KR20230096080A - 알루미늄-탄소 금속 매트릭스 복합재 자석 와이어들 - Google Patents
알루미늄-탄소 금속 매트릭스 복합재 자석 와이어들 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230096080A KR20230096080A KR1020237018101A KR20237018101A KR20230096080A KR 20230096080 A KR20230096080 A KR 20230096080A KR 1020237018101 A KR1020237018101 A KR 1020237018101A KR 20237018101 A KR20237018101 A KR 20237018101A KR 20230096080 A KR20230096080 A KR 20230096080A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- wire
- magnet
- conductive core
- coil
- cnt
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
- H01B7/02—Disposition of insulation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
- H01B1/023—Alloys based on aluminium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
- H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
- H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
- H01B7/0009—Details relating to the conductive cores
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
- H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F5/00—Coils
- H01F5/06—Insulation of windings
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/30—Windings characterised by the insulating material
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Insulated Conductors (AREA)
- Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
- Windings For Motors And Generators (AREA)
- Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
Abstract
알루미늄 및 탄소 (예를 들어, 탄소 나노튜브들) 의 전도성 코어를 포함하는 자석 와이어. 자석 와이어는 또한, 전도성 코어의 표면 상에 절연층을 포함한다. 절연층 및 전도성 코어는 집합적으로, 자석과 연관된 코일의 완전 절연된 와이어를 형성한다. 자석 와이어는, 예를 들어, 전기 모터, 발전기, 변압기, 인덕터, 또는 스피커 중 임의의 것에 대한 자석의 코일을 형성하도록 구성된다.
Description
개시된 교시들은 자석 와이어(magnet wire)들을 위한 금속 복합재들에 관한 것이다.
자석 와이어는 얇은 절연재 층으로 코팅된 전도성 와이어이다. 일부 예들에서, 자석 와이어는 변압기들, 인덕터들, 모터들, 발전기들, 스피커들, 하드 디스크 헤드 액추에이터들, 전자석들, 및 절연된 와이어의 타이트한 코일들을 요구하는 다른 어플리케이션들의 구성에서 사용된다. 절연재는 통상적으로, 때때로 에나멜로서도 또한 지칭되는 견고한 폴리머로 제조된다.
자석 와이어 어플리케이션들을 위한 일반적인 재료들은 합금되지 않은 순수한 금속들, 특히, 구리 (Cu) 를 포함한다. 화학적, 물리적, 및 기계적 특성 요건들과 같은 팩터들이 고려될 때, Cu 는 자석 와이어에 대한 제 1 선택 전도체이다. 일 예에서, 자석 와이어는 전자기 코일들을 만들기 위해 밀접하게 권취되는 완전히 어닐링된, 전해적으로 정세화된 Cu 로 구성된다. 고순도 무산소 Cu 등급들은 환원 분위기들에서 또는 수소 가스에 의해 냉각된 전기 머신들 (예를 들어, 모터들, 발전기들) 에서 고온 어플리케이션들을 위해 사용된다. 알루미늄 (Al) 자석 와이어는 때때로, 대형 변압기들 및 모터들에 대한 대안으로서 사용된다. 그 낮은 전기 전도도 때문에, Al 와이어는 필적하는 저항을 달성하기 위해 Cu 와이어보다 약 50 내지 60% 더 큰 단면적을 요구한다.
개시된 기술은 알루미늄 및 탄소의 전도성 코어를 갖는 자석 와이어를 포함한다. 자석 와이어는 또한, 전도성 코어 상에 배치된 절연 맨틀을 포함한다. 절연 맨틀 및 전도성 코어는 공동으로, 자석의 코일의 완전 절연된 와이어를 형성하도록 구성된다.
일 예에서, 전도성 코어의 탄소는 5 중량 퍼센트 (wt.%) 미만이다. 다른 예에서, 전도성 코어의 탄소는 대부분 (예를 들어, 50% 초과로) 탄소 나노튜브들의 형태이다.
일 예에서, 절연된 와이어는, 실질적으로 라운드형 단면 또는 실질적으로 직사각형 단면을 가질 수 있다. 다른 예에서, 절연된 와이어는 실질적으로 2차원 단면을 가지며, 여기서, 실질적으로 2차원은 전도성 코어의 폭이 그의 두께보다 실질적으로 더 크다는 것 (예를 들어, 10배 또는 1000배 더 큼) 을 의미한다.
일 예에서, 절연 맨틀은 폴리에스테르-아미드-이미드와 같은 폴리머로 형성된다. 다른 예에서, 절연 맨틀은 애노드화 알루미늄으로 형성된다.
자석 와이어는 모터, 변압기, 발전기, 스피커, 전자석, 자기 액추에이터, 또는 인덕터의 코일을 형성하도록 구성될 수 있다. 자석 와이어는 적어도 55% IACS (International Annealed Copper Standard), 바람직하게는 약 60% IACS 의 전도도, 적어도 200 MPa 의 극한 인장 강도 (ultimate tensile strength), 및/또는 국제 전기 기술 위원회 (IEC) 표준 62004 (IEC 62004) 의 AT4 사양을 만족시키는 내열성과 같은 특성들을 가질 수 있다.
본 개시의 하나 이상의 실시형태들은 첨부 도면들의 도면들에서 제한이 아닌 예로서 예시되며, 도면에서, 유사한 참조부호들은 유사한 엘리먼트들을 나타낸다.
도 1a 는 자석 와이어의 와이어 권취형 코일의 단면을 예시한다.
도 1b 는 자석 와이어의 호일 권취형 코일의 단면을 예시한다.
도 2 는 원하는 직경들을 획득하기 위해 냉간 인발에 의해, 초기 직경들을 갖는 알루미늄 (Al) 및 Al 탄소 나노튜브 (Al-CNT) 로드(rod)들을 강화하는 것을 도시한 그래프이다.
도 3 은 다양한 온도들에서 Al 및 Al-0.5 중량 퍼센트 (wt.%) CNT 전도체들을 가열한 이후 극한 인장 강도 (UTS) 의 유지율을 도시한 그래프이다.
도 4 는 최종 와이어 직경 및 원하는 극한 인장 강도를 갖는 와이어로 로드를 인발하기 위해 요구된 초기 로드 직경을 도시한 그래프이다.
도 5 는 등급 FIW6 폴리에스테르-아미드-이미드 (PAI) 절연재를 갖는 구리 (Cu) 및 Al 1350 자석 와이어에서의 최대 전류를 도시한 그래프이다.
도 6 은 50 μm 두께의 FIW6 PAI 절연재를 갖는 Al 1350 및 Al-CNT 0.5 wt.% 자석 와이어 및 5 μm 두께의 알루미늄 산화물 (Al-Ox) 애노드화 절연재 층을 갖는 Al 1350 및 Al-CNT 0.5 wt.% 자석 와이어에서의 최대 전류를 도시한 그래프이다.
도 7 은 호일 두께의 함수로서 50 mm 폭의 호일들, 즉, 50 μm 두께의 PAI 절연재를 갖는 Cu 및 Al-CNT 호일, 및 5 μm 두께의 알루미늄 산화물 (Al-Ox) 애노드화 절연재 층을 갖는 Al-CNT 및 Al 1350 호일의 전류용량 (ampacity) 을 도시한 그래프이다.
도 1a 는 자석 와이어의 와이어 권취형 코일의 단면을 예시한다.
도 1b 는 자석 와이어의 호일 권취형 코일의 단면을 예시한다.
도 2 는 원하는 직경들을 획득하기 위해 냉간 인발에 의해, 초기 직경들을 갖는 알루미늄 (Al) 및 Al 탄소 나노튜브 (Al-CNT) 로드(rod)들을 강화하는 것을 도시한 그래프이다.
도 3 은 다양한 온도들에서 Al 및 Al-0.5 중량 퍼센트 (wt.%) CNT 전도체들을 가열한 이후 극한 인장 강도 (UTS) 의 유지율을 도시한 그래프이다.
도 4 는 최종 와이어 직경 및 원하는 극한 인장 강도를 갖는 와이어로 로드를 인발하기 위해 요구된 초기 로드 직경을 도시한 그래프이다.
도 5 는 등급 FIW6 폴리에스테르-아미드-이미드 (PAI) 절연재를 갖는 구리 (Cu) 및 Al 1350 자석 와이어에서의 최대 전류를 도시한 그래프이다.
도 6 은 50 μm 두께의 FIW6 PAI 절연재를 갖는 Al 1350 및 Al-CNT 0.5 wt.% 자석 와이어 및 5 μm 두께의 알루미늄 산화물 (Al-Ox) 애노드화 절연재 층을 갖는 Al 1350 및 Al-CNT 0.5 wt.% 자석 와이어에서의 최대 전류를 도시한 그래프이다.
도 7 은 호일 두께의 함수로서 50 mm 폭의 호일들, 즉, 50 μm 두께의 PAI 절연재를 갖는 Cu 및 Al-CNT 호일, 및 5 μm 두께의 알루미늄 산화물 (Al-Ox) 애노드화 절연재 층을 갖는 Al-CNT 및 Al 1350 호일의 전류용량 (ampacity) 을 도시한 그래프이다.
하기에서 설명되는 실시형태들은 당업자로 하여금 실시형태들을 실시할 수 있도록 필요한 정보를 나타내고, 실시형태들을 실시하는 최상의 모드를 예시한다. 첨부 도면들에 비추어 다음의 설명을 읽을 때, 당업자는 본 개시의 개념들을 이해할 것이고, 본 명세서에서 특별히 다루어지지 않은 이들 개념들의 어플리케이션들을 인식할 것이다. 이들 개념들 및 어플리케이션들은 본 개시 및 첨부된 실시형태들의 범위 내에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
자석 와이어는 변압기들, 모터들, 발전기들, 스피커들, 전자석들, 및 전자기 액추에이터들과 같은 어플리케이션들을 위한 유도 코일들에서 사용된다. 코일들은 코발트 (Co), 철 (Fe), 니켈 (Ni), 또는 이들의 합금 (Co-Fe, Ni-Fe, Ni-Fe-Mo, 샌더스트 (Fe-Al-Si), 비정질 강 (amorphous steel), 실리콘 강, 또는 페라이트와 같지만 이에 한정되지 않음) 과 같은 재료를 포함하는 자기 투과성 코어 또는 에어 코어 중 어느 하나를 가질 수도 있다. 개시된 실시형태들은, 구리 (Cu) 또는 알루미늄 (Al) 과 같은 금속 전도체 및 전기 와이어-대-와이어 단락을 방지하는 얇은 절연체 코팅 (예를 들어, 맨틀, 층) 으로 구성되는 자석 와이어에 비해 개선된다. 개선된 자석 와이어는 또한, 변압기들, 인덕터들, 모터 권취들, 발전기들, 스피커들, 전자석들, 또는 전자기 액추에이터들에서의 유도 코일들에서와 같은 다양한 용도들을 갖는다.
개시된 실시형태들은, 실질적으로 동일한 전도도를 갖지만 더 높은 인장 강도, 더 높은 내열성, 및 더 높은 크리프 내성을 갖는 더 강한 Al 탄소 나노튜브 (Al-CNT) 복합재 자석 와이어 또는 호일로 연질 Al 자석 와이어 또는 호일을 대체하거나 수정함으로써 종래의 자석 와이어에 비해 개선된다. 이러한 접근법은 더 높은 전류용량들 및 더 타이트한 코일 권취들을 허용한다. 개시된 자석 와이어의 이용 케이스들은 자동차 및 에너지 산업용 전자석들, 변압기들, 및 모터들을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "실질적으로" 는 상대적 다수 또는 우세함을 지칭할 수 있다.
구리 및 Al 의 정확한 비용은 변동하지만, Al 은 역사적으로 Cu 에 비해 비용 부담이 훨씬 적으며, 이는 경제적인 경량의 자석 어플리케이션들에 대해 Al 이 선호되게 한다. 더욱이, Al 은 Cu 의 1/3 미만의 밀도를 나타내고, 약 60% IACS (International Annealed Copper Standard) 의 전도도를 갖는다. 이들 특성들은 추가로, 특히, 경량의 어플리케이션들에 대해, 전자석들에서 전도체로서의 사용을 위해 Al 을 매력적으로 만든다. 하지만, Al 은 본질적으로 연질일 수 있고, 약 70 내지 100 MPa 을 초과하는 장력 하에서 파괴된다. 전도체의 인장 강도는 코일 권취 동안의 장력 및 속도를 결정하고, 따라서, 코일 권취 견고성 (tightness) 및 생산 효율을 결정한다. 더 타이트한 권취를 가능케 할 더 높은 강도의 Al 합금들이 이용가능하지만; 이들 합금들의 전도도는 Al 의 전도도보다 현저히 낮다. 더욱이, Al 은 낮은 내열성을 갖고, 따라서, 코일 전류들은 연장된 시간량 동안 약 150℃ 초과의 온도들로의 주울 (Joule) 가열을 회피하는 값들로 제한될 필요가 있다. 원하는 Al 복합재 전도체는 순수한 Al 과 유사한 전도도를 나타내지만, 순수한 Al 보다 더 높은 인장 강도, 더 높은 크리프 내성, 및 더 높은 내열성을 나타낸다.
도 1a 및 도 1b 는 상이한 코일 타입들을 예시한다. 구체적으로, 도 1a 는 와이어 권취형 코일의 단면을 예시하고, 도 1b 는 호일 권취형 코일의 단면을 예시한다. 도 1a 에 도시된 바와 같이, 와이어 권취형 코일들은, 적절한 절연재를 갖는 반경 (r) 의 실질적으로 라운드형 전도성 코어를 갖는다. 다른 예들에서, 와이어 권취형 코일들은, 실질적으로 정사각형, 직사각형, 또는 사다리꼴인 전도성 코어들을 갖는다. 도 1b 에 도시된 바와 같이, 호일 권취형 코일들은 적절한 절연재를 갖는 실질적으로 2차원 전도성 코어를 가지며, 여기서, 실질적으로 2차원은, 그 두께 (t) 보다 실질적으로 더 큰 전도성 코어의 폭 (b) 을 지칭한다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 전도성 코어의 폭은 바람직하게, 그 두께보다 10 내지 1000배 더 크다.
구리 코일들은 전도성 Cu, 니켈-도금된 구리 (Ni/Cu), 또는 은-도금된 구리 (Ag/Cu) 코어, 및 와이어-대-와이어 단락을 방지하기 위해 폴리머로 구성된 그 표면 상의 얇은 절연층 (예를 들어, 에나멜) 을 포함한다. 알루미늄 코일들은 전도성 Al 또는 Al 합금 코어, 및 와이어-대-와이어 단락을 방지하기 위해 표면 애노드화 또는 얇은 절연 폴리머 (예를 들어, 에나멜) 중 어느 하나로 구성된 그 표면 상의 절연층을 포함한다.
코일의 충전 팩터 (f) 는 전도체, 절연재, 및 와이어들 사이에서의 임의의 공극들의 총 체적에 대한 전도체 체적의 비에 의해 정의될 수 있다. 실질적으로 직사각형 또는 정사각형 와이어들을 포함하는 코일들은 실질적으로 원형 와이어들을 포함하는 코일들에 비해 더 높은 충전 팩터를 가질 것임이 용이하게 인식될 수 있다. 유사하게, 호일 권취형 코일들은 일반적으로, 와이어 권취형 코일들보다 더 높은 충전 팩터를 가질 것이다.
구리는 약 5.87·107 S/m 또는 100% IACS 의 전도도 및 8.96 g/cm3 의 밀도를 갖는다. 구리와 비교하여, Al 합금 1350 은 약 3.63·107 S/m 또는 61.8% IACS 의 더 낮은 전도도 및 2.70 g/cm3 의 더 낮은 밀도를 갖는다. 코일의 인덕턴스는 기하학적 특성이며, 따라서, 구리 코일과 동일한 치수의 Al 코일은 동일한 인덕턴스를 나타낼 것이지만 약 70% 더 가벼울 것이다. 하지만, Al 코일에 대한 전류용량은 일반적으로, 구리에 비해 Al 의 더 낮은 전도도 및 내열성으로 인해 구리 코일에 대한 전류용량보다 더 낮을 것이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 전류용량은 주어진 코어, 절연체 재료, 및 주변 온도들에서의 단면의 와이어의 이론적 전류 운반 용량, 즉, 연장된 시간량 동안 와이어를 동작시키는데 안전한 전류를 지칭할 수 있다. 종종, 와이어의 전류용량은, 연장된 시간량 동안 와이어를 동작시키는데 안전한 전류의 90% 와 같이, 감소된 최대 허용가능 전류로서 정의된다. 하지만, 짧은 시간량 동안 그들의 전류용량보다 높은 전류들에서 와이어를 동작시키는 것이 가능할 수도 있다. 더욱이, 코일의 전류용량은 또한, 코일의 지오메트리, 충전 팩터, 와이어 턴의 수, 코어 재료, 및 공기 또는 액체 냉각과 같은 냉각 메커니즘을 포함하지만 이에 한정되지 않는 코일의 설계에 의존할 수 있다. 본 개시의 단순성 및 예시 목적들을 위해, 설계의 그러한 상세들은 주어진 예들에서 명시되지 않는 한 생략된다.
Al 1350 (Al 1350) 의 전도도가 구리의 전도도보다 더 낮기 때문에, Al 자석 와이어 전도체의 단면은 동일한 전류에서 동작가능하도록 구리 자석 와이어 전도체의 단면에 비해, 적어도 61.8% (예를 들어, Al 1350 의 61.8% IACS 에 대한 Cu 의 100% IACS 의 비) 더 클 필요가 있다. 이에 따라, 동일한 전류에 대해 설계된 Al 자석 코일은 구리 자석 코일에 비해 적어도 약 50-60% 더 큰 경향이 있다. 하지만, 증가된 사이즈에서도, Al 전도체의 중량은 구리에 비해 Al 의 더 낮은 밀도로 인해 오직 구리 전도체의 약 50% 일 것이다. 전술한 단순 추정은 주울 가열, 열 전도, 열 대류, 및 열 복사로 인한 온도 효과들을 생략하며, 이들 중 일부는 하기에서 추가로 논의되는 예들에서 고려된다.
자석 와이어의 절연 재료는 코일의 최대 동작 온도를 견디도록 선택된다. 표 1 은 ANSI/NEMA MW 1000 2018 표준에 따른 다양한 절연체들의 온도 한계들을 요약한 것이다. 180℃ 초과의 동작 온도들을 견딜 수 있는 오직 몇몇의 선택된 와이어 절연 재료들이 존재한다. 폴리에스테르-아미드-이미드 (PAI) 자석 와이어 절연재는 수퍼임포즈된 아미드-이미드 외부 코팅을 갖는 개질된 폴리에스테르 베이스코트로 구성된 2부분 절연재이다. PAI 는 약 200℃ 까지 열적으로 안정적이며, 이는 다른 자석 와이어 절연체들의 온도 정격을 훨씬 초과한다. 이는, 탁월한 방풍성, 내열 충격성, 및 과부하에 견디는 능력을 나타낸다. 더욱이, 대부분의 용매 및 절연 바니시에 비해 PAI 의 내화학성은 극히 효과적이다. 적어도 이러한 이유들로, PAI 는 모터들 및 변압기들에 널리 사용되는 자석 와이어 절연 재료이다.
와이어 절연재는, 코일을 손상시킬 수도 있는 코일 내부의 핫-스팟들로 이어질 수도 있는, 코일의 내부로부터 외부로의 열 전도를 억제할 수 있다. 그러한 이유로, 높은 열 전도도를 갖는 얇은 절연재가 선호된다.
알루미늄 전도체들은 또한, 절연 알루미늄 산화물 (Al-Ox) 층을 형성하기 위해 애노드화될 수도 있다. Al-Ox 는 효과적인 절연체이며, 최대 약 500℃ 의 온도까지 열적으로 안정적이다. 애노드화 Al-산화물 절연재는, 0.26 내지 0.54 W/m·K 의 열 전도도 및 수십 마이크로미터 정도의 두께를 갖는 PAI 와 같은 고온 폴리머 절연체에 비해, 28 내지 35 W/m·K 의 열 전도도 및 수 마이크로미터, 통상적으로 3 내지 10 μm 의 두께를 갖는다. 따라서, 얇은 Al-Ox 절연재를 갖는 Al 코일에서의 열은 두꺼운 폴리머 절연재를 갖는 Al 코일에 비해 코일의 내부로부터 외부로 더 쉽게 전도될 것이어서, 더 높은 동작 온도들 및 그에 따른 더 높은 코일 전류용량을 허용한다. 그럼에도 불구하고, 애노드화 Al 은 500℃ 까지 열적으로 안정적이지만, Al 은 낮은 내열성을 가지며, 따라서, Al 코일 동작 온도들은 연장된 시간량 동안 약 150℃ 이하로 제한되어야 한다.
개시된 Al-복합재 와이어는, 주어진 와이어 단면에 대해 더 높은 전류들 (예를 들어, 더 높은 전류용량) 및 온도들에서 동작하기 위한 능력과 Al 의 낮은 밀도의 이점을 조합하기 위해, 표준 Al 와이어보다 더 높은 강도, 더 높은 크리프 내성, 및 더 높은 내열성을 나타낸다. 일 예에서, 알루미늄 탄소 나노튜브 (Al-CNT) 금속-매트릭스 복합재 (MMC) 자석 와이어는 Al 자석 와이어에 비해 개선된 값을 제공하지만, Al 과 유사한 전기 전도도를 나타낼 뿐 아니라 하기에서 서술되는 바와 같이 Al 자석 와이어에 비해 더 높은 인장 강도, 내열성 및 크리프 내성을 나타낸다. 표 2 는 다양한 타입들의 Al 자석 와이어의 특성들을 요약한 것이다.
표 2 에 나타낸 바와 같이, Al 1350 과 같은 높은 전도도 Al 은 61.8% IACS 의 전도도를 나타낸다. 비교로, 약 0.5 중량 퍼센트 (wt.%) CNT 를 갖는 Al-CNT 와이어는 적어도 55% IACS, 바람직하게는 약 60% IACS 의 전도도를 나타낸다. 따라서, Al-CNT 와이어의 전도도는 Al 1350 와이어의 전도도의 약 97% 이다. 온도에 따른 저항의 증가를 기술하는 저항의 열 계수는 Al 1350 및 Al-CNT 0.5 wt.% 양자 모두에 대해 4.29·10-3 으로 거의 동일하다.
자석 와이어는, 와이어 인발 및 코일 권취를 위해 인가되는 힘에 견디도록 특정 기계적 강도를 나타낼 필요가 있다. 더 높은 인장 강도는 더 높은 제조 속도 및 더 타이트하게 권취된 코일들을 허용한다. Al 1350 은 오직 약 13 kpsi (90 MPa) 의 인장 강도를 나타낸다. 대조적으로, 5056 또는 6061 과 같은 Al 합금들은, 각각, 42 kpsi (290 MPa) 및 17 kpsi (117 MPa) 로 Al 1350 보다 높은 인장 강도를 나타낸다. 5056 또는 6061 과 같은 Al-합금들이 타이트하게 권취된 Al 코일들을 위해 채용되지만, 각각, 단지 29% 및 47% IACS 로 Al 1350 보다 현저하게 낮은 전도도를 나타내며, 이는 주어진 전류용량에 대한 전도체들의 사이즈를 추가로 증가시키는 것을 요구하고, 따라서, 구리 코일에 대한 중량 이점이 손실된다.
전술한 재료들과 비교하여, 약 0.5 wt.% CNT 를 갖는 Al-CNT 와이어는, 와이어 인발 동안 적용되는 냉간 가공의 정도에 의존하여, 29 kpsi (200 MPa) 또는 심지어 43.5 kpsi (300 MPa) 를 초과하는 인장 강도를 나타낸다. 따라서, Al-CNT 와이어의 더 높은 인장 강도는 Al 1350 와이어에 비해 더 타이트한 코일 권취들 및 더 높은 제조 속도들을 허용하며, 적어도 55% IACS, 바람직하게는 약 60% IACS 의 전기 전도도를 나타내는 이점을 가지며, 이는 Al 1350 의 전기 전도도의 약 97% 이고 Al 1100 의 전기 전도도와 거의 동일하거나 약간 높다.
자석 와이어는 추가로, 임계 내열성을 나타낼 필요가 있다. 상승된 온도에서의 동작은, 열 폭주 또는 와이어 파손으로 이어지는 와이어 박화 (thinning) 와 같은 파국적인 고장을 초래할 수도 있는 기계적 강도의 손실을 초래하지 않아야 한다. 약 0.5 wt.% CNT 를 갖는 Al-CNT 와이어는 국제 전기 기술 위원회 (IEC) 62004 내열성 표준에 따른 AT4 내열성 사양을 나타낸다. 1시간 동안 400℃ 에서 또는 400시간 동안 310℃ 에서 어닐링될 경우 그 극한 인장 강도 (UTS) 의 10% 미만이 손실되며, 이는 인장 강도의 현저한 손실없이 40년 동안 230℃ 까지 연속적으로 동작될 수 있음을 의미한다. 반면, Al 1350 은 단지 IEC 62004 내열성 표준의 AT1 수준 내열성 사양만을 충족하며, 이는 인장 강도의 현저한 손실없이 40년 동안 오직 150℃ 까지만 동작될 수 있음을 의미한다.
따라서, Al-CNT 0.5 wt.% CNT 와이어들은 Al 1350 와이어들보다 더 고온으로 구동할 수도 있어서, 온도가 절연재의 정격 온도 미만인 한, 전류용량에서의 추가의 증가를 제공한다. 표 3 은 IEC62004 표준의 다양한 AT 사양들에 대한 어닐링 동안 사용되는 온도 및 시간 조건들을 요약한 것이다. 주어진 조건들에서 어닐링한 이후, 초기 UTS 의 90% 가 특정 AT 사양을 통과하도록 유지될 필요가 있다.
표 4 는 다양한 AT 사양들이 40년 및 400시간 동안 연속 허용가능한 동작 온도들로 어떻게 변환되는지를 요약한 것이다.
와이어에서 소실되는 전력은 전도체의 저항 및 와이어를 통과한 전류의 제곱에 비례한다. 전력 소실은, 때때로, 주울 가열 또는 옴 (Ohmic) 가열로서 또한 지칭되는 와이어 온도의 증가를 초래하며, 와이어가 기계적으로 또는 전기적으로 열화되지 않도록 제한되어야 한다.
더 구체적으로, 금속 전도체 반경 (r1) 및 절연체 두께 (d = r2 - r1), 즉, 전체 반경 (r2) 을 갖는 와이어에 대해, 금속 전도체 대 와이어 절연체 계면에 대한 주변 온도 (T0) 에 걸친 온도 상승 (ΔT = T - T0) 은 다음과 같이 표현될 수 있다:
여기서, I 는 와이어를 통과한 전류이고, ρ 는 금속 전도체의 전기 저항율이고, k 는 절연체의 열 전도도이고, h 는 주변으로의 열 전달 계수이다. 금속에 대해, ρ 는 다음과 같이 온도 의존성을 가질 것이다:
폭 (b) 및 두께 (t) 그리고 절연체 두께 (d) 를 갖는 직사각형 금속 전도체에 대해, 금속 전도체 대 와이어 절연체 계면에 대한 주변 온도 (T0) 에 걸친 온도 상승 (ΔT = T - T0) 은 다음과 같이 표현될 수 있다:
개시된 기술은, Al 합금 와이어들 (예를 들어, Al 6061 와이어들) 의 강도를 갖지만 순수한 Al 와이어들 (예를 들어, Al 1350 와이어들) 의 전도도와 유사한 전도도를 나타내는 Al 기반 와이어들을 위한 조성을 포함하고, Al 기반 와이어들에 비해 개선된 크리프 내성을 갖는다. 예를 들어, Al 금속 매트릭스에 대한 탄소 나노튜브들의 소량의 첨가 (예컨대, 2 wt.% 미만, 더 바람직하게는 <1 wt.%) 는, CNT 가 없는 순수한 Al 에 비해, 증가된 와이어 인장 강도, 더 높은 내열성, 및 더 높은 크리프 내성을 제공하면서 실질적으로 유사한 전도도, 탄성 계수, 및 열 팽창 계수 그리고 내열성을 유지한다. Al-CNT 의 인장 강도 및 크리프 내성은 복합재에서의 증가된 CNT 중량비에 따라 증가하지만, 전기 전도도는 감소한다. 이와 같이, 0.1 wt.% 내지 2 wt.% CNT, 더 바람직하게는 0.2 wt.% 내지 1.5 wt.% CNT, 또는 훨씬 더 바람직하게는 약 0.5 wt.% CNT 의 농도는 적어도 55% IACS, 바람직하게는 약 60% IACS 의 전기 전도도를 유지할 수 있다. 특히, 0.5 wt.% CNT 를 갖는 Al MMC 와이어는 (표 1 에 요약된 바와 같은) 오버헤드 송신 라인들을 위한 IEC 62004 내열성 표준의 AT4 사양들을 만족하면서 200 MPa 또는 심지어 300 MPa 보다 큰 강도를 나타낼 수 있고, Al 1350 의 전도도에 가까운 전도도를 나타낼 수 있다.
Al-CNT 와이어는, 압출된 Al-CNT 로드의 단면을 냉간 가공 공정 (압연, 인발, 또는 이들의 조합과 같지만 이에 한정되지 않음) 을 통해 로드를 위한 원하는 직경이 얻어질 때까지 연속적으로 감소시킴으로써 가공 및 분산 경화로 기계적 강화를 획득할 수 있다. 원하는 직경을 달성하기 위한 냉간 가공 공정 동안, 로드의 그레인 구조는 정세화되고, CNT 는 와이어에서 더 균일하게 분산된다.
개시된 실시형태들은 폴리머 절연체를 갖는 가공 및 분산 경화된 Al-CNT 자석 와이어의 적용, Al-Ox 절연체, 예를 들어, 애노드화 표면 층을 갖는 가공 및 분산 경화된 Al-CNT 자석 와이어의 적용, 폴리머 절연체를 갖는 가공 및 분산 경화된 Al-CNT 호일의 적용, Al-Ox 절연체를 갖는 가공 및 분산 경화된 Al-CNT 호일의 적용을 포함한다.
다음의 예들은, Al-CNT 복합재가 전자석 코일들을 위한 와이어 또는 호일에 사용되는 종래의 Al 또는 Al-합금들의 단점들을 어떻게 극복할 수 있는지를 예시한다. 일 예에서, Al 1350 자석 와이어를 Al-CNT 자석 와이어로 대체하는 것은 더 높은 강도 및 더 높은 전류용량을 초래할 것이다. 다른 예에서, 애노드화 Al 1350 호일을 애노드화 Al-CNT 호일로 대체하는 것은 더 높은 강도 및 더 높은 전류용량을 초래할 것이다.
도 2 는, 냉간 인발 단계들을 연속적으로 적용하는 것에 의한 와이어 사이즈의 감소 시, 5 mm 직경의 압출된 Al-CNT 로드 및 5 mm 직경의 압출된 Al (99.7%) 로드를 강화하는 것을 비교한 그래프이다. Al-CNT 재료에서의 강화는 가공 및 분산 경화에 기인하는 반면, Al 의 강화는 가공 경화에만 기인한다. CNT 는 이미 압출된 상태로 Al-CNT 로드에 분산되어 있다. 따라서, 인발 전 145 MPa 의 초기 강도는 75 MPa 의 초기 Al 강도보다 이미 더 크다. 냉간 가공을 적용하는 것에 의한 와이어 사이즈에서의 연속적인 감소에 따른 초기 강화 레이트가 Al-CNT 및 Al 99.7% 에 대해 유사하지만, 와이어 사이즈에서의 연속적인 감소에 따른 강화 레이트는 Al-CNT 에 대해 일정하게 유지되는 한편, Al 99.7% 에 대해서는 현저하게 감소한다.
원하는 극한 인장 강도 (UTS) 에 대한 Al-CNT 로드의 초기 압출 직경 (Di) 및 와이어의 최종 직경 (Df) 은 다음의 수학적 관계식에 기초하여 계산될 수 있다:
여기서, A 및 B 는 CNT 의 양에 의존하는 상수들이다. 0.5 wt.% CNT 농도와 조합된 Al 99.7% 로 구성된 매트릭스에 대해, A 및 B 는, 각각, 약 145 및 약 60 이다.
초기 두께 (ti) 와 최종 두께 (tf) 사이의 유사한 지수 관계는 얇은 시트 또는 호일로 압연되는 바 (bar) 에 대해 유지된다.
도 3 은, 다양한 온도들에서 Al 및 Al-CNT 와이어들을 가열한 이후 UTS 의 유지율을 도시한 그래프이다. 도시된 바와 같이, Al-CNT 와이어는 IEC 62004 표준의 AT4 사양을 만족하는 반면, Al 또는 1xxx 시리즈 Al 은 IEC 62004 표준의 AT1 사양들만을 만족한다.
도 4 는 선택한 최종 와이어 직경에 대해 냉간 인발함으로써 원하는 극한 인장 강도를 달성하기 위하여 요구된 초기 로드 직경을 결정하는데 사용될 수 있는 그래프이다. 도면에 제공된 예에서, 0.4 mm 의 최종 와이어 직경을 갖는 300 MPa 의 원하는 UTS 를 달성하기 위하여, 요구된 초기 로드 직경은 약 5.3 mm 이다.
실시예들
다음의 예들은 와이어 권취형 또는 호일 권취형 코일들에서 Al 전도체들 대신 Al-CNT 전도체들을 사용하는 이점들을 예시한다. 더욱이, 애노드화 Al-CNT 와이어들 또는 호일들을 포함하는 코일들의 성능은 구리 기반 와이어들 또는 호일들을 포함하는 코일들과 경쟁적이라는 것이 나타내어진다.
다음의 특성들이 하기 계산들에서 사용된다:
저항율 (ρ0) 은 Cu 에 대해 1.71·10-8 Ω·m, Al 1350 에 대해 2.77·10-8 Ω·m, 및 Al-CNT 0.5 wt.% 에 대해 2.85·10-8 Ω·m 이다. 열저항 계수 () 는 Cu 에 대해 약 0.00393 이고, Al 1350 및 Al-CNT 0.5 wt.% 양자 모두에 대해 0.00429 이다.
PAI 의 열 전도도 (k) 는 약 0.25 W/m·K 이고, 애노드화 Al층 (Al-Ox) 의 열 전도도는 약 28 - 35 W/m·K 이다. 주변 공기에 대한 표면의 열 전달 계수 (h) 는 약 12 W/K·m2 이다.
구리 자석 와이어들은 약 180℃ 의 온도들까지 동작될 수 있다. 이들은, 스케일링 및 결과적인 전도체의 열화를 회피하기 위해 180℃ 초과의 온도들에서 동작될 때, 니켈 또는 은으로 도금되어야 한다. 도금된 구리 와이어들에 대해, 동작 온도는 절연체의 최대 동작 온도에 의해, 예를 들어, PAI 절연재에 대해 200℃ 로 제한된다.
1350 Al 와이어들과 같은 알루미늄 자석 와이어들은 AT1 내열성 정격과 일치하는 약 150℃ 의 온도까지만 동작될 수 있다. Al-CNT 0.5 wt.% 자석 와이어들은 PAI 절연재에 대해 200℃, 및 AT4 내열성 정격과 일치하는 Al-Ox 절연재에 대해 230℃ 의 온도까지 동작될 수 있다.
실시예 1
도 5 는 150℃ 에서 동작하는 Cu 와이어들, 200℃ 에서의 Ni 또는 Ag 도금된 Cu 와이어들, 150℃ 에서의 Al 1350 와이어들, 및 200℃ 에서의 Al-CNT 0.5 wt.% 에 대한 와이어 단면의 함수로서 전류용량을 도시한다. 이들 경우들에서, 등급 FIW6 의 완전 절연된 와이어가 가정된다 (FIW 두께들에 대한 상세들에 대해서는, 예를 들어, ANSI/NEMA MW 1000-2018 표준 또는 IEC 60317-0-7 을 참조).
Cu 와이어들에 비해, Al 및 Al-CNT 와이어들은 그의 더 낮은 전도도 및 더 높은 열 저항 계수로 인해 더 낮은 전류용량을 가져서, 비교적 더 높은 주울 가열을 야기한다. 하지만, Al-CNT 0.5 wt.% 와이어들은 그의 더 높은 내열성으로 인해 Al 1350 와이어들에 비해 더 높은 전류 및 온도에서 동작될 수 있다. 따라서, Al-CNT 0.5% 자석 와이어들은, > 150℃ 에서 정격화된 PAI 또는 다른 고온 절연재와 함께 사용될 때, Al 1350 자석 와이어들에 비해 선호된다는 것이 용이하게 인식될 수 있다.
실시예 2
도 6 은 등급 FIW6 PAI 절연재를 갖는 150℃ 에서의 Al 1350 와이어들 및 200℃ 에서의 Al-CNT 0.5 wt.% 그리고 5 μm 두께의 표면 애노드화 (예컨대, Al-Ox) 를 갖는 150℃ 에서의 Al 1350 와이어들 및 Al-CNT 0.5 wt.% 와이어들에 대한 와이어 단면의 함수로서 전류용량을 도시한다.
애노드화 Al 및 Al-CNT 와이어들의 전류용량은 PAI 등급 FIW6 절연된 Al 및 Al-CNT 와이어들의 전류용량보다 높은데, 왜냐하면 Al-Ox 절연재가 등급 FIW6 PAI 절연재보다 더 얇고 더 열적으로 전도성이기 때문이다. 따라서, 얇은 애노드화 Al 층을 갖는 Al 및 Al-CNT 자석 와이어는 두꺼운 PAI 절연된 자석 와이어를 갖는 Al 및 Al-CNT 와이어들에 비해 우수한 성능을 나타냄이 용이하게 인식될 수 있다.
실시예 3
폴리머 절연된 자석 와이어를 갖는 코일에 대해, 충전 팩터는 0.25 내지 0.65 일 수 있는 한편, 애노드화 Al 코일에 대해, 충전 팩터는 0.85 내지 0.995 이다. 따라서, 동일한 전류용량 정격에 대해, Al-Ox 절연재를 갖는 Al 코일들은 두꺼운 고온 폴리머 절연재를 갖는 필적하는 코일들에 비해 더 낮은 코일 체적을 가질 것이다.
0.86 의 충전 팩터를 갖는 Al 1350 코일은, Al 1350 이 61.8% IACS 의 전도도를 갖는다는 것을 고려하면, 와이어 저항의 관점에서 0.53 의 충전 팩터를 갖는 구리 코일과 등가일 것이다. (충전 팩터와 전도도의 곱은 동일하다: 즉, 0.86·0.618 = 0.53·1). 하지만, Al 전도체의 중량은 등가 구리 전도체의 중량의 절반 미만일 것이다 (Al 과 Cu 에 대한 밀도 및 충전 팩터의 곱들의 비: 0.86·2.7 / 0.53·8.96 = 0.49).
0.88 의 충전 팩터를 갖는 Al-CNT 0.5 wt.% 코일은, Al-CNT 가 약 60% IACS 의 전도도를 갖는다는 것을 고려하면, 와이어 저항의 관점에서 0.53 의 충전 팩터를 갖는 구리 코일과 등가일 것이다 (충전 팩터와 전도도의 곱은 동일하다: 즉, 0.88·0.6 = 0.53·1). 하지만, Al-CNT 0.5 wt.% 전도체의 중량은 등가 구리 전도체의 중량의 오직 절반일 것이다 (Al-CNT 와 Cu 의 밀도 및 충전 팩터의 곱들의 비: 0.88·2.7 / 0.53·8.96 = 0.50).
Al-CNT 코일은 Al-CNT 의 내열 한계인 230℃ 의 온도까지 동작될 수 있다. 이에 비해, Cu 코일은 PAI 의 온도 한계인 200℃ 의 온도까지 동작될 수 있다. 따라서, 애노드화 Al-CNT 전도체 (예를 들어, Al-Ox 절연재) 를 갖는 코일이 코일 중량 및 동작 온도의 관점에서 구리 전도체 및 고온 절연재를 갖는 코일에 비해 선호된다는 것이 용이하게 인식될 수 있다.
실시예 4
도 7 은 다음과 같은 50 mm 폭의 다양한 호일들에 대한 전도체 두께 (t) 의 함수로서 전류용량을 도시한다: 200℃ 에서 동작하는 50 μm 두께의 PAI 절연재를 갖는 Ag 또는 Ni 도금된 Cu-호일을 포함하는 호일; 200℃ 에서 동작하는 50 μm 두께의 PAI 절연재를 갖는 Al-CNT 0.5% 를 포함하는 호일; 150℃ 에서 동작하는 5 μm 두께의 Al-Ox 절연재를 갖는 Al 을 포함하는 호일; 및 230℃ 에서 동작하는 5 μm 두께의 Al-Ox 절연재를 갖는 Al-CNT 0.5 wt% 를 포함하는 호일. Al-Ox 절연된 Al-CNT 호일의 전류용량은, 주로, 각각 더 높은 동작 온도들로 인해, Al-Ox 절연된 Al 호일의 전류용량보다 더 높은 PAI 절연된 Al-CNT 호일의 전류용량보다 더 높다. PAI 절연된 구리 호일의 전류용량은, Al 및 Al-CNT 호일에 비해 Cu 의 더 높은 전도도로 인해, Al 및 Al-CNT 호일들에 비해 여전히 가장 높다. 따라서, 애노드화 Al-CNT 0.5 wt.% 를 갖는 코일이 애노드화 Al 을 갖는 코일 또는 고온 PAI 절연된 Al-CNT 0.5 wt.% 를 갖는 코일에 비해 선호된다는 것이 용이하게 인식될 수 있다.
실시예 5
전술한 예들이 와이어들 또는 호일들과 관련하여 논의되었지만, 타이트하게 권취된 코일 내부에서 발생된 열 및 결과적인 온도 프로파일들은 더 복잡하다. 가장 특히, 대류는 코일의 표면에만 적용되는 반면, 열 전도는 코일의 체적에 적용된다. 코일의 내부는 일정한 온도에 있다고 가정될 수 있다.
에어 코어, 호일 두께 (t), 내부 반경 (r1) 및 외부 반경 (r2), 폭 (b), 및 충전 팩터 (f) 를 갖는 호일 권취형 코일에 대해, 전력 소실은 다음과 같이 주어진다:
그리고 온도 상승은 다음과 같다:
100 μm 두께의 Al 호일 및 6.5 μm 두께의 Al-Ox 절연재 (113 μm 두께의 호일) 를 갖는 코일은 f = 0.88 의 충전 팩터를 가질 것이다. 최대 동작 온도는 약 150℃ 일 것이다.
100 μm 두께의 Al-CNT 호일 및 6.5 μm 두께의 Al-Ox 절연재 (113 μm 두께의 호일) 를 갖는 코일은 f = 0.88 의 충전 팩터를 가질 것이다. 최대 동작 온도는 약 230℃ 일 것이다.
61 μm 두께의 CU 호일 및 26 μm 두께의 PAI 절연재 (113 μm 두께의 호일) 를 갖는 코일은 f = 0.54 의 충전 팩터를 가질 것이다. 최대 동작 온도는 약 200℃ 일 것이다.
3개의 코일들은 실시예 3 에서 논의된 바와 같이 실온에서 체적 및 저항의 관점에서 대략 동등할 것이다. 하지만, Al 및 Al-CNT 코일들의 중량은, 전도체 및 절연체의 중량을 고려하면 Cu 코일의 중량의 절반 미만일 것이다.
r1 = 0.1 m 및 r2 = 0.15 m 의 외부 반경을 갖는 호일 권취형 코일은 442 턴을 가질 것이다. b = 0.01 m 의 폭을 갖는 호일들에 대해, 애노드화 Al, Al-CNT, 및 PAI 절연된 Cu 코일들의 전류용량은 각각 2.7 A, 3.0 A, 및 2.3 A 일 것이다. Reeves 등의 "Air-cored foil-wound inductors" in Proc.IEE, Vol.125 (1978) 460 에서의 식 14 를 사용하여 계산되는 바와 같은 코일의 유도는 54 mH 이다.
따라서, Al-CNT 코일은 Al 코일과 동일한 중량을 가질 것이지만, Al 에 비해 Al-CNT 의 더 높은 내열성으로 인해 더 높은 전류용량을 가질 것임을 용이하게 인식할 수 있다. 추가로, Al-Ox 절연재를 갖는 Al-CNT 코일이 PAI 절연재를 갖는 Cu 코일과 동일한 체적을 갖지만, Al-CNT 코일은 Cu 코일보다 오직 약 절반의 중량일 것이지만, Al-CNT 코일은 Cu 에 비해 Al-CNT 의 더 높은 충전 팩터 및 더 높은 온도 정격으로 인해 Cu 코일보다 약 30% 더 높은 전류용량을 가질 것임을 용이하게 인식할 수 있다.
전술한 바로부터, 본 발명의 특정 실시형태들이 예시의 목적으로 본 명세서에서 설명되었지만, 다양한 수정들이 본 발명의 범위로부터 일탈함없이 행해질 수도 있음이 인식될 것이다.
Claims (20)
- 자석 와이어로서,
알루미늄 및 탄소를 포함하는 전도성 코어; 및
상기 전도성 코어의 표면을 코팅하는 절연층을 포함하고,
상기 절연층 및 상기 전도성 코어는 공동으로, 자석과 연관된 코일의 절연된 와이어를 형성하도록 구성되는, 자석 와이어. - 제 1 항에 있어서,
상기 전도성 코어의 탄소는 5 중량 퍼센트 (wt.%) 미만인, 자석 와이어. - 제 1 항에 있어서,
상기 전도성 코어의 탄소 중 50% 초과는 탄소 나노튜브들을 포함하는, 자석 와이어. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연된 와이어는 실질적으로 라운드형 단면을 갖는, 자석 와이어. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연된 와이어는 실질적으로 직사각형 단면을 갖는, 자석 와이어. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연된 와이어는, 상기 전도성 코어의 폭이 상기 전도성 코어의 두께보다 실질적으로 크도록 실질적으로 2차원 단면을 갖는, 자석 와이어. - 제 6 항에 있어서,
상기 전도성 코어의 폭은 상기 전도성 코어의 두께보다 10 내지 1000배 큰, 자석 와이어. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연층은 폴리머를 포함하는, 자석 와이어. - 제 8 항에 있어서,
상기 폴리머는 폴리에스테르-아미드-이미드를 포함하는, 자석 와이어. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연층은 애노드화 알루미늄으로 형성되는, 자석 와이어. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자석 와이어는,
전기 모터,
발전기,
변압기,
인덕터, 또는
스피커
중 임의의 것에 대한 상기 자석의 코일을 형성하도록 구성되는, 자석 와이어. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자석 와이어는 자기 액추에이터의 코일을 형성하도록 구성되는, 자석 와이어. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자석은 전자석이고,
상기 자석 와이어는 상기 전자석의 코일을 형성하는, 자석 와이어. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자석 와이어는 적어도 55% IACS 의 전도도를 갖는, 자석 와이어. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자석 와이어는 적어도 200 MPa 의 극한 인장 강도를 갖는, 자석 와이어. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자석 와이어의 내열성은 IEC 62004 의 AT4 사양을 만족하는, 자석 와이어. - 코일형 와이어로서,
알루미늄 및 5 중량 퍼센트 미만의 탄소 나노튜브들을 포함하는 전도성 코어; 및
상기 전도성 코어의 표면에 배치된 절연 맨틀을 포함하고,
상기 코일형 와이어는 자석과 연관되고,
상기 코일형 와이어는 적어도 55% IACS 의 전도도, 적어도 200 MPa 의 극한 인장 강도를 가지며, IEC 62004 의 AT4 사양을 만족하는, 코일형 와이어. - 제 17 항에 있어서,
상기 절연 맨틀은 폴리머를 포함하는, 코일형 와이어. - 전기 머신으로서,
알루미늄 및 탄소 나노튜브들의 전도성 코어를 포함하는 와이어 코일; 및
상기 전도성 코어의 표면 상에 코팅된 절연층을 포함하고,
상기 절연층 및 상기 전도성 코어는 공동으로, 자석과 연관된 절연된 와이어를 형성하도록 구성되는, 전기 머신. - 제 19 항에 있어서,
상기 전기 머신은 전기 모터 또는 발전기를 포함하는, 전기 머신.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US202063107997P | 2020-10-30 | 2020-10-30 | |
US63/107,997 | 2020-10-30 | ||
PCT/US2021/057397 WO2022094308A1 (en) | 2020-10-30 | 2021-10-29 | Aluminum-carbon metal matrix composite magnet wires |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20230096080A true KR20230096080A (ko) | 2023-06-29 |
Family
ID=81383318
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020237018101A KR20230096080A (ko) | 2020-10-30 | 2021-10-29 | 알루미늄-탄소 금속 매트릭스 복합재 자석 와이어들 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20230268108A1 (ko) |
EP (1) | EP4238110A4 (ko) |
JP (1) | JP2023548103A (ko) |
KR (1) | KR20230096080A (ko) |
CN (1) | CN116348969A (ko) |
MX (1) | MX2023004859A (ko) |
WO (1) | WO2022094308A1 (ko) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20210319098A1 (en) * | 2018-12-31 | 2021-10-14 | Intel Corporation | Securing systems employing artificial intelligence |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0410003B1 (en) * | 1989-02-14 | 1994-11-02 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Insulated electric wire |
CN102714073B (zh) * | 2010-01-20 | 2014-09-03 | 古河电气工业株式会社 | 复合电线及其制造方法 |
KR20130000647A (ko) * | 2011-06-23 | 2013-01-03 | 권한상 | 알루미늄 및 카본나노튜브를 이용한 전력용 복합 선재 제조방법 및 그것에 의해 제조된 제품 |
DE102013226572A1 (de) * | 2013-12-19 | 2015-06-25 | Robert Bosch Gmbh | Elektrospule und Verwendung einer Elektrospule |
WO2016007889A1 (en) * | 2014-07-10 | 2016-01-14 | Georgia Tech Research Corporation | Carbon nanotube compositions |
KR101722582B1 (ko) * | 2015-06-19 | 2017-04-18 | 부경대학교 산학협력단 | 카본나노튜브-알루미늄 복합분말을 이용한 송전용 복합선재의 제조방법 |
CN106653210B (zh) * | 2016-09-12 | 2018-04-10 | 国家电网公司 | 一种电缆 |
JP2018129273A (ja) * | 2017-02-10 | 2018-08-16 | 本田技研工業株式会社 | 導電材、導電材を含む電気機械、及び導電材の製造方法 |
JP6784441B2 (ja) * | 2017-02-14 | 2020-11-11 | 矢崎総業株式会社 | 電線及びこれを用いたワイヤーハーネス |
JP7220213B2 (ja) * | 2017-11-13 | 2023-02-09 | エセックス フルカワ マグネット ワイヤ ユーエスエイ エルエルシー | 内部空洞を有する巻線物品 |
US20190252101A1 (en) * | 2018-02-14 | 2019-08-15 | G.W. Lisk Company, Inc. | Method and apparatus for electromagnetic wound coil |
US20200251243A1 (en) * | 2019-01-31 | 2020-08-06 | Essex Group Llc | Magnet Wire With Improved Enamel Adhesion |
MX2021014841A (es) * | 2019-06-05 | 2022-02-21 | Yazaki Corp | Cables de aluminio y nanotubos de carbono (al-cnt) en cables de lineas de transmision o distribucion. |
-
2021
- 2021-10-29 CN CN202180072390.1A patent/CN116348969A/zh active Pending
- 2021-10-29 KR KR1020237018101A patent/KR20230096080A/ko unknown
- 2021-10-29 WO PCT/US2021/057397 patent/WO2022094308A1/en active Application Filing
- 2021-10-29 EP EP21887654.8A patent/EP4238110A4/en active Pending
- 2021-10-29 MX MX2023004859A patent/MX2023004859A/es unknown
- 2021-10-29 JP JP2023525610A patent/JP2023548103A/ja active Pending
-
2023
- 2023-04-28 US US18/309,095 patent/US20230268108A1/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP4238110A4 (en) | 2024-10-09 |
US20230268108A1 (en) | 2023-08-24 |
JP2023548103A (ja) | 2023-11-15 |
CN116348969A (zh) | 2023-06-27 |
WO2022094308A1 (en) | 2022-05-05 |
EP4238110A1 (en) | 2023-09-06 |
MX2023004859A (es) | 2023-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2684901C2 (ru) | Металлическая сборка, содержащая сверхпроводник | |
US7953466B2 (en) | Superconducting cable | |
JP7335886B2 (ja) | 絶縁被覆化合物超電導線およびその巻替え方法 | |
JPH06349347A (ja) | 高温超伝導体及び該高温超伝導体の使用法 | |
US20230268108A1 (en) | Aluminum-carbon nanotube metal matrix composite magnet wires | |
JP2006203154A (ja) | 超伝導パルスコイル、それを用いた超伝導装置および超伝導電力貯蔵装置 | |
US20190267161A1 (en) | Electric Conductor Comprising Multiple Filaments In A Matrix | |
JPWO2020067335A1 (ja) | 酸化物超電導コイルおよびその製造方法 | |
JP2009004128A (ja) | ブロンズ法Nb3Sn超電導線材およびその前駆体 | |
Koyanagi et al. | Insert model coil wound by Al/sub 2/O/sub 3/-Cu strengthened Nb/sub 3/Sn wire | |
WO1991002364A1 (fr) | Fil supraconducteur | |
JP2005141968A (ja) | 複合超電導線材およびその製造方法 | |
JP3754522B2 (ja) | Nb▲3▼Sn超電導線材 | |
WO2023189275A1 (ja) | 化合物超電導前駆体素線、化合物超電導前駆体撚線および化合物超電導撚線 | |
JP5170897B2 (ja) | 平角超電導成形撚線及びその製造方法 | |
JP3272017B2 (ja) | 交流用超電導線およびその製造方法 | |
WO2022075127A1 (ja) | NbTi超電導多芯線 | |
JP2012190595A (ja) | 超電導撚線用素線及び超電導撚線 | |
JPH11353961A (ja) | Nb3Sn化合物超電導体の前駆線材およびその製造方法、Nb3Sn化合物超電導導体の製造方法、並びにNb3Sn化合物超電導コイルの製造方法 | |
JP3603565B2 (ja) | 高臨界電流密度が得られるNb▲3▼Sn超電導線材及びその製造方法 | |
CN117795627A (zh) | 化合物超导线用前体线、化合物超导线及化合物超导线的重绕方法 | |
JP2004152677A (ja) | 高強度超電導線材 | |
JP2023073685A (ja) | ニオブアルミ前駆体線、ニオブアルミ前駆体撚線、ニオブアルミ超伝導線、及びニオブアルミ超伝導撚線 | |
JPH0589726A (ja) | NbTi超電導線 | |
JP2008192352A (ja) | Nb3Sn超電導線材およびそのための前駆体 |