KR102529165B1

KR102529165B1 - 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 유도 가열 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102529165B1
Application number: KR1020207035151A
Authority: KR
Inventors: 샤오리 진; 덩펑 리; 웨밍 주; 보 왕; 구오바오 리
Original assignee: 바오샨 아이론 앤 스틸 유한공사
Priority date: 2018-08-06
Filing date: 2019-08-02
Publication date: 2023-05-08
Also published as: KR20210008032A; JP2021528827A; WO2020029891A1; JP7210617B2; CN110808670A; CN110808670B; EP3793072A4; US20210227646A1; EP3793072A1; US11968766B2

Abstract

자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어 용 유도 가열 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 중공 캐비티를 갖는 원주형 유도 가열 코일을 포함하고, 상기 유도 가열 코일은 6-20 KHz의 중간 주파수에서 실리콘 스틸 플레이트 상에서 유도 가열을 수행하는, 유도 가열 장비를 포함한다. 중간 주파수의 급속 유도 가열을 통해 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어를 빠르게 경화시킬 수 있으므로 처리 시간이 크게 단축되고 생산 효율성이 향상되며 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 생산 공정에서 자동화된 작업이 가능하다. 또한, 상기 시스템은 코어 제품의 경화 품질을 보장할 수 있으며 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 생산 분야에 널리 적용될 수 있다.

Description

자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 유도 가열 시스템 및 방법

본 발명은 시스템 및 방법, 특히 가열 시스템 및 방법에 관한 것이다.

현대 대량 생산 모터 코어의 적층 성형 방법에는 주로 볼트 연결(bolted connection), 용접, 리벳팅(riveting) 및 접착이 포함된다. 접착 모드에서는 자기-접착성 코팅물이 코팅된 실리콘 스틸 플레이트를 서로 표면 고정하고 조립하여 무공해, 높은 코어 고정 강도, 낮은 자기 진동 소음, 높은 코어 효율성의 장점으로 적층 성형 공정을 제공한다. 다른 고정 방법으로 인해 왜곡되거나 강성이 불충분하거나 리벳팅 또는 용접이 불편한 상황에 특히 적합하다.

자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 플레이트에 대한 현재의 기존 적용 지침에는 펀칭기로 펀칭된 코어(당시에는 실제로 분리된 플레이트)를 전체적으로 꺼내고, 6~30 bar의 압력하에서 클램프에 코어를 놓고, 상기 코어를 가열로에 이송하고 150~220℃에서 1~4시간 동안 가열하고, 냉각 후 상기 코어를 꺼내어 오버플로우된 에지를 제거하여 완성된 코어 제품을 얻는다. 이러한 공정 단계는 상대적으로 낮은 생산 효율로 이어지고 잦은 수동 개입이 필요하며 빠르고 지속적인 자동 작업을 수행할 수 없으므로 높은 에너지 소비와 생산 운영 비용이 발생한다. 뿐만 아니라, 서로 다른 배치(batch)의 경화된 실리콘 스틸 코어는 접착 강도, 코어 두께의 차이 및 돌출된 오버플로우 에지(overflowing edges)가 다르며 생산 안정성이 좋지 않다. 따라서, 선행 기술에서 일부 연구자들은 생산 효율을 높이고 자기-접착성 코팅된 코어의 경화 품질 및 안정성을 개선하기 위해 스택 툴링(stack tooling)에 관련 개선을 수행하였다. 그러나 코팅된 코어의 경화 및 보온 시간은 변하지 않기 때문에 퍼니스에서 가열, 보온 내지 냉각 및 퍼니스에서 나가는 코어 경화의 전체 과정은 일반적으로 약 10시간이 걸리며, 효율은 코팅된 다른 실리콘 스틸 제품에 비해 여전히 낮다.

종래 기술에서 일부 연구자들은 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 플레이트 코어가 단시간에 목표 온도로 빠르게 가열되고 이에 따라 해당 온도 분포 요구 사항이 충족되면 우수한 접착 경화 효과를 달성할 수 있음을 발견하였다. 일본공개특허 제JPH11187626A호는 고주파 마이크로파에 의해 형성된 고주파 전자기장을 통해 자기-접착성 코어를 빠르게 가열하는 것을 제안하고, 고주파 마이크로파의 방출원 및 관련 가열 장비의 구조를 제안한다.

그러나 본 출원의 발명자는 고주파 유도 가열 방법은 작은 크기의 실리콘 스틸 플레이트 스택을 가열하는 데에만 사용될 수 있음을 발견하였다. 실리콘 스틸 플레이트의 크기가 커짐에 따라 유도 가열의 표피 집결 효과(skin gathering effect)로 인해 실리콘 스틸 플레이트의 표면층의 매우 좁은 영역과 실리콘 스틸 플레이트의 직경 방향으로 가열 면적이 주로 집중되고, 표면은 순간적으로 고온에 도달할 수 있지만 내부는 주로 표면에서 안쪽으로 열전도에 의해 가열되어 내부 온도가 표면의 온도에 비해 상대적으로 낮기 때문에 실리콘 스틸 플레이트 스택의 표면 및 코어 영역 간의 접착 성능에 큰 차이가 있다. 따라서 고주파 유도 가열은 대형 실리콘 스틸 플레이트를 효과적으로 가열할 수 없으며 광범위한 실리콘 스틸 플레이트 사양을 커버할 수 없다.

유도 가열은 효율적이고 빠른 가열을 달성할 수 있는 방법이다. 그러나 주파수 선택은 가열 효과에 결정적인 영향을 미친다. 낮은 주파수를 선택하면 유도 가열 와전류의 표피 집결층(skin gathering layer)의 깊이는 증가할 수 있지만 가열 효율은 낮아진다. 더 높은 주파수를 선택하면 표피 집결층의 깊이가 줄어들고 가열 효율이 높아지지만 가열 중 가열된 작업물의 표면과 내부 사이의 온도 차이가 커진다.

이를 감안할 때, 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어를 빠르게 경화시키고 코어 제품의 경화 품질을 보장하여 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 생산 분야에 널리 적용할 수 있는 유도 가열 시스템을 확보하는 것이 요구되고 있다.

본 발명의 하나의 목적은 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 시스템을 제공하는 것이며, 상기 시스템은 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어를 신속하게 경화하고 코어 제품의 경화 품질을 보장하며 생산 효율성을 증가시켜 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 생산 분야에 널리 적용된다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어를 위한 유도 가열 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 중공 캐비티(hollow cavity)를 갖는 원주형 유도 가열 코일(columnar induction heating coil)을 포함하고, 상기 유도 가열 코일은 6-20 KHz의 중간 주파수에서 실리콘 스틸 플레이트 상에서 유도 가열을 수행하는, 유도 가열 장비를 포함한다.

본 발명의 기술적 해결 수단에서, 실리콘 스틸 플레이트의 유도 가열을 위해 중간 주파수 6-20 KHz의 유도 가열 코일을 사용하는 것은 광범위한 실리콘 스틸 플레이트 사양에 적용 가능하다. 빠른 경화와 코어 제품의 경화 품질을 모두 고려할 때 실리콘 스틸 플레이트의 외경은 Φ50~400 mm가 바람직하고, 보다 바람직하게는 Φ50~300 mm이다.

또한, 본 발명의 유도 가열 시스템은 실리콘 스틸 플레이트의 경화 시간을 크게 단축시키고 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 자동 생산 가능성을 제공한다. 따라서, 본 발명은 자동 처리를 달성할 수 있는 유도 가열 시스템을 추가로 제공하며, 시스템은 복수의 적층 몰드(stacking molds)가 그 위에서 이송되고, 상기 적층 몰드는 적층된 실리콘 스틸 플레이트를 그 내부에 배치하기 위해 사용되는 이송 롤러 테이블(conveying roller table);

상기 실리콘 스틸 플레이트의 온도를 측정하기 위한 온도 측정 소자를 추가로 포함하는 유도 가열 장비(induction heating device);

상기 적층 몰드를 수평 방향으로 이송하는 공급 및 배출 장비(feeding and discharging device);

수평 방향으로 상기 적층 몰드를 상기 유도 가열 코일 바로 아래의 위치로 이송하고 유도 가열을 완료한 후 상기 적층 몰드를 상기 유도 가열 장비의 중공 캐비티 내로 수직 방향으로 이송하거나 상기 적층 몰드를 중공 캐비티 밖으로 이동시키도록 구성된 로딩 및 언로딩 장비(loading and unloading device); 및

상기 이송 롤러 테이블, 상기 공급 및 배출 장비 및 상기 로딩 및 언로딩 장비와 각각 연결되어 각각의 동작을 제어하며, 또한 상기 유도 가열 코일 및 온도 측정 소자와 연결되어 유도 가열 프로세스를 제어하는 제어 장비(control device)를 추가로 포함한다. 본 발명의 기술적 해결 수단에서, 온도 측정 소자는 실리콘 스틸 플레이트의 온도를 측정하기 위해 사용된다. 일부 실시예에서, 유도 가열 장비는 유도 가열 장비 지지대를 더 포함할 수 있어서, 유도 가열 코일 및 온도 측정 소자는 유도 가열 장비 지지대 상에 배치될 수 있다. 또한, 로딩 및 언로딩 장비는 적층 몰드를 수평 방향으로 유도 가열 코일 바로 아래 위치로 이송하고 적층 몰드를 수직 방향으로 유도 가열 장비의 중공 캐비티로 이송하도록 구성되어 있어 스택 몰드의 정확한 위치 선정이 달성되어 유도 가열 코일이 스택 몰드 내부에 배치된 실리콘 스틸 플레이트를 정확하게 가열할 수 있다. 또한, 제어 장비가 이송 롤러 테이블과 연결됨에 따라 각각의 동작을 제어하기 위해 공급 및 배출 장비와 로딩 및 언로딩 장비가 각각 유도 가열 코일 및 온도 측정 소자에 연결되어 유도 가열 공정을 제어하고, 빠른 경화 및 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 효율적인 자동화 생산이 이루어지며 생산 효율성이 향상된다. 일부 실시예에서, 적층 몰드는 비금속 재료로 제조될 수 있다는 점에 유의해야 한다.

또한, 본 발명의 유도 가열 시스템에서, 상기 공급 및 배출 장비는 수평 방향으로 연장되는 캔틸레버 빔(cantilever beam)과 캔틸레버 빔을 따라 걸을 수 있는 매니퓰레이터(manipulator)를 포함한다.

본 발명의 기술적 해결 수단에서, 일부 실시예에서, 매니퓰레이터의 워킹(walking) 및 클램핑(clamping) 작동은 서보 모터(servo motor)에 의해 제어될 수 있다. 또한, 캔틸레버 빔은 이송 롤러 테이블을 배치하기 위한 지지대에 장착될 수 있다.

또한, 본 발명의 유도 가열 시스템에서, 상기 이송 롤러 테이블의 이송 방향과 상기 공급 및 배출 장비의 이송 방향이 서로 직교한다.

또한, 본 발명의 유도 가열 시스템에서, 상기 온도 측정 소자는 적외선 온도 측정 소자이다.

또한, 본 발명의 유도 가열 시스템에서, 상기 온도 측정 소자는 상기 유도 가열 코일의 중간 부분에 배치된다.

또한, 본 발명의 유도 가열 시스템에서, 상기 로딩 및 언로딩 장비는

지지대;

상기 지지대에 배치되고 상기 제어 장비와 연결되는 수직 변위 조정 소자(vertical displacement adjusting element);

상기 수직 변위 조정 소자와 연결되고 상기 수직 변위 조정 소자에 의해 구동되어 수직 방향으로 이동하는 베이스 플레이트(base plate);

상기 베이스 플레이트 상에 배치되고 상기 제어 장비와 연결되며, 상기 베이스 플레이트에 대해 수평 방향으로 슬라이딩 가능하도록 구성된 수평 이동 플레이트(horizontal movable plate); 및

상기 수평 이동 플레이트에 배치되어 상기 적층 몰드를 위치시키기 위한 적층 몰드 시트(stacking mold seat)를 포함한다.

본 발명의 기술적 해결 방안에서 수평 이동 플레이트가 베이스 플레이트에 배치되어 제어 장비와 연결되며, 수평 이동 플레이트는 베이스 플레이트에 대해 수평 방향으로 슬라이딩 가능하도록 구성되어 로딩 및 언로딩 장비가 수평 방향으로 적층 몰드를 유도 가열 코일 바로 아래의 위치로 이송할 수 있다. 수직 변위 조정 소자는 지지대에 배치되고 제어 장비와 연결되어 로딩 및 언로딩 장비가 적층 몰드를 수직 방향으로 유도 가열 장비의 중공 캐비티로 이송하거나 적층 몰드를 유도 가열이 완료된 후 중공 캐비티 밖으로 이동할 수 있다. 일부 실시예에서, 적층 몰드 시트(stacking mold seat)는 비금속 재료로 제조될 수 있다.

또한, 본 발명의 유도 가열 시스템에서, 상기 적층 몰드 시트에는 압력 센서가 제공되고, 상기 압력 센서는 상기 제어 장비와 연결된다.

본 발명의 기술적 해결 방안에서, 적층 몰드 시트에 압력 센서가 설치되어 적층 몰드 시트의 압력을 실시간으로 감지하고 압력 센서가 제어 장비와 연결되어 제어 장비가 압력 센서에 의해 전달된 압력 값에 기반한 실리콘 스틸 플레이트의 압축 정도를 조절한다.

또한, 본 발명의 유도 가열 시스템에서, 상기 유도 가열 장비는

유도 가열 코일의 상부에 배치되고 상기 제어 장비와 연결되는 거리 측정 소자로서, 상기 거리 측정 소자는 상기 거리 측정 소자와 상기 적층 몰드 내부의 실리콘 스틸 플레이트 사이의 거리를 감지하고 거리를 제어 장비로 전송하며, 상기 거리 측정 소자에 의해 전송된 신호에 기초하여, 상기 제어 장비는 사익 로딩 및 언로딩 장비가 상기 적층 몰드를 수직 방향으로 운반하는 거리를 제어하고, 압축 디스크가 수직 방향으로 이동하는 거리를 제어하는 거리 측정 소자(distance measuring element);

상기 유도 가열 코일 상부에 배치되고 상기 제어 장비와 연결된 압축력 조정 소자(compacting force adjusting element); 및

압축력 조정 소자와 연결되는 압축 디스크로서, 상기 제어 장비의 제어에 따라 상기 압축력 조정 소자의 조정 하에 상기 압축 디스크가 수직으로 아래로 이동하여 상기 적층 몰드 내부의 상기 실리콘 스틸 플레이트에 압력을 가하거나 수직으로 위로 이동하여 상기 실리콘 스틸 플레이트를 분리하는 압축 디스크(compaction disk)를 추가로 포함하는 유도 가열 시스템을 추가로 포함한다.

본 발명의 기술적 해결 수단에서, 일부 실시예에서, 유도 가열 장비는 유도 가열 장비 지지대와 연결된 고정 로드(fixing rod)를 추가로 포함할 수 있고, 압축력 조정 소자는 고정 로드와 연결되어 압축력 조정 소자가 고정 로드를 통해 유도 가열 장비 지지대에 장착될 수 있다. 거리 측정 소자는 압축력 조정 소자와 연결되어 압축력 조정 소자를 통해 유도 가열 장비 지지대에 장착된다. 또한, 일부 실시예에서, 압축 디스크는 비금속 재료로 만들어질 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 다른 목적은 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 방법을 제공하는 것이며, 이 방법은 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어를 신속하게 경화시키고 코어 제품의 경화 품질을 보장할 수 있으며, 생산 효율성을 높여 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 생산 분야에 널리 적용된다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 방법을 제공하며, 여기서 유도 가열 코일은 6-20 KHz의 중간 주파수에서 적층된 실리콘 스틸 플레이트 상에 유도 가열을 수행하는 데에 사용된다.

또한, 본 발명에서 제공하는 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 방법은 적층된 실리콘 스틸 플레이트를 압착하는 단계, 상기 적층된 실리콘 스틸 플레이트를 6-20 KHz의 중간 주파수에서 유도 가열 코일에 의해 유도 가열하는 단계, 상기 실리콘 스틸 플레이트의 온도를 실시간으로 측정하는 단계, 및 실리콘 스틸 플레이트가 목표 가열 온도에 도달하면 유도 가열 코일에 의한 가열을 중지하는 단계를 포함한다.

본 발명에서는 실리콘 스틸 플레이트가 목표 가열 온도에 도달할 때마다 가열을 중단할 수 있어 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 가열 시간을 크게 단축시킬 수 있다.

이에 상응하여, 본 발명의 또 다른 목적은 전술한 유도 가열 시스템을 사용하여 실리콘 스틸 플레이트를 가열하는 방법이며, 이 방법은 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어를 신속하게 경화시킬 수 있으며, 코어 제품의 경화 품질을 보장하고 생산 효율성을 높여 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어 생산 분야에 널리 적용된다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 유도 가열 시스템을 이용하여 적층 몰드 내부에 적층된 실리콘 스틸 플레이트에 유도 가열을 수행하는 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 유도 가열 방법을 제공한다.

본 발명의 기술적 해결 수단에서, 일부 실시예에서, 본 발명의 유도 가열 시스템을 이용하여 적층 몰드 내부에 적층된 실리콘 스틸 플레이트에 유도 가열하는 과정은 다음과 같을 수 있다:

(1) 실리콘 스틸 플레이트를 유도 가열하기 전에 실리콘 스틸 플레이트의 목표 가열 온도, 실리콘 스틸 플레이트에 적용된 목표 압축 응력값, 수평 이동 플레이트의 초기 위치, 수직 변위 조정 소자의 초기 위치 및 압축 디스크의 초기 위치를 포함하여 관련 매개 변수와 초기 값이 먼저 설정된다.

(2) 적층 몰드 내부에 실리콘 스틸 플레이트를 적층한 후 적층 몰드와 실리콘 스틸 플레이트를 함께 이송 롤러 테이블에 놓고 상기 이송 롤러 테이블을 통해 유도 가열 작업 영역으로 이송한다. 이송 롤러 테이블은 단계별 전송을 채택할 수 있다. 적층 몰드와 실리콘 스틸 플레이트가 유도 가열 작업 영역에 도달하면 이송 롤러 테이블이 작동을 중지하고 공급 및 배출 장비의 매니퓰레이터가 적층 몰드를 고정하고 적층 몰드와 실리콘 스틸 플레이트가 캔틸레버 빔에 의해 로딩 및 언로딩 장비의 스태킹 몰드 시트에 함께 운반된다. 이때, 공급 및 배출 장비는 공급 동작을 완료한다. 적층 몰드 시트의 압력 센서는 실시간 압축 응력값을 제어 장비에 전송하고 제어 장비는 초기 압축 응력값을 얻는다.

(3) 수평 이동 플레이트는 적층 몰드와 실리콘 스틸 플레이트를 유도 가열 스테이션 바로 아래 위치로 이송하여 정확한 동심 위치(concentric positioning)를 달성한다. 이때 거리 측정 소자는 실리콘 스틸 플레이트와의 거리를 감지하여 제어 장비로 데이터를 전송하고, 상기 제어 장비는 실리콘 강판의 적층 두께, 수직 변위 조정 소자가 상승해야 하는 변위량, 압축력 조정 소자가 하강해야 하는 높이를 계산하여 수직 변위 조정 소자 및 압축력 조정 소자로 각각 전송한다. 수직 변위 조정 소자는 제어 장비의 지시에 따라 적재 작업을 수행하고 적층 몰드와 실리콘 스틸 플레이트를 유도 가열 코일의 중간 위치로 올린다. 그 후, 압축력 조정 소자는 제어 장비의 명령을 실행하고 압축 디스크를 지정된 위치로 내린다. 그 후, 제어 장비는 압력 센서에서 실시간으로 측정한 압축 응력값과 초기 압축 응력값의 차이를 계산하고, 압축력 조정 소자에 하강 명령을 전송하여 압축 디스크의 하강 높이를 조정하고, 압축 응력값이 설정된 목표 압축 응력값에 도달할 때까지 적층된 실리콘 스틸 플레이트를 압축하며, 압축 디스크의 위치가 고정된다. 이때, 로딩 및 압축 작업이 완료된다.

(4) 유도 가열 코일은 6-20 KHz의 중간 주파수로 실리콘 스틸 플레이트에서 유도 가열을 수행하고 온도 측정 소자는 실리콘 스틸 플레이트의 온도를 실시간으로 측정한다. 실리콘 스틸 플레이트가 목표 가열 온도에 도달하면 유도 가열 코일이 가열을 중지한다. 압축력 조정 소자는 압축 디스크를 압축 디스크의 초기 위치로 올리고 수직 변위 조정 소자는 초기 위치로 하강한다. 이때 언로딩 작업이 완료된다.

(5) 수평 이동 플레이트는 유도 가열 스테이션(induction heating station) 바로 아래 위치에서 수평 이동 플레이트의 초기 위치로 이동하고, 매니퓰레이터는 적층 몰드 시트로부터 적층 몰드와 실리콘 스틸 플레이트를 꺼내고, 캔틸레버 빔은 이송 롤러 테이블에도 동일하게 전달된다. 이 때 방전 작업이 완료된다.

실리콘 스틸 플레이트의 급속 유도 가열 및 자기-접착성 경화는 전술한 단계에 의해 수행되고, 이송 롤러 테이블은 계속 작동하며, 실리콘 스틸 플레이트에 대한 다음 처리는 전술한 단계를 반복하여 수행될 수 있다.

종래 기술과 비교하여, 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 시스템 및 방법은 다음과 같은 유익한 효과를 갖는다 :

중간 주파수의 급속 유도 가열에 의해, 본 발명의 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 시스템은 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어를 신속하게 경화시킬 수 있으며, 코어 제품의 경화 품질을 보장하고 생산 효율성을 높여 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어 생산 분야에 널리 적용된다.

도 1은 일부 실시예의 공급 상태에서 본 발명의 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 시스템의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 시스템의 일부 실시예에서 공급 및 배출 장비의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 시스템의 일부 실시예에서 유도 가열 장비의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 시스템의 일부 실시예에서 로딩 및 언로딩 장비의 구조도이다.
도 5는 본 발명의 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 시스템의 일부 실시예에서 로딩 초기 상태의 로딩 및 언로딩 장비의 구조도이다.
도 6은 본 발명의 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 시스템의 일부 실시예에서 로딩 완료 상태의 로딩 및 언로딩 장비의 구조도이다.
도 7은 일부 실시예에서 로딩 초기 상태에서 본 발명의 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 시스템의 구조도이다.

본 발명의 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 시스템 및 방법은 도면 및 특정 실시예와 관련하여 아래에 더 설명된다. 그러나 설명 및 기재는 본 발명의 기술적 해결 수단을 부적절하게 제한하지 않는다.

도 1은 일부 실시예의 공급 상태에서 본 발명의 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 시스템의 구조도이다. 도 2는 본 발명의자가-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 시스템에서 일부 실시예의 공급 및 배출 장비의 구조도이다. 도 3은 본 발명의 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 시스템에서 일부 실시예의 유도 가열 장비의 구조도이다. 도 4는 본 발명의 자가-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 시스템에서 일부 실시예의 로딩 및 언로딩 장비의 구조도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 본 발명의 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 시스템은 다음을 포함할 수 있다: 이송 롤러 테이블(3), 이송 롤러 테이블 지지대(4), 유도 가열 장비(7), 공급 및 배출 장비(5), 로딩 및 언로딩 장비(6) 및 제어 장비(도면에 도시되지 않음). 이송 롤러 테이블(3)에는 복수의 적층 몰드(2)(비금속 재질)가 이송되고, 적층 몰드(2)는 적층된 실리콘 스틸 플레이트(1)를 그 안에 위치시키고, 이송 롤러 테이블(3)의 이송 방향 및 공급 및 배출 장비(5)의 이송 방향이 서로 수직이 되도록 하는 데에 사용된다. 상기 제어 장비는 이송 롤러 테이블(3), 공급 및 배출 장비(5) 및 로딩 및 언로딩 장비(6)와 각각 연결되어 각각의 작동을 제어한다.

추가로 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 공급 및 배출 장비(5)는 수평 방향을 따라 적층 몰드(2)를 이송하고, 이송 롤러 테이블 지지대(4)에 장착되고 수평 방향으로 연장되는 캔틸레버 빔(51) 및 캔틸레버 빔(51)을 따라 걸을 수 있는 매니퓰레이터(52)를 포함한다. 일부 실시예에서, 매니퓰레이터(52)의 워킹 및 클램핑 동작은 서보 모터에 의해 제어될 수 있다.

또한, 유도 가열 장비(7)는 유도 가열 장비 지지대(71), 중공 캐비티를 갖는 원주형 유도 가열 코일(72), 온도 측정 소자(73), 압축 디스크(74), 거리 측정 소자(75), 압축력 조정 소자(76) 및 고정 로드(77)를 포함하고 있음을 알 수 있다. 유도 가열 코일(72) 및 온도 측정 소자(73)는 유도 가열 장비 지지대(71)에 배치되고, 유도 가열 코일(72)은 6-20 KHz의 중간 주파수에서 실리콘 스틸 플레이트(1)에 유도 가열을 수행한다. 온도 측정 소자(73)는 실리콘 스틸 플레이트(1)의 온도를 측정하기 위해 사용되며, 유도 가열 코일(72)의 중간 부분에 배치된다. 일부 실시예에서, 온도 측정 소자(73)는 적외선 온도 측정 소자일 수 있다. 유도 가열 코일(72)과 온도 측정 소자(73)는 제어 장비와 연결되어 제어 장비를 통해 유도 가열 과정을 제어한다. 거리 측정 소자(75)는 유도 가열 코일(72) 위에 배치되고, 압축력 조정 소자(76)와 연결되어 압축력 조정 소자(76)를 통해 유도 가열 장비 지지대(71)에 장착된다. 또한, 거리 측정은 요소(75)는 제어 장비와 연결되고 거리 측정 소자(75)는 적층 몰드(2) 내부의 거리 측정 소자와 실리콘 스틸 플레이트(1) 사이의 거리를 감지하고 이를 제어 장비로 전송하며, 거리 측정 소자(75)에 의해 전송된 신호에 기초하여, 제어 장비는 로딩 및 언로딩 장비(6)가 적층 몰드(2)를 수직 방향으로 이송하는 거리를 제어하고, 압축 디스크(74)가 수직 방향으로 이동하는 거리를 제어한다. 압축력 조정 소자(76)는 유도 가열 코일(72) 위에 배치되고, 고정로드(77)와 연결되어, 압축력 조정 소자(76)는 고정 로드(77)를 통해 유도 가열 장비 지지대(71)에 장착되고, 압축력 조정 소자(76)는 제어 장비와 연결된다. 압축 디스크(74)는 압축력 조정 소자(76)와 연결되고, 제어 장비의 제어에 따라 압축력 조정 소자(76)의 조정하에서 압축 디스크(74)가 수직으로 아래로 이동하여 적층 몰드(2) 내부의 실리콘 스틸 플레이트(1)에 압력을 가하거나 수직으로 위로 이동하여 실리콘 스틸 플레이트(1)를 해제한다. 일부 실시예에서, 압축 디스크(74)는 비금속 재료로 제조될 수 있다.

또한, 로딩 및 언 로딩 장치(6)는 지지대(61), 수직 변위 조정 소자(62), 베이스 플레이트(63), 수평 이동 가능한 플레이트(64) 및 적층 몰드 시트(65)를 포함한다. 수직 변위 조정 소자(62)는 지지대(61)에 배치되고 제어 장비와 연결되어, 로딩 및 언로딩 장비(6)는 적층 몰드(2)를 수직 방향으로 유도 가열 장비(7)의 중공 캐비티 내로 이송하거나 유도 가열이 완료된 후에 적층 몰드를 중공 캐비티 밖으로 이동할 수 있도록 한다. 베이스 플레이트(63)는 수직 변위 조정 소자(62)와 연결되고 수직 방향으로 이동하도록 수직 변위 조정 소자(62)에 의해 구동된다. 수평 이동 플레이트(64)는 베이스 플레이트(63) 상에 배치되고 제어 장비와 연결된다. 수평 이동 플레이트(64)는 베이스 플레이트(63)에 대해 수평 방향으로 슬라이딩 가능하도록 구성되어, 로딩 및 언로딩 장비(6)가 적층 몰드(2)를 수평 방향으로 유도 가열 코일(72) 바로 아래의 위치로 이송할 수 있다. 적층 몰드 시트(65)는 적층 몰드(2)를 배치하기 위해 수평 이동 플레이트(64) 상에 배열되고, 일부 실시예에서 비금속 재료로 제조된다. 적층 몰드 시트(65)에는 적층 몰드 시트(65)의 압력을 실시간으로 감지할 수 있는 압력 센서(미도시)가 구비되어 있으며, 압력 센서가 제어 장비와 연결되어 제어 장비가 압력 센서에 의해 전송된 압력값에 기초한 실리콘 스틸(1)의 압축 정도가 조절된다.

도 5는 본 발명의 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 시스템에서, 일부 실시예의 로딩 초기 상태의 로딩 및 언로딩 장비의 구조도이다. 도 6은 본 발명의 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 시스템에서, 일부 실시예의 로딩 완료 상태의 로딩 및 언로딩 장비의 구조도이다. 도 7은 일부 실시예의 로딩 초기 상태에서 본 발명의 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 시스템의 구조도이다.

도 1, 도 2, 도 5, 도 6 및 도 7을 참조하면, 일부 실시예에서, 본 발명의 유도 가열 시스템을 이용하여 적층 몰드 내부에 적층된 실리콘 스틸 플레이트에 유도 가열하는 과정은 다음과 같을 수 있다.

(1) 실리콘 스틸 플레이트(1)를 유도 가열하기 전에 실리콘 스틸 플레이트 1의 목표 가열 온도, 실리콘 스틸 플레이트(1)에 적용된 목표 압축 응력값, 수평 이동 플레이트(64)의 초기 위치, 수직 변위 조정 소자(62)의 초기 위치 및 압축 디스크(74)의 초기 위치를 포함하여 관련 매개 변수 및 초기 값이 먼저 설정된다.

(2) 실리콘 스틸 플레이트(1)를 적층 몰드(2) 내부에 적층한 후, 적층 몰드(2)와 실리콘 스틸 플레이트(1)가 함께 이송 롤러 테이블(3)에 위치시키고 이송 롤러 테이블(3)을 통해 유도 가열 작업 영역으로 이송된다. 이송 롤러 테이블(3)은 단계별 전송을 채택할 수 있다. 적층 몰드(2) 및 실리콘 스틸 플레이트(1)가 유도 가열 작업 영역에 도달하면, 이송 롤러 테이블(3)이 작업을 중단하고, 공급 및 배출 장비(5)의 매니퓰레이터(52)가 적층 몰드(2)를 클램핑하고, 적층 몰드(2) 및 실리콘 스틸 플레이트(1)는 캔틸레버 빔(51)에 의해 로딩 및 언로딩 장비(6)의 적층 몰드 시트(65)로 함께 운반된다. 이때, 공급 및 배출 장비(5)는 공급 작업을 완료한다. 적층 몰드 시트(65)의 압력 센서는 실시간 압축 응력값을 제어 장비로 전송하고 제어 장비는 초기 압축 응력값을 획득한다.

(3) 수평 이동 플레이트(64)는 적층 몰드(2) 및 실리콘 스틸 플레이트(1)를 유도 가열 스테이션 바로 아래 위치로 이송하여 정확한 동심 위치를 달성한다. 이때, 거리 측정 소자(75)는 실리콘 스틸 플레이트(1)로부터의 거리를 감지하고 데이터를 제어 장비로 전송하며, 상기 제어 장비는 실리콘 스틸 플레이트(1)의 적층 두께, 수직 변위 조정 소자(62)가 상승할 필요가 있는 변위량, 압축력 조정 소자(76)가 하강할 필요가 있는 높이를 계산하고, 이를 수직 변위 조정 소자(62) 및 압축력 조정 소자(76)에 각각 보낸다. 수직 변위 조정 소자(62)는 제어 장비의 지시에 따라 로딩 작업을 수행하고, 적층 몰드(2) 및 실리콘 스틸 플레이트(1)를 유도 가열 코일(72)의 중간 위치로 상승시킨다. 그리고 나서, 압축력 조정 소자(76)는 제어 장비의 명령을 실행하고 압축 디스크(74)를 지정된 위치로 내린다. 그 후, 제어 장비는 압력 센서에 의해 실시간으로 측정된 압축 응력값과 초기 압축 응력값의 차이를 계산하고, 압축력 조정 소자(76)에 하강 명령을 전송하여 압축 디스크(74)의 하강 높이를 조정하며, 압축 응력값이 설정된 목표 압축 응력값에 도달할 때까지 적층된 실리콘 스틸 플레이트(1)를 압축하고, 압축 디스크(74)의 위치가 고정된다. 이 때 로딩 및 압축 작업이 완료된다.

(4) 유도 가열 코일(72)은 6-20 KHz의 중간 주파수로 실리콘 스틸 플레이트를 유도 가열하고, 온도 측정 소자(73)는 실리콘 스틸 플레이트(1)의 온도를 실시간으로 측정한다. 실리콘 스틸 플레이트(1)가 목표 가열 온도에 도달하면 유도 가열 코일(72)은 가열을 중단한다. 압축력 조정 소자(76)는 압축 디스크(74)를 압축 디스크(74)의 초기 위치로 올리고, 수직 변위 조정 소자(62)는 초기 위치로 하강한다. 이 때 언로딩 작업이 완료된다.

(5) 수평 이동 플레이트(64)는 유도 가열 스테이션 바로 아래 위치에서 수평 이동 플레이트(64)의 초기 위치로 이동하고, 매니퓰레이터(52)는 적층 몰드 시트에서 적층 몰드(2) 및 실리콘 스틸 플레이트(1)를 꺼내며, 캔틸레버 빔(51)은 이를 이송 롤러 테이블(3)로 이송한다. 이 때 배출 작업이 완료된다.

실리콘 스틸 플레이트(1)의 급속 유도 가열 및 자기-접착성 경화는 전술한 단계에 의해 수행되고, 이송 롤러 테이블(3)은 작동을 유지하며, 실리콘 스틸 플레이트에 대한 다음 처리는 상기 언급된 단계를 반복함으로써 수행될 수 있다.

특정 실시예

실시예 1

본 실시예에서 사용되는 실리콘 스틸 플레이트 스택(1)은 외경 Φ120 mm, 내경 Φ40 mm, 적층 높이 130 mm를 갖는다. 스택 높이 방향의 압축력은 2-3 KN으로 설정된다. 실리콘 스틸 플레이트(1)의 스택은 유도 가열 코일(72)에 들어가서 10 KHz의 주파수로 5분 동안 300 ℃에 도달한 후 실온으로 냉각된다.

성능 검사

텐션 게이지(tension gauge)를 사용하여 실리콘 스틸 플레이트 스택에 접착부착력 테스트(adhering fastening force test)를 수행한다. 시험 중 실리콘 스틸 플레이트 스택의 한쪽 끝 면은 양면 강력 접착테이프로 테스트 플랫폼에 고정되고 다른 끝 면은 인장 게이지(tensile gauge)와 연결된 인장 테스트 끝단에 접착되어 기계적 구조에 의해 바깥쪽으로 늘어난다. 실시예 1의 기술적 해결에 의해 제조된 경화된 실리콘 스틸 플레이트 코어의 테스트 동안, 장력 게이지(tension gauge)가 범위를 초과하여 최대 115 kgf를 표시하지만, 실리콘 스틸 플레이트 스택은 여전히 분리되지 않아 본 발명의 기술적 해결 수단에 의해 제조된 코어는 우수한 접착 효과를 갖는다.

동일한 테스트 방법을 사용하여 리벳 스택(riveted stack)과 용접 스택(welded stack)의 접착력을 비교 테스트한다. 리벳 코어는 12개의 리벳팅 포인트(riveting points)로 균일하게 분포되어 있으며, 적층된 실리콘 스틸 플레이트 코어는 23 kgf의 당기는 힘으로 분리된다. 용접된 코어는 6개의 용접 이음새(welding seams)로 원주 방향으로 균일하게 분포되고 적층된 코어는 25.5 kgf의 작용으로 분리된다.

요약하면, 본 발명의 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 급속 경화를 위한 유도 가열 시스템에서, 중간 주파수에서 급속 유도 가열에 의해, 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어는 급속도로 경화된다: 외경이 Φ100 mm 미만인 실리콘 스틸 플레이트의 경우 가열 시간이 1~5분 정도로 단축될 수 있고, 외경이 Φ100-300 mm인 실리콘 스틸 플레이트의 경우 가열 시간이 2~10분 정도로 단축될 수 있으며, 일반적으로 경화를 위해 1~4시간 동안 가열해야 하는 종래 기술의 펀칭기에 의해 코어 펀칭된 것과 비교하여 시스템은 처리 시간을 크게 단축하고 생산 효율성을 향상시키며 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 생산 공정에서 자동화된 작업을 용이하게 한다. 또한, 상기 시스템은 115 kgf 이상의 접착 강도로 코어 제품의 경화 품질을 보장할 수 있고, 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어 생산 분야에 널리 적용될 수 있다.

본 발명의 보호 범위의 선행 기술 부분은 본 명세서에 제공된 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 해결 수단에 모순되지 않으며, 선행 특허 문서, 선행 공개물, 선행 공개 사용 등은 모두 본 발명의 보호 범위에 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다는 것에 유의해야 한다.

또한, 본 발명의 다양한 기술적 특징의 조합은 본 발명의 청구범위에 기재된 조합 또는 특정 실시예에 기재된 조합에 한정되지 않는다. 본 발명에서 설명하는 모든 기술적 특징은 서로 모순이 없는 한 어떤 방식으로든 자유롭게 결합되거나 결합될 수 있다.

또한, 상기 열거된 실시예는 본 발명의 특정 실시예일 뿐이라는 점에 유의해야 한다. 명백히, 본 발명은 상기 실시예에 제한되지 않으며, 당업자에 의해 본 발명의 개시로부터 직접 유도되거나 그와 용이하게 연관될 수 있는 후속 유사한 변경 또는 수정은 본 발명의 보호 범위 내에 속해야 한다.

Claims

중공 캐비티(hollow cavity)를 갖는 원주형 유도 가열 코일(columnar induction heating coil)을 포함하고, 상기 유도 가열 코일은 6-20 KHz의 중간 주파수에서 실리콘 스틸 플레이트 상에서 유도 가열을 수행하여 실리콘 스틸 코어를 경화시키는, 유도 가열 장비를 포함하고,
상기 유도 가열 장비는
유도 가열 코일의 상부에 배치되고 제어 장비(control device)와 연결되는 거리 측정 소자로서, 상기 거리 측정 소자는 상기 거리 측정 소자와 적층 몰드 내부의 실리콘 스틸 플레이트 사이의 거리를 감지하고 거리를 상기 제어 장비로 전송하며, 상기 거리 측정 소자에 의해 전송된 신호에 기초하여, 상기 제어 장비는 로딩 및 언로딩 장비(loading and unloading device)가 상기 적층 몰드를 수직 방향으로 운반하는 거리를 제어하고, 압축 디스크가 수직 방향으로 이동하는 거리를 제어하는 거리 측정 소자(distance measuring element);
상기 유도 가열 코일 상부에 배치되고 상기 제어 장비와 연결된 압축력 조정 소자(compacting force adjusting element); 및
압축력 조정 소자와 연결되는 압축 디스크로서, 상기 제어 장비의 제어에 따라 상기 압축력 조정 소자의 조정 하에 상기 압축 디스크가 수직으로 아래로 이동하여 상기 적층 몰드 내부의 상기 실리콘 스틸 플레이트에 압력을 가하거나 수직으로 위로 이동하여 상기 실리콘 스틸 플레이트를 분리하는 압축 디스크(compaction disk)를 추가로 포함하는 자기-접착성 코팅(self-adhesive coating)된 실리콘 스틸 코어용 유도 가열 시스템.
제1항에 있어서,
복수의 적층 몰드(stacking molds)가 그 위에서 이송되고, 상기 적층 몰드는 적층된 실리콘 스틸 플레이트를 그 내부에 배치하기 위해 사용되는 이송 롤러 테이블(conveying roller table);
상기 실리콘 스틸 플레이트의 온도를 측정하기 위한 온도 측정 소자를 추가로 포함하는 유도 가열 장비(induction heating device);
상기 적층 몰드를 수평 방향으로 이송하는 공급 및 배출 장비(feeding and discharging device);
수평 방향으로 상기 적층 몰드를 상기 유도 가열 코일 바로 아래의 위치로 이송하고 유도 가열을 완료한 후 상기 적층 몰드를 상기 유도 가열 장비의 중공 캐비티 내로 수직 방향으로 이송하거나 상기 적층 몰드를 중공 캐비티 밖으로 이동시키도록 구성된 상기 로딩 및 언로딩 장비; 및
상기 이송 롤러 테이블, 상기 공급 및 배출 장비 및 상기 로딩 및 언로딩 장비와 각각 연결되어 각각의 동작을 제어하며, 또한 상기 유도 가열 코일 및 온도 측정 소자와 연결되어 유도 가열 프로세스를 제어하는 상기 제어 장비;
를 포함하는 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어용 유도 가열 시스템.
제2항에 있어서, 상기 공급 및 배출 장비는 수평 방향으로 연장되는 캔틸레버 빔(cantilever beam)과 캔틸레버 빔을 따라 걸을 수 있는 매니퓰레이터(manipulator)를 포함하는 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어용 유도 가열 시스템.
제2항에 있어서, 상기 이송 롤러 테이블의 이송 방향과 상기 공급 및 배출 장비의 이송 방향이 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어용 유도 가열 시스템.
제2항에 있어서, 상기 온도 측정 소자는 적외선 온도 측정 소자인 것을 특징으로 하는 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어용 유도 가열 시스템.
제2항에 있어서, 상기 온도 측정 소자는 상기 유도 가열 코일의 중간 부분에 배치되는 것을 특징으로 하는 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어용 유도 가열 시스템.
제2항에 있어서, 상기 로딩 및 언로딩 장비는
지지대;
상기 지지대에 배치되고 상기 제어 장비와 연결되는 수직 변위 조정 소자(vertical displacement adjusting element);
상기 수직 변위 조정 소자와 연결되고 상기 수직 변위 조정 소자에 의해 구동되어 수직 방향으로 이동하는 베이스 플레이트(base plate);
상기 베이스 플레이트 상에 배치되고 상기 제어 장비와 연결되며, 상기 베이스 플레이트에 대해 수평 방향으로 슬라이딩 가능하도록 구성된 수평 이동 플레이트(horizontal movable plate); 및
상기 수평 이동 플레이트에 배치되어 상기 적층 몰드를 위치시키기 위한 적층 몰드 시트(stacking mold seat);
를 포함하는 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어용 유도 가열 시스템.
제7항에 있어서, 상기 적층 몰드 시트에는 압력 센서가 제공되고, 상기 압력 센서는 상기 제어 장비와 연결되는 것을 특징으로 하는 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어용 유도 가열 시스템.
삭제
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어용 유도 가열 시스템에서 6-20 KHz의 중간 주파수에서 적층된 실리콘 스틸 플레이트에 유도 가열을 수행하여 상기 실리콘 스틸 코어를 경화시키기 위해 유도 가열 코일을 사용하는 것을 특징으로 하는 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 유도 가열 방법.
제10항에 있어서, 적층된 실리콘 스틸 플레이트를 압착하는 단계, 상기 적층된 실리콘 스틸 플레이트를 6-20 KHz의 중간 주파수에서 유도 가열 코일에 의해 유도 가열하는 단계, 상기 실리콘 스틸 플레이트의 온도를 실시간으로 측정하는 단계, 및 실리콘 스틸 플레이트가 목표 가열 온도에 도달하면 유도 가열 코일에 의한 가열을 중지하는 단계를 포함하는 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 유도 가열 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어용 유도 가열 시스템을 이용하여 적층 몰드 내부에 적층된 실리콘 스틸 플레이트에 유도 가열을 수행하는 것을 특징으로 하는 자기-접착성 코팅된 실리콘 스틸 코어의 유도 가열 방법.