KR100981380B1 - 변압기 또는 코일을 위한 권선 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리본 전기 전도체(14)를 구비하고 전기 전도체(14)에 고정되고 전도체에 리본 물질로 인가되는 적어도 하나의 리본 절연 물질층(16)을 구비한 변압기 또는 코일을 위한 권선에 관한 것이다. 전기 전도체(14) 및 적어도 하나의 리본 절연 물질 층(16)은 감겨서 와인딩 축(12)을 따라 와인딩 코어(10)주위에 권선(turns)을 형성한다. 게다가, 이러한 권선의 개개의 권선은 와인딩 코어(10)의 와인딩 축(12)에 대해 미리결정된 와인딩 각(40)을 가지고, 축방향으로 서로 나란히 위치한 복수의 권선들은 하나의 층을 형성한다. 적어도 2개의 방사상으로 인접한 권선 층(18,24)이 본 발명에 따라 제공된다. 게다가, 제 1 권선층(18)은 제 2 권선층(24)에 방사상으로 인접하고, 이 제 2 권선층은 전기 전도체(14) 및 적어도 하나의 리본 절연 물질 층을 접어(fold) 와인딩 방향을 변화시킴으로써 생성된다. 결국, 제 1 층(18)의 리본 절연 물질의 경도 방향과 제 2 층(24)의 대응하는 방향사이의 접힘부(folding)(38)에 의해 생성되는 전체각(42)은 와인딩 각(40)의 두배에 해당한다.

Description

변압기 또는 코일을 위한 권선 {WINDING FOR A TRANSFORMER OR A COIL}
도 1 은 2개층을 가지는 변압기 권선을 도시하는 도면.
도 2 는 접힘부분 근처 영역의 평면도를 도시하는 도면.
< 도면 부호의 간단한 설명>
10: 와인딩 코어 12: 와인딩 축
14: 전기 전도체 16: 절연 물질
18: 제 1 층 20: 절연층
22: 특정각 24: 제 2 층
26: 설정각 30: 변압기 코어
32: 코어 축 34: 전도체 리본
38: 접힘부 40: 와인딩 각
42: 전체각 46: 리본 폭
본 발명은, 리본 전기 전도체를 구비하고 전기 전도체에 고정되거나 이 전도체에 리본 물질로서 인가되는 적어도 하나의 리본 절연 물질 층을 가지는, 변압기 또는 코일을 위한 권선에 관한 것이고, 즉 전기 전도체 및 적어도 하나의 리본 절연 물질 층이 감겨서 와인딩 축을 따라 와인딩 코어 주위에 권선을 형성하고, 이때 개개의 권선은 와인딩 코어의 와인딩 축에 대해 미리결정된 와인딩 각을 가진다. 또한, 축방향으로 서로 나란히 위치한 복수의 권선들이 하나의 층을 형성하고, 적어도 2개의 방사상으로 인접한 권선층이 제공된다.
5 kVa 이상의 규격(rating)을 가지는 변압기 또는 코일을 위한 이러한 일반적으로 알려진 권선에 있어서, 이러한 권선은 통상적으로 권선들이 축방향으로 서로 나란히 인접하게 놓여서 이에 따라 권선 층을 형성하도록 감겨진다. 그러나 흔히, 복수의 층들이 또한 방사상으로 서로 감겨서 다중층 변압기 또는 다중층 코일을 형성하기도 한다. 복수의 방사상으로 인접한 권선층이 있는 경우에는, 하나의 층에서 전기 전도체의 와인딩 방향은 그 축 말단에서 역전되어야 한다.
전기 전도체의 폭이 비교적 좁다면, 관련 층의 축 말단에서의 와인딩 각을 90도의 값까지 계속하여 변화시킴으로써 그리고 결국, 예를 들면 추가적인 절반 권선의 이후, 그 값을 원하는 와인딩 방향까지 변화시킴으로써 이러한 역전 과정이 수행될 수 있다. 첫째, 이것은 층이 말단에서 방사상으로 두꺼워진다는 결점을 가지고, 둘째, 만약 전도체 리본이 비교적 넓다면 전도체 리본에 웨이브(wave) 및 비틀림(kinks)이 형성될 위험이 있다. 이러한 불유익한 영향은 전도체 리본이 비교적 얇을 경우에는 더 악화될 수 있다.
또한, 비교적 작은 와인딩 코어주위의 와인딩의 경우의 예를 통해 발생한 것과 같은, 비교적 큰 와인딩 각은, 초반부에서 설명된 이러한 유익하지 않은 효과 를 마찬가지로 진전시킨다.
이러한 선행 기술의 배경에 대해, 본 발명의 목적은, 특히 초반부에 설명된 유익하지 않은 효과의 경향을 가지는 전기 전도체의 경우에 있어서, 방사상으로 인접한 권선 층이 간단한 방식으로 생성될 수 있는, 초반에 언급된 유형의 변압기 또는 코일을 위한 권선을 설명하는 것이다.
본 발명에 따라, 이러한 목적은 청구항 1 에 기재된 특성을 가지는 변압기 또는 코일을 위한 권선에 의해 달성된다.
따라서 본 발명은, 전기 전도체 및 적어도 하나의 리본 절연 물질 층을 접음으로써 와인딩 방향을 변화시켜 생성될 수 있는, 제 2 층에 방사상으로 인접한 제 1 권선 층에 의해 특징지워지고, 이러한 접힘에 의해 생성된, 제 1 층의 리본 절연 물질의 경도 방향과 제 2 층의 대응하는 방향사이의 전체 각이 와인딩 각의 두배에 해당하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 주요 이점중 하나는, 방사상으로 인접한 추가적인 층을 생성하기 위한 전기 전도체의 와인딩 방향의 변화가, 와인딩 방향을 이전에 통상적이던 것처럼 천천히 즉 연속적으로 변화시키지 않고, 전기 전도체를 접음으로써 수행된다는 것이다. 이같은 상황에서 접힘이라는 용어는 리본 전기 전도체 및 적어도 하나의 절연 물질 층의 폭에 대해 연장된 가상의 직선으로 상기 전기 전도체를 접는 것을 의미한다. 따라서 이 와인딩 방향은, 전기 전도체의 비교적 긴 경도 방향 부분(section)에 걸쳐 종래에 발생했던 것과 같은, 측면 영역에서 리본 전기 전도체의 경도 방향으로 스트레스(stress)가 발생할 가능성 없이 불연속적인 방식으로 변화될 수 있다. 그러나, 이에 따라 이것도 또한 웨이브의 형성을 피하고 비틀림 또는 변형(deformation)경향을 피한다. 원칙적으로, 이러한 이점은 임의의 리본 전도체로 달성될 수 있다.
하나이상의 절연층이 전기 전도체와 함께 감겨서 권선을 형성하는 상황에서, 이 절연층들은 전기 전도체의 한쪽 넓은 면상에 및 그 넓은 면 양쪽 모두 상에 배치될 수 있다.
웨이브나 비틀림의 형성의 위험은, 특징적인 와인딩 각이 약 85도보다 적을때 또한 특히 높다. 본 발명에 따라서, 이러한 설명된 유익하지 않은 효과는 이 경우 또한 신뢰할만하게 피할 수 있다. 이 경우, 특징적인 와인딩 각은, 와인딩 과정동안 개개의 권선이 서로 평행하게 배치되는 것을 보장하기 위해 전기 전도체의 리본 폭 및 관련층 권선의 직경의 함수로서 선택된 값이어서, 이러한 전기 전도체의 경도 방향에 있어서의 바람직하지 않은 기계적 스트레스가 신뢰할만하게 피해질 수 있다.
본 발명에 따른 권선의 추가적인 유익한 개선점은, 절연층이 제 1 층과 제 2 층사이에 삽입된다는 것을 특징으로 한다. 이 경우에도, 본 발명은 유익하게 웨이브나 크랙(crack)의 형성을 피하는 동시에, 게다가 각 층사이의 전압 플래시오버(flashover)가 방지된다는 이점 및 또한 층의 임펄스 내전압이 증가된다는 이점을 달성한다.
접힘이 층 한쪽 축 말단에 배치된다면 본 발명에 따른 와인딩이 진행된다. 원칙적으로, 예를 들면 방사상으로 인접한 층들이 서로 상이한 축 길이를 가지더라 도 이러한 층들을 생성하기 위해 또는 추가적인 층에 방사상으로 인접하게 배치된 2개의 별개의 축방향으로 인접한 층을 생성하기 위해, 전기 전도체는 임의의 축지점에서 접혀질 수 있다. 그러나, 2개의 인접한 층은 흔히 동일한 축 길이를 가지도록 의도된다. 그 후 본 발명에 따라 제안된 것과 같이, 접힘부분은 한 층의 축 말단에 배치된다. 이것은 최적으로 활성화된 축 길이를 가지는 층을 야기한다.
본 발명의 추가적인 유익한 개선은 종속항에 설명된다.
본 발명, 즉 본 발명의 특정 이점뿐 아니라 본 발명의 유익한 개선 및 개량은 이하의 도면으로 도시된 예시적인 실시예를 참고하여 더 상세히 설명되고 표현될 수 있다.
도 1 은 변압기를 위한 2층 권선의 세부도를 도시한다. 권선은 와인딩 축(12)을 가진 와인딩 코어(10)주위에 감긴다. 권선은 리본 절연 물질(16)로 코팅된 리본 전기 전도체(14)로부터 형성된다. 이에 대안적으로, 리본 절연 물질(16)은 리본 박막(film)의 형태일 수도 있다. 또한 전기 전도체(14)가 절연 물질로 코팅되었는지 또는 절연 물질이 별개의 리본으로서 전기 전도체와 함께 형성되어 권선을 형성하는지는 본 발명의 사상에 무관하다.
제 1 권선층(18)은 와인딩 코어(10)주위에 바로 감겨진 층이어야 한다. 절연층(20)은 제 1 층과 와인딩 코어(10)사이에 배치된다. 리본 절연 물질(16)은 이 경우 절연층(20)으로부터 이면된(face away) 전기 전도체(14)의 한쪽 면상에 배치된다. 제 1 층(18)의 개개의 권선은 와인딩 축(12)에 대해 특정 각(22)으로 경사진 다. 또한, 각 권선은 바로전의 권선에 대해 와인딩 축(12)의 방향에 대해 특정정도 만큼 평행하게 단층지게(offset) 배치되어, 그 다음으로 오는 권선이 부분적으로 이전 권선과 겹친다.
제 2 권선층(24)은 제 1 층(18)주위에 방사상으로 감긴다. 제 2 층(24)의 층 구조는 본질적으로 제 1 층(18)의 층구조와 동일하여서, 이 경우에도 전기 전도체(14) 및 절연 물질(16)은 그 일부가 겹친 채로 서로 나란히 권선 다음 권선의 배치형태로 구성된다. 제 2 층(24)에서의 겹침은, 제 2 층(24)의 설정각(setting angle)(26)이 그 크기면에서는 특정각(22)과 동일하지만 부호는 그와 반대인 각에 해당하도록 선택된다. 이것은 수학적인 관점에서 보면, 설정각(26)은 와인딩 축(12)을 0도로 가정한다면 180 도에서 특정각(22)을 뺀 각에 해당한다.
도 2 는, 리본 폭(46)의 전도체 리본(34)뿐 아니라 코어 축(32)를 구비한, 변압기 코어(30)의 세부 평면도를 도시한다. 전도체 리본(34)의 단일 권선의 일부만이 도시된다. 권선이 감기고자 하는 방향은 화살표(36)로 표시된다. 화살표(36)는 그 다음 후속하는 층의 이전에 한꺼번에 변압기 코어(30)주위에 감기고자 하는, 그리고 이에 따라 접힘부(38)에서 종료하는 층을 식별하고자 한다. 이러한 상황에서, 종료라는 용어는 이 층이 이 축 지점에서 종료한다는 것만을 의미한다. 더 상세하게, 변압기 코어(30)주위에 더 안쪽에 배치된, 방사상으로 인접한 층이 이 축 지점에서 종료하지 않고, 변압기 코어(30)의 더 긴 축 영역을 커버하는 것이 동일하게 가능하다. 이 경우, 와인딩 과정동안, 현재 방향이 정확하고 개개의 층 또는 권선의 전자기적 효과가 서로 상쇄되지 않는 것이 보장되도록 하는데 주의를 기울 여야 한다.
방금 설명한 전도체 리본(34)의 그러한 영역은 코어 축(32)에 대해 와인딩 각(40)을 가진다. 이러한 실시예에서, 와인딩 각(40)은 이러한 변압기 코어(30)의 특징적인 각이 되도록 의도된다. 특징적인 각은 전도체 리본(34)의 리본 폭(46) 및 권선의 직경에 의존하고, 따라서 변압기 코어(30)의 기하학적 구조에 직접 의존한다. 특징적인 각이 와인딩 각(40)으로 선택된다면, 이것은 변압기 코어(30)상에 감긴 각 권선이 그 이전의 권선에 대해 평행하게 배치된다는 것을 보장한다.
전도체 리본(34)의 전형적인 리본 폭(46)은 20 mm 에서 150 mm 사이이고, 전도체 리본의 전형적인 리본 두께는 대략 0.1 mm 에서 1 mm 이다. 이 경우, 리본 폭 및 리본 두께 쌍이 반드시 유일할(unique) 필요는 없다. 실제로, 전기 전도체 리본에 걸리는 부하에 따라, 100mm의 리본 폭을 가진 전도체 리본이 1mm 의 리본 두께 혹은 0.1mm 의 리본 두께로 구성될 수 있다. 이와 꼭 마찬가지로, 20 mm 의 리본 폭을 위한 리본 두께는 0.1 mm, 0.5 mm, 또는 1 mm 일 수 있다. 또한, 폭 및 두께의 임의의 다른 조합도 본 발명의 범주내에서 선택가능하다. 본 발명에 따른 이점은 여전히 다른 쌍으로도 달성될 수 있다.
전도체 리본(34)의 축 와인딩 방향은 특정 지점에서 변화되도록 의도되고, 도면에서 점선(44)으로 표시된다. 이것은, 전기 전도체 리본(34) 및 이 도면에서 더 자세히 도시되지는 않았지만 전도체 리본(34)과 관련된 절연 박막을 접음으로써 달성된다. 이러한 접음은, 점선(44)과 축상으로 일치하는(coincident) 직선을 따라 전도체 리본(34)의 전체 폭에 걸쳐 수행된다. 또한, 접힘부(38)는 대략 180도의 접 힘각을 가져서, 접음 과정이후에는, 원래는 방사상으로 외측을 향하던 전도체 리본(34)의 면이 방사상으로 내측, 즉 변압기 코어(30)에 접하는 전도체 리본(34)의 면이 된다. 접힘부(38)이전의 전도체 리본(34)의 경도 방향과 접힘부(38)이후의 전도체 리본(34)의 경도 방향사이의 전체각(42)은 정확하게 와인딩 각(40)의 두배에 해당한다. 따라서 접힘부(38)의 위치는 하나의 특정 층의 종료 지점일 뿐 아니라 그 다음 권선층의 개시 시점이기도 하다. 종래의 일반적인 권선의 상황과는 대조적으로, 와인딩 방향의 변화는 접힘 지점에서 불연속적인 방식으로 발생한다. 경험을 통해, 접힘부(38) 그 자체는 전도체 리본(34)의 물질상에 어떠한 수용불가능한 부하도 야기시키지 않는다.
그러나, 예를 들면, 초반부에 설명된 방식으로 전도체 박막 또는 절연 박막을 별도로 접는 것, 특히 절연 박막이 전도체 박막에 직접 나란히 외곽방향으로 접히게 하는 것도 또한 가능하다. 이러한 방식으로, 전도체 박막 위 또는 밑에 위치한 절연층이, 접음 과정 후에 다음 층에서 또한 다시 한번 전도체 밑 또는 위에 배치된다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 특히 초반부에 설명된 유익하지 않은 효과의 경향을 가지는 전기 전도체의 경우에 있어서, 방사상으로 인접한 권선 층이 간단한 방식으로 생성될 수 있는 변압기 또는 코일을 위한 권선을 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 리본 전기 전도체(14)를 구비하고 상기 리본 전기 전도체(14)에 고정되거나 상기 리본 전기 전도체에 리본 물질로서 코팅되는, 또는 상기 리본 전기 전도체(14)와는 분리된, 적어도 하나의 리본 절연 물질층(16)을 구비하는, 변압기 또는 코일을 위한 권선으로서, 상기 리본 전기 전도체(14) 및 상기 적어도 하나의 리본 절연 물질층(16)이 감겨서 와인딩 축(12)을 따라 와인딩 코어(10) 주위에 권선들을 형성하는데, 상기 권선들의 개개의 권선이 상기 와인딩 코어(10)의 상기 와인딩 축(12)에 대해 와인딩 각(40)을 가지고, 상기 와인딩 축(12)의 방향으로 연속적으로 나란하게 위치한 복수의 권선들이 하나의 권선층을 형성하며, 적어도 두 개의 방사상 방향으로 인접한 권선 층(18,24)이 존재하는, 변압기 또는 코일을 위한 권선에 있어서,
    제 1 권선층(18)은, 상기 리본 전기 전도체(14) 및 상기 적어도 하나의 리본 절연 물질층을 접어(fold) 와인딩 방향을 변화시킴으로써 상기 제 1 권선층 위에 생성될 수 있는 제 2 권선층(24)에 방사상 방향으로 인접하고, 상기 리본 전기 전도체(14) 및 상기 리본 절연 물질층(16)이 접히는 부분인 접힘부(fold)(38)에 의해 생성된, 상기 제 1 권선층(18)의 상기 리본 절연 물질층(16)의 길이 방향(36)과 상기 제 2 권선층(24)의 대응하는 길이 방향 사이의 전체 각(42)은 상기 와인딩 각(40)의 2배에 해당하는 것을 특징으로 하는, 변압기 또는 코일을 위한 권선.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 접힘부(38)는 상기 제 1 및 제 2 권선층(18, 24)의 각각의 한 축 말단에 배치되는 것을 특징으로 하는, 변압기 또는 코일을 위한 권선.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 절연층(20)이 상기 제 1 권선층(18)과 상기 제 2 권선층(24) 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 변압기 또는 코일을 위한 권선.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 와인딩 각(40)은, 상기 리본 전기 전도체(14)의 리본 폭(46) 및 상기 제 1 및 제 2 권선층(18,24)의 각각의 권선층의 직경에 의존하여 선택되는, 특징적인 와인딩 각인 것을 특징으로 하는, 변압기 또는 코일을 위한 권선.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 접힘부(38)는 180도의 접힘각을 가지는 것을 특징으로 하는, 변압기 또는 코일을 위한 권선.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 리본 절연 물질층(16) 중 하나는, 상기 접힘부(38)가 형성되는 지점에서 시작하여, 상기 제 1 권선층과 상기 제 2 권선층 사이에 삽입되고, 상기 리본 절연 물질층(16)은 상기 접힘부(38)가 형성되는 지점으로부터 상기 리본 전기 전도체(14)에 코팅되거나 상기 리본 전기 전도체에 리본 절연 물질층(16)으로서 고정되는 것을 특징으로 하는, 변압기 또는 코일을 위한 권선.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 특징적인 와인딩 각은 85도 보다 적은 것을 특징으로 하는, 변압기 또는 코일을 위한 권선.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 리본 절연 물질층(16)은, 원주 방향으로 상기 리본 전기 전도체(14)와 나란하게, 분리되어 접히는 것을 특징으로 하는, 변압기 또는 코일을 위한 권선.
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