KR101031589B1 - 변압기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 변압기에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 변압기는 자성재료로 이루어진 코어(200)와; 상기 코어(200)에 교대로 감기는 1차코일(300)과 2차코일(400); 및 상기 1차코일(300) 또는 2차코일(400)에서 상기 코어(200)로의 열전달을 차단하거나 상기 1차코일(300) 또는 2차코일(400)에서 발생된 열을 냉각할 수 있도록 구성된 방열냉각부(600); 를 포함하여 구성되며, 상기 방열냉각부(600)는 상기 코어(200)에 감기어 상기 1차코일(300) 또는 2차코일(400)에서 상기 코어(200)로의 열전달을 차단하는 열전달 차단부재(610)와, 상기 코어(200)와 열전달 차단부재(610) 사이에 끼워져서 상기 코어(200)와 열전달 차단부재(610) 사이에 공기가 흐르도록 간극을 형성함으로써 상기 코어(200)가 냉각되도록 하는 제1 간극부재(620) 및, 상기 1차코일(300)과 2차코일(400) 사이에 끼워져서 상기 1차코일(300)과 2차코일(400) 사이에 공기가 흐르도록 간극을 형성함으로써 상기 1차코일(300)과 2차코일(400)이 냉각되도록 하는 제2 간극부재(630)를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 변압기의 코어로의 열전달을 차단할 수 있고 변압기의 코어를 공냉시킬 수 있으며 변압기의 코어에 감긴 1차코일 또는 2차코일을 공냉시킬 수 있어서, 변압기의 1차코일이나 2차코일 또는 코어의 온도상승을 방지할 수 있기 때문에 변압기의 효율을 상승시킬 수 있다.
변압기, 코어, 1차코일, 2차코일, 열전달, 열전달 차단, 냉각, 공냉

Description

변압기{ELECTRIC TRANSFORMER}
본 발명은 온도상승을 방지하여 효율을 향상시킨 변압기에 관한 것이다.
변압기는 전자기 유도현상을 이용하여 인가된 전압과 흐르는 전류를 변화시키는 장치이다.
이러한 변압기는 자속이 지날 수 있도록 자성재료로 이루어져 있고 루프(loop) 형상인 코어와, 코어에 감기는 1차코일과 2차코일로 이루어져 있다. 변압기에서는 1차코일이 코어에 감긴 횟수 N1과 2차코일이 코어에 감긴 횟수 N2에 따라, 1차코일에 인가된 전압과 흐르는 전류에 의해서, 2차코일에 유도되는 전압과 전류가 1차코일과는 달라지게 된다.
즉, 2차코일에 유도되는 전압 V2=N2/N1*V1이 되고, 2차코일에 유도되는 전류 I2=N1/N2*I1이 된다. 따라서, 2차코일이 1차코일보다 변압기의 코어에 더 많은 횟수가 감기면, 2차코일에 유도되는 전압은 1차코일의 전압보다 더 높아지게 되고, 2차코일에 유도되는 전류는 1차코일의 전류보다 더 낮아지게 된다. 역으로, 2차코일이 1차코일보다 변압기의 코어에 더 적은 횟수가 감기면, 2차코일에 유도되는 전압은 1차코일보다 더 낮아지게 되고, 2차코일에 유도되는 전류는 더 높아지게 된 다.
이러한 변압기에서는 그 작동시 1차코일과 2차코일에서 많은 열이 발생하게 된다. 한편, 코어의 바깥쪽에 감긴 1차코일 또는 2차코일은 공기와 직접 접촉할 수 있기 때문에 발생한 열이 용이하게 발산되어 냉각될 수 있다. 그러나, 코어의 안쪽에 감긴 1차코일 또는 2차코일은 공기와 직접 접촉할 수 없기 때문에 발생된 열이 용이하게 발산될 수 없어서 냉각될 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 이러한 열은 전도에 의해서 변압기의 코어로 전달된다는 문제점이 있다.
그리고, 이와 같이 1차코일이나 2차코일에서 발생하는 열 또는 변압기의 코어에 전달된 열은 1차코일이나 2차코일 또는 변압기의 코어의 온도를 상승시킨다는 문제점이 있다. 이러한 1차코일이나 2차코일 또는 변압기의 코어의 온도가 상승되면 변압기의 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
그리고, 이러한 변압기의 효율저하는 1차코일이나 2차코일의 온도상승에 의해서 나타나는 변압기의 효율저하와 변압기의 코어의 온도상승에 의해서 나타나는 변압기의 효율저하가 서로 불균형을 이룰 때 더 크게 나타난다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 변압기에서 발생하는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.
본 발명의 일 목적은 변압기의 코어로의 열전달을 차단할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 변압기의 코어를 공냉시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 변압기의 코어에 감긴 1차코일 또는 2차코일을 공냉시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 변압기의 1차코일이나 2차코일 또는 코어의 온도상승을 방지하여 변압기의 효율을 상승시킬 수 있도록 하는 것이다.
상기 과제들 중 적어도 하나의 과제를 실현하기 위한 일실시 형태와 관련된 변압기는 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다.
본 발명은 기본적으로 변압기의 코어로의 열전단을 차단할 수 있도록 코어에 열전달 차단부재를 구비시키거나 변압기의 코어나 1차코일 또는 2차코일을 공냉시키는 공기가 유동할 수 있는 간극이 형성될 수 있도록 간극부재를 사용하는 것을 기초로 한다.
본 발명의 일실시 형태에 따른 변압기는 자성재료로 이루어진 코어와; 코어에 교대로 감기는 1차코일과 2차코일; 및 1차코일 또는 2차코일에서 코어로의 열전달을 차단하거나 1차코일 또는 2차코일에서 발생된 열을 냉각할 수 있도록 구성된 방열냉각부; 를 포함하여 구성되며,
상기 방열냉각부는 코어에 감기어 1차코일 또는 2차코일에서 코어로의 열전달을 차단하는 열전달 차단부재와, 코어와 열전달 차단부재 사이에 끼워져서 코어와 열전달 차단부재 사이에 공기가 흐르도록 간극을 형성함으로써 코어가 냉각되도록 하는 제1 간극부재 및, 1차코일과 2차코일 사이에 끼워져서 1차코일과 2차코일 사이에 공기가 흐르도록 간극을 형성함으로써 1차코일과 2차코일이 냉각되도록 하는 제2 간극부재를 포함할 수 있다.
삭제
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이 경우, 상기 열전달 차단부재 또는 제1 간극부재는 절연재로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 절연재는 유리재질일 수 있다.
삭제
이 경우, 상기 제2 간극부재는 절연재로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 절연재는 유리재질일 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 변압기의 코어로의 열전달을 차단할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 변압기 코어를 공냉시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 변압기의 코어에 감긴 1차코일 또는 2차코일을 공냉시킬 수 있다.
그리고, 본 발명에 따르면, 변압기의 1차코일이나 2차코일 또는 코어의 온도상승을 방지하여 변압기의 효율을 상승시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 변압기에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.
이하, 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해시키기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시하는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고, 이하, 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로 변압기의 코어로의 열전단을 차단할 수 있도록 코어에 열전달 차단부재를 구비시키거나 변압기의 코어나 1차코일 또는 2차코일을 공냉시키는 공기가 유동할 수 있는 간극이 형성될 수 있도록 간극부재를 사용하는 것을 기초로 한다.
본 발명에 따른 변압기(100)는 도1 내지 도4에 도시된 바와 같이 코어(200)와, 코어(200)에 감기는 1차코일(300)과 2차코일(400) 및, 방열냉각부(600)를 포함하여 구성될 수 있다.
코어(200)는 전자기 유도현상에 의해서 발생하는 자속(magnetic flux)이 지날 수 있도록 자성재료로 이루어질 수 있다. 또한, 코어(200)는 도3에 도시된 바와 같이 이의 내부를 지나는 자속이 폐루프(closed loop)를 이룰 수 있도록 사각 루프 형상일 수 있다. 한편, 도4에 도시된 실시예에서와 같이 코어(200)는 상하로 나뉘어진 2개의 부재를 조임부재(210)와 조임볼트(211)에 의해서 조여서 사각 루프를 형성할 수도 있다. 그리고, 도시된 실시예에서와 같이 조임부재(210)와 조임볼트(211)에 의해서 조여져서 만들어진 이러한 사각 루프 형상의 부재 2개를, 이에 감기는 1차코일(300)과 2차코일(400)을 이용하여 조임으로써, 하나의 코어(200)를 완성할 수 있다. 그러나, 코어(200)를 완성하는 방법은 도시된 실시예에 한정되지 않고 전자기 유도현상에 의해서 발생하는 자속이 코어(200)에서 폐루프를 이루면서 지날 수 있도록 하는 것이라면 어떠한 것이라도 가능하다.
이러한 코어(200)에는 도1 내지 도4에 도시된 바와 같이 사각 루프를 이루는 코어(200)의 일변에 1차코일(300)과 2차코일(400)이 교대로 감길 수 있다. 도시된 실시예에서 코어(200)의 일변에는 1차코일(300), 2차코일(400), 2차코일(400), 1차코일(300)의 순서로 1차코일(300)과 2차코일(400)이 교대로 감겨있다. 그러나, 1차코일(300)과 2차코일(400)이 코어(200)의 일변에 교대로 감기는 순서나 교대로 감기는 횟수는 도시된 실시예에 한정되지 않고, 변압기(100)의 기능을 해하지 않는 다면 어떠한 순서나 횟수라도 가능하다.
한편, 1차코일(300)과 2차코일(400)은 코어(200)가 완성된 후에 코어(200)의 일변에 감길 수도 있고, 일정 횟수만큼 감긴 후에 코어(200)를 완성시키면서 코어(200)의 일변에 삽입될 수도 있다.
도1 내지 도4에 도시된 실시예에서 각 1차코일(300)은 코어(200)의 일변을 8번 감게 된다. 이러한 1차코일(300)은 코어(200)의 일변에 2개 감기어 있다. 또한, 1차코일(300)은 코어(200)의 두변에 감기어 있다. 따라서, 1차코일(300)이 코어(200)에 감긴 전체 횟수는 도시된 실시예에서 N1=8*2*2=32가 된다. 그리고, 각 1차코일(300)의 단부에는 1차코일 단자(320)가 연결되어 있다. 따라서, 각 1차코일(300)의 1차코일 단자(320)를 연결하여 1차코일(300)에 대한 회로를 구성할 수 있다.
또한, 도1 내지 도4에 도시된 실시예에서 각 2차코일(400)은 코어(200)의 일변을 4번 감게 된다. 이러한 2차코일(400)은 코어(200)의 일변에 2개 감기어 있다. 또한, 2차코일(400)은 코어(200)의 두변에 감기어 있다. 따라서, 2차코일(400)이 코어(200)에 감긴 전체 횟수는 도시된 실시예에서 N2=4*2*2=16이 된다. 그리고, 각 2차코일(400)의 단부에는 2차코일 단자(420)가 연결되어 있다. 따라서, 각 2차코일(400)의 2차코일 단자(420)를 연결하여 2차코일(400)에 대한 회로를 구성할 수 있다.
한편, 1차코일 단자(320)와 2차코일 단자(420)를 연결하는 방법이나, 1차코일(300) 또는 2차코일(400)을 감는 방법은 특별히 한정되지 않고, 당업자에게 잘 알려진 바와 같이 변압기(100)의 코어(200)에 일정한 방향으로 자속이 지나게 하여, 2차코일(400)에 전자기 유도현상이 발생하도록 하는 방법이라면 어떠한 것이라도 가능하다.
이러한 본 발명에 따른 변압기(100)의 일실시예에서 2차코일(400)의 전압 V2= 16/32*V1= 1/2 V1으로 1차코일(300)의 전압 V1의 1/2이 된다. 한편, 2차코일(400)의 전류 I2= 32/16*I1= 2 I1으로 1차코일(300)의 전류 I1의 2배가 된다. 이는 도시된 실시예의 변압기(100)는 전압을 높이기 위한 것이 아닌 전류를 높이기 위한 것이기 때문이다.
한편, 1차코일(300)과 2차코일(400)은 도1 내지 도4에 도시된 실시예에서와 같이 각각 절연지(310,410)에 의해서 감싸질 수 있다. 또한, 1차코일(300)과 2차코일(400) 사이에도 도시된 실시예에서와 같이 절연지(500)가 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 변압기(100)에 포함되는 방열냉각부(600)는 1차코일(300) 또는 2차코일(400)에서 코어(200)로의 열전달을 차단하거나, 1차코일(300) 또는 2차코일(400)에서 발생된 열을 냉각할 수 있도록 구성될 수 있다.
이러한 방열냉각부(600)는 도1 내지 도4에 도시된 실시예에서와 같이 1차코일(300) 또는 2차코일(400)에서 코어(200)로의 열전달을 차단할 수 있도록, 코어(200)에 감기는 열전달 차단부재(610)를 포함할 수 있다. 이러한 열전달 차단부재(610)는 코어(200)로의 열전단을 차단할 수 있도록 절연재로 이루어질 수 있다. 그리고, 도시된 실시예에서는 절연재로 유리재질을 사용하였다. 그러나, 열전달 차단부재(610)를 이루는 절연재는 유리재질에 한정되지 않고, 코어(200)에 감기어 1차코일(300) 또는 2차코일(400)에서 코어(200)로의 열전달을 차단할 수 있는 절연재라면 어떠한 것이라도 가능하다.
한편, 방열냉각부(600)는 도1 내지 도4에 도시된 실시예에서와 같이 코어(200)와 열전달 차단부재(610) 사이에 끼워지는 제1 간극부재(620)를 더 포함할 수 있다. 도1과 도2에 도시된 바와 같이 제1 간극부재(620)에 의해서 코어(200)와 열전달 차단부재(610) 사이에 공기가 흐를 수 있도록 간극이 형성될 수 있다. 이러한 간극을 공기가 유동하여, 열전달에 의해서 온도가 상승된 코어(200)가 냉각될 수 있다.
제1 간극부재(620)는 전술된 열전달 차단부재(610)와 같이 절연재로 이루어질 수 있다. 그리고, 도시된 실시예에서는 절연재로 유리재질을 사용하였다. 그러나, 제1 간극부재(620)를 이루는 절연재는 유리재질에 한정되지 않고, 코어(200)와 열전달 차단부재(610) 사이에 끼워져서 코어(200)와 열전달 차단부재(610) 사이에 간극을 형성할 수 있는 것이라면 어떠한 절연재라도 가능하다.
전술된 바와 같이 열전달 차단부재(610)에 의해서 코어(200)로의 열전달이 차단되고, 제1 간극부재(620)에 의해서 형성된 간극을 유동하는 공기에 의해서 코어(200)가 냉각되기 때문에, 코어(200)의 온도상승을 억제할 수 있다. 따라서, 코어(200)의 온도상승에 의한 변압기(100)의 효율저하를 방지할 수 있기 때문에, 변압기(100)의 효율을 상승시킬 수 있다.
방열냉각부(600)는 도1 내지 도4에 도시된 실시예에서와 같이 1차코일(300)과 2차코일(400) 사이에 끼워지는 제2 간극부재(630)를 더 포함할 수 있다. 이러 한 제2 간극부재(630)에 의해서 도시된 바와 같이 1차코일(300)과 2차코일(400) 사이에 공기가 흐를 수 있도록 간극이 형성될 수 있다. 이러한 간극을 공기가 유동하여 1차코일(300)과 2차코일(400)이 냉각될 수 있다. 따라서, 1차코일(300)과 2차코일(400)에서의 열발생에 의한 온도상승에 따른 변압기(100)의 효율저하를 방지할 수 있기 때문에, 변압기(100)의 효율을 상승시킬 수 있게 된다.
한편, 제2 간극부재(630)도 열전달 차단부재(610)나 제1 간극부재(620)와 같이 절연재로 이루어질 수 있다. 또한, 도시된 실시예에서는 절연재로 유리재질을 사용하였다. 그러나, 제2 간극부재(630)를 이루는 절연재는 유리재질에 한정되지 않고, 1차코일(300)과 2차코일(400) 사이에 끼워져서 1차코일(300)과 2차코일(400) 사이에 간극을 형성할 수 있는 것이라면 어떠한 절연재라도 가능하다.
이하, 본 발명에 따른 변압기의 일실시예의 동작에 대하여 설명한다. 1차코일 단자(320)를 통해서 1차코일(300)에 전압을 인가하고 전류를 흐르게 하면, 전자기 유도현상에 따라 전술된 바와 같이 코어(200)에 감긴 1차코일(300)과 2차코일(400)의 감긴 회수에 따라 2차코일(400)에 전압과 전류가 유도된다. 2차코일(400)에 유도된 전압과 전류는 2차코일 단자(420)에 연결하여 이에 알맞은 곳에 사용한다.
이와 같이 전압 또는 전류의 변화시 1차코일(300)과 2차코일(400), 특히 1차코일(300)에는 많은 열이 발생한다. 이러한 열은 상대적으로 온도가 낮은 코어(200) 쪽으로 전달되게 된다. 그러나, 이러한 열전달은 코어(200)에 감긴 열전 달 차단부재(610)에 의해서 차단되게 된다. 이에 따라 열전달에 의한 코어(200)의 온도상승이 방지된다. 한편, 코어(200)와 열전달 차단부재(610) 사이에 끼워진 제1 간극부재(620)에 의해서, 코어(200)와 열전달 차단부재(610) 사이에 형성된 간극으로는 공기가 유동하게 된다. 이러한 간극으로 유동하는 공기에 의해서 코어(200)가 냉각된다. 이와 같이 열전달 차단부재(610)와 제1 간극부재(620)에 의해서 코어(200)의 온도상승이 방지되기 때문에, 코어(200)의 온도상승에 의한 변압기(100)의 효율저하가 방지될 수 있다. 따라서, 변압기(100)의 효율이 상승된다.
또한, 본 발명에 따른 변압기(100)의 1차코일(300)과 2차코일(400)의 사이에끼워진 제2 간극부재(630)에 의해서 1차코일(300)과 2차코일(400) 사이에 형성된 간극을 통해 공기가 유동하게 된다. 따라서, 이러한 간극을 통해 유동하는 공기에 의해서 1차코일(300)과 2차코일(400)이 냉각된다. 이에 따라 1차코일(300) 또는 2차코일(400)로부터 코어(200)로의 열전달량을 줄일 수 있고, 1차코일(300) 또는 2차코일(400)의 온도상승으로 인한 변압기(100)의 효율저하를 방지할 수 있다. 따라서, 이에 의해서도 변압기(100)의 효율이 상승된다.
이와 같이 본 발명에 따른 변압기(100)를 사용하면, 변압기(100)의 코어(200)로의 열전달을 차단할 수 있고, 변압기(100)의 코어(200)를 공냉시킬 수 있으며, 변압기(100)의 코어(200)에 감긴 1차코일(300) 또는 2차코일(400)을 공냉시킬 수 있고, 변압기(100)의 1차코일(300)이나 2차코일(400) 또는 코어(200)의 온도상승을 방지하여 변압기(100)의 효율을 상승시킬 수 있다.
상기와 같이 설명된 변압기는 상기 설명된 실시예의 구성이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
도1은 본 발명에 따른 변압기의 일실시예의 평면도이다.
도2는 도1의 평단면도이다.
도3은 도1의 횡단면도이다.
도4는 본 발명에 따른 변압기의 코어의 일변의 분해사시도를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 변압기 200 : 코어
210 : 조임부재 211 : 조임볼트
300 : 1차코일 310, 410, 500 : 절연지
320 : 1차코일 단자 400 : 2차코일
420 ; 2차코일 단자 600 : 방열냉각부
610 : 열전달 차단부재 620 : 제1 간극부재
630 : 제2 간극부재

Claims (8)

  1. 자성재료로 이루어진 코어(200)와;
    상기 코어(200)에 교대로 감기는 1차코일(300)과 2차코일(400); 및
    상기 1차코일(300) 또는 2차코일(400)에서 상기 코어(200)로의 열전달을 차단하거나 상기 1차코일(300) 또는 2차코일(400)에서 발생된 열을 냉각할 수 있도록 구성된 방열냉각부(600); 를 포함하여 구성되며,
    상기 방열냉각부(600)는 상기 코어(200)에 감기어 상기 1차코일(300) 또는 2차코일(400)에서 상기 코어(200)로의 열전달을 차단하는 열전달 차단부재(610)와, 상기 코어(200)와 열전달 차단부재(610) 사이에 끼워져서 상기 코어(200)와 열전달 차단부재(610) 사이에 공기가 흐르도록 간극을 형성함으로써 상기 코어(200)가 냉각되도록 하는 제1 간극부재(620) 및, 상기 1차코일(300)과 2차코일(400) 사이에 끼워져서 상기 1차코일(300)과 2차코일(400) 사이에 공기가 흐르도록 간극을 형성함으로써 상기 1차코일(300)과 2차코일(400)이 냉각되도록 하는 제2 간극부재(630)를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 열전달 차단부재(610) 또는 제1 간극부재(620)는 절연재로 이루어진 것을 특징으로 하는 변압기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 절연재는 유리재질인 것을 특징으로 하는 변압기.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 간극부재(630)는 절연재로 이루어진 것을 특징으로 하는 변압기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 절연재는 유리재질인 것을 특징으로 하는 변압기.
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