KR20090041520A - 토로이달 변압기 설계를 위한 다양한 스트레스에 대한 자성특성 테스트 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토로이달 변압기 코어 소재의 투자율, 보자력 등 기본 물성 이외에 와인딩 되어 항상 스트레스를 받고 있는 코어의 굴곡, 스트레스, 두께와 직경 등이 자성 특성에 미치는 영향을 미리 파악하여 새로운 변압기나 전동기를 설계함으로써, 투자율, 보자력 등의 손실의 최적치를 미리 보상하여 2차 개량 설계의 오차를 줄이고 효율과 용량이 미리 정확히 예측된 설계 및 제작에 기여할 수 있는 토로이달 변압기의 테스트 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 변압기(토로이달 변압기) 시료의 테스트 장치는, 지지대 위에 놓인 변압기 시료에 스트레스를 인가하기 위한 지그를 포함하고, 상기 지그는 토크 전달축의 회전에 따라 상기 지지대 위에 고정된 축지지대의 내부를 따라 직선 운동하는 상기 토크 전달축이 토크 암으로 힘을 전달하여 상기 변압기 시료에 스트레스를 인가할 수 있다.

규소 강판 토로이달, 굴곡, 직경, 스트레스, B-H 히스테리시스

Description

토로이달 변압기 설계를 위한 다양한 스트레스에 대한 자성 특성 테스트 장치 및 방법{Apparatus and Method for Testing Magnetic Property by Various Stresses for Toroidal Transformer Design}

본 발명은 변압기 테스트 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 코어 회사에서 제공하는 토로이달 코어 소재의 투자율, 보자력, 무게당 손실 등 기본 물성 이외에 와인딩 되어 항상 스트레스를 받고 있는 코어의 굴곡, 스트레스, 두께와 직경 등이 자성 특성에 미치는 영향을 미리 파악하여 새로운 변압기나 전동기를 설계함으로써, 투자율, 보자력, 손실의 최적치를 미리 보상하여 2차 개량 설계의 오차를 줄이고 효율과 용량이 미리 정확히 예측된 설계 및 제작에 기여할 수 있는 토로이달 변압기의 테스트 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 규소 강판 등을 이용하여 변압기 코어를 설계 및 제조할 경우 규소 강판 제조 회사에서 제시하는 적정 두께와 최소 규정치 투자율과 보자력, 굴곡정도, 와인딩 형태, 가공 특성 등을 고려하여 전자기 모의(electric-magnetic simulation) 설계를 실시한 후 변압기 모양과 형태를 결정한다. 이때, 변압기는 용도와 전력량에 따라 적층형과 와인딩형으로 나눌 수 있는데, 일반적으로 수요가 많 은 주상 변압기(전주에 달아서 사용하는 전력용 변압기)와 전자 부품으로 많이 사용하는 규소 강판을 와인딩한 토로이달형 변압기가 주로 사용된다. 몰드형이나 옥내에서 사용하는 경우에는 대부분 적층형 변압기가 많이 사용되고 있다.

와인딩된 규소 강판 코어 등에 1차 및 2차 코일을 감아서 만드는 토로이달(toroidal) 변압기의 설계에 있어서는, 일반적으로 코어 제조 회사에서 제공하는 최대 보증 물성인 투자율과 보자력 등 기본 자성 특성만을 적용하여 설계되고 있다. 이때 와인딩된 규소 강판 코어가 스트레스나 와인딩 직경 등에 의하여 나타내는 손실 등은 고려되지 않고 있다는 문제점이 있다. 이때 동일한 코어 강판을 사용하더라도 직경이 작게 와인딩된 토로이달 코어와 직경이 크게 와인딩된 토로이달 코어의 용량 특성은 다르게 나타나고 이러한 코어들이 스트레스에 의하여도 다른 특성을 나타내므로, 결국 변압기 설계 용량, 또는 효율이나 손실 등이 숨어있는 변수로써 작용하여, 2차, 3차 설계에 의한 수정 작업이 불가피하다. 물론, 이러한 수차례에 걸쳐 수정된 후 설정된 설계 요소를 적용하여 변압기를 제작하게 되지만, 소형 전자 부품에 사용되는 주문자형 변압기 등이 주문될 때마다 특성을 만족시키기 위하여 번거롭게 여러 차례에 걸친 반복 수정 작업을 하는 것은 문제이다. 이와 같은 번거로움과 변압기가 수시로 진보하고 초소형화되는 변화의 추세를 감안할 때, 초기 설계 시부터 코어 강판의 와인딩 각도, 굴곡, 스트레스, 직경 등의 영향을 반영하여 용량 개선이나 손실 보전이 고려된 변압기가 설계되어 제조될 수 있도록 하여야 한다.

또한, 일부 변압기나 전동기 설계에 상용화된 전자기 모의 프로그램을 이용하 는 경우도 있으나, 이때에도 단지 전기-자기 현상만을 전산 프로그램에 의해 모의하여 설계에 반영할 뿐이고, 규소 강판 코어 소재 등의 굴곡, 스트레스, 직경 등에 따른 투자율, 보자력, 손실, 초투자율 등은 설계의 변수로 감안하지 못하고 있다. 결국, 토로이달 코어 변압기의 제조를 위하여, 굴곡, 스트레스, 직경 등에 대한 각 조건별 시료로부터 특성을 미리 파악하여 실제 설계에 대비할 수 있도록 함으로써, 보다 더 변압기에 대한 실증 설계와 제조를 용이하게 할 수 있게 시료를 테스트할 수 있는 장치와 방법이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 전동기, 변압기 등에 이용되는 토로이달 변압기의 설계 및 제작 전에 정격 용량, 코어의 크기나 모양, 부하 및 무부하 손실, 스트레스, 직경 등에 의한 물성 변화를 미리 테스트하여 반복되는 개량 설계에서 오차를 줄이도록 반영할 수 있게 하여, 주문형 토로이달 변압기의 손쉬운 설계 및 제작뿐만 아니라 소형/소량 다품종화 되어가고 있는 전자부품으로 사용되는 토로이달 변압기를　정확하게 설계 및 제작하기 위하여, 코어 회사에서 제공하는 코어 소재의 투자율, 보자력 등 기본 물성 이외에 형상 설계를 위하여 와인딩 되어 항상 스트레스를 받고 있는 규소 강판 코어의 굴곡, 스트레스, 두께와 직경 등에 의하여 자성 특성에 미치는 영향을 미리 파악하여 변압기의 설계 및 제작에 실질적인 보충 데이터를 제공할 수 있는 테스트 장치와 방법을 제공하는데 있다.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 변압기 시료(토로이달 변압기)의 테스트 장치는, 지지대 위에 놓인 변압기 시료에 스트레스를 인가하기 위한 지그를 포함하고, 상기 지그는, 토크 전달축의 회전에 따라 상기 지지대 위에 고정된 축 지지대의 내부를 따라 직선 운동하는 상기 토크 전달축이 토크 암으로 힘을 전달하여 상기 변압기 시료에 스트레스를 인가하는 것을 특징으로 한다.

상기 지그는 상기 변압기 시료의 적어도 2 방향 이상에서 상기 변압기 시료에 스트레스를 인가하기 위한 각 방향으로 한 세트씩 적어도 2세트 이상을 포함할 수 있다.

상기 테스트 장치는 상기 토로이달 변압기의 안쪽 위치에 놓이는 중심 지지대를 더 포함하며, 상기 토로이달 변압기의 크기에 따라 상기 중심 지지대는 직경이 서로 다른 복수개들 중 어느 하나가 사용될 수 있다.

상기 테스트 장치는, 상기 토크 전달축을 회전시키는 토크 인가 수단을 더 포함하고, 상기 토크 인가 수단은 압력을 설정하기 위한 게이지를 포함하며, 상기 토크 인가 수단에 포함된 핸들을 회전 시킬 때 상기 게이지에 설정된 압력만큼 상기 토크 전달축에 토크를 전달할 수 있다. 상기 토크 인가 수단은 상기 변압기 시료의 적어도 2 방향 이상에서 상기 토크 전달축에 토크를 인가하기 위한 각 방향으로 한 세트씩 적어도 2세트 이상을 포함할 수 있다.

상기 테스트 장치는, 상기 변압기의 제1차 코일 및 제2차 코일과 연결되어 B-H 특성 또는 플럭스를 측정하는 장치를 더 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 변압기 시료의 테스트 방법은, 입력 토크를 직선 운동의 힘으로 변경하는 수단을 이용하여, 지지대 위에 놓인 변압기 시료의 적어도 2 방향 이상에서 상기 변압기 시료에 스트레스를 인가하여, 상기 변압기 시료에 굴곡을 만든 후, 굴곡진 상기 변압기 시료의 자성 특성을 테스트하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 토로이달 변압기의 테스트 장치에 따르면, 새로운 변압기나 전동기를 설계할 때 일정한 코어의 직경이나 와인딩 상태에 따라 미리 굴곡, 직경, 스트레스 등에 따른 자성 특성을 파악한 후 보충하여 설계함으로써, 투자율, 보자력 등의 손실의 최적치를 미리 보상하여 2차 개량 설계의 오차를 줄이고 효율과 용량이 미리 정확히 예측된 설계 및 제작에 기여할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 토로이달 변압기의 테스트 장치에 따르면, 규소 강판 코어 회사에서 제공하는 기본적인 물성만 참고하여 설계할 때의 기존의 반복적인 개량 설계 작업에 따른 개발 시간과 경비를 줄여서 변압기에 요구되는 변수를 용이하게 찾아 목적하는 응용품에 근접한 제품을 쉽게 개발할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 토로이달 변압기의 테스트 장치에 따르면, 일정한 토크를 셋팅하여 사용할 수 있으므로 스트레스 정도와 굴곡 정도를 쉽게 모의 테스트할 수 있고, 방향성과 무방향성에 따라 각각 2축, 4축을 동일한 힘으로 토크를 인가할 수 있으므로 변압기 코어의 직경과 형태의 모의 테스트가 용이하다.

또한, 본 발명에 따른 토로이달 변압기의 테스트 장치에 따르면, 자성 특성 측정 장치와 연계하여 사용할 수 있으므로 즉시 응용 물성 파악이 가능하며, 토로이달 변압기의 원하는 직경과 모양을 측정과 동시에 설정할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 토로이달 변압기의 테스트 장치에 따르면, 위와 같은 효과들에 따라 배전용 주상 변압기나 정밀 전자부품 중 품목이 많고 소량 다품종인 소형 토로이달 변압기의 설계 제작에 이용될 경우 변압기나 전동기의 설계 및 제조에 신속하고 정확한 작업과 공정을 제공할 수 있다.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 토로이달 변압기(10)의 테스트 장치의 전체 구성을 설명하기 위한 사진의 일례이다. 도 2는 도 1의 토로이달 변압기 테스트 장치 주변을 좀더 자세히 나타내는 사진이다.

도 1및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 토로이달 변압기(10)의 테스트 장치는, 토크 게이지(torque gauge)(1), 토크 핸들(2), 및 단방향 회전축(3)으로 구성된 토크 인가 장치, 육각 연결부(4)를 통하여 토크 인가 장치의 단방향 회전축(3)과 결합될 수 있는 토크 전달축(5), 그밖에 실험 지지대(8) 위에 놓이는 축 지지대(6), 토크 암(arm)(7), 토로이달 중심 지지대(9), 및 토로이달 변압 기(10)를 포함하고, 토로이달 변압기(10)에 신호를 인가하고 B-H 커브와 같은 자기 특성을 측정하기 위하여 전면에 측정 데크(deck)(13)를 가지는 B-H 특성 측정기(11)와 자기력에 의한 자장 플럭스(flux)를 측정하기 위한 자속밀도 측정기(12)를 포함할 수 있다.

토크 암(7)과 토로이달 중심 지지대(9) 사이에 놓이는 토로이달 변압기(10)는 방향성 또는 무방향성 규소 강판 등 코어 소재를 일정한 직경으로 와인딩한 후 절연하여 만든 코어 외형에 동선으로 제1차 코일과 제2 코일을 감은 형태로써 전력용 주상 변압기나 소형 전자 부품으로 사용하는 소형 변압기 등에 해당한다. 토로이달 변압기(10)의 코어는 보통 와인딩되어 휘어있는 형태로써 상당한 스트레스를 받고 있으며, 그 휨과 스트레스 정도에 따라 자성 특성을 달리하고 변압기 효율과 용량에 상당한 영향을 미치며, 이로 인하여 변압기 또는 해당 코어가 사용된 전동기 등에서 와전류 손실을 나타낸다.

따라서, 본 발명에서는 위와 같은 테스트 장치를 구성하여, 방향성 또는 무방향성 규소 강판 등 코어 소재를 이용하여 변압기 또는 전동기를 설계 및 제조 할 경우에, 토로이달 변압기(10)의 코어의 굴곡, 직경, 스트레스 정도 등에 따라 투자율, 보자력, 손실 등 자성 특성을 미리 분석하여 목적하는 변압기 또는 전동기의 특성을 획득할 때까지 반복되는 개량 설계에서 오차를 줄이도록 반영할 수 있게 하고자 하였다. 이에 따라, 주문형 토로이달 변압기의 손쉬운 설계 및 제작뿐만 아니라 소형/소량 다품종화 되어가고 있는 전자부품으로 사용되는 토로이달 변압기를　정확하게 설계 및 제작할 수 있게 될 것이다.

이와 같은 본 발명의 테스트 장치에서, 토크 전달축(5), 축 지지대(6), 및 토크 암(7)을 포함하는 스트레스 인가를 위한 지그(jig)는 실험 목적과 내용에 따라 2 방향, 또는 4방향 등으로 변경하면서 토로이달 변압기(10)에 일정하게 셋팅된 스트레스를 상하 및 좌우에서 인가하기 위하여 4 세트로 구성될 수 있다. 축 지지대(6)는 토로이달 변압기(10)의 크기와 높이가 고려되어 제작된 토로이달 실험 지지대(8) 위에 견고하게 셋팅되어 있으며, 도 3과 같이 토로이달 변압기(10)의 안쪽에는 토로이달 변압기(10)의 위치와 굴곡을 적절히 잡아주기 위한 토로이달 중심 지지대(9)가 놓인다. 볼트 형태의 토크 전달축(5)은 육각 연결부(4)를 통하여 토크 인가 장치의 단방향 회전축(3)과 결합될 수 있고, 토크 전달축(5)은 토크 인가 장치에 의한 입력 토크에 의하여 회전되어 축 지지대(6) 내부를 따라 관통하는 형태로 입력 토크를 직선 운동으로 변경하며, 이에 따라 토크 전달축(5)은 축 지지대(6)와 토크 암(7) 사이의 소정 가이드(토크 전달축과 연결되어 같은 방향으로 운동하는 핀 또는 볼트 형태)를 통하여 토크 암(7)에 힘을 전달하여 토로이달 변압기(10)가 일정 스트레스를 받도록 한다. 4방향의 토크 암(7)은 토크 인가 장치에 의하여 좌우 또는 상하로 유동적으로 움직일 수 있으므로, 토로이달 변압기(10)가 어떠한 직경을 가지더라도 필요한 각도의 굴곡을 가지면서 스트레스를 가할 수 있도록 되어 있다.

위와 같이 토크 암(7)에 힘을 인가하는 토크 인가 장치는, 토크 게이지(1), 토크 핸들(2), 및 단방향 회전축(3)을 포함하며, 도 4와 같은 토크 게이지(1)에 테스트에 필요한 굴곡과 스트레스 정도에 따라 일정한 압력을 설정하면 토크 핸들(2) 을 인위적으로 회전시킬 때 해당 압력만큼만 단방향 회전축(3)을 통하여 육각 연결부(4)에 토크를 전달한다. 토크 핸들(2)은 내부에 마련된 소정 나사산을 통하여 좌우 방향으로 회전할 수 있으며, 인위적으로 토크를 인가하기 위하여 왼쪽 방향으로 회전하면 토크 암(7)을 당기도록 하며, 오른쪽 방향으로 회전하면 토크 암(7)을 밀어내어 양 방향으로 필요한 스트레스가 정확하게 콘트롤 될 수 있다. 단방향 회전축(3)은 토크 핸들(2)을 회전시킬 때 한쪽 방향으로만 회전 가능하며, 반대 방향으로는 회전하지 않도록 되어 있다. 이와 같은 토크 인가 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 토로이달 변압기(10)에 좌우 2방향에서 스트레스를 가할 때에는 2세트가 사용될 수 있으며, 도 8과 같이 좌우 및 상하4방향에서 토로이달 변압기(10)에 스트레스를 가할 때에는 4세트가 사용될 수 있다.

변압기나 전동기의 용량을 달리할 때 토로이달 직경이 달라지므로, 이때 직경이 다른 토로이달 변압기(10)를 테스트하기 위하여 도 5와 같이 별도로 마련된 직경이 서로 다른 여러 종류의 토로이달 중심 지지대들(9)이 사용될 수 있다. 즉, 용량과 직경(변압기의 모양과 크기을 좌우함)이 다른 변압기 형태를 실험하기 위하여 토로이달 중심 지지대(9)를 교환할 수 있다. 이에 따라, 좌우 또는 상하로 유동적으로 움직일 수 있는 4방향의 토크 암들(7)과 함께 토로이달 중심 지지대(9)를 교환하여 사용함으로써, 토로이달 변압기(10)가 어떠한 직경을 가지더라도 다양하게 필요한 각도의 굴곡을 가지도록 스트레스를 가할 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명에 따른 테스트 장치를 이용하여 토로이달 변압기(10) 시료의 굴곡, 스트레스, 직경 등에 따른 물성을 테스트하기 위하여, 도 6과 같이 스 트레스 인가를 위한 4 방향 지그의 토크 암들(7) 안쪽에 토로이달 변압기(10) 시료를 놓는다. 토로이달 변압기(10)의 제1차 코일과 제2 차 코일은 B-H 커브 특성의 측정을 위하여 B-H 특성 측정기(11)와 연결될 수 있으며, 토로이달 변압기(10)로부터의 자기력에 의한 자속밀도 측정(자속 변화를 전압으로 환산하여 측정)을 위하여 자속밀도 측정기(12)에 연결될 수 있다. 도 6과 같이, 설치된 토로이달 변압기(10) 시료에 토크를 인가하기 전의 자연 상태에서 B-H 히스테리시스(hysterisis) 곡선은 도 9와 같다.

토로이달 변압기(10) 시료에 2방향성 토크를 인가한 자성 특성의 테스트를 위해서는, 도 7과 같이 스트레스 인가를 위한 4 방향 지그 중 좌우 2개 지그의 토크 암들(7)에 토크를 인가하여 토로이달 변압기(10)에 필요한 만큼 스트레스가 가해지도록 한다. 이와 같은 2방향성 토크를 인가한 자성 특성의 테스트에서는 와인딩형 변압기의 직경과 패키징을 위한 와인딩 정도에 따른 스트레스로 인한 코어의 물성을 파악할 수 있도록 한다. 이 경우 토로이달 변압기(10)에 방향성 규소 강판 코어가 사용된 경우에, 토로이달 변압기(10)에 인가되는 스트레스의 방향과 규소 강판의 압연 방향(rolling orientation)을 미리 확보하여 서로 반대 방향이 되지 않게 하여야 한다. 그렇지 않으면, 실제의 물성과 다른 자성 특성이 측정될 수 있기 때문이다.

도 7과 같이, 설치된 토로이달 변압기(10) 시료에 2방향성 토크를 인가할 때에 측정된 B-H 히스테리시스 곡선은 도 10과 같다. 토로이달 변압기(10)에 가하는 스트레스의 정도에 따라 코어에서의 손실과 보자력, 투자율 등을 파악할 수 있으 며, 이에 따라 가장 적절한 코어의 직경, 효율, 손실 등을 분석하여 개량 설계에 이용할 수 있다.

토로이달 변압기(10) 시료에 4방향성 토크를 인가한 자성 특성의 테스트를 위해서는, 도 8과 같이 스트레스 인가를 위한 4 방향 지그 모두의 토크 암들(7)에 토크를 인가하여 토로이달 변압기(10)에 필요한 만큼 스트레스가 가해지도록 한다. 이와 같은 4방향성 토크를 인가한 자성 특성의 테스트에서는 와인딩형 변압기의 정사작형 모양이나 직경과 패키징을 위한 와인딩 정도에 따른 스트레스로 인한 코어의 물성을 파악할 수 있도록 한다. 이 경우에도 방향성 규소 강판 코어가 사용된 경우와 무방향성 규소 강판 코어가 사용된 경우를 구별하여 실제 코어가 어떻게 설계될 것인지에 따라 각각 90도씩 돌려가며 실험해야만 정확한 물성을 얻을 수 있다.

도 8과 같이, 설치된 토로이달 변압기(10) 시료에 4방향성 토크를 인가할 때에 측정된 B-H 히스테리시스 곡선은 도 11과 같다. 이때에도 토로이달 변압기(10)에 어떠한 각도로 어느 정도의 스트레스를 가할 때 코어에서의 손실과 보자력, 투자율 등이 크게 또는 작게 나타나는 지를 파악할 수 있으며, 이에 따라 가장 적절한 코어의 직경, 효율, 손실 등을 분석하여 개량 설계에 이용할 수 있다.

본 발명의 테스트 장치를 이용한 테스트 결과를 나타내는 도 9, 10, 11의 히스테리시스 곡선과 같이, 스트레스가 인가되기 전의 토로이달 변압기(10) 보다는 4방향의 토크가 인가된 토로이달 변압기(10)에서 다소 큰 Bs(포화 자속 밀도)를 나타냈으며, 4방향성 토크 보다는 2방향성 토크가 인가된 토로이달 변압기(10)에서 더 큰 Bs 값이 측정 되었다. 즉, 도 9와 같이 규소 강판 코어 회사에서 제시하는 데이터에 의하면, Bs=1.5 테슬라(Tesla) 정도에 맞추어 변압기나 전동기를 설계한다. 그러나, 와인딩한 강판을 이용하는 코어가 정사각형과 유사한 모양으로 설계되는 경우에, 도 11과 같이 Bs=1.68 테슬라 정도에 해당하는 인가 전력이 요구되며, 직사각형 모양으로 설계되는 경우에는 그보다 좀 작은 Bs=1.85 테슬라 정도에 해당하는 인가 전력이 요구됨을 알 수 있다.

마찬가지로, 보자력의 경우도 스트레스가 인가되기 전의 토로이달 변압기(10)에서는, 도 9와 같이Hc=0.0098 Oe정도 나타났으나, 2방향성과 4방향성 토크로 설계된 변압기 또는 전동기의 경우 Hc=0.0197 Oe 정도의 보자력이 측정되었다.

위와 같은 테스트 방법으로, 높이 10mm 및 직경 20,30,40,50mm 각각의 규소 강판 코어를 가진 토로이달 변압기(10) 시료에 50kgfcm의 스트레스가 인가되기 전(non-stress), 2방향성 스트레스(two D- stress) 및 4방향성 스트레스(four-D stress)를 인가할 때의 자성 특성 결과에 따라 효율적으로 계산된 설계 변수들(자속밀도B, 자기장 세기H, 투자율 μ, 비투자율 μ_r)을 도 12와 같이 정리하였다. μ₀은 진공에서의 투자율이다. 도 12와 같은 테스트 데이터에 따라, 토로이달 변압기(10)의 코어의 직경에 따른 용량, 손실 등을 분석하여 실용적으로 변압기를 설계하는데 이용할 수 있을 것이다.

이상과 같이 굴곡, 스트레스, 직경 등에 따라 토로이달 변압기(10)를 테스트할 수 있는 본 발명에 따른 테스트 장치 및 방법은, 규소 강판 등 코어 소재 제조 회사에서 제공하는 기본 물성만으로는 특성을 만족시키기 어려운 변압기 또는 전동기의 설계 및 제조 시에 해당 토로이달 변압기(10)의 개량 설계를 용이하게 하고 자성 특성의 오차를 줄여 주문된 토로이달 변압기(10)가 요구된 회로에 빠르고 정확하게 적용될 수 있게 하였다. 본 발명에 따른 테스트 장치 및 방법를 이용하여　새로운 변압기나 전동기 등을 설계 및 제작 할 때 일정한 직경이나 와인딩 상태에 따라 미리 위와 같은 다양한 모의 스트레스에 따른 자성 특성을 파악한 후 2차 개량 설계에 적용함으로써, 해당 굴곡, 직경, 휨 등에 따른 손실의 최적치를 미리 보상 설계하여 개발 오차를 줄일 수 있고, 미리 분석된 필요한 효율과 용량의 토로이달 변압기(10)를 획기적으로 빠르게 설계 및 제작 완료할 수 있을 것으로 기대된다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 토로이달 변압기의 테스트 장치의 전체 구성을 설명하기 위한 사진의 일례이다.

도 2는 도 1의 토로이달 변압기 및 테스트 장치 주변을 좀더 자세히 나타내는 사진이다.

도 3은 4방향의 토크 암들과 그 안쪽에 놓인 토로이달 변압기 및 중심 지지대를 설명하기 위한 사진이다.

도 4는 토크 전달축에 토크를 인가하는 장치와 토크 게이지의 확대 모습을 나타내는 사진이다.

도 5는 토로이달 중심 지지대의 설치 모습과 여러 종류의 직경으로 준비된 중심 지지대를 설명하기 위한 사진이다.

도 6은 토로이달 변압기 시료에 스트레스를 인가하기 전의 자성 특성의 테스트를 설명하기 위한 사진이다.

도 7은 토로이달 변압기 시료에 2방향성 스트레스를 인가한 자성 특성의 테스트를 설명하기 위한 사진이다.

도 8은 토로이달 변압기 시료에 4방향성 스트레스를 인가한 자성 특성의 테스트를 설명하기 위한 사진이다.

도 9는 토로이달 변압기 시료에 도 6과 같이 토크를 인가하기 전의 자연 상태의 자성 특성이 측정된 데이터이다.

도 10은 토로이달 변압기 시료에 도 7과 같이 2방향성 스트레스를 인가할 때 의 자성 특성이 측정된 데이터이다.

도 11은 토로이달 변압기 시료에 도 8과 같이 4방향성 스트레스를 인가할 때의 자성 특성이 측정된 데이터이다.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 테스트 장치 및 방법에 의하여 토로이달 변압기 시료에 스트레스가 인가되기 전, 2방향성 스트레스 및 4방향성 스트레스를 인가할 때의 측정된 자성 특성 결과에 따라 효율적으로 계산된 설계 변수를 정리한 내용의 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 토크 게이지　　　　　　

2: 토크 핸들

3: 단방향 회전축　　　　　　　　　　　　　　　　　　

4: 육각 연결부

5: 토크 전달축　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

6: 축 지지대

7: 토크 암　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

8: 실험 지지대

9: 토로이달 중심 지지대　　　　　　　　　　

10: 토로이달 변압기

11: B-H 특성 측정기　　　　　　　　　　　

12: 자속밀도 측정기

13: 측정 데크

　

Claims (9)

1. 변압기 시료의 테스트 장치에 있어서,

   지지대 위에 놓인 변압기 시료에 스트레스를 인가하기 위한 지그를 포함하고,

   상기 지그는,

   토크 전달축의 회전에 따라 상기 지지대 위에 고정된 축지지대의 내부를 따라 직선 운동하는 상기 토크 전달축이 토크 암으로 힘을 전달하여 상기 변압기 시료에 스트레스를 인가하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 변압기는 토로이달 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 지그는 상기 변압기 시료의 적어도 2 방향 이상에서 상기 변압기 시료에 스트레스를 인가하기 위한 각 방향으로 한 세트씩 적어도 2세트 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 변압기가 토로이달 변압기이고,

   상기 테스트 장치는 상기 토로이달 변압기의 안쪽 위치에 놓이는 중심 지지대를 더 포함하며,

   상기 토로이달 변압기의 크기에 따라 상기 중심 지지대는 직경이 서로 다른 복수개들 중 어느 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 테스트 장치는,

   상기 토크 전달축을 회전시키는 토크 인가 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 토크 인가 수단은 압력을 설정하기 위한 게이지를 포함하고,

   상기 토크 인가 수단에 포함된 핸들을 회전 시킬 때 상기 게이지에 설정된 압력만큼 상기 토크 전달축에 토크를 전달하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
7. 제5항에 있어서,

   상기 토크 인가 수단은 상기 변압기 시료의 적어도 2 방향 이상에서 상기 토크 전달축에 토크를 인가하기 위한 각 방향으로 한 세트씩 적어도 2세트 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 테스트 장치는,

   상기 변압기의 제1차 코일 및 제2차 코일과 연결되어 B-H 특성 또는 플럭스를 측정하는 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
9. 변압기 시료의 테스트 방법에 있어서,

   입력 토크를 직선 운동의 힘으로 변경하는 수단을 이용하여, 지지대 위에 놓인 변압기 시료의 적어도 2 방향 이상에서 상기 변압기 시료에 스트레스를 인가하여,

   상기 변압기 시료에 굴곡을 만든 후,

   굴곡진 상기 변압기 시료의 자성을 테스트하는 것을 특징으로 하는 테스트 방법.

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