KR101541417B1 - 와전류 유도 발열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전자의 이동을 통해 낮은 입력부하의 적용이 가능하도록 한 와전류 유도 발열장치를 개시한다. 개시된 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치는, 동력원인 모터; 상기 모터에 의해 회전하며, 영구자석을 포함하는 회전자; 상기 회전자의 회전속도를 감지하도록 설치된 회전속도 감지용 엔코더판; 상기 회전자에 인접 배치되고, 상면 및 하면이 개방된 금속 재질의 발열체; 상기 발열체를 관통하여 회전자와 연결되며, 상기 회전속도 감지용 엔코더판으로부터 출력된 신호에 따라 회전자의 위치를 변화시키는 엑추에이터; 및 상기 발열체 내부에 물을 입수 및 출수하기 위한 입출수 유닛;을 포함하고, 상기 회전속도 감지용 엔코더판에 의한 회전자의 회전속도 감지를 통해서 상기 회전자가 회전하기 시작하는 초기 저속구간에서는 상기 회전자를 상기 발열체와 이격시킨 상태로 회전시키고, 상기 회전자의 회전속도가 빠른 고속구간에서는 상기 회전자를 상기 엑추에이터의 동작을 통해 자동으로 발열체 내부에 배치되도록 한 상태로 회전시키는 것을 특징으로 한다.

Description

와전류 유도 발열장치{Eddy current induction heating device}

본 발명은 와전류 유도 발열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 회전자의 이동을 통해 낮은 입력부하의 적용이 가능하도록 한 와전류 유도 발열장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 와전류(Eddy current)는 전기장이나 자기장의 변화 또는 전자파에 의해 도체 내부에서 유도되는 전하의 움직임을 나타내는 것으로, 영구자석을 부착한 회전자를 회전시키면, 와전류가 발생하게 된다. 이때, 영구자석이 부착된 회전자를 금속 물질로 감싸면, 금속 물질이 발열을 하게 되는바, 이러한 원리를 이용하여 와전류 유도 발열장치를 구현할 수 있다. 특히, 와전류를 이용한 유도 가열 방식은 기존의 열저항 등을 이용한 가열 방식보다 효율이 뛰어나다는 것이 여러 연구를 통해 입증되었으며, 그래서, 영구자석을 이용한 와전류 발생을 통해서 금속 물질을 가열시키는 장치에 대한 연구가 다양하게 실시되어 왔다.

이와 같은 와전류 유도 발열장치는 기본적으로 영구자석으로 이루어지거나 영구자석이 부착된 회전자와 회전자 주위를 감싸도록 설치된 금속 물질, 즉, 발열체로 구성된다. 그런데, 이러한 종래의 와전류 유도 발열장치는 영구자석으로 이루어진 회전자를 구동시키는데 많은 입력 에너지가 필요하다는 문제점이 있다. 왜냐하면, 도체에 자속을 교번하면, 와전류가 유도되어 주울열에 의한 열이 발생하지만, 이와 동시에, 플레밍의 왼손법칙에 따라 회전자의 회전을 방해하는 힘이 강하게 작용하기 때문이다. 참고로, 회전자의 회전을 방해하는 힘을 이용하는 것이 와전류 브레이크 기술이며, 이러한 와전류 브레이크 기술은 무접촉 제동장치, 예컨대, 놀이동산의 자이드드롭 제동장치나 고속철도의 제동장치 등에 이용되고 있다.

따라서, 와전류를 이용한 유도 발열장치를 산업적으로 이용하기 위해서는 와전류에 의해 발생하는 브레이크의 힘을 극복하여 회전자를 구동시킴과 동시에 작은 입력 에너지로 유도 발열장치를 구동하게 하는 방법이 필요하다.

이러한 사실은 최근 발표된 학술 논문 '와전류를 이용한 발열기의 개발(대한기계학회논문집 B 제33권 제8호 통권 제287호 (2009년 8월 pp.565-572 1226-4881 KCI 등재)에 잘 나타나 있으며, 논문에서 전동기를 동력원으로 사용하여 제작된 발열장치의 효율이 회전자의 회전속도(RPM) 118∼230 사이에서 94.8∼99% 정도인 것으로 측정되었다.

한편, 회전자의 회전속도가 낮은 상태에서는 높은 입력부하가 발생하게 되고, 회전속도가 높은 상태에서는 낮은 입력부하가 적용될 수 있음이 주지의 사실이며, 이때, 높은 입력부하의 극복은 높은 토크의 모터 사용을 통해 극복 가능함을 알 수 있다. 그러나, 높은 토크의 모터를 사용할 경우, 상대적으로 발열 효율이 떨어지게 되므로, 이의 적용은 적합하지 않다.

그러므로, 회전자의 회전속도가 낮은 상태에서도 입력부하를 낮추면서 낮은 토크의 모터를 사용하여 발열 효율을 높일 수 있는 새로운 방식의 와전류 유도 발열장치의 개발이 필요하다.

공개특허공보 10-2013-0000270

와전류를 이용한 발열기의 개발(대한기계학회논문집 B 제33권 제8호 통권 제287호 (2009년 8월 pp.565-572 1226-4881 KCI 등재)

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 회전자의 회전속도가 낮은 상태에서도 입력부하를 낮출 수 있는 와전류 유도 발열장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 낮은 토크의 모터를 사용함으로써 발열 효율을 높일 수 있는 와전류 유도 발열장치를 제공함에 그 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치는, 동력원인 모터; 상기 모터에 의해 회전하며, 영구자석을 포함하는 회전자; 상기 회전자의 회전속도를 감지하도록 설치된 회전속도 감지용 엔코더판; 상기 회전자에 인접 배치되고, 상면 및 하면이 개방된 금속 재질의 발열체; 상기 발열체를 관통하여 회전자와 연결되며, 상기 회전속도 감지용 엔코더판으로부터 출력된 신호에 따라 회전자의 위치를 변화시키는 엑추에이터; 및 상기 발열체 내부에 물을 입수 및 출수하기 위한 입출수 유닛;을 포함하며, 상기 회전속도 감지용 엔코더판에 의한 회전자의 회전속도 감지를 통해서 상기 회전자가 회전하기 시작하는 초기 저속구간에서는 상기 회전자를 상기 발열체와 이격시킨 상태로 회전시키고, 상기 회전자의 회전속도가 빠른 고속구간에서는 상기 회전자를 엑추에이터의 동작을 통해 자동으로 발열체 내부에 배치되도록 한 상태로 회전시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치는, 상기 모터에 연결된 제1회전축; 상기 제1회전축에 설치된 제1풀리; 상기 회전자에 연결된 제2회전축; 상기 제2회전축에 설치된 제2풀리; 및 상기 제1풀리와 제2풀리를 연결하도록 설치된 밸트;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치에 있어서, 상기 회전자는, 중심부에 홀을 구비한 원뿔대 형상의 금속 링; 상기 금속 링의 외측면 상에 등간격으로 설치된 복수의 영구자석; 및 상기 영구자석들 사이에 각각 끼워져 상기 금속 링의 외측면으로부터 상기 영구자석들의 이탈을 방지하는 하우징;을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치에 있어서, 상기 발열체는, 전체적으로 원통형의 링 타입을 가지면서 상기 회전자와 마주하는 그의 내측면이 상기 회전자의 외측면과 대응하여 평행을 이루도록 경사진 제1부재; 및 상기 제1부재 내에 나선형 구조로 삽입 배치된 제2부재;를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치에 있어서, 상기 발열체는, 전체적으로 금속 재질의 파이프가 나선형으로 배치되면서 상기 회전자의 외측면과 마주하는 그의 내측면이 경사지도록 배치된 형상으로 마련될 수 있다.

본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치에 있어서, 상기 엑추에이터는, 상기 회전속도 감지용 엔코더에 의해 회전자가 일정 속도에 도달하면 상기 회전자를 자동으로 상기 발열체 내부에 위치하도록 동작할 수 있다.

본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치는, 상기 회전속도 감지용 엔코더로부터 출력된 신호에 따라 상기 엑추에이터의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 회전자의 초기 저속구간에서는 회전자를 발열체에 가까이하지 않도록 하고, 고속구간에서는 회전자가 발열체에 자동 접근되도록 한다.

이렇게 함에 따라, 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치는 회전자의 회전속도가 저속구간에서는 발열체가 회전자의 주위를 감싸지 않음으로써 회전자의 회전을 방해하는 힘, 즉, 와전류 브레이크가 크지 않아서 낮은 입력부하의 적용이 가능하며, 아울러, 회전자의 회전속도가 고속인 구간에서는 회전자의 주위가 발열체로 감싸지더라도 낮은 입력부하의 적용이 가능하다.

따라서, 본 발명은 회전자의 회전속도가 느린 초기 저속구간은 물론 회전속도가 빠른 고속구간에서도 낮은 입력부하의 적용이 가능함으로써 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 회전자의 회전속도가 느린 구간에서도 낮은 입력부하의 적용이 가능하기 때문에, 굳이 높은 토크의 모터를 채용할 필요가 없으며, 이에 따라, 종래보다 상대적으로 낮은 토크의 모터 채용을 통해 발열 효율을 높일 수 있음은 물론, 설비 비용을 절감할 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치 및 그 동작을 설명하기 위한 사시도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치의 회전자를 설명하기 위한 사시도 및 평면도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치의 발열체를 설명하기 위한 사시도 및 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치의 다른 실시 예의 발열체를 설명하기 위한 사시도.

이상의 본 발명의 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 실시 예들을 통하여 쉽게 이해될 것이다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있으며, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

한편, 본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되지 않으며, 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예들도 포함한다.

또한, 제1구성요소가 제2구성요소 상에서 동작 또는 실행된다고 언급될 때, 제1구성요소는 제2구성요소가 동작 또는 실행되는 환경에서 동작 또는 실행되거나 또는 제2구성요소와 직접 또는 간접적으로 상호 작용을 통해서 동작 또는 실행되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예를 설명하기 위한 것이지 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 즉, 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소가 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않음을 의미한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하도록 한다. 여기서, 도면에서의 구성요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있으며, 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 어떤 경우에는 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치 및 그 동작을 설명하기 위한 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치(100)는 모터(10), 회전자(20), 회전속도 감지용 엔코더(30), 발열체(40), 엑추에이터(50) 및 입출수 유닛(60)을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치(100)는 상기한 구성요소들을 기계적으로 결합하기 위한 부품들, 예컨대, 회전축(72-1, 72-2), 풀리(74-1, 74-2), 밸트(76) 및 연결축(78)을 더 포함한다.

게다가, 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치(100)는, 도시되지 않았으나, 회전속도 감지용 엔코더(30)로부터 출력된 신호에 따라 엑추에이터(50)의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 모터(10)는 회전자(20)를 회전시키기 위해 마련되는 것으로, 자세하게 도시하고 설명하지는 않지만, 종래와 동일 또는 유사한 형태 및 구성을 갖되, 종래보다는 낮은 토크를 갖는 것이 적용될 수 있다. 이것은, 이후에 다시 설명되겠지만, 회전자(20)의 초기 저속구간에서 종래보다 낮은 입력부하로도 회전자(20)를 회전시킬 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치(100)는 종래보다 낮은 토크의 모터를 채용할 수 있으므로 설비 비용을 낮출 수 있다.

이러한 모터(10)는, 예컨대, 그의 상면(또는 일측면)에 설치된 제1회전축(72-1) 및 상기 제1회전축(72-1)에 설치된 제1풀리(74-1)를 포함할 수 있으며, 도시하지 않았으나, 그의 외주면에 설치되는 고정부재에 의해 설비 내의 특정부분에 고정될 수 있다.

상기 회전자(20)는 와전류를 발생시키기 위한 실질적인 구성요소로서, 그의 외측면에 바(Bar) 형상의 영구자석(24)이 등간격으로 복수 개가 설치된 구조를 갖는다.

구체적으로, 도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치(100)의 회전자(20)를 설명하기 위한 사시도 및 평면도로서, 도시된 바와 같이, 회전자(20)는 일측면(또는 상면)의 크기가 타측면(또는 하면) 보다 큰 원뿔대의 외형을 가지면서 중심부에 제2회전축(72-2) 삽입을 위한 홀(h)이 마련된 금속 링(22)과, 금속 링(22)의 외측면에 등간격으로 설치되고 평면상으로는 바(Bar) 형상을 가지면서 단면상으로는 사다리꼴 형상을 갖는 복수의 영구자석(24), 그리고, 영구자석들(24) 사이 공간에 각각 끼워져 금속 링(22)의 외측면으로부터 영구자석들(24)이 이탈되는 것을 방지하도록 하는 금속 재질의 하우징(26)을 포함한다.

여기서, 영구자석(24)은 사다리꼴의 단면 형상이 아닌 사각의 단면 형상을 갖도록 마련되는 것도 가능하며, 하우징(26)은 영구자석(24)의 단면 형상에 대응하여 상기 영구자석들(24)을 금속 링(22)의 외측면으로부터 이탈되지 않도록 하는 다양한 단면 형상을 갖도록 마련될 수 있다. 예컨대, 영구자석(24)이 사다리꼴의 단면 형상을 갖도록 마련될 때, 하우징(26)은 역사다리꼴의 단면 형상을 갖도록 마련되며, 이와 다르게, 영구자석(24)이 사각의 단면 형상을 갖도록 마련되면, 하우징(26) 또한 사각의 단면 형상을 갖도록 마련된다.

이러한 회전자(20)는 그의 일측면에 설치된 제2회전축(72-2)을 포함하며, 제2회전축(72-2)은 제2풀리(74-2)에 회전 가능하면서 이동 가능하게 설치된다. 이것은 제2회전축(72-2)의 외측면이 톱니 모양이고, 이에 대응하는 제2풀리(74-2)의 내측면 또한 톱니 모양을 갖기 때문인 것으로 이해될 수 있다

한편, 모터(10)의 제1풀리(74-1)와 회전자(20)의 제2풀리(74-2)는 밸트(76)에 의해 상호 연결될 수 있으며, 이러한 밸트(76)는 모터(10)의 회전을 회전자(20)의 회전으로 전달하는 역할은 물론, 회전자(20)의 회전속도를 모터(10)의 회전속도보다 가속시키는 역할을 한다.

여기서, 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치(100)는, 도시하지 않았으나, 밸트(76) 대신에 체인이 채용될 수 있으며, 이 경우, 제1 및 제2 풀리들(74-1, 74-2) 대신에 제1회전기어 및 제2회전기어가 설치됨이 바람직하다.

다음으로, 상기 회전속도 감지용 엔코더(30)는 회전자(20)의 회전속도를 감지하기 위해 마련되는 것으로, 판 형상을 가질 수 있으며, 제2풀리(74-2)와 회전자(20) 사이에 배치되어 제2회전축(72-2)의 회전방향과 회전자(20)의 회전속도를 검출하고, 이 결과를 제어부(도시안됨)로 출력한다. 여기서, 회전속도 감지용 엔코더(30)는 통상의 그것과 동일 또는 유사한 것으로 이해될 수 있으며, 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 이에 대한 상세한 도시 및 설명은 생략하도록 한다.

상기 발열체(40)는 회전자(20)와 함께 와전류를 발생시키기 위해 마련되는 것으로, 금속 물질로 이루어지며, 예컨대, 원통형의 링 형상을 갖도록 마련될 수 있다. 특별히, 본 발명의 실시 예에 따른 발열체(40)는 회전자(20)를 삽입할 수 있도록 하면서 엑추에이터(50)의 연결축(78)이 삽입되도록 그의 상면 및 하면이 개방된 형상을 갖는다.

구체적으로, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치(100)의 발열체(40)를 설명하기 위한 도면들로서, 도시된 바와 같이, 발열체(40)는 전체적으로 원통형의 링 형상을 갖는 제1부재(42) 및 상기 제1부재(42) 내부에 삽입 배치되는 나선형 구조의 제2부재(44)를 포함한다.

여기서, 제1부재(42)는 제2부재(44)가 삽입될 일정 폭의 내부 공간을 가지며, 회전자(20)와 마주하는 그의 내측면이 회전자(20)의 외측면과 평행을 이룰 수 있도록 경사진 형상을 갖는다. 다시 말해서, 제1부재(42)의 내측면은 원뿔대 형상의 외형을 갖는 회전자(20)의 외측면 경사각과 동일한 경사각을 가지고 경사지도록 마련된다. 이것은 와전류의 유도를 위해서는 영구자석(24)과 발열체(40)의 발열면 간격이 평행을 이루면서 거리 제어가 되도록 하는 것이 유리하기 때문이다. 또한, 제1부재(42)의 내측면, 즉, 발열면이 각이 없는 직선 형태가 되면, 회전자(20)의 크기가 작아져야 하는데, 물리적으로 회전자(20)의 크기를 작게 또는 크게 제어하기가 상당히 어렵기 때문에, 회전자(20)는 물론 발열체(40)의 발열면에 각을 줘서 좌,우로 간격을 조절하는 것이 용이하기 때문이다.

제2부재(44)는 발열체940)의 발열면에서 발생한 열이 제1부재(42) 내부에서 효율적으로 흡열되도록 하기 위해 제1부재(42) 내부에서 전체적으로 나선 모양을 갖도록 삽입 설치된다.

한편, 이와 같은 발열체(40)에는 물의 입수 및 출수를 위한 입출수 유닛(60)이 설치되며, 예컨대, 입수구(62)는 발열체(40) 제1부재(42)의 상단부(또는 일측면)에, 그리고, 출수구(64)는 발열체(40) 제1부재(42)의 하단부(또는 타측면)에 각각 설치될 수 있다. 이러한 입출수 유닛(60)에서의 입수구(62) 및 출수구(64)는 파이프로 구성되며, 발열체(40) 내부로 물을 공급할 수 있는 물공급 장치(도시안됨)를 포함할 수 있다

도 5는 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치의 다른 실시 예의 발열체를 설명하기 위한 사시도이다.

도시된 바와 같이, 이 실시예의 발열체(40)는 금속 재질의 파이프가 나선형으로 배치된 구조로 이루어질 수 있다. 이때, 나선형 파이프 구조의 발열체(40)는, 예컨대, 상부의 개방 크기가 하부의 개방 크기보다 큰 형상을 갖도록 마련된다. 이것은 전술한 실시 예의 그것과 마찬가지로 그의 내측면과 회전자(20)의 외측면이 평행한 간격을 이루도록 하기 위함이다.

아울러, 이 실시 예의 발열체(40)는 그의 상단부(또는 일측)에 입수구(62)가 설치되고, 그의 하단부(또는 타측)에 출수구(64)가 설치된다.

계속해서, 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치(100)에서의 상기 엑추에이터(50)는 회전자(20)의 이동을 위해 마련되는 것으로, 회전자(20)에 연결되어 일종의 피스톤과 같이 회전자(20)를 이동시켜서 상기 회전자(20)를 발열체(40)의 내측면 내부로 삽입되도록 하는 역할을 한다.

구체적으로, 엑추에이터(50)는 회전자(20)와 연결된 연결축(78)을 구비하며, 이러한 연결축(78)은 발열체(40)의 하부에서 상기 발열체(40)를 관통하여 회전자(20)에 연결된다. 여기서, 엑추에이터(50)의 구성 및 구조는 통상의 그것과 동일 또는 유사한 것으로 이해될 수 있으며, 따라서, 본 발명에서는 이에 대한 상세한 도시 및 설명은 생략하도록 한다.

이와 같은 엑추에이터(50)는 회전속도 감지용 엔코더(30)로부터 출력된 신호에 따른 제어부(도시안됨)의 제어신호에 따라 회전자(20)를 이동시킨다. 바람직하게, 회전자(20)가 회전을 시작하는 초기 저속구간에서는 회전자(20)가 발열체(40)와 떨어져 배치된 상태로 회전하도록 하다가, 회전자(20)의 고속 회전구간에서는 발열체(40)에 자동 접근하도록 회전자(20)를 이동시켜서 최종적으로 회전자(20)의 외측면이 발열체(40)에 의해 완전히 둘러싸이도록 만든다.

여기서, 회전자(20)의 회전이 시작되는 초기 저속구간에서는 회전자(20)가 발열체(40)와 떨어져 있기 때문에 회전자(20)를 회전시키기 위해 모터(10)에 인가되는 입력부하는 크지 않아도 되며, 반대로, 회전자(20)의 회전속도가 빠른 고속구간에서는 회전자(20)가 발열체(40)에 근접하다가 발열체(40)로 완전히 둘러싸이기 때문에 발열체(40)의 표면 발열 온도는 매우 높은 반면, 모터(10)에 인가되는 입력부하는 낮은 입력부하일 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치(100)는 발열체(40)의 표면 발열 온도와 회전자(20)의 회전수 비례 효율 관계에 맞추어 회전자(20)와 발열체(40) 사이의 간격을 자동 제어함으로써 낮은 입력부하의 적용이 가능하도록 할 수 있다.

한편, 도시하지 않았으나, 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치(100)는 회전속도 감지용 엔코더(30)로부터 출력된 신호에 따라 엑추에이터(50)의 동작을 제어하기 위한 제어부를 더 포함하며, 전술한 바와 같이, 엑추에이터(50)는 이러한 제어부에 의해 그 동작이 제어되고, 결과적으로, 제어부에 의해 회전자(20)의 이동이 제어된다.

이하에서는 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치의 동작을 도 1 및 도 2를 참조하여 간략하게 설명하도록 한다.

우선, 모터(10)를 회전시키면, 제1회전축(72-1)과 제1풀리(74-1) 및 밸트(76)를 통해 제2풀리(74-2) 및 제2회전축(72-2)이 회전하게 되고, 이 과정에서 모터(10)의 회전속도보다 회전자(20)의 회전속도가 가속된다.

여기서, 회전자(20)의 외측면을 금속 물질, 즉, 발열체(40)로 감싼 상태로 상기 회전자(20)를 회전시키게 되면, 회전자(20)가 회전하기 시작하는 초기 저속구간에서는 회전자(20)의 회전을 방해하는 와전류 브레이크의 크기가 크기 때문에 입력부하, 즉, 회전자(20)를 회전시키기 위해 인가되는 입력 에너지의 부하가 커질 수밖에 없다.

반면, 회전자(20)의 외측면을 금속 재질의 발열체(40)로 감싸지 않으면, 비록, 회전자(20)가 회전하더라도 회전자(20)의 회전을 방해하는 와전류 브레이크가 없거나 크지 않기 때문에 비교적 낮은 입력부하로도 회전자(20)를 충분히 회전시킬 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 회전자(20)의 초기 저속구간에서는 회전자(20)가 발열체(40)와 떨어져 배치되도록 함으로써, 다시 말해서, 회전자(20)가 원통형의 발열체(40) 내부에 배치되지 않도록 함으로써 낮은 입력부하로도 충분히 회전자(20)를 회전시킬 수 있다.

계속해서, 회전속도 감지용 엔코더(30)의 회전자 회전속도를 감지를 통해 상기 회전자가 초기 저속구간을 지나 고속구간에 도달하는 경우, 제어부(도시안됨)는 엔코더(30)로부터 출력된 신호에 따라 회전자(20)와 연결되어 있는 엑추에이터(50)를 동작시키게 되고, 이러한 엑추에이터(50)의 동작에 의해 회전자(20)가 자동으로 발열체(40)에 접근하도록 이동하다가, 최종적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 회전자(20)가 발열체(40)에 의해 그의 외측면이 감싸지도록, 다시 말해서, 회전자(20)가 발열체(40)의 내부에 위치하게 된다. 이때, 회전자(20)의 회전속도가 고속이므로, 회전자(20)의 회전을 방해하는 와전류 브레이크의 힘은 세지 않으며, 그래서, 입력부하 또한 크지 않게 된다.

그러므로, 본 발명에 따른 와전류 유도 발열장치(100)는 회전속도 감지용 엔코더(30) 및 엑추에이터(50)의 설치를 통해 회전자(20)의 고속구간에서 회전자(20)가 발열체에 의해 감싸지도록 함으로써 낮은 입력부하로도 충분한 와전류의 발생을 통해서 발열체(40)의 고온 발열이 일어나도록 할 수 있다.

이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형이 이루어질 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.

10: 모터 20: 회전자
22: 금속 링 24: 영구자석
26: 하우징 30: 회전속도 감지용 엔코더
40: 발열체 42: 제1부재
44: 제2부재 50: 엑추에이터
60: 입출수 유닛 62: 입수구
64: 출수구 72-1: 제1회전축
72-2: 제2회전축 74-1: 제1풀리
74-2: 제2풀리 76: 밸트
78: 연결축

Claims (7)

1. 동력원인 모터;
   상기 모터에 의해 회전하며, 영구자석을 포함하는 회전자;
   상기 회전자의 회전속도를 감지하도록 설치된 회전속도 감지용 엔코더판;
   상기 회전자에 인접 배치되고, 상면 및 하면이 개방된 금속 재질의 발열체;
   상기 발열체를 관통하여 회전자와 연결되며, 상기 회전속도 감지용 엔코더판으로부터 출력된 신호에 따라 회전자의 위치를 변화시키는 엑추에이터; 및
   상기 발열체 내부에 물을 입수 및 출수하기 위한 입출수 유닛;
   을 포함하고,
   상기 회전속도 감지용 엔코더판에 의한 회전자의 회전속도 감지를 통해서 상기 회전자가 회전하기 시작하는 초기 저속구간에서는 상기 회전자를 상기 발열체와 이격시킨 상태로 회전시키고, 상기 회전자의 회전속도가 빠른 고속구간에서는 상기 회전자를 상기 엑추에이터의 동작을 통해 자동으로 발열체 내부에 배치되도록 한 상태로 회전시키는 것을 특징으로 하는 와전류 유도 발열장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 모터에 연결된 제1회전축;
   상기 제1회전축에 설치된 제1풀리;
   상기 회전자에 연결된 제2회전축;
   상기 제2회전축에 설치된 제2풀리; 및
   상기 제1풀리와 제2풀리를 연결하도록 설치된 밸트;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와전류 유도 발열장치.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 회전자는,
   중심부에 홀을 구비한 원뿔대 형상의 금속 링;
   상기 금속 링의 외측면 상에 등간격으로 설치된 복수의 영구자석; 및
   상기 영구자석들 사이에 각각 끼워져 상기 금속 링의 외측면으로부터 상기 영구자석들의 이탈을 방지하는 하우징;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 와전류 유도 발열장치.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 발열체는,
   전체적으로 원통형의 링 타입을 가지면서 상기 회전자와 마주하는 그의 내측면이 상기 회전자의 외측면과 대응하여 평행을 이루도록 경사진 제1부재; 및
   상기 제1부재 내에 나선형 구조로 삽입 배치된 제2부재;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 와전류 유도 발열장치.
   
5. 제 1 항에 있어서, 상기 발열체는,
   전체적으로 금속 재질의 파이프가 나선형으로 배치되면서 상기 회전자의 외측면과 마주하는 그의 내측면이 경사지도록 배치된 형상으로 마련된 것을 특징으로 하는 와전류 유도 발열장치.
   
6. 제 1 항에 있어서, 상기 엑추에이터는,
   상기 회전속도 감지용 엔코더판에 의해 회전자가 일정 속도에 도달하면 상기 회전자를 자동으로 상기 발열체 내부에 위치하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 와전류 유도 발열장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전속도 감지용 엔코더판으로부터 출력된 신호에 따라 상기 엑추에이터의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와전류 유도 발열장치.

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