KR0124606B1 - 유도가열용 공진형 워킹코일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도가열용 워킹코일과 함께 공진탱크를 구성하는 공진용 콘덴서를 사용치않고 워킹코일에 기생하는 부유용량(Stray Capacitance)을 이용하여 공진탱크를 구성하도록 한 유도가열용 공진형 워킹코일에 관한 것이다.

종래의 경우 워킹코일은 저손실 공진형 인버터를 구성하기 위해서 반드시 별도의 공진용 고주파 콘덴서가 필요하게 되므로 가격상승의 요인이 되며, 고주파화가 될수록 콘덴서의 유전손실이 문제화되므로 신뢰성이 저하되는 단점이 있있던 점을 감안하여 본 발명은 단면이 직사각형인 2개의 편평형 라이프 코일사이에 전기적 절연체를 설치하고, 이를 디스크형상으로 감아 각각의 편평형 라이프 코일의 서로 반대방향의 1개씩의 양쪽 끝단을 전기적 접속점으로 하고, 상기 편평형 라이프 코일사이에 절연체를 설치함으로써 발생하는 부유용량을 직렬공진시의 워킹코일과 결합되는 공전형 콘덴서로 사용함으로써 코스트의 다운 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

유도가열용 공진형 워킹코일

제1도 (가)는 일반적 2석식 인버터회로의 구성예도.

(나)는 일반석인 2석식 인버터회로의 전류, 전압파형도.

제2도 (가)는 종래의 워킹코일의 권선모양을 나타낸 도면.

(나)는 종래의 워킹코일의 라이프 와이어의 확대도.

제3도 (가)-(바)는 종래의 2석식 인버터회로의 동작설명도.

제4도는 본 발명에 따른 워킹코일의 구조를 나타낸 도면.

제5도는 본 발명에 따른 워킹코일의 권선모양을 나타낸 도면.

제6도 (가),(나)는 본 발명에 따른 워킹코일의 직렬공진회로 및 등가회로도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

L11,L12 : 라이프 코일, S1 : 절연체,

Cs : 부유용량

본 발명은 유도가열장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유도가열용 워킹코일(Working Coil)과 함께 공진탱크를 구성하는 공진용 콘덴서를 사용치 않고 워킹코일에 기생하는 부유용량(Stray Capacitacne)을 이용하여 공진탱크를 구성하도록 한 유도가열용 공진형 워킹코일에 관한 것이다.

제2도 (가)는 종래의 워킹코일의 권선모습을 및 라이프 와이어(Life Wire)의 확대도를 나타낸 것이며, 이러한 종래의 워킹코일은 제1도(가)와 같이 공진형 스위칭 인번터에 적용되어 별도의 콘덴서(C)와 함께 직렬공진 탱크를 구성하게 된다. 그리고 이 공진탱크의 한끝이 역병령 다이오드(D1),(D2)가 접속된 스위칭 소자인 트랜지스터(TR1),(TR2)의 상하의 직렬접속점에 연결되는 2석식 인버터회로에 있어서 그 동작을 제3도와 함께 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 트랜지스터(TR1),(TR2)는 스위치역할을 하므로 이하 제3도의 설명에서 스위치(Q1),(Q2)라 칭한다.

우선, 최초 스위치(Q1) 온시 제3도 (가)와 같이 스위치(Q1)의 통전모드상태로 동작하며 워킹코일(L)을 흐르는 전류 iL는 상기 스위치(Q1)의 통전기간동안 워킹코일(L)과 콘덴서(C)로 이루어진 공진상수에 의한 사인파의 형상으로 흐르게 되고 이 사인파의 통전구간을 적절히 설정함으로써 전류가 감소하여 사인파의 음의 영역에 도달하기 이전에 스위치(Q1)를 오프시킬 수 있다.(제1도 (나) 참조).

상기 스위치(Q1)의 오프 이후는 제3도 (나)와 같이 스위치(Q2) 역시 오프상태이므로 흐르는 전류 iL은 급격히 제로로 감쇄하지 못하므로 스위치(Q1),(Q2)에 병렬접속된 콘덴서(C1),(C2)인 보조공진 콘덴서를 통해 흐르게 되어 콘덴서(C1)는 충전, 콘덴서(C2)는 방전이 되게 된다.

따라서 상기 콘덴서(C1)의 충전전압이 콘덴서(C1),(C) 및 워킹코일(ㄴ)에 의해 이루어진 공진주기 동안에 입력전압(E)보다 높아지게 되면 즉, Vc1E(Vc1 : 콘덴서(C1)의 충전전압)가 되면 Vc1+Vc2=E(Vc2 : 콘덴서(C2)의 충전전압)인 조건이므로 Vc20이 되어 스위치(Q2)에 병렬로 접속된 프리 휠링(FreeWheeling) 다이오드(D2)가 도통되어 스위치(Q2)의 양단전압은 제로에 가깝게 된다(-V_D).

이때가 상기 스위치(Q2)를 동작시키기 위한 영전압 스위칭(Zero Voltage Switching : ZVS)조건이 되고, 이후 상기 스위치(Q2)는 제3도 (라)와 같이 통전모드로 작용하여 워킹코일(L) 및 콘덴서(C)에 축적된 에너지를 사인파전류의 나머지 반주기의 형태로 방전한 후 전류가 양에 도달하기전 스위치(Q2)를 오프하면 흐르던 전류iL은 제3도 (마)와 같이 보조공진탱크용 콘덴서인 C1,C2를 통해 흐르며, 상기 콘덴서(C2)는 충전, 콘덴서(C1)는 방전되며, 상기 콘덴서(C2)의 충전전압이 입력전압(E)보다 큰 상태로 과충전되면 상기 콘덴서(C1)는 역으로 충전되어 제3도 (바)와 같이 다이오드(D1)를 통해 프리 휠링 전류가 흐르는 영전압 스위치(ZVS)조건이 되어 상기 스위치(Q1)를 온 시킨다.

이러한 동작을 통해 전류의 공진현상을 이용하여 스위칭시의 손실이 극소화되는 특징을 얻기 위해 상기 설명과 같이 워킹코일과 직렬 또는 병렬로 접속되는 공진탱크 구성용의 별도의 콘덴서가 필요하게 되는 것이다.

그런데 이러한 워킹코일은 고주파에 의한 침투효과(Skin Dpth Effect)에 의해 실제 전류통전이 가능한 깊이는 상당히 제한되므로 고주파일수록 직경이 가는 세선을 제2도 (나)와 같이 여러가닥을 일정한 방향으로 꼬아서 만든 라이프 와이어를 사용하게 된다.

그러나 상기와 같은 워킹코일로는 저손실 공진형 인버터를 구성하기 위해서 반드시 별도의 공진용 고주파 콘덴서가 필요하게 되어 가격상승의 요인이 되며, 고주파화가 될 수록 콘덴서의 유전손실이 문제화되므로 장기사용 및 악조건사용시 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 유도가열용 워킹코일에 기생하는 부유용량을 이용하여 유도가열장치의 공진탱크를 구성하도록 한 유도가열용 공진형 워킹코일을 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 단면이 직사각형인 2개의 편평형 라이프 코일사이에 전기적 절연체를 설치하고, 이를 디스크(Disk)형상으로 감아 각각의 편평형 라이프 코일의 서로 반대방향의 1개씩의 양쪽 끝단을 전기적 접속점으로 하도록 구성되는 유도가열용 공진형 워킹코일에 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

제4도는 본 발명에 따른 유도가열용 공진형 워킹코일의 구조를 도시한 것으로, 워킹코일의 단면이 편평(Flat) 모양이며, 편평형 라이프 코일로 성형을 하는 경우 2가닥의 편평형 라이프 코일(L11),(L12)사이에 적절한 거리(d)를 유지하기 위한 절연체(S1)를 삽입시켜 제5도와 같이 디스크형상으로 감아 위킹코일을 만든다.

이때, 편평형 라이프 코일(L11),(L12)의 상호대향면적(S)과 거리(d) 및 절연체(S1)로 인한 유전율을 ξs라 할때 2가닥의 편평형 라이프 코일(L11),(L12)에 의해 발생되는 부유용량 Cs는 Cs=ξs(S/d)와 같게 된다.

그리고 상기 부유용량(Cs)은 제4도와 같이 두가닥의 라이프 코일(L11),(L12)의 전기적 접속점을 상호대각선 방향으로 ⓐ 및 ⓑ와 같이 한쪽식만 이용하고, 다른쪽은 절연처리시킬 경우 제6도 (나)의 등가회로와 같은 직렬공진등가구조가 얻어지며, 이를 2석식 직렬공진형 스위칭 인버터의 공진탱크로써 사용할 수 있게 된다.

또한, 이러한 편평형 라이프 코일(L11),(L12)의 부유용량(Cs)은 절연체(S1)의 두께(d)와 대향면적(S)(또는 길이(ℓ))등에 의해 원리적으로 조절이 가능해지므로 공진주파수의 선택이 가능해지게 된다.

한편, 상기와 같은 본 발명의 유도가열용 공진형 워킹코일은 2석신 인버터 이외에도 기타의 공진형 스위칭 인버터 타입에 있어서도 등가공진탱크로써 활용될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 유도가열용 공진형 워킹코일에 기생하는 부유용량을 이용하여 공진탱크를 구성함으로써 별도의 콘덴서를 필요치 않게 되므로 부품수의 절감 및 가격다운의 효과를 얻게 되며, 또한 고주파화에 따른 콘덴서의 유전손실 및 신뢰성 저하의 요인이 제거되므로 제품의 신뢰성이 향상되게 된다.

Claims (4)

1. 복수개의 편평형 라이프 코일사이에 전기적 절연체를 설치하고, 이를 디스크형상으로 감아 각각의 편평형 라이프 코일의 상호 대각선방향의 한쪽끝단을 전기적 접속점으로 함을 특징으로 하는 유도가열용 공진형 워킹코일.
2. 제1항에 있어서, 상기 편평형 라이프 코일은 2개로 구성됨을 특징으로 하는 유도가열용 공진형 워킹코일.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 편평형 라이프 코일은 단면이 직사각형 모양임을 특징으로 하는 유도가열용 공진형 워킹코일.
4. 제1항에 있어서, 상기 편평형 라이프 코일이 중간에 절연체를 사이에 두고 대향됨으로써 발생하는 부유용량을 직렬공진시의 공진용 콘덴서로 사용하도록 됨을 특징으로 하는 유도가열용 공진형 워킹코일.