KR20120094014A - 연속 교차 도전체 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 단부들이 평행하게 연결되는 다수의 동일한 스트랜드(20)를 포함하고, 각 스트랜드는 전체적인 도전체 단면 내의 모든 가능한 지점에 연속적 및 반복적으로 각각 배치되는 연속 교차 도전체(2)에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 각 스트랜드(20)는 결합 코팅에 의해 견고히 결합되는 직사각형 단면을 가진 적어도 두 개의 와이어를 포함하는 하나의 서브셋이다. 상기 서브셋 내의 와이어들은 층층이 또는 나란히 배열될 수 있다.

Description

연속 교차 도전체{CONTINUOUSLY TRANSPOSED CONDUCTOR}

본 발명은 다중 교차 도전체(multiple transposed conductors)에 관한 것이다.

연속 교차 도전체(Continuous Transposed Conductor, CTC)는, 전형적으로는 에나멜된 직사각 와이어들(enamelled rectangular wires)인, 일 그룹의 동일한 다수의 스트랜드로 이루어지며, 상기 와이어들은 그 단부들에서 평행하게 위로 연결되고, 각각의 스트랜드는 전체적인 도전체 단면 내의 모든 가능한 위치에 연속적 및 반복적으로 배치된다. 도 1은 예로서 US 6,657,122에 개시된 공지의 다중 교차 도전체(1)를 도시한 것으로, 이 교차 도전체(1)는 두 개의 나란한 스택(stack: 4)으로 배열된 복수의 평평하고 직사각형인 부분 도전체(partial conductors: 3)를 포함한다. 두 개의 스택(4) 사이에, 페이퍼 스트립(5)이 구비될 수 있다. 각각의 스트랜드(또는 부분 도전체)(3)에는 절연 에나멜 코팅(insulating enamel coating)이 구비된다. 부분 도전체들(3)은, 다중 평행 도전체(1)의 단면 전체 내에서 그것들의 위치가 비교적 짧은 간격들(intervals)로 규칙적으로 변하도록, 미리 정해진 간격으로 굽혀짐으로써 평평하게 오프셋된다. 오프셋 지점들은 번호 '7'에 의해 식별된다. 교차(transposition)의 주된 기능은 권선들 내측에서의 에너지 분포를 균등하게 하여 에너지 손실을 감소시키는 것, 그리고 도전체에 유연성(flexibility)을 부여하는 것이다. 요구 사양에 따라, 연속 교차 도전체의 절연이 필요하지 않다면, 스트랜드들은 일반적으로 순수 셀룰로우스(pure cellulose) 페이퍼 테이프 또는 다른 테이프, 네팅 테이프(netting tape) 및 모노필라멘트(monofilament)로 전체적으로 랩핑(wrapping)될 수 있다. 랩핑의 주된 기능은 전기 절연성을 부여하는 것, 그리고 작업 중에 기계적 저항 및 보호를 수행하는 것이다.

교차 도전체들은 일반적으로 고전력 트랜스포머 권선들(windings) 및 전기 제품들의 다른 권선들에서 사용된다.

그리고, 고전력 트랜스포머 권선들의 경우, 추가적인 손실을 제한할 필요가 있는데, 그러한 손실은 권선들을 둘러싸는 누설 자속(magnetic leakage flux)을 교번시키는 것에 의해 구리 도전체들 내에 유도된 에디 전류들에 의해 발생된다. 연속 교차 도전체의 경우, 추가 손실은 단면적이 동일한 보다 많은 개수의 개별 에나멜된 스트랜드들로 분할하는 것에 의해 감소된다.

하지만 오늘날, 시장에서는 최대 약 85개의 스트랜드를 가진 연속 교차 도전체 만을 찾아볼 수 있다. 트랜스포머 및 다른 전기 기기의 효율 및 다른 파라미터들을 개선하기 위한 새로운 또는 다른 권선들을 적용할 수 있는 기회를 사용자에게 부여하기 위해서는 연속 교차 도전체에서 사용되는 스트랜드의 개수를 증가시킬 필요가 있다.

앞서 설명된 바와 같이 연속 교차 도전체의 스트랜드의 개수를 증가시키는 것은 이론적으로 가능하겠지만, 보다 복잡하고 보다 큰 트랜스포징 기계들(transposing machines) 및 투자 비용이 요구될 것이다.

본 발명의 목적은 과도한 추가 비용 없이 쉽게 제조될 수 있는 증가된 개수의 스트랜드를 가진 연속 교차 도전체에 대한 새로운 구조를 제공하는 것이다.

이러한 목적은, 단부들이 평행하게 연결되는 다수의 동일한 스트랜드를 포함하고, 각 스트랜드는 전체적인 도전체 단면 내의 모든 가능한 지점에 연속적 및 반복적으로 각각 배치되는 연속 교차 도전체로서, 각 스트랜드는 결합 코팅에 의해 견고히 결합되는 직사각형 단면을 가진 적어도 두 개의 와이어를 포함하는 하나의 서브셋인 것을 특징으로 하는 연속 교차 도전체에 의해 달성된다.

상기 적어도 두 개의 와이어는 서로 나란하게 또는 층층이 결합될 수 있다.

제1 실시형태에서, 상기 결합 코팅은 각 서브셋의 와이어들을 완전히 둘러싼다.

대안적으로, 상기 결합 코팅은 상기 서브셋의 외부 좌측 및 우측 가장자리를 제외하고 각 서브셋의 와이어들을 완전히 둘러쌀 수 있다.

대안적으로, 상기 결합 코팅은 각 서브셋에서 와이어들의 서로 마주하는 두 측면들 사이에만 배치될 수 있다.

본 발명의 특징들은 하기의 첨부 도면들을 참조한 가능한 여러 실시예들에 대한 하기의 설명들을 참조함으로써 보다 분명해질 것이다.

앞서 설명된 도 1은 종래 기술의 다중 교차 도전체를 도시한다.
도 2는 본 발명의 가능한 일 실시예에 따른 교차 도전체의 단면도이다.
도 3은 도 1의 교차 도전체 내의 하나의 스트랜드의 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 가능한 제2 실시예에 따른 교차 도전체 내의 하나의 스트랜드의 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 연속 교차 도전체의 제3 실시예의 단면도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명에 따른 연속 교차 도전체에서 사용될 수 있는 서브셋의 다른 가능한 다양한 실시예들을 도시한다.

도 2 및 도 3을 먼저 참조하여, 본 발명에 따른 연속 교차 도전체(Continuous Transposed Conductor: 2)에 대해 설명한다. 이 실시예에서, 도전체(2)는 동일한 5개의 스트랜드(20)를 포함하며, 이것들은 트랜스포즈되어 연속 교차 도전체(2)를 형성한다: 이에 따라, 앞서 설명한 바와 같이, 교차 도전체를 형성하기 위해, 상기 스트랜드들은 단부들이 평행하게 연결되고, 각각의 스트랜드는 총 도전체 단면 내에서 모든 가능한 위치에 연속적 및 반복적으로 배치된다.

하지만, 공지의 교차 도전체들의 스트랜드들이 에나멜된 직사각 와이어(enamelled retangular wire)에 각각 대응하는 반면, 이러한 제1 실시예에서 각각의 스트랜드(20)는 결합 코팅(joining coating: 50)에 의해 서로 결합된 직사각형 단면의 두 개의 와이어(30a, 30b)을 포함하는 서브셋(subset)이다.

도 3에 보다 잘 도시된 바와 같이, 절연된 도전체를 형성하기 위해, 전형적으로 구리로 제조되는 각각의 와이어(30a, 30b)는 한 층 이상의 상이한 니스들 또는 절연 필름들로 코팅됨이 유리하다. 상기 두 개의 와이어(30a, 30b)는 서로 나란히 결합된다. 상기 결합 코팅은 다른 유형들의 니스들일 수 있으며, 두 개의 와이어의 둘레에 전체적으로 그리고 결합 측면 상에 적용된다. 여기서 각각의 서브셋(20)은 트윈 도전체를 구성한다.

따라서, 종래의 연속 교차 도전체는 단지 총 5개의 와이어를 가지는 반면에, 연속 교차 도전체(2)는 5개의 트윈 도전체로 구성되어 총 10개의 와이어가 구비될 수 있는 것이다.

비록 도 3에 도시된 서브셋(20)은 두 개의 와이어를 포함하지만, 본 발명의 원리는 서로 결합된 셋 이상의 와이어를 포함하는 서브셋에 대해 일반화될 수 있다.

추가적으로, 동일한 서브셋 내의 와이어들은 나란히(side by side) 배열되는 대신 층층이(flat by flat) 배열될 수 있다. 이러한 대안적 배열은 도 4에 도시되어 있으며 여기서 서브셋(20')은 절연층(40'a, 40'b)에 의해 각각 코팅되어 있고 결합 코팅(50)에 의해 층층이 함께 결합된 두 개의 와이어(30'a, 30'b)를 포함한다.

본 발명으로 인해, 보다 많은 수의 도전체를 가진, 서브셋의 구성에 따라 전형적으로 2개 또는 3개의 스트랜드를 가진, 연속 교차 도전체를 구현하는 것이 가능하다(예로써 85×2 = 170 와이어들).

서브셋 내의 배열(나란히 또는 층층이)의 선택은 각 연속 교차 도전체를 사용하고자 하는 적용예에 따라 달라질 수 있다.

예컨대, 코어-타입 트랜스포머(transformer)의 중앙부에서는, 도전체 턴(turn)의 단면이 자기력선들 안에서 축방향으로(수직으로) 있을 때 최대 강도의 유도 전류가 생성되는 반면, 그 도전체 단면이 자기장 안에서 종방향으로 있을 때 강도가 최소가 된다. 이러한 이유로, 코어-타입 트랜스포머의 중앙부는 가능한 작은 와이어 두께를 가진 교차 도전체들을 필요로 하는 반면(약 1.0 - 1.1 mm까지 허용하는 실제 기술 현황을 고려함), 와이어 폭은 영향이 없다.

하지만, 트랜스포머 단부에서는, 누설 플럭스(leakage flux)가 권선들(windings) 밖으로 빠져나간다. 이러한 경우에는, 두께 대신 폭을 줄이는 것이 편리할 수 있다.

제1 적용예(코어-타입 트랜스포머의 중앙부)의 경우, 연속 교차 도전체의 하나의 서브셋 내에 와이어들을 층층이 배열하는 것이 바람직할 것이다. 예컨대, 각각의 스트랜드(독자적인 와이어)가 1 mm에 해당하는 최소 두께를 가질 수 있는 종래 기술에 따른 연속 교차 도전체와 비교하여, 층층이 결합된 0.5 mm 두께의 두 와이어로 이루어진 서브셋들의 사용은, 동일 단면적에 대해, 각각의 와이어에서 두께에 대한 폭의 비율이 2배가 되게 할 수 있으며, 이는 자속(magnetic flux) 측면에서 유리하다.

다른 방식에서는, 제2 적용물(코어-타입 트랜스포머의 단부)의 경우, 연속 교차 도전체의 하나의 서브셋 내에서의 와이어들의 나란한 배열이 바람직할 것이다. 예로써, 각각의 스트랜드(독자적인 와이어)가 약 2.8 mm의 최소 폭을 가질 수 있는 종래 기술에 따른 연속 교차 도전체와 비교하여, 나란히 결합된 1.4 mm 폭을 가진 두 개의 와이어로 이루어진 서브셋들의 사용은, 동일한 단면적에 대해, 각각의 와이어에서 두께 대비 폭의 비율을 둘로 나눌 수 있게 한다.

다른 적용물들의 경우, 상기 도전체의 사용자는 평행하게 연결된 둘 이상의 연속 교차 도전체를 가질 필요가 있을 수 있다. 그러한 경우, 개별 연속 교차 도전체는 종이들 또는 특수 테이프들에 의해 커버되며, 이는 불필요한 공간을 사용한다. 본 발명의 경우, 평행하게 연결된 복수의 연속 교차 도전체는 둘 이상의 와이어를 가진 동일한 서브셋들을 포함하는 단일 연속 교차 도전체에 의해 유리하게 대체될 수 있으며, 그것은 동일한 기능을 수행할 수 있으면서도 그 기능은 보다 효율적인 방식으로 수행된다. 그러한 독자적인(unique) 연속 교차 도전체의 예가 도 5에 도시되어 있다. 여기서 연속 교차 도전체(2″)는 도 2의 연속 교차 도전체(2)와 동일한 구조를 가지며, 상기 연속 교차 도전체(2)는 나란히 결합된 두 개의 와이어를 각각 포함하는 5개의 동일한 서브셋(20)을 갖는다. 하지만, 점선들 또는 실선들로 가리켜지는 바와 같이, 각 서브셋의 우측 또는 좌측에 각각 자리한 5개의 와이어는 그것들이 마치 동일한 연속 교차 도전체에 속하는 것처럼 함께 사용될 수 있다. 본 발명의 범주를 벗어남 없이 다른 상관관계들이 가능하다. 이러한 경우, 절연을 위해 필요한 종이가 절감되는데, 종이는 연속 교차 도전체 전체의 둘레에 싸여지는 것만 필요하기 때문이다.

도 2 내지 도 5에서는 결합 코팅(50)이 각 서브셋의 와이어들을 완전히 둘러싸는 것으로 도시되어 있지만, 동일 서브셋 내의 와이어들을 서로 견고히 고정시키기 위한 다른 구조들이 가능하다. 도 6 내지 도 9는 여러 가지 대안적인 구조들을 도시한다.

도 6 및 도 8은, 와이어들의 나란한 배열 및 층층 배열 각각에 대해, 결합 코팅(50)이 외부 좌측 및 우측 경계를 제외하고 와이어들을 둘러싸는 구성을 예로써 도시한다.

도 7은 결합 코팅(50)이 결합 평면(joining plan)에서 두 개의 틈새(gap)를 갖는 나란한 와이어 구조를 도시한다.

도 9는 층층이 배열된 와이어들에서 상기 결합 코팅(50)이 와이어들의 서로 마주하는 두 측면 사이에만 배치되는 구조를 도시한다.

결합 코팅은 특정 온도에서 본딩 특성(bonding property)을 갖는 물질로 제조될 수 있으며, 그 물질은 에폭시-페녹시 에나멜(epoxy-phenoxy enamel), 아로마틱 폴리이미드(aromatic polyimide), 폴리에스테르 또는 폴리에스테르이미드 에나멜(PE or PEI enamel) 또는 폴리비닐포멀 에나멜(polyvinylformal enamel)과 같은 에폭시 에나멜(epoxy enamel)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

본 발명에 의해, 사용자에게 보다 많은 수의 와이어를 가진 연속 교차 도전체를 제공하는 것이 가능하며, 이러한 연속 교차 도전체는 적용예에 따라 용도의 유연성이 크다.

이러한 연속 교차 도전체의 제조는 수행하기 용이하다. 결합 코팅(50)에 의해 서로 결합되는 둘 이상의 와이어로 이루어진 서브셋들을 제조하기 위한 하나의 새로운 툴(tool)만이 요구된다. 즉, 공지의 연속 교차 도전체 제조장치들에 약간의 변형에 의해 상기 연속 교차 도전체를 얻기 위한 서브셋들 제조장치들이 함께 배열될 수 있다.

Claims (7)

1. 단부들이 평행하게 연결되는 다수의 동일한 스트랜드(20; 20')를 포함하고, 각 스트랜드(20; 20')는 전체적인 도전체 단면 내의 모든 가능한 지점에 연속적 및 반복적으로 배치되는 연속 교차 도전체(2; 2″)에 있어서,
   상기 각 스트랜드(20; 20')는 결합 코팅(50)에 의해 견고히 결합되는 직사각형 단면을 가진 적어도 두 개의 와이어(30a, 30b; 30'a, 30'b)를 포함하는 하나의 서브셋인 것을 특징으로 하는 연속 교차 도전체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 두 개의 와이어(30a, 30b)는 서로 나란하게 결합되는 것을 특징으로 하는 연속 교차 도전체.
3. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 두 개의 와이어(30'a, 30'b)는 층층이 결합되는 것을 특징으로 하는 연속 교차 도전체.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 와이어는 각각 절연 도전체인 것을 특징으로 하는 연속 교차 도전체.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 결합 코팅(50)은 각 서브셋의 와이어들을 완전히 둘러싸는 것을 특징으로 하는 연속 교차 도전체.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 결합 코팅(50)은 상기 서브셋의 외부 좌측 및 우측 가장자리를 제외하고는 각 서브셋의 와이어들을 완전히 둘러싸는 것을 특징으로 하는 연속 교차 도전체.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 결합 코팅(50)은 각 서브셋의 와이어들의 서로 마주하는 두 측면들 사이에만 배치되는 것을 특징으로 하는 연속 교차 도전체.

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