[ 가열코일] 1. 가열코일의설계기준 2. 가열코일의제자과형태 3. 가열코일의보호
1. 가열코일의설계기준 고주파응용에서가열코일이차지하는위치는중요한것으로용도에따른코일선택이큰고주파응용기술임을잊어서는안된다. 특히금속의열처리나접합등의경우가열코일의설계는그제품의품질을좌우하는핵심임을다시한번강조하고져한다. 다음은널리쓰이는가열코일의설계기준에관한기초적인사항을요약하면다음과 같다. 1 가열코일은최대의에너지를부하에전달하기위하여는부하에최대한가까이 결합되어많은자려건이가열되는부분에서교차되도록설계하여야한다. 이는자속밀도가높을수록부하에는많은전류가유도되기때문이다. 2 자속은코일자신가까이에밀집되고멀어지면서감소하여코일의중심에는자속이약하게된다. 그러므로부하가코일중앙으로부터벗어나면코일과인접한면에서는더많은자력선과교차하여가열속도가빠르게되고그반대편은결합도가떨어져느린속도로가열되어이런점을종합한결과는도시적으로아래그림과같이된다. 3 코일과연결선이연결되는부근에는자장이약하기때문에자장의중심은기하학적 코일중심과는같지않게된다. 가열코일의효과적인방법의실례 분류가열코일의형상주의할점 위치에따른유도 전력의크기 코일의횟수가증가하면자력선은서로더해져서이러한효과는약해지나자장중심에부하를위치하는것이불가능하기때문에균일한가열을위해서는부하를회전시키는것이다. - 16 -
인덕턴스 [ 자속의변화를방해하는작용의세기 ] 코일은반대편으로부터유도에의해자력선이상쇄되지않도록설계되어야한다. 1은코일간격이너무가까워서자력선이서로상쇄시켰기때문에인덕턴스가없게된다. 3의설계법의인덕턴스가좋은설계법이다. 코일의권선방향 권선의방향은계속해서일정해야한다. 2는두권선에의해새성된자속의방향이서로반대로되어상쇄되는나쁜설계의코일이나특수하게모서리부분만을집중가열할때쓰여지기도한다. 2. 가열코일의제작과형태 일반적으로널리쓰이는가열코일의단면적은그림같은원형, 타원, 사각형등이 있다. 특히타원형은코일높이를조정함에따라코일값조절이가능하며구조적으로 제한될때피해나갈수있어편리성때문에가열코일로널리사용되어지고있다. - 17 -
결속에는황동볼트방식이사용된다. 이는코일외부에소형볼트를산소아세치렌용접으로지주봉에고정시켜만든것이다. 이때사용되는지주봉으로베크라이트나적층된운모판이사용된다. 적층된운모판이란천연운모를얇게벗긴후에폭시수지로붙여합판처럼만든재료로고주파재료로쓰기에충분한절연을유지하고있다. 1) 가열코일의가열효율 가열효율이란코일에서발생된전자장이부하에인가되는정도를말한다. 각종코일에따른가열효율은아래표와같다. 코일의종류 10Hz 450KHz 자성체비자성체자성체비자성체 원형다권코일 0.75 0.50 0.80 0.60 팬케이크코일 0.35 0.25 0.50 0.30 헤어핀코일 0.45 0.30 0.60 0.40 단권코일 0.60 0.40 0.70 0.50 찬넬코일 0.65 0.45 0.70 0.50 내부코일 0.40 0.20 0.50 0.25 2) 인덕턴스손실 코일에의해생성된자장이전부부하에인가되지못하고코일상하로퍼져외부로 나가버리기때문으로이런자장의손실을인덕턴스손실이라부른다. 일반적으로사용주파수가높아코일의횟수가적을경우인덕턴스손실이크며 이는접속연결선길이와코일상호간에겹치는부분이나타나므로결국단권코일 이원형다권코일보다가열효율이떨어지며팬케이크코일과내부코일은코일에서 발생된자장의반이하만이구조적으로부하에결합되므로가열효율이 되는것이다. 50% 이하가 - 18 -
3) 코일의핏치와가열깊이 1 가열폭은코일의길만큼이며 2 코일의간격이좁으면좁을수록가열깊이는깊어지며이와는반대로핏치가넓으면가열깊이는낮아지며 3 코일중심부의가열깊이는외각보다약간깊게된다. 일반적으로다권코일제작시코일권선간의간격은대략코일굵기의 되도록하여야균일한가열을얻을수있게된다. 0.5배이하가 만약이때주파수등제약사항이있다면그림과같은라이너부착이효과적이다. 4) 단권코일 [ 코일의간격과가열깊이] 같은보빈에여러번감은코일을다권코일이라하고이와반대로한바퀴만감은 코일을단권코일이라한다. 주파수가높아지면코일은횟수에제약을받게되며이경우넓은범위로가열물을 가열하려면더더욱어려움은당하게된다. - 19 -
단권코일을제작할때응용되며그림과같이라이너를이용하여다권코일과같은 넓은가열면적을갖을수있다. 5) 단권코일의코일폭과직경과의관계 단권코일은가열길이 (H) 가짧고직경이굵은 (D) 가열물의가열에효과적이나보다 높은효율을내기위한조건은아래식과같이직경과폭이제한된다. 6) 자속의방향전환 동시가열물에두가열부위를 가열할경우 두가열부위사이의가열이엄 격히제한될때, 이방법은적당 하지않고 효과적이다. (b) 의감기가보다 - 20 -
7) 가열코일의분류 분류설명비고 정지가열코일 이동가열코일 통전가열코일 일반가열에폭넓게활용되고있음. 가열시가열코일위치불변 CT BOX와가열코일이이동하면서가열 직접통전에의한유도가열식 ᄀ외면가열코일 ᄂ내면가열코일 ᄃ평면가열코일 8) 가열물형상에따른가열코일활용의예 종류형식및형상사용사례 원형다권코일 가열코일의기본형외면가열코일기계의축종류에가열멀티턴코일 사각형다권코일 긴형강이나각봉에 부분적가열할때사용 외면가열코일 타원다권코일 여러모양의작은부품 을한꺼번에열처리 할때사용 팬케이크코일 금속판이거나밑면의넓은부품가열조건의여러변화가요구될때사용. - 21 -
나선형코일 웜기어와같은형태의 부품열처리시사용 내권코일 실린더와같이 둥글게기계가공한 내면열처리사용 외면소입코일 외면열처리시사용 하여가열후냉각수 를분사해준다 ( 기어, 스프라켓에적용) 싱글턴코일 긴평면의이동 가열코일 선반베드 반원형가열코일 크랭크샤프트 - 22 -
톱니고정열처리 코 일 대형기어의톱니날 열처리 톱니이동소입용 가열코일 대형기어의톱니날 열처리 가열코일 부분가열이가능하고 브레이징시도 활용이가능하다. 직선결성코일 크기가비교적작고동일한여러개의부품을동시에가열하는방식 평판코일 - 23 -
나비코일 축, 봉같이끝부분이 평탄한물체의수평 균일을요구할때사용 교축코일 코일과코일사이에즉코일중심축의직각방향으로가열물을넣도록설계한코일띄강판의열처리에으용철강공장의핫코일의일관열처리기에응용 찬넬코일 작업의능률을높이기위해서흔히사용되는방식이고일정시간에규칙적으로움직이는콘베어또는인덱스를이용하여연속작업이가능하게하는열처리방식에응용된다. - 24 -
분할궤환코일 파이프용접후용접부위만의열처리나치차의열처리처럼어느부분만을집중가열하고자할때사용하는가열코일 농축코일 여러가지고주파 가열을하다보면 가끔조그만가열물 에매우큰자속을 접촉시킬필요를느끼 곤한다. 이럴때 트랜스원리를 이용한코일결합은 적당치않고 자동농축( 농축코일) 을사용한다. 직접동전가열 코 일 테두리의부분적인 면을소입할수있다. - 25 -
가열코일의분사구멍의배열 ( 일반가열코일) ( 이동소입용가열코일) - 26 -
3. 가열코일의보호 가열코일은대전류가흐르기때문에보호대책에있어서발열대책과절연대책이필수 적으로요구된다. 가열코일의보호대책설명 발열대책 절연대책 전기대책 가열코일의냉각수를충분히흘린다. 가열코일에 20 이하의냉각수를흘린다. 가열코일의절연대책에있어서실제적으로는일장일단이있기때문에 확실한제품인지비교하여사용한다. 사용재질 : 유리테이프, 비닐테이프, 엑폭시수지, 테프론코팅, 베크라이트( 열경화성수지) 코일접촉시검출장치 1) 지그의역할 테두리를보강하여보통회전치구로사용한다. 재질 황동 : 가공이쉽고마모가빠르다. 스텐 : 오스테나이트(SUS 304) 계는고주파유도를받지않는다. 요화규소 : 가공이어렵고비싸다.( 고주파유도받지않는다.) 동 : 마모가쉽다. 지그로사용하기가용이하다. 2) 코일홀더의열할 CT BOX 와가열코일을묶어주는역할 방식 : 레버그램프식, 차입식 3) 고주파변성기(CT BOX) 역할 구조 : : 가열코일에대전류를흘리기위해 또안전면및취급을쉽게하기위해 저전압에도강압할수있는장치이다. 발진기의주파수에있어공심과자심 ( 코아소강판) 이있다. 자심 : 1 ~ 200KHz 공심 : 200KHz 이상 - 27 -