一种基于分裂式铁芯的混合磁路超导感应加热装置制造方法及图纸

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。

A hybrid magnetic circuit superconducting induction heating device based on split core

【技术实现步骤摘要】
一种基于分裂式铁芯的混合磁路超导感应加热装置
本申请涉及超导电力电工装备
，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。
技术介绍
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，特提出本专利技术。
技术实现思路
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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：/n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；/n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；/n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；/n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。/n

【技术特征摘要】
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。

【专利技术属性】
技术研发人员：张东，肖立业，杨本康，刘博，黄璞，滕玉平，林良真，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11