KR100413386B1 - 고주파 대전류변압기 - Google Patents

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KR100413386B1 KR10-2001-0071765A KR20010071765A KR100413386B1 KR 100413386 B1 KR100413386 B1 KR 100413386B1 KR 20010071765 A KR20010071765 A KR 20010071765A KR 100413386 B1 KR100413386 B1 KR 100413386B1
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모리모토겐지
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가부시키가이샤 산샤덴키세이사쿠쇼
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Abstract

대(大)전류용 박형의 고주파변압기를 실현한다.
중앙에 창(1a~6a)을 가지며, 이 창으로부터 주연부(둘레테두리부)로 슬릿(1b~6b)이 형성되며, 슬릿의 양측에 권선 개시단자(1c~6c) 및 권선 종료단자(1d~6d)가 형성되어 있는 금속판제의 판코일(1~6)과, 중앙에 창(7a~17a)을 갖는 절연시트(7~17)를 소요의 형태로 중첩시키며, 상기 판코일의 일부를 직렬 접속시켜 고압측 코일을 형성하며, 상기 판코일의 잔여부를 병렬 접속시켜 저압측 코일을 형성하여, 이것에 E자형의 고주파 자심(18),(19)을 사슬체결(鎖交)시킨다.

Description

고주파 대전류변압기{HIGH-FREQUENCY GREAT CURRENT TRANSFORMER}
본 발명은 고주파 대전류용 변압기에 관한 것이며, 상세하게 설명하면, 전기용접기, 절단기, 도금제조 등의 인버터에 사용되는 전력용 박형(薄型)의 변압기에 관한 것이다.
종래에, 이와 같은 종류의 고주파 대전류용 변압기로서, 예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같은 것이 있었다. 도 4에 있어서, 보빈(41)에 리본형상의 도체로 이루어지는 1차코일 및 2차코일이 감기며, 42 및 43은 각각 1차코일의 권선 개시단자 및 권선 종료단자이며, 44 및 45는 각각 2차코일의 권선 개시단자 및 권선 종료단자이며, 이들에 의해서 코일유닛(47)이 형성되어 있다. 보빈(41)에 양단으로부터 E자형 자심(48) 및 자심(49)을 삽입하고, 그 선단을 맞대는 것에 의하여 도 4의 (b)에 나타내는 변압기가 완성된다.
이와 같은 변압기는 자심의 두께(T)에 코일의 권선두께(U,V)를 가한 치수가 전체의 두께(H)가 된다. 그러나, 대전류용 변압기의 경우는 코일의 단면적이 커져서 권선두께(U,V)가 증대되는 결과, 변압기의 두께(H)를 작게 할 수 없게 된다.
또, 코일의 소손(燒損)을 미연에 방지하기 위해, 서미스터 등의 감온소자를 코일에 밀접시켜 설치하는 경우에는 코일의 층간에 간극이 생겨서 권선두께(U,V)는 더욱 증대되고 있었다.
도 5는 코일의 권선으로서 평판형상의 도체를 사용하는 것에 의하여, 코일의 권선두께를 작게 하려고 한 것이다. 51은 중앙에 창(52)을 갖는 프린트기판으로서, 그 양면에 프린트기술에 의한 루프형상의 코일도체(53),(54)가 설치되어 있으며,이들 도체(53),(54)는 관통구멍(55)에서 직렬로 납땜되어 있다. 프린트기판(51)은 한 방향으로 돌출한 탭(56)을 가지며, 여기에 코일의 권선 개시단자(57) 및 권선 종료단자(58)가 설치되어 있다. 기판(51)의 양면에는 그 탭(56)을 제외한 부분과 동일한 형태로 각각 창(59),(60)을 갖는 절연시트(61),(62)가 중첩된다.
63은 이와 같이 프린트기판과 절연시트를 교호로 중첩시킨 적중(積重)물이다. 상기 적중물(63)에는 다시 절연시트(62), 기판(51) 및 절연시트(61)가 중첩되어 코일유닛(64)이 작성된다. 코일유닛(64)내에서는 각 기판의 권선 개시단자(57) 및 권선 종료단자(58)의 사이에서 소정의 결선이 납땜에 의해서 실시되어, 소망하는 권선회수의 1차코일 및 2차코일이 제작된다.
코일유닛(64)의 양면에는 각각 플랜지(65),(66)를 갖는 짧은 각통형의 보빈(67),(68)이 끼워지며, 다시 E자형 단면의 고주파 자심(69),(70)이 끼워져서 변압기가 완성된다.
여기서, 프린트기판(51) 및 절연시트(59),(60)의 창(52),(59),(60)의 치수는 짧은 각통형 보빈(67),(68)의 외부치수와 동일하고, 보빈(67),(68)을 맞대었을때의 플랜지(65),(66)의 간격은 코일유닛(64)의 높이와 동일하다. 또, 자심(69),(70)의 중앙다리의 단면치수는 보빈(67),(68)의 내부치수와 동일하다.
도 5에 나타낸 변압기에 있어서의 전류의 용량은 프린트기판(51)상에 형성된 도체의 단면적에 의존한다. 통상적으로, 프린트배선기술로 얻어지는 도체의 두께는 최대 0.1mm에서 제조코스트는 도체의 두께에 비례한다. 그리고, 도체의 두께가0.1mm정도로 되면, 도체의 형성공정 중에 기판의 만곡이나 변형이 발생하기 때문에, 기판자체의 두께를 1.0mm이하로 할 수 없게 된다. 따라서, 두께 1.0mm의 기판의 양면에 두께 0.1mm의 도체를 형성한 경우, 코일의 단면적 중에서 도체가 점하는 비율은 20%이하가 된다.
또, 도체를 형성할때 일어나는 개개의 기판의 일그러짐이 근소하여도, 이것을 필요한 매수만큼 중첩시켜 코일유닛(64)을 만들었을 경우에 부풀어 오르기 때문에, 보빈(67),(68)의 플랜지(65),(66)사이에 계산대로 수납되지 않는다. 이와 같이 하여 기판상호간에 간극이 생기면, 변압기의 통전시에 진동이나 소음을 발생시키게 된다.
또, 각 코일도체상호간의 납땜에 의한 접속도 대전류를 흘리는 경우에 신뢰성이 낮다. 따라서, 이와 같은 이유에 의하여 도 5에 나타낸 변압기는 1차측 입력이 200V로 2A정도가 실용상의 한계였었다.
그래서, 본 발명은 대전류에 견디는 박형의 고주파용 변압기를 실현시키려고 하는 것이다.
도 1은 본 발명을 실시한 고주파 대전류변압기의 분해사시도.
도 2는 도 1의 주요한 일부부품의 확대사시도.
도 3은 본 발명의 다른 간씩의 부품의 평면도이며, (a)는 절연시트, (b)는 판코일, (c)는 절연틀, (d)는 조립상태.
도 4는 종래의 고주파 대전류변압기의 1예를 나타내며, (a)는 분해사시도, (b)는 측면도.
도 5는 종래의 고주파 대전류변압기의 다른 예를 나타내는 분해사시도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1~6 ; 판코일 1a~6a ; 창
1b~6b ; 슬릿 1c~6c ; 권선 개시단자
1d~6d ; 권선 종료단자 7~17 ; 절연시트
7a~17a ; 창 18, 19 ; 자심(磁芯)
18a~19a ; 중앙다리 18b, 18c, 19b, 19c ; 오목홈
18d, 18e, 19d, 19e ; 양측다리
본 발명은 금속판에 의해 형성되며, 중앙에 창을 가지며 이 창으로부터 둘레테두리를 향해서 슬릿이 형성되며, 이 슬릿의 양측에 권선 개시단자와 권선 종료단자가 설치되어 있는 복수매의 판코일을 사용한다. 이들 판코일은 고압측 코일에서는 상호간에 절연시트를 끼고 중첩되거나 혹은 미리 편면 또는 양면에 절연시트를 첨부한 위에 중첩시키며, 서로 인접하는 판코일의 사이에서는 일방의 권선 종료단자와 타방의 권선 개시단자를 차례로 직렬 결합시킨다.
또, 저압측 코일에서는 1매 또는 복수매의 판코일을 소망하는 턴수 및 전류용량에 따라서 사용한다.
즉, 저압측 코일을 1턴시키는 경우는 전류용량이 충분하면, 판코일을 1매 사용하지만, 부족할 경우는 복수매를 병렬 결합시켜 사용한다.
또, 저압측 코일도 복수의 턴이 필요한 경우는 고압측 코일과 동일하게 판코일 상호간에 절연시트를 끼워 중첩시키며, 일방의 권선 종료단자와 타방의 권선 개시단자를 직렬로 결합시켜 사용한다.
상술한 바와 같이 하여 형성된 전압측 코일과 저압측 코일을 중첩시키면, 중앙에 창을 갖는 통형상의 코일유닛이 형성된다. 이것을 상기 창을 통과하는 부분을 갖는 자심과 사슬체결시킨다.
(실시예)
-발명의 실시형태-
복수매의 판코일 상호간의 직렬 또는 병렬의 결합은 나사고정, 리벳코킹, 용접, 및 납땜의 어느 방법에 의해 실시된다. 리벳코킹의 경우는 단자상호간의 결합이 불확실하기 때문에 전기저항이 크게 되기 쉬우나, 리벳코킹을 한 위에 납땜을 실시하는 것에 의하여 결합부분의 전기저항을 끌어내릴 수 있다.
자심의 형상으로서는 중앙다리의 양측에 각각 창을 끼고 양다리가 E자형으로 배치된 것이 적합하며, 상기 코일유닛은 상기 중앙다리를 에워싸고 상기 창내에 배치된다.
이 경우, 상기 절연시트의 폭은 상기 양다리사이의 간격에 거의 동일하며, 상기 절연시트의 창의 치수는 상기 중앙다리의 단면의 치수에 거의 동일하다. 그리고, 상기 판코일의 폭은 상기 절연시트의 폭보다 작고, 상기 판코일의 창의 폭 및 길이는 상기 절연시트의 창의 폭 및 길이보다 각각 큰 것이 바람직하며, 이와 같이 치수를 선택함으로서, 판코일이 자심에 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
판코일 및 절연시트의 폭을 상기와 같이 규정하는 대신에, 판코일 및 절연시트의 외부둘레테두리를 둘러싸고 절연틀을 설치하고, 이 절연틀의 내측면에 형성한 돌기를 상기 판코일 및 절연시트의 둘레테두리 위의 대응하는 위치에 형성한 오목부에 결합시켜도 좋고, 이에 의해, 절연시트에 대한 판코일의 위치결정을 실시함과 동시에, 판코일이 자심의 양다리부의 내측면에 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
또, 판코일의 온도를 측정하기 위해서는 일부의 판코일에 외부로 튀어나오게 한 귀부재를 설치하여, 이것에 감온소자를 부착하면 좋고, 이에 의해 감온소자를 설치하는 것으로 인한 코일의 두께가 증가하는 것을 회피할 수 있다.
-실시예-
도 1에 있어서, 1~6은 두께 0.5mm의 강판제의 장방형 판코일로서, 중앙에 각각 장방형의 창(1a~6a)을 가지며, 그 일변이 슬릿(1b~6b)에 의해 쪼개지며, 슬릿(1b~6b)의 양측으로부터 각각 귀부재의 변(1c~6c) 및 변(1d~6d)이 뻗어 있다. 이들 귀부재의 변 가운데, 1c~6c는 각 판코일의 권선 개시단자이며, 1d~6d는 권선 종료단자이다.
또, 7~17은 두께 0.2mm의 내열성 절연시트로서, 중앙에 장방형의 창(7a~17a)을 갖는다. 18 및 19는 예를 들면, 페라이트와 같은 고주파 자심으로서, 중앙다리(18a),(19a)의 양측에 각각 오목홈(18b), (18c), (19b), (19c)을 가지며, 또, 그 외측에 외측다리(18d),(18e),(19d),(19e)를 가지고 있다.
도 2는 도 1에 있어서의 판코일(1),(2)과, 절연시트(9),(10),(11)와 자심(18),(19)을 확대하여 나타낸다. 각 판코일은 슬릿(1b),(2b)의 위치 및 귀부재(1c),(1d),(2c),(2d)의 위치가 다른 것을 제외하고는 동일한 치수이며, 각 절연시트(9),(10),(11)는 모두 동일한 형태이다.
판코일(1)의 길이(A) 및 폭(B)은 각각 절연시트(9)의 길이(C) 및 폭(D)보다 각각 약간씩 작고, 판코일(1)의 창(1a)의 길이(E) 및 폭(F)은 절연시트(9)의 창(9a)의 길이(G) 및 폭(H)보다 약간씩 크다. 따라서, 판코일(1)을 절연시트에 중첩시킬 때는 판코일(1)의 외주로부터 절연시트(9)의 둘레테두리부가 바깥쪽으로 비어져 나오며, 또한, 판코일(1)의 창(1a)의 안쪽으로 절연시트(9)의 창(9a)의 둘레테두리부가 비어져 나오게 된다.
또, 자심(18)의 중앙다리(18a)의 길이(J) 및 폭(K)은 절연시트(9)의 창(9a)의 길이(G) 및 폭(H)과 각각 동일하며, 자심(18)의 외측다리(18d),(18e)의 간격(L)은 절연시트(9)의 폭(D)과 동일하고, 자심(19)도 이와 동일한 형태이다.
따라서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 절연시트(7),(8),(9), 판코일(1), 절연시트(10), 판코일(2), 절연시트(11), 판코일(3), 절연시트(12),(13),(14), 판코일(4),(5),(6), 절연시트(15),(16),(17)의 순서로 이들을 중첩시킬때에는 4각의 통형 코일블록이 형성된다. 그리고 그 상하로부터 자심(18),(19)을 끼워 삽입시킬때에는 절연시트(7~17)만이 자심(18),(19)에 접촉하며, 판코일(1~6)은 자심(18),(19)에서 격리된다.
또는 판코일(1),(2),(3),(4),(6)에 절연시트(9),(10),(11),(14),(15)를 미리 접착제에 의해 접합시키며, 그 위에서 도 1에 나타내는 순서로 중첩시키거나. 또는 판코일(1),(2),(3)은 각 양면에 절연시트를 미리 접착제에 의해 접합시켜 놓고나서 중첩시켜도 좋으며, 이와 같이 함으로써, 판코일과 절연시트와의 위치관계가 어긋나서 판코일이 자심(18)에 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
자심(18),(19)의 오목홈(18b),(18c),19b),(19c)의 깊이(M)는 4각 통형상의 코일블록의 높이의 1/2에 상당하도록 정해지는 바, 코일블록의 높이가 너무 높거나, 너무 낮거나 하는 경우는 절연시트(7~17)의 매수를 조절한다.
조립을 마치면, 판코일(1)의 권선 종료단자(1d)와 판코일(2)의 권선 개시단자(2c) 및 판코일(2)의 권선 종료단자(2d)와 판코일(3)의 권선 개시단자(3c)를 각각 접속시키며, 판코일(1)의 권선 개시단자(1c)와 판코일(3)의 권선 종료단자(3d)에 단자 쇠붙이부속을 설치하는 것에 의해 고압의 1차코일이 완성되며, 판코일(4),(5),(6)의 권선 개시단자(4c),(5c),(6c)끼리를 접속시키며, 권선 종료단자(4d),(5d),(6d)끼리를 서로 접속시키는 것에 의해 저압의 2차코일이 완성된다.
상기한 판코일끼리 사이의 접속은 대전류에 의해 발열하기 쉽기 때문에, 나사고정, 리벳고정, 용접, 납땜 등으로 확실하게 실시할 필요가 있으며, 리벳고정에는 납땜을 병용하여 전기저항의 저하를 꾀하는 것이 바람직하다.
상술한 실시예에서는 판코일의 폭을 20mm, 두께를 0.5mm로 하면, 그 단면적은 10mm2가 됨으로, 1차코일은 약 50A의 통전이 가능하다. 또, 2차코일은 3매의 판코일을 병렬결합하고 있기 때문에, 약 150A의 통전이 가능하다. 그리고 코일유닛의 두께를 10mm이내로 그치게 할 수 있기 때문에, 이것에 자심을 조합시킨 전체 높이가 25mm정도로 억제된 박형의 변압기를 실현시킬 수 있다.
도 1에 있어서의 판코일(5)에는 귀부재(5e)가 돌출 형성되며, 이것에 감온소자(20)가 설치되어 있다. 도면의 편의상, 도 2에서는 판코일(1)에 귀부재(1e)가 형성되며, 이것에 감온소자(20)가 설치되어 있다.
이와 같이 코일도체에 감온소자를 설치한 결과, 코일온도를 시간지연없이 정확히 파악할 수 있게 되며, 게다가 이들 귀부재는 코일유닛으로부터 바깥쪽으로 돌출하고 있기 때문에, 코일유닛의 두께를 전혀 증대시키지 않고 코일온도의 검출이 가능하게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 도 3의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 판코일(1)의 폭(B) 및 절연시트(9)의 폭(D)은 서로 동일하며, 판코일(1)의 창(1a)의 길이(E) 및 폭(F)은 각각 절연시트(9)의 창(9a)의 길이(G) 및 폭(H)보다 크다. 그리고, 판코일(1) 및 절연시트(9)의 긴 변의 외연의 소정위치에 오목부(31),(32) 및 오목부(33),(34)가 각각 형성되어 있다.
도 3의 (c)에 나타내는 35는 단면이 ㄷ자형의 절연틀이며, 그 높이는 도 2에 나타낸 지심(18),(19)의 오목홈(18b),(18c) 및 오목홈(19b),(19c)의 깊이(M)의 2배와 같고, 상기 틀의 양 소매(袖)(35a),(35b)사이의 간격(N)은 판코일(1)의 폭(B) 및 절연시트(9)의 폭(D)과 동일하다.
그리고, 상기 양 소매(35a),(35b)의 외면사이의 거리(O)는 자심(18)의 양다리(18d),(18e)의 간격(L)과 동일하다. 상기 양 소매(35a),(35b)의 내부측면에는 돌출부(36),(37)가 각각 형성되어 있다.
이와 같은 판코일 및 절연시트를, 예를 들면 도 1에 나타내는 바와 같은 형태로 중첩시키면, 오목부(31),(32),(33),(34)는 1열로 정렬되며, 이 외부측에 절연틀(35)을 끼우면, 상기 돌출부(36),(37)는 각각 상기 오목부(31),(33), 오목부(32),(34)에 걸려 결합된다. 그리고, 이것을 도 3의 (d)에 나타내는 바와 같이 자심(18),(19)에 결합시킬 수 있다.
이 실시예에서는 오목부(31),(32),(33),(34)와 돌출부(36),(37)에 의해서 판코일과 절연시트와의 위치관계가 규제되기 때문에, 판코일의 창과 절연시트의 창의 치수의 차이가 작아도, 판코일이 자심에 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
이상의 실시예에서 명확한 바와 같이, 본 발명에 의한 고주파 대전류용 변압기는 금속판 도체로 형성된 소요매수의 판코일과 절연시트를 적중시켜 소요 권선 수의 코일을 형성한 것이기 때문에, 코일단면 중에서의 도체의 면적점유율을 높일 수 있으며, 따라서, 대전류용 변압기의 소형화, 박형화에 공헌할 수 있다.

Claims (8)

  1. 금속판에 의해 형성되며, 중앙에 창을 가지며, 이 창으로부터 둘레테두리를 향하여 슬릿이 형성되며, 이 슬릿의 양측에 권선 개시단자와 권선 종료단자가 설치되어 있는 복수매의 판코일을, 상호간에 절연시트를 끼고 교호로 중첩시키거나 혹은 판코일의 편면 또는 양면에 절연시트를 첨부한 것을 중첩시키며, 서로 인접하는 판코일 사이에서 일방의 권선 종료단자와 타방의 권선 개시단자를 차례로 직렬 결합시켜 소요의 권수의 고압측 코일을 형성하며, 상기와 동일한 판코일의 1매 또는 복수매에 의해서 형성된 저압측 코일과 상기 고압측 코일을 중첩시켜, 이것에 양 코일의 상기 창을 통과하는 자심을 사슬체결(鎖交)시켜 이루어지는 고주파 대전류변압기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 권선 종료단자와 상기 권선 개시단자의 직렬결합은 나사고정, 리벳코킹, 용접 및 납땜의 어느 방법에 의하는 것을 특징으로 하는 고주파 대전류변압기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 권선 종료단자와 상기 권선 개시단자의 결합은 리벳코킹한 다음, 납땜을 실시한 것을 특징으로 하는 고주파 대전류변압기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자심은 중앙다리와 그 양측에 위치하는 외측다리를 가지며, 또한 상기 중앙다리와 양측다리의 사이에 각각 창이 존재하는 日자형을 이루고 있으며,
    상기 양 코일은 상기 중앙 다리를 에워싸고 그 양측의 상기 창 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 대전류변압기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 절연시트의 폭은 상기 자심의 상기 양측다리의 간격과 거의 동일하며,
    상기 절연시트의 상기 창의 치수는 상기 중앙다리의 단면 치수와 거의 동일한 것을 특징으로 하는 고주파 대전류변압기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 판코일의 폭은 상기 절연시트의 폭보다 작고, 상기 판코일의 창의 폭 및 길이는 상기 절연시트의 창의 폭 및 길이보다 각각 큰 것을 특징으로 하는 고주파 대전류변압기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 판코일의 바깥둘레테두리를 에워싸는 절연틀을 설치하며, 이 절연틀의 내측면에 돌기를 형성하고, 상기 코일의 대응하는 위치에 이 돌기가 결합하는 오목부를 형성하며,
    상기 절연틀의 폭을 상기 자심의 양측다리의 간격과 거의 동일하게 선택한 것을 특징으로 하는 고주파 대전류변압기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 판코일의 적어도 1매에 외측을 향해서 튀어나오는 귀부재를 형성하며, 이 귀부재에 감열소자를 설치한 것을 특징으로 하는 고주파 대전류변압기.
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