KR100299893B1

KR100299893B1 - 트랜스

Info

Publication number: KR100299893B1
Application number: KR1019980023714A
Authority: KR
Inventors: 사또루 이또; 유따까 야마모또; 아끼히로 마끼노
Original assignee: 가타오카 마사타카; 알프스 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1997-06-24
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 2001-10-19
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: JPH1116751A; TW385454B; KR19990007244A

Abstract

박형화하여도 전력전송효율이 저하되지 않으며, 트랜스 전체의 체적을 유효하게 활용할 수 있고, 방열성이 양호하며, 제조비용이 낮은 트랜스를 제공한다.

자성체로 이루어지는 메인코어 (32) 와, 이 메인코어 (32) 의 양단부에 접합되는 자성체로 이루어지는 측부코어 (33) 와, 상기 메인코어 (32) 에 장착되는 1차, 2차권선 (34,35) 을 구비하여 구성되고, 메인코어 (32) 가 중자각 (36) 과 이 중자각 (36) 의 한쪽과 다른 한쪽에 일체화되어 중자각 (36) 과 직교하는 방향으로 연장된 1 쌍의 외자각 (37) 으로 이루어지고, 이들 1 쌍의 외자각 (37) 사이에 양 외자각 (37) 과 중자각 (36) 에 의해 끼여 구획된 권선홈 (38) 이 중자각 (36) 의 양쪽에 위치하여 형성되고, 1차, 2차권선 (34,35) 이 상기 양 권선홈 (38) 을 통과하면서 상기 중자각 (36) 을 감도록 설치되어 이루어지는 트랜스 (31) 를 채택한다.

Description

트랜스{TRANSFORMER}

본 발명은 각종 전자기기 등에 사용되는 트랜스에 관한 것이다.

전자 에너지를 매개로 함으로써 전압의 승압 또는 강압 혹은 전류유량의 변환 등을 실행하는 트랜스는 각종 전자기기 등에 없어서는 안되는 것으로 되어 있다.

최근에는 전자기기의 소형화, 박형화에 따라 이들 전자기기에 장착되는 전원회로의 소형화, 박형화에 대한 요구가 고조되고 있으며, 전원회로에 사용되는 트랜스의 소형화, 박형화가 중요한 과제이다.

그러면, 종래의 트랜스를 도 7 및 도 8 을 참조하여 설명한다.

도 7 에 있어서 트랜스 (1) 는 평면에서 본 형상이 E 형인 2 세트의 E 형 코어 (2) 와, 1차권선 (3) 과, 2차권선 (4) 과, 1차권선 (3) 과 2차권선 (4) 을 감은 코일 보빈 (5) 으로 구성된다.

E 형 코어 (2) 는 그 재질이 자성체이고, 코일 보빈 (5) 이 끼워넣어지는 중앙자각 (6) 과, 중앙자각 (6) 을 사이에 두고 대향하여 배치된 2 쌍의 측자각 (7) 과, 중앙자각 (6) 의 일단과 2 쌍의 측자각 (7) 의 각각의 일단을 서로 연결하는 요크부 (8) 를 구비한 것으로서 평면에서 본 형상이 E 형으로 되어 있다.

또한, 중앙자각 (6) 의 다른 한쪽의 일단과 2 쌍의 측자각 (7) 의 각각의 다른 한쪽의 일단은, 또 1 개의 E 형 코어 (2) 의 중앙자각 (6) 의 일단과 2 쌍의 측자각 (7) 의 각각의 일단과 접합한다. 이 2 세트의 E 형 코어 (2) 에 의해 1차권선 (3) 으로 입력되는 전압에 의해 발생되는 자속을 통과시키기 위한 자로 (磁路) 가 형성된다.

코일 보빈 (5) 은 절연재로 형성되며, 1차권선 (3) 과 2차권선 (4) 을 감은 보빈 본체 (9) 와, 보빈 본체 (9) 의 양단에 형성되는 권선 피들 (10) 을 구비한다. 보빈 본체 (9) 에는, E 형 코어 (2) 의 중앙자각 (6) 에 끼워넣기 위한 끼워넣음 구멍 (도시생략) 이 보빈 본체 (9) 와 2 쌍의 권선 피들 (10) 을 연이어 뚫어 개구되어 있다. 이 코일 보빈 (5) 은 1차권선 (3) 및 2차권선 (4) 과, E 형 코어 (2) 의 중앙자각 (6) 을 절연하는 역할을 한다.

1차권선 (3) 은 보빈 본체 (9) 의 단부에 감기고, 2차권선 (4) 은 보빈 본체 (9) 의 다른 한쪽의 단부에 감기며, 1차권선 (3) 과 2차권선 (4) 은 서로 절연되도록 배치된다.

또한, 도 8 에는 다른 종래의 트랜스 (21) 를 나타낸다. 그리고, 도 8 에 있어서 상술한 도 7 에 나타내는 구성요소와 동일한 것에는 동일부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

트랜스 (21) 는 평면에서 본 형상이 E 형인 E 형 코어 (22) 와, 평면에서 본 형상이 I 형인 I 형 코어 (20) 와, 1차권선 (3) 과, 2차권선 (4) 과, 1차권선 (3) 및 2차권선 (4) 을 감은 코일 보빈 (5) 으로 구성된다.

E 형 코어 (22) 는 코일 보빈 (5) 을 삽입하는 중앙자각 (26) 과, 중앙자각 (26) 을 사이에 두고 대향하여 배치된 2 쌍의 측자각 (27) 과, 중앙자각 (26) 의 일단과 2 쌍의 측자각 (27) 의 각각의 일단을 서로 연결하는 요크부 (28) 를 구비한 것으로서 평면에서 본 형상이 E 형으로 되어 있다. 또한, 중앙자각 (26) 의 다른 한쪽의 일단과 2 쌍의 측자각 (27) 의 각각의 다른 한쪽의 일단은, I 형 코어 (20) 의 측면부와 접합하도록 되어 있다. 이 E 형 코어 (22) 와 I 형 코어 (20) 에 의해, 1차권선 (3) 으로 입력되는 전압에 의해 발생되는 자속을 통과시키기 위한 자로가 형성된다.

E 형 코어 (2,22), I 형 코어 (20) 의 재질은 높은 투자율을 가지며, 손실이 적은 자성체가 사용되고, 특히 MnZn 페라이트, NiMn 페라이트, 퍼멀로이, Fe 계 어모퍼스 합금, Co 계 어모퍼스 합금, Fe-Si-Al 합금, 규소강 등을 사용할 수 있다.

1차권선 (3) 및 2차권선 (4) 은 여기에서는 전기전도성이 우수한 구리의 가는 선에 폴리우레탄을 피복한 구리선이 사용된다.

코일 보빈 (5) 의 재질은 1차권선 (3) 및 2차권선 (4) 과, E 형 코어 (2,22) 의 중앙자각 (6, 26) 을 절연하기 위하여 합성수지 등이 바람직하며, 특히 폴리이미드, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 불소수지 등이 사용된다.

도 7 에 있어서, 이와 같은 트랜스의 작용은 다음과 같다. 트랜스 (1) 의 1차권선 (3) 에 정현파전압을 입력하면, 전자유도작용으로 중앙자각 (6) 에 자속이 발생한다. 이 자속이 코어에 의해 형성된 자로를 통과하여 2차권선 (4) 에 기전력을 유도함으로써, 2차권선 (4) 에서 정현파전압이 출력된다. 입력한 정현파전압과 출력한 정현파전압의 전압 크기의 비율은 1차권선 (3) 의 감은 회수와 2차권선 (4) 의 감은 회수의 비인 감은 회수비에 비례하므로 감은 회수비와 입력되는 정현파전압의 전압치를 적당히 조정함으로써 임의의 전압치를 갖는 출력전압을 발생시킬 수 있다.

그런데, 제특성을 변경하지 않고 트랜스의 소형화를 도모하는 경우에는 코어의 자속의 실효단면적의 크기가 중요한 인자가 된다.

1차권선에 인가하는 입력전압의 전압치와, 입력전압에 의해 코어에 유기 (誘起) 되는 자속밀도와 코어의 자속의 실효단면적과의 곱은 비례관계에 있으며, 그리고 입력전압에 의해 코어에 유기된 자속밀도와 코어의 자속의 실효단면적과의 곱과, 2차권선에 유기되는 출력전압의 전압치 사이는 비례관계에 있다.

코어의 자속의 실효단면적을 작게 하면 코어가 소형이 되고, 따라서 트랜스 전체를 소형화할 수 있으나, 자속밀도를 일정하게 한 경우에는 코어를 통과하는 자속이 적어지기 때문에 상술한 비례관계로 트랜스에 입출력할 수 있는 전압이 제한된다.

그러므로, 코어의 자속의 실효단면적의 크기를 유지하면서 트랜스를 박형화하고자 하는 경우에는 코어의 자로의 형상을 편평상으로 하여야만 한다. 따라서, 감은 회수를 변경하지 않고 코어에 권선을 감으면 권선의 길이가 길어지기 때문에 동손 (銅損) 이 증대함과 동시에 누설자속이 증가하여 트랜스의 전력전달효율이 저하된다는 과제가 있었다.

또한, 종래의 트랜스의 구조는 코어와 1차권선 및 2차권선을 절연하기 위하여 코일 보빈을 사용하는 것이 필요불가결하였으며, 이 코일 보빈의 존재로 인해 트랜스 전체의 체적에 대한 코어 혹은 1차권선 및 2차권선이 차지하는 체적을 크게하기 어렵기 때문에 공간을 유효하게 이용할 수 없다는 과제가 있었다.

그리고, 종래의 트랜스의 구조에 있어서는, 트랜스의 코어의 철손과 1차권선 및 2차권선의 동손에 의해 발생하는 열이 코일보빈에 축적되기 때문에, 방열성이 나빠서 트랜스의 안전성에 문제가 있다는 과제가 있었다.

또한, 종래의 트랜스의 구조에 있어서는, 부품점수가 많아지기 때문에 트랜스의 제조비용을 저감할 수 없다는 과제가 있었다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 박형화하여도 전력전송효율이 저하되지 않으며, 트랜스 전체의 체적을 유효하게 활용할 수 있고, 방열성이 양호하며, 제조비용이 낮은 트랜스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명의 실시형태인 트랜스의 메인코어와 측부코어를 나타내는 사시도이다.

도 2 는 본 발명의 실시형태인 트랜스를 나타내는 사시단면도이다.

도 3 은 본 발명의 실시형태인 트랜스를 나타내는 사시단면도이다.

도 4 는 본 발명의 실시형태인 트랜스를 나타내는 사시단면도이다.

도 5 는 본 발명의 실시형태인 트랜스의 2차권선의 단자를 꺼낸 부분을 나타내는 사시도이다.

도 6 은 본 발명의 실시형태인 트랜스의 1차권선의 단자를 꺼낸 부분을 나타내는 사시도이다.

도 7 은 종래의 트랜스를 나타낸 사시도이다.

도 8 은 종래의 트랜스를 나타낸 사시도이다.

도 9 는 본 발명의 실시형태인 트랜스의 2차권선을 해방 하였을 때의 1차권선의 등가저항 (R), 등가 인덕턴스 (L), 성능계수 (Q) (＝ωL/R) 와, 1차권선에 인가한 교류전압의 주파수와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 10 은 본 발명의 실시형태인 트랜스의 1차권선을 해방 하였을 때의 2차권선의 등가저항 (R), 등가 인덕턴스 (L), 성능계수 (Q) (＝ωL/R) 와, 2차권선으로입력한 교류전압의 주파수와의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 11 은 본 발명의 실시형태인 트랜스의 승압비와 전력전달효율을 측정하기 위한 측정계를 나타내는 블록도이다.

도 12 는 본 발명의 실시형태인 트랜스의 1차권선으로 입력한 교류전압의 전압치와, 2차권선으로부터 출력되는 교류전압의 전압치와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 13 은 본 발명의 실시형태인 트랜스의 전력전달효율과, 2차권선으로부터 출력되는 전력과의 관계를 나타내는 그래프이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

31 : 트랜스 32 : 메인코어

33 : 측부코어 34 : 1차권선

35 : 2차권선 36 : 중자각

37 : 외자각 38 : 권선홈

39 : 외자각의 선단 40 : 권선홈의 내면

41 : 유기수지막

본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 채택하였다.

본 발명의 트랜스는 자성체로 이루어지는 메인코어와, 이 메인코어의 양단부에 접합되는 자성체로 이루어지는 측부코어와, 상기 메인코어에 장착되는 1차권선과 2차권선을 구비하여 구성되고, 상기 메인코어가 중자각 (中磁脚) 과, 이 중자각의 일단과 타단에 일체화되어 중자각과 직교하는 방향으로 연장된 1 쌍의 외자각 (外磁脚) 으로 이루어지고, 이들 1 쌍의 외자각 사이에 양 외자각과 상기 중자각에 의해 끼여 구획된 권선홈이 중자각의 양쪽에 위치하여 형성되고, 상기 1차권선과 2차권선이 상기 양 권선홈을 통과하면서 상기 중자각을 감도록 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 트랜스는 앞서 기재한 트랜스로서, 상기 측부코어는 상기 1 쌍의 외자각의 선단을 가로지르도록 상기 메인코어에 접합된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 트랜스는 앞서 기재한 트랜스로서, 상기 측부코어는 상기 1 쌍의 외자각에 끼워져서 상기 메인코어에 접합된 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 트랜스는 앞서 기재한 트랜스로서, 상기 1차, 2차권선은상기 중자각의 상기 1 쌍의 외자각 사이의 영역을 분할하도록 설치되어 각각 감긴 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 트랜스는 앞서 기재한 트랜스로서, 상기 1차, 2차권선은 상기 중자각에 서로 절연되서 적층되어 감긴 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 트랜스는 앞서 기재한 트랜스로서, 상기 권선홈의 내면에 유기수지막이 피착되어 있는 것을 특징으로 한다.

발명의 실시형태

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 및 도 2 에 있어서, 트랜스 (31) 는 자성체로 이루어지는 메인코어 (32) 와, 이 메인코어 (32) 의 양단부에 접합되는 자성체로 이루어지는 측부코어 (33) 와, 메인코어에 장착되는 1차권선 (34) 과 2차권선 (35) 을 구비하여 구성되어 있다.

메인코어 (32) 는 중자각 (36) 과, 중자각 (36) 의 일단과 타단에 일체화되어 중자각 (36) 과 직교하는 방향으로 연장된 1 쌍의 외자각 (37) 으로 이루어지고, 그 단면 형상이 工 형상으로 되어 있다.

이들 1 쌍의 외자각 (37) 사이에 양 외자각 (37) 과 중자각 (36) 에 의해 끼여 구획된 권선홈 (38) 이 중자각 (36) 의 양측에 위치하여 형성되고, 1차권선 (34) 과 2차권선 (35) 이 양 권선홈 (38) 을 통과하면서 중자각 (36) 을 감도록 설치되어 있다.

측부코어 (33) 는 1 쌍의 외자각 (37) 의 선단 (39) 을 가로지르도록 메인코어 (32) 에 접합된다.

또한, 도 3 에 나타내는 바와 같이 측부코어 (33) 는 1 쌍의 외자각 (37) 에 의해 끼워져서 메인코어 (32) 에 접합되는 것이어도 된다.

메인코어 (32) 와 측부코어 (33) 의 접합은 지그를 사용해서 접합된 상태로 고정하고, 수지 등을 도포하여 가열건조시켜 수지를 고화시킴으로써 접합시킨다. 이 메인코어 (32) 와 측부코어 (33) 에 의해 1차권선 (34) 으로 입력되는 전압에 의해 발생되는 자속을 통과시키기 위한 자로가 형성된다.

메인코어 (32) 와 측부코어 (33) 의 재질은 MnZn 페라이트, NiZn 페라이트 등의 고저항, 고투자율로서, 철손의 값이 낮고 열전도성이 높은 자성체가 바람직하다.

도 1 및 도 2 에 있어서, 메인코어 (32) 의 권선홈 (38) 내면 (40) 에 유기수지막 (41) 이 피착되어 있다. 또한, 1차권선 (34) 과 2차권선 (35) 은 1 쌍의 외자각 (37,37) 사이의 영역을 분할하도록 설치되어 있다. 즉, 1차권선 (34) 이 중자각 (36) 의 일부 (43) 에 감기고, 2차권선 (35) 이 중자각 (36) 의 타부 (44) 에 감겨 있다. 그리고, 권선용 절연재 (45) 는 중자각 (36) 에서 측부코어 (33) 를 향하여 외자각 (37) 과 평행하게 돌출 형성되는 것이어도 된다. 이 경우의 1차권선 (34) 과 2차권선 (35) 은 권선용 절연재 (45) 에 의해 분리되어 있다.

도 3 및 도 4 에 있어서는, 메인코어 (32) 의 권선홈 (38) 내면에 유기수지막 (41) 이 피착되고, 2차권선 (35) 이 중자각 (36) 의 전면 (全面) 에 감기며, 2차권선 (35) 상에 권선용 절연재 (42) 가 피착되고, 그리고 1차권선 (34) 이 권선용 절연재 (42) 상에 적층되도록 감겨 있다. 1차권선 (34) 과 2차권선 (35) 은 권선용 절연재 (42) 에 의해 절연되어 있다.

1차권선 (34) 과 2차권선 (35) 에는 폴리우레탄으로 피복된 구리선이 사용된다. 이들 권선의 직경을 가늘게 하면 권선의 단면적이 작아져서 감은 회수를 많게 할 수 있으나, 권선에 흐르는 전류에 비하여 권선의 직경이 너무 가늘어지면 동손이 증대되므로, 필요한 감은 회수, 권선 수납홈의 단면적, 권선에 흐르는 전류 등을 고려하여 최적의 권선 직경을 결정한다.

권선의 감은 회수가 많은 경우에는 몇 층으로 겹쳐 감는데, 이 때에는 권선을 권선 수납홈 (38) 의 폭에 대하여 촘촘하면서 균일하게 감는다.

또한, 도 5 및 도 6 에서 나타내는 바와 같이, 1차권선의 단자 (49) 와 2차권선의 단자 (50) 는 가능한 한 거리를 두고 구성하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1차권선과 2차권선의 단자 (49,50) 는 트랜스 (31) 의 길이방향에 대향하는 방향으로 각각 인출하는 것이 좋다.

상술한 트랜스 (31) 에 있어서, 메인코어 (32) 의 외자각 (37) 의 두께와 측부코어 (33) 의 두께를 같게 하고, 중자각 (36) 의 두께는 그의 2 배 정도로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 코어 (32,33) 를 통과하는 자속의 실효단면적을 코어 (32,33) 의 어느 부분에 있어서도 균일하게 할 수 있다.

도 5 및 도 6 에 있어서, 외자각 (37) 의 두께 혹은 측부코어 (33) 의 두께를 a, 트랜스 (31) 의 권선홈 (38) 과 평행한 방향을 트랜스의 길이로 하여 이것을b 로 하면, 자속의 실효단면적 (S) 은 S = 2ab 가 된다. 따라서, 자속의 실효단면적은 중자각 (36) 의 두께, 외자각 (37) 의 두께, 측부코어 (33) 의 두께와 트랜스 (31) 의 길이에 의해 결정된다.

따라서, 트랜스 (31) 의 구조에 있어서는 트랜스 (31) 의 폭을 좁게 하고 박형화를 도모한 경우, 메인코어 (32) 의 중자각 (36), 외자각 (37) 또는 측부코어 (33) 의 두께를 얇게 하거나 트랜스 (31) 의 길이를 짧게 하지 않는 한, 자속의 실효단면적을 그대로 유지할 수 있게 되므로, 입출력전압의 전압치가 제한을 받는 일이 없다.

메인코어 (32), 측부코어 (33) 의 재질인 페라이트 재료의 강도를 고려할 때, 메인코어 (32) 의 외자각 (37) 의 두께 및 측부코어 (33) 의 두께는 1 ㎜ 이상이 적당하다.

또한, 1차권선 (34) 과 2차권선 (35) 의 거의 대부분이 메인코어 (32) 와 측부코어 (33) 에 둘러싸인 구조로 되어 있으며, 트랜스 (31) 의 폭을 좁게 하고 박형화를 도모하여도 이러한 구성은 변하지 않으므로, 누설자속이 매우 작아져서 높은 결합계수를 얻을 수 있다.

그리고, 자속의 실효단면적의 크기를 유지하면서 트랜스 (31) 를 박형화한 경우에는, 메인코어 (32) 의 높이와 측부코어 (33) 의 폭이 짧아질 뿐으로, 감은 회수를 변경하지 않고 중자각 (36) 에 권선 (34,35) 을 감아도 권선 (34,35) 의 길이는 크게 변하지 않으므로 동손이 증대되는 일은 없다.

따라서, 본 발명의 트랜스 (31) 는 누설자속이 작고 동손이 증대되는 일이없으므로, 트랜스 (31) 의 폭을 좁게 하고 박형화를 도모해도 전력전달효율이 저하되는 일이 없다.

또한 본 발명의 트랜스 (31) 의 구조에 있어서는, 유기수지막 (41) 이 차지하는 체적이 작아서 트랜스 (31) 전체의 체적에 대한 코어 (32,33) 또는 권선 (34,35) 이 차지하는 체적을 크게 할 수 있게 되어 공간을 유효하게 이용할 수 있다.

트랜스 (31) 를 사용하면, 메인코어 (32), 측부코어 (33) 및 1차, 2차권선 (34,35) 에서 열이 발생하지만, 상술한 바와 같이 유기수지막 (41) 은 그 차지하는 체적이 작기 때문에 발생된 열을 축적하는 일이 없다. 그리고, 메인코어 (32) 와 측부코어 (33) 의 재질은 열전도성이 높은 자성체이기 때문에 발생된 열을 효율적으로 트랜스 (31) 의 외부로 방출할 수 있다. 또한, 메인코어 (32) 와 측부코어 (33) 의 재질로서 일본 공개특허공보 평5-243032 호에 기재되어 있는 바와 같은 결정입경이 1 ∼ 5 ㎛ 인 MnFe 다결정 페라이트를 사용하면, 코어 (32,33) 에 있어서의 손실이 저감되어 코어 (32,33) 로부터의 발열을 억제할 수 있다. 이와 같은 점에서 트랜스 (31) 의 안정성이 확보된다.

또한, 1차권선 (34) 및 2차권선 (35) 은 권선홈 (38) 의 폭에 대하여 촘촘하면서 균일하게 감기기 때문에, 서로 이웃하는 권선의 전위차를 작게 할 수 있다. 그리고, 1차권선의 단자 (49) 와 2차권선의 단자 (50) 를 가능한 한 거리를 두고 구성하였기 때문에 절연파괴를 방지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 트랜스 (31) 의 구조에 있어서는 부품점수가 적어지기 때문에 트랜스 (31) 의 제조비용을 저감할 수 있다.

그리고, 메인코어 (32) 는 MnZn 페라이트의 블록을 숫돌로 가공함으로써 권선홈 (38) 을 형성시켜 제작되나, 페라이트의 분말을 형틀에 충전해서 프레스하여 성형하고 이것을 소성함으로써 제작할 수도 있다. 이와 같이 제작함으로써, 권선홈 (38) 의 홈폭과 홈깊이를 권선의 단면적에 필요한 크기로 가공할 수 있다. 권선에 필요한 공간으로서 홈의 폭을 2 ㎜, 홈깊이를 1.5 ㎜ 로 하면, 트랜스 (31) 전체의 크기를 폭 7 ㎜, 높이 4 ㎜ 로 할 수 있다.

권선홈의 내면 (40) 에 피착되는 유기수지막 (41) 은 절연성이 높고 유전성 (誘電性) 이 낮은 수지 등이 가장 적합하며, 폴리이미드, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 불소수지, 에폭시수지 등의 필름이 바람직하다. 이들 수지는 유전율이 2 ∼ 4 의 범위로 충분히 작고 절연성이 우수하다. 이들 필름은 미리 불소수지, 에폭시수지, 부티랄수지 등 중 1 종류를 권선홈의 내면 (40) 에 도포한 후에 접착된다.

또는 불소수지, 에폭시수지, 부티랄수지 등 중 1 종류를 적당한 용제에 용해한 후에 메인코어 (32) 를 함침시킴으로써 권선홈의 내면 (40) 에 유기수지막 (41) 을 피착시킬 수도 있다.

권선용 절연재 (42,45) 는 절연성이 높고 유전성이 낮은 수지 등이 가장 적합하며, 폴리이미드, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 불소수지, 에폭시수지 등의 필름이 바람직하다. 이들 수지는 유전율이 2 ∼ 4 의 범위로 충분히 작고 절연성이 우수하다.

또한, 권선의 감은 회수가 많은 경우에는 권선의 층간에 절연재를 끼워넣어도 된다.

그리고, 메인코어 (32) 와 측부코어 (33) 의 접합면에는 자기포화를 억제하는 인덕턴스 값을 조정하는 등의 목적으로 갭을 형성할 수도 있다. 이 갭은 수지 등의 절연재를 끼움으로써 형성된다. 또한, 갭의 조정은 메인코어 (32) 와 한쪽 측부코어 (33) 의 갭의 간격을 고정하고, 다른 한쪽의 측부코어 (33) 와의 갭을 조정함으로써 자기특성을 용이하게 조정할 수 있다. 갭에 사용하는 절연재는 가능한 한 유전성이 작은 수지 등이 바람직하며, 폴리이미드, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 불소수지, 에폭시수지 등의 필름이 가장 적합하다. 이들 수지는 유전율이 2 ∼ 4 의 범위로 충분히 작으므로, 이들 중에서 적절히 선택해서 이용할 수 있다.

실시예

폭 6 ㎜, 길이 18 ㎜, 높이 4.5 ㎜ 의 크기로 된 MnZn 페라이트의 블록에 숫돌 등으로 블록 측면에 길이방향으로 폭 2.5 ㎜, 높이 2 ㎜ 의 권선홈 (38) 을 형성하여 메인코어 (32) 를 제작한다. 이 때, 메인코어 (32) 의 중자각 (36) 의 두께는 2 ㎜ 이고, 외자각 (37) 의 두께는 1 ㎜ 이다.

또한, 폭 1 ㎜, 길이 18 ㎜, 높이 4.5 ㎜ 의 크기로 된 MnZn 페라이트의 블록을 측부코어 (33) 로 한다.

이어서, 메인코어의 권선홈의 내면 (40) 에 부티랄 수지를 도포하고, 그 위에 유기수지막 (41) 으로서 높이 7.5 ㎛ 의 폴리이미드필름을 피착한다.

2차권선 (35) 을 중자각 (36) 을 축으로 하여 권선홈 (38) 을 따라 중자각 (36) 의 전면에 1 층을 25 회로 하여 10 층까지 합계 250 회 감는다. 이 때, 2차권선 (35) 의 층간에 두께 7.5 ㎛ 의 폴리이미드 필름을 끼워넣는다. 이어서, 2차권선 (35) 상에 권선용 절연재 (42) 로서 두께 7.5 ㎛ 의 폴리이미드 필름을 피착하고, 다시 권선용 절연재 (42) 상에 1차권선 (34) 을 3 회 감는다. 이와 같이 함으로써 1차 : 2차 ＝ 3 : 250 의 감은 회수비를 얻을 수 있으며, 약 83.3 배의 승압이 가능하다.

1차권선 (34) 에는 폴리우레탄으로 피복된 선 직경 ø0.23 ㎜ 의 구리선을 사용하고, 2차권선 (35) 에는 폴리우레탄으로 피복된 선 직경 ø0.05 ㎜ 의 구리선을 사용한다.

메인코어 (32) 와 측부코어 (33) 의 접합은 지그를 사용하여 접합한 상태로 고정시키고, 실리콘 수지를 도포하여 120℃ 에서 1.5 시간 건조시켜 실리콘수지를 고화시킴으로써 접합한다.

상술한 바와 같이 하여 도 4 에 나타내는 바와 같은 전체 크기가 폭 8 ㎜, 길이 18 ㎜, 높이 4.5 ㎜ 인 트랜스를 조립한다.

비교예

도 7 에 나타내는 바와 같은 폭 14.2 ㎜, 길이 18.3 ㎜, 높이 5.38 ㎜ 의 크기이며, E 형 코어를 사용한 트랜스를 조립한다. 감은 회수비는 1차 : 2차 ＝ 14 : 1520 이며, 약 108 배의 승압이 가능하다.

이어서, 실시예의 트랜스의 특성을 설명한다. 도 9 에는 2차권선을 해방해서 인피던스 애널라이저로 측정한 동손과 철손을 포함하는 등가저항 (R), 등가 인덕턴스 (L), 성능계수 (Q) (＝ωL/R) 를 나타낸다. 또한, 도 10 에는 1차권선을 해방 해서 임피던스 애널라이저로 측정한 동손과 철손을 포함하는 등가저항 (R), 등가 인덕턴스 (L), 성능계수 (Q) (＝ωL/R) 를 나타낸다.

실시예의 트랜스는, 비교예의 트랜스에 비하여 트랜스의 폭과 높이가 작고 감은 회수비도 작음에도 불구하고, 인덕턴스가 높고 권선에 의한 저항값이 작다. 따라서, 본 발명의 트랜스는 소형화에 따른 전력전달효율의 저하가 발생하지 않는다.

도 11 에는 승압비와 전력전달효율의 측정계를 나타낸다. 펑션 제너레이터 (60) 에 의해 발생시킨 주파수 57 kHz 의 정현파 전압을 파워앰프 (61) 로 증폭시켜 소정 전압치의 정현파를 트랜스 (62) 의 1차권선에 인가한다.

도 12 에는 본 발명의 트랜스의 승압비로서, 2차권선을 해방 한 경우의 1차전압에 대한 2차전압의 전압치를 나타낸다. 1차권선과 2차권선의 감은 회수비 (약 83.3 배) 와 거의 동등한 83 배의 승압비가 얻어지는 점으로 보아, 누설자속이 적고 1차권선과 2차권선이 자기적으로 매우 좋은 결합을 나타내고 있음을 알 수 있다.

도 13 에는 트랜스의 2차권선의 단자에 부하저항을 접속하고, 이 트랜스의 1차권선에 주파수 57 kHz 의 정현교류전압을 입력하여 2차권선으로부터의 출력전압을 600 V 로 일정하게 하였을 때의 출력전력에 대한 전력전송효율의 측정결과를 나타낸다.

비교예의 트랜스에서는 출력전력 3.3 W 까지는 전력전송효율이 약 93 % 로 양호하지만, 3.3 W 를 넘으면 전력전송효율이 급격히 저하된다. 한편, 실시예의 트랜스에서는 출력전력 4W 에서도 전력전송효율이 93.8 % 로 높은 값을 나타내므로, 출력전력이 작은 범위라도 종래의 트랜스와 동등하거나 그 이상의 특성이 얻어진다.

이상과 같은 결과에 의해, 폭 8 ㎜, 높이 4.5 ㎜ 의 폭이 좁고 박형인 트랜스에서도 본 발명의 구성으로 함으로써 양호한 특성이 얻어짐이 판명되었다.

이상, 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명의 트랜스는 자성체로 이루어지는 메인코어와, 이 메인코어의 양단부에 접합되는 자성체로 이루어지는 측부코어와, 상기 메인코어에 장착되는 1차권선과 2차권선을 구비하여 구성되고, 메인코어가 중자각과 이 중자각의 일단과 타단에 일체화되어 중자각과 직교하는 방향으로 연장된 1 쌍의 외자각으로 이루어지고, 이들 1 쌍의 외자각 사이에 양 외자각과 중자각에 의해 끼여 구획된 권선홈이 중자각의 양측에 위치하여 형성되고, 1차권선과 2차권선이 양 권선홈을 통과하면서 상기 중자각을 감도록 설치되어 있고, 권선의 대부분이 코어에 둘러싸인 구조로 되어 있기 때문에, 누설자속이 작고 동손이 적으므로 전력전달효율의 저하를 적게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 트랜스는 상술한 구조를 채택하기 때문에, 메인코어의 중자각, 외자각 및 측부코어의 두께를 얇게 하거나 트랜스의 길이를 짧게 하지 않는 한, 자속의 실효단면적을 그대로 유지할 수 있게 되므로, 트랜스로 입출력되는 전압의 크기가 제한되는 일이 없으며, 전력의 전달효율을 저하시키지 않고 트랜스의 폭을 좁게 하고 박형화를 도모할 수 있다.

또한, 메인코어와 측부코어의 재질은 열전도성이 높은 자성체이기 때문에, 메인코어, 측부코어 및 1차, 2차권선에서 발생한 열을 효율적으로 트랜스의 외부로 방출할 수 있으므로 트랜스의 안전성을 확보할 수 있다.

그리고, 본 발명의 트랜스는 측부코어가 메인코어의 1 쌍의 외자각의 선단을 가로지르도록 상기 메인코어에 접합되거나 1 쌍의 외자각에 끼워져서 상기 메인코어에 접합되기 때문에, 코어끼리의 접합이 용이하고 트랜스의 조립이 간단하며 제작비용을 저감할 수 있다. 또한, 접합부분에 갭을 형성할 수 있기 때문에 원하는 특성을 갖는 트랜스를 용이하게 제작할 수 있다.

또한, 본 발명의 트랜스는 2차권선이 중자각의 전면에 감기며, 그리고 1차권선 (34) 이 2차권선상에 적층되도록 감겨져 있으므로, 1차, 2차권선 사이의 절연성이 높아서 내압이 강한 트랜스를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 트랜스는 1차, 2차권선이 상기 중자각의 상기 1 쌍의 외자각 사이의 영역을 분할하도록 설치되어 각각 감겨져 있기 때문에, 트랜스 제작시에 1차권선과 2차권선을 동시에 감을 수 있으므로 트랜스의 제조공정을 간략화할 수 있게 되어 트랜스의 제조비용을 저감할 수 있다.

또한, 본 발명의 트랜스는 메인코어의 권선홈의 내면에 유기수지막이 피착되고, 그 위에 1차, 2차권선이 감긴 것으로서, 유기수지막이 차지하는 체적이 작기 때문에, 트랜스 전체의 체적에 대한 코어 혹은 1차권선 및 2차권선이 차지하는 체적을 크게할 수 있게 되어 공간을 유효하게 이용할 수 있다.

또한, 유기수지막이 차지하는 체적이 적어서 트랜스가 발생하는 열을 축적하지 않고 방열할 수 있기 때문에, 트랜스의 안전성을 확보할 수 있다.

그리고, 본 발명의 트랜스는 부품점수가 적기 때문에 트랜스의 비용을 저감할 수 있다.

Claims

자성체로 이루어지는 메인코어와, 이 메인코어의 양단부에 접합되는 자성체로 이루어지는 측부코어와, 상기 메인코어에 장착되는 1차권선과 2차권선을 구비하여 구성되고,

상기 메인코어는 중자각과, 이 중자각의 일단과 타단에 일체화되어 중자각과 직교하는 방향으로 연장된 1 쌍의 외자각으로 이루어지고, 이들 1 쌍의 외자각 사이에는 양 외자각과 상기 중자각에 의해 끼여 구획된 권선홈이 중자각의 양측에 위치하여 형성되고, 상기 1차권선과 2차권선이 상기 양 권선홈을 통과하면서 상기 중자각을 감도록 설치되고, 측부코어의 두께를 a, 측부코어의 트랜스의 권선홈과 평행한 방향의 길이를 b 로 할 때, 자속의 실효단면적 S 는 S = 2ab 로 표시되는 것을 특징으로 하는 트랜스.
제 1 항에 있어서, 상기 측부코어는 상기 1 쌍의 외자각의 선단을 가로지르도록 상기 메인코어에 접합된 것을 특징으로 하는 트랜스.
제 1 항에 있어서, 상기 측부코어는 상기 1 쌍의 외자각에 끼워져서 상기 메인코어에 접합된 것을 특징으로 하는 트랜스.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 1차, 2차권선은 상기중자각의 상기 1 쌍의 외자각 사이의 영역을 분할하도록 설치되어 각각 감긴 것을 특징으로 하는 트랜스.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 1차, 2차권선은 상기 중자각에 서로 절연되서 적층되어 감긴 것을 특징으로 하는 트랜스.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 권선홈의 내면에 유기수지막이 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 트랜스.
제 4 항에 있어서, 상기 권선홈의 내면에 유기수지막이 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 트랜스.
제 5 항에 있어서, 상기 권선홈의 내면에 유기수지막이 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 트랜스.