KR102631496B1

KR102631496B1 - 전력 변압기

Info

Publication number: KR102631496B1
Application number: KR1020237011223A
Authority: KR
Inventors: 에네르 살리나스; 오를란도 기를란다; 군나르 루스베리; 고란 에릭손; 마노즈 프라드한
Original assignee: 히타치 에너지 스위처랜드 아게
Priority date: 2020-10-06
Filing date: 2021-06-07
Publication date: 2024-01-30
Also published as: EP3982381A1; KR20230048174A; CA3193591A1; CA3193591C; CN116348976B; WO2022073658A1; CN116348976A; US20230317365A1

Abstract

코어 및 권선을 포함하는 전력 변압기가 제공된다. 코어는 림(2) 및 요크(4)를 포함한다. 권선은 림(2) 둘레에 권취되고, 림의 주축을 따른 연장부를 갖는다. 전력 변압기는, 코어(2) 또는 권선 중 적어도 하나에 커플링되는 에너지 하베스팅 디바이스(8)를 더 포함한다. 에너지 하베스팅 디바이스(8)는 강자성 부분(10) 및 강자성 부분(10)의 적어도 일부분 둘레에 권취되는 코일(12)을 포함한다. 에너지 하베스팅 디바이스(8)는, 전력 변압기에서 발생된 자속의 일부가 에너지 하베스팅 디바이스(8)에서의 기전력을 유도하는 방식으로 배열된다. 코일(12)은, 코일(12)의 주축(A2) 둘레에 권취되는 와이어를 포함하고 권선의 연장부보다 작은, 코일(12)의 주축을 따른 연장부를 갖는다.

Description

전력 변압기

본 발명은 전력 변압기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에너지 하베스팅(energy harvesting) 디바이스를 갖는 전력 변압기에 관한 것이다.

전력 변압기 - 본 명세서에서 단순히 "변압기"로도 지칭됨 - 는 하나의 전기 회로로부터 다른 하나의, 또는 다수의 회로들로 전기 에너지를 전달하는 수동 전기 디바이스이다. 변압기는 전형적으로는, 제1 요크(yoke)와 제2 요크 사이에서 연장되는 림(limb)들을 갖는 강자성(ferromagnetic) 코어를 포함한다. 림들 둘레에는 코일들이 권취된다. 코일들 중 임의의 하나에서의 변화하는 전류는 코어에서 변화하는 자속(magnetic flux)을 생성하고, 이는 코어 둘레에 권취된 임의의 다른 코일에 걸쳐, 변화하는 기전력을 유도한다.

변압기를 신뢰성 있게 동작시키기 위해, 변압기의 물리적 상태를 모니터링하는 것이 알려져 있다. 이는 전형적으로는, 예컨대 온도, 습도, 또는 압력과 같은 관련 파라미터들을 연속적인 방식으로 측정함으로써 실현된다. 전력 변압기의 하우징 또는 탱크 내에 배열된, 예컨대 코어 또는 코일에 부착된, 이들 측정들을 위한 대응하는 센서들을 사용하는 것이 알려져 있다. 이러한 센서들은 외부 전원들에 의해 전력공급된다. 그러나, 특히 변압기가 탱크에 채워진 오일에 둘러싸이고 매립될 때, 즉 유입 변압기(oil-filled transformer)의 경우에, 센서들에 전력공급하는 것에 대해 일반적인 문제가 있다. 이러한 경우에 케이블들을 사용함으로써 센서들에 전력을 공급하는 것은, 변압기의 커버의 또는 탱크 또는 하우징의 다양한 부분들에 구멍들을 제공하는 것을 요구한다. 이러한 구멍들은 오일 누출의 위험을 내포하여 변압기의 신뢰성을 심각하게 손상시킨다. 변압기의 탱크 또는 하우징의 외부로부터 무선으로 센서들에 전력공급하기 위한 시도는, 탱크 또는 하우징이 차폐물로서 기능하기 때문에 거의 가능하지 않거나 적어도 매우 어렵다. 만약 예컨대 오일 순환과 같은 추가 목적들을 위해 전력이 필요하다면, 후자의 장애들이 또한 발생한다.

전력 변압기를 동작시키기 위한 개선된 기법들을 제공할 필요가 있다. 특히, 신뢰성이 확대된 유입 전력 변압기를 동작시키기 위한 기법들에 대한 필요가 있다. 이러한 오브젝트들은 독립 청구항에 의해 달성된다. 종속항들은 바람직한 실시예들을 참조한다.

본 개시에 따르면, 코어 및 권선(winding)을 포함하는 전력 변압기가 제공된다. 코어는 림 및 요크를 포함한다. 코어는 적어도 하나의 림 또는 복수의 림들, 예를 들어 2 개의 림들 또는 3 개의 림들을 포함할 수도 있다. 코어는 적어도 하나의 요크, 예를 들어 2 개의 요크들을 포함할 수도 있다. 권선은 림 둘레에 권취되고 림의 주축을 따른 연장부를 갖는다. 전력 변압기는, 코어 또는 권선 중 적어도 하나에 커플링되는 에너지 하베스팅 디바이스를 더 포함한다. 에너지 하베스팅 디바이스는 강자성 부분 및 강자성 부분의 적어도 일부분 둘레에 권취되는 코일을 포함한다. 에너지 하베스팅 디바이스는, 전력 변압기에서 발생된 자속의 일부가 에너지 하베스팅 디바이스에서의 기전력을 유도하도록 배열된다. 다시 말해서, 전력 변압기에서 발생하는 자속의 일부가 강자성 부분을 사용하여 포획(capture)될 수 있는 방식으로 에너지 하베스팅 디바이스가 배열된다. 코일은 코일의 주축 둘레에 권취된 와이어를 포함하고 권선의 연장부보다 작은, 코일의 주축을 따른 연장부를 갖는다.

동작 상태에 있는 실제 변압기는, 0은 아니지만 작은 누설 또는 표유(stray) 자속을 보인다. 이는 플럭스(flux)가 "구부러지는(bend)" 또는 권선과 강자성 코어 사이에 전이가 있는 영역들 근처에서 주로 발생한다. 이러한 플럭스는 변압기가 잘 설계될 때 최소이지만, 에너지 하베스팅 디바이스가 소량의 전기 에너지를 추출하도록 허용하여, 연속적인 기능을 위해 또는 예컨대 - 변압기의 기능이나 효율에 실질적으로 영향을 미치지 않고 - 동일한 목적을 위해 소형 배터리를 재충전하기 위해 이러한 에너지를 필요로 하는 보조 전기 디바이스에 전력공급하기에는 충분하다. 이러한 방식으로, 에너지 하베스팅 디바이스는 특히, 전력 변압기의 하우징 또는 탱크 내에 배열된 센서 또는 오일 펌프와 같은 전력 변압기의 보조 전기 디바이스를 동작시키기 위한 에너지를 제공하는 것을 허용한다. 따라서 에너지 하베스팅 디바이스는, 보조 디바이스에 전력공급하기 위해 전력 변압기에서 생성된 자속으로부터의 에너지를 사용하는 것을 가능하게 한다. 이러한 이유로, 보조 디바이스에 전력공급하기 위해 전력 변압기의 하우징 또는 탱크에 걸친 케이블들이 필요하지 않다. 따라서, 변압기의 신뢰성을 심각하게 손상시키는, 오일 누출의 위험이 제거되거나 적어도 상당히 감소된다. 그러므로, 전력 변압기의 신뢰성이 향상된다.

다양한 실시예들은 바람직하게는 다음의 특징들을 구현할 수도 있다:

바람직하게는, 에너지 하베스팅 디바이스는 림에 부착되는 제1 단부 부분 및 요크에 부착되는 제2 단부 부분을 갖는다. 따라서, 요크의 가장자리(border)로부터 소량의 자속을 "끌어오는(pull)" 것 또는 "추출하는(extract)" 것이 가능하다.

바람직하게는, 림은 요크에 대한 일 단부와, 코어의 추가 요크에 대한 제2, 반대 단부와 연결된다.

하베스터를 배치하기 위한 다른 가능한 유리한 위치들이 또한 있다:

바람직하게는, 코어는 개구(aperture)를 포함하며, 여기서 에너지 하베스팅 디바이스는 개구 내에 적어도 부분적으로 배열된다.

바람직하게는, 에너지 하베스팅 디바이스는 코어의 상부 표면 상에 또는 코어의 에지(edge)에 배열된다. 바람직하게는, 에너지 하베스팅 디바이스는 코어의 내측 에지에 배열된다.

바람직하게는, 코일의 연장부는 권선의 연장부의 10% 미만, 더 바람직하게는 5% 미만, 보다 더 바람직하게는 2% 미만이다. 따라서, 에너지 하베스팅 디바이스가 변압기의 기능성에 바람직하지 않은 정도로 영향을 주는 위험을 감소시키면서 누설 플럭스, 표유 플럭스 또는 극도로 작은 플럭스를 사용하는 것이 가능하다.

바람직하게는, 코일의 주축은 적어도 기본적으로는 에너지 하베스팅 디바이스의 강자성 부분 내의 자속의 로컬 벡터(local vector)에 평행하게 배향된다. 예를 들어, 림의 주축에 수직으로 배향된 로컬 법선 벡터를 갖는, 림 또는 권선의 표면 영역 상에 에너지 하베스팅 디바이스가 배열될 수도 있으며, 여기서 코일의 주축은 림의 주축에 평행하게 배향된다. 유사하게, 에너지 하베스팅 디바이스는 림의 주축에 평행한 로컬 법선 벡터를 갖는 권선의 표면 영역(즉, 림이 수직으로 배향되면, 예를 들어 권선의 위쪽을 향하는 상단 표면) 상에 배열될 수도 있으며, 여기서 코일의 주축은 림의 주축에 평행하게 배향된다.

바람직하게는, 전력 변압기는 오일로 채워진 탱크를 더 포함하며, 여기서 코어 및 권선은 오일에 적어도 부분적으로 잠긴다.

바람직하게는, 강자성 부분은 적층된(laminated) 규소강(silicon steel)으로 구성되거나 이를 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 강자성 부분은 페라이트(ferrite), 나노결정질 재료 또는 다른 재료로 구성되거나 이를 포함할 수도 있다.

바람직하게는, 코일은 구리 와이어를 포함한다.

바람직하게는, 구리 와이어는 0.1 mm 이하의 직경을 갖는다.

바람직하게는, 강자성 부분은 적어도 하나의 영구 자석을 통해 코어에 부착된다. 따라서, 에너지 하베스팅 디바이스는 용이하고 견고하게 부착될 수 있다.

바람직하게는, 영구 자석은 네오디뮴을 포함하거나 네오디뮴으로 구성된다.

바람직하게는, 에너지 하베스팅 디바이스는 변압기의 보조 전기 디바이스, 예를 들어 온도 및/또는 습도 및/또는 압력을 감지하기 위한 센서에 전력공급하도록 설계 및 배열된다.

바람직하게는, 보조 전기 디바이스는 탱크 내에 배치되고, 바람직하게는 오일에 잠긴다.

바람직하게는, 전력 변압기는 50/60Hz 전력 변압기이다.

첨부된 도면들에 예시된 바람직한 실시예들을 참조로 본 개시의 주제가 보다 자세하게 설명될 것이며, 여기서:
도 1은 림들 및 요크들을 포함하는 본 개시에 따른 변압기의 개략적인 정면도이며, 여기서 에너지 하베스팅 디바이스는 림들 중 하나에 부착된다.
도 2는 에너지 하베스팅 디바이스 주위의 도 1의 상세도를 도시한다.
도 3은 변압기의 요크와 림에 의해 형성된 코너에 배열된 에너지 하베스팅 디바이스의 개략도이다.
도 4는 변압기의 코어의 표면에 부착된 에너지 하베스팅 디바이스의 개략도이다.
도 5a 및 도 5b는 변압기의 요크의 내측 에지에 부착된 에너지 하베스팅 디바이스를 예시한다.
도 6은 변압기의 요크에 형성된 구멍에 삽입된 에너지 하베스팅 디바이스를 예시한다.
도 7은, 에너지 하베스팅 디바이스의 예시적으로 여러 추가의 가능한 포지션들을 예시하는, 코어의 림 및 림 둘레에 권취된 권선을 통한 단면도의 스케치를 도시한다.
도 8a는 외측 에지 근처의 권선의 상단 표면 상에서의 에너지 하베스팅 디바이스의 추가의 가능한 포지션 주위의 도 1의 확대도이다. 도 8b은 대응하는 평면도를 도시한다.

동일하거나 유사한 참조 부호들이 동일하거나 유사한 엘리먼트들을 지정하는 도면들을 참조하여 본 개시의 예시적인 실시예들이 설명될 것이다. 실시예들의 특징들은 달리 구체적으로 언급되지 않는 한 서로 조합될 수도 있다.

도 1은 본 개시에 따른 변압기의 개략적인 정면도이다. 변압기, 예를 들어 50/60 Hz 전력 변압기는, 림(2) 및 요크(4)를 갖는 코어(1)를 포함한다. 변압기는 적어도 하나의 추가 림(2´) 및 추가 요크(4´)를 가질 수도 있다. 그러나, 전력 변압기는 임의의 특정 주파수에 제한되지 않고, 특히 더 높은 주파수들이 충분히 가능할 수도 있다는 것이 당업자에 의해 이해된다. 림(2)은 주축(A1)을 정의하는 길이형(elongate)이다. 림(2)은 요크(4)에 대한 일 단부와 그리고 추가 요크(4')에 대한 제2, 반대 단부와 연결될 수도 있다.

변압기는 림(2) 둘레에 권취되는 권선(6)을 더 포함한다. 권선(6)은 림(2)의 주축(A1)을 따라 측정되는 연장부(L1)를 갖는다.

변압기는 오일(16)로 채워진 탱크(15)를 더 포함할 수도 있으며, 여기서 코어(1) 및 권선(6)은 오일(16)에 적어도 부분적으로 잠긴다.

변압기는, 예를 들어 림(2)에 대해 예시적으로 예시된 바와 같이, 코어(1) 또는 권선(6) 중 적어도 하나에 커플링된 에너지 하베스팅 디바이스(8)를 더 포함한다. 도 2는 에너지 하베스팅 디바이스(8)를 보다 상세하게 도시한다. 에너지 하베스팅 디바이스(8)는 강자성 부분(10) 및 강자성 부분(10)의 적어도 일부분 둘레에 권취되는 코일(12)을 포함한다. 코일(12)은 코일(12)의 주축(A2) 둘레에 권취되는 와이어(14)를 포함한다.

강자성 부분(10)은 적층된 규소강(SiFe)으로 구성될 수도 있거나 그를 포함할 수도 있다. 대안적인 재료들은 예를 들어 페라이트 및 나노결정질 재료이다. 코일(12)은 와이어(14)로 많은 수의 턴(turn)들, 예를 들어 수천 턴들이 권취될 수도 있다. 와이어(14)는 예를 들어 구리 와이어일 수 있으며, 바람직하게는 0.1 mm 이하의 직경을 갖는다.

에너지 하베스팅 디바이스는, 전력 변압기에서 발생된 자속의 일부가 에너지 하베스팅 디바이스에서의 기전력을 유도하는 방식으로 설계 및 배열된다. 따라서, 전력 변압기에서 발생하는 자속의 일부는 강자성 부분을 사용하여 포획될 수 있다. 예를 들어, 에너지 하베스팅 디바이스는 코어(1)에 또는 권선(6)에 부착될 수도 있다. 그러나, 에너지 하베스팅 디바이스는 반드시 코어(1)나 권선(6)에 부착되어야 하는 것은 아니다. 대안적으로는 코어(1) 및 권선(6)에 대해 거리를 갖고 포지셔닝될 수도 있다. 그 거리는 예를 들어 1 mm와 10 cm 사이일 수도 있다.

다시 도 2를 참조하면, 에너지 하베스팅 디바이스(8)의 코일(12)은 림(2) 둘레에 권취되는 권선(6)의 연장부(L1)보다 작은, 코일(12)의 주축(A2)을 따라 측정되는 연장부(L2)를 갖는다. 바람직하게는, 코일(12)의 연장부(L2)는 권선(6)의 연장부(L1)의 10% 미만, 더 바람직하게는 5% 미만, 보다 더 바람직하게는 2% 미만이다.

림(2) 및 그의 권선(6)을 통하는 스케치된 단면도를 도시하는 도 7에 예시된 바와 같이, 림(2)은 당업계에 그 자체로 알려진 바와 같이, 적층체들을 포함할 수도 있으며, 이들은 적층체들의 두께로 인해, 림(2)의 주축(A1)에 평행하게 배향되는 선형 내측 에지들(24) 및 선형 외측 에지들(23)을 형성한다. 유리하게는, 에너지 하베스팅 디바이스(8)는 내측 에지에 인접한 두 개의 외측 에지들 사이의 그 내측 에지에 배치될 수도 있다. 유사하게, 도 5a에서 스케치된 바와 같이, 요크(4)는 요크(4)의 주축에 평행하게 연장되는 선형 내측 에지들(43) 및 선형 외측 에지들(42)을 형성하는 적층체들(41)을 포함할 수도 있으며, 여기서 도면 부호 8h로 표시된 에너지 하베스팅 디바이스는 내측 에지(43)에 배치된다.

다시 도 1을 참조하면, 에너지 하베스팅 디바이스는 대안적으로 코어(1)의 표면의 평면 섹션 상에, 예를 들어 도 1에 도면 부호 8b로 스케치된 바와 같이 요크(4)의 상부 표면 상에 배열될 수도 있다. 또한 대안적으로, 위에서 이미 언급된 바와 같이, 에너지 하베스팅 디바이스는 도 1에서 도면 부호 8c로 스케치된 바와 같이, 권선(6)의 표면 상에 배열될 수도 있다. 도 7에 예시된 바와 같이, 권선(6)은 예를 들어 내측 권선(50) 및 외부 권선(51)을 포함할 수도 있다. 에너지 하베스팅 디바이스는 예컨대, 외측 또는 내측 권선(51, 50)의 외측 또는 내측 표면에 부착될 수도 있다. 도 7은 예시적으로 외측 권선(51)의 외측 표면 상에 배치된 에너지 하베스팅 디바이스(8d) 및 내측 권선(50)의 내측 표면 상에 배치된 에너지 하베스팅 디바이스(8e)를 예시한다. 에너지 하베스팅 디바이스는, 예컨대 접착 테이프 또는 글루를 사용하여, 권선(6)에 접착식으로 부착될 수도 있다. 그러한 경우에, 추가 부착 예컨대, 영구 자석을 사용하는 것은 에너지 하베스팅 디바이스를 유지하는데 필요하지 않다.

도 1 및 도 7에 도면 부호 8f 로 예시적으로 나타낸 바와 같이, 에너지 하베스팅 디바이스는 코어(1) 및 권선(6)에 대해 거리를 갖고 포지셔닝될 수도 있고, 즉 결합되지 않게 배치된다. 그러한 경우에, 에너지 하베스팅 디바이스는 예를 들어 변압기의 하우징의 일부에 부착될 수도 있다. 도 5a는 요크(4) 및 권선(도 5a에서 예시되지 않음)으로부터의 거리를 갖는 추가의 가능한 에너지 하베스팅 디바이스(8i)를 예시한다.

다시 도 2를 참조하면, 강자성 부분(10) 및 코일(12)은 변압기에서 생성된 변화하는 자속을 "브리징(bridging)" 또는 "채널링(channeling)"을 허용하고, 패러데이의 유도 법칙에 의해, N A dB/dt에 비례하는 전압을 생성하도록 허용한다(여기서, B는 강자성 부분(10)의 단면적 A를 통과하는 자속 밀도를 나타내고, N은 에너지 하베스팅 디바이스(8)의 코일(12)의 턴들의 권선 수를 나타낸다). 이에 따라, 에너지 하베스팅 디바이스의 코일(12)의 주축(A2)은 바람직하게는 전력 변압기에서 발생된 자속의 로컬적 방향에 적어도 기본적으로 평행하게 배향된다.

강자성 부분(10)은 예컨대, 적층된 규소강(SiFe)으로 이루어질 수도 있다.

에너지 하베스팅 디바이스(8)의 강자성 부분(10)은 예를 들어 접착제를 통해 코어에 또는 권선에 부착될 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 강자성 부분(10)은 코어(1)에, 예를 들어 림(2) 또는 요크(4)에, 바람직하게는 네오디뮴을 포함하거나 이로 구성된, 적어도 하나의 영구 자석(18)을 통해 부착될 수도 있다. 이는, 에너지 하베스팅 디바이스(8)의 코어(1)에의 견고한 부착을 허용하여 변압기의 전체 수명 동안 제자리에 유지될 것이다. 게다가, 이러한 부착은 변압기를 어셈블링하는 동안 용이하게 구축될 수 있다.

도 1에 스케치된 바와 같이, 변압기는 바람직하게는 보조 전기 디바이스(30), 예를 들어 센서, 오일 펌프, 또는 재충전 가능한 배터리를 포함하며, 여기서 보조 전기 디바이스는 에너지 하베스팅 디바이스(8)에 의해 전력공급된다. 센서는 온도 및/또는 습도 및/또는 압력을 감지하기 위한 센서일 수도 있다.

보조 전기 디바이스(30)는 에너지 하베스팅 디바이스(8) 근처에, 예를 들어 탱크(15) 내에 배치될 수도 있으며, 바람직하게는 오일에 잠길 수도 있다. 보조 전기 디바이스(30)는 코어(1)에 또는 권선(4)에 부착될 수도 있다. 그러나, 보조 디바이스(30)는 또한 다른 곳, 예를 들어 탱크(15)의 내측 표면 상에 배치될 수도 있다.

어셈블리 동안, 림(2) 둘레에 권취되는 권선(6)이 장착되기 전에 에너지 하베스팅 디바이스(8)가 림(2)에 부착될 수도 있다.

도 3은, 본 명세서에서 또한 8a로 지정되는 에너지 하베스팅 디바이스의 대안적인 설계를 예시한다. 이 실시예에 따르면, 에너지 하베스팅 디바이스(8a)는 림(2)에 부착되는 제1 단부 부분(82) 및 요크(4)에 부착되는 제2 단부 부분(84)을 갖는다. 그 포지션이 또한 도 1에 스케치된다. 바람직하게는, 제1 단부 부분(82) 및 제2 단부 부분(84)은 코일(12)의 주축(A2)을 따라 볼 때 서로 대향한다. 도 3과 관련하여, 이 도면은 스케일링된 도면이 아님을 유의한다. 바람직하게는, 코일(12)의 주축(A2)에 수직인 에너지 하베스팅 디바이스(8a)의 직경은 림(2) 또는 요크(4)의 수직 직경보다 훨씬 작다.

도 3은 변압기에서 발생된 자속(MF)을 나타내는 두꺼운 구부러진 화살표 및 그 자속(MF)의 누설 또는 표유 자속(SF)을 나타내는 덜 구부러진 얇은 화살표를 도시한다. 에너지 하베스팅 디바이스(8a)는, 전력 변압기에서 생성된 자속(MF)의 일부가 에너지 하베스팅 디바이스(8a)의 강자성 부분(10)을 사용하여 포획될 수 있는 방식으로 설계 및 배열된다. 자속(MF)의 주요 부분은 코어(1) 내에 위치되는 반면, 에너지 하베스팅 디바이스(8a)를 통해 "흐르는(flowing)" 표유 플럭스(SF)는 상기 자속(MF)보다 훨씬 작다. 이는, 앞서 이미 언급한 바와 같이 코일(12)의 연장부(L2)가 권선(6)의 연장부(L1)의 10% 미만, 더 바람직하게는 5% 미만, 보다 더 바람직하게는 2% 미만인 경우에, 유리하게 달성될 수 있다.

따라서, 자속(MF) 및 이러한 방식으로의 변압기의 기능은 실제로는 에너지 하베스팅 디바이스에 의해 바람직하지 않게 손상되지 않는다. 즉, 표유 플럭스는 정상 코어 자속(MF)의 무시할 수 있는 부분일 뿐이다.

에너지 하베스팅 디바이스는 케이블(88)을 연결함으로써 보조 디바이스(30)와 전기적으로 연결될 수도 있다.

바람직하게는, 하나의 자석(18)이 에너지 하베스팅 디바이스(8a)를 림(2)에 부착시키도록 배열되는 반면, 추가의 자석(18)은 에너지 하베스팅 디바이스(8a)를 요크(4)에 부착시키도록 배열된다.

도 4는, 본 명세서에서 8b로 또한 지정되는 추가의 대안적인 에너지 하베스팅 디바이스를 예시한다. 이 실시예에 따르면, 에너지 하베스팅(8b)은 코어(1)의, 여기서는 요크(4)의 상부 표면 상에 배치된다. 포지션이 또한 위에서 이미 언급된 바와 같이 도 1에 스케치된다. 자석들(18)은 에너지 하베스팅 디바이스(8b)를 요크(4)에 부착시키도록 배치된다. 에너지 하베스팅 디바이스는 유사하게 림(2)의 외부 표면 상에 부착될 수도 있다.

두꺼운 라인 및 가는 라인으로 개략적으로 나타낸 바와 같이, 에너지 하베스팅 디바이스는 코어(1)의 가장자리로부터 플럭스 라인들을 "끌어온다". 자석들(18)은 에너지 하베스팅 디바이스(8b)를 코어(1)에, 여기서는 요크(4)에 로컬적으로 부착시키도록 배치된다.

위에서 이미 언급된 바와 같이, 도 5a는 적층된 요크(4)의 내측 에지(43)에 포지셔닝된 에너지 하베스팅 디바이스(8h)를 예시한다. 도 5b는 도 5a에 나타낸 관찰 방향(Vb)을 따른 에너지 하베스팅 디바이스(8h)의 스케치도를 도시한다.

도 6에서, 에너지 하베스팅 디바이스(8g)는 요크(4)에 형성된 구멍(44)에 배치된다. 구멍(44)은 드릴링될 수도 있다. 이러한 경우, 코일(12)을 가로지르는 미세 플럭스는 일반적으로, 에너지 하베스팅 디바이스가 코어(1)의 내측 에지에 또는 코어(1)의 표면 상에 포지셔닝되는 경우에 비해 더 크기 때문에 자속의 필드 라인들이 특히 효율적으로 사용된다. 구멍(44)은, 예컨대 에폭시에 의해 밀봉될 수도 있으며, 여기서 연결 케이블들(도 6에서 예시되지 않음)은 외부로 이어진다.

도 8a는 본 명세서에서 8j로 표시된 에너지 하베스팅 디바이스의 추가의 가능한 포지션의 확대도를 도시한다. 도 8b는 대응하는 평면도를 도시한다. 에너지 하베스팅 디바이스(8j)는 권선(6)의 단부 표면 상에, 예를 들어 - 림(2)이 수직으로 배향될 때 - 권선(6)의 위쪽을 향하는 상단 표면 상에, 외측 에지 근처에 배열된다. 에너지 하베스팅 디바이스(8j)는, 림(2)의 주축(A1)에 평행하게 배향되는 법선 벡터(N)를 갖는 표면 영역 상에 배열된다. 코일(12)의 주축(A2)은 림(2)의 주축(A1)에 또한 평행하게 배향된다. 이는, 위에서 개요된 바와 같이, 에너지 하베스팅 디바이스(8j)의 효율에 관하여 유리하다.

에너지 하베스팅 디바이스는, 예를 들어 센서 또는 심지어 센서들, 예컨대 디지털 또는 아날로그 센서들의 어레이와 같은 보조 디바이스(30)를 동작시키기에 충분한 전력을 제공하는 것을 허용한다. 에너지 하베스팅 디바이스(8)와 보조 디바이스(30) 사이의 연결 케이블들(88)은, 실제로 변압기의 전기장을 방해하지 않도록 설계 및 배열될 수 있다. 에너지 하베스팅 디바이스(8)는 유리하게는 자기장에 대한 영향이 최소가 되도록 포지셔닝된다. 가능한 포지션들 또는 위치들은 도 1에서 전술한 바와 같이 스케치된다.

본 발명이 도면들 및 전술한 설명에서 상세히 설명되었지만, 이러한 설명은 예시적이거나 실례적인 것으로 그리고 제한적이지 않은 것으로 간주되어야 한다. 개시된 실시예들에 대한 변형들은 도면들, 본 개시, 및 첨부된 청구항들의 연구로부터, 당업자에 의해 그리고 청구된 발명을 실시함으로써 이해되고 달성될 수 있다. 청구항들에서, "포함하는"이라는 단어는 다른 엘리먼트들 또는 단계들을 배제하지 않으며, 부정관사 "a" 또는 "an"은 복수를 배제하지 않는다. 특정 엘리먼트들 또는 단계들이 별개의 청구항들에서 인용된다는 단순한 사실은 이들 엘리먼트들 또는 단계들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않으며, 구체적으로는, 실제 청구항 종속성에 더하여, 임의의 추가적인 의미있는 청구항 조합이 개시된 것으로 간주되어야 한다.

Claims

전력 변압기로서,
코어(1)로서, 상기 코어는 림(2) 및 요크(4)를 포함하는, 상기 코어(1);
상기 림(2) 둘레에 권취되는 권선(6)으로서, 상기 권선(6)은 상기 림(2)의 주축(A1)을 따른 연장부(L1)를 갖는, 상기 권선(6);
상기 코어(1) 또는 상기 권선(6) 중 적어도 하나에 커플링되는 에너지 하베스팅 디바이스(8, 8a-8j)로서, 상기 에너지 하베스팅 디바이스(8, 8a-8j)는 강자성 부분(10) 및 상기 강자성 부분(10)의 적어도 일부분 둘레에 권취되는 코일(12)을 포함하는, 상기 에너지 하베스팅 디바이스(8, 8a-8j)
를 포함하며,
상기 에너지 하베스팅 디바이스(8, 8a-8j)는, 상기 전력 변압기에서 발생된 자속의 일부가 상기 에너지 하베스팅 디바이스(8, 8a-8j)에서의 기전력을 유도하는 방식으로 배열되고;
상기 코일(12)은 상기 코일(12)의 주축(A2) 둘레에 권취되는 와이어(14)를 포함하고;
상기 코일(12)은, 상기 권선(6)의 연장부(L1)보다 작은 상기 코일(12)의 주축(A2)을 따른 연장부(L2)를 갖고;
상기 에너지 하베스팅 디바이스(8, 8a-8j)는 온도, 습도, 및 압력 중 적어도 하나를 감지하기 위한 상기 변압기의 센서에 전력공급하도록 설계 및 배열되고,
상기 에너지 하베스팅 디바이스(8, 8a)는 상기 림(2)에 부착되는 제1 단부 부분(82) 및 상기 요크(4)에 부착되는 제2 단부 부분(84)을 갖고, 상기 림(2)은 상기 요크(4)에 대한 일 단부와 그리고 상기 코어(1)의 추가 요크(4')에 대한 제2, 반대 단부와 연결되는, 전력 변압기.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 코어(1)는 개구를 포함하고, 상기 에너지 하베스팅 디바이스(8, 8g)는 상기 개구 내에 적어도 부분적으로 배열되는, 전력 변압기.
제 1 항에 있어서,
상기 에너지 하베스팅 디바이스(8)는 상기 코어(1)의 상부 표면 상에 또는 상기 코어(1)의 에지(24)에 배열되는, 전력 변압기.
제 1 항에 있어서,
상기 코일(12)의 연장부(L2)는 상기 권선(6)의 연장부(L1)의 10% 미만, 또는 5% 미만, 또는 2% 미만인, 전력 변압기.
제 1 항에 있어서,
상기 에너지 하베스팅 디바이스(8)는, 상기 림(2)의 주축(A1)에 수직한 로컬 법선 벡터를 갖는, 상기 림(2)의 또는 상기 권선(6)의 표면 영역 상에 배열되거나, 또는 상기 림(2)의 주축(A1)에 평행한 로컬 법선 벡터를 갖는 상기 권선(6)의 표면 영역 상에 배열되며, 상기 코일(12)의 주축(A2)은 상기 림(2)의 주축(A1)에 평행하게 배향되는, 전력 변압기.
제 1 항, 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 변압기는 오일(16)로 채워진 탱크(15)를 더 포함하며, 상기 코어(1) 및 상기 권선(6)은 상기 오일(16)에 적어도 부분적으로 잠기는, 전력 변압기.
제 1 항, 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강자성 부분(10)은, 적층된 규소강으로 구성되거나 이를 포함하는, 전력 변압기.
제 1 항, 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코일(12)은 구리 와이어를 포함하는, 전력 변압기.
제 9 항에 있어서,
구리 와이어는 0.1 mm 이하의 직경을 갖는, 전력 변압기.
제 1 항, 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강자성 부분(10)은 적어도 하나의 영구 자석(18)을 통해 상기 코어(1)에 부착되는, 전력 변압기.
제 11 항에 있어서,
상기 영구 자석(18)은 네오디뮴을 포함하거나 네오디뮴으로 구성되는, 전력 변압기.
제 7 항에 있어서,
상기 전력 변압기는 제 7 항의 특징부들을 포함하며, 상기 센서는 상기 탱크(15) 내에 배치되거나, 또는 상기 탱크(15) 내의 상기 오일에 잠기는, 전력 변압기.
제 1 항, 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 변압기는 50/60 Hz 전력 변압기인, 전력 변압기.