KR20110123796A

KR20110123796A - 유도에 의한 물체를 가열하기 위한 방법, 장치, 및 장비

Info

Publication number: KR20110123796A
Application number: KR1020117023304A
Authority: KR
Inventors: 페카 수오미넨
Original assignee: 에프마그 오와이
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-11-15
Also published as: US20110315677A1; FI20095213A0; JP3199201U; RU2011138291A; RU2539962C2; US9000337B2; CN102415210B; JP2012519364A; WO2010100082A2; EP2404480A2; WO2010100082A3; EP2404480B1; CN102415210A

Abstract

전자기 유도에 의해 물체(10)를 가열하기 위한 장치(200)는 적어도 하나의 회전자(101)를 포함하며, 이 회전자는 적어도 하나의 영구 자석(103a, 103b)을 포함한다. 이 장치는 또한 회전자의 적어도 하나의 자석(103a, 103b)과 상호작용하도록 배치된 가변 자계를 제공하여 상기 회전자를 축(104)에 대해서 회전시키도록 하는 고정자(102)를 포함한다. 상기 회전자(101)의 자석(103a, 103b)은, 상기 물체(10)가 상기 가변 자계 및 와전류에 의해 발생되는 전자기 유도에 의해 가열되도록 물체(10) 내에서 상기 회전자(101)가 회전될 때 가변 자계 및 와전류를 제공하도록 배치된다.

Description

유도에 의한 물체를 가열하기 위한 방법, 장치, 및 장비{METHOD DEVICE AND ARRANGEMENT FOR HEATING AN OBJECT BY AN INDUCTION}

본 발명은 전자기 유도에 의해 물체를 가열하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

유도 가열은 가변 자계(varying magnetic field)를 기반으로 하는데, 상기 가변 자계는 와전류(eddy current)를 물체 내로 유도하여 물체를 이 와전류로 가열하게 한다. 전형적으로, 가변 자계는 50Hz 이상의 주파수의 교류 발전기로 가열될 물체 주위의 전자석들을 결합시킴으로써 구현될 수 있다.

금속 공업에서 형상화 처리, 성형 처리, 및 열처리용 금속을 가열하기 위하여 사용되는 여러 가지 유도 가열기가 존재한다. 예를 들어, 알루미늄 및 구리를 압출성형시, 수백 킬로그램의 무게가 나가는 금속 봉(metal bars)은 통상적으로 유도 가열에 의해 압출성형되기 전 적절한 온도로 가열된다. 그러나, 물체들은 종종, 예를 들어, 오븐에 의해 미리 가열되고 최종적으로 유도에 의해서만 가열된다.

유도 가열에 필요로 되는 가변 자계는 자계의 세기를 조정하는 것 이외에도 가열될 물체에 대한 자계의 방향을 변경시킴으로써 성취될 수 있다. 이는 자계를 이동시키거나 가열될 물체를 이동시킴으로써 이루어질 수 있다. 그러나, 이들 두 가지 방법은 모두 단점을 지니고 있다. 물체들이 큰 경우, 이들 물체들을 이동, 가령, 충분히 회전시키는 것은 곤란하다. 다른 한편으로, 전자석들을 사용하는 경우, 전자석의 충분한 평형 및 전류의 전달이 충분한 회전 속도로 수행되는 것이 어렵다.

따라서, 한 가지 가능한 대안은 가열될 물체의 주위에서 회전되거나 또는 예를 들어 전자석들에 의해 유도되는 자계에서 가열될 물체를 교반 이동시키는 자석이라는 것이 판명되었다. 본 기술 분야의 종래 기술은 특허 공보 US4761527에 제안되어 있다.

그러나, 종래 공지된 기술은 장치의 복잡성 및 비효율과 같은 몇 가지 단점을 갖고 있다. 이 장치들은 통상적으로 전자석을 가짐으로써, 자석용 전원이 필요로 된다. 게다가, 가열될 물체 주위의 자석들을 이동시키거나 또는 전자석의 자계 내의 물체를 이동시키는 구동력을 제공하기 위하여 모터 등이 필요로 된다. 모터로부터 전자석들 및/또는 물체로 구동력을 전달하기 위하여, 추가적인 구동 메카니즘이 필요로 되는데, 이는 장치의 복잡도 및 비용을 더욱 증가키고 효율을 더욱 떨어뜨린다. 또한, 물체가 유도에 의해서 쉽게 가열되도록 무겁고 큰 물체(예를 들어, 수백 킬로그램의 무게)를 자계 내에서 이동시키는 것은 매우 어려울 뿐만 아니라 안전하지 않으며, 또는 적어도 대규모의 안전 장비가 무거운 이동 물체 주변에 필요로 된다.

게다가, 가열될 물체 주변에서 회전되는 자석으로 인해, 물체는 실질적으로 원하는 온도로 가열될 수 있다. 그러나, 많은 실시예들에서, 물체를 상대적으로 균일하게 특정 온도로 가열하는 것은 불충분하다. 예를 들어, 압출성형될 금속 또는 알루미늄 봉, 즉 빌렛(billet)은 특정 가변 온도 프로파일을 갖도록 길이방향으로 가열됨으로써, 균질의 프로파일로 압출성형될 수 있다. 즉, 빌렛의 헤드는 뜨겁기 때문에 압출성형을 시작하는데 적합하게 되지만, 빌렛의 테일은 차갑기 때문에 압출성형 중에 충분히 가열되지 않는다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 장치들에 관한 문제들을 경감 및 제거하기 위한 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 전자석 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 종래 기술의 장치들을 간단히 하고 더욱 효율적이면서 안전하게 하기 위한 것이다.

본 발명의 목적은 독립항들의 특징들에 의해 달성될 수 있다.

본 발명은 청구항 1에 따른 물체 가열 장치에 관한 것이다. 게다가, 본 발명은 전자기 유도에 의해 물체를 가열하기 위한 청구항 17의 회전자, 청구항 21의 장비, 및 청구항 26의 방법, 및 가열 장치용 전원을 공급하기 위한 청구항 43의 구동 장비에 관한 것이다.

본 발명의 실시예를 따르면, 물체 가열 장치는 적어도 하나의 회전자(rotor)를 포함하며, 회전자는 적어도 하나의 영구 자석을 포함한다. 바람직하게는, 회전자는 더욱 효율적인 유도를 제공하기 위하여 다수의 영구 자석을 포함한다. 게다가, 장치는 가변 자계를 제공하기 위한 고정자(stator)를 더 포함하는데, 고정자는 회전자의 적어도 하나의 자석과 상호작용하도록 배치되어 상기 회전자를 회전시킨다. 가변 자계는 회전하거나 그렇치 않다면 가변하는 자계일 수 있다. 본 실시예를 따르면, 회전자의 적어도 하나의 자석은 상기 회전자가 회전될 때 물체 내에서 가변(유도) 자계 및 와전류를 제공하도록 배치됨으로써, 상기 물체는 상기 가변 자계에 의해 발생된 전자기 유도 및 회전자의 적어도 하나의 자석에 의해 유도되는 와전류에 의해 가열된다.

가열될 물체는 바람직하게는 적어도 부분적으로 전기적으로 전도됨으로써, 가변 자계가 상기 물체 내에서 와전류를 유도할 수 있게 한다. 물체는 바람직하게는 알루미늄 또는 구리 빌렛과 같은 금속 물체이다.

본 발명의 실시예를 따르면, 회전자의 적어도 하나의 자석은 고정자에 의해 제공되는 가변 자계와 상호작용할 뿐만 아니라 물체 내에서 가변 자계 및 와전류를 제공하도록 하는 것이다. 즉, 회전자의 동일한 영구 자석들은 바람직하게는 상기 회전자를 회전시키고 자석들에 의해 발생하는 유도를 통해서 상기 물체를 가열하도록 사용된다.

본 발명의 실시예를 따르면, 고정자는 회전자의 전체 표면적이 아니라 회전자의 표면의 세그먼트(segment)만을 전자기적으로 및/또는 물리적으로 커버하도록 적응된다. 이는, 가열될 물체가 고정자가 아니라 회전자의 동일 측에 위치될 때, 장치를 더욱 콤팩트하면서 간단하게 할 수 있는데 점에서 유용하다. 게다가, 고정자는 다수의 회전자들을 회전시키는데 사용됨으로써, 유도 가열이 훨씬 더 효율적이 된다.

본 발명의 또 다른 실시예를 따르면, 자석들을 지닌 회전자는 실질적으로 가열될 물체와 고정자 사이에 배치됨으로써, 회전자의 전체 표면적에 작용하는 고정자가 적용될 수 있어, 장치를 더욱 효율적이 되게 한다(회전자의 토크 또는 축방향 모멘트가 증가되어 더욱 강력한 가열을 성취한다)

또한, 일 실시예를 따르면, 본 발명의 유도 가열 장치는 예를 들어 회전하는 회전자의 평형을 검출하기 위한 평형 검출 수단에 의해 제공될 수 있다. 평형 검출 수단은 예를 들어 휠 평형 장비(wheel balancing machines)에서 사용된 것과 유사할 수 있다. 그러므로, 평형 검출 수단은 평형 및/또는 비평형을 나타낼 수 있고 심지어 추가될 평형 카운터 웨이(balance counter weigh)의 무게 및 위치를 결정할 수 있다.

게다가, 일 실시예를 따르면, 본 발명의 유도 가열 장치는, 예를 들어 자석들을 지닌 회전자가 회전될 때 예를 들어 자속(magnetic flux)의 규칙성(regularity)을 검출하기 위한 자속 검출 수단에 의해 제공될 수 있다. 자속 검출 수단은 회전시 회전자의 각 자석의 자속을 유용하게 검출한다. 자석이 예를 들어 탈자기화(demagnetized)되면, 이상적인 작용이 발생될 수 있는데, 이는 유도 루프로부터 유도된 전류로부터 결정될 수 있다(자석들이 어떤 문제가 있을 때 유도된 전류가 더이상 규칙적으로 작용하지 않는다). 검출이 어떤 이상적인 작용을 드러내면, 이것이 표시된다. 자속 검출 수단은, 예를 들어 자석들이 근접하여 이동함으로써 전류가 유도되는 유도 루프를 포함할 수 있다.

또한, 일 실시예를 따르면, 본 발명의 유도 가열 장치는 회전자와 가열될 물체 사이의 거리를 검출하기 위한 거리 검출 수단에 의해 제공될 수 있다. 거리 검출 수단은, 상기 거리가 특정 임계값 이하이면 회전자의 회전을 나타내거나 정지시키도록 적응될 수 있는, 예를 들어, 레이저 방출 및 수신 수단으로 구현될 수 있다. 물체와 회전자 사이의 거리가 열 팽창으로 인해 물체 가열 중에 짧아질 수 있다는 점에 유의하여야 한다.

또한, 일 실시예를 따르면, 본 발명의 유도 가열 장치는 특히 동작중 회전자 및/또는 고정자를 냉각시키도록 적용되는 냉각 소자에 의해 제공될 수 있다. 냉각 소자는 통상의 기술자에게 공지된 예를 들어 윙(wing) 또는 냉각 채널 도관 또는 경로 등일 수 있다.

본 발명의 유도 가열 방법에 따르면, 예를 들어 신장된(elongated) 금속 물체를 가열하기 위하여 2가지 작업이 동시에 수행될 수 있다. 본 실시예에서, 영구 자석들은 가열되는 물체 주위에서 회전될 수 있으며, 동시에 물체 및 자석들은 원하는 길이방향 온도 분포를 물체로 유도하기 위하여 신장된 물체의 길이방향으로 서로에 대해서 이동될 수 있다. 이 방식으로, 물체의 맨 앞 단부는 타 단부와 상이한 온도를 가질 수 있다. 이는 예를 들어 압출성형 공정에서 유용하며, 여기서 물체의 맨 앞 단부는 마지막 단부 보다 통상적으로 뜨거워야 한다. 이는 물체가 압출성형될 때 온도를 증가시키기 때문이다.

회전하는 자석들 및 신장된 물체가 서로에 대해서 이동하는 것은 다양한 방식으로 수행될 수 있지만, 자석들이 원위치에서 회전되고 가열될 물체는 적절한 전달 장치에 의해 예를 들어 회전하는 자석들 또는 다른 종류의 자계에 의해 형성된 원(circle)을 통해서 이동된다. 일정한 속도로 이동할 수 있음으로 인해, 물체는 등온적으로 가열될 것이다. 전달 속도가 가속되면, 물체의 헤드는 점점 달궈지고 감속되면서 물체의 테일이 달궈진다. 또한, 금속 물체의 전달 속도만을 적절하게 변경시킴으로써 더욱 가변하는 온도 분포를 이룰 수 있다.

가열될 물체 주위에서 회전하는 자석들은 강한 토크 또는 다른 힘들을 물체에 가함으로써, 하나의 회전 자기 회로로 물체를 가열할 때 물체는 강하게 유지되어야 한다. 따라서, 본 발명의 유용한 실시예에서, 적어도 2개의 회전하는 영구 자기 회로들이 사용되는데, 이는 예를 들어 가열될 물체의 길이방향으로 서로 이격되어 배치되고 회전 방향은 물체에 가해지는 토크 또는 다른 힘들을 보상하기 위하여 가변된다. 이는 동일하거나 상이한 회전 속도로 대향하는 방향으로 회전되는 예를 들어 2개 이상의 유사한(또는 상이한) 자기 회로들을 이용할 수 있다.

또한, 본 발명의 이점은 가열될 물체의 길이방향으로 사용될 자기 회로들의 영향의 유효 면적은 금속 물체의 길이에 비해서 작은데, 예를 들어 금속 물체의 길이의 최대 20%이다는 것이다. 그 결과, 자석들은 반드시 균일하게 금속 물체를 가열할 필요는 없지만, 가변하는 온도 프로파일은 금속 물체내에서 성취될 수 있는데, 예를 들어, 말단부에서 보다 중간 부분에서 더 뜨겁다.

본 발명의 실시예에 따른, 물체를 가열하기 위한 예시적인 유도 가열 장치는 영구 자석들이 부착된 회전가능한 원이 제공된 중심 홀을 구비한다. 유도 가열 장치는 물체를 홀에 지지시키기 위한 지지 장치를 더 포함함으로써 자기 회로를 오프(off)시키는데, 이는 자기 회로를 터치하지 않고 원의 회전축에 더욱 평행하게 되는 것을 의미한다. 이 장치는 금속 물체로 원하는 길이방향 온도 분포로 유도하기 위한 홀을 통해서 제어되는 물체를 이동시키기 위한 전달 소자를 더 포함한다.

본 발명의 장치에서 가열될 금속 물체로서, 예를 들어 특정 프로파일로 압출성형되기 전 적절한 온도로 가열되는 예를 들어, 알루미늄, 구리 또는 스테인레스 스틸의 빌렛 또는 봉(bar)일 수 있다. 또한, 전자기 유도를 통해서 가열하는데 적합한 다른 물체들은 본 문헌에 개시된 본 발명의 장치들로 가열될 수 있다. 전자기 유도를 통해서 가열되도록 하는데 적합하도록 하기 위하여, 물체는 금속 또는 예를 들어 탄소 섬유들과 같은 전기 전도 재료를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 본 문헌에 개시된 본 발명의 장치들에 사용되는 영구 자석들은 네오디뮴(Nd), 철(Fe), 및 붕소(B)를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명을 따른 방법 및 장치들은 종래 기술에 비하여 상당한 이점들을 갖는다. 우선, 고정자에 의해 발생된 가변 자계에서 상기 회전자를 회전시키고 가열될 물체 내에서 와전류를 유도하기 위하여 회전자의 자석들이 사용되기 때문에 장치를 제조하는데 있어 더 적은 양의 재료를 사용함으로 경제적인 비용 절감을 성취할 수 있다. 게다가, 가열될 물체 내에서 와전류를 발생시키기 위하여 회전하는 자석들 및/또는 물체에 추가적인 모터 또는 구동 장치들이 필요로 되지 않기 때문에 장치들을 더욱 간단하게 할 수 있다. 게다가, 유도 가열의 동작 효율은 원리적으로 예를 들어 오븐에 의해 물체를 가열하는 것보다 훨씬 더 높기 때문에, 본 발명의 유도 가열 장치들로 물체를 가열하기 시작할 때, 훨씬 더 경제적인 비용 절감을 달성할 수 있다.

게다가, 본 발명을 따르면, 신장된 금속 물체들과 같은 다양한 물체들은 개별적으로, 균일하게, 그리고 정확하게 원하는 온도로 가열될 수 있거나 원하는 온도 분포를 갖는다.

이하에, 본 발명이 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예들이 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 예시적인 장치의 원리를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 예시적인 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 2개의 회전자들을 갖는 또 다른 예시적인 장치의 원리를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 적어도 2개의 물체들을 가열하기 위한 2개의 회전자들을 갖는 또 다른 예시적인 장치의 원리를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 부가적인 예시적인 장치의 원리를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 부가적인 예시적인 장치를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 장치를 따른 전자기 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 부가적인 예시적인 장치를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 2개의 회전자들을 갖는 부가적인 예시적인 장치의 원리를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 예시적인 장비의 원리를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 예시적인 평행하지 않은 자계의 원리를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 2개의 회전자를 갖는 예시적인 장치의 원리를 도시한 도면이다.
도 12a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 2개의 평행하지 않은 회전자들을 갖는 예시적인 장치의 원리를 도시한 도면이다.
도 12b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 2개의 평행하지 않은 회전자들을 갖는 또 다른 예시적인 장치의 원리를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 예시적인 회전자를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 중심 홀을 갖는 예시적인 장치를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 중심 홀을 갖는 2 개의 회전자들을 갖는 예시적인 장치를 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 중심 홀을 갖는 예시적인 장치를 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 부가적인 회전자를 갖는 예시적인 장치를 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 유도 가열 수단에 전력을 공급하기 위한 예시적인 구동 장비를 도시한 도면이다.
도 19는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 유도 가열 장치를 갖는 예시적인 랙 장비(rack arrangement)를 도시한 도면이다.
도 20은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 유도 가열 장치를 갖는 예시적인 하우징 장비를 도시한 도면이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체(10)를 가열하기 위한 예시적인 장치(100)의 원리를 도시한다. 이 장치(100)는 바람직하게는 다수의 영구 자석들(103)를 구비한 회전자(101) 및 가변 자계를 제공하기 위한 고정자(102)를 포함한다. 고정자(102)에 의해 제공되는 자계는 회전자(103)의 적어도 한 자석(103)과 상호 작용하도록 배치됨으로써, 상기 회전자(101)를 축(104)에 대해서 회전시키도록 한다.

상기 물체가 상기 가변 자계 및 와전류에 의해 발생되는 전자기 유도에 의해 가열되도록 상기 회전자(101)가 회전될 때, 상기 회전자(101)의 적어도 하나의 자석(103)은 물체(10) 내에서 가변 자계 및 와전류를 제공하도록 배치된다. 본 발명의 바람직한 실시예를 따르면, 물체(10) 내에서 가변 자계 및 와전류를 제공하기 위하여 회전자(101)의 자석(103)은 고정자(102)에 의해 제공되는 가변 자계와 상호 작용하여 상기 회전자(101)를 회전시키기는 것과 같이 된다.

구조적으로 매우 간단한 유도 가열 장치(100)는 상기 자석(103)이 회전자를 회전시키면서 물체 내에서 가변 와전류를 유도하기 위하여 사용될 때 성취될 수 있다. 예를 들어, 벨트 기어, 기어 휠 또는 전달 샤프트와 같은 상기 회전자를 회전시키기 위한 부가적인 구동 메커니즘이 필요로 되지 않는데, 이는 명백한 이점이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체(10)를 가열하기 위한 예시적인 장치(100)를 도시하는데, 여기서 고정자(102) 및 회전자(101)는 하우징(110) 내에서 캡슐화되어 있다. 일 실시예를 따르면, 하우징은 금속으로 이루어질 수 있고, 따라서 회전자(101)의 자석들에 의해 유도된 자계, 즉 물체를 유도적으로 가열하기 위하여 사용되는 자계들을 특히 물체(10)의 방향으로 왜곡시키지 않도록 하우징을 배치하는 것이 중요하다. 회전자 및/또는 고정자를 냉각시키기 위하여, 하우징(10)은 통상의 기술자에게 공지된 냉각 핀, 방열 리브(radiating rib), 윙 또는 다른 냉각 수단, 예를 들어, 도관과 같은 냉각 소자(107)를 더 포함한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체(10)를 가열하기 위한 2개의 회전자들(101a, 101b)을 갖는 또 다른 예시적인 장치(100)의 원리를 도시한다. 도 3에 도시된 장치(100)는 각 회전자(101a, 101b)용 고정자(102a, 102b)를 포함한다. 다수의 영구 자석들을 구비한 2개의 회전자를 갖는 장치는 물체 내의 와전류를 더욱 강력하게 유도하고 물체는 하나의 회전자 또는 몇 개의 자석들을 이용하는 것보다 더욱 효과적으로 가열된다.

제1 회전자(예를 들어, 101a)가 제1 고정자(예를 들어, 102a)에 의해 제공되는 가변 자계에 의해 회전되도록 하고, 제2 회전자(예를 들어, 101b)용 회전력이 예를 들어 벨트 기어 등과 같은 구동 메커니즘에 의해 전달되도록, 장치(100)는 2개의 회전자(101a, 101b) 모두를 회전시키기 위한 단지 하나의 고정자(예를 들어, 102a)를 포함하도록 수정될 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 구동 메커니즘은 제1 고정자(102a)에 의해 유도되는 가변 자계에 의해 회전되는 제1 회전자(101a)로부터 회전력을 전달하는 것이 바람직하다.

또한, 적어도 하나의 부가적인 회전자(101a)는 본 문헌의 그 외 다른 곳에 도시된 바와 같이 물체로 유도된 힘들을 보상하기 위하여 장치(100)의 적어도 하나의 다른 회전자(101b)와 다른 방향으로 회전하도록 배치될 수 있다는 점에 유의하여 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 적어도 2개의 물체(10a, 10b)를 가열하기 위한 2 개의 회전자(101a 및 101b)를 구비한 또 다른 예시적인 장치(100)의 원리를 도시한다.

예를 들어, 도 1 내지 4에 의해 도시된 장치(100)에서, 자석들(103)을 구비한 회전자(101) 및 고정자(102)는, 물체(10)를 가열할 때 자석들(103)을 구비한 회전자(101)가 실질적으로 가열될 물체(10)와 고정자(102) 사이에 위치하도록 배치된다. 특히 가열이 물체의 표면에서 더욱 균일하게 분포되도록, 물체는 축방향 또는 길이방향 축(105) 대해서 회전될 수 있다. 게다가, 본 문헌의 다른 곳에서 설명된 바와 같이 가열될 물체의 양 단부 사이의 온도 분포를 달성하기 위하여, 물체는 길이방향 축의 축방향(106)으로 이동될 수 있다. 이는 또한 별도로 언급되지 않더라도 본 발명의 다른 도면들과 관련하여 설명되는 장치들 및 실시예들에 적용될 것이다.

도 5, 6, 및 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체(10)를 가열하기 위한 부가적인 예시적인 장치(200)의 원리를 도시한다. 이 장치(200)는 또한 고정자(102) 및 영구 자석(103, 103a, 및 103b)을 구비한 회전자(101)를 포함하지만, 예를 들어, 고정자(102) 및 회전자(101)의 상대 위치들이 장치(100)와 상이하다. 이 장치(200)에서, 고정자(102)는 가열될 물체(10)(축(104) 방향으로)가 아니라 실질적으로 회전자(101)의 동일 측에 배치되도록 배치된다. 이는 부가적인 이점을 제공하는데, 즉 장치(200)가 장치(100)보다 훨씬 더 콤팩트하게 될 수 있다.

가열될 물체(10)를 위한 충분한 공간을 만들기 위하여, 고정자는 회전자 표면의 세그먼트만이 전자기적으로 및/또는 물리적으로 커버하도록 배치된다. 축(104) 방향에서 볼 때, 고정자에 의해 커버되는 회전자 표면의 세그먼트는 고정자를 향하여 마주보는 회전자의 전체 표면보다 적게 된다. 이는 특히, 도 6 및 7에서 명백하게 알 수 있다.

고정자(102)에 의해 발생되는 자계는 반드시 회전 자계일 필요는 없고, 일부 다른 방식으로 가변 자계가 된다는 것을 도 6으로부터 명확히 알 수 있다. 그러나, 자계는 가변하도록 배치될 수 있고, 따라서 고정자가 완전히 원이 아니거나 또는 회전자의 표면만을 커버할 지라도, 이는 회전자(101)가 축(104)에 대해서 회전되도록 한다. 게다가, 고정자뿐만 아니라 회전자(101)는 바람직하게는 하우징(202)으로 적어도 부분적으로 커버된다.

게다가, 장치(200)는 바람직하게는, 실질적으로 고정자(102)를 향하여 마주보는 면의 대향하는 면에서(축(104) 방향으로) 회전자(101)의 자석(103, 103a, 103b)의 자기 회로를 자기적으로 단락시키기 위한 단락 수단(201)(예를 들어, 도 5 및 도 8)을 포함한다. 단락 수단(201)은 바람직하게는 철(Fe) 또는 자석 스틸과 같은 연자성체를 포함한다. 단락 수단(201)은 이점을 갖는데, 그 이유는 물체(10)의 면에서 자석(103)의 자계를 강화시켜 물체(10) 내에서 와전류를 유도하는 유도 자계가 훨씬 더 유효하게 되기 때문이다. 게다가, 단락 수단(201)은 또한 회전자(101)의 기계적인 구조를 강화시킨다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체(10)를 가열하기 위한 자석(103a, 103b)을 구비한 2개의 회전자(101a, 101b)를 지닌 또 다른 예시적인 장치(300)의 원리를 도시한다. 이 장치(300)는 예를 들어 도 5 내지 7에 도시된 장치(200)와 유사한 실시예를 따르지만, 이 장치(300)는 바람직하게는 회전자(101a, 101b) 둘 다를 회전시키는데 사용되는 단지 하나의 고정자 유닛(102)을 포함한다. 이는, 도 8에 도시된 바와 같이 고정자(102)가 회전자들(101a, 101b) 사이에 배치될 때 가능하다. 도 8의 실시예는 부가적인 이점들을 갖는데, 즉 이 장치(300)는 훨씬 더 콤팩트하고 더욱 효과적이다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체(10)를 가열하기 위한 예시적인 장비(400)의 원리를 도시한다. 이 장비는 본 문헌의 다른 곳에 예시된 유도 가열 장치들의 회전자(들)(101) 및 고정자(들)(102)를 지지하기 위한 베이스(401)를 포함한다. 이 지지체는, 예를 들어, 엑슬(axel)(104)을 통해서 구현될 수 있다.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체(10a, 10b)를 가열하기 위한 회전자(101a, 101b)에 의해 유도되는 예시적인 비평행 자계의 원리를 도시한다. 비평행 자계는(도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이) 예를 들어 원추형 회전자(들)(101a, 101b) 또는 예를 들어 서로에 대해서 각을 이뤄서 배치된 2개 이상의 회전자로 달성될 수 있다. 이는 부가적인 이점들을 제공하는데, 즉 서로 다른 크기를 물체(10a, 10b)가 효과적으로 가열되는데, 그 이유는 이들 둘 물체가 회전자(들)와 인접하여 배치될 수 있기 때문이다.

도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체를 가열하기 위한 2개의 회전자(101a, 101b)를 구비한 예시적인 장치의 원리를 도시한 도면인데, 여기서 하나의 고정자(102)는 회전자(101a, 101b) 둘 다를 회전시키기 위하여 사용된다. 도 11에 도시된 실시예를 따르면, 회전자들은 서로 다른 축 에 대해서 회전된다. 게다가, 고정자(102) 및 회전자(101a, 101b)가 도 11에 도시된 바와 같이 배치될 때, 회전자(101a, 101b)들은 서로 다른 방향으로 회전되어, 부가적으로 물체에서 유도되는 힘을 보상할 수 있으며, 여기서 한 방향은 시계 방향이고 다른 한 방향은 시계 반대 방향이다.

도 12a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체(10)를 가열하기 위한 2개의 비평행 회전자(101a, 101b)를 구비한 또 다른 예시적인 장치(500)의 원리를 도시한다. 이 장치는 바람직하게는 회전자(101a, 101b) 둘 다를 회전시키기 위한 단지 하나의 고정자 유닛(102)만을 포함한다. 이 장치(500)는 콤팩트한 크기 및 서로 다른 크기를 갖는 다수의 물체들을 효율적으로 가열할 수 있는 것과 같은 이점을 제공한다.

도 12b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 적어도 하나의 물체(10a, 10b)를 가열하기 위한 2개의 비평행 회전자(101a, 101b)를 구비한 또 다른 예시적인 장치(600)의 원리를 도시한다. 이 장치(600)는 바람직하게는 각 회전자(101a, 101b)를 위한 자체 고정자(102a, 102b)를 포함한다. 이는 고 전력 및/또는 토크가 필요로 될 때 또는 각 회전자(101a, 101b)가 예를 들어 다른 이유들로 서로에 독립적으로 회전될 필요가 있을 때 유용하다. 게다가, 회전자(101a, 101b)가 비평행할 때, 이 장치는 서로 다른 직경을 갖는 물체(10a, 10b)를 가열시킨다.

도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 물체를 전자기 유도를 통해서 가열하기 위한 예시적인 회전자(101) 및 장치(650)를 예시하며, 상기 회전자가 물체에 근접하여, 가령 물체 옆에서 회전될 때, 가변 자계 및 와전류를 가열될 물체(10) 내에 제공하도록 배치된 적어도 하나이나 바람직하게는 다수의 영구 자석(103)을 포함하여, 상기 물체(10)는 가변 자계 및 와전류에 의해 발생된 전자기 유도에 의해 가열된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 회전자(101)의 적어도 하나의 영구 자석(103)이 상기 회전자를 회전시키기 위해 고정자에 의해 제공되는 가변 자계와 상호 작용하도록 배치된다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 회전자의 상기 적어도 하나의 자석은, 상기 물체가 상기 가변 자계 및 와전류에 의해 발생되는 전자기 유도에 의해 가열되도록, 상기 고정자에 의해 제공된 가변 자계에 의해 상기 회전자가 회전될 때 가변 자계 및 와전류를 물체 내에 제공하도록 배치된다.

그러나, 본 발명의 예시적인 실시예에서, 도 13의 회전자(101)는 직접적으로 모터(651)에 의해서 또는 모터(651)로부터 회전력을 전달하는 샤프트 또는 벨트 기어와 같은 구동 수단(901)을 통해서 회전될 수 있다. 이 장치(650)는 예를 들어, 모터(651)에 의해 회전된 다수의 회전자(101)를 포함할 수 있음을 유의하여야 한다.

도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 물체(10)를 전자기 유도를 통해서 가열하기 위하여 중심 홀(701)을 구비한 예시적인 장치(700)를 예시한다. 이 장치(700)에서 회전자(101)가 고정자(102) 및 회전자(101)의 공통축에 대해서 회전되도록 배치된다. 고정자 및 회전자의 축은 바람직하게는, 적어도 부분적으로 가열될 물체(10)를 수용하도록 적용된 중앙 홀(701)(중공축)을 포함한다.

이 장치(700)에서, 영구자석(103a, 103b)은 바람직하게는 회전자(101)에 부착된다. 그러나, 이 장치(700)에서, 회전자(101)가 "신장된(elongated)" 회전자(고정자에 의해 발생된 가변 자계 외부에서 적어도 부분적으로 신장됨)일 수 있어서, 자석(103a)의 적어도 일부가 고정자를 회전하는 데 사용되고 자석(103b)의 적어도 일부가 가열될 물체(10) 내에 와전류를 유도하는 데 사용됨을 알 수 있다. 그러나, 장치(700)의 고정자 및 회전자 모두 중앙 홀(701)이 설치된다.

이 장치(700)는 물체(10)를 홀(701)에 대해 지지시키기 위한 지지 장치(702)를 더 포함함으로써 자기 회로를 오프(off)시키는데, 이는 자기 회로 또는 회전자 또는 자석을 터치하지 않고 실질적으로 원의 회전축에 평행하게 되는 것을 의미한다. 이 장치(700)는 금속 물체로 원하는 길이방향 온도 분포를 유도하기 위한 홀(701)을 통해서 제어되는 물체를 이동시키기 위한 전달 수단(703)을 더 포함할 수 있다. 또한, 물체의 방사 방향 및 표면에서 균일한 온도 분포를 가능하게 하기 위하여, 이 전달 수단은 가열될 물체(10)를 길이방향 축에 대해 회전시키도록 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 지지 장치(702)의 기능은 가열될 물체(10)를 운반 및 지지하고 이동시키거나 물체(10) 주위에서 회전하는 자기 회로의 중앙 홀(701)을 통해 물체(10)를 이동시킨다. 일 실시예에서, 지지 장치(702)는 가열될 물체(10)의 양단에 부착되는 홀딩(holding) 수단(704)을 포함한다. 그 결과 물체(10)는 양단으로부터 지지된다. 이러한 연결에서 지지한다는 것은 물체를 이송하는 것만을 의미하는 것이 아니라 홀딩 수단(704)에 의해 장력으로 단단하게 지지하는 것이어서, 물체(10)가 자기 회로(103a, 103b)의 회전으로 인해 회전할 수 없거나 뒤틀려질 수 없다.

다른 실시예에서, 지지 장치(702)는 가열될 물체의 일 단부에만 부착될 브라켓 또는 홀딩 수단을 포함하고, 그들에 의해 물체가 자기 회로로 이동된다.

바람직하게는, 전달 수단(703)은 전원 장치, 및 그것에 연결된 적절한 제어 장치를 포함하는데, 이 제어 장치에 의해 물체는 홀을 통해 그렇지 않으면 자계 내에서, 예를 들어, 소정의 정속도 또는 가변 속도로 제어가능하게 이동될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 물체의 이동은 한 방향 또는 앞뒤로 한번만 또는 앞뒤로 여러번 발생할수 있고 또한 그 이동은 회전 이동(가열될 물체를 물체의 길이방향 축에 대해서 회전)일 수 있다.

물체(10)의 주위에서 회전하는 자기 회로(103a, 103b)는 물체에 통상적으로 강한 토크를 발생시켜 물체(10)를 뒤틀리게 할 수 있다. 그러므로, 장치(700)는 도 15에 도시된 바와 같이, 적어도 2가지 구성요소, 즉 중앙 홀 및 동심 회전가능한 회전자(101a, 101b)가 제공된 정자기 회로(constant magnetic circuit)를 포함한다. 서로 다른 자기 회로(103a, 103b)가 대향 방향으로(동일하거나 또는 다른 속도로) 적절하게 회전될 때, 예를 들어 유도와 관련하여 가열될 물체(10)에 가해지는 토크 또는 다른 힘들이 제거될 수 있다.

도 16은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 물체(10)를 전자기 유도를 통해서 가열하기 위하여 중심 홀(701)을 구비한 예시적인 장치(800)를 예시한다. 물체(10)는 홀(701) 내로 도입되어 영구 자석(101a, 101b)을 갖는 회전자(101)가 물체(10)에 대해 회전한다. 가변 자계를 통해서 상기 회전자를 회전시키기 위하여 사용된 고정자(102)는 회전자(101) 주위에서 배치되어, 고정자(102)에 의해 유도된 가변 자계가 회전자의 영구 자석(103a, 103b)에 의해 영향을 받고 고정자(101)를 회전시킨다. 가열될 물체의 축방향 축이 고정자 또는 회전자의 축방향 축과 공통으로 될 필요가 없다는 점에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 종래의 전기 모터(가령 2-극 코일로 된)는 그 회전자를 본 발명의 회전자(101)로 대치함에 의해 변형될 수 있고, 여기서 회전자의 코어(701)는 중공인 것이 바람직하다. 또한, 회전자(101)의 영구 자석(101a, 101b)이 회전자(고정자(102)에 의해 제공된 가변 자계와 상호작용)를 회전시키고 가열될 물체(10) 내에서 와전류를 유도하기 위해 바람직하게는 동일하게 적용된다.

도 17는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 물체(10)를 전자기 유도를 통해서 가열하기 위하여 추가된 회전자(101b)를 구비한 예시적인 장치(900)를 예시한다. 이 장치(900)는 바람직하게는, 회전자(101a)를 회전시키는 단지 하나의 고정자(102a)를 포함하며, 본 문헌의 다른 곳에서 논의된 바와 같이 물체(10a)를 가열하는데 사용된다. 이 장치(900)는 바람직하게는, 본 문헌의 다른 곳에서 논의된 바와 같이 또 다른 물체(10b)를 가열하기 위하여 영구 자석(103)을 구비한 부가적인 회전자(101b)를 포함한다. 회전력과 이에 따른 제2 회전자(101b)의 회전이 벨트 기어 등과 같은 구동 메카니즘(901)을 통해서 배치된다. 이 구동 메카니즘은 바람직하게는, 고정자(102)에 의해 유도된 가변 자계에 의해 회전되는 제1 회전자(101a)로부터 회전력을 전달한다. 회전자(101b)는 가열될 물체(10b)가 도입될 수 있는 중심 홀을 포함할 수 있고(도 15 및 16에 도시된 바와 같이), 또는 회전자가 본 문헌의 다른 곳에서 도시된 회전자(예를 들어, 도 9에서)들과 같이 될 수 있다.

도 18은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 고정자(102)와 같은 유도 가열 수단에 전원을 공급하는 예시적인 구동기 장비(1000)를 예시한다. 이 유도 가열 수단은 바람직하게는, 고정자(102)와 적어도 하나의 회전자를 포함하며, 상기 회전자를 회전시키는 회전력은 본 문헌의 다른 곳에서 설명했듯이 고정자에 의해 발생된다. 회전자의 회전은 상기 고정자에 의해 제공된 가변 자계에 의해 바람직하게 유도되는 데, 이 회전자는 물체를 유도적으로 가열하기 위해 적어도 하나의 자석을 회전시키도록 배치된다.

구동기 장비(1000)는 상기 고정자에 의해 제공된 가변 자계를 거쳐 회전자의 회전을 시동시키고 가속시키는 가변 주파수 구동기 및/또는 다이렉트 온 라인(direct on line) 스타터(DOL, 소프트 스타터)를 구비한다. 자석을 구비한 회전자(또는 일부 실시예에서는 다수의 회전자)는 수십 또는 수백 킬로그램이 나가고 큰 관성 모멘트를 가질 수 있어, 자석을 구비한 회전자를 처음에 가속하고 나중에(회전자가 원하는 속도로 회전할 때) 가열될 물체 내의 와전류를 유도하는 회전자(들)의 자계로 가열될 물체를 유도하는 것이 더 효율적이다.

이는 회전 에너지가 가열될 물체를 도입하기 전 회전자(들)의 각 모멘텀에 저장될 수 있기 때문에 유용한데, 이는 회전자(들) 내로 반력(reversing force)을 발생시킨다. 이 장치가 물체없이 시동되고 가속될 때, 물체가 이미 자석 근처에 배치될 때 최소한의 전력만을 공급할 필요가 있다. 게다가, 가변 주파수 드라이브 및/또는 다이렉트 온 라인 스타터(DOL, 소프트 스타터)(1001)에 의해 필요로 되는 정격 출력(nominal power)은 동작시 단지 본 발명의 유도 가열 장치의 최대 전력 분율(전형적으로 단지 10 내지 15%)이라는 점에 유의하여야 한다.

구동기 장비(1000)는, 바람직하게는 회전자의 회전을 가속 후 및 바람직하게는 상기 회전자에 의해 회전되는 상기 적어도 하나의 자석에 의해 제공되는 가변 자계 및 유도 가열하에서 가열될 상기 물체를 도입하기 전, 고정자(102)를 전기적으로 전기 네트워크(103)(이에 따라서, 그리드 주파수에 대해서, 50 내지 60 Hz의 그리드)에 연결시키기 위한 스위칭 수단(1002)을 또한 포함한다. 적절한 스위칭 수단(1002)을 사용함으로써, 이 장치의 효율의 높은 계수가 성취될 수 있는데, 그 이유는 가변 주파수 드라이브는 전력의 약 2%를 소비하기 때문이다.

물체가 회전 자석에 의해 발생되는 자계로 도입될 때, 토크 및 부하 및 이에 따라서 공급에 필요로 되는 전력이 증가됨으로써, 전력은 예를 들어 전기 네트워크로부터 직접적으로 공급받는다. 구동기 장비(1000)를 이용하는 본 실시예에 의하면, 더욱 강력하고 효율적인 유도 가열 장치가 달성될 수 있다.

예를 들어, 500 kW 유도 가열 장치는 500 kW 모터/고정자(0.5X로 알려진 기계적인 비용) 및 500 kW 가변 주파수 드라이브(VFD, 모터와 거의 동일한 비용(0.5X ))에 의해 구동되면, 모터 + VFD의 총 기계적인 비용은 약 0.5X + 0.5X = X가 된다.

모터를 시동 및 구동시키기 위한 본 발명을 따른 또 다른 옵션은 500kW 다이렉트 온라인 스타터(DOL, 소프트 스타터)를 사용하는 것인데, 이 비용은 VFD 비용의 약 40%(0.4×0.5X = 0.2X), 즉, 총 시스템의 기계적인 비용은 약 0.5X + 0.2X = 0.7X(즉, 본 실시예의 비용은 모터 + 전체 크기 VFD의 비용보다 30%만큼 저렴하다)이다.

도 18에 도시된 본 발명의 실시예를 이용함으로써, 유도 가열 장치는 단지 50kW(약 0.02X의 기계적인 비용)의 및 500 kW의 전력(약 0.05X의 비용)을 취급할 수 있는 부가적으로 별도의 스위칭 수단(릴레이, 컨택터, 등)을 가질 수 있는데, 이는 본 실시예에서 약 0.5X + 0.02X + 0.05X = 0.57X(즉, 본 실시예의 기계적인 비용은 최초 제공된 것보다 약 43%만큼 저렴하다)의 총 기계적인 비용을 제공한다.

따라서, 본 발명을 따른 구동기 장비(1000)는 전기 비용을 상당히 절감시킨다는 것이 명백하다.

도 19는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전자기 유도를 통해서 물체(10)를 가열하기 위한 유도 가열 장치를 갖는 예시적인 베이스 장비(1100) 도시한다. 베이스(1100)는 본 문헌의 다른 곳에서 언급된 유도 가열 장치의 회전자(101a, 101b) 및 고정자(들)(102)를 지지하기 위하여 사용된다. 지지는 예를 들어 액슬(104)을 통해서 구현될 수 있다. 베이스 장비(1100)는 도 19에 도시된 장비(900)와 매우 유사하다.

이 장비(1100) 뿐만 아니라 도 9에 도시된 장비(900)는 도 20에 도시된 바와 같이 하우징 장비(1200)로 제공될 수 있다. 하우징은 사용자를 물리적으로뿐만 아니라 유도 가열 장치에 의해 발생된 자계로부터 보호한다. 게다가, 이 하우징은 또한, 예를 들어 원치않는 물체들이 유도 가열 장치에 근접하여 도입되는 것을 방지함으로써 하우징 내부의 유도 가열 장치를 보호한다.

게다가, 본 발명의 실시예를 따른, 장치 또는 장비는 바람직하게는, 유도 가열 장치의 근처(가령, 가열될 물체(10)를 유도 자계로 도입시키는 부분 또는 개구(1202) 근처)에 배치된 자기 필터링 수단(1201)을 포함한다. 이 자기 필터링 수단(1201)은 바람직하게는, 장치 근처 또는 이 장치의 개구(1202)에서 실질적으로 어떤 유리된 입자들(loose particles)을 자기적으로 포획하도록 적용되어, 입자들이 상기 고정자, 회전자 및/또는 특히 상기 회전자의 자석의 접촉부에서 드리프트(drift)되는 것을 방지한다.

본 발명의 실시예를 따르면, 이 장치는 또한 회전시 회전자의 평형을 검출하기 위한 평형 검출 수단(1101) 및 평형/비평형을 나타내기 위한 표시 수단을 포함할 수 있다. 평형 검출 수단은 회전자가 회전되는 둘레의 축에 연결되어 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예를 따르면, 이 장치는 또한 회전시 회전자의 각 자석의 자속을 검출하기 위한 자속 검출 수단(1102)을 포함할 수 있다. 자속 검출 수단(1102)은 예를 들어 유도 루프일 수 있다. 게다가, 이 장치는 자속 표시가 어떤 이상적인 작용을 드러내는지를 나타내기 위한 표시 수단을 포함할 수 있다.

게다가, 본 발명의 실시예를 따르면, 이 장치는 또한 회전자(101a, 101b)와 가열될 물체(10) 사이의 거리를 검출하기 위한 거리 검출 수단(1103)을 포함할 수 있다.

본 발명은 상술된 실시예들을 참조하여 앞에서 설명되었고 본 발명의 여러 가지 장점들이 명백하게 되었다. 본 발명은 이들 실시예들로만 제한되지 않을 뿐만 아니라 이하의 특허 청구범위를 통해서 본 발명의 원리 및 범위 내에서 모든 가능한 실시예들을 포함한다.

10 물체
101 회전자
102 고정자
103a, 103b 자석

Claims

전자기 유도에 의한 물체 가열 장치에 있어서,
상기 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치는:
- 적어도 하나의 영구 자석을 포함하는 적어도 하나의 회전자; 및
- 상기 회전자의 적어도 하나의 자석과 상호작용하도록 배치된 가변 자계를 제공하여 상기 회전자를 회전시키도록 하는 고정자를 포함하며,
상기 회전자의 적어도 하나의 자석은, 상기 회전자가 회전될 때 상기 물체 내에서 가변 자계 및 와전류를 제공하도록 배치됨으로써, 상기 물체가 상기 가변 자계 및 와전류에 의해 발생되는 전자기 유도에 의해 가열되도록 하는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 회전자의 적어도 하나의 자석은
a) 상기 물체 내에서 가변 자계 및 와전류를 제공하고
b) 상기 고정자에 의해 제공되는 상기 가변 자계와 상호작용시키기 위한 것인, 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 고정자는 회전자 표면의 세그먼트(segment)를 전자기적으로 및/또는 물리적으로 커버하도록 배치되며, 상기 회전자 표면의 상기 세그먼트는 상기 고정자와 대향하는 상기 회전자 표면의 전체 표면적 보다 적은, 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치.
청구항 1 내지 청구항 3중 어느 한 항에 있어서,
상기 고정자 및 상기 가열될 물체는 상기 회전자의 동일한 면에 배치되는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치.
청구항 1 내지 청구항 4중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치는 적어도 하나의 자석을 구비한 적어도 하나의 부가적인 회전자를 포함하며, 상기 부가적인 회전자의 적어도 하나의 자석은 상기 전자기 유도에 의해 적어도 하나의 물체를 가열하기 위하여 사용되는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치.
청구항 5에 있어서,
적어도 하나의 상기 부가적인 회전자는 상기 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치의 적어도 하나의 다른 회전자와 다른 방향으로 회전하도록 배치되는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치.
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
상기 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치는,
a) 상기 부가적인 회전자를 회전시키기 위한 회전력을 제공하기 위하여 벨트 기어와 같은 구동 수단으로서, 상기 회전력은 상기 고정자에 의해 유도되는 상기 가변 자계에 의해 회전되는 상기 회전자로부터 도출되는, 상기 구동 수단; 또는
b) 상기 부가적인 회전자를 회전시키기 위하여 사용되는 부가적인 고정자
중 어느 하나를 포함하는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치.
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
상기 고정자는 2개의 상기 회전자들 사이에 적어도 부분적으로 배치되는(도 8), 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치.
청구항 4 및/또는 8에 있어서,
연자성체(soft magnetic material)를 포함하는 수단이 상기 고정자와 실질적으로 마주하는 면의 대향 면에 상기 회전자의 상기 자석의 자기 회로를 자기적으로 단락시키기 위하여 사용되는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치.
청구항 1 내지 청구항 9중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전자는 원추형 회전자인, 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치.
청구항 1 내지 청구항 3중 어느 한 항에 있어서,
상기 자석을 구비한 상기 회전자는 실질적으로 상기 가열될 물체와 상기 고정자 사이에 배치되는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 어느 한 항 및/또는 청구항 5에 있어서, 청구항 4에 따르지 않을 때,
상기 회전자는 상기 고정자 및 상기 회전자의 공통 축에 대해서 회전하도록 배열되고, 상기 고정자 및 상기 회전자의 상기 공통 축은 상기 가열될 물체를 수용하도록 적응되는 홀을 포함하는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치.
청구항 1 내지 청구항 12중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치는, 회전시 상기 회전자의 평형을 검출하기 위한 평형 검출 수단 및 평형 및/또는 비평형을 나타내기 위한 표시 수단을 포함하는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치.
청구항 1 내지 청구항 13중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치는, 유도 루프와 같이, 회전시 상기 회전자의 각 자석의 자속(magnetic flux)을 검출하기 위한 자속 검출 수단 및 상기 검출이 어떤 비이상적인 작용을 드러내는지를 나타내기 위한 표시 수단을 포함하는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치.
청구항 1 내지 청구항 14중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치는 상기 회전자와 상기 가열될 물체 사이의 거리를 검출하기 위한 거리 검출 수단을 포함하는 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치.
청구항 1 내지 청구항 15중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전자는, 윙 또는 냉각 채널과 같이, 회전될 때 상기 회전자를 냉각시키도록 바람직하게 배치되는 냉각 소자를 포함하는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치.
전자기 유도에 의해 물체를 가열하기 위한 회전자에 있어서,
상기 회전자는,
상기 물체가 가변 자계 및 와전류에 의해 발생되는 상기 전자기 유도에 의해 가열되도록, 상기 회전자가 상기 물체에 근접하여 배치될 때 가열될 물체 내에서 상기 가변 자계 및 와전류를 제공하도록 배치되는 적어도 하나의 영구 자석을 포함하는, 회전자.
청구항 17에 있어서,
상기 회전자의 적어도 하나의 영구 자석은 고정자에 의해 제공되는 가변 자계와 상호작용하도록 배치되어 상기 회전자를 회전시키고, 상기 회전자의 적어도 하나의 자석은, 상기 회전자가 상기 고정자에 의해 제공되는 상기 가변 자계에 의해 회전될 때 상기 물체 내에서 가변 자계 및 와전류를 제공하도록 배치됨으로써, 상기 물체가 상기 가변 자계 및 와전류에 의해 발생되는 전자기 유도에 의해 가열되도록 하는, 회전자.
청구항 17에 있어서,
상기 회전자는 직접적으로 모터에 의해서 또는 모터로부터 회전력을 전달하는 샤프트 또는 벨트 기어와 같은 구동 수단을 통해서 회전되는, 회전자.
전자기 유도에 의한 물체 가열 장치에 있어서,
상기 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치는 청구항 17 내지 청구항 19중 어느 한 항에 따른 회전자를 포함하는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치.
전자기 유도에 의한 물체 가열 장비에 있어서,
상기 전자기 유도에 의한 물체 가열 장비는 상기 물체를 가열하기 위하여 상기 전자기 유도를 제공하기 위한 청구항 1 내지 청구항 16중 어느 한 항에 따른, 적어도 하나의 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치를 포함하는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 장비.
청구항 21에 있어서,
상기 전자기 유도에 의한 물체 가열 장비는 가열될 상기 물체(들)에 근접하여 서로 다른 방향으로 배열되는 청구항 1 내지 청구항 16중 어느 한 항에 따른 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치를 다수 포함하는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 장비.
청구항 21 또는 청구항 22에 있어서,
상기 전자기 유도에 의한 물체 가열 장비는 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항의 적어도 하나의 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치에 근접하여 가열될 물체를 지지하기 위한 지지 수단을 더 포함하는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 장비.
청구항 23에 있어서,
상기 지지 수단은 상기 물체의 축에 대해서 가열될 물체를 회전시키도록 및/또는 실질적으로 상기 물체의 축방향으로 가열될 물체를 이동시키도록 배치되는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 장비.
청구항 21 내지 청구항 24중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자기 유도에 의한 물체 가열 장비는 상기 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치 근처에 배치되는 자기 필터링 수단을 포함하며, 입자들이 상기 회전자 및/또는 상기 회전자의 자석의 접촉부로 드리프트되는 것을 방지하기 위하여, 상기 자기 필터링 수단은 상기 전자기 유도에 의한 물체 가열 장치 근처에서 실질적으로 임의의 유리된 입자들이 자기적으로 포획하도록 적용되는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 장비.
전자기 유도에 의한 물체 가열 방법에 있어서,
상기 전자기 유도에 의한 물체 가열 방법은,
상기 물체가 가변 자계 및 와전류에 의해 발생되는 상기 전자기 유도에 의해 가열되도록, 회전자가 회전될 때 상기 회전자의 적어도 하나의 영구 자석에 의해 상기 물체 내에서 상기 가변 자계 및 와전류를 제공하는 단계를 포함하는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 방법.
청구항 26에 있어서,
가변 자계가 상기 회전자의 적어도 하나의 영구 자석과 상호작용하여 상기 회전자를 회전시키도록, 고정자에 의해 상기 가변 자계를 제공하는 단계를 더 포함하는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 방법.
청구항 26 또는 청구항 27에 있어서,
상기 회전자의 적어도 하나의 자석은
a) 상기 물체 내에서 가변 자계 및 와전류를 제공하고,
b) 상기 고정자에 의해 제공되는 상기 가변 자계와 상호작용시키기 위한 것인, 전자기 유도에 의한 물체 가열 방법.
청구항 26 내지 청구항 28중 어느 한 항에 있어서,
상기 고정자는 회전자 표면의 세그먼트를 전자기적으로 및/또는 물리적으로 커버하며, 상기 회전자 표면의 세그먼트는 상기 고정자와 마주하는 상기 회전자 표면의 전체 표면적보다 적은, 전자기 유도에 의한 물체 가열 방법.
청구항 26 내지 청구항 29중 어느 한 항에 있어서,
상기 고정자 및 상기 가열될 물체는 상기 회전자의 동일한 면에 있는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 방법.
청구항 26 내지 청구항 30중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 자석을 구비한 적어도 하나의 부가적인 회전자는 상기 전자기 유도에 의해 적어도 하나의 물체를 가열하도록 사용되는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 방법.
청구항 31에 있어서,
적어도 하나의 상기 부가적인 회전자는 적어도 하나의 다른 회전자와 다른 방향으로 회전되는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 방법.
청구항 31 또는 청구항 32에 있어서,
상기 부가적인 회전자는 벨트 기어와 같은 구동 수단 또는 상기 부가적인 회전자를 회전시키기 위하여 사용되는 부가적인 고정자 중 어느 하나에 의해 회전되며, 회전력은 상기 고정자에 의해 유도되는 상기 가변 자계 의해 회전되는 상기 회전자로부터 도출되는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 방법.
청구항 31 또는 청구항 32에 있어서,
상기 고정자는 2개의 상기 회전자들 사이에 적어도 부분적으로 배치되는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 방법.
청구항 30 및/또는 청구항 34에 있어서,
상기 회전자의 자석의 상기 자기 회로는 상기 고정자와 실질적으로 마주하는 면의 대향 면에 연자성체를 포함하는 수단에 의해 바람직하게 단락되는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 방법.
청구항 26 내지 청구항 35중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전자는 원추형 회전자인, 전자기 유도에 의한 물체 가열 방법.
청구항 26 내지 청구항 29중 어느 한 항에 있어서,
상기 자석을 구비한 상기 회전자는 실질적으로 상기 가열될 물체와 상기 고정자 사이에 배치되는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 방법.
청구항 26 내지 청구항 29중 어느 한 항 및/또는 청구항 31에 있어서, 청구항 30에 따르지 않을 때,
상기 회전자는 상기 고정자 및 상기 회전자의 공통 축에 대해서 회전하도록 배열되고, 상기 고정자 및 상기 회전자의 상기 공통 축은 가열될 물체를 수용하도록 적용되는 홀을 포함하는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 방법.
청구항 26 내지 청구항 38중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전자의 평형은 회전시 검출되고 평형 및/또는 비평형이 표시되는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 방법.
청구항 26 내지 청구항 39중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전자의 각 자석의 자속은 회전시 검출되고 상기 검출이 어떤 비이상적인 작용을 드러내는지가 표시되는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 방법.
청구항 26 내지 청구항 40중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전자 및 상기 가열될 물체 사이의 거리가 검출되는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 방법.
청구항 26 내지 청구항 41중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전자는 윙 또는 냉각 채널과 같은 냉각 소자에 의해 회전될 때 냉각되는, 전자기 유도에 의한 물체 가열 방법.
유도 가열 수단의 고정자용 전력을 공급하기 위한 구동기 장비로서,
상기 유도 가열 수단은 상기 고정자 및 회전자를 포함하며, 상기 회전자의 회전은 상기 고정자에 의해 제공되는 가변 자계에 의해 유도되고, 상기 회전자는 물체를 유도적으로 가열하기 위하여 적어도 하나의 자석을 회전시키도록 배열되는, 상기 구동기 장비에 있어서,
- 상기 구동기 장비는 상기 고정자에 의해 제공되는 상기 가변 자계를 통해서 상기 회전자의 회전을 시동 및 가속시키기 위한 가변 주파수 드라이브 및/또는 다이렉트 온 라인 스타터(direct on line starter), 및
- 상기 회전자의 회전을 가속 후 및 상기 회전자에 의해 회전되는 상기 적어도 하나의 자석에 의해 제공되는 상기 가변 자계 및 유도 가열 하에서 바람직하게는 상기 가열될 물체를 도입하기 전, 상기 고정자를 전기 네트워크에 전기적으로 연결시키기 위한 스위칭 수단
을 포함하는, 구동기 장비.