需要额外的控制装置甚至驱动装置，操作较为繁琐，同时提高了装置的复杂度，降低了系统的可靠性。

进一步地，由于启动装置相对于独立加热系统，当因为意外导致锭子转速降低的时候，会导致锭子产生的反力矩大于电机的输出电机，一方面致使锭子无法维持目标转速，需要重新启动，另一方面锭子处于过载状态，对电机有较大的损坏，降低电机使用寿命。

发明内容

针对上述背景技术的不足，本发明提供了一种超导直流感应加热电机的降磁启动装置，具备自动控制的优点，解决了背景技术提出的问题。

本发明提供如下技术方案：一种超导直流感应加热电机的降磁启动装置，包括飞轮，所述飞轮的内外边缘分别设有外导电圈和内导电圈，所述外导电圈和内导电圈分别通过外电刷和内电刷连入超导线圈电路，所述外电刷和内电刷之间设有启动电阻，控制电阻和短路触片，且启动电阻、控制电阻和短路触片并联，所述控制电阻的数量为偶数个，所述控制电阻通过复位弹簧、控制触片和导向杆接入超导线圈电路。

优选的，所述启动电阻和短路触片的质量相同，所述启动电阻和短路触片沿着飞轮的轴线中心对称。

优选的，所述控制电阻和控制触片的连接点靠近内导电圈，且控制触片位于靠近内导电圈的一侧，控制电阻位于靠近外导电圈的一侧。

优选的，所述短路触片包括伸缩杆、底板和第二复位弹簧，所述短路触片的升缩杆、底板均为和超导线圈相同材质的超导材料制成。

优选的，所述复位弹簧的底部设有调节螺母，位于同一个直径的两个所述调节螺母的相对位置最为相近。

优选的，所述导向杆沿着飞轮的直径分布，所述导向杆为绝缘体，所述导向杆贯穿控制电阻和控制触片且与控制触片活动连接。

本发明具备以下有益效果：

1、该超导直流感应加热电机的降磁启动装置，由于控制电阻和启动电阻并联，每多接入一个控制电阻，该装置整体电阻就越低，进而与该装置串联的超导线圈内的电流就越大，其磁场就越大，随着飞轮的转速逐渐提高，多组控制电阻和控制触片依次接触，超导线圈通过的电流逐渐增大，磁场也逐渐增大，实现磁场的自动控制，随着飞轮和锭子的转速达到设定值，短路触片也在离心力的作用下接入超导线圈电路，实现锭子转速和磁场强度均达到设定值，且不产生额外损耗，相比较于现有技术，磁场随着转速的增加自调整，进而保证电机的输出力矩始终大于锭子产生的反力矩，保证加热装置的正常启动，大大简化的操作流程，另一方面，该装置所使用的结构均为简单的耐磨损的元件，使用更加可靠。

2、该超导直流感应加热电机的降磁启动装置，由于该装置根据转速的大小自动控制磁场大小，当因为意外时锭子转速降低时，磁场也会相应的减小，相应地，锭子内涡流产生的反力矩也减小，电机的输出力矩始终大于反力矩，一方面，故障排除后速度自动达到设计速度，不需要重新调整，另一方面，电机始终在额定工况下工作，提高了电机的使用寿命。

附图说明

图1为超导感应加热的原理图；

图2为在磁场大小和锭子直径一定的情况下反力矩和加热功率与锭子转速的关系图；

图3和图4为现有结构原理图；

图5为本发明结构示意图；

图6为本发明工作效果图；

图7为本发明结构的电路图；

图中：1、飞轮；2、外导电圈；3、内导电圈；4、外电刷；5、内电刷； 6、启动电阻；7、控制电阻；8、短路触片；9、复位弹簧；10、控制触片； 11、导向杆；12、调节螺母。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图5-8，一种超导直流感应加热电机的降磁启动装置，包括飞轮1，飞轮1为绝缘材料，且飞轮1相对于锭子的质量较大，保证锭子转动的平稳，飞轮1的内外边缘分别设有外导电圈2和内导电圈3，外导电圈2和内导电圈 3分别镶嵌在飞轮1的外侧壁和内侧壁上，外导电圈2和内导电圈3分别通过外电刷4和内电刷5连入超导线圈电路，外导电圈2和内导电圈3与内导电圈3和外电刷4活动连接，外电刷4和内电刷5之间设有启动电阻6，控制电阻7和短路触片8，且启动电阻6、控制电阻7和短路触片8并联，启动电阻 6为固定的安装在飞轮1上，初始状态下，飞轮1和超导线圈串联，降低了超导线圈内的电流，进而减弱了超导线圈产生的磁场，控制电阻7和短路触片8 由飞轮1的离心力控制是否与外导电圈2和内导电圈3电性连接，由于控制电阻7和启动电阻6并联，控制电阻7接入电路后，会增加超导线圈电路的电流，短路触片8连通电路后则造成启动电阻6和控制电阻7短路，使启动电阻6和控制电阻7失去作用，控制电阻7的数量为偶数个，保证质量分布的均匀，减少偏心力，控制电阻7通过复位弹簧9、控制触片10和导向杆11 接入超导线圈电路，每个控制触片10和对应的控制电阻7距离不同，从而保证控制电阻7根据飞轮1的转速不同依次接入超导线圈电路。

其中，启动电阻6和短路触片8的质量相同，启动电阻6和短路触片8 沿着飞轮1的轴线中心对称，减少启动电阻6和短路触片8引起的质量不均，进而减少启动电阻6和短路触片8造成的质量不均，提高飞轮1的连接轴的使用寿命。

其中，控制电阻7和控制触片10的连接点靠近内导电圈3，提高控制电阻7和控制触片10受到的离心力，使控制电阻7和控制触片10对转速的改变更加灵敏，且控制触片10位于靠近内导电圈3的一侧，控制触片10为活动端，控制电阻7为固定端，控制电阻7位于靠近外导电圈2的一侧，控制触片10受到离心力的作用，克服复位弹簧9的拉力与控制触片10接触，使控制触片10接入超导线圈电路。

其中，短路触片8包括伸缩杆、底板和第二复位弹簧，当飞轮1的转速达到设计值时，短路触片8的升缩杆克服第二复位弹簧伸长与外导电圈2接触，使启动电阻6和控制电阻7短路失去作用，短路触片8的升缩杆、底板均为和超导线圈相同材质的超导材料制成，避免短路触片8产生能耗引起加热效率降低。

其中，复位弹簧9的底部设有调节螺母12，通过调整调节螺母12的位置调整控制触片10的初始位置，并使每个控制触片10与控制电阻7接触的对应转速不同，位于同一个直径的两个调节螺母12的相对位置最为相近，减少因控制电阻7和控制触片10的产生的分布不均，减小偏心力，保证设备。

其中，导向杆11沿着飞轮1的直径分布，导向杆11与离心力方向一致，减少控制触片10和导向杆11间的摩擦力，导向杆11为绝缘体，导向杆11 贯穿控制电阻7和控制触片10且与控制触片10活动连接，控制触片10沿着导向杆11的外侧壁滑动，保证控制触片10的滑动方向，确保控制触片10和控制电阻7接触的重合度。

该超导直流感应加热电机的降磁启动装置工作原理：

该超导直流感应加热电机的降磁启动装置位于电机和锭子之间，电机的输出轴限于该启动装置传动连接在与锭子的夹持装置传动连接，启动时，由于启动电阻6的作用，此时超导线圈发出的磁场较小，电机的输出力矩大于锭子内涡流产生的反力矩，飞轮1和锭子的转速逐渐提高，当锭子的转速达到或超过图2中A点的转速时，其中一个控制触片10在离心力的作用下克服复位弹簧9的拉力与控制电阻7接触，增加了超导线圈内通过的电流，磁场变大，随着转速的进一步提高，越来越多的控制触片10与控制电阻7接触，磁场越来越大，直至短路触片8与外导电圈2接触，磁场和锭子转速均达到设定值。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种超导直流感应加热电机的降磁启动装置，包括飞轮(1)，其特征在于：所述飞轮(1)的内外边缘分别设有外导电圈(2)和内导电圈(3)，所述外导电圈(2)和内导电圈(3)分别通过外电刷(4)和内电刷(5)连入超导线圈电路，所述外电刷(4)和内电刷(5)之间设有启动电阻(6)，控制电阻(7)和短路触片(8)，且启动电阻(6)、控制电阻(7)和短路触片(8)并联，所述控制电阻(7)的数量为偶数个，所述控制电阻(7)通过复位弹簧(9)、控制触片(10)和导向杆(11)接入超导线圈电路。

2.根据权利要求1所述的一种超导直流感应加热电机的降磁启动装置，其特征在于：所述启动电阻(6)和短路触片(8)的质量相同，所述启动电阻(6)和短路触片(8)沿着飞轮(1)的轴线中心对称。

3.根据权利要求1所述的一种超导直流感应加热电机的降磁启动装置，其特征在于：所述控制电阻(7)和控制触片(10)的连接点靠近内导电圈(3)，且控制触片(10)位于靠近内导电圈(3)的一侧，控制电阻(7)位于靠近外导电圈(2)的一侧。

4.根据权利要求1所述的一种超导直流感应加热电机的降磁启动装置，其特征在于：所述短路触片(8)包括伸缩杆、底板和第二复位弹簧，所述短路触片(8)的升缩杆、底板均为和超导线圈相同材质的超导材料制成。

5.根据权利要求1所述的一种超导直流感应加热电机的降磁启动装置，其特征在于：所述复位弹簧(9)的底部设有调节螺母(12)，位于同一个直径的两个所述调节螺母(12)的相对位置最为相近。

6.根据权利要求1所述的一种超导直流感应加热电机的降磁启动装置，其特征在于：所述导向杆(11)沿着飞轮(1)的直径分布，所述导向杆(11)为绝缘体，所述导向杆(11)贯穿控制电阻(7)和控制触片(10)且与控制触片(10)活动连接。