KR20230045104A - 변압기 코어용 코일 - Google Patents
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Abstract
변압기 코어용 코일(10)은 종축(L), 적어도 하나의 다중-가닥 도체(2), 종축(L) 둘레에 감긴 적어도 하나의 제 1 도체 턴(22), 종축(L) 둘레에 감긴 적어도 하나의 제 2 도체 턴(24)을 포함하며, 상기 적어도 하나의 제 1 도체 턴(22)은 상기 적어도 하나의 제 2 도체 턴(24)에 인접한다. 상기 적어도 하나의 제 1 및 제 2 도체 턴들(22, 24)의 각각에는, 그 적어도 하나의 제 1 및 제 2 도체 턴들(22, 24)이 서로에 대해 절연되도록, 각각의 도체 턴(22, 24)의 전체 단면 둘레가 아니라 부분의 둘레에 연장되는 전기 절연 부재(4)가 제공된다. 전기 절연 부재(4)가 각각의 도체 턴(22, 24)의 전체 단면 둘레를 연장하지 않기 때문에, 도체 턴의 표면의 일부는 전기 절연 부재(4)에 의해 덮이지 않는다. 이러한 방식으로, 예를 들어 캐스트 수지 부재가 도체 턴의 표면의 일부와 직접 접촉할 수도 있다. 이는 각각의 도체 턴(22, 24)과 전기 절연 부재(4) 사이에 공기가 존재할 위험을 제거하거나 적어도 상당히 감소시킨다. 그 결과, 변압기의 동작 동안 원하지 않는 부분 방전이 감소될 수 있다.
Description
본 개시물은 변압기 코어용 코일에 관한 것이다.
변압기는 하나의 전기 회로로부터 다른 전기 회로로, 또는 다수의 회로들로 전기 에너지를 전달하는 수동 전기 디바이스이다. 전형적인 변압기는 종종 수직으로 배향되고 제 1 요크(yoke)와 제 2 요크 사이에서 연장되는 몇몇, 예를 들어, 3개의 평행한 컬럼(column)들 또는 림(limb)들을 갖는 강자성 코어(ferromagnetic core)를 포함한다. 코일들 또는 권선(winding)들이 림들 주변에 감겨진다. 코일들 중 임의의 하나에서의 가변 전류는 코어에 가변 자속(magnetic flux)을 생성하고, 이는 코어 주위에 감긴 임의의 다른 코일에 걸쳐 가변 기전력을 유도한다.
또한 도 6에 일반적으로 예시된 바와 같이, 코일(100)은 통상적으로 코일(100)의 종축(L) 주위에 복수의 턴들(120)로 감긴 적어도 하나의 전기 도체(110)를 포함한다. 도체(110)는 예를 들어, 캐스트 수지(cast resin)(도 6에 도시되지 않음)에 매립된다.
전력 전자 시스템에서 전형적인 컴포넌트는 중주파 변압기(Medium Frequency Transformer; MFT)이다. 1 kHz를 초과하는, 예를 들어 10 kHz의 범위의 동작 주파수들로 인해, MFT의 코일(100)의 도체(110)는 통상적으로 리츠 와이어로 제조된다. 리츠 와이어(litz wire)는 도체(110)를 통한 교류 전류의 전송 중에 발생할 수도 있는 피부 효과(skin effect) 및 근접 효과(proximity effect)에 의한 손실을 감소시키도록 구성된 도체의 일종이다. 리츠 와이어는 전형적으로 많은 얇은 가닥들로 구성되며, 이는 함께 꼬이거나 직조된다. 따라서, 리츠 와이어는 다중 가닥 도체(multi-stranded conductor)이다.
비록 리츠 와이어의 가닥들이 개별적으로 절연되지만, 유전 파괴들을 피하기 위해 도체(110)의 인접한 턴들(120) 사이에, 특히 제 1 턴들 사이, 즉 화살표 및 느낌표(exclamation mark)에 의해 도 6 에서 상부 종방향 단부에 대해 예시적으로 표시된 바와 같이, 코일(100)의 종방향 단부들 근처의 턴들 사이에, 추가적인 절연이 규칙적으로 요구된다.
건식 MFT의 원형(prototype)은 신뢰성 있는 턴-투-턴 절연(turn-to-turn insulation)을 제공하기 위해 노멕스(Nomex) 테이프로 완전히 감싸진 리츠 와이어들을 포함한다. 노멕스는 합성, 방향족 폴리아미드 중합체로서 매우 우수한 화학적, 기계적 및 전기적 저항을 나타낸다. 그러나, 노멕스 테이프는 코일의 제조 동안 수지가 리츠 와이어를 완전히 매립하는 것을 배제할 수도 있기 때문에, 이러한 구성이 건식 변압기의 경우에 최적으로 적합하지는 않다는 것이 발견되었다. 이는 리츠 와이어와 노멕스 테이프 사이에 공기가 남게 할 수도 있다. 리츠 와이어와 노멕스 테이프 사이의 이러한 공기는 절연에 부정적인 영향을 미칠 수도 있고 변압기의 동작 동안 부분 방전의 증가된 레벨들에 기여할 수도 있다.
대안적으로, 랩핑되지 않은(unwrapped) 리츠 와이어들은 인접한 턴들(120) 사이에 위치된, 도 6b에 도시된 바와 같은 기계적 세퍼레이터들(130)과 함께 사용될 수 있다. 이러한 방식으로 형성된 인접한 턴들 사이의 갭들은 후속적으로 적절한 전기 절연을 보장하기 위해 수지로 충전된다. 그러나, 이러한 설계는 더 복잡한 제조를 요구한다.
따라서, 변압기 코어용의 개선된 코일 및 개선된 변압기 코어가 필요하다.
이 목적은 독립 청구항들에 의해 달성된다. 종속 청구항들은 바람직한 실시양태들에 관한 것이다. 본 발명의 추가적인 또는 대안적인 양태들은 본 명세서 전반에 걸쳐 다루어진다.
본 개시에 따르면, 종축(longitudinal axis)을 포함하는 변압기 코어용 코일이 제공된다. 상기 종축은 변압기의 림의 종축과 일치할 수도 있다. 적어도 하나의 다중-가닥 도체가 제공된다. 적어도 하나의 제 1 도체 턴(conductor turn)은 종축 주위에 감기고, 적어도 하나의 제 2 도체 턴은 종축 주위에 감기며, 적어도 하나의 제 1 도체 턴은 적어도 하나의 제 2 도체 턴에 인접한다. 제 1 및 제 2 도체 턴은 동일하거나 상이한 다중 가닥 도체의 일부일 수도 있다. 제 1 및 제 2 도체 턴은 서로 인접하여 축방향으로, 즉 종축의 방향으로, 또는 반경방향으로, 즉 종축에 수직인 방향으로 있을 수도 있다.
적어도 하나의 제 1 및 제 2 도체 턴들의 각각에는, 인접한 적어도 하나의 제 1 및 제 2 도체 턴들이 서로에 대해 절연되도록, 각각의 도체 턴의 전체 단면 둘레가 아니라 부분 주위로 연장되는 전기 절연 부재(electrically insulating member)가 제공된다.
전기 절연 부재는 각각의 도체 턴의 전체 단면 둘레 주위로 연장되지 않기 때문에, 도체 턴의 표면의 부분은 전기 절연 부재에 의해 덮이지 않는다. 이러한 방식으로, 예를 들어 캐스트 수지, 예를 들어 에폭시 수지는 도체 턴의 표면의 부분과 직접 접촉할 수도 있다. 또한, 전기 절연 부재와 도체 턴 사이의 접촉 영역은 도체 턴의 단면 둘레 주위로 폐쇄되지만, 전기 절연 부재가 없는 영역으로 개방된다. 이는 도체 턴과 전기 절연 부재 사이에 공기가 남아 있을 위험을 제거하거나 적어도 상당히 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 그 결과, 변압기의 동작 동안 원하지 않는 부분 방전이 감소될 수 있다.
그 코일은 건식 변압기뿐만 아니라 유입식 변압기용으로 설계된 변압기 코어에 특히 적합하다.
명시된 바와 같이, 전기 절연 부재는 각각의 도체 턴의 전체 단면 둘레가 아니라 부분 주위로 연장된다. 이 조건은 적어도 하나의 제 1 및/또는 제 2 도체 턴의 길이의 적어도 일부에 대해 또는 적어도 하나의 전체 턴에 대해 또는 복수의 턴들에 대해 참일 수도 있다. 적어도 하나의 다중-가닥 도체는 복수의 턴들을 포함할 수도 있다.
전기 절연 부재는 각각의 도체의 턴 또는 복수의 턴들의 전체 길이를 따라 연속적으로 연장될 수도 있다.
다중-가닥 도체는 개별적인 격리 요소들이 제공되는 가닥들을 포함하거나 가닥들에 의해 형성될 수도 있다. 다중-가닥 도체는 리츠 와이어를 포함할 수도 있거나 또는 리츠 와이어일 수도 있다. 다중-가닥 도체는 연속 전위 도체(continuously transposed conductor; CTC)를 포함할 수도 있거나 연속 전위 도체일 수도 있다.
전기 절연 부재는 변압기의 동작 동안 유전 파괴(dielectric failure)를 피하도록 구성될 수도 있다. 개별 가닥들의 절연에 더하여 전기 절연 부재가 제공될 수도 있다.
적어도 하나의 제 1 도체 턴은 적어도 하나의 다중-가닥 도체에 의해 형성될 수도 있다. 적어도 하나의 제 2 도체 턴은 적어도 하나의 다중-가닥 도체에 의해 형성될 수도 있다. 적어도 하나의 제 1 도체 턴 및 적어도 하나의 제 2 도체 턴은 적어도 하나의 다중-가닥 도체 중 하나의 다중-가닥 도체에 의해 형성될 수도 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 다중-가닥 도체는 제 1 다중-가닥 도체 및 제 2 다중-가닥 도체를 포함할 수도 있으며, 여기서 적어도 하나의 제 1 도체 턴은 제 1 다중-가닥 도체에 의해 형성되고 적어도 하나의 제 2 도체 턴은 제 2 다중-가닥 도체에 의해 형성된다.
다중-가닥 도체는 2개 이상의 컴포넌트들을 포함할 수도 있으며, 여기서 각각의 컴포넌트는 다중-가닥 도체 요소 또는 와이어 요소에 의해 형성될 수도 있다.
적어도 하나의 제 1 도체 턴이 적어도 하나의 제 2 도체 턴에 인접한다는 것은 적어도 하나의 제 1 도체 턴과 인접한 적어도 하나의 제 2 도체 턴 사이에 추가 도체 턴이 없음을 의미한다.
적어도 하나의 제 1 도체 턴과 적어도 하나의 제 2 도체 턴 사이의 전기 절연은 적어도 하나의 제 1 및 제 2 도체 턴들의 전기 절연 부재들 중 적어도 하나에 의해 실현될 수도 있다.
각각의 도체 턴의 단면 둘레는 종축이 연장되는 평면에서, 즉 종축과 종축에 수직으로 배향되는 축에 의해 걸쳐지는 평면에서 취해진 단면에서의 둘레일 수도 있다. 이 단면은 이하에서 "종단면"으로도 명명된다. 본 명세서에서, "축방향"은 종축에 평행한 방향을 따르는 것을 의미하고, "반경방향"은 종축에 수직인 방향을 따르는 것을 의미한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 단면은 그 법선 벡터가 단면의 위치에서 도체의 종축에 의해 주어지는 평면 내에 놓이는 것으로 정의될 수도 있다.
적어도 하나의 제 1 도체 턴이 적어도 하나의 제 2 도체 턴과 인접한다는 것은, 종단면에서 적어도 하나의 제 1 도체 턴의 단면의 일 측면과, 인접한 적어도 하나의 제 2 도체 턴의, 대응하는, 즉, 동일한 평면에서 취해진, 단면의 일 측면이 서로 마주보고 있는 것을 의미할 수도 있다. 이들 측면들은 반경방향으로 또는 축방향으로 연장되는 측면들일 수도 있다.
적어도 하나의 제 1 및 제 2 도체 턴들의 각각은 실질적으로 직사각형 또는 직사각형 단면을 나타낼 수도 있다.
직사각형 단면은 코일의 공간 절약 구성을 허용한다. 종단면에서 알 수 있는 바와 같이, 직사각형 단면의 측면 표면들은 예를 들어 5 mm 내지 40 mm의 연장을 가질 수도 있다.
적어도 하나의 제 1 및 제 2 도체 턴들 각각은, 또한 둘레 측면 표면들로서 지칭될 수도 있는 4개의 둘레 측면 표면들, 2개의 축 방향 연장 표면들 및 2개의 반경방향 연장 표면들을 나타낼 수도 있다. 에지 영역은 제 1 및 인접한 제 2 측면 사이의 전이부(transition)에 각각 형성될 수도 있다.
적어도 하나의 제 1 도체 턴의 전기 절연성 부재는 도체 턴의 표면의 부분에 제공되거나 그 부분에 접촉되도록 배치될 수도 있다. 전기 절연 부재는 그 4개의 둘레 측면 표면들 중 적어도 하나, 예를 들어 하나의 측면 표면 또는 2개의 측면 표면들 상에서 도체 턴에 제공되거나 도체 턴과 접촉할 수도 있다. 더욱이, 전기 절연 부재는 도체 턴의 적어도 하나의 에지 영역 위로 연장되거나 이를 덮을 수도 있다. 단면에서 볼 때, 절연 부재는 에지 영역을 형성하는 2 개의 측면 표면들 중 하나를 따라 완전히 연장되고, 에지 영역을 형성하는 2 개의 측면 표면들 중 다른 하나의 일부만을 따라 연장될 수도 있다.
예를 들어, 그 단면에서, 전기 절연 부재는 도체 턴의 측면 표면들 중 하나를 따라 완전히 연장될 수도 있지만, 측면 표면들 중 다른 하나 또는 둘의 20% 내지 80%만을 따라, 바람직하게는 70% 미만, 예를 들어 30% 내지 70%를 따라 연장될 수도 있다. 4개의 측면 표면들 중 제 4 측면 표면 및 궁극적으로 또한 제 3 측면 표면은 전기 절연 부재에 의해 덮이지 않을 수도 있다.
특히, 적어도 2개의 측면 표면들의 대부분은 각각의 전기 절연 부재에 의해 절연되거나 덮이지 않을 수도 있다. 이러한 방식으로, 수지, 예를 들어 에폭시 수지는 전기 절연 부재와 도체 사이에 공기가 남아 있는 것을 피하면서 코일의 제조 동안 도체 턴들의 표면에 특히 적합하게 접촉할 수도 있다.
전기 절연 부재는 바람직하게는 각각의 도체 턴의 단면 둘레의 70% 미만, 예를 들어 50% 미만 또는 40% 미만 주위로만 연장된다. 이는 상술한 효과 이외에도 비용 절감에도 기여할 수도 있다.
도체 턴의 단면 둘레의 적어도 5%, 예를 들어 적어도 10%, 적어도 20%, 또는 적어도 30%가 전기 절연 부재에 의해 덮이지 않는 것이 바람직하다.
2개의 축방향 및/또는 반경방향으로 인접한 도체 턴들에 대해, 각각의 턴은 각각의 인접한 턴의 측면과 대면하는 하나의 측면 표면을 갖는다. 2개의 축방향 및/또는 반경방향으로 인접한 도체 턴들의 배열은, 예를 들어, 전술한 바와 같이, 서로 대면하는 2개의 측면 표면들 중 하나(제 1 측면 표면)만이 상기 측면 표면을 따라 완전히 연장되는 전기 절연 부재를 제공받는 한편, 서로 대면하는 2개의 측면 표면들 중 다른 하나(제 2 측면 표면)는 전기 절연 부재를 갖지 않거나 상기 측면 표면의 부분만을 따라 연장되는 전기 절연 부재를 제공받는 것일 수도 있다.
전기 절연 부재는 테이프일 수도 있다.
이러한 식으로, 전기 절연 부재의 양을 줄이면 비용을 절약할 수 있으므로 일반적으로 유리하다. 여전히, 적절한 절연을 보장하기 위해서는 충분한 양, 특히 적절한 위치들에서 충분한 양이 적용되어야 할 것이다.
각각의 도체 턴의 둘레의 일부는 특히 전기 절연 부재에 의해 덮이지 않는다. 이러한 방식으로 수지는 도체 턴과 특히 적합하게 접촉될 수도 있다.
전기 절연 부재는 아라미드 섬유를 포함하거나 아라미드 섬유로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 전기 절연 부재는 노멕스를 포함하거나 노멕스로 구성될 수도 있다.
코일은 전기 절연 부재를 각각의 도체 턴에 유지하기 위한 유지 요소(holding element)를 더 포함할 수도 있다. 이는 단순한 제조와 관련하여 유리하다. 유지 요소는 각각의 도체 턴 및 그것의 전기 절연 부재 주위에 감길 수도 있다.
유지 요소는 수지에 대해 투과성(permeable)일 수도 있으며, 예를 들어 에폭시 수지에 대해 투과성일 수도 있다. 예를 들어, 유지 요소는 섬유 유리를 포함할 수도 있거나 섬유 유리로 제조될 수도 있다.
각각의 도체 턴의 부분은 유지 요소에 의해 덮이지 않을 수도 있다. 이러한 식으로, 코일의 제조 중에 수지가 도체 턴의 표면과 용이하게 접촉하게 될 수 있다. 대안적으로, 유지 요소는 각각의 도체 턴 주위에 완전히, 즉 각각의 도체 턴의 전체 표면이 유지 요소에 의해 커버되도록 랩핑될 수도 있다. 예를 들어, 도체 턴은 유지 요소에 의해 완전히 랩핑될 수도 있다. 그 다음, 수지에 대한 유지 요소의 투과성(permeability)은 수지가 도체 턴과 접촉하도록 허용할 수도 있다.
유지 요소는 도체 주위에 복수의 턴들로 나선형으로 감길 수도 있다.
코일은 각각의 도체 턴들을 매립하고, 그 각각의 도체 턴들의 적어도 부분과 직접 접촉하는 수지 부재를 더 포함할 수도 있다. 수지 부재는 캐스트 수지일 수도 있다. 수지 부재는 에폭시 수지 부재일 수도 있다. 이러한 방식으로, 각각의 도체 턴들은 수지로 적절하게 함침될 수도 있다.
적어도 하나의 제 1 도체 턴 및 적어도 하나의 제 2 도체 턴은 축방향으로 및/또는 반경방향으로 인접할 수도 있다. 예를 들어, 코일은 제 1 층의 도체 턴들 및 제 2 층의 도체 턴들을 포함할 수도 있고, 제 1 층은 제 2 층에 비해 종축에 반경방향으로 더 가깝게 위치된다. 예를 들어, 제 1 층은 적어도 하나의 제 1 도체 턴에 의해 형성될 수도 있고, 제 2 층은 적어도 하나의 제 2 도체 턴에 의해 형성될 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제 1 및 제 2 도체는 축방향으로 교번하는 턴들을 제공할 수도 있다. 당업자에 의해 용이하게 이해되는 바와 같이, 본 개시는 하나, 둘, 셋 이상의 다중 가닥 도체들로 형성된 코일들에 적용가능하다.
본 발명의 주제는 첨부 도면들에 도시된 바람직한 예시적인 실시양태들을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 변압기 코어의 개략적인 측면도이다.
도 2는 변압기용 코일의 일부를 절단한 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 개시에 따른 코일의 개략적인 사시도이다.
도 4는 코일의 다른 예의 개략도이다.
도 5는 종축(L) 주위에 감기기 전의 코일의 리츠 와이어 부재의 부분을 도시한다.
도 6은 코일의 인접한 턴들 사이에 배열된 기계적 세퍼레이터들을 예시하는 종래 기술에 따른 코일의 스케치이다.
도 1은 변압기 코어의 개략적인 측면도이다.
도 2는 변압기용 코일의 일부를 절단한 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 개시에 따른 코일의 개략적인 사시도이다.
도 4는 코일의 다른 예의 개략도이다.
도 5는 종축(L) 주위에 감기기 전의 코일의 리츠 와이어 부재의 부분을 도시한다.
도 6은 코일의 인접한 턴들 사이에 배열된 기계적 세퍼레이터들을 예시하는 종래 기술에 따른 코일의 스케치이다.
도 1은 변압기 코어(90)의 개략적인 측면도이다. 변압기 코어(90)는 제 1 요크(32)와 제 2 요크(34) 사이에서 연장되는 컬럼(30)을 포함한다. 변압기 코어(90)는 제 1 요크(32)와 제 2 요크(34) 사이에서 연장되는 적어도 하나의 추가 칼럼(36)을 포함할 수도 있다.
컬럼(30)은 종축(L)을 따라 연장된다. 코일(10)은 컬럼(30) 주위에 감긴다. 코일(10)은 컬럼(30)의 종축(L)과 특히 일치하는 종축(L)을 포함한다.
도 2는 코어(90)로부터 부분적으로 절단되고 분리된 코일(10)의 개략적인 사시도이다. 코일(10)은 적어도 하나의 다중 가닥 도체(2)를 포함한다. 다중 가닥 도체는 리츠 와이어 부재(2) 또는 CTC일 수도 있다.
다중 가닥 도체(2)는 그 다중 가닥 도체(2)가 적어도 하나의 제 1 도체 턴(22)을 형성하도록 특히 나선형 방식으로 종축(L) 주위에 감긴다. 본 명세서에서 사용된 "턴(turn)"은 도체의 한 바퀴, 즉, 종축(L) 주위로 360° 인 것으로서 이해된다. 예를 들어, 다중-가닥 도체(2)는 2개 또는 3개 또는 4개 등의 제 1 턴 및 2개, 또는 3개 또는 4개의 제 2 턴을 각각 형성할 수도 있다. 보다 일반적으로, 다중-가닥 도체(2)는 복수의 제 1 도체 턴들(22)을 형성할 수도 있다. 제 2 도체 턴(24)은 다중 가닥 도체(2)에 의해 또는 대안적으로 - 도 2에 도시된 바와 같이 - 추가의 다중 가닥 도체(2')에 의해 형성될 수도 있다. 더 일반적으로, 추가의 다중 가닥 도체(2'')는 복수의 제 2 도체 턴들(24)을 형성할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 하나의 도체 턴은 서로에 대해 반드시 절연될 필요는 없는 다중-가닥 도체 요소들의 하나 또는 둘 이상의 턴들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 이는, 코일이, 예를 들어, 하나 초과의 다중-가닥 도체 요소, 예를 들어, 2개의 병렬 리츠 와이어들을 포함하는 다중-가닥 도체로 형성되는 경우에 특히 유리하다. 이 경우에, 절연은 다중-가닥 도체 요소, 즉 하나의 다중-가닥 도체 내의 병렬 요소들의 턴들 사이보다는 다중-가닥 도체의 턴들 사이에서 특히 보장되어야 한다.
적어도 하나의 도체 턴(22)은 적어도 하나의 제 2 도체 턴(24)에 인접할 수도 있다. 도 2에 도시된 예에서, 적어도 하나의 제 1 및 제 2 도체 턴들(22, 24)은 종축(L)을 따라 서로 인접해 있는데, 즉 축방향으로 인접해 있다.
도체 턴들(22, 24)은 수지 부재(8)에 의해 둘러싸이거나 수지 부재 내에 매립된다. 코일(10)의 수지 부재(8)는 코일(10)을 제조하기 위한 공정 단계 내에서 수지를 도체 턴들(22, 24) 주위에 캐스팅함으로써 제조될 수도 있다.
도 3a, 도 3b 는 적어도 하나의 제 1 도체 턴 (22) 이 제 1 다중 가닥 도체 (2)에 의해 형성되고 적어도 하나의 제 2 도체 턴 (24) 이 제 2 다중 가닥 도체 (2')에 의해 형성되는 경우를 예시하는, 코일 (10) 의 추가의 개략 사시도이다.
도 3b에서, 제 1 및 제 2 도체 턴들(22, 24)의 대응하는 단면들은 예시적으로 코일 (10) 의 종단면에서, 즉 종축(L)을 포함하는 코일(10)의 단면(여기서, 도 3a 의 지면에서의 단면)에서 볼 수 있는 바와 같이 스케치된다. 또한, 대응하는 제 3 도체 턴(26)은 예시적으로 제 2 도체 턴(24)에 인접하여 축방향으로 스케치된다.
제 1 도체 턴(22) 및 제 2 도체 턴(24) 각각에는 각각의 도체 턴(22, 24)의 전체 단면 둘레가 아니라 부분에 대해 연장되는 전기 절연 부재(4)가 제공되어, 제 1 도체 턴(22) 및 제 2 도체 턴(24)은 서로에 대해 절연된다. 각각의 도체 턴(22, 24)의 둘레는 코일(10)의 종방향 단면에서의 둘레이다. 도시된 예에서, 제 1 도체 턴(22)과 제 2 도체 턴(24) 사이의 전기적 절연은 제 1 도체 턴(22)의 전기 절연 부재(4)에 의해 실현되지만, 제 2 도체 턴(24)의 전기 절연 부재(4)에 의해서는 실현되지 않는다.
도체 턴들(22, 24, 26)은 실질적으로 직사각형 단면을 나타낼 수도 있다. 이러한 방식으로, 도체 턴들은, 제 3 도체 턴 (26)에 대해 예시적으로 도 3에 나타낸 바와 같이, 각각 4 개의 주연 또는 둘레 측면 표면들, 즉, (축방향으로 연장되는) 반경방향 외측 대면 표면 (21), (축방향으로 연장되는) 반경방향 내측 대면 표면 (23), (반경방향으로 연장되는) 제 1 축방향 대면 표면 (25), 및 (반경방향으로 연장되는) 제 2 축방향 대면 표면 (27) 을 나타낸다.
제 1 및 제 2 도체 턴들에 대한 논의는 특정 참조 번호들, 예를 들어, 도 3b에서 22 및 24로 표시된 것들을 지칭할 뿐만 아니라 참조 번호들 24 및 26으로 표시된 것들과 같은 다른 인접한 턴들도 지칭하는 것으로 이해될 수도 있다는 것에 유의해야 한다. 유사하게, 하나의 도체 턴에 대한 논의는 다른 도체 턴에도 동일하게 적용될 수도 있다.
도시된 예에서, 적어도 2개의 측면 표면의 대부분, 여기서는 반경방향 외측 대면 표면(21), 반경방향 내측 대면 표면(23) 및 제 1 종방향 대면 표면(25)의 대부분은 대응하는 전기 절연 부재(4)에 의해 절연되지 않거나 또는 덮이지 않고, 적어도 완전히 덮이지는 않는다.
전기 절연 부재(4)는 각각의 도체 턴(26)(24, 22)의 적어도 하나의 측면 표면, 여기서는 제 2 축방향 대면 표면(27)을 완전히 덮거나 그를 따라 완전히 연장되는 방식으로 배열될 수도 있으며, 여기서 전기 절연 부재(4)는 2개의 각각의 인접한 측면 표면, 즉 여기서는 반경방향 외측 대면 표면(21) 및 반경방향 내측 대면 표면(23)을 단지 부분적으로 덮거나 그를 따라 단지 부분적으로 연장된다. 전기 절연 부재(4)는 제 4 측면 표면, 여기서는 축방향으로 향하는 표면(25)을 덮지 않거나 이를 따라 연장되지 않는다.
2개의 축방향으로 인접한 도체 턴들(22, 24 또는 24, 26)의 배열은 서로 대면하는 이들 인접한 턴들의 표면들 중 오직 하나, 예를 들어 제 1 도체 턴(26)의 축방향으로 대면하는 측면(25) 및 제 2 도체 턴(24)의 축방향으로 대면하는 측면(27)만이 상기 측면 표면을 따라 완전히 연장되는 각각의 전기 절연 부재(4)에 의해 절연되도록 되어 있다. 상기 절연된 측면 표면을 향하는 각각의 인접한 도체 턴의 측면 표면(25)은 격리되지 않거나 또는 완전히 격리되지 않으며, 즉 전기 절연 부재(4)는 상기 측면 표면(25)을 따라 연장되지 않거나 또는 부분적으로만 연장된다.
도 5는 도체 턴을 형성하기 위해 감겨지기 전의 상태의 다중가닥 도체를 예시한다. 전기 절연 부재(4)는 다중 가닥 도체의 각각의 측면 표면 또는 측면 표면들을 덮도록 다중 가닥 도체의 주 연장부를 따라 배열된 세장형의 편평한 요소이다. 따라서, 코일(10)의 도체 턴(22, 24, 26)의 전기 절연 요소(4)는 바람직하게는 각각의 도체 턴(22, 24, 26)의 일부, 대부분 또는 전체 길이를 따라 연장되는 긴 부재일 수도 있다.
도 3 및 도 5로부터 더 알 수 있는 바와 같이, 전기 절연 부재(4)는 그것의 하나의 측면 표면을 따라 연장하거나 완전히 덮도록, 또한 상기 (완전히 덮인) 측면 표면을 한정하는 2개의 에지들 중 하나 주위에 연장하도록 그리고 부분적으로 다중 가닥 도체의 제 2 및/또는 제 3 측면 표면을 따라 연장하도록 다중 가닥 도체의 주연부 주위에서 구부러질 수도 있다.
예를 들어, 도체 턴(22, 24, 26)은 0.5 cm 내지 4 cm의 연장부들을 갖는 주연 측면들을 갖는 단면을 가질 수도 있다. 전기 절연 요소(4)는 이들 주연 측면들(27) 중 하나를 따라 완전히 연장될 수도 있고, 제 2 및/또는 제 3 주연 측면 표면(21, 23)을 따라, 예를 들어 20mm의 길이를 갖는 측면 표면에 대해 1mm 내지 5mm 의 길이(w)를 따라 단지 부분적으로 연장될 수도 있다. 전기 절연 부재(4)는 도체 턴의 적어도 제 4 단면 주연 측면 표면(25)을 따라 연장되지 않는다. 전기 절연 부재(4)가 측면 표면을 따라 단지 부분적으로 연장되는 길이는 완전히 덮인 측면 표면의 적절한 절연을 보장하면서 가능한 한 짧을 수도 있다. 바람직한 비율들 및 길이들에 관해서는, 위의 논의들을 또한 참조한다.
전기 절연 부재(4)는 아라미드 섬유로부터 제조된 테이프, 예를 들어 노멕스 테이프일 수도 있다.
코일(10)은 전기 절연 부재(4)를 각각의 전도성 턴(22, 24, 26)에 유지하기 위한 유지 요소(6)를 더 포함한다. 바람직하게는, 유지 부재(6)는 수지에 대해 투과성이다. 예를 들어, 유지 부재(6)는 유리섬유(fiberglass)로 제조될 수도 있다.
유지 부재(6)는, 도 5에 예시적으로 도시된 바와 같이, 다중 가닥 도체 주위로 복수의 턴들로 나선형으로 감길 수도 있다. 바람직하게는, 유지 부재(6)는 유지 부재(6)의 폭(W)이 대응하는 턴들의 피치(P)보다 작도록 다중 가닥 도체 주위에 감긴다. 따라서, 다중 가닥 도체의 표면의 일부가 유지 부재(6)에 의해 덮이지 않은 채로 유지될 수도 있다. 이것은 다중 가닥 도체와 캐스트 수지 사이의 직접적인 접촉과 관련해서 유리하다.
그러나, 유지 요소(6)가 수지에 대해 투과성인 경우, 다중 가닥 도체는 대안적으로 다중 가닥 도체의 전체 표면이 유지 요소(6)에 의해 덮이는 방식으로 유지 요소(6)에 의해 랩핑될 수도 있다.
도 4에 개략적으로 표시된 바와 같이, 코일(10)은 도체 턴들의 제 1 층(202) 및 도체 턴들의 제 2 층(204)을 포함할 수도 있으며, 여기서 제 1 층(202)은 제 1 층(202)에 비해 종축(L)으로부터 더 멀거나 반경방향 외측에 위치되는 제 2 층(204)에 비해 종축(L)에 더 가깝거나 반경방향 내측에 위치된다. 예를 들어, 제 1 층(202)은 적어도 하나의 제 1 도체 턴(22)에 의해 형성될 수도 있고, 제 2 층(204)은 적어도 하나의 제 2 도체 턴(24)에 의해 형성될 수도 있다.
이 경우, 상이한 도체 턴들은 서로 방사상으로 그리고 축방향으로 인접할 수도 있다. 따라서, 전기 절연 요소(4)는 바람직하게는, 도 4의 단면도에서 볼 수 있는 바와 같이, 각각의 도체 턴들(22, 24)의 적어도 2개의 측면 표면들을 따라 완전히 연장되거나 덮는 방식으로 배열된다. 전기 절연 요소(4)는 전술된 바와 같이, 도체 턴들의 2개의 나머지 측면 표면들을 따라 부분적으로만 연장된다. 이 경우, 전기 절연 요소(4)가 연장되지 않는 측면 표면은 없다. 그러나, 전기 절연 요소(4)가 표면들을 따라 완전히 연장되거나 덮지 않기 때문에 2개의 측면 표면들은 절연되지 않은 상태로 유지된다. 전술한 바와 같이, 전기 절연 요소(4)는 인접한 턴들의 2개의 인접한 대향 측면 표면들 중 하나만이 완전히 절연되는 한편 다른 하나는 완전히 절연되지 않도록 제공될 수도 있다.
본 발명은 도면들 및 전술한 설명에서 상세히 설명되었지만, 이러한 설명은 예시적이거나 일 예인 것으로 간주되어야 하며, 한정적이지는 않다. 당업자는 청구된 과제를 실시함에 있어 도면, 개시 내용 및 첨부된 청구항들의 검토로부터, 개시된 실시양태에 대한 변형을 이해하고 수행할 수 있다. 청구항들에 있어서, 단어 "포함하는" 은 다른 요소들을 배제하지 않으며, 단수형은 복수를 배제하지 않는다. 특정 요소들 또는 단계들이 별도의 청구항들에 언급되어 있다는 사실은 이들 요소들 또는 단계들의 조합이 실제 종속 청구항에 더하여 구체적으로 활용하는데 사용될 수 없음을 나타내지 않으며, 임의의 추가의 의미있는 청구항의 조합이 또한 고려되어 개시된다.
Claims (15)
- 변압기 코어(100)용 코일(10)로서,
종축(L),
적어도 하나의 다중 가닥 도체(2),
상기 종축(L) 주위에 감긴 적어도 하나의 제 1 도체 턴(22),
상기 종축(L) 주위에 감긴 적어도 하나의 제 2 도체 턴(24)을 포함하고,
상기 적어도 하나의 제 1 도체 턴(22)은 상기 적어도 하나의 제 2 도체 턴(24)에 인접하고,
상기 적어도 하나의 제 1 및 제 2 도체 턴들(22, 24)의 각각에는, 상기 적어도 하나의 제 1 및 제 2 도체 턴들(22, 24)이 서로에 대해 절연되도록, 각각의 도체 턴(22, 24)의 전체 단면 둘레가 아니라 부분의 둘레에 연장되는 전기 절연 부재(4)가 제공되는, 변압기 코어용 코일. - 제 1 항에 있어서,
2개의 축방향으로 및/또는 반경방향으로 인접한 도체 턴들 중 각각의 턴은 각각의 인접한 턴의 측면 표면을 향하는 하나의 측면 표면을 갖는 한편, 서로 대면하는 이들 표면들 중 단지 하나의 표면에는 상기 측면 표면을 따라 완전히 연장되는 전기 절연 부재가 제공되는 한편, 서로 대면하는 2개의 측면 표면들 중 다른 하나의 표면에는 전기 절연 부재가 제공되지 않거나 상기 측면 표면의 부분만을 따라 연장되는 전기 절연 부재가 제공되는, 변압기 코어용 코일. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제 1 및 제 2 도체 턴들(22, 24)의 각각은 4개의 둘레 측면 표면들을 갖는 실질적으로 직사각형 단면을 갖는, 변압기 코어용 코일. - 제 3 항에 있어서,
상기 적어도 2개의 측면 표면들의 대부분에는 전기 절연 부재(4)가 제공되지 않는, 변압기 코어용 코일. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기 절연 부재(4)는 상기 각각의 도체 턴(22, 24)의 둘레의 80% 미만, 바람직하게는 60% 미만, 더 바람직하게는 50% 미만으로만 연장되는, 변압기 코어용 코일. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각각의 도체 턴의 하나의 측면 표면에는 상기 전기 절연 부재(4)가 제공되지 않는, 변압기 코어용 코일. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다중 가닥 도체는 리츠 와이어(litz wire) 또는 연속 전위 도체(continuously transpose conductor)인, 변압기 코어용 코일. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기 절연 부재(4)는 아라미드 섬유를 포함하거나 아라미드 섬유로 구성되는, 변압기 코어용 코일. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기 절연 부재(4)를 상기 각각의 도체 턴(22, 24)에 유지하기 위한 유지 요소(6)를 더 포함하는, 변압기 코어용 코일. - 제 9 항에 있어서,
상기 유지 요소(6)는 수지에 대해 투과성인, 변압기 코어용 코일. - 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 각각의 도체 턴(22, 24)의 부분은 상기 유지 요소(6)에 의해 덮이지 않는, 변압기 코어용 코일. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각각의 도체 턴들(22, 24)을 매립하는 수지 부재(8)를 더 포함하는, 변압기 코어용 코일. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제 1 도체 턴(22) 및 상기 적어도 하나의 제 2 도체 턴(24)은 축방향으로 및/또는 반경방향으로 서로 인접한, 변압기 코어용 코일. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 코일을 포함하는 변압기로서, 상기 변압기는 강자성 코어를 포함하고, 상기 코일들은 상기 코어 주위에 감기는, 변압기.
- 제 14 항에 있어서,
상기 변압기는 유입식 변압기(oil-immersed transformer) 또는 건식 변압기(dry transformer)인, 변압기.
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