CN111010756B - 一种加热导体胚料的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加热导体胚料的方法和设备，应用于高温超导直流感应加热系统中，所述加热系统中设置有多个包括磁导部分和磁阻部分的磁场调节单元，该方法包括：根据所述导体胚料的目标轴向温度分布和预设对应关系确定目标轴向磁场分布；根据所述目标轴向磁场分布和当前轴向磁场分布确定权函数；基于所述权函数和预设映射关系表确定各所述磁场调节单元的调节量；基于所述调节量对所述磁导部分和所述磁阻部分的占比进行调节，以建立与所述目标轴向磁场分布对应的工作气隙磁场；将所述导体胚料放入所述工作气隙磁场中的预设位置并进行旋转，以达到所述目标轴向温度分布，从而实现更加灵活准确地按目标轴向温度分布加热导体胚料。

Description

一种加热导体胚料的方法和设备
技术领域
本申请涉及高温超导直流感应加热技术领域，更具体地，涉及一种加热导体胚料的方法和设备。
背景技术
当前高温超导直流感应加热技术，通常由直流电通过超导磁体产生强直磁场，通过电机驱动导体胚料在磁场中旋转(即导体切割磁力线)，使胚料工件内形成涡流生热现象，达到温度升高的效果。与传统电磁感应加热技术不同的是，其涡流生热现象分布于整个胚料工件中，胚料内部加热效率高，且具有良好的径向温度均匀性，适用于高效、均匀地对各类有色金属进行加热处理。
中国是最大的铝业生产国，铝产量占比全世界50％以上，在铝型材的挤压工序中，挤压前需要对铝胚料进行预热，挤压温度的调节和控制对铝型材的性能有重要影响。通过预热，使铝胚料接近溶线温度从而软化，再放进挤压机内挤压。挤压杆把软化了的铝料由模具孔挤出，同时会产生很大的摩擦力和热量，使得铝料的温度提高。一旦被挤出的铝料温度超过固熔相线温度，铝料熔化向四处流动，型材就无法成型。因此，铝料的预热温度需要保持在其溶线温度和固熔相线温度之间，并且需要配合挤压速度进行调节，太高会引起撕裂现象，太低会减低挤压速度。此外，实际应用中，还需要根据胚料工件不同的型号、性能等要求，灵活并准确的调节胚料的轴向温度分布。
传统的电磁感应加热技术在温度调节和控制方面相对成熟，但在当前已知的高温超导感应加热方法和设备中，胚料工件的轴向温度分布和加热效果的调节和控制，只能通过选择近似的经验模型或者数值计算仿真结果，采用调整磁源或导磁铁芯的方式来实现。考虑到感应加热设备的性能、效率、成本和运行稳定性等因素，实现温度调控的工作量大，对设备操控人员的技术和经验要求非常高，温度调节范围和精度难以掌握，其可控、可调和可操作性不符合标准化工业生产和自动化制造的要求。
由此可知，如何基于高温超导直流感应加热方式灵活准确地按目标轴向温度分布加热导体胚料，是目前有待解决地技术问题。
发明内容
本发明提供一种加热导体胚料的方法，用以解决现有技术中加热导体胚料时温度调控工作量大，可操控性不高的技术问题，该方法应用于高温超导直流感应加热系统中，所述加热系统中设置有多个包括磁导部分和磁阻部分的磁场调节单元，该方法包括：
根据所述导体胚料的目标轴向温度分布和预设对应关系确定目标轴向磁场分布，所述预设对应关系为在所述导体胚料上呈现均匀温度分布时，均匀温度与匀强磁场的对应关系；
根据所述目标轴向磁场分布和当前轴向磁场分布确定权函数，其中，当所述当前轴向磁场分布按所述权函数加权叠加后等于所述目标轴向磁场分布；
基于所述权函数和预设映射关系表确定各所述磁场调节单元的调节量，所述预设映射关系表是根据所述权函数的分量与所述调节量的映射关系建立的；
基于所述调节量对所述磁导部分和所述磁阻部分的占比进行调节，以建立与所述目标轴向磁场分布对应的工作气隙磁场；
将所述导体胚料放入所述工作气隙磁场中的预设位置并进行旋转，以达到所述目标轴向温度分布。
优选的，在根据所述导体胚料的目标轴向温度分布和预设对应关系确定目标轴向磁场分布之后，还包括：
根据所述目标轴向温度分布确定温度调控指标，所述温度调控指标具体为温度调控范围和温度调控精度；
根据所述预设对应关系确定与所述温度调控指标对应的匀强磁场强度调控指标，所述匀强磁场强度调控指标具体为匀强磁场强度调控范围和匀强磁场强度调控精度；
根据所述匀强磁场强度调控指标建立所述当前轴向磁场分布。
优选的，根据预设对应关系确定与所述温度调控指标对应的匀强磁场强度调控指标，具体为：
根据所述预设对应关系确定与所述温度调控范围对应的匀强磁场强度调控范围；
根据所述温度调控精度和所述温度调控范围确定按精度温度调控范围，所述按精度温度调控范围的下限为所述温度调控范围的下限与所述温度调控精度之和，所述按精度温度调控范围的上限为所述温度调控范围的上限与所述温度调控精度之差；
根据所述按精度温度调控范围和所述预设对应关系确定按精度磁场调控范围；
根据所述按精度磁场调控范围和所述匀强磁场强度调控范围确定所述匀强磁场强度调控精度，所述匀强磁场强度调控精度满足：
BF＝min(|BL-BLF|，|BH-BHF|)
其中，BF为所述匀强磁场强度调控精度，BL为所述匀强磁场强度调控范围的下限，BH为所述匀强磁场强度调控范围的上限，BLF为所述按精度磁场调控范围的下限，BHF为所述按精度磁场调控范围的上限。
优选的，所述当前轴向磁场分布满足：
当所述磁导部分达到最大占比且所述磁阻部分占比为零时，与所述当前轴向磁场分布对应的磁场强度为所述匀强磁场强度调控范围的上限；
当所述磁阻部分达到最大占比且所述磁导部分占比为零时，所述磁场强度为所述匀强磁场强度调控范围的下限；
当以最小非零调节量调节单一所述磁场调节单元中的所述磁导部分和所述磁阻部分的占比时，所述磁场强度的改变量不大于所述匀强磁场强度调控精度。
优选的，基于所述调节量对所述磁导部分和所述磁阻部分的占比进行调节，具体为：
基于所述调节量对所述磁导部分和所述磁阻部分的占比进行垂直调节，所述垂直调节的调节方向与所述目标轴向磁场分布的磁场方向垂直，其中，所述磁场调节单元位于所述工作气隙磁场的单侧或双侧；
或，基于所述调节量对所述磁导部分和所述磁阻部分的占比进行水平调节，所述水平调节的调节方向与所述目标轴向磁场分布的磁场方向相同或相反。
优选的，在进行所述水平调节时，还同时调节所述磁导部分到所述工作气隙磁场的边界之间的气隙磁阻。
相应地，本发明还提出了一种加热导体胚料的设备，应用于高温超导直流感应加热系统中，所述加热系统中设置有多个包括磁导部分和磁阻部分的磁场调节单元，所述设备包括：
第一确定模块，用于根据所述导体胚料的目标轴向温度分布和预设对应关系确定目标轴向磁场分布，所述预设对应关系为在所述导体胚料上呈现均匀温度分布时，均匀温度与匀强磁场的对应关系；
第二确定模块，用于根据所述目标轴向磁场分布和当前轴向磁场分布确定权函数，其中，当所述当前轴向磁场分布按所述权函数加权叠加后等于所述目标轴向磁场分布；
第三确定模块，用于基于所述权函数和预设映射关系表确定各所述磁场调节单元的调节量，所述预设映射关系表是根据所述权函数的分量与所述调节量的映射关系建立的；
调节模块，用于基于所述调节量对所述磁导部分和所述磁阻部分的占比进行调节，以建立与所述目标轴向磁场分布对应的工作气隙磁场；
加热模块，用于将所述导体胚料放入所述工作气隙磁场中的预设位置并进行旋转，以达到所述目标轴向温度分布。
相应地，本发明还提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行如上所述的加热导体胚料的方法。
相应地，本发明还提出了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行如上所述的加热导体胚料的方法。
与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：
本发明公开了一种加热导体胚料的方法和设备，应用于高温超导直流感应加热系统中，所述加热系统中设置有多个包括磁导部分和磁阻部分的磁场调节单元，该方法包括：根据所述导体胚料的目标轴向温度分布和预设对应关系确定目标轴向磁场分布；根据所述目标轴向磁场分布和当前轴向磁场分布确定权函数；基于所述权函数和预设映射关系表确定各所述磁场调节单元的调节量；基于所述调节量对所述磁导部分和所述磁阻部分的占比进行调节，以建立与所述目标轴向磁场分布对应的工作气隙磁场；将所述导体胚料放入所述工作气隙磁场中的预设位置并进行旋转，以达到所述目标轴向温度分布，从而减小了温度调节的工作量，提高了可操控性，实现更加灵活准确地按目标轴向温度分布加热导体胚料。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提出的一种加热导体胚料的方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中一种加热导体胚料的方法对应的高温超导直流感应加热设备示意图；
图3为本发明实施例中单个磁场调节单元结构示意图；
图4为本发明实施例中多个磁场调节单元组合结构示意图；
图5为本发明实施例中一种调节量下对磁场调节单元进行垂直调节示意图；
图6为本发明实施例中另一种调节量下对磁场调节单元进行垂直调节示意图；
图7为本发明实施例中对磁场调节单元进行垂直调节时的装配效果示意图；
图8为本发明实施例中一种调节量下对磁场调节单元进行水平调节示意图；
图9为本发明实施例中另一种调节量下对磁场调节单元进行水平调节示意图；
图10为本发明实施例中对磁场调节单元进行水平调节时的装配效果示意图；
图11为本发明实施例提出的一种加热导体胚料的设备的结构示意图。图2-图10中：1、磁场发生装置；2、磁场集中装置；3、磁场调节装置；4、导体胚料；5、旋转驱动装置；6、磁导部分；7、磁阻部分；8、主磁路；9、工作气隙磁场。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如背景技术所述，现有技术中加热导体胚料时温度调控工作量大，可操控性不高。
为解决上述问题，本申请实施例提出了一种加热导体胚料的方法，通过设置多个包括磁导部分和磁阻部分的磁场调节单元，在确定各磁场调节单元的调节量后，根据调节量对磁导部分和磁阻部分的占比进行调节，以建立与目标轴向磁场分布对应的工作气隙磁场，将导体胚料放入工作气隙磁场中的预设位置并进行旋转，使导体胚料达到目标轴向温度分布，从而灵活准确地按目标轴向温度分布加热导体胚料。
如图1所示本发明实施例提出的一种加热导体胚料的方法的流程示意图，该方法应用于高温超导直流感应加热系统中，所述加热系统中设置有多个包括磁导部分和磁阻部分的磁场调节单元，包括以下步骤：
S101，根据所述导体胚料的目标轴向温度分布和预设对应关系确定目标轴向磁场分布，所述预设对应关系为在所述导体胚料上呈现均匀温度分布时，均匀温度与匀强磁场的对应关系。
具体的，磁场调节单元中包括磁导部分和磁阻部分，如图3所示为单个磁场调节单元结构示意图，包括磁导部分6和磁阻部分7，如图4所示为多个磁场调节单元组合结构示意图，包括多组磁导部分6和多组磁阻部分7，在本申请的具体应用场景中，磁导部分6由铁磁性介质材料制备而成，磁阻部分7选取非铁磁性介质材料(如空气等)制备而成。
本实施例是将导体胚料加热到预期的目标轴向温度分布，当导体胚料通过匀强磁场加热时，其呈现均匀的温度分布，因此不同的匀强磁场与不同的均匀温度之间存在对应关系，通过预设该对应关系可确定与目标轴向温度分布对应的目标轴向磁场分布。
由于对磁场的调节是在当前轴向磁场分布的基础上进行，因此需要准确配置加热系统的当前轴向磁场分布，在本申请优选的实施例中，在根据所述导体胚料的目标轴向温度分布和预设对应关系确定目标轴向磁场分布之后，还包括：
根据所述目标轴向温度分布确定温度调控指标，所述温度调控指标具体为温度调控范围和温度调控精度；
根据所述预设对应关系确定与所述温度调控指标对应的匀强磁场强度调控指标，所述匀强磁场强度调控指标具体为匀强磁场强度调控范围和匀强磁场强度调控精度；
根据所述匀强磁场强度调控指标建立所述当前轴向磁场分布。
具体的，先根据目标轴向温度分布确定温度调控范围和温度调控精度，再根据上述预设对应关系确定匀强磁场强度调控指标，即匀强磁场强度调控范围和匀强磁场强度调控精度，最后根据匀强磁场强度调控指标建立所述当前轴向磁场分布。在本申请的具体应用场景中，如图2所示，根据匀强磁场强度调控指标合理配置磁场发生装置1、磁场集中装置2和磁场调节装置3后建立当前轴向磁场分布。
需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他建立当前轴向磁场分布的方式均属于本申请的保护范围。
为获得准确的匀强磁场强度调控指标，在本申请的优选实施例中，根据预设对应关系确定与所述温度调控指标对应的匀强磁场强度调控指标，具体为：
根据所述预设对应关系确定与所述温度调控范围对应的匀强磁场强度调控范围；
根据所述温度调控精度和所述温度调控范围确定按精度温度调控范围，所述按精度温度调控范围的下限为所述温度调控范围的下限与所述温度调控精度之和，所述按精度温度调控范围的上限为所述温度调控范围的上限与所述温度调控精度之差；
根据所述按精度温度调控范围和所述预设对应关系确定按精度磁场调控范围；
根据所述按精度磁场调控范围和所述匀强磁场强度调控范围确定所述匀强磁场强度调控精度，所述匀强磁场强度调控精度满足：
BF＝min(|BL-BLF|，|BH-BHF|)
其中，BF为所述匀强磁场强度调控精度，BL为所述匀强磁场强度调控范围的下限，BH为所述匀强磁场强度调控范围的上限，BLF为所述按精度磁场调控范围的下限，BHF为所述按精度磁场调控范围的上限。
具体的，根据所述预设对应关系确定与所述温度调控范围对应的匀强磁场强度调控范围，在本申请的具体应用场景中，对温度调控范围内目标温度值的下限TL和上限TH，根据步骤S101中的预设对应关系确定其在感应加热区域(工作气隙磁场)对应的匀强磁场强度的下限BL和上限BH，该下限至上限之间的磁场强度取值区间(BL，BH)，即为匀强磁场调控范围，根据所述温度调控精度和所述温度调控范围确定按精度温度调控范围，根据预设的温度调控目标精度TF，根据步骤一中的对应关系分别确定温度值(TL+TF)和(TH-TF)对应的在感应加热区域(工作气隙磁场)的匀强磁场强度BLF和BHF，则匀强磁场调控精度BF需满足：
BF＝min(|BL-BLF|，|BH-BHF|)
需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他根据预设对应关系确定与所述温度调控指标对应的匀强磁场强度调控指标的方式均属于本申请的保护范围。
为使当前轴向磁场分布满足匀强磁场强度调控指标，在本申请的优选实施例中，所述当前轴向磁场分布满足：
当所述磁导部分达到最大占比且所述磁阻部分占比为零时，与所述当前轴向磁场分布对应的磁场强度为所述匀强磁场强度调控范围的上限；
当所述磁阻部分达到最大占比且所述磁导部分占比为零时，所述磁场强度为所述匀强磁场强度调控范围的下限；
当以最小非零调节量调节单一所述磁场调节单元中的所述磁导部分和所述磁阻部分的占比时，所述磁场强度的改变量不大于所述匀强磁场强度调控精度。
如上所述，当所述磁导部分达到最大占比且所述磁阻部分占比为零时，通过磁场调节单元的磁通量最大，当前轴向磁场分布的磁场强度达到匀强磁场强度调控范围的上限；当所述磁阻部分达到最大占比且所述磁导部分占比为零时，通过磁场调节单元的磁通量最小，所述磁场强度为所述匀强磁场强度调控范围的下限；当以最小非零调节量调节单一所述磁场调节单元中的所述磁导部分和所述磁阻部分的占比时，所述磁场强度的改变量不大于所述匀强磁场强度调控精度，从而使磁场调节单元的调节量符合匀强磁场强度调控精度。
需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他使当前轴向磁场分布满足匀强磁场强度调控指标的方式均属于本申请的保护范围。
S102，根据所述目标轴向磁场分布和当前轴向磁场分布确定权函数，其中，当所述当前轴向磁场分布按所述权函数加权叠加后等于所述目标轴向磁场分布。
具体的，当所述当前轴向磁场分布按所述权函数加权叠加后等于所述目标轴向磁场分布，因此可根据目标轴向磁场分布和当前轴向磁场分布确定权函数。
S103，基于所述权函数和预设映射关系表确定各所述磁场调节单元的调节量，所述预设映射关系表是根据所述权函数的分量与所述调节量的映射关系建立的。
具体的，权函数的分量与磁场调节装置中单个磁场调节单元的调节量，两者之间存在固定的一一映射关系，因此，通过预设该映射关系表，在获取权函数后通过查询该映射关系表即可确定对应的调节量。
S104，基于所述调节量对所述磁导部分和所述磁阻部分的占比进行调节，以建立与所述目标轴向磁场分布对应的工作气隙磁场。
具体的，通过按调节量对磁导部分和述磁阻部分的占比进行调节，从而确定出相应的磁场分布，进而建立与目标轴向磁场分布对应的工作气隙磁场。
为根据不同的系统配置方式进行占比的调节，在本申请的优选实施例中，基于所述调节量对所述磁导部分和所述磁阻部分的占比进行调节，具体为：
基于所述调节量对所述磁导部分和所述磁阻部分的占比进行垂直调节，所述垂直调节的调节方向与所述目标轴向磁场分布的磁场方向垂直，其中，所述磁场调节单元位于所述工作气隙磁场的单侧或双侧；
或，基于所述调节量对所述磁导部分和所述磁阻部分的占比进行水平调节，所述水平调节的调节方向与所述目标轴向磁场分布的磁场方向相同或相反。
具体的，具体的调节方式可以为垂直调节或水平调节，在本申请的具体应用场景中，如图7所示为对磁场调节单元进行垂直调节时的装配效果示意图，通过对各磁场调节单元进行垂直移动，垂直移动时的方向与目标轴向磁场分布的磁场方向垂直，从而改变磁导部分6和磁阻部分7的占比，从而改变进入工作气隙磁场9的磁通量，达到调节的目的，此外，图7中的磁场调节装置3可以实施在工作气隙磁场9的单侧，也可以实施在工作气隙磁场9的双侧，不同实施方式对应于不同的调节量；如图10所示为对磁场调节单元进行水平调节时的装配效果示意图，通过对各磁场调节单元进行水平移动，水平移动时的方向与目标轴向磁场分布的磁场方向相同或相反，从而改变磁导部分6和磁阻部分7的占比，从而改变进入工作气隙磁场9的磁通量，达到调节的目的。
需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他基于所述调节量对所述磁导部分和所述磁阻部分的占比进行调节的方式均属于本申请的保护范围。
如图10所示，在水平调节时，可调磁阻实际上由两部分组成：图中所示的磁阻部分7和磁导部分6边界到工作气隙磁场9边界的气隙磁阻，为获得更加准确的调节结果，在本申请的优选实施例中，在进行所述水平调节时，还同时调节所述磁导部分到所述工作气隙磁场的边界之间的气隙磁阻。
需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他进行水平调节的方式均属于本申请的保护范围。
S105，将所述导体胚料放入所述工作气隙磁场中的预设位置并进行旋转，以达到所述目标轴向温度分布。
在本申请的具体应用场景中，如图2所示，由旋转驱动装置5驱动导体胚料4在工作气隙磁场内作旋转运动，切割磁力线产生的涡流焦耳热，使导体胚料4的温度升高，以达到所述目标轴向温度分布。
通过应用以上技术方案，高温超导直流感应加热系统中设置有多个包括磁导部分和磁阻部分的磁场调节单元，根据所述导体胚料的目标轴向温度分布和预设对应关系确定目标轴向磁场分布；根据所述目标轴向磁场分布和当前轴向磁场分布确定权函数；基于所述权函数和预设映射关系表确定各所述磁场调节单元的调节量；基于所述调节量对所述磁导部分和所述磁阻部分的占比进行调节，以建立与所述目标轴向磁场分布对应的工作气隙磁场；将所述导体胚料放入所述工作气隙磁场中的预设位置并进行旋转，以达到所述目标轴向温度分布，从而减小了温度调节的工作量，提高了可操控性，实现更加灵活准确地按目标轴向温度分布加热导体胚料。
为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合具体的应用场景，对本发明的技术方案进行说明。
本发明实施例提出了一种加热导体胚料的方法，通过设置多个包括磁导部分和磁阻部分的磁场调节单元，在确定各磁场调节单元的调节量后，根据调节量对磁导部分和磁阻部分的占比进行调节，以建立与目标轴向磁场分布对应的工作气隙磁场，将导体胚料放入工作气隙磁场中的预设位置并进行旋转，使导体胚料达到目标轴向温度分布，从而灵活准确地按目标轴向温度分布加热导体胚料。
如图2所示为与该方法对应的高温超导直流感应加热设备示意图，包括磁场发生装置1，磁场集中装置2，磁场调节装置3和旋转驱动装置5。
磁场集中装置2将磁场发生装置1产生的静态磁场传导至磁场调节装置3，再经磁场调节装置3传导至感应加热工作气隙磁场的边界，由旋转驱动装置5驱动导体胚料4在工作气隙磁场内作旋转运动，切割磁力线产生的涡流焦耳热，使导体胚料4的温度升高。
上述加热导体胚料的方法包括以下步骤：
步骤一，确定均匀温度～匀强磁场强度之间的对应关系，并根据对应关系确定与目标轴向温度分布对应的目标轴向磁场分布。
当导体胚料在匀强磁场下加热时，其会呈现均匀温度分布，因此不同的匀强磁场对应不同的加热温度，以此可建立均匀温度～匀强磁场强度之间对应关系。
步骤二，根据步骤一中确定的对应关系，确定与目标轴向温度分布的调控范围和调控精度对应的匀强磁场的强度调控范围和调控精度。
匀强磁场强度的确定：根据预设的导体胚料目标轴向温度分布，结合预设的感应加热目标功率和旋转驱动装置的旋转速率等系统参数，根据经验公式确定该温度分布对应的感应加热区域(工作气隙磁场)所需的匀强磁场强度。
匀强磁场调控范围的确定：对温度调控范围内目标温度值的下限TL和上限TH，根据步骤一中的对应关系确定其在感应加热区域(工作气隙磁场)对应的匀强磁场强度的下限BL和上限BH，该下限至上限之间的磁场强度取值区间(BL，BH)，即为匀强磁场调控范围。
匀强磁场调控精度的确定：根据预设的温度调控目标精度TF，根据步骤一中的对应关系分别确定温度值(TL+TF)和(TH-TF)对应的在感应加热区域(工作气隙磁场)的匀强磁场强度BLF和BHF，则匀强磁场调控精度BF需满足：
BF＝min(|BL-BLF|，|BH-BHF|)
步骤三，根据步骤二中匀强磁场强度的调控范围和精度，合理配置磁场发生装置1、磁场集中装置2和磁场调节装置3。
磁场发生装置1配置：在由高温超导带材绕组而成的结构体两端，施加直流电压产生直流电流，可形成静态强磁场Φs；
磁场集中装置2配置：采用预留有感应加热工作气隙(主气隙)和可调气隙的磁路结构，选取可加工铁磁性介质材料加工而成；根据材料的磁导率，由经验公式推导出磁场集中装置的设计，包括结构、尺寸、横截面积等。如图2所示，该装置前端结构与磁场发生装置1产生的磁场相匹配，将磁场发生装置1产生的主磁通引导出来，后端与磁场调节装置3匹配相连，属于设备的固定主磁路。
磁场调节装置3配置：由多个磁场调节单元组合而成，位于主磁通经过的路径上，如图3所示为单个磁场调节单元结构示意图，包括磁导部分6和磁阻部分7，如图4所示为多个磁场调节单元组合结构示意图。如图2所示，磁场调节装置3前端与磁场集中装置2匹配相连，后端位于主气隙磁场的边界，属于设备的可调磁路。每个磁场调节单元由磁导部分6、磁阻部分7、位移调节机构和固定机构组成，磁导部分6由与磁场集中装置相同的铁磁性介质材料制备而成，磁阻部分7选取非铁磁性介质材料(如空气等)制备而成，位移调节机构可根据确定的调节量，实施磁导和磁阻部分的位置的精准调节，使磁导部分6和磁阻部分7在主磁通经过的路径上实现不同的占比，然后由固定机构将磁场调节单元各部分固定在调节后的位置。
磁场调节装置3可进行垂直调节，如图5所示为一种调节量下对磁场调节单元进行垂直调节示意图，其调节量为[1,0,0,1,1]，如图6所示为另一种调节量下对磁场调节单元进行垂直调节示意图，其调节量为[0,1,1,0,1]，如图7所示为对磁场调节单元进行垂直调节时的装配效果示意图，当调节矢量为[1,0,0,1,1]时，磁场集中装置2、磁场调节装置3、工作气隙磁场9和主磁路8按图7所示装配，图中略去了固定机构和位移调节机构。此外，图7中的磁场调节装置3可以实施在工作气隙磁场9的单侧，也可以实施在工作气隙磁场9的双侧，不同实施方式对应于不同的调节量。
磁场调节装置3可进行水平调节，如图8所示为一种调节量下对磁场调节单元进行水平调节示意图，其调节量为[1,0,0,1,1]，如图9所示为另一种调节量下对磁场调节单元进行水平调节示意图，其调节量为[0,0.3,0,0.6,0]，如图10所示为对磁场调节单元进行水平调节时的装配效果示意图，当调节矢量为[0,0.3,0,0.6,0]时，磁场集中装置2、磁场调节装置3、工作气隙磁场9和主磁路8按图10所示装配，图中略去了固定机构和位移调节机构。此外，图10中可调磁阻实际上由两部分组成：图中所示的磁阻部分7和磁导部分6边界到工作气隙磁场9边界的气隙磁阻。
步骤四，根据步骤三的配置结果确定当前轴向磁场分布。
假设磁场调节装置3中每个磁场调节单元为一个磁通路“微元”，忽略边缘效应和各“微元”磁路之间的耦合效应，确定各“微元”对应的轴向磁场强度分布(矢量)。
当前轴向磁场分布满足以下条件：
①、当磁场调节装置3中各调节单元在主磁通路径上均全部由磁导部分6组成时，工作气隙磁场9的磁场强度为目标磁场强度上限阙值BH；
②、当磁场调节装置3中各调节单元在主磁通路径上均全部由磁阻部分7组成时，工作气隙磁场9的磁场强度为目标磁场强度下限阙值BL；
③、当磁场调节装置3中单一调节单元以最小非零调节量进行调节时，该调节过程对工作气隙磁场9中轴向磁场强度分布产生的改变量(矢量取模)，应小于或等于匀强磁场调控精度BF。
由以上①和②可确定对磁场发生装置1产生的磁通量要求，和对磁场集中装置2的饱和磁通、尺寸、结构、规格参数等；由上述③可以确定磁场调节装置3的磁场调节单元个数、磁场调节单元的最小调节单位(即位移调节机构的调节精度)等。
步骤五，确定权函数。
求解一个权函数(矢量)，使得步骤四中各“微元”磁路对应的轴向磁场强度(矢量)按照该权函数加权叠加后，正好等于目标轴向磁场强度分布(矢量)。
步骤六，确定各磁场调节单元的调节量。
权函数(矢量)的分量，与磁场调节装置3中单个磁场调节单元的调节量，两者之间存在固定的一一映射关系。对单个磁场调节单元使用磁路解析法，可确定该对应关系并建立相应的映射关系表。基于权函数和预设映射关系表确定各磁场调节单元的调节量。
步骤七，基于调节量对磁场调节装置进行调节，建立工作气隙磁场。
基于调节量对磁导部分6和磁阻部分7的占比进行调节，以建立与所述目标轴向磁场分布对应的工作气隙磁场9。
“微元”磁路的磁导调节原理：由于磁通总是沿着磁阻最小的路径流通，由解析法可知，并不存在其它磁通路径比原主磁通路径磁阻更小，主磁通仍将沿原路径传导。因此，在每个磁场调节单元中，只有位于主磁通经过的路径上的磁导部分6，才属于有效的磁导；在主磁通经过的路径上，可利用磁路局部饱和现象，通过调节磁场调节单元中磁导部分6和磁阻部分7的占比，调节该单元的磁导，进而调节该“微元”磁路所对应的轴向磁场强度分布(矢量)，特别的：
当磁场调节单元在主磁通经过的路径上的区域，全部由磁导部分6占比时，该“微元”磁路等效于同等结构的磁场集中装置2延伸到了工作气隙磁场9的边界，所对应产生的轴向磁场强度分布矢量取模后具有最大值；
当磁场调节单元在主磁通经过的路径上的区域，全部由磁阻部分7占比时，该“微元”磁路所对应产生的轴向磁场强度分布矢量取模后具有最小值；
当预设的温度调控目标精度TF无穷小时，对应的磁场调节单元的尺寸和最小调节量单元也将无穷小，此时磁场调节装置3靠近工作气隙磁场9的端面，将可以呈现出任意曲面形状，本发明的加热导体胚料的方法将具有连续取值的温度调控范围。
步骤八，加热导体胚料。
将导体胚料4至于工作气隙磁场9的预设位置，在旋转驱动装置5的驱动下绕轴心旋转，即可获得满足导体胚料4目标轴向温度分布要求的高温超导感应加热效果。
步骤九，当需要依照预设的温度调控范围和精度，对导体胚料4目标轴向温度分布进行调整时，依次重复以上步骤一、五、六、七、八即可。
通过应用以上技术方案，在高温超导直流感应加热系统中设置多个包括磁导部分和磁阻部分的磁场调节单元，根据所述导体胚料的目标轴向温度分布和预设对应关系确定目标轴向磁场分布，基于所述权函数和预设映射关系表确定各所述磁场调节单元的调节量，基于所述调节量对所述磁导部分和所述磁阻部分的占比进行调节，以建立与所述目标轴向磁场分布对应的工作气隙磁场；将所述导体胚料放入所述工作气隙磁场中的预设位置并进行旋转，以达到所述目标轴向温度分布，从而减小了温度调节的工作量，提高了可操控性，实现更加灵活准确地按目标轴向温度分布加热导体胚料。
为了达到以上技术目的，本申请实施例还提出了一种加热导体胚料的设备，如图11所示，所述设备包括：
第一确定模块201，用于根据所述导体胚料的目标轴向温度分布和预设对应关系确定目标轴向磁场分布，所述预设对应关系为在所述导体胚料上呈现均匀温度分布时，均匀温度与匀强磁场的对应关系；
第二确定模块202，用于根据所述目标轴向磁场分布和当前轴向磁场分布确定权函数，其中，当所述当前轴向磁场分布按所述权函数加权叠加后等于所述目标轴向磁场分布；
第三确定模块203，用于基于所述权函数和预设映射关系表确定各所述磁场调节单元的调节量，所述预设映射关系表是根据所述权函数的分量与所述调节量的映射关系建立的；
调节模块204，用于基于所述调节量对所述磁导部分和所述磁阻部分的占比进行调节，以建立与所述目标轴向磁场分布对应的工作气隙磁场；
加热模块205，用于将所述导体胚料放入所述工作气隙磁场中的预设位置并进行旋转，以达到所述目标轴向温度分布。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种加热导体胚料的方法，应用于高温超导直流感应加热系统中，其特征在于，所述加热系统中设置有多个包括磁导部分和磁阻部分的磁场调节单元，所述方法包括：
根据所述导体胚料的目标轴向温度分布和预设对应关系确定目标轴向磁场分布，所述预设对应关系为在所述导体胚料上呈现均匀温度分布时，均匀温度与匀强磁场的对应关系；
根据所述目标轴向磁场分布和当前轴向磁场分布确定权函数，其中，当所述当前轴向磁场分布按所述权函数加权叠加后等于所述目标轴向磁场分布；
基于所述权函数和预设映射关系表确定各所述磁场调节单元的调节量，所述预设映射关系表是根据所述权函数的分量与所述调节量的映射关系建立的；
基于所述调节量对所述磁导部分和所述磁阻部分的占比进行调节，以建立与所述目标轴向磁场分布对应的工作气隙磁场；
将所述导体胚料放入所述工作气隙磁场中的预设位置并进行旋转，以达到所述目标轴向温度分布。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述导体胚料的目标轴向温度分布和预设对应关系确定目标轴向磁场分布之后，还包括：
根据所述目标轴向温度分布确定温度调控指标，所述温度调控指标具体为温度调控范围和温度调控精度；
根据所述预设对应关系确定与所述温度调控指标对应的匀强磁场强度调控指标，所述匀强磁场强度调控指标具体为匀强磁场强度调控范围和匀强磁场强度调控精度；
根据所述匀强磁场强度调控指标建立所述当前轴向磁场分布。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据预设对应关系确定与所述温度调控指标对应的匀强磁场强度调控指标，具体为：
根据所述预设对应关系确定与所述温度调控范围对应的匀强磁场强度调控范围；
根据所述温度调控精度和所述温度调控范围确定按精度温度调控范围，所述按精度温度调控范围的下限为所述温度调控范围的下限与所述温度调控精度之和，所述按精度温度调控范围的上限为所述温度调控范围的上限与所述温度调控精度之差；
根据所述按精度温度调控范围和所述预设对应关系确定按精度磁场调控范围；
根据所述按精度磁场调控范围和所述匀强磁场强度调控范围确定所述匀强磁场强度调控精度，所述匀强磁场强度调控精度满足：
BF＝min(|BL-BLF|，|BH-BHF|)
其中，BF为所述匀强磁场强度调控精度，BL为所述匀强磁场强度调控范围的下限，BH为所述匀强磁场强度调控范围的上限，BLF为所述按精度磁场调控范围的下限，BHF为所述按精度磁场调控范围的上限。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述当前轴向磁场分布满足：
当所述磁导部分达到最大占比且所述磁阻部分占比为零时，与所述当前轴向磁场分布对应的磁场强度为所述匀强磁场强度调控范围的上限；
当所述磁阻部分达到最大占比且所述磁导部分占比为零时，所述磁场强度为所述匀强磁场强度调控范围的下限；
当以最小非零调节量调节单一所述磁场调节单元中的所述磁导部分和所述磁阻部分的占比时，所述磁场强度的改变量不大于所述匀强磁场强度调控精度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述调节量对所述磁导部分和所述磁阻部分的占比进行调节，具体为：
基于所述调节量对所述磁导部分和所述磁阻部分的占比进行垂直调节，所述垂直调节的调节方向与所述目标轴向磁场分布的磁场方向垂直，其中，所述磁场调节单元位于所述工作气隙磁场的单侧或双侧；
或，基于所述调节量对所述磁导部分和所述磁阻部分的占比进行水平调节，所述水平调节的调节方向与所述目标轴向磁场分布的磁场方向相同或相反。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在进行所述水平调节时，还同时调节所述磁导部分到所述工作气隙磁场的边界之间的气隙磁阻。
7.一种加热导体胚料的设备，应用于高温超导直流感应加热系统中，其特征在于，所述加热系统中设置有多个包括磁导部分和磁阻部分的磁场调节单元，所述设备包括：
第一确定模块，用于根据所述导体胚料的目标轴向温度分布和预设对应关系确定目标轴向磁场分布，所述预设对应关系为在所述导体胚料上呈现均匀温度分布时，均匀温度与匀强磁场的对应关系；
第二确定模块，用于根据所述目标轴向磁场分布和当前轴向磁场分布确定权函数，其中，当所述当前轴向磁场分布按所述权函数加权叠加后等于所述目标轴向磁场分布；
第三确定模块，用于基于所述权函数和预设映射关系表确定各所述磁场调节单元的调节量，所述预设映射关系表是根据所述权函数的分量与所述调节量的映射关系建立的；
调节模块，用于基于所述调节量对所述磁导部分和所述磁阻部分的占比进行调节，以建立与所述目标轴向磁场分布对应的工作气隙磁场；
加热模块，用于将所述导体胚料放入所述工作气隙磁场中的预设位置并进行旋转，以达到所述目标轴向温度分布。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行如权利要求1-6任一项所述的加热导体胚料的方法。
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