NO308980B1 - Anordning for induksjonsoppvarming - Google Patents
Anordning for induksjonsoppvarming Download PDFInfo
- Publication number
- NO308980B1 NO308980B1 NO995504A NO995504A NO308980B1 NO 308980 B1 NO308980 B1 NO 308980B1 NO 995504 A NO995504 A NO 995504A NO 995504 A NO995504 A NO 995504A NO 308980 B1 NO308980 B1 NO 308980B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- winding
- cooling
- conductor
- heat
- elements
- Prior art date
Links
- 230000006698 induction Effects 0.000 title claims description 23
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims description 21
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 98
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 44
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 34
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 claims description 5
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 5
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 20
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 13
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 235000012771 pancakes Nutrition 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 239000011214 refractory ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 2
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 2
- 230000017105 transposition Effects 0.000 description 2
- YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] Chemical compound [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/36—Coil arrangements
- H05B6/365—Coil arrangements using supplementary conductive or ferromagnetic pieces
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/36—Coil arrangements
- H05B6/42—Cooling of coils
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
Description
Denne oppfinnelse går ut på en anordning for induksjonsoppvarming av pressbolt-formede emner av elektrisk godt ledende og umagnetisk metall, særlig aluminium eller kobber, omfattende en vikling innrettet til helt eller delvis å omslutte emnet, til å påtrykkes elektrisk vekselstrøm fra en kraftforsyning, og til å kjøles ved hjelp av et kjølesystem i det minste under oppvarmingen av emnet.
Et kjent og typisk arrangement for slik induksjonsoppvarming er på forenklet og skjematisk måte vist på fig. 1. Der er vist et arbeidsstykke eller emne 100 og en gjennom-skåret vikling 101 som er innrettet til å påtrykkes veksel-strøm, slik som vist. Videre er det med strekede linjer illustrert i det minste delvis hvordan et generert magnetfelt går gjennom emnet 101 for oppvarming av dette.
Når materialet i aktuelle emner er elektrisk godt ledende og umagnetisk metall, såsom aluminium og kobber, har de kjente induksjonsoppvarmningsanordningene lav virkningsgrad, nemlig maksimalt ca. 50%. Med andre ord vil omtrent halvparten av tilført elektrisk effekt gå tapt i viklingene. Videre er induksjonsoppvarming av aluminium- og kobberbolter, inklu-dert såkalt pressbolt, karakterisert ved høy ytelse pr. volumenhet. I typiske installasjoner dreier det seg om ytel-ser på 500 kw. Innenfor dette området er det følgelig et sterkt ønske å oppnå forbedringer med sikte på energiøkonomi og ressursbesparelse.
Et ytterligere punkt av interesse i denne sammenheng er at de aktuelle emner av aluminium eller kobber foreligger i form av pressbolt, som har en forholdsvis langstrakt form og gjerne er massive. I og for seg er således disse med hensyn til sin hovedform, velegnet for induksjonsoppvarming.
Et konkret eksempel på induksjonsoppvarming er å finne i US-patent 5.781.581. Dette omhandler primært et kammer ("soaking pit") for avkjøling og gjenoppvarming av nylig støpte deler. Materialet er i dette tilfelle åpenbart stål. Delene plasseres i kammeret, som er innrettet til å evakue-res. Det er innmontert stråleskjermer og lignende for å hindre at varme slipper ut og går tapt. Ved eventuelt behov for gjenoppvarming benytter induksjonsvirkning, eller som alternativ direkte oppvarming ved å sende strøm gjennom emnet eller arbeidsstykket. Frekvensområdet ved induksjonsoppvarming er angitt å ligge i området 100-lOOOHz. Disse frekvensene indikerer at det dreier seg om et magnetisk materiale (stål) som skal behandles. Helt underordnet i patentskriftet er det kort tatt med en henvisning til super-ledning, som en mulig effekt av interesse.
I tilknytning til dette er det grunn til å bemerke at superledere har vært kjent lenge og også i det minste fra mer enn 10 år tilbake basert på kjøling med flytende nitrogen. Foreliggende oppfinnelse omfatter en fordelaktig utnyttelse av nettopp superledere, slik det vil fremgå av det følgende.
I et arrangement for induksjonsoppvarming av massiv, sylindrisk pressbolt, som illustrert på fig. l, er virkningsgraden bestemt av følgende formel:
der pv og pb er resistiviteten til materialet i henholdsvis viklingen og emnet eller bolten, og /ib er den relative permeabiliteten til materialet i bolten. Mens permeabiliteten for jern er av størrelsesorden 1000, er den for umagnetiske materialer som aluminium og kobber tilnærmet lik 1. Dette betyr at jern er vesentlig gunstigere med hensyn til virkningsgraden ved slik induksjonsoppvarming. Når emnet eller bolten består av et umagnetisk materiale med svært god elektrisk ledningsevne, som f.eks. aluminium eller kobber, blir virkningsgraden ca. 50%, idet resistivitetene for henholdsvis
tradisjonell kobbervikling og emnematerialet er tilnærmet like store. Med andre ord blir størrelsen av rotuttrykket i formelen ovenfor, tilnærmet lik 1. Således vil halvparten av tilført elektrisk effekt blir forbrukt i induksjonsviklingen og halvparten overføres til emnet.
Vesentlige forbedringer i ovennevnte forhold blir ifølge oppfinnelsen oppnådd i en anordning for induksjonsoppvarming som angitt innledningsvis, ved at viklingen har vindinger som omfatter superledende materiale og er omgitt av et varmeisolert kammer, at kjølesystemet er innrettet til å holde viklingen på en temperatur i området 40-77°K, og at veksel-strømmens frekvens er innrettet til å ligge i området for vanlige nettfrekvenser.
I en fordelaktig utførelse av anordningen ifølge oppfinnelsen skjer kjølingen i kjølesystemet med flytende nitrogen eller heliumgass som bringes til å sirkulere i hulrom eller kjølekanaler nær viklingen innenfor det varmeisolerte kammer. Nitrogen har et kokepunkt på 77°K ved normalt atmosfæretrykk og det kan i praksis være hensiktsmessig å holde viklings-temperaturen 10-12° lavere enn dette kokepunktet, ved bruk av flytende nitrogen. Ved bruk av helium bør temperaturområdet ligge mellom 40° og 60°K. Under 40°K blir kjølekostnadene uakseptabelt høye.
I en annen mulig utførelse blir det ifølge oppfinnelsen anordnet en kappe av godt varme1edende, men elektrisk isolerende materiale som har termisk kontakt med viklingen, og som nedkjøles ved hjelp av et kjøleaggregat som er en del av kjølesystemets kjølekrets.
De nettopp nevnte utførelsesformer viser at viklinger som omfatter superledere krever ganske andre konstruktive løsninger enn det som tradisjonelt har forekommet ved elektrisk induksjonsoppvarming. Vanlige kontruksjoner med kobber-ledere går ut på at disse er hule, slik at kjølevann kan sirkulere gjennom de hule lederne i viklingen. Med de lave (kryogene) temperaturer som er aktuelle ifølge oppfinnelsen, blir det tale om helt andre løsninger for nedkjølingen. Varmeisoleringen blir også desto mer betydningsfull. Videre er det et trekk i bildet at visse typer superledende tråd har anisotrope egenskaper forsåvidt som tapene avhenger av ret-ningen av magnetfeltet i viklingen.
Den vesentlige fordel med hensyn til virkningsgraden består i at denne går opp fra omkring 50% til 90-95%. Dette er selvsagt meget betydelig og viser at det her dreier seg om en ny løsning av høy praktisk verdi for industrien.
I det følgende skal oppfinnelsen forklares nærmere under henvisning til tegningene, som noe skjematisk og forenklet viser forskjellige utførelser som er praktisk mulige.
Fig. 1 viser (som allerede nevnt) et typisk kjent
arrangement for induksjonsoppvarming,
fig. 2 viser i tverrsnitt hovedtrekkene i en utførel-se av anordningen ifølge oppfinnelsen,
fig. 3 viser i delvis tverrsnitt i likhet med fig. 2,
noe mer detaljert endel konstruksjonstrekk ved
en anordning ifølge oppfinnelsen,
fig. 4 viser i et delvis aksielt snitt en utførelse
tilsvarende den på fig. 3,
fig. 5 viser hovedtrekkene av en ytterligere utførel-se i sin helhet, i aksielt snitt,
fig. 6 viser forstørret og mer detaljert et tverrsnitt av en anordning som på fig. 5,
fig. 7 viser et ytterligere forstørret og mer detaljert delvis aksielt snitt av en utførelse som
på fig. 5 og fig. 6,
fig. 8 og tjener til å illustrere en påvirkning av fig. 9 magnetfeltet ved et endeparti av en
induksj onsvarmeanordning,
fig. 10 viser i tverrsnitt en fordelaktig sammenset-ning av lederelementer til ledergrupper som benyttes til viklingen eller viklingene i en induksj onsvarmeanordning,
fig. 11 viser skjematisk oppbyggingen av en komplett vikling på lagvis måte i henhold til en vanlig viklemetode, med utgangspunkt i ledergrupper bestående av lederelementer som f.eks. vist på
fig. 10, og
fig. 12 viser skjematisk på lignende måte hvordan en komplett vikling kan bygges opp i form av "pannekake"- eller pakkelignende viklingsdeler.
Sentralt i anordningen på fig. 2 er det innført et arbeidsstykke eller emne 10 som skal oppvarmes ved induksjonsvirkning. Emnet 10 er understøttet av to rørformede skinner 10A og 10B som kan være av umagnetisk stål. Radielt innerst har den her viste induksjonsvarmer en foring 10C av umagnetisk stål, slik at det dannes et luftgap 20 mellom emnet 10 og den omgivende induksjonsvarmeanordning. Et vesentlig element i denne er en induksjonsvikling 1 som ifølge oppfinnelsen omfatter superledere, hvilket innebærer at viklingen er omgitt av varmeisolasjonslag som til sammen utgjør et varmeisolert kammer 3. Den sammensatte veggen som utgjør kammeret 3 ligger mellom den nevnte indre foring 10C og et ytre, beskyttende lag 7D av f .eks. glassfiberarmert epoksy-materiale. I tillegg til det ytre lag 7D kan tilsvarende lag 7A og 7C dekke viklingen 1 og et lag 7B avgrense et isolasjonslag 6B radielt innad. Isolasjonen 6A og isolasjonen 6B på utsiden av viklingen 1, kan med fordel være såkalt superisolasjon bestående av flere lag metalliserte polymer-folier i vakuum. Innenfor superisolasjonen 6A ligger et lag 9B av temperaturbestandig termisk isolasjon og innenfor dette igjen et lag 9A av ildfast keram, typisk i form av aluminium-silikat eller lignende.
Det er klart at de ovenfor nevnte eksempler på spesielle materialer anvendt i oppbyggingen av det varmeisolerte kammer 3, kan erstattes med andre materialer som har tilsvarende egenskaper.
På fig. 2 er det ikke vist hvordan vekselstrøm tilføres viklingen 1, og heller ikke hvordan viklingen 1 omfatter superledende bånd i et bad av underkjølt, flytende nitrogen. Denne kjølingen tjener til å holde viklingen på en temperatur i området 40-77°K. Frekvensen av den påtrykte vekselstrøm er innrettet til å ligge i området for vanlige nettfrekvenser.
For den nevnte nedkjøling av viklingen 1 til (kryogene) temperaturer i området 40-77°K finner det også alternativer til flytende nitrogen, nemlig først og fremst heliumgass. Kjølemidlet bringes til å sirkulere i form av et bad som nevnt, nær viklingen 1 innenfor det varmeisolerte kammer 3. Under drift av en slik anordning vil normalt i praksis kjø-lingen virke hele tiden, og ikke bare under selve oppvarmingen av et emne. Kjølevirkningen vil altså være mer eller mindre nødvendig hele tiden fordi det kontinuerlig vil foreligge en viss, liten varmelekkasje inn i anordningen fra omgivelsene.
I den utførelse av anordningen som helhet, slik den ér illustrert på fig. 5 i aksielt snitt, gjenfinnes elementer som omtalt ovenfor i tilknytning til fig. 2, nemlig: Emnet 10, en vikling 21 og et omgivende kammer 33 for varmeisola-sjon av viklingen. Tilførsel av elektrisk vekselstrøm til viklingen 21 er indikert ved 8, med tilsvarende uttak ved den andre enden av viklingen.
I stedet for sirkulering av et bad av kjølefluid, såsom flytende nitrogen eller heliumgass omkring viklingen, er det i utførelsen på fig. 5 vist en kappe 22 av godt varmeledende og elektrisk isolerende materiale, som har termisk kontakt med viklingen 21 og som er termisk forbundet med et kjøle-aggregat 23. Gjennom en vegg i kammeret 33 er det således ført et stavlignende kuldehode 26A henholdsvis 26B ved hver sin ende av viklingen, for varmetransport ut fra kappen 22.
Kuldehodene 26A og 2 6B har hver sin fluidforbindelse som vist ved 23A resp. 23B til kjøleaggregatet 23. Hensiktsmessig kan således kulehodene 26A og 26B inneholde kanaler eller hulrom med ekspansjonsventiler som inngår i en kjølekrets sammen med aggregatet 23. De nevnte hulrom eller kanaler i kuldehodene kan befinne seg i de deler av disse som ligger utenfor kammeret 33, eller eventuelt i kuldehodenes utvidel-ser innenfor kammeret nær kappen 22. Med et slikt arrangement vil viklingen 21, hvor tapene oppstår, være i god termisk kontakt med den varmeledende kappe 22, slik at varme blir ledet ut langs denne aksielt mot hver av endene. Tapene er størst ved endene av viklingen, slik at det er hensiktsmessig med den viste plassering av de to kuldehodene 26A og 26B. Dette vil resultere i lavere temperaturgradienter og dermed en mer optimal drift.
Som det fremgår av fig. 5 er det en fordelaktig utførel-se at kappen 22 er plassert i det vesentlige radielt innenfor viklingen 21 og dermed kan gjøre tjeneste som bæreelement for viklingen.
Pig. 6 viser noe mer detaljert i tverrsnitt kjølemetoden i henhold til fig. 5, nemlig kappen 22 innenfor viklingen 21 og med kuldehodet 26B. Som i utførelsen på fig. 2 vises også emnet 10 understøttet på skinnene 10A og 10B. Det varmeisolerte kammer 3 omfatter videre de vesentlige lag i strukturen, med superisolasjon 6, glassfiberarmerte epoksylag 7, temperaturbestandig isolasjon 9B og ildfast keram 9A. Radielt innerst mot hulrommet for emnet 10 er strukturen likesom på fig. 2, begrenset av en stålforing 10C.
Ytterligere mer detaljert er en utførelse i prinsippet som på fig. 5 og 6, illustrert i delvis aksielt snitt på fig.
7. Der gjenfinnes foringen 10C, keramlaget 9A, isolasjons-laget 9B og innenfor det varmeisolerte kammer viklingen 21 med tilhørende kappe 22. Det som spesielt fremgår av fig. 7 er at viklingen er oppdelt i forholdsvis flate, "pannekake"-lignende pakker eller viklingsdeler 44A, 44B, 44C osv.. Denne oppbyggingen av viklingen med flere flate viklingsdeler skal omtales nærmere nedenfor særlig i tilknytning til fig. 12. Mellom de flate, pakkelignende viklingdelene 44A,B,C osv. er vist varmeledende staver eller skiver 48A,48B,48C osv. som fortrinnsvis består av elektrisk isolerende materiale. Varme-ledningsvirkningen av disse er imidlertid av stor betydning for å holde viklingen 21 nedkjølt, og følgelig må elementene 48A,B,C befinne seg i god varmeledende kontakt med kappen 22. Mens utførelsesformene på fig. 5, 6 og 7 er basert på varme-bortledning fra det isolerte kammer 33 ut gjennom dettes vegger ved hjelp av kuldehodene 26A,B, er som nevnt utførel-sen på fig. 2 basert på sirkulasjon av et gassformig eller flytende kjølemdium omkring viklingen. Dette gjelder også fig. 3 og 4, som mer detaljert viser utførelser som i prinsippet på fig. 2. Tildels fremgår dette av tilsvarende henvisningstall som er benyttet. Til fig. 4 er det spesielt å bemerke at viklingen 1 der er oppdelt i flate, pakkelignende deler 24A,24B,24C osv. tilsvarende oppdelingen som nettopp er omtalt ovenfor i forbindelse med fig. 7. Likeledes er det på fig. 4 vist mellomliggende staver eller skiver 28,28A,28B osv. mellom viklingsdelene 24A,B,C, på lignende måte. som i arrangementet på fig. 7. Med et kjølemedium, såsom flytende nitrogen tilført i de viste ringformede hulrom 5 omkring viklingen 1, vil således elementene 28,28A,B bidra til ned-kjøling av alle partier av viklingen. Tilførselen av kjøle-middel for den nevnte sirkulasjon er på fig. 4 skjematisk antydet ved 5A. Det må altså foreligge slanger eller rør som går gjennom kammerveggen 7A-6B-7D for denne kjølemiddel-sirkulasjonen.
På fig. 3 er det i hulrommene 5 vist aksielt forløpende staver 25 med samme formål og materialegenskaper som elementene 28,2 8A,B på fig. 4. Materialet i disse elementene og stavene er altså elekstrisk isolerende, men godt termisk ledende. Dessuten må det være mekanisk sterkt og robust. Egnede materialer kan f.eks. være aluminiumoksid eller aluminiumnitrid.
Så tilbake til fig. 5 hvor det ytterligere er vist midler for påvirkning av det magnetfelt som er resultatet av vekselstrømtilførsel ved 8 til viklingen 21. Rent konkret er det ved hver ende av anordningen vist elementer 11 og 12 av ferromagnetisk materiale, som åpenbart vil innvirke på magnetfeltet. Virkningen består i at magnetfeltet strekkes mer ut aksielt ved endene av viklingen 21, slik at disse endepartiene i mindre grad blir utsatt for radielt rettede magnetfelt-komponenter. Med andre ord kan effekten ansees å gi en feltforlengelse i aksiell retning, hvilket reduserer vekselstrømtapene i viklingen når denne inneholder anisotrope superledere.
Effekten av elementene 11 og 12 som nettopp omtalt ovenfor, er illustrert ved hjelp av diagrammene på fig. 8 henholdsvis fig. 9. Disse figurene viser endepartiet av et emne 10 og tilsvarende endeparti av viklingen 21. På fig. 8 er det ikke anordnet noe middel til å påvirke magnetfeltet, mens elementet 11 er på plass på fig. 9. Det fremgår av magnetfeltdiagrammene at feltlinjene på fig. 9 er trukket adskillig mer ut aksielt fra viklingen 21, slik at denne i mindre grad er utsatt for de radielle feltkomponentene, som er uønsket. Diagrammene på fig. 8 og fig. 9 er basert på feltberegninger som ikke kan ansees for å være optimalisert, men effekten er tydelig.
I stedet for bruk av ferromagnetisk materialer som i elementene 11 og 12 på fig. 5, kan tilsvarende innvirkning på magnetfeltets forløp ved endene av viklingen 21, oppnås ved hensiktsmessig variasjon av viklingsmønsteret særlig ved endepartiene av viklingen.
Fig. 10 viser i tverrsnitt og sterk forstørrelse en hensiktsmessig oppbygning av ledere for dannelse av viklingen i en anordning ifølge oppfinnelsen. En meget hensiktsmessig form for lederelementer med inkorporert superledende materiale utgjøres av elementene 43A,B,C,D,E på fig. 10. Disse lederelementene er utpreget båndformet med svært liten tykkelse i forhold til bredden. Slike lederelementer omfatter hvert et større antall tynne superledende bånd eller fila-menter 40 som vist for lederelementet 43A, idet hvert lederelement har typiske dimensjoner på 4 x 0,2 mm og kan føre et par titalls ampere vekselstrøm. Materialet i hvert lederelement 43A-E er i tillegg til de superledende fila-mentene 40, i det vesentlige sølv. Lederelementene 43A-E er elektrisk isolert fra hverandre f.eks. ved at de har keramisk belegg på overflaten eller ved at tynne isolerende folier er lagt mellom lederelementene. En slik folie 49 er indikert på fig. 10 for lederelementet 43C. På fig. 10 er fem slike lederelementer sammenfattet til en ledergruppe 45 med en felles ytre isolasjon 50. En slik ledergruppe danner så vindingene i viklinger som tidligere beskrevet. Ledergruppen kan omfatte et varierende antall lederelementer, idet antall elementer lik fem som vist i eksempelet på fig. 10, selvsagt ikke er begrensende. Typisk vil antallet av lederelementer kunne variere fra to til åtte avhengig blant annet av hvilket spenningsnivå som induksjonsanordningen skal drives ved.
Fig. 11 og 12 illustrerer to forskjellige viklemetoder basert på en leder i form av ledergrupper av samme oppbygning som ledergruppen 45 på fig. 10, men med bare tre båndformede lederelementer. På fig. 11 er således en ledergruppe 65 vist med tre lederelementer 63A,63B og 63C. Disse er markert med hver sin individuelle skravering. Den totale viklingen på fig. 11 er forutsatt viklet lagvis på konvensjonell måte, nemlig med et underste (nederste) vindingslag hvor blant annet ledergruppene 64,64A og 64B inngår. Som det fremgår av skraveringen ligger de tre båndelementene i dette første lag av viklingen, i samme innbyrdes posisjon i ledergruppene. I det neste og de deretter følgende lag blir ledergruppene rotert eller transponert fra lag til lag slik det er illustrert, idet den elektriske forbindelse mellom lagene, slik som f.eks. illustrert ved 69, sørger for riktig elektrisk sammenkobling mellom lagene av viklingen. Den forannevnte transponering av lederelementene innen hver ledergruppe gjør at impedansen blir mest mulig lik i de individuelle lederelementene, slik at strømmen fordeler seg likt og strøm-kapasiteten i superlederne utnyttes best mulig. Ytre strøm-tilkobling til viklingen totalt er vist ved henholdsvis 68A og 68B.
Fig. 12 er en illustrasjon av samme art som fig. 11, med skravering for å markere de lederelementer som inngår i en ledergruppe, hvor tre ledergrupper 74A,74B og 75 er spesielt indikert på denne figuren. Arrangementet her er basert på såkalt "pannekakeviklinger", dvs. et flertall flate, pakkelignende viklingsdeler som er plassert side om side i aksiell retning av den totale vikling. Således utgjør de viste ledergruppene 74A og 74B den første eller innerste vindingen i hver sin pannekake- eller pakke-viklingsdel. Hver slik pakkedel har dermed vesentlig større diameter enn aksiell dimensjon. Også ved denne viklingsutførelsen er det påkrevet med transponering, slik som vist ved 79 for forbindelsen mellom ledergruppen 75 og nabogruppen i den tilstøtende pakkedel eller pannekake. Ved 78A henholdsvis 78B er det vist tilkob-ling for påtrykning av strøm til denne viklingen. Det vil innsees at mulighetene er mange når det gjelder oppbygningen av lederen eller ledergruppen som danner de enkelte vindingene i viklingen, og arrangementet av viklingen som helhet, idet denne kan være mer eller mindre oppdelt eller seksjo-nert. Blant annet kan det være hensiktsmessig med tilpasning av viklingen for trefasedrift.
Claims (13)
1. Anordning for induksjonsoppvarming av pressbolt-f ormede emner (10) av elektrisk godt ledende og umagnetisk metall, særlig aluminium eller kobber, omfattende en vikling (1,21) innrettet til helt eller delvis å omslutte emnet (10), til å påtrykkes elektrisk vekselstrøm (8) fra en kraftforsyning, og til å kjøles ved hjelp av et kjølesystem (5,22) i det minste under oppvarmingen av emnet (10),
karakterisert ved
at viklingen (1,21) har vindinger som omfatter superledende materiale (40) og er omgitt av et varmeisolert kammer (3,33), at kjølesystemet (5,22) er innrettet til å holde viklingen på en temperatur i området 40-77°K, og at veksel-strømmens (8) frekvens er innrettet til å ligge i området for vanlige nettfrekvenser.
2. Anordning ifølge krav 1,
karakterisert ved
at kjølingen i kjølesystemet skjer med flytende nitrogen eller heliumgass som bringes til å sirkulere i hulrom (5) eller kjølekanaler nær viklingen (1) innenfor det varmeisolert e kammer (3).
3. Anordning ifølge krav 1,
karakterisert ved en kappe (22) av godt varmeledende, men elektrisk isolerende materiale, som har termisk kontakt med viklingen (21), og som nedkjøles ved hjelp av et kjøleaggregat (23) som er en del av kjøle-systemets kjølekrets.
4. Anordning ifølge krav 3,
karakterisert ved at kappen (22) er plassert i det vesenlige radielt innenfor viklingen (21) og fortrinnsvis utgjør et vesentlig bæreelement for viklingen (21) .
5. Anordning ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at kappen (22) er termisk forbundet med i det minste ett stavlignende kuldehode (26A,B) som er ført gjennom en vegg i det varmeisolerte kammer (33) , fortrinnsvis med et kuldehode (26A,B) ved hver ende av viklingen (21), og at kjøleaggregatet (23) har fluidforbindelse (23A,23B) med hvert kuldehode.
6. Anordning ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved midler (11,12) innrettet til i det minste delvis å strekke viklingens (21) resulteren-de magnetfelt mer ut aksielt ved endene av viklingen (21).
7. Anordning ifølge krav 6,
karakterisert ved at de nevnte midler omfatter elementer (11,12) av ferromagnetisk materiale plassert ved endene av viklingen (21).
8. Anordning ifølge krav 7,
karakterisert ved at elementene (11,12) av ferromagnetisk materiale er plassert utenfor det varmeisolerte kammer (33).
9. Anordning ifølge et av kravene 1-8, karakterisert ved at det superledende materialet (40) i vindingene (21,45) inngår i et båndformet lederelement (43A) med vesentlig større bredde enn tykkelse. (Fig. 10)
10. Anordning ifølge krav 9,
karakterisert ved at et antall av de båndformede lederelementene (43A-E,63A-C) er lagt sammen til en ledergruppe (45,65,75) som inngår i viklingen.
(Fig. 10, 11, 12)
11. Anordning ifølge krav 10,
karakterisert ved at en eller flere ledergrupper (45,75) er viklet opp i et flertall flate, pakkelignende deler (24A,B,C,44A,B,C,74A,B) med vesentlig større diameter enn aksiell dimensjon, og at plasseringen i ledergruppen er transponert (79) mellom aksielt tilstøtende pakkelignende viklingsdeler. (Fig. 12)
12. Anordning ifølge krav 10 eller 11, karakterisert ved at hvert båndformete lederelement (43B) er elektrisk isolert (49) i forhold til de tilstøtende lederelementene (43A,43C), og at hver ledergruppe (45,65,75) er elektrisk isolert (50). (Fig. 10)
13. Anordning ifølge krav 11 eller 12, karakterisert ved at det mellom de pakkelignende viklingsdeler (44A,B,C) er anbragt stav- eller skiveformede skilleelementer (48A,B,C) av termisk godt ledende, men elektrisk isolerende materiale. (Fig. 7)
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO995504A NO308980B1 (no) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | Anordning for induksjonsoppvarming |
EP00976447A EP1228670A1 (en) | 1999-11-11 | 2000-11-08 | Induction heating apparatus |
JP2001537314A JP2003514360A (ja) | 1999-11-11 | 2000-11-08 | 誘導加熱装置 |
PCT/NO2000/000376 WO2001035702A1 (en) | 1999-11-11 | 2000-11-08 | Induction heating apparatus |
US10/129,924 US6730893B1 (en) | 1999-11-11 | 2000-11-08 | Induction heating apparatus |
AU14226/01A AU1422601A (en) | 1999-11-11 | 2000-11-08 | Induction heating apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO995504A NO308980B1 (no) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | Anordning for induksjonsoppvarming |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO995504D0 NO995504D0 (no) | 1999-11-11 |
NO995504A NO995504A (no) | 2000-11-20 |
NO308980B1 true NO308980B1 (no) | 2000-11-20 |
Family
ID=19903964
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO995504A NO308980B1 (no) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | Anordning for induksjonsoppvarming |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6730893B1 (no) |
EP (1) | EP1228670A1 (no) |
JP (1) | JP2003514360A (no) |
AU (1) | AU1422601A (no) |
NO (1) | NO308980B1 (no) |
WO (1) | WO2001035702A1 (no) |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5148114B2 (ja) * | 2004-01-21 | 2013-02-20 | インダクトサーム・コーポレイション | 誘導加熱のためのビレット支持システム |
US7214912B1 (en) | 2005-08-18 | 2007-05-08 | Christine P. Suszczynski | Installation method and material system for inductive billet heating coils |
CN101438620B (zh) * | 2006-04-24 | 2011-12-07 | 感应加热有限公司 | 管状材料端部的电感应加热处理 |
DE102007034970B4 (de) * | 2007-07-26 | 2010-05-12 | Zenergy Power Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum induktiven Erwärmen zumindest eines Billets |
US8543178B2 (en) * | 2007-11-02 | 2013-09-24 | Ajax Tocco Magnethermic Corporation | Superconductor induction coil |
KR101532630B1 (ko) * | 2007-12-27 | 2015-06-30 | 인덕터히트 인코포레이티드. | 플럭스 보상기로 솔레노이드 코일에서 전도성 워크피스를 제어 전기 유도 가열하는 방법 및 장치 |
IT1402174B1 (it) * | 2010-09-02 | 2013-08-28 | Inova Lab S R L | Dispositivo per il riscaldamento ad induzione di una billetta |
CN103222337B (zh) * | 2010-09-23 | 2015-08-05 | 康讯公司 | 磁路间隙内的不连续工件的横向磁通电感应加热处理 |
WO2013128241A1 (en) * | 2012-03-01 | 2013-09-06 | Inova Lab S.R.L. | Device for induction heating of a billet |
US9316078B2 (en) * | 2012-10-23 | 2016-04-19 | Transocean Innovation Labs Ltd | Inductive shearing of drilling pipe |
US10756501B2 (en) | 2015-05-22 | 2020-08-25 | The Boeing Company | System and methods for heating a forming die |
CN111010756B (zh) * | 2019-11-26 | 2021-04-16 | 江西联创光电超导应用有限公司 | 一种加热导体胚料的方法和设备 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS52755A (en) * | 1975-06-24 | 1977-01-06 | Fuji Electric Co Ltd | Method and device for die heating |
JPH01217883A (ja) * | 1988-02-25 | 1989-08-31 | Jiyuuou:Kk | 誘導加熱コイル用ボビン |
JPH0687447B2 (ja) * | 1988-07-27 | 1994-11-02 | 三菱電機株式会社 | 超電導マグネツト装置 |
IT1229749B (it) | 1989-05-17 | 1991-09-10 | Giovanni Arvedi | Forno ad induzione di riscaldo ed omogeneizzazione della temperatura per la laminazione di nastri sottili di acciaio. |
DE4109818A1 (de) | 1990-12-22 | 1991-11-14 | Edwin Schmidt | Verfahren und vorrichtung zum tiefkuehlen elektrischer hohlleiter stromdurchflossener spulen |
EP0620570B1 (en) * | 1993-03-26 | 1997-02-12 | Ngk Insulators, Ltd. | Superconducting fault current limiter |
JP3333276B2 (ja) * | 1993-07-06 | 2002-10-15 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 磁束ジャンプ型限流器部材製造方法 |
JPH0831671A (ja) * | 1994-07-11 | 1996-02-02 | Nissin Electric Co Ltd | 超電導誘導電磁機器 |
US5781581A (en) * | 1996-04-08 | 1998-07-14 | Inductotherm Industries, Inc. | Induction heating and melting apparatus with superconductive coil and removable crucible |
-
1999
- 1999-11-11 NO NO995504A patent/NO308980B1/no not_active IP Right Cessation
-
2000
- 2000-11-08 AU AU14226/01A patent/AU1422601A/en not_active Abandoned
- 2000-11-08 WO PCT/NO2000/000376 patent/WO2001035702A1/en not_active Application Discontinuation
- 2000-11-08 JP JP2001537314A patent/JP2003514360A/ja active Pending
- 2000-11-08 US US10/129,924 patent/US6730893B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-11-08 EP EP00976447A patent/EP1228670A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU1422601A (en) | 2001-06-06 |
JP2003514360A (ja) | 2003-04-15 |
NO995504A (no) | 2000-11-20 |
NO995504D0 (no) | 1999-11-11 |
EP1228670A1 (en) | 2002-08-07 |
US6730893B1 (en) | 2004-05-04 |
WO2001035702A1 (en) | 2001-05-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO308980B1 (no) | Anordning for induksjonsoppvarming | |
CA1266094A (en) | Induction heating and melting systems having improved induction coils | |
JP4085307B2 (ja) | 誘導加熱装置用の断熱性ガス密封且つ真空密封チャンバ | |
US8112135B2 (en) | Superconductive electrical cable | |
KR910009176B1 (ko) | 고온로의 단열방법 | |
KR102032394B1 (ko) | 하나 이상의 초전도성 케이블을 구비한 장치 | |
US3600498A (en) | Superconductive cable for carrying either alternating or direct current | |
CN102254618A (zh) | 带有超导电缆的输电系统 | |
US4176238A (en) | Cooled multiphase ac cable | |
US3433878A (en) | Line transmission in arc furnaces | |
CN111212490B (zh) | 一种多工件同时加热的超导感应加热装置 | |
CN111225465B (zh) | 一种混合磁路超导感应加热装置 | |
US5668827A (en) | Crucible for induction melting | |
JPH02119013A (ja) | 複合極低温導電体 | |
CN115862994B (zh) | 一种径向加固的饼式结构磁体及其形成方法 | |
SU748918A1 (ru) | Устройство дл индукционного нагрева | |
KR100498972B1 (ko) | 고온 초전도 케이블과 그의 제조 방법 | |
JPH0341705A (ja) | 超伝導磁石内でクエンチを伝搬する装置 | |
Runde et al. | MgB2 coils for a DC superconducting induction heater | |
CN111315054B (zh) | 基于分裂式铁芯的多工件同时加热的超导感应加热装置 | |
MXPA02004830A (es) | Cables de energia de rotor super conductor de alta temperatura. | |
RU2413319C2 (ru) | Сверхпроводящий провод типа "кабель в оболочке" (кабель-кондуит) | |
MX2007011073A (es) | Cable superconductor y sistema de transmision de energia de corriente continua que incorpora el cable superconductor. | |
US3736656A (en) | Method of manufacturing asymmetrical superconductive cables for carrying either alternating or direct current | |
JP2005267863A (ja) | 誘導加熱装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |