KR20070103052A - 자기 차폐를 포함하는 변압기 코어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자성 물질로 형성되는 코어 내부를 포함한 변압기 코어에 관한 것이다. 누설 자속들은 외부 코어 영역들에서 맴돌이 전류를 생성하고, 상기 맴돌이 전류는 전력 손실 및 국부적인 과열을 초래한다. 상기 누설 자속들은 채널링되고, 차폐에 의해서 코어 내부의 외부 영역으로부터 멀리 유도되며, 상기 차폐는 코어 내부를 부분적으로 둘러싸고 적어도 하나의 층식 자성 물질로 형성된다. 이는 코어 내부에서 맴돌이 전류들의 형성이 상당히 감소될 수 있게 하며 도한 변압기 코어의 국부적인 과열 및 전력 손실을 방지한다.

Description

자기 차폐를 포함하는 변압기 코어{TRANSFORMER CORE COMPRISING MAGNETIC SHIELDING}

본 발명은 자성 물질로 형성되는 코어 내부를 구비한 변압기 코어에 관한 것이다.

변압기들의 동작 시에는, 코어 내에서 채널링되는(channeled) 메인 자속뿐만 아니라 변압기 코어의 림(limb)에 직각으로 부분적으로 들어가는 표유 자속(magnetic stray fluxes)이 또한 발생한다. 매우 빈번하게, 적층식 코어를 고정시키며 또한 축압(axial pressure) 하에서 코어 주위에 배치되는 코일 몸체를 고정시키는 클램핑 장치가 코어 내부의 외부면 주위에 배치된다.

본 발명에 의해 정의되는 바와 같은 변압기 코어는 예컨대 변압기나 초크와 같은 전자기 기계에서 사용하도록 의도되는 임의의 자성 코어이다. 본 발명에 의해 정의되는 바와 같은 코어 내부는 자속을 가이드하기 위한 변압기 코어의 자성 부분이다.

표유 자속들은 외부 코어 세그먼트들에서 및/또는 클램핑 장치에서 맴돌이 전류들(eddy currents)을 발생시키고, 이는 클램핑 장치 및 코어의 상당한 국부적인 가열을 초래할 수 있다. 이전에는, 이러한 문제가 외부 코어 영역들을 작은 폭 의 세그먼트들로 세분함으로써 그리고 좁거나 또는 슬롯식의(slotted) 클램핑 장치들을 사용하여 전력 손실 및 국부적인 가열을 감소시킴으로써 저지되었다. 그러나, 그러한 방법의 단점은, 비록 전력 손실은 감소될 수 있을지라도 다른 한편으로는 특히 고전력을 갖는 변압기들의 경우에 국부적인 가열이 방지될 수 없다는 점이다.

전체적인 코일 몸체 주위의 스크리닝(screening)이 또한 종래에 공지되어 있다. 예컨대, DE 36 27 890 A1에는 자기 스크린을 구비한 변압기 및 그러한 스크린을 생성하기 위한 방법이 개시되어 있다. 본 발명에 따르면, 변압기는 중앙 림에 감겨진 변압기 권선들을 갖는 3-림형 적층 스택(three-limbed laminate stack)을 구비하는데, 자기 스크린은 구리 단락 스트립으로 제작되고, 상기 스트립은 림 길이 방향에 대해서 횡적으로 적층 스택 및 권선 주위에 가이드된다. D 39 40 025 A1에는 자성 물질로 제작된 변압기들을 위한 스크린을 개시하고 있다. 본 발명에 따른 스크린 권선은 변압기의 두 권선 섹션들 사이에 감겨지고, 낮은 투자율(permeability)을 갖는 자성 물질이 스크린 권선을 위해 사용된다. 종래에 공지된 이러한 권선들의 단점은, 비록 전체 코일 몸체에 대한 외부적인 교란 영향들이 방지될 수 있을지라도 코일 몸체 내, 특히 코어의 외부면 상에서의 표유 자속들은 제거될 수 없다는 점이다.

따라서, 본 발명의 목적은 코어 내부의 외부면에서 작용하고 또한 존재하는 경우에는 코어 내부의 외부면에 있는 클램핑 장치 내에서 작용하는 표유 자속들을 감소시키거나 방지하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 제 1항의 요지에 의해서 달성된다. 바람직하게는, 스크린은 코어 내부 주위에 적어도 부분적으로 배치되고, 상기 스크린은 적어도 하나의 자성 물질을 포함하는 적층식 구조를 갖는다. 예컨대 전기 강철판들과 같은 적층식 자성 물질들을 사용함으로써, 표유 자속은 상기 전기 강철판들로 가이드되며, 적층식 스크린에서 단지 낮은 전력 손실들을 발생시킨다. 표유 자속들이 가이드되기 때문에, 코어 내부의 외부면에서는 어떠한 맴돌이 전류도 발생되지 않고, 그로 인해서 이러한 영역들 내에서의 전력 손실 및 국부적인 가열이 상당히 감소되거나 완전히 제거된다. 스크린 내에서의 전력 손실 및 국부적인 가열은 본 발명에 따른 스크리닝이 없는 변압기 코어에 비교해서 상당히 감소된다.

바람직하게는, 코어 내부 상에서 축압(axial pressure)을 생성하기 위한 장치가 코어 내부와 스크린 사이에 배치된다. 적층식 코어 내부의 사용은 적층식 코어 내부 상에서 축압이 영구적으로 유지되는 것을 필요로 한다. 클램핑 장치로도 통상 지칭되는 이러한 장치들은 코어 내부 바로 가까이에 배치된다. 높은 힘의 필요성으로 인해서, 축압을 빈번히 생성하기 위한 이러한 장치들은 예컨대 강철 또는 다른 금속 판들과 같은 전기적 및 자기적으로 전도성인 물질들로 이루어진다. 자기적인 교란 영향들의 경우에, 축압을 생성하기 위한 이러한 클램핑 장치 내에서 높은 가열 및 전력 손실들이 유발된 맴돌이 전류들로 인해서 국부적으로 발생된다. 통상적으로, 클램핑 장치는 적층식 금속들로 형성되는데, 상기 적층식 금속들은 코어 내부의 외부 영역과 마찬가지로 세그먼트들로 더 세분된다. 종래 기술에 따르면, 이는 설명된 변압기 코어가 사용될 때 변압기의 최대 가능 전력을 최소화시킨다.

바람직하게는, 스크린은 세그먼트들로 세분된다. 한 편으로는, 스크린을 세그먼트들로 세분하는 것은 그 스크린으로 하여금 코어 내부 주위 및 축압을 신속하게 가하기 위한 장치 주위에 모듈러 형태로 형성될 수 있게 한다. 스크린의 세그먼트화된 구조는 또한 변압기에 바로 일치되는 스크린이 생성될 수 있게 한다. 이는 축압을 생성하기 위한 장치 및/또는 외부 코어 영역의 상당한 국부적인 과열의 위험성을 막는다. 따라서, 더 큰 표유 자속들을 갖는 변압기들이 이전보다 더욱 신뢰성있게 형성될 수 있다. 마찬가지로, 본 발명에 따른 변압기 코어를 사용할 때 전력 손실이 상당히 감소된다.

또한, 변압기 림마다 더 큰 전력들이 실현될 수 있다. 본 발명에 다른 변압기 코어를 통해서, 클램핑 장치 및 코어 내부의 외부 영역의 세그먼트화된 구조가 완전히 필요없게 될 수 있고, 그 결과로 변압기의 상당히 더 쉽고 비용효과적인 구조가 실현될 수 있다.

본 발명에 따르면, 축방향으로 스크린의 길이는 변압기 코어의 주위에 제공되는 코일 몸체의 길이와 동일하거나 혹은 그보다 더 크게 되도록 설계된다. 제한적인 경우에, 스크린은 전체 변압기 림을 따라 배치될 수 있으며, 그로 인해서 존재할 수 있는 종지 요크(terminating yoke) 및 다른 구조 엘리먼트들에 대한 부정적인 표유 자기 영향들을 또한 감소시킨다. 바람직하게는, 스크린의 적층식 구조의 방향은 자기장의 가능한 표유 자속 방향과 평행하게 정렬되도록 설계된다. 그렇게 하는데 있어서, 상기 방향은 변압기 내에서 생성되는 표유 자속 방향에 대해서 또는 외부적인 가능한 표유 자속 방향에 대해서 평행하게 정렬될 수 있다. 이상적으로는, 자속은 적층을 따라 가이드됨으로써 클램핑 장치로 가이드되고, 코어 내부의 외부 영역으로부터 멀어지게 가이드된다.

본 발명의 바람직한 특징은, 코어 내부가 적층식 코어 세그먼트들로 형성되고 또한 스크린이 가장 바깥의 코어 세그먼트의 외부면을 따라서 또는 축압을 생성하기 위한 장치를 따라서 배치된다는 점이다.

또한, 스크린은 일반적으로 절연성인 테이프 접합을 통해서 코어 내부와 고정된다. 스크린은 또한 예컨대 압축판지나 또는 주형 수지(cast resin)와 같은 절연성 물질을 통해서 테이프 접합 내에서 또한 고정되고 전기적으로 절연된다. 이상적으로는, 스크린의 자성 물질은 전자기 장치들에서 사용되는 것과 같이 전기 강철판이다.

다른 바람직한 실시예들이 청구항들에서 확인될 수 있다. 본 발명의 요지는 도면들을 참조하여 상세히 설명된다.

도 1은 두 개의 둘러싼 코일 몸체들을 갖는 본 발명에 따른 변압기 코어의 개략적인 단면도.

도 2a는 두 개의 단일-부분 스크린들을 갖는 본 발명에 따른 변압기 코어의 개략적인 단면도.

도 2b는 두 개의 세그먼트화된 스크린들을 갖는 본 발명에 따른 변압기 코어 의 개략적인 단면도.

도 1은 변압기 코어(1)의 축방향을 따라서, 본 발명에 다른 변압기 코어(1)의 개략적인 단면을 나타내고 있다. 코어 내부(2) 및 코일 몸체(5) 상에서 축압을 생성하기 위한 클램핑 장치(3)가 적층식 코어 내부(2)의 외부면을 따라 확인될 수 있다. 클램핑 장치(3) 주위에는 스크린(4)이 배치되는데, 상기 스크린(4)은 둘러싼 코일 코어들(5)에서 전기 전류들에 의해 야기되는 표유 자속이 코어 내부(2) 및 클램핑 장치(3)로 침투하는 것을 막는다. 코어 내부(2), 클램핑 장치(3) 및 스크린(4)이 테이프 접합(6)에 의해서 고정된다. 물질의 적절한 선택을 통해서, 테이프 접합(6)은 코어 내부(2) 주위에서 절연성 슬리브(insulating sleeve)로서 추가 기능을 수행한다. 변압기 코어(1)에 따른 종축이 점선으로 도시되어 있다.

도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명에 따른 변압기 코어(1)의 단면을 나타낸다. 코어 내부(2)를 형성하는 코어 세그먼트들의 적층식 구조뿐만 아니라 코어 내부(2)를 둘러싸는 클램핑 장치(3)가 명확히 확인될 수 있다. 클램핑 장치(3)는 방사 방향으로 연속해서 또는 세그먼트화된 형태로 구성될 수 있다. 스크린(4)은 도 2a 및 도 2b에 따라 클램핑 장치(3)에 연결된다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 스크린(4)은 스크린될 모든 표면을 따라 적층식 구조를 가질 수 있다. 대안적으로는, 도 2b에 따르면, 스크린(4)의 적층식 엘리먼트들의 세그먼트화된 구조가 변압기 코어(1) 및 그의 스크린의 모듈러 구조에 있어 유리할 수 있다. 변압기 코어(1)를 완전히 둘러싸지만 적어도 요크의 방향을 따르는 스크린(4)이 외부 테이프 접합(6) 에 의해서 고정된다. 코어 내부(2) 주위의 스크린(4)는 대안적으로는 연결 엘리먼트들에 의해서, 클램핑 장치(3)에 의해서 또는 다른 고정 엘리먼트(미도시)에 의해서 고정될 수도 있다. 스크린(4)은 또한 상기 스크린의 붙어 있는 물질에 의해서, 응력 또는 압력 하에서 코어 내부(2) 또는 클램핑 장치(3) 주위에 고정될 수도 있다.

Claims (9)

1. 자성 물질로 형성되는 코어 내부(2)를 구비한 변압기 코어(1)로서,

   스크린(4)이 상기 코어 내부(2) 주위에 적어도 부분적으로 배치되고,

   상기 스크린(4)이 적어도 하나의 자성 물질을 포함하는 적층식 구조를 갖는 것을 특징으로 하는,

   변압기 코어.
2. 제 1항에 있어서, 상기 코어 내부(2) 상에서 축압(axial pressure)을 생성하기 위한 장치(3)가 상기 코어 내부(2)와 상기 스크린(4) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 변압기 코어.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 스크린(4)은 세그먼트들로 세분되는 것을 특징으로 하는, 변압기 코어.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 축방향에 있어 상기 스크린(4)의 길이는 변압기 코어(1) 주위의 코일 몸체(5)의 축 길이와 동일하거나 또는 그보다 큰 것을 특징으로 하는, 변압기 코어.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스크린(4)의 적층식 구조 는 외부 자기장의 가능한 표유 자속 방향(stray flux direction)과 평행하게 정렬되는 것을 특징으로 하는, 변압기 코어.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어 내부(2)는 적층식 코어 세그먼트들로 형성되고, 상기 스크린(4)은 가장 바깥 코어 세그먼트의 외부면을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는, 변압기 코어.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스크린(4)은 상기 스크린(4) 주위에 테이프 접합(6)에 의해서 고정되는 것을 특징으로 하는, 변압기 코어.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스크린(4)과 상기 테이프 접합(6) 사이의 절연성 물질이 상기 스크린(4)을 고정시키는 것을 특징으로 하는, 변압기 코어.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스크린(4)의 자성 물질은 전기 강철판인 것을 특징으로 하는, 변압기 코어.

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