KR101435740B1

KR101435740B1 - 고주파 유도가열을 이용한 실린더의 히팅장치

Info

Publication number: KR101435740B1
Application number: KR1020130001526A
Authority: KR
Inventors: 주상규
Original assignee: 주상규
Priority date: 2013-01-07
Filing date: 2013-01-07
Publication date: 2014-08-28
Also published as: KR20140089739A

Abstract

본 발명은 복수의 구간을 독립적으로 가열하는 히팅블록들을 복수개의 인버터를 이용하여 구동 제어하되, 히팅블록들의 고주파 출력의 위상을 동기화하여 인접 구간 간의 간섭현상을 최소화하고, 상기 히팅블록들을 설정 온도에 따라 순차적으로 독립 제어함으로써, 정확한 온도제어와 에너지 효율을 극대화 하도록 한 고주파 유도가열을 이용한 실린더의 히팅장치에 관한 것으로, 실린더에 외주면에 장착되는 복수개의 히팅블록을 포함하고; 상기 각 히팅블록은 유도코일과 해당 히팅블록의 온도를 감지하는 온도센서를 포함하며; 상기 각 히팅블록들은 복수개의 히팅블록군으로 구분되고, 상기 히팅블록군은 이를 제어하는 각각의 제어수단을 포함한다.

Description

고주파 유도가열을 이용한 실린더의 히팅장치{HEATING APPARATUS FOR CYLINDER USING HIGH FREQUENCY INDUCTION HEATING}

본 발명은 고주파 유도가열 방식을 적용한 실린더의 히팅장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 구간을 독립적으로 가열하는 히팅블록들을 복수개의 인버터를 이용하여 구동 제어하되, 히팅블록들의 고주파 출력의 위상을 동기화하여 인접 구간 간의 간섭현상을 최소화하고, 상기 히팅블록들을 설정 온도에 따라 순차적으로 독립 제어함으로써, 정확한 온도제어와 에너지 효율을 극대화 하도록 한 고주파 유도가열을 이용한 실린더의 히팅장치에 관한 것이다.

주지한 바와 같은 실린더는 예를 들어, 사출기나 압출기에 적용되는 것 일 수 있고, 또 다른 파이프 형태의 온도제어 분야에 적용될 수 있는 부속품일 수 도 있다.

첨부된 도면, 도 1에는 일반적인 사출기의 주요 구성이 도시되어 있다.

통상 사출기는, 파이프 형태의 실린더(10)를 포함하며, 상기 실린더(10)의 선단부에는 내부에 용융된 플라스틱 재료가 토출되는 노즐(11)이 구비되고, 상기 실린더 노즐(11)은 소정의 금형장치(70)와 연결되는 구조를 가진다.

또한 상기 실린더(10) 내부에는 왕복 운동하는 스크루(20)가 장착된다.

상기 스크루(20)에는 나사산부(21)가 형성되며, 전면에는 스크루헤드(22)가 장착되고, 타단에는 유압실린더(30) 및 회전모터(40)가 연결된다.

또한 상기 실린더(10)에는 플라스틱 재료가 투입되는 호퍼(60)가 설치되며, 상기 실린더(10)의 외주면에는 상기 호퍼(60)를 통해 실린더 내부에 투입된 플라스틱 재료를 용융시키기 위한 히팅장치(50)가 장착된다.

이와 같이 구성되는 사출기의 동작을 살펴보면, 먼저, 플라스틱 재료를 호퍼(60)를 통해 실린더(10)로 투입하면, 투입된 재료는 히팅장치(50)에 의해 가열되고, 스크루(20)의 회전으로 혼합 및 용융되면서 실린더 노즐(11)을 통해 금형장치(70)로 사출된다.

상기 금형장치(70)로 주입된 플라스틱 재료 용융물은 금형으로부터 이형되고, 동시에 상기 스크루(20)는 후퇴하여 새로운 사출 성형 사이클을 시작한다.

이러한 사출기에 적용되는 히팅장치(50)를 살펴보면,

상기 히팅장치(50)는 실린더(10) 내부에 투입된 플라스틱 재료를 용융시켜주기 위하여 실린더(10)의 온도를 일정하게 가열 유지하여 주는 역할을 수행한다.

또한 상기 히팅장치(50)는 비교적 넓은 구간을 가열해야 되기 때문에 히터의 최대 부하용량을 고려하여 일반적으로 복수개의 히팅 블록으로 구성한다.

여기에서는 제1히터부(51), 제2히터부(52) 및 제3히터부(53)와 같이 3개의 히팅블록으로 구성되어 있다.

또한 종래에는 대부분의 히팅장치가 열선방식을 사용하였는데, 이는 큰 전력소모를 초래하여 근래에는 전력소모가 현저하게 적은 고주파 유도가열 방식을 이용한 히팅장치가 개발되고 있다.

그런데 상기 유도가열방식을 이용한 실린더(10)의 히팅장치(50)는 복수개의 히팅블록, 즉 제1히터부(51), 제2히터부(52) 및 제3히터부(53)가 독립적으로 구동 제어되어 각 구간의 온도를 독립 제어하게 되는 데, 서로 인접한 구간의 히팅블록 간에 전자 유도에 따른 간섭현상이 발생되는 것이 발견되었다.

이러한 전자 유도 간섭현상은 각 히팅블록 간의 온도제어가 정확하게 이루어지지 않게 될 뿐 아니라, 출력제어가 일정하지 않게 되어 에너지 효율이 크게 떨어지고 전력소모가 증가하는 문제점이 발생되었다.

또한 상기 히팅블록에는 이를 독립 제어하는 인버터구동장치가 각각 설치되는데, 통상 사출기의 실린더(10)에는 약 7~8개 이상의 히팅블록에 장착되는 바, 이에 대응되는 인버터구동장치에 대한 비용은 제품단가가 상승하는 문제점으로 이어졌다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 복수의 구간을 독립적으로 가열하는 히팅블록들을 복수개의 인버터를 이용하여 구동 제어하되, 히팅블록들의 고주파 출력의 위상을 동기화하여 인접 구간 간의 간섭현상을 최소화하고, 상기 히팅블록들을 설정 온도에 따라 순차적으로 독립 제어함으로써, 정확한 온도제어와 에너지 효율을 극대화 하도록 한 고주파 유도가열을 이용한 실린더의 히팅장치를 제공하는 것에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실린더에 외주면에 장착되는 복수개의 히팅블록을 포함하고; 상기 각 히팅블록은 유도코일과 해당 히팅블록의 온도를 감지하는 온도센서를 포함하며; 상기 각 히팅블록들은 복수개의 히팅블록군으로 구분되고, 상기 히팅블록군은 이를 제어하는 각각의 제어수단을 포함하고; 상기 제어수단은, 해당 히팅블록군으로 각각 제공되는 유도코일 구동전원을 인가 또는 차단하는 릴레이들과, 상기 릴레이들이 일정시간 순차적으로 온 되도록 명령하고, 각 릴레이에 연결된 히팅블록의 설정온도 및 현재온도 신호를 인버터구동수단으로 제공하는 릴레이제어수단과, 상기 릴레이제어수단으로부터 제공되는 현재 릴레이에 연결된 히팅블록의 설정온도 및 현재온도 신호에 기반하여 해당 히팅블록군의 온도가 설정된 온도를 유지하도록 해당 히팅블록군의 유도코일로 구동전원을 제공하는 인버터구동수단을 포함하되, 상기 제어수단 중, 제1제어수단의 인버터구동수단은 히팅블록군의 구동 전원 제공에 따른 스위칭 제어신호에 동기된 동기신호를 생성하고, 상기 인버터구동수단로부터 출력되는 동기신호를 신호 처리하여 다른 제어수단으로 전송하는 동기신호 출력부를 더 포함하며, 상기 제1제어수단을 제외한 다른 제어수단에는 상기 제1제어수단의 동기신호출력부에서 전송되어오는 동기신호를 입력받아 해당 인버터구동수단에 입력하여 주는 동기신호입력부가 더 구성되고, 상기 인버터구동수단은 상기 동기신호입력부로부터 입력되는 동기신호에 동기하여 스위칭제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 상기 제1제어수단의 인버터구동수단은, 교류 입력전원을 직류전원으로 정류하는 정류부와, 상기 정류부를 통해 입력되는 직류전압을 일정한 전압으로 승압 출력하는 정전압부와, 상기 정전압부를 통해 직류전압을 인가받아 스위칭 구동되어 릴레이부를 통해 해당 히팅블록군의 유도코일에 전원을 인가하는 인버터부와, 상기 인버터부의 스위칭소자로 스위칭 신호를 출력하는 스위칭신호 출력부와, 릴레이제어수단으로부터 입력되는 특정 히팅블록의 설정온도 및 현재온도 신호에 따라 특정 히팅블록의 온도가 설정된 온도를 유지하도록 상기 스위칭신호 출력부로 스위칭 제어신호를 출력하고, 동시에 상기 출력되는 스위칭 제어신호에 동기된 동기신호를 생성하고 이를 출력하는 출력제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 상기 제1제어수단을 제외한 다른 제어수단의 인버터구동수단은 교류 입력전원을 직류전원으로 정류하는 정류부와, 상기 정류부를 통해 입력되는 직류전압을 일정한 전압으로 승압 출력하는 정전압부와, 상기 정전압부를 통해 직류전압을 인가받아 스위칭 구동되어 릴레이부를 통해 해당 히팅블록군의 유도코일에 전원을 인가하는 인버터부와, 상기 인버터부의 스위칭소자로 스위칭 신호를 출력하는 스위칭신호 출력부와, 릴레이제어수단으로부터 입력되는 특정 히팅블록의 설정온도 및 현재온도 신호에 따라 특정 히팅블록의 온도가 설정된 온도를 유지하도록 상기 스위칭신호 출력부로 스위칭 제어신호를 출력하되, 상기 스위칭제어신호를 동기신호입력부로부터 입력되는 동기신호에 동기하여 출력하는 출력제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 상기 릴레이제어수단은, 릴레이부의 각 릴레이를 온, 오프 단속하는 릴레이구동부와, 온도센서로부터 검출된 각 히팅블록들의 온도를 릴레이제어부로 입력하여 주는 온도검출부와, 릴레이제어부로 각 히팅블록들의 설정온도를 입력하여 주는 설정부와, 상기 릴레이구동부로 릴레이들이 일정시간 순차적으로 온 되도록 명령하고, 각 릴레이에 연결된 히팅블록의 설정온도 및 현재온도 신호를 상기 인버터구동수단으로 제공하는 릴레이제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 상기 릴레이제어수단은 히팅블록에 연결된 릴레이들을 순차적으로 연결하되, 해당 릴레이에 연결된 히팅블록이 설정온도에 도달하면 현재 연결된 릴레이를 차단하고 다음 릴레이를 온하고 이에 연결된 히팅블록이 설정온도에 도달하면 다음 릴레이를 연결하는 구동제어를 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 상기 제1제어수단의 출력제어부는 스위칭신호출력부로 출력되는 스위칭 펄스신호의 로우엣지 타임에 일정한 폭을 가지는 동기신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명은 복수의 구간을 독립적으로 가열하는 히팅블록들을 복수개의 인버터를 이용하여 구동 제어하되, 히팅블록들의 고주파 출력의 위상을 동기화하여 인접 구간 간의 간섭현상을 최소화하고, 상기 히팅블록들을 설정 온도에 따라 순차적으로 독립 제어함으로써, 정확한 온도제어와 에너지 효율을 극대화하는 장점을 제공한다.

또한 본 발명은 실린더에 장착되는 히팅장치를 고주파 유도가열방식을 이용한 히팅장치로 제작함으로써, 전력소비를 크게 절감할 수 있는 장점을 제공한다.

도 1은 일반적인 사출기의 구성도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 유도가열을 이용한 실린더의 히팅장치의 구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1제어수단 내지 제3제어수단의 구성도,
도 4 및 도 5는 본 발명이 적용되는 인버터구동수단의 출력파형도이다.

우선, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하였다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 유도가열을 이용한 실린더의 히팅장치의 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명 고주파 유도가열을 이용한 실린더의 히팅장치는,

실린더(10)에 외주면에 장착되는 복수개의 히팅블록을 포함한다.

상기 히팅블록은 제1히터부(51) 내지 제9히터부(59)로 구성된다.

여기에서 상기 실린더(10)는 사출기 또는 압출기에 적용되는 실린더를 일례로 설명하나 꼭 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 상기 히팅블록은 9개로 구성되어 있으나, 이 숫자에 한정되는 것은 아니다.

또한 상기 각 히팅블록은 유도가열 코일과 해당 히팅블록의 온도를 감지하는 온도센서를 포함한다.

즉 제1히터부(51)는 제1유도코일(51a)과 온도센서(51b)를, 제2히터부(52)는 제2유도코일(52a)과 온도센서(52b)를, 제3히터부(53)는 제3유도코일(53a)과 온도센서(53b), 제4히터부(54)는 제4유도코일(54a)과 온도센서(54b)를, 제5히터부(55)는 제5유도코일(55a)과 온도센서(55b)를, 제6히터부(56)는 제6유도코일(56a)과 온도센서(56b)를, 제7히터부(57)는 제7유도코일(57a)과 온도센서(57b)를, 제8히터부(58)는 제8유도코일(58a)과 온도센서(58b)를, 제9히터부(59)는 제9유도코일(59a)과 온도센서(59b)를 포함한다.

또한 상기 각 히팅블록들은 복수개의 히팅블록군을 제어하는 각각의 제어수단, 즉 제1제어수단(100), 제2제어수단(200) 및 제3제어수단(300)에 각각 연결되어 구동 제어되도록 구성된다.

또한 상기 제1제어수단(100)은 제1히터부(51) 내지 제3히터부(53)로 각각 제공되는 유도코일 구동전원을 인가 또는 차단하는 릴레이들이 일정시간 순차적으로 온 되도록 명령하고, 각 릴레이에 연결된 히팅블록의 설정온도 및 현재온도 신호를 인버터구동수단으로 제공하는 릴레이제어수단(120)과, 상기 릴레이제어수단(120)으로부터 제공되는 현재 릴레이에 연결된 히팅블록의 설정온도 및 현재온도 신호에 기반하여 해당 히팅블록(51~53)의 온도가 설정된 온도를 유지하도록 해당 히팅블록의 유도코일(51a~53b)로 구동전원을 제공하고, 동시에 구동 전원 제공에 따른 스위칭 제어신호에 동기된 동기신호를 생성하고 이를 출력하는 인버터구동수단(110)과, 상기 인버터구동수단(110)로부터 출력되는 동기신호를 신호 처리하여 제2제어수단(200) 및 제3제어수단(300)으로 전송하는 동기신호 출력부(130)를 포함한다.

또한 상기 제2제어수단(200)은 제4히터부(54) 내지 제6히터부(56)로 각각 제공되는 유도코일 구동전원을 인가 또는 차단하는 릴레이들이 일정시간 순차적으로 온 되도록 명령하고, 각 릴레이에 연결된 히팅블록의 설정온도 및 현재온도 신호를 인버터구동수단으로 제공하는 릴레이제어수단(220)과, 상기 릴레이제어수단(220)으로부터 제공되는 현재 릴레이에 연결된 히팅블록의 설정온도 및 현재온도 신호에 기반하여 해당 히팅블록(54~56)의 온도가 설정된 온도를 유지하도록 해당 히팅블록의 유도코일(54a~56b)로 구동전원을 제공하되, 상기 구동전원 제공에 따른 스위칭 제어신호를 동기신호입력부(230)로부터 입력되는 동기신호에 동기하여 출력하는 인버터구동수단(210)과, 상기 제1제어수단(100)의 동기신호출력부(130)로부터 전송되어 오는 동기신호를 신호 처리하여 상기 인버터구동수단(210)로 입력하는 동기신호 입력부(230)를 포함한다.

상기 제3제어수단(300)의 구성은 상기 제2제어수단(200)의 구성과 동일하다.

상기 제1제어수단(100) 내지 제2제어수단(200)의 보다 상세한 구성을 도 3을 참조하여 설명한다.

먼저, 제1제어수단(100)은,

릴레이들을 포함한다. 상기 릴레이들은 상기 제1히터부(51)의 제1유도코일(51a)과 인버터구동수단(110)에 개재되는 제1릴레이(101)와, 상기 제2히터부(52)의 제2유도코일(52a)과 인버터구동수단(110)에 개재되는 제2릴레이(102)와, 상기 제3히터부(53)의 제3유도코일(53)과 인버터구동수단(110)에 개재되는 제3릴레이(103)를 포함한다.

상기 인버터구동수단(110)은, 교류 입력전원(AC)을 직류전원으로 정류하는 정류부(111)와, 상기 정류부(111)를 통해 입력되는 직류전압을 일정한 전압으로 승압 출력하는 정전압부(112)와, 상기 정전압부(112)를 통해 직류전압을 인가받아 스위칭 구동되어 릴레이부(101~103)를 통해 해당 히팅블록(51~53)의 유도코일(51a~53a)에 전원을 인가하는 인버터부(113)와, 상기 인버터부(113)의 스위칭소자(Q1)(Q2)로 스위칭 신호를 출력하는 스위칭신호 출력부(114)와, 릴레이제어수단(120)으로부터 입력되는 특정 히팅블록의 설정온도 및 현재온도 신호에 따라 특정 히팅블록의 온도가 설정된 온도를 유지하도록 상기 스위칭신호 출력부(114)로 스위칭 제어신호를 출력하고, 동시에 상기 출력되는 스위칭 제어신호에 동기된 동기신호를 생성하고 이를 출력하는 출력제어부(115)를 포함한다.

상기 릴레이제어수단(120)은, 릴레이부의 각 릴레이(101~103)를 온, 오프 단속하는 릴레이구동부(121)와, 온도센서(51b~53b)로부터 검출된 각 히팅블록들의 온도를 릴레이제어부(124)로 입력하여 주는 온도검출부(122)와, 릴레이제어부(124)로 각 히팅블록들의 설정온도를 입력하여 주는 설정부(123)와, 상기 릴레이구동부(121)로 릴레이들이 일정시간 순차적으로 온 되도록 명령하고, 각 릴레이에 연결된 히팅블록의 설정온도 및 현재온도 신호를 상기 인버터구동수단(110)으로 제공하는 릴레이제어부(124)를 포함한다.

또한 상기 릴레이제어수단(120)은 히팅블록을 제어함에 있어서, 히팅블록에 연결된 릴레이들을 순차적으로 연결하되, 해당 릴레이에 연결된 히팅블록이 설정온도에 도달하면 현재 연결된 릴레이를 차단하고 다음 릴레이를 온하고 이에 연결된 히팅블록이 설정온도에 도달하면 다음 릴레이를 연결하는 구동제어를 포함한다.

상기 동기신호출력부(130)는 상기 인버터구동수단(110)의 출력제어부(115)로부터 출력되는 동기신호를 신호 처리하여 제2제어수단(200)으로 동기신호를 전송하여 준다.

이와 같이 구성된 제1제어수단(100)의 동작을 살펴본다.

먼저, 전원(AC)이 입력되면, 입력된 교류전원는 정류부(111)를 통하여 정류 및 평활되어 직류전원으로 변환되고, 정전압부(112)를 통해 승압되어 인버터부(113)에 구동전압으로 인가된다.

이때 출력제어부(115)는 상기 릴레이제어수단(120)로부터 입력되는 특정 히팅블록의 설정온도 및 현재온도 신호에 기반하여 인버터부(113)를 구동제어하기 위한 스위칭제어신호를 스위칭신호출력부(114)로 출력한다.

따라서 상기 스위칭신호출력부(114)는 출력포트(G1)(G2)로 도 4의 (A)(B)와 같은 스위칭 펄스신호를 출력한다.

상기 스위칭신호출력부(114)의 포트(G1)로 출력된 도 4의 (A)와 같은 펄스신호(P1)는 인버터부(113)의 스위칭소자(Q1)를 턴온시켜 상기 스위칭소자(Q1)를 통해 릴레이부(101~103)중에 선택(연결)된 릴레이를 통하여 해당 히팅블록(51~53)의 유도코일(51a~53a)에 전류가 흐르도록 하여준다.

예를 들어 릴레이제어수단(120)에 의해 제1릴레이(101)가 온(ON) 된 경우, 히팅블록인 제1히터부(51)의 제1유도코일(51a)에 전류가 흐르게 된다.

또한 도 4의 시점(t1)에서 상기 (A)와 같은 펄스신호(P1)는 오프되고 일정시간 간격 후 시점(t2)에서 스위칭신호출력부(114)의 포트(G2)로 출력된 도 4의 (B) 와 같은 펄스신호는 인버터부(113)의 스위칭소자(Q2)를 턴온시켜 이번에는 상기 스위칭소자(Q2)를 통해 제1유도코일(51a)에 전류가 흐르도록 하여준다.

따라서 상기 제1유도코일(51a)은 구동되어 유도 전류를 발생시켜 제1히터부(51)는 발열 된다.

이때 상기 스위칭신호출력부(114)의 포트(G1)(G2)로 출력되는 펄스신호(P1)의 폭(T1)은 서로 동일하다.

또한 상기 출력제어부(115)는 상기 릴레이제어수단(120)으로부터 입력되는 선택된 히팅블록(제1히터부)의 설정온도 및 현재온도 신호를 입력받아 해당 히팅블록(제1히터부)이 설정된 온도를 유지하도록 출력을 제어하게 된다.

즉 도 4의 (A)와 같이 스위칭신호출력부(114)의 포트(G1)로 출력되는 펄스신호(P1)의 펄스폭(T1)을 증가(P2) 하거나 감소(P3) 시켜 제1유도코일(51a)에 흐르는 전류량을 가변하여 온도를 가감 제어하게 된다.

여기서 상기 스위칭신호출력부(114)의 포트(G1) 출력의 펄스신호(P1)의 펄스폭(T2)이 펄스신호(P2)로 가변되었다면, 포트(G2)로 출력되는 펄스폭(T2)도 도 4의 (C)와 같이 가변되어 출력된다.

또한 상기 출력제어부(115)는 상기 스위칭 제어신호 출력 시, 이에 동기된 동기신호를 생성하게 되는 데, 상세한 설명은 후술한다.

한편, 상기 릴레이제어수단(120)은 설정부(123)를 통해 각 히팅블록인, 제1제어부 내지 제3제어부(51~53)에 설정온도가 릴레이제어부(124)로 입력되면, 상기 히팅블록들을 구동제어하기 위한 명령을 출력하게 된다.

이때 상기 릴레이제어수단(120)은 2가지 방식으로 히팅블록들을 구동제어하게 된다.

먼저, 첫 번째 제어방법은 단순 시분할 방식으로, 릴레이부의 릴레이(101~103)들은 일정시간 순차적으로 온하여 주고, 각 릴레이에 연결된 히팅블록의 온도를 검출하여 설정된 온도를 유지하도록 제어하는 방법이다.

즉 릴레이제어부(124)는 릴레이구동부(121)를 통해 제1릴레이(101), 제2릴레이(102) 및 제3릴레이(103)를 일정시간 간격으로 순차적으로 온하여 준다.

상기 제1릴레이(101)가 온되었을 때에는, 온도검출부(122)를 통해 제1히터부(51)의 온도센서(51b)로부터 검출된 제1히터부(51)의 현재온도와, 설정부(123)를 통해 설정된 제1히터부(51)의 설정온도를 인버터구동수단(110)의 출력제어부(115)로 입력하여 준다.

상기 출력제어부(115)는 상기 릴레이제어수단(120)으로부터 제공된 설정온도 및 현재온도를 기반으로 출력량을 조절하여 스위칭신호 출력부(114)로 스위칭 제어 신호를 출력하며, 상기 스위칭신호 출력부(114)는 인버터부(113)를 구동시켜 제1릴레이(101)를 통해 제1유도코일(51a)에 전류가 흐르게 되고, 상기 제1히터부(51)는 발열된다.

일정시간 경과 후, 상기 릴레이제어수단(120)은 제1릴레이(101)를 오프하고, 상기 인버터구동수단(110)으로 상기 제1히터부(51)의 현재온도와 설정온도 신호의 제공을 중지한다.

동시에 상기 릴레이제어수단(120)은 제2릴레이(102)를 온하고, 상기 인버터구동수단(110)으로 상기 제2히터부(52)의 현재온도와 설정온도 신호를 제공한다.

따라서 상기 인버터구동수단(110)은 상기 릴레이제어수단(120)으로부터 제공된 제2히터부(52)의 설정온도 및 현재온도를 기반으로 출력량을 조절하여 상기 제2릴레이(102)를 통해 제2유도코일(52a)의 전류를 제어하게 된다.

이와 같은 방법으로 상기 릴레이(101~103)들을 일정시간 간격으로 순차적으로 온하여 해당 히팅블록을 구동 제어한다.

두 번째 제어방법은, 온도검출에 따른 시분할 방식으로, 각 히팅블록의 온도를 검출하고 해당 히팅블록이 설정된 온도에 도달하면 다음 히팅블록의 온도를검출하여 해당 히팅블록의 구동하는 것을 순차적으로 반복 실행하는 제어 방법이다.

즉 릴레이제어수단(120)은 제1릴레이(101)를 온하고, 제1히터부(51)의 온도를 검출하여 제1히터부(51)의 설정온도와 현재온도 신호를 인버터구동수단(110)으로 제공하여 준다.

따라서 상기 인버터구동수단(110)은 상기 릴레이제어수단(120)으로부터 제공된 제1히터부(51)의 설정온도 및 현재온도를 기반으로 출력량을 조절하여 상기 제1릴레이(101)를 통해 제1유도코일(51a)의 구동한다.

이후 상기 제1히터부(51)의 현재온도가 설정온도에 도달하면, 상기 인버터구동수단(110)은 출력을 중지하게 되고, 동시에 릴레이제어수단(120)은 제1릴레이(101)를 오프하고 제2릴레이(102)를 온하여 준다.

그리고 상기 릴레이제어수단(120)은 제2히터부(52)의 온도를 검출하여 제2히터부(52)의 설정온도와 현재온도 신호를 인버터구동수단(110)으로 제공하여 주며, 상기 인버터구동수단(110)은 상기 릴레이제어수단(120)으로부터 제공된 제2히터부(52)의 설정온도 및 현재온도를 기반으로 출력량을 조절하여 상기 제2릴레이(102)를 통해 제2유도코일(52a)의 구동한다.

이와 같은 방법으로 상기 릴레이(101~103)들을 순차적으로 온하여 주되, 해당 히팅블록이 설정온도와 현재온도가 일치하면 다음 릴레이를 통해 해당 히팅블록의 온도를 순차적으로 조절하게 되는 제어를 수행한다.

이러한 방식은 상기 히팅블록들이 세라믹등의 절연재를 포함하고 있어, 장시간 해당 유도코일이 구동하지 않더라도 상기 세라믹 소재에 의해 일정한 온도를 유지하기 때문에 가능하다.

또한 상기 제2제어수단(200)은 그 주요구성이 제1제어수단(110)의 구성과 동일하다.

다만, 상기 제2제어수단(200)은 상기 제1제어수단(100)에 구성된 동기신호출력부(130)의 구성이 없는 반면, 상기 동기신호출력부(130)에서 전송되어오는 동기신호를 입력받아 자신의 인버터구동수단(210)에 입력하여 주는 동기신호입력부(230)가 구성되어 있다.

구체적으로 상기 제2제어수단(200)의 인버터구동수단(210)은 교류 입력전원(AC)을 직류전원으로 정류하는 정류부(211)와, 상기 정류부(211)를 통해 입력되는 직류전압을 일정한 전압으로 승압 출력하는 정전압부(212)와, 상기 정전압부(212)를 통해 직류전압을 인가받아 스위칭 구동되어 릴레이부(201~203)를 통해 해당 히팅블록(54~56)의 유도코일(54a~56a)에 전원을 인가하는 인버터부(213)와, 상기 인버터부(213)의 스위칭소자(Q1)(Q2)로 스위칭 신호를 출력하는 스위칭신호 출력부(214)와, 릴레이제어수단(220)으로부터 입력되는 특정 히팅블록의 설정온도 및 현재온도 신호에 따라 특정 히팅블록의 온도가 설정된 온도를 유지하도록 상기 스위칭신호 출력부(214)로 스위칭 제어신호를 출력하되, 상기 스위칭제어신호를 동기신호입력부(230)로부터 입력되는 동기신호에 동기하여 출력하는 출력제어부(215)를 포함한다.

또한 제3제어수단(300)의 경우에도, 상기 제2제어수단(200)의 구성과 동일하다.

이와 같이 구성된 상기 제1제어수단(100)의 출력제어부(115)는 도 5의 (A)(B)와 같이 스위칭신호출력부(114)의 포트(G1)(G2)로 스위칭 펄스신호(P1)를 교번하여 출력 제어함에 있어서, 도 5의 (C)와 같이 해당 펄스(P1)의 로우엣지(t1)(t3) 타임에 일정한 폭을 가지는 동기신호(S)를 생성하여 준다.

이와 같이 생성된 동기신호(S)를 동기신호출력부(130)로 출력하여 준다.

상기 동기신호출력부(130)는 상기 동기신호(S)를 제2제어수단(200)의 동기신호입력부(230)와 제3제어수단(300)의 동기신호입력부에 각각 전송하여 준다.

상기 제2제어수단(200)의 동기신호입력부(230)는 상기 제1제어수단(100)에서 생성된 도 5의 (C)와 같은 동기신호(S)를 출력제어부(225)로 입력하여 준다.

이때 출력제어부(225)는 스위칭신호출력부(224)의 스위칭신호를 출력 제어함에 있어서, 스위칭신호출력부(114)의 포트(G1')(G2')로의 스위칭 신호 출력을 상기 동기신호입력부(230)를 통해 입력되는 동기신호(S)에 동기하여, 도 5의 (D)(E)와 같이 펄스신호(P1')를 출력 제어하게 된다.

따라서 스위칭신호출력부(224)의 포트(G1')(G2')로 출력되는 스위칭신호는 인버터부(223)의 2개 스위칭소자를 교번하여 스위칭 동작시키되, 상기 스위칭소자의 구동으로 해당 히팅블록(54~56)에 인가되는 전류의 방향과 구동시점이 제1제어수단(100)의 히팅블록(51~53)에 인가되는 전류의 방향과 구동시점이 일치하게 되어 상기 히팅블록(51~53)과 히팅블록(54~56)의 유도코일에서 발생되는 유도전류에 따른 간섭현상이 최소화되게 된다.

이는 제3제어수단(300)의 경우에도 마찬가지로 적용되어, 서로 인접되는 히팅블록군, 즉 제1히터부(51) 내지 제3히터부(53), 제4히터부(54) 내지 제6히터부(56), 제7히터부(57) 내지 제9히터부(59) 사이에서 전자 유도전류에 따른 간섭현상이 크게 완화됨으로써, 정확하고 정밀한 온도제어는 물론, 간섭현상에 의해 에너지가 불필요하게 낭비되는 현상도 방지하여 주게 된다.

부연하자면, 도 5의 (D)(E)와 같이 제2제어수단(200)도 자체의 독립적인 온도제어를 수행함에 있어서, 스위칭 신호(P1')의 펄스폭(P1'→P2', P1'→P3')이 가감 제어 될 때에도, 펄스신호의 시작점이 동기신호(S)에 의해 동기 되어 출력됨으로써, 전술한 바와 같이 유도전류에 의한 간섭현상을 방지하게 되는 것이다.

또한 상기 히팅블록들이 세라믹 등의 절연재를 포함하고 있어, 장시간 해당 유도코일이 구동하지 않더라도 일정한 온도를 유지하게 되는 데, 본 발명은 상기 히팅블록들의 온도 특성에 기인하여 다음과 같은 제어를 수행할 수 도 있다.

즉 히팅블록의 온도제어를 수행함에 있어서, 특정 히팅블록의 온도가 상승 중인 경우, 설정온도에 도달하기 일정시간 전에 미리 해당 릴레이를 차단하여 구동을 중지하고, 다음 릴레이의 온도를 제어한다. 이때 해당 히팅블록은 구동되지 않더라도 온도가 상승되게 된다.

또한 해당 히팅블록의 온도가 하강 중인 경우, 설정온도 이하로 떨어지기 일정시간 전에 미리 해당 릴레이를 온하여 구동을 시작하고 다음 릴레이의 온도를 제어하게 된다.

이와 같이 설정온도를 중심으로 일정시간 전, 후에 해당 히팅블록의 온, 오프제어를 미리 예측하여 수행함으로써, 더욱 효율적인 온도제어가 가능하게 된다.

10: 실린더 50: 히팅장치
51~59: 제1히터부 내지 제9히터부
51a~59a: 제1유도코일 내지 제9유도코일
51b~59b: 온도센서 101~103, 201~203: 릴레이
100~300: 제1제어수단 내지 제3제어수단
110: 인버터구동수단 111: 정류부
112: 정전압부 113: 인버터부
114: 스위칭신호출력부 115: 출력제어부
120: 릴레이제어수단 121: 릴레이구동부
122: 온도검출부 123: 설정부
124: 릴레이 구동부 130: 동기신호출력부
230: 동기신호입력부

Claims

실린더의 외주면에 장착되는 복수개의 히팅블록을 포함하고;
상기 각 히팅블록은 유도코일과 해당 히팅블록의 온도를 감지하는 온도센서를 포함하며;
상기 각 히팅블록들은 복수개의 히팅블록군으로 구분되고, 상기 히팅블록군은 이를 제어하는 각각의 제어수단을 포함하고;
상기 제어수단은, 해당 히팅블록군으로 각각 제공되는 유도코일 구동전원을 인가 또는 차단하는 릴레이들과, 상기 릴레이들이 일정시간 간격으로 순차적으로 온 되도록 명령하고, 각 릴레이에 연결된 히팅블록의 설정온도 및 현재온도 신호를 인버터구동수단으로 제공하는 릴레이제어수단과, 상기 릴레이제어수단으로부터 제공되는 현재 릴레이에 연결된 히팅블록의 설정온도 및 현재온도 신호에 기반하여 해당 히팅블록군의 온도가 설정된 온도를 유지하도록 해당 히팅블록군의 유도코일로 구동전원을 제공하는 인버터구동수단을 포함하되,
상기 제어수단 중, 제1제어수단의 인버터구동수단은 히팅블록군의 구동 전원 제공에 따른 스위칭 제어신호에 동기된 동기신호를 생성하고, 상기 인버터구동수단로부터 출력되는 동기신호를 신호 처리하여 다른 제어수단으로 전송하는 동기신호 출력부를 더 포함하며,
상기 제1제어수단을 제외한 다른 제어수단에는 상기 제1제어수단의 동기신호출력부에서 전송되어오는 동기신호를 입력받아 해당 인버터구동수단에 입력하여 주는 동기신호입력부가 더 구성되고, 상기 인버터구동수단은 상기 동기신호입력부로부터 입력되는 동기신호에 동기하여 스위칭제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 고주파 유도가열을 이용한 실린더의 히팅장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1제어수단의 인버터구동수단은, 교류 입력전원을 직류전원으로 정류하는 정류부와, 상기 정류부를 통해 입력되는 직류전압을 일정한 전압으로 승압 출력하는 정전압부와, 상기 정전압부를 통해 직류전압을 인가받아 스위칭 구동되어 릴레이부를 통해 해당 히팅블록군의 유도코일에 전원을 인가하는 인버터부와, 상기 인버터부의 스위칭소자로 스위칭 신호를 출력하는 스위칭신호 출력부와, 릴레이제어수단으로부터 입력되는 특정 히팅블록의 설정온도 및 현재온도 신호에 따라 특정 히팅블록의 온도가 설정된 온도를 유지하도록 상기 스위칭신호 출력부로 스위칭 제어신호를 출력하고, 동시에 상기 출력되는 스위칭 제어신호에 동기된 동기신호를 생성하고 이를 출력하는 출력제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 유도가열을 이용한 실린더의 히팅장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1제어수단을 제외한 다른 제어수단의 인버터구동수단은 교류 입력전원을 직류전원으로 정류하는 정류부와, 상기 정류부를 통해 입력되는 직류전압을 일정한 전압으로 승압 출력하는 정전압부와, 상기 정전압부를 통해 직류전압을 인가받아 스위칭 구동되어 릴레이부를 통해 해당 히팅블록군의 유도코일에 전원을 인가하는 인버터부와, 상기 인버터부의 스위칭소자로 스위칭 신호를 출력하는 스위칭신호 출력부와, 릴레이제어수단으로부터 입력되는 특정 히팅블록의 설정온도 및 현재온도 신호에 따라 특정 히팅블록의 온도가 설정된 온도를 유지하도록 상기 스위칭신호 출력부로 스위칭 제어신호를 출력하되, 상기 스위칭제어신호를 동기신호입력부로부터 입력되는 동기신호에 동기하여 출력하는 출력제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 유도가열을 이용한 실린더의 히팅장치.
제 1 항에 있어서,
상기 릴레이제어수단은, 릴레이부의 각 릴레이를 온, 오프 단속하는 릴레이구동부와, 온도센서로부터 검출된 각 히팅블록들의 온도를 릴레이제어부로 입력하여 주는 온도검출부와, 릴레이제어부로 각 히팅블록들의 설정온도를 입력하여 주는 설정부와, 상기 릴레이구동부로 릴레이들이 일정시간 순차적으로 온 되도록 명령하고, 각 릴레이에 연결된 히팅블록의 설정온도 및 현재온도 신호를 상기 인버터구동수단으로 제공하는 릴레이제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 유도가열을 이용한 실린더의 히팅장치.
제 1 항에 있어서,
상기 릴레이제어수단은 히팅블록에 연결된 릴레이들을 순차적으로 연결하되, 해당 릴레이에 연결된 히팅블록이 설정온도에 도달하면 현재 연결된 릴레이를 차단하고 다음 릴레이를 온하고 이에 연결된 히팅블록이 설정온도에 도달하면 다음 릴레이를 연결하는 구동제어를 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 고주파 유도가열을 이용한 실린더의 히팅장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1제어수단의 출력제어부는 스위칭신호출력부로 출력되는 스위칭 펄스신호의 로우엣지 타임에 일정한 폭을 가지는 동기신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 고주파 유도가열을 이용한 실린더의 히팅장치.