KR101338905B1 - 고주파 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기에 관한 것이다. 본 발명은 실시예로, 자화되어 자속이 발생하는 코어부와, 상기 코어부에 감기고 상기 코어부에 자속을 발생시키는 입력전류가 흐르는 코일부 및 상기 코일부와 이격된 상태에서 상기 코일부의 둘레를 감싸도록 형성되고 출력단자에 연결되며 상기 코어부의 자속에 의해 유도되는 출력전류가 흐르는 부스바를 포함하는 변압기를 제시한다.

Description

고주파 변압기{HIGH FREQUENCY TRANSFORMER}

본 발명은 변압기에 관한 것으로서, 상세하게는 냉각기능이 뛰어나고 균일한 전압을 얻을 수 있는 변압기에 관한 것이다.

일반적으로 변압기는 전압을 변환하여 전력을 공급하기 위한 목적으로 사용되는 데, 1차측 코일, 2차측 코일 및 코어를 포함하여 이루어진다.

이러한 변압기는 각종 유도성 히팅 시스템(Heating System)과 이들을 제어하기 위한 소자로부터 발생되는 왜곡된 파형의 전류 및 전압이 변압기에 유입되어 철손을 증가시키고 코일 온도를 상승시키게 된다.

변압기의 운전 시 발생되는 열을 제거하지 않으면 변압기의 성능저하는 물론 절연파괴에 의한 변압기 내부고장을 유발하게 된다.

종래의 변압기의 일예로 대한민국 등록특허 10-0978921호가 개시되어 있다. 이와 같은 종래의 변압기는 1차측 코일과 2차측 코일이 절연물질을 개재하여 코어에 감긴다.

따라서 이들 사이에 발생된 열의 제거가 곤란하다. 또한 1차측 코일과 2차측 코일 사이에 개재된 절연물질이 손상되는 경우 쇼트의 위험성이 있다.

한편 이와 같은 변압기는 코어의 상부와 하부에 감기는 2차측 코일의 형태가 서로 다르기 때문에 균일한 전압을 얻기가 어렵다.

대한민국 등록특허 10-0978921 (2010.08.24)

본 발명은, 냉각기능이 뛰어나고 1차측과 2차측 사이의 쇼트 발생을 방지하는 변압기를 제공한다.

또한 본 발명은, 균일한 전압 및 전류를 얻을 수 있는 변압기를 제공한다.

나아가 본 발명이 해결하고자 하는 추가적인 과제는 본 명세서를 통해 설명된다.

위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 자화되어 자속이 발생하는 코어부, 상기 코어부에 감기고 상기 코어부에 자속을 발생시키는 입력전류가 흐르는 코일부 및 상기 코일부와 이격된 상태에서 상기 코일부의 둘레를 감싸도록 형성되고 출력단자에 연결되며 상기 코어부의 자속에 의해 유도되는 출력전류가 흐르는 부스바를 포함하는 변압기를 제시한다.

여기서, 상기 코어부는 상호 맞대어지는 U자 형상의 코어를 포함하고, 상기 코어의 각 코일권취부를 둘러 감는 코일 및 상기 감긴 코일을 이격된 상태로 감싸는 각각의 부스바를 포함할 수 있다.

또한 상기 코일부는, 상기 코어의 각 코일권취부에 끼워지는 지지판 및 상기 지지판에 감기는 코일을 포함할 수 있다.

한편 상기 코어부는, 상기 상호 맞대어지는 U자 형상의 코어의 외주를 둘러싸서 일체화시키는 코어고정구 및 상기 코어고정구가 결합되어 상기 코어를 지지하는 코어지지대를 더 포함할 수 있다.

한편 상기 부스바는, 음극출력단자에 연결되는 제1연결부와, 상기 제1연결부에서 절곡되어 연장되고 상기 코일부와 이격된 상태에서 생산되는 출력전압에 맞도록 상기 코일부를 단수 또는 복수회 감싸는 몸체부 및 상기 몸체부에 결합되고 양극출력단자에 연결되는 제2연결부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 변압기에 따르면, 변압기의 1차측과 2차측이 이격되어 이루어짐으로써 1차측과 2차측이 완전히 절연된다. 따라서 1차측과 2차측에서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있고 냉각기능이 뛰어나다. 또한 1차측과 2차측 사이의 쇼트를 방지할 수 있다.

한편 U자형 코어를 상호 맞대어 코어를 형성하고 코어의 각 코일권취부에 코일과 부스바를 각각 배치함으로써 하나의 코어부에 2개의 2차측 부스바를 배치할 수 있으므로 적은 공간을 이용하면서도 전류용량을 늘릴 수 있다.

또한 지지판의 외측에 코일을 감아 코일부를 형성하고 이 코일부를 코어의 코일권취부에 끼우는 구성으로 함으로써 조립이 간단하고 코어부, 코일부 및 부스바의 분리가 간단하므로 유지보수가 편리하다.

한편 상호 맞대어지는 U자 형상의 코어의 외주를 코어고정구로 둘러싸서 2개의 U자 형상의 코어를 일체화시키고 이 코어고정구를 코어지지대에 결합시켜 고정하게 함으로써 코어가 견고하게 고정됨과 동시에 분리가 간단하므로 유지보수가 편리하다.

또한 부스바를 제1연결부, 몸체부 및 제2연결부로 구성함으로써 제1연결부와 제2연결부에서 부스바를 견고하게 고정함과 함께 몸체부를 의도하는 출력전압에 맞게 변형하여 구성할 수 있으므로 여러 사양의 변압기를 만들기가 용이하다. 또한 부스바를 규격화된 형태로 만들기도 용이하다.

나아가 본 발명의 추가적인 효과는 본 명세서를 통해 설명된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기를 나타내는 사시도.
도 2는 도 1의 변압기에 구비되는 변압모듈을 나타내는 사시도.
도 3은 도 2의 변압모듈의 분해사시도.
도 4는 도 2의 변압모듈의 배치상태를 나타내는 개략적인 도면.
도 5는 도 2의 변압모듈의 부스바의 일예를 나타내는 사시도.
도 6은 도 2의 변압모듈의 부스바의 다른 예를 나타내는 사시도.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일유사한 구성에 대해서는 동일유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 변압기에 구비되는 변압모듈을 나타내는 사시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 변압기(100)는, 코어부(1), 코일부(2) 및 부스바(3)를 포함한다. 한편 상기 변압기(100)는 각종 전자소자를 탑재하여 교류를 직류로 변환시키는 정류기의 작용을 할 수 있다.

상기 코어부(1)는 자화되어 자속이 발생한다. 따라서 코어부(1)의 코어(11, 12)는 자기력선을 잘 통과시키는 재질을 사용한다.

상기 코일부(2)는 상기 코어부(1)에 감기고 상기 코어부(1)에 자속을 발생시키는 입력전류가 흐른다. 상기 코일부(2)는 변압기(100)의 1차측이 된다.

이 때 상기 코일부(2)의 코일(22)은 상기 코어부(1)의 코어(11, 12)에 직접 감길 수도 있지만 다른 물질을 개재하여 감길 수도 있다.

상기 부스바(3)는 상기 코일부(2)와 이격된 상태에서 상기 코일부(2)의 둘레를 감싸도록 형성되고 출력단자에 연결되며 상기 코어(11, 12)의 자속에 의해 유도되는 출력전류가 흐른다. 상기 부스바(3)는 변압기(100)의 2차측이 된다.

이하에서 코어부(1)와 코일부(2)와 부스바(3)를 포함하여 변압을 수행하는 구성요소를 변압모듈(10)이라고 칭한다.

이와 같이 구성된 변압기(100)는 스위치(120)가 켜져 상기 코일부(2)에 입력전류가 흐르면, 유도기전력이 상기 부스바(3)를 통해 출력된다. 이와 같은 변압과정에서 코어부(1), 코일부(2), 부스바(3)에서는 많은 열이 발생할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 변압기(100)는 2차측의 부스바(3)가 1차측의 코일부(2)와 이격되어 있다. 따라서 1차측과 2차측에서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있어 냉각기능이 뛰어나고, 1차측과 2차측 사이의 쇼트를 방지할 수 있다.

이하 각 부의 구성에 대해 상세하게 설명한다.

도 3은 도 2의 변압모듈의 분해사시도이고, 도 4는 도 2의 변압모듈의 배치상태를 나타내는 개략적인 도면이다.

도면을 참조하면 상기 코어부(1)는 제1코어(11), 제2코어(12), 코어고정구(13) 및 코어지지대(14)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1코어(11)와 제2코어(12)는 같은 형태를 가진 U자 형상의 코어로서 상호 맞대어진 상태로 코어고정구(13)에 의해 일체가 되도록 고정된다.

코어부(1)를 이루는 코어는 전술한 바와 같이 자기력선을 잘 통과시키면서 각종 손실을 방지할 수 있는 재질인 아몰퍼스 코어 또는 페라이트 코어를 사용할 수 있다. 이 때 페라이트 코어를 사용하면 성능 및 경제성이 뛰어나다.

코어고정구(13)는 띠 형태를 가진 결속부재로서 내열성을 갖는 금속을 사용하여 구성할 수 있다.

상기 제1코어(11)와 제2코어(12)는 제1코어말단(113)과 제2코어말단(123)이 서로 맞대어진 상태로 배치되고 이 상태에서 제1코어(11)와 제2코어(12)의 외주를 코어고정구(13)로 둘러싸서 일체화시킨다.

이 때 코어고정구(13)가 코어지지대(14)의 홀(141)을 순차적으로 통과하게 함으로써 코어고정구(13)를 코어지지대(14)에 묶을 수 있고 이에 따라 제1코어(11), 제2코어(12), 코어고정구(13) 및 코어지지대(14)가 일체화된다. 이 상태에서 코어지지대(14)를 케이스(110)에 고정되는 조립패널(170, 도 4 참조)에 조립하여 고정시킨다.

U자형 코어를 이용하면 2부분의 코일권취부(111, 112, 121, 122)에 1차측 코일(22)을 감을 수 있다. 또한 감긴 코일(22)을 이격된 상태로 감싸는 2차측 부스바(31, 32)를 각각 설치할 수 있다.

상기 부스바(3)는 2부분의 권취부(223)를 감싸는 부분이 각각 형성된 1개의 부스바를 사용할 수도 있고 도시된 바와 같이 1부분의 권취부(223)를 감싸는 부분이 형성된 2개의 부스바(31, 32)를 사용할 수도 있다.

도시된 바와 같이 1부분의 권취부(223)을 감싸는 형태는 2개의 부스바(3) 사이의 간격조절이 가능하므로 U자 형태가 아닌 E자 형태와 같은 다른 형태의 코어에도 적용할 수 있다.

또한 1개의 변압모듈(10)에서 복수의 변압기능을 수행할 수 있으으로 변압기(100)의 소형화가 가능하다.

도면을 참조하면 상기 코일부(2)는 지지판(21)과 코일(22)을 포함한다.

상기 지지판(21)에는 코일(22)이 감긴다. 코일(22)이 감긴 상기 지지판(21)은 상기 코어의 코일권취부(111, 112, 121, 122)에 끼워진다.

상기 지지판(21)은 코어가 삽입될 수 있도록 중공의 관 형상으로 이루어진다. 도면을 참조하면 지지판(21)은 단면이 사각형인 관 형상이다.

상기 지지판(21)은 프레스 보드, 절연지 등의 절연재를 사용하여 제조될 수 있다. 이에 따라 코일(22)을 안정적으로 감을 수 있으면서 경제성이 뛰어나다.

본 실시예에서는 U자형 코어를 사용하므로 코일권취부(111, 112, 121, 122)에 끼워지는 지지판(21)은 2개이다. 이 2개의 지지판(21)에 코일(22)이 감긴다. 코일(22)은 2개의 지지판(21)에 연속적으로 감긴다. 상기 코일(22)은 에나멜 동선으로 제조될 수 있다.

코일(22)은 입력부(221), 연결부(222), 권취부(223)로 이루어진다.

입력부(221)는 입력전류가 인가되는 부분이다. 권취부(223)는 코어(11, 12)를 감싸는 부분이다. 본 실시예에서 권취부(223)는 2개의 부분으로 이루어지고 연결부(222)에 의해서 연결된다.

한편 코일(22) 외부에 엠파이어 튜브, 테프론 튜브를 씌우거나 절연테이프를 감아 절연성능을 향상시킬 수 있다.

이와 같이 1차측 코일(22)이 코어(11, 12)에서 분리하기 용이하게 이루어짐으로써 1차측 코일(22)의 재활용이 가능하다. 따라서 조립공정이 단순하여 작업성이 현저히 향상되며 유지보수가 편리하다.

도면을 참조하면 상기 부스바(31, 32)는, 제1연결부(311, 321)와, 몸체부(312, 322) 및 제2연결부(313, 323)를 포함한다. 상기 부스바(31, 32)는 구리 등의 전도성 소재로 이루어질 수 있다. 또한 상기 부스바(31, 32)는 전기적인 접촉부분 외에는 절연코팅이 형성될 수 있다.

상기 몸체부(312, 322)는 변압기(100)의 출력전압에 맞도록 상기 코일부(2)와 이격된 상태에서 상기 코일부(2)를 단수 또는 복수회 감싸도록 이루어진다.

상기 몸체부(312, 322)의 일단은 절곡되어 제1연결부(311, 321)를 이룬다. 상기 제1연결부(311, 321)는 제1전극부(150)에 연결된다.

상기 몸체부(312, 322)의 다른 일단에는 제2연결부(313, 323)가 결합된다. 상기 제2연결부(313, 323)는 상기 몸체부(312, 322)와 별도로 형성되는 부분이다. 상기 제2연결부(313, 323)는 용접에 의해 몸체부(312, 322)에 결합될 수 있다. 상기 제2연결부(313, 323)는 제2전극부(160)에 연결된다.

제1연결부(311, 321)와 제2연결부(313, 323)는 변환된 전압이 출력되는 출력부의 역할을 한다. 제1연결부(311, 321)와 제2연결부(313, 323)에는 전류의 역류를 방지하고 안정적인 전압을 출력하기 위해 다이오드, 콘덴더, 저항 등의 각종 전자소자가 연결될 수 있다.

상기 제1전극부(150)는 변압기(100) 외부로 돌출되는 제1출력단자(130)에 연결된다. 상기 제2전극부(160)는 변압기(100) 외부로 돌출되는 제2출력단자(140)에 연결된다.

한편 상기 제2전극부(160)는 조립패널(170)에 고정되는 방열판(미도시) 상에 설치될 수 있다. 이 때 조립패널(170)은 베이크라이트와 같은 절연체를 이용하여 제작할 수 있다.

상기 제1연결부(311, 321)는 반대방향으로 절곡하여 구성할 수도 있다. 이와 같이 제1연결부(311, 321)의 절곡방향은 변압모듈(10)의 구성의 편의성에 따라 제작자가 선택 가능하다.

한편 상기 몸체부(312, 322)는 변압기(100)에서 생산하고자 하는 출력전압에 맞도록 변형하여 구성하는 것이 가능하다.

즉 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 꼬임의 횟수를 변화시킴으로써 출력전압을 조절할 수 있다. 도 5에 도시된 부스바(3)에서 5V가 출력된다면 도 6에 도시된 부스바(3)의 경우에는 3회의 꼬임이 있으므로 15V가 출력된다.

이와 같이 1차측 코일(22)과 이격되는 부스바(3)를 2차측으로 사용함으로써 1차측과 2차측에서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있어 냉각 효과가 뛰어나다.

또한 2차측을 규격화된 부스바로 사용하므로 제1전극부(150)에 연결되는 제1연결부(311, 321)와 제2전극부(160)에 연결되는 제2연결부(313, 323)의 거리가 일정하게 이루어진다.

이에 따라 전기적 특성 즉 임피던스값이 같으므로 출력전압을 일정하게 할 수 있고 표준화된 부품으로 사용이 가능하다.

한편 2차측 부스바의 분리가 용이하므로 부스바의 재활용이 가능하고 조립 및 유지보수가 편리하다.

상기와 같이 구성되는 변압기(100)의 조립방법 및 작동은 아래와 같다.

먼저 한쌍의 코어(11, 12) 사이에 코일부(2)를 삽입한다. 이 때 부스바(31, 32)를 코일부(2)의 권취부(223)를 감싸도록 하여 가조립한다.

다음으로 코일부(2)와 부스바(31, 32)가 가조립된 상태의 코어를 고어고정구(13)를 이용하여 코어지지대(14)에 고정시킨다.

다음으로 코어지지대(14)를 변압기(100) 내부의 조립패널(170)에 고정시킨다.

다음으로 부스바(31, 32)를 코일(22)과 이격되도록 하면서 제1연결부(312, 322)를 제1전극부(150)에 고정시키고 제2연결부(313, 323)를 제2전극부(160)에 고정시킨다.

이와 같이 하여 조립모듈(10)의 설치를 하게 되고 다른 기기의 설치 및 배선을 함으로써 변압기(100)의 조립을 완료할 수 있다.

위의 변압기(100)의 작동은 다음과 같다.

상기 코일부(2)에 입력전류가 흐르면, 상기 코어(11, 12)는 자기력선을 잘 통과시키기 때문에 이 자기력선이 코어(11, 12) 내부에 갇히고 코어(11, 12)는 자화가 된다.

코어(11, 12) 내부에 발생한 이 자속은, 패러데이의 법칙에 의해 부스바(31, 32)에 유도 기전력을 발생시키는데, 이 기전력의 크기는 자속의 시간에 대한 변화율과 그 권선의 감은 수에 비례한다.

도 5에 도시된 부스바(3)의 경우 1턴의 부스바(3)이므로 권선의 감은 수는 1에 해당한다. 이에 따라 출력전압은 크게 낮아지고 출력전류는 크게 높아진다. 도 6에 도시된 부스바(3)의 경우 3턴의 부스바(3)이므로 감은 수는 3에 해당한다. 이 경우에는 출력전압은 3배가 되고 출력전류는 1/3이 된다.

만약 1턴의 부스바(3)의 경우 대략 5V의 기전력이 발생한다고 한다면 3턴의 부스바(3)의 경우 대략 15V의 기전력이 발생한다.

이와 같이 안정적으로 전압을 변환할 수 있다.

한편 1차측 코일을 조절함으로써 1개의 변압모듈에서 500A 또는 1000A의 전류를 출력할 수 있다. 또한 500A를 출력하는 변압모듈을 2개 배치함으로써 1000A의 전류를 출력할 수도 있고 1000A를 출력하는 변압모듈을 2개 또는 4개 배치함으로써 2000A 또는 4000A의 전류를 출력할 수 있다.

참고로 500A를 출력하는 변압모듈을 2개 배치하는 것이 1000A를 출력하는 변압모듈을 1개 배치하는 것에 비해 더 안정적인 전압, 전류 파형을 얻을 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1 : 코어부
11 : 제1코어 12 : 제2코어
111, 112, 121, 122 : 코일권취부
113 : 제1코어말단 123 : 제2코어말단
13 : 코어고정구 14 : 코어지지대
141 : 홀
2 : 코일부
21 : 지지판 22 : 코일
221 : 입력부 222 : 연결부 223 : 권취부
3 : 부스바
31 : 제1부스바 32 : 제2부스바
311, 321 : 제1연결부 312, 322 : 몸체부 313, 323 : 제2연결부
100 : 변압기
110 : 케이스 120 : 스위치
130 : 제1출력단자 140 : 제2출력단자
150 : 제1전극부 160 : 제2전극부 170 : 조립패널
10 : 변압모듈

Claims (5)

1. 자화되어 자속이 발생하는 코어부;
   상기 코어부에 감기고 상기 코어부에 자속을 발생시키는 입력전류가 흐르는 코일부 및
   상기 코일부와 공간을 두고 이격된 상태에서 상기 코일부의 둘레를 감싸도록 형성되고 출력단자에 연결되며 상기 코어부의 자속에 의해 유도되는 출력전류가 흐르는 부스바
   를 포함하고,
   상기 부스바는,
   음극출력단자에 연결되는 제1연결부;
   상기 제1연결부에서 절곡되어 연장되고 상기 코일부와 공간을 두고 이격된 상태에서 생산되는 출력전압에 맞도록 상기 코일부를 단수 또는 복수회 감싸는 몸체부 및
   상기 몸체부에 결합되고 양극출력단자에 연결되는 제2연결부
   를 포함하는 변압기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 코어부는 상호 맞대어지는 U자 형상의 코어를 포함하고,
   상기 코어의 각 코일권취부를 둘러 감는 코일 및 상기 감긴 코일을 이격된 상태로 감싸는 각각의 부스바를 포함하는 변압기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 코일부는,
   상기 코어의 각 코일권취부에 끼워지는 지지판 및 상기 지지판에 감기는 코일을 포함하는 변압기.
4. 제2항에 있어서,
   상기 코어부는,
   상기 상호 맞대어지는 U자 형상의 코어의 외주를 둘러싸서 일체화시키는 코어고정구 및 상기 코어고정구가 결합되어 상기 코어를 지지하는 코어지지대를 더 포함하는 변압기.
5. 삭제

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