KR100613751B1 - 변압기 코어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 한 개의 레그 및 요크 부분을 포함하는 변압기 코어에 관한 것이다. 이때 상기 레그의 단면은 다섯 개 이상의 변을 갖는 정다각형이다. 상기 코어는 스트립으로 감겨진 링으로 이루어져 있다. 여기서 상기 스트립은 일정한 폭을 가지고 있음으로써 양호한 전기적 특성들이 달성되어진다. 또한, 상기 변압기는 쉽게 제조될 수 있으며 재료의 낭비를 방지한다.

변압기 코어, 레그, 마름모형 단면, 링, 스트립

Description

변압기 코어{TRANSFORMER CORE}

본 발명은 일반적으로 변압기 코어, 정다각형 레그(leg)를 포함하는 특히 3상 코어 및 단일상 코어에 관한 것이다.

3상 변압기 코어는 일반적으로, 소형 변압기를 위해 EⅠ형태 또는 직사각형 판들로 절단되는 변압기 판들로 이루어져 있다. 대형 변압기에서, 상기 직사각형 판들은 변이 상호 맞닿도록 배치된다. 대형 변압기의 약점은, 자계가 가장자리를 거쳐 판에서 다음 판으로 통과해야 되고, 상기 자계가 불필요하게 긴 행로를 거쳐야 하며, 이때 항상 자기 방위(magnetic orientation)에 따르지 않는다는 것이다.

변압기 코어 설계자들은 본질상 원형인 단면을 갖는 레그를 얻으려고 애써왔다. 그 이유는 원형 단면은 최종 변압기의 최대 효율을 부여해주기 때문이다. 그러나, 효율성 및 제조상의 조건을 모두 충족시킬 수가 없어서, 결과적으로 비(非)원형의 레그를 갖는 비(非)최적의 변압기 코어가 만들어진다.

지금까지 3상 변압기용 스트립 코어는 쉽게 제조될 수가 없었다. 상기 코어의 효율도는, 스트립을 각기 다른 폭 및 바인딩 링으로 절단함으로써 증가될 수 있다. 상기 바인딩 링들은 단일상 변압기를 위해서는 원형 단면을, 및 3상 변압기를 위해서는 반원형 단면을 갖는다. 상기 방법은 상당한 낭비를 초래하며 바인딩 공 정은 많은 시간을 소모한다.

미국 특허 US 4,557,039(Manderson)에는, 전기 강 스트립―여기서 상기 스트립은 거의 직선의 테이퍼를 가짐―을 사용하는 변압기 코어 제조 방법이 공지되어 있다. 적절한 테이퍼를 사용함으로써, 6각형 또는 보다 원형에 가까운 원형 단면을 갖는 코어 레그가 만들어진다. 그러나, 테이퍼 스트립은 제조하기 힘들고 제조하는데 많은 시간을 소모하며, 디자인상 대규모 생산하는데 있어서 적합하지가 않다.

도 1a, 1b, 1c에는 선행 기술에 따른 Manderson식 3상 변압기 코어(10)를 도시하고 있다. 상기 코어는, 등각도인 도 1에서 도시되는 바와 같이, 일반적으로 델타형을 나타내며, 요크 부분들에 의해 상호 연결되어 있는 세 개의 레그를 갖는다. 도 1a에는 최종 조립되기 이전의 코어의 횡단면도가 도시되어 있다. 상기 코어를 세 개의 동일한 횐형부(12, 13, 14)들을 포함한다. 상기 횐형부의 일반적 형태는 도 1의 것을 따른다. 각 환형부는 두 레그의 절반을 6각형 단면으로 채운다. 도 1a를 참조하기로 한다. 상기 환형부는 초기에 일정한 폭을 갖는 스트립으로부터 시작하여 세 개의 동일한 링(12a, 13a, 14a)들로 감겨져 있다. 여기서 상기 링들은 60도의 각도 및 120도의 각도를 각각 두 개씩 포함하는 마름모형 단면을 갖는다. 상기 링(12a, 13a, 14a)들은 베이스 링을 구성하고 있다. 상기 스트립의 방위 또한 도 1a 및 도1b의 것을 따른다.

각 환형부 내에 있는 상기 베이스 링의 외부쪽에는, 정삼각형 단면을 갖는 외부 링(12b, 13b, 14b)들이 있다. 상기 외부 링들은, 폭이 일정하게 감소하는 스 트립으로부터 감겨져 있다.

세 개의 환형부(12, 13, 14)들이 함께 배치될 경우(도 1b 참조), 이들은 변압기 바인딩이 감겨져 있는 곳에 세 개의 육각형 레그를 형성한다.

상기 해결방안의 문제점은, 상기 변형기가 각 크기 별로 각기 다른 스트립 절단 공정을 필요로 한다는 것이다. 또한, 상기 외부 링(12b, 13b, 14b)들은 폭이 점점 감소하는 스트립으로부터 만들어지기 때문에, 낭비를 초래할 뿐만 아니라, Manderson식 변압기의 제조 또한 어렵게 한다.

상기 변압기 코어는 SE 163797, US 2,458,112, US 2,498,747, US 2,400,184 및 US 2,544,871에도 기술되어 있다. 그러나 여기서도 앞서 기술된 문제점들이 극복되지 않았다.

본 발명의 목적은, 에너지 손실이 최소화되는 변압기 코어를 제공하는 것이다.

또 다른 목적은, 제조가 용이하고 재료 낭비를 방지하는 변압기 코어를 제공하는 것이다.

또 다른 목적은, 대규모 생산에 적합한 변압기 코어 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은, 한 개 이상의 정다각형 레그―여기서 상기 레그는 다섯 개 이상의 변을 가짐―를 갖는 변압기 코어이, 일정한 폭을 갖는 스트립으로 감겨질 수 있음을 이해하고 있다.

본 발명에 따라, 적어도 한 개의 레그 및 요크 부분을 포함하며, 상기 레그의 단면은 적어도 다섯 개 이상의 변을 갖는 정다각형이며, 코어가 일정한 폭을 갖는 스트립으로터 감겨진 링으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 변압기 코어가 제공된다.

또 다른 바람직한 실시예들은 종속항에 정의되어 있다.

본 발명은 첨부된 도면들을 참조함으로써 하기 실시예에 의해 설명된다.

도 1은 선행 기술에서 사용되는 3상 변압기 코어의 등각도.

도 1a는 조립되기 이전의 상태를 나타내는 도 1의 코어의 횡단면도.

도 1b는 조립되기 이후의 상태를 나타내는 도 1의 코어의 횡단면도.

도 2는 6각형 단면을 갖는 레그를 포함하는, 본 발명에 따른 3상 변압기 코어의 등각도.

도 2a는 조립되기 이전의 상태를 나타내는 도 2의 코어의 횡단면도.

도 2b는 조립되기 이후의 상태를 나타내는 도 2의 코어의 횡단면도.

도 3a는 조립되기 이전의 상태를 나타내며 6각형 단면을 갖는 레그를 포함하는 대안적인 3상 변압기 코어의 횡단면도.

도 3b는 조립되기 이후의 상태를 나타내며 6각형 단면을 갖는 레그를 포함하는 대안적인 3상 변압기 코어의 횡단면도.

도 4는 8각형 레그를 갖는 3상 변압기 코어의 등각도.

도 4a는 도 4에 도시된 코어의 횡단면도.

도 5는 10각형 변압기 레그의 단면도.

도 6은 12각형 변압기 레그의 단면도.

도 7 내지 도 9는 3상 변압기 내의 누설 인덕턴스 및 조파에 영향을 미치기 위해 배열된 도면.

도 10은 자속을 개선하기 위해 특정 형태의 요크 부분을 갖는 3상 변압기 코어의 횡단면도.

도 11은 라인업된 레그를 갖는 3상 변압기 코어를 도시하는 도면.

도 12 내지 도 14는 본 발명에 따른 단일상 변압기를 도시하는 도면.

도 15 내지 도 17은 개선되어진 또 다른 변압기 코어 단면 형태를 도시하는 도면.

본 발명에 따른 3상 변압기 코어의 바람직한 실시예들을 하기에 기술된다.

도 1은 선행 기술에서 이미 논의된 것이어서 보다 구체적으로 설명하지 않기로 한다.

도 2에는 일반적으로 도면부호(20)로 표시되는, 본 발명에 따른 3상 변압기 코어를 도시하고 있다. 상기 3상 변압기 코어는 그 일반적인 형태에 있어서, 선행 기술에서 사용되는 도 1의 델타형 변압기 코어의 것과 유사하지만, 전혀 다른 설계 방식을 취하고 있다.

상기 코어는 다수의 링들을 포함하는 3개의 환형부(22, 23, 24)들로 이루어져 있다. 상기 링들은 2가지 폭, 즉 광폭 및 협폭으로 쓰여지며, 이때 협폭 링들은, 광폭 링이 갖는 폭의 절반에 달하는 스트립으로 만들어진다. 상기 링들은 또한 두 가지 두께를 가지며, 즉 두껍거나 얇으며, 이때 얇은 링들은 두꺼운 링이 갖는 두께의 절반에 달한다. 이러한 정의는 다르게 규정되지 않은 한, 명세서에 걸쳐 전반적으로 사용되고 있다. 상기 스트립은 변압기 판으로 만들어진 것이 바람직하다.

상기 환형부(22, 23, 24)들은 각각 높은 광폭 베이스 링(22a, 23a, 24a)―여기서 높은 광폭 베이스 링은 도 1의 것과 유사함―을 포함한다. 따라서, 상기 링들은 6각형 레그 내에 측면상 4쌍을 이룬다. 남아있는 레그 내의 롬(rhomb)들은 각기 다른 방식으로 구성되어 있다. 도 2a 및 도 2b를 참조하기로 한다.

배후에 있는 제1 레그(25)에서, 추가의 마름모형 단면은 두 개의 큰 마름모들로 이루어져 있다. 제1 마름모(24b)는 낮은 광폭 링으로서 환형부(24)에 배속된다. 제2 마름모(22b)는 높은 협폭 링으로서, 환형부(22)에 배속된다.

도 2의 우측에 위치한 제2 레그(26)에서, 추가의 마름모형 단면은 한 개의 큰 마름모 및 두 개의 작은 마름모들로 이루어져 있다. 상기 큰 마름모는 환형부(22)에 배속되어 있는 높은 협폭 링(22b)들로 채워진다. 작은 마름모들은 환형부(23)에 배속되어 있는 두 개의 낮은 협폭 링(23b, 23c)들로 채워진다.

도 2의 좌측에 위치한 제3 레그(27)에서, 추가의 마름모형 단면은 마찬가지로 한 개의 큰 마름모 및 두 개의 작은 마름모들로 이루어져 있다. 상기 큰 마름모는 환형부(24)에 배속되어 있는 낮은 광폭 링(24b)들로 채워진다. 상기 작은 마름모들은 환형부(23)에 배속되어 있는 낮은 협폭 링(23b, 23c)들로 채워진다. 상 기 환형부(23)가 큰 링 대신에 두 개의 낮은 협폭 링들을 포함하는 이유는, 큰 링이 좌측 레그(27)의 경우처럼, 협폭을 갖는 동시에 높을 수가 없고, 우측 레그(26)의 경우처럼, 광폭을 갖는 동시에 낮을 수가 없기 때문이다. 따라서 그 대신, 두 개의 낮은 협폭 링들이 사용된다.

레그(25, 26, 27)들을 연결하는 모든 상부 또는 하부 요크들은 각기 다른 형태를 가지나, 큰 마름모 단면을 갖는 한 개의 베이스 링, 및 그 이외에도 큰 마름모 단면을 갖는 링 또는 작은 마름모 단면을 갖는 두 개의 링들로부터 만들어진다. 이로 인해 모든 요크들은 동일한 총 단면적을 갖게 된다.

물론 상기 베이스 링의 외부쪽에 위치한 마름모형 공간은 몇 개의 기본 원리에 입각하여 채워질 수 있다. 다음으로는, 도 3a 및 도 3b를 참조하면서 제2 실시예를 기술하기로 한다. 코어(30)는 앞서 기술되었던 제1 실시예의 것과 일반적으로 동일한 형태를 갖는다. 그러나 상기 제2 실시예의 경우, 코어를 동일한 3 개의 환형부(32, 33, 34)들을 포함하며, 이중 가장 우측에 위치한 환형부(32)를 기술하기로 한다. 환형부(32, 33, 34)는 도 2에 기술되어 있는 환형부(23)와 유사하다. 제1 레그(35)에서, 환형부(32)는 두 개의 낮은 협폭 링(32b, 32c)을 포함하는데, 이때 링(32c)은 링(32b)의 외부쪽에 감겨져 있다. 제2 레그(36)에서, 환형부(32)는 나란히 배열되어 있는 두 개의 링(32b, 32c)들을 갖는다. 도 3a를 참조하기로 한다.

또 다른 두 개의 환형부(33, 34)들은 제1 환형부(32)의 것과 동일하다. 따라서 일반적으로는, 제조 용량에 따라 코어의 제조가 단순화될 수 있다. 그 이유 는, 모든 세 개의 환형부(32, 33, 34)들이 동일한 주형으로부터 만들어질 수 있기 때문이다.

레그를 60도로 기울어지게 함으로써 요크 부분이 이에 대응하도록 강제 벤딩되는, 낮은 광폭 링 또한 만들 수 있다. 이때 상기 요크 부분은 보다 많은 공간을 필요로 하며, 이에 따라 벤딩은 영향을 쉽게 받지 않는다. 높은 협폭 링을 만들고 앞서 언급되었던 바와 같이 회전시키고 벤딩하는 것 또한 가능한 일이나, 쉽지는 않다. 추가적인 변형―여기서 추가적 변형에는 보다 작은 부분들로 이루어진 것들이 포함됨―또한 가능하다.

도 4 및 도 4a를 참조하면서 8각형 레그를 코어(40)를 기술하기로 한다. 8각형 단면의 경우―여기서 후방쪽 레그(45)를 한 예로 참조할 것― 측부는 45도로 기울어진다. 이는 즉, 상기 측부들이 서로에 대해 135도인 상대각을 갖고 있다는 것을 의미한다. 따라서, 각각 45도의 각도를 나타내는 3개의 마름모들은 코어의 레그의 가장 안쪽 변에서 공간을 갖게 된다. 상기 마름모들의 외부쪽에, 두 개의 스퀘어들은 정방형 단면을 갖는 링들에 의해 채워진다. 최종적으로, 마름모가 레그의 8각형 단면의 여분을 채운다.

이러한 6 횡단부 중에, 3개의 횡단부들은 제2 레그(46)로 향하는 프로파일 링의 단면을 구성한다. 기타 남은 횡단부들은 제3 레그(47)로 향하는 프로파일 링의 단면을 구성한다. 상기 제2 레그(46) 및 제3 레그(47)를 연결하는 프로파일 링 또한 찾아볼 수 있다.

3개의 프로파일 링들은 모두 동일한 레그를 갖는 두 개의 링들을 포함한다. 제1 링(42a, 43a, 44a)은 마름모형 단면을 가지며 요크 부분은 15도로 벤딩되어 있다. 제1 링의 외부쪽에 있는 제2 링(42b, 43b, 44b)은 정방형이며 제1 링(42a, 43a, 44)의 형태를 따라간다.

해결책으로서 6각형 레그(도 2 및 도 3 참조)를 갖는 실시예들을 이용하는 경우, 두 개의 외측 마름모들은 15도로 벤딩된 요크 부분을 갖는 외부 링의 단면을 구성한다. 대안적으로, 두 개의 내측 마름모들은 내부 링을 구성하며 60도로 벤딩되어 있다. 그 다음 링은 한쪽 레그에서 외측 마름모를, 그리고 다른쪽 레그에서 내측 마름모를 제공하며 30도로 벤딩되어 있다. 프로파일 링이 한 가지 유형인 것이 바람직하다. 그 이유는 링을 60도로 벤딩하는 것이 어렵고 외측 마름모 및 내측 마름모 양쪽을 모두 갖는 링은 불가피한 것이기 때문이다.

부분(42)에서, 제3 링(42c)은 레그 부분에서 마름모형 단면을 가지며 후방쪽 레그(45)에서 가장 외부쪽에 위치한 동시에 우측 레그(46) 내에 있다. 링의 외측 스트립을 우측 레그(46)의 우측으로 및 후방쪽 레그(45)의 좌측으로 위치 변동시킴으로써, 상기 레그 부분에서의 마름모가 만들어진다. 더욱이, 레그들은 비대칭적으로 30도로 기울어져 있으며, 요크 부분들은 이에 따라 벤딩되어 있다. 상기 링은 기타 다른 링의 외부쪽에 위치하는 상태에 놓여진다. 최종적인 결과는 도 4에 나타난다.

도 5를 참조하면서 10면체 레그(50)에 대해 기술하고자 한다. 프로파일 링은 동일한 레그를 갖는 4개의 링을 모두 포함한다. 레그 부분에서 마름모형 단면을 갖는 제1 링(50a), 제2 링(50b) 및 제3 링(50c)은 10면체 단면에 부착되어 있 다. 따라서 상기 링들은 36도, 72도, 108도의 각도를 나타내며, 이들의 요크 부분은 24도로 벤딩되어 있다. 36도의 각도를 나타내는 큰 마름모형 단면을 갖는 제4 링(50d)은 제1 링(50a)의 상부에 주로 놓여진다. 이때 레그 부분은 24도로 기울어져 있으며, 이로 인해 해당 요크가 48도로 벤딩된다. 또한, 상기 제4 링에 의해, 제3 링(50c)의 요크가 보다 큰 활꼴을 만듦으로써 공간을 확보하게 된다. 제5 링(50e)은 제3 링(50c)의 외부쪽에 위치해 있을 때, 레그 부분에서 144도의 각도를 나타내는 마름모형 단면을 가지나, 제4 링(50d)의 외부쪽에 위치해 있을 때 72도의 각도를 나타내는 마름모형 단면을 갖는다. 요크는 단지 12도로 벤딩되어 있다. 상기 도면의 화살표들은, 단면(50e)들이 각기 다른 프로파일 링에 배속되어 있음을 표시해주고 있다. 레그를 냉각하기 위한 채널(51) 또한 제공된다. 대안적인 실시예에서, 상기 채널을 링으로 채워져 있다. 이는 링들이 상호 작용 할 때―여기서 상호 작용은 링들 사이에 자계가 통과하도록 하는 것임― 유리하다. 상기 공간은 예를 들면 다음과 같이 처리되어질 수 있다. 즉, 링(50c)의 상부가 72도의 각도를 나타내는 새로운 마름모형 단면을 얻음으로써 채널(52a, 52b)을 형성하는 것이다. 상기 링(50c)의 또 다른 부분들은 링(50e)에 밀착될 수 있으며, 이로 인해 공간(53a, 53b)이 만들어진다.

변의 수가 보다 많아진 3상 변압기 코어를 제공하는 것 또한 가능하다. 도 6은 12면체 코어(60)를 도시하고 있다. 프로파일 링들은, 30도, 60도, 90도 및 120도의 각도를 나타내는 마름모형 단면을 갖는 4개의 링(60a, 60b, 60c, 60d)들로 이루어져 있다. 상기 링들은 12면체 단면에 부착되며 15도로 기울어져 있다. 상 기 링의 내부에 각각 30도 및 60도의 각도를 나타내는 마름모형 단면을 가지며, 외부쪽으로 15도로 기울어져 있는 두 개의 링(60e, 60f)이 있다. 상기 제5 링(60e) 및 제6 링(60f)에 부착된 상태로, 30도의 각도를 나타내는 마름모형 단면을 가지며 외부쪽으로 45도 기울어져 있는 링(60g)을 위한 공간이 만들어진다. 이때 상기 다른쪽 레그는 제6 링(60f)의 외부쪽에 직사각형이며 외부쪽으로 향해 15도로 기울어져 있다. 링(60d)의 상부에는 150도의 각도를 나타내는 마름모형 단면을 가지며 링(60h)을 위한 공간이 있으며, 다른 쪽 레그 부분은 링(60d) 및 외부 링(60f)에 부착된 직사각형이다. 그 다음 전체 단면적이 채워진다. 요크 부분들은 보다 넓은 활꼴을 나타냄으로써 분리되며, 그 결과 기타 다른 요크 부분들을 위한 공간을 제공하게 된다.

이러한 변압기 코어의 유익한 특성들은 특정 변압기 적용 분야에 있어서 보다 양호하게 만들어질 수 있다(도 7 참조). 누출 인덕턴스는, 변압기의 제1 바인딩 및 제2 바인딩 사이에 스트립 코어(29)가 추가됨으로써 쉽게 증가될 수 있다. 상기 스트립은 정상 및 바닥에서 상호 모아지게 된다. 상기 스트립은 제1 바인딩의 전체에 걸쳐 펼쳐지거나 한 장소에서 집중될 수 있다. 이때 제2 바인딩은 편심적이다.

철의 비선형(non-linear) 자기 특성으로 인해, 자계 내에 조파, 전압 및 전류가 형성된다.

코어의 중앙에 추가적으로 배치된 레그는, 완전 대칭적이고 전혀 흐트러지지 않은 3상 상태 하에서는 어떠한 자계도 갖지 않는다. 제3 조파와 같은 상전압 내 의 공통 요소들은 중앙 레그에 의한 영향을 받는다.

바인딩 및 중앙 레그 사이에 스트립을 복합적으로 사용할 수도 있다.

어느 한 실시예에서, 중앙 레그는 스트립으로부터 세 개의 직사각형 자극(80)으로 이루어져 있다. 여기서 상기 스트립의 두께는 폭의 3배에 달한다. 상기 자극들은 정사방형 단면으로 상호 배열되어 있다. 이때 도 8을 참조하기로 한다. 이는 삼각형인 것이 바람직하며, 주문제작 솔류션(custom-made solution)은 마름모형 단면을 갖는 자극들을 포함하며, 이중 세 개의 것은 스트립 변의 패키지를 형성하기 위해, 상호 웨이브 형태로 배치된다. 이때 도 9를 참조하도록 한다. 세 개의 패키지들은 작은 간격으로 배치됨으로써, 삼각형에 근접한 단면을 갖는 레그를 형성하게 된다. 상기 자극들의 단부들은 요크들과 접하기 위해 외부쪽으로 향해 벤딩된다. 벤딩이 이루어지기 위해서는 상기 자극들 사이에 간격 부재(spacer)가 있어야 된다. 상기 간격 부재는 자기 특성에 영향을 미치지 않는다. 그 이유는, 각 패키지(91a, 91b, 91c; 92a, 92b, 92c; 93a, 93b, 93c)의 한 개의 자극이 각각의 요크에 벤딩되기 때문이다. 또한, 상기 스트립들은 적어도 한편으로는 간격 부재와 평행한다.

로드―나선형 또는 코일형의 스트립 바운드임―는 특히 중앙 레그 및 요크들 사이에 공극이 필요할 경우, 유용하게 쓰인다. 이때 나선형 스트립 바운드는 단부에서 보다 넓은 폭으로 만들어질 수 있는데, 이는 요크의 공극을 줄이기 위함이다.

이와 같은 코어 제조에 있어서의 유연성은 바람직하며 도 10에 나타나 있다. 상기 도면은 도 4와 관련된 코어를 도시하고 있다. 자속의 대부분은, 한쪽 프로파 일 링으로부터 다른 쪽 링으로 레그 내에서 통과할 수 있다. 여기서 상기 레그 내에 두 개의 링들이 상호 접하고 있다. 이로 한해, 보다 큰 자속이 요크 삼각형 내에 순환할 수 있다.

본 발명에 의해, 라인업된 레그를 갖는 3상 변압기 코어를 제공할 수 있다. 이는, 상기 변압기가 델타형 변압기 보다 폭이 좁다는 이점을 갖고 있다. 이와 같은 유형의 변압기는 예를 들면 열차 상에 배치되는데 있어서 이상적이다.

도 11a는 8각형 레그를 갖는 변압기의 횡단면을 도시한다. 모든 레그들은 45도의 각도를 나타내는 네 개의 마름모 및 두 개의 스퀘어를 포함한다. 인접한 레그들 사이를 통하는 링들은 도면 상에 나타나 있는 반면, 외부 레그 사이를 통하는 링들은 거의 대체로 숨겨져 있다.

이와 같은 종류의 변압기 코어를 만들기 위해서, 레그 부분은 반드시 벤딩될 수 있는 것이어야, 요크 부분이 벤딩되며 상호 통과할 수 있게 된다. 여러 가지 해결 방안 중, 한 개의 것이 도면에 도시되어 잇다. 상기 링의 레그는 외부쪽으로 향해 벤딩되며, 요크 부분은 내부쪽으로 또는 그 역으로 벤딩된다. 상기 요크 부분은 소성 변형의 제한된 가능성으로 인해 형태상 제한되는 것 빼고는, 어떤 형태든 취할 수 있다. 도 11은 급격한 벤딩 부분 및 직선의 요크 부분을 갖는 원칙에 입각한다.

상기 링들은 또한, 재료를 절약하기 위해 완만한 벤드 부분을 제공하는 상태로 상호 배치될 수 있다.

좌측 레그(115) 및 중앙 레그(116) 사이의 요크는, 레그에서 마름모형 단면 을 갖는 링(112a), 스퀘어 단면을 갖는 링(112b) 및 레그 부분에서 67.5도로 기울어진 마름모형 링(112c)을 갖는다. 여기서 상기 마름모형 단면 및 스퀘어 단면은 22.5도의 각도로 벤딩되어 있다. 상기 링(112a, 112b)들은 요크 측면과 인접한 8면체 내로 피팅되는 반면, 링(112c)은 그 반대편 쪽에 피팅된다.

중앙 레그(116) 및 우측 레그(117) 사이의 요크는 중앙 레그 내에 남은 포지션(114a, 114b, 114c)으로만 배치될 수 있다. 좌측 레그(115) 및 우측 레그(117)의 단면은 중앙 레그(116)에 대한 거울상(mirror image)이며, 그 결과 중앙 레그 내의 링들은 대칭이다. 내부 링(114a, 114b)은 우측 레그(117)에서 가장 가까운 포지션을 취한다. 그러나 레그 부분에서 스퀘어 단면을 갖는 링(114c)은 우측 레그에서 가장 가까운 스퀘어형 포지션으로 진행된다. 그 이유는, 외부 레그들 사이에 스퀘어 단면을 갖는 상기 링(113a)이, 좌측 레그와 접하기 위해서 요크 부분 상에 있는 외측 포지션에서 이미 현존하기 때문이다.

요크를 회전하는 것은 불가능하다. 대안적인 실시예에서, 급격히 경사진 폴드가 대신 사용된다. 이는 가장 짧은 요크를 갖는 링(114c)을 위한 것이다. 상기 폴드는 요크의 한쪽 단부에서 시작하며 다른 쪽 단부에서 종결된다. 이때 도 11에서 하부 요크는 도면부호(118a)로, 상부 요크는 도면부호(118b)로 표시된다. 또한, 상기 요크들은 다수의 협폭의 링들로 세분화될 수 있다.

또한 단일상 변압기는 다각형 단면을 갖는 경우에 보다 효과적일 수 있다. 도 12는, 3상 변압기의 경우처럼 동일한 단면을 갖는 다수의 링들로 구성되어 있는 8각형 단면을 갖는 변압기를 도시하고 있다. 그러나 이때 귀환 루프(return loop) 는 바인딩의 외부쪽에 가장 근접한 방식으로 진행된다. 상기 링들은 전치된다고 하더라도 8각형 단면을 나타낸다. 링의 좌측을 루프업(looping up)함으로써 플레이트의 양을 보다 감소시킬 수 있다. 이때 그 단면은 직사각형에 가까운 마름모형으로 변형해야 된다.

두 개의 레그를 갖는 코어는 3상 설계로부터 만들어질 수 있다. 이때 한쪽 레그에서의 링들을 함께 벤딩하여 단지 한 개의 레그를 더 형성하도록 한다. 도 13에는 8각형 단면을 갖는 코어가 도시되어 있다. 3상 레그 부분의 회전 각도는 45도이며, 벤딩 각도는 90도이다. 직사각형 단면을 갖는 링 및 상기 링의 외부쪽에 있는 두 개의 링들은 변형되지 않는다. 6각형 레그를 갖는 코어는, 동일한 폭을 같은 스트립으로부터 만들어진 단지 세 개의 링들만을 필요로 한다.

세 개의 마름모 변들이 교차되는 8각형 변이 코어의 가장 내부쪽에 배치될 경우, 중앙에 있는 마름모―여기서 상기 마름모는 67.5도로 회전됨― 제외하고는, 회전 각도는 22.5도만을 나타나게 된다. 마름모 접근 단계에 의해, 상기 마름모를 링으로 교체하는 것은 보다 현실적이며, 이는 도 14에 도시되어 있다. 상기 스트립을 서클과 접촉시킴으로써 보다 개선되어진 상태가 만들어지며, 그 결과 전체 단면적이 증가된다.

다각형 레그의 외부쪽에 있는 세그멘트들은, 스트립으로 이루어진 얇은 마름모 링으로 채워질 수 있다. 여기서 상기 스트립의 폭은 세그멘트의 폭이 절반이며, 상기 스트립의 두께는 세그멘트의 것과 동일하다. 상기 스트립은 그 전체 폭으로 감겨져 있다. 도 15에서 도시되는 바와 같이, 마름모의 중앙에 따른 스트립 내의 접힘부에 의해, 두 개의 측면을 한 개의 편평한 측면으로 만들면서 삼각형을 이룬다. 이때 상기 삼각형의 측면들은 코어와 접해 있다. 대략 2/3의 폭 및 8/9의 두께를 가지고, 가장 내부쪽에 있는 스트립의 변에서의 접힘부가 도 16에서와 같은 사다리꼴 단면을 만들게 된다. 상기 단면은 둥근 모양일 수도 있다.

일정한 폭을 갖는 스트립을 사용함으로써, 레그 부분은 서클 형태에 보다 근접한 단면 형태를 갖게 될 수 있다. 도 17, 17a, 17b를 참조하기로 한다. 도 17의 우측 레그(172)는 17a의 도면과 관련된 실시예로 설명되어진다. 이때 상기 레그의 횡단면이 도시되어 있다. 가장 내부쪽에는, 링(173)들이 위치해 있다. 상기 링들은 예를 들면 전체 폭의 80%에 달하는 폭 및 상기 폭의 9%에 달하는 두께를 갖는다. 그 주위를 둘러싸는 서클과 접하는 세 개의 링들이 있다(도 17a 참조).

여섯 개의 세그멘트 중, 네 개의 것은 자성 재료로 채워지며, 조립된 코어의 외부쪽에 있는 스트립들은 기타 다른 세그멘트들을 채울 수 있다.

링(174)은 육각형의 외부쪽에 배치될 수 있다.

도 17b에는 또 다른 실시예를 도시하고 있다, 이때 링(174)은 보다 광폭을 갖는, 기타 다른 링 내에 있는 스트립으로 대체된다.

본 발명에 따른 변압기 코어가 갖고 있는 장점 중, 일부분을 앞서 기술하였다. 기타 다른 장점들 중에, 다음의 것이다. 즉, 저부하 손실, 저중량, 저용량, 적은 전기 누출, 3상 변압기의 위상들의 대칭으로 인한 조파의 감소, 원활한 보수 등이다.

본 발명에 따른 변압기 코어의 바람직한 실시예들에 관해 기술되었다. 당업 자는 특허청구범위 내에 상기 실시예들을 변형시킬 수 있음을 이해하고 있다.

Claims (20)

1. 세 개의 레그와 상기 레그에 연결된 요크 부분을 포함하고, 상기 레그의 단면이 다섯 개 이상의 변을 갖는 정다각형인 변압기 코어에 있어서,

   상기 변압기 코어는 동일한 폭을 갖는 스트립으로 감겨진 링으로 이루어져 있고, 상기 링은 각각 두 개의 각 레그의 일부분을 이루도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 변압기 코어.
2. 제1항에 있어서,

   적어도 한 개의 레그가 6각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 변압기 코어.
3. 제2항에 있어서,

   상기 변압기 코어가 9개의 링을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 변압기 코어.
4. 제3항에 있어서,

   상기 변압기 코어가, 제1 폭 및 제1 두께를 갖는 세 개의 링, 및 상기 제1 폭의 절반에 대응되는 제2 폭 및 상기 제1 두께의 절반에 대응되는 제2 두께를 갖는 여섯 개의 링들을 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 코어.
5. 제4항에 있어서,

   제1 환형부(32), 제2 환형부(33) 및 제3 환형부(34)가,

   제1 폭 및 제1 두께를 갖는 스트립으로 감겨지며 단면이 60도인 두 개의 각도를 갖는 마름모형인 제1 링(32a, 33a, 34a), 및

   제2 폭―여기서 제2 폭은 본질적으로 제1 폭의 절반에 대응됨― 및 제2 두께―여기서 제2 두께는 본질적으로 제1 두께의 절반에 대응됨―를 갖는 스트립으로 감겨지며 마름모형 단면을 가지고 제1 링(32a, 33a, 34a) 상에 배치되는 제2 링(32b, 33b, 34b), 및

   제2 폭 및 제2 두께를 갖는 스트립으로 감겨지며, 마름모형 단면을 가지고 한쪽 포지션에서 제2 링에 인접해 있는 상기 제1 링(32a, 33a, 34a) 상에 배치되고 다른쪽 포지션에서 제2 링 상에 배치되는 제3 링(32c, 33c, 34c)을

   각각 포함하며,

   상기 제1, 제2 및 제3 환형부가 조립되어, 6각형 단면의 세 개의 레그를 갖는 3상 변압기 코어가 형성되는 것을 특징으로 하는 변압기 코어.
6. 제2항에 있어서,

   상기 변압기 코어가 7개의 링들을 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 코어.
7. 제6항에 있어서,

   제1 링(22a), 제2 링(23a), 제3 링(24a)은 제1 폭 및 제1 두께를 갖는 스트립으로 감겨지며, 상기 링의 단면들은 60도인 두 개의 각도를 갖는 마름모형이고, 상기 제1 링 제2 링 및 제3 링은 함께 삼각형을 형성하는 요크 부분들을 형성하며,

   제4 링(24b)이 제1 폭 및 제2 두께―여기서 제2 두께는 본질적으로 제1 두께의 절반에 대응됨―를 갖는 스트립으로 감겨지고, 마름모형 단면을 가지며 상기 제3 링(24a) 상에 배치되며,

   제5 링(22b)이 제2 폭―여기서 제2 폭은 본질적으로 제1 폭의 절반에 대응됨― 및 제1 두께를 갖는 스트립으로 감겨지고, 마름모형 단면을 가지며 상기 제1 링(22a) 상에 배치되며,

   제6 링(23b)이 제2 폭 및 제2 두께를 갖는 스트립으로 감겨지고, 마름모형 단면을 가지며 상기 제2 링(23a) 상에 배치되며,

   제7링(23c)이 제2 폭 및 제2 두께를 갖는 스트립으로 감겨지고, 마름모형 단면을 가지며, 상기 제2 링(23a) 및 제6 링(23b) 상에 배치되며,

   이로써, 6각형 단면의 세 개의 레그를 갖는 3상 변압기 코어가 형성되는 것을 특징으로 하는 변압기 코어.
8. 제1항에 있어서,

   적어도 한 개의 레그가 8각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 변압기 코어.
9. 제8항에 있어서,

   제1, 제2 및 제3 프로파일 링이, 두 개의 레그 및 두 개의 요크 부분을 갖는 세 개의 링(41a, 42b, 42c)들을 각각 포함하며, 이때

   제1 링(42a)이 레그 부분에서 45도의 각도를 갖는 마름모형 단면을 가지며, 레그 부분의 외측면들이 서로 향해 이동되도록 요크 부분이 15도로 벤딩되며,

   제2 링(42b)이 레그 부분에서 마름모형 단면을 가지며 제1 링 상에 배치되며,

   제3 링(42c)이 레그 부분에서 마름모형 단면을 가지며, 45도 각도의 제1 레그는 대체로 상기 제1 링(42a) 상에 놓여지며, 135도의 각도를 갖는 제2 레그는 제2 링(42b) 상에 놓여지며,

   상기 제1 프로파일 링, 제2 프로파일 링 및 제3 프로파일 링이 조립되어, 8각형 단면의 세 개의 레그를 갖는 3상 변압기 코어가 형성되는 것을 특징으로 하는 변압기 코어.
10. 제1항에 있어서,

    적어도 한 개의 레그가 10각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 변압기 코어.
11. 제10항에 있어서,

    제1 프로파일 링, 제2 프로파일 링 및 제 프로파일 3링이 두 개의 레그 및 두 개의 요크 부분을 갖는 5개의 링(50a, 50b, 50c, 50d, 50e)들을 포함하며,

    제1 링(50a)이 레그 부분에서 36도의 각도를 갖는 마름모형 단면을 가지며,

    제2 링(50b)이 레그 부분에서 72도의 각도를 갖는 마름모형 단면을 가지며,

    제3 링(50c)이 레그 부분에서 108도의 각도를 갖는 마름모형 단면을 가지며,

    제4 링(50d)이 레그 부분에서 36도의 각도를 갖는 마름모형 단면을 가지며 대체로 제1 링(50a) 상에 놓여지며, 그 요크 부분이 외부쪽으로 향해 24도로 기울어지며,

    제5 링(50e)이, 제3 링(50c) 상에 놓여질 때 레그 부분에서 144도의 각도를 갖는 마름모형 단면을 가지며, 제4 링(50c)의 외부쪽에 놓여질 때 72도의 각도를 갖는 마름모형 단면을 가지며, 및 제5 링(50e)의 외부쪽 레그를 냉각하기 위한 채널(51)을 가지며,

    상기 제1 프로파일 링, 제2 프로파일 링, 제3 프로파일 링들은 조립되어, 10각형 단면의 세 개의 레그를 갖는 3상 변압기 코어가 형성되는 것을 특징으로 하는 변압기 코어.
12. 제11항에 있어서,

    제3 링(50c)의 외측 부분이 72도의 각도를 갖는 마름모형 단면을 가지며, 상기 제3 링의 또 다른 외측 레그 부분을 완전한 레그를 이룰 때 제5 링(50e)으로 향해 위치 변동시킴으로써 상기 냉각 채널(52a, 52b, 53a, 53b)이 만들어지는 것을 특징으로 하는 변압기 코어.
13. 제10항에 있어서,

    상기 레그의 다각형 단면 및 프로파일 링을 특징으로 하며, 이때 상기 프로파일 링은, 각기 다른 각도를 갖는 마름모형 단면을 가지나 레그 부분에서 동일한 각으로 기울어져 있고 상기 다각형 단면에 부착되어 있는 링의 제1 클러스터(cluster), 및 내부에 각기 다른 각도를 갖는 마름모형 단면을 가지나 레그 부분에서 동일한 각도로 기울어져 있고 가장 내부쪽에 링―상기 링은 한쪽 레그 부분에서 단면을 가지며 다른쪽 레그 부분에서 다른 방식으로 회전됨―을 위한 공간이 형성될 때까지 제1 클러스터에 부착되어 있는 링의 제2 클러스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 코어.
14. 제1항에 있어서,

    모든 링이 60도의 각도 및 120도의 각도를 각각 두 개 씩 포함하는 것을 특징으로 하는 마름모형 단면을 갖는 변압기 코어.
15. 제1항에 있어서,

    바인딩 사이에 있는 상기 스트립의 추가적인 코어(70)가 코어의 정상 및 바닥 부분에서 함께 모아지는 것을 특징으로 하는 변압기 코어.
16. 제1항에 있어서,

    적어도 한 개 이상의 스트립 자극―여기서 한 개 이상인 경우 3대 3으로 한 패키지 내에 배열되며, 각 자극들은 각각의 요크에 벤딩됨(도 8 및 도 9 참조)―의 중앙선에 있는 추가의 코어를 특징으로 하는 변압기 코어.
17. 제1항에 있어서,

    상기 레그의 바깥쪽에 상기 레그의 단면을 둘러싸는 서클이 채워지도록 얇은 링이 감겨 있는 것을 특징으로 하는 변압기 코어.
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