KR20170127034A - 복합 절연부재 및 그의 제조방법, 복합 절연부재를 구비한 전기장치 - Google Patents

복합 절연부재 및 그의 제조방법, 복합 절연부재를 구비한 전기장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복합 절연부재 및 그의 제조방법, 복합 절연부재를 구비한 전기장치에 관한 것이다. 본 발명의 복합 절연부재는, 전기 절연 부재로 형성되고 충전공간을 구비한 제1절연부재; 및 전기 절연 부재로 형성되고 상기 제1절연부재에 비해 높은 열전달성능을 구비하고 상기 충전공간에 충전되는 제2절연부재;를 구비하여 구성된다. 이에 의해, 도체를 절연함과 아울러 도체의 방열을 촉진시킬 수 있다.

Description

복합 절연부재 및 그의 제조방법, 복합 절연부재를 구비한 전기장치
본 발명은, 복합 절연부재 및 그의 제조방법, 복합 절연부재를 구비한 전기장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 절연성능을 유지하면서 방열성능을 제고시킬 수 있도록 한 복합 절연부재 및 그의 제조방법, 복합 절연부재를 구비한 전기장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 전기를 동력원으로 이용하는 전기기계, 전기기기 또는 전기장치(이하, "전기장치"로 표기함)는 전원이 공급될 수 있게 전기도체 및 상기 전기도체의 절연을 위한 절연부재가 구비된다.
예를 들면 도 1에 도시된 바와 같이, 전동기의 스테이터(10)는, 슬롯(22)을 구비한 스테이터코어(20) 및 상기 슬롯(22)에 권선되는 스테이터코일(25)을 구비한다.
상기 스테이터코어(20)의 슬롯(22)의 내부에는 절연지 또는 절연부재(40)(이하, '절연부재(40)'로 표기함)를 개재하여 스테이터코일(25)이 삽입된다.
상기 절연부재(40)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 슬롯(22)의 내부에 용이하게 삽입될 수 있게 "U"형상으로 절곡 성형된다.
상기 절연부재(40)는 상기 각 슬롯(22)의 양 단부에 각각 삽입된다.
상기 각 절연부재(40)는, 양 측면부(42) 및 상기 양 측면부(42)를 연결하는 연결부(44)를 구비한다.
상기 절연부재(40)는, 통상 모재(절연재)를 상기 양 측면부(42) 및 연결부(44)를 절곡 성형할 수 있는 직사각 형상의 크기로 절단한 후, 상기 양 측면부(42)와 상기 연결부(44) 사이의 절곡선을 따라 절곡 성형하여 제작된다.
그런데, 이러한 종래의 절연부재(40)를 구비한 전기장치에 있어서는, 상기 절연부재(40)의 열전도율이 상대적으로 낮기 때문에 운전 중 상기 스테이터코일(25)에서 발생한 열이 상기 절연부재(40)를 신속하게 통과하지 못하고, 이에 기인하여 상기 절연부재(40)의 내측, 즉 상기 스테이터코일(25)의 온도가 상승하게 된다.
상기 스테이터코일(25)의 온도가 상승하게 되면, 전기저항이 증가하게 되어 상기 전기장치(전동기)의 출력이 저하하게 된다.
또한, 상기 스테이터코일(25)의 고온에 의해 상기 전기장치의 강제 열화가 촉진되어 상기 전기장치의 수명이 단축된다.
이러한 점을 고려하여 일부에서는 실리콘수지를 절연부재(40)의 양 면에 도포하는 방법이 고안되어 있으나, 절연부재(40)의 열전도율이 낮기 때문에 열전달성능을 제고시키는데 한계가 있다.
또한, 일부에서는 실리콘수지를 이용한 절연방법을 제안하고 있으나, 상기 실리콘수지는 재질의 특성상 형상유지강도가 미흡하여 통상의 절연부재(40)(예를 들면 "노맥스" 절연지)와 같은 절곡 성형은 할 수 없기 때문에 실제로 제품에 적용하여 사용하기에는 무리가 있다고 하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은, 도체를 절연함과 아울러 도체의 방열을 촉진시킬 수 있는 복합 절연부재 및 그의 제조방법, 복합 절연부재를 구비한 전기장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 절곡 성형이 가능하여 제작 및 조립을 용이하게 할 수 있는 복합 절연부재 및 그의 제조방법, 복합 절연부재를 구비한 전기장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 도체 간 열전달을 촉진하여 국부 온도 상승을 억제할 수 있는 복합 절연부재 및 그의 제조방법, 복합 절연부재를 구비한 전기장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 전기 절연 부재로 형성되고 충전공간을 구비한 제1절연부재; 및 전기 절연 부재로 형성되고 상기 제1절연부재에 비해 높은 열전달성능을 구비하고 상기 충전공간에 충전되는 제2절연부재;를 포함하는 복합 절연부재를 제공한다.
실시예에 있어서, 상기 제1절연부재는, 직물(woven fabrics), 그물(net) 및 다공질(porous) 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 충전공간은 상기 제1절연부재를 관통하여 형성된 복수의 관통부의 내부에 각각 형성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제1절연부재는, 절곡 성형이 가능한 형상유지강도를 구비하게 구성될 수 있다.
상기 제1절연부재는 아라미드섬유로 구성될 수 있다.
상기 제2절연부재는 실리콘수지로 구성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제1절연부재는, 서로 이격된 제1절연면, 제2절연면 및 상기 제1절연면 및 제2절연면을 연결시키는 연결절연면을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제1절연면, 제2절연면 및 상기 연결절연면의 전체 제1절연부재의 면적에 대한 상기 제2절연부재의 전체 면적의 비는 동일하게 구성될 수 있다.
상기 연결절연면은 상기 제1절연면 및 제2절연면에 비해 상기 제1절연부재의 전체 면적에 대한 상기 제2절연부재의 전체 면적의 비가 더 크게 형성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 관통부는 원형 또는 다각형 형상으로 형성될 수 있다.
상기 관통부의 내경 또는 내폭은 10 ㎛ 내지 1.1 ㎜ 로 구성될 수 있다.
상기 제1절연부재 및 제2절연부재의 최대 두께는 0.01 내지 5 ㎜ 로 구성될 수 있다.
상기 제1절연부재의 전체 면적에 대한 상기 제2절연부재의 전체 면적의 비는 0.1 내지 0.6으로 구성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 관통부는, 상기 관통부에 대응되게 미리 설정된 길이와 동일한 이격거리를 구비하여 그 중심의 연결선이 정사각형 또는 정삼각형을 이루게 배치될 수 있다.
상기 관통부는 원형으로 형성되며, 상기 관통부의 이격거리는 상기 관통부의 내경과 동일하게 설정될 수 있다.
상기 관통부는 원형으로 형성되며, 상기 관통부의 이격거리는 상기 관통부의 내경의 절반으로 설정될 수 있다.
상기 제1절연부재의 양 측 표면 중 적어도 어느 하나에는 상기 제2절연부재로 도포되는 도포층이 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 충전공간을 구비한 제1절연부재를 마련하는 단계; 및 상기 제1절연부재와 다른 열전달성능을 가지는 제2절연부재를 상기 충전공간에 충전하는 단계;를 포함하는 복합 절연부재의 제조방법이 제공된다.
실시예에 있어서, 상기 제1절연부재를 마련하는 단계는, 상기 제1절연부재를 관통하여 내부에 상기 충전공간이 각각 형성되는 복수의 관통부를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제1절연부재를 관통하여 복수의 관통부를 형성하는 단계에서, 상기 복수의 관통부는 레이저 가공에 의해 형성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제2절연부재를 상기 복수의 관통부의 내부에 삽입하는 단계 후, 상기 제1절연부재의 양 표면 중 적어도 어느 하나에 상기 제2절연부재를 도포하여 도포층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 분야에 따르면, 복수의 슬롯을 구비한 코어; 상기 슬롯의 내부에 삽입되는 도체; 상기 코어와 상기 도체의 절연을 위해 상기 슬롯과 상기 도체의 사이에 삽입되는 상기 복합 절연부재;를 포함하는 전기장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 분야에 따르면, 서로 이격 배치되는 복수의 도체; 및 상기 서로 이격된 도체 사이에 삽입되어 상기 도체 간을 절연시킴과 아울러 도체간 열전달을 촉진시키는 상기 복합 절연부재;를 포함하는 전기장치가 제공된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기 절연 부재로 형성되고 충전공간을 구비한 제1절연부재 및 전기 절연 부재로 형성되고 제1절연부재에 비해 높은 열전달성능을 구비하여 상기 충전공간에 충전되는 제2절연부재를 구비함으로써, 도체를 절연함과 아울러 도체의 방열을 촉진시킬 수 있다.
또한, 제1절연부재와 상기 제1절연부재에 비하여 열전달이 우수한 제2절연부재를 상기 제1절연부재를 관통되도록 배치함으로써, 도체를 절연함과 아울러 도체의 방열을 촉진시킬 수 있다.
또한, 제1절연부재는 절곡성형이 가능한 형상유지강도를 구비하도록 함으로써, 절곡 성형이 가능하여 제작 및 조립을 용이하게 할 수 있다.
또한, 절곡 성형이 가능한 형상유지강도를 가지며 관통부를 구비한 제1절연부재 및 상기 제1절연부재에 비해 열전달이 우수하고 상기 관통부에 삽입되는 제2절연부재를 구비함으로써, 도체 간 절연이 가능함과 아울러 도체 간 열전달을 촉진시킴으로써 일부 도체의 온도가 과도하게 상승하는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 종래 전기장치의 절연부재의 사용상태를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 절연부재의 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 절연부재를 구비한 전기장치의 단면도,
도 4는 도 3의 스테이터코어의 요부확대도,
도 5는 도 4의 복합 절연부재의 사시도,
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선에 따른 단면도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 절연부재의 도 6에 대응되는 단면도,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 절연부재의 도 6에 대응되는 단면도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 절연부재의 사시도,
도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ선에 따른 단면도,
도 11은 도 9의 전개도,
도 12는 도 4의 복합 절연부재의 변형례,
도 13 내지 도 16은 각각 본 발명의 각 실시예에 따른 복합 절연부재의 제1절연부재의 관통부의 패턴을 설명하기 위한 도면,
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 절연부재의 단면도,
도 18은 도 3의 복합 절연부재의 작용을 설명하기 위한 도면,
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 절연부재의 제조방법을 설명하기 위한 도면,
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 절연부재의 제조방법을 설명하기 위한 도면,
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 절연부재를 구비한 전기장치의 요부단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명은, 절연성능을 구비하면서 도체의 냉각을 촉진시킬 수 있는 방열성능을 구비한 복합 절연부재 및 그의 제조방법, 복합 절연부재를 구비한 전기장치에 관한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 절연부재를 구비한 전기장치의 단면도이고, 도 4는 도 3의 스테이터코어의 요부확대도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 절연부재를 구비한 전기장치(100)는, 복수의 슬롯(133,163)을 구비한 코어(131,161); 상기 슬롯(133,163)의 내부에 삽입되는 도체(145,175); 상기 코어(131,161)와 상기 도체(145,175)의 절연을 위해 상기 슬롯(133,163)과 상기 도체(145,175)의 사이에 삽입되는 복합 절연부재(210);를 구비하여 구성될 수 있다.
본 실시예의 전기장치(100)는, 예를 들면, 스테이터(130); 상기 스테이터(130)에 대해 상대 운동 가능한 로터(160);를 구비한 전동기로 구현될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 로터(160)가 상기 스테이터(130)에 대해 회전 운동하게 구성된 전기장치를 예시하고 있으나, 이는 예시에 불과하며 로터(미도시)는 스테이터(미도시)에 대해 왕복 슬라이딩 가능하게 구성될 수도 있다.
상기 스테이터(130)는 프레임(110)의 내부에 구비될 수 있다.
상기 프레임(110)은, 예를 들면, 양 측이 개방된 원통 형상을 구비할 수 있다.
상기 프레임(110)의 양 단부에는 브래킷(115)이 각각 구비될 수 있다.
상기 스테이터(130)는, 예를 들면, 복수의 슬롯(133)을 구비한 스테이터코어(131); 및 상기 스테이터코어(131)의 슬롯(133)에 권선되는 스테이터코일(141);을 구비할 수 있다.
상기 스테이터코일(141)은 상기 스테이터코어(131)의 반경방향을 따라 이격된 복수의 도체(145)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 스테이터코일(141)의 각 도체(145)는, 예를 들면, 사각형 단면 형상을 구비할 수 있다.
상기 스테이터코어(131)의 중앙에는, 예를 들면, 상기 로터(160)가 회전 가능하게 수용될 수 있다.
상기 로터(160)는, 예를 들면, 복수의 슬롯(163)을 구비한 로터코어(161); 및 상기 로터코어(161)의 슬롯(163)에 권선되는 로터코일(171);을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 로터코일(171)은, 예를 들면, 상기 로터코어(161)의 반경방향을 따라 이격된 복수의 도체(175)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 로터코어(161)는 회전축(180)을 중심으로 회전될 수 있다.
상기 회전축(180)은, 예를 들면, 양 측이 회전 가능하게 지지될 수 있다.
상기 회전축(180)의 양 단부에는 베어링(117)이 각각 구비될 수 있다.
상기 베어링(117)은 상기 브래킷(115)에 각각 결합될 수 있다.
상기 회전축(180)은, 예를 들면, 축방향으로 관통된 중공부(182)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 회전축(180)에는 상기 로터코일(171)에 전원을 공급하는 전원공급부(190)가 구비될 수 있다.
상기 전원공급부(190)는, 예를 들면, 상기 회전축(180)에 회전 가능하게 결합되는 슬립링(slip ring)(192) 및 상기 슬립링(192)에 통전 가능하게 접촉되는 브러시(194)를 구비하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 스테이터코어(131)의 슬롯(133) 및 상기 로터코어(161)의 슬롯(163)의 내부에는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 절연부재(210)가 각각 구비될 수 있다.
본 실시예에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 절연부재(210)가 상기 스테이터(130) 및 로터(160)에 모두 구비된 경우를 예시하고 있으나, 상기 복합 절연부재(210)가 상기 스테이터(130)에만 구비될 수도 있다.
상기 스테이터(130) 및 로터(160)에 각각 구비되는 복합 절연부재(210)는 기본적인 구성이 서로 동일하므로, 이하에서는 상기 스테이터코어(131)에 구비된 복합 절연부재(210)를 예를 들어 설명하기로 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 스테이터코어(131)의 슬롯(133)의 내부에는 스테이터코일(141)이 삽입될 수 있다.
상기 스테이터코어(131)의 슬롯(133)의 내부에는 상기 스테이터코어(131)와 상기 스테이터코일(141)의 절연을 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 절연부재(210)가 삽입될 수 있다.
본 실시예의 복합 절연부재(210)는, 예를 들면, "U" 형상을 구비할 수 있다.
상기 복합 절연부재(210)는, 예를 들면 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 이격된 제1절연면(221), 제2절연면(222) 및 상기 제1절연면(221) 및 제2절연면(222)을 연결시키는 연결절연면(223)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제1절연면(221)과 상기 연결절연면(223), 상기 제2절연면(222)과 상기 연결절연면(223) 사이에는 절곡을 위한 절곡선(224)이 각각 형성될 수 있다.
상기 복합 절연부재(210)는, 예를 들면, 상기 스테이터코어(131)의 슬롯의 양 단부에 각각 구비되는 제1복합절연부재(211a) 및 제2복합절연부재(211b)를 구비할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1복합절연부재(211a) 및 제2복합절연부재(211b)는 서로 다른 크기를 구비한 경우를 예시하고 있으나, 이는 예시에 불과하며, 상기 제1복합절연부재 및 제2복합절연부재는 서로 동일한 크기를 구비하게 구성될 수도 있다.
상기 복합 절연부재(210)는, 예를 들면, 전기 절연 부재로 형성되고 충전공간을 구비한 제1절연부재(220); 및 전기 절연 부재로 형성되고 상기 제1절연부재(220)에 비해 높은 열전달성능을 구비하고 상기 충전공간에 충전되는 제2절연부재(230);를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제1절연부재(220)는, 예를 들면, 아라미드 섬유(aramid fiber)로 구현될 수 있다.
상기 제1절연부재(220)는, 예를 들면, 소위 "노맥스(Nomax)"로 구현될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1절연부재(220)를 노맥스라고 하는 아라이드 섬유(aramid fiber)로 된 절연부재를 예시하고 있지만, 이는 예시에 불과하고, 상기 제1절연부재(220)는, 피이티(PET), 피이엔(PEN) 등의 폴리에스터(polyester), 폴리카보네이트(polycarbonate), 마이카 시트(MICA Sheet), 폴리이미드(polyimide) 등 전기적 절연 성능 및 기계적 성능을 구비한 재질이면 가능하다.
여기서, 상기 제1절연부재(220)가 구비하여야 하는 기계적 성능이란 미리 설정된 형상으로 절곡 성형시 절곡 후의 형상을 유지할 수 있는 정도의 형상유지강도를 구비하는 것을 의미한다.
상기 제2절연부재(230)는, 예를 들면, 실리콘수지(silicone)로 구성될 수 있다.
상기 제1절연부재(220)는, 예를 들면 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제2절연부재(230)가 충전되는 충전공간을 형성할 수 있게 그물(망상, net, mesh) 구조를 구비하게 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1절연부재(220)는, 미세한 직경의 와이어 형상을 구비한 제1와이어(220a) 및 상기 제1와이어(220a)와 교차하는 제2와이어(220b)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제1절연부재(220)로 형성되는 제1와이어(220a)들 및 제2와이어(220b)들은 각각 미리 설정된 간격으로 이격될 수 있다.
이에 의해, 상기 제1절연부재(220)의 제1와이어(220a) 및 제2와이어(220b)들 사이에는 상기 제2절연부재(230)의 충전공간이 각각 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1절연부재(220)는, 예를 들면 도 7에 도시된 바와 같이, 내부에 다수의 기공(다공)(220d)이 구비된 다공질의 바디(220c)를 구비하게 구성될 수 있다.
상기 다수의 기공(다공)(220d)들은 내부에 상기 제2절연부재(230)가 충전 가능하게 형성될 수 있다.
상기 다수의 기공(220d)들은 상기 바디(220c)의 양 표면 중 적어도 일 표면과 연통되게 형성될 수 있다.
이에 의해, 상기 제2절연부재(230가 상기 기공(220d)의 내부에 용이하게 충전될 수 있다.
다른 실시예로서, 상기 제1절연부재(220)는, 예를 들면 도 8에 도시된 바와 같이, 미리 설정된 굵기로 형성되어 서로 아래 위로 교차하는 제1사(220e) 및 제2사(220f)를 구비하여 섬유의 직물(woven fabrics) 구조를 구비하게 구성될 수 있다.
상기 제1절연부재(220)로 형성된 제1사(220e)들 및 제2사(220f)들은 미리 설정된 간격으로 배치되어 상기 제1사(220e)들 및 제2사(220f)들 사이에는 상기 제2절연부재(230)의 충전간격이 형성될 수 있다.
한편, 상기 복합 절연부재(210)는, 예를 들면 도 10에 도시된 바와 같이, 복수의 관통부(225)가 구비된 제1절연부재(220); 및 상기 제1절연부재(220)에 비해 우수한 열전달성능을 구비하고 상기 관통부(225)의 내부에 삽입되는 제2절연부재(230);를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제1절연부재(220)는, 예를 들면, 아라미드 섬유(aramid fiber)로 구현될 수 있다.
상기 제2절연부재(230)는, 예를 들면, 실리콘수지(silicone)로 구성될 수 있다.
상기 제1절연부재(220) 및 제2절연부재(230)는, 예를 들면, 0.01 내지 5 ㎜ 의 두께를 구비하게 구성될 수 있다.
한편, 상기 복합 절연부재(210)의 제1절연부재(220)에는 미리 설정된 패턴으로 관통부(225)가 형성될 수 있다.
상기 관통부(225)는, 예를 들면, 원형으로 형성될 수 있다.
상기 관통부(225)는, 다각형 형상, 예를 들면, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 형상 등으로 형성될 수 있다.
상기 관통부(225)는, 예를 들면, 10 ㎛ 내지 1.1 ㎜ 의 내경 또는 내폭을 구비할 수 있다.
여기서, 상기 관통부(225)가 다각형 형상을 구비하는 경우 상기 내폭은, 예를 들면, 내접원의 직경일 수 있다.
상기 복합 절연부재(210)의 관통부(225)는, 예를 들면, 상기 관통부(225)에 대응되게 미리 설정된 길이와 동일한 이격거리를 구비하여 각 관통부(225)의 중심의 연결선이 정사각형 또는 정삼각형을 이루게 배치될 수 있다.
보다 구체적으로 예를 들면, 각 관통부(225)의 이격거리는 상기 관통부(225)의 내경(D) 또는 내폭의 30% 내지 100% 로 설정될 수 있다.
상기 복합 절연부재(210)의 관통부(225)는, 예를 들면, 상기 제1절연부재(220)의 전체 면적(S1)에 대한 상기 제2절연부재(230)의 전체 면적(S2)의 비(FF: Fill Factor)(S2/S1)가 0.1 내지 0.6이 되게 구성될 수 있다.
상기 복합 절연부재(210)는, 예를 들면 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1절연면(221) 및 제2절연면(222)의 관통부(225)는 동일한 패턴으로 형성되고, 상기 연결절연면(223)의 관통부(225)의 패턴은 상기 제1절연면(221) 및 제2절연면(222)과 다른 패턴으로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 연결절연면(223)은 상기 제1절연면(221) 및 제2절연면(222)에 비해 상기 제1절연부재(220)의 전체 면적(S1)에 대한 제2절연부재(230)의 전체 면적(S2)의 비(FF)(S2/S1)가 더 크게 형성될 수 있다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 연결절연면(223), 상기 제1절연면(221) 및 제2절연면(222)은 제1절연부재(220)의 전체 면적(S1)에 대한 제2절연부재(230)의 전체 면적(S2)의 비(FF)(S2/S1)가 동일하게(동일한 패턴을 구비하게) 복합 절연부재(210)가 구성될 수도 있다.
한편, 도 13 내지 도 16은 각각 본 발명의 각 실시예에 따른 복합 절연부재(210)의 제1절연부재(220)의 관통부(225)의 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 상기 관통부(225)는 원형으로 형성되며, 상기 관통부(225)의 이격거리(D)는, 상기 관통부(225)의 직경(D)과 동일한 이격거리를 구비하되, 상기 관통부(225)의 각 중심을 연결한 연결선이 정사각형을 이루게 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 제1절연부재(220)의 전체 면적에 대한 상기 제2절연부재(230)의 전체 면적의 비(FF)는
Figure pct00001
일 수 있다.
또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 관통부(225)는 원형으로 형성되고, 상기 관통부(225)의 이격거리는, 상기 관통부(225)의 직경(D)의 절반(D/2)과 동일한 이격거리(D/2)를 구비하고, 상기 관통부(225)의 각 중심을 연결한 연결선이 정사각형을 이루게 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 제1절연부재(220)의 전체 면적에 대한 상기 제2절연부재(230)의 전체 면적의 비(FF)는
Figure pct00002
일 수 있다.
또한, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 관통부(225)는 원형으로 형성되고, 상기 관통부(225)의 이격거리는, 상기 관통부(225)의 직경(D)과 동일한 이격거리(D)를 구비하고, 상기 관통부(225)의 각 중심을 연결한 연결선이 정삼각형을 이루게 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 제1절연부재(220)의 전체 면적에 대한 상기 제2절연부재(230)의 전체 면적의 비(FF)는
Figure pct00003
일 수 있다.
또한, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 관통부(225)는 원형으로 형성되고, 상기 관통부(225)의 이격거리는, 상기 관통부(225)의 직경(D)의 절반(D/2)과 동일한 이격거리(D/2)를 구비하고, 상기 관통부(225)의 각 중심을 연결한 연결선이 정삼각형을 이루게 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 제1절연부재(220)의 전체 면적에 대한 상기 제2절연부재(230)의 전체 면적의 비(FF)는
Figure pct00004
일 수 있다.
한편, 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 절연부재의 단면도이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 복합 절연부재(210)는, 복수의 관통부(225)를 구비한 제1절연부재(220); 상기 제1절연부재(220)에 비해 우수한 열전달성능을 구비하여 상기 관통부(225)에 삽입되는 제2절연부재(230) 및 상기 제1절연부재(220)의 양 표면 중 어느 하나에 상기 제2절연부재(230)로 도포되는 도포층(240)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 각 관통부(225)에 삽입된 제2절연부재(230)는 상기 도포층(240)과 일체로 연결될 수 있다.
이에 의해, 상기 각 관통부(225)에 삽입된 제2절연부재(230)가 각 관통부(225)로부터 이탈되는 것이 억제될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1절연부재(220)의 양 표면에 상기 도포층(240)이 형성되는 경우를 예시하고 있으나, 상기 제1절연부재(220)의 양 판면 중 어느 일면에 형성될 수도 있다.
상기 복합 절연부재(210)의 두께는 0.01 내지 5㎜ 로 형성될 수 있다.
도 13 내지 도 16과 관련하여 전술한 실시예에서는, 각 관통부(225)가 원형으로 형성된 경우를 예시하고 있으나, 상기 각 원형의 관통부(225)에 내접 또는 외접하는 다각형 형상으로 구성될 수 있음은 물론이다.
이러한 구성에 의하면, 본 실시예의 전기장치(100)의 운전이 개시되어 상기 스테이터코일(141) 및 로터코일(171)에 각각 전원이 공급되면, 상기 로터(160)는 상기 회전축(180)을 중심으로 회전될 수 있다.
상기 각 스테이터코어(131)의 슬롯(133)의 내부의 스테이터코일(141)에 전원이 인가되면 전기저항에 의해 발열이 되고, 상기 스테이터코일(141)은 온도가 상승된다.
상기 스테이터코일(141)에서 발생된 열은, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 제1절연부재(220) 및 제2절연부재(230)를 통해 상기 스테이터코어(131)로 전달될 수 있다.
이때, 상대적으로 열전달(성능)이 우수한 제2절연부재(230)는 상기 제1절연부재(220)에 비해 상기 스테이터코일(141)에서 발생한 열의 외부 전달을 촉진하여 상기 스테이터코일(141)의 방열을 촉진시킬 수 있다.
이에 의해, 상기 스테이터코일(141)의 과도한 온도 상승이 억제될 수 있다.
본 실시예의 전기장치(100)는, 스테이터코일(141) 및 로터코일(171)에서 각각 발생한 열을 상기 복합 절연부재(210)에 의해 상기 스테이터코어(131) 및 로터코어(161)로 각각 신속하게 전달되도록 함으로써, 상기 스테이터코일(141) 및 로터코일(171)의 온도가 과도하게 상승하는 것을 억제할 수 있다.
이에 의해, 상기 스테이터코일(141) 및 로터코일(171)의 과도한 온도상승에 기인한 출력저하를 억제할 수 있다.
또한, 상기 스테이터코일(141) 및 로터코일(171)이 상대적으로 낮은 온도에서 운전되므로 고온에 의한 강제 열화가 억제될 수 있어 전기장치(100)의 수명이 연장될 수 있다.
이하, 상기와 같은 구성을 구비한 복합 절연부재(210)의 제조방법에 대하여 설명한다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 절연부재(210)의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 절연부재의 제조방법은, 충전공간을 구비한 제1절연부재를 마련하는 단계(S110); 및 상기 제1절연부재에 비해 높은 열전달성능을 가지는 제2절연부재를 상기 충전공간에 충전하는 단계(S130);를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제1절연부재(220)는, 예를 들면, 절곡성형이 가능한 정도의 형상유지강도를 가지는 절연부재로 구현될 수 있다.
상기 제1절연부재(220)는, 예를 들면, 아라미드 섬유로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제1절연부재(220)는, 상기 제2절연부재(230)가 충전되는 충전공간이 형성될 수 있게 직물(woven fabrics), 그물(net) 및 다공질(porous) 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1절연부재(220)는 아라미드 섬유를 상기 제1절연면(221), 제2절연면(222) 및 연결절연면(223)을 형성할 수 있는 크기의 직사각 형상으로 절단하여 형성될 수 있다.
상기 제2절연부재(230)는, 예를 들면, 상기 제1절연부재(220)에 비해 높은 열전달성능을 구비한 실리콘수지로 구성될 수 있다.
다른 실시예로서, 도 20에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 복합 절연부재(210)의 제조방법은, 제1절연부재(220)를 마련하는 단계(S110); 상기 제1절연부재(220)를 관통하여 복수의 관통부(225)를 형성하는 단계(S120); 및 상기 제1절연부재(220)에 비해 우수한 열전달성능을 구비하는 제2절연부재(230)를 상기 복수의 관통부(225)의 내부에 삽입하는 단계(S130);를 구비할 수 있다.
상기 제1절연부재(220)는, 예를 들면, 절곡성형이 가능한 정도의 형상유지강도를 가지는 절연부재로 구현될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1절연부재(220)는 아라미드 섬유를 상기 제1절연면(221), 제2절연면(222) 및 연결절연면(223)을 형성할 수 있는 크기의 직사각 형상으로 절단하여 형성될 수 있다.
상기 제1절연부재(220)가 마련되면 상기 제1절연부재(220)를 천공하여 복수의 관통부(225)를 형성할 수 있다.
여기서, 상기 관통부(225)는, 예를 들면, 레이저 가공에 의해 형성될 수 있다.
상기 관통부(225)의 내부에 상기 제2절연부재(230)를 삽입(충전)할 수 있다(S130).
상기 제2절연부재(230)는, 예를 들면, 상기 제1절연부재(220)에 비해 열전달성능이 우수한 실리콘 수지로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 관통부(225)의 내부에 상기 제2절연부재(230)의 충전(S130) 단계에서, 상기 제1절연부재(220)의 양 표면 중 적어도 어느 하나에 상기 제2절연부재(230)를 도포하여 도포층(240)을 형성할 수 있다(S135).
상기 관통부(225)에 상기 제2절연부재(230)의 충전이 완료되면(S130), 각 절곡선(224)을 따라 절곡하여 상기 제1절연면(221), 제2절연면(222), 및 연결절연면(223)이 서로 절곡되게 할 수 있다(S140).
상기 복합 절연부재(210)의 절곡이 완료되면(S140), 예를 들면, 상기 스테이터코어(131)의 슬롯(133) 및/또는 상기 로터코어(161)의 슬롯(163)의 내부에 절곡된 복합 절연부재(210)를 각각 삽입할 수 있다(S150).
상기 슬롯(133,163)의 내부에 삽입된 복합 절연부재(210)의 내측에는 상기 전기장치(100)의 도체(145,175)(예를 들면, 스테이터코일(141) 및 상기 로터코일(161))가 삽입될 수 있다.
이때, 본 실시예의 복합 절연부재(210)는 절곡성형이 가능한 형상유지강도를 가지는 제1절연부재(220)를 구비함으로써, 절곡 후 미리 설계된 형상을 유지할 수 있어 도체(145,175)의 삽입 작업이 용이하게 될 수 있다.
또한, 상기 제1절연부재(220)에 비해 열전달(성능)이 우수한 제2절연부재(230)가 상기 제1절연부재(220)의 각 관통부(225)에 삽입됨으로써 도체(145,175)의 열전달이 촉진되어 도체(145,175)의 과도한 온도상승이 억제될 수 있다.
한편, 도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 절연부재(210)를 구비한 전기장치(260)의 요부단면도이다.
도 21에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 복합 절연부재(210)를 구비한 전기장치(260)는, 서로 이격 배치되는 복수의 도체(286,286); 및 상기 서로 이격된 도체(286,296) 사이에 삽입되어 상기 도체(286,296) 간을 절연시킴과 아울러 도체(286,296)간 열전달을 촉진시키는 복합 절연부재(210);를 구비하여 구성될 수 있다.
본 실시예의 전기장치(260)는, 예를 들면, 철심 또는 코어(270)(이하, '코어(270)'로 표기함)와, 상기 코어(270)의 둘레에 권선되는 1차코일(280) 및 상기 1차코일(280)과 미리 설정된 권선비를 가지고 권선되는 2차코일(290)을 구비한 변압기로 구현될 수 있다.
본 실시예에서, 코어(270)의 축방향을 따라 1차코일(280) 및 2차코일(290)이 서로 이격된 경우를 예시하고 있으나, 이는 예시에 불과하며 상기 1차코일(280) 및 2차코일(290)은 상기 코어(270)의 반경방향을 따라 이격되게 구성될 수도 있다.
상기 1차코일(280) 및 2차코일(290)은 상기 코어(270)의 둘레에 반경방향을 따라 권선되는 복수의 권선층(285,295)을 각각 구비할 수 있다.
상기 각 권선층(285,295)은, 상기 코어(270)의 길이방향을 따라 이격된 복수의 도체(286,296)를 구비할 수 있다.
상기 1차코일(280) 및 2차코일(290)의 각 권선층(285,295)의 사이에는 층간절연을 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 절연부재(210)가 각각 구비될 수 있다.
상기 복합 절연부재(210)는, 복수의 관통부(225)를 구비한 제1절연부재(220) 및 상기 제1절연부재(220)에 비해 우수한 열전달성능을 구비하고 상기 관통부(225)에 삽입되는 제2절연부재(230)를 구비하여 구성될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 1차코일(280)에 전원이 인가되면 전자유도작용에 의해 상기 2차코일(290)에는 기전력이 유도될 수 있다.
상기 1차코일(280)의 도체(286) 및 상기 2차코일(290)의 도체(296)는 전기저항에 의하여 발열되어 온도가 상승될 수 있다.
이때, 상기 각 복합 절연부재(210)는 상기 각 권선층(285,295) 간을 절연할 뿐만 아니라 각 권선층(285,295)의 도체(286,296) 간 열전달을 촉진시킴으로써, 상기 코어(270) 또는 외곽으로부터 상대적으로 멀리 떨어져서 방열이 불리한 1차코일(280) 및/또는 2차코일(290)의 각 중앙영역의 권선층(285,295)의 각 도체(286,296)의 온도가 과도하게 상승하는 것을 현저하게 억제할 수 있다.
이에 의해, 본 실시예의 전기장치(260)는 고온에 의한 악영향 발생이 억제될 수 있고 사용수명이 연장될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 한다.
또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.

Claims (23)

  1. 전기 절연 부재로 형성되고 충전공간을 구비한 제1절연부재; 및
    전기 절연 부재로 형성되고 상기 제1절연부재에 비해 높은 열전달성능을 구비하고 상기 충전공간에 충전되는 제2절연부재;를 포함하는 복합 절연부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1절연부재는, 직물, 그물 및 다공질 구조 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 절연부재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충전공간은 상기 제1절연부재를 관통하여 형성된 복수의 관통부의 내부에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 절연부재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1절연부재는 아라미드섬유로 구성되는 것을 특징으로하는 복합 절연부재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1절연부재는, 절곡 성형이 가능한 형상유지강도를 구비한 것을 특징으로 하는 복합 절연부재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2절연부재는 실리콘수지인 것을 특징으로 하는 복합 절연부재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1절연부재는, 서로 이격된 제1절연면, 제2절연면 및 상기 제1절연면 및 제2절연면을 연결시키는 연결절연면을 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 절연부재.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1절연면, 제2절연면 및 상기 연결절연면의 전체 제1절연부재의 면적에 대한 상기 제2절연부재의 전체 면적의 비는 동일한 것을 특징으로 하는 복합 절연부재.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 연결절연면은 상기 제1절연면 및 제2절연면에 비해 상기 제1절연부재의 전체 면적에 대한 상기 제2절연부재의 전체 면적의 비가 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 절연부재.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 관통부는 원형 또는 다각형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 절연부재.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 관통부의 내경 또는 내폭은 10 ㎛ 내지 1.1 ㎜ 인 것을 특징으로 하는 복합 절연부재.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 제1절연부재 및 제2절연부재의 최대 두께는 0.01 내지 5 ㎜ 인 것을 특징으로 하는 복합 절연부재.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 제1절연부재의 전체 면적에 대한 상기 제2절연부재의 전체 면적의 비는 0.1 내지 0.6인 것을 특징으로 하는 복합 절연부재.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 관통부는, 상기 관통부에 대응되게 미리 설정된 길이와 동일한 이격거리를 구비하여 그 중심의 연결선이 정사각형 또는 정삼각형을 이루게 배치되는 것을 특징으로 하는 복합 절연부재.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 관통부는 원형으로 형성되며, 상기 관통부의 이격거리는 상기 관통부의 내경과 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는 복합 절연부재.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 관통부는 원형으로 형성되며, 상기 관통부의 이격거리는 상기 관통부의 내경의 절반으로 설정되는 것을 특징으로 하는 복합 절연부재.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1절연부재의 양 측 표면 중 적어도 어느 하나에는 상기 제2절연부재로 도포되는 도포층이 구비되는 것을 특징으로 하는 복합 절연부재.
  18. 충전공간을 구비한 제1절연부재를 마련하는 단계; 및
    상기 제1절연부재에 비해 높은 열전달성능을 가지는 제2절연부재를 상기 충전공간에 충전하는 단계;
    를 포함하는 복합 절연부재의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1절연부재를 마련하는 단계는, 상기 제1절연부재를 관통하여 내부에 상기 충전공간이 각각 형성되는 복수의 관통부를 형성하는 단계;를 포함하는 복합 절연부재의 제조방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1절연부재를 관통하여 복수의 관통부를 형성하는 단계에서, 상기 복수의 관통부는 레이저 가공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 절연부재의 제조방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제2절연부재를 상기 복수의 관통부의 내부에 삽입하는 단계 후, 상기 제1절연부재의 양 표면 중 적어도 어느 하나에 상기 제2절연부재를 도포하여 도포층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 복합 절연부재의 제조방법.
  22. 복수의 슬롯을 구비한 코어;
    상기 슬롯의 내부에 삽입되는 도체;
    상기 코어와 상기 도체의 절연을 위해 상기 슬롯과 상기 도체의 사이에 삽입되는 제1항의 복합 절연부재;를 포함하는 전기장치.
  23. 서로 이격 배치되는 복수의 도체; 및
    상기 서로 이격된 도체 사이에 삽입되어 상기 도체 간을 절연시킴과 아울러 도체간 열전달을 촉진시키는 제1항의 복합 절연부재;
    를 포함하는 전기장치.
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