KR102618677B1

KR102618677B1 - 권선을 포함하는 변압기

Info

Publication number: KR102618677B1
Application number: KR1020237015243A
Authority: KR
Inventors: 세예드 알리 무사비; 외란 에릭손; 마노즈 프라드한; 안데르스 단네뤼드
Original assignee: 히타치 에너지 리미티드
Priority date: 2021-02-05
Filing date: 2022-02-04
Publication date: 2023-12-28
Anticipated expiration: 2042-02-04
Also published as: EP4040455A1; US11990268B2; EP4197012C0; KR20230067710A; WO2022167622A1; US20230395315A1; CN116918010A; EP4197012B1; EP4197012A1

Abstract

본 발명은 코어 (112) 및 코어 (112) 의 림 (1100) 을 따라 연장되는 권선 축 (AW) 주위에 감긴 권선 (204) 을 포함하는 변압기에 관한 것으로, 상기 권선 (204) 은 상기 권선 축 (AW) 에 수직인 방향으로 연장되는 축방향 단부 표면 (207, 208) 에서 종결되고, 상기 변압기는 자성 재료를 포함하는 링 (205, 611, 705, 1705) 을 포함하고, 상기 링은 상기 권선 (204) 외부에 위치되고 상기 축방향 단부 표면 (207, 208) 에 인접한다. 링 (205, 611, 705, 330, 530) 은 자기 금속 시트들과 같은 자기 금속 컴포넌트들 (331, 533, 534, 1533) 의 세트를 포함하고, 상기 자기 금속 컴포넌트들 (331, 533, 534, 1533) 은 상기 권선 축 (AW) 주위에 분포되고 서로 전기적으로 절연된다. 코어 (112) 는 요크 (1200) 를 포함하고, 상기 요크 (1200) 는 링 (205, 611, 705, 1705) 의 반경방향 내측으로부터 링 (205, 611, 705, 1705) 의 반경방향 외측으로, 하나 이상의 교차 위치들 (1300) 에서, 링 (205, 611, 705, 1705) 을 반경방향으로 가로질러 연장된다. 교차 위치들 (1300) 에서의 자기 금속 컴포넌트들 (331, 533, 534, 1533) 이 교차 위치들 (1300) 로부터 더 멀리 떨어진 자기 금속 컴포넌트들보다 권선 축 (AW) 을 따라 더 낮은 높이를 갖도록, 링 (205, 611, 705, 1705) 의 단면 높이가 권선 축 (AW) 주위에서 달라진다.

Description

권선을 포함하는 변압기

본 개시는 변압기에 관한 것이다. 특히, 전력 그리드 시스템 (power grid system) 에서의 적용을 위한 변압기에 관한 것이며, 예를 들어, 고전압 변압기에 관한 것이다.

변압기는 전압 레벨 제어를 위해 전력 시스템에서 사용된다. 특히, 변압기는 전력을 생성, 전송 및 활용하기 위해 전력 시스템에서 전압을 올리거나 내리는 데 사용된다. 일반적으로, 변압기는 코어 및 권선들을 포함한다.

이상적인 변압기 모델에서, 권선들에 의해 생성된 모든 플럭스가 자체를 포함하는 매 권선들의 모든 턴들을 링크한다고 가정된다. 그러나, 실제로, 일부 플럭스는 권선들의 외부로 그것을 취하는 경로들을 가로지른다. 이러한 플럭스를 누설 자속 (leakage flux) 이라 칭한다.

변압기 권선들의 누설 자속은 권선들의 상부 및 하부 상의 권선 세그먼트들의 단부들에서 방사상으로 굴곡되는 경향을 갖는다. 누설 자속의 굽힘은 전력 변압기들에 대한 일부 특정 문제들의 근원이다. 이러한 굽혀진 플럭스는 권선 단부들에 가까운 영역에서 자속 밀도의 반경방향 컴포넌트를 생성한다. 반경방향 플럭스 밀도는 방사상 와전류 손실 (radial eddy current loss), 즉 반경방향 플럭스에 의해 야기되는 강화된 손실을 생성하고, 전체 부하 손실 및 핫스팟 문제를 초래할 수도 있는 국부 손실 쌍방의 원인이 된다. 반경방향 플럭스 밀도의 다른 효과는 권선의 단부들에 인가되는 축방향력을 발생시킬 수도 있다는 것이다. 이러한 전자기력은 단락 조건에서 상당한 힘을 생성하고 있다. 또한, 축방향력은 권선 진동 및 그에 따른 부하 소음의 주된 소스이다.

WO2019179808 은 림 (limb) 및 림 주위에 감긴 적어도 하나의 권선을 갖는 자기 코어를 포함하는 전자기 유도 디바이스를 개시한다. 권선은 축 주위에 복수의 반경방향 중첩 층들을 형성하는 전기 전도체, 전기 전도체의 반경방향 중첩 층 사이에 위치되는 전기 절연 재료, 권선의 적어도 하나의 축방향 단부에 위치되는 적어도 하나의 자성 재료 엔드-필 (end-fill) 을 포함한다.

US3639872 는 누설 자속을 수집하고 이를 철심으로 다시 유도하기 위한 적층된 자성 재료의 플레이트들을 포함하는 전력 변압기를 개시한다. 플레이트들은 요크들 외부에 놓인 권선의 단부면들을 덮고 있다.

권선들의 전기장들을 감소시키고 형상화하기 위해 정전 차폐부들이 사용될 수도 있다. 이러한 전기 차폐부의 예가 예를 들어 US4317096 및 US2010/0007452A1 에 개시되어 있다. US4317096 은 정전 차폐 링을 포함하고 인접한 권선 섹션들의 턴들 사이에 차폐부들을 더 포함하는 변압기 권선을 개시한다. US2010/007452A1 은 권선 단부의 절연을 위한 절연체를 포함하는 변압기를 개시하며, 절연체는 권선 단부 위에 배치되는 차폐 링을 포함한다.

소음을 감소시키기 위한 이전의 해결책들은 때때로 소음 감소 패널들과 같은 소음 차폐를 제공하는 것이었다. 이는 번거롭고 변압기의 풋프린트를 증가시킨다.

그러나, 제안된 종래 기술의 해결책들에도 불구하고, 변압기 권선들의 누설 자속과 관련하여 충족될 필요가 남아 있다.

부하 소음이 감소된 변압기를 제공할 필요가 있다.

감소된 반경방향 와류 손실들을 갖는 변압기를 제공할 필요가 있다.

개선된 권선 절연 설계가 수득되는 변압기를 제공할 필요가 있다.

변압기의 비용을 감소시킬 필요가 있다.

신뢰성이 향상된 변압기를 제공할 필요가 있다.

본 발명의 목적은 전술한 필요성들 중 하나 이상을 완화하는 변압기를 제공하는 것이다.

제 1 양태에 따르면, 본 발명은 코어 및 상기 코어의 림을 따라 연장되는 권선 축 주위에 감긴 적어도 하나의 권선을 포함하는 변압기에 관한 것으로, 상기 권선은 상기 권선 축에 수직인 방향으로 연장되는 축방향 단부 표면에서 종결되고, 상기 변압기는 자성 재료를 포함하는 링을 포함하고, 상기 링은 권선 외부에 위치되고 축방향 단부 표면에 인접하고, 권선 상으로의, 권선 축을 따른, 링의 돌출부가 축방향 단부 표면의 적어도 일부, 바람직하게는 전부를 덮는다.

코어는 요크를 더 포함하고, 상기 요크는 링의 반경방향 내측으로부터 링의 반경방향 외측으로, 하나 이상의 교차 위치들에서, 링을 반경방향으로 가로질러 연장된다.

권선의 축방향 단부 표면을 적어도 부분적으로 덮는 자성 재료의 링은 자기 차폐물로서 작용할 것이다. 이는 반경방향 와전류 손실들을 감소시킬 것이다.

링은 권선 축 주위의 연속적인 링을 의미한다. 링은 규칙적일 수도 있고, 예를 들어 원형 또는 타원형일 수도 있다.

반경방향 플럭스 밀도는 권선의 단부들에 인가되는 축방향력을 발생시킨다. 축방향력은 권선 진동 및 그에 따른 부하 소음의 주된 소스이다. 본 명세서에 개시된 바와 같은 자성 재료의 링에 의해, 이러한 축방향력은 회피되고, 이로써 부하 소음이 감소될 것이다. 또한, 전자기력은 단락 조건에서 상당한 힘을 생성하고 있다. 본 명세서에 개시된 바와 같은 자성 재료의 링에 의해 권선들에서 축방향 단락력들이 감소될 수도 있다.

자성 재료는 자기 금속 시트를 포함할 수도 있는 자기 금속 컴포넌트의 형태일 수도 있다.

링은 자기 금속 시트들과 같은 자기 금속 컴포넌트들의 세트를 포함하고, 자기 금속 컴포넌트들은 권선 축 주위에 분포되고 서로 전기적으로 절연된다. 다시 말해서, 자기 금속 컴포넌트들은 권선 축 주위의 링과 균일한 형상을 따른 경로가 복수의 자기 금속 컴포넌트들과 교차하도록 배치될 수도 있다.

자기 금속 컴포넌트들 중 각각의 자기 금속 컴포넌트들의 권선 축을 따른 높이들은 교차 위치(들)에 의한 자기 금속 컴포넌트들이 교차 위치(들)로부터 더 멀리 떨어진 자기 금속 컴포넌트들보다 더 낮은 높이를 갖도록 권선 축 주위에서 달라진다.

자기 금속 부재들의 높이들은 누설 자속이 주위의 임의의 다른 자성 구조체보다는 림 및 요크로 안내되도록 달라질 수도 있다.

자기 금속 컴포넌트들은 전기 전도성일 수도 있다.

상기 링의 형상과 균일한 형상을 갖는 경로는, 그 경로가 반드시 동일한 크기는 아니지만, 예를 들어 링의 외측 윤곽과 동일한 형상을 갖는다는 것을 의미한다. 경로가 권선 축 주위에서 상기 링의 형상과 균일한 형상을 갖기 위해, 권선 축은 상기 링에서와 유사한 방식으로 경로에 대해 위치되어야 한다.

선택적으로, 상기 경로는 원형일 수도 있다.

선택적으로, 상기 경로는 타원형일 수도 있다.

링 내의 자기 금속 컴포넌트들은 반경방향 누설 자속의 감소를 초래하고, 반경방향 누설 자속을 축방향 유동으로 지향시킬 것이다.

본 명세서에서 자성 재료는 1보다 큰 상대 투자율 (relative magnetic permeability) 을 갖는 재료를 의미한다. 선택적으로, 자성 재료는 적어도 50 의 투자율을 갖는다.

자기 금속 컴포넌트들은 강 컴포넌트들일 수도 있다. 선택적으로, 자성 금속 컴포넌트들은 전기강 컴포넌트들일 수도 있다. 예를 들어, 자기 금속 컴포넌트들은 NO강 또는 GO강 컴포넌트들, NO: 무배향; GO: 결정립-배향일 수도 있다.

자성 재료는 자기 전도성 재료일 수도 있다.

자기 금속 컴포넌트는 자기 금속 시트일 수도 있다.

링은 복수의 자기 금속 시트들을 포함할 수 있고, 각각의 자기 금속 시트는 높이 방향으로 연장되고 자기 금속 시트 높이를 가지며, 길이 방향으로 연장되고 자기 금속 시트 길이를 가지며, 폭 방향으로 연장되고 자기 금속 시트 폭을 가지며, 자기 금속 시트 폭은 자기 금속 시트 높이 및 자기 금속 시트 길이 중 각각의 하나보다 작다. 링은 링의 내측 반경방향 부분으로부터 외측 반경방향 부분까지 반경방향 방향으로 연장될 수도 있고, 각각의 자기 금속 시트는 높이 방향이 권선 축과 일치하고 길이 방향이 링의 내측 반경방향 부분으로부터 외측 반경방향 부분까지의 방향으로 연장되도록 링 내에 배향된다.

적층된 자기 금속 시트들을 포함하는 링은 반경방향 누설 흐름의 개선된 감소를 제공하고, 개선된 부하 소음 감소를 초래한다.

자기 금속 시트들 중 적어도 일부는 길이 방향이 링의 반경 방향을 따라 연장되도록 링 내에 배향될 수도 있다. 즉, 이 시트들의 길이 방향은 링의 반경에 평행하게 연장된다. 선택적으로, 각각의 자기 금속 시트는 길이 방향이 링의 반경 방향을 따라 연장되도록 링 내에 배향될 수도 있다.

따라서, 적층 방향, 즉 자기 금속 시트들의 법선 방향은 링의 원주 방향일 수도 있다.

이는 양호한 플럭스 수집 특성을 갖는 링을 형성하는 데 기여한다.

자기 금속 시트들은 바람직하게는, 링의 체적 내에 가능한 많은 양의 자성 재료를 수득하기 위해 가능한 한 조밀하게 적층될 수도 있다. 자기 금속 시트들의 폭 또는 두께는 예를 들어 0.025 내지 0.33 일 수도 있다. 대안적으로, 폭은 0.10 내지 0.30 mm 일 수도 있다. 대안적으로, 폭은 0.15 내지 0.27 일 수도 있다. 대안적으로, 폭은 0.18 내지 0.25 mm 일 수도 있다. 시트들 사이의 절연 재료는 자기 금속 시트들의 폭의 수% 의 두께를 갖는 얇은 층일 수도 있다. 절연층은 링의 조립 전에 자기 금속 시트들에 도포될 수도 있다.

자기 금속 시트들의 적어도 일부는 링의 내측 반경방향 부분으로부터 링의 외측 부분으로 연장되는 자기 금속 시트 길이를 가질 수도 있다. 따라서, 그러한 자기 금속 시트는 링의 내측 반경방향 부분으로부터 링의 외측 부분까지 내내 연장될 것이다.

선택적으로, 적어도 자기 금속 시트들의 제 1 서브세트의 자기 금속 시트들은 링의 내측 반경방향 부분으로부터 링의 외측 부분까지 연장되는 자기 금속 시트 길이를 가질 수도 있다.

선택적으로, 적어도 자기 금속 시트들의 제 2 서브세트의 자기 금속 시트들은 링의 내측 반경방향 부분으로부터 링의 외측 부분까지 연장되지 않는 자기 금속 시트 길이를 가질 수도 있다. 예를 들어, 제 2 서브세트의 자기 금속 시트들은 링의 내측 반경방향 부분으로부터 링의 외측 부분까지의 반경방향 거리보다 짧은 길이를 가질 수도 있다.

제 1 서브세트로부터의 자기 금속 시트들을 제 2 서브세트로부터의 자기 금속 시트들과 인터리빙 (interleaving) 함으로써, 링의 내측 반경방향 부분으로부터 링의 외측 부분까지 연장되는 길이를 갖는 시트들의 제 1 서브세트의 시트들 사이에 더 짧은 길이를 갖는 자기 금속 시트들이 나타날 것이다. 이는 보다 컴팩트한 링을 초래하고, 양호한 플럭스 수집이 달성될 수 있다.

자기 금속 컴포넌트들 또는 자기 금속 시트들은 접착제로 적층될 수도 있다.

접착제는 시트들 또는 자기 금속 컴포넌트들을 함께 유지할 것이고, 접착제는 자기 금속 시트들 사이의 갭들을 충전할 수도 있다.

금속 자성 컴포넌트들 또는 금속 자성 시트들은 접착제에 의한 것 외에 일부 다른 방식으로 적층될 수도 있다. 예를 들어, 자기 금속 시트들 또는 자기 금속 컴포넌트들은 함께 클램핑될 수도 있다.

선택적으로, 링은 권선의 축방향 단부 표면으로부터 거리를 두고 배치될 수도 있으며, 예를 들어 거리는 10 mm 미만이거나, 예를 들어 거리는 0.2 내지 10 mm 이다.

자성 재료의 링들은 절연 문제 없이 권선 단부들에 근접하게 배치될 수도 있다.

선택적으로, 링은 둥근 외주부를 갖는 권선 축과 일치하는 방향에서의 단면을 가질 수도 있다.

둥근 형태는 양호한 절연 설계를 달성한다. 권선 단부의 영역에서의 개선된 전기장이 달성된다. 권선의 단부 영역들에서의 전기장은 본 해결책에 의해 매끄럽게 될 수 있다.

선택적으로, 링은 권선과 등전위가 되도록 배치될 수도 있다. 예를 들어, 링은 권선 단부들에 전기적으로 연결될 수도 있다.

선택적으로, 링은 권선에 전기적으로 연결되는 전도성 요소들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 전도성 요소는 권선 단부 상의 전도체에 전기적으로 연결될 수도 있다. 선택적으로, 전도성 요소는 자기 금속 컴포넌트들 또는 자기 금속 시트들 사이에 배치될 수도 있다. 전도성 요소는 구리 요소, 바람직하게는 구리 시트일 수도 있다. 구리 컴포넌트들 또는 구리 시트들은 자기 금속 컴포넌트들 또는 자기 금속 시트들 사이에 배치될 수도 있고, 구리 컴포넌트들 또는 구리 시트들은 권선 단부 상의 전도체들에 전기적으로 연결될 수도 있다.

선택적으로, 전기 전도성 층, 바람직하게는 알루미늄 또는 구리 층이 링을 둘러쌀 수도 있다.

선택적으로, 전기 절연 층이 전기 전도성 층을 둘러쌀 수도 있다. 전기 절연 층은 약 0.2 내지 0.5 mm 의 두께를 가질 수도 있다.

권선은 변압기 분야에서 사용되는 임의의 유형의 권선일 수도 있다. 예를 들어, 권선은 디스크 권선 (disc winding) 일 수도 있다. 누설 자속과 연관된 문제들은 권선이 디스크 권선일 때 일반적으로 더 두드러진다. 따라서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 링을 갖는 변압기는 변압기의 바람직한 권선이 디스크 권선일 때 사용하기에 특히 유리하다.

선택적으로, 권선은 권선 축을 따라 바라볼 때 축방향 단부 표면에 대향하는 추가적인 축방향 단부 표면에서 종결되고, 변압기는 자성 재료를 포함하는 대향 링을 포함하고, 대향 링은 권선 외부에 위치되고 추가적인 축방향 단부 표면에 인접하고, 권선 상으로의 권선 축을 따른 대향 링의 돌출부가 추가적인 축방향 단부 표면의 적어도 일부, 바람직하게는 전부를 덮는다.

링과 관련하여 본 명세서에 설명된 모든 특징 및 이점은 당연히 전술한 바와 같은 대향 링에 유사하게 적용 가능하다. 선택적으로, 변압기가 링 및 대향 링을 포함할 때, 링 및 대향 링은 유사할 수 있고/있거나 변압기의 권선 또는 권선들에 대해 유사하게 배치될 수 있다.

선택적으로, 권선은 제 1 권선이고, 변압기는 권선 축 주위에 감긴 제 2 권선을 더 포함하고, 제 2 권선은 권선 축에 수직인 방향으로 연장되는 제 2 권선의 축방향 단부 표면에서 종결된다.

변압기가 단지 제 1 권선의 축방향 단부 표면의 적어도 일부, 바람직하게는 전부를 덮는 링을 포함할 때, 결과는 제 1 권선 및 제 2 권선으로부터의 감소된 누설 자속일 수 있다는 것이 발견되었다.

선택적으로, 제 2 권선 상으로의 권선 축을 따른 링의 돌출부가 또한 제 2 권선의 축방향 단부 표면의 적어도 일부, 바람직하게는 전부를 덮는다.

따라서, 제 1 권선과 제 2 권선 쌍방을 적어도 부분적으로 덮는 링을 사용함으로써 플럭스 수집 효과가 개선될 수도 있다.

선택적으로, 링은 제 1 링이고, 변압기는 자성 재료를 포함하는 제 2 링을 포함하고, 제 2 링은 제 2 권선 외부에 위치되고 제 2 권선의 축방향 단부 표면에 인접하고, 제 2 권선 상으로의, 권선 축을 따른, 제 2 링의 돌출부가 제 2 권선의 단부 표면의 적어도 일부, 바람직하게는 전부를 덮는다.

링 또는 제 1 링에 관한 본 명세서에 기술된 바와 같은 모든 특징 및 이점은 당연히 제 2 링에 유사하게 적용 가능하다.

예를 들어, 제 2 링이 제공된 제 2 권선에도 전술한 바와 같은 대향 링과 유사하게 제 2 대향 링이 당연히 제공될 수 있다.

선택적으로, 제 1 및 제 2 권선 각각은 1차 권선 또는 2차 권선일 수도 있다.

선택적으로, 제 2 권선이 1차 권선일 수도 있고, 제 1 권선이 2차 권선일 수도 있다.

또한, 변압기는 3차 권선을 포함할 수도 있다. 제 1 및 제 2 권선에 대한 것과 동일한 것이 3차 권선에 적용된다.

선택적으로, 변압기의 하나 이상의 권선들의 전압 정격들은 변압기의 모든 권선들의 전압 정격들이 1 kV 초과이도록 1 kV 초과이다.

이제, 본 발명의 변형예들을 도시한 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1 은 본 발명이 적용될 수 있는 변압기의 일 예의 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 제 1 변형예에 따른 변압기의 일부의 단면을 도시한다.
도 3 은 본 발명의 변형예에 따른 링의 단면을 도시한다.
도 4 는 본 발명의 변형예의 자성 금속 시트를 도시한다.
도 5 는 본 발명에 따른 링의 다른 변형예의 단면을 도시한다.
도 6 은 본 발명에 따른 변압기의 제 2 변형예의 일부의 단면을 도시한다.
도 7 은 본 발명에 따른 변압기의 제 3 변형예의 일부의 단면을 도시한다.
도 8 은 본 발명에 따른 변압기의 일 예에 대한 평균 축방향력을 나타낸 그래프이다.
도 9 는 본 발명에 따른 변압기의 일 예에 대한 누적 축방향력을 나타낸 그래프이다.
도 10a 는 종래 기술의 변압기의 일 예에 대한 권선에서의 권선 전류 손실 분포를 도시한다.
도 10b 는 본 발명에 따른 자성 재료의 링이 제공될 때 도 10a 에서와 같은 변압기에 대한 권선에서의 권선 전류 손실 분포를 도시한다.
도 11 은 본 발명의 변형예에 따른, 동일한 코어 주위의 복수의 대응하는 권선 축들 주위에 배열되고 링들을 포함하는 복수의 권선들을 갖는 변압기의 일 예를 도시한다.
도 12 는 변압기에 사용될 수 있는 권선의 타입의 일례를 나타낸다.
도 13 은 추가 실시형태에 따른 변압기의 일부의 사시도이다. 변압기의 설계는 도 7 에 도시된 변압기와 유사하지만, 그 둘레를 따라 높이가 변하는 링들을 갖는다. 도 13 에서, 2 개의 링들의 일부 부재들은 자성을 갖도록 예시적인 목적들을 위해 숨겨진다.
도 14 는 도 13 에 또한 도시된 변압기의 상면도를 도시하며, 이는 단면 A-A 의 위치를 나타낸다.
도 15 는 도 13-14 에 또한 도시된 변압기의 단면 A-A 에서의 단면도이다.
도 16a-b 는 단면 A-A 에서 링의 단면 형상의 대안적인 실시형태들을 도시하는 단면도들이다.
모든 도면은 개략적이다.

도 1 에는 종래 기술의 변압기 (100) 가 묘사되어 있다. 변압기는 유전성 유체 (120) 로 채워진 탱크 (101) 에 둘러싸인다. 변압기 (100) 는 코어 (102) 및 권선들 (103, 104) 을 포함한다. 변압기 권선들의 누설 자속은 권선의 단부들에서 방사상으로 휘어질 수도 있다. 자속의 이러한 방사상 연장 누설은 권선에 축방향력을 생성할 수도 있으며, 이는 권선의 진동을 초래할 것이다. 진동은 오일을 통해 변압기 탱크 (101) 로 전달될 것이고, 이는 소음을 초래할 것이다.

이하의 설명은 변압기의 코어 및 권선들에 인접한 배열들에 초점을 맞출 것이다. 유전성 유체로 채워진 탱크와 같은 변압기의 일반적인 특징들이 본 명세서에 설명된 본 발명의 모든 변형예들에 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

본 발명은 변압기 권선의 축방향 단부에 배치되는 자기 링 (magnetic ring) 에 관한 것이다. 본 개시에 의해, 방사상 누설 자속이 감소되며, 이는 결국 소음이 감소됨을 의미한다. 자성 재료의 링들은 축방향력의 감소를 초래할 반경방향 자속을 끌어당기고 포획할 것이다. 예를 들어, 6dB 만큼의 소음 감소를 얻을 수 있음을 보여주었다.

자성 재료는 전기강일 수도 있다. 강은 무방향성 (NO) 강 또는 방향성 (GO) 강일 수도 있다.

도 2 는 변압기의 일부를 개략적으로 도시한다. 코어 (202) 의 절반 및 권선 (204) 의 단면이 도시된다. 코어 (202) 와 권선 (204) 은 도 2 에 도시된 권선 축 (AW) 을 중심으로 대칭이다. 변압기는 권선 축 (AW) 주위에 감긴 권선 (204) 을 포함한다. 권선 (204) 은 권선 축 (AW) 에 수직인 방향으로 연장되는 축방향 단부 표면 (207) 에서 종결된다. 변압기는 자성 재료를 포함하는 링 (205) 을 포함하고, 링 (205) 은 권선 (204) 외부에 그리고 축방향 단부 표면 (207) 에 인접하게 위치되며, 권선 (204) 상으로의 링 (205) 의 돌출부가 축방향 단부 표면 (207) 의 적어도 일부, 바람직하게는 전부를 덮는다.

링은 자기 차폐물로서 작용할 것이다. 링은 방사상 와전류 손실을 감소시킬 것이다. 따라서, 권선에 대한 축방향력 및 이에 의한 진동이 회피될 것이고, 소음 감소가 달성될 것이다.

또한, 권선들은 방사상 와전류 손실을 생성하는 방사상 플럭스 밀도를 생성한다. 이는 핫스팟 문제가 초래할 수도 있다. 권선들의 단부 영역들에서의 방사상 와전류 손실들은 본 명세서에 개시된 바와 같은 링을 사용할 때 감소될 것이다. 따라서, 자성 재료의 링이 본 명세서에 개시된 바와 같이 사용될 때 핫스팟 문제들이 회피될 것이다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 권선 (204) 은 상기한 축방향 단부 표면 (207) 뿐만 아니라 제 2 의 대향하는 추가적인 축방향 단부 표면 (208) 을 형성한다. 변압기는, 도 2 에 예시된 바와 같이, 제 1 축방향 단부 표면 (207) 에 인접하게 그리고 제 1 축방향 단부 표면 (207) 의 적어도 일부, 바람직하게는 전부를 덮도록 배치되는 전술한 바와 같은 제 1 링 (205), 및 추가적인 축방향 단부 표면 (208) 에 인접하게 그리고 추가적인 축방향 단부 표면 (208) 의 적어도 일부, 바람직하게는 전부를 덮도록 배치되는 전술한 바와 같은 제 1 대향 링 (206) 을 포함할 수도 있다.

링 또는 링들 (205, 206) 은 자기 금속 컴포넌트들의 세트를 포함할 수도 있으며, 자기 금속 컴포넌트들은 권선 축 (AW) 주위의 링을 따른 원형 경로가 복수의 자기 금속 컴포넌트들과 교차하도록 배치된다.

링의 단면 일례가 도 3 에 도시되고 예시된다. 링 (330) 은 자기 금속 컴포넌트들 (331) 의 세트를 포함한다. 자기 금속 컴포넌트들 (331) 은 권선 축 주위의 링 (330) 을 따른 원형 경로 (332) 가 복수의 자기 금속 컴포넌트들 (331) 과 교차하도록 배치된다. 자기 금속 컴포넌트들 (331) 은 함께 적층될 수도 있다. 링 (330) 은 내측 반경방향 부분 (Ri) 으로부터 외측 반경방향 부분 (Ro) 까지 반경방향 (R) 으로 연장된다.

자기 금속 컴포넌트들 (331) 은 서로 전기적으로 절연된다. 이는 예를 들어 링의 조립 전에 절연 층이 제공되는 자기 금속 컴포넌트들에 의해 달성될 수도 있다. 대안적으로, 추가적인 절연 컴포넌트들이 링에 포함될 수도 있다. 자기 금속 컴포넌트들 (331) 은 서로 절연되도록 주로 링의 원주 방향을 따라 절연되어야 한다.

자기 금속 컴포넌트들의 세트는 도 3 에 도시된 바와 같이 복수의 자기 금속 시트들 (331) 을 포함할 수도 있다. 링에 포함된 자기 금속 시트의 일례가 도 4 에 도시되어 있다. 각각의 자기 금속 시트 (450) 는 높이 방향 (H) 으로 연장되고 자기 금속 시트 높이 (h) 를 가지며, 길이 방향 (L) 으로 연장되고 자기 금속 시트 길이 (l) 를 가지며, 폭 방향 (W) 으로 연장되고 자기 금속 시트 폭을 가지며, 자기 금속 시트 폭은 자기 금속 시트 높이 및 자기 금속 시트 길이 중 각각의 하나보다 작다.

또한, 도 3 에 예시된 바와 같이, 각각의 자기 금속 시트 (331, 450) 는, 높이 방향이 권선 축 (AW) 과 일치하고 길이 방향이 링 (330) 의 내측 반경방향 부분 (Ri) 으로부터 외측 반경방향 부분 (Ro) 으로 연장되도록 링 (330) 내에 배향될 수도 있다. 자기 금속 시트 (450) 의 폭은 자기 금속 시트의 두께로 간주될 수도 있다. 이러한 자기 금속 시트 (450) 의 표면은 위에서 언급한 바와 같은 절연층에 의해 덮일 수도 있다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 각각의 자기 금속 시트 (331, 450) 는 길이 방향 (L) 이 링 (330) 의 내측 반경방향 부분 (Ri) 으로부터 외측 반경방향 부분 (Ro) 으로 연장되도록 링 내에 배향될 수도 있다. 따라서, 이 경우에 자기 금속 시트들 (450) 은 링의 내부 반경으로부터 링의 외부 반경까지 내내 연장된다. 도 3 에 또한 도시된 바와 같이, 자기 금속 시트들 (331, 450) 은 시트들의 길이 방향이 각각 링의 반경 방향 (R) 을 따라 연장되도록 배향될 수도 있다.

자기 금속 시트들 (533, 534) 을 포함하는 링 (530) 의 단면의 추가적인 예가 도 5 에 도시된다.

도 5 에 도시된 바와 같이, 자기 금속 시트들 (533) 의 제 1 서브세트는 링의 내측 반경방향 부분 (Ri) 으로부터 링의 외측 부분 (Ro) 으로 연장되는 자기 금속 시트 길이를 가질 수도 있다.

자기 금속 시트들 (534) 의 제 2 서브세트는 링의 내측 반경방향 부분 (Ri) 으로부터 링의 외측 부분 (Ro) 으로 연장되지 않는 자기 금속 시트 길이를 가질 수도 있다.

도 5 에 도시된 바와 같이, 상이한 길이들을 갖는 자기 금속 시트들 (533, 534) 의 서브세트들은 더 많은 양의 자성 재료를 포함하는 링을 형성하도록 링 (530) 내에 교호 관계로 배치될 수도 있다.

자기 금속 시트들은 자기 금속 시트에 걸쳐 대략 동일한 폭을 가질 수도 있고, 즉 자기 금속 시트는 자기 금속 시트에 걸쳐 동일한 두께를 가질 수도 있다. 이는, 길이 방향 (L) 이 반경 방향 (R) 으로 연장되도록 자기 금속 시트들이 링 내에 배치되고 배치될 때, 자기 금속 시트들 사이에 갭들이 존재할 것임을 의미한다. 자기 금속 시트들 사이의 갭들은 링의 외측 부분 (Ro) 에서 더 클 수도 있다. 자기 금속 시트들의 제 2 서브세트의 길이가 더 짧은, 자기 금속 시트들의 제 2 서브세트를 사용할 때, 이들은 자기 금속 시트들 사이에 형성된 가능한 갭들을 충전하는데 사용될 수도 있다. 제 2 세트의 자기 금속 시트들은 링의 외측 부분 (Ro) 에 더 가깝게 배치될 수도 있다.

도시되지 않은 다른 변형예에서, 링은 링의 내측 반경방향 부분과 링의 외측 부분 사이에 상이한 연장부들을 갖는 자기 금속 시트들의 추가적인 서브세트들을 포함할 수도 있다. 즉, 자기 금속 시트들의 추가적인 서브세트들은 상이한 길이들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 3 개 이상의 서브세트의 자기 금속 시트들을 포함하는 링이 형성될 수도 있으며, 여기서 각각의 서브세트의 자기 금속 시트들은 다른 서브세트들과 상이한 자기 금속 시트 길이를 갖는다.

따라서, 상이한 길이들을 갖는 자기 금속 시트들은 링에 끼워지고 링의 체적을 가능한 많이 자기 금속 시트로 채우기 위해 사용될 수도 있다.

자기 금속 컴포넌트들 또는 자기 금속 시트들은 접착제로 적층될 수도 있다. 이는 자기 금속 컴포넌트들 또는 자기 금속 시트들을 적층된 채로 유지하고 자기 금속 시트들을 함께 유지되게 할 것이다. 또한, 접착제는 링의 원형 형태로 인해 자기 금속 시트들 사이에 발생할 수도 있는 임의의 갭을 채울 수도 있으며, 자기 금속 시트들은 내측 반경방향 부분 (Ri) 으로부터 외측 반경방향 부분 (Ro) 으로 반경 방향으로 배치된다. 외측 반경방향 부분 (Ro) 에서의 외주부는 내측 반경방향 부분 (Ri) 에서의 내주부보다 길며, 이는 자기 금속 시트들이 링의 내측 부분에 채워지는 만큼 자기 금속 시트들이 링의 외측 부분의 체적을 채우지 않을 수도 있다는 것을 의미한다.

도 6 은 제 1 권선 (604) 및 제 2 권선 (603) 을 포함하는 변압기의 제 2 변형예를 예시한다. 코어 (602) 의 절반, 제 1 권선 (604) 및 제 2 권선 (603) 의 단면이 도 6 에 도시되어 있다. 코어 (602), 제 1 권선 (604) 및 제 2 권선 (603) 은 중심 축을 중심으로 대칭이다. 권선들 (603, 604) 은 중심 축과 일치하는 권선 축 (AW) 주위에 감긴다. 제 1 권선 (604) 의 제 1 단부는 권선 축 (AW) 에 수직인 방향으로 연장되는 제 1 권선 (604) 의 축방향 단부 표면 (607) 에서 종결된다. 제 2 권선 (603) 의 제 1 단부는 권선 축 (AW) 에 수직인 방향으로 연장되는 제 2 권선의 축방향 단부 표면 (609) 에서 종결된다. 링 (611) 은, 권선 축 (AW) 을 따라 권선으로의 링 (611) 의 돌출부가 제 1 권선 (604) 의 축방향 단부 표면 (607) 의 적어도 일부, 바람직하게는 전부를 덮고 또한 제 2 권선 (603) 의 축방향 단부 표면 (609) 의 적어도 일부, 바람직하게는 전부를 덮도록 배치된다. 제 1 권선 (604) 및 제 2 권선 (603) 둘 모두를 커버하는 링에 의해, 소음 감소가 훨씬 더 효과적일 수 있다.

도 6 에 도시된 바와 같이, 제 1 대향 링 (612) 의 돌출부가 제 1 권선 (604) 의 대향하는 축방향 단부 표면 (608) 의 적어도 일부, 바람직하게는 전부를 덮고 또한 제 2 권선 (603) 의 대향하는 축방향 단부 표면 (610) 의 적어도 일부, 바람직하게는 전부를 덮도록, 제 1 권선 (604) 및 제 2 권선 (603) 의 다른 단부에 제 1 대향 링 (612) 이 배열될 수도 있다.

도 7 에, 제 1 권선 (704) 및 제 2 권선 (703) 을 갖는 변압기의 제 3 변형예가 도시된다. 변압기는 자성 재료를 포함하는 제 1 링 (705) 을 포함하고, 링 (705) 은 제 1 권선 (704) 의 외부에 위치되고 축방향 단부 표면 (707) 에 인접하며, 제 1 권선 (704) 으로의 권선 축 (AW) 을 따른, 제 1 권선의 링 (705) 의 돌출부가 제 1 권선의 축방향 단부 표면 (707) 의 적어도 일부, 바람직하게는 전부를 덮는다. 또한, 도 7 에 묘사된 변압기는 자성 재료를 포함하는 제 2 링 (711) 을 포함하고, 제 2 링 (711) 은 제 2 권선 (703) 외부에 위치되고 축방향 단부 표면 (709) 에 인접하며, 제 2 권선 (703) 으로의 권선 축 (AW) 을 따른, 제 2 링 (711) 의 돌출부가 제 2 권선의 축방향 단부 표면 (709) 의 적어도 일부, 바람직하게는 전부를 덮는다.

도면에서, 제 1 대향 링 (706) 은 제 1 권선 (704) 의 제 2 단부에 배치되고, 제 2 대향 링 (712) 은 권선들 (703, 704) 의 제 1 단부들에 대해 전술한 것과 유사한 방식으로 제 2 권선 (703) 의 제 2 단부에 배치된다. 그러나, 변압기의 다른 변형예들에서, 권선들의 일 단부에만 가깝게 배치된 링이 있을 수도 있다.

따라서, 변압기는 제 1 권선 (704) 의 상부 부분 상의 축방향 단부 표면 (707) 에 인접하게 배치된 링 (705) 및 제 1 권선의 하부 부분의 축방향 단부 표면 (708) 에 인접하게 배치된 대향 링 (706) 을 포함할 수도 있다. 동일한 방식으로, 변압기는 제 2 권선 (703) 의 상부 부분 상의 대향하는 축방향 단부 표면 (709) 에 인접하게 배치된 링 (711) 및 제 2 권선의 하부 부분의 대향하는 축방향 단부 표면 (710) 에 인접하게 배치된 대향 링 (712) 을 포함할 수도 있다.

링은 권선의 축방향 단부 표면으로부터 거리 (D1, D2) 에 배치될 수 있다. 거리 (D1 및 D2) 는 본 명세서에 설명된 임의의 링에 적용될 수도 있고, 도면에 도시되어 있다. 거리 (D1, D2) 는 10 mm 미만일 수도 있다. 대안적으로, 거리 (D1, D2) 는 0.2 내지 10 mm 일 수도 있다.

도 13-15 에 도시된 변압기 (1000) 는 본 명세서에 설명된 다른 실시형태들에 따른 변압기들에 또한 적용 가능한 본 개시의 일 양태를 예시한다. 이 양태의 교시는 각각의 링 주위의 상이한 위치들 (권선 축 주위의 상이한 위치들) 에서 링의 상이한 단면 높이 (따라서 링의 자기 금속 컴포넌트들의 상이한 높이) 를 갖도록 링(들)을 구성하는 것이다.

각각의 위치에서의 높이는 자기저항 (reluctance) 을 감소시키도록 적응되어, 누설 자속이 권선들 주위의 임의의 다른 자기 구조체보다 림 및 요크 (1200) 로 더 잘 안내된다. 본 실시형태에서, 자기 금속 컴포넌트들은 3 개의 상이한 변형예에서 오며 각각 상이한 높이를 갖는다. 다른 실시형태들에서, 각각의 자기 금속 컴포넌트는 고유하게 형상화되고 크기결정될 수도 있다. 전형적으로, 자기 금속 컴포넌트들의 최저 높이와 최고 높이 사이의 차이는 최저 자기 금속 컴포넌트의 100 mm 높이와 최고 자기 금속 컴포넌트의 110 mm 높이와 같이 적어도 10% 이지만, 본 실시형태에서 차이는 도면에 도시된 바와 같이 더 크다.

예시된 실시예에서, 자기 금속 컴포넌트들 (331, 533, 534, 1533) 은 3 개의 상이한 형상들/높이들로 제공되며, 최저 높이 중 하나는 각각의 권선과 요크 (1200) 사이에 제공된다. 다른 실시형태들에서, 적어도 2 개의 상이한 높이들이 있는 한, 자기 금속 컴포넌트들의 임의의 수의 상이한 높이들이 있을 수도 있다.

또 다른 교시는, 권선 축 (AW) 에 대해 반경방향으로 연장되는 단면에서 보이는 바와 같은 링의 변화하는 단면 형상을 사용하는 것이다. 링(들)의 상이한 단면 형상들이 도 15 및 16a-b 에 개략적으로 도시되어 있다.

도 4 는 자기 금속 시트 (450) 를 도시한다. 자기 금속 시트는 위에서 설명되었다. 또한, 자기 금속 시트 (450) 는 권선 축과 일치하는 방향에서 자성 재료의 링의 단면과 동일한 형상을 가질 수도 있다.

따라서, 링은 권선 축과 일치하는 방향에서 도 4 의 자기 금속 시트와 동일한 형상을 갖는 단면을 가질 수도 있다. 도 4 에 예시될 수 있는 바와 같이, 그러한 단면에서 보이는 바와 같은 외주부 (451) 는 둥글다. 도 4 는 자기 금속 시트를 도시하지만, 링은 여기서 언급된 바와 같이, 자기 금속 시트들 중 일부와 동일한 단면을 가질 수도 있다.

본 명세서에 설명된 바와 같은 그리고/또는 예시된 예들 중 임의의 하나에 따른 링의 외주부는 도 4 에 예시된 바와 같이 둥근 외주부를 가질 수도 있다.

권선 축과 일치하는 방향에서 외주부에서의 링의 단면은 링의 외주부에서의 반경 r (도 4의 확대부에 도시됨) 을 갖는다. 곡률 반경이 작은 곳에서 전기장이 강하다. 예리한 코너는 예를 들어 전기장의 소스일 수도 있다. 둥근 형상을 갖는 본 명세서에 개시된 바와 같은 링을 사용할 때, 이는 권선의 코너의 반경보다 큰 반경을 가질 수도 있다. 따라서, 전기장을 감소시킬 것이다.

따라서, 둥근 형태가 유리하다. 링의 외측 부분은, 마그네틱 링을 제조하고 경화한 후, 링을 기계가공하여 절연 설계에 적합한 형상을 갖도록 함으로써, 얻어질 수도 있다. 둥근 또는 매끄러운 외측 링 반경 부분을 얻는 다른 방법은 원하는 둥근 형상을 갖는, 예를 들어 원하는 대로 반경을 갖는 만곡된 에지들을 갖는 각각의 자기 금속 시트를 절단하고 이들을 함께 적층하는 것일 수 있다.

링은 해당 권선과 동일한 전위를 갖도록 배치될 수도 있다. 이를 위해, 구리 컴포넌트들 또는 구리 시트들과 같은 전도성 컴포넌트들이 자기 금속 컴포넌트들 또는 자기 금속 시트들 사이에 포함될 수도 있으며, 구리 컴포넌트들 또는 구리 시트들은 권선 단부들의 전도체들과 전기적으로 연결될 수도 있다. 그러면 링과 권선은 동일한 전위를 가질 것이고, 따라서 이들은 등전위일 것이다.

권선이 스택 권선이면, 자기 링은 권선의 상부 디스크와 등전위일 수도 있다. 이는 추가로 자기 링과 권선의 상부 디스크 사이의 거리가 비교적 짧을 수도 있다는 것을 의미한다. 목표는 권선들의 절연 설계를 개선하기 위해 전기장 라인을 형성하는 것이다.

도면에 도시되지 않았지만, 알루미늄 또는 구리 층과 같은 전도성 층이 링을 둘러쌀 수도 있다. 또한, 전기 절연층이 알루미늄 또는 구리 층을 둘러쌀 수도 있다.

권선은 예를 들어 디스크 권선일 수도 있다. 디스크 권선은 진동에 특히 민감하므로, 본 명세서에 제안된 바와 같은 링이 디스크 권선에 특히 유용할 수 있다.

위에서 논의된 바와 같이, 본 명세서에서 제안된 특징들에 의해, 신뢰성이 증가될 수 있고, 소음이 감소될 수 있으며, 방사상 와전류 손실이 낮아질 수 있다. 이는 또한 비용이 낮아질 수 있음을 의미한다. 또한, 절연 설계가 향상될 수 있다.

2-권선 변압기에 대해 예비 시뮬레이션을 행하였다:

전력.......... (MVA) 42.700 42.700

전압......... (kV) 50.000 16.200

결과는 매우 유망하다. 좋은 점은 자기 차폐 링이 포화되더라도 아이디어가 매우 잘 작동한다는 것이다. 따라서, 정상 부하 조건과 단락 조건 둘 다에서 작동할 수 있다.

시뮬레이션의 결과에서, 고전압 권선의 단부들에 놓인 자성 재료의 링이 저전압 권선에 대한 축방향력을 또한 감소시킨다는 것이 밝혀졌다. 게다가, 저전압 권선의 와류 손실 (eddy loss) 을 또한 감소시킨다.

도 8 은 자성 재료의 링을 갖지 않을 때 권선의 단부에서 축방향력이 크다는 것을 알 수 있는 그래프를 보여준다. 축방향력은 자성 재료의 링이 사용될 때 감소된다. 도 8 의 MSR 은 본 명세서에서 주로 자기 링으로 지칭되는 자기 차폐 링 (magnetic shield ring) 을 의미한다. mur 은 상대 자기 투자율이다. 권선 축방향 길이의 단위는 mm 이다.

도 9 는 자성 재료의 링을 가질 때에 비해 자성 재료의 링을 갖지 않을 때 권선들의 길이에 대한 누적 축방향력의 변화가 더 크다는 것을 알 수 있는 그래프를 보여준다. 도 9 의 MSR 은 본 명세서에서 주로 자기 링으로 지칭되는 자기 차폐 링을 의미한다. mur 은 상대 자기 투자율이다. 권선 축방향 길이의 단위는 mm 이다.

자성 재료의 링의 효과가 또한 도 10a 및 도 10b 에 도시되며, 여기서 포일 권선 (foil winding) 이 모델링되었다. 도 10a 에서는 링이 사용되지 않지만, 도 10b 에서는 자성 재료의 링이 사용된다. 도 10a 및 도 10b 에서, 코어 림은 좌측에 있고 (도시되지 않음), 좌측에 직사각형으로 도시된 내부 권선 및 우측에 직사각형으로 도시된 외부 권선이 뒤따른다. 이 경우, 외부 권선은 고전압 권선이고, 내부 권선은 저전압 권선이다. 외부 권선 위의 자성 재료의 링의 영향이 조사되고, 결과적인 플럭스는 플럭스 라인들 (flux lines) 에 의해 예시된다. 도 10a 와 도 10b 를 비교함으로써 알 수 있듯이, 플럭스 라인들의 형상은 링의 존재에 의해 변경된다. 또한, 이 특별한 경우에, 링을 지니는 외부 권선에서의 총 권선 손실이 20% 만큼 감소되었다.

완전성을 위해, 도 11 은 변압기의 변형예를 도시하며, 여기서 코어 (112) 가 복수의 레그를 형성하고, 각각의 레그는 코어의 각각의 레그 주위의 권선들에 대해 권선 축 (AW, AW', AW") 을 형성한다. 예시된 변형예에서, 제 1 권선 (114, 114', 114") 및 제 2 권선 (113, 113', 113") 은 각각의 권선 축 (AW, AW', AW") 주위에 동축으로 감긴다. 따라서, 변압기는 복수의 권선 축 (AW, AW', AW") 의 각각에 감긴 적어도 하나의 권선을 포함하고, 이 경우에 복수의 권선 (114, 114', 114", 113, 113', 113") 은 복수의 대응하는 권선 축 (AW, AW', AW") 의 주위에 감길 것이다. 물론, 단 하나의 권선 축을 갖는 변압기에 관련하여 전술한 특징 및 이점은 여러 개의 권선 축들을 갖는 변압기에 유사하게 적용될 수 있다. 링들 (115, 115', 115") 이 제 1 권선들 (114, 114', 114") 위에 배치된 것을 볼 수 있다.

도 12 는 코어 (125) 의 일부와 제 1 권선 (124) 및 제 2 권선 (123) 의 단면도를 예시한다. 본 명세서에 개시된 바와 같은 자기 링들은 예를 들어 이러한 종류의 권선을 포함하는 변압기와 함께 사용될 수 있다. 제 1 권선 (124) 의 권선 스레드 (130) 및 제 2 권선 (123) 의 권선 스레드 (131) 가 도시되어 있다.

선택적으로, 그리고 예시된 변형예들에서와 같이, 제 2 권선 및 제 1 권선은 권선들 중 하나가 반경방향으로 다른 권선 내부에 있도록 동축으로 배치된다. 물론, 본 명세서에 설명된 바와 같은 링들은 또한, 예를 들어, 제 1 및 제 2 권선이 동일한 권선 축 주위에 그러나 이들 사이에 축방향 거리를 두고 감기는 상황에서 적용될 수도 있다. 그 경우에, 링 또는 링들이 각각의 권선의 축방향 단부들 중 하나 또는 둘 모두에 적용될 수 있다.

이상의 내용으로부터, 본 명세서에서 제안된 특징들이 매우 다양한 변압기들 및 변압기 설계들에 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims

코어 (112) 및 상기 코어 (112) 의 림 (1100) 을 따라 연장되는 권선 축 (AW) 주위에 감긴 적어도 하나의 권선 (204, 604, 704, 1704) 을 포함하는 변압기로서,
상기 권선 (204, 604, 704) 은 상기 권선 축 (AW) 에 수직인 방향으로 연장되는 축방향 단부 표면 (207, 607, 707) 에서 종결되고,
상기 변압기는 자성 재료를 포함하는 링 (205, 611, 705) 을 포함하고,
상기 링 (205, 611, 705) 은 상기 권선 (204, 604, 704) 외부에 위치되고 상기 축방향 단부 표면 (207, 607, 707) 에 인접하고,
상기 권선 (204, 604, 704) 상으로의, 상기 권선 축 (AW) 을 따른, 상기 링 (205, 611, 705) 의 돌출부가 상기 축방향 단부 표면 (207, 607, 707) 의 적어도 일부 또는 전부를 덮고,
상기 코어 (112) 는 요크 (1200) 를 포함하고,
상기 요크 (1200) 는 상기 링 (205, 611, 705, 1705) 의 반경방향 내측으로부터 상기 링 (205, 611, 705, 1705) 의 반경방향 외측으로, 하나 이상의 교차 위치들 (1300) 에서, 상기 링 (205, 611, 705, 1705) 을 반경방향으로 가로질러 연장되며,
상기 링 (205, 611, 705, 330, 530) 은 자기 금속 시트들과 같은 자기 금속 컴포넌트들 (331, 533, 534, 1533) 의 세트를 포함하고,
상기 자기 금속 컴포넌트들 (331, 533, 534, 1533) 은 상기 권선 축 (AW) 주위에 분포되고 서로 전기적으로 절연되며,
상기 교차 위치(들) (1300) 에서의 자기 금속 컴포넌트들 (331, 533, 534, 1533) 이 상기 교차 위치(들) (1300) 로부터 더 멀리 떨어진 자기 금속 컴포넌트들의 높이들 (h2, h3) 보다 상기 권선 축 (AW) 을 따라 더 낮은 높이 (h1) 를 갖도록 상기 자기 금속 컴포넌트들 (331, 533, 534, 1533) 각각의 권선 축 (AW) 을 따른 높이들이 상기 권선 축 (AW) 주위에서 달라지는, 변압기.
제 1 항에 있어서,
상기 자기 금속 컴포넌트들 (331, 533, 534, 1533) 은 전기 전도성인, 변압기.
제 1 항에 있어서,
누설 자속이 각각의 개별 자기 금속 컴포넌트 (331, 533, 534, 1533) 주위의 임의의 다른 자기 구조체보다는 상기 림 (1100) 및 상기 요크 (1200) 로 안내되도록 상기 자기 금속 컴포넌트들 (331, 533, 534, 1533) 의 높이들이 결정되는, 변압기.
제 1 항에 있어서,
상기 링 (205, 611, 705, 330, 530) 은 복수의 자기 금속 시트들 (450, 331, 533, 534) 을 포함하고, 각각의 자기 금속 시트 (450, 331, 533, 534) 는 높이 방향 (H) 으로 연장되고 자기 금속 시트 높이 (h) 를 가지며, 길이 방향 (L) 으로 연장되고 자기 금속 시트 길이 (l) 를 가지며, 폭 방향 (W) 으로 연장되고 자기 금속 시트 폭을 가지며,
상기 자기 금속 시트 폭은 상기 자기 금속 시트 높이 (h) 및 상기 자기 금속 시트 길이 (l) 중 각각의 하나보다 작고, 상기 링 (330, 530) 은 상기 링 (330, 530) 의 내측 반경방향 부분 (Ri) 으로부터 외측 반경방향 부분 (Ro) 으로 반경 방향 (R) 으로 연장되고, 각각의 자기 금속 시트 (450, 331, 533, 534) 는, 상기 높이 방향 (H) 이 상기 권선 축 (AW) 과 일치하고 상기 길이 방향 (L) 이 상기 링 (330, 530) 의 상기 내측 반경방향 부분 (Ri) 으로부터 상기 외측 반경방향 부분 (Ro) 으로의 방향을 따라 연장되도록 상기 링 내에 배향되는, 변압기.
제 4 항에 있어서,
각각의 자기 금속 시트 (450, 331, 533, 534) 는 상기 길이 방향 (L) 이 상기 반경 방향 (R) 을 따라 연장되도록 상기 링 (330, 530) 내에 배향되는, 변압기.
제 4 항에 있어서,
상기 자기 금속 시트들 (450, 533) 의 제 1 서브세트의 적어도 자기 금속 시트들이 상기 링 (330, 530) 의 내측 반경방향 부분 (Ri) 으로부터 상기 링 (330, 530) 의 외측 부분 (Ro) 으로 연장되는 자기 금속 시트 길이 (l) 를 갖는, 변압기.
제 6 항에 있어서,
상기 자기 금속 시트들 (450, 534) 의 제 2 서브세트의 금속 강판들이 상기 링 (530) 의 내측 반경방향 부분 (Ri) 으로부터 상기 링 (530) 의 외측 부분 (Ro) 으로 연장되지 않는 자기 금속 시트 길이를 갖는, 변압기.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 링 (205, 611, 705) 은 상기 권선 축 (AW) 과 일치하는 방향의 단면이 둥근 외주부를 갖는, 변압기.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 링 (205, 611, 705) 은 상기 권선 (204, 604, 704) 에 전기적으로 연결되는 전도성 요소들을 포함하고, 선택적으로 상기 전도성 요소들은 상기 자기 금속 컴포넌트들 (331, 531, 534) 또는 자기 금속 시트들 (331, 531, 534, 450) 사이에 배치되고, 선택적으로 상기 전도성 요소들은 구리 요소들, 또는 구리 시트들인, 변압기.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
전기 전도성 층, 또는 알루미늄 또는 구리 층이 상기 링을 둘러싸는, 변압기.
제 10 항에 있어서,
전기 절연층이 상기 전기 전도성 층을 둘러싸는, 변압기.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 권선 (204, 604, 704) 은 또한 상기 권선 축 (AW) 을 따라 바라볼 때 상기 축방향 단부 표면 (207, 607, 707) 에 대향하는 추가적인 축방향 단부 표면 (208, 608, 708) 에서 종결되고,
상기 변압기는 자성 재료를 포함하는 대향 링 (206, 612, 706, 1706) 을 포함하고, 상기 대향 링 (206, 612, 706) 은 상기 권선 (204, 604, 704) 외부에 위치되고 상기 추가적인 축방향 단부 표면 (208, 608, 708) 에 인접하고,
상기 권선 (204, 604, 704) 상으로의, 상기 권선 축 (AW) 을 따른, 상기 링 (206, 612, 706, 1706) 의 돌출부가 상기 추가적인 축방향 단부 표면 (208, 608, 708) 의 적어도 일부 또는 전부를 덮는, 변압기.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 권선 (204, 604, 704) 은 제 1 권선이고, 상기 변압기는 상기 권선 축 (AW) 주위에 감긴 제 2 권선 (603, 703, 1703) 을 더 포함하고, 상기 제 2 권선은 상기 권선 축 (AW) 에 수직인 방향으로 연장되는 상기 제 2 권선 (603, 703, 1703) 의 축방향 단부 표면 (609; 709) 에서 종결되는, 변압기.
제 13 항에 있어서,
상기 제 2 권선(603) 상으로의 상기 권선 축을 따른 상기 링 (611) 의 돌출부가 또한 상기 제 2 권선의 상기 축방향 단부 표면 (609) 의 적어도 일부 또는 전부를 덮는, 변압기.
제 13 항에 있어서,
상기 링은 제 1 링 (705, 1705) 이고, 상기 변압기는 자성 재료를 포함하는 제 2 링 (711, 1711) 을 포함하고, 상기 제 2 링 (711, 1711) 은 상기 제 2 권선 (703, 1703) 외부에 위치되고 상기 제 2 권선 (703, 1703) 의 상기 축방향 단부 표면 (709, 1709) 에 인접하고,
상기 제 2 권선 (703, 1703) 상으로의 상기 권선 축 (AW) 을 따른 상기 제 2 링 (711, 1711) 의 돌출부가 상기 제 2 권선 (703, 1703) 의 상기 단부 표면 (709, 1709) 의 적어도 일부 또는 전부를 덮는, 변압기.