KR20030043652A - 변압기 또는 코일을 위한 와인딩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리본 전기 전도체(14)를 가지고 리본 절연 물질로 구성된 절연 물질층(16)을 가지는, 변압기 또는 코일을 위한 와인딩에 관한 것으로서, 상기 와인딩은 접합되어 감겨서 와인딩 코어주위에 권선(turns)을 형성하며, 상기 각각의 권선은 상기 와인딩 코어의 와인딩 축(12)에 대해 미리결정된 와인딩 각(20,24)을 가지며, 서로 부분적으로 겹치도록 배치되고(10), 절연층이 2개의 방사상으로 인접한 권선 층 사이에 삽입된다. 게다가, 상기 절연층의 두께는 거기서 결정된 전압차에 국부적으로 정합된다. 또한, 상기 절연층의 두께는 각 경우에 있어서 결정된 전압차에 정합된다{빈 틈(lacuna)}.

Description

변압기 또는 코일을 위한 와인딩{WINDING FOR A TRANSFORMER OR A COIL}
본 발명은 리본 전기 전도체를 가지고 리본 절연 물질로 구성된 절연 물질층을 가지는, 변압기 또는 코일을 위한 와인딩에 관한 것으로서, 이러한 와인딩은 서로 접합되어 감겨서 와인딩 코어주위에 권선(turns)을 형성하며, 이러한 개개의 권선은 와인딩 코어의 와인딩 축에 대해 미리결정된 와인딩 각을 가지며, 서로 부분적으로 겹치도록 배치되고, 절연층이 2개의 방사상으로 인접한 권선 층 사이에 삽입되는, 와인딩에 관한 것이다.
이처럼 일반적으로 알려진 와인딩에서는, 보통 권선들이 서로 가까이서 축방향에 대해 나란히 위치하도록 권선이 감기고, 적어도 하나의 권선 층이 형성된다.
그러나, 또한 흔히 많은 층들이 서로 방사상으로 결합되어 다중층 변압기 또는 다중층 코일을 형성한다. 많은 권선 층이 존재하는 상황에서는, 절연층이 각경우에서 자주 2개의 인접한 층사이에 도입되거나 삽입된다. 이러한 절연층은 층사이의 전압 플래시오버(flashover)를 방지하고, 따라서 2개층 사이에 존재할 수 있는 최대 전압차를 위해 설계된다.
이러한 선행 기술의 배경에 대해, 본 발명의 목적은, 절연 물질이 절약될 수 있고, 이에 더해 적절한 내전압(withstand voltage), 특히 2개의 방사상으로 인접한 권선 층사이의 우수한 임펄스 내전압이 달성되는, 변압기 또는 코일을 위한 와인딩을 상술하는 것이다.
본 발명에 따르면, 청구항 1 에 언급된 특성을 가지는 변압기 또는 코일을 위한 와인딩에 의해 이러한 목적이 달성된다.
그러므로 본 발명에 따른 주요 주제는, 와인딩 축 방향에서 2개의 관련된 방사상으로 인접한 층사이의 국부 전압차 및/또는 전압차 프로파일(profile)이 결정되고, 절연층의 두께는 각 경우에 있어서 결정된 전압차에 국부적으로 정합되는 것을 특징으로 한다. 그러므로 절연층은, 이전에 알려진 선행 기술에서와 같이, 일정한 층 두께를 가지도록 설계되지 않고, 관련된 방사상으로 인접한 행(row)사이의 전압차에 정합된다. 그러므로 전압차가 비교적으로 낮은 축 지점에서 절연 물질을 절약하는 것이 가능하다. 또한, 이것은 대체로, 변압기 또는 코일이 비교적 더 우수한, 층사이의 임펄스 내전압을 가질 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 주제의 하나의 유익한 개선점(refinement)은, 2개의 방사상으로 인접한 절연층의 배열에 대해, 이러한 2개의 절연층의 계산된 전체 두께가 대략 개개의 축 지점에서와 대략 동일한 두께를 가진다는 것이다. 유익하게도 이러한 개선에 의해, 서로 다른 절연층 두께에 의한 서로 상이한 외부 직경은 본 발명에 따라 그 층과 그 다음 층사이의 추가된 절연층의 프로파일(profile)에 의해 다시한번 보상되고, 따라서 변압기 또는 코일은 전체적으로 동일한 외부 직경을 가지게 된다. 본 발명에 따른 주제의 하나의 유익한 개선점은, 절연층에서의 두께 변화가 축 방향으로 연속적이도록 준비된다. 이것은 와인딩 축을 통한 단면에서 볼 때 대략 쐐기-모양(wedge-shaped)의 프로파일을 가지는 절연층을 야기한다. 그러나, 예를 들면 2개의 코일이 직접 서로 나란히 배치될 때, 단면상 톱니모양 또는 물결모양의 프로파일을 제공하는 것은 어떠한 문제없이 가능하다.
그러나, 절연층에서의 두께 변화는 축방향에서 계단 모양이 되는 것이 특히 유익하다. 이것은, 축 방향에서 볼 때 절연층의 두께는, 저항 전압에 어떠한 불리한 영향도 미치지 않고, 단계적으로 갑자기 즉 불연속적으로 변하는 것을 의미한다. 또한 이러한 개선은, 종래의 리본 절연 물질이 층별로 감기어 절연층을 형성한것에 비해 이러한 절연층이 상당히 단순한 방식으로 생성될 수 있다는 것을의미한다.
본 발명의 추가적인 유익한 개선은 종속항에 상술된다.
본 발명의 특정 이점뿐 아니라 본 발명의 유익한 개선 및 보완은 예시적인 실시예와 관련되어 좀 더 상세하게 설명될 것이며, 이러한 실시예는 이하의 도면에 도시될 것이다.
도 1 은 3개층의 변압기 와인딩을 도시하는 도면,
도 2 는 2개의 상호 반대되는 절연층을 도시하는 도면이다,
<도면 부호의 간단한 설명>
10: 와인딩 코어12: 와인딩 축
14: 전기 전도체16: 절연 물질
18: 제 1 층22: 제 2 층
26: 제 1 절연층32: 제 2 절연층
40: 제 1 절연 쐐기42: 제 2 절연 쐐기
58: 간격60: 면
도 1 은 변압기를 위한 3개층 와인딩의 일부를 도시한다. 이러한 와인딩은 와인딩 축(12)을 따라 와인딩 코어(10) 주위에 감긴다. 이 와인딩은, 리본 절연 물질(16)으로 코팅된 리본 전기 전도체(14)로부터 형성된다. 이에 대안적으로, 또한 리본 절연 물질(16)은 리본 박막(film)의 형태일 수도 있다. 또한, 전기 전도체(14)가 절연 물질로 코팅되었는지, 또는 절연 물질이 실제 정확하게 전기 전도체(14)와 함께 리본으로서 형성되어 와인딩을 형성하는지는 무관하다.
와인딩 코어(10) 바로 주위에 감긴 층은 제 1 권선 층(18)로 언급된다. 리본 절연 물질 (16)은 이 경우 와인딩 코어(10)와 전도체(14)의 사이에 위치하도록 배치된다. 개개의 제 1 권선 층(18)은 와인딩 축(12)에 대해 특정 각도(20)로 경사진다. 또한, 각 권선은 이전 와인딩에 대해 와인딩 축(12)의 방향과 평행하게 특정한 정도만큼 단층지게(offset) 배치되어, 그 다음 와인딩이 이전의 와인딩과 부분적으로 겹치게 된다. 제 2 권선 층(22)은 제 1 층(18) 주위에 방사상으로 감긴다. 제 2 층(22)의 와인딩은 본질적으로 제 1 층(18)의 와인딩와 일치하여, 이 경우에서도 또한, 전기 전도체(14) 및 절연 물질(16)은 부분적으로 겹쳐서 서로 나란히 차례차례로 배치되도록 설계된다. 제 1 층(18) 및 제 2 층(22)의 겹침에 대한 축방향 배향(orientation)은 그 겹치는 지점이 와인딩 축(12)상에서 동일한 축상 지점에 해당하도록 선택된다. 제 2 층(22)에 있어서 겹침의 성질은, 제 2 층(22)의 와인딩 각도(24)가 특정 각도(20)와 크기는 동일하지만, 방향은 반대인 각도에 해당하도록 선택된다. 수학적인 관점에서 이것은, 와인딩 각도(24)는, 와인딩 축(12)을 0도로 가정한다면 180도에서 특정 각도(20)를 뺀 값에 해당한다는 것을 의미한다.
제 1 절연 층(26)은 제 2 층(22)과 제 1 층(18)사이에 배치되고, 이러한 견지에서, 거의 쐐기-모양의 단면을 가진다. 이 경우, 예각인 이러한 쐐기의 제 1 모서리는 와인딩 축(12)의 제 1 단부에 배치되고, 제 1 모서리의 반대편에 위치한 쐐기의 넓은 면은 와인딩 축(12)의 제 2 단부에 배치된다. 제 1 절연층(26)의 삽입은, 제 1 절연층(26)의 구성때문에 2개 층(18,22)이 서로 정확히 평행하지는 않아서 서로 예각을 형성한다는 것을 의미한다. 제 2 층(22)과 접하는 절연층(26)의 한쪽면은 많은 계단(28)을 가진다. 이러한 실시예에서 계단 하나의 폭은 각 경우 전기 전도체(14)의 폭의 3배에 해당한다. 이러한 방식으로 구성된 제 1 절연층(26)의 이점은 특히 간단한 방식으로 이러한 절연층이 생성될 수 있다는 것이다.
제 1 절연층(26)을 생성하기 위한 절연 물질은 보통 마찬가지로 리본 형태이다. 사용되는 절연 물질의 폭은, 그 절연 물질의 두께, 채워질 단면 및 권선 수로 부터 일반적으로 알려진 방식으로 결정된다. 이 실시예에서, 그 후 제 1 절연층(26)의 와인딩은 제 1 층(18)뿐만 아니라 와인딩 축(12)의 제 1 단부에서 시작하여야 한다. 이제 리본 절연 물질은, 계단들(28)의 제 1 계단에 대해 원하는 절연 층 두께가 달성될 때까지, 예를 들면 제 1 층(18)의 제 1 및 제 2 단부 사이의 권선에 대해 설명된 방식인, 일반적인 방식으로 제 1 층(18) 주위에 감길 수 있다. 계단들(28)의 제 2 계단에 대해 원하는 절연층 두께가 달성될 때까지 리본 절연 물질이 이제 제 1 층(18)의 잔여 축상 영역에서만 감긴 채, 이제 제 1 계단의 영역에서의 와인딩 과정은 멈춘다. 따라서 마지막 계단까지 그럼으로써 가장 두꺼운 계단이 도달될 때까지, 단계적으로 더 큰 층 두께를 달성할 수 있다.
이에 대하여 대안적으로, 특정 폭의 절연 물질이 미리결정될 수 있는 공급율(feed rate)로 연속적으로 감길 수 있다. 이 경우에서는, 제 1 계단 즉 가장 얇은 계단이 그 자체가 폐쇄된(closed) 층을 형성하는 것이 절대적으로 본질적인 것은 아니고, 다시 말하면 만약 합체되는 권선 절연(turn insulation)이 2개층 사이의 절연에 대해 이미 또한 충분하다면, 공급율이 감겨질 물질의 폭보다 더 클 수도 있다. 특히, 이러한 권선 절연은, 전기 전도체에 적용되거나 리본 물질의 형태 또는 박막으로 전도체상에 위치하는 리본 절연 물질 층이다. 공급율이 반감되면, 이것은 두배의 두께를 가진 절연층을 야기한다. 따라서 계단식의 절연은 중간에 절연 과정을 중단해야할 필요없이 이러한 방식으로 마찬가지로 달성될 수 있다.
도 1 은 또한 제 3 층(30)을 도시한다. 이것은 제 1 층(18)에 비교가능한 방식으로 구조되고, 방사 방향에서 보면 제 2 층(22)에 인접한다. 제 2 절연층(32)은 제 3 층(30)과 제 2 층(22)사이에 배치된다. 이것은 본질적으로 제 1 절연층(26)과 동일한 방식으로 구성된다. 그러나, 쐐기-모양의 제 2 절연층(32)의 예각을 가지는 모서리는, 제 1 절연층(26)의 제 1 모서리와는 달리, 와인딩 축(12)의 다른 단부를향한다. 제 1 절연층(26) 및 제 2 절연층(32)의 층 및 구성은, 제 3 층(30)의 방사상으로 외측이 정확히 와인딩 축(12)에 평행하게 놓여지도록 선택된다. 제 1 절연층(26) 및 제 2 절연층(32)을 포함하는 배치의 원리는 도 2 를 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
본 명세서에서 도시된 와인딩은 반드시 와인딩 코어주위에 감겨질 필요는 없다. 권선이 심쇠(mandrel)주위에 감겨지고, 와인딩이 생성되고 나면 이 심쇠가 제거되는 것도 완전히 실행가능하다. 본 발명에 따라 제공된 이러한 것과 같은 와인딩은 약 5 kVA 이상의 변압기 또는 코일 율 (rating)에 대해 특히 성공적으로 사용된다. 리본 절연 물질(16)의 전형적인 값은, 예를 들면, 0.1 mm의 두께와 20 mm의 폭 또는 1 mm 의 두께와 150 mm 의 폭을 가질 수 있다.
도 2 는 제 2 절연 쐐기(42)의 반대방향에 위치하고, 원칙적으로 제 1 절연층(26) 또는 제 2 절연층(32)으로 사용될 수 있는, 제 1 절연 쐐기(40)를 도시한다. 그러나, 이 도면은 2개의 절연 쐐기(40,42)의 배치에 의한 기본적인 설계 및 효과만을 도시한다. 이 범위에서는, 이 도면에서의 규격 및 크기 관계는 스케일링( scale)되지 않았으며, 또한 도 1 에서의 도해와 비교가능하지 않다.
제 2 절연 쐐기(42)는 기저면(44)을 가진다. 제 1 두께(48) 및 계단 길이(50)를 가지는 제 1 계단(46)은 기저면(44)의 제 1 단부에 배치되도록 의도된다. 제 1 계단(46)은 제 1 계단(46)에 대해 제 1 두께(48)만큼 층단지어진(offset) 제 2 계단(52)에 인접하여서, 제 2 계단(52)의 전체 두께는 제 1 두께(48)의 두 배에 해당한다. 이것은 제 3 계단(54) 및 제 4 계단(56)에도 동일한 방식으로 적용되어서, 앞선 두개의 계단(46,52)에 이 두께가 더해져서 계단-모양의 형상을 형성하여, 제 3 계단(54)은 제 1 두께(48)의 3배의 두께를 가지고, 제 4 층(56)은 제 1 두께(48)의 4배의 두께를 가진다. 모든 계단(46,52,54,56)의 계단 길이는 계단 길이(50)와 동일하다. 계단 길이(50)로 언급되는 길이를 가지는 계단의 상부 표면은 각각 기저면(44)에 평행하게 배치된다.
제 1 절연 쐐기(40)의 규격 및 구조는 제 2 절연 쐐기(42)의 그것과 정확하게 일치한다. 그러나, 이러한 관점에서 제 1 절연 쐐기(40)를 통한 단면은 제 2 절연 쐐기(42)에 대해 180도 회전된다. 또한, 제 1 절연 쐐기(40)는, 절연 쐐기(40,42)의 개개의 계단-모양의 면이 정확하게 서로 반대방향에 위치하도록, 그리고 서로에 대해 특정 간격(58)을 가지고 평행하게 배치되도록 위치된다.
도 1 에 도시된 실시예에서, 제 1 층(18)은 기저면(44)상에 배치되고, 제 2 층(22)은 절연 쐐기(40,42)사이에 배치되고, 제 3 층(30)은 기저면(44)에 대응하는 제 1 절연 쐐기(40)의 기저면의 반대방향에 배치된다. 도 2 는 기저면(44) 및 면(60)은 서로 평행하고, 따라서 이러한 면들에 대향하는 와인딩 층도 마찬가지로 서로 평행하게 놓인다는 것을 명백히 도시한다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 절연 물질이 절약될 수 있고, 이에 더해 적절한 저항 전압(withstand voltage), 특히 2개의 방사상으로 인접한 권선 층사이의 저항 전압이 달성되는, 변압기 또는 코일을 위한 와인딩을 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. 리본 전기 전도체(14)를 구비하며 리본 절연 물질로 구성된 절연 물질 층(16)을 구비한 변압기 또는 코일을 위한 와인딩로서, 상기 전도체(14)와 절연 물질층(16)은 서로 감겨 와인딩 코어(10)주위에 권선(turn)을 형성하며,
    와인딩의 개개의 권선은 상기 와인딩 코어의 와인딩 축(12)에 대해 미리결정된 와인딩 각(20,24)을 가지며 서로 부분적으로 겹치도록 배치되고, 절연층(26)이 2개의 방사상으로 인접한 권선 층(18,22)사이에 삽입되는, 변압기 또는 코일을 위한 와인딩에 있어서,
    상기 와인딩 축(12) 방향에서 상기 2개의 관련된 방사상으로 인접한 층(18,22)사이의 국부 전압차 및/또는 전압차 프로파일(profile)이 결정되고, 상기 절연층(26)의 두께는 각 경우에 있어서 결정된 상기 전압차에 국부적으로 정합되는 것을 특징으로 하는, 변압기 또는 코일을 위한 와인딩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 2개의 절연층(26,32)의 계산된 전체 두께는, 2개의 방사상으로 인접한 절연층(26,32)의 배치에 의한 결과로서, 각 축 지점에서 대략 동일한 두께를 가지는 것을 특징으로 하는, 변압기 또는 코일을 위한 와인딩.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 절연층(26,32)은, 상기 축 방향에서 보았을 때 서로에 대해 단층지게(offset) 배치되는 것을 특징으로 하는, 변압기 또는 코일을 위한 와인딩.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연층(26,32)의 두께 변화는 상기 축 방향에서 계단 형태인 것을 특징으로 하는, 변압기 또는 코일을 위한 와인딩.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연층(26,32)의 두께 변화는 상기 축 방향에서 연속적인 것을 특징으로 하는, 변압기 또는 코일을 위한 와인딩.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 권선이 감기기 전에 상기 전기 전도체(14)는, 리본 절연 물질로 구성된 절연 물질 층(16)에 연결되거나, 절연 바니시(varnish) 코팅이 제공되는 것을 특징으로 하는, 변압기 또는 코일을 위한 와인딩.
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