KR20080094963A - 횡자속 전기 인덕터 - Google Patents

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KR20080094963A
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coil
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진 로벤스
마이크 마오창 카오
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인덕터썸코포레이션
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Abstract

원하는 단면 온도에 대해 워크피스를 유도 가열하는 장치 및 프로세스가 제공된다. 적어도 한 쌍의 코일이 횡자속 인덕터를 형성한다. 상기 워크피스는 대향하는 코일의 쌍 사이에 배치되고, 이는 상기 워크피스의 단면을 가로질러 지향된다. 각각의 코일은 복수의 코일 섹션을 구비한다. 하나 이상의 대향하는 코일 섹션 사이의 간격은 워크피스에서의 원하는 단면 유도 가열 온도 프로파일을 달성하도록 적응된다. 대안으로, 모든 대향하는 코일 섹션 사이의 간격은 서로 등거리이며, 적어도 워크피스의 표면에 대해 직교하는 방향으로 이동가능한, 하나 이상의 플럭스 집신기가 워크피스에서의 원하는 단면 유도 가열 온도 프로파일을 달성하기 위해 사용될 수 있다.
Figure P1020087022924
워크피스, 인덕터, 제 1 코일, 제 2 코일, 코일 섹션, 단면 온도 프로파일, 중심 섹션, 전달 섹션, 에지, 쇼울더 섹션, 제 2 끝단, 엔드 섹션

Description

횡자속 전기 인덕터{TRANSVERSE FLUX ELECTRIC INDUCTORS}
본 발명은 횡자속 전기 인덕터에 관한 것으로, 특히 전기적으로 도전성인 물질의 시트 또는 스트립을 가열할 때 사용되는 인덕터에 관한 것이다.
일반적인 종래 횡자속 인덕터는 한 쌍의 유도 코일을 구비한다. 유도 가열되는 물질은 코일의 쌍 사이에 배치된다. 예를 들면, 도 1에서, 상기 코일 쌍은, 예를 들면 금속 스트립(90)이고, 화살표에 의해 도시된 방향으로 코일 쌍을 통과해 연속하여 이동하는 상기 물질의 상하에 각각 배치된, 코일(101 및 103)을 구비한다. 방향에 대해서는, 도 1에 도시된 X, Y, Z축에 의해 3 차원 직교 공간이 정의된다. 따라서 상기 스트립은 Z방향으로 이동한다. 상기 코일 쌍 사이의 갭, gc 또는 구멍은 명료화를 위해 도면에서 강조된 것이지만, 상기 스트립의 단면을 가로지르는 길이로 고정된다. 코일(101)의 단자(101a 및 101b) 및 코일(103)의 단자(103a 및 103b)은 도면에서 지시된 바와 같이 순간 전류 극성으로 하나 이상의 적절한 ac 전원(도시되지 않음)에 연결된다. 상기 코일을 통과한 전류 흐름은, 상기 스트립의 평면에서의 와상 전류를 유도하기 위해 상기 스트립을 직교하여 지나가는, 일반적인 플럭스 선(105)(파선에 의해 도시된)에 의해 도시된 것과 같은, 공 통의 자기 플럭스를 생성한다. 예를 들면, 적층물 또는 기타 고 도자성 저 자기저항성 물질과 같은, 자기 플럭스의 집신기(117)(도면에서 코일(101) 주변에 부분적으로 도시된)가 상기 스트립으로 상기 자기장을 지향시키기 위해 사용된다. 효율적 유도 가열을 위한 ac 전류 주파수(헤르쯔, f)의 선택은 하기의 수학식에 의해 주어진다:
Figure 112008066039972-PCT00001
여기서,
Figure 112008066039972-PCT00002
는 워크피스의 전기 저항(
Figure 112008066039972-PCT00003
)이고; gc는 미터로된 코일 사이의 갭(구멍)의 길이이고;
Figure 112008066039972-PCT00004
는 미터로된 극간격(pole pitch)(스텝)이고; ds는 스트립의 두께(미터)이다.
횡자속 인덕터로의 전기 유도에 의해 스트립을 가열할 때 해결되어야 할 전통적인 문제점은 스트립 전체의 균일한 단면(X 축을 따라) 유도 가열 온도를 달성하는 것이다. 도 2(a)는, 코일의 극간격이 상대적으로 작을 때, 상기 수학식으로부터, 대응하여 상기 주파수가 낮을 때, 도 1에서의 배치로 얻어지는 일반적인 단면 스트립 가열 프로파일을 도시한다. 도 2(a)는, 스트립의 중심이 좌표 0.0이고, 스트립의 대향하는 에지가 좌표 +1.0 및 -1.0인 스트립의 정규화된 단면 좌표를 나타낸다. 상기 Y축은 일반적으로 스트립의 중간 영역(111) 전체에서의 전체적으로 균일하게 가열된 온도를 나타내는 정규화된 온도 1.0인 상기 스트립의 유도 가열로부터 달성된 정규화된 온도를 나타낸다. 영역(113)에서(쇼울더 영역이라고 함), 상기 스트립의 에지로 더 근접할 수록, 상기 스트립의 단면의 유도된 온도가 상기 1.0의 정규화된 온도값으로부터 감소하고, 상기 스트립의 에지 영역(115)에서 1.0의 상기 정규화된 온도값 이상으로 증가한다. 상기 코일의 극간격이 상대적으로 크다면, 상기 수학식으로부터 상기 주파수는 대응하여 높아진다. 상기의 경우, 도 2(b)에 도시된 것과 같이 상기 식별된 쇼울더 영역에서의 불충분한 가열이 사라지는 반면, 상기 에지들의 과열은 잔재한다. 일반적으로, 상기 스트립의 전체단면의 일정한 유도 가열 온도는 예를 들면 스트립의 불충분하게 가열된 쇼울더 영역 및 과열된 에지 영역이 상기 가열된 스트립이 코팅 프로세스를 수행할 때 스크랩되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
에지 가열 문제를 수정하기 위해, 개별 에지 가열기, 및 그 결과인 플럭스 장의 구성을 변경하는 코일 및/또는 적층구조물의 배치와 같은 다수의 해결안이 제시되었으며, 이는 상기 스트립의 에지 가열 프로파일을 변경한다. 이러한 접근 방식들에 일부 효익이 있지만, 스트립의 단면 가열시, 특히 상기 스트립의 위치가 코일에서 변하거나 또는 상기 스트립의 폭이 변할 때, 현저한 균일도를 달성 할 수 있는 횡자속 유도 인덕터의 배치에 대한 요구가 존재한다.
일측면에서, 본 발명은 전기적으로 도전성인 워크피스의 전기 유도 가열 장치 및 그의 방법이다. 인덕터는 제 1 및 제 2 코일로 형성된 적어도 한 쌍의 코일을 구비한다. 상기 전기적으로 도전성인 워크피스는 상기 코일의 쌍 사이에 배치된다. 제 1 및 제 2 코일 각각은 복수의 코일 섹션을 포함한다. 적어도 하나의 ac 전력 공급 장치가 상기 인덕터의 제 1 및 제 2 코일에 적절하게 연결되어, 상기 인덕터로 ac 전력을 공급한다. 대향하는 코일 섹션 사이의 갭은 워크피스로 원하는대로 유도된 단면 가열 온도 프로파일을 제공하도록 적응된다.
또다른 측면에서, 본 발명은 전기적으로 도전성인 워크피스의 전기 유도 가열 장치 및 그의 방법이다. 인덕터는 제 1 및 제 2 코일로 형성된 적어도 한 쌍의 코일을 구비한다. 상기 전기적으로 도전성인 워크피스는 상기 코일의 쌍 사이에 배치된다. 제 1 및 제 2 코일 각각은 복수의 코일 섹션을 포함한다. 적어도 하나의 ac 전력 공급 장치가 상기 인덕터의 제 1 및 제 2 코일에 적절하게 연결되어, 상기 인덕터로 ac 전력을 공급한다. 대향하는 코일 섹션 사이의 갭은 모든 코일 섹션에 대해 서로 등거리에 위치하고, 적어도 하나의 플럭스 집신기는 복수의 코일 섹션 중 적어도 하나에 인접하여 배치된다. 상기 적어도 하나의 플럭스 집신기는 워크피스의 표면에 대해 적어도 직교하는 방향으로 이동가능하여, 상기 워크피스에 대해 원하는대로 유도된 단면 가열 온도 프로파일을 제공한다.
본 발명의 상기 및 기타 측면은 본 명세서와 첨부된 청구범위에서 더 설명된다.
본 발명을 설명할 목적으로, 바람직한 도면의 형상이 도시되지만, 본 발명은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되지 않는다는 것이 이해될 것이다.
도 1은 종래 기술의 횡자속 인덕터 배치를 도시한다.
도 2(a) 및 2(b)는 도 1에 도시된 횡자속 인덕터 배치에 대한 전형적인 단면 유도 가열 특성을 그래픽으로 도시한다.
도 3(a)는 본 발명의 횡자속 인덕터의 일예를 도시한다.
도 3(b)는 선 A-A를 통하는 도 3(a)에 도시된 본 발명의 횡자속 인덕터의 정면도이다.
도 3(c)는 도 3(a) 및 3(b)에 도시된 횡자속 인덕터 배치의 일예에 대한 단면 가열 특성을 그래픽으로 도시한다.
도 3(d)는 본 발명의 횡자속 인덕터의 또다른 예의 정면도이다.
도 3(e)는 본 발명의 횡자속 인덕터의 또다른 예의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 횡자속 인덕터의 또다른 예를 도시한다.
도 5는 플럭스 집신기를 선택적으로 사용하는 본 발명의 횡자속 인덕터의 또다른 예를 도시한다.
도 6은 단독으로 또는 플럭스 집신기의 선택적 사용과 조합하여 전자기 실드를 선택적으로 사용하는 본 발명의 횡자속 인덕터의 또다른 예를 도시한다.
도 7, 도 8(a) 및 8(b)는 플럭스 집신기를 가진 본 발명의 횡자속 인덕터의 다른 예를 도시한다.
도 9는 조정가능한 극간격을 가진 플럭스 집신기와 코일을 구비한 본 발명의 횡자속 인덕터의 또다른 예를 도시한다.
도면을 참조하면, 여기서 동일한 번호는 동일한 엘리먼트를 지시하고, 본 발명의 횡자속 인덕터(10)의 일예가 도 3(a) 및 도 3(b)에 도시된다. 상기의 제한이 아닌 예에서, 횡자속 인덕터(10)는 상기 코일 쌍의 사이에 배치된 워크피스(90)의 단면을 가로질러 지향된 제 1 코일(12) 및 제 2 코일(14)로 형성된 코일 쌍을 구비한다. 상기 워크피스는 금속 스트립과 같은 전기적으로 도전성인 물질의 시트 또는 스트립이 될 수 있다. 각각의 코일은 복수의 코일 섹션을 구비한다. 제 1 코일(12)은 중심 섹션(12a), 전달 섹션(12b), 및 쇼울더 섹션(12c), 및 에지 섹션(12d)을 포함한다. 도 3(a) 및 도 3(b)에 도시된 것과 같이, 각각의 중심 섹션은 일반적으로 워크피스의 단면의 중심을 중심에 둔다. 전달 섹션(12b)은 상기 중심 섹션의 각각의 끝단에 대해 하나의 끝단에서 연결된다. 상기 각각의 전달 섹션의 다른 끝단은 상기 각각의 쇼울더 섹션(12c)의 일 끝단에 연결된다. 에지 섹션(12d)은 상기 워크피스의 각각의 에지에서 2 개의 쇼울더 섹션을 함께 접합시킨다. 유사하게, 제 2 코일(14)은 중심 섹션(14a), 전달 섹션(14b), 및 쇼울더 섹션(14c), 및 에지 섹션(14d)을 포함한다. 본 발명의 상기의 비제한적인 예에서, 상기 제 2 코일은 제 1 코일과 구성 면에서 유사하며, 제 1 코일과 직렬로 배치되고(즉, Z-방향에서 오프셋되지도 않고, 또는 기울어지지도 않은), 상기 제 1 코일과 마주하는 워크피스의 측면에 대향되는 워크피스의 측면을 마주한다. 제 1 및 제 2 코일은 하나 이상의 ac 전력 공급 장치(도시되지 않음)에 적절하게 연결된다. 예를 들면, 코일(12)은 중심 섹션(12a)에 부착되는 전력 공급장치 연결부(16a, 16b)를 구비하고, 코일(14)은 도면에 도시된 바와 같은, 순간 극성을 가지고, 대응하는 섹션(14a)에 부착되는 전력 공급장치 연결부(18a, 18b)를 구비한다. 전력 공급 장치 연결부는 특정한 애플리케이션의 요구에 따른 코일의 섹션에서 만들어진다. 상기 전력 공급장치 연결부를 수용하기 위해, 각각의 코일이 상기 전력 공급 장치 연결부에서 충분히 개방되어 상기 2개의 연결부를 전기적으로 절연시킨다. 워크피스(90)는 상기 제 1 및 제 2 코일 사이의 갭을 통해 이동하여 전류가 상기 코일들을 통해 흐를때 상기 워크피스가 전기 유도에 의해 가열되도록 한다. 본 발명의 다른 예에서, 코일의 각 섹션은 하위섹션으로 더 분할될 수 있다. 예를 들면, 각 전달 섹션은 2 개 이상의 전달 하위섹션을 구비한다.
본 발명의 예에서, 코일(12, 14)은, 중심 섹션(12a, 14a)이 쇼울더 섹션(12c, 14c)보다 위크피스의 면하는 표면으로부터 더 이격되어 배치되고, 상기 전달 섹션(12b, 14b)이 인접한 중심 및 쇼울더 섹션에 함께 연결하도록 하는 형상으로 고정된다. 에지 섹션(12d, 14d)은 워크피스의 각각의 에지에서 쇼울더 섹션(12c, 14c)의 외부 끝단에 함께 연결된다. 상기의 비제한적인 배치에서, 대향하는 중심 섹션(12a, 14a)은 대향하는 쇼울더 섹션(12c, 14c) 보다 서로간에 더 이격되어 있다. 대향하는 중심 섹션 사이의 단면에서보다 대향하는 쇼울더 섹션 사이의 워크피스 단면에서 더 많은 열이 전기적으로 유도된다. 대향하는 전달 섹션 사이의 단면에서는, 유도된 열이 상기 쇼울더 섹션 방향으로 점차 증가한다. 도 3(a) 및 도 3(b)에 도시된 것과 같이 위크피스의 에지로부터 이격된 방향의 에지 섹션은 종래기술에 기술된 에지의 과열 효과를 감소시킨다. 도 3(c)는 도 3(a) 및 도 3(b)에서의 배치로 얻어지는 전형적인 단면 스트립 가열 프로파일을 도시한다.
본 발명에서, 대향하는 코일 섹션 사이의 갭, gc의 길이 변경이 워크피스에 대한 원하는 유도 단면 온도 프로파일을 달성하기 위해 일반적으로 수행된다. 일부 경우, 상기 원하는 유도 단면 온도 프로파일은 균일할 수 있지만; 그러나, 다른 경우에는, 원하는 프로파일은 균일하지 않다. 특정한 애플리케이션에 대해,대향하는 코일 섹션 사이의 가변적인 갭의 길이는 예를 들면 연산에 의해, 장치 및 특정한 워크피스를 가지고 테스크를 실행하거나 시뮬레이션에 의해, 또는 상기 방법들의 조합에 의해 결정될 수 있다. 추가로, 컴퓨터 프로세서는 대향하는 코일 세그먼트 사이의 갭을 더 조정하기 위해 상기 스트립의 실제 측정된 유도된 가열 온도의 피드백 신호 입력을 가지고 컴퓨터 프로그램을 실행 할 수 있다. 상기 컴퓨터 프로세스는 프로세스가 연속적으로 예를 들면 상기 코일을 통과하여 지나는 워크피스의 구성에서의 변동, 상기 워크피스의 폭의 변화, 또는 상기 코일에 대한 워크피스의 순간적인 위치에서의 변화와 같은, 상기 워크피스의 하나 이상의 파라미터에 기초하여 갭조정을 수행하는, 적응성 러닝 프로세스에서 이점을 가진다.
본 발명의 다른 예에서, 인접하여 연결된 각 코일의 섹션들은 서로 유연하게 부착되어 대향하는 코일(12, 14)의 섹션 사이의 거리는 서로 간에 더 이격시키거나 또는 더 근접시키고, 및/또는 코일(12, 14)은 단면 폭이 더 짧아지거나 또는 더 길어진다. 예를 들면 도 3(d)에서, 오퍼레이터(20)(예를 들면, 인간 오퍼레이터, 선형 유압 액튜에이터 또는 기타 액튜에이터)는 중심 섹션(12a, 14a)에 부착되어, 중심 섹션(12a, 14a)들을 워크피스(90)를 향해 이동시킨다. 쇼울더 섹션(12c, 14c)을 X 방향으로 강제로 이동시키는 것은, 상기 쇼울더 섹션이 상기 워크피스의 에지를 향해 미끄러지도록 강제되기 때문에, 중심 섹션의 주변의 영역에서의 유도 가열을 증가시키고, 코일(12, 14)의 전체 단면 폭을 증가시키는 결과를 가져온다. 이것은 상기 코일(12, 14)을, 워크피스로부터 더 멀리 이격된 중심 섹션을 점선으로, 상기 코일이 더 큰 전체 폭을 가질때 상기 워크피스로 더 근접하는 중심섹션을 실선으로 도시함으로써 도 3(d)에 도시된다.
상기 유연한 배치의 한가지 이점은 동일한 코일 쌍이 상이한 단면 폭의 워크피스를 균일하게 가열한다는 것이다. 코일 섹션 사이의 유연한 연결은 전체 코일을 가요성 물질로 만들고, 연결부분에서 적절한 전기 도전성 힌지를 사용하거나, 또는 서로 연관된 코일 섹션을 이동시키는 기타 적절한 방법을 이용함으로써 제공될 수 있다. 전기적으로 도전성인 힌지의 비제한적인 예는 하나 이상의 가요성 케이블 또는 버스 바이다.
도 3(e)는 본 발명의 횡자속 인덕터의 또다른 예를 도시한다. 상기 비제한적인 예에서, 횡자속 인덕터는 워크피스(90)의 단면을 가로지르는 방향의 제 1 코일(11) 및 제 2 코일(13)로 형성된 한쌍의 코일을 구비하고, 이는 상기 코일의 쌍 사이에 배치된다. 2 개의 코일 각각은 복수의 코일 섹션, 즉, 중심 섹션(11a, 13a); 제 1 전달 코일 섹션(11b, 13b); 쇼울더 코일 섹션(11c, 13c); 제 2 전달 코일 섹션(11d, 13d); 및 에지 섹션(11e, 13e)을 포함한다. 도 3(e)에 도시된 바와 같이, 2개의 코일의 대향하는 섹션 사이의 갭, gc는 코일의 중심 섹션으로부터 상기 코일의 대향하는 에지로의 방향으로 증가한다. 플럭스 집신기(40c)는 상기 워크피스의 단면 중심 주위로 플럭스를 집중시키는 데에 선택적으로 사용된다. 상기 배치는 쇼울더 영역의 불충분한 가열이 현저하지 않고 에지영역의 과열이 방지되어야 하는 구성에서 특히 이점이 있다. 본 발명의 다른 예에 대해, 상기 코일 섹션들은 대향하는 코일 섹션 사이의 갭 크기의 재조정을 허용하기 위해 적절한 위치에 고정되거나 또는 서로 유연하게 부착될 수 있다.
도 4는 2 쌍의 코일이 사용되는 본 발명의 횡자속 인덕터의 또다른 예를 도시한다. 임의의 수의 코일 쌍이 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 발명의 모든 예시에서 사용될 수 있다. 상기 코일은 본 문에서 단일 권선 코일로 다어어그램으로 도시되었지만, 본 발명의 다른 예에서, 코일은 제한이 아닌 다중 권선 코일 또는 코일들과 같은 대안의 배치가 될 수 있고, 가열되는 워크피스의 크기에 들어맞기 위해, 및/또는 활용된 전력 공급 장치와 매칭하는 최적의 로드를 달성하기 위해, 직렬, 병렬 또는 그의 조합 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 추가로, 코일은 공냉식 또는 수냉식이 될 수 있고, 및/또는 단일 피스의 적절한 전기 콘덕터로 집합적으로 형성될 수도 있다. 대안으로, 2개 이상의 섹션이 개별적으로 형성되고 함께 결합될 수 있다.
도 5는 본 발명의 횡자속 인덕터의 또다른 예를 도시하고, 여기서 종래기술에 공지된 물질로 형성된 2쌍의 코일과 비제한적인 플럭스 집신기(40a, 40b)의 배치가, 워크피스에 면하는 방향을 제외하고는, 상기 코일의 쇼울더 섹션 사이의 워크피스 영역을 더 가열하기 위해 상기 쇼율더 섹션으로부터의 자기 플럭스를 집중시키도록 모든 방향으로 상기 코일의 쇼울더 섹션 주위에서 사용된다. 본 발명의 다른 예에서, 상기 플럭스 집신기는 원하는 단면 유도 가열 프로파일을 제공하기 위해 임의의 다른 코일 섹션의 주위에 배치된다. 추가로, 플럭스 집신기는 부분적으로 임의의 코일 섹션 주위에 배치될 수 있고, 또는 임의의 코일 섹션 주위에서 분할된 컴포넌트를 구비한다. 본 발명의 일부 예에서, 상기 플럭스 집신기는 Y 방 향에서의 플럭스 집신기의 이동을 허용하여 상기 워크피스의 유도 단면 가열을 변화시키는 오퍼레이터에 적절하게 연결된다.
도 6은 본 발명의 횡자속 인덕터의 또다른 예를 도시하며, 여기서 에지 전자기 실드(42)는 2 쌍의 코일 및 도 5에 도시된 플럭스 집신기와 조합하여 사용된다. 구리와 같이 전기적으로 도전성인 물질로 형성된 실드(42)는 특정한 애플리케이션에서 유도 에지 가열을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 일부 예에서, 상기 에지 전자기 실드는 상기 에지의 차폐 패턴을 변경하기 위해 상기 실드의 이동을 허용하는 오퍼레이터에 적절하게 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 예에서, 플럭스 집신기 및 전자기 실드는 교대로 또는 조합하여 상기 코일의 하나 이상의 섹션으로부터의 자기 플럭스와, 그 결과인 집신기 및/또는 실드를 실행하는 대향하는 코일 섹션 사이의 워크피스의 유도 가열의 정도를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 집신기 및/또는 실드는, 코일의 하나 이상의 쌍 사이에 현재 상기 워크피스의 특정한 가열 패턴의 요구조건에 따라, 상기 집신기가 수직으로(즉, Y방향으로) 이동될 수 있고, 상기 집신기 및/또는 실드가 수평으로(즉, X 방향으로) 이동될 수 있도록 허용하는 적절한 기계적 오퍼레이터에 연결될 수 있다.
집신기 및/또는 실드의 활용은 각각의 코일의 모든 섹션으로하여금 대향하는 코일의 모든 섹션에 대해 거의 병렬로, 그리고 그로부터 등거리에 정렬되도록 한다. 예를 들면, 도 7에서, 코일(12', 14')의 모든 대향하는 섹션은 서로 거의 병렬이고, 등거리에 정렬된다. 상기 배치에서, 코일 섹션(12a', 12b', 및 12c')은 예를 들면 도 8(a) 및 도 8(b)에 도시된 것과 같이, 조합된 중심 코일 섹션(12a")이라고 하고; 유사하게 코일 섹션(14a', 14b', 14c')은 조합된 중심 코일 섹션(14a")이라고 한다. 도 7에서 "U"자형 플럭스 집신기(40d)는 일반적으로 에지 코일 섹션(12d', 14d')상에 배치된다. 상기 "U"자형 에지 집신기(40d)는 에지 영역(88) 및 인접한 쇼울더 영역(86)에서 원하는 가열을 달성하기 위해 필요한 정도로, 개별적으로 또는 그룹으로서, 수직으로(즉, Y방향) 이동된다.
도 8(a)는 플럭스 집신기(40d)가, 코일(12', 14')의 모든 대향하는 코일 섹션이 서로간에 거의 병렬로, 등거리에 정렬되는, 조합된 하나 이상의 중심 코일 섹션(12a", 14a") 상에 배치된다. 상기 배치에서, Y 방향으로의 하나 이상의 플럭스 집신기(40)의 이동은 워크피스의 중심 영역에서의 자기 플럭스의 집중도를 변화시키고, 그에 따른 결과인 상기 워크피스의 중심 단면 영역에서의 유도 가열의 크기를 변화시킨다. 상기 배치는 특히 에지 및 인접 영역의 열 제어가 주된 문제가 아닐때 유용하다. 도 8(b)에서, 도 8(a)의 배치는 중심 영역에 대한 열 제어의 증가된 정도를 제공하기 위해 제 3 조합된 코일 섹션(12a"', 14a"')(도시되지 않음)을 포함하도록 변형된다.
도 9에 도시된 본 발명의 예에서, 복수의 플럭스 집신기(40d)는, 코일(12', 14')의 모든 대향하는 코일 섹션이 서로간에 거의 병렬로, 등거리에 정렬된, 조합된 하나 이상의 중심 코일 섹션(12a", 14a")을 가로질러 배치된다. 상기 배치에서, Y방향으로의 하나 이상의 플럭스 집신기(40d)의 이동은 선택적으로 상기 워크피스의 단면을 따라가는 자기 플럭스의 집중도를 변화시키고, 그 결과 상기 워크피 스의 단면을 가로지르는 유도 가열의 크기를 선택적으로 제어한다. 선택적으로 상기 배치로, 에지 섹션(12d', 14d')은 코일의 극간격
Figure 112008066039972-PCT00005
를 변경하기 위해 Z방향으로 조합된 중심 섹션(12a", 14a")의 이동을 허용하는 전기 힌지 엘리먼트(12e', 14e')를 각각 포함한다.
"U" 자형 플럭스 집신기가 상기에서 사용되었지만, 본 발명의 다른 예시에서 플럭스 집신기는 특정한 애플리케이션에 들어맞는 다른 형상이 될 수 있다.
본 발명의 다른 예시에서, 상기 워크피스의 각 면 상의 코일들은 개별 박스 구조에 수용되어 상기 워크피스가 상기 2 개의 박스 사이에 배치되도록 한다. 상기 박스는 전기 접지에 연결된, 상기 면들이 상기 워크피스에 면하는 것을 제외하고는 모든 면 상에 전기적으로 도전성인 물질을 구비한다. 상기 워크피스에 면하는 박스의 면들은 운모와 같은 자기 투과성 물질이 될 수 있다.
본 발명의 상기 예시는 단순히 설명의 목적으로 제공되었을 뿐, 어떤한 방식으로건, 본 발명의 제한으로서 해석되지않는다. 본 발명이 다양한 실시예를 참조하여 기술되었지만, 본 문에 사용된 용어는 설명 및 예시의 용어이지, 제한을 하는 용어는 아니다. 본 발명이 특정한 수단, 물질, 및 실시예를 참조하여 본 문에 기술되었지만, 본 발명은 본 문에 기술된 특정사항에 한정되는 것을 의도하지 않고; 오히려, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위 내에 있는 것과 같은, 모든 기능적으로 등가인 구조, 방법 및 사용으로 확장된다. 본 명세서와 첨부된 청구범위의 교시를 이용하는, 당업자는 그에 대한 다수의 변형을 수행하고, 그의 측면에서 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서, 변경이 이루어질 수 있다.

Claims (27)

  1. 전기적으로 도전성인 워크피스의 전기 유도 가열을 위한 인덕터에 있어서,
    상기 인덕터는 제 1 및 제 2 코일로 형성된 적어도 한쌍의 코일로서, 상기 전기적으로 도전성인 워크피스가 상기 코일의 쌍 사이에 배치되고, 상기 코일 쌍은 상기 워크피스의 단면을 가로질러 지향되고, 상기 제 1 및 제 2 코일 각각은 복수의 상호 연결된 코일 섹션을 구비하고, 적어도 하나의 전력 공급 장치가 상기 인덕터로 ac 전력을 공급하기 위해 상기 인덕터의 제 1 및 제 2 코일로 적절하게 연결되는 적어도 한쌍의 코일을 구비하고,
    상기 개량품은, 단면 온도 프로파일에 대해 상기 워크피스를 유도 가열하기 위해 상이한 간격으로 공간을 두고 이격된 제 1 및 제 2 코일 각각의 적어도 2개의 대향하는 코일 섹션을 구비하는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 코일 각각의 복수의 상호연결된 코일 섹션은, 상기 워크피스의 단면의 중심에 대해 전체적으로 중심을 둔 한 쌍의 중심 섹션; 자신의 제 1 끝단에서 상기 각각의 중심 섹션의 쌍의 각각의 끝단에 배타적으로 연결된 전달 섹션; 상기 전달 섹션 중 각각의 하나의 제 2 끝단에 대해 자신의 제 1 끝단에서 배타적으로 연결되는 쇼울더 섹션; 및 상기 워크피스의 각각의 단면 에지에서 한 쌍의 쇼울더 섹션의 제 2 끝단에 배타적으로 연결된 적어도 하나의 엔드 섹션을 포함 하는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    대향하는 중심 섹션 사이의 간격은 대향하는 쇼울더 섹션 사이의 간격보다 더 큰 것을 특징으로 하는 인덕터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    적어도 하나의 엔드 섹션은 상기 워크피스로부터 멀어지는 방향인 것을 특징으로 하는 인덕터.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 각각의 쇼울더 및 엔드 섹션 사이에 배타적으로 연결된 제 2 전달 섹션을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일 섹션중 적어도 하나의 주위에 적어도 부분적으로 배치된 적어도 하나의 플럭스 집신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 워크피스의 하나의 에지 주위에 적어도 부분적으로 배치된 적어도 하나 의 전자기 에지 실드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  8. 전기적으로 도전성인 워크피스의 전기 유도 가열을 위한 인덕터에 있어서,
    제 1 및 제 2 코일로 형성된 적어도 한 쌍의 코일로서, 전기적으로 도전성인 워크피스가 상기 코일의 쌍 사이에 배치되고, 상기 코일의 쌍은 상기 워크피스의 단면을 가로질러 지향되고, 상기 제 1 및 제 2 코일의 각각은 복수의 유연하게 상호연결된 코일 섹션을 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 코일의 각각의 적어도 2개의 대향하는 코일 섹션은 상기 워크피스로부터 상이한 간격으로 공간을 두고 이격되는 적어도 한 쌍의 코일; 및
    단면 온도 프로파일에 대해 상기 워크피스를 유도 가열하도록 상기 인덕터로 ac 전력을 공급하기 위해 상기 인덕터의 제 1 및 제 2 코일에 적절하게 연결된 적어도 하나의 ac 전력 공급 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 코일은 가요성 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  10. 제 8 항에 있어서,
    적어도 하나의 인접한 코일 섹션은 전기적으로 도전성인 힌지에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  11. 제 8 항에 있어서,
    워크피스의 표면을 향해 또는 그로부터 벗어나는 방향으로 제 1 및 제 2 코일 각각의 적어도 하나의 섹션을 이동시키거나, 또는 상기 제 1 및 제 2 코일의 전체 단면 폭을 변경시키도록 상기 제 1 및 제 2 코일 각각의 적어도 하나의 섹션에 부착되는 오퍼레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 코일 섹션의 주위에 적어도 부분적으로 배치된 적어도 하나의 플럭스 집신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 코일 섹션에 대해 적어도 하나의 플럭스 집신기를 이동시키도록 적어도 하나의 플럭스 집신기에 부착된 오퍼레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 워크피스의 하나의 에지의 주위에 적어도 부분적으로 배치된 적어도 하나의 전자기 에지 실드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 코일 섹션에 대해 적어도 하나의 플럭스 집신기를 이동시키도록 적어도 하나의 전자기 에지 실드에 부착된 오퍼레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  16. 전기적으로 도전성인 워크피스를 유도 가열하는 방법에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 코일 각각이 복수의 상호연결된 섹션을 구비하는, 적어도 한 쌍의 제 1 및 제 2 코일로 인덕터를 형성하는 단계;
    적어도 한 쌍의 대향하는 제 1 및 제 2 코일 사이로 전기적으로 도전성인 워크피스를 향하게 하는 단계로서, 상기 워크피스의 단면이 적어도 한 쌍의 대향하는 제 1 및 제 2 코일의 전체 길이와 거의 정렬되는 단계;
    적어도 한 쌍의 대향하는 제 1 및 제 2 코일의 적어도 2 쌍의 대향하는 섹션을 상이한 간격으로 공간을 두고 이격시키는 단계; 및
    단면 유도 가열 프로파일에 대해 상기 워크피스를 유도가열시키기 위해 적어도 한 쌍의 제 1 및 제 2 코일로 ac 전력 공급 장치를 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 유도 가열된 워크피스의 단면 온도를 감지하고 적어도 한 쌍의 대향하는 제 1 및 제 2 코일의 하나 이상의 대향하는 섹션의 공간을 두고 이격된 간격을 조정하는 단계들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 감지된 단면 온도를 상기 워크피스의 하나 이상의 파라미터에 상호연관시키는 단계; 상기 상호연관된 감지된 단면 온도를 저장되는 워크피스로서 저장하는 단계; 상기 워크피스를 상기 적어도 한 쌍의 제 1 및 제 2 코일 사이에 배치하기 전에 제 2 워크피스의 하나 이상의 파라미터를 상기 저장된 워크피스의 하나 이상의 파라미터와 비교하고, 상기 저장된 워크피스와 상기 제 2 워크피스의 하나 이상의 파라미터가 동일할 때 상기 제 2 워크피스에 대한 단면의 유도 가열 프로파일을 상기 저장된 워크피스의 단면 유도 가열 프로파일에 대해 조정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열하는 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 코일의 전체 폭을 변경하기 위해 적어도 한 쌍의 대향하는 제 1 및 제 2 코일의 적어도 하나의 대향하는 섹션 사이의 공간을 두고 이격된 간격을 변경시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열하는 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    적어도 하나의 코일 섹션 주위에 적어도 부분적으로 적어도 하나의 플럭스 집신기를 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열하는 방법.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 워크피스의 하나의 에지 주위에 적어도 부분적으로 적어도 하나의 전자기 에지 실드를 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열하는 방법.
  22. 전기적으로 도전성인 워크피스를 전기 유도 가열하는 인덕터에 있어서,
    제 1 및 제 2 코일로 형성된 적어도 한 쌍의 대향하는 코일로서, 상기 도전성 워크피스는 상기 코일 쌍 사이에 배치되고, 상기 코일 쌍은 상기 워크피스의 단면을 가로질러 지향되고, 상기 제 1 및 제 2 코일 각각은 복수의 코일 섹션을 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 코일의 대향하는 복수의 코일 섹션은 서로간에 등거리에 있는 적어도 한 쌍의 대향하는 코일;
    상기 적어도 하나의 코일 섹션을 적어도 부분적으로 둘러싼 적어도 하나의 플럭스 집신기;
    상기 워크피스의 표면에 대해 직교방향으로 적어도 하나의 플럭스 집신기를 이동시키는 오퍼레이터; 및
    상기 워크피스를 단면 온도 프로파일에 대해 유도 가열하도록 상기 인덕터로 ac 전력을 공급하기 위해 상기 인덕터의 제 1 및 제 2 코일에 적절하게 연결된 적어도 하나의 ac 전력 공급 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 복수의 코일 섹션은 상기 워크피스를 횡단하고, 그 각각이 에지 섹션에 의해 인접한 엔드에서 함께 결합되는 적어도 2개의 중심 섹션을 구비하고, 상기 적어도 하나의 플럭스 집신기는 상기 에지 섹션중 적어도 하나의 주위에 배치된 "U" 자형 집신기를 구비하는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 복수의 코일 섹션은 상기 워크피스를 횡단하고, 그 각각이 에지 섹션에 의해 인접한 엔드에서 함께 결합되는 적어도 2개의 중심 섹션을 구비하고, 상기 적어도 하나의 플럭스 집신기는 상기 적어도 2 개의 중심 섹션중 적어도 하나의 주위에 배치된 "U" 자형 집신기를 구비하는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 복수의 코일 섹션은 상기 워크피스를 횡단하고, 그 각각이 에지 섹션에 의해 인접한 엔드에서 함께 결합되는 적어도 2개의 중심 섹션을 구비하고, 상기 적어도 하나의 플럭스 집신기는 상기 적어도 2개의 중심 섹션중 적어도 하나의 주위에 배치된 복수의 "U" 자형 집신기를 구비하는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  26. 제 25 항에 있어서,
    각각의 코일의 극간격을 조정하기 위해 상기 에지 섹션의 각각에 전기 힌지 엘리먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  27. 전기적으로 도전성인 워크피스의 유도 가열 방법에 있어서,
    적어도 한 쌍의 대향하는 제 1 및 제 2 코일로 인덕터를 형성하는 단계로서, 상기 제 1 및 제 2 코일 각각은 복수의 상호연결된 섹션을 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 코일의 대향하는 복수의 코일 섹션은 서로 간에 등거리에 있는 단계;
    적어도 한 쌍의 대향하는 제 1 및 제 2 코일 사이로 전기적으로 도전성인 워크피스를 향하게 하는 단계로서, 워크피스의 단면이 적어도 한 쌍의 대향하는 제 1 및 제 2 코일의 전체 길이와 정렬되는 단계;
    적어도 하나의 제 1 및 제 2 코일의 복수의 상호연결된 섹션 중 적어도 하나에 인접하게, 상기 워크피스의 표면에 대해 직교하는 방향으로 적어도 하나의 플럭스 집신기를 이동시키는 단계; 및
    단면 유도 가열 프로파일에 대해 상기 워크피스를 유도가열시키기 위해 적어도 한 쌍의 제 1 및 제 2 코일로 ac 전력 공급 장치를 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 방법.
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