KR20240069073A - 분리형 전력용 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법 - Google Patents
분리형 전력용 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240069073A KR20240069073A KR1020220150207A KR20220150207A KR20240069073A KR 20240069073 A KR20240069073 A KR 20240069073A KR 1020220150207 A KR1020220150207 A KR 1020220150207A KR 20220150207 A KR20220150207 A KR 20220150207A KR 20240069073 A KR20240069073 A KR 20240069073A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- core
- magnetic core
- energy harvesting
- cut surface
- harvesting device
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 26
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000011553 magnetic fluid Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910001004 magnetic alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 14
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 14
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims description 13
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 11
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 10
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 8
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 7
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 3
- 239000010730 cutting oil Substances 0.000 claims description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 8
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 239000012792 core layer Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 4
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- NGNBDVOYPDDBFK-UHFFFAOYSA-N 2-[2,4-di(pentan-2-yl)phenoxy]acetyl chloride Chemical class CCCC(C)C1=CC=C(OCC(Cl)=O)C(C(C)CCC)=C1 NGNBDVOYPDDBFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000196171 Hydrodictyon reticulatum Species 0.000 description 1
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229910000808 amorphous metal alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- -1 etc. Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 1
- 239000010437 gem Substances 0.000 description 1
- 229910001751 gemstone Inorganic materials 0.000 description 1
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
- H01F41/0206—Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
- H01F41/0213—Manufacturing of magnetic circuits made from strip(s) or ribbon(s)
- H01F41/0226—Manufacturing of magnetic circuits made from strip(s) or ribbon(s) from amorphous ribbons
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B57/00—Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents
- B24B57/02—Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents for feeding of fluid, sprayed, pulverised, or liquefied grinding, polishing or lapping agents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
- B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
- B24C1/10—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for compacting surfaces, e.g. shot-peening
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
- H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
- H01F1/147—Alloys characterised by their composition
- H01F1/153—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/44—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of magnetic liquids, e.g. ferrofluids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/005—Impregnating or encapsulating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
- H01F41/16—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates the magnetic material being applied in the form of particles, e.g. by serigraphy, to form thick magnetic films or precursors therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Soft Magnetic Materials (AREA)
Abstract
본 발명은 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법에 관한 것으로서, 일실시예에 따른 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법은 원형으로 롤링된 비정질 자기 합금의 원형 마그네틱 코아를 워터젯으로 절단하는 단계, 상기 절단된 원형 마그네틱 코아의 절단면을 1차 연마하는 단계, 상기 1차 연마된 원형 마그네틱 코아의 절단면을 2차 연마하는 단계, 상기 2차 연마된 원형 마그네틱 코아의 절단면을 에탄올을 이용하여 세정하는 단계, 및 상기 에탈올로 세정된 원형 마그네틱 코아의 절단면에 자성유체를 증착하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 코아 단면 가공 및 처리를 통해 코아 발전 손실을 낮출 수 있는 단면처리 기술에 관한 것이다.
일반적으로 전력 계통에 사용되는 커플링 장치는 상용 주파수를 차단하고, 고주파 영역의 통신 신호만을 전달하기 위한 목적으로 사용되기 때문에, 저주파 신호는 감쇄시키고, 고주파 신호의 특성을 향상시키는 방향으로 개발되어 왔다. 또한 변류기(Current Transformer; CT)의 응용인 경우에도, 이상적인 B-H 특성을 얻기 위해, 특히, 선형성을 개선하기 위한 방향으로 개발되어 왔다.
그러나, 이러한 커플링 장치들의 특성들은 커플링 장치를 전력 발생용으로 사용하게 되는 경우에는 무의미하게 되며, 특히, 상용 주파수를 감쇄시키는 특성은 전력 발생에서는 치명적이라고 할 수 있다. 따라서, 전력 발생용 변류기(Power CT)는 기존의 변류기들과는 반대의 특성을 같도록 구성하여야 한다.
인덕터 또는 변류기 등의 응용에서는 선형성 및 고주파 영역에서의 신호 대 잡음비 등을 높이기 위해, 높은 포화 유도 특성이 요구되나, 전력원으로서의 분리형 변류기는 이와는 반대로 높은 포화 유도 특성은 오히려 높은 선로 전류에서 과도하게 높은 유도 전압을 유기하게 되기 때문에, 이를 처리하는데 많은 문제점을 야기한다.
한편, 전력 변류기는 교류 AC 라인에서 동작하는 것이기 때문에, 자기 일반 선로에서 발생하는 자속 밀도의 형태도 또한 사인파(Sine Wave) 형태로 나타나고, 자기 포화가 발생하더라도, 이는 일시적인 현상에 불과하여 전원을 확보하는 데는 큰 문제가 되지 않으며, 오히려 높은 자기 포화도는 지나치게 높은 유도 기전력을 발생시키기 때문에, 발생한 전력을 관리하는데 무리를 가져오게 할 수 있다.
도 1은 바람직한 전력 CT의 특성을 나타낸 B-H 곡선의 그래프(100)이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전력 CT의 특성은 인덕터 또는 일반적인 코아와 달리, 선로에 저전류가 흐르는 경우 인덕터 또는 일반적인 코아에 비하여 높은 특성을 나타내고, 고전류가 흐르는 경우 과도한 유기 전압 발생을 방지하기 위해, 인덕터 또는 일반적인 코아에 비하여 높지 않은 포화 유도 특성을 갖도록 해야 한다.
그러나, 상기와 같이 종래의 일반적인 인덕터 또는 변류기에서 사용되는 자기 합금을 이용하여 전력 CT를 제작하는 경우의 여러 가지 제반 문제점들이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 낮은 선로 전류에서도 필요한 전력이 생성되며, 자기 포화점이 낮은 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 제조기술이 사용되었다.
즉, 압연된 비정질 자기 합금으로 이루어진 강판을 원형으로 롤링하여 마그네틱 코아를 형성하고, 코발트를 추가하지 않고 상기 롤링된 마그네틱 코아를 열처리하고 함침하며, 상기 열처리 및 함침된 마그네틱 코아를 상기 마그네틱 코아의 권철 방향에 대하여 직각 방향으로 절단하고, 이렇게 절단된 마그네틱 코아의 절단면을 연마석으로 연마하는 공정을 통해 기존의 문제를 해결하는 노력을 하였다.
그러나, 분리형 전력 CT 제작 시 핵심이 되는 코아 제작공정 간 절단 시 열에 의한 손실, 절단면 연마 시 단면 간 불균형한 정합으로 인해 에어갭(air gap) 손실로 인해 발전손실이 크다.
더불어 재료적 성질로 인해 방습이 되지 않을 경우 빠른 시간내에 표면에 녹이 생기는데 이 발전량에 큰 손실을 미친다.
따라서, 코아 단면 가공 및 처리를 위한 새로운 기술이 절실히 필요한 실정이다.
본 발명은 별도의 화학적 공정을 거치지 않고 표면에 녹을 예방할 수 있는 고출력 전력 CT용 코아를 제조하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 코아 단면 가공 및 처리를 통해 코아 발전 손실을 낮추는 것을 목적으로 한다.
일실시예에 따른 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법은 원형으로 롤링된 비정질 자기 합금의 원형 마그네틱 코아를 워터젯으로 절단하는 단계, 상기 절단된 원형 마그네틱 코아의 절단면을 1차 연마하는 단계, 상기 1차 연마된 원형 마그네틱 코아의 절단면을 2차 연마하는 단계, 상기 2차 연마된 원형 마그네틱 코아의 절단면을 에탄올을 이용하여 세정하는 단계, 및 상기 에탈올로 세정된 원형 마그네틱 코아의 절단면에 자성유체를 증착하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법은 압연된 비정질 자기 합금으로 이루어진 강판을 원형으로 롤링하여 마그네틱 코아를 형성하는 권철 단계, 및 코발트를 추가하지 않고 상기 롤링된 마그네틱 코아를 열처리하고 함침하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 원형으로 롤링된 비정질 자기 합금의 원형 마그네틱 코아를 워터젯으로 절단하는 단계는, 상기 열처리 및 함침된 마그네틱 코아를 상기 워터젯을 이용하여, 상기 마그네틱 코아의 권철 방향에 대하여 직각 방향으로 절단하되, 상기 원형 마그네틱 코아의 절단 방향 및 상기 절단 방향과 직각 방향에 대하여 고정한 상태에서 반원이 되도록 절단하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 비정질 자기 합금은 규소 강(Si steel)을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 절단된 원형 마그네틱 코아의 절단면을 1차 연마하는 단계는, 성형연삭기를 사용하여 적층의 수직방향으로 연마하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 절단된 원형 마그네틱 코아의 절단면을 1차 연마하는 단계는, 200방 성형연삭 숫돌의 메쉬를 이용하여, 0.05mm 단위로 총 1mm를 절삭하고, 냉각유 및 절삭유를 함께 공급하여 연마하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 상기 1차 연마된 원형 마그네틱 코아의 절단면을 2차 연마하는 단계는, 화학적 세정과정 없이, 1차 연마보다 고운 메쉬를 이용하여 2차 연마하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 에탈올로 세정된 원형 마그네틱 코아의 절단면에 자성유체를 증착하는 단계는, 점도 10,000~100,000사이의 페이스트(Paste) 형태 자성유체를 상기 에탈올로 세정된 원형 마그네틱 코아의 절단면에 도포하는 단계, 및 상기 도포된 자성유체를 중력에 의해 평형상태로 증착하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 별도의 화학적 공정을 거치지 않고 표면에 녹을 예방할 수 있는 고출력 전력 CT용 코아를 제조할 수 있다.
일실시예에 따르면, 코아 단면 가공 및 처리를 통해 코아 발전 손실을 낮출 수 있다.
도 1은 전력 CT의 특성을 나타낸 B-H 곡선의 그래프이다.
도 2는 일실시예에 따른 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 코아 종류별 부하선로 전류에 따른 최대 발전량을 비교하는 도면이다.
도 4a는 코아 dimension을 도 4b는 코아 사진을 나타내는 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법이 적용된 단면의 표면 비교 사진을 나타낸다.
도 6은 자성유체를 증착하는 예시를 나타내는 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 코아 종류별 부하선로 전류에 따른 최대 발전량을 비교하는 도면이다.
도 4a는 코아 dimension을 도 4b는 코아 사진을 나타내는 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법이 적용된 단면의 표면 비교 사진을 나타낸다.
도 6은 자성유체를 증착하는 예시를 나타내는 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 일실시예에 따른 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법을 설명하는 도면이다.
일실시예에 따른 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법은 코아 단면 가공 및 처리를 통해 코아 발전 손실을 낮출 수 있다.
이를 통해, 별도의 화학적 공정을 거치지 않고 표면에 녹을 예방할 수 있는 고출력 전력 CT용 코아를 제조할 수 있다.
보다 구체적으로, 일실시예에 따른 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법은 원형으로 롤링된 비정질 자기 합금의 원형 마그네틱 코아를 워터젯으로 절단할 수 있다(단계 201).
일례로, 비정질 자기 합금은 규소 강(Si steel)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일실시예에 따른 비정질 자기 합금의 원형 마그네틱 코아는 압연된 비정질 자기 합금으로 이루어진 강판을 원형으로 롤링하여 형성하는 권철과정과, 코발트를 추가하지 않고 상기 롤링된 마그네틱 코아를 열처리하고 함침하는 과정을 통해 가공될 수 있다.
이에 절단시 단면에 대한 처리가, 코아 발전 손실을 고려할 때 상당히 중요하다.
이를 위해, 일실시예에 따른 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법은 냉간 절삭 공정으로 소재를 절삭해 들어가기 위해 초음속 물 또는 물 및 연마제를 사용하여 절삭하는 워터젯 절단 방법을 통해 원형 마그네틱 코아를 절단할 수 있다(단계 201).
이를 위해, 일실시예에 따른 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법은 초고압 펌프를 통해 최대 94,000 psi (6480 바)의 압력을 사용하여 물의 흐름을 발생시키고, 작은 보석을 사용한 오리피스를 통하여 속도로 변환하여, 사람의 머리카락만큼 얇은 플로우를 만들어 코아를 절단할 수 있다.
일례로, 원형으로 롤링된 비정질 자기 합금의 원형 마그네틱 코아를 워터젯으로 절단하기 위해서는, 열처리 및 함침된 마그네틱 코아를 상기 워터젯을 이용하여, 마그네틱 코아의 권철 방향에 대하여 직각 방향으로 절단하되, 원형 마그네틱 코아의 절단 방향 및 절단 방향과 직각 방향에 대하여 고정한 상태에서 반원이 되도록 절단할 수 있다.
일실시예에 따른 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법은 절삭력을 증가시키기 위해, 가넷 샌드를 초음속 워터젯 흐름에 포함시킬 수 있다.
일실시예에 따른 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법은 순수하게 물만 사용하는 순물 워터젯 또는 연마재를 사용한 워터젯을 이용하여 코아를 절단할 수 있다.
연마재 워터젯은 순물 워터젯과 비슷하지만, 고압펌프에서 생성된 고압수가 커팅 헤드로 들어온 연마재와 혼합되어 노즐(믹싱튜브)를 통해 표면으로 분사될 수 있다.
다음으로, 일실시예에 따른 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법은 절단된 원형 마그네틱 코아의 절단면을 1차 연마할 수 있다(단계 202).
1차 연마에서는 단면에서 형성된 에어갭(air gap)에 의한 코아 발전 손실을 줄이기 위한 작업을 수행할 수 있다. 이를 위해, 일실시예에 따른 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법은 성형연삭기를 사용하며 적층 수직방향으로 방향를 설정하여 연마를 실시한다. 이때, 성형연삭 숫돌의 메쉬는 200방으로 0.05mm 단위로 총 1mm 절삭을 실시하고, 냉각유와 절삭유를 함께 공급하면서 에어갭(air gap)에 의한 코아 발전 손실을 줄이기 위한 1차 연마 작업을 수행할 수 있다.
또한, 일실시예에 따른 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법은 1차 연마된 원형 마그네틱 코아의 절단면을 2차 연마할 수 있다.
2차 연마 과정에서, 1차 연마에서 제거하지 못한 에어갭(air gap)이나 이물질에 대한 제거를 위한 과정을 수행할 수 있다.
구체적으로, 2차 연마 과정에서는 1차 연마보다 고운 메쉬(1000방 수준)를 이용하여 2차 연마를 실시한다. 2차 연마 과정은 단면 표면의 금속을 포함한 이물질 제거를 위한 것으로서, 2차 연마 과정에서 대부분의 이물질은 제거되기 때문에 추가적인 고농도의 산, 염화산제2철 같은 이용한 화학적 세정을 할 필요는 없다.
다음으로, 일실시예에 따른 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법은 2차 연마된 원형 마그네틱 코아의 절단면을 에탄올을 이용하여 세정할 수 있다.
또한, 일실시예에 따른 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법은 에탈올로 세정된 원형 마그네틱 코아의 절단면에 자성유체를 증착할 수 있다.
예를 들어, 에탈올로 세정된 원형 마그네틱 코아의 절단면에 자성유체를 증착하기 위해, 점도 10,000~100,000사이의 페이스트(Paste) 형태 자성유체를 상기 에탈올로 세정된 원형 마그네틱 코아의 절단면에 도포하고, 도포된 자성유체를 중력에 의해 평형상태로 증착할 수 있다.
도 3은 코아 종류별 부하선로 전류에 따른 최대 발전량을 비교하는 도면이다.
표(300)에서는 코아 종류에 따른 비교예(mW)와 실시예(mW)를 나타낸다. 비교예는 본 발명에 따른 전자기 유도 장치의 코아 단면처리가 적용되지 않은 경우에서의 전류량에 해당하고, 실시예는 본 발명에 따른 전자기 유도 장치의 코아 단면처리가 적용된 경우에서의 전류량에 해당한다.
예를 들어, a 코아에 대해서는 250mW의 비교예와 1076mW의 실시예와 같이 부하선로 전류 10A 시 전류에 따른 최대 발전량을 확인할 수 있다.
각 코아별로 절단면에 대한 단면처리가 되지 않은 비교예(mW)와 단면처리가 된 실시예(mW)를 비교한 결과, 절단면을 단면 처리한 결과인 실시예(mW)에서의 전류량이 월등한 것을 확인할 수 있다. 이로써, 단면 처리를 통해 코아 발전 손실이 줄어든 것을 알 수 있다.
도 4a는 코아 dimension을 도 4b는 코아 사진을 나타내는 도면이다.
일실시예에 따른 원형 마그네틱 코아는 압연된 비정질 자기 합금으로 이루어진 강판을 원형으로 롤링하여 마그네틱 코어를 형성하는 권철하는 과정, 코발트를 추가하지 않고 상기 롤링된 마그네틱 코어를 열처리하고 함침하는 과정, 그리고 열처리 및 함침된 마그네틱 코어를 상기 마그네틱 코어의 권철 방향에 대하여 직각 방향으로 절단하는 과정을 통해 생성될 수 있다.
보다 구체적으로, 마그네틱 코어를 제조하기 위한 압연된 비정질 자기 합금으로 이루어진 강판을 절단할 수 있다. 재료는 최대 자속 밀도, 공진 주파수가 높으며, 비저항, 코어 손실은 낮아야 하고, 투자율은 그리 높지 않아도 된다. 자기 포화점이 그리 높이 않아도 되며, 손실률 및 재료 가공성 등을 고려할 수 있고, 이러한 조건을 모두 만족하는 재료는 아직 존재하지 않는다. 특히, 전력 변류기는 동작 주파수가 상용 주파수(50~60㎐)이기 때문에, 비저항계수는 크게 고려되지 않는다. 이러한 조건에 가장 근접한 재료는 코발트가 적은 금속재 재료인 규소 강(Si-Steel)이 바람직하다. 이와 같이, 비코발트 또는 코발트가 최소화된 자성 물질(예를 들면, 규소 강)을 사용함으로써, 낮은 선로 전류에서 높은 유기 전력을 얻는 동시에, 자기 포화점을 낮출 수 있다.
한편, 코어 손실은 와전류 손실(Eddy current loss)이 주된 요인이지만, 투자율이 높지 않은 규소 강으로 이루어진 얇은 강판을 사용하여 롤링(Rolling) 기법을 통해 권철함으로써, 와전류 손실을 크게 줄일 수 있다.
또한, 절단된 강판을 롤링 기법에 의해 권철하여 원형 마그네틱 코어를 형성하고, 이러한 권철과정을 통해 도면부호 410과 같이 복수의 코어층이 중첩된 하나의 원형 코어가 형성될 수 있다.
도면부호 410은 권철 단계에 따라 권철된 마그네틱 코어의 사시도로서, 폭 W 및 두께 d를 갖는 코어층을 롤링 기법을 통하여 전체 두께 T가 되도록 권철할 수 있다.
이때, 코어층 사이의 접합면에 발생할 수 있는 에어갭은 마그네틱 코어의 투자율(permeability)을 감소시키기 때문에, 최소화해야하는데, 이를 위해 본 발명에서는 1차 연마와 2차 연마 과정을 통해 줄일 수 있다.
즉, 원형 마그네틱 코어를 롤링식으로 제조하고, 1, 2차 연마 과정을 통해 코어층 사이의 에어갭을 최소화할 수 있고, 따라서, 와전류 손실을 감소시킴으로써, 에어갭에 의한 성능 저하, 특히, 투자율이 낮아지는 현상을 크게 감소시킬 수 있다. 일반적으로 고가의 높은 투자율을 가진 재료는 제조 공정상 이러한 에어갭 을 줄이는 것이 여의치 않기 때문에, 높은 제조 단가에도 불구 하고, 기대 이하의 투자율을 얻으므로 원하는 성능보다 낮게 성능을 갖게 된다.
다음으로, 본 발명에서는 원형 마그네틱 코어를 열처리 및 함침할 수 있다.
열처리 및 함침 공정은 순서에 상관없고, 열처리 후 함침을 수행하거나 함침 후 열처리를 수행할 수 있으며, 열처리와 함침을 동시에 수행할 수도 있다. 열처리 및 함침 공정의 구체적인 조건은 일반적인 마그네틱 코어의 처리 방법을 적용하기 때문에 본 명세서에서는 구체적으로 설명하지 않는다.
다만, 본 발명의 열처리 공정은 열처리시에 추가적인 코발트를 투입하지 않고 수행하거며, 이러한 열처리에 의해 강판 자체의 내성을 위한 최소한의 코발트 성분 이상을 포함하지 않은 최소화된 코발트 성분을 가지면, 밀도가 균일하고, 포화 유도 특성이 높지 않게 유지할 수 있다.
또한, 함침 공정은 진공 함침인 것이 바람직하며, 이에 의해 원형 마그네틱 코어의 에어갭을 최소화시킬 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 코어 또는 인덕터에 비하여 배전 선로의 저전류에서의 특성을 향상시키며, 상대적으로 낮은 포화 특성을 가질 수 있다.
열처리 및 함침된 원형 코어는 앞서 설명한 바와 같이, 워터넷을 이용하여 절단되고, 이후 1, 2차 연마 과정을 진행될 수 있다.
도면부호 420은 절단되기 전의 원형 마그네틱 코어를 도시하는 사진이다.
도 5는 일실시예에 따른 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법이 적용된 단면의 표면 비교 사진을 나타낸다.
도면부호 510은 본 발명에 따른 단면처리가 실행되지 않은 비교예의 코아에 해당하고, 도면부호 520은 본 발명에 따른 단면처리가 실행된 실시예의 코아에 해당한다.
도면부호 비교예와 실시예의 코아 표면 현미경 사진으로 비교예의 표면사진(510)은 적층된 코아 sheet(0.23T) 경계선이 명확하지 않고 표면에 이물질 이 많다.
반면, 실시예 후 표면사진(520)은 비교적 코아 sheet간 경계선이 선명하고 표면에 이물질이 적다.
도 6은 자성유체를 증착하는 예시를 나타내는 도면이다.
이후 에탄올 등을 이용한 표면 세정 후, 자성유체 Paste(612)를 코아 표면인 절단면(611)에 증착 한다.
자성유체 Paste(612)를 증착하는 과정은 절단면(611)의 Stain을 예방할 뿐만 아니라 절단면(611)의 에어갭(air gap) 손실을 저감하여 발전량 향상에도 기여할 수 있다. 이때 제작된 자성유체는 점도 10,000~100,000사이의 Paste 형태가 적절하다.
증착방법은 자성유체 Paste(612)의 적정량을 코아 표면인 절단면(611)에 고르게 도포하고, 이후 중력에 의해 완전 평형상태로 증착되도록 할 수 있다.
분리형 전력 CT 용 코아 단면 처리 결과, 본 발명이 적용된 전력CT 장치는 연자성체의 코일이 감겨진 코어를 몰딩 또는 케이스에 삽입하여 설치되며 CCTV, 케이블상태감시 센서 등 다양한 어플리케이션에 활용된다.
또한, 코아 단면 가공 및 처리를 통해 코아 발전 손실을 높혀 발전량에 미칠 수 있는 큰 손실을 미연에 방지할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (8)
- 원형으로 롤링된 비정질 자기 합금의 원형 마그네틱 코아를 워터젯으로 절단하는 단계;
상기 절단된 원형 마그네틱 코아의 절단면을 1차 연마하는 단계;
상기 1차 연마된 원형 마그네틱 코아의 절단면을 2차 연마하는 단계;
상기 2차 연마된 원형 마그네틱 코아의 절단면을 에탄올을 이용하여 세정하는 단계; 및
상기 에탈올로 세정된 원형 마그네틱 코아의 절단면에 자성유체를 증착하는 단계
를 포함하는 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법. - 제1항에 있어서,
압연된 비정질 자기 합금으로 이루어진 강판을 원형으로 롤링하여 마그네틱 코아를 형성하는 권철 단계;
코발트를 추가하지 않고 상기 롤링된 마그네틱 코아를 열처리하고 함침하는 단계
를 더 포함하는 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법. - 제2항에 있어서,
상기 원형으로 롤링된 비정질 자기 합금의 원형 마그네틱 코아를 워터젯으로 절단하는 단계는,
상기 열처리 및 함침된 마그네틱 코아를 상기 워터젯을 이용하여, 상기 마그네틱 코아의 권철 방향에 대하여 직각 방향으로 절단하되,
상기 원형 마그네틱 코아의 절단 방향 및 상기 절단 방향과 직각 방향에 대하여 고정한 상태에서 반원이 되도록 절단하는 단계
를 포함하는 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 비정질 자기 합금은 규소 강(Si steel)인, 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 절단된 원형 마그네틱 코아의 절단면을 1차 연마하는 단계는,
성형연삭기를 사용하여 적층의 수직방향으로 연마하는 단계
를 포함하는 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법. - 제5항에 있어서,
상기 절단된 원형 마그네틱 코아의 절단면을 1차 연마하는 단계는,
200방 성형연삭 숫돌의 메쉬를 이용하여, 0.05mm 단위로 총 1mm를 절삭하고, 냉각유 및 절삭유를 함께 공급하여 연마하는 단계
를 포함하는 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 상기 1차 연마된 원형 마그네틱 코아의 절단면을 2차 연마하는 단계는,
화학적 세정과정 없이, 1차 연마보다 고운 메쉬를 이용하여 2차 연마하는 단계
를 포함하는 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 에탈올로 세정된 원형 마그네틱 코아의 절단면에 자성유체를 증착하는 단계는,
점도 10,000~100,000사이의 페이스트(Paste) 형태 자성유체를 상기 에탈올로 세정된 원형 마그네틱 코아의 절단면에 도포하는 단계; 및
상기 도포된 자성유체를 중력에 의해 평형상태로 증착하는 단계
를 포함하는 분리형 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220150207A KR102672176B1 (ko) | 2022-11-11 | 2022-11-11 | 분리형 전력용 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220150207A KR102672176B1 (ko) | 2022-11-11 | 2022-11-11 | 분리형 전력용 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240069073A true KR20240069073A (ko) | 2024-05-20 |
| KR102672176B1 KR102672176B1 (ko) | 2024-06-04 |
Family
ID=91283134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220150207A KR102672176B1 (ko) | 2022-11-11 | 2022-11-11 | 분리형 전력용 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102672176B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090088179A (ko) | 2008-02-14 | 2009-08-19 | 한국전력공사 | 2단 코어 변류기 제작 방법 |
| KR101505873B1 (ko) * | 2014-04-15 | 2015-03-25 | (주)테라에너지시스템 | 분리형 전력용 전자기 유도 장치의 제조 방법 |
| KR101786648B1 (ko) | 2009-11-19 | 2017-10-18 | 하이드로-퀘벡 | 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템 및 방법 |
| KR20180058572A (ko) * | 2016-11-24 | 2018-06-01 | 주식회사 아모센스 | 변류기용 코어 및 이의 제조 방법 |
-
2022
- 2022-11-11 KR KR1020220150207A patent/KR102672176B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090088179A (ko) | 2008-02-14 | 2009-08-19 | 한국전력공사 | 2단 코어 변류기 제작 방법 |
| KR101786648B1 (ko) | 2009-11-19 | 2017-10-18 | 하이드로-퀘벡 | 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템 및 방법 |
| KR101505873B1 (ko) * | 2014-04-15 | 2015-03-25 | (주)테라에너지시스템 | 분리형 전력용 전자기 유도 장치의 제조 방법 |
| KR20180058572A (ko) * | 2016-11-24 | 2018-06-01 | 주식회사 아모센스 | 변류기용 코어 및 이의 제조 방법 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 미국등록특허 11322300 "Method for manufacturing a core for a current transformer" |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102672176B1 (ko) | 2024-06-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6873239B2 (en) | Bulk laminated amorphous metal inductive device | |
| KR101238186B1 (ko) | 비정질 금속 형상 절단을 위한 선택적인 에칭방법 및 그에의해 제조된 부재 | |
| CN102088215B (zh) | 用于轴向间隙式永磁旋转机械的转子 | |
| US10453604B2 (en) | Current transformer device | |
| US9443652B2 (en) | Soft magnetic core having excellent high-current DC bias characteristics and core loss characteristics and method of manufacturing same | |
| US20040085173A1 (en) | Bulk amorphous metal inductive device | |
| KR102672176B1 (ko) | 분리형 전력용 전력선 에너지 하베스팅 장치의 코아 단면처리 방법 | |
| US11322300B2 (en) | Method for manufacturing a core for a current transformer | |
| Soinski et al. | Nanocrystalline block cores for high-frequency chokes | |
| JP2007221869A (ja) | 積層体 | |
| JP4318756B2 (ja) | 電気チョーク | |
| JPS60716A (ja) | アモルフアスカツトコア | |
| US11322281B2 (en) | Multilayer block core, multilayer block, and method for producing multilayer block | |
| CN117079952A (zh) | 磁芯和磁性部件 | |
| JP2008235525A (ja) | リアクトル磁心およびリアクトル | |
| JP2002224916A (ja) | 鉄芯の切断方法及び切断装置 | |
| CN210668047U (zh) | 一种可调扁线立绕环形磁芯 | |
| JPH0785457B2 (ja) | 超高珪素電磁鋼板を用いた低騒音の積層鉄芯及び巻き鉄芯 | |
| JPH0927412A (ja) | カットコアおよびその製造方法 | |
| JPH10256066A (ja) | 鉄損特性の優れた巻鉄心及びその製造方法 | |
| JP7556372B2 (ja) | 三相三脚巻鉄心およびこれを用いた三相三脚巻鉄心変圧器 | |
| CN114823111B (zh) | 一种能抑制加速器快脉冲涡流的电磁铁铁芯及其制造方法 | |
| CN114496554A (zh) | 一种基于各向同性磁性薄膜的环形电感器的加工方法 | |
| JPH0562839A (ja) | 変圧器積鉄心 | |
| CN115527749A (zh) | 一种非晶纳米晶电感磁芯及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |