KR20140070759A - 고효율 고주파용 트랜스포머 제조를 위한 은 코팅 표면 확장 나선 와이어 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고효율 고주파용 트랜스포머 제조를 위한 은 코팅 표면 확장 나선 와이어 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 은 코팅 표면 확장 나선 와이어에 관한 것이다. 본 발명에 의하면 교류저항의 증대를 억제하고, 코일/트랜스포머의 온도상승을 방지하며, 전력 기기의 고효율화, 고성능화, 소형화, 고속화가 가능한 전력 부품의 제조가 가능하다. 뿐만 아니라 고 전도성, 및 증강된 내열성, 밝고 빛나는 외관, 내부식성이 뛰어난 리츠 와이어의 제작이 가능하다.

Description

고효율 고주파용 트랜스포머 제조를 위한 은 코팅 표면 확장 나선 와이어 제조 방법{Process for preparing silver-coated and surface-expanded spiral wire for high efficiency and high frequency transformer}

본 발명은 고효율 고주파용 트랜스포머 제조를 위한 은 코팅 표면 확장 나선 와이어 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 은 코팅 표면 확장 나선 와이어에 관한 것이다.

리츠 와이어는 일반적으로 트랜스포머를 구성하는 도체 와이어에 있어서, 개별적으로 절연된 미세 와이어 다발을 꼬거나 균일한 패턴의 직조 형태로 제작된 것을 말한다. 리츠 와이어는 단위 단면 당 더 높은 임피던스를 가지고 있지만 높은 주파수에서 케이블 임피던스를 줄이거나 케이블의 두께를 크게 줄일 수 있어 널리 사용되고 있다. 리츠 와이어는 전력 손실을 최소화하고, 높은 주파수 동작에서 표피효과(skin-effect)를 감소시키기 위하여 사용된다. 여러 개의 와이어 다발은 단면적이 동일한 하나의 굵은 와이어보다 교류 저항의 증대를 억제하고, 코일의 온도 상승을 방지할 수 있어 전력 기기의 고효율화, 소형화, 고속화가 가능하다.

일반적으로 리츠 와이어로 제조된 트랜스포머의 경우 500 kHz 이하의 동작 주파수에서는 매우 효과적이지만, 1MHz 이상의 주파수에서는 효율이 낮아져 잘 사용하지 않는다. 수 MHz 이상의 동작 주파수에서는 표피 효과의 영향으로 와이어가 더욱 미세해져야 하지만 일반 구리선을 사용하여 미세한 와이어를 제작하는 데에는 한계가 있다.

특허문헌 1: 한국 공개특허공보 제10-2008-0075546(2008.08.18) 특허문헌 2: 한국 공개특허공보 제10-2011-0005742(2011.01.18)

본 발명자들은 일반 리츠 와이어 대비 높은 주파수에서 동작이 가능한 트랜스포머를 제조하기 위하여 예의 연구한 결과, 후술하는 바와 같이 미세 고분자 와이어에 은을 코팅하여 표면을 확장시킨 미세 와이어 다발을 꼬거나 균일한 패턴의 직조형태로 구현하여 제조된 리츠 와이어가 이와 같은 요건을 만족시킬 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은, 일면에 있어서, 수 ~ 수백 MHz 이상의 동작주파수에서 표피효과와 근접효과를 감소시킬 수 있는 일반적인 도체를 이용하여 리츠 와이어를 구현하는 것은 아주 어려우며, 미세 고분자 와이어에 은을 코팅하여 표면을 확장시킨 미세 와이어 다발을 꼬거나 균일한 패턴의 직조형태로 구현하는 은 코팅 표면확장 나선 와이어를 사용한 트랜스포머를 제조하여 일반 리츠 와이어 대비 높은 주파수에서 동작이 가능한 트랜스포머를 제조하는데 목적이 있다.

본 발명은, 추가의 일면에 있어서,

a) 용융된 은 용액에 75~95㎛의 구리선을 1,070~1,080℃ 사이의 온도에서 침지하여 구리 와이어를 도포하는 단계;

b) 용융된 은 용액을 통과한 구리 와이어를 35~120 rpm으로 회전시켜 상온에서 냉각함으로써 구리 75~95㎛에 대하여 은을 5~25 ㎛의 두께로 코팅하는 단계;

c) 구리와 은의 결합 강도를 높이기 위하여 일정온도에서 일정시간 동안 열처리함과 동시에 폴리비닐아세탈 페놀릭, 폴리우레탄/나일론, 폴리에스테르 나일론, 폴리에스테르-200 폴리아마이드-ML, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택된 절연재로 절연코팅을 수행하는 단계;

d) 유리 섬유, 다크론글라스, 폴리에스테르-200, 폴리에스테르 A/I 탑코트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리아마이드-ML 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택된 절연재로 2차 절연코팅을 수행하는 단계; 및

e)상기 코팅 와이어를 10~110 가닥을 한 다발로 구성하고, ㎝당 0.83~1.26 회전이 되도록 일방향으로 꼬아주거나 회전 직조하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 고주파용 트랜스포머 제조를 위한 은 코팅 표면 확장 나선 와이어 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의하면 교류저항의 증대를 억제하고, 코일/트랜스포머의 온도상승을 방지하며, 전력 기기의 고효율화, 고성능화, 소형화, 고속화가 가능한 전력 부품의 제조가 가능하다. 뿐만 아니라 고 전도성, 및 증강된 내열성, 밝고 빛나는 외관, 내부식성이 뛰어난 리츠 와이어의 제작이 가능하다.

도 1은 코팅 와이어의 개략도.
도 2는 코팅 와이어 다발의 개략도.

본 발명은, 일면에 있어서,

a) 용융된 은 용액에 75~95㎛의 구리선을 1,070~1,080℃ 사이의 온도에서 침지하여 구리 와이어를 도포하는 단계;

b) 용융된 은 용액을 통과한 구리 와이어를 35~120 rpm으로 회전시켜 상온에서 냉각함으로써 구리 75~95㎛에 대하여 은을 5~25 ㎛의 두께로 코팅하는 단계;

c) 구리와 은의 결합 강도를 높이기 위하여 일정온도에서 일정시간 동안 열처리함과 동시에 폴리비닐아세탈 페놀릭, 폴리우레탄/나일론, 폴리에스테르 나일론, 폴리에스테르-200 폴리아마이드-ML, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택된 절연재로 절연코팅을 수행하는 단계;

d) 유리 섬유, 다크론글라스, 폴리에스테르-200, 폴리에스테르 A/I 탑코트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리아마이드-ML 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택된 절연재로 2차 절연코팅을 수행하는 단계; 및

e)상기 코팅 와이어를 10~110 가닥을 한 다발로 구성하고, ㎝당 0.83~1.26 회전이 되도록 일방향으로 꼬아주거나 회전 직조하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 고주파용 트랜스포머 제조를 위한 은 코팅 표면 확장 나선 와이어 제조 방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

리츠 와이어는 통상 다음의 표 1에 나타낸 바와 같이 AWG 단위로 표기하여 사용한다.

명목 직경 [mm]	AWG	명목 저항[Ω/m]
0.0245	50	36.26
0.0275	49	28.78
0.0310	48	22.65
0.0350	47	17.77
0.0390	46	14.31
0.0440	45	11.24
0.0500	44	8.706
0.0550	43	7.195
0.0630	42	5.484
0.0700	41	4.442
0.0780	40	3.577
0.0880	39	2.811
0.101	38	2.134
0.113	37	1.705
0.126	36	1.371
0.141	35	1.095
0.159	34	0.8609
0.179	33	0.6793
0.202	32	0.5334
0.225	31	0.4299
0.253	30	0.3400

은 코팅 와이어는 사용 온도에 따라 폴리비닐 아세탈 페놀릭, 폴리우레탄/나일론, 폴리에스테르 나일론, 폴리에스테르-200, 폴리아마이드-ML 등을 사용하여 표면을 절연한다. 일반적으로 사용되는 리츠 와이어 한 가닥의 지름은 0.03~0.1 mm이나 은코팅 와이어는 더 높은 주파수에서 동작하므로 훨씬 미세한 지름 0.0245mm(AWG 50)에서 0.101mm(AWG 38)에서 제작하는 것이 바람직하다. 수 MHz 이상의 고주파에서 동작하므로 구리 와이어 한 가닥의 지름은 전체 지름의 80~95%, 은으로 코팅된 두께는 나머지 20~5%가 바람직하다.

은 코팅 외부는 사용 온도에 따라 상기에 언급된 폴리비닐 아세탈 페놀릭, 폴리우레탄/나일론, 폴리에스테르 나일론, 폴리에스테르-200, 폴리아마이드-ML 등의 소재를 사용하여 수 μm 이내로 절연 코팅한다. 순수한 구리의 경우 전기전도도는 58.5 S*m/㎟이나 99.99% 순도의 은은 62.5S*m/㎟로 구리보다 우수하다.

리츠 와이어를 구현하기 위하여 구리 표면에 얇게 은을 코팅하고 결합 강도를 높이기 위하여 열처리하여 접합면의 강도를 높인 후 절연 코팅한다. 코팅과 열처리는 동시에 진행되며, 처리 온도는 은의 녹는점인 961.78℃보다 구리의 녹는점이 1,084.5℃,로 높기 때문에 구리의 녹는점보다 약간 낮은 1070~1080℃ 사이의 분위기에서 용융된 은을 구리선에 미세하게 도포하여 자연스럽게 코팅될 수 있도록 한다. 44 AWG (0.050mm)와이어의 경우 용융된 은을 통과한 와이어가 5초 동안 30rpm으로 회전하면서 냉각됨으로써 약 20μm의 두께로 코팅이 구현된다.

구리 와이어에 은을 코팅하고 절연 코팅한 와이어의 구조는 도 1과 같다. 도 1과 같은 방법으로 제작된 은 코팅 와이어 여러 가닥을 도 2와 같이 구성하여 하나의 다발로 만들고 한쪽 방향으로 꼬아주거나 회전 직조하여 리츠 와이어를 제조한다. 한쪽 방향으로 꼬아주는 회전수는 은 코팅 와이어의 굵기와 하나의 다발을 구성하는 와이어의 가닥 수에 따라 달라지는데, 44 AWG 기준 50가닥의 와이어로 구성된 하나의 다발에 대하여 단위 Cm 당 1회전이 가능하도록 꼬아준다.

다음의 표 2는 와이어의 규격당 사용되는 최적의 다발수와 턴수에 대한 실험 데이터이다.

규격(AWG)	다발 수	턴수(㎝당)
39	10	0.83
40	12	0.85
41	14	0.88
42	27	0.91
43	35	0.95
44	50	1
45	80	1.1
46	106	1.26

그리고 다음의 표 3은 44AWG 와이어 50 다발에 대한 턴수 변화에 따른 인덕턴스 변화율 데이터이다.

턴수(㎝당)	0.80	0.85	0.90	0.95	1.00	1.05	1.10	1.15	1.20
인덕턴스 변화율(%, 1KHz 대비; 100 KHz 동작)	3.53	2.86	2.24	1.69	1.24	1.27	1.35	1.42	1.43

이와 같이 제조된 은 코팅 리츠 와이어 자체의 사업화 뿐 아니라 은 코팅 리츠 와이어는 다양한 전력 및 전기 신호 전송용 부품의 제작에 활용 가능하다.

고성능의 고효율이 필요로 한 다양한 전기 전자 제품에 필수적으로 사용되는 트랜스포머를 MHz 대역의 고주파 환경에서 높은 효율을 보일 수 있는 트랜스포머를 자체 생산하여 사업화하며, LED 전용 SMPS 및 의료용 트랜스포머, 고품질의 음향 기기등에 사용가능한 전력 부품으로 활용한다.

Claims (3)

1. a) 용융된 은 용액에 75~95㎛의 구리선을 1,070~1,080℃ 사이의 온도에서 침지하여 구리 와이어를 도포하는 단계;
   b) 용융된 은 용액을 통과한 구리 와이어를 35~120 rpm으로 회전시켜 상온에서 냉각함으로써 구리 75~95㎛에 대하여 은을 5~25 ㎛의 두께로 코팅하는 단계;
   c) 구리와 은의 결합 강도를 높이기 위하여 일정온도에서 일정시간 동안 열처리함과 동시에 폴리비닐아세탈 페놀릭, 폴리우레탄/나일론, 폴리에스테르 나일론, 폴리에스테르-200 폴리아마이드-ML, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택된 절연재로 절연코팅을 수행하는 단계;
   d) 유리 섬유, 다크론글라스, 폴리에스테르-200, 폴리에스테르 A/I 탑코트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리아마이드-ML 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택된 절연재로 2차 절연코팅을 수행하는 단계; 및
   e)상기 코팅 와이어를 10~110 가닥을 한 다발로 구성하고, ㎝당 0.83~1.26 회전이 되도록 일방향으로 꼬아주거나 회전 직조하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 고주파용 트랜스포머 제조를 위한 은 코팅 표면 확장 나선 와이어 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, c) 단계에서 상기 절연재는 폴리비닐아세탈 페놀릭, 폴리우레탄/나일론, 폴리에스테르 나일론, 폴리에스테르-200, 폴리아마이드-ML가 일정 혼합비로 이루어진 것인 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 d) 단계에서 상기 절연재는 유리 섬유, 다크론글라스, 폴리에스테르-200, 폴리에스테르 A/I 탑코트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리아마이드-ML이 일정 혼합비로 이루어진 것인 방법.

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