CN111315055A - 一种基于分裂式铁芯的混合磁路超导感应加热装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于分裂式铁芯的混合磁路超导感应加热装置，包括导磁铁芯、环绕导磁铁芯设置的超导线圈和围绕导磁铁芯周向分布的多个并联的铁轭，导磁铁芯由柱状铁芯沿纵向切割成的多个分铁芯构成；每个分铁芯的上端对应设置有一个上导磁板，每个分铁芯的下端对应设置有一个下导磁板；铁轭的数量与分铁芯数量相等，每个铁轭对应一个分铁芯，且每个铁轭的上端面/下端面与对应的分铁芯上端的上导磁板/下端的下导磁板侧壁之间具有第一气隙，第一气隙用于放置待加工工件；待加热工件能够在外力作用下旋转以产生感应电流来加热所述待加工。本申请提供的基于分裂式铁芯的混合磁路超导感应加热装置具有独立抗干扰磁路并因此具有更好的加热的调节特性。

Description

一种基于分裂式铁芯的混合磁路超导感应加热装置

技术领域

本申请涉及超导电力电工装备技术领域，尤其涉及一种基于分裂式铁芯的混合磁路超导感应加热装置。

背景技术

感应加热技术在锻件穿透加热、表面淬火加热、中高频焊接以及感应熔炼等工业生产中有着广泛应用。在透热处理方面的应用包括钢管扩径，钢坯热锻，铜铝等有色金属的热压延加工；在工业热处理方面的应用包括表面淬火、透热淬火、回火和消除应力、退火和正火、焊缝退火、粉末金属烧结等；在焊接方面的应用包括金属管焊接、金属板焊接等；感应加热在金属熔炼方面的应用包括黑色金属，有色金属熔炼、铸造等。

感应加热技术应用相关领域黑色金属冶炼和压延加工业，有色金属冶炼和压延加工业被列入六大高耗能行业。据统计，感应加热设备消耗的电能总量占国家电能总消费量的1～5％，2015年我国电能总消费量为59202.87亿千瓦时，其中感应加热设备消耗量563.03～2960.14亿千瓦时之间。目前大中型感应加热设备应用中，加热钢铁的有效电热转换效率在50-60％之间；铜铝等非铁磁性工件的有效电热转换效率在35-45％之间。。

传统感应加热技术的原理是法拉第电磁感应定律和电流热效应的焦耳－楞茨定律，交变的电流产生交变的磁场，交变的磁场在导体中感生涡流，利用涡流的焦耳热来加热导体。传统的感应加热系统主要包括交变电源、感应线圈和冷却系统等。影响感应加热设备有效电热转换效率的因素为线圈中的焦耳热损以及加热工件和线圈的材料特性。在线圈的焦耳热损方面，感应线圈一般为铜线或铜管等常规金属导体绕制，高频、大电流导致导体自身焦耳热非常巨大，例如感应熔炼炉感应线圈自身的焦耳热占感应炉额定功率的20％以上，而像焊管等感应线圈匝数少的感应加热设备，导体自身的焦耳热所占的比重更大。例如在热锻、金属加工与深加生产线上的感应加热设备，线圈的焦耳热要通过铜管内或线圈冷却箱体内的强迫冷却水带走。

新型超导感应加热技术的原理是：直流励磁的超导主磁体产生强直流磁场，铝质或铜质的工件在直流背景磁场中旋转切割磁力线，进而在工件中形成涡流并产生焦耳热将工件加热到工艺温度。新型超导感应加热设备主要包括直流励磁电源、超导主磁体系统和机械旋转系统等。新型超导感应加热设备运行过程中，工件中的感应电流产生阻碍旋转的制动反向转矩，机械能通过电磁感应的作用转变成了热能，超导主磁体系统中直流载流的超导线圈几乎不存在损耗，其主要损耗为低温冷却系统损耗和旋转电机损耗，而对于大功率的超导感应加热设备中，旋转电机损耗占主导，因此新型超导感应加热设备的效率有望达到 80％～85％。此外新型超导感应加热技术还具有加热均匀，加热可重复性好，无需大功率无功补偿的优点。

利用超导材料能够在直流条件下无阻载流的特性，欧洲专利1582091B1提出了一种新型直流超导感应加热方式：它的特点是在超导线圈中通入直流电流，在空间中产生静磁场，将被加工工件置于线圈所在平面，使得超导线圈产生的主磁通方向与工件轴线垂直，工件在静磁场中绕轴线旋转，激发出感应电流，从而产生热量。美国专利US7339145B2提出一种可用于加热高电导率、非铁磁性材料的电磁加热装置，采用在静磁场中旋转工件的方式，工件位于线圈所在平面。

现有技术的不足主要包括：1、现有超导直流感应加热技术中主磁体结构只能同时加热有限的一个或两个的工件；2、超导磁体的利用率低，其强磁场的优势在超导感应加热技术中没有充分体现出来。

基于此，特提出本发明。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种用于解决超导感应加热技术只能同时加热有限的一个或两个工件，超导磁体的利用率低的问题。

本申请实施例采用下述技术方案：

本申请实施例提供一种基于分裂式铁芯的混合磁路超导感应加热装置，所述超导感应加热装置包括：

导磁铁芯，所述导磁铁芯由柱状铁芯沿纵向切割成的多个分铁芯构成；每个分铁芯的上端对应设置有一个上导磁板，每个所述分铁芯的下端对应设置有一个下导磁板；

超导线圈，所述超导线圈环绕所述导磁铁芯，并且所述超导线圈通过电流引线与外部电源连接以使所述超导线圈承载电流，进而产生磁场；

所述超导感应加热装置还包括围绕所述导磁铁芯周向分布的多个并联的铁轭，所述铁轭的数量与分铁芯数量相等，每个铁轭对应一个分铁芯，且每个铁轭的上端面与对应的分铁芯上端的上导磁板侧壁之间具有第一气隙，并且/ 或者，每个铁轭的下端面与对应的分铁芯下端的下导磁板侧壁之间也具有第一气隙，所述第一气隙用于放置待加工工件；

在所述待加热工件放置于所述第一气隙后，外部电源向所述超导线圈输入电流，所述导磁铁芯将所述超导线圈产生的磁场分别传导至并联的多个铁轭，以形成多个并联的磁路，所述待加热工件能够在外力作用下旋转以产生感应电流来加热所述待加工工件。

在上述超导感应加热装置的优选实施方式中，每个铁轭上还设置有至少一个第二气隙，所述第二气隙也用于放置待加工工件；在导磁铁芯将所述超导线圈产生的磁场传导至并联的多个铁轭，以形成多个并联的磁路后，放入所述第二气隙的待加热工件能够在外力作用下旋转以产生感应电流来加热所述待加工工件。

在上述超导感应加热装置的优选实施方式中，相邻的两个铁轭上的第二气隙相互错位设置。

在上述超导感应加热装置的优选实施方式中，所述多个并联的铁轭围绕所述导磁铁芯均匀地分布；并且/或者，所述分铁芯的数量和并联的铁轭数量均为偶数个。

在上述超导感应加热装置的优选实施方式中，所述超导线圈采用YBCO超导线材以螺线管式构型或饼式构型绕制而成；并且/或者，所述超导线圈为经过环氧树脂或石蜡浸渍过的超导线圈。

在上述超导感应加热装置的优选实施方式中，所述电流引线为超导电流引线或变截面铜引线；并且/或者，所述柱状铁芯为圆柱状。

在上述超导感应加热装置的优选实施方式中，每个铁轭的上端面、与所述铁轭上端面相对的上导磁板的侧壁均呈内凹结构；并且/或者，每个铁轭的下端面、与所述铁轭下端面相对的下导磁板的侧壁均呈内凹结构。

在上述超导感应加热装置的优选实施方式中，所述待加热工件的转速设置为120rpm-3000rpm。

在上述超导感应加热装置的优选实施方式中，所述超导感应加热装置还包括杜瓦容器，所述杜瓦容器具有容纳所述超导线圈的容纳腔；所述容纳腔能够为所述超导线圈提供真空环境。

在上述超导感应加热装置的优选实施方式中，所述超导感应加热装置还包括制冷系统，所述杜瓦容器上设置有制冷机冷头，所述制冷系统与所述制冷机冷头连接，用于提供使超导线圈处于超导态的低温冷量。

在本申请的超导感应加热装置中，超导铁芯位于超导线圈的中心，起到导磁作用，通过围绕导磁铁芯周向分布的多个并联的铁轭，使得在超导线圈中通入电流之后，每个分铁芯分别和对应的铁轭构成一个闭合的磁路通道，每个闭合的磁路通道相当于一个串联磁路，本申请提供的超导感应加热装置整体上形成一种串并联混合磁路的超导感应加热装置。进一步，通过在每个闭合的磁路通道上设置第一气隙、第二气隙来放置待加热工件，利用待加热工件在超导线圈产生的背景磁场中进行旋转，磁场的不均匀以及待加热工件的旋转运动使得待加热工件中的磁通发生变化，根据楞次定律可在待加热工件产生感生电压，进而产生感生出来的涡流，涡流在待加热工件中产生热，使得待加热工件被加热到透热处理的温度。从而实现了同时对多个待加热工件进行加热的目的。此外，从放置待加热工件直至待加热工件被加热到工艺温度为一个加热节拍，快速的加热节拍可以增加待加热工件的加热效率。而且采用磁场强度高的超导磁体利于提高加热功率，进而缩短加热所需时间，减少热量损失。基于分裂式铁芯的混合磁路超导感应加热装置具有独立抗干扰磁路并因此具有更好的加热的调节特性

本申请的超导感应加热装置形成的多个串并联混合的磁路，等分了超导线圈产生的磁通，充分利用了超导强磁场的优势，增大了超导线圈的磁利用率。进一步通过增加超导强磁场利用率，结合增加了第一气隙、第二气隙中待加热工件的背景磁场，通过调整加热节拍来缩短加热后的工件辐射以及对流产生的漏热的时段，进而正向提升待加热工件的加热节拍。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例的超导感应加热装置的整体结构示意图，为了清楚起见，图中省略了超导线圈)；

图2为本申请实施例的导磁铁芯的结构示意图；

图3为本申请实施例的超导感应加热装置的一种具体结构示意图；

图4为本申请实施例的杜瓦容器的结构示意图；

图5为本申请实施例的超导线圈的结构示意图；

图6a为待加热工件的加热功率与每个并联磁路上的磁通密度的关系图；

图6b为待加热工件的加热功率与待加热工件的转速关系图。

附图编号说明：1-导磁铁芯；10-分铁芯；11-上导磁板；12-下导磁板；2- 铁轭；31-第一气隙；32-第二气隙；4-杜瓦容器；41-内筒；42-外筒；43-上盖板；44-制冷机冷头；5-超导线圈；51-电流引线；H-待加热工件。

具体实施方式

如背景技术中所述，现有技术的不足主要体现在：现有超导直流感应加热技术中主磁体结构只能同时加热有限的一个或两个的工件；超导磁体的利用率低，其强磁场的优势在超导感应加热技术中没有充分体现出来；超导感应加热主磁体在加热工件的时候,过多的辐射以及对流产生的漏热占用了加热节拍内的时间。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为本申请实施例的超导感应加热装置的整体结构示意图。如图1所示，本申请的超导感应加热装置包括导磁铁芯1、超导线圈(图1中未示出超导线圈)和多个并联的铁轭2。其中，导磁铁芯1由柱状铁芯沿纵向切割成的多个分铁芯构成。每个分铁芯的上端对应设置有一个上导磁板，每个分铁芯的下端对应设置有一个下导磁板；超导线圈环绕导磁铁芯1，并且超导线圈通过电流引线与外部电源连接以使超导线圈产生电流，进而产生磁场；铁轭2围绕导磁铁芯1周向分布，铁轭2的数量与分铁芯的数量相等，每个铁轭对应一个分铁芯，且每个铁轭2的上端面与对应的分铁芯上端的上导磁板11侧壁之间具有第一气隙31，每个铁轭2的下端面与对应的分铁芯下端的下导磁板12侧壁之间也具有第一气隙31，第一气隙31用于放置待加工工件H。

外部电源可以通过电流引线向超导线圈输入电流，基于超导材料的无阻特性通以大电流，可以使超导线圈产生强磁场。导磁铁芯1位于超导线圈的中心，可以起到导磁作用，即每个分铁芯10引导超导线圈产生的强磁场传导至与该分铁芯10对应的铁轭2，从而形成多个并联的磁路。在超导线圈中通入电流之后，每个分铁芯10分别与对应的铁轭2构成一个闭合的磁路通道。本领域技术人员可以理解的是，每个闭合的磁路通道相当于一个串联磁路，本申请提供的超导感应加热装置整体上形成一种串并联混合磁路的超导感应加热装置。

本实施例中，导磁铁芯1由柱状铁芯沿纵向切割成的6个分铁芯10，每个分铁芯对应一个铁轭2，共6个铁轭2，6个铁轭2形成以导磁铁芯1为中心的对称结构。作为示例，本领域技术人员还可以将导磁铁芯1纵向分割为其他数量，如2、4、8等偶数个，相应的铁轭2的数量也为2、4、8等偶数个，本申请不对此进行限定。

在本实施例中，超导线圈的作用为磁源，其可以是采用液氮温区冷却的 YBCO超导线材以螺线管式构型或饼式构型绕制而成的超导磁体，超导线圈的构型还可以为多螺线管或者多饼式线圈的串并联结构。本领域技术人员可以根据实际需要选择合适的超导线圈构型，例如，本申请实施例的超导线圈可以采用现有的超导材料绕制而成，包括并不局限于NbTi，Nb3Sn；MgB2，Bi系超导材料，Y系超导材料，铁基超导材料等，本申请不对此进行限定。在此需要说明书的是，关于超导线圈的磁动势的设计准则如下：超导线圈的磁动势应满足第一气隙31的背景磁场的磁感应强度要求。例如，超导线圈的磁动势可以通过本申请的超导感应加热装置的可用空间结构尺寸以及超导线材尺寸所约束的匝数和超导线圈运行温区以及超导线圈的磁场所约束的临界电流二者的乘积获得。

参见图2，图2为本申请实施例的导磁铁芯的结构示意图。如图2所示，在本实施例中，导磁铁芯1由圆柱状铁芯沿纵向等分切割成的6个分铁芯10 构成。每个分铁芯10的上端设置有一个上导磁板11，每个上导磁板11的形状类似三角板状，整个导磁铁芯1的上端共设置六个上导磁板11，6个上导磁板 11可以拼接成一个整体的正多边体。每个分铁芯10的下端设置有一个下导磁板12，每个下导磁板12的形状类似三角板状，整个导磁铁芯1的上端共设置 6个下导磁板12，6个下导磁板12可以拼接成一个整体的正多边体。本实施例中，每个分铁芯10的上导磁板11和下导磁板12呈对称设置，6个铁轭2也是以导磁铁芯1为中心对称设置，因此形成的并联磁路具有对称结构，以及很好的磁导率一致性，保证并联磁路之间的磁对称。

作为示例，导磁铁芯1为铁磁性材料，具体可以为电工纯铁，导磁硅钢片，非晶合金材料等等。本申请实施例的导磁铁芯1采用的是分裂式铁芯，即将柱状铁芯沿纵向分割为多个分铁芯，不同的分铁芯之间具有磁阻，这样可以在待加热工件不同步时，具有很好的独立分磁效果。

作为一种具体的示例，将每个铁轭2的上端面/下端面、与铁轭2上端面/ 下端面相对的上导磁板11/下导磁板12的侧壁均设计为均匀磁场面板。作为一种可行的方案，待加热工件H可以是圆柱体，每个铁轭2的上端面、与铁轭2 上端面相对的上导磁板11的侧壁均呈内凹结构；以及每个铁轭2的下端面、与铁轭2下端面相对的下导磁板12的侧壁均呈内凹结构。这样一来，每个铁轭2的上端面/下端面和上导磁板11/下导磁板12的侧壁之间形成上下开口的圆形的空间，优选使该“圆形空间”的圆心与待加热工件H的圆心同心，这样可以使得在放入待加热工件以后，保证磁场的一致性。

在待加热工件H放置于第一气隙31后，其可以在外力作用下旋转，待加热工件在背景磁场下旋转的过程中，切割磁力线产生涡流进而加热待加热工件到工艺温度。待加热工件H的旋转可以通过相应的驱动设备来带动，本申请不对具体的驱动设备进行限定，本领域技术人员可以根据需要选择合适的驱动设备。

本申请的超导感应加热装置的工作原理为：超导线圈中通入电流后，产生强磁场，导磁铁芯1将超导线圈产生的强磁场传导至并联的多个铁轭2，具体为每个分铁芯10将超导线圈产生的强磁场传导至与其对应的铁轭2，待加热工件H在超导线圈产生的背景磁场中进行旋转(可以由相应的驱动设备驱动待加热工件H旋转)。此时，磁场的不均匀以及待加热工件的旋转运动使得待加热工件H中的磁通发生变化，根据楞次定律可在待加热工件H产生感生电压，进而产生感生出来的涡流，涡流在待加热工件H中产生热，使得待加热工件H 被加热到透热处理的温度。从放置待加热工件H直至待加热工件H被加热到工艺温度为一个加热节拍，快速的加热节拍可以增加待加热工件H的加热效率。

在本实施例中，6个并联的铁轭2形成12个第一气隙31，从而可以同时放置12个待加热工件H，即可以同时对12个待加热工件H进行加热，从而实现了同时对多个待加热工件H进行加热的目的。此外，采用磁场强度高的超导磁体利于提高加热功率，进而缩短加热所需时间，减少热量损失。

在一种具体的实施方式中，继续参照图1，每个并联的铁轭2上还设置有一个第二气隙32，第二气隙32也用于放置待加工工件H；在导磁铁芯1将超导线圈产生的磁场传导至并联的多个铁轭2，以形成多个串并联的混合磁路后，放入第二气隙32的待加热工件H能够在外力作用下旋转以产生感应电流来加热待加工工件。具体而言，该第二气隙32参照第一气隙31设计，将第二气隙 32相对的两个面设计均匀磁场面板。例如，第二气隙32相对的两个面均呈内凹结构，使得第二气隙32相对的两个面之间也形成上下开口的圆形的空间，优选使该“圆形空间”的圆心与待加热工件H的圆心同心，这样可以使得在放入待加热工件以后，保证磁场的一致性。对放入第二气隙32的待加热工件H 的加热原理与放入第一气隙31的待加热工件H的加热原理相同，具体参见上述说明，在此不再赘述。作为一种示例，相邻的两个铁轭2上的第二气隙32 相互错位设置，这样一来，由于第二气隙32不全部设置在同一水平面上，从而可以形成更大的空间用于待加热工件H的放置与取出，避免了将第二气隙32全部设置在同一水平面上而导致待加热工件H取放不便的问题。

通过在每个铁轭2上再增加一个第二气隙32，使得可同时加热的待加热工件H的数量增加到18个，这样可以充分利用超导线圈能够无阻产生大的背景磁场这一优势。

需要说明的是，在每个并联的铁轭2上还可以设置多个第二气隙32，从而放置更多数量的待加工工件H。本申请实施例的超导感应加热装置形成的串并联混合磁路，可以根据待加热工件的工艺温度、气隙背景磁场的磁场值、转速、铁芯磁通、超导磁体的磁势、驱动电机的最佳效率对应的转速等，选择合适数量的并联磁路和合适数量的串联磁路(串联磁路的数量可以理解为每个闭合磁路上设置的第一气隙31和/或第二气隙32的数量)。

下面参照图3，图3为本申请实施例的超导感应加热装置的一种具体结构示意图。

如图3所示，本申请的超导感应加热装置还包括杜瓦容器4。杜瓦容器可以为单薄壁结构容器，超导线圈位于杜瓦容器的容纳腔内，容器内先进行抽真空处理，超导线圈外侧包有多层绝热材料，容器通过薄壁、真空和多层绝热来最大限度降低容器通过传到，对流和辐射进行的对外热传递。

作为一种示例，杜瓦容器4的结构如图4所示，其包括内筒41、外筒42 以及内筒41和外筒42之间的真空腔，超导线圈位于真空腔内。杜瓦容器4的真空腔可以由上盖板43和下盖板(图4中未示出)将内筒41和外筒42之间的空间通过真空密封形成。本实施中，杜瓦容器4为环形大口径单壁结构，工作时内部为真空环境，从而通过薄壁、真空以及磁体外部包裹多层绝热材料以降低传导、对流和辐射途径产生的冷量损耗。

参照图5，图5是位于杜瓦容器4的真空腔内的超导线圈示意图。如图5 所示，超导线圈5即为超导线材绕制而成的超导磁体。作为示例，超导线圈优选产生更高磁场强度的排列方式，例如超导线圈的构型可以选择螺线管线圈构型，这样易于形成密绕磁体，便于传导冷却中冷路沿各方向的传递。由于超导线圈在工作状态下也会产生热量的损失，因此需额外处理表面减少热传导，本实施例中，将超导线圈进行环氧树脂或石蜡浸渍过，这样有利于超导线圈整体热阻小，也便于传导冷却中冷路沿各方向的传递。

继续参照图5，超导线圈5的电流引线51设置在杜瓦容器4的上盖板43 上。外部电源即通过该电流引线51向超导线圈5通入大电流。作为示例，电流引线51采用超导电流引线，还可以根据漏热和产生的焦耳热优化为分段式超导电流引线以减小漏热现象。此外，电流引线51还可以采用变截面铜引线以减少漏热现象。。

进一步，本申请的超导感应加热装置还包括制冷系统(图中未示出)，该制冷系统可用于提供使超导线圈处于超导态的低温冷量。具体而言，如图5和 6所示，杜瓦容器4的上盖板43上设置有制冷机冷头44，制冷系统与该制冷机冷头44连接，并通过该制冷机冷头44向杜瓦容器4的真空腔内提供低温冷量以使位于真空腔内的超导线圈5处于超导态。作为示例，本实施例的制冷系统中的制冷设备可以为GM制冷机或者斯特林制冷机。

如上所述，本申请的超导感应加热装置可以形成多个串并联的混合磁路，等分了超导线圈产生的磁通，充分利用了超导强磁场的优势，增大了超导线圈的磁利用率。进一步通过增加超导强磁场利用率，结合增加了第一气隙、第二气隙中待加热工件的背景磁场，通过调整加热节拍来缩短加热后的工件辐射以及对流产生的漏热的时段，进而正向提升待加热工件的加热节拍。

需要说明的是，本申请实施例中的杜瓦容器4和制冷系统旨在为超导线圈提供需要的工作环境，本领域技术人员可以理解的是，在有适合超导线圈的工作环境的情况下，本申请超导感应加热装置可以省略杜瓦容器4和制冷系统。此外，本领域技术人员还可以采用其他的设备来替代杜瓦容器4和制冷系统，只要可以为本超导线圈提供需要的工作环境即可。本申请不对此进行限定。

另外，在本实施例中，单个并联磁路上的磁通密度大小可以影响对待加热工件H的加热功率。申请人通过实验得出待加热工件H的加热功率与单个并联磁路上的磁通密度呈正相关。参见图6a，图6a为待加热工件的加热功率与每个并联磁路上的磁通密度的关系图。如图6a所示，当单个并联磁路上的磁通密度在0.65T时加热功率可达50W并且持续呈上升趋势。因此，本实施例可以通过增加磁感应强度来增强穿过待加热工件的磁通量，相应地来提供待加热工件的加热功率。这样一来，可以利用超导磁体较传统永磁体能够提供更高的磁感应强度的特点，从而能够缩短加热所需的时间，进而减少更多的散热，实现高效高利用率的加热特点。

在本实施例中，待加热工件的转速同样会影响待加热工件H的加热功率。典型的转速设置可以为120rpm-3000rpm，具体可以根据超导感应加热工艺要求而定。参见图6b，图6b为待加热工件的加热功率与待加热工件的转速关系图。其中，图6b所示的关系图为超导线圈在0.3T的背景磁场下，待加热工件的加热功率与待加热工件的转速关系图。如图6b所示，在待加热工件的转速增加到大约2500rpm时，待加热工件的功率达到相应峰值。因此，本实施例中，待加热工件的设计转速可参考2000rpm-2500rpm。

综上所述，在本申请的超导感应加热装置中，导磁铁芯1位于超导线圈的中心，起到导磁作用，通过围绕导磁铁芯1周向分布的多个并联的铁轭，使得在超导线圈中通入电流之后，导磁铁芯1中的每个分铁芯10分别和对应的铁轭2构成一个闭合的磁路通道。进一步，通过在每个闭合的磁路通道上设置第一气隙、第二气隙来放置待加热工件H，利用待加热工件H在超导线圈产生的背景磁场中进行旋转，磁场的不均匀以及待加热工件的旋转运动使得待加热工件中的磁通发生变化，根据楞次定律可在待加热工件产生感生电压，进而产生感生出来的涡流，涡流在待加热工件中产生热，使得待加热工件被加热到透热处理的温度。从而实现了同时对多个待加热工件H进行加热的目的。此外，从放置待加热工件H直至待加热工件H被加热到工艺温度为一个加热节拍，快速的加热节拍可以增加待加热工件的加热效率。而且采用磁场强度高的超导磁体利于提高加热功率，进而缩短加热所需时间，减少热量损失。基于分裂式铁芯的混合磁路超导感应加热装置具有独立抗干扰磁路并因此具有更好的加热的调节特性

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种基于分裂式铁芯的混合磁路超导感应加热装置，其特征在于，所述超导感应加热装置包括：

导磁铁芯，所述导磁铁芯由柱状铁芯沿纵向切割成的多个分铁芯构成；每个分铁芯的上端对应设置有一个上导磁板，每个分铁芯的下端对应设置有一个下导磁板；

超导线圈，所述超导线圈环绕所述导磁铁芯，并且所述超导线圈通过电流引线与外部电源连接以使所述超导线圈承载电流，进而产生磁场；

所述超导感应加热装置还包括围绕所述导磁铁芯周向分布的多个并联的铁轭，所述铁轭的数量与分铁芯数量相等，每个铁轭对应一个分铁芯，且每个铁轭的上端面与对应的分铁芯上端的上导磁板侧壁之间具有第一气隙，并且/或者，每个铁轭的下端面与对应的分铁芯下端的下导磁板侧壁之间也具有第一气隙，所述第一气隙用于放置待加工工件；

在所述待加热工件放置于所述第一气隙后，外部电源向所述超导线圈输入电流，所述导磁铁芯将所述超导线圈产生的磁场分别传导至并联的多个铁轭，以形成多个并联的磁路，所述待加热工件能够在外力作用下旋转以产生感应电流来加热所述待加工工件。

2.根据权利要求1所述的超导感应加热装置，其特征在于，每个铁轭上还设置有至少一个第二气隙，所述第二气隙也用于放置待加工工件；

在导磁铁芯将所述超导线圈产生的磁场传导至并联的多个铁轭，以形成多个并联的磁路后，放入所述第二气隙的待加热工件能够在外力作用下旋转以产生感应电流来加热所述待加工工件。

3.根据权利要求2所述的超导感应加热装置，其特征在于，相邻的两个铁轭上的第二气隙相互错位设置。

4.根据权利要求2所述的超导感应加热装置，其特征在于，所述多个并联的铁轭围绕所述导磁铁芯均匀地分布；

并且/或者，所述分铁芯的数量和并联的铁轭数量均为偶数个。

5.根据权利要求1所述的超导感应加热装置，其特征在于，所述超导线圈采用超导线材以螺线管式构型或饼式构型绕制而成；

并且/或者，所述超导线圈为经过环氧树脂或石蜡浸渍过的超导线圈。

6.根据权利要求1所述的超导感应加热装置，其特征在于，所述电流引线为超导电流引线或变截面铜引线；并且/或者，所述柱状铁芯为圆柱状。

7.根据权利要求1所述的超导感应加热装置，其特征在于，每个铁轭的上端面、与所述铁轭上端面相对的上导磁板的侧壁均呈内凹结构；

并且/或者，每个铁轭的下端面、与所述铁轭下端面相对的下导磁板的侧壁均呈内凹结构。

8.根据权利要求1所述的超导感应加热装置，其特征在于，所述待加热工件的转速设置为120rpm-3000rpm。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的超导感应加热装置，其特征在于，所述超导感应加热装置还包括杜瓦容器，所述杜瓦容器具有容纳所述超导线圈的容纳腔；

所述容纳腔能够为所述超导线圈提供真空环境。

10.根据权利要求9所述的超导感应加热装置，其特征在于，所述超导感应加热装置还包括制冷系统，

所述杜瓦容器上设置有制冷机冷头，所述制冷系统与所述制冷机冷头连接，用于提供使超导线圈处于超导态的低温冷量。

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