KR100723729B1 - 통합형 유도가열 열처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 통합형 유도가열 열처리 장치에 관한 것이다.
본 발명은 스위칭 소자의 스위칭 시간이 일치하도록 스위칭 시간에 대한 정보를 교환하도록 연결된 다수 개의 제어장치; 다수 개의 제어장치와 각각 연결되고, 출력단 간에 직렬로 연결되며, 다수 개의 제어장치 각각의 제어에 따라 각각 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 전달하는 다수 개의 전원장치; 다수 개의 유도가열 열처리 장치의 최대 출력의 합으로 금속을 가열하는 통합 가열코일; 및 다수 개의 전원장치의 출력단과 1 차측으로 연결되고, 통합 가열코일과 2 차측으로 연결되며, 다수 개의 전원장치의 등가 임피던스와 통합 가열코일의 등가 임피던스를 변경하여 다수 개의 전원장치와 통합 가열코일을 정합(Matching)하는 통합 변류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬로 연결된 통합형 유도가열 열처리 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 사용 회수가 적은 제품의 열처리를 위해 큰 최대 출력을 갖는 유도가열 열처리 장치를 구비해야 하고 그로 인한 각종 비용을 투자해야 하는 비효율을 극복하여 효율적으로 유도가열 열처리 장치를 운용할 수 있다.
유도가열, 열처리, 독립형, 통합형, 인버터, 직렬공진, 병렬공진, 변류기
Description
도 1은 통상적인 방식의 유도가열 열처리 장치의 운용 예를 설명하기 위한 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 통합형 유도가열 열처리 장치를 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 직렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치를 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 직렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치의 회로를 예시적으로 나타낸 회로도,
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 병렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치를 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 병렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치의 회로를 예시적으로 나타낸 회로도,
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 통합형 유도가열 열처리 장치를 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 통합형 유도가열 열처리 장치를 간략 하게 나타낸 블록 구성도,
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 통합형 유도가열 열처리 장치의 활용예를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110: 제 1 제어장치 112: 제 2 제어장치
114: 제 3 제어장치 120: 제 1 전원장치
122: 제 2 전원장치 124: 제 3 전원장치
130: 제 1 변류기 132: 제 2 변류기
134: 제 3 변류기 140: 제 1 가열코일
142: 제 2 가열코일 144: 제 3 가열코일
210: 연결부 220: 통합 변류기
230: 통합 가열코일 420, 422, 424: 스위칭부
440, 442, 444: 캐패시터 450: 인덕터
본 발명은 통합형 유도가열 열처리 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 전자유도를 이용하여 금속을 가열하는 유도가열 열처리 장치에 있어서, 독립적으로 운전되는 여러 개의 유도가열 열처리 장치를 직렬 또는 병렬로 통합 연결함으로써 작은 최대 출력을 갖는 여러 개의 유도가열 열처리 장치를 이용하여 각각의 최대 출력을 합한 만큼의 큰 최대 출력을 필요로 하는 제품을 열처리할 수 있도록 하는 통합형 유도가열 열처리 장치에 관한 것이다.
유도가열 열처리 장치는 금속 등의 도전체에 가열코일을 감고, 도전체를 감싸는 가열코일에 고주파의 교류 전류를 흐르게 함으로써, 고주파의 교류 전류로 인해 도전체에 발생하는 와전류 손실과 히스테리시스(Hysteresis) 손실에 따른 저항에 의하여 발생하는 열을 이용하여 도전체를 가열하는 열처리 장치이다. 즉, 유도가열 열처리 장치는 교류 전류에 의해 발생하는 열에너지를 이용하여 피가열(금속 또는 도전체) 물질을 가열함으로써 열처리하는 장치를 말하며, 특히 고주파 전류를 이용한 것을 유도가열 열처리 장치라 한다. 이러한 유도가열 열처리 장치는 전자산업과 반도체산업의 발전으로 소형화, 저전력화하고 있고, 그 신뢰성이 높아지고 있다.
유도가열 열처리 장치는 초기의 MG(Motor Generator) 방식에서 진공관 방식으로, 진공관 방식에서 실리콘 제어 정류기(Silicon Controlled Rectifier) 방식으로 변화를 거듭해 왔으며, 반도체 소자가 개발됨에 따라 반도체 소자를 채용하여 발전을 거듭해 왔다.
한편, 유도가열 열처리 장치는 통상적으로 금속의 가열, 용해, 표면처리, 브레이징(Brazing), 솔더링(Soldering), 단결정 성장장치, 가정용 유도가열 밥솥 등의 다양한 용도로 사용된다. 특히, 공장 등에서 금속을 가열하기 위해 많이 사용되고 있다. 유도가열 열처리 장치를 이용하여 금속을 가열하기 위해서는 금속을 가열코일로 감싼 후, 가열코일에 고주파의 교류 전류를 흘려주어야 한다. 따라서, 유도 가열 열처리 장치는 고주파의 교류 전류를 공급할 수 있는 전원장치를 구비해야 하고, 금속을 정밀하게 가열하기 위해서는 정밀한 고주파의 교류 전류를 공급할 수 있어야 한다.
통상적으로 유도가열 열처리 장치는 가열하고자 하는 제품에 따라 그 출력이 정해져 있다. 즉, 통상적으로 공장 등에서 생산되는 제품은 그 종류와 수량이 한정되어 있기 때문에 제한적인 종류와 수량의 제품을 가열하기 위한 유도가열 열처리 장치가 설치되어 사용된다. 따라서, 유도가열 열처리 장치는 제품을 열처리할 수 있는 최대 용량 즉, 최대 출력(고주파 교류 전류를 이용하여 열처리하기 때문에)이 정해져서 생산되고 사용된다.
즉, 예를 들면, 가열하고자 하는 여러 개의 제품이 500 KW의 최대 출력을 갖는 유도가열 열처리 장치를 필요로 한다면, 제품을 열처리하고자 하는 사용자는 최대 출력이 500 KW인 여러 개의 유도가열 열처리 장치를 구비하여 제품을 가열한다. 만약 최대 출력이 1000 KW인 유도가열 열처리 장치가 있다면, 그를 이용하여 500 KW의 최대 출력이 필요한 제품을 가열할 수도 있다.
하지만, 최대 출력이 1000 KW인 유도가열 열처리 장치는 최대 출력이 500 KW인 유도가열 열처리 장치보다 구매 가격 또는 생산 가격이 상대적으로 더 비싸다. 즉, 사용자의 입장에선 최대 출력이 1000 KW인 유도가열 열처리 장치를 구비하는 것이 최대 출력이 500 KW인 유도가열 열처리 장치를 구비하는 것보다 많은 설비 투자비를 필요로 한다. 최대 출력이 1000 KW인 유도가열 열처리 장치에는 높은 출력 전력(출력 전압 및 출력 전류)에 적합한 부품이 필요하기 때문에 그 가격이 비싸 고, 비싼 가격에 구매하더라도 공장 등에서 이를 운용하려면 전력을 인입하기 위한 투자비나 이를 위한 부대 설비를 갖추는 데 많은 투자비가 필요하다.
한편, 제품을 가열하는 공장 등에서는 통상적으로 작은 출력으로 열처리해야 하는 제품의 수량은 많지만, 큰 출력으로 열처리해야 하는 제품의 수량은 상대적으로 적다. 따라서, 통상적으로는 작은 출력으로 열처리해야 하는 제품을 위해 여러 대의 작은 최대 출력을 갖는 유도가열 열처리 장치를 구비하고, 큰 출력으로 열처리해야 하는 제품을 위해서는 단지 몇 개의 큰 최대 출력을 갖는 유도가열 열처리 장치를 구비한다.
따라서, 전술한 바와 같이 큰 출력으로 열처리해야 하는 제품의 수량은 적기 때문에, 큰 최대 출력을 갖는 유도가열 열처리 장치는 큰 출력이 필요할 때에만 자신의 최대 출력으로 운전되고, 평상시에는 자신의 최대 출력보다 작은 출력으로 운전된다. 즉, 자신의 최대 출력으로 운전되는 시간은 아주 잠시 동안이고, 평상시에는 자신의 최대 출력에 훨씬 못 미치는 출력으로 운전된다.
하지만, 전술한 바와 같이 유도가열 열처리 장치는 그 최대 출력에 따라 필요로 하는 투자비가 비싸기 때문에, 사용자 입장에서는 제한적인 숫자의 제품을 열처리하기 위해 비싼 가격으로 큰 최대 출력을 갖는 유도가열 열처리 장치를 구매하는 것은 운영에 커다란 비효율을 가져오는 문제점이 있다.
도 1은 통상적인 방식의 유도가열 열처리 장치의 운용 예를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
1A는 세 개의 최대 출력이 500 KW인 유도가열 열처리 장치를 독립적으로 운 용하는 예를 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이 각각의 유도가열 열처리 장치가 독립적으로 최대 500 KW의 출력으로 동작하여 제품을 열처리한다.
통상적으로 유도가열 열처리 장치는 크게 제품 즉, 금속 또는 전도체를 감싸고, 전자유도에 의해 금속 또는 전도체를 가열하는 가열코일, 가열코일에 고주파 교류 전류를 공급하는 전원장치, 가열코일의 임피던스를 변경하여 전원장치와 가열코일을 정합(Matching)하기 위한 변류기(CT: Current Transformer, 또는 '변성기'라 칭한다), 전원장치를 제어하여 가열코일에 공급되는 고주파 교류 전류를 제어하는 제어장치 등으로 구성된다.
1A에는 제 1 유도가열 열처리 장치 내지 제 3 유도가열 열처리 장치를 나타냈다. 제 1 유도가열 열처리 장치 내지 제 3 유도가열 열처리 장치는 최대 출력이 500 KW이고 각각 독립적으로 운전되어 각각 제품을 열처리한다.
1B는 한 개의 최대 출력이 1500 KW인 유도가열 열처리 장치를 독립적으로 운용하는 예를 나타낸 것이다. 1A와 같이 최대 출력이 500 KW인 유도가열 열처리 장치를 3 개로 운용하더라도 제품을 열처리하는 데 최대 출력이 1500 KW가 필요한 경우 1A에 나타낸 3 개의 유도가열 열처리 장치만으로는 그 제품을 열처리할 수 없고, 1B에 나타낸 바와 같이 최대 출력이 1500 KW인 유도가열 열처리 장치를 추가로 구매 및 생산하여 사용해야 한다.
도 1에서는 최대 출력이 500 KW인 유도가열 열처리 장치와 최대 출력이 1500 KW인 유도가열 열처리 장치를 블록으로 간략하게 나타냈기 때문에 별다른 차이가 없어 보일 수도 있지만, 실제로는 각 장치에 필요한 부품의 정격 용량, 크기가 다 르기 때문에 전체 크기나 가격에 큰 차이가 있고, 그로 인해 발생하는 투자비는 크게 상승한다.
따라서, 전술한 바와 같이 큰 출력으로 열처리해야 하는 제품의 수량이 극히 제한적인 상황을 대비해서, 도 1에서와 같이 큰 최대 출력을 갖는 유도가열 열처리 장치를 추가로 구매하여 일시적으로만 큰 출력으로 운용하고, 평상시에는 작은 출력으로 운용하는 것은 설비 운용에 커다란 비효율을 초래하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 전자유도를 이용하여 금속을 가열하는 유도가열 열처리 장치에 있어서, 독립적으로 운전되는 여러 개의 유도가열 열처리 장치를 직렬 또는 병렬로 통합 연결함으로써 작은 최대 출력을 갖는 여러 개의 유도가열 열처리 장치를 이용하여 각각의 최대 출력을 합한 만큼의 큰 최대 출력을 필요로 하는 제품을 열처리할 수 있도록 하는 통합형 유도가열 열처리 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터를 포함하는 전원장치, 인버터의 스위칭 소자를 제어하여 전원장치의 출력을 제어하는 제어장치, 전원장치로부터 교류 전원을 전달받아 전자유도를 이용하여 금속을 가열하는 가열코일 및 전원장치와 가열코일 간의 임피던스를 변경하여 상호 간을 정합(Matching)하는 변류기를 포함하며, 일정한 최대 출력을 갖고 독립적으로 운전되는 다수 개의 유도가열 열처리 장치를 통합 연결하여 열처리하는 장치로서, 스위칭 소자의 스위칭 시간이 일치하도록 스위칭 시간에 대한 정보를 교환하도록 연결된 다수 개의 제어장치; 다수 개의 제어장치와 각각 연결되고, 출력단 간에 직렬로 연결되며, 다수 개의 제어장치 각각의 제어에 따라 각각 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 전달하는 다수 개의 전원장치; 다수 개의 유도가열 열처리 장치의 최대 출력의 합으로 금속을 가열하는 통합 가열코일; 및 다수 개의 전원장치의 출력단과 1 차측으로 연결되고, 통합 가열코일과 2 차측으로 연결되며, 다수 개의 전원장치의 등가 임피던스와 통합 가열코일의 등가 임피던스를 변경하여 다수 개의 전원장치와 통합 가열코일을 정합(Matching)하는 통합 변류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬로 연결된 통합형 유도가열 열처리 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 목적에 의하면, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터를 포함하는 전원장치, 인버터의 스위칭 소자를 제어하여 전원장치의 출력을 제어하는 제어장치, 전원장치로부터 교류 전원을 전달받아 전자유도를 이용하여 금속을 가열하는 가열코일 및 전원장치와 가열코일 간의 임피던스를 변경하여 상호 간을 정합(Matching)하는 변류기를 포함하며, 일정한 최대 출력을 갖고 독립적으로 운전되는 다수 개의 유도가열 열처리 장치를 통합 연결하여 열처리하는 장치로서, 스위칭 소자의 스위칭 시간이 일치하도록 스위칭 시간에 대한 정보를 교환하도록 연결된 다수 개의 제어장치; 다수 개의 제어장치와 각각 연결되고, 출력단 간에 병렬로 연결되며, 다수 개의 제어장치 각각의 제어에 따라 각각 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 전달하는 다수 개의 전원장치; 다수 개의 유도가열 열처리 장치의 최대 출력의 합으로 금속을 가열하는 통합 가열코일; 및 다수 개의 전원장치의 출력단과 1 차측으로 연결되고, 통합 가열코일과 2 차측으로 연결되며, 다수 개의 전원장치의 등가 임피던스와 통합 가열코일의 등가 임피던스를 변경하여 다수 개의 전원장치와 통합 가열코일을 정합(Matching)하는 통합 변류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬로 연결된 통합형 유도가열 열처리 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적에 의하면, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터를 포함하는 전원장치, 인버터의 스위칭 소자를 제어하여 전원장치의 출력을 제어하는 제어장치, 전원장치로부터 교류 전원을 전달받아 전자유도를 이용하여 금속을 가열하는 가열코일 및 전원장치와 가열코일 간의 임피던스를 변경하여 상호 간을 정합(Matching)하는 변류기를 포함하며, 일정한 최대 출력을 갖고 독립적으로 운전되는 다수 개의 유도가열 열처리 장치를 통합 연결하여 열처리하는 장치로서, 스위칭 소자의 스위칭 시간이 일치하도록 스위칭 시간에 대한 정보를 교환하도록 연결된 다수 개의 제어장치; 다수 개의 제어장치와 각각 연결되고, 다수 개의 제어장치 각각의 제어에 따라 각각 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 전달하는 다수 개의 전원장치; 다수 개의 유도가열 열처리 장치의 최대 출력의 합으로 금속을 가열하는 통합 가열코일; 및 1 차측은 다수 개의 전원장치와 각각 연결되고, 2 차측은 상호 간에 직렬로 연결되며, 각각의 전원장치의 등가 임피던스와 통합 가열코일의 등가 임피던스를 변경하여 각각의 전원장치와 통합 가열코일을 정합(Matching)하는 다수 개의 변류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬로 연결된 변류기의 통합형 유도가열 열처리 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적에 의하면, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터를 포함하는 전원장치, 인버터의 스위칭 소자를 제어하여 전원장치의 출력을 제어하는 제어장치, 전원장치로부터 교류 전원을 전달받아 전자유도를 이용하여 금속을 가열하는 가열코일 및 전원장치와 가열코일 간의 임피던스를 변경하여 상호 간을 정합(Matching)하는 변류기를 포함하며, 일정한 최대 출력을 갖고 독립적으로 운전되는 다수 개의 유도가열 열처리 장치를 통합 연결하여 열처리하는 장치로서, 스위칭 소자의 스위칭 시간이 일치하도록 스위칭 시간에 대한 정보를 교환하도록 연결된 다수 개의 제어장치; 다수 개의 제어장치와 각각 연결되고, 다수 개의 제어장치 각각의 제어에 따라 각각 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 전달하는 다수 개의 전원장치; 다수 개의 유도가열 열처리 장치의 최대 출력의 합으로 금속을 가열하는 통합 가열코일; 및 1 차측은 다수 개의 전원장치와 각각 연결되고, 2 차측은 상호 간에 병렬로 연결되며, 각각의 전원장치의 등가 임피던스와 통합 가열코일의 등가 임피던스를 변경하여 각각의 다수 개의 전원장치와 통합 가열코일을 정합(Matching)하는 다수 개의 변류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬로 연결된 변류기의 통합형 유도가열 열처리 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적에 의하면, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터를 포함하는 전원장치, 인버터의 스위칭 소자를 제어하여 전원장치의 출력을 제어하는 제어장치, 전원장치로부터 교류 전원을 전달받아 전자유도를 이용하여 금속을 가열하는 가열코일 및 전원장치와 가열코일 간의 임피던스를 변경하여 상호 간을 정합(Matching)하는 변류기를 포함하며, 일정한 최대 출력을 갖고 독립적으로 운전되는 다수 개의 유도가열 열처리 장치를 통합 연결하여 열처리하는 장치로서, 스위칭 소자의 스위칭 시간이 일치하도록 스위칭 시간에 대한 정보를 교환하도록 연결된 다수 개의 제어장치; 다수 개의 제어장치와 각각 연결되고, 출력단 간에 직렬로 연결되며, 다수 개의 제어장치 각각의 제어에 따라 각각 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 전달하는 다수 개의 전원장치; 및 다수 개의 전원장치와 연결되어 다수 개의 독립형 유도가열 열처리 장치의 최대 출력의 합으로 금속을 가열하는 통합 가열코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬로 연결된 무변류기의 통합형 유도가열 열처리 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적에 의하면, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터를 포함하는 전원장치, 인버터의 스위칭 소자를 제어하여 전원장치의 출력을 제어하는 제어장치, 전원장치로부터 교류 전원을 전달받아 전자유도를 이용하여 금속을 가열하는 가열코일 및 전원장치와 가열코일 간의 임피던스를 변경하여 상호 간을 정합(Matching)하는 변류기를 포함하며, 일정한 최대 출력을 갖고 독립적으로 운전되는 다수 개의 유도가열 열처리 장치를 통합 연결하여 열처리하는 장치로서, 스위칭 소자의 스위칭 시간이 일치하도록 스위칭 시간에 대한 정보를 교환하도록 연결된 다수 개의 제어장치; 다수 개의 제어장치와 각각 연결되고, 출력단 간에 병렬로 연결되며, 다수 개의 제어장치 각각의 제어에 따라 각각 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 전달하는 다수 개의 전원장치; 및 다수 개의 전원장치와 연결되어 다수 개의 독립형 유도가열 열처리 장치의 최대 출력의 합으로 금속을 가열하는 통합 가열코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬로 연결된 무변류기의 통합형 유도가열 열처리 장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 제 1 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 이하에서는 본 발명의 제 1 실시예를 설명하는 데 있어서, 설명의 편의를 위해 3 개의 독립적으로 운전되는 유도가열 열처리 장치(이하 '독립형 유도가열 열처리 장치'라 칭함)를 통합하여 연결함으로써 통합형 유도가열 열처리 장치를 구성하는 것으로 가정한다. 단, 본 발명은 이러한 가정에 한정되는 것이 아니라, 2 개 내지 N 개의 독립형 유도가열 열처리 장치를 통합 연결하여 사용할 수 있을 것이다.
또한, 이하에서는 본 발명의 제 1 실시예를 설명하는 데 있어서, 설명의 편의를 위해 각 독립형 유도가열 열처리 장치의 최대 출력은 500 KW라고 가정한다. 하지만, 본 발명은 이러한 가정에 한정되는 것이 아니라, 최대 출력이 200 KW 또는 1000 KW인 독립형 유도가열 열처리 장치를 통합하여 사용할 수도 있을 것이다. 즉, 독립형 유도가열 열처리 장치의 최대 출력은 그 제한이 없고, 통합형 유도가열 열처리 장치는 각 독립형 유도가열 열처리 장치의 최대 출력의 합만큼을 최대 출력으로 하여 운전될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 통합형 유도가열 열처리 장치를 간략 하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 통합형 유도가열 열처리 장치는 도 1에서 나타낸 독립형 유도가열 열처리 장치를 통합하여 연결함으로써 각각의 독립형 유도가열 열처리 장치의 최대 출력의 합만큼의 출력을 최대 출력으로 하여 운전되는 유도가열 열처리 장치이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 통합형 유도가열 열처리 장치는 제 1 제어장치(110) 내지 제 3 제어장치(114) 및 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)를 포함하고, 연결부(210), 통합 변류기(220) 및 통합 가열코일(230)을 추가로 포함한다.
여기서, 도 1을 통해 설명한 바와 같이, 제 1 제어장치(110), 제 1 전원장치(120)는 제 1 독립형 유도가열 열처리 장치의 구성요소이고, 마찬가지로 제 2 제어장치(112) 및 제 2 전원장치(122)는 제 2 독립형 유도가열 열처리 장치의 구성요소이며, 제 3 제어장치(114) 및 제 3 전원장치(124)는 제 3 독립형 유도가열 열처리 장치의 구성요소이다. 각 제어장치, 전원장치는 도 1을 통해 설명했으므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하고, 그 연결 방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 제 1 실시예에 다른 통합형 유도가열 열처리 장치에서는 각 독립형 유도가열 열처리 장치의 제어장치 즉, 제 1 제어장치(110) 내지 제 3 제어장치(114) 간에 각각 연결된다. 각 독립형 유도가열 열처리 장치를 통합하여 운전하기 위해서는 각 전원장치에서 스위칭 소자를 동시에 온/오프해야 하기 때문에, 각 제어장치는 상호 간에 스위칭 시간을 동기화하여 전원장치의 동작점을 정확하게 맞춰 야 한다. 따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 통합형 유도가열 열처리 장치의 제어장치들은 상호 간에 연결되어 스위칭에 대한 정보를 교환한다.
각 제어장치 즉, 제 1 제어장치(110) 내지 제 3 제어장치 (114)는 상호 간에 스위칭에 대한 정보를 교환하여 스위칭 시간을 동기화한 후 각각 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)를 제어하여 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)로부터 출력되는 출력 전압의 극성과 위상을 정확히 일치하도록 한다.
제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)는 각각 제 1 제어장치(110) 내지 제 3 제어장치(114)와 연결되고, 출력단은 연결부(210)를 통해 상호 간에 직렬 또는 병렬로 연결되어 각 전원장치의 출력 전력 즉, 제 1 전원장치(120)의 제 1 출력 전력(P1), 제 2 전원장치(122)의 제 2 출력 전력(P2) 및 제 3 전원장치(124)의 제 3 출력 전력(P3)을 연결부(210)로 전달한다. 여기서, 각 독립형 유도가열 열처리 장치의 최대 출력을 500 KW로 가정했으므로, 제 1 출력 전력(P1), 제 2 출력 전력(P2) 및 제 3 출력 전력(P3) 각각의 최대 출력은 500 KW이다.
연결부(210)는 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)의 출력단이 직렬 또는 병렬로 연결되는 부분이다. 연결부(210)에서 각 전원장치는 직렬 또는 병렬로 연결되며, 연결부(210)에서 전달되는 전력은 제 1 전원장치(120)의 출력 전력(P1), 제 2 전원장치(122)의 출력 전력(P2) 및 제 3 전원장치(124)의 출력 전력(P3)의 합인 통합 출력 전력(Pt=P1+P2+P3)이다. 따라서, 통합 출력 전력(Pt)의 최대 출력은 1500 KW이다.
여기서, 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)의 출력 특성이 전압원 이면 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)의 출력단이 직렬로 연결되는 것이 바람직하고, 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)의 출력 특성이 전류원이면 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)의 출력단이 병렬로 연결되는 것이 바람직하다.
통합 변류기(220)는 통합 가열코일(230)의 임피던스를 변경하여 각 전원장치가 직렬 또는 병렬로 연결된 연결부(210)와 통합 가열코일(230) 간을 정합(Matching)하는 역할을 수행한다.
통합 가열코일(230)은 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)의 출력 전력 즉, 제 1 출력 전력(P1) 내지 제 3 출력 전력(P3)의 합인 통합 출력 전력(Pt)이 전달됨에 따라 통합 출력 전력(Pt)을 견딜 수 있는 정격의 코일이다. 즉, 최대 1500 KW의 정격의 코일이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 통합형 유도가열 열처리 장치는 3 개의 독립형 유도가열 열처리 장치의 각 제어장치 간을 연결하고, 연결부(210)를 이용하여 각 전원장치의 출력단을 전원장치의 특성(전류원 특성 또는 전압원 특성)에 따라 직렬 또는 병렬로 연결한 후 연결부(210)와 통합 출력 전력(Pt)의 정격의 통합 가열코일(230) 간을 정합하는 통합 변류기(220)를 통해 연결한 후, 통합 가열코일(230)을 열처리하고자 하는 제품에 장착함으로써, 1500 KW의 최대 출력을 갖는 독립형 유도가열 열처리 장치를 추가로 구비하지 않고서도 500 KW의 최대 출력을 갖는 3 개의 독립형 유도가열 열처리 장치 간을 통합 연결함으로써 큰 최대 출력으로 고주파 유도가열 열처리를 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 직렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치를 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따라 직렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치는 도 2를 통해 설명한 연결부(210)에서 각 전원장치의 출력단을 직렬로 연결한 것이다. 제 1 독립형 유도가열 열처리 장치 내지 제 3 독립형 유도가열 열처리 장치를 직렬로 연결하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 통합형 유도가열 열처리 장치를 구성하면 도 3에 도시한 바와 같다.
제 1 전원장치(120)의 출력단 중 일단은 통합 변류기(220)의 일단과 연결되고, 제 1 전원장치(120)의 출력단 중 다른 일단은 제 2 전원장치(122)의 출력단 중 일단에 연결된다. 또한, 제 2 전원장치(122)의 출력단 중 일단은 전술한 바와 같이 제 1 전원장치(122)의 출력단 중 다른 일단에 연결되고, 제 2 전원장치(122)의 출력단 중 다른 일단은 제 3 전원장치(124)의 출력단 중 일단에 연결된다. 또한, 제 3 전원장치(124)의 출력단 중 일단은 제 2 전원장치(122)의 출력단 중 다른 일단에 연결되고, 제 3 전원장치(124)의 출력단 중 다른 일단은 통합 변류기(220)의 1 차측의 다른 일단과 연결됨으로써 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)는 직렬로 연결된다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 직렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치의 회로를 예시적으로 나타낸 회로도이다.
도 3에서 간략하게 나타낸 블록 구성도를 회로도로 나타내면 도 4a 및 도 4b와 같다. 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)는 각각 직렬공진형 인버터 로 구현된다. 즉, 직류 전원을 스위칭 소자를 이용하여 스위칭함으로써 고주파 교류 전원으로 변환하고, 직렬공진을 이용하여 출력하고자 하는 출력 전력을 생성한다.
제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)의 직렬공진형 인버터는 입력 직류 전원(V1, V2, V3, 각각 410, 412, 414), 스위칭부(S1, S2, S3, 각각 420, 422, 424), 변압기(T1, T2, T3 각각 430, 432, 434) 및 캐패시터(Cr1, Cr2, Cr3, 각각 440, 442, 444)를 포함한다.
여기서, 제 1 전원장치(120)의 스위칭부(420)는 풀 브리지 인버터의 경우에는 풀 브릿지 형태로 연결된 4 개의 스위칭 소자로 이루어져, 제 1 제어장치(110)의 제어에 따라 스위칭 동작을 수행하여 전달되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 전달한다. 또한, 제 1 전원장치(120)의 스위칭부(420)는 하프 브리지 인버터의 경우에는 하프 브릿지 형태로 연결된 2 개의 스위칭 소자로 이루어져, 제 1 제어장치(110)의 제어에 따라 스위칭 동작을 수행하여 전달되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 전달한다. 제 2 전원장치(122) 및 제 3 전원장치(124)의 스위칭부(422, 424)도 전술한 제 1 전원장치(120)의 스위칭부(420)와 같은 역할을 수행하므로 그에 대한 설명은 생략한다.
여기서, 스위칭부(420, 422, 424)의 스위칭 소자는 진공관이 될 수도 있지만, 실리콘 제어 정류기(SCR: Silicon Controlled Rectifier), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistor), 집적 게이트 정류형 사이리스터(IGCT : Integtated Gate Commutated Thyristor), 금속 산화막 반도체 전 계 효과 트랜지스터(MOSFET: Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 등의 반도체 스위칭 소자를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 반도체 스위칭 소자는 각각 동작속도에 차이가 있기 때문에 스위칭 주파수에 따라 적합한 소자를 선택하여 통일하는 것이 바람직하다.
제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)의 직렬공진형 인버터는 독립형 유도가열 열처리 장치에서 통상적으로 사용되는 직렬공진형 인버터이다. 여기서, 캐패시터(440, 442, 444)가 변압기(430, 432, 434)의 2 차측에 직렬로 연결되어 전압원의 직렬공진형 인버터가 되도록 한다. 직렬공진형 인버터에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제 1 제어장치(110) 내지 제 3 제어장치(114)는 각각 제 1 전원장치(110)의 스위칭부(420) 내지 제 3 전원장치(114)의 스위칭부(424)의 각 스위칭 소자를 제어하여 온/오프함으로써 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)의 출력 전압을 고주파의 출력하고자 하는 전압으로 제어한다. 또한, 제 1 제어장치(110) 내지 제 3 제어장치(114)는 상호 간에 연결되어 스위칭 소자의 스위칭 시간에 대한 정보를 교환함으로써 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)가 동일한 시간에 동일한 출력 전압을 출력할 수 있도록 제어한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따라 직렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치에서 각 전원장치 즉, 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)의 출력단은 도시한 바와 같이 직렬로 연결된다.
통합형 변류기(220)의 입력 측 즉, 1 차측의 양단은 직렬로 연결된 제 1 전 원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)의 양단과 연결되고, 출력단 즉, 2 차측의 양단은 통합형 가열코일(230)의 양단과 연결된다. 통합형 변류기(220)는 1 차측과 2 차측 간의 임피던스를 동일하게 하는 임피던스 정합 역할을 수행한다. 즉, 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)를 직렬로 연결하여 통합한 회로의 임피던스와 통합형 가열코일(230)의 임피던스가 상이할 경우에 발생하는 손실을 최소화하기 위해 임피던스를 조절하는 역할을 한다. 즉, 통합형 변류기(220)는 통합된 전원장치와 통합형 가열코일(230) 간에 발생할 수 있는 손실을 최소화하기 위해 통합형 가열코일(230)의 저항 즉, 부하저항을 최적화하는 역할을 한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따라 직렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치의 통합 출력 전력(Pt)은 제 1 독립형 유도가열 열처리 장치의 출력 전력(P1), 제 2 독립형 유도가열 열처리 장치의 출력 전력(P2), 제 3 독립형 유도가열 열처리 장치의 출력 전력(P3)의 합(P1+P2+P3)이 되어 1500 KW의 최대 출력 전력을 갖는다.
또한, 통합 출력 전압(Vt)은 제 1 독립형 유도가열 열처리 장치의 출력 전압(V1), 제 2 독립형 유도가열 열처리 장치의 출력 전압(V2), 제 3 독립형 유도가열 열처리 장치의 출력 전압(V3)의 합(V1+V2+V3)이 되지만, 통합 출력 전류(It)는 제 1 독립형 유도가열 열처리 장치의 출력 전류(I1), 제 2 독립형 유도가열 열처리 장치의 출력 전류(I2), 제 3 독립형 유도가열 열처리 장치의 출력 전류(I3) 각각과 동일해 진다(즉, It=I1=I2=I3). 따라서, 통합 출력 전력(Pt)은 각 전원장치로부터 출력되는 출력 전압의 합(V1+V2+V3)에 비례한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 통합형 유도가열 열처리 장치는 여러 개의 독 립형 유도가열 열처리 장치를 통합하여 사용하는 것이므로 각 독립형 유도가열 열처리 장치의 전원장치의 동작점을 동일하게 일치시키는 것이 매우 중요하다.
또한, 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)를 직렬로 연결한 경우에는 캐패시터(440, 442, 444)가 모두 직렬로 연결되어 등가적인 캐패시턴스가 감소하므로 같은 공진 주파수를 유지하기 위해서는 캐패시터(440, 442, 444)와 직렬로 연결된 통합형 가열코일(230)의 등가적인 인덕터(L, 450)의 인덕턴스는 감소한 캐패시턴스의 감소 비율만큼 증가해야 한다. 따라서, 세 개의 캐패시터가 직렬로 연결됨으로써 등가적인 캐패시턴스는 3 배 감소했고, 공진 주파수를 유지하기 위해서는 통합형 가열코일(230)의 인덕턴스를 독립형 유도가열 열처리 장치의 가열코일(140, 142, 144)의 인덕턴스보다 3 배 증가시켜야 한다.
도 4a는 풀 브릿지(Full-Bridge) 형태의 직렬공진형 인버터를 직렬로 연결한 모습을 나타낸 것이고, 도 4b는 하프 브릿지(Half-Bridge) 형태의 직렬공진형 인버터를 직렬로 연결한 모습을 나타낸 것이다. 풀 브릿지 형태의 직렬공진형 인버터와 하프 브릿지 형태의 직렬공진형 인버터의 차이는 스위칭부(420, 422, 424)에 있다. 풀 브릿지 형태의 직렬공진형 인버터의 스위칭부(420, 422, 424)는 전술한 바와 같이 풀 브릿지 형태의 4개의 스위칭 소자를 이용하여 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 하프 브릿지 형태의 직렬공진형 인버터의 스위칭(420, 422, 424)는 2 개의 스위칭 소자와 2 개의 스위칭 캐패시터(C1, C2)가 풀 브릿지 형태로 연결되되, 2 개의 스위칭 소자는 서로 다른 주기로 스위칭 되어 직류 전원을 교류 전원으로 변환한다.
도 4a 및 도 4b에서는 직렬공진형 인버터의 경우에 대해서만 설명했다. 이는 독립형 유도가열 열처리 장치의 전원장치 즉, 인버터가 직렬공진형 인버터인 경우에는, 직렬공진형 인버터가 전압원의 특성이 있기 때문이다. 이미 전술했지만, 전원장치가 전압원의 특성을 갖는 경우에는 독립형 유도가열 열처리 장치를 직렬로 연결하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 병렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치를 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따라 병렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치는 도 3을 통해 설명한 제 1 실시예에 따라 직렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치와 그 구성요소는 동일하지만, 그 연결 방법이 다르다. 즉, 본 발명의 제 1 실시예에 따라 직렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치는 각 전원장치 즉, 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124) 간을 직렬로 연결하지만, 본 발명의 제 1 실시예에 따라 병렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치는 각 전원장치 즉, 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124) 간을 병렬로 연결한다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따라 병렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치에서는 각 전원장치 즉, 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)의 스위칭부(420, 422, 424)를 제어하는 제 1 제어장치(110) 내지 제 2 제어장치(120)는 상호 간에 연결되고, 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124) 각각의 출력단 중 일단은 함께 연결되어 통합형 변류기(220)의 1 차측의 일단과 연결되고, 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124) 각각의 출력단 중 다른 일단은 함께 연결 되어 통합형 변류기(220)의 1 차측의 다른 일단과 연결된다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 병렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치의 회로를 예시적으로 나타낸 회로도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따라 병렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치의 회로는 도 4a 및 도 4b를 통해 설명한 직렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치의 회로와 유사하다. 단, 각 전원장치 즉, 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)의 출력단이 병렬로 연결되고, 각 전원장치의 캐패시터(440, 442, 444)가 변압기(430, 432, 434)의 2 차측에 병렬로 연결되어 전류원의 병렬공진형 인버터의 역할을 한다.
도 6a 및 도 6b에 나타낸 인버터는 병렬공진형 인버터이다. 병렬공진형 인버터의 경우에는 전류원의 특성이 있기 때문에 독립형 유도가열 열처리 장치를 병렬로 연결하는 것이 바람직한 것은 전술한 바와 같다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따라 병렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치의 최대 출력(Pt)은 제 1 실시예에 따라 직렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치의 최대 출력(Pt)과 같이 제 1 독립형 유도가열 열처리 장치의 최대 출력(P1) 내지 제 3 독립형 유도가열 열처리 장치의 최대 출력(P2)의 합(즉, Pt=P1+P2+P3)이다. 단, 병렬로 연결되기 때문에, 출력 전압(Vt)과 제 1 출력 전압(V1) 내지 제 3 출력 전압(V3)은 동일하고(즉, Vt=V1=V2=V3), 출력 전류(It)는 제 1 출력 전류(I1) 내지 제 3 출력 전류(I3)의 합이 된다(즉, It=I1+I2+I3). 따라서, 통합 출력 전력(Pt)은 각 전원장치로부터 출력되는 출력 전류의 합(I1+I2+I3)에 비 례한다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따라 병렬로 연결한 통합형 유도가열 열처리 장치에서는 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)가 병렬로 연결되므로, 캐패시터(440, 442, 444)가 모두 병렬로 연결된다. 그로 인한 캐패시턴스 및 인덕턴스의 변화는 도 4a 및 도 4b를 통해 설명한 것에서 직렬을 병렬로 바꾸고, 병렬을 직렬로 바꾸고, 캐패시턴스를 인덕턴스로 바꾸고, 인덕턴스를 캐패시턴스로 바꾸면 되므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 6a는 풀 브릿지(Full-Bridge) 형태의 병렬공진형 인버터를 병렬로 연결한 모습을 나타낸 것이고, 도 6b는 하프 브릿지(Half-Bridge) 형태의 병렬공진형 인버터를 병렬로 연결한 모습을 나타낸 것이다. 스위칭부(420, 422, 424)의 스위칭 소자의 구성 형태 즉, 풀 브릿지 형태인지 또는 하프 브릿지 형태인지 여부에 따라 다른 것은 도 4a 및 도 4b를 통해 설명한 바와 같다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 통합형 유도가열 열처리 장치를 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 통합형 유도가열 열처리 장치는 독립형 유도가열 열처리 장치의 각 전원장치 즉, 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)의 출력단을 직렬 또는 병렬로 연결한 후 통합 변류기(220)를 연결하는 것이 아니라 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124) 각각에 제 1 변류기(130) 내지 제 3 변류기(134)를 연결한 후 제 1 변류기(130) 내지 제 3 변류기(134)의 2 차측을 직렬 또는 병렬로 연결한 후 통합 가열코일(230)에 연결한 것이다.
제 1 변류기(130) 내지 제 3 변류기(134)는 독립형 유도가열 열처리 장치에 서 각각의 가열코일(140, 142, 144)의 임피던스를 변경하기 위한 것으로, 각 변류기의 출력 전류가 각 전원장치 즉, 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)의 효율에 지장을 주지 않을 정도로 작으면 각 변류기 즉, 제 1 변류기(130) 내지 제 3 변류기(134)의 2 차측 출력을 직렬 또는 병렬로 통합 연결하여 통합 가열코일(230)에 직접 연결할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 통합형 유도가열 열처리 장치를 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 통합형 유도가열 열처리 장치는 변류기 없이 각 전원장치 즉, 제 1 전원장치(120) 내지 제 3 전원장치(124)의 출력단을 직렬 또는 병렬로 통합 연결하여 통합 가열코일(230)에 직접 연결한 것이다. 통합 가열코일(230)의 특성에 따라 변류기 없이 각 전원장치를 통합한 것을 직접 통합 가열코일(230)에 연결할 수도 있다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 통합형 유도가열 열처리 장치의 활용예를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
9A는 독립형 유도가열 열처리 장치의 통상적인 활용예를 나타낸 것이다. 통상적으로 최대 출력이 500 KW인 3 개의 독립형 유도가열 열처리 장치로는 각각 최대 출력 500KW 까지로만 운전되어 1000 KW 또는 1500 KW의 출력을 필요로 하는 제품을 열처리할 수 없었다.
9B는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 2 개의 독립형 유도가열 열처리 장치를 통합하여 사용하는 활용예를 나타낸 것이다. 본 발명을 이용하면 9A와 같이 독립적으로 운전되는 3 개의 독립형 유도가열 열처리 장치 중 2 개의 독립형 유도가열 열처리 장치만을 통합하여 사용할 수 있기 때문에, 1000 KW의 출력을 필요로 하는 제품을 열처리할 수 있다.
9C는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 3 개의 독립형 유도가열 열처리 장치를 통합하여 사용하는 활용예를 나타낸 것이다. 본 발명을 이용하면 3 개의 독립형 유도가열 열처리 장치 모두를 통합하여 1500 KW의 출력을 필요로 하는 제품을 열처리할 수 있다.
이뿐만 아니라 4 개 이상의 독립형 유도가열 열처리 장치도 임의의 개수로 통합함으로써 다수 개의 독립형 유도가열 열처리 장치를 이용하여 다양한 최대 출력을 갖는 유도가열 열처리 장치로서 활용할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 작은 최대 출력을 갖는 여러 개의 유도가열 열처리 장치를 통합 연결하여 큰 최대 출력을 갖는 하나의 유도가열 열처리 장치로 운전할 수 있게 됨으로써, 사용 회수가 적은 제품의 열처리를 위해 큰 최대 출력을 갖는 유도가열 열처리 장치를 구비해야 하고 그로 인한 각종 비용을 투자해야 하는 비효율을 극복하여 효율적으로 유도가열 열처리 장치를 운용할 수 있다.
Claims (10)
- 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터를 포함하는 전원장치, 상기 인버터의 스위칭 소자를 제어하여 상기 전원장치의 출력을 제어하는 제어장치, 상기 전원장치로부터 상기 교류 전원을 전달받아 전자유도를 이용하여 금속을 가열하는 가열코일 및 상기 전원장치와 상기 가열코일 간의 임피던스를 변경하여 상호 간을 정합(Matching)하는 변류기를 포함하며, 일정한 최대 출력을 갖고 독립적으로 운전되는 다수 개의 유도가열 열처리 장치를 통합 연결하여 열처리하는 장치로서,상기 스위칭 소자의 스위칭 시간이 일치하도록 상기 스위칭 시간에 대한 정보를 교환하도록 연결된 다수 개의 상기 제어장치;상기 다수 개의 제어장치와 각각 연결되고, 출력단 간에 직렬로 연결되며, 상기 다수 개의 제어장치 각각의 제어에 따라 각각 상기 직류 전원을 상기 교류 전원으로 변환하여 전달하는 다수 개의 상기 전원장치;상기 다수 개의 유도가열 열처리 장치의 상기 최대 출력의 합으로 상기 금속을 가열하는 통합 가열코일; 및상기 다수 개의 전원장치의 출력단과 1 차측으로 연결되고, 상기 통합 가열코일과 2 차측으로 연결되며, 상기 다수 개의 전원장치의 등가 임피던스와 상기 통합 가열코일의 등가 임피던스를 변경하여 상기 다수 개의 전원장치와 상기 통합 가열코일을 정합(Matching)하는 통합 변류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬로 연결된 통합형 유도가열 열처리 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 인버터는,전압원의 직렬공진형 인버터인 것을 특징으로 하는 직렬로 연결된 통합형 유도가열 열처리 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 통합 가열코일은,상기 다수 개의 전원장치 내에서 직렬로 연결된 다수 개의 캐패시터의 등가 캐패시턴스가 감소한 비율로 상기 가열코일의 인덕턴스보다 증가한 인덕턴스를 갖는 것을 특징으로 하는 직렬로 연결된 통합형 유도가열 열처리 장치.
- 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터를 포함하는 전원장치, 상기 인버터의 스위칭 소자를 제어하여 상기 전원장치의 출력을 제어하는 제어장치, 상기 전원장치로부터 상기 교류 전원을 전달받아 전자유도를 이용하여 금속을 가열하는 가열코일 및 상기 전원장치와 상기 가열코일 간의 임피던스를 변경하여 상호 간을 정합(Matching)하는 변류기를 포함하며, 일정한 최대 출력을 갖고 독립적으로 운전되는 다수 개의 유도가열 열처리 장치를 통합 연결하여 열처리하는 장치로서,상기 스위칭 소자의 스위칭 시간이 일치하도록 상기 스위칭 시간에 대한 정보를 교환하도록 연결된 다수 개의 상기 제어장치;상기 다수 개의 제어장치와 각각 연결되고, 출력단 간에 병렬로 연결되며, 상기 다수 개의 제어장치 각각의 제어에 따라 각각 상기 직류 전원을 상기 교류 전원으로 변환하여 전달하는 다수 개의 상기 전원장치;상기 다수 개의 유도가열 열처리 장치의 상기 최대 출력의 합으로 상기 금속을 가열하는 통합 가열코일; 및상기 다수 개의 전원장치의 출력단과 1 차측으로 연결되고, 상기 통합 가열코일과 2 차측으로 연결되며, 상기 다수 개의 전원장치의 등가 임피던스와 상기 통합 가열코일의 등가 임피던스를 변경하여 상기 다수 개의 전원장치와 상기 통합 가열코일을 정합(Matching)하는 통합 변류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬로 연결된 통합형 유도가열 열처리 장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 인버터는,전류원의 병렬공진형 인버터인 것을 특징으로 하는 병렬로 연결된 통합형 유도가열 열처리 장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 통합 가열코일은,상기 다수 개의 전원장치 내에서 병렬로 연결된 다수 개의 캐패시터의 등가 캐패시턴스가 증가한 비율로 상기 가열코일의 인덕턴스보다 감소한 인덕턴스를 갖는 것을 특징으로 하는 병렬로 연결된 통합형 유도가열 열처리 장치.
- 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터를 포함하는 전원장치, 상기 인버터의 스위칭 소자를 제어하여 상기 전원장치의 출력을 제어하는 제어장치, 상기 전원장치로부터 상기 교류 전원을 전달받아 전자유도를 이용하여 금속을 가열하는 가열코일 및 상기 전원장치와 상기 가열코일 간의 임피던스를 변경하여 상호 간을 정합(Matching)하는 변류기를 포함하며, 일정한 최대 출력을 갖고 독립적으로 운전되는 다수 개의 유도가열 열처리 장치를 통합 연결하여 열처리하는 장치로서,상기 스위칭 소자의 스위칭 시간이 일치하도록 상기 스위칭 시간에 대한 정보를 교환하도록 연결된 다수 개의 상기 제어장치;상기 다수 개의 제어장치와 각각 연결되고, 상기 다수 개의 제어장치 각각의 제어에 따라 각각 상기 직류 전원을 상기 교류 전원으로 변환하여 전달하는 다수 개의 상기 전원장치;상기 다수 개의 유도가열 열처리 장치의 상기 최대 출력의 합으로 상기 금속을 가열하는 통합 가열코일; 및1 차측은 상기 다수 개의 전원장치와 각각 연결되고, 2 차측은 상호 간에 직렬로 연결되며, 각각의 전원장치의 등가 임피던스와 상기 통합 가열코일의 등가 임피던스를 변경하여 상기 각각의 전원장치와 상기 통합 가열코일을 정합(Matching)하는 다수 개의 변류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬로 연결된 변류기의 통합형 유도가열 열처리 장치.
- 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터를 포함하는 전원장치, 상기 인버터의 스위칭 소자를 제어하여 상기 전원장치의 출력을 제어하는 제어장치, 상기 전원장치로부터 상기 교류 전원을 전달받아 전자유도를 이용하여 금속을 가열하는 가열코일 및 상기 전원장치와 상기 가열코일 간의 임피던스를 변경하여 상호 간을 정합(Matching)하는 변류기를 포함하며, 일정한 최대 출력을 갖고 독립적으로 운전되는 다수 개의 유도가열 열처리 장치를 통합 연결하여 열처리하는 장치로서,상기 스위칭 소자의 스위칭 시간이 일치하도록 상기 스위칭 시간에 대한 정보를 교환하도록 연결된 다수 개의 상기 제어장치;상기 다수 개의 제어장치와 각각 연결되고, 상기 다수 개의 제어장치 각각의 제어에 따라 각각 상기 직류 전원을 상기 교류 전원으로 변환하여 전달하는 다수 개의 상기 전원장치;상기 다수 개의 유도가열 열처리 장치의 상기 최대 출력의 합으로 상기 금속을 가열하는 통합 가열코일; 및1 차측은 상기 다수 개의 전원장치와 각각 연결되고, 2 차측은 상호 간에 병렬로 연결되며, 상기 각각의 전원장치의 등가 임피던스와 상기 통합 가열코일의 등가 임피던스를 변경하여 상기 각각의 다수 개의 전원장치와 상기 통합 가열코일을 정합(Matching)하는 다수 개의 변류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬로 연결된 변류기의 통합형 유도가열 열처리 장치.
- 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터를 포함하는 전원장치, 상기 인버터의 스위칭 소자를 제어하여 상기 전원장치의 출력을 제어하는 제어장치, 상기 전원장치로부터 상기 교류 전원을 전달받아 전자유도를 이용하여 금속을 가열하는 가열코일 및 상기 전원장치와 상기 가열코일 간의 임피던스를 변경하여 상호 간을 정합(Matching)하는 변류기를 포함하며, 일정한 최대 출력을 갖고 독립적으로 운전되는 다수 개의 유도가열 열처리 장치를 통합 연결하여 열처리하는 장치로서,상기 스위칭 소자의 스위칭 시간이 일치하도록 상기 스위칭 시간에 대한 정보를 교환하도록 연결된 다수 개의 상기 제어장치;상기 다수 개의 제어장치와 각각 연결되고, 출력단 간에 직렬로 연결되며, 상기 다수 개의 제어장치 각각의 제어에 따라 각각 상기 직류 전원을 상기 교류 전원으로 변환하여 전달하는 다수 개의 상기 전원장치; 및상기 다수 개의 전원장치와 연결되어 상기 다수 개의 독립형 유도가열 열처리 장치의 상기 최대 출력의 합으로 상기 금속을 가열하는 통합 가열코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬로 연결된 무변류기의 통합형 유도가열 열처리 장치.
- 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터를 포함하는 전원장치, 상기 인버터의 스위칭 소자를 제어하여 상기 전원장치의 출력을 제어하는 제어장치, 상기 전원장치로부터 상기 교류 전원을 전달받아 전자유도를 이용하여 금속을 가열하는 가열코일 및 상기 전원장치와 상기 가열코일 간의 임피던스를 변경하여 상호 간을 정합(Matching)하는 변류기를 포함하며, 일정한 최대 출력을 갖고 독립적으로 운전되는 다수 개의 유도가열 열처리 장치를 통합 연결하여 열처리하는 장치로서,상기 스위칭 소자의 스위칭 시간이 일치하도록 상기 스위칭 시간에 대한 정보를 교환하도록 연결된 다수 개의 상기 제어장치;상기 다수 개의 제어장치와 각각 연결되고, 출력단 간에 병렬로 연결되며, 상기 다수 개의 제어장치 각각의 제어에 따라 각각 상기 직류 전원을 상기 교류 전원으로 변환하여 전달하는 다수 개의 상기 전원장치; 및상기 다수 개의 전원장치와 연결되어 상기 다수 개의 독립형 유도가열 열처리 장치의 상기 최대 출력의 합으로 상기 금속을 가열하는 통합 가열코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬로 연결된 무변류기의 통합형 유도가열 열처리 장치.
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