專利名稱：感應(yīng)加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在軛上具有直流饋電的超導(dǎo)線圈布置的感應(yīng)加熱器以及調(diào)節(jié)軛
寬度的方法。
背景技術(shù)：
由DE 10 2005 061 670. 4可知一種感應(yīng)加熱器。為了加熱導(dǎo)電材料的坯料，使該 坯料在具有C形截面的軛的兩個分支(limb)之間的阱(well)中旋轉(zhuǎn)。直流饋電的高溫超 導(dǎo)線圈位于該軛上。被指派為高溫超導(dǎo)(HTSC)的是銅酸鹽超導(dǎo)體，例如YBCO，更一般而言， 是所有超導(dǎo)體(SC)，其中超導(dǎo)體具有高于液氮的沸點的SC轉(zhuǎn)變溫度。通常，感應(yīng)加熱器被 包含在生產(chǎn)線中。因此，感應(yīng)加熱器必須根據(jù)由生產(chǎn)線設(shè)定的時序來提供加熱的坯料。
由US5412183A可知一種具有近似E形的軛的感應(yīng)加熱器。該感應(yīng)加熱器的三個 分支被設(shè)計為磁極片，且以彼此成120度的角位移被設(shè)置為星形配置，以通過感應(yīng)加熱在 磁極片之間的空間中的工件，其中交流饋電的線圈布置位于這些磁極片上。
由FR 904 159A可知另一種具有E形軛的感應(yīng)加熱器，第一線圈布置位于該感應(yīng) 加熱器的中間分支上，該感應(yīng)加熱器的端部分支指向彼此。將要被加熱的工件位于軛的端 部分支的間隔端面之間，并且被另一線圈布置所包圍，該另一線圈布置被交流饋電且主要 為工件的感應(yīng)加熱而提供電力。 由EP 266 470 Al可知另一種具有E形軛的感應(yīng)加熱器，該感應(yīng)加熱器的三個分 支均支持交流饋電的線圈布置，以通過感應(yīng)加熱位于分支之間的自由空間中的工件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是基于提供一種具有提高的每單位時間坯料輸出和低能量消耗的感應(yīng)加 熱器的目的。 通過具有根據(jù)權(quán)利要求1的特征的感應(yīng)加熱器且通過具有權(quán)利要求22的步驟的 方法，實現(xiàn)該目的。從屬權(quán)利要求旨在優(yōu)選實施例。 根據(jù)權(quán)利要求1的感應(yīng)加熱器具有至少近似E形截面的軛，所述軛包括位于兩個 外側(cè)分支之間的中間分支，其中所述中間分支和所述兩個外側(cè)分支通過交叉分支而連接。 至少一個超導(dǎo)線圈設(shè)置在所述分支之一上。在所述兩個外側(cè)分支中的每一個與所述中間分 支之間是這樣的阱，在該阱中，通過使坯料在所述阱內(nèi)旋轉(zhuǎn)而加熱所述坯料。由于該感應(yīng)加 熱器具有兩個阱，可以同時加熱兩塊坯料。例如，在將加熱的坯料換成新的冷坯料的同時， 可以在另一個阱中加熱另一坯料。因此該感應(yīng)加熱器的產(chǎn)率提高。軛的E形狀使得可以利 用僅僅一個超導(dǎo)線圈而顯著提高加熱的坯料的產(chǎn)率。通常，該線圈是線圈布置的一部分，其 中線圈布置通常還包括至少用于該線圈的連接端子。 例如，可以將所述線圈或所述線圈布置設(shè)置在所述中間分支上。同樣可替代地，例 如，可以將兩個線圈或線圈布置設(shè)置在所述交叉分支上，其中優(yōu)選一個線圈或線圈布置位 于所述中間分支的每一側(cè)上。自然地，還可將一個線圈設(shè)置在所述外側(cè)分支的每一個上。
下面描述的本發(fā)明的進(jìn)一步的發(fā)展不受限于E形軛，也不具體受限于阱的數(shù)目。
所述軛的所述兩個外側(cè)分支和所述中間分支通過交叉分支而連接。優(yōu)選地，所述線圈布置或所述線圈被滑動配合到所述中間分支上，直到其與所述交叉分支鄰接。這使得具有相應(yīng)地較短的返回磁通量路徑的緊湊軛成為可能，由此提高感應(yīng)加熱器的效率。
優(yōu)選地，所述軛的所述分支由實心材料構(gòu)成。由于通過直流對線圈饋電，可以省去由層疊片構(gòu)成的軛的昂貴結(jié)構(gòu)，而沒有由必須忍受的漩渦電流引起的在軛中的漩渦電流損耗。由于缺乏也提供電絕緣的疊層，其磁容積因素相比于包括金屬片的變化的磁容積因素提高。這允許提高磁場或者對于相同磁場強(qiáng)度使用更簡單材料的更成本有利的結(jié)構(gòu)。
所述線圈布置優(yōu)選包括真空腔，在該真空腔中設(shè)置至少一個HTSC線圈。該真空腔使得HTSC線圈的良好絕熱性成為可能。 當(dāng)用金屬涂覆的箔(優(yōu)選鋁蒸發(fā)涂覆的箔)的多個層包覆HTSC線圈時，絕熱性進(jìn)
一步提咼o 可以通過合成材料軸承在所述腔中支撐所述HTSC線圈。 位于線圈布置與阱的開口端之間的絕熱體降低了 HTSC線圈所需的冷卻功率。特別合適的是微多孔絕熱體。特別地，所述絕熱體的合適材料為硅酸鈣。 除了絕熱體，或者作為絕熱體的替代者，可以在所述阱中設(shè)置在朝向所述坯料的方向上反射且由例如金蒸發(fā)涂覆的陶瓷制成的紅外反射器。由此降低熱損耗。特別合適的是U形截面的紅外反射器，坯料在該紅外反射器的自由的中部旋轉(zhuǎn)。 優(yōu)選地，在每個阱中在所述線圈布置的前面設(shè)置碰撞保護(hù)板，所述碰撞保護(hù)板具有與軛相比高的磁阻且由例如不銹鋼或特殊鋼(V2A、V4A等)制成。如果旋轉(zhuǎn)的坯料變?yōu)閺钠渲蚊撾x，則該碰撞保護(hù)板防止更昂貴且更敏感的超導(dǎo)線圈布置受到損傷。每一個碰撞保護(hù)板可以設(shè)置在例如相關(guān)聯(lián)的阱中的兩個相反縱向槽中。 優(yōu)選地，所述阱沿著朝向所述分支的自由端的方向逐漸變細(xì)，即，所述分支相應(yīng)地變厚。由此，坯料在其中旋轉(zhuǎn)的分支的自由端之間的空氣隙變短。相應(yīng)地，磁阻減小，并且最大加熱功率和效率提高。 所述阱通過絕熱體而對環(huán)境封閉。對于將要從阱中移除或插入阱中的坯料，封閉阱的絕熱體優(yōu)選可移除。 附加地或可選地，所述阱可以通過非磁性保護(hù)板而對環(huán)境封閉。這些保護(hù)板防止已變?yōu)閺钠鋳A具脫離的旋轉(zhuǎn)的坯料離開阱且損傷其他機(jī)器部件，或者甚至傷害到人。當(dāng)然，同樣地，該保護(hù)板優(yōu)選可被移除以打開阱。 優(yōu)選地，阱的寬度可以調(diào)節(jié)。由此，可使阱適于不同的坯料直徑。這可通過滑動或旋轉(zhuǎn)外側(cè)分支的至少一個下部來實現(xiàn)。外側(cè)分支的下部還可在與旋轉(zhuǎn)軸正交的平面上被分段。為了實現(xiàn)對各個阱中的場的調(diào)節(jié)，可使這些分段彼此獨立地滑動或旋轉(zhuǎn)。替代地或可選地，可以利用可換式附接到軛的分支的鐵磁金屬板來調(diào)節(jié)阱的寬度。 這種金屬板可具有比軛高的相對磁導(dǎo)率。這導(dǎo)致磁通量集中穿過金屬板，且隨之也穿過正在金屬板之間旋轉(zhuǎn)的坯料。當(dāng)將要加熱特別大的坯料時，金屬板也可具有比軛低的相對磁導(dǎo)率；于是金屬板以分散的方式作用，相應(yīng)地，磁通量更均勻地作用。
阱的寬度可從軛的端面朝向中部而增加。為此，可以將鐵磁金屬楔可換式附接到軛的分支。阱的這種幾何結(jié)構(gòu)降低了從軛端面處的阱發(fā)出的雜散場，并且相應(yīng)地增加了穿過坯料的磁場。 為了調(diào)節(jié)阱的寬度，通過使外側(cè)分支的部分移動或旋轉(zhuǎn)，或是還通過使附接的金屬板或楔可換式交換，優(yōu)選首先關(guān)斷HTSC線圈。隨后，可接著容易地改變阱的寬度。當(dāng)在已關(guān)斷線圈之后，可特別容易地改變阱的寬度，且在改變寬度之前，軛被退磁。為此，例如，位于軛上的線圈布置，特別是超導(dǎo)線圈布置，可被饋以交流電。用于交流饋電的電流強(qiáng)度低于用于直流饋電的額定電流強(qiáng)度。優(yōu)選地，其為用于直流饋電的額定電流的約10%至20%。


附圖以示意性簡化的方式通過實例示例出根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)加熱器。其中 圖1是感應(yīng)加熱器的部分截面?zhèn)纫晥D； 圖2是圖1的感應(yīng)加熱器的磁體單元的截面； 圖3是圖1的反應(yīng)加熱器的磁體單元的側(cè)視圖； 圖4是感應(yīng)加熱器的縱向截面(圖3中的B/B); 圖5是感應(yīng)加熱器的另一磁體單元； 圖6是從下面觀察的另一磁體單元的示意視圖；以及 圖7至圖10是貫穿各感應(yīng)加熱器的截面。
具體實施例方式
圖1中的感應(yīng)加熱器具有在磁體單元100的阱中保持坯料10的兩部分夾具2a、2b。經(jīng)由夾具2a的一部分、齒輪單元3和電動機(jī)l，坯料10被驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。通過夾具2a、2b，坯料IO可被抬高或放低，如對應(yīng)的雙向箭頭所示。另外，還可使夾具2a、2b適于水平移動。這也通過雙向箭頭表示。 坯料10位于E形截面的軛140的阱1501中，線圈布置120位于該軛的中間分支上(參考圖2至圖4)。該軛具有E形截面且具有兩個外側(cè)分支1421和142r，這兩個外側(cè)分支1421和142r經(jīng)由交叉分支141而接合到中間分支143。因此，在外側(cè)分支1421與中間分支143之間存在具有開口的下端的阱1501，并且在外側(cè)分支142r與中間分支143之間存在也具有開口的下端的阱150r。軛140由實心材料制成。 線圈布置120包括真空腔125，在該真空腔125中設(shè)置用例如液氮冷卻的HTSC線圈121(冷卻裝置和電引線未示出)。該HTSC線圈121位于外殼122內(nèi)，該外殼122通過未示出的合成材料保持器而固定在腔125中。HTSC線圈121位于外殼122內(nèi)，該外殼122通過作為絕熱體的Al蒸發(fā)涂覆的聚酯箔的多個層而被包覆。利用約40至60層的該箔，優(yōu)選利用位于邊緣處的10至20個另外的層，實現(xiàn)良好的絕熱性。 碰撞保護(hù)板123位于每個阱1501 、150r中的腔125下方。碰撞保護(hù)板153由非磁性材料(例如不銹鋼或特殊鋼)制成，且位于其各自的阱1501或150r中的相反縱向槽中。為了裝配，使碰撞保護(hù)板153從軛的端面之一插入以沿縱向槽152滑動，然后使其緊固。碰撞保護(hù)板153保護(hù)線圈布置120免于被已從夾具2a、2b脫離的旋轉(zhuǎn)坯料10損傷。
沿著向下的方向，絕熱體154(這里由硅酸鈣板制成)直接鄰接碰撞保護(hù)板153。以與鄰接的U形截面的紅外反射器158以及金蒸發(fā)涂覆的陶瓷相同的方式，絕熱體154保護(hù)線圈布置120和軛140免受坯料10的熱度。此外，減少了由從坯料向軛的熱發(fā)散引起的損耗。 阱1501、150r通過鐵磁板155而在其下端部逐漸變細(xì)，其中鐵電板155可換式緊 固到外側(cè)分支1421、142r，或者緊固到中間分支143。由此，軛的分支1421、142r和143與 坯料10之間的空氣隙縮短，并且磁體單元100的磁阻相應(yīng)地降低。板155具有比軛140高 的磁導(dǎo)率。因此板155使磁通量集中通過坯料10。通過與其中阱具有對應(yīng)于板155之間 的距離的恒定減小的寬度的實施例相比，這里所示的實施例具有這樣的優(yōu)點，即，阱1501、 150r沿向上的方向有效加寬，從而使得真空腔125相應(yīng)地增大且改善HTSC線圈121的隔絕 性。板155的可換式附接使得磁體單元100的簡單裝配成為可能，并且也使得阱1501、150r 的寬度適于將要加熱的坯料10的直徑成為可能。 在其下端，阱1501 、150r通過另一絕熱體156而封閉。絕熱體156位于三個保護(hù) 板157的溝道中。保護(hù)板157由非磁性材料(例如不銹鋼或特殊鋼)形成且用于防止發(fā) 生意外。如果在加熱期間坯料10意外地從夾具2a、2b脫離，則其不能離開對應(yīng)的阱1501、 150r，這意味著其不會損傷其他系統(tǒng)部件，也不會傷害到人。絕熱體156和保護(hù)板157適于 被抬高和放低，如雙箭頭所示。從而可以打開阱1501 、150r，以將坯料IO從下面插入對應(yīng)的 阱中。 圖5中的實施例基本對應(yīng)于圖1至4中的實施例(相同或相似部分用相同參考標(biāo)
號表示)，然而，兩個外側(cè)分支1421和142r的下部的部件部分適于置換，以使得阱1501、
150r的寬度與具有不同直徑的坯料10相一致。兩個外側(cè)分支1421和142r的可置換部分
示于兩個位置，其中開口位置用與通常用于軛的陰影線反向的陰影線表示。 為了使得絕熱體154和紅外反射器158適于改變的阱寬度，它們被完全交換或適
于具有可伸縮調(diào)整的寬度(未示出)。 圖6中的磁體單元100基本類似于其他圖的其他感應(yīng)加熱器的磁體單元。替代圖 2和圖5的板153，將金屬楔155b附接到外側(cè)分支1421和142r以及中間分支143的兩側(cè)， 使得相對于彼此可換且可置換。由此，阱1501和150r的阱的寬度從端面朝向中間增加。這 降低了從端面出現(xiàn)的雜散場且使得場適于形成場分布成為可能。通過置換平行于旋轉(zhuǎn)軸的 金屬楔155b，由此使得適于例如不同材料或幾何結(jié)構(gòu)成為可能。磁體單元100的效率相應(yīng) 地提高。 圖7至10中的感應(yīng)加熱器100與圖1至4中的感應(yīng)加熱器100相似。因此將相
同的參考標(biāo)號用于相同或相似的部分，并且將僅對不同之處進(jìn)行更詳細(xì)描述。 圖7中的感應(yīng)加熱器100在右邊的外側(cè)分支142r上具有線圈布置120，并且左邊
的在外側(cè)分支1421上具有線圈布置120，而不是如圖1至4所示那樣在中間分支143上具
有線圈布置120。 圖8中的感應(yīng)加熱器100僅僅具有位于左邊的外側(cè)分支1421上的一個線圈布置， 且被滑動裝配到該單元上，直到其鄰接交叉分支141。 圖9示出在左邊的外側(cè)分支1421與中間分支143之間具有位于交叉分支141上 的線圈布置120的感應(yīng)加熱器100。為了能夠安裝預(yù)裝配的線圈布置120，左邊的外側(cè)分支 1421與已示例的外側(cè)分支1421的不同之處在于適于被拆卸。 圖10示出在中間分支143的兩側(cè)中的每一側(cè)具有位于交叉分支141上的一個線 圈布置120的感應(yīng)加熱器100。為了能夠安裝預(yù)裝配的線圈布置120，兩個外側(cè)分支1421
7和142r與已示例的外側(cè)分支1421和142r的不同之處在于適于被拆卸。
權(quán)利要求
一種用于加熱坯料的感應(yīng)加熱器，其在軛(140)上具有至少一個直流饋電的超導(dǎo)線圈(121)，其特征在于，所述軛(140)在公共交叉分支(141)上具有位于兩個外側(cè)分支(142l，142r)之間的中間分支(143)，并且用于容納將要加熱的一個坯料的各自的阱(150l，150r)位于所述中間分支(143)與所述兩個外側(cè)分支(142l，142r)中的每一個之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的感應(yīng)加熱器，其特征在于，所述線圈(121)被滑動裝配到所述軛的所述中間分支(143)上，直到其鄰接所述交叉分支(143)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的感應(yīng)加熱器，其特征在于，所述軛(140)的至少一個分支(141， 1421， 142r， 143)由實心材料制成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項的感應(yīng)加熱器，其特征在于，所述線圈是線圈布置(120)的真空腔(125)中的HTSC線圈。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的感應(yīng)加熱器，其特征在于，通過合成材料軸承在所述腔(125)中支撐所述線圈(121)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項的感應(yīng)加熱器，其特征在于，所述線圈(121)被金屬蒸發(fā)涂覆的箔(123)的多個層包覆。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一項的感應(yīng)加熱器，其特征在于位于所述線圈(121)與所述阱(1501， 150r)的開口端之間的絕熱體(124)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的感應(yīng)加熱器，其特征在于，所述絕熱體(154)是微多孔的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8的感應(yīng)加熱器，其特征在于，所述絕熱體(154)由硅酸鈣形成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任何一項的感應(yīng)加熱器，其特征在于在所述兩個阱中的每一個中的紅外反射器(158)，所述紅外反射器(158)優(yōu)選由金蒸發(fā)涂覆的陶瓷形成。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的感應(yīng)加熱器，其特征在于，所述紅外反射器(158)具有U形截面。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任何一項的感應(yīng)加熱器，其特征在于在每個阱(1501，150r)中的非磁性的碰撞保護(hù)板。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的感應(yīng)加熱器，其特征在于，每個阱(1501， 150r)具有兩個相反定位的縱向槽(152)，所述碰撞保護(hù)板(153)中的一個位于所述縱向槽(152)中。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13中任何一項的感應(yīng)加熱器，其特征在于，所述阱(1501， 150r)在朝向所述自由分支(1421， 142r， 143)的自由端的方向上逐漸變細(xì)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1至14中任何一項的感應(yīng)加熱器，其特征在于，所述阱(1501， 150r)通過絕熱體(156)而對環(huán)境封閉。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的感應(yīng)加熱器，其特征在于，封閉所述阱(1501，150r)的所述絕熱體適于被移動以打開所述阱(1501， 150r)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1至16中任何一項的感應(yīng)加熱器，其特征在于，所述阱(1501， 150r)通過非磁性碰撞保護(hù)板(157)而對環(huán)境封閉。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的感應(yīng)加熱器，其特征在于，所述保護(hù)板(157)適于被移動以打開所述阱(1501， 150r)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1至18中任何一項的感應(yīng)加熱器，其特征在于，所述阱(1501， 150r)的寬度可調(diào)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的感應(yīng)加熱器，其特征在于，可通過移動或旋轉(zhuǎn)所述外側(cè)分支(1421， 142r)的至少部分而調(diào)整所述阱(1501， 150r)的寬度。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19或20的感應(yīng)加熱器，其特征在于，所述阱(1501， 150r)的寬度適于通過可換式緊固到所述軛的所述分支(1421， 142r， 143)的鐵磁金屬板(155)而被調(diào)節(jié)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的感應(yīng)加熱器，其特征在于，所述金屬板(155)的相對磁導(dǎo)率不同于所述軛(140)的相對磁導(dǎo)率。
23. —種用于調(diào)整根據(jù)權(quán)利要求19至22中任何一項的感應(yīng)加熱器的所述阱的寬度的方法，包括以下步驟(a) 關(guān)斷所述線圈(121);(b) 改變所述阱(1421， 142r)的寬度。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其特征在于，在步驟(a)之后且在步驟(b)之前，使所述軛(140)退磁。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其特征在于，通過向線圈布置饋以交流電，使所述軛(140)退磁。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其特征在于，所述超導(dǎo)線圈(121)被饋以交流電。
全文摘要
一種用于加熱金屬坯料10的感應(yīng)加熱器，其具有E形截面的軛，在所述軛的中間分支143上設(shè)置有超導(dǎo)線圈121，所述感應(yīng)加熱器具有各自位于所述中間分支143與兩個外側(cè)分支142l、142r中的每一個之間的阱。可通過使坯料10在兩個阱中的每一個中旋轉(zhuǎn)而加熱該坯料10。
文檔編號H05B6/02GK101766050SQ200880100217
公開日2010年6月30日 申請日期2008年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月26日
發(fā)明者C·比勒, C·菲爾比爾, I·哈恩, T·布勞恩 申請人:澤奈基電力公司