KR100682981B1 - 다이캐스팅 머신용 고주파 유도 가열 장치의 유도 코일권취 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고주파 유도 가열 장치에 관한 것으로, 고주파 교류전원과 연결된 유도 코일에 고주파 전류를 인가하여, 마그네슘, 아연, 또는 알루미늄 등 저융점 금속을 구즈넥(gooseneck), 노즐(nozzle) 또는 금형 등 피열물 내부에서 가열하는 다이캐스팅머신용 고주파 유도 가열 장치에 있어서, 상기 유도 코일을 구즈넥(gooseneck), 노즐(nozzle) 또는 금형 등 피열물 외주면으로 부터 일정한 거리만큼 이격시켜 나선형으로 권취하고 유도 코일 주위를 단열부재로 충전하되, 나선형으로 권취된 유도 코일의 각 권선 사이에는 각 권선이 피가열물 및 인접 권선으로 부터 균일한 거리 만큼 이격되어 유지될 수 있게 지지하는 절연소재의 스페이서를 삽입하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 의하면, 피열물을 전영역에서 균일하게 가열할 수 있고, 단열부재 충전 도중 코일과 피가열물간 및 코일의 인접 권선간의 단락을 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 단열부재의 크랙을 예방할 수 있는 장점이 있다.

다이캐스팅, 고주파 유도 가열

Description

다이캐스팅 머신용 고주파 유도 가열 장치의 유도 코일 권취 구조{INDUCTION COIL WINDING STRUCTURE OF HIGH FREQUENCY INDUCTION HEATING DEVISE FOR DIECASTING MACHINE}

도 1은 고융점 금속선을 유도 코일로 사용하는 다이캐스팅 머신용 고주파 유도 가열 장치의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2a는 도 1에 도시된 다이캐스팅 머신용 고주파 유도 가열 장치의 유도 코일 권취 구조를 보여 주는 사시도이다.

도 2b는 도 2a의 측면도이다.

도 2c는 도 2b의 A-A'절단선에 대한 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 노즐 12 : 단열 부재

14b : 유도 코일 18 : 콘넥터

20 : 스페이서 22 : 연결바

24 : 너트 26 : 코일삽입홈

40 : 고주파 교류전원

본 발명은 고주파 유도 가열 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 마그네슘, 아연, 또는 알루미늄 등 저융점 금속 성형용 다이캐스팅 머신의 구즈넥(gooseneck), 노즐(nozzle), 또는 금형을 가열하는데 사용하는 고주파 유도 가열 장치의 유도 코일 권취 구조에 관한 것이다.

인버터 등에 의하여 고주파 교류 전류를 발생시킨 후 피열물 주위에 설치한 유도 코일에 그 고주파 교류 전류를 흘려 주어, 피열물에 와전류 손실과 히스테레시스 손실(자성체의 경우)을 유도(induction)함으로써, 피열물에 열을 발생시키는 것을 고주파 유도 가열이라고 한다.

고주파 유도 가열 장치는 짧은 온도 상승 시간, 용이한 가열 온도 제어 등의 편의성으로 인하여, 마그네슘, 아연, 또는 알루미늄 등 저융점 금속 성형용 다이캐스팅 머신의 구즈넥(gooseneck), 노즐(nozzle) 또는 금형(이하, 이들을 "피열물"이라고 함)의 예열 또는 가열 장치로도 널리 사용된다. 상기 구즈넥(gooseneck)은 성형금속의 용해로로 부터 용융금속을 노즐에 투입하는 장치이다. 다이캐스팅 과정에서 구즈넥(gooseneck), 노즐(nozzle) 및 금형은 언제나 일정 온도를 유지하여 성 형금속이 경화되지 않게 해야 한다.

고주파 유도 가열 장치에 사용되는 유도 코일로는 동파이프(銅 pipe)를 사용하여 왔다. 그러나, 동파이프를 유도 코일로 사용하는 경우 성형금속의 요구되는 가열 온도가 400℃ 이상인 때에는 동파이프가 산화되어 손상되므로, 동파이프의 내부에 물이나 공기(air)를 통과시켜, 유도 코일이 산화점(약 400℃) 이상으로 과열되지 않도록 냉각시켜 왔다. 그러나, 상기 냉각장치로 부터 공급되는 물은 유도 코일을 냉각시킬 뿐만 아니라, 피열물의 주변 온도를 상당 수준 떨어 뜨려, 떨어진 온도를 보상할 수 있는 만큼의 전류를 더 공급해 줘야 하므로, 많은 전기 에너지 를 소모하는 문제점과, 유도 코일을 감싸고 있는 단열부재는 유도 코일 내부를 순환하는 물에 의하여 냉각됨에 반하여 노즐에서는 고온이 유지되므로, 노즐이 열팽창하는 동시에 단열부재는 냉각으로 수축되는 현상이 나타나 노즐 또는 단열부재에 크랙이나 변형이 발생하는 문제점이 있었다. 뿐만 아니라, 마그네슘 성형용 다이캐스팅 머신의 경우, 물을 이용한 유도 코일 냉각은 마그네슘의 폭파 가능성이라는 또 다른 문제점도 안고 있었다. 마그네슘은 물과 접촉할 경우 급속히 산화되어 폭발하기 때문이다. 특히, 가열중 냉각수의 원활한 공급이 안될 경우 유도 코일이 산화되어 파손될 수 있고, 이는 물의 비산을 초래하여 마그네슘의 폭발을 야기할 수 있는 것이다.

본원 출원인은 한국 특허 제 0530829 호 발명에서 코일의 냉각 장치가 필요 없는 다이캐스팅 머신용 고주파 유도 가열 장치를 개시한 바 있다. 본 발명은 제 0530829 호 발명을 양산화는 과정에서 유도 코일의 권취 구조를 개선한 발명이다.

본 발명은 한국 특허 제 0530829 호 발명을 개선하는 발명으로, 피열물의 전영역에 균일한 와전류를 유도하여 피열물이 각 부분에서 균일한 온도를 유지할 수 있는 다이캐스팅 머신용 고주파 가열 장치의 유도 코일 권취 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 단열부재 충전 도중 유도 코일과 피가열물간 및 유도 코일의 인접 권선간의 단락을 예방할 수 있는 다이캐스팅 머신용 고주파 가열 장치의 유도 코일 권취 구조를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 고주파 교류전원의 인가로 단열부재가 가열된 후 고주파 교류전원의 차단으로 단열부재가 냉각되는 과정에서 발생하는 단열부재의 크랙발생을 예방할 수 있는 다이캐스팅 머신용 고주파 가열 장치의 유도 코일 권취 구조를 제공하는 데 있다.

상술한 목적을 달성하고자 하는 본 발명은

고주파 교류전원과 연결된 유도 코일에 고주파 전류를 인가하여, 마그네슘, 아연, 또는 알루미늄 등 저융점 금속을 구즈넥(gooseneck), 노즐(nozzle) 또는 금형 등 피열물 내부에서 가열하는 다이캐스팅머신용 고주파 유도 가열 장치에 있어서,

상기 유도 코일을 구즈넥(gooseneck), 노즐(nozzle) 또는 금형 등 피열물 외주면으로 부터 일정한 거리만큼 이격시켜 나선형으로 권취하고 유도 코일 주위를 단열부재로 충전하되, 나선형으로 권취된 유도 코일의 각 권선 사이에는 각 권선이 피가열물 및 인접 권선으로 부터 균일한 거리 만큼 이격되어 유지될 수 있게 지지하는 절연소재의 스페이서를 삽입하는 것을 특징으로 한다.

상기 스페이서는 4각 기둥형상을 갖으며, 권선 접촉면에는 내측으로 요입된 코일삽입홈이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 각 권선 사이에 삽입되는 스페이서의 코일삽입홈 외측에는 각 스페이서를 일렬로 연결하는 연결바가 관통하여 설치되고, 그 양단에는 너트가 체결되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 고융점 금속선을 유도 코일로 사용하는 다이캐스팅 머신용 고주파 유도 가열 장치의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도를, 도 2a는 도 1에 도시된 다이캐스팅 머신용 고주파 유도 가열 장치의 유도 코일 권취 구조를 보여 주는 사시도를, 도 2b는 도 2a의 측면도를, 도 2c는 도 2b의 A-A'절단선에 대한 단면도를 각각 나타낸다.

도 1 내지 도 2c에서는 피열물이 노즐(nozzle)(10)인 경우를 예시적으로 설명한다. 그러나, 이하의 설명은 구즈넥(gooseneck), 금형 등 다른 피열물에도 그대로 적용된다.

도 1에 도시된 고주파 유도 가열 장치는 유도 코일(14b)로 단일 가닥의 굵은 고융점 금속선을 사용한 노즐용 고주파 유도 가열 장치를 나타낸다. 상기 고융점 금속선 유도 코일(14b)은 니켈선, 니켈합금선 또는 철크롬선 가운데서 선택된다. 상기 고주파 교류전원이 인가될 경우, 상기 유도 코일(14b)에서 발생하는 일정량의 주울열(joule heat)은 단열부재를 노즐(10)의 보온층으로 만들어 준다. 이에 따라, 고주파 교류전원이 인가된 상태에서는 노즐(10)과 단열부재(12)간에 온도 편차가 줄어 들게 되어 노즐 또는 단열부재의 크랙(crack) 및 변형을 예방하여 준다. 그러나, 고주파 교류전원을 차단할 경우, 유도 코일(14b)에 인접한 부분의 단열부재에서 크랙(crack)이 발생할 수 있다. 또한, 노즐 주위에 유도 코일(14b)을 권취하고, 단열부재(12)을 몰딩(molding)하는 과정에서, 유도 코일(14b)의 간 권선간에 거리 가 일정하지 않거나, 유도 코일(14b)의 각 권선과 노즐 표면 간의 거리가 일정하지 않으면, 노즐의 각 부분에서 균일한 와전류 손실과 히스테레시스 손실이 일어 나기 어렵게 된다. 이는 노즐에서 발생하는 열의 불균일을 의미하고, 노즐의 불균일한 가열은 성형금속이 이송 중에 부분적으로 경화됨을 의미한다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 상기 유도 코일(14b)은 외주면으로 부터 일정한 거리만큼 이격시켜 나선형으로 권취하고, 그 양단을 상기 고주파 교류전원(40)에 연결한다. 본 발명의 다른 특징은 나선형으로 권취된 유도 코일의 각 권선 사이에 각 권선이 피가열물 및 인접 권선으로 부터 균일한 거리 만큼 이격되어 유지될 수 있게 지지하는 절연소재의 스페이서(20)를 삽입한 데 있다. 상기 스페이서(20)는 다양한 형상으로 성형될 수 있으나, 도 4a에 도시된 바와 같이, 4각 기둥형상을 갖으며, 권선 접촉면에는 내측으로 요입된 코일삽입홈(26)이 형성된 것이 바람직하다. 이렇게 구성함으로써, 단열부재 충전 도중 코일과 피가열물간 및 코일의 인접 권선간의 단락을 예방할 수 있고, 노즐 전체에 대하여 균일한 와전류 및 유도열을 발생시켜 성형금속이 균일하게 용융되는 장점이 있다.

상기 유도 코일(14b) 주위 및 외측은 단열부재(12)를 채워 유도코일(14b)이 단열부재(12) 내부에 함몰되게 성형한다. 그러나, 유도 코일(14b)은 조각으로 분리된 스페이서(20)에 의하여 지지되므로, 유도 코일(14b)에 인가되던 전원이 차단된 경우에도 단열부재에 크랙이 발생하지 않게 된다.

도면에는 도시하지 않았지만, 상기 단열부재(12)의 외측에는 스테인레스, 알루미늄 등의 비철 금속 소재의 케이싱을 더 마련하여, 외부 충격에 의한 단열부재(12)의 손상을 막고, 비산된 용융금속이 단열부재 내부에 침투되어 단열부재(12) 또는 유도 코일(14b)을 훼손시키는 것을 예방하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각 권선 사이에 삽입되는 스페이서(20)의 하부에는 각 스페이서(20)를 일렬로 연결하는 연결바(22)가 관통하여 설치된 것이 바람직하다. 이 때, 상기 연결바(22)의 양단에는 나사를 형성하고 너트(24)를 체결하여 고정하는 것이 바람직하다.

상기 스페이서(20)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 노즐(10) 외주면에 3열로 삽입할 수 있지만 필요에 따라, 1열, 2열, 또는 4열 내지 10열, 또는 그 이상의 열을 삽입할 수도 있다.

도 4c를 참조하면, 상술한 구성에 의하여, 유도 코일(14b)의 권선간 간격 및 각 권선과 노즐(10)간의 간격이 균일하게 유지되므로, 노즐(10)의 각 지점에서 균일한 열이 발생하게 되고, 결과적으로 노즐을 통과하는 성형금속도 균일하게 용융될 수 있는 것이다.

상술한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 피열물을 전영역에서 균일하게 가열할 수 있고, 단열부재 충전 도중 코일과 피가열물간 및 코일의 인접 권선간의 단락을 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 단열부재의 크랙을 예방할 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 고주파 교류전원과 연결된 유도 코일에 고주파 전류를 인가하여, 마그네슘, 아연, 또는 알루미늄 등 저융점 금속을 구즈넥(gooseneck), 노즐(nozzle) 또는 금형 등 피열물 내부에서 가열하는 다이캐스팅머신용 고주파 유도 가열 장치에 있어서,

   상기 유도 코일은 구즈넥(gooseneck), 노즐(nozzle) 또는 금형 등 피열물 외주면으로 부터 일정한 거리만큼 이격시켜 나선형으로 권취하고 유도 코일 주위를 단열부재로 충전하되, 나선형으로 권취된 유도 코일의 각 권선 사이에는 각 권선이 피가열물 및 인접 권선으로 부터 균일한 거리 만큼 이격되어 유지될 수 있게 지지하는 절연소재의 스페이서를 삽입한 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 머신용 고주파 유도 가열 장치의 유도 코일 권취 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스페이서는 4각 기둥형상을 갖으며, 권선 접촉면에는 내측으로 요입된 코일삽입홈이 형성된 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 머신용 고주파 유도 가열 장치의 유도 코일 권취 구조.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 각 권선 사이에 삽입되는 스페이서의 상기 코일삽입홈 외측에는 각 스페이서를 일렬로 연결하는 연결바가 관통하여 설치된 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 머신용 고주파 유도 가열 장치의 유도 코일 권취 구조.

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