[发明专利]感应加热方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过在坯料与磁场之间的相对移动特别是引起旋转来感应加热导电材料的坯料的方法，其中该磁场是通过在铁芯上的至少一个直流馈电的超导绕组而产生的。

背景技术

DE 10 2005 061 670.4示出了这种方法。为了实施该方法，例如，可以使在被驱动旋转的夹具中夹紧的圆柱状坯料以恒定的转数围绕其圆柱轴在磁场中旋转，其中该磁场是通过穿过超导绕组的恒定电流而产生的。由此在坯料中感应基本恒定的电流。然而，实际上，通常，坯料不是最优的圆柱状的，和/或未被严密地夹紧，导致其不围绕着其圆柱轴旋转。因此，穿过坯料的磁通量变化，从而相应地在坯料中感应出非恒定量的感应电流。所感应的电流I_ind(t)随着旋转频率f而交变，即，I_ind(t)＝I_ind(t+f^-1)。由于坯料中的时间上非恒定的感应电流，产生相应地随时间变化的磁场，该磁场渗透超导绕组且在其中感应电压。该效应称为背向或反向感应，并且对应的电压称为背向或反向感应电压。由于该随时间变化的反向感应电压，不是时间上恒定的电流，而是随时间变化的电流，流过超导绕组，从而导致不希望的损耗，即超导绕组中的所谓的背向或反向感应损耗。

类似地，在加热非圆柱状的杆状坯料(例如，具有矩形或椭圆形截面的坯料)期间，坯料的旋转产生连续交变的感应电流，这导致相应地交变的反向感应电压以及伴随的对应的反向感应损耗。

随时间变化的反向感应电压和随之发生的反向感应损耗与坯料的形状无关地发生，在坯料分别被设定为旋转或停止的感应加热开始和结束时尤其如此。基本上，反向感应损耗在每次旋转速度改变时都出现。

必须通过相应地大功率的电流源且增大超导绕组所需的冷却功率来补偿这些反向感应损耗。

US 3,842,243提出在交变磁场中加热导电坯料。为了使磁通传导经过坯料，在U形轭中设置交流馈电的导体。利用位于轭的部分上的直流馈电的额外线圈，该部分可被驱动至磁饱和。因此，交流场的磁通不再全部传导到坯料，且在对应的区域中较不强烈地进行局部加热。

发明内容

本发明基于在实施开始提到的方法时降低超导绕组中的反向感应损耗的目的。

通过方法的方式，通过根据权利要求1的方法而实现该目的。在从属权利要求2至7中阐述了该方法的有利实施例。特别用于实施该方法的装置形成权利要求8的主题。在权力要求9至15中阐述了该装置的进一步的发展。

在所有方法中，至少一个坯料相对于磁场移动。为此，该磁场是否围绕坯料旋转并不重要，反之亦然。根据权利要求1的方法，直流电产生且维持在这样的值，在铁芯中，至少在绕组区域中，该值产生这样的磁通密度，在该磁通密度下，铁芯的材料的相对磁导率比在绕组的零电流状态时低。由于相对磁导率减小，反向感应减小，并且随之超导绕组中的损耗减小。同时，维持铁芯的传导绕组磁场的效果。结果，反向感应减小。

如果使两个以上坯料在超导绕组所产生的磁场中同时旋转，则根据该问题的替代或可选解决方案，可以将坯料相对于彼此的位置调整为使由坯料的交变感应电流所产生的反向感应电压相减式叠加。如果在简化表示中假定坯料的区域中的磁场均匀，则穿过坯料的磁通与坯料在垂直于磁力线的平面上的投影面积近似成比例。在磁场中加热非圆柱状坯料期间，该投影面积将随着每个角度改变而改变。该解决方案的关键在于，调整两个以上坯料的相对于彼此的位置，以便所有坯料的在磁场中移动期间的总投影面积不变或者尽可能小地变化。相应地，于是，穿过坯料的总磁通也不变或者尽可能小地变化。从而使绕组中的反向感应电压最小。也可以说，相减式叠加将要分配给各个坯料的反向感应电压，即，由磁通的各个变化引起的反向感应电压。

为此，例如，具有方形截面的两个相同的立方体状坯料可以以相同的角速度各自围绕其纵向轴旋转，且可被对准而使该纵向轴至少近似地正交于由载流绕组产生的磁场的磁力线，其中如此调整坯料相对于彼此的位置，以便这两个坯料关于其平行的纵向轴相对于彼此成45°地旋转位移，这是因为，这样，穿过其中一个坯料的磁通的增加量将与穿过另一坯料的磁通的减少量相同。当穿过一个坯料的磁通达到其最大值时，其随后将减小，而穿过另一坯料的磁通将增加相同的量。在理想情况下，穿过这些坯料的总磁通恒定。于是，至少部分地通过相减式叠加，将要分配给各个坯料的反向感应电压彼此抵消。例如，当同时加热截面积不相等的两个立方体状坯料时，可获得相同的效果，即使效果不如此显著。这特别适用于具有显著矩形截面的立方体状坯料。