KR102625953B1 - 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체 및 이를 이용하여 접속된 고주파 전력 케이블 - Google Patents

고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체 및 이를 이용하여 접속된 고주파 전력 케이블 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대전력의 전력 전송을 위한 고주파 전력 케이블 연결시 고주파로 인한 손실을 최소화할 수 있는 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체에 관한 것이다.

Description

고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체 및 이를 이용하여 접속된 고주파 전력 케이블{Conector for high frequency power cable and high frequency power cable using the same}
본 발명은 고주파 전력 케이블용 커넥터 및 이를 이용하여 접속된 고주파 전력 케이블에 관한 것이다.
최근 무전 전력 전송 기술이 철도나 전기차를 충전에 이용될 뿐만아니라 고주파 유도 가열을 이용하는 IH(Induction Heater)나 고출력 모터 등 다양한 분야에 적용되고 있다.
고주파 대전력 전송시에는 일반 전력 전송 케이블과 달리 AC 저항을 고려한 전력 전송 케이블의 설계가 요구된다. 즉 일반 전력 케이블의 경우 50 내지 60Hz의 주파수를 갖는 전력이 전송되므로 AC 저항에 의한 발열이나 효율 저하가 크게 문제되지 않는다. 또한 통신 케이블의 경우 수백MHz 내지 수GHz까지 다양한 고주파수 대역을 사용하지만 높은 전력 전송이 아닌 안정적인 신호 전송을 목적으로 설계할 뿐이다. 그러나 20KHz 이상의 고주파 대전력 전송의 경우 표피효과와 근접효과에 의한 AC 저항이 증가되어 발열이 발생하고 전력 효율이 저하되는 문제점이 있다.
상기 표피효과와 근접효과를 최소화하기 위해 고주파 전력 케이블에는 리쯔 와이어(Litz wire)가 주로 사용되고 있다. 리쯔 와이어를 이용한 전력 케이블은 회로의 구성상 불가피하게 케이블과 캐패시터 네트워크간의 접속이나, 케이블과 인버터 간의 접속이 다수 이루어질 수 있다. 이 경우 도 1에 도시된 바와 같이 리쯔 와이어(1)의 양단을 납으로 디핑(dipping) 처리(1a)한 후 O-터미널(2) 또는 Y-터미털 등을 압착하여 체결에 사용하였다.
고주파 전력 케이블(1)의 일단을 디핑 처리하게 되면 케이블(1)의 리쯔 와이어들이 하나의 금속결합체로 작용하므로 상기 일단과 상기 체결수단에서 오히려 표피효과와 근접효과에 의한 교류저항이 증가하고 이에 따른 발열 현상이 발생할 수 있다.
따라서 절단된 두 개의 고주파 전력 케이블을 연결할 때 고주파 전류에 의한 교류저항 증가 및 발열로 인한 손실을 최소화할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 주된 목적은 대전력의 전력 전송을 위한 고주파 전력 케이블 연결시 고주파로 인한 손실을 최소화할 수 있는 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 전력 케이블용 커넥터는, 중심절연부, 도전부, 및 자켓부를 갖는 제1 고주파 전력 케이블과 제2 고주파 전력 케이블을 연결하는 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체에 있어서, 상기 제1 고주파 전력 케이블의 일단에 결합되는 수 커넥터; 상기 수 커넥터를 상기 제1 고주파 전력 케이블의 일단에 고정시키는 제1 고정부재; 상기 제2 고주파 전력 케이블의 일단에 배치되며 상기 수 커넥터와 체결되는 암 커넥터; 및 상기 암 커넥터를 상기 제2 고주파 전력 케이블의 일단에 고정시키는 제2 고정부재; 를 구비할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 수 커넥터는, 상기 제1 고주파 전력 케이블의 일단에 결합되는 제1 접속부; 상기 접속부에 대향하며, 외측면에 나사산이 형성되어 상기 암 커넥터와 체결되는 볼트부; 를 포함하며, 상기 암 커넥터는, 내주면에 나사산이 형성되는 상기 볼트부와 체결되는 너트; 및 상기 너트를 관통하여 상기 제2 고주파 전력 케이블의 일단에 결합되는 접속부재; 를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 수 커넥터 또는 상기 접속부재는 그 일단부터 그 타단이 관통된 중공 형태일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 접속부재는 그 일단이 상기 너트를 관통하여 상기 제2 고주파 전력 케이블의 일단과 접하며, 그 타단이 외주면에 나사산이 형성되어 상기 너트의 내주면에 형성된 나사산과 치합될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 접속부는 그 외측면에서 상기 제1 고주파 전력 케이블 단부의 도전부가 분기된 형태로 형성된 제1 납땜부와 접하며, 상기 접속부재는 그 외측면에서 상기 제2 고주파 전력 케이블 단부의 도전부가 분기된 형태로 형성된 제2 납땜부와 접할 수 있다.
본 발명에 있어서, 절연소재로 이루어지며, 서로 체결된 상기 수 커넥터와 상기 암 커넥터를 둘러싸는 피복부재를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 피복부재는 열수축 튜브일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 전력 케이블은, 일단이 절단된 제1 고주파 전력 케이블과 일단이 절단된 제2 고주파 케이블을 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체로 접속한 고주파 전력 케이블에 있어서, 상기 제1 고주파 전력케이블 및 제2 고주파 전력케이블 각각은, 상기 고주파 전력 케이블의 중심에 배치되는 복수개의 필러로 이루어진 중심 절연부; 상기 중심 절연부를 둘러싸는 도전부; 및 상기 고주파 전력 케이블의 외측에서 상기 도전부를 감싸는 자켓부; 를 포함하고, 상기 제1 고주파 전력 케이블은 그 일단에 위치하는 도전부가 분기되어 상기 도전부 상에 납땜층이 형성된 제1 납땜부를 더 포함하며, 상기 제2 고주파 전력 케이블은 그 일단에 위치하는 도전부가 분기되어 상기 도전부 상에 납땜층이 형성된 제2 납땜부를 더 포함하고, 상기 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체는, 상기 제1 고주파 전력 케이블의 일단에 배치되는 수 커넥터; 상기 제1 납땜부 상에서 상기 제1 납땜부와 상기 수 커넥터를 고정시키는 제1 고정부재; 상기 제2 고주파 전력 케이블의 일단에 배치되며 상기 수 커넥터와 체결되는 암 커넥터; 및 상기 제2 납땜부 상에서 상기 제2 납땜부와 상기 암 커넥터를 고정시키는 제2 고정부재; 를 구비할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 수 커넥터는, 상기 제1 납땜부와 결합되는 제1 접속부; 상기 접속부에 대향하며, 외측면에 나사산이 형성되어 상기 암 커넥터와 체결되는 볼트부; 를 포함하며, 상기 암 커넥터는, 내주면에 나사산이 형성되는 상기 볼트부와 체결되는 너트; 및 상기 너트를 관통하여 상기 제2 납땜부와 결합되는 접속부재; 를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 수 커넥터 또는 상기 접속부재는 그 일단부터 그 타단이 관통된 중공 형태일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 접속부는 그 외측면에서 상기 제1 고주파 전력 케이블 단부의 도전부가 분기된 형태로 형성된 제1 납땜부와 접하며, 상기 접속부재는 그 외측면에서 상기 제2 고주파 전력 케이블 단부의 도전부가 분기된 형태로 형성된 제2 납땜부와 접할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 납땜부는, 상기 제1 고주파 전력 케이블의 일단부를 납땜으로 둘러싸는 제1 환형부; 및 상기 제1 환형부로부터 분기되어 연장되며, 그 일단이 상기 제1 접속부에 접하는 복수 개의 제1 연장부; 를 포함하며, 상기 제2 납땜부는, 상기 제2 고주파 전력 케이블의 일단부를 납땜으로 둘러싸는 제2 환형부; 및 상기 제2 환형부로부터 분기되어 연장되며, 그 일단이 상기 접속부재에 접하는 복수 개의 제2 연장부; 를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 접속부재는 그 일단이 상기 너트를 관통하여 상기 제2 연장부와 접하며, 그 타단이 외주면에 나사산이 형성되어 상기 너트의 내주면에 형성된 나사산과 치합될 수 있다.
본 발명에 있어서, 절연소재로 이루어지며, 서로 체결된 상기 수 커넥터와 상기 암 커넥터를 둘러싸는 피복부재를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 피복부재는 열수축 튜브일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 도전부는 각각 절연 코팅된 복수 개의 소선들이 서로 연합되어 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 필러는 합성고무로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 자켓부는, 상기 도전부를 감싸는 제1 자켓부; 및 상기 제1 자켓부를 감싸는 제2 자켓부; 로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 자켓부는 XLPE(Cross Linking-Polyethylene)으로 이루어지며, 상기 제2 자켓부는 XLPO(Cross Linking-Polyolefine)으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 도전부에 흐르는 교류 전류의 주파수는 20KHz 내지 100KHz일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 고주파 전력을 무선 전송함에 있어서 AC 저항의 최소화하고 무선 전력 전송 효율을 극대화할 수 있다.
도 1은 O-링 터미널이 결합된 리쯔와이어를 나타내는 사시도이다.
도 2는 고주파 전력 케이블을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 고주파 전력 케이블을 개략적으로 나타내는 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체가 결합된 고주파 전력 케이블을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체가 체결된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 전력 케이블을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 고주파 전력 케이블을 개략적으로 나타내는 종단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 전력 케이블(10, 20)은 중심 절연부(15), 도전부(11a), 및 자켓부(12, 22)을 구비할 수 있다.
중심 절연부(15)는 고주파 전력 케이블(10, 20)의 중심부에 배치될 수 있다. 중심 절연부(15)는 복수 개의 필러(15a)로 이루어질 수 있다. 필러(15a)는 고주파 전력 케이블(10, 20)의 길이 방향을 따라 길게 형성될 수 있다. 필러(15a)는 합성고무로 이루어질 수 있으며, 일 예로서 EPDM(Ethylene propylene diene monomer) 러버일 수 있다.
중심 절연부(15)는 EPDM 러버와 같은 합성고무로 이루어지는바 전류가 흐르지 않는다. 즉 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 전력 케이블(10, 20)은 그 중심에 배치되는 중심 절연부(15)에서는 전류가 흐르지 않으며, 중심 절연부(15) 외측을 둘러싸는 도전부(11a)에서 전류가 흐를 수 있다.
중심 절연부(15)의 외측을 바인딩 테이프(14)가 둘러쌀 수 있다. 중심 절연부(15)는 복수 개의 필러(15a)로 이루어지는바, 바인딩 테이프(14)는 연합된 복수 개의 필러(15a)를 둘러쌈으로써 복수 개의 필러(15a)의 연합된 형태를 유지시킬 수 있다. 바인딩 테이프(14)는 PET 재질이 주로 사용되지만 이에 한정되는 것은 아니다.
도전부(11a)는 고주파 전류가 흐르는 선로로서 중심 절연부(15)의 외측을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 상기 도전부(11a)는 복수 개의 소선이 연합되어 이루어진 복수 개의 연합선(11, 21)으로 이루어질 수 있다.
상기 연합선(11, 21)은 일 예로서 리츠 와이어(Litz wire)로 이루어질 수 있다. 리츠 와이어란 극세선의 에나멜 코팅된 와이어(예를 들면, 직경 0.04mm/0.05mm 등)을 몇가닥 일정한 피치로 꼬은 동선을 의미한다.
리츠 와이어는 고주파 특유의 표피효과 및 근접효과에 의한 교류저항의 증대를 억제하고, 발열로 인한 온도 상승을 방지할 수 있다. 이에 대하여는 후술한다.
상기 도전부(11a)는 복수 개의 연합선(11, 21)이 한 개층을 이루어 상기 중심 절연부(15)를 감쌀 수 있다. 상세하게는 상기 도전부(11a)를 이루는 연합선(11, 21)들 각각은 서로 이웃하는 연합선(11, 21)이 그 양측에 배치될 뿐이며, 연합선(11, 21)의 안쪽 즉 고주파 전력 케이블(10, 20)의 중심을 향하는 방향이나 고주파 전력 케이블(10, 20)의 외부를 향하는 방향으로는 연합선(11, 21)이 배치되지 않는다. 이에 따라 복수 개의 연합선(11, 21)이 한층을 이루어 상기 중심 절연부(15)를 감싸면서 고주파 전력 케이블(10, 20)의 외측에 배치된다.
이와 같이 고주파의 전류가 흐르는 도전부(11a)를 고주파 전력 케이블(10, 20)의 외측에 배치하고 그 중심에는 전류가 흐르지 않는 중심 절연부(15)를 배치함으로써 연합선(11, 21)들에 의한 근접효과(proximity effect)를 낮출 수 있어 고주파수의 대전력을 전송하는 고주파 전력 케이블(10, 20)의 Q 팩터(Q factor)를 높일 수 있다. 또한 상술한 바와 같이 도전부(11a)의 연합선(11, 21)을 리츠 와이어로 사용함으로써 표피효과에 의한 AC 저항의 증대를 억제할 수 있다.
상세하게는 50 내지 60Hz 주파수의 AC 전력을 전송하는 기존의 전력케이블의 경우 AC 저항을 고려하지 않고 전력케이블을 설계하였으나, 20KHz 내지 100KHz 주파수의 고주파수 전력을 전송하는 고주파 전력 케이블의 경우 AC 저항이 매우 크기 때문에 전력 전송 효율을 높이기 위해 AC 저항을 고려하여야 한다. 고주파 전력이 전송되는 경우 AC 저항은 표피 효과와 근접 효과에 의해 발생한다. 고주파 전력 전송시 높은 표피 효과와 근접 효과에 의해 전력 케이블에서의 AC 저항이 커지게 되어 전력 케이블에서 높은 발열이 발생하고 전력 전송 효율이 감소하게 된다.
표피효과는 도체(導體)에 고주파 전류를 흐르게 할 때 전류가 도체의 표면 부근만을 흐르는 현상이다. 20KHz 내지 100KHz의 고주파 전류가 흐르는 경우 표피효과로 인한 AC 저항이 커지게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 전력 케이블(10, 20)은 상기 고주파 전류가 흐르는 도전부(11a)를 소선으로 이루어진 복수 개의 연합선(11, 21)으로 구성함으로써 고주파 전류가 흐를 수 있는 도체의 표면적을 넓게 하여 표피효과에 따라 AC 저항이 증대되는 것을 억제할 수 있다.
또한 근접효과는 고주파 전력 케이블(10, 20) 내부에 배치되는 연합선들이 그에 인접한 다른 연합선들에 의해 발생할 수 있다. 하나의 연합선 주변에 많은 연합선들이 존재하는 하는 경우 그 주변에 배치된 연합선들에 의해 상기 하나의 연합선의 근접효과가 커지게 되어 상기 하나의 연합선의 전류 밀도가 낮아지게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 전력 케이블(10, 20)은 고주파 전력 케이블(10, 20)의 중앙에는 전류가 흐르지 않는 중심 절연부(15)가 배치되고 중심 절연부(15) 외측에 복수 개의 연합선들이 한 층을 이루는 도전부(11a)가 배치되므로 연합선(11, 21)들 각각의 근접효과를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 고주파 전력 전송에서 AC 저항을 낮출 수 있어 고주파 전력 케이블(10, 20)의 Q 팩터를 높일 수 있다.
자켓부(12, 22)는 고주파 전력 케이블(10, 20)의 외측에서 도전부(11a)를 감쌀 수 있다. 상기 자켓부(12, 22)는 고주파 전력 케이블(10, 20)의 최외곽층으로서 외부로부터 도전부(11a)를 보호하는 기능을 한다.
상기 자켓부(12, 22)는 제1 자켓부(131)과 제2 자켓부(132)으로 이루어질 수 있다. 제1 자켓부(131)은 상기 도전부(11a)의 외측을 감싸며, 제2 자켓부(132)은 제1 자켓부(131)을 감싼다. 상기 제1 자켓부(131)은 일 예로서 XLPE(Cross Linking-Polyethylene)으로 이루어질 수 있으며, 상기 제2 자켓부(132)은 일 예로서 XLPO(Cross Linking-Polyolefine)으로 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체가 결합된 고주파 전력 케이블을 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 5는 도 4에 도시된 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체가 체결된 상태를 나타내는 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 4 내지 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체(1000)는 제1 체결부(100), 제2 체결부(200), 및 피복부재(300)로 이루어질 수 있다.
제1 체결부(100)는 절단된 제1 고주파 전력 케이블(10)의 일단에 접속될 수 있다. 제1 체결부(100)의 일단은 제1 고주파 전력 케이블(10)과 접속되며 제1 체결부(100)의 타단은 제2 체결부(200)의 일단과 체결될 수 있다. 제1 체결부(100)의 일단과 타단 사이에 제1 고주파 전력 케이블(10)의 길이 방향으로 형성된 복수 개의 슬릿들이 형성될 수 있다.
제1 체결부(100)는 제2 고주파 전력 케이블(20)의 일단에 접속되는 제2 체결부(200)와 체결됨으로써 제1 고주파 전력 케이블(10)과 제2 고주파 전력 케이블(20)을 접속시킬 수 있다. 제1 체결부(100)와 제2 체결부(200)는 수나사와 암나사 방식으로 서로 체결될 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
제1 체결부(100)는 제1 고주파 전력 케이블(10)의 일단에 복수 개의 슬릿이 형성될 수 있다. 상기 복수 개의 슬릿에 의해 고주파 전력 케이블(10)의 일단에서 발생하는 고주파 특유의 표피효과 및 근접효과에 의한 교류저항의 증가와 이에 따른 발열을 감소시킬 수 있다.
상세하게는 절단된 고주파 전력 케이블(10, 20)을 서로 연결하기 위해서는 커넥터와 같은 체결수단이 사용된다. 절단된 고주파 전력 케이블(10, 20)의 일단에 커넥터를 결속시키기 위해서는 고주파 전력 케이블(10, 20)의 일단을 용융된 납이나 주석으로 디핑처리한 후 디핑된 고주파 전력 케이블(10, 20)의 일단에 커넥터 등의 체결수단을 결속시킨다. 고주파 전력 케이블(10, 20)은 고주파 전력을 전송하므로 고주파 특유의 표피효과와 근접효과에 의한 교류저항이 증가하여 이를 방지하기 위해 리쯔 와이어를 사용한다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 제1, 2 고주파 전력 케이블(10,20) 단부에서 리쯔 와이어(21)를 분기한 후 디핑함으로써 그 단부가 분기된 형태로 납땜층이 형성된 제1, 2 납땜부(120, 220)를 형성하여 제1, 2 고주파 전력 케이블(10, 20)의 양단을 커넥터로 연결할 때 도 1에서와 같이 리쯔 와이어들이 디핑에 의해 하나의 도체가 됨에 따라 발생할 수 있는 표피효과 및 근접효과에 의한 교류저항의 증대를 억제할 수 있으며, 이에 따라 커넥터에 의해 서로 체결되는 고주파 전력 케이블(10, 20)의 전력 전송 효율 저하를 개선할 수 있다.
제1 체결부(100)는 일 예로서 수 커넥터(110), 제1 납땜부(120), 및 제1 고정부재(130)를 포함할 수 있다.
수 커넥터(110)는 제1 고주파 전력 케이블(10)의 일단에 배치될 수 있다. 수 커넥터(110)의 일단은 그 외주면에 나사산이 형성되어 제2 체결부(200)의 암 커넥터(210)와 체결될 수 있으며, 그 타단은 제1 고주파 전력 케이블(10)의 일단을 향할 수 있다. 수 커넥터(110)의 타단은 제1 고주파 전력 케이블(10)의 제1 납땜부(120)와 결속되고, 제1 고정부재(130)에 의해 수 커넥터(110)와 제1 납땜부(120)가 고정될 수 있다. 이에 대하여 후술한다.
수 커넥터(110)는 일 실시예로서 볼트부(111), 제1 접속부(112), 및 중간부(113)으로 이루어질 수 있다. 수 커넥터(110)는 중간부(113)를 중심으로 중간부(113)의 일측으로 볼트부(111)가 형성되며, 타측으로 제1 접속부(112)가 형성될 수 있다.
상기 수 커넥터(110)는 내부가 빈 중공 형태일 수 있다. 즉, 상기 수 커넥터(110)는 일단부터 타단이 관통된 중공 형태로 형성된다. 또한 상기 제1 납땜부(120)가 내부가 빈 중공 형태의 상기 수 커넥터(110)의 외측면에 접하여 제1 체결부(100)를 형성함으로써 고주파 전력 케이블에 고주파 전류가 통전시 표피효과 내지 근접효과에 의한 저항 증가로 전류 밀도가 낮아지는 영역에는 전류가 흐르지 않도록 하여 발열 및 손실을 최소화 할 수 있다.
볼트부(111)는 제1 접속부(112)에 대향하며, 그 외측면에 나사산(111a)이 형성되어 제2 체결부(200)와 체결될 수 있다. 즉 볼트부(111)는 수 커넥터(110)가 제1 납땜부(120)와 결속되는 경우 제1 고주파 전력 케이블(10)의 길이 방향으로 제1 고주파 전력 케이블(10)과 체결될 제2 고주파 전력 케이블(20)을 향하게 된다.
볼트부(111)는 그 외주면에 나사산(111a)이 형성될 수 있다. 볼트부(111)의 나사산(111a)은 제2 체결부(200)의 너트(211)의 내주면에 형성된 나사산(211a)와 치합되어 볼트부(111)가 너트(211)와 체결됨으로써 제1 체결부(100)와 제2 체결부(200)가 연결될 수 있다.
제1 접속부(112)는 볼트부(111)에 대향하며, 제1 고주파 전력 케이블(10)의 제1 납땜부(120)를 향할 수 있다. 제1 접속부(112)는 제1 납땜부(120)를 향하는 수 커넥터(110)의 타단에 해당하며, 제1 납땜부(120)와 직접 접하게 된다. 즉 제1 납땜부(120)의 일단부가 수 커넥터(110)의 제1 접속부(112) 상에 직접적으로 접촉하여 고정됨으로써 수 커넥터(110)는 제1 납땜부(120)에 의해 제1 고주파 전력 케이블(10)과 결속될 수 있다.
제1 납땜부(120)는 제1 고주파 전력 케이블(10)과 수 커넥터(110)를 결속시킬 수 있다. 상세하게는 제1 납땜부(120)는 제1 고주파 전력 케이블(10) 단부를 납 또는 주석으로 디핑 처리함으로써 형성된 분기된 형태를 가지며, 상기 수 커넥터와 접속할 수 있다. 제1 납땜부(120)는 그 일단이 제1 고주파 전력 케이블(10)의 일단부를 냅땜으로 둘러싸도록 형성되며, 상기 일단에서 연장된 타단이 분기되어 수 커넥터(110)의 제1 접속부(112)에 접함으로써 제1 고주파 전력 케이블(10)과 수 커넥터(110)를 결속시킬 수 있다. 제1 납땜부(120)의 일단에서 연장되는 타단은 복수 개의 납땜으로 분기됨으로써, 분기된 납땜들 사이에 제1 고주파 전력 케이블(10)의 길이 방향으로 복수 개의 슬릿(123)이 형성될 수 있다.
즉 제1 납땜부(120)의 타단은 수 커넥터(110)의 제1 접속부(112)를 향하여 분기되어 제1 접속부(112)을 접할 수 있다. 상세하게는 제1 고주파 전력 케이블(10)은 중심부에 중심 절연부(15)가 위치하며, 중심 절연부(15)를 리쯔 와이어(11)가 위치하는바, 제1 고주파 전력 케이블(10)을 납 또는 주석으로 디핑 처리하는 경우 리쯔 와이어(11)들은 제1 납땜부(120)를 형성하고 중심 절연부(15)는 용융되어 제1 냅땜부(120) 안쪽으로는 빈 공간이 형성될 수 있다. 중심 절연부(15)가 용융되어 형성된 빈 공간에 수 커넥터(110)의 제1 접속부(112)가 위치하고, 제1 납땜부(120)가 제1 접속부(112) 상에 위치함으로써 제1 납땜부(120)와 수 커넥터(110)가 접속될 수 있다.
제1 납땜부(120)는 일 예로서 제1 환형부(121)와 복수 개의 제1 연결부(122)로 이루어질 수 있다.
제1 환형부(121)는 제1 고주파 전력 케이블(10)의 일단부를 납땜으로 둘러쌀 수 있다. 제1 고주파 전력 케이블(10)의 일단부는 리쯔 와이어(11)를 분기한 후 상술한 바와 같이 납이나 주석으로 디핑 처리될 수 있다. 제1 환형부(121)는 분기되지 않은 리쯔 와이어에 디핑 처리된 부분으로서, 도 4에서와 같이 제1 고주파 전력 케이블(10)의 일단부를 둘러쌀 수 있다.
제1 연결부(122)는 디핑 처리 전에 분기된 리쯔 와이어(11)들이 디핑 처리된 후 형성된 것으로서, 제1 환형부(121)로부터 분기되어 연장될 수 있다. 즉 복수 개의 제1 연결부(122)가 서로 간에 간격을 두고 제1 환형부(121)로부터 연장되어 형성될 수 있다. 복수 개의 제1 연결부(122) 사이의 간격은 상술한 슬릿(123)일 수 있다.
슬릿(123)에 의해 분리된 복수 개의 제1 연결부(122)는 수 커넥터(110)의 제1 접속부(112)의 외주면에 접하며 제1 접속부(112)를 고정시킬 수 있다. 제1 납땜부(120)는 제1 환형부(121)가 제1 고주파 전력 케이블(10)의 일단을 둘러싸고, 제1 연결부(122)가 수 커넥터(110)의 제1 접속부(112) 상에 접속하게 되며, 제1 고정부재(130)가 제1 납땜부(120) 상에서 제1 연결부(122)와 수 커넥터(110)의 제1 접속부(112)를 고정시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 리쯔 와이어(11)를 복수 개로 분기한 후 디핑하여 분기된 복수 개의 제1 연결부(122)를 갖는 제1 납땜부(120)를 형성하고, 분기된 복수 개의 제1 연결부(122)와 수 커넥터(110)를 결속시킴으로써, 도 1에서와 같이 제1 고주파 전력 케이블(10)의 리쯔 와이어들이 일괄적인 디핑에 의해 하나의 도체가 됨에 따라 발생할 수 있는 표피효과 및 근접효과에 의한 교류저항의 증대를 억제할 수 있으며, 이에 따라 커넥터에 의해 서로 체결되는 고주파 전력 케이블(10, 20)의 전력 전송 효율 저하를 개선할 수 있다.
제2 체결부(200)는 절단된 제2 고주파 전력 케이블(20)의 일단에 접속될 수 있다. 제2 체결부(200)의 일단은 제2 고주파 전력 케이블(20)과 접속되며 제2 체결부(200)의 타단은 제1 체결부(100)의 일단과 체결될 수 있다. 제2 체결부(200)의 일단과 타단 사이에 제2 고주파 전력 케이블(10)의 길이 방향으로 형성된 복수 개의 슬릿(223)들이 형성될 수 있다.
제2 체결부(200)는 제2 고주파 전력 케이블(20)의 일단에 복수 개의 슬릿이 형성될 수 있다. 상기 복수 개의 슬릿에 의해 고주파 전력 케이블(20)의 일단에서 발생하는 고주파 특유의 표피효과 및 근접효과에 의한 교류저항의 증가와 이에 따른 발열을 감소시킬 수 있다.
상세하게는 절단된 고주파 전력 케이블(10, 20)을 서로 연결하기 위해서는 커넥터와 같은 체결수단이 사용된다. 절단된 고주파 전력 케이블(10, 20)의 일단에 커넥터를 결속시키기 위해서는 고주파 전력 케이블(10, 20)의 일단을 용융된 납이나 주석으로 디핑처리한 후 디핑된 고주파 전력 케이블(10, 20)의 일단에 커넥터 등의 체결수단을 결속시킨다. 고주파 전력 케이블(10, 20)은 고주파 전력을 전송하므로 고주파 특유의 표피효과와 근접효과에 의한 교류저항이 증가하여 이를 방지하기 위해 리쯔 와이어를 사용한다.
그러나 상술한 바와 같이 고주파 전력 케이블(10, 20)의 일단을 일괄적으로 디핑 처리하게 되면 고주파 전력 케이블(10, 20)의 리쯔 와이어들이 하나의 금속결합체로 작용하므로 상기 일단과 상기 체결수단에서 오히려 표피효과와 근접효과에 의한 교류저항이 증가하고 이에 따른 발열 현상이 발생할 수 있다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 제1, 2 고주파 전력 케이블(10,20) 단부에서 리쯔 와이어(11, 21)를 분기한 후 디핑함으로써 단부가 분기된 형태의 제1, 2 납땜부(120, 220)를 형성하여 제1, 2 고주파 전력 케이블(10, 20)의 양단을 커넥터로 연결할 때 도 1에서와 같이 리쯔 와이어들의 일괄적인 디핑에 의해 하나의 도체가 됨에 따라 발생할 수 있는 표피효과 및 근접효과에 의한 교류저항의 증대를 억제할 수 있으며, 이에 따라 커넥터에 의해 서로 체결되는 고주파 전력 케이블(10, 20)의 전력 전송 효율 저하를 개선할 수 있다.
제2 체결부(200)는 일 예로서 암 커넥터(210), 제2 납땜부(220), 및 제2 납땜부(220)로 이루어질 수 있다.
암 커넥터(210)는 제2 고주파 전력 케이블(20)의 일단에 배치될 수 있다. 암 커넥터(210)의 내주면에는 나사산이 형성되어 제1 체결부(100)의 수 커넥터(110)와 체결될 수 있다. 암 커넥터(210)의 일단은 제2 납땜부(220)에 의해 제2 고주파 전력 케이블(20)과 결속될 수 있다. 이에 대하여 후술한다.
암 커넥터(210)는 일 실시예로서 너트(211)와 접속부재(212)로 이루어질 수 있다. 접속부재(212)의 일단은 너트(211)를 관통하여 제2 고주파 전력 케이블(20)의 제2 납땜부(220)를 향하며, 너트(211)는 제1 체결부(100)의 수 커넥터(110)를 향할 수 있다.
상기 접속부재(212)는 내부가 빈 중공 형태일 수 있다. 즉, 상기 접속부재(212)는 일단부터 타단이 관통된 중공 형태로 형성된다. 또한 상기 제2 납땜부(220)가 내부가 빈 중공 형태의 상기 접속부재(212)의 외측면에 접하여 제2 체결부(200)를 형성함으로써 고주파 전력 케이블에 고주파 전류가 통전시 표피효과 내지 근접효과에 의한 저항 증가로 전류 밀도가 낮아지는 영역에는 전류가 흐르지 않도록 하여 발열 및 손실을 최소화 할 수 있다.
너트(211)는 내주면에 나사산(211a)이 형성될 수 있다. 너트(211)의 나사산(211a)은 제1 체결부(100)의 볼트부(111) 외주면에 형성된 나사산(111a)과 치합되어 볼트부(111)가 너트(211)와 체결됨으로써 제1 체결부(100)와 제2 체결부(200)가 연결될 수 있다.
접속부재(212)는 너트(211)를 관통하여 제2 고주파 전력 케이블(20)의 제2 납땜부(220)을 향할 수 있다. 접속부재(212)는 그 일단이 너트(211)를 관통하여 제2 연결부(222)와 접하며, 그 타단이 외주면에 나사산이 형성되어 너트(211)의 내주면에 형성된 나사산(211a)과 치합될 수 있다.
접속부재(212)는 일 예로서 너트(211)의 내부에 위치하는 단차부(212a)와 너트(211)를 관통하는 제2 접속부(212b)로 이루어질 수 있다.
단차부(212a)의 외주면에는 나사산이 형성되어 너트(211)의 내주면에 형성된 나사산과 치합되며, 치합 후 단차부(212a)는 너트(211) 내부에 남아 있게 된다.
제2 접속부(212b)는 너트(211)를 관통하여 제2 고주파 전력 케이블(20)의 일단을 향할 수 있다. 제2 접속부(212b)는 제2 고주파 전력 케이블(20)을 향하며 제2 납땜부(220)와 직접 접하게 된다. 즉 제2 납땜부(220)의 일단부가 암 커넥터(210)의 제2 접속부(212b) 상에 직접적으로 접촉하여 고정함으로써 암 커넥터(210)는 제2 납땜부(220)에 의해 제2 고주파 전력 케이블(20)과 결속될 수 있다.
제2 납땜부(220)는 제2 고주파 전력 케이블(20)과 암 커넥터(210)를 결속시킬 수 있다. 상세하게는 제2 납땜부(220)는 제2 고주파 전력 케이블(20) 단부를 납 또는 주석으로 디핑 처리함으로써 형성된 분기된 형태를 가지며, 상기 암 커넥터와 접속할 수 있다. 제2 납땜부(220)는 그 일단이 제2 고주파 전력 케이블(20)의 일단부를 냅땜으로 둘러싸도록 형성되며, 상기 일단에서 연장된 타단이 분기되어 암 커넥터(210)의 제2 접속부(212b)에 접함으로써 제2 고주파 전력 케이블(20)과 암 커넥터(210)를 결속시킬 수 있다. 제2 납땜부(220)의 일단에서 연장되는 타단은 리쯔 와이어들이 복수 개의 납땜으로 분기됨으로써, 분기된 납땜들 사이에 제2 고주파 전력 케이블(20)의 길이 방향으로 복수 개의 슬릿(223)이 형성될 수 있다.
즉 제2 납땜부(120)의 타단은 암 커넥터(210)의 제2 접속부(212b)를 향하여 분기되어 제2 접속부(212b)의 외주면에 접할 수 있다. 상세하게는 제2 고주파 전력 케이블(20)은 중심부에 중심 절연부(15)가 위치하며, 중심 절연부(15)를 리쯔 와이어(21)가 위치하는바, 제2 고주파 전력 케이블(20)을 납 또는 주석으로 디핑 처리하는 경우 리쯔 와이어(21)들은 제2 납땜부(220)를 형성하고 중심 절연부(15)는 용융되어 제2 냅땜부(220) 안쪽으로는 빈 공간이 형성될 수 있다. 중심 절연부(15)가 용융되어 형성된 빈 공간에 암 커넥터(210)의 제2 접속부(212b)가 위치하고, 제2 납땜부(220)가 제2 접속부(212b) 상에 위치함으로써 제2 납땜부(220)와 암 커넥터(210)가 접속될 수 있다.
제2 납땜부(220)는 일 예로서 제2 환형부(221)와 복수 개의 제2 연결부(222)로 이루어질 수 있다.
제2 환형부(221)는 제2 고주파 전력 케이블(20)의 일단부를 납땜으로 둘러쌀 수 있다. 제2 고주파 전력 케이블(20)의 일단부(23)는 리쯔 와이어(21)를 분기한 후 상술한 바와 같이 납이나 주석으로 디핑 처리될 수 있다. 제2 환형부(221)는 분기되지 않은 리쯔 와이어에 디핑 처리된 부분이다. 도 4에서와 같이 제2 환형부(221)는 제2 고주파 전력 케이블(20)의 일단부를 둘러쌀 수 있다.
제2 연결부(222)는 디핑 처리 전에 분기된 리쯔 와이어(21)들이 디핑 처리된 후 형성된 것으로서, 제2 환형부(221)로부터 분기되어 연장될 수 있다. 즉 복수 개의 제2 연결부(222)가 서로 간에 간격을 두고 제2 환형부(221)로부터 연장되어 형성될 수 있다. 복수 개의 제2 연결부(222) 사이의 간격은 상술한 슬릿(223)일 수 있다.
슬릿(223)에 의해 분리된 복수 개의 제2 연결부(222)는 암 커넥터(210)의 제2 접속부(212)의 외주면에 접하며 제2 접속부(212b)를 고정시킬 수 있다. 제2 납땜부(220)는 제2 환형부(221)가 제2 고주파 전력 케이블(20)의 일단을 둘러싸고, 제2 연결부(222)가 암 커넥터(210)의 제2 접속부(212b) 상에 접속하게 되며, 제2 고정부재(230)가 제2 납땜부(22) 상에서 제2 연결부(222)와 암 커넥터(210)의 제2 접속부(212)를 고정시킬 수 있다.
피복부재(300)는 서로 체결된 제1 체결부(100)와 제2 체결부(200)를 둘러쌀 수 있다. 즉 피복부재(300)는 서로 체결된 수 커넥터(110)와 암 커넥터(210), 제1, 2 고정부재(130. 230)를 감싸도록 형성될 수 있다. 피복부재(300)는 절연소재로 이루어질 수 있으며, 열수축 튜브일 수 있다.
상술한 바와 같이 리쯔 와이어(21)를 복수 개로 분기한 후 디핑 처리하여 분기된 복수 개의 제2 연결부(222)를 갖는 제2 납땜부(220)를 형성하고, 분기된 복수 개의 제2 연결부(222)와 암 커넥터(210)를 결속시킴으로써, 도 1에서와 같이 제2 고주파 전력 케이블(20)의 리쯔 와이어들이 일괄적인 디핑에 의해 하나의 도체가 됨에 따라 발생할 수 있는 표피효과 및 근접효과에 의한 교류저항의 증대를 억제할 수 있으며, 이에 따라 커넥터에 의해 서로 체결되는 고주파 전력 케이블(10, 20)의 전력 전송 효율 저하를 개선할 수 있다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
1000: 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체
100: 제1 체결부
110: 수 커넥터
120: 제1 납땜부
200: 제2 체결부
210: 암 커넥터
220: 제2 납땜부

Claims (20)

  1. 중심절연부, 도전부, 및 자켓부를 갖는 제1 고주파 전력 케이블과 제2 고주파 전력 케이블을 연결하는 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체에 있어서,
    상기 제1 고주파 전력 케이블의 일단에 결합되는 수 커넥터;
    상기 수 커넥터를 상기 제1 고주파 전력 케이블의 일단에 고정시키는 제1 고정부재;
    상기 제2 고주파 전력 케이블의 일단에 배치되며 상기 수 커넥터와 체결되는 암 커넥터; 및
    상기 암 커넥터를 상기 제2 고주파 전력 케이블의 일단에 고정시키는 제2 고정부재; 를 구비하고,
    상기 수 커넥터는 상기 제1 고주파 전력 케이블의 일단에 결합되는 제1 접속부 및 상기 접속부에 대향하며 외측면에 나사산이 형성되어 상기 암 커넥터와 체결되는 볼트부를 포함하고, 상기 암 커넥터는 내주면에 나사산이 형성되는 상기 볼트부와 체결되는 너트 및 상기 너트를 관통하여 상기 제2 고주파 전력 케이블의 일단에 결합되는 접속부재를 포함하며,
    상기 제1 고주파 전력 케이블은 그 일단에 위치하는 도전부가 분기된 상태로 용융된 납이나 주석에 디핑됨으로써 분기된 형태로 납땜층이 형성된 제1 납땜부를 포함하고, 상기 제2 고주파 전력 케이블은 그 일단에 위치하는 도전부가 분기된 상태로 용융된 납이나 주석에 디핑됨으로써 분기된 형태로 납땜층이 형성된 제2 납땜부를 포함하며,
    상기 제1 접속부의 외측면은 상기 제1 납땜부와 접하고, 상기 접속부재의 외측면은 상기 제2 납땜부와 접하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수 커넥터 또는 상기 접속부재는 그 일단부터 그 타단이 관통된 중공 형태인 것을 특징으로 하는 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 접속부재는 그 일단이 상기 너트를 관통하여 상기 제2 고주파 전력 케이블의 일단과 접하며, 그 타단이 외주면에 나사산이 형성되어 상기 너트의 내주면에 형성된 나사산과 치합되는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    절연소재로 이루어지며, 서로 체결된 상기 수 커넥터와 상기 암 커넥터를 둘러싸는 피복부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 피복부재는 열수축 튜브인 것을 특징으로 하는 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체.
  8. 일단이 절단된 제1 고주파 전력 케이블과 일단이 절단된 제2 고주파 케이블을 제1항, 제3항, 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항의 고주파 전력 케이블용 커넥터 구조체로 접속한 고주파 전력 케이블에 있어서,
    상기 제1 고주파 전력케이블 및 제2 고주파 전력케이블 각각은,
    상기 고주파 전력 케이블의 중심에 배치되는 복수개의 필러로 이루어진 중심 절연부;
    상기 중심 절연부를 둘러싸는 도전부; 및
    상기 고주파 전력 케이블의 외측에서 상기 도전부를 감싸는 자켓부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 케이블.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 납땜부는,
    상기 제1 고주파 전력 케이블의 일단부를 납땜으로 둘러싸는 제1 환형부; 및
    상기 제1 환형부로부터 분기되어 연장되며, 그 일단이 상기 제1 접속부에 접하는 복수 개의 제1 연장부; 를 포함하며,
    상기 제2 납땜부는,
    상기 제2 고주파 전력 케이블의 일단부를 납땜으로 둘러싸는 제2 환형부; 및
    상기 제2 환형부로부터 분기되어 연장되며, 그 일단이 상기 접속부재에 접하는 복수 개의 제2 연장부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 케이블.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 접속부재는 그 일단이 상기 너트를 관통하여 상기 제2 연장부와 접하며, 그 타단이 외주면에 나사산이 형성되어 상기 너트의 내주면에 형성된 나사산과 치합되는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 케이블.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제8항에 있어서,
    상기 도전부는 각각 절연 코팅된 복수 개의 소선들이 서로 연합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 고주파 전력 케이블.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 필러는 합성고무로 이루어진 것을 특징으로 하는 고주파 전력 케이블.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 자켓부는,
    상기 도전부를 감싸는 제1 자켓부; 및
    상기 제1 자켓부를 감싸는 제2 자켓부; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 케이블.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 자켓부는 XLPE(Cross Linking-Polyethylene)으로 이루어지며,
    상기 제2 자켓부는 XLPO(Cross Linking-Polyolefine)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 케이블.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 도전부에 흐르는 교류 전류의 주파수는 20KHz 내지 100KHz인 것을 특징으로 하는 고주파 전력 케이블.
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