KR101291598B1 - 스캔 유도 가열 - Google Patents

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Abstract

워크피스의 스캔 유도 가열을 위한 장치 및 프로세스가 제공된다. 이 워크피스는 주파수가 변할 때 전기적 파워의 크기를 제어하기 위해 가변의 주파수 및 듀티 사이클의 전기적 파워로, 워크피스의 피처를 유도 가열처리하기 위한 인덕터를 통과하여 이동한다.
워크피스, 유도 가열 장치, 펄스 폭 변조 컨트롤, AC 출력,파워 소스, 인덕터, 자기장, 주파수, 듀티 사이클.

Description

스캔 유도 가열{SCAN INDUCTION HEATING}
본 발명은 유도 코일로 워크피스를 스캐닝함에 의한 긴 형상의 워크피스의 유도 가열에 관한 것이다.
차축과 같은, 긴 형상의 워크피스는 그 워크피스 상의 선택된 피처의 가열처리를 요구한다. 예를 들면, 피니언 기어와 같은, 제1피처는 차축의 일 끝부에 제공될 수 있고, 유니버셜 커플링과 같은, 제2피처는 차축의 다른 끝부에 제공될 수 있다. 이 기어 및 커플링은 물리적 구성이 다르고, 이들 컴포넌트의 야금 강화(metallurgical hardening)를 위해 상이한 가열처리 패턴을 요구한다. 부가적으로, 가열처리된 피처는 그 피처의 재료 내의 야금 응력을 완화시키기 위해 가열처리된 후에 템퍼링될 필요가 있을 수 있다.
워크피스, 및 워크피스 상의 피처를 가열처리하는 일 방법은 전기 유도 스캐닝(또는 단계적) 가열처리에 의한 것이다. 이러한 프로세스에서, 워크피스는 일반적으로 하나 이상의 스캔 인덕터를 통과하여 이동하고, 다른 배열일지라도, 워크피스가 고정되고, 하나 이상의 스캔 인덕터(코일)가 워크피스의 길이를 따라 이동할 수 있다. AC 파워가 인덕터 주변에 자기장을 생성시키기 위해 스캔 인덕터에 인가된다. 이 자기장은 워크피스를 유도 가열시키기 위해 워크피스와 자기 커플링을 이룬다. 스캔 인덕터로의 AC 파워는 그 인덕터를 통과하여 워크피스가 지나갈 때 가변될 수 있다. 예를 들어, 미국특허번호 제3,743,808호에는 알고 있는 에너지 분배 프로파일과 순간 파워 및 순간 속도를 비교함으로써 스캔 인덕터의 스캐닝 속도, 및/또는 유도 파워를 컨트롤하는 것을 개시되어 있다. 워크피스가 인덕터를 통과하여 이동하는 속도(스캔 속도)는 자기장과 커플링되어 있는 워크피스의 단면에 가열 정도를 컨트롤하기 위해 사용될 수 있다.
워크피스의 유도 가열 투과 깊이(유도된 전류 투과 깊이, σ)는 다음 공식으로 계산될 수 있다:
Figure 112007023966131-pct00001
.
여기서, σ는 미터이고, ρ는 워크피스의 전기저항, 옴-미터이고, μ는 워크피스의 상대적 투자율이고, 그리고 F는 공급된 유도 전압의 주파수, 헤르츠이다. 그러므로, 투과 깊이는 인가된 전류의 주파수의 제곱근에 반비례한다. 워크피스가 얕은 투과 깊이(예컨대, 2.5mm)의 가열을 필요로 하는 제1피처, 및 더 깊은 투과 깊이(예컨대, 4.5mm)의 가열을 필요로 하는 제2피처인 두 피처를 가진다면, 종래의 방법은, 더 얕은 투과 깊이를 이루기 위해, 고정된 출력 주파수, 예컨대, 10,000 헤르츠인 인버터를 사용한다. 상기 식으로부터, 인버터의 출력 주파수는 워크피스의 제2피처의 더 깊은 투과 깊이를 위해 10,000 헤르츠 보다 더 낮아야 하지만, 주파수는 고정되어 있으므로, 제2피처의 유도 가열 스캔은 제2피처로의 열전도에 의한 더 깊은 열 투과를 허용하기 위해 느려져야만 한다. 또한, 느려진 스캔 속도로 인해, 유도 코일로의 인버터 출력 파워는 제2피처의 표면의 과열을 막기 위해 감소되어야 한다. 또한, 가열처리된 피처는 피처 내의 응력을 줄이기 위해 가열처리된 피처의 템퍼링이 필요할 수 있다. 전형적으로, 이 피처는 원하는 투과 깊이로 가열처리하기 위해 높은 고정 주파수 및 낮은 파워를 가진 제1스캔에서 제1가열처리되고, 그 다음, 그 피처를 템퍼링하기 위해 낮은 고정 주파수를 가진 제2스캔에서 가열처리된다.
본 발명의 일 목적은 워크피스의 유도 스캔에서 상이한 투과 깊이로 워크피스의 상이한 피처를 유도 가열처리하고 템퍼링하기 위해 요구되는 바와 같이, 인버터의 출력 주파수를 변경시키는 것, 및 펄스 폭 변조에 의해 인버터의 출력 파워 레벨을 조절하는 것이다.
일 태양에 있어서, 본 발명은 스캔 코일을 통과하여 이동하는 워크피스의 단면의 가열 요구사항을 기초로 스캔 유도 코일로의 가변의 주파수 및 듀티 사이클(duty cycle)을 가진 AC 파워를 공급하는 장치 및 방법이다. 서보 모터와 같은, 위치 센싱 수단이 프로세서로의 입력을 제공하기 위해 사용될 수 있고, 이 프로세서는 입력된 워크피스의 순간 위치와 워크피스 위치 값의 저장된 테이블을 비교하고, 이 각각의 워크피스 위치 값은 그 위치에서 요구되는 인가된 열 에너지에 대응하는 주파수, 파워 레벨, 및 시간 기간과 연관될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 이 프로세서는 인버터의 스위칭 게이트 회로에 펄스 폭 변조 커맨드를 출력하는 알고리즘을 사용하여, 인버터의 전압 펄스 폭의 감소가 더 낮은 주파수에서 인버터로부터의 출력 파워의 증가를 상쇄(offset)시키기 위해 인버터로부터 더 낮은 출력 파워를 야기하게 한다. 역으로, 인버터의 전압 펄스 폭의 증가는 더 높은 주파수에서 인버터로부터의 출력 파워에서의 감소를 상쇄시키기 위해 인버터로부터 더 큰 출력 파워를 야기한다.
본 발명의 다른 태양는 본 명세서 및 첨부된 청구항에서 설명된다.
상기의 발명의 상세한 설명은 물론, 하기의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여와 읽을 때, 더 잘 이해될 것이다. 본 발명을 설명할 목적으로, 지금 제시되는 본 발명의 예시 형태가 도면으로 도시되어 있지만, 본 발명은 다음 첨부된 도면에 개시된 특정 배열 및 방법으로 제한되지 않는다:
도 1은 본 발명의 스캔 유도 가열 장치의 일 예의 간단하고 개략적인 도면이다,
도 2는 본 발명의 스캔 유도 가열 장치와 함께 사용되는 로드 회로 및 파워 서플라이의 일 예의 간단하고 개략적인 도면이다,
도 3(a) 및 도 3(b)는 인버터의 출력을 풀 파워에서 하프 파워로 변경시키기 위한 펄스 폭 변조의 어플리케이션을 도시한다,
도 4(a)는 펄스 폭 변조없이 인버터의 출력 주파수에서의 변화를 가진 로드 전류 크기의 변화를 도시한다,
도 4(b)는 펄스 폭 변조없이 인버터의 출력 주파수에서의 변화를 가진 로드 파워 크기의 변화를 도시한다,
도 4(c)는 펄스 폭 변조없이 인버터의 출력 주파수에서의 변화를 가진 로드 저항 크기의 변화를 도시한다,
도 4(d)는 펄스 폭 변조없이 인버터의 출력 주파수에서의 변화를 가진 로드 회로의 Q 팩터의 변화를 도시한다,
도 5(a)는 펄스 폭 변조없고, 3,000 헤르츠의 인버터 출력 주파수를 가진 로드 전류와 인버터의 출력 전압 사이의 관계를 도시한다,
도 5(b)는 펄스 폭 변조없고, 10,000 헤르츠의 인버터 출력 주파수를 가진 로드 전류와 인버터의 출력 전압 사이의 관계를 도시한다,
도 5(c)는 펄스 폭 변조없고, 30,000 헤르츠의 인버터 출력 주파수를 가진 로드 전류와 인버터의 출력 전압 사이의 관계를 도시한다,
도 6은 본 발명의 일 실시예로서, 펄스 폭 변조를 사용하는 인버터에 대한 로드 전류와 인버터의 출력 전압 사이의 관계를 도시한다,
도 7은 스캔 동안 인버터의 출력 주파수가 변경될 때, 스캔 유도 파워를 컨트롤하기 위한 본 발명의 유도 파워 컨트롤 스킴의 일 예를 도시하는 간단한 플로우 차트이다.
본 발명의 스캔 유도 가열 장치의 일 예가 도면에 도시되어 있다. 도 1에서, 인버터(10)는 버스 바(bus bar)와 같은 적합한 전기 도전체를 통해 스캔 인덕터(코일)(12)에 단상 AC 파워를 인가한다. 인버터로의 DC 입력은 임의의 적합한 DC 파워 소스로부터 인가될 수 있다. 이 인덕터는 종래의 임의의 타입의 인덕터를 포함할 수 있고, 예를 들어, 단일 또는 복수의 턴 인덕터, 또는 하나 이상의 AC 파워 소스에 연결된 개별 인덕터의 어셈블리일 수 있다. 워크피스(14)는 예컨대, 워크피스의 끝부를 홀딩하기 위한 확장 암(16a)을 가지고, 스크류 구동 어셈블리(16)일 수 있는, 인덕터를 통과하여 워크피스를 이동시키는 수단에 의해 위치에 홀딩된다. 대안으로서, 워크패스는 고정되고 인덕터가 워크피스를 따라 이동될 수 있거나, 워크피스와 인덕터 모두 연동된 이동이 사용될 수 있다. 또한, 전기 모터(18)와 같은, 워크피스를 회전시키는 수단이 인덕터를 통과하여 이동할 때, 워크피스를 회전시키기 위해 제공될 수 있다. 서보 메카니즘(20)과 같은, 위치 센싱 수단은 프로세서(22)에 위치 출력 신호(21)를 제공한다. 이 위치 출력 신호는 인덕터 내에 있는 워크피스의 단면(즉, 인덕터 내의 전류의 흐름에 의해 발생되는 자기장과 효과적으로 커플링된 워크피스의 단면)의 Y-축 위치를 나타낸다.
워크피스는 그 피처가 인덕터를 통과하여 지나갈 때, 가열처리 및/또는 템퍼링을 위한 유도 가열 파워의 상이한 전류 투과 깊이를 요구할 수 있는 피처(14a, 14b, 및 14c)와 같은 하나 이상의 피처를 포함할 수 있다. 이 피처들 사이의 워크피스의 영역은 가열처리가 필요할 수도 있고, 필요하지 않을 수도 있다. 이 복수의 피처는 도 1에 도시된 바와 같이 공간적으로 떨어져 있거나, 서로 인접된 위치일 수 있다.
프로세서(22)는 아래에 더 설명된 바와 같이, 유도 코일에 대한 워크피스의 입력된 위치에서 달성되어야 하는 유도 가열의 파워 레벨, 주파수, 및 시간을 판정하기 위해, 위치 센싱 수단으로부터의 출력 신호를 프로세싱한다.
도 2는 인버터로 DC 파워를 인가하는 일 방법을 도시하는 인버터(10)와 함께 사용되는 AC-투-DC 파워 서플라이의 일 예의 간단한 도면이다. 정류부(30)는 유틸리티 파워와 같은, 적합한 소스로부터 인가되는, 라인(A, B, 및 C)상의 AC 파워 입력을 가진 풀 웨이브 브릿지 정류기(32)를 포함한다. 필터부(34)는 전류 제한 리액터(LCLR), 및 DC 필터 커패시터(CFIL)를 포함한다. 인버터부(10)는 각각 4개의 스위칭 디바이스(S1, S2, S3, 및 S4), 및 안티-패러렐(anti-parallel) 다이오드(D1, D2, D3, 및 D4)를 포함한다. 각각의 스위칭 디바이스는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)와 같은 임의의 적합한 솔리드 스테이트 디바이스일 수 있다. 인버터(10)의 출력부에 연결된 로드 회로는 스캔 인덕터(LCOIL) 및 워크피스 또는 인덕터가 서로에 대하여 이동될 때, 인덕터 주변에 발생된 자기장과 커플링된 영역 또는 피처를 가진 워크피스(14)를 포함한다. 워크피스 및 스캔 인덕터(RCOIL)의 저항은 로드 저항(RLOAD)을 포함한다.
도 3(a)는 전압 펄스 폭의 변조 없는 도 2에 도시된 브릿지 인버터의 전형적인 출력 전압 파형(FULL VOUT)을 도시한다. 인버터 스위치(S1 및 S4)는 제1시간 기간(T1)동안 도전되고, 1/2T1과 동일한 주파수를 가진 풀 출력 전압을 산출하기 위해, 인버터 스위치(S2 및 S3)는 오버래핑되지 않은 제2시간 기간(T2)동안 도전된다. 도 3(b)는 50 퍼센트의 듀티 사이클(α)을 가진 브릿지 인버터의 전형적인 출력 파 형(HALF VOUT)을 도시한다. 각각의 인버터 스위치는, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 동일 주기(T1) 동안 계속 도전되지만, 도시된 풀 출력 전압의 반을 산출하기 위해, 스위치(S3 및 S4)에 대한 도전 기간은 절반으로 단축된다(즉, 듀티 사이클이 50퍼센트와 같다). 이러한 배치에서, 로드는 매 반 기간 동안 쇼트된다. 스위치(S3 및 S4)에 대한 오버래핑 도전 기간의 시간의 변화는 그 듀티 사이클에 대한 상이한 값을 야기한다. 파워는 인가된 전압의 제곱근에 비례하기 때문에, 또한, 인덕터에 인가된 파워가 듀티 사이클의 변화에 따라 변화할 것이다. 본 발명에 있어서, 가변 주파수 컨트롤은 시간 기간(T1)을 변경하는 것에 의해 달성되고, 한편, 전압(파워)의 크기는 듀티 사이클을 변경함으로써 조절된다.
본 발명의 펄스 폭 변조 컨트롤을 사용하지 않는 가변 출력 주파수를 가진 파워 서플라이의 출력 특성의 효과가 특정 워크피스에 대한 베이스라인 로드 회로와 함께 도시되어 있다. 635 볼트(VOUT), 및 10,000 헤르츠의 주파수(f0)에서 100,000 와트(P(f0))의 출력 파워를 가진 인버터에 대하여, 베이스라인 로드 회로 특성은 다음과 같이 정해진다:
L0=30×10-6 헨리, 인버터 로드의 인덕턴스,
R0=0.4 옴, 인버터 로드의 저항, 및
Q0=(2·π·f0·L0)/R0 = 4.712, 로드 회로의 Q 팩터.
베이스라인 피크 로드 전류(I0)는 다음 방정식(1)에서부터 772.45 암페어로 계산될 수 있다:
Figure 112007023966131-pct00002
.
도 4(a)는 인버터의 출력 주파수(f)의 증가에 따른, 베이스라인 전류로 정상화된(normalized), 인덕터 전류(I(f))에의 감소를 도시하는데, 이는 다음 방정식(2)으로부터 계산될 수 있다:
Figure 112007023966131-pct00003
.
도 4(b)는 인버터의 출력 주파수(f)의 증가에 따른, 베이스라인 파워로 정상화된, 유도 가열 파워(P(f))에의 감소를 도시하는데, 이는 다음 방정식(3)으로부터 계산될 수 있다:
Figure 112007023966131-pct00004
.
도 4(c)는 인버터의 출력 주파수(f)의 증가에 따른, 로드 저항(R(f))에의 증가를 도시하는데, 이는 다음 방정식(4)으로부터 계산될 수 있다:
Figure 112007023966131-pct00005
.
도 4(d)는 인버터의 출력 주파수(f)의 증가에 따른, 로드 회로의 Q 팩터에서의 증가를 도시하는데, 이는 다음 방정식(5)으로부터 계산될 수 있다:
Figure 112007023966131-pct00006
.
도 5(a) 내지 도 5(c)는 본 발명의 펄스 폭 변조 컨트롤이 사용되지 않은 특정 예에 대한 도 4(a) 내지 도 4(d)에서의 일반화된 관계를 도시한다. 도 5(c)는 펄스 폭 변조 컨트롤 없이, 30,000 헤르츠의 주파수, 및 정격 풀 파워에서 동작하는 인버터의 전압 및 전류 출력을 도식적으로 나타낸다.
도 5(a)에서, 인버터의 출력 주파수는 3,000 헤르츠로 낮아지고, 전류 (및 파워) 출력은 펄스 폭 변조 컨트롤 없이 비교적 높아진다. 본 발명에서, 인버터의 출력의 펄스 폭 변조 컨트롤은 비교적 큰 듀티 사이클을 사용함으로써 인버터의 파워 출력을 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
도 5(b)에서, 인버터의 출력 주파수는 10,000 헤르츠이고, 파워 출력은 펄스 폭 변조 컨트롤 없는 3,000 헤르츠에서의 파워 출력보다 낮아지지만, 도 5(c)에 도시된 인버터의 정격 풀 파워(전류) 보다는 여전히 더 크다. 본 발명에서, 인버터의 출력의 펄스 폭 변조 컨트롤은 3,000 헤르츠에서 사용되는 더 낮은 듀티 사이클을 가지고, 정격값 이하에서 인버터의 파워 출력을 유지하기 위해, 사용될 수 있 다.
일반적으로, 본 발명에서, 펄스 폭 변조 컨트롤은 펄스 폭 변조 컨트롤없이 발생할 수 있는 파워로부터, 임의의 동작 주파수에서 인버터의 출력 파워를 변경하기 위해 사용된다. 일반적으로, 듀티 사이클은 주파수가 인버터의 출력 파워를 감소시키기 위해 감소된 만큼 증가되고, 듀티 사이클은 주파수가 인버터의 출력 파워를 증가시키기 위해 증가된 만큼 감소된다.
또한, 도 6은 펄스 폭 변조 컨트롤을 가진 로드 전류의 특성을 도시한다. 인버터 출력 전압이 제로가 아닐 때, 로드 전류(ILOAD)는 다음 방정식(6)으로부터 계산될 수 있다:
Figure 112007023966131-pct00007
.
인버터 출력 전압이 제로일 때, 로드 전류(ILOAD)는 다음 방정식(7)으로부터 계산될 수 있다:
Figure 112007023966131-pct00008
.
여기서, IINITIAL은 인버터 출력 전압이 0으로 변할 때, 전류의 크기이다.
도 6을 참조하면, 듀티 사이클이 짧을수록, 출력 전압이 제로일 때, 로드 전류 하강 전에, 로드 전류(및 파워)의 피크 값은 더 작다. 역으로, 듀티 사이클이 클수록, 출력 전압이 제로일 때, 로드 전류 하강 전에, 로드 전류(및 파워)의 피크 값은 더 크다.
도 7은 본 발명의 스캔 유도 가열 프로세스의 제한하지 않는 일 예에 대한 간단한 플로우 차트이다. 이 플로우 차트에 도시된 루틴은 적합한 하드웨어에서 실행될 수 있는 컴퓨터 소프트웨어로 구현될 수 있다. 루틴(100)은 인덕터(12) 내의 워크피스의 위치를 나타내는 워크피스(WP) 스캔 좌표(Y)를 입력한다. 루틴(102)은 좌표(Y)에서의 유도 가열을 위한 파워(PY), 주파수(FY), 및 시간(TY)의 값을 입력한다. 이 값들은, 예컨대, 이 장치로 워크피스의 실험적 테스팅에 의해 정립된 값을 기초로 하는 룩업 테이블과 같이, 메모리 디바이스에 미리 저장될 수 있다. 대안으로서, 스캔 유도 장치의 오퍼레이터가 이 값을 수동으로 입력할 수 있고, 또는 다른 방법이 요구되는 주파수, 파워 레벨, 및 사용된다면, 워크피스의 각 위치의 유도 가열처리를 위한 가변 시간 값을 판정하기 위해 사용될 수 있다. 루틴(104)은 다음의 식(8)으로부터 인버터 출력에 대하여 요구되는 듀티 사이클(DCY)을 계산한다:
Duty Cycle(퍼센트)=[PY/P(FY)]×100.
여기서, P(FY)는 유도 가열처리된 실제 워크피스로부터 판정된 적절한 베이스라인 로드 회로로 식(3)으로부터 계산된다.
루틴(106)은 원하는 출력 주파수 및 듀티 사이클을 달성하기 위해 파워 서플라이의 스위칭 디바이스의 스위칭을 컨트롤한다. 제한하지 않는 예로서, 루틴(106)은 요구되는 주파수(FY,), 및 듀티 사이클(DCY)을 달성하기 위해 인버터의 스위치에 대한 게이팅 회로에 인버터 컨트롤 신호를 게이팅한다. 루틴(108)은 실제 측정된 출력 파워가 설정 파워(PY)인지 판정한다. 실제 측정된 출력 파워는 적합한 센싱 디바이스를 사용하여 입력된다. 실제 측정된 파워가 요구된 설정 파워와 동등하지 않으면, 루틴(110)에서 듀티 사이클이 적절히 조절되고, 루틴(108)이 반복된다. 실제 측정된 파워가 요구된 설정 파워 동등하면, 루틴(112)은 설정 시간(TY)이 만료했는지 확인한다. 설정 시간이 만료하지 않았으면, 루틴(108)이 반복되고, 설정 시간이 만료했으면, 루틴(114)은 유도 가열처리를 위해 다음 증분 위치로 워크피스를 진행시키기 위해, 워크피스 포지셔닝 시스템에 컨트롤 신호를 출력하고, 실행을 위해 루틴(100)으로 돌아간다. 본 발명의 다른 실시예에서, 각 위치(Y)에서의 유도 가열을 위한 시간은 인덕터 내의 워크피스의 모든 위치에 대하여 동일 할 것이고, 이러한 배치에 대하여, 주파수 변화에 따른, 주파수 컨트롤 및 듀티 사이클 컨트롤은 각 위치가 일정한 속도로 인덕터를 통과하여 스태핑될 때, 인덕터의 각 위치를 유도 가열하기 위해 사용된다.
본 발명의 다른 예에서, 인덕터를 통한 워크피스의 이동 및 위치는, 예컨대, 유도 스캔 장치가 많은 동일한 워크피스를 연속으로 가열처리할 때, 미리 정해질 수 있다. 이러한 배열에서, 워크피스의 각 위치에서의 파워, 주파수, 시간, 및 듀티 사이클 설정은 그 워크피스, 및 본 발명의 유도 스캔 장비로의 실험적 테스팅에 의해 미리 정해질 수 있고, 이 장치로 가열처리된 각각의 연속된 동일의 워크피스 에 대하여 이들 값 모두 또는 일부는 더 입력되거나 계산없이 실행될 수 있다. 인덕터 내의 워크피스의 일부분 또는 피처의 증분 또는 후속 위치는, 워크피스 또는 인덕터의 연속적인 이동에 가까운 미세한 단계 또는 단계적 이동으로서 눈으로 식별할 수 있는 정도의 거친 단계로, 워크피스 또는 인덕터, 또는 이들의 조합의 불연속적인 단계적 이동으로서 이루어질 수 있다. 용어 "선택된 부분", "복수 개의 피처", 및 "로케이션"은 가변 주파수 및 듀티 사이클로 유도 가열처리를 위해 인덕터 내에 설치된 워크피스의 부분을 설명하기 위해 사용되고, 본 발명은 이 부분, 피처 또는 로케이션은 인덕터를 통과하는 동안, 주파수 및 듀티 사이클을 변경하는 단계를 포함한다. 각 부분, 피처, 또는 로케이션의 서브 섹션은 그 부분, 피처, 로케이션의 서브 섹션이 이 인덕터를 통과하여 지나갈 때, 가변 주파수 및 듀티 사이클로 가열처리될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 펄스 폭 변조 컨트롤은 인버터의 출력 주파수가, 예컨대, 워크피스의 피처에 대한 가열처리 및 템퍼링을 이루기 위해, 주어진 워크피스 위치에서 변할 때, 인버터의 파워 출력을 컨트롤하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 워크피스를 포함하는 피처의 연속의 가열처리는 그 피처가 워크피스에 위치된 순서로 연속의 가열처리가 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 1의 워크피스(14)를 참조하면, 피처(14a, 14b, 및 14c)는 인덕터(12)를 통과하여 그 순서대로 연속으로 포지셔닝되고 가열처리된다. 대안으로서, 예컨대, 피처(14a, 14c, 및 14b)는 인덕터를 통과하여 그 순서대로 연속으로 포지셔닝되고 가열처리된다.
상기 예들은 단지 설명의 목적으로 제공되었고, 본 발명의 한정으로써 해석 되지 않아야 함을 알아야 한다. 본 발명은 다양한 실시예를 참조하여 설명되었으나, 본 명세서에서 사용된 단어들은 한정하는 것이 아니라, 서술과 설명을 위한 것이다. 또한, 본 발명은 본 명세서에서 특정 수단, 재료, 및 실시예를 참조하여 서술되었지만, 본 발명은 본 명세서에 개시된 특정의 것으로 한정되지 않으며, 본 발명은 첨부된 청구항의 범위에 속하는 바와 같이, 모든 기능적으로 동등한 구조, 방법, 및 용법까지 확장한다. 본 명세서를 본 당업자들은 다양한 변형을 이룰 수 있고, 이 변형은 그 태양 내의 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 만들어질 수 있다.

Claims (16)

  1. 워크피스의 유도 가열 처리 장치로서,
    펄스 폭 변조 컨트롤을 가진 AC 출력을 갖고, 풀 웨이브 브릿지 인버터를 포함하는 파워 소스;
    AC 자기장을 발생시키기 위해 상기 AC 출력에 연결된 인덕터;
    상기 자기장과 상기 워크피스의 선택된 부분을 자기적으로 커플링하기 위해 상기 인덕터를 통과하여 상기 워크피스를 이동시키는 수단;
    상기 선택된 부분의 각각이 유도 가열처리를 위해 상기 자기장에 커플링된 때, 상기 풀 웨이브 브릿지 인버터에서 스위칭 디바이스의 도전 기간을 변경시킴으로써 상기 AC 출력의 주파수를 선택적으로 조절하는 수단; 및
    상기 선택된 부분의 각각이 유도 가열처리를 위해 상기 자기장에 커플링되고 상기 풀 웨이브 브릿지 인버터에서 스위칭 디바이스의 도전 기간을 변경시킴으로써 상기 AC 출력의 주파수가 조절될 때, 1/2 사이클의 풀 웨이브 브릿지 인버터에서 스위칭 디바이스의 도전 기간을 타임 시프팅하여 상기 풀 웨이브 브릿지 인버터의 상기 AC 출력의 듀티 사이클을 변경시킴으로써 상기 AC 출력의 파워의 크기를 선택적으로 조절하는 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 워크피스의 유도 가열 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 각각의 상기 선택된 부분이 유도 가열처리를 위해 상기 자기장에 커플링된 시간을 선택적으로 조절하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워크피스의 유도 가열 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 워크피스의 각각의 상기 선택된 부분이 상기 자기장에 커플링되었음을 나타내기 위한 포지셔닝 메카니즘, 및 상기 포지셔닝 메카니즘에 의해 지시된 상기 선택된 부분 중 하나에 대한 상기 AC 출력의 주파수, 파워, 및 듀티 사이클을 판정하는 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워크피스의 유도 가열 처리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 각각의 상기 선택된 부분이 상기 자기장에 커플링되었음을 나타내기 위한 포지셔닝 메카니즘, 및 상기 포지셔닝 메카니즘에 의해 지시된 상기 선택된 부분 중 하나에 대한 상기 AC 출력의 주파수, 파워, 듀티 사이클, 유도 가열처리를 위한 시간을 판정하는 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워크피스의 유도 가열 처리 장치.
  5. 워크피스의 하나 이상의 피처를 유도 가열하는 방법으로서,
    적어도 하나의 인덕터 주변에 AC 자기장을 발생시키기 위해 상기 적어도 하나의 인덕터에 풀 웨이브 브릿지 인버터로부터 전력을 공급하는 단계;
    상기 자기장과 상기 포지셔닝된 피처를 자기적 커플링시키기 위해 상기 자기장 부근에 상기 워크피스의 하나 이상의 피처의 각각을 연속적으로 포지셔닝하는 단계로서 이를 통해 포지셔닝된 피처가 유도 가열처리되는 단계;
    상기 워크피스의 하나 이상의 피처의 각각이 상기 자기장 주변에 연속적으로 포지셔닝된 동안, 상기 풀 웨이브 브릿지 인버터에서 스위칭 디바이스의 도전 기간을 변경시킴으로써 상기 전력의 주파수를 선택적으로 변경하는 단계; 및
    상기 워크피스의 하나 이상의 피처의 각각이 상기 자기장 주변에 연속적으로 포지셔닝되고, 상기 풀 웨이브 브릿지 인버터에서 스위칭 디바이스의 도전 기간을 변경시킴으로써 상기 전력의 주파수가 조절된 동안, 1/2 사이클의 풀 웨이브 브릿지 인버터에서 스위칭 디바이스의 도전 기간을 타임 시프팅하여 상기 전력의 듀티 사이클을 변경시킴으로써 상기 전력의 크기를 선택적으로 변경하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 워크피스의 하나 이상의 피처를 유도 가열하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 하나 이상의 피처의 각각의 하나가 상기 자기장과 유도적으로 커플링된 가열처리 시간을 선택적으로 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워크피스의 하나 이상의 피처를 유도 가열하는 방법.
  7. 제 5 항 또는 6 항에 있어서, 상기 포지셔닝된 피처가 상기 자기장에 자기적으로 커플링되었음을 판정하는 단계, 및 상기 포지셔닝된 피처에 대한 전력의 주파수, 크기, 및 듀티 사이클을 판정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워크피스의 하나 이상의 피처를 유도 가열하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 포지셔닝된 피처가 상기 자기장에 자기적으로 커플링되었음을 판정하는 단계, 및 상기 포지셔닝된 피처에 대한 상기 전력의 주파수, 크기, 및 듀티 사이클, 및 유도 가열처리 시간을 판정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워크피스의 하나 이상의 피처를 유도 가열하는 방법.
  9. 워크피스를 전기 유도 가열처리하는 방법으로서,
    적어도 하나의 인덕터를 통과하여 복수의 로케이션에 상기 워크피스를 연속적으로 포지셔닝하는 단계;
    상기 워크피스 상의 복수의 로케이션과의 커플링을 위한 자기장을 발생시키기 위해 상기 적어도 하나의 인덕터에 풀 웨이브 브릿지 인버터로부터 전력을 인가하는 단계;
    상기 워크피스의 로케이션이 상기 자기장과 현재 커플링되었음을 식별하는 단계;
    상기 풀 웨이브 브릿지 인버터에서 스위칭 디바이스의 도전 기간을 변경시킴으로써 상기 워크피스의 식별된 로케이션에 대한 상기 전력의 주파수를 조절하는 단계; 및
    상기 풀 웨이브 브릿지 인버터에서 스위칭 디바이스의 도전 기간을 변경시킴으로써 상기 전력의 주파수가 조절된 때, 1/2 사이클의 풀 웨이브 브릿지 인버터에서 스위칭 디바이스의 도전 기간을 타임 시프팅하여 상기 전력의 듀티 사이클을 조절함으로써 상기 전력의 크기를 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 워크피스를 전기 유도 가열처리하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 워크피스의 식별된 로케이션이 상기 자기장과 커플링되는 시간을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워크피스를 전기 유도 가열처리하는 방법.
  11. 제 9 항 또는 10 항에 있어서, 상기 워크피스의 식별된 로케이션에 대한 전력의 주파수를 상기 식별된 로케이션에 대해 메모리 디바이스에 저장된 주파수 값으로 조절하는 단계, 및 상기 식별된 로케이션에 대해 메모리 디바이스에 저장된 전력의 크기에 대하여 요구되는 상기 전력의 듀티 사이클을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워크피스를 전기 유도 가열처리하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 메모리 디바이스에 저장된 전력의 크기를 100 퍼센트 듀티 사이클의 전력에 대해 계산된 값으로 나눔으로써, 상기 전력의 듀티 사이클을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워크피스를 전기 유도 가열처리하는 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 워크피스의 식별된 로케이션에 대한 전력의 주파수를 상기 식별된 로케이션에 대해 메모리 디바이스에 저장된 주파수 값으로 조절하는 단계, 상기 식별된 로케이션에 대해 메모리 디바이스에 저장된 전력의 크기를 위해 요구되는 상기 전력의 듀티 사이클을 조절하는 단계, 및 상기 워크피스의 식별된 로케이션이 상기 자기장과 커플링되는 시간을 상기 식별된 로케이션에 대하여 메모리 디바이스에 저장된 시간 값으로 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워크피스를 전기 유도 가열처리하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 메모리 디바이스에 저장된 전력의 크기를 100 퍼센트 듀티 사이클을 가진 전력에 대한 계산된 값으로 나눔으로써, 상기 전력의 듀티 사이클을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워크피스를 전기 유도 가열처리하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 실제 전력의 크기를 측정하는 단계, 실제 전력의 크기와 상기 메모리 디바이스에 저장된 상기 전력의 크기를 비교하는 단계, 및 상기 실제 전력의 크기와 상기 메모리 디바이스에 저장된 상기 전력의 크기 사이의 임의의 차이를 제거하기 위해 상기 전력의 듀티 사이클을 더 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워크피스를 전기 유도 가열처리하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 메모리에 저장된 시간 값에 대해 상기 워크피스의 식별된 로케이션이 상기 자기장과 커플링되는 실제 시간 기간을 측정하는 단계, 및 상기 실제 시간 기간이 메모리에 저장된 시간 값과 동등할 때 상기 워크피스를 복수의 로케이션 중 다른 하나로 진행시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워크피스를 전기 유도 가열처리하는 방법.
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