KR102074086B1

KR102074086B1 - 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치

Info

Publication number: KR102074086B1
Application number: KR1020187002711A
Authority: KR
Inventors: 미케레 미넨; 파비오 구아스티니
Original assignee: 다니엘리 앤드 씨. 오피시네 메카니케 쏘시에떼 퍼 아찌오니
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2020-03-02
Also published as: US20180317285A1; KR20180050644A; CN107926085A; US10638553B2; CN107926085B; EP3318104B1; WO2017002025A1; EP3318104A1

Abstract

본 발명은 금속 스트립(11) 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100)에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명에 따른 상기 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100)는 제1 길이 방향의 축(X, R)을 정의하고, 상기 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100)는 서로 평행하고 상기 제1 길이 방향의 축에 평행한 평면들 각각의 상에 배치되고 상기 제1 길이 방향의 축에 직각인 제2 길이 방향의 축(Y, S)을 따라 상기 적어도 두 개의 유도 코일들 사이로 상기 스트립이 통과되도록 서로 이격되어 배치되는 적어도 두 개의 유도 코일들(2, 4; 102, 104); 및 적어도 두 개의 보상극들(20, 22, 24, 26; 120, 124);을 포함하고, 상기 적어도 두 개의 보상극들(20, 22, 24, 26; 120, 124) 각각은 유도 코일 각각에 구속되고, 상기 보상극들 각각은 적어도 하나의 턴(29, 129)을 갖는 권선(28, 128); 및 상기 적어도 하나의 턴에 의해 둘러싸인 제1 보조 자속 집속기(30, 130);를 포함하고, 상기 적어도 두 개의 보상극들 중 적어도 하나는 상기 제1 길이 방향의 축에 따라 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

트랜스버스 플럭스 유도 가열장치

본 발명은 금속 스트립 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치에 관한 것이다.

유동가열은 금속재 스트립 또는 시트의 가열공정에서 사용된다. 이러한 형태의 가열은 전류에 의해 교류된(crossed) 일부 인덕터(inductor)가 줄 효과(Joule effect)에 의해 가열된 금속에서의 전류를 유도하는 자기장을 생성하도록 한다. 전기 전도성 물질로 제조된 스트립을 가열하기 위하여, "트랜스버스 플럭스(transverse flux)"로 명명된 일종의 유동가열이 사용될 수 있다. 여기에서, 인덕터에 의해 생성된 자기장은 주로 스트립 자체의 표면에 수직이다. 전형적으로, 연장되는 스트립의 상부면 및 하부면에 평행한 두 개의 평면 상에 상호 배치된 감긴 형태의 인덕터가 고려된다. 상기 스트립을 직면하는 인덕터의 도체는 전원 장치에 의해 공급되는 전류, 전형적으로 교류 전류 및 동 위상의 전류에 의해 교류된다.

이와 같이 생성된 자기장은 스트립의 두께를 완전히 횡단(cross)하여, 전도체를 횡단하는 교류 전류의 주파수가 충분히 낮도록 한다. 실제로, 주파수가 증가함에 따라, 스트립 상에 유도된 전류는, 스트립의 두 면 상에 생성된 플럭스의 분리가 확보되는 한, 주 플럭스에 대향하는 점점 더 큰 반응 플럭스를 생성할 것이다. 스트립이 두꺼울수록 상기 플럭스 분리는 더 낮은 주파수에서 확보될 수 있다. 실제로, 스트립 자체가 전자기 스크린(electromagnetic screen)으로 기능한다.

트랜스버스 플럭스 유도 가열장치는 스트립으로 전달되는 전력과 관련하여 전력 공급부에 의해 전달되는 전력의 관점에서 양호한 효율을 얻는 것을 가능하게 한다. 길이 방향의 플럭스 유동가열과 관련하여, 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치가 보다 효율적이며, 턴의 공급과 반대의 측이 개방되어 파단시에 스트립의 추출을 가능하게 하기 때문에 유지 보수성을 향상시킨다. 그러나, 몇몇 관점에서 유리하긴 하지만, 현재 이용 가능한 트랜스버스 플럭스 유동가열 기술은 몇 가지 단점을 가진다.

구체적으로, 상응하는 인덕터의 크기에 대하여 소정의 연장길이를 갖는 스트립과 관련하여, 반대쪽의 하나의 측부 가장자리 부분에서부터 스트립의 길이에 따른 가열은 균일하게 이루어지지 않는다. 실제로, 각 측면 가장자리 부분이 과도하게 가열되거나, 모든 경우에서 가열을 제어하는 것이 불가능하며, 인접한 구역은 차가운 상태로 유지된다. 구체적으로, 자기장 밀도, 이로 인한 전력 밀도는 각 가장자리 부분에서 더 높고, 이 후 인접한 구역에서는 급격히 감소하고, 스트립의 중앙 부분에서는 가열을 얻기 위하여 원하는 값으로 다시 증가한다. 이러한 작용은 도 6에서 도시된다. 도 6은 공지된 트랜스버스 플럭스 유동가열 장치에 의해 얻어지는 미터로 표시되는 스트립의 폭의 함수로서 W/m로 표시되는 전력 밀도 패턴을 나타낸다. 전력 밀도가 낮은 구역은 "전력 갭(power gap)"으로 언급될 수 있다. 이러한 효과는 전류가 스트립 상에서 인덕터의 경로를 따라 인덕터의 턴의 평면에 평행하게 흐르기 때문에 발생한다 (유도 전류의 방향은 턴의 방향에 대향함). 상기 턴이 상기 스트립의 폭을 초과하여 연장되게 되면, 유도 전류는 상기 스트립의 가장 가장자리 부분에서 구부러지게 된다. 이는 자기장과 같은 유도 전류가 주파수의 함수인 소위 "침투 두께(penetration thickness)"에 의해 정의된 공간에 집중될 것이기 때문에 상기 가장자리 부분의 더 높은 가열을 야기한다. "전력 갭"은 유도 전류가 흩어지는 경향이 있기 때문에 유도 전류가 구부러지는 구역에서 생성되어 "침투 두께"의 약 3 내지 4 개인 영역에서 얇아진다.

가장자리 부분의 최대 전력 피크와 전력 갭과 관련된 직접적인 비율이 존재한다. 종래의 기술에 따르면, 전력 갭을 감소시키는 방법은 공급 주파수를 증가시킨다. 그러나, 이 방법은 측부들에서의 과도한 가열 문제를 악화시킨다.

스트립을 유도 가열장치 내로 도입하게 되면 측부가 더 냉각되는 경향이 있다는 사실을 고려할 때, 상기 측부들을 중심부보다 더 가열하는 것이 종종 유용하다. 그러나, 상기 스트립 측부의 가열을 제어하는 것은 종래의 기술로는 불가능하다.

현재 이용 가능한 트랜스버스 플럭스 유동가열 장치의 또 다른 단점은 상이한 폭을 가진 스트립에 대해 용이하게 적용하기 어렵다는 것이다. 실제로, 가열 장치는 소정의 폭을 갖는 스트립에 대한 최적의 온도 프로파일을 확보하도록 구성되어야 하며, 이로 인해 상이한 폭을 갖는 스트립을 가열하기 위하여 복잡하고 고비용의 변경이 요구된다.

US 2007/0235446A1는 유도 코일(2, 4) 각각이 단부를 각각 갖는 스트립의 통로 평면을 횡단하도록 고안된 유도 장치를 기술한다. 상기 장치는 두 개의 유도 코일 전체가 스트립의 통로 구역을 전체적으로 감싸고, 따라서 상기 스트립 측부의 통로 근처에 있는 구역들 또한 감싸도록 고안되었다. 그러나, 이러한 고안은 전술될 문제점들을 해결하기에는 충분하지 않은 것으로 보인다. 또한, 이러한 고안은 과도하게 복잡한 기하학적 구조를 가진 턴을 필요로 한다.

따라서, 전력 갭을 최소할 수 있고, 이로 인해 스트립의 측부에서의 더 낮은, 더 제어된 가열을 확보할 수 있고, 가열될 스트립의 폭에 용이하게 적용될 수 있는 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치에 대한 요구가 있다.

본 발명의 목적은 종래 기술에 비해 스트립의 폭을 따라 좀 더 균일한 온도 프로파일을 얻을 수 있게 하는 금속재 스트립 또는 시트 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치를 제공하는 것이며, 구체적으로, 전력 밀도 갭 및 이로 인한 스트립의 측부 근처에서 발생하는 바람직하지 않은 냉각(cooling)을 최소화하거나 취소시킬 수 있는 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 목적은 종래 기술에 비해 상기 스트립의 측부의 가열을 더 제어하고 더 낮출 수 있는 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래 기술에 비해 가열되는 상기 스트립의 폭에 용이하게 효율적으로 적용될 수 있는 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치를 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은 제1 길이 방향의 축을 정의하는 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치를 제공함으써 전술된 과제를 달성한다. 구체적으로, 본 발명의 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치는,

- 서로 평행하고 상기 제1 길이 방향의 축에 평행한 평면들 각각의 상에 배치되고, 상기 제1 길이 방향의 축에 직각인 제2 길이 방향의 축을 따라 상기 적어도 두 개의 유도 코일들 사이로 상기 스트립이 통과되도록 서로 이격되어 배치되는 적어도 두 개의 유도 코일들; 및

- 적어도 두 개의 보상극들;을 포함하고,

상기 적어도 두 개의 보상극들 각각은 상기 적어도 두 개의 유도 코일들 각각에 구속되고,

상기 적어도 두 개의 보상극들 각각은

- 적어도 하나의 턴을 갖는 권선; 및

- 상기 권선의 상기 적어도 하나의 턴에 의해 둘러싸인 제1 보조 자속 집속기;를 포함하고,

상기 적어도 두 개의 보상극들 중 적어도 하나는 상기 제1 길이 방향의 축에 평행한 방향을 따라 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1 변형예에서, 상기 유도 코일들이 고정된 반면, 상기 보상극들은 상기 제1 길이 방향의 축을 따라 이동 가능하다.

본 발명의 제2 변형예에서, 대신에, 상기 보상극들은 상기 유도 코일들 중 하나 이상에 일체로 고정되고, 상기 유도 코일들은 상기 제1 길이 방향의 축을 따라 이동 가능하다.

바람직하게는, 본 발명의 상기 두 개의 변형예는 상기 유도 코일들 및 상기 보상극들의 특정한 배치를 통해서 본 발명의 장치를 단순화할 수 있어, 용이한 유지 및 스트립 표면 상에 좀 더 균일한 온도 분포를 가능하게 한다.

본 발명의 모든 변형예에서, 각각의 보조 자속 집속기를 둘러싸는 상기 적어도 하나의 턴 및/또는 상기 적어도 두 개의 유도 코일들은 실질적으로 다각형 또는 직사각형 또는 정사각형 또는 삼각형 또는 육각형 또는 원형 또는 타원형 또는 이들의 조합 형태를 갖는다.

첨부된 종속항들은 본 발명의 바람직한 구체예에 해당한다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 비제한적인 예로서 도시된 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명에 의해서 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 제1 구체예의 부분 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1의 장치의 개략적인 상면도를 도시한다.
도 3은 도 1의 장치에서 생성되는 주 자기장 및 반응 자기장을 개략적으로 도시한다.
도 4는 보상극(보상 pole)이 없는 종래의 장치에서 생성된 자기장을 개략적으로 도시한다.
도 5는 도 3의 장치에서의 미터로 표시되는 스트립의 폭의 함수로서, W/m로 표시되는 전력 밀도 패턴(전력 밀도 pattern)을 도시한다.
도 6은 도 4의 장치에서의 미터로 표시되는 스트립의 폭의 함수로서, W/m로 표시되는 전력 밀도 패턴을 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 장치의 제2 구체예의 사시도를 도시한다.
도 8a는 상기 제2 구체예의 모식도를 도시한다.
도 8a는 상기 제2 구체예의 또 다른 모식도를 도시한다.
도 9는 도 7의 장치의 부품의 일부의 사시도를 도시한다.
도 10은 도 7의 장치의 부분 단면 사시도를 도시한다.
도 10a, 10b, 및 10c는 A-A 및 B-B 선을 따라 절단한 세 개의 변형예들의 단면도를 도시한다.
도 11은 도 7의 장치에서 생선된 주 자기장 및 반응 자기장을 개략적으로 도시한다.
도 12는 도 7의 장치의 스트립의 폭의 함수로서 전력 밀도 패턴과 보상극이 없는 종래의 장치의 대응하는 패턴을 비교하여 도시한다.
도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 요소 또는 구성 요소를 나타낸다.

도 1 내지 3은 본 발명에 따른 금속 스트립(11) 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1)의 제1 구체예를 도시한다.

상기 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1)는 상기 금속 스트립(11)이 통과하는 상호 평행한 평면 상에 서로 대향하도록 배열된 두 개의 유도 코일들(2 및 4)을 포함한다.

상기 두 개의 유도 코일들(2 및 4)은 실질적으로 직사각형이다. 또는, 상기 유도 코일들(2 및 4)은 또 다른 형태를 가질 수 있으며, 예를 들어, 다각형 또는 정사각형 또는 삼각형 또는 육각형 또는 원형 또는 타원형 또는 이들의 조합된 형태를 가질 수 있다.

상기 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1)는 상호 수직인 세 개의 축, 즉, X, Y, 및 Z를 정의한다. 구체적으로, 상기 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1)는 상기 유도 코일들(2 및 4)의 최대 연장 방향에 평행한 X 축; 상기 유도 코일들(2 및 4)이 상호 이격되는 방향에 평행한 Z 축; 및, 상기 금속 스트립(11)이 상기 유도 코일들(2 및 4) 사이를 통과하는 동안 움직이는 방향에 평행한 Y 축을 정의한다. 바람직하게는, 상기 유도 코일(2 및 4)의 각각은 상기 금속 스트립(11)의 통과를 위해 제공되는 공간의 상부 전체 및 하부 전체에 배치된다. 다시 말해서, 상기 유도 코일들(2 및 4)의 각각은 상기 금속 스트립(11)의 통과를 위해 제공되는 평면 또는 평행한 평면들을 횡단하지 않는다. 상기 유도 코일들(2 및 4)의 각각은 단일 도체 소자, 바람직하게는 냉각 회로(미도시)가 구비된 단일 도체 소자를 포함한다.

상기 도체 소자는, 예를 들어, 정사각형 섹션을 가지며, 예를 들어, 원형 섹션과 같은 다른 섹션 형태로 가능하다.

다양한 변형예들에 따라서(미도시), 상기 유도 코일들(2 및 4)의 각각은 서로 나란하게 배열된 몇몇 도체 소자들을 포함한다.

바람직하게는, 상기 도체 소자는 수냉 회로(water cooling circuit)가 구비된 구리 재질의 소자이다.

상기 도체 소자는 적절히 접힌다. 구체적으로, 상기 도체 소자는 평면도 상에서 관찰될 때, 교류 전류원에 연결되도록 구성된 직사각형의 둘레의 단면 및 두 개의 연결부(6 및 8)가 부분적으로 뒤따라 이어진 부분을 포함하도록 접혀지고, 이때 상기 두 개의 연결부(6 및 8)는 상호 이격되고 평행하다.

더 구체적으로, 상기 유도 코일들(2 및 4)의 각각은, Y 축에 따라 서로 이격되고, X 축과 평행하게 연장하는 두 개의 더 큰 측부들(10 및 12); 및 Y 축과 평행하게 연장하는 더 작은 측부(14)를 구비하고, 여기에서 상기 더 큰 측부(10 및 12)의 선단(digital end)은 상기 두 개의 연결부(6 및 8)에 각각 연결된다.

상기 유도 코일들(2 및 4)의 각각은 두 개의 주 자속 집속기(16 및 18, magnetic flux concentrator)를 구비한다. 바람직하게는, 상기 주 자속 집속기(16 및 18)의 각각은 상기 금속 스트립(11)를 향한 자기장을 어드레스(address)하기 위하여 상기 유도 코일들(2 및 4) 각각을 부분적으로 둘러싼다. 구체적으로, 상기 주 자속 집속기(16 및 18)의 각각은 상기 두 개의 더 큰 측부들(10 및 12) 각각의 바깥쪽 가장자리에 배치된다. 상기 주 자속 집속기(16 및 18) 각각은 평면(XY) 에 대해 평행하게 연장하는 제1 연신부 및 평면(XZ)에 대해 평행하게 연장하는 제2 연신부를 포함하는 각진(angular) 자기판(magnetic plate)에 의해 실질적으로 형성된다. 상기 주 자속 집속기(16 및 18)는 상기 더 작은 측부(14) 및 상기 두 개의 연결부(6 및 8)에 도달하지 않도록 길이 방향의 X 축을 따라 상기 유도 코일들(2 및 4)보다 더 작은 연장부를 갖는다. 상기 각진 자기판은 소결된 분말 또는 Fe-Si 시트로 제조될 수 있으며, 예를 들어 20 내지 200의 투자율(magnetic permeability)을 갖는 소결된 분말로 제조될 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 장치(1)는 스트립의 측부들에서의 가열을 줄이고, 공지된 해결방법들을 사용하여 상기 측부들 근처에서 생성되는 전력 갭들을 보상하기 위하여, 상기 유도 코일들(2 및 4)에 대하여 이동 가능한 보상극들을 더 포함하고, 여기에서 상기 유도 코일들(2 및 4)은 보상극들을 대신하여 고정되어 있다.

이러한 제1 구체예에 따라서, 4개의 보상극들이 구비되고, 상기 유도 코일들(2 및 4) 각각의 상기 두 개의 더 큰 측부들(10 및 12)를 분리하는 공간에 배치된다. 구체적으로, 상기 유도 코일(2)은 두 개의 보상극들(20 및 22)을 구비하며, 상기 또 다른 유도 코일(4)은 두 개의 보상극들(24 및 26)을 구비한다. 상기 보상극들(20, 22, 24, 및 26)은 상기 유도 코일(2, 4)에 대해 슬라이딩될 수 있도록 구속된다. 구체적으로, 상기 보상극들(20 및 22)은 상기 유도 코일(2)의 상기 더 큰 측부들(10 및 12)로 슬라이딩 구속되는 반면, 상기 보상극들(24 및 26)은 상기 유도 코일(4)의 상기 더 큰 측부들(10 및 12)로 슬라이딩 구속된다. 이러한 방식으로, 상기 보상극들 길이 방향의 X 축에 대해 평행하게 슬라이딩할 수 있다.

상기 보상극들(20, 22, 24, 및 26)은 도체 재료로 제조된 상기 권선(28, winding), 제1 보조 자속 집속기(30), 및 제2 보조 자속 집속기(32)을 포함하고, 여기에서 상기 제1 보조 자속 집속기(30) 및 상기 제2 보조 자속 집속기(32)는 연결 부재(34)에 의해 서로 연결된다. 바람직하게는, 상기 권선(28)는 상기 대응하는 상기 유도 코일들(2 및 4)과는 별개의 부재이다.

변형예(미도시)에 따라서, 상기 보상극들은 상기 제2 보조 자속 집속기(32) 및 상기 연결 부재(34)를 구비하지 않는다.

상기 권선(28)은, 예를 들어, 상기 권선(28) 내부의 공간을 정의하고 수직의 Z 축과 평행하게 중첩되는 두 개의 동심 턴들(29, concentric turns)을 포함하다. 상기 턴들(29)의 수는 2 미만이거나 초과일 수도 있다.

상기 턴들(29)은 실질적으로 직사각형이다. 또는, 상기 턴들은(29)은 또 다른 형태, 예를 들어, 다각형 또는 정사각형 또는 삼각형 또는 육각형 또는 원형 또는 타원형이거나 이들의 조합 형태를 가질 수 있다.

바람직하게는, 상기 권선(28)은 냉각 회로(부분적으로 도시됨)를 구비한다. 상기냉각 회로는 냉각용 유체가 흐르는 상기 턴들(29)의 내부에 배치되는 파이프(40)을 구비한다(도 1). 예를 들어, 상기 권선(28)의 상기 턴들(29)은 구리로 제조되고, 수냉 회로를 구비한다. 상기 냉각 시스템에 의해서, 상기 턴들(29)은 상기 제1 보조 자속 집속기(30)를 냉각시킨다. 상기 제1 보조 자속 집속기(30)은 상기 금속 스트립(11)의 가장자리 부분으로부터 자속(magnetic flux)을 부분적으로 전환시키기 위하여 상기 제1 보조 자속 집속기(30)로 자속을 끌어당김으로써, 보조 자속 집속기(30) 근처에 있는 장치, 예를 들어 절연체들을 과열시켜 손상시키는 경향이 있다. 따라서, 상기 제1 보조 자속 집속기(30)를 유리하게 냉각시킬 수 있으며, 과도하게 높지 않은 온도로 시간 경과에 따라 온도를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.

도 1 내지 3에 도시된 구체예에 따라서, 상기 권선(28)의 상기 턴들(29)은 단락된다. 또 다른 변형예에 따라서, 상기 권선(28)은 상기 유도 코일들(2 및 4)에 공급하는 주파수와는 다른, 예를 들어, 100 Hz 내지 1 kHz의 주파수로 교류 전류원에 의해 공급되도록 구성된다. 이러한 또 다른 변형예에 따라서, 상기 권선(28)은 이러한 교류 전류원에 대한 추가적인 연결부들을 구비할 수 있다.

상기 권선(28)은 바람직하게는 평면도에서 관찰될 때, 바람직하게는 정사각형 또는 직사각형의, 상기 턴들(29)에 의해 형성되는 4 개의 측면들을 구비하지만, 필수적인 것은 아니다.

상기 턴들(29)은 상기 유도 코일(2 또는 4)의 상기 더 큰 측부(10 또는 12), 또는 상기 더 큰 측부들(10 및 12) 모두로 슬라이딩 구속된다. 상기 제1 보조 자속 집속기(30)는 바람직하게는 적절한 자성 또는 강자성 재료로 이루어진 블록, 예를 들어, 평행 육면체 형태의 블록으로 제공되고, 상기 권선(28)에 의해 정의된 공간에 구비되며 상기 공간에 고정된다. 바람직하게는, 상기 제1 보조 자속 집속기(30) 각각은 이를 둘러싸는 상기 적어도 하나의 턴(29)과는 별개의 부재이다. 바람직하게는, 상기 제1 보조 자속 집속기(30)의 수직의 Z 축에 따른 이의 연장부의 일부만이 상기 턴들(29)에 의해 둘러싸인다.

또한, 상기 보상극들(20 및 22)의 각각은 바람직하게는 상기 금속 스트립(11)의 상부에 완전히 배치되고, 상기 보상극들(24 및 26)의 각각은 상기 금속 스트립(11)의 하부에 완전히 배치되며, 상기 보상극들(24 및 26)의 각각은 상기 유도 코일들(2 및 4) 사이를 통과한다. 구체적으로, 상기 보상극들(20, 22, 24, 및 26) 모두는 상기 금속 스트립(11)의 통과를 위해 제공되는 평면 또는 평행한 다층의 평면들을 횡단하지 않는다. 상기 제2 보조 자속 집속기(32)는 상기 권선(28)에 대해 외부에 배치되고, 상기 장치(1)의 내부를 향하여, 즉 Y 축을 기준으로 상기 권선(28)의 최 내측 근처에 배치된다(도 1). 또한, 상기 제2 보조 자속 집속기(32)는 바람직하게는 적절한 자성 재료로 이루어진 블록, 예를 들어 평행 육면체 형태의 블록으로 제공된다. 또한, 바람직하게는, 길이 방향의 X 축을 따른 상기 제2 보조 자속 집속기(32)의 연장부는 동일한 길이 방향의 X 축을 따른 상기 제1 보조 자속 집속기(30)의 연장부보다 작은 반면, 상기 두 개의 자속 집속기들(30 및 32)의 Y 및 Z 방향들에 따른 연장부의 크기는 거의 동일하다. 또한, 상기 두 개의 자속 집속기들(30 및 32)은 바람직하게는 실질적으로 길이 방향의 X 축을 따라 배열된다.

상기 두 개의 자속 집속기들(30 및 32) 사이의 상기 연결 부재(34)는 자성 또는 비자성 재료로 이루어질 수 있다.

본 발명 및 그 이점은 상술한 구체예에 따른 장치의 동작을 설명함으로써 보다 잘 이해될 것이다.

고정된 순간에(in a fixed instant of time) 화살표들(I)에 의해 표시된 방향을 갖는 교류 전류원은 상기 유도 코일들(2 및 4)로 공급되어(도 3), 고려된 순간에(in the considered instant) 상기 유도 코일(2)에서 상기 유도 코일(4)로 향하는 화살표들(L)로 나타낸 자기장을 생성하여, 유도 전류가 상기 금속 스트립(11)이 상기 유도 코일들(2 및 4) 사이를 통과할 때 줄(Joule) 효과에 가열되는 상기 금속 스트립(11)에 생성된다.

본 발명에 따라서, 길이 방향의 X 축을 따른 상기 보상극들(20, 22, 24, 및 26)의 위치는 상기 스트립(11)의 폭의 함수에 의해 결정된다. 도 2는, 예를 들어, 상기 스트립(11)의 폭의 함수로서 선택되는 상기 상부의 보상극들(20 및 22)의 두 개의 가능한 위치들을 도시한다. 상기 스트립(11)의 폭은 길이 방향의 X 축을 따른 상기 스트립(11)의 연장부에 상응한다. 하부의 보상극들(20 및 22)은(도 2에 도시되지 않음) 상기 상부 보상극들(20 및 22)의 각각의 위치에 상응하는 위치를 차지할 것이다.

구체적으로, 상기 보상극들(20 및 24)은 상기 금속 스트립(11)이 상기 유도 코일들(2 및 4)을 통과할 때 Y 축에 평행한 상기 금속 스트립(11)의 제1 측부(13)에 배치되도록 구성된다(도 3). 유사하게, 상기 보상극들(22 및 26)은 상기 제1 측부(13)에 대향하는 상기 금속 스트립(11)의 측부(15)에 위치하도록 구성된다. 따라서, 상기 보상극들(20 및 24)은 실질적으로 수직의 Z 축에 평행한 방향으로 상호 배열되고, 상기 보상극들(22 및 26)은 실질적으로 수직의 Z 축에 평행한 방향으로 상호 배열된다.

상기 측부들의 국부적인 가열은 Y 축을 따라 연장하는 상기 금속 스트립(11)의 측부들(13 및 15)에 대하여 X 축에 따른 상기 보상극들(20 및 24)의 상대적인 위치를 변화시킴으로써 조절될 수 있다.

본 발명은 유도 전류가 상기 턴들(29) 근처에서 굴곡된 화살표들(M)에 의해 표시된 유도 자기장 또는 반응 자기장을 차례로 생성하는 상기 권선(28) 각각의 턴들(29)을 횡단한다는 점에 있어서 유리하다. 상기 반응 자기장(M)은 상기 측부들(13 및 15)에 있는 주 자기장(L)에 대향하여 보상효과(compensation effect)를 생성한다. 상기 보상효과는 상기 스트립의 상기 측부들(13 및 15)의 과도한 가열문제를 예방하는데 있어서 특히 유용하다. 전형적으로, 상기 보상효과는 상기 턴들(29)의 개수에 비례한다.

일반적으로, 상기 보조 자속 집속기들(30 및 32)은 상기 각각의 권선(28)에 의해 생성된 반응 자계 자속(reaction magnetic field flux)의 바람직하지 않은 분산을 감소시킨다. 구체적으로, 본 발명은 상기 보조 자속 집속기(32)가 상기 턴들(29)을 횡단하는 상기 유도 전류에 의해 생성된 상기 반응 자기장의 국부적인 강도를 증가시키도록 한다. 상기 보조 자속 집속기(30)로 인하여, 상기 턴들(29)의 개수를 감소시키는 것이 가능하고, 이는 상기 반응 자기장의 더 큰 국부화(localization)를 촉진한다. 따라서, 상기 보상극들(20, 22, 24, 및 26)을 적절히 배치함으로써, 상기 금속 스트립(11)의 특정한 영역으로 국소적으로 전달된 전력이 강화된다. 전술된 "전력 갭(power gap)"의 문제점은 상기 제1 보조 자속 집속기(30)의 존재로 인한 주 자기장의 강화 및 이로 인한 상기 금속 스트립(11)의 특정 구역들의 강화된 가열에 의해 보상되고, 상기 제2 보조 자속 집속기(32)의 존재에 의해 촉진된다.

본 발명의 잇점들은 본 발명과 관련된 도 3 및 5와 보상극이 없는 장치와 관련된 도 4 및 6의 비교함으로써 추측할 수 있다.

도 3은 상기 측부들(13 및 15)에서의 주 자기장에 대향하는 상기 턴들(29)에 의해 생성된 반응 자기장의 패턴을 선으로 도시한다. 상기 측부들(13 및 15)에서의 주 자기장이 얇아져서 상기 스트립의 측부들(13 및 15)의 가열 제어를 가능케 하는 유리한 효과를 주목할 필요가 있다. 이러한 효과는 주로 권선들(28)의 존재로 인한 것이고, 상기 제1 보조 자속 집속기(30)에 의해 촉진된다.

또한, 상기 측부들(13 및 15)에 인접한 상기 금속 스트립(11)의 구역들에는 상기 제2 보조 자속 집속기(32)의 존재로 인한, 또는 상기 제1 보조 자속 집속기(30)의 존재에 의해 촉진되는 강화된 주 자기장이 존재하여, 불리한 "전력 갭" 효과에 대한 보상이 있다. 이러한 보상에 의해서, 상기 금속 스트립(11)의 일반적으로 좀 더 균일한 가열이 확보된다. 이러한 결과는 도 5에 도시된다. 도 5는 파선 원형(E)에 의해 강조된 상당한 전력감소가 이루어지는 상기 측부(13)로부터 시작하는 상기 스트립 폭의 함수로서 전력패턴을 나타낸다. 또한, 상기 측부(13)에 인접한 구역에 있는 파선 원형(F)에 의해 강조된 "전력 갭"의 보상이 있음을 주목할 필요가 있다. 반대로, 본 발명에 따르지 않는 도 4에 도시된 보상극들이 없는 구성에서, 상기 스트립의 측부들에서의 더 큰 바람직하지 않은 가열 및 이러한 측부들에 인접한 구역에서의 가열의 급격한 바람직하지 않은 감소가 있고, 도 6에 도시된 상기 스트립의 폭의 함수로서 전력패턴에서 관찰될 수 있다.

또한, 상기 보상극들(20, 22, 24, 및 26)은 길이 방향의 X 축을 따라 이동할 수 있기 때문에, 상기 보상 코일들(20, 22, 24, 및 26)을 적절히 이동시킴으로써 폭이 다른 스트립에 대한 전술된 유리한 효과를 간단히 얻을 수 있다. 일반적으로, 상기 보상 강도 또한 상기 보상극들(20, 22, 24, 및 26)의 위치에 따라 조절될 수 있다.

상기 권선들(28)이 전류원에 의해서 공급되는 변형예에서, 이러한 전류의 감지는 주 자기장에 국부적으로 대향하는 반응 자기장을 생성하도록 구성되어야 한다. 보상은 전형적으로 권선에 설정된 전류의 강도에 비례한다.

도 7 내지 12은 본 발명에 따른 금속 스트립(11) 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(100)의 제2 구체예를 도시한다. 상기 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(100)는 가열될 상기 금속 스트립(11) 또는 플레이트가 통과하는 상호 평행한 평면 상에 서로 배향하도록 배열된 두 개의 유도 코일들(102 및 104)을 포함한다.

상기 두 개의 유도 코일들(102 및 104)은 실질적으로 직사각형이다. 또는, 상기 유도 코일들(102 및 104)은 또 다른 형태를 가질 수 있으며, 예를 들어, 다각형 또는 정사각형 또는 삼각형 또는 육각형 또는 원형 또는 타원형 또는 이들의 조합된 형태를 가질 수 있다.

상기 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(100)는 상호 수직인 세 개의 축, 즉, R, S, 및 T를 정의한다. 구체적으로, 상기 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(100)는 상기 유도 코일들(102 및 104)의 최대 연장 방향에 평행한 R 축; 상기 유도 코일들(102 및 104)이 상호 이격되는 방향에 평행한 T 축; 및 상기 금속 스트립(11)이 상기 유도 코일들(102 및 104) 사이를 통과하는 동안 움직이는 방향에 평행한 S 축을 정의한다. 바람직하게는, 상기 유도 코일(102 및 104)의 각각은 상기 금속 스트립(11)의 통과를 위해 제공되는 공간의 상부 전체 및 하부 전체에 배치된다. 다시 말해서, 상기 유도 코일들(102 및 104)의 각각은 상기 금속 스트립(11)의 통과를 위해 제공되는 평면 또는 평행한 평면들을 횡단하지 않는다.

상기 유도 코일들(102 및 104)은 길이 방향의 R 축을 따라 슬라이딩하도록 캐리지(160 및 162) 각각에 구속된다(도 8a 및 8b). 바람직하게는, 상기 두 개의 캐리지들(160 및 162)은 평면(TS)에 대해 하나의 동일한 측 상에 배치되고, 바람직하게는 상기 유도 코일의 공급측 상에 배치된다.

바람직한 변형예에서, 상기 유도 코일들(102 및 104)의 각각은 네 개의 도체 소자들(121, 123, 125, 및 127)을 포함하고, 상기 도체 소자들(121, 123, 125, 및 127)은 부분적으로 신장되도록 나란히 배치된다. 다양한 변형예들에 따라서(미도시), 도체 소자의 개수는 4개가 아닐 수도 있다. 바람직하게는, 상기 도체 소자들(121, 123, 125, 및 127)은 냉각 회로를 구비한다(부분적으로 도시됨). 상기 도체 소자들(121, 123, 125, 및 127)의 내부에 배치되는 상기 냉각 회로는 파이프(140, 도 10a, 10b, 및 10c)를 포함하고, 상기 파이프(140, 도 10a, 10b, 및 10c)에는 냉각 유체가 흐른다. 바람직하게는, 상기 도체 소자들(121, 123, 125, 및 127)은 수냉 회로를 구비한 구리 재질의 소자이다. 상기 도체 소자들(121, 123, 125, 및 127)은, 예를 들어, 정사각형 단면을 가지지만, 예를 들어 원형과 같은 다른 단면 형태도 가질 수 있다.

상기 유도 코일들(102 및 104) 각각의 상기 도체 소자들(121, 123, 125, 및 127)은 적절히 접힌다.

바람직하게는, 상기 도체 소자(127)의 일부는 동심원의 중첩된 턴들(129)의 권선(128)을 형성하도록 접힌다. 예를 들어, 세 개의 턴들(129)이 존재할 수 있다. 상기 권선(128)은 바람직하게는 평면도에서 볼 때 정사각형 또는 직사각형의 상기 턴들(129)을 구비하지만, 반드시 4 개의 변을 구비하는 것은 아니다. 또는, 상기 턴들은(129)은 또 다른 형태, 예를 들어, 다각형 또는 삼각형 또는 육각형 또는 원형 또는 타원형이거나 이들의 조합 형태를 가질 수 있다.

보조 자속 집속기(130)는 바람직하게는 적절한 자성 또는 강자성 재료로 이루어진 블록, 예를 들어, 평행 육면체 형태의 블록으로 제공되고, 상기 권선(128)에 의해 정의된 공간에 구비되며 상기 공간에 고정된다. 바람직하게는, 상기 보조 자속 집속기(130) 각각은 이를 둘러싸는 상기 적어도 하나의 턴(129)과는 별개의 부재이다. 바람직하게는, 상기 보조 자속 집속기(130)의 수직의 T 축에 따른 이의 연장부의 일부만이 상기 턴들(129)에 의해 둘러싸인다.

냉각 시스템을 구비할 경우, 상기 턴들(129)은 상기 보조 자속 집속기(130)를 냉각한다. 따라서, 상기 제1 구체예의 전술된 잇점들이 제공된다.

상기 권선(128) 및 상기 보조 자속 집속기(130)는 보상극(120, 124) 또는 전류에 의해 직접적으로 공급되는 활성 보상극을 형성한다(도 8a 및 8b).

따라서, 상기 장치(100)는 두 개의 보상극들(120 및 124)을 포함하고, 두 개의 보상극들(120 및 124) 중 하나가 길이 방향의 축(102, 104)을 따라 이동 가능한 상기 유도 코일들(102 및 104)의 각각에 대하여 일체로 고정된다.

또한, 바람직하게는, 상기 보상극(120)은 상기 금속 스트립(11)의 상부에 완전히 배치되고, 상기 보상극(124)는 상기 금속 스트립(11)의 하부에 완전히 배치되며, 상기 보상극(124)는 상기 유도 코일들(102 및 104) 사이를 통과한다. 구체적으로, 상기 두 개의 보상극들(120 및 124)은 상기 금속 스트립(11)의 통과를 위해 제공되는 평면 또는 평행한 다층의 평면들을 횡단하지 않는다. 상기 유도 코일들(102 및 104)의 형태는 도 9에 도시된 확대된 상세도면을 참조하여 설명될 것이다. 이 도면은, 예를 들어, 상기 유도 코일(104)을 설명할 때에도 참조된다.

상기 도체 소자들(121, 123, 125, 및 127)은 길이 방향의 R 축을 따라 연장하고 상기 네 개의 도체 소자들(121, 123, 125, 및 127)이 나란히 배치된 가로축(S)을 따라 이격된 두 개의 평행한 연신부들(stretches, 110 및 112)을 포함하도록 접혀진다. 상기 연신부들(110 및 112)은 상기 캐리지(162)에 고정된다. 상기 두 개의 연신부들(110 및 112) 이후에, 상기 도체 소자(127)는 자체적으로 감기게 되어 상기 턴들(129)을 형성하고, 상기 턴들(129)을 중첩함으로써 수직의 T 축에 평행하게 전개하는 상기 권선(128)을 형성한다. 상기 두 개의 연신부들(110 및 112) 각각 이후에, 상기 도체 소자(121)는, 교류 전류원에 연결되도록 구성된 서로 평행하고 직면하는 상기 두 개의 연결부들(106 및 108)를 형성하기 위하여, 수직의 T 축에 대해 평행하게 연신하고, 이 후, 가로축(S)에 평행하게 연신하고, 이 후, 길이 방향의 R 축에 평행하게 연신한다. 상기 연결부들(106 및 108)은 상기 연신부들(110 및 112)이 연장하는 방향에 대향하는 방향으로 연장한다. 상기 두 개의 연신부들(110 및 112) 각각 이후에, 상기 도체 소자들(123 및 125)은 우선 수직의 T 축의 평행하게 연신한 다음, 가로축(S)에 평행하게 연신하여 접합된다.

상기 도시된 특정 고안에서, 상기 유도 코일들(102 및 104)은 상기 주 자속 집속기(116 및 118)를 각각 구비한다. 바람직하게는, 상기 주 자속 집속기(116 및 118) 각각은 각각의 턴(102, 104)을 부분적으로 둘러싸서 상기 금속 스트립(11)을 향한 자기장을 어드레스한다.

상기 주 자속 집속기(116, 118)는, 예를 들어, 도 10a, 10b, 및 10c에 도시된 상이한 구성을 가질 수 있다.

상기 주 자속 집속기들(116 및 118) 각각은 평면(RS)에 평행한 적어도 하나의 평평한 표면 및 평면(RT)에 평행한 적어도 하나의 평평한 표면을 포함한다. 또한, 상기 주 자속 집속기들(116 및 118) 각각은 상기 권선(128) 외부에 있고 R 축을 따라 말단부(132)를 포함한다.

도 10a의 제1 변형예에서, 상기 말단부(132)를 가진 일측에서 중단되는 상기 주 자속 집속기(116)의 R 축을 따라 연장하는 길이 방향의 몸체부는 공간에 의해 서로 이격된 상기 두 개의 실질적으로 L-형태인 각진 플레이트들(50)에 의해 형성되어, 전체적으로 도시된 장치를 참고할 때, 상기 유도 코일(102)의 바깥쪽 가장자리를 덮는다. 상기 각진 플레이트들(50)은 평면(RT)에 대해 평행하게 연장하는 제1 연신부; 및 평면(RS)에 대해 평행하게 연장하는 제2 연신부를 포함한다.

도 10b의 제2 변형예에서, 상기 말단부(132)를 가진 일측에서 중단되는 상기 주 자속 집속기(116)의 R 축을 따라 연장하는 길이 방향의 몸체부는 하나의 실질적으로 C-형태인 플레이트(51)에 의해 형성되어, 전체적으로 도시된 장치를 참고할 때, 상기 유도 코일(102)의 바깥쪽 가장자리를 덮는다(도 7 또한 참조). 상기 C-형태인 플레이트(51)의 두 개의 암(arm)들은 평면(RT)에 대해 평행하게 연장하는 반면, 상기 C-형태인 플레이트(51)의 몸체부는 평면(RS)에 대해 평행하게 연장한다.

도 10c의 제3 변형예에서, 상기 말단부(132)를 가진 일측에서 중단되는 상기 주 자속 집속기(116)의 R 축을 따라 연장하는 길이 방향의 몸체부는 하나의 평평한 플레이트(52)에 의해 형성되며, 여기에서, 상기 하나의 평평한 플레이트(52)는 평면(RS)에 평행하고, 전체적으로 도시된 장치를 참고할 때, 상기 유도 코일(102)의 상부 바깥쪽 가장자리만을 덮는다.

모든 변형예들에서, 상기 하부 유도 코일(104)의 상기 주 자속 집속기(118)는 상기 주 자속 집속기(116)와 동일하지만, 상기 주 자속 집속기(116)에 대하여 상하로 배치된다.

길이 방향의 R 축에 따른 상기 주 자속 집속기들(116 및 118)의 연장부는 상기 유도 코일들(102 및 104)의 연장부보다 작기 때문에, 상기 유도 코일들(102 및 104)의 말단부들은 상기 주 자속 집속기들(116 및 118) 각각의 외부에 있다. 상기 주 자속 집속기들(116 및 118)은, 예를 들어, 20 내지 200의 상대 투자율을 갖는 소결된 분말로 제조되거나 Fe-Si 플레이트로 제조될 수 있다.

본 발명 및 그 이점은 상술한 제2 구체예에 따른 장치의 동작을 설명함으로써 보다 잘 이해될 것이다.

도 11에서 화살표들(L)에 의해 표시된 방향을 갖는 교류 전류원은 상기 유도 코일들(2 및 4)로 공급되어(도 3), 고려된 순간에(in the considered instant) 상기 유도 코일(2)에서 상기 유도 코일(4)로 향하는 화살표들(L)로 나타낸 자기장을 생성하여, 유도 전류가 상기 금속 스트립(11)이 상기 유도 코일들(2 및 4) 사이를 통과할 때 줄(Joule) 효과에 가열되는 상기 금속 스트립(11)에 생성된다.

상기 유도 코일들(102 및 104)은 상기 유도 코일(102)에서 상기 유도 코일(104)로 향하는 도 11의 화살표들(L')에 의해 나타낸 자기장을 생성하는 교류 전류원에 의해 공급되어, 유도 전류가 상기 금속 스트립(11)이 상기 유도 코일들(102 및 104) 사이를 통과를 할 때 줄 효과에 의해 가열되는 스트립에 생성된다. 본 발명에 따라서, 길이 방향의 R 축에 따른 상기 보상극들(120 및 124)의 위치는 상기 스트립(11)의 폭의 함수로서 결정된다. 도 8a 및 8b는 상기 스트립(11)의 폭에 따라 결정되는 상기 유도 코일들(102 및 104)의 가능한 위치에 대한 2개의 구체예 및 이로 인한 상기 보상극들(120 및 124)의 가능한 위치에 대한 2개의 구체예를 도시한다. 상기 스트립(11)의 폭은 길이 방향의 R 축에 따라 연장한다. 구체적으로, 상기 금속 스트립(11)이 상기 유도 코일들(102 및 104)을 통과할 때, 상기 보상극(120)이 상기 금속 스트립(11)의 상기 제1 측부(13)에 있고 상기 보상극(124)이 상기 금속 스트립(11)의 상기 제2 측부(15)에 있도록 상기 보상극들(120 및 124)의 위치를 선택한다.

R 축을 따라 상기 유도 코일들(102 및 104)의 위치를 변화시킴으로써, S 방향으로 연장하는 상기 금속 스트립(11)의 상기 측부들(13 및 15) 각각의 국부적인 가열을 조절하도록 상기 보상극들(120 및 124)을 배치하는 것이 가능하다. 예를 들어, 상기 캐리지(160)가 왼쪽으로 더 이동할수록, 상기 스트립의 상기 측부(13)의 가열에 대한 보상효과는 더 커진다.

바람직하게는, 상기 다른 도체 소자들(121, 123, 및 125)을 교류하는 전류는 상기 각각의 권선(128)의 상기 턴들(129)을 교류하는 전류와 동일하기 때문에, 상기 모든 소자들은 직렬로 연결된다. 본 발명은 상기 턴들(129)을 횡단하는 전류가 상기 턴들(129) 근처에 있는 굴곡된 화살표들(M')에 의해 표시된 유도 자기장 또는 반응 자기장을 생성한다는 점에 있어서 유리하다(도 11).

상기 반응 자기장은 상기 측부들(13 및 15)에 있는 주 자기장에 대향하여 보상효과를 생성한다. 상기 보상효과는 전술된 상기 스트립의 상기 측부들(13 및 15)의 과도한 가열 문제를 예방하는데 있어서 특히 유용하다. 전형적으로, 상기 보상효과는 상기 턴들(29)의 개수 및 이들 횡단하는 전류에 비례한다.

일반적으로, 상기 보조 자속 집속기들(130)은 상기 각각의 권선(128)에 의해 생성된 자계 자속의 바람직하지 않은 분산을 감소시킨다. 구체적으로, 본 발명은 상기 각각의 보조 자속 집속기(130)가 상기 턴들(129)을 횡단하는 상기 전류에 의해 생성된 상기 반응 자기장의 특정 구역에서의 국부적인 강도를 증가시키도록 한다. 상기 보조 자속 집속기(130)로 인하여, 상기 턴들(129)의 개수를 감소시키는 것이 가능하고, 이는 상기 반응 자기장의 더 큰 국부화(localization)를 촉진한다.

본 발명의 또 다른 잇점은 상기 보상극들(120 및 124)을 적절히 배치함으로써, 상기 스트립(11)의 특정한 영역으로 국소적으로 전달된 전력이 강화된다는 것이다. 전술된 "전력 갭"의 문제점은 상기 주 자속 집속기(116)의 상기 말단부(132)의 존재로 인한 주 자기장의 강화 및 이로 인한 상기 금속 스트립(11)의 특정 구역들의 강화된 가열에 의해 보상된다. 또한, 이러한 강화는 상기 보조 자속 집속기(130)의 존재로 인해 촉진된다(도10 및 11).

도 11은 상기 측부들(13 및 15)에서의 주 자기장에 대향하는 상기 턴들(129)에 의해 생성된 반응 자기장의 패턴을 선으로 도시한다. 상기 측부들(13 및 15)에서의 주 자기장이 얇아져서 상기 스트립의 측부들(13 및 15)의 가열 제어를 가능케 하는 유리한 효과를 주목할 필요가 있다. 이러한 효과는 주로 권선들(128)의 존재로 인한 것이고, 상기 보조 자속 집속기(130)에 의해 촉진된다.

또한, 상기 측부들(13 및 15)에 인접한 상기 금속 스트립(11)의 구역들에는 상기 주 자속 집속기(116)의 상기 말단부(132)의 존재로 인한, 또는 상기 보조 자속 집속기(130)의 존재에 의해 촉진되는 강화된 주 자기장이 존재하여, 불리한 "전력 갭" 효과에 대한 보상이 있다. 이러한 보상에 의해서, 상기 금속 스트립(11)의 일반적으로 좀 더 균일한 가열이 확보된다.

이러한 결과는 도 12에 도시된다. 도 12는 본 발명의 상기 장치(100)에 의해 얻어질 수 있는 스트립의 폭의 함수로서 전력패턴인 곡선(D) 및 보상극을 구비하지 않는 장치에 의해 얻어질 수 있는 스트립의 폭의 함수로서 전력패턴인 곡선(C)를 도시한다. 상기 측부(13)에서의 전력을 본 발명의 해결책을 사용하여 상당히 낮출 수 있음을 주목할 필요가 있다. 또한, 파선 원형으로 표시된 "전력 갭"의 보상이 있는 상기 스트립의 가장자리 부분에 인접한 구역을 주목할 필요가 있다.

대신에, 본 발명에 속하지 않는 보상극이 없는 장치와 관련된 곡선(C)에서, 상기 스트립의 가장자리 부분들에서의 더 크고 바람직하지 않은 가열 및 상기 가장자리 부분들에 인접한 구역에서의 가열의 급격하고 바람직하지 않은 감소를 주목할 필요가 있다.

또한, 상기 보상극들(120 및 124)은 R 축을 따라 이동 가능하기 때문에, 전술된 유리한 효과들은 상이한 폭을 갖는 스트립에 대해 제공될 수 있다.

구체적으로, 상기 유도 코일들(102 및 104)은 상기 연결된 플럭스가 스트립의 폭의 함수로서 가변하도록 이동될 수 있다. 상기 보상 코일, 구체적으로 상기 권선(128)이 상기 각각의 유도 코일을 교류하는 동일한 전류로 공급되는 것은 보상효과가 열 전력에 따라 자동적으로 조절되게 한다. 상기 보상의 강도를 조절하기 위한 추가의 자유도(degree of freedom)는 상기 스트립의 나머지에 대한 상기 보상극의 위치에 의해 결정된다. 전류에 의해 공급되지 않고 주 전류원과는 상이한 전류원에 의해 공급될 수 있는 제1 구체예로 설명된 상기 권선이 제2 구체예에서도 사용될 수 있다는 점은 주목할 만하다. 또한, 비록 전술된 구체예들에서의 상기 모든 상기 보상극들은 이동하도록 구성되었지만, 본 발명은 상기 보상극들 중 일부만이 이동하는 구체예도 제공한다. 예를 들어, 제1 구체예의 변형예로서, 상기 각각의 유도 코일에 대한 단지 하나의 보상극이 이동하여, 상이한 유도 코일들의 보상 코일들은 수직의 Z 축에 평행한 방향을 따라 배열되는 구체예가 제공될 수 있다. 본 발명의 제2 구체예의 일 변형예로서, 두 개의 유도 코일들 중 단지 하나의 유도 코일이 이동하도록 구성된 구체예가 제공된다. 또한, 본 발명은 제1 구체예 및/또는 제2 구체예에 따른 일련의 장치들이 Y 축을 따라 순서대로 배열된 가열 오븐을 제공한다.

Claims

금속 스트립(11) 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100)에 관한 것으로, 상기 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100)는 제1 길이 방향의 축(X, R)을 정의하고,
상기 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100)는
- 서로 평행하고 상기 제1 길이 방향의 축(X, R)에 평행한 평면들 각각의 상에 배치되고, 사각의 링형상으로 내부에 중공부가 구비되어져 있으며, 상기 제1 길이 방향의 축(X, R)에 직각인 제2 길이 방향의 축(Y, S)을 따라 적어도 두 개의 유도 코일들(2, 4, 102, 104) 사이로 상기 스트립(11)이 통과되도록 서로 이격되어 배치되는 적어도 두 개의 유도 코일들(2, 4, 102, 104);
- 상기 유도 코일들(2, 4; 102, 104)중, 보상극들(20, 22, 24, 26, 120, 124)을 제외한 각각의 주위를 감싸도록 배치되는 적어도 하나의 주 자속 집속기(16, 18, 116, 118); 및
- 적어도 두 개의 보상극들(20, 22, 24, 26, 120, 124);을 포함하고,
상기 적어도 두 개의 보상극들(20, 22, 24, 26, 120, 124) 각각은 상기 적어도 두 개의 유도 코일들(2, 4, 102, 104)의 내부 중공부에 각각에 구속되게 배치되고,
상기 적어도 두 개의 보상극들(20, 22, 24, 26, 120, 124) 각각은
- 적어도 하나의 턴(29, 129)을 갖는 권선(28, 128); 및
- 상기 권선(28, 128)의 상기 적어도 하나의 턴(29, 129)에 의해 둘러싸인 제1 보조 자속 집속기(30, 130);를 포함하고,
상기 적어도 두 개의 보상극들(20, 22, 24, 26, 120, 124) 중 적어도 하나는 상기 제1 길이 방향의 축(X, R)에 평행한 방향을 따라 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립(11) 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100).
제1항에 있어서, 상기 제1 보조 자속 집속기(30, 130)는 상기 적어도 하나의 턴(29, 129)과는 별개의 부재인 것을 특징으로 하는 금속 스트립(11) 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100).
제1항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 유도 코일들(2, 4, 102, 104) 각각은 상기 금속 스트립(11)의 통과를 위해 제공되는 공간의 상부 전체 및 하부 전체에 배치되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립(11) 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100).
제1항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 보상극들(20, 22, 24, 26, 120, 124) 각각은 상기 금속 스트립(11)의 통과를 위해 제공되는 공간의 상부 전체 및 하부 전체에 배치되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립(11) 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100).
제1항에 있어서, 상기 유도 코일들(2, 4)의 각각은 고정되고 상기 두 개의 보상극들(20, 22; 24, 26)을 구비하며, 상기 두 개의 보상극들(20, 22; 24, 26) 중 적어도 하나의 보상극은 상기 제1 길이 방향의 축(X)에 평행한 방향을 따라 이동하도록 상기 유도 코일들(2, 4)에 슬라이딩 고정되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립(11) 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100).
제5항에 있어서, 상기 유도 코일들(2, 4) 각각의 두 개의 보상극들은 상기 제1 길이 방향의 축(X)에 평행한 방향을 따라 이동하도록 상기 유도 코일들(2, 4) 각각에 슬라이딩 고정되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립(11) 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100).
제5항에 있어서, 각각의 제1 보조 자속 집속기(30)는 상기 적어도 하나의 턴(29, 129)의 외부에 배치되고 상기 제2 길이 방향의 축(Y)을 기준으로 대응하는 제1 보조 자속 집속기(30) 보다 더 내부의 위치에 배치되는 제2 보조 자속 집속기(32)와 연결되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립(11) 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100).
제1항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 보상극들(120, 124)은 상기 유도 코일(102, 104) 각각에 일체로 고정되고, 상기 적어도 두 개의 유도 코일들(102, 104) 중 적어도 하나의 유도 코일은 상기 제1 길이 방향의 축(R)에 평행한 방향을 따라 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립(11) 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100).
제8항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 유도 코일들(102, 104)은 상기 제1 길이 방향의 축(R)에 평행한 방향을 따라 병진 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립(11) 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100).
제8항에 있어서, 상기 각각의 유도 코일(102, 104)의 상기 각각의 보상극(120, 124)의 상기 권선(128)은 상기 각각의 유도 코일(102, 104)의 필수 부분인 것을 특징으로 하는 금속 스트립(11) 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100).
제1항에 있어서, 상기 제1 보조 자속 집속기(30, 130)는 자성 또는 강자성 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립(11) 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100).
제1항에 있어서, 상기 권선(28, 128) 각각은 적어도 두 개의 턴들(29, 129)을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 스트립(11) 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100).
제1항에 있어서, 상기 권선(28, 128)은 교류 전류원에 의해 공급되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립(11) 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100).
제1항에 있어서, 상기 권선(28, 128)의 상기 적어도 하나의 턴(29, 129)은 냉각용 유체가 흐르는 적어도 하나의 파이프(40, 140)를 내부에 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 스트립(11) 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100).
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 턴(29, 129) 및/또는 상기 적어도 두 개의 유도 코일들(2, 4, 102, 104)은 실질적으로 다각형 또는 직사각형 또는 정사각형 또는 삼각형 또는 육각형 또는 원형 또는 타원형 또는 이들의 조합 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 스트립(11) 가열용 트랜스버스 플럭스 유도 가열장치(1, 100).