CN112185645B - 一种可调节尺寸的导磁铁芯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超导感应加热领域，公开了一种可调节尺寸的导磁铁芯，包括铁芯和调节装置，铁芯穿设于超导线圈环形中心，其中，铁芯包括绕线部和端头部，绕线部用于绕设安装所述超导线圈，端头部为铁芯的端部位置，且端头部之间相对设置形成磁场放置空间，用于放置工件，当超导线圈通电时，磁场放置空间形成感应磁场，调节装置设置在铁芯的端头部，用于调整端头部之间的距离，工件通过在所述磁场放置空间内旋转，在工件内部形成涡流，以对工件进行加热，通过调节装置调节两个相对的端头部之间的距离，调节磁场放置空间的大小，以适配不同尺寸的工件，增加超导感应加热装置的适配性。

Description

一种可调节尺寸的导磁铁芯

技术领域

本发明涉及超导感应加热技术领域，特别是涉及一种可调节尺寸的导磁铁芯。

背景技术

高温超导技术被喻为二十一世纪最具潜力的高新技术，将成为21世纪世界科技领域新的制高点，美国、日本、欧盟等发达国家/地区已将其上升到战略高度，我国也陆续发布《“十三五”规划》、《中国制造2025》等文件，将高温超导技术列为重点支持的前沿技术。

现有交流感应加热技术具有一定的局限性，对于一些特殊的待加热的工件由于趋肤效应，导致加热金属棒的透热深度很小，加热均匀性不高，且加热效率较低。

为应对上述问题，目前采用一种极低频超导感应加热装置，将工件放置于磁场空间内旋转，在工件内部形成涡流，以对工件进行加热，由于其工作频率极低，并且通过电气量控制温度，相比于传统加热设备，具有加热温度均匀、加热速度快、可连续工作、金相组织可控性强等显著优势，可广泛应用于非铁磁性金属或合金压延成型过程中的预加热处理，特别是对于大尺寸（直径400mm以上）和品质要求高的2系列和7系列航空合金材料工件，可实现温度梯度可控的超均匀加热，提高工件加热品质和生产效率，彻底解决传统设备加热不均匀的行业痛点。

但是在实际应用发现，待加热的工件尺寸大小不一，对于不同大小的工件进行加热需要设计加工不同形状的铁芯和设备，在生产过程中，需要对不同开口尺寸的铁芯进行单独加工和生产，提高了生产成本，铁芯适配性较差，对于不同尺寸工件只能对应一种形状的铁芯，对生产过程带来了诸多的不便，生产效率较低。

发明内容

为解决上述生产过程中遇到的问题，提供了一种可调节尺寸的导磁铁芯。

本申请的一些实施例中，可调节尺寸的导磁铁芯包括铁芯、超导线圈和调节装置，超导线圈整体呈环状结构，铁芯穿设于所述超导线圈环形中心，其中，铁芯包括绕线部和端头部，绕线部用于绕设安装所述超导线圈，端头部为铁芯的端部位置，且端头部之间相对设置形成磁场放置空间，用于放置工件，当超导线圈通电时，磁场放置空间形成感应磁场，调节装置设置在铁芯的端头部，用于调整端头部之间的距离，工件通过在所述磁场放置空间内旋转，在工件内部形成涡流，以对工件进行加热，通过调节装置调节两个相对的端头部之间的距离，调节磁场放置空间的大小，以适配不同尺寸的工件，增加超导感应加热装置的适配性。

本申请的一些实施例中，所述调节装置包括：安装架，所述安装架固定安装在端头部，用于安装调节装置的驱动元件；液压杆，所述液压杆一端连接在所述安装架上，所述液压杆为所述调节装置的活动提供驱动力；调节块，所述调节块连接在所述液压杆的另一端，且所述调节块与所述铁芯的端头部紧密贴合且可滑动连接。

本申请的一些实施例中，公开了一种可调节尺寸的导磁铁芯，其特包括：铁芯，所述铁芯包括绕线部和端头部，所述绕线部用于绕设安装所述超导线圈，所述端头部为所述铁芯的端部位置，且所述端头部之间相对设置形成磁场放置空间，用于放置工件；超导线圈，所述超导线圈整体呈环状结构，所述铁芯穿设于所述超导线圈环形中心；调节装置，所述调节装置设置在铁芯的端头部，用于调整端头部之间的距离。

本申请的一些实施例中，所述超导线圈连接直流电源。

本申请的一些实施例中，所述铁芯端头部开设有滑槽，且所述调节块设置有滑轨，所述滑槽与所述滑轨相互配合连接，使所述调节块在所述端头部上滑动。

本申请的一些实施例中，所述磁场放置空间中磁感应强度不小于0.45 T。

本申请的一些实施例中，所述调节块与所述液压杆可设置有多个，多个所述调节块之间紧密贴合且相互之间可活动连接，所述液压杆与所述调节块一一对应设置，且所述液压杆可单独控制与其对应的所述调节块。

本申请超导感应加热技术采用直流电源，通过超导磁体产生背景磁场，在加热区域建立直流气隙磁场，坯料旋转切割磁力线产生涡流被加热，从而实现高穿透深度、高能效、高加热均匀性、温度梯度可控的加热方式，可保证被加热的工件品质的高附加值，在实际生产的过程中，在铁芯的端头部加装了调节装置，可对磁场放置空间的大小进行调节，以适应不同尺寸大小的工件，通过设计一种可调节尺寸的导磁铁芯以提高电磁感应加热装置的适配性。

附图说明

图1是本发明的实施例中可调节尺寸的导磁铁芯结构图；

图2是本发明的实施例中可调节尺寸的导磁铁芯主视图；

图3是本发明的实施例中可调节尺寸的导磁铁芯俯视图；

图4是本发明的实施例中可调节尺寸的导磁铁芯调节块与端头部连接处剖面图。

图中，100、铁芯；101、绕线部；102、端头部；112、滑槽；200、调节装置；201、调节块；202、液压杆；203、安装架；211、滑轨；300、超导线圈；400、工件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

其中，在本申请中，“内”指示的方位或位置关系为基于附图，靠近物料传送设备几何中心的一侧，“外”指示的方位或位置关系为基于附图，背离物料传送设备几何中心的一侧。

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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文是结合附图对本发明的优选的实施例说明。

如图1所示，在本申请的一些实施例中，公开了一种可调节尺寸的导磁铁芯100，该铁芯100用于作为超导磁感应加热装置的铁芯100，主要起到增大磁感应强度的作用，铁芯100外部套设有超导线圈300，超导线圈300整体呈环状结构，铁芯100穿设于所述超导线圈300环形中心。

需要说明的是，超导线圈300缠绕在铁芯100上，当超导线圈300通电时，在超导线圈300周围产生磁场，铁芯100将磁场场强增大，将铁芯100弯折成铁芯100的两端相对应的形状，铁芯100两端开放端形成一个气隙，气隙内具有强磁场，将该气隙称为磁场放置空间，用于放置待加热元件。

超导线圈300连接直流电源。

需要说明的是，现有交流感应加热技术的局限性，由于趋肤效应，导致加热金属棒的透热深度很小，加热均匀性不高，且加热效率较低，而通过超导磁体产生背景磁场，将超导线圈300接入直流电源，在磁场放置空间建立直流磁场，工件400通过旋转切割磁力线产生涡流被加热，从而实现高穿透深度、高能效、高加热均匀性、温度梯度可控的加热方式，可保证工件400品质的高附加值。

如图1所示，铁芯100包括绕线部101和端头部102，绕线部101用于绕设安装超导线圈300，端头部102为铁芯100的端部位置，且端头部102之间相对设置形成磁场放置空间，用于放置工件400。

需要说明的是，绕线部101与端头部102为铁芯100上根据实际对工件400进行加热时，根据作用划分的两段区域，并不为确定的位置，换句话说，在铁芯100上用于安装套设超导线圈300的位置即可称为绕线部101，铁芯100上相对设置并形成气隙的相对设置的两端位置，称为端头部102，且端头部102需要保证在铁芯100通电时，在形成的气隙位置能够产生磁场。

如图1-4所示，调节装置200设置在铁芯100的端头部102，用于调整端头部102之间的距离，增加铁芯100的适配性，对于不同尺寸的工件400，通过调节装置200调节两个相对的端头部102之间的距离，调节磁场放置空间的大小，使其更符合工件400的尺寸，以对工件400进行加热。

本发明的一种实施例，如图1-4所示，调节装置200包括：

安装架203，安装架203固定安装在端头部102，用于安装调节装置200的驱动元件；

液压杆202，液压杆202一端连接在安装架203上，液压杆202为调节装置200的活动提供驱动力；

调节块201，调节块201连接在液压杆202的另一端，且调节块201与铁芯100的端头部102紧密贴合且可滑动连接。

其中，如图4所示。铁芯100端头部102开设有滑槽112，且调节块201设置有滑轨211，滑槽112与滑轨211相互配合连接，使调节块201在端头部102上滑动。

需要说明的是，如图1-4所示，在铁芯100两端安装有安装架203，将液压杆202一端固定连接在安装架203上，液压杆202的另一端连接调节块201，通过液压杆202的伸长和缩短推动调节块201在滑槽112上滑动，进而控制磁场放置空间的大小。

本发明的一种实施例，调节块201与铁芯100都采用同一种材料，目的在于使感应磁场更均匀。

需要说明的是，调节块201与铁芯100紧密贴合，当超导线圈300进行通电时，铁芯100与调节块201实质上可以看作为一个整体，调节块201设置在铁芯100的端头部102，起到的作用实质上与端头部102的作用相同，调节块201相对设置，且相对的一组调节块201之间形成放置磁场空间，调节块201与端头部102的不同点在于，端头部102为铁芯100的一部分，一组端头部102之间的距离无法根据工件400进行适应性调整，而调节块201可在液压杆202的带动下进行运动，根据工件400尺寸调整每组调节块201之间的距离。

磁场放置空间中磁感应强度不小于0.45 T。

需要说明的是，带铁芯100的直流超导磁体是此感应加热器的核心部件，对于兆瓦级的直流感应加热器，其气隙中心磁场须达到0.6 T。

空间气隙尺寸应有足够的空间放置直径450 mm，长度800~1500 mm的铝锭，便于旋转加热。

另外，根据整个铝锭加热周期10分钟的生产工况要求，气隙中心磁感应强度不小于0.45 T。如果气隙中心磁场强度小于0.45 T，整个的铝锭加热周期将超过10分钟。

如图1-4所示，本发明的一种实施例，调节块201与液压杆202可设置有多个，多个调节块201之间紧密贴合且相互之间可活动连接，液压杆202与调节块201一一对应设置，且液压杆202可单独控制与其对应的调节块201。

需要说明的是，液压杆202可单独控制与其对应的调节块201目的在于，一方面在于适配于不同形状的工件400或者形状不规则的工件400，另一方面在于，根据用户的不同需求对工件400的不同位置进行分区加热，在进行超导感应加热的过程中，由于工件400材料自身的性质，工件400的两端和中心部位热量分布不均匀，通过单独调节与工件400被加热位置的调节块201以保证整根工件400加热均匀。

本发明超导感应加热原理为：工件400在传动结构带动下旋转，工件400在磁场放置空间内旋转切割磁力线，在工件400内部产生涡流，以对工件400进行加热，不断切割磁力线产生涡流生热现象，完成铝所述工件400挤压前的热处理，由于其工作频率极低，并且通过电气量控制温度，相比于传统加热设备，具有加热温度均匀、加热速度快、可连续工作、金相组织可控性强等显著优势，可广泛应用于非铁磁性金属或合金压延成型过程中的预加热处理。

本发明涉及超导感应加热领域，公开了一种可调节尺寸的导磁铁芯100，包括铁芯100和调节装置200，铁芯100外部套设有超导线圈300，超导线圈300整体呈环状结构，铁芯100穿设于所述超导线圈300环形中心，其中，铁芯100包括绕线部101和端头部102，绕线部101用于绕设安装所述超导线圈300，端头部102为铁芯100的端部位置，且端头部102之间相对设置形成磁场放置空间，用于放置工件400，当超导线圈300通电时，磁场放置空间形成感应磁场，调节装置200设置在铁芯100的端头部102，用于调整端头部102之间的距离，工件400通过在所述磁场放置空间内旋转，在工件400内部形成涡流，以对工件400进行加热，通过调节装置200调节两个相对的端头部102之间的距离，调节磁场放置空间的大小，以适配不同尺寸的工件400，增加超导感应加热装置的适配性。

本发明超导感应加热技术采用直流电源，通过超导磁体产生背景磁场，在加热区域建立直流气隙磁场，坯料旋转切割磁力线产生涡流被加热，从而实现高穿透深度、高能效、高加热均匀性、温度梯度可控的加热方式，可保证被加热的工件品质的高附加值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种可调节尺寸的导磁铁芯，其特征在于，包括：

铁芯，所述铁芯包括绕线部和端头部，所述绕线部用于绕设安装超导线圈，所述端头部为所述铁芯的端部位置，所述端头部是由所述铁芯弯折成所述铁芯两端相对的形状，且所述端头部之间相对设置形成磁场放置空间，用于放置旋转工件；

调节装置，所述调节装置可活动地设置在铁芯的端头部，用于调整端头部之间的距离；

所述调节装置包括：

安装架，所述安装架固定安装在所述端头部，用于安装调节装置的驱动元件；

液压杆，所述液压杆一端连接在所述安装架上，所述液压杆为所述调节装置的活动提供动力；

调节块，所述调节块连接在所述液压杆的另一端，且所述调节块与所述铁芯的端头部紧密贴合且可滑动连接，所述调节块和铁芯采用同种材料；

所述调节块与所述液压杆可设置有多个，多个所述调节块之间紧密贴合且相互之间可活动连接，所述液压杆与所述调节块一一对应设置，且所述液压杆可单独控制与其对应的所述调节块；

所述铁芯外部套设有所述超导线圈，所述超导线圈整体呈环状结构，所述铁芯穿设于所述超导线圈环形中心。

2.如权利要求1所述的一种可调节尺寸的导磁铁芯，其特征在于，所述超导线圈连接直流电源。

3.如权利要求1所述的一种可调节尺寸的导磁铁芯，其特征在于，所述铁芯端头部开设有滑槽，且所述调节块设置有滑轨，所述滑槽与所述滑轨相互配合连接，使所述调节块在所述端头部上滑动。

4.如权利要求1所述的一种可调节尺寸的导磁铁芯，其特征在于，其特征在于，所述磁场放置空间中磁感应强度不小于0.45 T。

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