KR102268415B1 - 변압기 철심 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따라, 0T로부터 1.7T로 여자했을 때의 자왜가 2×10^－7 이상 상이한 방향성 전자 강판을 적어도 2종 적층한 철심을 변압기의 철심으로 함으로써, 철심의 진동을 저감하고, 변압기의 소음을 개선할 수 있다.

Description

변압기 철심

본 발명은, 방향성 전자 강판을 복수매 적층하여 이루어지는 변압기 철심(iron core)에 관한 것이다.

변압기로부터 발생하는 소음을 저감하는 여러 가지 기술이, 종래 검토되고 있다. 특히 철심은 무부하 시에서도 소음의 발생원이 되어 있기 때문에, 철심과 이에 이용되는 방향성 전자 강판에 관한 기술 개발은 수많이 이루어져, 소음의 개선이 진행되어 왔다.

특히 소음의 발생원인 방향성 전자 강판의 자왜(magnetostriction)에 대해서는, 예를 들면, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에, 강판의 성분, 피막, 결정 방위, 변형의 도입 등을 적정하게 하는 기술이 기재되어 있다.

특허문헌 3 및 특허문헌 4에는, 수지(resin)나 제진 강판(damping steel sheet)을 방향성 전자 강판의 사이에 끼움으로써, 철심의 진동을 억제하는 기술이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 5에는, 강판을 접착하여 철심의 진동을 억제하는 기술이 기재되어 있다.

일본공개특허공보 2013-87305호 일본공개특허공보 2012-177149호 일본공개특허공보 평8-250339호 일본공개특허공보 2006-14555호 일본공개특허공보 2003-77747호

상기의 기술에 의해, 자왜의 저감이나, 철심 진동의 저감이 가능해지지만, 특허문헌 1 및 특허문헌 2의 기술에 의한 자왜의 저감에는 한계가 있기 때문에, 소음의 억제도 불충분하다. 또한, 특허문헌 3 및 특허문헌 4에 기재되는 바와 같은, 철심에 수지나 제진 강판을 사이에 끼우는 기술에서는, 철심이 커진다는 문제가 발생한다. 또한, 특허문헌 5에 기재되는 바와 같은, 철심을 접착하는 기술에서는, 접착에 시간을 필요로 하는 데다가, 강판에 불균일한 응력이 걸려 자기(magnetic) 특성이 열화할 우려가 있다.

본 발명은 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 종래 기술과는 상이한 기구에 의해 철심의 진동을 저감하고, 변압기의 소음을 개선하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 예의 검토를 거듭한 결과, 자왜 특성이 상이한 2종 또는 그 이상의 방향성 전자 강판을 철심에 이용함으로써, 철심 전체에 동일한 진동이 발생하는 것을 방지하고, 이에 따라 진동이 저감되고, 변압기의 소음을 개선할 수 있는 것을 신규로 인식하였다.

본 발명은, 상기의 신규 인식에 입각하는 것으로서, 그의 요지 구성은, 이하와 같다.

0T로부터 1.7T로 여자했을 때의 자왜가 2×10^－7 이상 상이한, 적어도 2종의 방향성 전자 강판의 적층으로 이루어지는 변압기 철심.

본 발명에 의하면, 종래 기술과는 상이한 기구에 의해 철심의 진동을 저감하고, 변압기의 소음을 개선할 수 있다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명에서는, 철심에 자왜 특성이 상이한 적어도 2종의 방향성 전자 강판을 이용한다. 본 발명에서 자왜 특성이 상이한 강판이란, 자속 밀도가 0T로 소자된(demagnetized) 상태에서 1.7T로 여자했을 때의, 방향성 전자 강판에 있어서의 자왜에 차이가 있는 방향성 전자 강판으로서, 그 자왜의 차이가 2×10^－7 이상인 것을 가리킨다.

또한, 본 발명에서는, 철심에 자왜 특성이 상이한 3종 이상의 방향성 전자 강판을 이용할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 철심 중, 자왜의 차이가 2×10^－7 이상 있는 강판이 있으면, 그 사이의 자왜의 강판도 이용할 수 있지만, 그 자왜의 차이가 작은(자왜의 차이가 2×10^－7 미만) 강판의 사용량은, 철심용 강판의 전체(이하, 간단히 전체라고 함)의 90％ 이하가 바람직하고, 60％ 이하인 것이 보다 바람직하다.

철심에 자왜 특성이 상이한 2종 이상의 방향성 전자 강판을 이용함으로써, 철심의 층마다 상이한 신축이 발생하게 된다. 이에 따라, 자왜 특성이 상이한 층끼리가 서로 진동을 상쇄하거나, 혹은 층간의 마찰로 진동을 감쇠시킨다는 기구가 작용하여, 진동이 억제되고, 소음이 저감되게 된다.

이에 대하여, 모든 층이 동일한 자왜 특성을 갖는 방향성 전자 강판으로부터 철심을 구성하는 경우는, 당해 동일한 자왜 특성을 갖는 방향성 전자 강판에 의해 구성된 철심의 부분(다리나 요크(legs and yokes))이, 일체가 되어 동일하게 진동하기 때문에, 진폭이 커지기 쉽고, 또한 감쇠시키는 기구도 없기 때문에, 소음이 저감되는 효과는 기대할 수 없다.

여기에서, 전술한 바와 같이, 본 발명의 방향성 전자 강판의 자왜의 차이는, 2×10^－7 이상일 필요가 있다. 이보다도 차이가 작으면 상기의 진동 억제의 기구가 작용하기 어려워, 소음의 저감 효과가 작기 때문이다. 자왜의 차이의 상한은 특별히 형성하지 않지만, 차이가 지나치게 큰 경우는, 적어도 한쪽의 자왜의 절댓값이 커지기 때문에, 오히려 소음의 증가를 초래하는 경우가 있다. 따라서, 자왜의 차이는 2×10^－6 이하가 바람직하다.

또한, 자왜가 정(正)과 부(負)로 나누어져 있는 경우는, 서로 진동을 상쇄하는 효과가 크기 때문에, 더욱 바람직하다.

각 방향성 전자 강판에 있어서의, 적합한 자왜는, 철심 진동이 과대해지지 않도록 하기 위해 그 절댓값은 2×10^－6 이하가 바람직하다. 한편, 자왜의 절댓값의 최솟값은 특별히 제한하지 않지만, 상기한 자왜의 차이를 확보할 수 있는 것으로 한다.

자왜의 변화를, 「0T로부터 1.7T로 여자했을 때」로 규정하는 것은, 방향성 전자 강판을 변압기에 이용할 때에, 1.7T 정도로 사용되는 경우가 많고(1.7T보다 저자속 밀도에서는 소음이 문제가 되기 어려움), 또한 전자 강판의 결정 배향성이나 자구 구조(magnetic domain structure)에 의한 자왜의 특징이 현저하게 나타나기 때문에, 자왜 특성을 나타내는 지표로서 유효하기 때문이다. 1.7T에서의 자왜 특성은, 방향성 전자 강판을 소자한 후, 압연 방향으로 50㎐에서 최대 자속 밀도를 1.7T로 여자하여 자왜 커브를 측정하고, 그의 제로-피크값에 의해 구한다.

자왜가 상이한 방향성 전자 강판을 얻으려면, 방향성 전자 강판에 존재하는 자구 구조를 강판 상호로 바꿀 필요가 있다. 구체적으로는, 결정 방위를 바꾸는 방법(자속 밀도 B₈이 상이한 방향성 전자 강판을 이용하는 등), 피막의 장력 효과를 바꾸는 방법(절연 코팅의 성분, 두께, 소부(baking) 온도를 바꾸는 등), 강판에 변형을 도입하는 방법(강판을 롤로 압하하거나, 레벨러(leveler) 등에 의해 되굽히거나, 쇼트 블라스트(shot blast)나 워터젯(water jet)을 가하거나, 레이저·전자빔·플라즈마염(plasma flame) 등으로 변형을 도입하는 등)이나, 이들의 임의의 조합을 채용할 수 있다.

또한, 자왜가 상이한 강판 중, 어느 1종의 자왜를 갖는 강판의 철심 전체에 차지하는 비율이 커지면, 이러한 자왜의 영향이 크게 나타나, 진동 억제가 불충분해진다. 따라서, 어느 1종의 자왜를 갖는 강판의 존재 비율은, 전체의 80％를 초과하지 않는 것이 바람직하고, 60％를 초과하지 않는 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 따르는 방향성 전자 강판의 구체적인 적층 형태에 대해서는, 특별히 제한은 없지만, 적층된 철심의 전체 두께 중에서 2회 이상, 자왜가 상이한 강판으로 전환하여 적층하는 것이 바람직하다. 또한, 적층 매수가 1매 이상 20매 이하를 1개의 단위로 하여, 전환하여 적층하는 것이 보다 바람직하다. 특히, 적층된 철심의 전체 두께 중에서, 어느 종의 자왜의 강판도 가능한 한 균등하게 분산시켜 적층하는 것이 더욱 바람직하다.

자왜 특성이 상이한 강판은 적어도 2종 있으면 좋지만, 상한은 없다. 또한, 철심 중, 최소의 자왜와 최대의 자왜에서 2×10^－7 이상 상이한 강판이 있으면, 그 사이의 자왜의 강판도 이용할 수 있는 것은 전술한 바와 같다. 이때의 강판의 적층 순서는 특별히 한정되지 않지만, 서로 이웃하는 층이 서로 진동을 상쇄하거나, 층간의 마찰을 크게 하기 위해서는 서로 이웃하는 강판의 자왜의 차이가 커지도록, 또한, 자왜에 차이가 있는 층의 수가 많아지도록 조합하여 적층하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서, 간단히 자왜에 차이가 있다고 한 경우는, 자왜의 측정의 정보에 따라 측정했을 때에 통상 확인되는 오차의 범위 이상으로 자왜에 차이가 있는 것을 의미한다. 또한, 1종의 강판은 상기 오차의 범위 내에서 자왜에 차이가 없는(자왜가 동일하다고도 함) 강판을 의미한다.

실시예

(실시예 1)

표 1에 나타내는 방향성 전자 강판 1∼3의 조합으로 변압기 철심을 제작하여, 소음을 조사하였다.

변압기의 철심은, 3상 3각(three-phase tripod type)의 적철심(積鐵心)으로, 폭 125㎜, 160㎜의 방향성 전자 강판의 코일을 경사각 절단하여 제작하였다. 철심 전체의 폭은 890㎜, 높이는 800㎜, 적층 두께는 244㎜이다. 이때 폭 160㎜의 강판을 중심으로, 폭 125㎜의 강판을 양 외측에 적층하는 형태로 철심으로 하였다. 방향성 전자 강판 1∼3은 두께 0.23㎜의 고(高)배향성 전자 강판에 레이저를 조사하여 자구 세분화를 행한 것으로, 레이저의 출력을 여러 가지로 바꾸어 자왜를 변화시켰다. 구체적으로는, 집광경을 0.1㎜로 한 디스크 YAG 레이저를, 압연 방향과 직교하는 방향으로 선상(線狀)으로 100㎧로 주사하여 조사하고, 조사선의 간격을 7.5㎜로 하고, 출력을 200W내지 3000W의 범위에서 바꾸어 자왜를 변화시켰다. 자왜는, 강판을 폭 100㎜, 길이 500㎜(압연 방향)로 절단하고, 레이저 도플러 방식(laser Doppler type)의 자왜 측정 장치에 의해, 50㎐에서 최대 자속 밀도 1.7T로 여자했을 때의 제로-피크값에 의해 구했다.

이와 같이 하여 자왜를 변화시킨 방향성 전자 강판 1∼3에 대해서, 표 1에 나타내는 바와 같은 사용 비율로 조합하여 철심을 제작하였다. 구체적으로는, 방향성 전자 강판 1∼3의 경사각 절단재를, 표 1에 나타내는 각각의 사용 비율로 준비하였다. 이어서, 철심을 조립할 때에, 자왜가 동일한 강판 2매를 최소 단위로 하고, 각각의 사용 비율이 되도록 조합하여 철심을 제작하였다. 2종을 50％씩 사용하는 경우는, 방향성 전자 강판 1을 2매 겹치고, 다음으로 방향성 전자 강판 2를 2매 겹치는 것을 반복하여 적층하였다. 50％씩이 아닌 경우는, 전체 두께를 적층하는 중에서, 치우침이 발생하지 않도록 균일하게 분산시켜, 각각의 사용 비율로 적층하였다. 이 철심에 여자 코일을 감아, 1.7T, 50㎐의 조건의 교류 전류로 여자하고, 3개의 다리의 전면(全面)과 배면에서, 높이 400㎜, 철심의 표면으로부터 300㎜의 개소(전체 6개소)에서 소음을 측정하고, 그 측정값을 평균 내어, 소음의 값으로 하였다.

방향성 전자 강판의 자왜는, 폭 100㎜, 길이 500㎜로 자른 시료를 이용하여, 소자 상태(0T)로부터 최대 1.7T로 50㎐의 교류로 여자했을 때의 자왜를 레이저 도플러 진동계로 측정하였다.

표 1에 기재된 바와 같이, 철심으로부터 발생하는 소음은, 본 발명에 따르는 철심의 경우에, 작은 값을 나타내었다.

Claims (1)

1. 소자한 후, 압연 방향으로 50Hz에서 최대 자속 밀도를 1.7T로 여자하여 자왜 커브를 측정하고, 그의 제로-피크값에 의해 구해지는, 0T로부터 1.7T로 여자했을 때의 자왜가 2×10^－7 이상 상이한, 적어도 2종의 방향성 전자 강판의 적층으로 이루어지는 변압기 철심.