KR102248341B1 - 동일한 인덕턴스 값을 가지는 리액터 제조 방법 - Google Patents

Abstract

동일한 인덕턴스 값을 가지는 리액터 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 리액터는 각 상의 인덕턴스가 동일한 3상 리액터에 있어서, 상기 3상 리액터는 요크 코어(Yoke Core)를 포함하고, 상기 요크 코어는 상기 각 상에서 자속의 자로 길이(Magnetic Path length)가 같아지도록 Y형 또는 델타형으로 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 요크 코어는 상기 Y형인 경우 세 개의 오각형 부분 코어들을 포함하고, 상기 오각형 부분 코어들 각각은 내각이 120℃, 120℃, 120℃, 90℃, 90℃를 유지할 수 있으며, 상기 요크 코어는 상기 델타형인 경우 세 개의 육각형 부분 코어들을 포함하거나 세 개의 평행사변형 부분 코어들을 포함하고, 상기 육각형 부분 코어들 각각은 내각이 120℃, 90℃, 150℃, 150℃, 90℃, 120℃를 유지하며, 상기 평행사변형 부분 코어들 각각은 내각이 120℃, 60℃, 120℃, 60℃를 유지할 수 있다.

Description

동일한 인덕턴스 값을 가지는 리액터 제조 방법 {manufacturing method of reactor having the same inductance value}

본 발명은 각 상의 인덕턴스가 균일한 리액터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 각 상에서 자속의 자로 길이(Magnetic Path length)가 같아지도록 요크 코어 형상을 Y형 또는 델타형(또는 삼각형)으로 형성함으로써, 3상 리액터의 각 상에서 동일한 또는 균일한 인덕턴스를 제공할 수 있는 리액터 제조 방법에 관한 것이다.

지금까지 제작되고 있는 3상 리액터의 경우는 직사각형 형태의 구조를 가지고 있다. 직사각형 형상으로 리액터를 제작하게 되면, 각 상에서 발생한 자속(Flux)이 지나가는 자로 길이(MPL; Magnetic Path length)가 달라 각 상에서 측정되는 인덕턴스 값이 오차가 발생하게 된다. 지금까지는 이러한 오차율을 무시하고 리액터를 사용해 왔지만, 지속적인 전력품질에 대한 이슈가 발생하면서 보다 안정적으로 개선해야 할 필요가 생겼다.

아래 <수학식 1>은 인덕턴스를 계산하는 식을 나타낸 것으로, 기존의 직사각형 형태의 리액터는 a상, b상 그리고 c상이 순차적으로 존재하는 경우 a상과 c상의 MPL이 b상의 MPL 보다 길어 b상의 인덕턴스 값이 높게 나오는 것을 알 수 있다.

[수학식 1]

여기서, N은 권선 수(Winding Turns)를 의미하고, μ는 투자율(permeability)을 의미하며, Ac는 코어의 단면적을 의미하고, MPL은 자로 길이(Magnetic path length)를 의미하며, L은 인덕턴스(Inductance)를 의미할 수 있다.

신재생 에너지(예를 들어, 태양광 발전, 풍력 발전 등) 및 ESS(에너지 저장 장치[Energy Storage System]) 장비 등과 같은 DC전기를 생산하는 방식 및 이에 따른 기술개발이 지속적으로 이루어지고 있다. 이에 따라 리액터의 기능 또한 개선되어야 한다. 특히 예전에는 센트럴 타입의 인버터 방식으로 용량별(예를 들어, 100kW, 250kW, 500kW 그리고 1000kW)로 독립적인 디자인으로 개발되었지만, 현재에는 스트링 타입의 인버터 방식으로 특정 용량(250kW)을 모듈화로 개발하여 복수 개를 조합하여 용량을 증가시키고 있다.

이 때, 리액터의 각 상에서 오차율이 있는 제품을 적용 할 경우 복수 개로 이루어진 제품의 전류 불균형이 발생하여 한 쪽에 과도한 전류가 흐를 수 있는 문제가 발생하고, 이는 제품의 수명을 단축시키거나 고장 원인이 되고, 이러한 제품은 정상적인 제품보다 화재의 우려가 높아 진다.

본 발명의 실시예들은, 각 상에서 자속의 자로 길이(Magnetic Path length)가 같아지도록 요크 코어 형상을 Y형 또는 델타형(또는 삼각형)으로 형성함으로써, 3상 리액터의 각 상에서 동일한 또는 균일한 인덕턴스를 제공할 수 있는 리액터 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 리액터는 각 상의 인덕턴스가 동일한 3상 리액터에 있어서, 상기 3상 리액터는 요크 코어(Yoke Core)를 포함하고, 상기 요크 코어는 상기 각 상에서 자속의 자로 길이(Magnetic Path length)가 같아지도록 Y형 또는 델타형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 요크 코어는 상기 Y형인 경우 세 개의 오각형 부분 코어들을 포함하고, 상기 오각형 부분 코어들 각각은 내각이 120℃, 120℃, 120℃, 90℃, 90℃를 유지할 수 있다.

상기 요크 코어는 상기 Y형인 경우 한 개의 오각형 부분 코어와 두 개의 직사각형 부분 코어들을 포함하고, 상기 오각형 부분 코어는 내각이 150℃, 60℃, 150℃, 90℃, 90℃를 유지할 수 있다.

상기 요크 코어는 상기 Y형인 경우 세 개의 직사각형 부분 코어들과 한 개의 정삼각형 부분 코어를 포함하거나 세 개의 직사각형 부분 코어들과 한 개의 Y형 부분 코어를 포함할 수 있다.

상기 요크 코어는 상기 델타형인 경우 세 개의 육각형 부분 코어들을 포함하거나 세 개의 평행사변형 부분 코어들을 포함하고, 상기 육각형 부분 코어들 각각은 내각이 120℃, 90℃, 150℃, 150℃, 90℃, 120℃를 유지하며, 상기 평행사변형 부분 코어들 각각은 내각이 120℃, 60℃, 120℃, 60℃를 유지할 수 있다.

상기 요크 코어는 상기 세 개의 육각형 부분 코어들 간의 연결 부위 또는 상기 세 개의 평행사변형 부분 코어들 간의 연결 부위에 부분 코어들을 연결하는 연결 수단을 더 포함할 수 있다.

상기 요크 코어는 상기 델타형인 경우 세 개의 오각형 부분 코어들과 세 개의 사각형 부분 코어들을 포함하거나 세 개의 정삼각형 부분 코어들과 세 개의 사다리꼴 부분 코어들을 포함하며, 상기 오각형 부분 코어들 각각은 내각이 120℃, 90℃, 120℃, 90℃, 120℃를 유지하고 두 개의 사각형 부분 코어들 사이에 배치되며, 상기 사다리꼴 부분 코어들 각각은 두 개의 정삼각형 부분 코어들 사이에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 리액터 제조 방법은 각 상의 인덕턴스가 동일한 3상 리액터 제조 방법에 있어서, 요크 코어를 형성하기 위하여, 복수의 부분 코어들을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 부분 코어들을 이용하여 상기 각 상에서 자속의 자로 길이(Magnetic Path length)가 같아지도록 Y형 또는 델타형의 요크 코어를 형성하는 단계를 포함한다.

상기 부분 코어들을 형성하는 단계는 금속 분말 또는 스틸 코어 중 적어도 하나를 이용하여 상기 부분 코어들을 형성할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리액터 제조 방법은 각 상의 인덕턴스가 동일한 3상 리액터 제조 방법에 있어서, 직사각형 형상의 요크 코어를 형성하는 단계; 및 코일이 감겨지는 레그 코어(Leg Core)를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 레그 코어를 형성하는 단계는 투자율(permeability)이 다른 복수 개의 코어를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 각 상에서 자속의 자로 길이가 같아지도록 요크 코어 형상을 Y형 또는 델타형(또는 삼각형)으로 형성함으로써, 3상 리액터의 각 상에서 동일한 또는 균일한 인덕턴스를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, Y형(또는 Y 형상)과 델타형(또는 삼각형) 요크 코어를 적용한 리액터는 각 상에서 동일한 또는 균일한 인덕턴스를 제공하기 때문에 본 발명의 리액터가 적용된 모듈형 인버터는 전류 분배가 균일하게 이루어지고 따라서 시스템의 안전성이 향상되고 우수한 전력품질을 구현할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 각 상의 코일에서 발생하는 발열온도가 균일하게 발생되기 때문에 기존 직사각형 리액터보다 전류밀도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 델타형 요크 코어를 적용한 리액터의 경우 기존 직사각형 요크 코어보다 최대 1/2 사이즈를 줄일 수 있기 때문에 코어의 재료비, 사이즈 및 무게를 감소시킬 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 국내 또는 해외로 운송을 할 때 외부의 영향으로 발생하는 진동문제에 대해 기존에 사용되던 직사각형 형상보다 구조적으로 안정적일 수 있다.

예컨대, 리액터를 인버터 안에 고정할 때 보통 4개의 나사로 고정을 하는데, 제품이 고객이 설치하는 곳까지 이송될 때 외부의 진동으로 리액터가 흔들릴 수 있고, 리액터는 인버터에서 2번째로 무게가 나가는 장비로 리액터의 진동이 다른 부품들에게 영향을 줄 수 있다. 따라서, 본 발명은 기존 직사각형 형상보다 안정적인 구조를 제공하기 때문에 외부의 진동에 보다 안정적으로 고정되어 제품을 안전하게 전달할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리액터의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 Y형 요크 코어에 대한 예시도들을 나타낸 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 Y형 요크 코어에 대한 다른 예시도들을 나타낸 것이다.
도 4는 도 1에 도시된 Y형 요크 코어에 대한 또 다른 예시도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리액터의 구조를 나타낸 것이다.
도 6은 도 5에 도시된 델타형 요크 코어에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 7은 도 6에 도시된 델타형 요크 코어를 제작하는 과정을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.
도 8은 도 5에 도시된 델타형 요크 코어에 대한 다른 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 9는 도 8에 도시된 델타형 요크 코어를 제작하는 과정을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.
도 10은 도 5에 도시된 델타형 요크 코어에 대한 또 다른 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 11은 도 5에 도시된 델타형 요크 코어에 대한 또 다른 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 리액터의 구조를 나타낸 것이다.
도 13은 스틸 형태의 코어를 이용하여 평행사변형으로 절단 후 삼각기둥 구조를 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 14는 스틸 형태의 코어를 이용하여 육각형으로 절단 후 삼각기둥 구조를 설명하는 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예들은, 각 상에서 자속의 자로 길이가 같아지도록 요크 코어 형상을 Y형 또는 델타형(또는 삼각형)으로 형성함으로써, 3상 리액터의 각 상에서 동일한 또는 균일한 인덕턴스를 제공하는 것을 그 요지로 한다.

여기서, 본 발명의 요크 코어는 금속 분말 또는 스틸 코어(steel core) 중 적어도 하나를 이용하여 요크 코어를 형성하기 위한 부분 코어들을 형성(또는 제조)하고, 이러한 부분 코어들의 결합 또는 조립을 통해 Y형 또는 델타형(또는 삼각형) 요크 코어를 제공함으로써, 리액터의 각 상에서 동일한 인덕턴스를 제공할 수 있다.

나아가, 본 발명에서 Y형 요크 코어는 세 개의 오각형 부분 코어들을 포함하거나 한 개의 오각형 부분 코어와 두 개의 직사각형 부분 코어들을 포함하거나 세 개의 직사각형 부분 코어들과 한 개의 정삼각형 부분 코어를 포함하거나 세 개의 직사각형 부분 코어들과 한 개의 Y형 부분 코어를 포함할 수 있다.

더 나아가, 본 발명에서 델타형 요크 코어는 세 개의 육각형 부분 코어들을 포함하거나 세 개의 평행사변형 부분 코어들을 포함하거나 세 개의 오각형 부분 코어들과 세 개의 사각형 부분 코어들을 포함하거나 세 개의 정삼각형 부분 코어들과 세 개의 사다리꼴 부분 코어들을 포함하거나 세 개의 물방울 형상 부분 코어들과 세 개의 사다리꼴 부분 코어들을 포함할 수 있다.

물론, 각각의 부분 코어들을 이용하여 Y형 요크 코어 또는 델타형 요크 코어를 형성하기 위하여, 부분 코어들 각각의 내각이 결정될 수 있으며, 이렇게 결정된 내각을 가지는 부분 코어들을 이용하여 Y형 요크 코어 또는 델타형 요크 코어를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에서 Y형 요크 코어 또는 델타형 요크 코어는 금속 분말 코어(예를 들어, sendust, Megaflux, CIP(철 분말), Ni-Fe, 아몰퍼스 합금, 페라이트 등) 또는 스틸 코어(예를 들어, Fe-si Core, Super Core, Amorphous Core, Nano Crystalline Core 등)를 이용하여 형성할 수 있으며, 열경화 수지(에폭시류), 열가소성 수지(아크릴류, 폴리에스테드류)와 경화제를 일정 비율로 섞어 온도로 열을 가함으로써, 부분 코어를 제조할 수도 있다. 상황에 따라, 금속 분말 코어와 스틸 코어를 조합하여 요크 코어를 형성할 수도 있다.

이 때, 스틸 코어는 스틸 코어의 특성에 따라 가로로 적층하여 부분 코어를 형성할 수도 있고, 세로로 적층하여 부분 코어를 형성할 수도 있으며, 상황에 따라 코어 사이즈를 다르게 하여 세로로 적층하여 부분 코어를 형성할 수도 있다.

또한, 리액터는 상부 요크 코어와 하부 요크 코어 사이에 형성되는 림 코어(Limb core) 또는 레그 코어(Leg Core)를 더 포함할 수 있으며, 이러한 레그 코어는 요크 코어의 형상에 따라 달라질 수 있다.

이러한 본 발명에 대해 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리액터의 구조를 나타낸 것으로, Y형 요크 코어를 포함하는 리액터에 대한 구조를 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, Y형 리액터는 Y형 요크 코어(100)와 코일이 감겨 있는 레그 코어(Leg Core)(200)를 포함한다.

Y형 요크 코어(100)는 Y형으로 이루어진 것을 알 수 있으며, 금속 분말 코어 예를 들어, sendust, Megaflux, CIP(철 분말), Ni-Fe, 아몰퍼스 합금, 페라이트 등 또는 스틸 코어 예를 들어, Fe-Si Core, Super Core, Amorphous Core, Nano Crystalline Core 등으로 제작될 수 있다.

여기서, Y형 요크 코어(100)는 금속 분말을 이용하여 Y형 요크 코어를 제작할 때 금속 분말을 단일로 제작하거나 다수의 분말들을 일정한 비율로 조합하여 제작할 수도 있다.

이 때, Y형 요크 코어(100)는 금속 분말 코어 또는 스틸 코어를 이용하여 형성할 수 있으며, 열경화 수지(에폭시류), 열가소성 수지(아크릴류, 폴리에스테드류)와 경화제를 일정 비율로 섞어 온도로 열을 가함으로써, 부분 코어들 각각 또는 Y형 요크 코어를 제조할 수도 있다.

레그 코어(200)는 원 기둥 모양 또는 다각형 기둥 모양으로 형성될 수 있으며, 스틸 코어류 예를 들어, Fe-Si Core, Super Core, Amorphous Core, Nano Crystalline Core 등 또는 금속 분말 코어류 등으로 제작될 수 있다. 예컨대, 레그 코어(200)는 금속 분말 코어를 이용한 파우더 코어, 페라이트 코어를 사용할 수도 있고, 스틸 코어로 제작 시 사이즈가 다른 사각형의 코어를 사방으로 적층하여 제작할 수도 있다.

이러한 Y형 요크 코어를 제작하는 과정과 Y형 요크 코어에 대한 실시예들을 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 Y형 요크 코어에 대한 예시도들을 나타낸 것이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, Y형 요크 코어는 세 개의 오각형 부분 코어들(210)을 포함하고, 세 개의 오각형 부분 코어들(210)이 결합되어 Y형 요크 코어를 형성하는 것을 알 수 있다. 여기서, 각각의 부분 코어(210)는 스틸 코어에 의해 형성될 수 있으며, 이렇게 형성된 부분 코어들을 이용하여 Y형 요크 코어를 형성할 수 있다.

이 때, 오각형 부분 코어들 각각(210)은 동일한 형상을 가지며, 내각이 120

, 120

, 120

, 90

, 90

를 유지함으로써, 세 개의 오각형 부분 코어들이 결합되어 Y형 요크 코어를 형성할 수 있다.

오각형 부분 코어들 각각(210)은 스틸 코어의 특성에 따라 가로로 적층되어 형성될 수도 있고, 세로로 적층되어 형성될 수도 있는데, 세로로 적층되어 형성되는 경우 스틸 코어의 사이즈를 다르게 하여 적층할 수도 있다.

필요에 따라, 오각형 부분 코어들 각각(210)은 부분 코어들 간의 연결 부위에 부분 코어들을 연결하는 연결 수단이 구비될 수 있으며, 이러한 연결 수단을 이용하여 부분 코어들을 결합함으로써, Y형 요크 코어를 형성할 수도 있다.

도 2b에 도시된 바와 같이, Y형 요크 코어는 한 개의 오각형 부분 코어(220)와 두 개의 직사각형 부분 코어들(240)을 포함하고, 한 개의 오각형 부분 코어(220)와 두 개의 직사각형 부분 코어들(240)이 결합되어 Y형 요크 코어를 형성하는 것을 알 수 있다. 여기서, 각각의 부분 코어는 스틸 코어에 의해 형성될 수 있으며, 이렇게 형성된 부분 코어들을 이용하여 Y형 요크 코어를 형성할 수 있다.

이 때, 오각형 부분 코어(220)는 내각이 150℃, 60℃, 150℃, 90℃, 90℃를 유지함으로써, 두 개의 직사각형 부분 코어(240)와 결합되어 Y형 요크 코어를 형성할 수 있다.

오각형 부분 코어(220)와 직사각형 부분 코어들 각각(240)은 스틸 코어의 특성에 따라 가로로 적층되어 형성될 수도 있고, 세로로 적층되어 형성될 수도 있는데, 세로로 적층되어 형성되는 경우 스틸 코어의 사이즈를 다르게 하여 적층할 수도 있다.

필요에 따라, 오각형 부분 코어(220)와 직사각형 부분 코어들(240)은 부분 코어들 간의 연결 부위에 부분 코어들을 연결하는 연결 수단이 구비될 수 있으며, 이러한 연결 수단을 이용하여 부분 코어들을 결합함으로써, Y형 요크 코어를 형성할 수도 있다.

비록, 도 2에서 설명한 스틸 코어의 형상은 가로의 형상을 기준으로 각도를 삽입하였지만, 이 각도를 기준으로 세로의 형상으로 스틸 코어의 형상을 구현할 수도 있다.

도 3은 도 1에 도시된 Y형 요크 코어에 대한 다른 예시도들을 나타낸 것이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, Y형 요크 코어는 세 개의 직사각형 부분 코어들(240)과 한 개의 정삼각형 부분 코어(310)를 포함하고, 세 개의 직사각형 부분 코어들(240)과 한 개의 정삼각형 부분 코어(310)가 결합되어 Y형 요크 코어를 형성하는 것을 알 수 있다. 여기서, 각각의 부분 코어는 스틸 코어 또는 금속 분말 코어에 의해 형성될 수 있으며, 이렇게 형성된 부분 코어들을 이용하여 Y형 요크 코어를 형성할 수 있다.

예를 들어, 직사각형 부분 코어들 각각(240)은 스틸 코어의 특성에 따라 가로로 적층되어 형성될 수도 있고, 세로로 적층되어 형성될 수도 있는데, 세로로 적층되어 형성되는 경우 스틸 코어의 사이즈를 다르게 하여 적층할 수도 있다. 또한, 정삼각형 부분 코어(310)는 스틸 코어의 특성에 따라 가로로 적층되어 형성될 수도 있고, 세로로 적층되어 형성될 수도 있으며, 금속 분말을 이용한 금속 분말 코어로 형성될 수도 있다.

필요에 따라, 직사각형 부분 코어들 각각(240)과 정삼각형 부분 코어(310)는 부분 코어들 간의 연결 부위에 부분 코어들을 연결하는 연결 수단이 구비될 수 있으며, 이러한 연결 수단을 이용하여 부분 코어들을 결합함으로써, Y형 요크 코어를 형성할 수도 있다. 일 예로, 금속 분말과 스틸 코어를 조합하여 Y 형 요크 코어를 제작하는 방법은 먼저 금속 분말을 이용하여 정삼각형 부분 코어를 제작하고, 직사각형 형상의 규소를 조합하는 방법을 통해 이루어질 수 있다.

도 3b에 도시된 바와 같이, Y형 요크 코어는 세 개의 직사각형 부분 코어들(240)과 한 개의 Y형 부분 코어(320)를 포함하고, 세 개의 직사각형 부분 코어들(240)과 한 개의 Y형 부분 코어(320)가 결합되어 Y형 요크 코어를 형성하는 것을 알 수 있다. 여기서, 각각의 부분 코어는 스틸 코어 또는 금속 분말 코어에 의해 형성될 수 있으며, 이렇게 형성된 부분 코어들을 이용하여 Y형 요크 코어를 형성할 수 있다.

예를 들어, 직사각형 부분 코어들 각각(240)은 스틸 코어의 특성에 따라 가로로 적층되어 형성될 수도 있고, 세로로 적층되어 형성될 수도 있는데, 세로로 적층되어 형성되는 경우 스틸 코어의 사이즈를 다르게 하여 적층할 수도 있다. 또한, Y형 부분 코어(320)는 스틸 코어의 특성에 따라 가로로 적층되어 형성될 수도 있고, 세로로 적층되어 형성될 수도 있으며, 금속 분말을 이용한 금속 분말 코어로 형성될 수도 있다.

필요에 따라, 직사각형 부분 코어들 각각(240)과 Y형 부분 코어(320)는 부분 코어들 간의 연결 부위에 부분 코어들을 연결하는 연결 수단이 구비될 수 있으며, 이러한 연결 수단을 이용하여 부분 코어들을 결합함으로써, Y형 요크 코어를 형성할 수도 있다. 일 예로, 금속 분말과 스틸 코어를 조합하여 Y 형 요크 코어를 제작하는 방법은 먼저 금속 분말을 이용하여 Y형 부분 코어를 제작하고, 직사각형 형상의 규소를 조합하는 방법을 통해 이루어질 수 있다.

비록, 도 3에서 설명한 스틸 코어의 형상은 가로의 형상을 기준으로 각도를 삽입하였지만, 이 각도를 기준으로 세로의 형상으로 스틸 코어의 형상을 구현할 수도 있다.

도 4는 도 1에 도시된 Y형 요크 코어에 대한 또 다른 예시도를 나타낸 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이, Y형 요크 코어는 동일한 형상을 가지는 부분 코어(410)의 일면을 가공하고, 일면이 가공된 세 개의 부분 코어들(410)을 결합함으로써, 결합된 부분의 형상이 서로 충돌하지 않고 자연스럽게 결합 또는 조립되는 것을 알 수 있다. 여기서, 일면이 가공되는 정도는 Y형 요크 코어의 다른 일면의 길이, 삽입 깊이 등을 고려하여 결정될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리액터의 구조를 나타낸 것으로, 델타형(또는 삼각형) 요크 코어를 포함하는 리액터에 대한 구조를 나타낸 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 델타형 리액터는 델타형 요크 코어(500)와 레그 코어(600)를 포함한다.

델타형 요크 코어(500)는 삼각형 형상으로 이루어진 것을 알 수 있으며, 상황에 따라 코일에서 발생하는 열을 빼주기 위해 중심부에 공기 통로(700)가 형성될 수도 있다. 이러한 델타형 요크 코어는 금속 분말 코어 예를 들어, sendust, Megaflux, CIP(철 분말), Ni-Fe, 아몰퍼스 합금, 페라이트 등 또는 스틸 코어 예를 들어, Fe-Si Core, Super Core, Amorphous Core, Nano Crystalline Core 등으로 제작될 수 있다.

여기서, 델타형 요크 코어(500)는 금속 분말을 이용하여 델타형 요크 코어를 제작할 때 금속 분말을 단일로 제작하거나 다수의 분말들을 일정한 비율로 조합하여 제작할 수도 있다.

이 때, 델타형 요크 코어(500)는 금속 분말 코어 또는 스틸 코어를 이용하여 형성할 수 있으며, 열경화 수지(에폭시류), 열가소성 수지(아크릴류, 폴리에스테드류)와 경화제를 일정 비율로 섞어 온도로 열을 가함으로써, 부분 코어들 각각 또는 델타형 요크 코어를 제조할 수도 있다.

레그 코어(600)는 원 기둥 모양 또는 다각형 기둥 모양으로 형성될 수 있으며, 스틸 코어류 예를 들어, Fe-Si Core, Super Core, Amorphous Core, Nano Crystalline Core 등 또는 금속 분말 코어류 등으로 제작될 수 있다. 예컨대, 레그 코어(600)는 금속 분말 코어를 이용한 파우더 코어, 페라이트 코어를 사용할 수도 있고, 스틸 코어로 제작 시 사이즈가 다른 사각형의 코어를 사방으로 적층하여 제작할 수도 있다.

이러한 델타형 요크 코어를 제작하는 과정과 델타형 요크 코어에 대한 실시예들을 도 6 내지 도 11, 도 13과 도 14를 참조하여 설명한다.

도 6은 도 5에 도시된 델타형 요크 코어에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 델타형 요크 코어는 세 개의 육각형 부분 코어들(610)을 포함하고, 세 개의 육각형 부분 코어들(610)이 결합되어 델타형 요크 코어를 형성하는 것을 알 수 있다. 여기서, 각각의 부분 코어는 스틸 코어에 의해 형성될 수 있으며, 이렇게 형성된 부분 코어들을 이용하여 델타형 요크 코어를 형성할 수 있다.

이 때, 육각형 부분 코어들 각각(610)은 동일한 형상을 가지며, 내각이 120℃, 90℃, 150℃, 150℃, 90℃, 120℃를 유지 함으로써, 세 개의 육각형 부분 코어들(610)이 결합되어 델타형 요크 코어를 형성할 수 있다. 물론, 육각형 부분 코어(610)의 내각은 델타형 요크 코어를 형성하기 위하여 형성된 부분 코어의 내각으로, 부분 코어의 형성되는 형상에 따라 해당 내각은 달라질 수 있다.

육각형 부분 코어들 각각(610)은 스틸 코어의 특성에 따라 도 6b에 도시된 바와 같이 가로로 적층(611)되어 형성될 수도 있고, 도 6c에 도시된 바와 같이 세로로 적층(612)되어 형성될 수도 있는데, 세로로 적층되어 형성되는 경우 스틸 코어의 사이즈를 다르게 하여 적층할 수도 있다.

필요에 따라, 육각형 부분 코어들 각각(610)은 부분 코어들 간의 연결 부위에 부분 코어들을 연결하는 연결 수단이 구비될 수 있으며, 이러한 연결 수단을 이용하여 부분 코어들을 결합함으로써, 델타형 요크 코어를 형성할 수도 있다.

예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 스틸 코어가 가로로 적층된 세 개의 육각형 부분 코어들(611) 예를 들어, 규소 코어들의 연결 부위에서 연결 수단(710)을 통해 결합됨으로써, 육각형 구조로 이루어진 델타형 코어의 삼각 기둥의 형상이 만들어질 수 있다. 이 때, 레그 코어는 두 개의 육각형 부분 코어들과 접촉되어 형성될 수 있다.

도 8은 도 5에 도시된 델타형 요크 코어에 대한 다른 일 예시도를 나타낸 것이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 델타형 요크 코어는 세 개의 평행사변형 부분 코어들(810)을 포함하고, 세 개의 평행사변형 부분 코어들(810)이 결합되어 델타형 요크 코어를 형성하는 것을 알 수 있다. 여기서, 각각의 부분 코어는 스틸 코어에 의해 형성될 수 있으며, 이렇게 형성된 부분 코어들을 이용하여 델타형 요크 코어를 형성할 수 있다.

이 때, 평행사변형 부분 코어들 각각(810)은 동일한 형상을 가지며, 내각이 120℃, 60℃, 120℃, 60℃를 유지 함으로써, 세 개의 평행사변형 부분 코어들(810)이 결합되어 델타형 요크 코어를 형성할 수 있다. 물론, 평행사변형 부분 코어(810)의 내각은 델타형 요크 코어를 형성하기 위하여 형성된 부분 코어의 내각으로, 부분 코어의 형성되는 형상에 따라 해당 내각은 달라질 수 있다.

평행사변형 부분 코어들 각각(810)은 스틸 코어의 특성에 따라 도 8b에 도시된 바와 같이 가로로 적층되어 형성될 수도 있고, 도 8c에 도시된 바와 같이 세로로 적층(811)되어 형성될 수도 있는데, 세로로 적층(812)되어 형성되는 경우 스틸 코어의 사이즈를 다르게 하여 적층할 수도 있다.

필요에 따라, 평행사변형 부분 코어들 각각(810)은 부분 코어들 간의 연결 부위에 부분 코어들을 연결하는 연결 수단이 구비될 수 있으며, 이러한 연결 수단을 이용하여 부분 코어들을 결합함으로써, 델타형 요크 코어를 형성할 수도 있다.

예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 스틸 코어가 가로로 적층된 세 개의 평행사변형 부분 코어들(811) 예를 들어, 규소 코어들의 연결 부위에서 연결 수단(910)을 통해 결합됨으로써, 육각형 구조로 이루어진 델타형 코어의 삼각 기둥의 형상이 만들어질 수 있다. 이 때, 레그 코어는 적어도 하나 이상의 평행사변형 부분 코어와 접촉되어 형성될 수 있다.

도 10은 도 5에 도시된 델타형 요크 코어에 대한 또 다른 일 예시도를 나타낸 것이다.

도 10a에 도시된 바와 같이, 델타형 요크 코어는 세 개의 오각형 부분 코어들(1020)과 세 개의 사각형 부분 코어들(1010)을 포함하고, 세 개의 오각형 부분 코어들(1020)과 세 개의 사각형 부분 코어들(1010)이 결합되어 델타형 요크 코어를 형성하는 것을 알 수 있다. 여기서, 각각의 부분 코어는 스틸 코어에 의해 형성될 수 있고 금속 분말 코어에 의해 형성될 수도 있으며, 이렇게 형성된 부분 코어들을 이용하여 델타형 요크 코어를 형성할 수 있다. 예를 들어, 오각형 부분 코어(1020)는 금속 분말 코어에 의해 형성될 수 있으며, 사각형 부분 코어(1010)는 스틸 코어에 의해 형성될 수 있다.

이 때, 오각형 부분 코어들 각각(1020)은 동일한 형상을 가지며, 내각이 120℃, 90℃, 120℃, 90℃, 120℃를 유지하고 두 개의 이웃하는 사각형 부분 코어들(1010) 사이에 배치됨으로써, 세 개의 오각형 부분 코어들(1020)과 세 개의 사각형 부분 코어들(1010)이 결합되어 델타형 요크 코어를 형성할 수 있다. 물론, 오각형 부분 코어(1020)의 내각은 델타형 요크 코어를 형성하기 위하여 형성된 부분 코어의 내각으로, 부분 코어의 형성되는 형상에 따라 해당 내각은 달라질 수 있다.

사각형 부분 코어들 각각(1010)은 스틸 코어의 특성에 따라 가로로 적층되어 형성될 수도 있고, 세로로 적층되어 형성될 수도 있는데, 세로로 적층되어 형성되는 경우 스틸 코어의 사이즈를 다르게 하여 적층할 수도 있다.

필요에 따라, 부분 코어들 간의 연결 부위에는 부분 코어들을 연결하는 연결 수단이 구비될 수 있으며, 이러한 연결 수단을 이용하여 부분 코어들을 결합함으로써, 델타형 요크 코어를 형성할 수도 있다. 이 때, 레그 코어(1030)는 오각형 부분 코어(1020)와 접촉되어 형성될 수 있다.

도 10b에 도시된 바와 같이, 델타형 요크 코어는 세 개의 정삼각형 부분 코어들(1040)과 세 개의 사다리꼴 부분 코어들(1050)을 포함하고, 세 개의 정삼각형 부분 코어들(1040)과 세 개의 사다리꼴 부분 코어들(1050)이 결합되어 델타형 요크 코어를 형성하는 것을 알 수 있다. 여기서, 각각의 부분 코어는 스틸 코어에 의해 형성될 수 있고 금속 분말 코어에 의해 형성될 수도 있으며, 이렇게 형성된 부분 코어들을 이용하여 델타형 요크 코어를 형성할 수 있다. 예를 들어, 정삼각형 부분 코어(1040)는 금속 분말 코어에 의해 형성될 수 있으며, 사다리꼴 부분 코어(1050)는 스틸 코어에 의해 형성될 수 있다.

이 때, 사다리꼴 부분 코어들 각각(1050)은 동일한 형상을 가지며, 두 개의 이웃하는 정삼각형 부분 코어들(1040) 사이에 배치됨으로써, 세 개의 정삼각형 부분 코어들(1040)과 세 개의 사다리꼴 부분 코어들(1050)이 결합되어 델타형 요크 코어를 형성할 수 있다. 물론, 사다리꼴 부분 코어(1050)의 내각은 델타형 요크 코어를 형성하기 위하여 형성된 부분 코어의 내각으로, 부분 코어의 형성되는 형상에 따라 해당 내각은 달라질 수 있으며, 이러한 내각은 본 발명의 기술을 제공하는 사업자 또는 개인에 의해 결정될 수 있다.

사다리꼴 부분 코어들 각각(1050)은 스틸 코어의 특성에 따라 가로로 적층되어 형성될 수도 있고, 세로로 적층되어 형성될 수도 있는데, 세로로 적층되어 형성되는 경우 스틸 코어의 사이즈를 다르게 하여 적층할 수도 있다.

필요에 따라, 부분 코어들 간의 연결 부위에는 부분 코어들을 연결하는 연결 수단이 구비될 수 있으며, 이러한 연결 수단을 이용하여 부분 코어들을 결합함으로써, 델타형 요크 코어를 형성할 수도 있다. 이 때, 레그 코어(1030)는 정삼각형 부분 코어(1040) 및 사다리꼴 부분 코어(1050)와 접촉되어 형성될 수 있다.

도 11은 도 5에 도시된 델타형 요크 코어에 대한 또 다른 일 예시도를 나타낸 것이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 델타형 요크 코어는 물방울 형상의 세 개의 물방울 부분 코어들(1110)과 세 개의 사다리꼴 부분 코어들(1120)을 포함하고, 세 개의 물방울 부분 코어들(1110)과 세 개의 사다리꼴 부분 코어들(1120)이 결합되어 델타형 요크 코어를 형성하는 것을 알 수 있다. 여기서, 각각의 부분 코어는 스틸 코어에 의해 형성될 수 있고 금속 분말 코어에 의해 형성될 수도 있으며, 이렇게 형성된 부분 코어들을 이용하여 델타형 요크 코어를 형성할 수 있다. 예를 들어, 물방울 부분 코어(1110)는 금속 분말 코어에 의해 형성될 수 있으며, 사다리꼴 부분 코어(1120)는 스틸 코어에 의해 형성될 수 있다.

이 때, 사다리꼴 부분 코어들 각각(1120)은 동일한 형상을 가지며, 두 개의 이웃하는 물방울 부분 코어들(1110) 사이에 배치됨으로써, 세 개의 물방울 부분 코어들(1110)과 세 개의 사다리꼴 부분 코어들(1120)이 결합되어 델타형 요크 코어를 형성할 수 있다. 물론, 사다리꼴 부분 코어(1120)의 내각은 델타형 요크 코어를 형성하기 위하여 형성된 부분 코어의 내각으로, 부분 코어의 형성되는 형상에 따라 해당 내각은 달라질 수 있으며, 이러한 내각은 본 발명의 기술을 제공하는 사업자 또는 개인에 의해 결정될 수 있다.

사다리꼴 부분 코어들 각각(1120)은 스틸 코어의 특성에 따라 가로로 적층되어 형성될 수도 있고, 세로로 적층되어 형성될 수도 있는데, 세로로 적층되어 형성되는 경우 스틸 코어의 사이즈를 다르게 하여 적층할 수도 있다.

필요에 따라, 부분 코어들 간의 연결 부위에는 부분 코어들을 연결하는 연결 수단이 구비될 수 있으며, 이러한 연결 수단을 이용하여 부분 코어들을 결합함으로써, 델타형 요크 코어를 형성할 수도 있다. 이 때, 레그 코어(1130)는 물방울 부분 코어(1110) 및 사다리꼴 부분 코어(1120)와 접촉되어 형성될 수 있다.

도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 리액터의 구조를 나타낸 것이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 3상 리액터는 요크 코어의 형상이 직사각형인 경우로, 이러한 형상으로 3상 리액터를 제작할 경우 각각의 상(a, b, c)의 인덕턴스 값이 5% 이상의 오차율을 가질 수 있다. 이는 리액터의 자로 길이(MPL; Magnetic path length)(1200)와 관련된 것으로, a상과 c 상의 자로 길이(MPL)(1200)는 동일하지만, b상의 자로 길이(1201)가 상대적으로 작아 b상의 인덕턴스 값이 이론적으로 크기가 다를 수 있다. 아래 <수학식 2>는 각 상에서의 인덕턴스 값을 계산하는 수학식을 나타낸 것이다.

[수학식 2]

여기서, b상의 k 값은 0.93~0.97의 값을 가질 수 있다.

직사각형의 일반적인 구조에서 3상을 이루는 각각의 상의 L 값을 동일하게 유지 하는 방법은 아래 <수학식 3>과 같을 수 있다.

[수학식 3]

여기서, μ1 과 μ2는 각 레그 코어(600) 부분의 투자율을 의미하고, MPL'과 MPL"는 각 상에서의 인덕턴스 값을 동일하게 하기 위한 자로 길이의 변수를 의미할 수 있다.

즉, 상기 수학식 3을 통해 알 수 있듯이, 직사각형의 3상 리액터의 경우 레그 코어 각각의 투자율과 자로 길이 변화를 통해 각 상의 인덕턴스 값을 동일하게 만들 수 있다. 이러한 직사각형 3상 리액터는 중간 부분(1250, 1251)을 통해 MPL을 동일하게 하는 것이 아니라 MPL이 다르기 때문에 분자 투자율의 크기를 다르게 하여 인덕턴스 값을 동일하게 맞출 수 있다.

다시 말해, 직사각형 형태의 요크 코어를 가지는 3상 리액터의 경우 레그 코어를 투자율이 다른 복수 개의 코어를 이용하여 형성함으로써, MPL 이 달라서 발생하는 인덕턴스의 불균형을 해결하고, 인덕턴스 값을 동일하게 맞출 수 있다.

도 13은 스틸 형태의 코어를 이용하여 평행사변형으로 절단 후 삼각기둥 구조를 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 삼각형 구조(1310)를 갖는 그림으로 규소 코어(1320)를 평행사변형(60℃, 120℃, 60℃, 120℃) 형태에서 추가로 가공(1320) 후 조립된 상태를 나타내고 있으며, 이 때 각 코어를 조립하는 도면이 도 13d에 나타나 있고, 조립면(1340)을 보여주고 있다.

도 14는 스틸 형태의 코어를 이용하여 육각형으로 절단 후 삼각기둥 구조를 설명하는 위한 일 예시도를 나타낸 것으로, 도 14에 도시된 바와 같이, 삼각형 구조(1410)를 갖는 그림으로 규소 코어(1420)의 한 부분이 육각형(120℃, 90℃, 150℃, 120℃, 90℃, 150℃)인 것을 특징으로 하여 조립된 삼각형 구조를 도 14c에 나타나 있고, 이 코어의 결합 부위(1440)를 도 14d에서 보여주고 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예들은 각 상에서 자속의 자로 길이가 같아지도록 요크 코어 형상을 Y형 또는 델타형(또는 삼각형)으로 형성함으로써, 3상 리액터의 각 상에서 동일한 또는 균일한 인덕턴스를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들은Y형(또는 Y 형상)과 델타형(또는 삼각형) 요크 코어를 적용한 리액터는 각 상에서 동일한 또는 균일한 인덕턴스를 제공하기 때문에 본 발명의 리액터가 적용된 모듈형 인버터는 전류 분배가 균일하게 이루어지고 따라서 시스템의 안전성이 향상되고 우수한 전력품질을 구현할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들은 각 상의 코일에서 발생하는 발열온도가 균일하게 발생되기 때문에 기존 직사각형 리액터보다 전류밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들은 델타형 요크 코어를 적용한 리액터의 경우 기존 직사각형 요크 코어보다 최대 1/2 사이즈를 줄일 수 있기 때문에 코어의 재료비, 사이즈 및 무게를 감소시킬 수 있다.

나아가, 본 발명의 리액터는 델타형 요크 코어를 제작할 때 사다리꼴 형태의 부분 코어를 형성한 후 사다리꼴 형태에서 양끝을 2회 컷팅하여 육각형으로 제작함으로써, 3개의 변을 구성하여 델타형 요크 코어를 형성할 수도 있으며, 이 때의 각도는 레그 코어의 단면적에 의해 변경될 수 있다.

본 발명에서 각 부분 코어의 내각은 레그 코어 구조, 단면적 그리고 형상 등을 고려하여 달라질 수 있으며, 레그 코어의 형상에 따라 스틸 코어 또는 금속 분말 코어 중 적어도 하나를 조합하여 부분 코어 각각의 모양을 다르게 제작할 수 있다.

이 때, 금속 분말을 이용한 모형을 만들기 위해서는, 금속분말의 단일 또는 다수의 분말을 일정한 비율로 조합 하는 과정이 필요하고, 열경화 수지(에폭시류) 또는 열가소성 수지(아크릴류, 폴리에스테드류)와 경화제의 조합이 필요하며, 금속 분말과 함께 수지가 배합된 상태에서 제품에 열을 가해주는 온도 및 시간 또한 중요하다. 열을 가하는 조건에 따라 코어의 강도 및 제품의 투자율(μ)이 결정될 수 있다.

또한, 본 발명에서 부분 코어들을 연결할 때 각각 일정한 간격을 두어 이음새를 만들고, 이를 이용하여 부분 코어들 자체가 서로 조립되는 구조를 이룰 수도 있고, 부분 코어들 사이에 연결 수단을 이용하여 부분 코어들을 조립할 수도 있다. 이 때, 연결 수단은 일정한 갭 유지 또는 진동을 방지하기 위해 이용될 수도 있다.

그리고, 본 발명은 스틸 코어를 이용하여 요크 코어를 형성하기 위하여 부분 코어를 사이즈에 맞게 절단하는 각도가 중요하며, 이러한 각도는 레그 코어의 단면적, 레그 코어의 모양과 사이즈 등을 고려하여 결정될 수 있다.

또한, 본 발명은 요크 코어를 한번에 Y형 또는 델타형으로 한번에 펀칭하여 적층함으로써, 요크 코어를 형성할 수도 있다. 이 방법을 사용하면 코어 간의 조립구조가 단순화되어 소음이나 진동을 최소한으로 하고 제품의 제작 과정을 단순화 할 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 직사각형 형상에서 두 개의 장 변에 요크 코어들을 형성하는 단계; 및
    상기 직사각형 형상에서 두 개의 단 변에 그리고 상기 두 개의 단 변 사이에 위치되도록, 상기 두 개의 요크 코어 사이에 코일이 감겨지는 레그 코어(Leg Core)들을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 레그 코어들은
    상기 두 개의 요크 코어 사이에서 서로로부터 이격하고,
    상기 직사각형 형상에서 두 개의 단 변에 동일한 투자율(permeability)을 갖는 제1 코어와 그리고 상기 직사각형 형상에서 상기 두 개의 단 변 사이에 상기 제1 코어와 다른 투자율을 갖는 제2 코어를 이용하여 형성되는, 동일한 인덕턴스 값을 가지는 리액터 제조 방법.

Images