KR101594572B1 - High frequency inductive heater - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가열롤에 관한 것으로서, 더 상세하게는 고주파를 이용한 유도 가열롤에 관한 것이다.The present invention relates to a heating roll, and more particularly, to an induction heating roll using a high frequency.
필름 연신 공정, 직물 또는 제지의 광택 공정 등 가열 롤을 사용하여 생산하는 공정에서, 오일 또는 물을 열 매체방식로 이용하여 롤 표면의 온도를 제어하는 방식이 있다.There is a method of controlling the temperature of the roll surface by using oil or water in a heating medium method in a process of producing a film using a heating roll, such as a film stretching process, a glossy process of a fabric or paper.
또한, 유도 가열방식 또는 세라믹 전기히터 방식을 사용하는 롤에 있어서는 출력 제어 주파수가 상용 주파수를 사용하여 피드백 온도 센서 신호에 따라 출력 제어 전력을 가변하도록 구성된다.Further, in a roll using an induction heating system or a ceramic electric heater system, the output control frequency is configured to vary the output control power according to the feedback temperature sensor signal using a commercial frequency.
필름 공정의 연신기에서는 롤 표면의 온도 편차가 적을수록 균일한 필름 폭과 두께의 품질을 얻을 수가 있으며 직물 또는 제지 공정에서는 롤 표면의 온도 편차가 적을수록 유연성 및 양질의 질감 및 광택을 얻을 수 가 있다.In the stretching machine of the film process, the smaller the temperature deviation of the roll surface, the more uniform film width and thickness quality can be obtained. In fabric or papermaking process, the less temperature deviation of roll surface, the more flexible and good quality texture and gloss can be obtained. have.
하지만, 상용 주파수 출력을 이용한 종래의 유도 가열 및 세라믹 히터 방식은 높은 전력이 필요하다. 따라서 누전의 단점을 갖고 있으며 입력 각 상 전압의 차이로 인한 출력 전압의 불균형으로 온도편차는 줄이기 어렵다.However, conventional induction heating and ceramic heater methods using a commercial frequency output require high power. Therefore, it has a disadvantage of short circuit and it is difficult to reduce the temperature deviation due to the unbalance of the output voltage due to the difference of the input phase voltages.
또한, 세라믹 히터방식은 파손의 위험과 짧은 수명으로 인해 화재 및 주기적 히터 교체를 해 주어야만 한다.In addition, ceramic heaters must be replaced with fire and periodic heaters due to the risk of breakage and short life span.
또한, 오일 또는 물을 이용한 열 매체 방식은 높은 온도와 압력으로 인해 누유의 단점과 별도의 순환 장치가 필요하며 스케일로 인한 성능 저하의 단점을 갖고 있으며 유속의 흐름 상태에 따라 롤 표면 입력 측에 대한 출력 측의 온도 편차가 크게 되는 문제점이 있다.In addition, the heat medium method using oil or water requires disadvantages of leakage and a separate circulation device due to high temperature and pressure, and has disadvantage of performance degradation due to scale, There is a problem that the temperature deviation on the output side becomes large.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 원통의 길이방향으로 일정간격을 가지고 배치되는 복수 개 또는 단일의 영구자석(페라이트 코어 또는 규소 강판)을 이용하여, 온도제어를 할 수 있는 유도 가열롤을 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in order to solve the above-described technical problems, and it is an object of the present invention to provide a permanent magnet capable of controlling temperature by using a plurality of permanent magnets (ferrite core or silicon steel plate) Lt; / RTI >
영구자석(페라이트 코어 또는 규소 강판)을 원통의 길이방향으로 적어도 하나 이상으로 분리하고, 각 부분에 서로 독립적으로 유도전력을 공급하여 온도 제어를 수행할 있는 유도 가열롤을 제공한다.There is provided an induction heating roll in which permanent magnets (ferrite cores or silicon steel plates) are separated at least in the longitudinal direction of the cylinder and temperature control is carried out by independently supplying induction power to each part.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 외주면에 유도코일이 권취된 원형 내통; 상기 원형 내통이 내장되며 상기 원형 내통의 전자기 유도에 의해 외주면이 가열되는 원형 외통; 및 상기 유도코일에 미리 설정된 주파수의 유도전력을 제공하는 제어부;를 포함하며, 상기 원형 내통은, 내부가 비어있는 원통형태의 비자성 금속재질로 형성되되 원통의 길이방향으로 절개되어 공극이 형성되는 코어 보빈; 상기 코어 보빈의 외주면을 감싸는 제1 절연포; 상기 제1 절연포의 외주면을 감싸며, 원통형태의 금속재질로 형성되되 원통의 길이방향으로 복수의 삽입홈이 형성 - 상기 복수의 삽입홈은 외주면의 둘레를 따라 일정 간격을 가지고 형성됨 - 되는 코어 지지부; 상기 복수의 삽입홈의 형상과 동일한 형상을 가지고 삽입되는 복수의 영구자석; 상기 코어 지지부 및 상기 복수의 영구자석의 외주면을 감싸는 제2 절연포; 상기 제2 절연포의 외주면에 권취되는 상기 유도코일; 상기 유도코일의 외주면을 감싸는 제3 절연포; 및 상기 제3 절연포의 외주면을 감싸며, 원통형태의 비자성 금속재질로 형성되되 원통의 길이방향으로 절개되어 공극이 형성되는 고정자;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도 가열롤이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, there is provided a circular inner cylinder in which an induction coil is wound on an outer circumferential surface; A circular outer cylinder in which the circular inner cylinder is embedded and the outer peripheral face is heated by electromagnetic induction of the circular inner cylinder; And a control unit for providing an induction power of a predetermined frequency to the induction coil, wherein the circular inner cylinder is formed of a non-magnetic metal material having an inner hollow shape and is cut in the longitudinal direction of the cylinder to form a gap Core bobbin; A first insulation pattern surrounding the outer circumferential surface of the core bobbin; A plurality of insertion grooves formed in a cylindrical shape of a metal material and extending in the longitudinal direction of the cylinder, the plurality of insertion grooves being formed at regular intervals along the circumference of the outer circumferential surface, ; A plurality of permanent magnets inserted into the slots with the same shape as the plurality of insertion grooves; A second insulation pattern surrounding the outer circumferential surface of the core support portion and the plurality of permanent magnets; An induction coil wound around an outer circumferential surface of the second insulating cloth; A third insulation foil surrounding the outer circumferential surface of the induction coil; And a stator which surrounds the outer circumferential surface of the third insulating cloth and is formed of a non-magnetic metal material in the form of a cylinder, and has a gap formed in the longitudinal direction of the cylinder to form a gap.
또한, 상기 복수의 영구자석은, 페라이트 코어 또는 규소 강판의 자성체로 구성되며, 직육면체, 원기둥, 사각기둥, 삼각기둥 중 어느 하나의 형상으로 구성되는 것을 특징으로 한다.The plurality of permanent magnets may be made of a ferrite core or a magnetic material of a silicon steel sheet, and may have any one of a rectangular parallelepiped, a cylinder, a square column, and a triangular column.
또한, 상기 코어 보빈 및 상기 고정자는, 비자성의 스테인리스, AL , SUS, 카본 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.The core bobbin and the stator may be formed of non-magnetic stainless steel, AL, SUS, or carbon.
또한, 상기 원형 외통은, 자성을 갖는 금속재질로 형성됨에 있어서, 외주면에는 구리 코팅층이 형성되고 상기 구리 코팅층의 상부에 크롬 코팅층 또는 세라믹 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the circular outer cylinder is formed of a magnetic metal material, and a copper coating layer is formed on the outer circumference and a chromium coating layer or a ceramic coating layer is formed on the copper coating layer.
또한, 상기 제어부는, 상기 유도코일에 미리 설정된 주파수의 유도전력을 제공하되, 복수의 공진 주파수를 검색하고 저장한 후, 상기 복수의 공진 주파수 중 어느 하나의 공진 주파수의 유도전력을 제공하는 것을 특징으로 한다.The control unit may provide the induction coil with an induction power of a predetermined frequency, and may retrieve and store a plurality of resonance frequencies, and then provide the induction power of any one of the plurality of resonance frequencies .
또한, 상기 제어부는, 상기 유도코일에 미리 설정된 주파수의 유도전력을 제공하되, 복수의 공진 주파수를 검색하고 저장한 후, 상기 복수의 공진 주파수 중 어느 하나의 공진 주파수의 유도전력을 제공함에 있어서, 상기 유도코일의 부하 전류의 변동폭이 20회 내지 30회 이상 기준범위를 초과할 경우, 공진 주파수를 변경하는 것을 특징으로 한다.The control unit may provide the induction coil with an induction power of a predetermined frequency and may provide the induced power of any one of the plurality of resonance frequencies after searching and storing the plurality of resonance frequencies, And the resonance frequency is changed when the fluctuation range of the load current of the induction coil exceeds the reference range from 20 times to 30 times or more.
또한, 상기 복수의 공진 주파수는 주파수가 낮은 순서에서 높은 순서대로 자동 변경되는 것을 특징으로 한다.The plurality of resonance frequencies are automatically changed in a descending order of frequency.
또한, 상기 복수의 영구자석은 각각, 원통의 길이방향으로 세 부분으로 분리되는 구조로 형성됨에 있어서, 상기 제어부는 영구자석의 양단부를 감싸는 유도코일과, 영구자석의 중앙부를 감싸는 유도코일에 각각 독립적으로 유도전력을 공급하는 것을 특징으로 한다.Each of the plurality of permanent magnets is divided into three parts in the longitudinal direction of the cylinder. The control part controls the induction coil to surround both ends of the permanent magnet, and the induction coil to surround the center part of the permanent magnet, To thereby supply the induction power.
본 발명의 실시예에 따른 유도 가열롤은, 원통의 길이방향으로 일정간격을 가지고 배치되는 복수의 영구자석을 이용하여, 온도편차를 감소시킬 수 있으며, 원형 내통에 발생하는 열을 원천적으로 차단시킬 수 있다.The induction heating roll according to the embodiment of the present invention can reduce the temperature deviation by using a plurality of permanent magnets arranged at regular intervals in the longitudinal direction of the cylinder and can prevent the heat generated in the circular inner cylinder from being intrinsically blocked .
또한, 영구자석을 원통의 길이방향으로 세 부분으로 분리하고, 각 부분에 서로 독립적으로 (가장자리 , 중앙부 독립제어) 유도전력을 공급함으로써, 원형 외통의 외주면의 온도편차를 감소시킬 수 있다.Further, it is possible to reduce the temperature deviation of the outer circumferential surface of the circular outer cylinder by separating the permanent magnets into three parts in the longitudinal direction of the cylinder, and supplying independent power to the respective parts (edge, central independent control).
본 발명의 실시예에 따른 유도 가열롤은 저전력, 고효율적으로 표면을 일정하게 가열할 수 있으므로, 필름 압출기, 발전소 터빈 볼트, 연신 장비(섬유, 제지, 반도체) 등에 적용될 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The induction heating roll according to an embodiment of the present invention can be applied to a film extruder, a turbine bolt of a power plant, a stretching equipment (fiber, paper, semiconductor), etc., because it can heat the surface uniformly with low power and high efficiency.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열롤의 구성도.
도 2는 도 1의 유도 가열롤의 원주방향 단면도.
도 3은 도 1의 유도 가열롤의 길이방향 단면도.
도 4는 영구자석의 실시예에 따른 단면도.
도 5는 복수의 공진 주파수 대역을 도시한 도면.1 is a configuration diagram of an induction heating roll according to an embodiment of the present invention;
2 is a circumferential cross-sectional view of the induction heating roll of FIG.
3 is a longitudinal cross-sectional view of the induction heating roll of FIG.
4 is a cross-sectional view of an embodiment of a permanent magnet.
Fig. 5 shows a plurality of resonance frequency bands. Fig.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열롤의 구성도이고, 도 2는 도 1의 유도 가열롤의 원주방향(A-A') 단면도이다.FIG. 1 is a configuration diagram of an induction heating roll according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view (A-A ') of the induction heating roll of FIG.
본 실시예에 따른 유도 가열롤은 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.The induction heating roll according to the present embodiment includes only a simple structure for clearly explaining the technical idea to be proposed.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열롤은, 원형 내통(20)과, 원형 외통(10)과, 제어부 - 미도시됨 - 를 포함하여 구성된다.1 and 2, an induction heating roll according to an embodiment of the present invention includes a circular
상기와 같이 구성되는 유도 가열롤의 세부구성과 주요동작을 살펴보면 다음과 같다.The detailed configuration and main operation of the induction heating roll constructed as described above will be described below.
유도 가열롤은 원통 형상으로 회전축 상에 회전되도록 구성되며, 미리 설정된 주파수의 유도전력이 공급될 때 원형 외통(10)의 표면이 가열되어 피공정물을 가공하게 된다.The induction heating roll is configured to be rotated on a rotating shaft in a cylindrical shape, and the surface of the circular outer casing (10) is heated when an induction power of a predetermined frequency is supplied to process the workpiece.
유도 가열롤은 유도전력을 전달하는 유도코일(260)과, 표면온도를 감지하는 온도센서(150)가 포함되어 있다.The induction heating roll includes an
즉, 원형 내통(20)에는 유도코일(260)이 권취되어 있으며, 유도코일(260)에 미리 설정된 주파수의 유도전력이 공급되었을 때 전자기적인 작용에 의해 원형 외통(10)의 표면이 가열된다.That is, the
유도 가열롤은 슬립링(11)을 통해 전원을 전달받을 수 있도록 구성되고, 회전을 지지하는 베어링(132)이 구비될 수 있다. 또한, 유도 가열롤은 회전축(130)을 중심으로 회전할 수 있도록 구성된다. 이때 실시예에 따라 내통에 감겨있는 코일에 직접 전원을 공급되고, 내통은 고정된 상태에서 외통이 회전하는 방식 즉 외통과 내통은 베어링으로 분리되어 있는 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 슬립링은 외통에 삽입되어 있는 온도 센서 신호를 외부로 전달하는 구조로 형성될 수도 있다.The induction heating roll is configured to be able to receive electric power through the
참고적으로 본 실시예에서 원형 외통(10), 원형 내통(20) 및 제어부를 제외한 유도 가열롤의 세부적인 구성은 실시예에 따라 다른 구성으로 이루어질 수 있다.For reference, the detailed configuration of the induction heating roll except for the circular
유도 가열롤은 원형 내통(20)과, 원형 외통(10)과, 제어부 - 미도시 됨 - 를 포함하여 구성되는데,The induction heating roll includes a circular
원형 내통(20)은 외주면에 유도코일이 권취되어 있는 구조로 형성된다. 원형 내통(20)의 상세한 구조에 대해서는 후술하기로 한다.The circular
원형 외통(10)에는 원형 내통(20)이 내장되도록 구성되는데, 원형 외통(10)은 원형 내통(20)의 전자기 유도에 의해 외주면이 가열된다.The circular
제어부는 유도코일에 미리 설정된 주파수의 유도전력을 제공하도록 구성된다. 참고적으로 제어부는 유도 가열롤의 내부 중 외부전원을 인가받기 쉽고 발열이 적은 부분에 배치되는 것이 바람직하다.The control unit is configured to provide the induction coil with an induction power of a predetermined frequency. For reference, it is preferable that the control unit is disposed in a portion of the induction heating roll which is susceptible to external power supply and has low heat generation.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열롤의 구성도이고, 도 2는 도 1의 유도 가열롤의 원주방향(A-A') 단면도이고, 도 3은 도 1의 유도 가열롤의 길이방향(B-B') 단면도이다.FIG. 1 is a configuration diagram of an induction heating roll according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view (A-A ') of the induction heating roll of FIG. 1, Direction (B-B ').
도 1 내지 도 3을 동시에 참조하여 유도 가열롤의 세부구조, 특히 원형 내통(20)의 세부구조에 대해서 자세히 살펴보기로 한다.The detailed structure of the induction heating roll, particularly the detailed structure of the circular
원형 내통은(20) 코어 보빈(210)과, 제1 절연포(220)와, 코어 지지부(230)와, 영구자석(240)과, 제2 절연포(250)와, 유도코일(260)과, 제3 절연포(270)와, 추가 유도코일(280)과, 제4 절연포(290)와, 고정자(310)를 포함하여 구성된다.The circular inner cylinder includes a
영구자석(240)은 페라이트 코어 또는 규소 강판의 자성체로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 영구자석이 페라이트 코어로 구성되었다고 가정하고 설명하기로 한다.The
코어 보빈(210)은 내부가 비어있는 원통형태의 비자성 비철금속재질로 형성된다. 즉, 코어 보빈(210)은 비자성의 스테인리스 재질, 알루미늄 재질의 금속재질로 형성될 수 있는데, 원통의 길이방향으로 절개되어 공극(211)이 형성되어 있다. 참고적으로, 코어 보빈(210)은 비자성의 스테인리스, AL, SUS 또는 카본 재질로 형성될 수 있다.The
코어 보빈(210)은 이러한 공극(211)에 의해 원주방향으로 유도전류의 흐름이 발생하지 않아서, 내부적인 발열이 원천 차단 될 수 있다. 공극(211)은 적어도 하나 이상이 형성되는 것이 바람직하다.In the
제1 절연포(220)는 코어 보빈(210)의 외주면을 감싸도록 구성되는데, 현무암포로 구성되어 절연 및 단열 기능을 수행할 수 있도록 구성될 수 있다.The first
코어 지지부(230)는 제1 절연포(220)의 외주면을 감싸며, 원통형태의 금속재질로 형성되는데, 비자성의 스테인리스 재질, 알루미늄 재질의 금속재질로 형성될 수 있다. The
코어 지지부(230)는 표면에 원통의 길이방향으로 복수의 삽입홈이 형성되어 있다. 즉, 복수의 삽입홈은 외주면의 둘레를 따라 일정 간격을 가지고 형성된다. 즉, 삽입홈은 외주면의 원주방향으로 일정간격을 가지고 형성된다.The
복수의 페라이트 코어(240)는 복수의 삽입홈의 형상과 동일한 형상을 가지도록 구성되며, 각 삽입홈에 삽입되어 고정된다. 참고적으로 삽입홈의 표면에는 세라믹 접착제가 도포된 후 페라이트 코어가 삽입되어 고정되는 것이 바람직하다. The plurality of
참고적으로, 페라이트 코어(240)의 표면에는 미끄럼 방지돌기가 불규칙적으로 형성될 수 있다. 미끄럼 방지돌기는 0.1 mm ~ 1mm 의 길이를 가지도록 형성될 수 있는데, 코어 지지부(230)의 삽입홈에 도포된 세라믹 접착제와 접촉 면적이 증가함으로써 접착력이 강화될 수 있다.For reference, non-slip protrusions may be irregularly formed on the surface of the
페라이트 코어는 투자율이 높고 전도성이 낮은 특성을 가지고 있는 강자성체로써, 고주파회로에 사용될 수 있는 물질이다. 50Hz ~ 20kHz의 저주파용 페라이트 코어는 망간 - 아연계 페라이트가 사용되고, 20kHz 이상 대역의 고주파용 페라이트 코어는 구리-아연 또는 니켈-아연계 페라이트가 사용될 수 있다. 페라이트 코어는 섭씨 600도 내지 1300도 에서 압출성형된 것을 사용하므로 내열성이 우수하다.Ferrite cores are ferromagnetic materials with high permeability and low conductivity, which can be used in high frequency circuits. Manganese-zinc ferrite may be used for the low frequency ferrite core of 50 Hz to 20 kHz, and copper-zinc or nickel-zinc ferrite may be used for the high frequency ferrite core of 20 kHz or more. The ferrite core is excellent in heat resistance because it is extruded at 600 to 1300 degrees centigrade.
상술한 구조로 형성되는 페라이트 코어(240)는 고주파 대역에서 투자율이 높고 와전류 손실이 작기 때문에 내부의 발열이 감소된다. 즉, 상술한 페라이트 코어(240)의 구조에 의해 코어 보빈(210) 및 고정자(310)의 발열이 감소한다.The
또한, 복수의 페라이트 코어(240)는 원통의 길이방향으로 형성된 복수의 삽입홈에 삽입되는 구조로 형성되어 있으므로, 자기장이 원통의 길이방향으로 작용하여 자기장에 의한 진동이 거의 발생하지 않는다.In addition, since the plurality of
제2 절연포(250)는 코어 지지부(230) 및 복수의 페라이트 코어(240)의 외주면을 감싸도록 구성되는데, 현무암포, 세라믹포, 석면포로 구성되어 절연 및 단열 기능을 수행할 수 있도록 구성될 수 있다.The second
유도코일(260)은 제2 절연포(250)의 외주면에 권취되어, 유도전력이 공급되었을 때 복수의 페라이트 코어(240)와 전자기적인 상호작용을 수행한다.The
제3 절연포(270)는 유도코일(260)의 외주면을 감싸도록 구성되는데, 현무암포로 구성되어 절연 및 단열 기능을 수행할 수 있도록 구성될 수 있다.The third
이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 유도코일은 다중으로 감겨진 구조로 이루어질 수도 있다.At this time, as shown in FIG. 2, in this embodiment, the induction coil may have a multi-wound structure.
즉, 추가 유도코일(280)은 제3 절연포(270)의 외주면에 권취되어 복수의 페라이트 코어(240)와 전자기적인 상호작용을 수행할 수 있다. 이때, 제4 절연포(290)는 추가 유도코일(280)의 외주면을 감싸도록 구성되는데, 현무암포로 구성되어 절연 및 단열 기능을 수행할 수 있도록 구성될 수 있다.That is, the
고정자(310)는 제4 절연포(290)의 외주면을 감싸며, 원통형태의 비자성 비철금속재질로 형성된다. 즉, 고정자(310)는 비자성의 스테인리스 재질, 알루미늄 재질의 금속재질로 형성될 수 있는데, 원통의 길이방향으로 절개되어 공극(311)이 형성되어 있다. 참고적으로, 고정자(310)은 비자성의 스테인리스, AL, SUS, 카본 재질로 형성될 수 있다.The
고정자(310)는 공극(311)에 의해 원주방향으로 유도전류의 흐름이 발생하지 않아서, 내부적인 발열이 원천 차단 될 수 있다. 공극(311)은 적어도 하나 이상이 형성되는 것이 바람직하다.In the
한편, 추가 유도코일(280)이 구비되는 않는 구조에서는, 고정자(310)는 제3 절연포(270)의 외주면을 감싸며 원통의 길이방향으로 절개되어 공극(311)이 형성되는 구조로 이루어질 수 있을 것이다. 추가 유도코일의 수는 실시예에 따라 달라질 수 있으며, 1 내지 7 개의 추가 유도코일이 구비되어 적층되는 구조로 형성될 수도 있을 것이다.On the other hand, in the structure in which the
도 4는 페라이트 코어의 실시예에 따른 단면도이며, 페라이트 코어(240)의 원주방향의 단면도가 도시되어 있다.4 is a cross-sectional view according to an embodiment of a ferrite core, showing a cross-sectional view of the
도 4를 참조하면, 페라이트 코어(240)는 직육면체, 원기둥, 사각기둥, 삼각기둥, 타원기둥 중 어느 하나의 형상으로 구성될 수 있다. 즉, 코어 지지부(230)의 외주면에는 페라이트 코어(240)의 형상과 동일한 삽입홈이 형성되어 있으므로, 페라이트 코어(240)는 삽입홈에 삽입되어 고정된다.Referring to FIG. 4, the
한편, 원형 외통(10)은 자성을 갖는 금속재질로 형성될 수 있는데, 외주면에는 구리 코팅층이 형성되고 구리 코팅층의 상부에 크롬 코팅층 또는 세라믹 코팅층이 추가로 형성될 수 있다. 원형 외통(10)은 유도코일(260)에 유도전력이 공급될 때 피가공물을 성형할 수 있도록 가열된다.On the other hand, the circular
다시, 도 1 내지 도 3을 참조하면,Referring again to Figures 1 to 3,
복수의 페라이트 코어(240)는 각각, 원통의 길이방향으로 복수의 부분으로 분리되는 구조로 형성될 수 있다. Each of the plurality of
본 실시예에서 복수의 페라이트 코어(240)는 원통의 길이방향으로 세 부분(PART1 ~ PART3)으로 분리되는 구조로 형성되어 있다. 이때, 실시예에 따라 페라이트 코어(240)는 적어도 하나 이상의 부분(PART)으로 분리되는 구조로 형성될 수도 있을 것이다.In this embodiment, the plurality of
본 실시예와 같이 세 부분(PART1 ~ PART3)으로 분리된 구조의 페라이트 코어(240)와 유도코일(260)이 전자기적인 상호작용을 수행할 때, When the
제어부는 페라이트 코어의 양단부(PART1 , PART3)를 감싸는 유도코일과, 페라이트 코어의 중앙부(PART2)를 감싸는 유도코일에 각각 독립적으로 유도전력을 공급하여 발열을 제어할 수 있다. 즉, 제어부의 독립적인 유도전력의 공급에 의해 원형 외통(10)의 표면의 온도가 균일하게 상승할 수 있으며, 국부적인 가열이 가능하다.The control unit can independently control the heat generation by independently supplying inductive power to the induction coil surrounding the end portions PART1 and PART3 of the ferrite core and the induction coil surrounding the center portion PART2 of the ferrite core. That is, the temperature of the surface of the circular
즉, 유도코일(260)은 페라이트 코어(240)의 세 부분(PART1 ~ PART3)에 각각 독립적으로 권취되고, 제어부는 독립적으로 권취된 유도코일에 유도전력을 독립적으로 공급하여 국부적인 가열이 가능하다. That is, the
본 실시예에서는 페라이트 코어의 양단부(PART1 , PART3)에 동시에 동일한 유도전력을 공급하는 예시를 설명하였으나, 제어방식에 따라 페라이트 코어의 각 부분에 독립적인 유도전력이 공급되어 좀 더 세부적인 국부가열이 가능할 수도 있다. 이때, 온도센서(150)는 원형 외통(10)의 길이방향으로의 온도편차를 감지할 수 있도록 배치되는 것이 바람직하다.In this embodiment, the same inductive power is simultaneously supplied to both ends PART1 and PART3 of the ferrite core. However, according to the control method, independent induction power is supplied to each portion of the ferrite core, It may be possible. At this time, it is preferable that the
제어부에서 유도코일(260)에 유도전력을 공급하여 발열을 제어하는 과정에 대해서 설명하기로 한다.A process of controlling the heat generation by supplying inductive power to the
유도코일(260)은 인덕턴스(L)에 해당하고 제어부의 내부에는 유도코일(260)과 직렬 또는 병렬로 연결되는 가변 캐패시터(C)가 구비될 수 있다. 유도코일(260)의 저항(유도 리액턴스는)은 XL = 2πfL 이고, 주울열은 Q = V2/Rt[J] = I2Rt 로 정의되므로, 저항값이 낮아질수록(전류가 많이 흐를수록) 온도가 더욱 상승한다(즉, 에너지 효율이 극대화 된다).The
참고적으로 제어부는 외부 전원단으로 부터 전달되는 과전압, 과전류를 차단하는 차단부;와, 외부 전원의 노이즈를 차단하는 노이즈 필터부;와, 정전압 회로 및 정전류 회로로 구성되는 교류-직류 변환부;와, 교류-직류 변환부의 전력을 미리 설정된 주파수의 유도전력으로 변환하여 출력하는 유도전력 출력부;를 포함하여 구성될 수 있다.For example, the control unit includes: a blocking unit for blocking an overvoltage and an overcurrent transmitted from an external power supply end; a noise filter unit for blocking noise from an external power supply; an AC-DC converting unit including a constant voltage circuit and a constant current circuit; And an inductive power output unit for converting the power of the AC-DC converter unit into an inducted power of a predetermined frequency and outputting the inducted power.
도 5는 복수의 공진 주파수 대역을 도시한 도면이다.5 is a diagram showing a plurality of resonance frequency bands.
도 5를 참조하면, 본 실시예에서 제어부는 유도코일(260)에 미리 설정된 주파수의 유도전력을 제공하는데, 우선 복수의 공진 주파수를 검색하고 저장한 후, 복수의 공진 주파수(F1~F9) 중 어느 하나의 공진 주파수의 유도전력을 제공하도록 구성된다.5, in this embodiment, the control unit provides the
기본적으로 복수의 공진 주파수는 주파수가 낮은 순서에서 높은 순서대로 자동 변경될 수 있다. 즉, 제어부는 유도코일(260)의 부하 전류의 변동폭을 실시간으로 감지하고 있는데, 유도코일(260)의 부하 전류의 변동폭이 20회 내지 30회 이상 기준범위를 초과할 경우, 공진현상이 발생한 것으로 판단하여 현재 공진 주파수에서 다른 공진 주파수로 자동변경한다.Basically, a plurality of resonant frequencies can be automatically changed in a descending order of frequency. That is, when the fluctuation range of the load current of the
참고적으로, 제어부는 기준범위를 초과할 때의 공진 주파수와, 그 기준범위를 초과한 시점으로 부터 +- 1시간 동안의 원형 외통(10)의 표면온도의 변화를 기록 데이터로써 저장할 수 있다.For reference, the control unit can store the resonance frequency when the reference range is exceeded and the change of the surface temperature of the circular
유도 가열롤이 차후에 구동될 때, 제어부는 특정 공진 주파수가 사용될 때의 표면온도의 변화가, 기존에 저장된 기록 데이터와 80% 이상의 유사도를 가질 경우 자동으로 공진 주파수를 변경할 수 있다. 즉, 제어부는 과거 공진현상이 발생한 이력을 참고하여 선제적으로 공진 주파수를 변경시킬 수 있다.When the induction heating roll is driven at a later time, the control section can automatically change the resonance frequency when the change in the surface temperature when a specific resonance frequency is used has a similarity degree of 80% or more with the previously stored record data. That is, the control unit can preliminarily change the resonance frequency by referring to the history of the past resonance phenomenon.
또한, 제어부는 기준범위를 초과하는 공진 주파수, 즉 공진현상이 발생한 공진 주파수의 사용 가중치를 조절할 수 있는데, 기준범위를 초과할 때마다 사용 가중치를 10% 낮게 설정할 수 있다.In addition, the control unit can adjust the use weight of the resonance frequency exceeding the reference range, that is, the resonance frequency where the resonance phenomenon occurs, and the use weight can be set to be lower by 10% every time the reference range is exceeded.
예를 들면, 4개의 공진 주파수가 존재한다고 가정할 경우, 제1 공진 주파수의 초기 가중치는 25%, 제2 공진 주파수의 초기 가중치는 25%, 제3 공진 주파수의 초기 가중치는 25%, 제4 공진 주파수의 초기 가중치는 25%이다.For example, assuming that there are four resonance frequencies, the initial weight of the first resonance frequency is 25%, the initial weight of the second resonance frequency is 25%, the initial weight of the third resonance frequency is 25% The initial weight of the resonance frequency is 25%.
이때, 제1 공진 주파수가 기준범위를 세 번 이상 초과할 경우, 제1 공진 주파수의 가중치가 -5% 이므로, 유도 가열롤이 차후에 구동될 때 제2 공진 주파수부터 사용이 개시된다. 참고적으로 사용자가 공진 주파수를 리셋(RESET) 할 경우, 가중치는 초기값으로 전환된다.At this time, when the first resonance frequency exceeds the reference range more than three times, since the weight of the first resonance frequency is -5%, use starts from the second resonance frequency when the induction heating roll is driven at a later time. For reference, when the user resets the resonance frequency, the weight is switched to the initial value.
본 발명의 실시예에 따른 유도 가열롤은, 원통의 길이방향으로 일정간격을 가지고 배치되는 복수의 페라이트 코어를 이용하여, 온도편차를 감소시킬 수 있으며, 원형 내통에 발생하는 열을 원천적으로 차단시킬 수 있다.The induction heating roll according to the embodiment of the present invention can reduce the temperature deviation by using a plurality of ferrite cores arranged at regular intervals in the longitudinal direction of the cylinder and can prevent the heat generated in the circular inner cylinder from being intrinsically blocked .
또한, 페라이트 코어를 원통의 길이방향으로 세 부분으로 분리하고, 각 부분에 서로 독립적으로 유도전력을 공급함으로써, 원형 외통의 외주면의 온도편차를 감소시킬 수 있다.Further, by separating the ferrite core into three parts in the lengthwise direction of the cylinder and independently supplying inductive power to the respective parts, the temperature deviation of the outer circumferential surface of the circular outer cylinder can be reduced.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Thus, those skilled in the art will appreciate that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the embodiments described above are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
10 : 원형 외통
20 : 원형 내통
210 : 코어 보빈
211, 311 : 공극
220 : 제1 절연포
230 : 코어 지지부
240 : 페라이트 코어
250 : 제2 절연포
260 : 유도코일
270 : 제3 절연포
280 : 추가 유도코일
290 : 제4 절연포
310 : 고정자10: circular outer cylinder
20: Circular inner tube
210: core bobbin
211, 311: air gap
220: First insulation foil
230: core support
240: ferrite core
250: Second insulating foil
260: induction coil
270: Third insulating foil
280: additional induction coil
290: Fourth insulating foil
310: stator
Claims (8)
상기 원형 내통이 내장되며 상기 원형 내통의 전자기 유도에 의해 외주면이 가열되는 원형 외통; 및
상기 유도코일에 미리 설정된 주파수의 유도전력을 제공하는 제어부;를 포함하며,
상기 원형 내통은,
내부가 비어있는 원통형태의 비자성 금속재질로 형성되되 원통의 길이방향으로 절개되어 공극이 형성되는 코어 보빈;
상기 코어 보빈의 외주면을 감싸는 제1 절연포;
상기 제1 절연포의 외주면을 감싸며, 원통형태의 금속재질로 형성되되 원통의 길이방향으로 복수의 삽입홈이 형성 - 상기 복수의 삽입홈은 외주면의 둘레를 따라 일정 간격을 가지고 형성됨 - 되는 코어 지지부;
상기 복수의 삽입홈의 형상과 동일한 형상을 가지고 삽입되는 복수의 영구자석;
상기 코어 지지부 및 상기 복수의 영구자석의 외주면을 감싸는 제2 절연포;
상기 제2 절연포의 외주면에 권취되는 상기 유도코일;
상기 유도코일의 외주면을 감싸는 제3 절연포; 및
상기 제3 절연포의 외주면을 감싸며, 원통형태의 비자성 금속재질로 형성되되 원통의 길이방향으로 절개되어 공극이 형성되는 고정자;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도 가열롤.
A circular inner cylinder in which an induction coil is wound on an outer circumferential surface;
A circular outer cylinder in which the circular inner cylinder is embedded and the outer peripheral face is heated by electromagnetic induction of the circular inner cylinder; And
And a control unit for providing the induction coil with an induction power of a preset frequency,
In the circular inner cylinder,
A core bobbin made of a non-magnetic metal material having a hollow cylindrical shape and cut in a longitudinal direction of the cylinder to form a gap;
A first insulation pattern surrounding the outer circumferential surface of the core bobbin;
A plurality of insertion grooves formed in a cylindrical shape of a metal material and extending in the longitudinal direction of the cylinder, the plurality of insertion grooves being formed at regular intervals along the circumference of the outer circumferential surface, ;
A plurality of permanent magnets inserted into the slots with the same shape as the plurality of insertion grooves;
A second insulation pattern surrounding the outer circumferential surface of the core support portion and the plurality of permanent magnets;
An induction coil wound around an outer circumferential surface of the second insulating cloth;
A third insulation foil surrounding the outer circumferential surface of the induction coil; And
And a stator which surrounds the outer circumferential surface of the third insulating cloth and is made of a non-magnetic metal material in the form of a cylinder, and is cut in the longitudinal direction of the cylinder to form a gap.
상기 복수의 영구자석은,
페라이트 코어 또는 규소 강판의 자성체로 구성되며,
직육면체, 원기둥, 사각기둥, 삼각기둥 중 어느 하나의 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유도 가열롤.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of permanent magnets comprise:
A ferrite core or a magnetic material of a silicon steel sheet,
Wherein the shape of the induction heating roll is one of a rectangular parallelepiped, a cylinder, a square column, and a triangular column.
상기 코어 보빈 및 상기 고정자는, 비자성의 비철 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 유도 가열롤.
The method according to claim 1,
Wherein the core bobbin and the stator are made of non-magnetic, non-ferrous material.
상기 원형 외통은,
자성을 갖는 금속재질로 형성됨에 있어서, 외주면에는 구리 코팅층이 형성되고 상기 구리 코팅층의 상부에 크롬 코팅층 또는 세라믹 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는 유도 가열롤.
The method according to claim 1,
In the circular outer cylinder,
Characterized in that a copper coating layer is formed on the outer circumference and a chromium coating layer or a ceramic coating layer is formed on the copper coating layer.
상기 제어부는, 상기 유도코일에 미리 설정된 주파수의 유도전력을 제공하되, 복수의 공진 주파수를 검색하고 저장한 후, 상기 복수의 공진 주파수 중 어느 하나의 공진 주파수의 유도전력을 제공하는 것을 특징으로 하는 유도 가열롤.
The method according to claim 1,
Wherein the controller provides the induction coil with an induction power of a predetermined frequency and searches for and stores a plurality of resonance frequencies and then provides the induced power of any one of the plurality of resonance frequencies Induction heating roll.
상기 제어부는, 상기 유도코일에 미리 설정된 주파수의 유도전력을 제공하되, 복수의 공진 주파수를 검색하고 저장한 후, 상기 복수의 공진 주파수 중 어느 하나의 공진 주파수의 유도전력을 제공함에 있어서,
상기 유도코일의 부하 전류의 변동폭이 20회 내지 30회 이상 기준범위를 초과할 경우, 공진 주파수를 변경하는 것을 특징으로 하는 유도 가열롤.
The method according to claim 1,
Wherein the controller is configured to provide the induction coil with an induction power of a preset frequency and to retrieve and store a plurality of resonance frequencies and then to provide the induced power of any one of the plurality of resonance frequencies,
Wherein the resonance frequency is changed when the fluctuation range of the load current of the induction coil exceeds the reference range from 20 times to 30 times or more.
상기 복수의 공진 주파수는 주파수가 낮은 순서에서 높은 순서대로 자동 변경되는 것을 특징으로 하는 유도 가열롤.
The method according to claim 6,
Wherein the plurality of resonance frequencies are automatically changed in a descending order of frequency.
상기 복수의 영구자석은 각각,
원통의 길이방향으로 세 부분으로 분리되는 구조로 형성됨에 있어서,
상기 제어부는 영구자석의 양단부를 감싸는 유도코일과, 영구자석의 중앙부를 감싸는 유도코일에 각각 독립적으로 유도전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 유도 가열롤.The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of permanent magnets comprises:
And is formed as a structure that is divided into three parts in the longitudinal direction of the cylinder,
Wherein the control unit independently supplies induction power to the induction coil surrounding both ends of the permanent magnet and the induction coil surrounding the center of the permanent magnet, respectively.
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