KR20070044792A

KR20070044792A - 유도 가열 장치

Info

Publication number: KR20070044792A
Application number: KR1020060104017A
Authority: KR
Inventors: 시게유키 시마즈
Original assignee: 시마다리카고교가부시끼가이샤
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2007-04-30
Also published as: JP2007122924A; HK1104141A1; TW200718287A; KR100933903B1; TWI333395B; JP4117315B2; CN1956609A; CN1956609B

Abstract

본 발명은, 가열 코일의 누설 자속을 유효하게 이용하여, 금속판의 양단부의 온도 상승과 양단부의 안쪽 부분의 온도 강하를 완화하여, 균일한 가열을 행하는 유도 가열 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명은, 유도 가열 전원(1)과 자심(3)에 장착된 1차 코일(2)과 1차 코일이 발생하는 1차 자속에 의해 2차 자속을 발생하는 2차 코일(5)을 구비하여, 금속판(4)의 부분적인 온도 상승 또는 온도 강하를 억제한다.

유도 가열 전원, 자심, 1차 코일, 2차 코일, 금속판

Description

유도 가열 장치{INDUCTION HEATING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 제1 실시예를 도시하는 유도 가열 장치의 가열 부분과 온도 특성의 개략도.

도 2는 본 발명의 제2 실시예를 도시하는 유도 가열 장치의 가열 부분과 온도 특성의 개략도.

도 3은 본 발명에 의한 제3 실시예를 도시하는 유도 가열 장치의 2차 코일의 개략도.

도 4는 본 발명의 제4 실시예를 도시하는 유도 가열 장치의 2차 코일의 개략도.

도 5는 본 발명의 제5 실시예를 도시하는 트랜스버스 방식에 의한 유도 가열 장치의 가열 부분의 개략도.

도 6은 본 발명의 2차 코일의 다른 접속 방법을 도시하는 2차 코일 접속도.

도 7은 본 발명의 제6 실시예를 도시하는 유도 가열 장치의 가열 부분의 개략도.

도 8은 본 발명의 제7 실시예를 도시하는 유도 가열 장치의 장치 구성도.

도 9는 종래의 유도 가열 장치의 가열 부분과 온도 특성을 도시하는 개략도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 유도 가열 전원 2 : 1차 코일

3 : 자심 4 : 금속판

5 : 2차 코일 6 : 가변 저항기

7 : 차단기 31 : 유도 기전압 발생부

32 : 1차 자속 억제부 33 : 1차 자속 보강부

71 : 제어부 72 : 센서

73 : 모터 74 : 이동 기어

특허 문헌 1 : 일본특허공개공보 평8－1203호

본 발명은, 생산 공정에 있어서 각종 금속판의 가열 처리를 행하는 가열 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 자속을 유효하게 이용하여 균일한 가열을 행하는 유도 가열 장치에 관한 것이다.

금속판의 가열 처리를 행하는 유도 가열 장치는, 금속판의 한쪽 편에 가열 코일을 마련하고, 이 가열 코일에 의한 자계가 금속판을 관통할 때 발생하는 유도 전류에 의해 금속판을 가열하고 있다. 도 9는 종래의 유도 가열 장치의 가열 부분과 온도 특성을 도시하는 개략도이다. 도 9의 (a)는 종래의 유도 가열 장치의 가열 부분을 위쪽에서 본 평면도이다. 도 9의 (b) 및 (c)는 각각 그 정면도 및 우측 면도이다. 도 9의 (a)에서, 가열 코일인 1차 코일(2)은 유도 가열 전원(1)에 접속되고 또한 자심(3)에 장착되어 있다. 금속판(4)은 1차 코일(2)과 자심(3)의 위쪽에 놓여져서 화살표 방향으로 이동하면서 열처리 된다.

도 9의 (d)는 가열된 금속판의 온도를 도시하는 온도 특성도이다. 도 9의 (d)에서, 금속판이 비자성체인 경우에는, 실선으로 도시된 바와 같이 금속판의 양단부에서 온도가 상승하고, 양단보다 안쪽의 부분에서 온도가 강하한다. 금속판이 자성체인 경우에는, 금속판의 양단부에서 온도가 상승하지만, 파선으로 도시된 바와 같이 비자성체에서 나타나는 온도의 강하 현상은 발생하지 않는다.

일반적으로, 자성체이거나 비자성체인 어느 금속판에 있어서도 자속이 금속판을 통과하면 와전류가 발생한다. 그 결과, 거시적으로는 유도 전류로서 금속판의 주변에 집중된 상태로 전류는 분포한다. 따라서, 도 9의 (d)에 나타난 바와 같이, 금속판의 양단부의 온도가 상승하게 된다. 그런데 유도 전류가 단부에 집중하면, 그 집중된 전류에 의해 발생한 유도 자계가, 1차 코일(2)의 자속을 지우게 되어, 단부보다 안쪽의 부분에서 온도는 강하한다. 온도 상승 현상은 금속판의 양단부에 있어서 10 mm 이내에서 발생하고, 온도 강하 현상은 양단부로부터 50 mm 안쪽 부근에 발생하는 것으로 확인된다. 특허 문헌 1에는, 접합 예정의 강편의 코너부의 온도를, 코너부 이외의 접합 예정의 강편과 동등한 온도로 하기 위하여, 맞대어 접합하는 강편의 바로 위에 전기 회로의 구성 부재를 구비하여서 역자계를 발생시키는 열간 압연에 있어서의 강편의 접합 방법에 대하여 기재되어 있다.

본 발명은, 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은, 가열 코일의 1차 자속이 금속판의 외측을 통과하는 누설 자속을 유효하게 이용하여, 2차 코일에 발생시킨 역기전력에 의한 전류를 금속판 아래에 전송하여, 1차 자속과 동일한 방향 또는 반대 방향의 2차 자속을 발생시켜서, 금속판의 양단부의 온도 상승과 양단부의 안쪽 부분의 온도 강하를 완화하여, 균일한 가열을 행하는 유도 가열 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 유도 가열 장치는, 유도 가열 전원에 접속되어 자심에 장착된 1차 코일과, 상기 1차 코일이 발생하는 금속판의 외측을 통과하는 1차 자속의 누설 자속에 의해 2차 자속을 발생하는 2차 코일을 갖고서, 상기 금속판을 가열하는 유도 가열 장치로서,

상기 2차 코일이, 복수개로 이루어져서, 상기 1차 자속의 누설 자속에 의해 발생한 유도 기전압에 의한 전류를 상기 금속판 아래에 전송하고, 상기 1차 자속과 동일한 방향의 상기 2차 자속을 발생하거나 상기 1차 자속과 반대 방향의 상기 2차 자속을 발생하여,

상기 금속판의 형상에 따라 부분적으로 온도 상승시키거나 부분적으로 온도 강하시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유도 가열 장치는, 상기 복수개로 이루어지는 2차 코일이 각각 단독적으로 상기 1차 자속과 동일한 방향 및 반대 방향의 상기 2차 자속을 동시에 발생하여, 상기 금속판의 형상에 따라 부분적으로 온도 상승 및 온도 강하시키는 것 을 특징으로 한다.

본 발명의 유도 가열 장치의 상기 2차 코일의 감김 횟수는 1회 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유도 가열 장치의 상기 2차 코일이 자심에 장착되어 이루어지는 것을 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유도 가열 장치의 상기 2차 코일이 파이프 형상의 도체로 형성되고, 이 파이프 내에 냉각액을 순환시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유도 가열 장치의 상기 2차 코일에 가변 저항기 및/또는 차단기를 접속하여, 상기 2차 코일에 발생하는 유도 전류를 제어하거나 차단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유도 가열 장치의 상기 1차 코일이 트랜스버스 방식에 의해 상기 금속판의 상하에 배치되고, 상기 2차 코일이 마찬가지로 상기 금속판의 상하에 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유도 가열 장치의 상기 금속판의 상하에 배치되어 대향하는 상기 2차 코일이 각각 직렬 접속되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유도 가열 장치의 상기 1차 코일이 자심을 가지지 않고, 상기 2차 코일이 상기 1차 코일의 안쪽에 설치되어 상기 1차 코일과 동일 평면 내에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유도 가열 장치의 상기 2차 코일이 상기 금속판에 따라 가동하는 것을 특징으로 한다.

< 발명을 실시하기 위한 최선의 형태 >

본 발명에 의한 실시의 형태에 대하여 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예를 도시하는 유도 가열 장치의 가열 부분과 온도 특성의 개략도이다. 도 1의 (a)는 본 발명의 유도 가열 장치의 가열 부분을 위쪽에서 본 평면도이다. 도 1의 (b) 및 (c)는 각각 그 정면도 및 우측면도이다. 도 1의 (a)에서, 가열 코일인 1차 코일(2)은 유도 가열 전원(1)에 접속되고 또한 자심(3)에 장착되어 있다. 1차 코일(2)의 1차 자속이 금속판의 외측을 통과하는 1차 자속의 누설 자속을 이용하는 2차 코일(5)이, 1차 코일(2)의 위쪽에 배치되고, 금속판(4)은 2차 코일(5)의 위쪽에 놓여져서 화살표 방향으로 이동하면서 열처리 된다.

도 1의 (a)에서 2차 코일(5)은, 금속판(4)의 아래에서 1차 코일(2)의 1차 자속과 동일한 방향의 2차 자속을 발생시키기 위하여, 도선을 도중에서 1회 교차시켜서 형성되어 있다. 유도 가열 전원(1)에 의해 1차 코일(2)에 실선 화살표 방향의 전류가 흐르면, 1차 자속이 발생된다. 금속판(4)의 외측의 1차 코일(2)과 겹치는 2차 코일(5)에는 이 1차 자속에 의한 유도 기전압이 발생하여, 2차 코일(5)에는 파선 화살표로 도시된 바와 같이 1차 코일(2)과 반대 방향의 전류가 흐르기 시작한다. 이 전류는, 2차 코일(5)이 도중에 1회 교차하고 있기 때문에, 금속판(4)의 아래의 부분에서는 1차 코일(2)과 동일한 방향의 전류가 되어, 1차 코일(2)로부터 발생되는 1차 자속을 보강하도록 2차 자속을 발생한다. 도 1의 (d)는 가열된 금속판의 온도를 나타내는 온도 특성도이다. 도 1의 (d)에 있어서, 도 9의 (d)에서 설명 한 온도의 강하 부분은, 자속이 보강됨으로써 온도가 상승하여 평탄한 온도 특성으로 된다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예를 도시하는 유도 가열 장치의 가열 부분과 온도 특성의 개략도이다. 도 2의 (a)는 본 발명의 유도 가열 장치의 가열 부분을 위쪽에서 본 평면도이다. 도 2의 (b) 및 (c)는 각각 그 정면도 및 우측면도이다. 도 2의 (a)에서, 가열 코일인 1차 코일(2)은 유도 가열 전원(1)에 접속되고 또한 자심(3)에 장착되어 있다. 1차 코일(2)의 누설 자속을 이용하는 2차 코일(5)이, 1차 코일(2)의 위쪽에 배치되고, 금속판(4)은 2차 코일(5)의 위쪽에 놓여져서 화살표 방향으로 이동하면서 열처리 된다.

도 2의 (a)에서 2차 코일(5)는, 금속판(4)의 아래에서 1차 코일(2)의 1차 자속과 반대 방향의 2차 자속을 발생시키기 위하여, 도 1의 (a)에 도시된 1차 코일과 상이하게 도선을 도중에서 교차시키지 않고 형성되어 있다. 이 때문에 금속판(4)의 아래의 부분에서도, 파선 화살표로 도시된 바와 같이 1차 코일(2)과 반대 방향의 전류가 흘러 발생한 2차 자속은, 1차 자속을 억제하도록 작용한다. 도 2의 (d)는 가열된 금속판의 온도를 나타내는 온도 특성도이다. 도 2의 (d)에 있어서, 도 9의 (d)에서 설명한 온도의 상승 부분은, 자속이 억제됨으로써 온도가 강하하여 평탄한 온도 특성으로 된다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예를 도시하는 유도 가열 장치의 2차 코일의 개략도이다. 도 3에서, 2차 코일(5)은 도 1 및 도 2에서 도시한 2차 코일의 기능을 합성한 것으로서, 보다 상세하게는, 유도 기전압 발생부(31)와 1차 자속 억제부(32) 와 1차 자속 보강부(33)로 나누어져서 기능한다. 1차 자속 억제부(32)의 전류 방향은 유도 기전압 발생부(31)에서 발생된 기전력에 의한 전류 방향과 같기 때문에, 금속판(4)의 양단의 온도 상승을 억제할 수 있으므로, 도 2의 (d)의 온도 특성을 얻을 수 있다. 1차 자속 보강부(33)의 전류 방향은, 역기전력 발생부(31)에 전류 방향과는 반대로 되기 때문에, 금속판(4)의 양단보다 안쪽의 온도 강하 부분의 온도를 상승시킬 수 있으므로, 도 1의 (d)의 온도 특성을 얻을 수 있다.

도 4는 본 발명의 제4 실시예를 도시하는 유도 가열 장치의 2차 코일의 개략도이다. 도 4에서, 2차 코일(5)은 가변 저항기(6) 및 차단기(7)와 직렬로 접속되어 있다. 금속판(4)을 연속하여 열처리할 때, 가변 저항기(6)를 조정함으로써, 금속의 형상의 변화에 부합하여 연속적으로 1차 자속을 강화하거나 억제할 수 있다. 또한, 연속 처리의 공정에서, 일시적으로 제어를 정지하고 싶은 경우에는, 차단기(7)에 의해 정지할 수 있다. 이 제어 조작은, 다음에 설명하는 도 8의 제어부에서 제어하도록 접속함으로써 자동적으로 제어하는 것이 가능하게 된다.

이상 설명한 유도 가열 장치의 2차 코일은, 열처리 조건에 맞추어 코일의 감김 횟수가 조정되고 있다. 즉, 1차 코일의 누설 자속을 이용하여 역기전력을 발생시키는 부분의 감김 횟수와, 온도를 조정하기 위한 2차 자속을 발생시키는 부분의 감김 횟수는, 동일한 것으로는 한정되지 않고, 소정의 감김 횟수로 조정되어 형성된다. 2차 코일의 도체를 파이프 형상으로 함으로써, 냉각액을 순환시켜서 대전력에 의한 열처리가 가능해지므로, 다량의 열용량을 필요로 하는 열처리에 적용할 수 있다. 또한, 2차 코일이 1차 코일과 마찬가지로 자심에 장착됨으로써, 보다 효율 적으로 1차 코일의 누설 자속을 이용하는 것이 가능해진다.

도 5는 본 발명의 제5 실시예를 도시하는 트랜스버스 방식에 의한 유도 가열 장치의 가열 부분의 개략도이다. 도 5의 (a)는 본 발명의 유도 가열 장치의 가열 부분을 위쪽에서 본 평면도이다. 도 5의 (b) 및 (c)는 각각 그 정면도 및 우측면도이다. 도 5의 (b)에서, 1차 코일(2)은 유도 가열 전원(1)에 접속되어 상하 2개의 자심(3)에 장착되어 있다. 2차 코일(5)은 금속판(4)과 1차 코일(2)과의 사이에 각각 배치되어 있다. 도 6은 도 5의 2차 코일의 다른 접속 방법을 도시하는 2차 코일 접속도이다. 도 6의 (a)에서, 상하로 대향하는 2차 코일이 서로 접속되어 있다. 도 6의 (b)에서, 그 접속은 상하의 2차 코일의 전류 방향이 동일한 방향이 되도록 접속된다. 도 5 및 도 6에 도시된 트랜스버스 방식에 의한 유도 가열 장치는, 전술한 2차 코일에 관한 요소 기술을 적용함으로써 도 1 내지 도 3에 기재된 것과 마찬가지인 온도 특성을 가지는 열처리를 행할 수가 있다.

도 7은 본 발명의 제6 실시예를 도시하는 유도 가열 장치의 가열 부분의 개략도이다. 유도 가열 전원(1)에 접속되는 1차 코일(2) 및 2차 코일(5)은, 모두 자심을 가지지 않기 때문에, 1차 코일(2)과 2차 코일(5)을 동일면 내에 설치할 수가 있다. 이것은, 작업 환경의 특정의 조건과 설정 온도의 특정의 조건에 의해 자심을 사용할 수 없는 경우이거나 장치의 소형화가 요구되는 경우에 적용된다.

도 8은 본 발명의 제7 실시예를 나타내는 유도 가열 장치의 장치 구성도이다. 도 8에서, 유도 가열 전원(1), 1차 코일(2), 자심(3), 금속판(4) 및 2차 코일의 배치와 접속 관계는, 전술한 것과 마찬가지로 되어 있다. 또한, 2차 코일(5)은 이동 기어(74)에 고정되고, 이동 기어(74)는 모터(73)에 접속되어 있다. 2차 코일(5)의 상부에 설치되는 센서(72)와 모터(73)는 제어부(71)에 접속되어 있다.

도 8에서, 금속판(4)의 폭의 변화와, 두께의 변화와, 자성체 또는 비자성체 등의 데이터를 제어부(71)에 설정하여, 금속판(4)에 적합한 감는 방법 및 형상의 2차 코일(5)을 설정한다. 금속판(4)이 연속하여 이동하는 것에 따라, 제어부(71)는 데이터에 따라서 모터(73)를 구동하여, 이동 기어가 2차 코일(5)의 위치를 조정한다. 센서(72)는 2차 코일(5)의 위치 관계를 항상 모니터하여 제어부(71)에 피드백한다. 필요에 따라, 도 4의 설명에서 기재한 요소 기술을 적용함으로써 보다 정밀도가 좋은 열처리를 연속하여 행할 수가 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 유도 가열 장치에 의하면, 1차 코일의 누설 자속을 유효하게 이용하여, 금속판의 부분적인 온도 상승과 온도 강하를 연속하여 제어하는 것이 가능해져서, 형상이 다른 금속판에 대해서도 2차 코일을 교환할 필요가 없기 때문에, 장치의 이용 효율을 높이는 한편 균일한 온도 분포를 유지하는 열처리를 행하는 것이 가능해진다.

본 발명의 유도 가열 장치에 의하면, 1차 코일의 누설 자속을 유효하게 이용하여, 금속판의 양단부의 온도 상승과 양단부의 안쪽 부분의 온도 강하를 완화하는 것이 가능해져서, 형상이 다른 금속판에 대해서도 2차 코일을 교환할 필요가 없기 때문에, 장치의 이용 효율을 높이는 한편 균일한 온도 분포를 유지한 열처리를 행할 수가 있는 효과가 있다.

Claims

유도 가열 전원에 접속되어 자심에 장착된 1차 코일과, 상기 1차 코일이 발생하는 금속판의 외측을 통과하는 1차 자속의 누설 자속에 의해 2차 자속을 발생하는 2차 코일을 갖고서, 상기 금속판을 가열하는 유도 가열 장치로서,

상기 2차 코일이, 복수개로 이루어져서, 상기 1차 자속의 누설 자속에 의해 발생한 유도 기전압에 의한 전류를 상기 금속판 아래에 전송하고, 상기 1차 자속과 동일한 방향의 상기 2차 자속을 발생하거나 상기 1차 자속과 반대 방향의 상기 2차 자속을 발생하여,

상기 금속판의 형상에 따라 부분적으로 온도 상승시키거나 부분적으로 온도 강하시키는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 복수개로 이루어지는 2차 코일이 각각 단독적으로 상기 1차 자속과 동일한 방향 및 반대 방향의 상기 2차 자속을 동시에 발생하여, 상기 금속판의 형상에 따라 부분적으로 온도 상승 및 온도 강하시키는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 2차 코일의 감김 횟수는 1회 이상인 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 코일이 자심에 장착되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 코일이 파이프 형상의 도체로 형성되고, 이 파이프 내에 냉각액을 순환시키는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 코일에 가변 저항기 및/또는 차단기를 접속하여, 상기 2차 코일에 발생하는 유도 전류를 제어하거나 차단하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1차 코일이 트랜스버스 방식에 의해 상기 금속판의 상하에 배치되고, 상기 2차 코일이 마찬가지로 상기 금속판의 상하에 배치되는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 금속판의 상하에 배치되어 대향하는 상기 2차 코일이 각각 직렬 접속되는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1차 코일이 자심을 가지지 않고, 상기 2차 코일이 상기 1차 코일의 안쪽에 설치되어 상기 1차 코일과 동일 평면 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 코일이 상기 금속판에 따라 가동하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.