KR20220065827A - 전력 변압기 조립체를 밀봉하기 위한 열전도성 화합물 및 전력 변압기 조립체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력 변압기 조립체를 밀봉하기 위한 열전도성 화합물, 및 전력 변압기 조립체에 관한 것이다. 상기 열전도성 화합물은 실리콘 수지 및 충진재들을 포함한다. 상기 충진재들은 적어도 제 1 충진재, 또는 주 충진재, 및 제 2 충진재를 포함한다. 상기 제 1 충진재는 미세하게 분리된 석영, 규암, 대리석, 모래 및/또는 탄산칼슘을 포함하는 천연 광물 충진재이다. 상기 제 2 충진재는 실리콘 수지의 선팽창 계수를 낮추고 열전도율을 증가시키는 주어진 양의 수산화알루미늄을 포함한다.
Description
본 발명은 전력 변압기 조립체를 밀봉 및 캡슐화하기 위한 열전도성 화합물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 열전도성 화합물을 포함하는 전력 변압기 조립체에 관한 것이다.
유연한 실리콘-기반 수지와 복수의 충진재들을 포함하는 열전도성 화합물은 작업 사이클들로 인해 높은 열 요구 사항에 및 1.4 W/mK 내지 2.6 W/mK의 열전도율에 노출될 수 있는 전력 변압기 및 전력 자기 구성요소들에 사용하기 위해 특별히 개발되었다.
일본특허 JP 4172113 B2는, 할로겐이 없는 난연제의 사용을 통해 난연 특성들을 부여함과 동시에 수분 및 전면 저항 및 거주 안정성에서 우수한 사출 성형 제품을 제공할 수 있는 난연성 수지 조성물을 개시한다. 이러한 수지 조성물은 열 및 습도 저항 특성, 유지 안정성에서 우수하여, 전선 코팅 재료들 및 성형 제품들, 예를 들어 커넥터들, 릴레이들, 스위치들, 케이스 부재들, 변압기 부재들, 코일 보빈들, 등과 같은 전기 및 전자 부분들을 위해 사용된다.
일본 특허 JP 3807139 B2는 더 높은 패키징 밀도 및 더 높은 집적도에 적합한 긴 수명 및 높은 내구성을 갖는 점화 코일과 같은 전기 및 전자 구성요소를 개시한다. 전자 구성요소는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지로 밀봉된다. 또한, 선팽창계수를 낮추고 열전도율을 높이기 위해, 일반적으로 실리카, 수산화 알루미늄과 같은 무기 충진재들이 첨가될 수 있다.
일본 특허출원 JP 2003163131 A는 수지가 코일 주위에 코팅된 수지 성형 코일의 제조 방법을 개시한다.
US 5021494, US 7566500 B1, US 6025435 A, US 20080111111 A1 및 US 2015376488 A1은 전자 패키징의 열 인터페이스 재료들과 같은 애플리케이션들에, 그리고 향상된 열 발산을 필요로 하는 변압기들, 전원 공급 장치들, 코일들 및 다른 전자 디바이스들을 위한 열전도성 화합물 재료로서 사용에 유용한 상이한 열전도성 실리콘 조성물들을 개시한다.
US 2003050419 A는 열전도성 실리콘 겔을 포함하는 회로를 캡슐화하는데 사용되는 높은 열전도성 스핀 캐스터블 화합물을 공개한다.
US 9074108은 전자 구성요소, 특히, 중합체 나노입자들로 이루어진 적어도 하나의 제 1 충진재가 분포되어 있는 지지 매트릭스로 구성된 구배 코일과 같은 대용량 코일를 보존(포팅(potting))하기에 적합한 포팅 화합물을 개시한다. 지지 매트릭스는 또한 난연제로 사용되는 적어도 하나의 제 2 충진재 및 무기 입자들을 포함하는 적어도 하나의 제 3 충진재를 포함한다. 무기 입자들은 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 중탄산칼슘마그네슘(CaMg(CO3)2), 이산화티타늄(TiO2), 합성 세라믹, 제올라이트, 백악, 활석(Mg3Si4O10(OH)2), 규회석(CaSiO3) 및/또는 순수 탄소-기반 입자들로 이루어질 수 있다.
인용된 알려진 솔루션들에도 불구하고, 증가된 열 분산을 갖고, 구성요소들의 무결성을 보존하는 밀봉된 변압기 조립체의 새로운 실시예들은 여전히 바람직하다. 이러한 전력 변압기 조립체 또는 기타 전자 구성요소들을 밀봉 및 캡슐화하기 위한 새로운 열전도성 화합물들이 또한 필요하다.
이를 위해, 본 발명은 제 1 양상에 따라 전력 변압기 조립체를 밀봉하기 위한 열전도성 화합물을 제공한다. 당업계에 공지된 열전도성 화합물은 적어도 제 1 충진재(또는 주 충진재) 및 제 2 충진재를 포함하는 충진재들로 구성된다. 제 2 충진재는 주어진 양의 수산화 알루미늄(aluminium hydroxide)을 포함한다.
알려진 제안들과 달리, 제 1 충진재는 미세하게 분리된 석영, 규암, 대리석, 모래, 탄산칼슘 및/또는 이들의 조합들과 같은 천연 광물 충진재이다. 또한, 열전도성 화합물은 실리콘 수지를 추가로 포함한다.
수산화알루미늄은 특히 실리콘 수지의 선팽창 계수를 낮추고, 또한 실리콘 수지의 열전도율을 증가시킨다.
일부 실시형태들에서, 열전도성 화합물은, 전기 전압 하에서 열전도성 화합물의 전기적 절연을 10KV 초과로 보장하는 주어진 제한된 양의 전기전도성 입자들을 포함하는 제 3 충진재를 추가로 포함할 수 있다.
제 2 양상에 따르면, 당해 분야에 공지된 (적어도) 제 1 및 제 2 권선 코일들을 갖는 (적어도 하나의) 자기 코어를 포함하는 전력 변압기 조립체가 또한 제공되며, 이들 요소들은 충진재들로 구성된 기계적 포팅 능력을 갖는 열전도성 화합물에 의해 밀봉된다.
충진재들은 제 1 충진재(또는 주 충진재) 및 제 2 충진재를 포함할 수 있다. 제 2 충진재는 특히 주어진 양의 수산화알루미늄을 포함한다.
위의 알려진 제안들과 달리, 본 발명에서 열전도성 화합물은 또한 실리콘 수지를 포함하고, 제 1 충진재는, 예를 들어 석영, 규암, 대리석, 모래, 탄산칼슘 및/또는 또는 이들의 조합들의 미세하게 분리된 입자들로 이루어진 천연 광물 충진재를 포함한다.
동일한 열전도성 화합물에서, 다양한 입도 측정치들을 가지며 미세하게 분리 및 압축되어 결합된 상이한 천연 광물 충진재들을 사용할 계획이다.
일 실시형태에서, 제 1 충진재의 열전도성 화합물의 비율은 60 내지 90%이다. 수산화알루미늄의 주어진 양은 실리콘 수지를 포함하는 열전도성 화합물의 총 중량에 대하여 1 내지 5 중량%의 범위로 포함될 수 있다.
일 실시형태에서, 열전도성 화합물은 또한 금속 입자들, 금속 산화물들, 흑연, 등과 같은 열 및 전기 전도성 입자들의 주어진 양을 포함하는 제 3 충진재를 포함하고, 이들 입자들은 열전도성 화합물에 전기 저항을 제공하지만, 상기 입자들의 양은 전기 전압 하에서 열전도성 화합물의 전기 절연을 10KV 미만으로 보장하는 양으로 제한된다. 제 3 충진재에 열전도성 및/또는 전기전도성 입자들의 존재는 열전도성 화합물의 열전도율이 상당한 증가, 및 이에 따라 이들의 열 배출 능력의 상승을 결정한다.
제안된 전력 변압기는 각각 자기 코어 및 권선들을 포함하는 수개의 부분들 또는 자기 유닛들을 포함할 수 있으며, 수개의 부분들 또는 자기 유닛들은 이들의 중앙 부분이 동일한 레벨에 위치되도록 배열되어, 인용된 자기 부분들 또는 자기 유닛들 포함하는 전력 변압기의 작업 운영 하에서 온도의 등온 구배가 달성되게 된다.
더욱이, 특정 실시형태에 따른 자기 코어(들) 및 권선 코일들은 금속 열전도성 벽들에 의해 구획된 하우징(커버를 갖는 금속 상자와 같은) 내부에 배열된다. 금속 상자는 상이한 재료들, 예를 들어 70W/mK 이상인 열전도율을 갖는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금으로 만들어질 수 있다.
일 실시형태에서, 금속 상자에는 상자 기저 벽 상에 개구부들을 갖고, 권선들에 대응하여 그에 맞게 조정된 크기를 가지며, 상기 개구부들은 액체 냉각 방열판과 같은 인접 위치에 있는 방열 디바이스를 향해 최적의 열 전달을 허용하다.
이전 및 다른 장점들 및 특징들은 예시적이고 비제한적인 방식으로 고려되어야 하는 첨부된 도면들을 참조하여 실시예들의 다음의 상세한 설명으로부터 더 완전히 이해될 것이다.
도 1은 수개의 자기 유닛들을 포함하는 제안된 전력 변압기 조립체의 예를 도시하는 분해 사시도.
도 2는 도 1의 전력 변압기 조립체의 자기 유닛들 중 하나의 단면도.
도 3은 전력 변압기 조립체의 자기 유닛들을 로딩하기 위한 금속 상자의 다른 분해 사시도.
도 2는 도 1의 전력 변압기 조립체의 자기 유닛들 중 하나의 단면도.
도 3은 전력 변압기 조립체의 자기 유닛들을 로딩하기 위한 금속 상자의 다른 분해 사시도.
본 발명은 전력 변압기 조립체(1) 및 전력 변압기 조립체(1)를 밀봉하기 위한 열전도성 화합물(10)을 제안한다. 열전도성 화합물(10)은 전력 변압기 조립체(1)에 열 전달 능력 및 기계적 캡슐화를 제공한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전력 변압기 조립체(1)는 수개의 자기 코어들(12A, 12B)을 포함하고, 이들 각각은 그들 주위에 권취되어 있는 제 1 코일 및 제 2 코일을 포함한다(전력 변압기 조립체는 단일 자기 코어(12A, 12B) 및 그 이상의 코일을 포함할 수 있음을 주목해야 한다). 전력 변압기 조립체(1)는 실리콘 수지와 제 1 및 제 2 충진재들로 이루어진 열전도성 화합물(10)에 의해 밀봉된다.
열전도성 화합물은 제어된 과압에 의해 전력 변압기 조립체(1) 내로 사출되고, 공기가 제거되고, 열전도성 화합물이 이를 대체한 후 경화된다. 이것은 재료들 사이의 전력 변압기 조립체(1)의 모든 열 인터페이스들을 실질적으로 0W/mk(공기)에서 최소 1.4W/mk로 증가시키고, 변압기 조립체(1)의 열 소산 용량을 크게 증가시킨다.
제 1 충진재는 미세 분리된 석영, 규암, 대리석, 모래, 탄산칼슘 및/또는 이들의 조합들과 같은 천연 광물 충진재로 구성된다. 따라서, 전력 변압기 조립체(1)의 제조 비용은 상당히 감소되는 반면, 변압기의 열 소산 능력은 향상된다.
2차 충진재는 주어진 양의 수산화알루미늄 또는 그 유도체들로 구성되어, 실리콘 수지의 선팽창계수를 낮추고 열전도율을 높인다. 또한, 이러한 화합물은, 상변화 엔탈피에 의해 열을 흡수하는 금속 수산화물을 추가하고, 고체를 기체(승화상)로 변환시킴으로써, 물로 변형되는 OH 기들을 방출하는 과정 전체에 걸쳐 온도를 안정적으로 퀴리 온도 이하로 유지하면서, 큰 전력을 받을 때, 자기 코어(들)(12A, 12B)의 퀴리점에 대한 열 보호를 제공한다.
열전도성 화합물(10)에서 제 1 충진재의 비율은 60 내지 90% 사이에서 변할 수 있다. 열전도성 화합물(10)(즉, 실리콘 수지 및 2차 충진재)의 나머지 부분에 따라 상이한 열전도율 결과들이 달성될 수 있다. 예를 들어, 40% 실리콘과 60% 수산화알루미늄을 통해, 1.05 W/mk가 달성된다. 35% 실리콘 및 65% 수산화알루미늄을 통해 1.2 W/mk가 달성된다.
일부 실시예들에서, 열전도성 화합물(10)은 제한된 양의 전기전도성 입자들을 포함하는 제 3 충진재를 추가로 포함할 수 있다. 이에 따라, 열전도성 화합물에 전기 전압 하에서 10KV 초과의 전기적 절연을 보장하는 전기 저항이 제공된다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 제안된 전력 변압기 조립체(1)는 이 예에서 금속 상자(15B)의 수개의 공동들 내부에 배열/배치된 수개의 자기 유닛들을 포함한다(금속 상자(15B)의 확대도에 대해 도 3을 참조). 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금 중 어느 하나로 만들어질 수 있는 금속 상자(15B)는 각각의 자기 코어(12A, 12B)와 대응하는 제 1 및 제 2 코일들 및 커버(15A)를 둘러싸고/경계를 정하기 위한 금속 열전도성 벽들(16A, 16B)을 포함한다. 금속 상자(15B)의 재료는 특히 70 W/mK를 초과하는 열전도율을 갖는다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 조립체는 특히 스토퍼(11)를 포함하는데, 이 실시예에서는 연면/간극 전기 절연의 한계 내에서 자기 유닛의 1차/2차 권선들의 연결을 허용하는 캡슐화된 전기 단자이다. 이것은 영역의 간극을 짧은 연면/간격 거리로 채우는 열전도성 화합물(10)의 전기 절연에 대한 의존성을 회피하는데 중요하다. 또한, 스토퍼(11)는 또한 금속 상자(15B)의 각각의 공동들 내부에 자기 코어들(12A, 12B)을 단단히 유지하는데 기여한다.
금속 상자(15B)는 권취 영역의 허용오차로 조정된 하나 이상의 개구들(18)을 포함하는 베이스로 맞춤 설계된다. 이러한 개구(18)는 자기 코어(12A, 12B)가 액체 냉각 방열판, 예를 들어 Al 판에 부착되어 설치될 때, 권선에서 냉각 알루미늄까지의 거리가 최소화되도록 하여, 열전달 회로의 두께와 재료들의 최소 표출로의 감소로 인한 최적의 열전달을 허용한다. 따라서 구리(권선)에서 발생하는 손실은 더 짧은 시간에 가능한 가장 효율적인 방법으로 제거된다. 마찬가지로, 금속 상자는 자기 코어들(12A, 12B)의 균질한 표면을 수용하도록 특별히 조정된 내부 융기 지지부(17)로 설계된다. 이러한 내부 지지부(17)는 자기 코어(들)(12A, 12B)와 직접 접촉한다. 이것은 코어(들)(12A, 12B)에서 전력 손실에 의해 생성된 최대 열 분산을 허용한다. 열은 자기 재료로부터 금속 상자(15B)로 직접 전달되고, 그런 다음 액체 냉각 판으로 전달된다. 금속 상자(15B)는 또한 금속 상자(15B)를 설치 지점에 부착하기 위한 장착 구멍들(20)을 포함한다.
특히, 자기 코어들(12A, 12B)은, 그 중앙 부분이 동일한 레벨, 즉 수평 위치에 배치되도록 금속 상자(15B)의 상이한 공동들에 배열되어, 전력 변압기 조립체(1)의 동작 운영 하에서 온도의 등온 구배가 달성되게 된다.
전술한 본 발명은 또한 열 전달 능력 및 기계적 캡슐화 능력을 갖는 전력 변압기 조립체를 밀봉하기 위한 특정 열전도성 화합물(10)에 관한 것이다. 이러한 열전도성 화합물(10)은 1.4W/mK 내지 2.6W/mK의 열전도율을 제공하는 자기 동력 유닛들에 적용하기 위해 특별히 개발되었다.
열전도성 화합물(10)은 실리콘 수지 및 적어도 제 1 충진재(또는 주 충진재) 및 제 2 충진재를 포함하는 충진재들로 구성된다. 제 2 충진재는 실리콘 수지의 선팽창 계수를 낮추고 열전도율을 증가시키는 주어진 양의 수산화알루미늄을 포함한다. 제 1 충진재는 미세하게 분리된 석영, 규암, 대리석, 모래, 탄산칼슘 및/또는 이들의 조합들과 같은 천연 광물 충진재이다.
일 실시예에서, 열전도성 화합물(10)은 전기 전압 하에서 열전도성 화합물의 전기적 절연을 10KV 초과로 보장하는 제한된 양의 전도성 입자를 포함하는 제 3 충진재를 추가로 포함한다.
본 개시사항 및/또는 일부 다른 예들이 위에서 설명되었다. 위의 설명에 따라, 다양한 변경들/수정들이 달성 가능하다. 특히, 본 발명은 다른 전력 자기 구성요소들을 밀봉 및 캡슐화하는데 적용될 수 있다. 청구항들에서 보호되어야 하는 모든 수정들 및 변경들은 본 개시사항의 보호 범위 내에 있을 수 있다.
또한 열전도성 화합물이 실리콘 수지에, 즉 자기 전력 구성요소를 밀봉하고 캡슐화하는 "소프트" 유형 화합물에 기초하고, 이것은 이러한 자기 구성 요소가 캡슐화되는 것에 추가하여 기계적으로 보호되는 것을 결정하고, 이는 예를 들어 전력 변압기의 경우에 페라이트 코어 및 자기 제한 효과로 인한 이들의 투자율의 변화에 대한 기계적 스트레스를 피할 수 있게 하는 것을 주목해야 한다.
본 발명의 범위는 다음 세트의 청구항들에서 한정된다.
Claims (12)
- 전력 변압기 조립체를 밀봉하기 위한 열전도성 화합물로서, 상기 열전도성 화합물(10)은 충진재들을 포함하고, 상기 충진재들은 적어도 제 1 충진재, 또는 주 충진재, 및 제 2 충진재를 포함하고, 상기 제 2 충진재는 주어진 양의 수산화알루미늄을 포함하는, 열전도성 화합물에 있어서,
- 상기 열전도성 화합물(10)은 실리콘 수지를 추가로 포함하고;
- 상기 제 1 충진재는 미세하게 분리된 석영, 규암, 대리석, 모래 및/또는 탄산칼슘을 포함하는 천연 광물 충진재인 것을 특징으로 하는, 열전도성 화합물. - 제 1 항에 있어서,
상기 열전도성 화합물(10)은, 전기 전압하에서 상기 열전도성 화합물의 전기 절연을 10KV 미만으로 유지되도록 보장하는 주어진 제한된 양의 열전도성 및 전기전도성 입자들을 포함하는 제 3 충진재를 추가로 포함하는, 열전도성 화합물. - 제 2 항에 있어서,
상기 열전도성 및/또는 전기전도성 입자들은 금속 입자들, 금속 산화물들 및/또는 흑연을 포함하는, 열전도성 화합물. - 열전도성 화합물(10)에 의해 밀봉되는 적어도 제 1 및 제 2 권선 코일들을 갖는 적어도 자기 코어(12A, 12B)를 포함하는 전력 변압기 조립체(1)로서, 상기 열전도성 화합물(10)은 충진재들을 포함하고, 상기 충진재들은 적어도 제 1 충진재, 또는 주 충진재, 및 제 2 충진재를 포함하고, 상기 제 2 충진재는 주어진 양의 수산화 알루미늄을 포함하는, 전력 변압기 조립체(1)에 있어서,
- 상기 열전도성 화합물(10)은 실리콘 수지를 추가로 포함하고;
- 상기 제 1 충진재는 미세하게 분리된 석영, 규암, 대리석, 모래 및/또는 탄산칼슘을 포함하는 천연 광물 충진재인 것을 특징으로 하는, 전력 변압기 조립체. - 제 4 항에 있어서,
상기 열전도성 화합물(10)에서 상기 제 1 충진재의 비율은 60 내지 90%인, 전력 변압기 조립체. - 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 천연 광물 충진재는 다양한 입도 측정치의 2 이상의 상이한 충진재들을 포함하는, 전력 변압기 조립체. - 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열전도성 화합물(10)은, 상기 열전도성 화합물(10)의 전기 절연을 10KV 초과로 보장하는 전기 저항성을 제공하는 제한된 양의 열전도성 및 전기전도성 입자들을 포함하는 제 3 충진재를 추가로 포함하는, 전력 변압기 조립체. - 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주어진 양의 수산화 알루미늄은 상기 열전도성 화합물(10)의 총 중량에 대하여 1 내지 5 중량% 범위로 포함되는, 전력 변압기 조립체. - 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
금속 상자(15B) 내부에 배열된 복수의 자기 유닛들을 포함하고, 상기 자기 유닛들은 금속 상자(15B)의 내부 공동들에 배열되고 금속 열전도성 벽들(16A, 16B)과 커버(15A)에 의해 구획이 정해지는 자기 코어들(12A, 12B) 및 권선 코일들을 가지는, 전력 변압기 조립체. - 제 9 항에 있어서,
상기 복수의 자기 유닛들의 자기 코어들(12A, 12B)은, 상기 전력 변압기 조립체(1)의 동작 운영 하에서 온도의 등온 구배가 달성되도록, 중앙 부분이 동일한 레벨로 배열되는, 전력 변압기 조립체. - 제 9 항에 있어서,
상기 금속 상자(15B)는 70W/mK를 초과하는 열전도율을 갖는 알루미늄, 알루미늄 합금, 또는 마그네슘 합금으로 이루어지는, 전력 변압기 조립체. - 제 9 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 금속 상자(15B)는 베이스에 개구들(18)를 포함하는여, 상기 개구들(18)를 통해 인접한 위치에 위치된 소산 요소 또는 디바이스를 향해 최적의 열 전달을 허용하는, 전력 변압기 조립체.
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| E902 | Notification of reason for refusal |