一种对工件电感加热的方法
专利汇可以提供一种对工件电感加热的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种通过在包括超导绕组的直流承载线圈配置的 磁场 中围绕与磁场 主轴 形成 角 度的旋 转轴 旋转 工件 而电感加热导电工件的方法，当穿过工件的磁场通量 密度 被设置为沿 旋转轴 不同时，该方法可获得沿工件不同的 温度 。，下面是一种对工件电感加热的方法专利的具体信息内容。
1.一种通过在包括超导绕组的直流承载线圈配置的磁场中围绕与磁 场主轴形成角度的旋转轴旋转导电工件而电感加热所述导电工件的方法， 其中沿旋转轴的穿过所述工件的磁场的通量密度被设置为不同，其特征在 于，通过在磁场部分区域内的磁短路产生沿旋转轴不同的通量密度。
2.一种通过在包括超导绕组的直流承载线圈配置的磁场中围绕与磁 场主轴形成角度的旋转轴旋转导电工件而电感加热所述导电工件的方法， 其中沿旋转轴的穿过所述工件的磁场的通量密度被设置为不同，其特征在 于，通过附加的线圈产生沿旋转轴不同的通量密度。
3.一种通过在包括超导绕组的直流承载线圈配置的磁场中围绕与磁 场主轴形成角度的旋转轴旋转导电工件而电感加热所述导电工件的方法， 其中沿旋转轴的穿过所述工件的磁场的通量密度被设置为不同，其特征在 于，通过围绕线圈配置外部的铁磁轭产生沿旋转轴不同的通量密度。
4.一种通过在包括超导绕组的直流承载线圈配置的磁场中围绕与磁 场主轴形成角度的旋转轴旋转导电工件而电感加热所述导电工件的方法， 其中沿旋转轴的穿过所述工件的磁场的通量密度被设置为不同，其特征在 于，通过改变旋转轴和磁场主轴之间形成的角度形成沿旋转轴不同的通量 密度。
5.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述附加的线圈被设置为 与所述超导线圈配置的轴平行。
6.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述附加的线圈被设置为 处于与所述旋转轴相同的轴上，并且在磁场的部分区域内同心围绕所述工 件。
7.根据权利要求3的方法，其特征在于，所述轭被相似地设置为内 部开口的环。
8.根据权利要求3的方法，其特征在于，采用具有开口或者闭合的 环状或者C形的横截面的轭，其在所述旋转轴两侧的每一侧上具有至少一 个极件。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，通过每个所述极件上的一 个超导线圈作为线圈配置产生磁场。
10.根据权利要求8或者9的方法，其特征在于，通过沿旋转轴改变 所述极件的极面的间隔而产生沿旋转轴不同的通量密度。
11.根据权利要求4的方法，其特征在于，由所述旋转轴和磁场主轴 形成的角被设置为在大约70°和大约88°之间。
技术领域
本发明涉及一种通过在包括超导绕组的直流承载线圈配置的磁场中围 绕与磁场主轴形成某角度的旋转轴旋转导电工件而电感加热导电工件的方 法。穿过工件的磁场通量密度被设置为沿旋转轴不同。
背景技术
从WO 2004/066681 A1已知在直流承载线圈配置的磁场中旋转工件。 这使得可在静态磁场中均匀地对工件电感加热。通过高温超导线圈配置没 有损耗地形成后者。该工件特别是例如可以为铝、铜或者相应合金的块或 者坯。通常的直径介于50mm和400mm之间，通常的长度介于20mm和 1000mm之间。工件的旋转轴与磁场的主轴形成90°角。根据已知的感应 定律，当磁场通量密度升高时以及当工件的转数增大时单位时间内的升温 增大。
从“Strangpressen”，Aluminium-Verlag D üsseldorf，2001，553至 555，已知电感加热块从而其具有轴向温度分布，该分布在后面的变换区域 产生在沿块长度的方向上相同的最佳温度。采用轻金属，块起始端或者块 头部的温度因此例如比块末端的温度高100℃。采用铜合金时，常常需要 逆向温度分布。为此，通过接通期望区域内的部分线圈，线性穿过产生交 变场的长线圈配置的块在均匀加热至基础温度后被另外加热。其中由于线 圈配置的欧姆损耗以及控制技术费用，该方法是昂贵的。从DE 1 215 276 A，已知一种对交流馈电感应线圈内电气工件电感加热的方法，该感应线 圈又被至少一个电气短路环围绕。通过改变该短路环的直径，可控制其电 抗或者有效功率消耗以稳定、空间有限地改变电感线圈的特别加热功率。
发明内容
沿着旋转轴将穿过工件的磁场通量密度设置得不同。这可通过特别影 响局部磁通密度或/和相对于通常为非均匀的磁场适当定位旋转工件而实 现。
下面，为简便起见，将较低磁通密度区域表示为(相对)较弱磁场， 相反，将较高磁通密度区域表示为(相对)较强磁场。
产生磁场的线圈配置优选为高温超导。特别是，其可由一个或者多个 偶极磁场形成线圈组成，在后一种情况下其被相邻设置为机械平行、包围 近似椭圆形空间、并作为所谓的跑道(race-track)线圈。该工件在该空 间内围绕和椭圆长轴近似重叠的旋转轴旋转。
例如可通过被引入磁场的部分区域的磁短路产生沿旋转轴特别不同的 磁通密度。该磁短路可由铁磁体组成。磁场在该铁磁体附近较弱。因此更 弱地加热该磁场内的工件区域。
还可通过附加线圈产生沿旋转轴不同的磁通密度。
例如可平行于超导线圈配置轴位移该附加线圈。例如可在具有椭圆形 空间的一端或者另一端的高度将该附加线圈设置为与线圈配置侧向相邻以 放大在该区域已经较强的磁场。然后更强地加热该区域内的旋转工件部分。
还可将该附加线圈设置在和旋转轴相同的轴上以在磁场的部分区域上 同心围绕工件。然后线圈配置的磁场以及与其垂直的在这种情况下以交流 电馈电的附加线圈的磁场都穿过工件。
还可通过在外部围绕线圈配置的铁磁轭(yoke)产生随着位置不同而 不同的磁通密度。可通过合适地沿着直长线圈侧适当配置轭的形状影响沿 着旋转轴的磁场强度。同时，轭具有如下优点，对外屏蔽线圈配置的磁场、 以及提高线圈配置和相同安匝的线圈配置包围的空间的磁通密度。
为进一步提高磁通密度，可以和内部开口的环相似地设计该轭。
与此不同的是，轭还可具有包括旋转轴两侧的每一侧上的至少一个极 件的封闭或者打开的圆形或者C-形横截面。对开口横截面(与旋转轴成 直角)而言，或者更精确地对沿着表面线开口的中空柱状而言，工件的旋 转轴位于限定槽状开口并形成极件或者被设计为极件的中空柱状的表面之 间。
基本上，线圈配置可位于轭上任何期望的地方。但是还可通过每个极 件上的一个超导线圈产生磁场。
还可通过改变轭极件的极面沿着旋转轴的间隔产生沿着旋转轴不同的 磁通密度。
还可通过改变工件旋转轴与磁场主轴之间的角度特别设置沿旋转轴不 同的穿过工件的磁场通量密度。该角从而偏离90°。可根据沿着工件长度 所需要的温度分布选择旋转轴从磁场主轴倾斜的位置。例如，如果旋转轴 围绕柱状工件端面区域上的点倾斜，则工件的该区域留在强磁场区域内， 同时相对端面区域位于较弱磁场内并因此较弱地加热。根据旋转轴和磁场 主轴形成的介于大约88°和79°之间的角，该倾角可介于大约2°和大约 20°之间。
附图说明
下面通过实例借助附图描述了实现本发明方法的可能方案以及示意的 简化的运行配置。其中：
图1是具有磁短路的超导跑道线圈的平面图和侧视图；
图2是相同的线圈，但是具有设置为与轴平行的附加线圈；
图3是相同的线圈，但是具有以交流电馈电的附加线圈；
图4是相同的线圈，但是添加了包围线圈的部分的轭；
图5是通过具有环绕轭的超导线圈的横截面；
图6a是以端面视图和部分横截面侧视图示出的具有轭的超导线圈配 置的另一个实施例；
图6b是和图6a相同的线圈配置，但是工件的旋转轴倾斜；
图7a是以端面视图和旋转90°的部分横截面视图示出的C-形轭的部 分上的超导线圈；
图7b是具有两个超导线圈的结构的C-形轭的端面视图；
图8a是和图1类似的跑道线圈，但是工件的旋转轴倾斜；
图8b是具有共用轴的两个超导线圈的结构的横截面图；
图9是和图1相同的跑道线圈，但是沿着在线圈内部空间中的旋转轴 线性位移工件；
图10a是具有温度测量点的工件；
图10b是旋转轴相对于和磁场轴垂直的轴倾斜6°的相同的工件；以 及
图11为柱状工件的简化的透视图，其纵轴和旋转轴相对于环绕跑道线 圈的平面倾斜。
具体实施方式
图2示出了原则上和图1相同的结构，但是设置附加线圈Z以和线圈 S轴向平行，该线圈的绕组也承载直流。当附加线圈Z和线圈S的绕组方 向相同，叠加磁场以增强穿过工件W上部的全部磁场。因此，工件W的 该部分比其余部分受到的加热更强。如果工件W的另一个区域比剩余区域 受到的加热更强，则该附加线圈Z沿着双箭头方向移动至期望的位置。可 通过改变该附加线圈Z的激励电流设置期望的温差或者过量的升温。
根据图3，借助交流馈电附加线圈Z1实现相同的效果，该线圈被设置 在由线圈S包围的空间以同心围绕工件W以及可沿着双箭头移动。
不是如图1所示在由线圈S包围的空间内简单提供磁短路，根据图4 可在线圈S的上部短部分周围设置闭合的轭J。轭J改进了磁短路同时在 朝外的位置屏蔽线圈S的磁场。因此，在该实施例中，工件W的上部区域 和剩余区域相比也受热较弱。
图5示出了该实施例的更改形式。轭J1包围了整个线圈配置因此基本 上完全屏蔽了朝外的磁场。同时，减小了产生磁通方向为B的磁场所需要 的激励功率，或者更精确而言减小了通过线圈S的激励电流。还可通过借 助图1至3所描述的方案和该结构实现工件W的不同受热，即沿着其轴的 温度梯度。
图6a所示的结构源自具有极件P1和P2的封闭轭J2，每个极件都分 别承载超导线圈S1和S2并被串联连接和承载直流。由表示磁力线的箭头 线宽表示磁场的不同强度。从侧视图可清楚，沿旋转轴D将工件W偏移 得更远或者更近可实现工件W的一端在杂散场内旋转，该场在轭J2外部 逐渐变弱并因此和工件W的剩余区域相比受到的加热更弱。
图6b示出了和图6a相似的结构，但是在这种情况下，不是通过沿着 旋转轴D偏移，而是相对于线圈配置S1、S2、J的长轴倾斜该旋转轴，从 而不同地加热工件W。这一点通过在图6b的端视图中半透视示出柱状工 件W而说明。
图7a示出了一种结构，其中超导线圈S3包围C形轭J3的长的部分， 工件在C形轭J3的极件P3和P4之间旋转。该截面图和旋转平面图清楚 示出，极件P3和P4限定了围绕工件W的空间，该空间从右手侧向左手 侧变窄从而工件W随着空气隙的减小沿着其从右手侧至左手侧的延伸受 热逐渐变强。该结构具有沿着工件长度温度梯度近似恒定的优点。
图7b的结构操作原理相同，唯一的不同在于在这里不是采用一个线圈 而是采用两个超导线圈S4和S5，每个线圈分别围绕极件P5和P6。
图8a所示出的结构以和图1相似的跑道线圈S运行，但是通过将工件 W的旋转轴相对于线圈S的中心平面绕中心轴M上的点倾斜角度α，而 实现沿着工件W的旋转轴D对工件W的不同受热。因此，磁通密度B从 工件W的下端向上端减小，从而工件的上端和其余区域相比受热较弱。
图8b的结构操作原理相同，但是具有两个相邻或者串联设置在共用轴 上的超导线圈S6和S7，从而实现较高的磁通密度B。
图9还示出了围绕工件W的跑道线圈S。但是，在线圈S围绕的空间 内从其对称位置沿着旋转轴D向上偏移工件。因此，工件W的上部和工 件的剩余区域相比位于磁通密度B较高的区域，因此受热更强。此外，和 图8a中的结构类似，如果需要，则可围绕便利地位于上端面(未示出)区 域内的点使工件从线圈S的中心平面倾斜。
下面的表格示出了可获得的温度和温差的数值实例。该工件由长度为 800mm、直径为250mm的坯组成。在该表格中，术语“平衡”表示电感 加热结束后并且在确定图10a所示出的点的温度之前的等待时间。在图8a 和10b中定义了第一列的倾角α。第二列的线性位移是指如图9所示工件 沿着旋转轴D的位移。特别是，最后五行的记载内容示出，有利的是相互 联合地应用基本可独立应用的移位工件和倾斜其旋转轴的方案。
图11透视但是简单示出了在跑道线圈中具有倾斜旋转轴的坯。
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