专利名称：：一种对工件电感加热的方法
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圏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"Temperaturedistributioninaluminumbilletsheatedbyrotationinastaticmagneticfieldproducedbysuperconductingmagnets"(PreprintCOMPEL;Vol.24,No.1，pages281至290，(2004))已知这种方法。但是，该文献没有揭示如何在技术上实现该方法。从WO2004/066681Al已知在直流承载线圏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。通过高温超导线圏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卯。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堦大时单位时间内的升温增大。从"Strangpressen"，Aluminium國VerlagDiisseldorf，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°C。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圏，线性穿过产生交变场的长线圏配置的块在均匀加热至基础温度后4皮另外加热。其中由于线圏配置的欧姆损耗以及控制技术费用，该方法是昂贵的。从DE1215276A,已知一种对交流馈电感应线圏内电气工件电感加热的方法，该感应线圏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圏的特别加热功率。
发明内容源于开始时列出的各种方法，本发明基于示出如何实现该方法的目标，从而通常为柱形的工件沿着其与旋转轴重叠的中心轴的温度符合期望的过程，即其温度梯度不等于零但是不一定为常数。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，为简侵^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。产生磁场的线圏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)线圏。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。例如可通过净皮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。还可通过附加线圏产生沿旋转轴不同的磁通密度。例如可平行于超导线圏配置轴位移该附加线圏。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圏设置为与线圏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。然后线圏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圏的磁场都穿过工件。还可通过在外部围绕线圈配置的4^磁辄(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，对外屏蔽线圏配置的磁场、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圏产生磁场。还可通过改变扼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。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l是具有磁短路的超导跑道线圈的平面图和侧视图；图2是相同的线圏，但是具有设置为与轴平行的附加线圏；图3是相同的线圈，但是具有以交流电馈电的附加线圏；图4是相同的线圏，但是添加了包围线圏的部分的轭；图5是通过具有环绕轭的超导线圏的横截面；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圏配置的另一个实施例；图6b是和图6a相同的线圏配置，但是工件的旋转轴倾斜；图7a是以端面视图和旋转卯。的部分横截面视图示出的C-形辄的部分上的超导线圏；图7b是具有两个超导线圈的结构的C—形轭的端面视图8a是和图l类似的跑道线圏，但是工件的旋转轴倾斜；图8b是具有共用轴的两个超导线圏的结构的横截面图9是和图l相同的跑道线圈，但是沿着在线圏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圏的平面倾斜。具体实施例方式图1示出了简化的超导跑道线圏S。其包括多个未示出的绕组并承载直流从而产生偶核j磁场。其穿过导电材料的柱状工件W。该工件例如可以为铝棒或者铝坯。驱动工件W以绕其纵轴D旋转。驱动器未示出。如所已知，工件W以这种方式电感加热。为产生沿着工件的温度梯度，将磁短路K置于椭圆形空间的上部，在这里椭圆形空间为短铁磁材料柱状的形式。在该短路K附近4吏穿过工件W的磁场B变弱。因此，工件W的上端区域和被线圈S的未弱化磁场穿过的工件区域相比受到的加热更弱。图2示出了原则上和图l相同的结构，但是设置附加线圏Z以和线圏S轴向平行，该线圈的绕组也承载直流。当附加线圏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，则该附加线圏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圏z的激励电流，没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圏Zl实现相同的效果，该线圏被设置在由线圏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所示在由线圏S包围的空间内简单提供磁短路，根据图4可在线圏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圏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包围了整个线圏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圏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Pl和P2的封闭轭J2，每个极件都分别承载超导线圈Sl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，其中超导线圏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圏而是采用两个超导线圏S4和S5，每个线圏分别围绕极件P5和P6。图8a所示出的结构以和图l相似的跑道线圏S运行，但是通过将工件W的旋转轴相对于线圏S的中心平面绕中心轴M上的点倾斜角度oc，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圏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的跑道线圏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中定义了笫一列的倾角oc。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。<table>complextableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>图ll透视但是简单示出了在跑道线圏中具有倾斜旋转轴的坯。权利要求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.—种通过在包括超导绕组的直流承载线圏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，通过附加的线圏产生沿旋转轴不同的通量密度。3.—种通过在包括超导绕组的直流承载线圏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迷工件的磁场的通量密度被i殳置为不同，其特征在于，通过围绕线圏配置外部的4失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圏配置的磁场中围绕与磁其中沿旋转轴的穿过所述工件的磁场的通量密度被i殳置为不同，其特征在密度。5.才艮据4又利要求2的方法，其特征在于，所述附加的线圏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，所述附加的线圏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.才艮据4又利要求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圏作为线圏配置产生磁场。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。全文摘要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。文档编号H05B6/02GK101347045SQ200680048784公开日2009年1月14日申请日期2006年12月21日优先权日2005年12月22日发明者C·比勒,J·维措雷克申请人:泽奈基电力公司