CN213815704U - 一种双c型可变气隙高温超导直流感应加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双C型可变气隙高温超导直流感应加热装置，包括分置的第一铁芯和第二铁芯，所述第一铁芯和第二铁芯形状呈C型且镜像对称放置，第一超导线圈缠绕第一铁芯，第二超导线圈缠绕第二铁芯，金属坯料在两个铁芯形成的上、下两个气隙中进行旋转。本实用新型通过调整两铁芯之间的气隙，使得感应加热装置适用于多种直径的金属坯料加热；实现弱磁起动，有效避免起动转矩过大的问题；通过优化铁芯气隙处结构，进而提升装置加热效率；减小磁路长度，节省了铁磁材料用量，减小漏磁。

Description

一种双C型可变气隙高温超导直流感应加热装置

技术领域

本实用新型涉及超导直流感应加热技术，特别涉及一种双C型可变气隙高温超导直流感应加热装置。

背景技术

感应加热技术利用变化的磁场在金属中产生的涡流加热工件，广泛应用于金属坯料热处理等工业场合。传统感应加热技术多采用高频交流磁场在静止的金属工件中感应涡流实现加热，受到激磁线圈焦耳损耗和相应冷却装置损耗的影响，传统感应加热技术的效率常低于40％。近年来，随着超导磁体技术的发展，利用金属坯料在超导直流磁场内转动切割磁力线以感应涡流实现加热的超导直流感应加热技术不断被实验室和工业场合验证，可以将感应加热装置的加热效率提高到80％以上，具有较大的市场竞争优势。

目前，超导直流感应加热装置主要分为有铁芯和无铁芯两类，有铁芯感应加热装置利用高导磁材料作为磁路，可以有效减小漏磁，节约超导材料用量。已提出的有铁芯直流感应加热装置主要包括C型铁芯结构及其并联模式，如E型结构、分裂铁芯结构等。

现有结构中有铁芯直流感应加热装置对坯料的加热磁路由单一超导线圈组产生，并且通过单一铁芯闭合，存在磁路较长、铁芯间气隙调整困难等缺点：一方面，磁路长度的增加，会导致漏磁增加，影响感应加热装置效率，增加铁磁材料的用量；另一方面，由于铁芯间气隙调整困难，使得感应加热装置对不同口径的坯料加热时不能达到最优状态，同时，也难以通过改变气隙磁场提高加热效率和优化起动转矩。

实用新型内容

实用新型目的：针对以上问题，本实用新型目的是提供一种双C型可变气隙高温超导直流感应加热装置，通过改变铁芯间气隙以及超导线圈中电流方向及大小，实现气隙磁场可调，进而增加装置加热效率并优化起动转矩。

技术方案：本实用新型所述的一种双C型可变气隙高温超导直流感应加热装置，包括分置的第一铁芯和第二铁芯，所述第一铁芯和第二铁芯均呈C型且镜像对称设置，第一超导线圈缠绕第一铁芯，第二超导线圈缠绕第二铁芯，两个铁芯形成上、下两个气隙供金属坯料在其中旋转切割磁力线，在金属中产生涡流，实现对金属坯料的加热，通过改变旋转速度进而改变加热效率。

进一步，所述第一超导线圈和第二超导线圈与直流电源连接，感应产生磁场，超导线圈置于杜瓦瓶中保证运行的低温环境。

进一步，两超导线圈通入电流方向相反，形成串联磁动势，共同在气隙中产生感应加热磁场。

进一步，通过改变所述两超导线圈中电流方向、大小，以改变气隙中磁场大小与方向，实现气隙磁场可调。

进一步，所述第一铁芯和第二铁芯相对移动，调节两铁芯间距离。

进一步，两铁芯气隙处铁芯形状为弧形，提高感应加热装置效率。

进一步，所述金属坯料旋转时，通过改变气隙大小调节磁场，以优化感应加热装置的起动转矩。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，其优点是：

(1)通过调整两铁芯之间的气隙，使得感应加热装置适用于多种尺寸的金属坯料加热；实现弱磁起动，有效避免起动转矩过大的问题；

(2)通过优化铁芯气隙处结构，如采用弧形结构，以提升装置加热效率；该结构也适用于其他有铁芯类直流感应加热装置；

(3)减小磁路长度，节省了铁磁材料用量，减小漏磁。

附图说明

图1为本发明感应加热装置结构示意图；

图2为本发明感应加热装置弧形气隙的主视图；

图3为本发明通过调整气隙大小实现弱磁起动示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例所述的一种双C型可变气隙高温超导直流感应加热装置，包括分置的第一铁芯1和第二铁芯2，第一铁芯1和第二铁芯2均呈C型且镜像对称放置，第一超导线圈5缠绕第一铁芯1，第二超导线圈6缠绕第二铁芯2，金属坯料放置在两个铁芯形成的上、下两个气隙处进行旋转加热。第一超导线圈5和第二超导线圈6置于低温容器中保证工作环境。

加热时，第一超导线圈5和第二超导线圈6中通入方向相反的直流电源，第一超导线圈5和第二超导线圈6形成的磁动势形成串联模式，在两铁芯之间的气隙中产生磁场。待加热第一金属坯料3和第二金属坯料4在气隙中旋转切割磁场，并在金属坯料中产生涡流，实现感应加热。通过调整金属坯料的转速，改变磁场切割速度，从而控制加热效率。通过调整第一超导线圈5和第二超导线圈6中的电流大小来改变气隙磁场大小，从而控制加热效率。采用本实施例中的双C型感应加热装置，比现有C型结构铁磁材料用量减少了30％。

通过优化两铁芯气隙处结构，采用弧形铁芯7气隙，如图2所示，进而优化了气隙磁场的分布，在待加热坯料中感应涡流大小，从而提高加热装置的加热效率，通过计算可知，采用弧形气隙结构，加热效率提高50％以上。

本实施例加热装置在金属坯料开始旋转时，会产生较大的起动转矩，严重时达到高速时转矩的3.6倍以上，给驱动电机选型造成困难。通过改变双C型可变气隙超导直流感应加热装置第一铁芯1和第二铁芯2之间气隙大小，能够调整气隙磁场。如图3所示，在起动时，将第一铁芯1和第二铁芯2之间气隙扩大，起到减弱气隙磁场的作用，从而减小起动转矩。随着坯料转速增加，以速度v减小气隙大小，直至高速时恢复原始气隙，以逐渐增加涡流的产生，提高加热效率。通过该过程，起动转矩被控制到高速转矩的1.7倍以下，满足了驱动电机要求。

Claims (7)

1.一种双C型可变气隙高温超导直流感应加热装置，其特征在于，包括分置的第一铁芯(1)和第二铁芯(2)，所述第一铁芯(1)和第二铁芯(2)形状呈C型且镜像对称设置，第一超导线圈(5)缠绕第一铁芯(1)，第二超导线圈(6)缠绕第二铁芯(2)，金属坯料在两个铁芯形成的上、下两个气隙中进行旋转。

2.根据权利要求1所述的双C型可变气隙高温超导直流感应加热装置，其特征在于，所述第一超导线圈(5)、第二超导线圈(6)与直流电源连接。

3.根据权利要求2所述的双C型可变气隙高温超导直流感应加热装置，其特征在于，所述第一超导线圈(5)、第二超导线圈(6)通入电流方向相反，形成串联磁动势。

4.根据权利要求1所述的双C型可变气隙高温超导直流感应加热装置，其特征在于，所述第一铁芯(1)和第二铁芯(2)相对移动，调节两铁芯间距离。

5.根据权利要求1所述的双C型可变气隙高温超导直流感应加热装置，其特征在于，所述第一铁芯(1)和第二铁芯(2)气隙处铁芯形状为弧形。

6.根据权利要求1所述的双C型可变气隙高温超导直流感应加热装置，其特征在于，通过改变金属坯料旋转速度进而改变装置加热效率。

7.根据权利要求1所述的双C型可变气隙高温超导直流感应加热装置，其特征在于，通过改变气隙大小，调节气隙磁场强度，减小感应加热装置的起动转矩，实现起动转矩的优化。

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