KR101631182B1 - 고점적율 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고점적율 변압기에 관한 것으로, 철심부, 1차 코일 및 2차 코일로 구성된 권선부, 철심부와 권선부 사이에 개재되는 권선 보빈을 포함하는 변압기에 있어서, 상기 1차 코일은 소정 두께를 가지고 일정 길이로 연장되는 평각동선이며, 상기 철심부에 대한 점적율을 높일 수 있도록 길이방향을 중심으로 상하면이 상기 권선 보빈에 직각하는 방향으로 권선이 이루어지고 이때 상기 1차 코일은 1회 턴수로 한정하여 상기 권선 보빈의 길이방향을 따라 연속적으로 권선이 이루어지는 다수의 환형 코일군으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 종래의 철심부 권선면적과 비교하여 접촉면적을 크게 줄일 수 있기 때문에 그 결과 상기 철심부에 대한 권선 점적율을 크게 증대시킬 수 있어 동일 규격의 변압기와 대비 변압기 효율성을 한층 향상시킬 수 있다.

Description

고점적율 변압기{TRANSFORMER FOR HIGH SPACE FACTOR}

본 발명은 고점적율 변압기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코일의 권선 작업이 간단하고 작업성이 우수하며 철심에 대한 권선 점적율을 크게 향상시킬 수 있는 고점적율 변압기에 관한 것이다.

일반적으로, 변압기란 전자유도작용을 이용하여 교류전압이나 전류의 값을 바꾸는 유도기기로서, 적어도 2개 이상의 권선들과 한 개 이상의 철심 및 절연물로 구성되어 있다.

이러한 변압기에서 전압의 변환은 동시에 전류의 변환을 의미하며, 필요한 값의 전압과 전류를 얻기 위해 변압기를 사용한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래기술에 따른 변압기 구성을 살펴보면, 권선 조립체는 1차 코일(3a,저압권선)과 2차 코일(3b,고압권선)로 이루어진 2 개의 권선부(10,20)와, 상기 2 개의 권선부(10,20)에 결속되는 철심부(30)와, 상기 권선부(10,20)와 철심부(30) 사이에 개재되는 권선 보빈(11)으로 구성된다.

이러한 상기 권선부(10,20) 및 철심부(30)에 권선된 코일이 전체 출력전압을 분담하여 유기하도록 하는 것으로, 이때 각 코일은 유기되는 전압에 대해 양호한 내전압 성능을 보유할 수 있도록 권선 횟수 등을 적절히 고려해야한다.

그리고, 상기 권선부(10,20)는 변압기 용량, 전류 및 전압 등을 고려하여 가장 효과적인 도체 형태를 선정하게 된다.

즉, 상기 권선부의 1차 코일(3a)에 적용되는 도체 형태는 평각동선으로 제작이 이루어지고, 상기 2차 코일(3b)은 환선의 형태로 제작이 이루어지는 것이 일반적이다.

그리고, 상기 권선부(10,20)는 철심부(30)에 대해 1회 권선이 이루어질 때마다 절연을 목적으로 하는 층간지(5)가 같은 권선 회수로 권치가 이루어진다.

따라서, 종래기술에 따른 변압기는 상기 권선부(10,20)가 철심부(30)에 대해 1회 권선이 이루어질 때마다 상기 층간지(5)도 함께 1회 권선 작업을 진행해야 함으로써 그에 따른 작업시간이 과다하게 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 1차 코일(3a)의 평각동선의 경우 안정적인 접지를 위해 길이방향의 연장면이 상기 보빈(11)에 밀착되는 구조로 설치가 이루어짐에 따라 상기 평각동선의 접지 면적이 높을수록 변압기 권선의 점적율을 저하시키는 점적율 손실(Loss)부분 면적이 넓어져 변압기의 효율을 저하시키는 문제점이 있었다.

또한, 변압기의 용량, 전류 및 전압이 높을수록 상기 권선부(10,20)의 권선 회수가 증가하는 만큼 그에 따른 권선 작업량이 비례하여 증가할 뿐만 아니라, 상기 권선부의 권선 회수가 증가할수록 권선부 간의 엇갈림이나 꼬임 등의 권선 불량이 발생하면 재차 권선부를 풀었다가 다시 감아주어야 하는 번거러운 불편함이 있었다.

즉, 상기 권선부의 엇갈림이나 꼬임을 방치할 경우, 고전압이 승압되는 순간 전기적인 쇼트로 고압이 외부로 누설되면서 제품에 대한 기능적인 손상을 주어 제품의 신뢰도를 저하시키는 문제점이 발생기 때문이다.

한국등록특허공보 제10-0740437호(2007.07.11) 변압기의 구조 및 변압기용 권선코일의 권선방법

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 발명의 목적은 코일의 권선 작업이 간단하고 작업성이 우수하며 철심에 대한 권선 점적율을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 코일 간에 엇갈림이나 꼬임이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 고점적율 변압기를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 고점적율 변압기는, 철심부, 1차 코일 및 2차 코일로 구성된 권선부, 철심부와 권선부 사이에 개재되는 권선 보빈을 포함하는 변압기에 있어서, 상기 1차 코일은 소정 두께를 가지고 일정 길이로 연장되는 평각동선이며, 상기 철심부에 대한 점적율을 높일 수 있도록 길이방향을 중심으로 상하면이 상기 권선 보빈에 직각하는 방향으로 권선이 이루어지고 이때 상기 1차 코일은 1회 턴수로 한정하여 상기 권선 보빈의 길이방향을 따라 연속적으로 권선이 이루어지는 다수의 환형 코일군으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 환형 코일군은 변압기의 용량, 전류 및 전압 값에 따라 길이방향의 폭 넓이가 다른 다양한 크기로 제작이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 환형 코일군을 구성하는 각각의 평각동선 사이에는 층간절연지가 개재되며, 상기 측간절연지는 상기 평각동선과 동일한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 평각동선의 길이방향 상면 또는 하면에는 방열효과를 높이기 위한 방열홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 방열홈은 상기 평각동선의 일측 단부로부터 타측 단부 근방까지 길게 연장형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 평각동선의 단면방향을 기준으로 볼 때, 상하면의 길이가 두께면 양측 단부의 길이보다 길게 연장되는 것을 특징으로 한다.

상기 철심부는 동일한 두께를 가지는 무한수 철심부재들이 상호 적층되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 철심부재들을 횡단면에서 바라볼 때 중심부를 기준으로 양 외측으로 갈수록 적어도 일부구간의 폭이 점차 차등적으로 줄어드는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 평각동선이 상기 철심부에 대해 직각하는 방향에 위치할 수 있도록 상기 평각동선의 두께면 일측 단부가 상기 철심부의 둘레방향을 따라 권선이 이루어짐에 따라 종래의 철심부 권선면적과 비교하여 접촉면적을 크게 줄일 수 있기 때문에 그 결과 상기 철심부에 대한 권선 점적율을 크게 증대시킬 수 있어 동일 규격의 변압기와 대비 변압기 효율성을 한층 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 평각동선의 점적율 증가는 권선 밀집도가 높은 만큼 단락기계력을 크게 향상시키는 효과가 있다.

또한, 상기 1차 코일은 1회 턴수로 한정하여 제작이 이루어짐에 따라 권선작업의 수행이 용이하고 저렴할 뿐만 아니라 권선 회수 증가에 따른 엇갈림이나 꼬임 등의 권선 불량이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 1차 코일은 별도의 도체 피복 없이 권선이 이루어지기 때문에 원가절감은 물론 방열효과에 있어 매우 우수한 장점이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 변압기 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고점적율 변압기를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 철심부의 형상 구조를 나타낸 횡단면도이다.
도 4는 도 2의 1차 코일을 나타낸 정면도이다.
도 5는 도 4의 부분 확대도이다.
도 6은 도 2의 1차 코일의 다양한 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 7은 도 2의 1차 코일에 대하여 방열홈을 추가적으로 형성한 단면도이다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 고점적율 변압기는 크게 철심부(100)와, 상기 철심부(100)에 권선되는 1차 코일(210) 및 2차 코일(220)로 구성된 권선부(200)와, 상기 철심부(100)와 권선부(200) 사이에 개재되는 권선 보빈(300)을 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 철심부(100)는 후술할 권선부(200) 및 권선 보빈(300)과 함께 결속되는 구성요소로서, 전자기 유도현상에 의해 발생한 자속이 흐를 수 있도록 하는 통로의 역할을 수행한다.

또한, 상기 철심부(100)에는 자계회로를 형성하는 강판 코일을 원할하게 권치할 수 있도록 별도의 철심 보빈(미도시)을 추가적으로 구성할 수 있다.

물론, 상기 철심부(100)는 변압기의 크기 및 용량에 따라 그 크기 및 형상(각형, 타원형, 원형)구조를 다양하게 가변시킬 수 있다.

특히, 상기 철심부(100)가 타원형('육상트랙' 구조) 또는 원형으로 제작이 이루어질 경우, 상기 권선 보빈(300)과의 점적율을 크게 향상시킬 수 있도록 동일한 두께(A)를 가지는 무한수 철심부재(101)들을 상호 적층하는 구조로 제작하며, 이때 상기 철심부재(101)들을 횡단면에서 바라볼 때 중심부를 기준으로 양 외측으로 갈수록 적어도 일부구간의 폭(B)이 점차 차등적으로 줄어드는 것을 특징으로 한다(도 3참조).

상기 권선부(200)는 상기 철심부(100)의 둘레방향을 따라 권선이 이루어지는 것으로, 1차 코일(210)과 2차 코일(220)이 순차적으로 권선되는 구조를 가지며, 이러한 상기 권선부(200)는 상기 철심부(100)의 일측과 타측에 각각 배치되는 2 개의 구성으로 제작이 이루어진다.

상기 1차 코일(210)은 저압권선이며 상기 2차 코일(220)은 고압권선이다.

본 발명에 따른 상기 1차 코일(210)은 소정 두께를 가지고 일정 길이로 연장되는 평각동선(平角銅線)으로 이루어진다.

즉, 상기 1차 코일(210)은 코일의 단면이 원형이 아닌 직사각형의 단면구조로서, 단면방향을 기준으로 볼 때, 상하면(210a)의 길이가 두께면 양측 단부(210b)의 길이보다 길게 연장되는 구조이다.

구체적으로, 상기 1차 코일(210)은 직사각 형상의 평각동선으로 제작이 이루어지고, 상기 2차 코일(200)은 원형 코일로 제작이 이루어진다.

특히, 본 발명에 따른 상기 1차 코일(210)은 상기 철심부(100)에 대한 점적율을 높일 수 있도록 길이방향을 중심으로 상하면(210a)이 상기 권선 보빈(300)에 직각하는 방향으로 권선 된다.

이는 종래기술에서와 같이 평각동선의 길이방향을 중심으로 상하면(210a)이 상기 철심부(100)에 대면하는 방향(수직방향)으로 권선이 이루어지는 것이 아니라 상기 평각동선이 상기 철심부(100)에 대해 직각하는 방향에 위치할 수 있도록 상기 평각동선의 두께면 일측 단부(210b)가 상기 철심부(100)의 둘레방향을 따라 권선이 이루어지는 권선면적을 크게 줄일 수 있기 때문에 그 결과 상기 철심부(100)에 대한 권선 점적율을 크게 증대시킬 수 있어 동일 규격의 변압기와 대비 변압기 효율성을 한층 향상시킬 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 상기 1차 코일(210)은 1회 턴수로 한정하여 상기 권선 보빈(300)의 길이방향을 따라 연속적으로 권선이 이루어지는 다수의 환형 코일군(200a)으로 이루어진다.

즉, 상기 1차 코일(210)은 종래와 같이 여러번의 턴수에 의해 권선이 이루어지는 구성과 비교하여 코일의 권선작업이 한결 단순하고 간편하므로 상기 1차 코일 (210)의 권선작업에 소요되는 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

이와 같이 구성된 상기 환형 코일군(200a)은 변압기의 용량, 전류 및 전압 값에 따라 길이방향의 폭(L1,L2,L3) 넓이가 다른 다양한 크기로 제작이 이루어진다(도 5참조).

한편, 상기 환형 코일군(200a)을 구성하는 각각의 평각동선 간에는 전기적으로 절연되어야 하므로 그 사이에는 층간절연지(230)가 개재된다.

여기서, 상기 층간절연지(230)는 상기 평각동선과 동일한 형상으로 형성된다.

아울러, 본 발명에 따른 상기 1차 코일(210)의 경우 별도의 도체 피복체를 구성하지 않고 직접 상기 권선 보빈에 대해 권선이 이루어지는 것으로, 그에 따른 원가절감은 물론 방열효과에 있어 매우 우수한 장점이 있다.

또한, 상기 평각동선의 길이방향을 중심으로 상면 또는 하면(210a)에는 방열효과를 높이기 위한 방열홈(211)을 추가적으로 형성할 수 있다.

이 경우, 상기 방열홈(211)은 상기 평각동선의 일측 단부로부터 타측 단부 근방까지 길게 연장형성하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정하지 않으며 다양한 형상 및 구조로 형성할 수 있다.

한편, 상기 권선 보빈(300)은 상기 철심부(100)와 권선부(200) 사이에 개재되는 것으로, 상기 1차 코일(210) 및 2차 코일(220)이 순차적으로 권선 가능하게 하는 역할을 수행한다.

이러한 상기 권선 보빈(300)은 공지된 기술이므로 그 구체적인 구성 및 작용설명은 생략한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 평각동선이 상기 철심부(100)에 대해 직각하는 방향에 위치할 수 있도록 상기 평각동선의 두께면 일측 단부가 상기 철심부의 둘레방향을 따라 권선이 이루어짐에 따라 종래의 철심부 권선면적과 비교하여 접촉면적을 크게 줄일 수 있기 때문에 그 결과 상기 철심부에 대한 권선 점적율을 크게 증대시킬 수 있어 동일 규격의 변압기와 대비 변압기 효율성을 한층 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 평각동선의 점적율 증가는 권선 밀집도가 높은 만큼 단락기계력을 크게 향상시키는 효과가 있다.

또한, 상기 1차 코일(210)은 1회 턴수로 한정하여 제작이 이루어짐에 따라 권선작업의 수행이 용이하고 저렴할 뿐만 아니라 권선 회수 증가에 따른 엇갈림이나 꼬임 등의 권선 불량이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 1차 코일(210)은 별도의 도체 피복 없이 권선이 이루어지기 때문에 원가절감은 물론 방열효과에 있어 매우 우수한 장점이 있다.

100 : 철심부 200 : 권선부
210 : 1차 코일 220 : 2차 코일
200a : 환형 코일군 300 : 권선 보빈
230 : 층간절연지

Claims (8)

1. 철심부, 1차 코일 및 2차 코일로 구성된 권선부, 철심부와 권선부 사이에 개재되는 권선 보빈을 포함하는 고점적율 변압기에 있어서,
   상기 1차 코일은 소정 두께를 가지고 일정 길이로 연장되는 평각동선이며, 상기 철심부에 대한 점적율을 높일 수 있도록 길이방향을 중심으로 상하면이 상기 권선 보빈에 직각하는 방향으로 권선이 이루어지고 이때 상기 1차 코일은 1회 턴수로 한정하여 상기 권선 보빈의 길이방향을 따라 연속적으로 권선이 이루어지는 다수의 환형 코일군으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고점적율 변압기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 환형 코일군은 변압기의 용량, 전류 및 전압 값에 따라 길이방향의 폭 넓이가 다른 다양한 크기로 제작이 이루어지는 것을 특징으로 하는 고점적율 변압기.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 환형 코일군을 구성하는 각각의 평각동선 사이에는 층간절연지가 개재되며, 상기 층간절연지는 상기 평각동선과 동일한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고점적율 변압기.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 평각동선의 길이방향 상면 또는 하면에는 방열효과를 높이기 위한 방열홈이 형성된 것을 특징으로 하는 고점적율 변압기.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 방열홈은 상기 평각동선의 일측 단부로부터 타측 단부 근방까지 길게 연장형성되는 것을 특징으로 하는 고점적율 변압기.
   
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 평각동선의 단면방향을 기준으로 볼 때, 상하면의 길이가 두께면 양측 단부의 길이보다 길게 연장되는 것을 특징으로 하는 고점적율 변압기.
   
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 철심부는 동일한 두께를 가지는 무한수 철심부재들이 상호 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 고점적율 변압기.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 철심부재들을 횡단면에서 바라볼 때 중심부를 기준으로 양 외측으로 갈수록 적어도 일부구간의 폭이 점차 차등적으로 줄어드는 것을 특징으로 하는 고점적율 변압기.
   

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