KR940008890B1 - 토로이달 코어의 열처리중 자장인가 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

토로이달 코어의 열처리중 자장인가 방법 및 그 장치

제1도는 본 발명에 의한 토로이달 코어의 열처리중 자장인가 방법 및 일예를 나타낸 것으로, (a)는 그에 대한 사시도, (b)는 (a)도의 I-I선 방향에 따른 평단면도이다.

* 도명의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 토로이달 코어의 자장인가 장치 2 : 내부수직도선

4 : 토로이달 코어 5 : 외부수직도선

8 : 솔레노이드형 도선

본 발명은 자심으로 사용되는 토로이달 코어(Toroidal Core)의 열처리중 자장인가 방법 및 그 장치, 즉 열처리중의 비정질 합금으로 된 토로이달 코어를 조성에 관계없이 전기적신호로 인가자장의 세기 및 방향을 임의로 변화시키면서 한번에 대량의 코어에 정(精) 또는 회전자장을 안가토록 하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 비정질 자심 즉, 코어는 기존의 스위칭 레귤레이터의가포화리액터 및 전자파방해(EMI) 대책재료로서 사용되었던 퍼멀로이(Permalloy)나 페라이트 등에 비해 높은 투자율과 각형비 및 낮은 철손과 보자력(Coercive Force)을 가지는 재료로써 최근 주목을 받고 있다. 비정질 함금은 일반적으로 소정 조성의 합금용탕을 10⁵℃/초 이상의 냉각속도로 급냉하여 제조되어지므로 재료내부에 잔류응력이 존재하여 비정질 제조상태에서는 우수한 연자성 특성이 얻어지기가 어렵다. 따라서 잔류응력을 제거하기 위하여 결정화 온도(Tx)이하의 적당한 온도에서 응력제거를 위한 소둔열처리가 행하여 진다. 그러나 열처리시에 큐리온도(Tc) 이하에서 비정질재료 내부에 국부적인 자기이방성이 형성되어 자기적 특성이 열화되는 문제점이 발생한다. 이 문제를 해결하기 위하여 큐리온도 이상 결정화 온도 이하의 온도에서 소둔 열처리를 행한 후 냉각속도를 바르게 하여 상온으로 냉각하거나 자심에 자장을 인가하면서 열처리를 향한다. 특히 자장을 인가하면서 열처리를 행하면 일정한 방향으로 자구(Magnetic Domain)를 형성시켜 투자율을 증가시키고 보자력과 철손을 감소시키는 등 우수한 연자성 특성을 얻을 수 있다. 하지만 토로이달코어는 자장인가가 코어의 원주방향으로 인가될 필요가 있어 자장 인가 방법에 어려움이 있다. 기존에는 토로이달 코어에 권선을 하거나, 또는 일본 공개 특허 공보 (소) 59-40503호 개시된 바와 같이, 토로이달 코어의 중심에 도선을 통과시키고 도선에 전류르 인가하여 토로이달 코어의 원주방향으로 자장을 인가하여 주거나 영구자석을 사용하여 자장을 인가하여 주는 방법을 사용하는데, 이 방법들은 대량의 코어를 동시에 열처리하기가 어렵고 도선에 큰전류를 흘려야 하는 문제점가 토로이달 코어에 등방적인 자장인가가 어렵다고 하는 문제점이 있다.

또한, 열처리시에 자장인가를 정(靜)적으로 하면 정적인 자기적 특성은 좋아지지만 고주파 교류를 사용하는 경우는 철손이 증가하는 등 동적 자기특성은 향상되지 않는 것으로 알려져 있어 회전자장중의 열처리가 요구되고 있다. 기존에는 회전자장을 인가하기 위하여 영구자석을 회전시키거나, 코어 또는 도선을 회전시키어 회전자장을 인가시키고 있지만, 이 방법들은 코어나 도선을 열처리 중에 기계적 운동을 시켜야만 되는 어려움과 등방적인 자장인가가 어렵다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기 결점들을 해소키 위하여 발명한 것으로, 한번에 대량의 코어에 정 또는 동적인 자장을 인가토록한 잇점을 제공함에 있다. 또 별도의 기계적 운동장치를 부설하지 않더라도 열처리중의 토로이달 코어에 동적자기 특성을 갖게 하는 잇점을 제공함에 있다. 또한, 적은 전류를 흘림에 의해서도 열처리중의 코어에 필요한 자장을 인가되는 잇점을 제공하며, 코어에 원주방향 자장과 수직방향 자장과의 벡터합으로 되는 경사각(θ) 방향으로도 자장 유도가 용이하게 형성되게 한 잇점을 제공함에 있다.

즉, 본 발명은 상기한 목적을 달성키 위한 수단으로, 토로이달 코어의 열처리중 자장인가 방법에 있어서, 열처리로(瀘) 내부에 수개의 내ㆍ외부 수직도선을 배치함과 아울러, 원형상으로 배치된 외부 수직도선 외부에 나선상의 솔레노이드형 도선을 배치하며, 각 내ㆍ외부 수직도선을 통해 방향이 반대인 전류를 가함에 의해, 내ㆍ외부 수직도선 사이에 적층 상태로 수개배치된 토로이달 코어에는 각각 원주방향으로 자장이 인가토록된, 토로이달 코어의 열처리중 자장인가 방법이다.

또한, 열처리로 내부에 수개의 내ㆍ외부 수직도선을 일정거리를 두고 배치하며, 원형상으로 배치된 상기 외부 수직도선 외부에 나선상의 솔레노이드형 도선을 배치하고, 내ㆍ외부 수직 도선 사이에 적층상태로 수개 배치된 토로이달 코어들은, 상기 도선에 가해진 전류에 의해 자장이 부여토록된, 토로이달 코어의 열처리중 자장인가 장치이다.

상기 목적과 그 밖의 특징 및 잇점들은 첨부 도면에 따른 실시예에 의거 더욱 명료해 질 것이다.

다음 실시예에 의거 본 발명이 결코 한정되는 것은 아니다.

제1도는 열처리로에 설치되는 본 발명에 따른 코어의 자장인가 방법을 구현하기 위한 장치(1) 일예를 나타낸 것으로, 일반적 구조의 열처리로는 샹략하였고, 코어의 자장인가 장치만을 구체적으로 나타낸 것이다.

제1도에 표시한 바와 같이 자장인가 장치(1)는, 열처리로 내어 있는 토로이달 코어(4)의 내부에 원형으로 하여 수개의 수직도선(2)을 배열하고, 상기 내부 수직도선(2) 외부로는 외부 수직도선(6)을 배열하며, 상기 외부수직도선(6)의 외부로는 나선상의 솔레노이드형 도선(8)을 배치하여 된것으로, 내ㆍ외부 수직도(2)(6)이나 또는 솔레노이드형 도선(8) 중 어느하나, 혹은 내ㆍ외부 수직도(2)(6)과 솔레노이드형 도선(8)에 같이 전류를 가함에 의해 한번에 대량의 토로이달 코어(4)에 원하는 방향과 크기의 자장을 인가시킬 수가 있다.

상기 실시에 따른 도면에서는 솔레노이드형 도선(8)을 외부수직도선(6) 외부에 설치하는 것만을 일예로 들어 표시하였으나, 이와는 달리 솔레노이드형 도선(8)을 외부수직도선(6) 내부즉, 토로이달 코어(4)와 외부 수직도선(6) 사이에 배치함에 의해서도 그 토로이달 코어(4)에 상기 실시예와 동일의 효과를 갖는 자장을 인가할 수 있다.

상기에서 토로이달 코어(4)의 갯수는 열처리로의 크기에 대응한 내ㆍ외부 수직도(2)(6)의 높이에 따라서 임의로 결정된다.

또한, 토로이달 코어(4)에 자장인가는 코어(4)의 열처리중 또는 열처리 전ㆍ후의 승온, 냉각시에 실행되며, 자장인가는 솔레노이드형 도선(8)이 외부수직도선(6) 외부에 위치할 경우에는 토로이달 코어(4)는 내ㆍ외부 수직도선(2)와 (6) 사이에 넣어진 상태에서 실행되고, 솔레노이드형 도선(8)이 외부 수직도선(6)내부에 위치할 경우에는 토로이달 코어(4)는 솔레노이드형 도선(8)과 내부 수직도선(2)과의 사이에 위치된 상태에서 실행된다.

코어의 열처리 방법은 일반화된 기술이므로 본 실시예에서는 별도의 구체적인 설명은 싱략한다. 다음에 토로이달 코어(4) 자장인가에 대하여 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

토로이달 코어에 원주방향으로 자장인가

제1도에서 처럼 토로이달 코어(4)를 열처리로 내에서 열처리중 내부 수직도선(2)과 외부 수직도선(6)에 각각 방향이 반대인 전류를 가하면, 토로이달 코어(4)에는 원주방향(a)으로 자장이 인가된다. 이때 각 코어들에 인가되는 자장의 크기 및 방향은 내ㆍ외부 수직도(2)(6)들에 흐르는 전류의 세기 및 방향을 바꿈에 의해 임의로 변화시킬 수 있다.

[실시예 2]

토로이달 코어에 수직방향으로 자장인가

내ㆍ외부 수직도(2)(6)에는 전류를 가하지 않고 솔레노이드형 도선(8)에만 전류를 가하면 내ㆍ외부 수직도(2)(6)과는 평행한 방향 즉, 수직방향(b)으로 자장이 유도 된다. 이때 유도되는 자장크기 및 방향도 실시예1과 동일하게 솔레노이드 도선(8)에 가해지는 전류의 크기 및 방향을 변화시킴에 의해 임으로 변화 가능하다.

[실시예 3]

토로이달 코어에 경사각(θ)방향으로 자장인가

내ㆍ외부 수직도(2)(6)과 솔레노이드형 도선(8)에 동시에 전류를 가하면, 결과적으로 토로이달 코어(4)에 인가되는 자심은 솔레노이드형 도선(8)에 의해 발생되는 수직방향(b) 자장과 내ㆍ외부 수직도(2)(6)에 발생되는 원주방향(a) 자장과의 벡터합으로 토로이달 코어(4)와 각 (θ)을 이루며 경사진 방향(c)으로 자장이 유도된다. 여기서, 자장의 경사각(θ)은 내ㆍ외부 수직도(2)(6)에 가해진 전류의 세기와 방향을 조절함으로써 0~360°까지 임의로 조절 가능하며 크기도 조절 가능하다. 또한, 시간에 따라 내ㆍ외부 수직도선(2)(6)에 흐르는 전류 또는 솔레노이드형 도선(8)에 흐르는 전류의 크기와 방향을 바꾸어줌으로써, 토로이달 코어(4)에 인가되는 자장의 크기와 방향을 시간에 따라 변환시켜 회전 자장의 효과를 기계적 움직임 없이 전기적 신호로써 얻을 수 있는 것이다.

상기 실시예에서 토로이달 코어(4)에 인가되는 자장의 크기를 식으로 표현하여 구하면 다음과 같다.

토로이달 코어(4)의 원주방향(a)의 자장의 세기는

여기서 N은 외부수직도선(6)수와 내부 수직도선(2)수의 합의 반이며, i는 수직도선에 흐르는 전류의 세기(A)이고, L은 내부 수직도선(2)과 외부 수직도선(6) 사이의 중심 원둘레(cm)이다. 또한, 솔레노이드형 도선(8)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 수직방향(b) 자장의 세기는

여기서 N은 솔레노이드형 도선(8)의 감은 횟수이며, i는 솔레노이드형 도선에 흐르는 전류(A)이고, L은 솔레노이드형 도선(8)의 길이(cm)이다.

결과적으로 토로이달 코어(4)에 인가되는 자장의 크기 및 경사각(θ)는

로 주어진다.

따라서, 토로이달 코어(4)에 인가되는 자장의 크기 및 방향은 내ㆍ외부 수직도선(2)(6)들의 갯수, 솔레노이드형 도선(8)의 권선횟수 및 각 도선들에 흐르는 전류의 세기를 바끔에 의해 임의로 변화시킬 수 있다고 하는 상기 실시예의 설명들은 상기 식으로부터 더욱 증명되는 것이다.

이상으로 본 발명에 의하면, 한번에 대량의 코어에 자장인가를 할 수 있다고 하는 효과가 있고, 도 수개의 도선 배치로 인해 종래(일본 공개특허)하나의 도선으로 큰 전류를 흐르게 하였던 것과는 달리, 각 도선으로 작은 전류를 가하더라도 종래와 동일한 효과로써 코어에 자장 유도를 행할 수 있다고 하는 효과가 있으며, 또한, 회전자장을 부여함에 있어서도 종래 도선 또는 토로이달 코어중 어느 하나를 기계적으로 회전시켜야만 하는 어려움이 있었으나, 본 발명은 나선형으로 배치한 솔레노이드형 도선 또는 수직도선에 흐르는 전류의 크기 및 방향을 변화시킴으로써 기계적 회전을 쓰지않고서도, 전기적 신호만에 의해 토로이탈 코어에 회전 자장을 부여할 수 있다고 하는 특장(특장特長)이 있는 것이다.

Claims (7)

1. 토로이달 코어의 열처리중 자장인가 방법에 있어서, 열처리로 재부에 수개의 내ㆍ외부 수직도선(2)(6)을 배치함과 아울러, 원형상으로 배치된 외부 수직도선(6) 외부로는 나선상의 솔레노이드형 도선(8)을 배치하며, 각 내ㆍ외부 수직도선을 통해 방향이 반대인 전류를 가함에 의해, 내ㆍ외부 수직도선 사이에 적층상태로 수개 배치된 토로이달 코어(4) 각각에는 원주방향으로 자장이 인가토록된, 토로이달 코어의 열처리중 자장인가 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 솔레노이드형 도선(8)은 토로이달 코어(4)와 외부 수직도선(6) 사이에 설치하여 토로이달 코어에 자장이 인가토록한 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 솔레노이드형 도선(8)측으로만 전류를 가하여, 그 내부의 토로이달 코어에는 수직방향으로 자장이 유도되게한 자장인가 방법.
4. 제1항 또는 제2하에 있어서, 내ㆍ외부 수직도선과 솔레노이드형 도선에 같이 전류를 가하여, 토로이달 코어에는 내ㆍ외부 수직도선에 흐르는 전류에 의한 원주방향 자장과 솔레노이드형 도선에 흐르는 전류에 의한 수직 방향 자장과의 벡터합인 경사각(θ) 방향으로 자장이 인가되게한 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도선들중 적어도 하나의 도선에 흐르는 전류크기 및 방향을 시간에 따라 번화시키어 토로이달 코어에 인가되는 자장의 크기 및 방향을 변화시킬 수 있도록한 방법.
6. 열처리로 내부에 수개의 내ㆍ외부 수직도선(2)(6)들을 배치하며, 원형상으로 배치된 상기 외부 수직도선(6)의 외부에 나선상의 솔레노이드형 도선(8)을 배설하고, 내ㆍ외부 수직도선 사이에 적층상태로 수개 쌓인 토로이달 코어(4)들은, 상기 도선 전부 또는 선택적으로 가해진 전류에 의해 자장이 인가토록된, 토로이달 코어의 열처리중자장인가 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 솔레노이드형 도선(8)은 외부수직도선(6)과 토로이달 코어(4)의 사이에 설치되는 토로이달 코어의 열처리중 자장인가 장치.