KR100333436B1 - 베어링 유도가열기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가열 동작 후 베어링에 존재하는 잔류자기를 탈자하는 기능을 구비함으로써 베어링 및 기계 장치에 쇠가루 등이 부착되는 것을 방지하여 수명을 최대로 연장시킬 수 있는 베어링 유도가열기에 관한 것으로서,

가열기 본체에 코일이 감긴 부분이 내장되고 양단면이 가열기 본체의 외부로 수직 돌출된 "C"형 철심과, 상기 "C"형 철심의 돌출된 양단면 위에 가로 걸쳐지고 가열하고자 하는 베어링이 끼워지는 크로스바(4)를 포함하되; 상기 가열기 본체에는 온도설정 및 시간설정 등의 제어신호를 입력하는 키입력부와; 베어링과 코일의 온도를 감지하는 센서부와; 상기 키입력부와 센서부의 신호를 입력받아 시스템 전체의 동작을 제어하는 제어부와; 코일로의 전원 공급을 결정하여 코일에서 자장을 발생시킴으로써 베어링의 온도가 상승되도록 하는 전원개폐 스위칭부와; 베어링의 온도가 설정온도까지 상승하고 상기 전원개폐 스위칭부가 차단되어 가열동작이 완료된 경우에 베어링에 존재하는 잔류자기를 탈자하는 탈자부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

Description

베어링 유도가열기 {Bearing induction heater}

본 발명은 베어링 유도가열기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자유도 가열방식에 의하여 베어링을 단시간에 전체적으로 가열시킬 수 있는 베어링 유도가열기에 관한 것이다.

일반적으로, 베어링(bearing)은 회전 또는 운동하는 축에 작용하는 하중을 지지하는 기계요소를 말하는데, 각종 기계의 제작, 조립 및 수리하는 과정에서 회전축(shaft)에 베어링을 조립하는 경우가 빈번하게 발생한다.

이때, 베어링을 회전축에 조립하는 방법으로는 망치, 유압프레스 등으로 압력을 가하여 조립하는 방법과, 토치, 전기히터 등을 이용하여 외부로부터 직화로 가열하여 조립하는 방법, 및 기름에 넣어 가열하여 조립하는 방법 등이 사용되고 있다.

그러나, 이와 같은 방법들은 베어링에 충격 및 열변형이 가해져 자체 손상으로 인하여 정밀도를 저하시키고, 베어링의 오염 및 봉입된 윤할제의 손실 등으로 인하여 베어링의 수명이 단축되는 동시에 베어링 삽입 작업이 비능률적으로 이루어지게 되는 문제점을 발생시킨다.

즉, 베어링 자체의 문제 보다 베어링 조립 과정에서의 문제로 인하여 기계 장치의 고장이 더 많이 발생된다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 베어링 유도가열기가 제시되었는데, 상기 베어링 유도가열기는, 교번으로 변화하는 자장내에 놓여진 전기도체 단면에 전자유도에 의해서 기전력이 유도되고, 상기 기전력에 의하여 회전류가 흐르면, 상기 와전류가 흐르는 동안에 주울열이 생기게 됨으로써 도체의 온도를 상승시키는 원리를 응용하여 베어링을 가열시키도록 구성한 장치이다.

도 1은 종래 기술이 적용된 일반적인 베어링 유도가열기의 외형을 나타내는 사시도이다.

도 1을 참조하면, 가열기 본체(1)의 내부에 전원의 공급에 따라 자장을 발생시키는 코일(미도시)이 내장되고, 상기 가열기 본체(1)의 상측면에 소정의 간격을 두고 수직으로 제1 및 제2 본체바(2,3)가 설치되며, 상기 제1 및 제2 본체바(2,3)의 각 상단면 위에 가로 걸쳐지는 크로스바(4)가 구비된다. 이때, 상기 크로스바(4)는 제1 및 제2 본체바(2,3)에서 분리가 가능하며 베어링(5) 등과 같은 피가열물체가 끼워지게 된다.

상기의 구성에서 제1 및 제2 본체바(2,3)는 가열기 본체(1)의 내부에서 연결되는 C형 철심을 사용하는 것이 일반적이며, 상기 가열기 본체(1)의 내부에 위치하는 부분에 코일(미도시)이 감겨지게 된다.

상기와 같은 구성을 갖는 일반적인 베어링 유도가열기의 동작을 간략히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 사용자가 전원 플러그(6)를 전원공급 장치에 연결하고, 상기 크로스바(4)에 베어링(5)을 끼워넣은 후 전원개폐 스위치(7)를 온(on)시키면, 교류전원이 상기 가열기 본체(1)의 내부에 설치된 코일(미도시)로 공급되고, 그에 따라 상기 코일(미도시)에 다량의 전류가 흐르게 됨으로써 상기 코일(미도시) 및 제1 및 제2 본체바(2,3)로 이루어지는 C형 철심과, 상기 크로스바(4)로 자기폐회로에 강력한 자장을 유기시키게 된다.

이때, 자장의 크기는 전류의 크기에 비례하며, 외부에서 공급된 교류전원의 주파수와 동일한 주파수로 맥동함을 알 수 있다.

결국, 교번하는 자장 내에 놓여진 도체 즉, 베어링(5)에는 교류 주파수의 제곱 및 자장 크기의 제곱에 비례하는 기전력이 유기되고, 이에 따라 와전류가 발생되고, 이 와전류는 주울열로 변환되어 베어링(5) 자체의 온도를 상승시키게 된다.

상기와 같은 동작에 의해 베어링(5)의 자체 온도가 일정온도에 도달하면, 사용자는 상기 크로스바(4)를 제1 및 제2 본체바(2,3)로부터 분리하고, 베어링(5)을 빼내어 회전축에 삽입하면 용이하게 작업할 수 있게 된다.

이와 같이, 베어링 유도가열기를 이용하게 되면 베어링의 오염을 방지하면서 베어링 원래 제조시의 윤활상태를 그대로 유지하면서 신속하고 균일하게 가열할 수있게 된다. 또한, 별도의 화기를 사용하지 않게 되어 베어링 조립 작업시 화재의 위험으로부터 벗어날 수 있게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술에 의한 베어링 유도가열기를 이용하여 베어링(5)의 온도를 상승하는 동안에 상기 베어링(5)에 자석성분이 발생되기 때문에 회전축에 삽입하여 사용할 때 쇠가루 등이 달라붙어서 손상이 유발되고, 그에 따라 기계 장치의 동작시 소음이 발생되며, 그에 따라 수명이 단축되는 동시에 기계 장치의 오동작이 발생될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 그 목적은 가열 동작 후 베어링에 존재하는 잔류자기를 탈자하는 기능을 구비함으로써 베어링 및 기계 장치에 쇠가루 등이 부착되는 것을 방지하여 수명을 최대로 연장시킬 수 있는 베어링 유도가열기를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 베어링의 온도가 설정된 온도까지 상승된 경우에 자동으로 가열동작이 정지되어 그 온도가 유지되도록 하고, 그 상태를 사용자에게 알려줌으로써 사용상의 편의성을 향상시킬 수 있는 베어링 유도가열기를 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 베어링 유도가열기의 외형을 나타내는 사시도

도 2는 본 발명에 의한 베어링 유도가열기의 구성을 나타내는 블록도

도 3은 본 발명에 의한 베어링 유도가열기의 실시예에 의한 회로도

도 4는 본 발명에 의한 베어링 유도가열기의 본체 전면부에 부착되는 제어패널의 버튼 형상을 나타내는 도면

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 가열기 본체 2 : 제1 본체바

3 : 제2 본체바 4 : 크로스바

5 : 베어링 6 : 전원 플러그

7 : 전원개폐 스위치

10 : 키입력부 20 : 센서부

21 : 제1 온도센서 22 : 제2 온도센서

30 : 제어부 40 : 전원개폐 스위칭부

50 : 탈자부 60 : 디스플레이부

71 : 온도설정 버튼 72 : 시간설정 버튼

73 : 시간표시 버튼 74 : 증가 버튼

75 : 감소 버튼 76 : 변화량 버튼

77 : 세팅 버튼 81 : 전원 버튼

82 : 시작 버튼 83 : 스톱 버튼

84 : 탈자 버튼 85 : 온도유지 버튼

86 : 반전력 버튼

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주된 특징에 따르면, 가열기본체에 코일이 감긴 부분이 내장되고 양단면이 상기 가열기 본체의 외부로 소정 거리를 두고 수직 돌출된 "C"형 철심과, 상기 "C"형 철심의 돌출된 양 단면 위에 가로 걸쳐지고 가열하고자 하는 베어링이 끼워지는 크로스바(4)를 포함하는 베어링 유도가열기에 있어서,

상기 가열기 본체에는, 사용자가 시스템의 동작을 위한 온도설정 및 시간설정 등의 제어신호를 입력하는 키입력부와; 시스템의 동작시 상기 베어링과 코일의 온도를 감지하는 센서부와; 상기 키입력부와 센서부의 신호를 입력받아 시스템 전체의 동작을 제어하는 제어부와; 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 코일로 전원의 공급을 결정하여 코일에서 자장을 발생시킴으로써 베어링의 온도가 상승되도록 하는 전원개폐 스위칭부와; 베어링의 온도가 설정온도까지 상승하고 상기 전원개폐 스위칭부가 차단되어 가열동작이 완료된 경우에 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 가열동작시와 반대방향으로 교류전원이 일정시간 공급되도록 하여 베어링에 존재하는 잔류자기를 탈자하는 탈자부를 포함하여 구성된 베어링 유도가열기를 제공한다.

이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 센서부는 베어링의 온도를 감지하는 제1 온도센서와, 상기 코일의 온도를 감지하는 제2 온도센서를 포함하여 구성되고; 상기 제어부에는 상기 제1 및 제2 온도센서로부터 입력되는 신호에 따라 과열이 감지되는 경우에 상기 전원개폐 스위칭부를 차단시켜 가열동작이 종료되도록 하는 기능이 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 부가적인 특징에 따르면, 상기 전원개폐 스위칭부에는상기 제어부의 제어신호에 따라 50%의 전력만을 코일로 공급하여 베어링을 가열할 수 있도록 하는 반전력 수단이 포함되어 구성된 것이 바람직하다.

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 베어링 유도가열기의 본체에 적용되는 구성을 나타내는 블록도이다.

먼저, 본 발명이 적용된 베어링 유도가열기의 외형은 도 1에서 설명한 바와 같이, 가열기 본체(1), "C"형 철심의 일부인 제1 및 제2 본체바(2,3), 크로스바(4)가 구비된다. 상기 크로스바(4)는 베어링(5)의 크기 즉, 내경에 따라 그에 알맞는 사이즈의 바를 선택하게 된다.

이때, 상기 크로스바(4)는 제1 및 제2 본체바(2,3) 중 어느 하나의 상단면에서 회동 가능하도록 힌지(hinge) 결합되어 베어링(5)을 끼워넣거나 빼내는 동작이 용이하게 이루어지도록 한다. 즉, 베어링(5)의 가열동작이 완료된 후 상기 크로스바(4)를 제1 및 제2 본체바(2,3)에서 완전히 분리시키지 않고 회동시켜서 상기 베어링(5)을 빼냄으로써 그 작업이 간편하게 이루어지게 된다.

한편, 상기 가열기 본체(1)의 내부에는 도 2에 도시된 바와 같은 구성을 갖게 되고, 그 전면부에는 도 4에 도시된 바와 같은 다수의 버튼이 형성된 제어패널이 부착된다.

상기 도 2를 참조하면, 참조번호 10은 사용자가 시스템의 동작을 위한 온도설정 및 시간설정 등의 제어신호를 입력하는 키입력부를 나타내고, 20은 시스템의 동작시 베어링과 코일의 온도를 감지하는 센서부를 나타내고, 30은 상기 키입력부(10)와 센서부(20)의 신호를 입력받아 시스템 전체의 동작을 제어하는 제어부를 나타낸다.

또한, 참조번호 40은 상기 제어부(30)의 제어신호에 따라 상기 코일로의 전원공급을 결정하여 코일에서 자장을 발생시킴으로써 베어링의 온도가 상승되도록 하는 전원개폐 스위칭부를 나타내고, 50은 베어링의 온도가 설정온도까지 상승하고 상기 전원개폐 스위칭부(40)가 차단되어 가열동작이 완료된 경우에 상기 제어부(30)의 제어신호에 따라 상기 가열동작시와 반대방향으로 교류전원이 일정시간 공급되도록 하여 베어링에 존재하는 잔류자기를 탈자하는 탈자부를 나타내고, 60은 상기 제어부(30)의 제어신호에 따라 설정동작시 설정되는 온도 및 시간을 표시하거나 가열동작시 현재의 온도 및 시간을 표시하는 디스플레이부를 나타낸다.

이때, 상기 센서부(20)는 베어링의 온도를 감지하는 제1 온도센서(21)와, 코일의 온도를 감지하는 제2 온도센서(22)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 전원개폐 스위칭부(40)에는 상기 제어부(30)의 제어신호에 따라 50%의 전력만을 코일로 공급하여 베어링을 가열할 수 있도록 하는 반전력 수단(미도시)이 포함될 수 있다.

상기와 같은 각 구성을 갖는 본 발명에 의한 베어링 유도가열기의 실시예를 나타내는 회로도가 도 3에 도시되어 있다.

한편, 도 4를 참조하면, 제어패널에는 키입력부(10)를 이루는 다수의 버튼과, 디스플레이부(60)가 구비되어 있는데, 참조번호 71은 시스템이 온도설정 모드로 진입하도록 하는 온도설정 버튼을 나타내고, 72는 시스템이 시간설정 모드로 진입하도록 하는 시간설정 버튼을 나타내고, 73은 시간을 초단위로 표시할 것인지 분단위로 표시할 것인지를 결정하는 시간표시 버튼을 나타내고, 74는 온도 및 시간의 설정시 키입력에 따라 그 설정치를 증가시키는 증가 버튼을 나타내고, 75는 온도 및 시간의 설정시 키입력에 따라 그 설정치를 감소시키는 감소 버튼을 나타내고, 76은 온도 및 시간의 설정시 키입력에 따라 변화되는 기준량을 결정하는 변화량 버튼을 나타내고, 77은 온도 및 시간의 설정시 설정값에 도달한 경우에 설정완료를 결정하는 세팅 버튼을 나타낸다.

또한, 참조번호 81은 시스템의 동작을 개시하거나 종료할 때 사용자에 의해 선택되어 시스템으로의 전원공급을 결정하는 전원 버튼을 나타내고, 82는 온도 및 시간의 설정완료 후 베어링을 가열하기 위한 가열동작의 시작을 결정하는 시작 버튼을 나타내고, 83은 베어링의 가열동작 중 갑작스럽게 중지하여야 하는 경우에 가열동작의 중지를 결정하는 스톱 버튼을 나타내고, 84는 베어링의 가열동작이 완료된 후 베어링에 존재하는 잔류자기를 제거하는 동작의 진행을 결정하는 탈자 버튼을 나타내고, 85는 베어링의 가열동작이 이루어진 후 설정된 온도를 그대로 유지하도록 하는 기능의 진행을 결정하는 온도유지 버튼을 나타내고, 86은 베어링의 가열동작시 50%의 전력을 사용하여 가열동작이 이루어지도록 하는 기능의 진행을 결정하는 반전력 버튼을 나타낸다.

상기와 같은 각 구성을 갖는 본 발명에 의한 베어링 유도가열기의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1의 설명에서 설명한 바와 같이 사용자는 전원 플러그(6)를 외부의 전원공급 장치에 연결하고, 상기 크로스바(4)에 베어링(5)을 끼워 넣는다. 그 후 상기 전원 버튼(81)을 선택하여 시스템으로의 전원공급을 결정하게 된다.

이때, 사용자는 키입력부(10)에 구비된 다수의 버튼을 이용하여 온도 또는 시간을 설정하게 된다. 예를 들어, 온도를 설정하고자 하는 경우에는 상기 온도설정 버튼(71)을 선택하여 시스템이 온도설정 모드로 진입하도록 하고, 상기 증가 버튼(74) 또는 감소 버튼(75)을 선택하면서 디스플레이부(60)에 원하는 설정값이 표시되도록 한다. 이때, 상기 변화량 버튼(76)을 선택하여 1, 10, 100과 같이 변화되는 기준량을 결정하게 되고, 원하는 설정값에 도달하면 상기 세팅 버튼(77)을 선택하여 설정완료를 입력시키게 된다.

상기와 같은 과정에 의해 온도 또는 시간의 설정이 완료되면 사용자는 시작 버튼(82)을 선택하여 베어링(5)의 가열동작이 이루어지도록 하고, 가열 동작 중에 갑작스럽게 중지하여야 하는 경우에는 스톱 버튼(83)을 선택하여 가열동작의 중지를 결정하게 된다. 이때, 상기 시작 버튼(82)이 선택되면 상기 제어부(30)에서는 전원개폐 스위칭부(40)를 동작시켜 교류전원이 코일로 공급되도록 함으로써 상기 베어링(5)에 주울열이 발생되어 베어링(5) 자체의 온도가 상승되도록 한다.

한편, 베어링(5)의 가열동작이 정상적으로 완료되면 사용자가 상기 탈자 버튼(84)을 선택하여 베어링(5)에 존재하는 잔류자기를 제거하도록 한다. 이 경우에도 상기 제어부(30)는 탈자 버튼(84)의 선택에 따라 상기 탈자부(50)를 동작시킴으로써 코일로 공급되는 전류의 방향을 일정시간 동안 반대방향으로 흐르도록 하여 탈자를 진행하게 된다. 이때, 상기 탈자 기능은 베어링(5)의 가열동작이 수행된 후 자동으로 수행되도록 할 수 있으며, 가열동작이 수행되지 않은 경우에도 사용자의 탈자 버튼(84)의 선택에 따라 수동으로 수행되도록 할 수 있다.

한편, 상기 베어링(5)의 가열동작시 사용자는 온도유지 버튼(85) 또는 반전력 버튼(86)을 선택하여 베어링(5)의 가열동작이 이루어진 후 설정된 온도를 그대로 유지하도록 할 수 있으며, 베어링(5)의 가열동작시 50%의 전력을 사용하여 가열동작이 이루어지도록 할 수 있다.

상기의 베어링(5) 가열동작 중 상기 센서부(20)의 제1 및 제2 온도센서(21,22)에서는 계속적으로 베어링(5) 및 코일의 온도를 측정하여 상기 제어부(30)로 제공하게 되는데, 상기 제어부(30)에서 과열이 판단되면 상기 제어부(30)는 전원개폐 스위칭부(40)를 차단시켜 가열동작을 자동으로 중지시키게 된다.

상기의 과정에 의하여 가열되고 탈자가 이루어지면 사용자는 상기 크로스바(4)를 제1 및 제2 본체바(2,3)로부터 분리하고, 베어링(5)을 빼내어 회전축에 삽입하게 된다.

이때, 상기 크로스바(4)는 제1 및 제2 본체바(2,3) 중 어느 하나의 상단면에서 회동 가능하도록 힌지(hinge) 결합되어 있기 때문에 상기 베어링(5)의 가열동작이 완료된 후 상기 크로스바(4)를 제1 및 제2 본체바(2,3)에서 완전히 분리시키지 않고 회동시켜서 상기 베어링(5)을 빼냄으로써 그 작업이 간편하게 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 베어링 유도가열기는 베어링의 가열 동작 후 베어링에 존재하는 잔류자기를 탈자하는 기능을 구비함으로써 베어링 및 기계 장치에 쇠가루 등이 부착되는 것을 방지하여 수명을 최대로 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 베어링 유도가열기는 베어링의 온도가 설정된 온도까지 상승된 경우에 자동으로 가열동작이 정지되어 그 온도가 유지되도록 하고, 그 상태를 사용자에게 알려줌으로써 사용상의 편의성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 베어링 유도가열기는 반전력 버튼(86)을 구비하여 베어링(5)의 가열동작시 50%의 전력을 사용하여 가열동작이 이루어지도록 함으로써전력소모량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 가열기 본체에 코일이 감긴 부분이 내장되고 양단면이 상기 가열기 본체의 외부로 소정 거리를 두고 수직 돌출된 "C"형 철심과, 상기 "C"형 철심의 돌출된 양 단면 위에 가로 걸쳐지고 가열하고자 하는 베어링이 끼워지는 크로스바(4)를 포함하는 베어링 유도가열기에 있어서,

   상기 가열기 본체에는, 사용자가 시스템의 동작을 위한 온도설정 및 시간설정 등의 제어신호를 입력하는 키입력부와; 시스템의 동작시 상기 베어링과 코일의 온도를 감지하는 센서부와; 상기 키입력부와 센서부의 신호를 입력받아 시스템 전체의 동작을 제어하는 제어부와; 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 코일로 전원의 공급을 결정하여 코일에서 자장을 발생시킴으로써 베어링의 온도가 상승되도록 하는 전원개폐 스위칭부와; 베어링의 온도가 설정온도까지 상승하고 상기 전원개폐 스위칭부가 차단되어 가열동작이 완료된 경우에 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 가열동작시와 반대방향으로 교류전원이 일정시간 공급되도록 하여 베어링에 존재하는 잔류자기를 탈자하는 탈자부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 베어링 유도가열기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 센서부는 베어링의 온도를 감지하는 제1 온도센서와, 상기 코일의 온도를 감지하는 제2 온도센서를 포함하여 구성되고;

   상기 제어부에는 상기 제1 및 제2 온도센서로부터 입력되는 신호에 따라 과열이 감지되는 경우에 상기 전원개폐 스위칭부를 차단시켜 가열동작이 종료되도록 하는 기능이 포함되는 것을 특징으로 하는 베어링 유도가열기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 전원개폐 스위칭부에는 상기 제어부의 제어신호에 따라 50%의 전력만을 코일로 공급하여 베어링을 가열할 수 있도록 하는 반전력 수단이 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 베어링 유도가열기.