KR20110134316A - 비결정질 금속으로 만들어진 삼각형 변압기 코어의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3상 변압기(10)를 위한 코어의 제조 방법에 관한 것으로서, 코어(14)는, 각 변압기 코어 레그(18)가 2개의 프레임 레그(18)로 구성되게 결합되도록 설계된 3개의 프레임(16)으로 구성되고, 변압기 코어 레그(16)는 삼각형 구성으로 배치되고, 코어 레그(20)의 단면은 원형 또는 다각형 형태를 갖고, 코어 프레임(16)은 저손실 자기 물질의 적어도 하나의 연속적인 감겨진 밴드(22)의 층으로 만들어지고, 밴드(22)의 폭은 레이저(24) 절단에 의해 코어 레그(20)의 각 층에 따라 조정된다.

Description

비결정질 금속으로 만들어진 삼각형 변압기 코어의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURE OF TRIANGULAR TRANSFORMER CORES MADE OF AMORPHOUS METAL}

본 발명은, 각 변압기 코어 레그가 2개의 프레임 레그로 구성되고, 변압기 코어 레그가 삼각형 구성으로 배치되게 결합되도록 설계된 3개의 프레임으로 코어가 구성된, 3상 전력 변압기를 위한 코어의 제조 방법에 관한 것이다.

변압기는 전기 에너지를 유도성 결합된 전도체 - 변압기의 코일 - 를 통해 하나의 회로로부터 다른 회로로 전달하는 디바이스이다. 전력을 변압시키기 위해, 3상 변압기는 오랫동안 개발되어 왔다. 3상 변압기는 일렬로 그리고 병렬로 배치된 3개 또는 5개의 림(limbs)을 포함하는 코어를 구비하고, 각 림의 양쪽 단부는 공통 요크에 연결된다. 5개의 레그 코어의 경우에, 3개의 내부 림은 코일의 권선을 구비하는 한편, 외부 림은 내부 림과 마찬가지로 자기 플럭스를 위한 전도체의 역할만을 한다. 3개의 레그 코어의 경우에, 모든 3개의 레그는 권선을 구비한다. 일정한 변압기는, 시트가 변압기 코어를 형성하기 위해 적층되거나 감겨지는 시트 금속에 의해 형성된다.

특수한 변압기 장치는 변압기 레그 및 코일이 3각형의 코너에 배치되는 것이다. 이들 림은 삼각형의 형태를 갖는 요크에 연결되었다. 이러한 장치는 공간을 절감하고, 자기 플럭스에 대한 대칭적인 설정을 제공하고, 변압기 코어 손실에 대해 이익을 제공한다. 이들 삼각형 변압기는 헥사포머(Hexaformer) 또는 델타 변압기로서 알려져 왔다. 여기서 코어는 준-직사각형 프레임으로서 각각 형성된 3개의 서브-코어로 조립되는 반면, 3개의 서브-코어 각각은 연속적으로 감겨진 스틸 적층(steel laminations)으로 만들어진다. 필요한 단면을 얻기 위해 적층 폭의 조정은 기계적 프로세스인 슬리팅(slitting)에 의해 이루어진다.

이들 변압기가 공간을 절감하지만, 그 효율은 더 양호할 수 있다. 더욱이, 그러한 변압기의 제조는 복잡하고 고된 일이다.

따라서, 본 발명의 목적은, 종래 기술보다 더 효율적이면서, 그러한 코어의 제조가 덜 복잡하고 덜 고된 공간-절감 변압기 코어 제조 방법을 설계하는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 방법은, 스틸 테이프의 폭이 레이저 절단에 의해 단면의 원하는 원형 또는 다각형 형태를 얻도록 조정되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 따른 방법은, 변압기의 코일을 형성하기 위해 제공된 테이프가 비결정질 금속 테이프, 특히 비결정질 스틸 테이프인 것을 특징으로 한다. 비결정질 스틸로 만들어진 코어는 손실이 적다. 그러나, 비결정질 구조로 인해, 비결정질 금속의 슬리팅 및/또는 절단은 어렵고, 약간의 노하우를 요구한다.

본 발명에 따른 기본적인 아이디어는 순환 리본(endless ribbon)으로서 제공된 약 25㎛의 두께를 갖는 포일로서 일반적으로 이용가능한 비결정질 금속으로 만들어진 코어 부재를 제공하는 것이다. 이들 포일은 리본을 연속적으로 코일링(coiling)함으로써 상기 프레임의 제조를 위해 이용된다. 이를 통해 본 발명에 따라, 레이저 절단 수단에 의해 리본을 프레임 단면의 원하는 형태로 트리밍한다(trim).

따라서, 리본의 감기 및 그 트리밍은 바람직하게 동시에 달성되어, 프레임 부재의 원하는 형태는 정확히 리본의 절단을 형성함으로써 달성된다. 그 결과, 절단 공구는 코어 레그의 단면에 관해 각각의 층에 따라 리본의 폭을 한정하기 위해 감기 메커니즘에 가까이 위치된다.

본 발명의 일실시예에 따라, 프레임을 형성하기 위해 리본 층의 감기는 바람직하게 부분적으로 자동이거나 완전히 자동으로 동작하는 감기 메커니즘에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 방법의 추가로 본질적인 특징은, 시트 금속 층이 비결정질 금속으로 만들어지는 것을 특징으로 한다. 대안적으로, 시트 금속 층은, 스틸이 비교적 너무 부서지기 쉽지만, 비결정질 금속보다 덜 부서지기 쉬운 규소로 합금된 스틸로 만들어진다.

마지막으로, 본 발명의 바람직한 목적은, 전술한 방법에 따라 제조된 코어를 갖는 삼각형 변압기를 제공하는 것으로, 삼각형 코어의 제조가 완료될 때 코일이 코어 레그 상에서 감겨지는 것을 특징으로 한다.

종래의 변압기를 이용한 코일 감기가 개별적으로 이루어지고, 요크가 그 위에 장착되기 전에 완료된 코일이 각 코어 레그 상에서 쉽게 이동되는 반면, 삼각형 변압기를 통해, 감기가 직접 달성되는데, 이는 프레임의 폐루프가 이를 개방하도록 하지 않아서, 코일을 사전-제조하고 코일을 코어 레그 상에서 이동시킬 가능성이 없기 때문이다.

비결정질 금속으로 만들어진 변압기 코어의 큰 장점은, 그러한 코어가 Si-스틸로 만들어진 코어보다, 그리고 자기 플럭스에 대해 다른 저손실 철 합금보다 더 낮은 손실을 갖는다는 것이다. 따라서 비결정질 금속의 이용은 변압기의 효율을 증가시키기 위해 다소 필수적이다.

비결정질 금속 리본의 경우에, 리본의 절단은 물질의 비결정질 구조로 인해 어렵다. 기계적 절단은 레이저 절단에 비해 약간 더 비효율적이고 정밀하지 않아서, 본 발명에 따라, 바람직한 실시예는 비결정질 리본을 적절한 폭으로 절단하기 위해 레이저 빔의 이용이다.

레이저 절단의 경우에, 절단 폭은 쉽고 정밀하게 조정가능하다. 그 프로세스는 고속을 허용한다. 단일 리본 층 또는 층들의 묶음(bundle)은 한번에 절단될 수 있다. 바람직하게, 레이저 절단 디바이스를 감기 메커니즘에 가까이 위치시켜, 반원 또는 다각형일 수 있는 림 부재의 단면의 원하는 형태에 관해 각 층에 따라 금속 테이프의 폭을 달성하기 위해 각 절단이 이루어지는 것이 가능하다.

바람직하게, 비결정질 리본의 가장자리를 트리밍하는데 사용된 레이저는 CO₂ 레이저이거나, 고체 상태 레이저로서, 레이저의 전력은 적어도 2W이지만, 더 큰 두께를 갖는 테이프, 예를 들어 Si-스틸로 만들어진 테이프의 경우에 더 높을 수 있다.

층의 묶음이 절단되면, 레이저 전력은, 층이 절단부에서 함께 용접되도록 선택될 수 있다. 이것은, 층의 묶음이 함께 층을 고정시키고 서브-코어를 감을 때 더 쉽게 처리하게 되는 이점을 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 청구된 방법의 추가 장점은, 프레임 부재의 단면의 원하는 형태를 얻기 위해 각 층에 따라 리본을 트리밍하는 것이다.

본 발명에 따른 레이저 절단 방법은, 델타 코어의 제조 및 헥사포머 코어에 적용될 수 있다. 헥사포머 코어를 통해, 2가지 상이한 폭의 금속 밴드는 코어 루프를 감는데 사용되고, 이것은 상기 금속 밴드가 적절히 위치될 때 육각형 코어 레그 단면을 제공한다. 제 2 폭은 제 1 폭의 절반이므로, 밴드를 중간에서 슬리팅함으로써 쉽게 제작될 수 있다. 비결정질 금속에 대해, 레이저 절단은 또한 절단을 행하기 위한 바람직한 방법이다.

삼각형 코어의 제조를 위한 레이저 절단의 이용은 비결정질 금속의 경우에 특히 바람직하지만, 또한 Si-스틸에 적용될 수 있다.

본 발명의 이들 및 추가로 유리한 실시예 및 개선점은 종속항의 주제이다.

본 발명의 첨부 도면에 도시된 본 발명의 바람직한 다양한 실시예의 예로서, 본 발명의 유리한 실시예 및 개선점 및 본 발명의 특정한 장점은 더 구체적으로 예시되고 설명될 것이다.

본 발명은, 종래 기술보다 더 효율적이면서, 그러한 코어의 제조가 덜 복잡하고 덜 고된 공간-절감 변압기 코어를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 변압기 코어 상에 감겨진 코일을 구비한 변압기를 도시한 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 변압기 코어의 베이스 섹션을 도시한 평면도.
도 3은 본 발명에 따라 변압기 코어를 위한 리본의 폭의 트리밍을 도시한 개략도.

도 1에서, 본 발명에 따라 변압기 코어(14) 상에 감겨진 코일(12)을 구비한 변압기(10)의 측면도가 도시된다. 변압기(10)는, 프레임(16)이 코어 부재를 형성하는 3개의 동일한 프레임(16)에 의해 형성된다.

3개의 프레임(16)은 본 발명에 따른 변압기 코어인 삼각형 컬럼(column)(14)을 형성하기 위해 조립된다.

각 코어 부재(16)는 2개의 긴 측면 및 2개의 짧은 측면을 갖고, 2개의 긴 측면은 곧고, 림 부재(18)를 형성하는데, 여기서 각각은 인접한 프레임(16)의 각 림 부재(18)에 평행하게 놓여서, 코어 레그(20)를 형성한다.

더욱이, 각 림 부재(18)의 단면은 코어 레그(20)의 단면을 완전 원형 또는 다각형으로 완성시키기 위해 반원 또는 다격형이다.

코일(12)은, 삼각형 변압기 코어(14)가 완성된 후에 코어 레그(20) 상에 감겨진다.

도 2는, 변압기(10)의 이러한 설계가 변압기 코어(14)가 요구하는 작은 베이스로 인해 공간 절감된다는 점을 제외하고, 변압기 코어(14)의 삼각형 레이아웃을 개시하는 본 발명에 따른 변압기 코어(14)의 베이스 섹션(15)의 평면도를 도시한다. 도 2에서 알 수 있듯이, 각 림 부재(18)의 단면은 반원형이고, 인접한 코어 부재(16)의 림 부재(18)와 함께 원형 단면을 갖는 코어 레그를 형성한다.

도 3은, 변압기 코어(14)의 층에 의해 감겨진 층이 되기 위해 제공되는 리본 또는 테이프(22)의 개략적인 평면도이다. 림 부재(18)의 단면의 원하는 형태를 달성하기 위해, 테이프는 이에 따라 트리밍될 필요가 있는데, 그 이유는, 그렇지 않으면 그 형태가 리본 또는 테이프(22)가 복수의 층으로 적층되는 적층 구성에 의해 달성될 수 없기 때문이다.

따라서, 리본(22)의 폭의 트리밍은 본 발명에 따라 변압기 코어(14)를 위한 프레임(16)의 림 부재(18)의 형태를 달성하는데 필요하다. 본 발명에 따라, 트리밍은 레이저 빔(26)을 갖는 레이저(24)에 의해 이루어지고, 바람직하게 CO₂ 레이저는 리본 또는 테이프(22)를 절단하거나 트리밍하기 위해 사용되고 적어도 10W의 전력을 갖는다.

레이저 빔(26)은, 리본 또는 테이프(22)가 코어 부재로서 프레임(16)을 감기 위해 전진{플래쉬(30)}되는 코어 루프(14)의 각 층에 요구된 리본 또는 테이프(22)의 폭에 대응하는 원하는 절단 라인(28)을 따라 리본 또는 테이프(22) 상에서 안내된다.

Claims (15)

1. 3상 변압기(10)를 위한 코어의 제조 방법으로서, 코어(14)는, 각 변압기 코어 레그(18)가 2개의 프레임 레그(18)로 구성되게 결합되도록 설계된 3개의 프레임(16)으로 구성되고, 변압기 코어 레그(16)는 삼각형 구성으로 배치되고, 코어 레그(20)의 단면은 원형 또는 다각형 형태를 갖고, 코어 프레임(16)은 저손실 자기 물질의 적어도 하나의 연속적인 감겨진 밴드(22)의 층으로 만들어지는, 3상 변압기(10)를 위한 코어의 제조 방법에 있어서,
   밴드(22)의 폭은 레이저(24) 절단에 의해 코어 레그(20)의 각 층에 따라 조정되는 것을 특징으로 하는, 3상 변압기를 위한 코어의 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, 테이프 또는 밴드(22)의 레이저(24) 절단은 프레임(16)을 형성하기 위해 밴드(22)의 감기와 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는, 3상 변압기를 위한 코어의 제조 방법.
3. 제 2항에 있어서, 코어 프레임(16)의 제조는, 제 1 밴드(22)를 굴대축 상에서 감고 적어도 제 2 밴드(22)를 제 1 감겨진 밴드(22) 상에서 감음으로써 달성되는 것을 특징으로 하는, 3상 변압기를 위한 코어의 제조 방법.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 코어 프레임(16)의 제조는 상이한 폭의 적어도 제 2 밴드(22)를 제 1 감겨진 밴드(22) 상에서 감음으로써 달성되는 것을 특징으로 하는, 3상 변압기를 위한 코어의 제조 방법.
5. 제 1항에 있어서, 코어 프레임(16)의 제조는 감겨진 밴드(22)의 적어도 2개의 루프를 조립함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는, 3상 변압기를 위한 코어의 제조 방법.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 밴드(22)를 트리밍(trimming)하는데 사용된 레이저(24)는 적어도 10W의 전력을 갖는 것을 특징으로 하는, 3상 변압기를 위한 코어의 제조 방법.
7. 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 레이저(24)는 CO₂ 레이저인 것을 특징으로 하는, 3상 변압기를 위한 코어의 제조 방법.
8. 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 레이저(24)는 고체 상태 레이저인 것을 특징으로 하는, 3상 변압기를 위한 코어의 제조 방법.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 저손실 자기 물질의 밴드(22)는 비결정질 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 3상 변압기를 위한 코어의 제조 방법.
10. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 저손실 자기 물질의 밴드(22)는 규소와 합금된 스틸로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 3상 변압기를 위한 코어의 제조 방법.
11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 다중 밴드(22)는 레이저(24)에 의해 동시에 절단되고 함께 용접되어, 그 결과 프레임(16)의 특정한 기계적 안정성을 초래하는 것을 특징으로 하는, 3상 변압기를 위한 코어의 제조 방법.
12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 변압기 코어(14)는 자기적 특성을 개선시키기 위해 어닐링되는 것을 특징으로 하는, 3상 변압기를 위한 코어의 제조 방법.
13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 변압기 코어(16)는 기계적 안정성을 제공하기 위해 폴리머 물질로 코팅되는 것을 특징으로 하는, 3상 변압기를 위한 코어의 제조 방법.
14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 제조된 변압기 코어로서,
    삼각형 구성을 형성하기 위해 배치된 3개의 프레임(16)으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 변압기 코어.
15. 코어 레그(20) 상에 코일(12)을 구비한 제 14항에 따른 코어를 갖는 변압기.

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