KR20100060290A - 비정질 코어의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비정질 코어 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 특히 다수 개의 비정질 리본을 이용하여 코어를 제작시에 폭과 크기를 달리하는 코어를 각각 제작하고, 상기 코어를 복수 개 적층결합하여 하나의 완성된 코어를 제작하되, 내측에 있는 코어의 폭과 크기가 외측에 있는 코어의 폭과 크기에 비해 작게 형성되도록 제작함으로써 상기 완성된 코어의 배열결합시에 상기 완성된 코어가 상호 접면되어 형성되는 LEG가 원형으로 이루어지는 비정질 코어에 관한 것이다.

본 발명의 구성은, 무부하손실을 절감시키고 에너지 효율을 높이기 위해 복수 개의 코어를 적층결합하여 완성된 코어를 형성하고, 상기 완성된 코어를 복수 개 배열결합하여 제작하는 비정질 코어에 있어서, 상기 완성된 코어는 폭과 크기를 달리하는 코어가 복수 개가 적층결합되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

비정질 코어, 권선, LEG

Description

비정질 코어 및 그 제조방법{AMORPHOUS CORE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 비정질 코어 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 코어의 LEG 단면을 원형으로 구현하기 위하여 상기 코어의 제작시 내측에서 외측 방향으로 적층결합되는 코어의 폭과 크기를 다르게 제작하여 적층결합시킴으로써 하나의 완성된 코어를 형성하고, 상기 완성된 코어를 상호 접면되도록 배열결합시킴으로써 접면되어 형성되는 코어의 LEG를 원형으로 제작한 비정질 코어에 관한 것이다.

아몰퍼스 메탈은 철(Fe), 붕소(B) 및 규소(Si) 등의 혼합물을 이용하여 용융, 급속 냉각 등으로 만들어진 비정질 자성재료로써, 원자가 규칙적으로 배열되기 전에 고체화되어 불규칙한 배열상태를 가진 0.025㎜의 합금 박판이다.

이와 같은 비정질 자성재료를 사용한 아몰퍼스 변압기는 75% 이상의 무부하 손실 절감으로 기존의 규소강판 변압기를 사용하는 것보다 효율성을 증대시킬 수 있고, 전력비를 현저하게 줄일 수 있는 에너지 절약형 변압기이다.

즉, 아몰퍼스 변압기의 특징은,

비정질 구조 및 초박판 철심 소재에 의한 무부하손실을 75%이상 절감시킬 수 있고, 불필요한 에너지 손실 및 전기료를 절감할 수 있으며, 손실 절감에 의한 변압기의 운전보수비 절감 및 수명연장을 시킬 수 있고, 고주파 및 고조파 대역에서 우수한 자기적 특성에 의한 고효율 및 컴팩트(Compact)화 할 수 있으며, 전력소모로 인한 열발산을 감소시켜 지구 온난화 방지와 발전소 건설 감소에 의한 환경보존 및 유해가스의 배출감소 등과 같은 환경개선 효과를 갖고 있다.

상술한 바와 같은 아몰퍼스 변압기의 코어는 일반적으로 소형일 경우에 철심 LEG의 단면 형태를 장방형의 4각 구조를 채택하여 제작을 하게 된다.

또한, 철심의 제조방법에서도 3상 500kVA 이하 소용량의 경우에는 권철심으로 제작이 가능하지만 그 이상의 용량에서는 적철심 형태로 제작을 하는 것이 보편적이다.

또한, 기준용량이 정해져 있는 것은 아니지만 수MVA 이상의 대용량 및 대전류용으로 사용되는 변압기는 기계적 내력 및 작업특성을 고려하여 코어의 단면을 원형으로 구현하여 적철심 형태로 제작하는 것이 일반적인 제작방법이었다.

그 동안의 작업에서 권철심 형태로는 원형단면을 구현하는 것이 채택되는 경우가 극히 드물었으며, 특히, 아몰퍼스 코어의 경우 제작특성상 원형 단면을 구현하는 시도가 이루어지지 않았다.

한편, 아몰퍼스 변압기의 대용량 및 대전류화 됨에 따라 단락기계력 및 작업 방법 측면에서 코어 LEG는 원형으로 구현하는 것이 필요하다.

변압기는 기본적으로 단락사고 시 발생될 수 있는 기계력에 일정시간을 견뎌야 하며, 단락 시 변압기의 권선에서 발생하는 단락기계력은 내측 권선과 외측에 위치한 권선이 서로 반대 방향으로 작용한다.

즉, 변압기 철심에 근접한 권선은 변압기 철심 LEG 중심 방향으로, 철심과 반대 측에 위치한 권선은 철심 LEG의 반대 방향, 즉, 외측으로 팽창하는 힘이 발생되어 권선의 코일이 원형 모형으로 변화는 형상으로 힘이 발생된다.

철심 및 권선 단면을 원형으로 할 경우에 권선의 코일에서 발생한 힘은 원형 모형을 유지하기 때문에 반발력이 균등하게 배분되며, 형상이 변경되지 않아 수평단락기계력이 종래의 권선에 비해 훨씬 뛰어나다.

또한, 원형권선 작업시 도체의 인위적인 꺽임이 없으며, 권선 Stacking 부풀음이 발생되지 않는다.

종래의 권선은 권선 작업시 모서리 4부분에서 인위적인 권선 도체의 꺽임이 있었으며, 변압기 용량에 따라 3%~50%정도의 권선부풀음이 발생되었고, 이를 제거하기 위한 목적으로 권선작업에서 Sizing 공정이 필요하였으며, 과다하게 Sizing이 될 경우 돌출 부분 또는 꺽임 부분에서 도체 또는 도체 절연의 눌림 현상으로 인하여 절연내력의 약화라는 문제점이 발생하였다.

한편, 적철심 변압기는 규소강판 원단의 1매(낱장)씩을 여러 가지의 필요한 폭으로 슬리팅하며, 변압기 철심 LEG의 단면을 원형에 가깝도록 제작할 수 있다.

그러나, 아몰퍼스 코어는 강도가 일반 규소강판소재보다 경도가 약 10배 이 상 강하므로 슬리팅 및 재단하는데 비용 및 기술적인 면에서 매우 불리하였다.

또한, 아몰퍼스 코어의 낱장은 기존 규소강판 코어 두께의 약 1/10 수준이기 때문에 적층작업이 곤란하였으며, 적층이 가능할 경우에도 외부 스트레스가 가해질 경우 손실이 증가하여 본래의 특성을 유지할 수 없었다.

따라서, 아몰퍼스 코어는 권철심 형태로는 대용량 변압기 적용에 기술적인 취약점을 안고 있었다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로써, 본 발명의 주된 목적은 코어의 LEG를 원형으로 제작함으로써 단락 기계력을 향상시킨 비정질 코어 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 현재까지는 권철심형태로써 장방형 권선의 Layer 권선법과 팬케이권선법만 적용가능하였나, 아몰퍼스 코어의 원형 LEG 철심이 가능해짐에 따라 현재보다 증가된 대용량 변압기 및 대전류용 특수권선 변압기의 제작도 가능하도록 한 비정질 코어 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 마지막 목적은 권선작업시 스태킹(Stacking) 부풀음이 적고 전압 스트레스가 균등하게 배분된 비정질 코어 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 비정질 코어는, 무부하손실을 절감시키고 에너지 효율을 높이기 위해 복수 개의 코어를 적층결합하여 완성된 코어를 형성하고, 상기 완성된 코어를 복수 개 배열결합하여 제작하는 비정질 코어에 있어서, 상기 완성된 코어는 폭과 크기를 달리하는 코어가 복수 개가 적층결합되어 이루어짐으로써 달성된다.

이때, 제1코어; 상기 제1코어와 결합되며 상기 제1코어보다 소정의 넓은 폭 과 크기로 형성되는 제2코어; 상기 제2코어와 결합되며 상기 제2코어보다 소정의 넓은 폭과 크기로 형성되는 제3코어; 상기 제3코어와 결합되며 상기 제3코어보다 소정의 넓은 폭과 크기로 형성되는 제4코어;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 완성된 코어의 배열결합시, 상기 완성된 코어 상호 간에 접면되는 LEG는 원형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 무부하손실을 절감시키고 에너지 효율을 높이기 위해 복수 개의 코어를 적층결합하여 완성된 코어를 형성하고, 상기 완성된 코어를 복수 개 배열결합하여 제작하는 비정질 코어의 제조방법에 있어서, 폭과 크기를 달리하는 원형 코어를 각각 제작하는 단계; 상기 원형으로 제작된 코어를 각각 성형하는 단계; 상기 성형된 코어의 자화 및 열처리단계; 상기 자화 및 열처리를 거친 코어의 제1몰딩단계; 상기 몰딩된 코어의 검사단계; 상기 검사단계를 거쳐 폭과 크기를 달리하는 각각의 코어를 적층결합하는 단계; 상기 적층결합단계를 통해 완성된 코어의 코너 부분을 몰딩하는 제2몰딩단계; 및 상기 완성된 코어를 복수 개 배열결합하는 단계;를 포함하여 이루어지며, 상기 배열결합단계에서 상기 완성된 코어 간에 상호 접면되어 형성되는 코어의 LEG는 접면을 기준으로 좌우측 방향으로 폭과 크기를 작게 형성함으로써 달성된다.

여기서, 상기 적층결합단계는 제1코어를 조립수단에 올려놓는 단계; 상기 제1코어에 외접하도록 제2코어를 결합시키는 단계; 상기 제2코어에 외접하도록 제3코어를 결합시키는 단계; 및 상기 제3코어에 외접하도록 제4코어를 결합시키는 단계; 를 포함하여 이루어지며, 내측에 위치하는 코어가 외측에 위치하는 코어보다 폭과 크기가 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 상술한 본 발명에 따르면, 특히 코어 LEG를 원형으로 형성하여 단락 기계력을 향상시키고, 코어 철심에 코일을 권취함에 있어 다양한 권선법 적용이 가능하며, 권선작업시 스태킹(Stacking)부풀음이 적고 전압 스트레스가 균등하게 배분되는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 비정질 코어의 구성을 간략히 보인 도면이고, 도 2는 도 1의 A-A'의 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 비정질 코어의 일실시예에 의한 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 4은 도 3의 B-B'의 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 비정질 코어의 제조방법 보인 블럭도이고, 도 6은 본 발명에 따른 비정질 코어의 제조방법 중 결합단계를 일실시예에 의해 개략적으로 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 비정질 코어의 완성된 코어의 배열결합에 의한 LEG의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 비정질 코어의 제조방법의 전체공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

먼저, 종래의 비정질 코어는 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 코어로 제작하였다. 이는 도 2에 도시된 바와 같이, 단면이 장방형으로 형성됨으로써 권선되는 코일도 이에 대응되는 형상으로 권선되는 구조이다.

이에 반하여 본 발명은 도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 무부하손실을 절감시키고 에너지 효율을 높이기 위해 복수 개의 코어를 적층결합하여 완성된 코어(100)를 형성하고, 상기 완성된 코어(100)를 복수 개 배열결합하여 제작하는 비정질 코어에 있어서, 상기 완성된 코어(100)는 폭과 크기를 달리하는 코어가 복수 개가 적층결합되어 이루어진다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1코어(101); 상기 제1코어(101)와 결합되며 상기 제1코어(101)보다 소정의 넓은 폭과 크기로 형성되는 제2코어(102); 상기 제2코어(102)와 결합되며 상기 제2코어(102)보다 소정의 넓은 폭과 크기로 형성되는 제3코어(103); 상기 제3코어(103)와 결합되며 상기 제3코어(103)보다 소정의 넓은 폭과 크기로 형성되는 제4코어(104);를 포함하여 구성된다.

도 6에서는 상기 코어(101, 102, 103, 104)의 각각의 평면도와 상기 각각의 평면도의 C-C'부분의 단면도를 도시한 것이나, 조립수단(300)에 상기 코어(101, 102, 103, 104)가 적층결합되는 모습을 보여주기 위하여 단면형태를 정확하게 도시하지 않고 개략적으로만 도시하였다.

한편, 도 3 또는 도 4에 도시된 코어는 두께를 균일하게 도시하였으나, 도 6에 도시된 바와 같이, 두께를 달리하여 제작하는 것이 바람직하다.

즉, 외측에 위치하는 코어의 두께를 내측에 위치하는 코어의 두께에 비하여 두껍게 제작하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 완성된 코어의 배열결합시, 상기 완성된 코어(100) 상호 간에 접면되는 LEG(200)는 도 7에 도시된 바와 같이 원형으로 형성된다.

도 7의 확대부분은 상기 LEG(200)의 단면을 나타낸 것이다.

따라서, 상기 LEG(200)에 코일 권선시 원형으로 권선되어, 전체적인 LEG의 단면은 원형 형상을 이루게 된다.

한편, 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 무부하손실을 절감시키고 에너지 효율을 높이기 위해 복수 개의 코어를 적층결합하여 완성된 코어(100)를 형성하고, 상기 완성된 코어(100)를 복수 개 배열결합하여 제작하는 비정질 코어에 있어서, 폭과 크기를 달리하는 원형 코어를 각각 제작하는 단계(S100); 상기 원형으로 제작된 코어를 각각 성형하는 단계(S200); 상기 성형된 코어의 자화 및 열처리단계(S300); 상기 자화 및 열처리를 거친 코어의 제1몰딩단계(S400); 상기 몰딩된 코어의 검사단계(S500); 상기 검사단계를 거쳐 폭과 크기를 달리하는 각각의 코어를 적층결합하는 단계(S600); 상기 적층결합단계를 통해 상기 완성된 코어(100)의 코너 부분을 몰딩하는 제2몰딩단계(S700); 및 상기 완성된 코어(100)를 복수 개 배열결합하는 단계(S800);를 포함하여 이루어지며, 상기 배열결합단계(S800)에서 상기 완성된 코어(100) 간에 상호 접면되어 형성되는 코어의 LEG(200)는 접면을 기준으로 좌우측 방향으로 폭과 크기가 작아지도록 결합시킨다.

이때, 상기 적층결합단계(S600)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1코 어(101)를 조립수단(300)에 올려놓는 단계; 상기 제1코어(101)에 외접하도록 상기 제2코어(102)를 결합시키는 단계; 상기 제2코어(102)에 외접하도록 상기 제3코어(103)를 결합시키는 단계; 및 상기 제3코어(103)에 외접하도록 상기 제4코어(104)를 결합시키는 단계;를 포함하여 이루어지며, 내측에 위치하는 코어가 외측에 위치하는 코어보다 폭과 크기를 작게 형성하도록 한다.

이상에서 살펴본 본 발명에 따른 비정질 코어 및 그 제조방법을 제조공정에 따라 자세히 살펴보면 다음과 같다.(도 3 내지 도 8 참조)

1) 비정질 리본이 잘 풀릴 수 있도록 고정하고 고정된 비정질의 리본이 소정의 폭을 갖는 다수의 리본을 한번에 귄취하는 권취단계(도 8의 S1)

2) 상기 권취단계를 거쳐 소정의 폭으로 권취된 리본을 커팅하는 절단단계(도 8의 S2) 및 적층단계.

3) 상기 절단단계 및 적층단계를 거쳐 커팅하고 적층된 비정질의 리본의 양 끝을 그룹 수에 맞춰 서로 겹치도록 포개어(Overlap) 원형의 코어를 제작하는 단계(S100, 도 8의 S3)

4) 상기 원형으로 형성된 코어를 소정의 형상으로 성형하는 성형단계(S200, 도 8의 S4)

5) 상기 성형단계(S200)를 거쳐 일정한 형태로 포밍(Forming)된 상기 각각의 코어를 적정한 온도로 열처리하면서 소정의 전류를 공급하여 충분한 자계가 발생되도록 자화하고, 자화된 상기 각각의 코어를 냉각시키는 열처리단계(S300, 도 8의 S5)

6) 상기 자화 및 열처리단계를 거친 상기 각각의 코어에 몰딩액을 도포하여 코팅한 다음 건조기 내에서 경화시키는 제1몰딩단계(S400, 도 8의 S6)

7) 상기 제1몰딩단계(S400)를 거친 상기 각각의 코어에서 성형부재를 제거하고, 성형부재가 제거된 코어가 손실,여자전류 및 치수 등이 규정치에 부합되는지를 검사하는 검사단계(S500, 도 8의 S7)

8) 폭과 크기가 제일 작은 상기 제1코어(101)를 조립수단에 올려놓는 단계(S600, 도 8의 S8)

9) 상기 제2코어(102)의 오버랩을 벌린 후 상기 제1코어(101)와 결합하여 조립수단에 고정하는 단계(S600, 도 8의 S9)

10) 상기 제3코어(103)의 오버랩을 벌린 후 상기 제2코어(102)에 결합하는 단계(S600, 도 8의 S10)

11) 상기 제4코어(104)의 오버랩을 벌린 후 상기 제3코어(103)와 결합하는 단계(S600, 도 8의 S11)

12) 상기 8)~11)단계를 거쳐 제작된 완성된 코어(100)의 코너 부분을 에폭시로 몰딩하는 제2몰딩단계(S700, 도 8의 S12)로 이루어진다.

13) 상기 완성된 코어(100)를 배열결합하는 단계(S800)

14) 상기 1)~12)의 단계를 거쳐 본 발명인 비정질 코어가 제작된다.

이상에서 본 발명을 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정하지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

도 1은 종래의 비정질 코어의 구성을 간략히 보인 도면,

도 2는 도 1의 A-A'의 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 비정질 코어의 일실시예에 의한 구성을 개략적으로 나타낸 사시도,

도 4은 도 3의 B-B'의 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 비정질 코어의 제조방법 보인 블럭도,

도 6은 본 발명에 따른 비정질 코어의 제조방법 중 결합단계를 일실시예에 의해 개략적으로 도시한 도면,

도 7은 본 발명에 따른 비정질 코어의 완성된 코어의 배열결합에 의한 LEG의 단면을 개략적으로 나타낸 도면,

도 8은 본 발명에 따른 비정질 코어의 제조방법의 전체공정을 개략적으로 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 완성된 코어 101 : 제1코어

102 : 제2코어 103 : 제3코어

104 : 제4코어 200 : LEG

300 : 조립수단

S100 : 원형코어 제작단계 S200 : 성형단계

S300 : 자화 및 열처리단계 S400 : 제1몰딩단계

S500 : 검사단계 S600 : 적층결합단계

S700 : 제2몰딩단계 S800 : 배열결합단계

Claims (5)

1. 무부하손실을 절감시키고 에너지 효율을 높이기 위해 복수 개의 코어를 적층결합하여 완성된 코어를 형성하고, 상기 완성된 코어를 복수 개 배열결합하여 제작하는 비정질 코어에 있어서,

   상기 완성된 코어는 폭과 크기를 달리하는 코어가 복수 개가 적층결합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 비정질 코어.
2. 제1항에 있어서, 상기 완성된 코어는,

   제1코어;

   상기 제1코어와 결합되며 상기 제1코어보다 소정의 넓은 폭과 크기로 형성되는 제2코어;

   상기 제2코어와 결합되며 상기 제2코어보다 소정의 넓은 폭과 크기로 형성되는 제3코어;

   상기 제3코어와 결합되며 상기 제3코어보다 소정의 넓은 폭과 크기로 형성되는 제4코어;

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비정질 코어.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 완성된 코어의 배열결합시,

   상기 완성된 코어 상호 간에 접면되는 LEG는 원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 비정질 코어.
4. 무부하손실을 절감시키고 에너지 효율을 높이기 위해 복수 개의 코어를 적층결합하여 완성된 코어를 형성하고, 상기 완성된 코어를 복수 개 배열결합하여 제작하는 비정질 코어의 제조방법에 있어서,

   폭과 크기를 달리하는 원형 코어를 각각 제작하는 단계;

   상기 원형으로 제작된 코어를 각각 성형하는 단계;

   상기 성형된 코어의 자화 및 열처리단계;

   상기 자화 및 열처리를 거친 코어의 제1몰딩단계;

   상기 몰딩된 코어의 검사단계;

   상기 검사단계를 거쳐 폭과 크기를 달리하는 각각의 코어를 적층결합하는 단계;

   상기 적층결합단계를 통해 완성된 코어의 코너 부분을 몰딩하는 제2몰딩단계; 및

   상기 완성된 코어를 복수 개 배열결합하는 단계;

   를 포함하여 이루어지며,

   상기 배열결합단계에서 상기 완성된 코어 간에 상호 접면되어 형성되는 코어 의 LEG는 접면을 기준으로 좌우측 방향으로 폭과 크기가 작아지는 것을 특징으로 하는 비정질 코어의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 적층결합단계는,

   제1코어를 조립수단에 올려놓는 단계;

   상기 제1코어에 외접하도록 제2코어를 결합시키는 단계;

   상기 제2코어에 외접하도록 제3코어를 결합시키는 단계; 및

   상기 제3코어에 외접하도록 제4코어를 결합시키는 단계;

   를 포함하여 이루어지며,

   내측에 위치하는 코어가 외측에 위치하는 코어보다 폭과 크기가 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 비정질 코어의 제조방법.

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