KR100469988B1 - 변압기 - Google Patents

Abstract

투자성 재료를 포함하는 자심(11)과, 자심(11) 주위에 감겨지는 제1감기 도전선(16)과, 자심(11) 주위에 감겨지는 제2감기 도전선(18)을 가지며, 상기 제1감기 도전선(16)에 가해지는 전압 변화량과 상기 제2감기 도전선(18)에 유기되는 전압 변화량이 서로 다르게 되도록, 자심(11) 주위에 감겨지는 제1감기 도전선(16)의 권선수와 제2감기 도전선(18)의 권선수를 서로 달리 한다. 변압기는 또한, 상기 자심(11) 내에 제1자속을 발생시키기 위한 자석(21, 23, 25)을 구비한 자속 발생기를 가지며, 상기 제1감기 도전선(16)과 제2감기 도전선(18) 중 적어도 한 쪽에 가해지는 직류 전력 성분에 의해 생기는 상기 자심(11)내 제2자속의 방향과, 상기 자심(11)내의 제1자속의 방향이 서로 마주봄으로써, 자심(11) 내의 자속 밀도가 감소되도록 자속 발생기를 배치한다.

Description

변압기{TRANSFORMER}

본 발명은 입력 교류 전력의 전압 변화량에 대하여 출력 교류 전력의 전압 변화량을 다르게 하기 위한 변압기에 관한 것으로서, 특히, 입력 교류 전력과 출력 교류 전력의 적어도 한 쪽이 직류 성분을 포함하는 변압기에 관한 것이다.

종래의 변압기는, 투자성(透磁性) 재료를 포함하는 자심(磁芯)과, 자심 주위에 감겨지는 제1감기 도전선(導電線)과, 자심 주위에 감겨지는 제2감기 도전선을 가지며, 제1감기 도전선에 가해지는 전압 변화량과 제2감기 도전선에 유기되는 전압 변화량이 다르도록, 자심 주위에 감겨지는 제1감기 도전선의 권선수(捲線數)와 자심 주위에 감겨지는 제2도전선의 권선수를 서로 다르게 하고, 자심에 발생하는 자속(磁束)의 크기에 따라서, 자심의 자속 통과 횡단면적을 조절하고 있다.

본 발명의 목적은 자심내에 여기(勵起)되는 자속 밀도가 자심의 포화 자속밀도에 도달하는 것이 억제되는 변압기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 변압기는 투자성 재료를 포함하는 자심(참조번호 11로 나타냄)과, 자심 주위에 감겨지는 제1감기 도전선(참조번호 16으로 나타냄)과, 자심 주위에 감겨지는 제2감기 도전선(참조번호 18로 나타냄)을 가지며, 제1감기 도전선에 가해지는 전압 변화량과 제2감기 도전선에 유기되는 전압 변화량이 다르도록, 자심 주위에 감겨지는 제1감기 도전선의 권선수와 자심 주위에 감겨지는 제2감기 도전선의 권선수가 서로 다른 변압기이다.

변압기는 또한, 자심내에 제1자속을 발생시키기 위한 자석(참조번호 21, 23, 25로 나타냄)을 구비한 자속 발생기를 가지며, 제1감기 도전선과 제2감기 도전선의 적어도 한 쪽에 가해지는 직류 전력 성분에 의해 생기는 제2자속의 자심내의 방향과, 상기 제1자속의 자심내의 방향이 서로 대면하여, 자심내의 자속 밀도를 감소시키도록 자속 발생기가 배치된다.

본 발명에 있어서는, 제1감기 도전선과 제2감기 도전선의 적어도 한 쪽에 가해지는 직류 전력 성분(도 16에 나타냄)에 의해 생기는 제2자속의 자심내의 방향과, 자석에서 발생하는 제1자속의 자심내의 방향이 서로 대면하여, 자심내의 자속 밀도를 감소시키도록 자속 발생기가 배치되므로, 자심의 자속 통과 횡단면적을 증가시키지 않고도 자심내에 여기되는 자속 밀도가, 자심의 포화 자속 밀도에 도달하는 것을 억제할 수 있다. 환언하면, 제1감기 도전선과 제2감기 도전선 중 적어도 한 쪽에 가해지는 직류 전력 성분에 의해 생기는 제2자속의 크기에 따라서 자석이 발생하는 제1자속의 크기를 조절함으로써, 자심의 자속 통과 횡단면적을 증가시키지 않고 자심내에 여기되는 자속 밀도가 자심의 포화 자속 밀도에 도달하는 것을 억제할 수 있다. 자석은 영구자석이라도 좋고, 전자석이라도 무방하다.

자심은, 약간의 간격을 두고 서로 마주보는 한 쌍의 단부(端部) 표면(참조번호11e로 나타냄)을 구비해서, 단부 표면 사이에 자기(磁氣) 갭(gap)을 형성하면, 변압기의 리액턴스를 자유로이 설정할 수 있다. 자속 발생기는 자기 갭내에 배치해도 좋다. 자속 발생기는 자기 갭과 자기적으로 직렬로 배치되어 자심과 함께 자기 회로를 형성해도 좋다. 자속 발생기는 자기 갭과 자기적으로 병렬로 배치되어 자심과 함께 자기회로를 형성해도 좋다. 자속 발생기는 자기 갭 외부에 배치되어도 좋다. 자속 발생기를 자기 갭과 자기적으로 병렬로 배치하면, 자석은 제1자속을 효율적으로 자심내에 발생시킴과 아울러, 제1감기 도전선과 제2감기 도전선 중 적어도 한 쪽에 가해지는 전류에 의해 발생되는 자속이 자속 발생기를 통과하는 것이 억제되며, 자석의 전기적 열화를 억제할 수 있다.

자속 발생기는 자성 재료(예를 들면, 투자성 재료 혹은 강자성 재료)로 형성됨과 아울러 제1자속의 주요 부분이 이것을 통과하는 자속 통과 표면(참조번호 21p, 23p, 24p, 25p로 나타냄)을 가지며, 단부 표면중 한 쪽과 자속 통과 표면은 제1자속의 주요 부분이 단부 표면중 한 쪽과 자속 통과 표면을 통과하도록 평행으로 연장되는 한편 서로 마주보는 형상이라도 무방하다. 자속 통과 표면은 제1자속의 주요 부분이 단부 표면의 적어도 한 쪽을 통과하는 것을 억제하도록, 단부 표면의 적어도 한 쪽으로 평행으로 연장되는 것이 방지됨과 아울러, 단부 표면의 적어도 한 쪽과 마주보는 것이 방지되어 있으면, 자석은 제1자속을 효율적으로 자심내에 발생시킨다. 자심은 단부 표면에 대하여 평행으로 연장되는 것이 방지됨과 아울러, 제1자속의 주요 부분이 통과하는 자속 수신 표면(참조번호 11p로 나타냄)을 가지며, 자속 통과 표면과 자속 수신 표면이 자속 통과 표면과 자속 수신 표면을 그 제1자속의 주요 부분이 통과하도록 서로 평행으로 연장되는 동시에 서로 마주보게 되면, 제1자속은 효율적으로 자심과 자속 발생기 사이를 진행하며, 자기 갭내를 통과하는 것이 억제된다. 자속 수신 표면은 단부 표면에 대하여 대략 직각으로 연장하는 것이 바람직하다.

자속 통과 표면이 자속 수신 표면에 대하여 약간 이동할 수 있으면, 자심의 진동 혹은 변형이 이 자속 발생기에 전달되는 것이 억제된다.

자심은 제1공통 가상면 위를 연장 혹은 상호 평행으로 연장하고, 또한 공통의 제1방향에 있어 종단(終端)이 되는 한 쌍의 자속 수신 표면을 가지며, 자속 발생기는 제2공통 가상면상을 연장 혹은 서로 평행으로 연장하고, 또한 공통의 제2방향에 있어 종단이 되는 자성 재료로 형성됨과 아울러 제1자속의 주요 부분이 통과하는 한 쌍의 자속 통과 표면을 가지며, 제1자속의 주요 부분이 자속 수신 표면중 한 쪽으로부터 한 쌍의 자속 통과 표면을 거쳐, 자속 수신 표면의 다른 한쪽까지 통과하도록, 공통의 제1방향과 공통의 제2방향이 서로 마주봄으로써, 자속 통과 표면중 한 쪽은 자속 수신 표면중 한 쪽에 대하여 평행으로 연장됨과 아울러 자속 수신 표면중 다른 한 쪽에 대해서 마주보게 되면, 자속 발생기는 자심의 한쪽 옆에 정확히 근접되게 배치될 수 있다. 자속 통과 표면은 자속 수신 표면에 대하여 약간 이동할 수 있으면, 자심의 진동 혹은 변형이 이 자속 발생기에 전달되는 것이 억제된다. 자석의 N-S극 방향이 상기 자기 갭을 통과하는 자속의 방향에 대하여 대략 직각이면, 제1자속은 자기 갭내를 통과하는 것이 억제된다.

자속 발생기는 제1자속의 주요 부분이 통과하는 투자성 부재(참조번호 22, 24로 나타냄)를 가지며, 제1자속의 주요 부분이 투자성 부재 내를 통과하는 방향에 직각인 가상 평면상의 투자성 부재의 횡단면적은 단부 표면의 한쪽 면적의 20-40%인 것이 바람직하다. 자속 발생기는 자심에 대하여 탄성적으로 압착되므로, 자심의 진동 혹은 변형이 당해 자속 발생기에 전달되는 것이 억제되고, 또한 자속 발생기는 자심에 대해 정확히 근접되게 배치될 수 있다. 자심은 오목부(참조번호 11d로 나타냄)를 가지며, 자석은 오목부내에 수용되면, 제1자속은 효율적으로 자심과 이 자속 발생기 사이를 진행하는 동시에, 자기 갭내를 통과하는 것이 억제된다. 투자성 부재는 자석에 대하여 탄성적으로 압착하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 고전압 발생용 변압기의 요부 단면도,

도 2는 자석의 자기 특성도.

도 3은 각주형 자석의 사시도.

도 4는 원주형 자석의 사시도.

도 5는 다른 자석을 사용한 도 1의 요부 확대도.

도 6은 다른 자석의 예를 설명하는 도 1의 요부 확대도.

도 7은 자석의 다른 취부 위치를 설명하는 도 1의 요부 확대도.

도 8은 자석을 곡면으로 형성하여 장착한 예를 나타내는 도면.

도 9는 다리 부분에 오목부를 형성하여 자석을 장착한 예를 나타내는 도면.

도 10은 본 발명의 실시형태 2에 의한 자석 홀더의 사시도이다.

도 11은 자석 홀더의 다른 예를 설명하는 사시도.

도 12는 자석 홀더를 자심에 장착한 상태를 설명하는 사시도.

도 13은 다른 자석 홀더를 자심에 장착하는 상태를 설명하는 사시도.

도 14는 또 다른 자석 홀더를 자심에 장착한 상태를 설명하는 사시도.

도 15는 장착 고리의 요부 확대도.

도 16은 1차측 권선과 2차측 권선의 적어도 한 쪽에 발생하는 전류 변화를 나타내는 선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 자심 16 : 제1감기 도전선

18 : 제2감기 도전선 22 : 페라이트

(실시형태 1)

이하, 도면에 의거하여 본 발명의 실시형태 1을 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 고전압 발생용 변압기의 요부 단면도로서, 예컨대, 후술하는 도 12의 X-X선에 따른 단면도이다. 도 1에 있어서, 11은 자심으로서, 제작을 용이하게 하기 위해 대략 C자 모양으로 형성된 두개의 자심(11)을 서로 마주보도록 붙여 폐자로(閉磁路)를 구성한다. 자심(11)은 일반적으로, 분말형 투자성 재료 또는 강자성 재료를 성형 및 소성(燒成)하여 제작하는데, 형상을 자유로이 성형하는 동시에, 과전류 손상을 줄이기 위한 것이다. 자심(11) 중에서, 권선을 장착하는 쪽의 권선다리 부분(11a)은 원주(圓柱)로 형성하며, 그 외의 다리 부분은 원주 또는 각주(角柱)로 형성한다. 권선 다리 부분(11a, 11b)을 연결하는 연결부(11c)는 양 다리 부분을 매끄럽게 연결하는 형상으로 성형한다. 자심(11)을 향해 일치시킨 접속부에는 갭(12, 13)이 형성되어 자속이 흐르게 된다. 갭(12, 13) 사이에는 갭 스페이서(14)를 삽입한다. 갭 스페이서(14)는 권선의 인덕턴스를 목적 범위로 제한하기 위해 사용된다. 그러므로, 그 재질은 구리, 폴리에스테르 필름 등의 비자성 재료에서 선택된다. 또한 자심의 진동 소음을 방지함과 더불어, 고무계 접착제로 대용하는 것도 가능하다.

15는 1차측 보빈으로서, 1차측 권선(16)을 감아 놓는다. 1차측 보빈(15)은 마주보고 결합된 권선 다리 부분(11a) 전 길이에 걸쳐지며, 갭(13)을 타고 넘어 자심(11) 가까운 쪽(내층)에 장착한다. 17은 2차측 보빈으로서, 2차측 권선(18)을 감아 놓는다. 2차측 보빈(17)은 자심(11)으로부터 먼 쪽(1차측 보빈15의 외층쪽)에 장착한다. 2차측 보빈(17)의 전 길이는 1차측 보빈과 대략 동일하며, 마주보고 붙은 권선 다리 부분(11a)의 전 길이에 걸쳐서, 갭(13)을 타고 넘어 장착한다. 1차측 보빈(15) 및 1차측 권선(16)과 2차측 보빈(17) 및 2차측 권선(18)은 외장 케이스(19)에 수용된다. 한편, 외장 케이스(19)의 내부에는 절연용 수지(20)를 충전한다.

21a, 21b는 자석으로서, 강자성체, 예컨대 이방성 페라이트 자석으로 착자(着磁)한 것이다. 자석(21a, 21b)은 다리 부분(11b)의 단부(端部) 측면(11p)에 접착제에 의해 부착된다. 자석(21a, 21b)의 다른 쪽 단면(端面)에는 페라이트(22)가 접착제에 의해 부착된다. 결국, 자석(21a)과 자석(21b)을 접속하여, 갭(12)을 페라이트(22)로 바이패스한다. 한편, 페라이트(22)는 투자율이 높은 자성체이면 좋으며, 예컨대 철편 등을 사용하여 구성해도 좋다. 즉, 자석(21a, 21b)과 페라이트(22)로 구성된 바이패스 자기 회로에 의해 역자기(逆磁氣) 바이어스를 부가하는 것이다.

자석(21a, 21b)의 각각의 자극 방향은 직렬로 배치한다. 예를 들면, 자석(21a)의 S극쪽을 자심에 접촉시킨 경우, N극쪽을 페라이트(22)에 접촉시키며, 다른 한쪽의 자석(21b)은 N극쪽을 자심(11)에 접속시키고, S극쪽을 페라이트(22)에 접촉되도록 한다. 이때, 자석(21a, 21b)과 페라이트(22)로 구성되는 자기 회로에 의해 발생하는 자속의 방향이 1차측 권선(16)과 2차측 권선(18)의 적어도 한 쪽이 자심(11)에 유기하는 직류 전류 성분에 의한 자속의 방향과 반대가 되도록 배치한다.

이로써, 권선에 흐르는 직류 전류로 인한 자기 바이어스를 자석(21a, 21b)의 역자기 바이어스에 의해 제거할 수 있다. 따라서, 자심(11)의 단면적은 고전압을 유기하는 데 필요한 펄스 전류에 대한 자속 밀도를 확보할 수 있으면 된다. 여기서, 종래와 같은 자심(11)의 단면적이면, 보다 큰 펄스 전류를 얻어 고전압측 출력 전력을 크게 할 수 있다. 혹은 역으로, 자심(11)의 단면적을 작게 해도 고전압측 출력 전력을 얻을 수 있기 때문에 고전압 발생용 변압기를 소형화하는 것이 가능하다.

이어서, 본 발명의 자기 회로의 동작에 대하여 설명한다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 1차측 권선과 2차측 권선중 적어도 한 쪽에 직류 전력 성분이 중첩되며, 또한 1차측 권선에 고전압 출력 전력의 1차측 변환계산 값의 직류 전류가 중첩된다. 본 발명은 이들 직류 전류에 의한 자기 바이어스에 대하여 자석(21a, 21b)과 페라이트(22)에 의한 역자기 바이어스를 가해서 자심(11)의 자속 밀도를 감소시키는 것이다.

여기서, 갭의 영향을 검증한다. "갭(12)의 갭길이 >> 갭(13)의 갭길이"로 되는 구조이면, 실질적으로 갭(12)의 1개소로 된다. 한편, 갭(12)의 자기 저항은 자석(21a, 21b)과 페라이트(22)에 의한 자기 저항에 비해 10배 이상 커지기 때문에, 자석(21a, 21b)이 발생시킨 자속의 대부분(시험적으로 계산하면, 5/6 이상)이 자심(11)을 통과하게 된다. 따라서, 자심(11)에 역자기 바이어스를 효율적으로 가할 수 있다.

한편, 페라이트(22)의 단면적은 역자기 바이어스의 자속에 대하여 포화를 일으키지 않는 단면적으로 설정한다. 그러나, 바람직한 단면적은 갭(12)의 갭 길이, 자심(11)의 자속에 의해 변동하기 때문에, 경험적으로 자심(11)의 단면적에 대하여 20% 내지 40%의 범위로 설정한다.

아울러, 자석에 대한 운반이나 보관시의 환경 영향을 고려할 필요가 있다. 예를 들면, 자석으로 이방성 페라이트를 선정한 경우, 상온보다 낮은 온도로 할 때, 비가역적 자속 밀도 변화가 초래된다. 이는 저온 감자(減磁)로 불리는 영구 감자로 된다. 잔류 자속 밀도의 온도 계수는 마이너스, 보자력(保磁力)(Hc)의 온도 계수는 플러스 특성을 갖기 때문에, 자석의 온도가 저하함으로써 감자 곡선의 변곡점은 퍼미언스 계수가 높아지는 쪽으로 이동한다. 변곡점보다 상방의 큰 퍼미언스 계수의 직선 부분에 있어서는 가역적 변화이지만, 변곡점보다 하방의 퍼미언스 계수가 작은 동작점에서는 비가역적 변화로 되어 감자가 발생한다.

도 2는 자석의 자기 특성도이다. 예컨대 도 2에 있어서, 20℃에 있어 변곡점보다 a점(퍼미언스 계수 P1)에서 동작점을 설정해도, -40℃에 있어서는 b점으로 이동하기 때문에, Ba-Bb의 비가역 감자가 일어난다. 이상으로, 동작점의 퍼미언스 계수와 변곡점의 퍼미언스 계수가 같은 온도 근방으로부터 저온 감자가 발생한다. 따라서, -40℃에 있어서의 감자를 방지하기 위해서는, 감자 곡선의 변곡점보다 상방의 퍼미언스 계수(P2)에서의 동작점 설정이 필요하게 된다. 또한, 자심(11)의 형상 설계에 병행하여 자석의 형상을 설계하면, 그 자석 형상에 관한 퍼미언스 계수를 구하여, 상기 감자 곡선의 변곡점보다 상방의 퍼미언스 계수(P2)로 되는 조건을 만족시키는 자기 특성을 갖는 재료(보자력(Hc)이 큰 재료)를 선택하는 것으로 한다.

여기서, 단일체(單一體) 자석의 퍼미언스 계수는 자석의 형상에 의해 결정되는 양상을 설명한다. 도 3은 각주형 자석의 사시도이다. 퍼미언스 계수(P)는, 각주형 자석의 경우, 다음 식으로 표시된다.

(식 1)

l : 횡폭, m : 종폭, n : 두께, S : 정수

또한, 도 4는 원주형 자석의 사시도이다. 원주형 자석의 경우, 퍼미언스 계수(P)는 다음 식으로 표시된다.

(식 2)

q : 직경, p : 두께, S : 직경

이상으로부터, 두께를 크게 하면 퍼미언스 계수는 크게 됨을 알 수 있다.

본 발명의 고전압 발생용 트랜스에 사용된 자석을 일례로 하여 퍼미언스 계수를 검증한다. 예를 들면, 두께 3.3 mm, 한 변의 길이 8 mm 각의 자석(23)을 2개 사용하는 경우, 페라이트(22)로 연결되어 있기 때문에 2배 해서 수식 1에 대입하면, 퍼미언스 게수는 다음과 같이 산출된다.

(식 3)

= 1.279

한편, 정수 S=1.2의 값은 재료 제조업체로부터 제공된다.

결과적으로, P=1.279의 퍼미언스 계수를 얻는다. 따라서, 목적의 환경 최저 온도의 자기 특성을 재료 제조업체로부터 얻어, P=1.279의 퍼미언스 계수가 환경 최저 온도에 있어서 감자 곡선의 변곡점보다 상방으로 되는 조건을 만족시키는 재료를 선택함으로써 저온 감자를 피할 수 있다.

감자와 관련하여, 자석 단일체보다도 자심(11)에 부착된 상태쪽이 감자율은 작아진다. 자심에 부착됨으로써 퍼미언스 계수가 크게 안정한 상태로 되기 때문이다. 따라서, 다리 부분(11b)의 형상은, 단일체 자석을 자심(11)에 밀착시킬 수 있기 때문에, 원주형보다도 각주형이 바람직하다. 아울러, 다리 부분(11b)의 단부에 오목부를 형성하여 단일체 자석을 자심(11)에 감싸이게 하면, 단일체 자석으로부터의 누설 자속을 자심(11)에 흡수할 수 있어 더욱 효과적이다.

한편, 이상의 설명에서는 2개의 자석을 사용한 경우를 예로 했다. 그러나, 역자기 바이어스의 강도에 따라서는 2개의 자석을 필요로 하지 않는 것도 있다. 여기서, 그 외의 자석의 예를 설명한다. 도 5는 다른 자석을 사용한 도 1의 요부 확대도이다. 도 5에 있어서, 23은 하나의 자석이다. 24a, 24b는 동일한 페라이트이다. 결국, 도 1에 있어서의 자석(21b)을 페라이트(24b)로 치환한 것이다. 한편, 페라이트(24a)와 페라이트(24b)를 일체화시켜 형성하는 것도 가능하다.

또한 역으로, 보다 강한 역자기 바이어스의 강도를 필요로 하는 경우도 있다. 여기서, 다른 자석의 예를 설명한다. 도 6은 기타의 자석의 예를 설명하는 도 1의 요부 확대도이다. 도 6에 있어서, 25a, 25b, 25c, 25d 각각은 자석이다. 복수의 자석(25a, 25b) 및 자석(25c, 25d)을 같은 자극 방향으로 하여, 다리 부분(11b)의 단부의 같은 쪽 면에 배열할 수도 있다. 또한, 이 예에 한정되지 않고, 2개 이상의 자석을 배열하는 것도 가능하다. 이렇게 함으로써, 자석의 종횡폭과 두께의 관계로써 퍼미언스 계수를 증가시킬 수 있는 효과도 얻게 된다.

한편, 자석을 부착하는 위치는 다른 쪽 면이라도 무방하다. 도 7은 자석의 다른 부착 위치를 한 경우를 설명하는 도 1의 요부 확대도이다. 도 1의 부착 위치 대신, 자심(11)의 다리 부분(11b) 단부로서 다른 쪽 면의 위치에 설치해도 무방하다. 따라서, 실제 장착 상태에 따라, 부착 위치를 적절히 변경할 수 있으며, 자기 회로를 변경하는 것이 아니기 때문에 어느 위치에서든 동일한 효과를 얻게 된다.

덧붙여, 이상의 예에서 본 바와 같이, 자심(11)의 다리 부분(11b)은 각주형인 것이 제일 바람직하지만, 원주형의 만곡된 면이라도, 자석의 평면부를 자심의 곡면에 맞추면 된다. 도 8은 자석을 곡면으로 형성하여 장착한 예를 나타내는 도면이다. 도 8에 있어서, 23a, 23b는 자석으로서, 다리 부분에의 접촉면을 다리 부분(11b)의 곡면에 맞추어 곡면으로 형성한 것이다.

혹은, 다리 부분(11b)의 단부에 오목부(11d)를 형성하여, 자석을 자심(11)에 감싸이도록 해도 무방하다. 도 9는 다리 부분에 오목부를 형성하여 자석을 장착한 예를 나타내는 도면이다. 도 9에 있어서, 자심(11)의 다리 부분(11b)에는 오목부(11d)가 형성되어 있다. 이 오목부(11d)에 자석(23)을 맞추어서 장착한 것이다.

이상에서 예시한 각각의 자석 및 페라이트는 일반적으로, 자심(11)에 접착제로 고정되어 있다. 또한, 열수축성의 수지 튜브로 코팅해도 무방하다. 이로써 운송상의 충격 등에 의해 탈락되는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 동일한 목적으로, 테이프 등으로 코팅해도 좋다.

(실시형태 2)

이상에서 예시한 자석의 장착, 고정 방법중 어느 것도, 고전압 발생용 변압기의 완성후에 순차적으로 고정 작업을 하게 된다. 여기서, 자석의 고정 작업을 경감하는 예를 이하에 설명한다. 즉, 자석 및 페라이트를 미리 자석 홀더에 조립해 두고, 이 자석 홀더를 자심에 고정시키는 것이다.

도 10은 본 발명의 실시형태 2에 있어, 자석 홀더의 사시도이다. 도 10에 있어서, 33은 자석 홀더로서, 상자 모양의 형틀로 형성된 수지 성형품이다. 전술한 자석(21a, 21b) 및 페라이트(22)를 자석 홀더(33)에 삽입하여, 고정한다.

자석 홀더(33)의 재질은 고리 형상을 갖기 때문에, 기계적 강도 및 탄성을 필요로 한다. 또한, 고전압 발생용 변압기가 TV 수상기 등에 사용되는 환경을 감안하여, 내습성, 내유성이 필요하다. 이상의 조건 때문에, 폴리 부틸렌 텔레후탈레이트(이하, PBT라 함), 변성 폴리 페닐렌 옥사이드(이하, PPHOX라 함), 폴리 카보네이트(이하, PC라 함), 폴리 프로필렌(이하, PP라 함) 등의 플라스틱류가 바람직하다. 본 발명에서는 PBT를 사용했지만, 전술한 조건을 만족시키는 것이면, 재료의 선정은 상기 종류로 제한을 받지는 않는다.

다음으로, 자석 홀더(33)의 구조를 설명한다. 상자 모양의 형틀 내부 바닥에는 자석(21a, 21b)의 위치를 고정시키기 위한 벽(34)을 갖는다. 벽(34)의 높이는 자석(21a, 21b)의 두께보다 낮도록 하고, 확실히 자석(21a, 21b)과, 그 위에 부착되는 페라이트(22)의 접촉이 가능하게 된다.

또한, 자석 홀더(33)의 상자 모양 형틀의 바닥면에는 구멍(35)이 형성되어 있다. 자석(21a, 21b)의 극성 표시로서, N극쪽에 색 마크(mark)가 붙어 있다. 이 색 마크는 자석(21a, 21b)을 자석 홀더(33)에 삽입한 후에도 확인할 수 있도록 하기 위한 것이다. 조립 작업자는 자석 홀더(33)의 바닥면에 형성된 극성 확인 구멍(35)에 의해 시각적으로 자석(21a, 21b)의 극성을 확인할 수 있다.아울러, 자석(21a, 21b)에 대한 극성 표시는 편자극 또는 양자극을 극성이 명확히 되도록 표시하면 좋다. 예를 들면, 색 마크에 제한됨이 없이, 잉크나 테이프, 각인 등에 의해 시각 마크 또는 촉각 마크를 실시해도 무방하다.

나아가, 자석 홀더(33)의 상자 모양 형틀 일부를 돌출시켜 그 선단부에 손톱 모양의 고리부를 형성한 고정 고리(37)를 복수개 갖고 있다. 도 10의 예에서는, 길이 방향으로 2개 형성되어 있다. 자석 홀더(33)내에 자석(21a, 21b)을 삽입한 다음, 그 위에 페라이트(22)를 부착한다. 고정 고리(37)는 페라이트(22)의 상면에 맞물리며, 자석(21a, 21b) 위에 페라이트(22)를 밀착시켜 고정한다. 한편, 자석(21a, 21b) 및 페라이트(22)를 고정시키기 위해서 자석 홀더(33) 내에 접착제를 봉입하거나, 또는 접착제를 도포해도 좋다. 또한, 자석 홀더(33)에 테이프를 붙여 고정하거나, 열수축성 수지 튜브 등으로 고정해도 무방하다.

자석 홀더(33)의 상자 모양 형틀의 일부를 바닥쪽으로 돌출시켜 그 선단부에 손톱 모양 고리부를 형성한 복수개의 장착 고리(36)를 만든다. 도 10의 예에서는, 바닥쪽에 4개 형성되어 있다. 자석 홀더(33)를 자심(11)에 부착함에 있어서, 자석 홀더(33)를 자심(11)에 대해 압착하면, 장착 고리(36)는 자심(11)과 맞물리게 하고, 자석 홀더(33)를 자심(11)에 밀착시켜 고정한다. 장착 고리(36)는 4개 형성되어 있으나, 1개 이상이면 빠짐 방지를 겸한 고정이 가능하다. 또한 장착만이 목적이라면, 손톱 모양이 아니어도 무방하다. 한편, 접착제에 의한 고정이나, 열수축성 수지 튜브에 의한 고정을 단독으로, 또는 장착 고리(36)에 의한 고정과 병행해도 관계 없다.

아울러, 자석 홀더(33)를 자심(11)에 밀착시킴에 있어서, 구멍(35)의 재료 두께는 한정하는 바는 아니지만 얇은 편이 좋다. 그런데, 자석(21a, 21b)을 직접 자심(11)에 접촉시키면, 자심(11)의 동작 진동에 의하여 잡음이 생길 염려가 있다. 한편, 자석 홀더(33)의 재료 두께를 적절히 설정함으로써 완충재의 기능을 다할 수 있다. 자석 홀더(33)에 사용하는 성형 재료의 종류에 따라서, 그 두께를 0.1 mm에서 1.5 mm 사이로 설정하는 것이 실용적이다. 자석(21a, 21b)과 자심(11) 사이에 재료 두께가 존재함으로 인해 자기 저항이 생기기는 하지만, 자석(21a, 21b)의 세기를 보정함으로써 자기 저항의 영향을 흡수할 수 있다.

또한, 자석 홀더(33)에 자석(21a, 21b)을 삽입함에 있어서, 극성을 바르게 하는 것이 매우 중요하다. 여기서, 자석의 역삽입을 방지하는 구조를 설명한다.

도 11은 자석 홀더의 그 밖의 예를 설명하는 사시도이다. 도 11에 있어서, 26a 및 26b는 각각 자석이다. 도 10에서 설명한 자석(21a, 21b)과 비교하여, 자극에 따라 직방체(直方體)의 소정의 각(角) 부분을 제거(모서리의 모따기 가공)한 것이다. 또한, 자석 홀더(38)의 상자 모양 형틀의 바닥에는 그 각 부분에 모서리 살붙임부(39a, 39b)가 형성되어 있다. 자석(26a, 26b)의 각 부분 제거와 각 부분 살붙임부(39a, 39b)가 서로 대응하므로, 자극 배치가 반대로 되는 경우에는 자석(26a, 26b)을 삽입할 수가 없게 된다. 한편, 상기 각 부분의 제거와 살붙임부의 조합에 한정됨이 없이, 자석에 홈이나 요철(凹凸) 등을 형성하고 자석 홀더(38)의 대응 부분을 조합함으로써 자극의 역배치를 방지해도 무방하다.

다음, 자석 홀더(33)를 자심(11)에 정확히 위치 결정하기 위한 구조를 설명한다. 도 12는 자석 홀더를 자심에 장착하는 상태를 설명하는 사시도이다. 자석 홀더(33)를 자심(11)에 장착할 때, 자석(21a, 21b)과 갭(12)을 중앙으로 하여 상하로 배치되도록 부착한다. 이를 위해, 외장 케이스(19)에 기준면(40)을 형성하고, 자석 홀더(33)의 단면(端面)(41)을 기준면(40)에 맞닿도록 하여 부착한다. 한편, 외장 케이스(19)를 대신하여 자심(11)에 기준면(40)을 형성해도 무방하고, 단면(41)을 대신하여 자석 홀더(33)에 별도 접촉면을 형성해도 좋다.

도 13은 그 밖의 자석 홀더를 자심에 장착하는 상태를 설명하는 사시도이다. 도 13에 있어서, 자석 홀더(33)의 바닥면인 자심(11)과의 접촉면에 위치 규제용 돌출부(44)를 형성한다. 자석 홀더(33)를 자심(11)에 부착함에 있어 돌출부(44)가 갭(12)과 맞물리기 때문에, 자석 홀더(33)의 고정 위치가 정확히 구분되는 효과가 있다.

도 14는 또한 그 밖의 자석 홀더를 자심에 장착하는 상태를 설명하는 사시도이다. 도 14에 있어서, 외장 케이스(19)와 자심(11) 사이의 간격 치수(C)에 대하여, 자심(11)을 향한 작은 쪽 장착 고리(42)의 폭을 치수 A로, 큰 쪽 장착 고리(43)의 폭을 치수 B로 하여, A < C, C < B가 되도록 하고 있다. 결국, 자석 홀더(33) 좌우에 형성된, 자심(11)을 향한 장착 고리(42, 43)의 크기를 달리 하고 있다. 큰 쪽의 장착 고리(43)(치수 B)가 외장 케이스(19)와 자심(11) 사이의 간격(치수 C)으로 들어가지 못하도록 함으로써, 부착 방향이 틀리지 않도록 하는 효과가 있다.

아울러, 상하 방향이 시각적으로 구분되도록 자석 홀더(33)에 상하를 명확히 구분할 수 있는 마크를 병용해도 무방하다.

이상 예시한 각각의 자석 홀더는 어느 것도 자석 홀더의 오장착 방지기구로서의 기능을 갖는 것이다. 자석 홀더의 장착 방향을 틀리게 하여 자심(11)에 장착하면 자심(11)에 자기 바이어스가 부가되기 때문에, 단순한 인위적 실수를 방지하는 관점에서도 중요한 오장착 방지기구이다.

도 15는 장착 고리의 요부 확대도이다. 장착 고리의 형상은 장착을 보다 확실히 하기 위하여 이하의 치수 조건을 만족시키도록 하고 있다. 지금, 자심(11)의 각부(角部)에 모따기(C면 컷트나 R 가공)가 행하여져 있는 경우, 장착 고리(36)의 돌기 치수는 자심(11)의 C면 컷트나 R 가공의 치수보다도 큰 돌기 치수로 되어 있다. 결국, D < E, F < G의 조건을 장착 고리(36)의 돌기치수가 만족시키고 있는 것이다.

마찬가지로, 페라이트(22)의 각부에도 C면 컷트나 R 가공이 행해져 있는 경우, 고정 고리(37)의 돌기 치수는 페라이트(22)의 C면 컷트나 R가공 치수보다도 큰 돌기 치수로 되어 있다.

한편, 이상의 설명은 모두 C형 자심을 조합하여 구성한 고전압 발생용 변압기를 예로 하여 설명했다. 그러나, 본 발명은 C형 자심의 조합에 한정하여 해석되지 않으며, 자심을 조합하여 변압기를 구성하는 경우에도 응용 가능한 바, 예컨대, CI형 자심이나 EI형 자심에도 응용 가능한 것임은 물론이다.

또한, 자석의 세기, 형상에 지장이 없으면, 자석(21a, 21b) 및 페라이트(22)로 구성된 바이패스 자기회로 대신, 이들을 일체화한 강자성체에 필요한 착자를 행하여도 같은 효과를 얻을 수 있는 점 또한 재차 설명할 필요도 없다.

자심(11)은 근소한 간격을 사이에 두고서 서로 마주보는 한 쌍의 단부 표면(11e)을 가지며, 단부 표면(11e) 사이에 자기 갭을 형성한다. 자석(21, 23, 25)이 발생시키는 자속의 주요 부분은 자심(11)과 마주보는 자석(21, 23, 25) 및/또는 투자성 부재로서의 페라이트(24)의 자속 통과 표면(21p, 23p, 24p, 25p), 아울러, 자석(21, 23, 25) 및/또는 투자성 부재로서의 페라이트(24)와 마주보는 자심(11)의 자속 수신 표면(11p)을 통과한다. 즉, 자속 통과 표면(21p, 23p, 24p, 25p)과 자속 수신 표면(11p)은 근접하여 서로 마주보거나 혹은 서로 접촉하여, 자석(21, 23, 25)이 발생시키는 자속의 주요 부분을 통과시킨다.

이상과 같이, 본 발명에 따르면, 자심내에 여기되는 자속 밀도가 자심의 포화 자속밀도에 도달하는 것을 억제할 수 있는 최적의 변압기를 얻는 효과가 있다.

Claims (23)

1. 투자성 재료를 포함하는 자심(11)과, 자심(11) 주위에 감겨지는 제1감기 도전선(16)과, 자심(11) 주위에 감겨지는 제2감기 도전선(18)을 가지며, 상기 제1감기 도전선(16)에 가해지는 전압 변화량과 상기 제2감기 도전선(18)에 유기되는 전압 변화량이 다르도록, 상기 자심(11) 주위에 감겨지는 제1감기 도전선(16)의 권선수와 상기 자심(11) 주위에 감겨지는 제2감기 도전선의 권선수를 서로 다르게 한 변압기로서,

   상기 자심(11) 내에 제1자속을 발생시키기 위한 자석(21, 23, 25)을 갖는 자속 발생기를 구비하며, 상기 제1감기 도전선(16) 과 제2감기 도전선(18)중 적어도 한 쪽에 가해지는 직류 전력 성분에 의해 생기는 제2자속의 상기 자심(11) 내의 방향과, 상기 제1자속의 자심(11)내의 방향이 서로 마주봄으로써, 자심(11) 내의 자속 밀도가 감소되도록 상기 자속 발생기를 배치하되,

   상기 자심(11)은 약간의 간격을 두고서 서로 마주보는 한 쌍의 단부 표면(11e)을 가지고, 이들 단부 표면(11e) 사이에 자기 갭을 형성하며,

   상기 자속 발생기는 자성 재료로 형성됨과 아울러, 상기 제1자속이 통과하는 자속 통과 표면(21p, 23p, 24p, 25p)을 가지며, 상기 자속 통과 표면(21p, 23p, 24p, 25p)은 상기 제1자속이 단부 표면(11e)중 적어도 한 쪽을 통과하는 것을 억제하도록, 상기 단부 표면(11e)중 적어도 한 쪽과 평행으로 연장하는 것이 방지됨과 아울러, 상기 단부 표면(11e)중 적어도 한 쪽과 마주보는 것이 방지되고,

   상기 자심(11)은 상기 단부 표면(11e)에 대하여 평행으로 연장되는 것이 방지됨과 아울러, 상기 제1자속이 통과하는 자속 수신 표면(11p)을 가지며, 상기 자속 통과 표면(21p, 23p, 24p, 25p)과 상기 자속 수신 표면(11p)이 자속 통과 표면(21p, 23p, 24p, 25p)과 자속 수신 표면(11p)을 상기 제1자속이 통과하도록 서로 평행으로 연장됨과 아울러 서로 마주보며,

   상기 자속 통과 표면(21p, 23p, 24p, 25p)은 상기 자속 수신 표면(11p)에 대하여 미소(微少)이동 가능한 것을 특징으로 하는 변압기.
2. 제1항에 있어서, 상기 자석(21, 23, 25)은 영구자석인 것을 특징으로 하는 변압기.
3. 제1항에 있어서, 상기 자석(21, 23, 25)은 전자석인 것을 특징으로 하는 변압기.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 자속 발생기는 상기 자기 갭과 자기적으로 직렬로 배치되어 상기 자심(11)과 함께 자기 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 변압기.
6. 제1항에 있어서, 상기 자속 발생기는 상기 자기 갭과 자기적으로 병렬로 배치되어 상기 자심(11)과 함께 자기 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 변압기.
7. 제1항에 있어서, 상기 자속 발생기는 자성 재료로 형성됨과 아울러, 상기 제1자속이 통과하는 자속 통과 표면(21p, 23p, 24p, 25p)을 가지며, 상기 제1자속이 단부 표면(11e)중 한 쪽과 상기 자속 통과 표면(21p, 23p 24p, 25p)을 통과하도록, 상기 단부 표면(11e)중 한 쪽과 자속 통과 표면(21p, 23p 24p 25p)이 서로 평행으로 연장됨과 아울러, 서로 마주보는 것을 특징으로 하는 변압기.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제1항에 있어서, 상기 자속 수신 표면(11p)은 상기 단부 표면(11e)에 대하여 거의 직각으로 연장되는 것을 특징으로 하는 변압기.
11. 삭제
12. 제1항에 있어서, 상기 자심(11)은 제1공통 가상면상을 연장 혹은 평행으로 연장됨과 아울러, 공통의 제1방향에 있어 종단으로 되는 한 쌍의 자속 수신 표면(11p)을 가지며, 상기 자속 발생기는 제2공통 가상면상을 연장 혹은 평행으로 연장됨과 아울러, 공통의 제2방향에 있어 종단으로 되고, 자성 재료로 형성되는 동시에 상기 제1자속이 통과하는, 한 쌍의 자속 통과 표면(21p 23p, 24p, 25p)을 가지며,

    상기 제1자속이 상기 자속 수신 표면(11p) 중 한 쪽으로부터 한 쌍의 자속 통과 표면(21p, 23p, 24p, 25p)을 거쳐 상기 자속 수신 표면(11p) 중 다른 한 쪽까지 통과하도록 상기 공통 제1방향과 공통 제2방향이 서로 마주봄으로써, 상기 자속 통과 표면(21p, 23p, 24p, 25p)의 한 쪽은 상기 자속 수신 표면(11e)의 한 쪽에 대하여 평행으로 연장됨과 아울러, 상기 자속 수신 표면(11p)의 한 쪽과 마주보며, 상기 자속 통과 표면(21p, 23p 24p, 25p) 중 다른 한 쪽은 상기 자속 수신 표면(11p) 중 다른 한 쪽에 대하여 평행으로 연장됨과 아울러, 상기 자속 수신 표면(11p) 중 다른 한 쪽과 마주보는 것을 특징으로 하는 변압기.
13. 삭제
14. 제6항에 있어서, 상기 자석(21, 23, 25)의 N-S극 방향은 상기 자기 갭을 통과하는 자속 방향에 대하여 거의 직각인 것을 특징으로 하는 변압기.
15. 제6항에 있어서, 상기 자속 발생기는 제1자속이 통과하는 투자성 부재(22, 24)를 가지며, 상기 제1자속이 투자성 부재를 통과하는 방향과 직각인 가상 평면상의 투자성 부재의 횡단면적은 상기 단부 표면(11e) 중 한 쪽 면적의 20-40%인 것을 특징으로 하는 변압기.
16. 제1항에 있어서, 상기 자속 발생기는 상기 자심(11)에 대하여 탄성적으로 압착되는 것을 특징으로 하는 변압기.
17. 제1항에 있어서, 상기 자심(11)은 오목부(11d)를 가지며, 상기 자석(21, 23, 25)은 그 오목부(11d) 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 변압기.
18. 제15항에 있어서, 상기 투자성 부재(22, 24)는 자석(21, 23, 25)에 대하여 탄성적으로 압착되는 것을 특징으로 하는 변압기.
19. 투자성 재료를 포함하는 자심(11)과, 자심(11) 주위에 감겨지는 제1감기 도전선(16)과, 자심(11) 주위에 감겨지는 제2감기 도전선(18)을 가지며, 상기 제1감기 도전선(16)에 가해지는 전압 변화량과 상기 제2감기 도전선(18)에 유기되는 전압 변화량이 다르도록, 상기 자심(11) 주위에 감겨지는 제1감기 도전선(16)의 권선수와 상기 자심(11) 주위에 감겨지는 제2감기 도전선의 권선수를 서로 다르게 한 변압기로서,

    상기 자심(11) 내에 제1자속을 발생시키기 위한 자석(21, 23, 25)을 갖는 자속 발생기를 구비하며, 상기 제1감기 도전선(16) 과 제2감기 도전선(18)중 적어도 한 쪽에 가해지는 직류 전력 성분에 의해 생기는 제2자속의 상기 자심(11) 내의 방향과, 상기 제1자속의 자심(11)내의 방향이 서로 마주봄으로써, 자심(11) 내의 자속 밀도가 감소되도록 상기 자속 발생기를 배치하되,

    상기 자심(11)은 제1공통 가상면상을 연장 혹은 평행으로 연장됨과 아울러, 공통의 제1방향에 있어 종단으로 되는 한 쌍의 자속 수신 표면(11p)을 가지며, 상기 자속 발생기는 제2공통 가상면상을 연장 혹은 평행으로 연장됨과 아울러, 공통의 제2방향에 있어 종단으로 되고, 자성 재료로 형성되는 동시에 상기 제1자속이 통과하는, 한 쌍의 자속 통과 표면(21p 23p, 24p, 25p)을 가지며, 상기 제1자속이 상기 자속 수신 표면(11p) 중 한 쪽으로부터 한 쌍의 자속 통과 표면(21p, 23p, 24p, 25p)을 거쳐 상기 자속 수신 표면(11p) 중 다른 한 쪽까지 통과하도록 상기 공통 제1방향과 공통 제2방향이 서로 마주봄으로써, 상기 자속 통과 표면(21p, 23p, 24p, 25p)의 한 쪽은 상기 자속 수신 표면(11e)의 한 쪽에 대하여 평행으로 연장됨과 아울러, 상기 자속 수신 표면(11p)의 한 쪽과 마주보며, 상기 자속 통과 표면(21p, 23p 24p, 25p) 중 다른 한 쪽은 상기 자속 수신 표면(11p) 중 다른 한 쪽에 대하여 평행으로 연장됨과 아울러, 상기 자속 수신 표면(11p) 중 다른 한 쪽과 마주보고,

    상기 자속 통과 표면(21p, 23p, 24p, 25p)은 자속 수신 표면(11p)에 대하여 미소 이동 가능한 것을 특징으로 하는 변압기.
20. 제19항에 있어서, 상기 자석(21, 23, 25)은 영구자석인 것을 특징으로 하는 변압기.
21. 제19항에 있어서, 상기 자석(21, 23, 25)은 전자석인 것을 특징으로 하는 변압기.
22. 제19항에 있어서, 상기 자속 발생기는 상기 자심(11)에 대하여 탄성적으로 압착되는 것을 특징으로 하는 변압기.
23. 제19항에 있어서, 상기 자심(11)은 오목부(11d)를 가지며, 상기 자석(21, 23, 25)은 그 오목부(11d) 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 변압기.