KR100477397B1 - 자심 제어형 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 자심 제어형 변압기는, 자로 형성을 위한 코어와, 그 코어에 감긴 1차측 및 2차측 코일을 구비하는 변압기에 있어서, 상기 코어는 E자 형태의 고정형 코어로 구성되어 그 E자형 코어의 중심부 가지에는 전원입력측의 1차 코일이 감기고, 중심부 가지의 양편에 위치하는 각 가지에는 전원출력측의 2차 코일이 감기며, E자형 코어의 대략 중심부에는 3개의 코어단부와 대면하여 좌우 회전이 가능하도록 원호형의 별도의 회전코어가 설치되어, 이 별도의 회전코어의 좌우 회전에 따라 1차측 코일에 의해 유도되어 2차측 코일쪽으로 흐르는 자속의 양을 제어함에 따라 2차측 코일에 유도되어 출력되는 전압의 크기를 다양하게 조절하여 출력할 수 있도록 구성되어 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 메인 코어 외에 별도의 회전형 코어를 마련하여 그 회전형 코어의 회전에 따라 2차측 코일로 흐르는 자속의 양을 다양하게 변화시켜 줌으로써 2차 코일에 유도되는 전압의 크기를 제어하는 방식이므로, 변압기로 출력되는 2차 전압을 기존의 권선형 변압기보다 훨씬 더 미소하게 제어할 수 있고,기존의 변압기+슬라이닥스의 사용에 의하던 전압제어가 단지 자심 제어형 변압기 한 대로 대체가 가능하여 그에 따른 비용 절감의 효과가 있다.

Description

자심 제어형 변압기{Magnetic core controlled transformer}

본 발명은 변압기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 코일이나 권수비에 크게 의존하지 않고 1차측에 유도되어 2차측에 전달되는 코어의 자속밀도량을 변환시킴으로써 슬라이닥스의 역할을 겸하는 한편 1차측에 유도되는 자속밀도를 제어함으로써 전압을 승압 혹은 강압하여 2차측에 전달할 수 있는 자심 제어형 변압기에 관한 것이다.

일반적으로, 전기ㆍ전자 제품 및 기기에 전원을 공급하는 전원공급장치의 경우, 규소 강판의 유도 코어 위에 감긴 1차측 코일에 전압을 공급하게 되는데, 이때 코일의 굵기나 권선비에 따라 2차측에 유도되는 전압이 결정되고, 2차측에 유도된 전압을 기기나 전자제품이 공급받게 된다. 이렇게 사용되는 변압기는 전자유도법칙을 이용한 장치로서, 코일의 권수비에 따라 승압이나 강압이 매우 간단히 이루어지는 편리함이 있는 반면에, 일단 변압이 결정되면 영구적인 고정으로 별도의 슬라이닥스를 이용해야만 전압 가변이 가능하다. 또한, 슬라이닥스를 이용한다 하더라도 현재의 슬라이닥스는 텝절환 방식이므로, 일정한 전압의 폭을 갖고 있으며, 전압 가변을 위해 전원을 차단해야 하는 단점이 있다.

본 발명은 이상과 같은 종래 변압기 사용에 있어서의 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 코일이나 권수비에 크게 의존하지 않고 1차측에 유도되어 2차측에 전달되는 코어의 자속밀도량을 변환시킴으로써 슬라이닥스의 역할을 겸하는 한편 1차측에 유도되는 자속밀도를 제어함으로써 전압을 승압 혹은 강압하여 2차측에 전달할 수 있는 자심 제어형 변압기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자심 제어형 변압기는, 자로 형성을 위한 코어와, 그 코어에 감긴 1차측 및 2차측 코일을 구비하는 변압기에 있어서,

상기 코어는 E자 형태의 고정형 코어로 구성되어 그 E자형 코어의 중심부 가지에는 전원입력측의 1차 코일이 감기고, 중심부 가지의 양편에 위치하는 각 가지에는 전원출력측의 2차 코일이 감기며, E자형 코어의 대략 중심부에는 3개의 코어단부와 대면하여 좌우 회전이 가능하도록 원호형의 별도의 회전코어가 설치되어, 이 별도의 회전코어의 좌우 회전에 따라 1차측 코일에 의해 유도되어 2차측 코일쪽으로 흐르는 자속의 양을 제어함에 따라 2차측 코일에 유도되어 출력되는 전압의 크기를 다양하게 조절하여 출력할 수 있도록 구성되어 있는 점에 그 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 자심 제어형 변압기의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자심 제어형 변압기는, 자로 형성을 위한 코어(101)와, 그 코어(101)에 감긴 1차측 코일(102) 및 2차측 코일(103)(104)을 구비한다. 상기 코어(101)는 E자 형태의 고정형 코어로 구성되어 그 E자형 코어(101)의 중심부 가지에는 전원입력측의 1차 코일(102)이 감기고, 중심부 가지의 양편에 위치하는 각 가지에는 전원출력측의 2차 코일(103)(104)이 각각 감기며, E자형 코어(101)의 대략 중심부에는 3개의 코어단부와 대면하여 좌우 회전이 가능하도록 원호형의 별도의 회전코어(105)가 설치되어, 이 별도의 회전코어(105)의 좌우 회전에 따라 1차측 코일(102)에 의해 유도되어 2차측 코일(103)(104)쪽으로 흐르는 자속의 양을 제어함에 따라 2차측 코일(103)(104)에 유도되어 출력되는 전압의 크기를 다양하게 조절하여 출력할 수 있도록 구성된다.

여기서, 상기 E자형 코어(101)는 규소 강판을 적층하여 제작하거나 아모포스 (amorphous) 철심 재질로 제작되며, 상기 회전코어(105)는 도시된 바와 같이, 상기 E자형 코어(101)의 3개의 코어단부와 대면하는 일정 영역까지는 대반경의 원호형 외관을 가지고, 그 대반경의 원호부위를 제외한 나머지 영역은 그 대반경의 원호형 부위에서 단차지게 깎여 내려가 대반경의 원호형 부위에 비해 상대적으로 반경이 작은 소반경의 원호 부위를 이루는 형태로 구성된다.

그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 자심 제어형 변압기를 이용하여 전압을 제어하는 방식에 대해 설명해 보기로 한다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 자심 제어형 변압기를 이용한 입력전압 대비 출력전압이 높은 "+" 전압 제어방식을 보여주는 도면이다.

도 2a를 참조하면, 이는 본 발명의 자심 제어형 변압기에 있어서 회전코어 (105)가 정위치에 있는 상태로서 1차측 코일(102)을 통해 전압이 입력될 경우, 전자유도에 의한 자속이 2차측 코일(103)(104)의 코어부(S1,S2측)로 그대로 전달되어 S1, S2측의 양자간에 유도되는 자속의 차이는 "0"가 된다. 따라서, 출력단에는 입력전압의 두 배의 전압이 출력된다.

다음에 도 2b와 같이, 회전코어(105)가 좌측으로 일정 각도 회전하여 S2측의 코어단부에 그 대면부위가 1/2 정도 연결될 경우, P측의 코어에 의해 유도된 자속의 1/2 만이 S2측의 코어로 전달된다. 이때는 S1측이 1, S2측이 1/2이 되므로 양자간의 차이는 1/2이 된다. 따라서, 입력전압 대비 최대 출력전압은 입력전압의 (1+0.5)배가 된다. 이때, 입력전압이 220V일 경우 출력전압은 330V(=220V+110V)가 되고, 입력전압이 110V이면 출력전압은 165V(110V+55V)가 된다.

도 2c와 같이, 회전코어(105)가 좌측으로 더욱 회전하여 회전코어(105)의 대면부위가 S2측의 코어단부와 연결되지 않을 경우, 전달되는 자속은 S1=1, S2=0이므로 입력전압과 출력전압이 동일하게 된다. 즉, 입력전압이 220V일 경우 출력전압도 220V가 되는 것이다.

한편, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 자심 제어형 변압기를 이용한 입력전압 대비 출력전압이 낮은 "-" 전압 제어방식을 보여주는 도면이다.

이 "-" 전압 제어방식은 회전코어(105)를 우측으로 회전시키게 되는 점이 상기 "+" 전압 제어방식과 우선 다르다. 즉, 회전코어(105)를 우측으로 점차적으로 회전시킴에 따라 P1측에 유도된 자속은 그 회전각도에 대응하여 S2측으로 유도되게 된다. 이에 따라 상기 도 2a 내지 도 2c에서와 마찬가지로 S1, S2측에 유도되는 자속의 양이 달라지는데, 병렬 트랜스포머와 같은 회로를 적용하면서 단지 전압이 작아진다는 것이다.

도 3a의 경우는 회전코어(105)가 정위치에 있는 형태로서 입력전압이 그대로 S1, S2에 전달되어 양자간의 차이는 "0"가 된다. 즉, 입력전압의 두 배가 출력되는 형태이다.

도 3b와 같이, 회전코어(105)가 오른쪽으로 회전하여 S1측에 1/2정도 연결되었다면, P에 의해 유도된 자속밀도의 1/2이 S1에 전달되는 것이다. 따라서, S1=1/2이 되고, S2=1이 된다. 즉, 입력전압의 1/2이 2차측에 공급되게 되어, "-" 전압제어가 가능하게 된다.

도 3c와 같이, 회전코어(105)가 오른쪽으로 더욱 회전하여 회전코어(105)의 대면부위가 S1측에는 연결되지 않게 되면, P측에 의해 유도된 자속이 S1측으로 전달되지 않는다. 따라서, S1=0이 되고, S2=1이 되는 것이다. 즉, S1-S2= -1이 되므로, 병렬 트랜스포머의 회로에 따라 2차측에 유도되는 전압은 S1, S2가 상쇄되어 입력전압만큼 "-"가 된다.

이상과 같이 회전코어(105)의 좌우 회전각의 변화에 따라 2차측에 출력되는 전압의 "+", "-"로의 제어가 가능할 뿐만이 아니라, 여러 가지 각도의 분해능에 따라 출력전압을 더욱 미세하게 제어할 수 있게 된다.

한편, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자심 제어형 변압기를 이용한 전압 제어방식을 보여주는 도면이고, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자심 제어형 변압기를 이용한 전압 제어방식을 보여주는 도면이다.

먼저 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자심 제어형 변압기는 자로 형성을 위한 코어와, 그 코어에 감긴 1차측 및 2차측 코일을 구비하는 변압기에 있어서, 상기 코어는 각 변의 중심부로부터 사각형의 중심을 향해 각각 돌출 형성된 다수의 돌출부(401a∼401d)를 갖는 사각형 형태의 고정코어 (401)와 그 고정코어(401)의 중심부에 설치되는 회전코어(402)로 구성된다.

상기 다수의 내향 돌출부(401a∼401d) 중 대향하는 한 쌍의 돌출부(401a) (401c)에는 전원입력측의 1차 코일(403a)(403b)이 각각 감기고, 그 1차 코일(403a) (403b)이 감긴 돌출부(401a)(401c)의 좌우측에 위치하는 사각형 고정코어(401)의 몸체 부위에는 전원출력측의 2차 코일(404a)(404b)(405a)(405b)이 각각 감기며, 상기 회전코어(402)의 좌우 회전에 따라 고정코어(401)와 회전코어(402)의 대면 부위의 면적에 변화를 줌으로써 1차측 코일(403a)(403b)에 의해 유도되어 2차측 코일 (404a)(404b)(405a)(405b)쪽으로 흐르는 자속의 양을 제어함에 따라 2차측 코일 (404a)(404b)(405a)(405b)에 유도되어 출력되는 전압의 크기를 다양하게 조절하여 출력할 수 있게 된다. 여기서, 상기 돌출부(401a∼401d)의 개수는 4개, 8개, 12개, 16개 등으로 다양하게 변경 응용이 가능하다.

또한, 상기 회전코어(402)는 회전중심축에 대하여 부채형의 자속제어영역이 상호 대칭적으로 형성된, 양단부는 돌출되고 그 사이의 중간부위는 오목한 형태의 실패형 구조로 구성된다.

도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자심 제어형 변압기는 자로 형성을 위한 코어와, 그 코어에 감긴 1차측 및 2차측 코일을 구비하는 변압기에 있어서, 상기 코어는 원의 중심을 향해 상호 소정 간격 이격되어 각각 돌출 형성된 다수의 돌출부를 갖는 원형 고정코어(501)와 그 고정코어(501)의 중심부에 설치되는 회전코어(502)로 구성된다.

상기 다수의 내향 돌출부 중 서로 이웃하지 않는 복수의 돌출부(본 예시에서는 상호 120°간격으로 위치하는 3개의 돌출부)에는 전원입력측의 1차 코일 (503a∼503c)이 각각 감기고, 그 1차 코일(503a∼503c)이 감긴 돌출부들을 제외한 나머지 돌출부들에는 전원출력측의 2차 코일(504a∼504c)(505a∼505c)이 각각 감기며, 상기 회전코어(502)의 좌우 회전에 따라 고정코어(501)와 회전코어(502)의 대면 부위의 면적에 변화를 줌으로써 1차측 코일(503a∼503c)에 의해 유도되어 2차측 코일 (504a∼504c)(505a∼505c)쪽으로 흐르는 자속의 양을 제어함에 따라 2차측 코일 (504a∼504c)(505a∼505c)에 유도되어 출력되는 전압의 크기를 다양하게 조절하여 출력할 수 있게 된다. 여기서, 상기 돌출부의 개수는 4개, 9개, 13개, 17개 등으로 다양하게 변경 응용이 가능하다.

또한, 상기 회전코어(502)는 회전중심축에 대하여 3개의 원호형의 자속제어영역이 상호 등간격으로 형성되어 있는, 3개의 돌기를 갖는 실패형 구조로 구성된다.

이상과 같은 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 자심 제어형 변압기에 의해 전압을 제어하는 원리는 상기 도 2a 내지 도 2c와 도 3a 내지 도 3c를 참조하면서 설명한 바와 동일하다. 따라서, 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 자심 제어형 변압기는 종래 코일 권선비 고정형이나 탭절환에 의한 코일 권선비 변환 방식이 아니라, 메인 코어 외에 별도의 회전형 코어를 마련하여 그 회전형 코어의 회전에 따라 2차측 코일로 흐르는 자속의 양을 다양하게 변화시켜 줌으로써 2차 코일에 유도되는 전압의 크기를 제어하는 방식이므로 다음과 같은 장점 및 효과가 있다.

첫째, 변압기로 출력되는 2차 전압을 기존의 권선형 변압기보다 훨씬 더 미소하게 제어할 수 있다.

둘째, 기존의 변압기+슬라이닥스의 사용에 의하던 전압제어가 단지 자심 제어형 변압기 한 대로 대체가 가능하여 그에 따른 비용 절감의 효과가 있다.

셋째, 일정한 전압 유지를 위해서 사용하던 자동전압조정기(AVR)의 대체까지 가능하여 저렴한 비용으로 큰 경제적인 이득을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자심 제어형 변압기의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 자심 제어형 변압기를 이용한 입력전압 대비 출력전압이 높은 "+" 전압 제어방식을 보여주는 도면.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 자심 제어형 변압기를 이용한 입력전압 대비 출력전압이 낮은 "-" 전압 제어방식을 보여주는 도면.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자심 제어형 변압기를 이용한 전압 제어방식을 보여주는 도면.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자심 제어형 변압기를 이용한 전압 제어방식을 보여주는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101...E자형 고정형 코어 102...1차측 코일

103,104...2차측 코일 105...회전코어

401,501...고정코어 402,502...회전코어

403a,403b...1차 코일 404a,404b,405a,405b...2차 코일

401a∼401d...돌출부 503a∼503c...1차 코일

504a∼504c, 505a∼505c...2차 코일

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 자로 형성을 위한 코어와, 그 코어에 감긴 1차측 및 2차측 코일을 구비하는 변압기에 있어서,

   상기 코어는 각 변의 중심부로부터 사각형의 중심을 향해 각각 돌출 형성된 다수의 돌출부를 갖는 사각형 형태의 고정코어와 그 고정코어의 중심부에 설치되는 회전코어로 구성되며, 상기 다수의 내향 돌출부중 대향하는 한 쌍의 돌출부에는 전원입력측의 1차 코일이 각각 감기고, 그 1차 코일이 감긴 돌출부의 좌우측에 위치하는 사각형 고정코어의 몸체 부위에는 전원출력측의 2차 코일이 각각 감기며, 상기 회전코어의 좌우 회전에 따라 고정코어와 회전코어의 대면 부위의 면적에 변화를 줌으로써 1차측 코일에 의해 유도되어 2차측 코일쪽으로 흐르는 자속의 양을 제어함에 따라 2차측 코일에 유도되어 출력되는 전압의 크기를 다양하게 조절하여 출력할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 자심 제어형 변압기.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 회전코어는 회전중심축에 대하여 부채형의 자속제어영역이 상호 대칭적으로 형성된, 양단부는 돌출되고 그 사이의 중간부위는 오목한 형태의 실패형 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 자심 제어형 변압기.
5. 삭제
6. 삭제