KR102640409B1 - 구동 일체형 빌렛가열장치 - Google Patents

구동 일체형 빌렛가열장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구동 일체형 빌렛가열장치에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 일방향으로 연장되는 가열대상물을 가열하기 위한 빌렛가열장치에 있어서, 전류의 통전에 의해 자기장을 발생시키고, 가열대상물로부터 반경방향으로 이격되어 상기 가열대상물의 둘레방향을 따라 연장되는 코일유닛; 및 상기 가열대상물의 외측 둘레를 소정의 이격공간을 가지며 둘러싸도록 형성되고, 상기 코일유닛의 자기장과 상호 작용하는 자기장을 형성함으로써 상기 가열대상물을 중심으로 회전되도록 구성되는 회전유닛을 포함하고, 상기 회전유닛은 자기장을 형성하는 복수 개의 메인자성체: 및 내부에 상기 복수 개의 메인자성체가 거치되며, 상기 가열대상물의 외측 둘레를 따라 소정의 이격공간을 형성하도록 배치되는 회전지지바디를 포함하고, 상기 코일유닛은 복수 개의 코일: 및 내부에 상기 복수 개의 코일이 거치되며, 상기 회전유닛의 외측 둘레를 따라 배치되는 코일지지바디를 포함하고, 상기 가열대상물은 상기 회전유닛의 회전에 의해 내부에 와전류가 발생되어 가열되는, 구동 일체형 빌렛가열장치가 제공될 수 있다.

Description

구동 일체형 빌렛가열장치{DRIVE-INTEGRATED BILLET HEATING DEVICE}
본 발명은 구동 일체형 빌렛가열장치에 대한 발명이다.
전기 전도성 소재로 형성된 빌렛(billet)은 전기 유도에 의해 가열될 수 있다. 종래의 빌렛가열장치는 영구자석의 내부에 빌렛을 배치하고 빌렛을 통과하는 자기장을 발생시키며, 자기장은 빌렛 내부에 와전류(eddy current)를 유도하여 빌렛을 가열시킬 수 있다. 이러한, 종래의 빌렛가열장치는, 빌렛 자체를 회전시켜 빌렛을 가열하거나, 빌렛의 외주면에 배치된 영구자석을 회전시켜 빌렛을 가열하는 구조로 형성되어 있다.
그러나, 빌렛 자체를 회전시켜 빌렛을 가열시키는 종래의 빌렛가열장치는, 빌렛이 고속으로 회전되면서 빌렛이 고온으로 가열됨에 따라, 빌렛의 형태가 변형되거나 과도한 열이 발생하여 빌렛가열장치가 손상되는 문제점이 있다.
또한, 영구자석을 회전시켜 빌렛을 가열하는 종래의 빌렛가열장치의 경우, 영구자석을 회전시키기 위한 회전모터 등의 별도의 구동수단이 구비되어야 한다. 따라서, 설치비용 및 설치공간이 증가하고, 벨트를 통해 구동수단의 회전력이 전달되어야 하므로, 동력전달손실이 발생하며, 과도한 소음 및 진동이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예들은 상기와 같은 배경에 착안하여 발명된 것으로서, 별도의 구동수단이 필요하지 않으며, 빌렛은 회전되지 않고 빌렛을 둘러싸는 자성체만 회전시켜 빌렛을 가열할 수 있는 구동 일체형 빌렛가열장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 일방향으로 연장되는 가열대상물을 가열하기 위한 빌렛가열장치에 있어서, 전류의 통전에 의해 자기장을 발생시키고, 가열대상물로부터 반경방향으로 이격되어 상기 가열대상물의 둘레방향을 따라 연장되는 코일유닛; 및 상기 가열대상물의 외측 둘레를 소정의 이격공간을 가지며 둘러싸도록 형성되고, 상기 코일유닛의 자기장과 상호 작용하는 자기장을 형성함으로써 상기 가열대상물을 중심으로 회전되도록 구성되는 회전유닛을 포함하고, 상기 회전유닛은 자기장을 형성하는 복수 개의 메인자성체: 및 내부에 상기 복수 개의 메인자성체가 거치되며, 상기 가열대상물의 외측 둘레를 따라 소정의 이격공간을 형성하도록 배치되는 회전지지바디를 포함하고, 상기 코일유닛은 복수 개의 코일: 및 내부에 상기 복수 개의 코일이 거치되며, 상기 회전유닛의 외측 둘레를 따라 배치되는 코일지지바디를 포함하고, 상기 가열대상물은 상기 회전유닛의 회전에 의해 내부에 와전류가 발생되어 가열되는, 구동 일체형 빌렛가열장치가 제공될 수 있다.
또한, 가열대상물의 반경방향으로의 요동이 방지되도록 상기 가열대상물의 일부를 지지하는 고정부재를 더 포함하고, 상기 고정부재는 상기 일방향으로 연장되어 상기 가열대상물과 상기 회전유닛의 사이에서 상기 가열대상물의 외측면 일부에 접촉하도록 배치되는, 구동 일체형 빌렛가열장치가 제공될 수 있다.
또한, 가열대상물의 상기 일방향으로의 요동이 방지되도록 상기 가열대상물의 상기 일방향에 있어서의 일측 및 타측 중 하나 이상에 배치되는 지지부재를 더 포함하는, 구동 일체형 빌렛가열장치가 제공될 수 있다.
또한, 복수 개의 상기 메인자성체가 둘레를 따라 서로 소정의 폭으로 이격 배치되도록 복수 개의 상기 메인자성체 사이에 각각 배치되는 복수 개의 이격부재를 더 포함하는, 구동 일체형 빌렛가열장치가 제공될 수 있다.
또한, 복수 개의 상기 메인자성체 각각은 N극 및 S극이 반경방향으로 배열되도록 배치되고, 상기 복수 개의 메인자성체는 둘레를 따라 N극 및 S극이 서로 교차 배열되도록 배치되는, 구동 일체형 빌렛가열장치가 제공될 수 있다.
또한, 복수 개의 상기 메인자성체의 반경방향의 일측에 탈거 가능하게 각각 결합되는 복수 개의 서브자성체를 더 포함하고, 복수 개의 상기 서브자성체 각각은 N극 및 S극이 반경방향으로 배열되도록 배치되고, 복수 개의 상기 서브자성체와 복수 개의 상기 메인자성체는 서로 대향하는 극성이 서로 반대가 되도록 배치되는, 구동 일체형 빌렛가열장치가 제공될 수 있다.
또한, 가열대상물의 진동 및 온도 변화를 측정하는 감지부; 및 상기 감지부를 통해 측정된 상기 가열대상물의 진동 및 온도 변화에 기초하여 상기 코일에 인가되는 전원의 출력을 감소 또는 증가시키도록 상기 코일유닛을 제어하는 제어기를 더 포함하는, 구동 일체형 빌렛가열장치가 제공될 수 있다.
또한, 가열대상물의 요동이 방지되도록 상기 가열대상물의 일부를 지지하는 그립유닛을 더 포함하고, 상기 그립유닛은 상기 가열대상물의 외측면 일부를 파지하도록 구성되는 그립부재; 및 상기 가열대상물을 향하는 방향으로 상기 그립부재에 복원력을 가하는 스프링을 포함하는, 구동 일체형 빌렛가열장치가 제공될 수 있다.
또한, 그립부재는, 상기 가열대상물을 파지하는 측면이 경사지게 형성되는, 구동 일체형 빌렛가열장치가 제공될 수 있다.
또한, 회전유닛은, 상기 가열대상물이 내부로 인입 또는 외부로 인출가능하도록 구성되고, 상기 그립부재는 복수 개로 제공되고, 복수 개의 상기 그립부재 중 어느 하나는, 상기 가열대상물이 상기 회전유닛의 내부로 인입되는 방향을 따라 단면적이 증가하도록 형성되고, 복수 개의 상기 그립부재 중 다른 하나는, 상기 가열대상물이 상기 회전유닛의 외부로 인출되는 방향을 따라 단면적이 증가하도록 형성되는, 구동 일체형 빌렛가열장치가 제공될 수 있다.
또한, 회전유닛은 상기 가열대상물의 연장길이와 대응되는 길이로 연장되고, 상기 코일유닛은 복수 개로 제공되는, 구동 일체형 빌렛가열장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예들은 빌렛은 회전되지 않고 빌렛과 접촉되지 않은 상태로 자성체만 회전되므로, 빌렛이 가열되더라도 빌렛이 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 빌렛을 회전시키기 위한 별도의 구동수단이 필요하지 않으므로, 설치비용 및 설치공간이 감소되고, 동력전달의 손실이 감소되며, 과도한 소음 및 진동이 감소되는 효과가 있다.
또한, 메인자성체는 둘레를 따라 N극 및 S극이 서로 교차 배열되도록 배치되거나 둘레를 따라 N극 및 S극이 서로 나란히 배열되도록 배치될 수 있다. 따라서, 메인자성체의 배치형태에 따라 다양한 수치값을 가지는 전기에너지를 발생시키고 이에 따라 전환되는 열에너지로 빌렛을 가열할 수 있는 효과가 있다.
또한, 복수 개의 자성체를 서로 소정의 이격거리로 배치시켜 자성체의 회전력을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 서브자성체를 메인자성체에 탈거 가능하게 결합하여 메인자성체 및 서브자성체의 회전력을 증가시켜 더욱 큰 전기에너지를 발생시키고 이에 따라 전환되는 더욱 큰 열에너지를 빌렛에 발생시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 빌렛이 요동되지 않도록 최소의 접촉면적으로 고정시켜 빌렛이 가열되는 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 빌렛의 진동 및 온도 변화에 기초하여 코일에 인가되는 전류의 출력을 제어하여 자성체의 회전속도를 증가 또는 감소시켜 공정의 안정화 및 사용자의 공정 제어의 편의성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 빌렛이 용이하게 빌렛가열장치에 삽입될 수 있고, 빌렛이 빌렛가열장치로부터 용이하게 인출될 수 있도록 형성하여, 다수 개의 빌렛에 대한 연속적인 가열공정이 수행될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 일체형 빌렛가열장치에 대한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 일체형 빌렛가열장치에 대한 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 일체형 빌렛가열장치를 측면에서 바라 본 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 일체형 빌렛가열장치의 회전유닛에 대한 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 일체형 빌렛가열장치를 정면에서 바라 본 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 일체형 빌렛가열장치의 회전유닛을 정면에서 바라 본 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 일체형 빌렛가열장치의 코일유닛에 대한 분해사시도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 구동 일체형 빌렛가열장치에 대한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 구동 일체형 빌렛가열장치에 빌렛이 인입 또는 인출되는 구성을 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 구동 일체형 빌렛가열장치를 측면에서 바라 본 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 구동 일체형 빌렛가열장치에 대한 분해사시도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 구동 일체형 빌렛가열장치를 측면에서 바라 본 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '지지', '공급', '전달', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 지지, 공급, 전달, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 일체형 빌렛가열장치(10)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
본 실시예에서 구동 일체형 빌렛가열장치(10)는, 코일(320)에 2상 전류 또는 3상 전류을 인가하면 코일(320)에 N극 및 S극의 자기장이 발생하고, 코일(320)에 의해 발생된 자기장에 의해 메인자성체(220)에 자기장과 자기력이 형성되며, 코일(320)의 위상 변화로 메인자성체(220)에 원주방향의 토크를 발생시켜 메인자성체(220)가 고속으로 회전된다. 메인자성체(220)가 고속으로 회전되면 가열대상물(일 예로, 이하 빌렛(billet B)이라 한다)에 자기력선속의 변화에 의한 와전류(eddy current)가 발생하게 되고, 빌렛(B)에 와전류가 발생하게 되면 임피던스(impedance)에 의해 빌렛(B)이 가열된다. 이와 같이 빌렛가열장치(10)는 전기에너지를 열에너지로 변환시켜 빌렛(B)을 가열시킬 수 있다. 이러한 빌렛가열장치(10)는 케이스(100), 회전유닛(200), 코일유닛(300), 고정부재(400), 지지부재(500), 베어링(600) 및 제어기(700)를 포함할 수 있다.
케이스(100)는 빌렛가열장치(10)의 외관을 형성하며, 메인바디(110), 제1 커버(120) 및 제2 커버(130)를 포함할 수 있다. 메인바디(110)는 내부에 회전유닛(200) 및 코일유닛(300)이 수용되며, 제1 커버(120)는 메인바디(110)의 전면에 배치되고, 제2 커버(130)는 메인바디(110)의 후면에 배치될 수 있다.
회전유닛(200)은 코일유닛(300)의 자기장과 상호 작용하는 자기장을 형성함으로써 빌렛(B)을 중심으로 회전되도록 구성될 수 있다. 회전유닛(200)은 가열대상물인 빌렛(B)의 외측 둘레를 소정의 이격공간을 가지며 둘러싸도록 형성될 수 있다. 회전유닛(200)은 내부에 빌렛(B)이 소정의 이격공간(S)이 형성되도록 배치되며, 코일유닛(300)으로부터 발생되는 자기장을 인가받아 회전되면서 빌렛(B)에 와전류를 일으켜 빌렛(B)을 가열시킬 수 있다. 이러한 회전유닛(200)은 회전지지바디(210), 메인자성체(220), 이격부재(230) 및 서브자성체(240)를 포함할 수 있다.
빌렛(B)은 일방향으로 연장되는 형태의 금속 등의 소재로 형성될 수 있다. 본 실시예에서 빌렛(B)은 외주연이 후술할 제2 회전지지바디(212)의 내주연과 소정의 이격거리로 이격되는 이격공간(S)이 형성되도록 배치될 수 있다.
회전지지바디(210)는 회전유닛(200)의 몸체를 형성하며, 내측 둘레를 따라 복수 개의 메인자성체(220)가 배치될 수 있다. 이러한 회전지지바디(210)는 제1 회전지지바디(211) 및 제2 회전지지바디(212)를 포함할 수 있다.
제1 회전지지바디(211)는 회전지지바디(210)의 외관을 형성하고, 제2 회전지지바디(212)는 회전지지바디(210)의 내관을 형성할 수 있다. 제1 회전지지바디(211)의 내주면 및 제2 회전지지바디(212)의 외주면 사이에는 둘레를 따라 복수 개의 메인자성체(220)가 거치될 수 있다. 제2 회전지지바디(212)의 내주면은 빌렛(B)의 외주면과 소정거리로 이격되는 이격공간(S)이 형성될 수 있다.
회전지지바디(210)의 내측에 수용된 메인자성체(220)가 코일유닛(300)의 코일(320)로부터 자기장을 인가받으면 메인자성체(220)가 회전되면서 회전지지바디(210) 자체가 빌렛(B)의 외주면으로부터 소정의 이격공간(S)을 형성하며 고속으로 회전될 수 있다. 제2 회전지지바디(212)의 내주면과 빌렛(B)의 외주면 사이의 이격거리가 짧을수록, 다시 말해 소정의 이격공간(S)의 면적이 적을수록 빌렛(B)이 가열되는 효율이 높아질 수 있다. 이러한 회전지지바디(210)는 메인자성체(220)의 연장방향과 대응되는 길이를 가지도록 형성될 수 있으며, 메인자성체(220)의 형태에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
메인자성체(220)는 회전지지바디(210)의 내부에 수용되는 자기장을 형성하는 자성체일 수 있다. 이러한 메인자성체(220)는 복수 개가 제공될 수 있으며, 축방향을 따라 연장되는 바(bar) 형태의 형상으로 형성될 수 있다. 메인자성체(220)는 복수 개가 제1 회전지지바디(211)의 내주면 및 제2 회전지지바디(212)의 외주면 사이에서 둘레를 따라 빌렛(B)의 주의를 둘러싸듯이 빌렛(B)과 소정의 이격거리로 이격된 이격공간(S)이 형성되도록 배치될 수 있다. 이러한 메인자성체(220)는 영구자석(permanent magnet)을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니고, 메인자성체(220)는 자기장을 형성할 수 있는 다양한 자성체를 포함할 수 있다.
복수 개의 메인자성체(220) 각각은 N극 및 S극이 반경방향으로 배열되도록 배치될 수 있고, 복수 개의 메인자성체(220)는 둘레를 따라 N극 및 S극이 서로 교차 배열되도록 배치될 수 있다. 또는, 복수 개의 메인자성체(220)는 둘레를 따라 N극 및 S극이 서로 나란히 배열되도록 배치될 수도 있다. 이와 같은 메인자성체(220)의 배치 형태는 회전유닛(200)의 제작 형태 및 가열대상물인 빌렛(B)의 가열 정도에 따라 다양하게 설계 변경될 수 있다.
이격부재(230)는 복수 개의 메인자성체(220)가 둘레를 따라 서로 소정의 폭으로 이격 배치되도록 복수 개의 메인자성체(220) 사이에 각각 배치될 수 있다. 복수 개의 메인자성체(220)는 둘레를 따라 N극 및 S극이 서로 교차하도록 배치되어 메인자성체(220) 서로 간에 인력이 작용하므로, 이격부재(230)를 복수 개의 메인자성체(220) 사이에 배치하여 복수 개의 메인자성체(220) 서로가 접촉되는 것을 방지할 필요가 있다. 다시 말해, 복수 개의 메인자성체(220)가 서로 접촉되어 있으면 코일(320)로부터 자기장을 인가받아도 회전효율이 감소될 수 있으므로, 복수 개의 메인자성체(220)를 소정의 이격거리로 이격되도록 배치시킴으로써 회전유닛(200)의 회전효율을 증가시킬 수 있다.
서브자성체(240)는 메인자성체(220)의 반경방향의 일측, 일 예로 메인자성체(220)의 내측면 또는 외측면에 탈거 가능하게 결합될 수 있다(도 6 참조). 이러한 서브자성체(240)는 크기가 큰 빌렛(B)을 가열시키려는 경우 더욱 큰 회전력 및 열에너지를 형성할 필요가 있는 경우 구비될 수 있다. 복수 개의 서브자성체(240) 각각은 N극 및 S극이 반경방향으로 배열되도록 배치되고, 서브자성체(240)가 메인자성체(220)에 결합되는 경우, 서브자성체(240)와 메인자성체(220)는 서로 대향하는 극성이 서로 반대가 되도록 배치될 수 있다. 이러한 서브자성체(240)는 영구자석 또는 강자성체(ferromagnetic substance)를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니고, 서브자성체(240)는 자기장을 형성할 수 있는 다양한 자성체를 포함할 수 있다. 한편, 서브자성체(240)와 메인자성체(220)가 결합되어 있는 경우에도 전술한 이격부재(230)가 복수 개의 메인자성체(220) 또는 서브자성체(240) 사이에 각각 배치될 수 있다. 한편, 서브자성체(240)가 메인자성체(220)에 결합되는 경우, 메인자성체(220) 및 서브자성체(240)가 거치되는 회전지지바디(210)의 형태도 다양하게 설계 변경될 수 있다.
코일유닛(300)은 전류의 통전에 의해 자기장을 발생시키고, 가열대상물인 빌렛(B)으로부터 반경방향으로 이격되어 빌렛(B)의 둘레방향을 따라 연장될 수 있다. 코일유닛(300)은 회전유닛(200)의 메인자성체(220)에 자기장을 인가하여 회전유닛(200)을 회전시킬 수 있다. 코일유닛(300)은 케이스(100) 내부에 수용되며, 회전유닛(200)의 외측 둘레를 따라 배치될 수 있다. 이러한, 코일유닛(300)은 코일지지바디(310) 및 코일(320)을 포함할 수 있다.
코일지지바디(310)는 코일유닛(300)의 외관을 형성하는 몸체일 수 있으며, 내부에 복수 개의 코일(320)이 거치될 수 있도록 거치부(311)가 형성될 수 있다. 코일지지바디(310)의 내측면 및 거치부(311)에 복수 개의 코일(320)이 배치되는 경우, 코일(320)이 배치된 공간을 제외한 나머지 공간부분에 일정의 냉각유로(C)가 형성될 수 있다. 냉각유로(C)에 의해, 코일(320)에 인가되는 3상 전류에 의해 코일(320)에 자기장이 형성되고 이로 인하여 메인자성체(220)가 회전됨에 따라 발생될 수 있는 열이 냉각될 수 있다. 이러한 냉각유로(C)는 공냉식 또는 수냉식으로 형성될 수 있다.
코일(320)은 복수 개가 구비될 수 있으며, 별도의 외부장치(미도시)로부터 3상 전류를 인가 받아 N극 및 S극의 자기장을 형성하게 된다. 본 명세서에서 코일(320)은 다수개의 코일(coil)이 적층된 형태의 코일다발일 수 있다. 예를 들어, 코일(320)은 도 7에 도시된 바와 같이, 내부가 개방된 직사각 형상으로 형성될 수 있다. 한편, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니고, 코일(320)은 자기장이 용이하게 형성될 수 있도록 또는 코일(320)이 거치되는 코일지지바디(310)의 형태에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 한편, 코일(320)에는 제어기(700)가 연결되어 3상전류의 출력이 감소 또는 증가되도록 제어기(700)에 의해 제어될 수 있다.
한편, 복수 개의 코일(320)은, 코일지지바디(310)에 거치되었을 때 코일지지바디(310)에 의해 원주방향을 따라 소정의 이격간격으로 이격배치될 수 있으나, 별도의 간격부재(미도시)를 복수 개의 코일(320) 사이에 배치함으로써, 서로 간에 소정의 이격간격으로 이격배치될 수도 있다.
고정부재(400)는 빌렛(B)이 반경방향, 일 예로 상하로 요동되지 않도록 빌렛(B)의 일부를 지지 및 고정할 수 있다. 고정부재(400)는 일방향으로 연장되어 빌렛(B)과 회전유닛(200)의 사이에서 빌렛(B)의 외측면 일부에 접촉하도록 배치될 수 있다. 이러한, 고정부재(400)는 지지부(410) 및 물림부(420)를 포함할 수 있다.
지지부(410)는 제1 커버(120) 및 제2 커버(130)의 외측면에 배치되어 물림부(420)를 지지할 수 있다. 물림부(420)는 지지부(410)로부터 어긋나는 방향, 일 예로 직각방향으로 연장되어 빌렛(B)의 양 끝단이 최소의 접촉면적으로 접촉되도록 배치되어 빌렛(B)이 상하로 요동되지 않도록 고정시킬 수 있다. 빌렛(B)은 회전유닛(200)과 소정의 이격공간(S)이 형성되도록 배치될 수 있다. 따라서, 빌렛(B)이 상하로 요동되지 않도록 고정부재(400)의 물림부(420)로 빌렛(B)의 양 끝단을 고정시켜 빌렛(B)의 양 끝단을 최소의 접촉면적으로 접촉되도록 함으로써, 회전유닛(200)이 회전됨에 따라 빌렛(B)이 가열되는 효율이 높아질 수 있다.
지지부재(500)는 빌렛(B)이 빌렛(B)의 연장방향(일 예로 전후방향)으로 요동되지 않도록 빌렛(B)을 고정시킬 수 있다. 또한, 지지부재(500)는 빌렛(B)에 발생되는 열이 외부로 배출되는 것을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 지지부재(500)는 회전지지바디(210) 내부에서 빌렛(B)의 일측 및 타측, 일 예로 빌렛(B)의 연장방향의 전방 및 후방 중 하나 이상에 배치되어 빌렛(B)이 전후방향으로 요동되지 않도록 할 수 있다. 또한, 지지부재(500)는 빌렛(B)이 가열되면서 발생되는 열이 외부로 배출되는 것을 감소시키도록 운모(mica), 세라믹, 일라이트(illite) 등의 소재로 형성될 수 있다.
베어링(600)은 회전지지바디(210)를 용이하게 회전시킬 수 있으며, 회전지지바디(210) 제1 회전지지바디(211)의 일단부 및 타단부에 외주면을 감싸도록 배치될 수 있다.
감지부(미도시)는 빌렛(B)의 진동 및 온도 변화 중 하나 이상을 측정할 수 있는 센서일 수 있다. 예를 들어, 진동을 측정하는 감지부는 진동의 진폭과 진동의 주파수를 측정할 수 있고, 온도 변화를 측정하는 센서는 특정 시간에서의 온도와 이로부터 소정 시간 경과한 시점에서의 온도를 측정하여 양 온도의 차이를 제공할 수 있다.
제어기(700)는 코일(320)과 연결되며, 감지부를 통해 측정된 빌렛(B)의 진동 및 온도 변화에 기초하여 코일(320)에 인가되는 3상전류의 출력을 감소 또는 증가시키도록 코일유닛(300)을 제어할 수 있다. 제어기(700)가 코일(320)에 인가되는 3상전류의 출력을 감소 또는 증가시킴으로써, 회전유닛(200)의 회전속도가 증가 또는 감소될 수 있다. 이러한, 제어기(700)는 마이크로프로세서를 포함하는 연산 장치, 메모리 등에 의해 구현될 수 있으며, 그 구현 방식은 당업자에게 자명한 사항이므로 더 이상의 자세한 설명을 생략한다.
이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 가지는 구동 일체형 빌렛가열장치(10)의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
회전유닛(200) 제2 회전지지바디(212)의 내주면은 빌렛(B)의 외주면과 소정의 이격공간(S)이 형성되도록 배치되어 있다. 회전지지바디(210)에 거치된 메인자성체(220)가 코일유닛(300)의 코일(320)로부터 자기장을 인가받으면 메인자성체(220)가 회전되면서 회전지지바디(210) 자체가 빌렛(B)의 외주면으로부터 소정의 이격공간(S)을 형성하며 고속으로 회전하게 된다. 따라서, 빌렛(B)은 회전되지 않고 회전지지바디(210)만 빌렛(B)과 접촉되지 않은 상태로 회전되므로, 빌렛(B)이 손상되는 것을 방지할 수 있고, 빌렛(B)이 용이하게 가열될 수 있는 효과가 있다.
복수 개의 메인자성체(220)는 둘레를 따라 N극 및 S극이 서로 교차하도록 배치될 수 있고, 또는 둘레를 따라 N극 및 S극이 나란히 배열되도록 배치될 수도 있다. 따라서, 메인자성체(220)의 배치형태에 따라 다양한 수치값의 전기에너지를 발생시키고 이에 따라 전환되는 열에너지로 빌렛(B)을 가열할 수 있는 효과가 있다.
또한, 이격부재(230)에 의해 복수 개의 메인자성체(220)가 서로 소정의 이격거리로 배치되므로, 메인자성체(220)의 회전력을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 서브자성체(240)를 메인자성체(220)에 결합하여 메인자성체(220) 및 서브자성체(240)의 회전력을 증가시켜 더욱 큰 전기에너지를 발생시키고 이에 따라 전환되는 더욱 큰 열에너지를 빌렛(B)에 발생시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 고정부재(400)에 의해, 빌렛(B)이 상하로 요동되지 않으며, 빌렛(B)의 양 끝단을 최소의 접촉면적으로 접촉되도록 고정하므로, 빌렛(B)이 가열되는 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 제어기(700)에 의해 빌렛(B)의 진동 정도 및 온도 변화에 기초하여 코일유닛(300)의 코일(320)에 인가되는 3상전류의 출력량을 제어할 수 있다. 따라서, 회전유닛(200)의 회전속도를 증가 또는 감소시켜 공정의 안정화 및 사용자의 공정 제어의 편의성이 높아지는 효과가 있다.
한편, 이러한 구성 이외에도, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 구동 일체형 빌렛가열장치(10)는 그립유닛(800)을 더 포함할 수 있다.
이하, 도 8 내지 도 11을 참조하여, 제2 실시예를 설명한다. 본 발명의 제2 실시예를 설명함에 있어서, 상술한 실시예들과 비교하였을 때, 구동 일체형 빌렛가열장치(10)가 그립유닛(800)을 더 포함한다는 점에서 차이가 있는바, 이러한 차이점을 위주로 설명하며, 동일한 설명 및 도면부호는 상술한 실시예들을 원용한다.
그립유닛(800)은 빌렛(B)이 상하좌우 방향으로 요동되지 않도록 빌렛(B)의 외측면 일부를 양쪽에서 파지하여 빌렛(B)을 고정할 수 있으며, 또한, 빌렛(B)이 회전유닛(200)에 용이하게 삽입되고, 용이하게 인출될 수 있도록 한다. 그립유닛(800)은 제1 실시예의 회전유닛(200) 및 코일유닛(300)의 연장길이보다 길게 연장형성된 빌렛(B)을 가열하는 경우 제1 실시예의 고정부재(400) 및 지지부재(500)를 대신하여 구비될 수 있다. 이러한, 그립유닛(800)은 케이스(100)의 전후 측면, 일 예로 제1 커버(120) 및 제2 커버(130)에 각각 배치될 수 있으며, 그립부재(810) 및 스프링(820)을 포함할 수 있다.
그립부재(810)는 회전유닛(200)의 외부에 노출된 빌렛(B)의 외측면 일부, 일 예로 빌렛(B)의 양측면 끝단부를 파지하여 빌렛(B)을 고정하도록 복수 개가 구비될 수 있다. 이러한 그립부재(810)는 바아(811), 그립부(812) 및 걸림부(813)를 포함할 수 있다.
바아(811)는 일방향으로 연장되는 형태로 형성될 수 있으며, 바아(811)는 케이스(100)의 제1 커버(120) 및 제2 커버(130)에 수평방향으로 배치될 수 있고, 바아(811)의 일단부는 제1 커버(120) 및 제2 커버(130)에 형성된 제1 가이드부(121) 및 제2 가이드부(131)에 삽입되어 수평방향으로 이동가능하도록 배치될 수 있다.
그립부(812)는 빌렛(B)을 파지할 수 있으며, 바아(811)의 타단부에 배치되는 반원의 집게 형태로 형성될 수 있다. 그립부(812)는 내측면이 경사지도록, 예를 들어 테이퍼진 형태로 형성될 수 있다. 그립부(812)의 내측면이 테이퍼지게 형성되면, 빌렛(B)을 제1 커버(120) 방향으로부터 회전유닛(200)에 인입하는 경우 테이퍼진 그립부(812)에 의해 빌렛(B)이 용이하게 회전유닛(200)에 인입될 수 있다.
예를 들어, 제1 커버(120)에 배치된 그립부(812)는 회전유닛(200) 방향으로 단면적이 증가하도록 테이퍼지게 형성될 수 있다. 다시 말해, 그립부(812)는, 빌렛(B)이 회전유닛(200)의 내부로 인입되는 방향을 따라 단면적이 증가하도록 형성될 수 있다. 바꾸어 말하면, 그립부(812)는, 빌렛(B)이 회전유닛(200)으로 인입되는 부분의 단면적이 감소하도록 형성될 수 있다.
또한, 그립부(812)의 내측면이 테이퍼지게 형성되면, 빌렛(B)을 회전유닛(200)으로부터 제2 커버(130) 방향으로 인출하는 경우 빌렛(B)이 용이하게 인출될 수 있다. 예를 들어, 제2 커버(130)에 배치된 그립부(812)는 회전유닛(200) 방향으로 단면적이 감소하도록 테이퍼지게 형성될 수 있다. 다시 말해, 그립부(812)는, 빌렛(B)이 회전유닛(200)으로 인출되는 부분의 단면적이 감소하도록 형성될 수 있다. 바꾸어 말하면, 그립부(812)는 빌렛(B)이 회전유닛(200)의 외부로 인출되는 방향을 따라 단면적이 증가하도록 형성될 수 있다.
이와 같이 빌렛(B)이 용이하게 회전유닛(200)으로 인입 및 인출이 되므로 가열이 완료된 빌렛(B)을 용이하게 인출하고 새로운 빌렛(B)을 용이하게 삽입하여 다수 개의 빌렛(B)에 대한 연속적인 가열공정이 수행될 수 있다.
걸림부(813)는 바아(811)의 일측면 및 타측면으로부터 어긋나는 방향으로 연장되어 제1 가이드부(121) 및 제2 가이드부(131)와 함께 스프링(820)이 거치될 수 있는 일정의 단턱을 제공할 수 있다.
스프링(820)은 빌렛(B)을 향하는 방향으로 복수 개의 그립부재(810)에 복원력을 가할 수 있다. 다시 말해, 스프링(820)은 그립부(812)가 빌렛(B)의 중심을 향해 이동되도록 복원력을 제공할 수 있다. 따라서, 빌렛(B)이 회전유닛(200)에 삽입되기 전에는 스프링(820)의 복원력에 의해 그립부(812)가 회전유닛(200)의 중심을 향해 배치되어 있는 상태에서, 빌렛(B)을 회전유닛(200)에 삽입하면 그립부(812)가 좌우양측으로 이동되고 스프링(820)의 복원력에 의해 빌렛(B)이 고정될 수 있다.
한편, 본 실시예에서의 회전유닛(200)은 전후방향으로 길게 형성된 빌렛(B)을 가열하게 되므로, 회전유닛(200)의 전후방향의 길이가 제1 실시예에서보다 길게 형성될 수 있다. 따라서, 회전유닛(200)에 배치되는 메인자성체(220)의 길이가 제1 실시예에서보다 길게 형성될 수 있다.
한편, 도 12를 참조하면, 빌렛(B)이 길게 연장형성된 경우, 도시된 것처럼 회전유닛(200)을 빌렛(B)의 연장길이와 대응되는 길이로 형성하고, 코일유닛(300)은 빌렛(B)의 일부에만 배치되도록 형성될 수 있다. 이 경우, 회전유닛(200)의 전후양측에 베어링(600)이 각각 배치될 수 있다.
또는, 도 13에 도시된 바와 같이, 빌렛(B)이 길게 연장형성된 경우, 도시된 것처럼 회전유닛(200)을 빌렛(B)의 연장길이와 대응되는 길이로 형성하고, 복수 개의 코일유닛(300)을 빌렛(B)의 연장방향을 따라 소정의 이격거리로 배치되도록 형성할 수 도 있다. 이와 같이 구성으로 도 12에 도시된 실시예에서보다 보다 높은 효율의 빌렛(B) 가열 효과를 얻을 수 있게 된다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
10: 구동 일체형 빌렛가열장치 100: 케이스
110: 메인바디 120: 제1 커버
121: 제1 가이드부 130: 제2 커버
131: 제2 가이드부 200: 회전유닛
210: 회전지지바디 211: 제1 회전지지바디
212: 제2 회전지지바디 220: 메인자성체
230: 이격부재 240: 서브자성체
300: 코일유닛 310: 코일지지바디
311: 거치부 320: 코일
400: 고정부재 410: 지지부
420: 물림부 500: 지지부재
600: 베어링 700: 제어기
800: 그립유닛 810: 그립부재
811: 바아 812: 그립부
813: 걸림부 820: 스프링
B: 빌렛

Claims (11)

  1. 일방향으로 연장되는 가열대상물을 가열하기 위한 빌렛가열장치에 있어서,
    전류의 통전에 의해 자기장을 발생시키고, 가열대상물로부터 반경방향으로 이격되어 상기 가열대상물의 둘레방향을 따라 연장되는 코일유닛; 및
    상기 가열대상물의 외측 둘레를 소정의 이격공간을 가지며 둘러싸도록 형성되고, 상기 코일유닛의 자기장과 상호 작용하는 자기장을 형성함으로써 상기 가열대상물을 중심으로 회전되도록 구성되는 회전유닛을 포함하고,
    상기 회전유닛은
    자기장을 형성하는 복수 개의 메인자성체: 및
    내부에 상기 복수 개의 메인자성체가 거치되며, 상기 가열대상물의 외측 둘레를 따라 소정의 이격공간을 형성하도록 배치되는 회전지지바디를 포함하고,
    상기 코일유닛은
    복수 개의 코일: 및
    내부에 상기 복수 개의 코일이 거치되며, 상기 회전유닛의 외측 둘레를 따라 배치되는 코일지지바디를 포함하고,
    상기 가열대상물은 상기 회전유닛의 회전에 의해 내부에 와전류가 발생되어 가열되는,
    구동 일체형 빌렛가열장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열대상물의 반경방향으로의 요동이 방지되도록 상기 가열대상물의 일부를 지지하는 고정부재를 더 포함하고,
    상기 고정부재는 상기 일방향으로 연장되어 상기 가열대상물과 상기 회전유닛의 사이에서 상기 가열대상물의 외측면 일부에 접촉하도록 배치되는,
    구동 일체형 빌렛가열장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열대상물의 상기 일방향으로의 요동이 방지되도록 상기 가열대상물의 상기 일방향에 있어서의 일측 및 타측 중 하나 이상에 배치되는 지지부재를 더 포함하는,
    구동 일체형 빌렛가열장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    복수 개의 상기 메인자성체가 둘레를 따라 서로 소정의 폭으로 이격 배치되도록 복수 개의 상기 메인자성체 사이에 각각 배치되는 복수 개의 이격부재를 더 포함하는,
    구동 일체형 빌렛가열장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    복수 개의 상기 메인자성체 각각은 N극 및 S극이 반경방향으로 배열되도록 배치되고, 상기 복수 개의 메인자성체는 둘레를 따라 N극 및 S극이 서로 교차 배열되도록 배치되는,
    구동 일체형 빌렛가열장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    복수 개의 상기 메인자성체의 반경방향의 일측에 탈거 가능하게 각각 결합되는 복수 개의 서브자성체를 더 포함하고,
    복수 개의 상기 서브자성체 각각은 N극 및 S극이 반경방향으로 배열되도록 배치되고,
    복수 개의 상기 서브자성체와 복수 개의 상기 메인자성체는 서로 대향하는 극성이 서로 반대가 되도록 배치되는,
    구동 일체형 빌렛가열장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열대상물의 진동 및 온도 변화를 측정하는 감지부; 및
    상기 감지부를 통해 측정된 상기 가열대상물의 진동 및 온도 변화에 기초하여 상기 코일에 인가되는 전원의 출력을 감소 또는 증가시키도록 상기 코일유닛을 제어하는 제어기를 더 포함하는,
    구동 일체형 빌렛가열장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열대상물의 요동이 방지되도록 상기 가열대상물의 일부를 지지하는 그립유닛을 더 포함하고,
    상기 그립유닛은
    상기 가열대상물의 외측면 일부를 파지하도록 구성되는 그립부재; 및
    상기 가열대상물을 향하는 방향으로 상기 그립부재에 복원력을 가하는 스프링을 포함하는,
    구동 일체형 빌렛가열장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 그립부재는, 상기 가열대상물을 파지하는 측면이 경사지게 형성되는,
    구동 일체형 빌렛가열장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 회전유닛은, 상기 가열대상물이 내부로 인입 또는 외부로 인출가능하도록 구성되고,
    상기 그립부재는 복수 개로 제공되고,
    복수 개의 상기 그립부재 중 어느 하나는, 상기 가열대상물이 상기 회전유닛의 내부로 인입되는 방향을 따라 단면적이 증가하도록 형성되고,
    복수 개의 상기 그립부재 중 다른 하나는, 상기 가열대상물이 상기 회전유닛의 외부로 인출되는 방향을 따라 단면적이 증가하도록 형성되는,
    구동 일체형 빌렛가열장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전유닛은 상기 가열대상물의 연장길이와 대응되는 길이로 연장되고,
    상기 코일유닛은 복수 개로 제공되는,
    구동 일체형 빌렛가열장치.
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