KR101867947B1 - Method for manufacture of triangular transformer cores made of amorphous metal - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3상 변압기(10)를 위한 코어의 제조 방법에 관한 것으로서, 코어(14)는, 각 변압기 코어 레그(20)가 2개의 프레임 레그(18)로 구성되게 결합되도록 설계된 3개의 프레임(16)으로 구성되고, 변압기 코어 레그(20)는 삼각형 구성으로 배치되고, 코어 레그(20)의 단면은 원형 또는 다각형 형태를 갖고, 코어 프레임(16)은 저손실 자기 물질의 적어도 하나의 연속적인 감겨진 밴드(22)의 층으로 만들어지고, 밴드(22)의 폭은 레이저(24) 절단에 의해 코어 레그(20)의 각 층에 따라 조정된다.The present invention relates to a method of manufacturing a core for a three-phase transformer (10), wherein the core (14) comprises three frames (20) each of which is designed such that each transformer core leg (20) The core frame 20 has a cross section of a circular or polygonal shape and the core frame 16 has at least one continuous winding of a low loss magnetic material, The width of the band 22 is adjusted according to each layer of the core leg 20 by laser 24 cutting.
Description
본 발명은, 각 변압기 코어 레그가 2개의 프레임 레그로 구성되고, 변압기 코어 레그가 삼각형 구성으로 배치되게 결합되도록 설계된 3개의 프레임으로 코어가 구성된, 3상 전력 변압기를 위한 코어의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a core for a three-phase power transformer in which each transformer core leg is constituted by two frame legs and the core is constituted by three frames designed such that the transformer core legs are arranged to be arranged in a triangular configuration .
변압기는 전기 에너지를 유도성 결합된 전도체 - 변압기의 코일 - 를 통해 하나의 회로로부터 다른 회로로 전달하는 디바이스이다. 전력을 변압시키기 위해, 3상 변압기는 오랫동안 개발되어 왔다. 3상 변압기는 일렬로 그리고 병렬로 배치된 3개 또는 5개의 림(limbs)을 포함하는 코어를 구비하고, 각 림의 양쪽 단부는 공통 요크에 연결된다. 5개의 레그 코어의 경우에, 3개의 내부 림은 코일의 권선을 구비하는 한편, 외부 림은 내부 림과 마찬가지로 자기 플럭스를 위한 전도체의 역할만을 한다. 3개의 레그 코어의 경우에, 모든 3개의 레그는 권선을 구비한다. 일정한 변압기는, 시트가 변압기 코어를 형성하기 위해 적층되거나 감겨지는 시트 금속에 의해 형성된다.A transformer is a device that transfers electrical energy from one circuit to another through an inductively coupled conductor-the coil of the transformer. To transform power, three-phase transformers have long been developed. The three-phase transformer has a core that includes three or five limbs arranged in series and in parallel, and both ends of each rim are connected to a common yoke. In the case of five leg cores, the three inner rims have a winding of the coil, while the outer rim serves only as a conductor for the magnetic flux, just like the inner rim. In the case of three leg cores, all three legs have windings. A constant transformer is formed by a sheet metal that is laminated or wound to form a transformer core.
특수한 변압기 장치는 변압기 레그 및 코일이 3각형의 코너에 배치되는 것이다. 이들 림은 삼각형의 형태를 갖는 요크에 연결되었다. 이러한 장치는 공간을 절감하고, 자기 플럭스에 대한 대칭적인 설정을 제공하고, 변압기 코어 손실에 대해 이익을 제공한다. 이들 삼각형 변압기는 헥사포머(Hexaformer) 또는 델타 변압기로서 알려져 왔다. 여기서 코어는 준-직사각형 프레임으로서 각각 형성된 3개의 서브-코어로 조립되는 반면, 3개의 서브-코어 각각은 연속적으로 감겨진 스틸 적층(steel laminations)으로 만들어진다. 필요한 단면을 얻기 위해 적층 폭의 조정은 기계적 프로세스인 슬리팅(slitting)에 의해 이루어진다.A special transformer arrangement is one in which the transformer legs and coils are placed in a triangular corner. These rims were connected to a yoke in the form of a triangle. These devices save space, provide symmetrical settings for magnetic flux, and provide benefits for transformer core losses. These triangular transformers have been known as hexaformers or delta transformers. Wherein the core is assembled into three sub-cores each formed as a quasi-rectangular frame, while each of the three sub-cores is made of steel laminations that are wound in succession. Adjustment of the lamination width is carried out by slitting, which is a mechanical process, to obtain the required cross section.
이들 변압기가 공간을 절감하지만, 그 효율은 더 양호할 수 있다. 더욱이, 그러한 변압기의 제조는 복잡하고 고된 일이다.These transformers save space, but their efficiency can be better. Moreover, the fabrication of such transformers is complex and difficult.
따라서, 본 발명의 목적은, 종래 기술보다 더 효율적이면서, 그러한 코어의 제조가 덜 복잡하고 덜 고된 공간-절감 변압기 코어 제조 방법을 설계하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to design a space-saving transformer core fabrication method which is more efficient than the prior art, and in which the manufacture of such cores is less complex and less robust.
따라서, 본 발명에 따른 방법은, 스틸 테이프의 폭이 레이저 절단에 의해 단면의 원하는 원형 또는 다각형 형태를 얻도록 조정되는 것을 특징으로 한다.Thus, the method according to the invention is characterized in that the width of the steel tape is adjusted by laser cutting to obtain the desired circular or polygonal shape of the cross section.
따라서, 본 발명에 따른 방법은, 변압기의 코일을 형성하기 위해 제공된 테이프가 비결정질 금속 테이프, 특히 비결정질 스틸 테이프인 것을 특징으로 한다. 비결정질 스틸로 만들어진 코어는 손실이 적다. 그러나, 비결정질 구조로 인해, 비결정질 금속의 슬리팅 및/또는 절단은 어렵고, 약간의 노하우를 요구한다.Thus, the method according to the invention is characterized in that the tape provided for forming the coil of the transformer is an amorphous metal tape, in particular an amorphous steel tape. Cores made of amorphous steel have low losses. However, due to the amorphous structure, slitting and / or cutting amorphous metal is difficult and requires some know-how.
본 발명에 따른 기본적인 아이디어는 순환 리본(endless ribbon)으로서 제공된 약 25㎛의 두께를 갖는 포일로서 일반적으로 이용가능한 비결정질 금속으로 만들어진 코어 부재를 제공하는 것이다. 이들 포일은 리본을 연속적으로 코일링(coiling)함으로써 상기 프레임의 제조를 위해 이용된다. 이를 통해 본 발명에 따라, 레이저 절단 수단에 의해 리본을 프레임 단면의 원하는 형태로 트리밍한다(trim).The basic idea according to the present invention is to provide a core member made of amorphous metal which is generally available as a foil having a thickness of about 25 탆 provided as an endless ribbon. These foils are used for the manufacture of the frame by successively coiling the ribbon. Thereby, according to the present invention, the ribbon is trimmed by the laser cutting means into the desired shape of the frame cross-section.
따라서, 리본의 감기 및 그 트리밍은 바람직하게 동시에 달성되어, 프레임 부재의 원하는 형태는 정확히 리본의 절단을 형성함으로써 달성된다. 그 결과, 절단 공구는 코어 레그의 단면에 관해 각각의 층에 따라 리본의 폭을 한정하기 위해 감기 메커니즘에 가까이 위치된다.Thus, the winding of the ribbon and its trimming are preferably achieved simultaneously, and the desired shape of the frame member is achieved by precisely forming the cut of the ribbon. As a result, the cutting tool is positioned close to the winding mechanism to define the width of the ribbon along each layer with respect to the cross section of the core leg.
본 발명의 일실시예에 따라, 프레임을 형성하기 위해 리본 층의 감기는 바람직하게 부분적으로 자동이거나 완전히 자동으로 동작하는 감기 메커니즘에 의해 달성된다.According to one embodiment of the present invention, winding of the ribbon layer to form a frame is preferably accomplished by a winding mechanism that is partially automatic or fully automatic.
본 발명에 따른 방법의 추가로 본질적인 특징은, 시트 금속 층이 비결정질 금속으로 만들어지는 것을 특징으로 한다. 대안적으로, 시트 금속 층은, 스틸이 비교적 너무 부서지기 쉽지만, 비결정질 금속보다 덜 부서지기 쉬운 규소로 합금된 스틸로 만들어진다.A further essential feature of the process according to the invention is that the sheet metal layer is made of amorphous metal. Alternatively, the sheet metal layer is made of steel alloyed with silicon, which is relatively fragile but less fragile than amorphous metal.
마지막으로, 본 발명의 바람직한 목적은, 전술한 방법에 따라 제조된 코어를 갖는 삼각형 변압기를 제공하는 것으로, 삼각형 코어의 제조가 완료될 때 코일이 코어 레그 상에서 감겨지는 것을 특징으로 한다.Finally, a preferred object of the present invention is to provide a triangular transformer having a core manufactured according to the above-described method, wherein the coil is wound on the core leg when the production of the triangular core is completed.
종래의 변압기를 이용한 코일 감기가 개별적으로 이루어지고, 요크가 그 위에 장착되기 전에 완료된 코일이 각 코어 레그 상에서 쉽게 이동되는 반면, 삼각형 변압기를 통해, 감기가 직접 달성되는데, 이는 프레임의 폐루프가 이를 개방하도록 하지 않아서, 코일을 사전-제조하고 코일을 코어 레그 상에서 이동시킬 가능성이 없기 때문이다.While the coil winding using the conventional transformer is made individually and the completed coil is easily moved on each core leg before the yoke is mounted thereon, through the triangular transformer, winding is directly achieved, It is not possible to pre-fabricate the coil and move the coil on the core leg.
비결정질 금속으로 만들어진 변압기 코어의 큰 장점은, 그러한 코어가 Si-스틸로 만들어진 코어보다, 그리고 자기 플럭스에 대해 다른 저손실 철 합금보다 더 낮은 손실을 갖는다는 것이다. 따라서 비결정질 금속의 이용은 변압기의 효율을 증가시키기 위해 다소 필수적이다.A major advantage of transformer cores made of amorphous metal is that such cores have a lower loss than other cores made of Si-steel and less than other low-loss iron alloys for magnetic fluxes. Thus, the use of amorphous metals is somewhat necessary to increase the efficiency of the transformer.
비결정질 금속 리본의 경우에, 리본의 절단은 물질의 비결정질 구조로 인해 어렵다. 기계적 절단은 레이저 절단에 비해 약간 더 비효율적이고 정밀하지 않아서, 본 발명에 따라, 바람직한 실시예는 비결정질 리본을 적절한 폭으로 절단하기 위해 레이저 빔의 이용이다.In the case of amorphous metal ribbon, the cutting of the ribbon is difficult due to the amorphous structure of the material. Mechanical cutting is slightly less efficient and less accurate than laser cutting, and according to the present invention, a preferred embodiment is the use of a laser beam to cut the amorphous ribbon to a suitable width.
레이저 절단의 경우에, 절단 폭은 쉽고 정밀하게 조정가능하다. 그 프로세스는 고속을 허용한다. 단일 리본 층 또는 층들의 묶음(bundle)은 한번에 절단될 수 있다. 바람직하게, 레이저 절단 디바이스를 감기 메커니즘에 가까이 위치시켜, 반원 또는 다각형일 수 있는 림 부재의 단면의 원하는 형태에 관해 각 층에 따라 금속 테이프의 폭을 달성하기 위해 각 절단이 이루어지는 것이 가능하다.In the case of laser cutting, the cutting width is easily and precisely adjustable. The process allows high speed. A bundle of single ribbon layers or layers may be cut at one time. Preferably, the laser cutting device is placed close to the winding mechanism so that each cut can be made to achieve the width of the metal tape along each layer as to the desired shape of the cross-section of the rim member, which can be semicircular or polygonal.
바람직하게, 비결정질 리본의 가장자리를 트리밍하는데 사용된 레이저는 CO2 레이저이거나, 고체 상태 레이저로서, 레이저의 전력은 적어도 2W이지만, 더 큰 두께를 갖는 테이프, 예를 들어 Si-스틸로 만들어진 테이프의 경우에 더 높을 수 있다.Preferably, the laser used to trim the edge of the amorphous ribbon is a CO 2 laser or a solid state laser, the power of the laser is at least 2 W, but in the case of a tape with a larger thickness, for example made of Si-steel Can be higher.
층의 묶음이 절단되면, 레이저 전력은, 층이 절단부에서 함께 용접되도록 선택될 수 있다. 이것은, 층의 묶음이 함께 층을 고정시키고 서브-코어를 감을 때 더 쉽게 처리하게 되는 이점을 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 청구된 방법의 추가 장점은, 프레임 부재의 단면의 원하는 형태를 얻기 위해 각 층에 따라 리본을 트리밍하는 것이다.When the bundle of layers is cut, the laser power can be selected such that the layers are welded together at the cut. This has the advantage that bundles of layers together tend to fix the layer and make it easier to process when the sub-core is wound. Thus, a further advantage of the claimed method according to the invention is to trim the ribbon along each layer to obtain the desired shape of the cross section of the frame member.
본 발명에 따른 레이저 절단 방법은, 델타 코어의 제조 및 헥사포머 코어에 적용될 수 있다. 헥사포머 코어를 통해, 2가지 상이한 폭의 금속 밴드는 코어 루프를 감는데 사용되고, 이것은 상기 금속 밴드가 적절히 위치될 때 육각형 코어 레그 단면을 제공한다. 제 2 폭은 제 1 폭의 절반이므로, 밴드를 중간에서 슬리팅함으로써 쉽게 제작될 수 있다. 비결정질 금속에 대해, 레이저 절단은 또한 절단을 행하기 위한 바람직한 방법이다.The laser cutting method according to the present invention can be applied to the manufacture of a delta core and the hexafoamer core. Through the hexaformer core, two different width metal bands are used to wrap the core loop, which provides a hexagonal core leg cross-section when the metal band is properly positioned. Since the second width is half of the first width, it can be easily manufactured by slitting the band in the middle. For amorphous metals, laser cutting is also the preferred method for performing cutting.
삼각형 코어의 제조를 위한 레이저 절단의 이용은 비결정질 금속의 경우에 특히 바람직하지만, 또한 Si-스틸에 적용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 코어 프레임의 제조는, 제 1 밴드를 굴대축 상에서 감고 적어도 제 2 밴드를 감겨진 제 1 밴드 상에서 감음으로써 달성될 수 있다.
또한, 코어 프레임의 제조는 상이한 폭의 적어도 제 2 밴드를 감겨진 제 1 밴드 상에서 감음으로써 달성될 수 있다.
또한, 코어 프레임의 제조는 감겨진 밴드의 적어도 2개의 루프를 조립함으로써 달성될 수 있다.
또한, 다중의 밴드는 레이저에 의해 동시에 절단되고 함께 용접되어, 그 결과 프레임의 특정한 기계적 안정성을 초래할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변압기 코어는 자기적 특성을 개선시키기 위해 어닐링될 수 있다.
또한, 변압기 코어는 기계적 안정성을 제공하기 위해 폴리머 물질로 코팅될 수 있다.The use of laser cutting for the production of triangular cores is particularly preferred in the case of amorphous metals, but can also be applied to Si-steel.
The manufacture of the core frame according to another embodiment of the present invention can be achieved by winding the first band on the excitation axis and winding at least the second band around the first band.
Further, the fabrication of the core frame can be achieved by winding at least a second band of different widths on the first band wound.
The manufacture of the core frame can also be achieved by assembling at least two loops of the wound band.
Also, multiple bands can be simultaneously cut and welded together by a laser, resulting in a particular mechanical stability of the frame.
A transformer core according to another embodiment of the present invention may be annealed to improve the magnetic properties.
In addition, the transformer core may be coated with a polymeric material to provide mechanical stability.
본 발명의 이들 및 추가로 유리한 실시예 및 개선점은 종속항의 주제이다.These and further advantageous embodiments and improvements of the invention are the subject of the dependent claims.
본 발명의 첨부 도면에 도시된 본 발명의 바람직한 다양한 실시예의 예로서, 본 발명의 유리한 실시예 및 개선점 및 본 발명의 특정한 장점은 더 구체적으로 예시되고 설명될 것이다.As an example of various preferred embodiments of the present invention shown in the accompanying drawings of the present invention, advantageous embodiments and improvements of the present invention and specific advantages of the present invention will be more specifically illustrated and explained.
본 발명은, 종래 기술보다 더 효율적이면서, 그러한 코어의 제조가 덜 복잡하고 덜 고된 공간-절감 변압기 코어를 제조할 수 있다. The present invention makes it possible to fabricate space-saving transformer cores that are less efficient and less labor intensive than prior art, and that make such cores less complex.
도 1은 본 발명에 따라 변압기 코어 상에 감겨진 코일을 구비한 변압기를 도시한 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 변압기 코어의 베이스 섹션을 도시한 평면도.
도 3은 본 발명에 따라 변압기 코어를 위한 리본의 폭의 트리밍을 도시한 개략도.1 is a side view showing a transformer with a coil wound on a transformer core according to the invention;
2 is a plan view showing a base section of a transformer core according to the present invention;
3 is a schematic diagram illustrating the trimming of the width of the ribbon for a transformer core in accordance with the present invention;
도 1에서, 본 발명에 따라 변압기 코어(14) 상에 감겨진 코일(12)을 구비한 변압기(10)의 측면도가 도시된다. 변압기(10)는, 프레임(16)이 코어 부재를 형성하는 3개의 동일한 프레임(16)에 의해 형성된다.1, a side view of a
3개의 프레임(16)은 본 발명에 따른 변압기 코어인 삼각형 컬럼(column)(14)을 형성하기 위해 조립된다.Three
각 프레임(16)는 2개의 긴 측면 및 2개의 짧은 측면을 갖고, 2개의 긴 측면은 곧고, 림 부재(18)를 형성하는데, 여기서 각각은 인접한 프레임(16)의 각 림 부재(18)에 평행하게 놓여서, 코어 레그(20)를 형성한다.Each
더욱이, 각 림 부재(18)의 단면은 코어 레그(20)의 단면을 완전 원형 또는 다각형으로 완성시키기 위해 반원 또는 다격형이다.Further, the cross section of each
코일(12)은, 삼각형 변압기 코어(14)가 완성된 후에 코어 레그(20) 상에 감겨진다.The
도 2는, 변압기(10)의 이러한 설계가 변압기 코어(14)가 요구하는 작은 베이스로 인해 공간 절감된다는 점을 제외하고, 변압기 코어(14)의 삼각형 레이아웃을 개시하는 본 발명에 따른 변압기 코어(14)의 베이스 섹션(15)의 평면도를 도시한다. 도 2에서 알 수 있듯이, 각 림 부재(18)의 단면은 반원형이고, 인접한 프레임(16)의 림 부재(18)와 함께 원형 단면을 갖는 코어 레그를 형성한다.2 shows a
도 3은, 변압기 코어(14)의 층에 의해 감겨진 층이 되기 위해 제공되는 리본 또는 테이프(22)의 개략적인 평면도이다. 림 부재(18)의 단면의 원하는 형태를 달성하기 위해, 테이프는 이에 따라 트리밍될 필요가 있는데, 그 이유는, 그렇지 않으면 그 형태가 리본 또는 테이프(22)가 복수의 층으로 적층되는 적층 구성에 의해 달성될 수 없기 때문이다.3 is a schematic plan view of ribbon or
따라서, 리본(22)의 폭의 트리밍은 본 발명에 따라 변압기 코어(14)를 위한 프레임(16)의 림 부재(18)의 형태를 달성하는데 필요하다. 본 발명에 따라, 트리밍은 레이저 빔(26)을 갖는 레이저(24)에 의해 이루어지고, 바람직하게 CO2 레이저는 리본 또는 테이프(22)를 절단하거나 트리밍하기 위해 사용되고 적어도 10W의 전력을 갖는다.Thus, trimming the width of the
레이저 빔(26)은, 리본 또는 테이프(22)가 코어 부재로서 프레임(16)을 감기 위해 전진{플래쉬(30)}되는 코어 루프(14)의 각 층에 요구된 리본 또는 테이프(22)의 폭에 대응하는 원하는 절단 라인(28)을 따라 리본 또는 테이프(22) 상에서 안내된다.The
Claims (15)
다중의 밴드(22)는 레이저(24)에 의해 동시에 절단되고 함께 용접되어, 그 결과 프레임(16)의 특정한 기계적 안정성을 초래하고,
밴드(22)의 폭은 레이저(24) 절단에 의해 코어 레그(20)의 각 층에 따라 조정되는 것을 특징으로 하는, 3상 변압기를 위한 코어의 제조 방법.A method of manufacturing a core for a three-phase transformer (10), the core (14) comprising three frames (16) each of which is designed such that each transformer core leg (20) comprises two frame legs The transformer core legs 20 are arranged in a triangular configuration and the core legs 20 have a circular or polygonal cross section and the core frame 16 comprises at least one continuous wound band 22 of low- A method of manufacturing a core for a three-phase transformer (10)
The multiple bands 22 are simultaneously cut and welded together by the laser 24, resulting in a specific mechanical stability of the frame 16,
Characterized in that the width of the band (22) is adjusted according to each layer of the core leg (20) by cutting the laser (24).
삼각형 구성을 형성하기 위해 배치된 3개의 프레임(16)으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 변압기 코어.4. A transformer core made according to the method of any one of claims 1 to 3,
And three frames (16) arranged to form a triangular configuration.
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