KR101398003B1 - 고주파 스위치식 직류정류기의 변압기 모듈 구조 및 그 모듈 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고주파 스위치식 직류정류기의 변압기 모듈구조 및 그 모듈 제조방법에 관한 것으로서 더욱 상세히는 냉각효율을 극대화할 수 있도록 함과 동시에 권선된 코일의 출력단자가 대칭구조를 갖도록 함으로써 출력시 부하와 손실의 발생을 최소화하는 한편, 모듈과 권선 코어 간 액상 절연물에 의한 기밀한 밀봉 고정이 되도록 하여 진동을 방지하고, 냉각효과를 기대할 수 있는 고주파 스위치식 직류정류기의 변압기 모듈구조 및 그 모듈 제조방법에 관한 것으로,
모듈의 내부에서 적어도 1회 이상 냉각수가 층별 순환할 수 있도록 한군데 이상의 부분을 밴딩 가공하여 냉각수관이 입체형의 구조로 이루어질 수 있도록 냉각수관을 성형가공한 다음, 그 냉각수관을 모듈블록이 주조되는 주형의 내부에 배치하여 냉각수관이 모듈블록의 내부에서 고정된 상태가 될 수 있도록 주조 성형되도록 하여 냉각효율을 향상시키는 한편, 코어(50)에 권선되는 동선(60)은 출력단자(61)가 모듈의 측면 중심에 배치될 수 있도록 코어(50)를 중심으로 대칭구조로 권선되며, 이에 따라 출력단자(61)가 모듈(100)의 측면 중심에 돌출 형성되도록 함과 동시에 모듈블록(80,81)과 코어(50)의 고정은 에폭시절연재로 밀봉고정되도록 한 것이다.

Description

고주파 스위치식 직류정류기의 변압기 모듈 구조 및 그 모듈 제조방법{High-frequency switch DC rectifier transformer module structure and metood}

본 발명은 고주파 스위치식 직류정류기의 변압기 모듈구조 및 그 모듈 제조방법에 관한 것으로서 더욱 상세히는 냉각효율을 극대화할 수 있도록 함과 동시에 권선된 코일의 출력단자가 대칭구조를 갖도록 함으로써 출력시 부하와 손실의 발생을 최소화하는 한편, 모듈과 권선 코어 간 액상 절연물에 의한 기밀한 밀봉 고정이 되도록 하여 진동을 방지하고, 냉각효과를 기대할 수 있는 고주파 스위치식 직류정류기의 변압기 모듈구조 및 그 모듈 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 고주파 변압기라 함은 200Hz 이상의 중 주파수와 1KHz 이상 고주파를 자유자재로 변조할 수 있는 인버터를 이용하여 변압기 외부로부터 들어온 전압을 부하의 정격전압에 맞게 올려주거나 내려주는 역할을 하는 장치로서 1차 권선에 흐르는 전류의 변화에 따른 자기력선의 증가 / 감소에 의해 2차 권선에 전류가 유도되도록 하는 전자유도작용을 이용하는 장치이다.

또한 변압기는 한 개 또는 두 개 이상의 회로에서 교류전력을 받아 전자유도작용에 의해 전압 및 전류를 변성하여 다른 한 개 또는 두 개 이상의 회로에 동일주파수의 교류전력을 공급한다.

상기와 같은 일반적인 변압기는 내철형과 외철형의 권선 방법이 있으며, 내철형 및 외철형 변압기는 무부하 손실과 부하손실에 의해 열이 발생하게 된다. 열이 제거되지 않으면 변압기 권선을 싸고 있는 절연물질이 열화현상에 의해 열화 되어 그 정도가 심하면 절연파괴에 의한 변압기 내부고장을 유발시키게 된다.

이에 따라 변압기에 가해지는 열을 냉각시켜야 하는데, 변압기냉각방식은 유입자냉, 유입수냉, 유입풍냉, 건식자냉, 건식풍냉식 등이 있으며, 변압기를 설치하는 장소에 따라서 방열기를 설치하는 대신에 변압기 내에서 뜨거워진 기름을 파이프를 통해서 밖으로 끌어내고, 냉각수로 냉각시키는 방법과, 또는 수냉관을 변압기 속으로 통과시켜 펌프로 물을 순환시켜 변압기를 냉각시키는 방법도 있다.

도 1 및 도 2에서 도시된 종래 변압기의 모듈구조를 보면, 냉각방식에 있어 냉각수가 진입 및 배출되는 라인이 하나로 연결되지 못하고 복잡한 구조를 채택하고 있어 구조적으로 제작이 난해할 뿐만 아니라 냉각효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한 코어(50)에 권선 된 동선(60)의 입출력 단자 위치가 서로 대칭(균등)구조가 아니기 때문에 출력시 부하의 불균형이 발생하였으며, 이로 인한 발열 현상과 소음 및 진동현상이 발생하였음은 물론, 좌, 우 대칭구조를 갖는 모듈을 고정시킴에 있어 볼트, 너트 등의 고정수단을 이용하였기 때문에 제작과정이 복잡할 뿐만 아니라, 제작에 소요되는 인적, 물적 자원을 절감할 수 없는 문제점이 있었다.

이에 본원 발명에서는 상기와 같은 문제점을 일소키 위해 안출한 것으로 모듈의 내부를 관통하는 냉각수관이 끊어짐 없이 연결된 구조가 될 수 있도록 하여 냉각효율을 극대화시킬 수 있도록 하고, 코어에 권선되는 코일의 출력단자가 대칭구조를 취하도록 함으로써 출력시 손실을 감소시켜 안정적으로 전력을 공급할 수 있도록 함과 동시에 모듈과 권선 코어 간 액상 절연물에 의한 기밀한 밀봉 고정이 되도록 하여 모듈의 고정작업이 간소화될 수 있도록 함은 물론, 액상 절연물에 의해 권선 코어에서 발생 된 열이 간접적으로 냉각됨과 동시에 진동을 방지할 수 있는 고주파 스위치식 직류정류기의 변압기 모듈구조 및 그 모듈 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에서 제공하는 고주파 스위치식 직류정류기의 변압기 모듈구조는,
고주파 스위치식 직류정류기의 변압기 모듈(100)에 있어서,
중심으로 동선(60)이 권선 된 코어(50)가 삽입 안착 될 수 있도록 안착 돌기(71)를 갖는 안착홈(70)이 형성된 하나 이상의 모듈블록(80,81)이 각각 구성되며,
상기 모듈블록(80,81)과 안착 돌기(71)의 내부에 매립고정되어 코어(50)로부터 발생 되는 열을 냉각시켜줄 수 있도록 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구(41)와, 냉각수가 모듈의 내부를 지나면서 배출되는 냉각수 배출구(42)가 각 하나씩만 형성되며, 굴곡부(43)를 포함하여 끊어짐 없이 연속적으로 이루어지되, 안착돌기(71)와 모듈블록(80,81)의 내부에서는 냉각수가 모듈 전체를 휘감는 구조가 될 수 있도록 한군데 이상 밴딩 가공되어 굴곡부(43)가 형성된 냉각수관(40)이 매립 구성되며,
상기 모듈블록(80,81)과 코어(50)가 고정될 수 있도록 모듈블록(80,81) 사이에는 모듈블록(80,81)과 코어(50)가 고체 경화와 동시에 고정될 수 있도록 경화제가 혼합된 액상 또는 슬러시 상태의 에폭시 절연물(91)이 구성되며,
상기 코어(50)에 권선되는 동선(60)은 출력단자(61)가 모듈의 측면 중심에 배치될 수 있도록 코어(50)를 중심으로 대칭구조로 권선 되며, 동시에 출력단자(61)가 모듈(100)의 측면 중심에 배치되는 것을 특징으로 한다.

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그리고 본 발명에서 제공하는 고주파 스위치식 직류정류기의 변압기 모듈 제조방법은,

모듈의 내부에서 적어도 1회 이상 냉각수가 층별 순환할 수 있도록 한군데 이상의 부분을 밴딩 가공하여 냉각수관이 입체형의 구조로 이루어질 수 있도록 냉각수관을 성형가공하는 단계;

상기 냉각수관을 모듈블록이 주조되는 주형의 내부에 배치하여 냉각수관이 모듈블록의 내부에서 일체형으로 고정된 상태가 될 수 있도록 주조 성형하는 주조 성형단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제공하는 고주파 스위치식 직류정류기의 변압기 모듈 구조 및 그 모듈 제조방법은 모듈의 내부를 관통하는 냉각수관이 끊어짐 없이 연결된 구조가 될 수 있도록 간편하게 제작 용이하며, 그에 따라 냉각효율을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 코어에 권선되는 코일의 출력단자가 대칭구조가 되기 때문에 출력시 손실을 감소시켜 안정적으로 전력을 공급할 수 있음은 물론, 모듈과 권선 코어 간 기밀한 밀봉에 의해 고정되도록 하여 모듈의 고정작업이 간소화됨과 동시에 에폭시 절연재에 의한 밀봉으로 코어에서 발생 된 열을 간접적으로 냉각할 수 있으며 나아가 진동을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 변압기의 모듈 구조를 도시한 사시도
도 2는 도 1의 정단면도
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시 예를 보인 사시도
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시 예를 보인 냉각수관을 도시한 사시도
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시 예를 보인 단면구조도
도 6은 종래 권선 코어 구조로 제작된 모듈의 도면 대용 파형 측정 결과사진
도 7은 본 발명의 기술적 사상이 적용된 모듈의 도면 대용 파형 측정 결과 사진

이하, 첨부된 도면 및 바람직한 실시 예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

먼저 본 발명에서 제공하는 고주파 스위치식 직류정류기의 변압기 모듈구조는,
고주파 스위치식 직류정류기의 변압기 모듈(100)에 있어서,
중심으로 동선(60)이 권선 된 코어(50)가 삽입 안착 될 수 있도록 안착 돌기(71)를 갖는 안착홈(70)이 형성된 하나 이상의 모듈블록(80,81)이 각각 구성되며,
상기 모듈블록(80,81)과 안착 돌기(71)의 내부에 매립고정되어 코어(50)로부터 발생 되는 열을 냉각시켜줄 수 있도록 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구(41)와, 냉각수가 모듈의 내부를 지나면서 배출되는 냉각수 배출구(42)가 각 하나씩만 형성되며, 굴곡부(43)를 포함하여 끊어짐 없이 연속적으로 이루어지되, 안착돌기(71)와 모듈블록(80,81)의 내부에서는 냉각수가 모듈 전체를 휘감는 구조가 될 수 있도록 한군데 이상 밴딩 가공되어 굴곡부(43)가 형성된 냉각수관(40)이 매립 구성되며,
상기 모듈블록(80,81)과 코어(50)가 고정될 수 있도록 모듈블록(80,81) 사이에는 모듈블록(80,81)과 코어(50)가 고체 경화와 동시에 고정될 수 있도록 경화제가 혼합된 액상 또는 슬러시 상태의 에폭시 절연물(91)이 구성되며,
상기 코어(50)에 권선되는 동선(60)은 출력단자(61)가 모듈의 측면 중심에 배치될 수 있도록 코어(50)를 중심으로 대칭구조로 권선 되며, 동시에 출력단자(61)가 모듈(100)의 측면 중심에 배치된다.
이에 따라 코어의 중심은 물론 코어의 외측 둘레에 배치되는 모듈블록(80,81)에 냉각수관이 배치되는 형상을 하게 되는 것이며, 코어의 높이에 따라 냉각수관이 층별 순환될 수 있도록 '⊂', '⊃' 와 같은 형상으로 밴딩 가공한 것이다.

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즉, 냉각수관이 모듈블록의 내부에서 1회만 지나가는 것이 아니라 적어도 1회 이상 지나가도록 함으로써 코어 주변에 냉각효율이 극대화 되도록 한 것이다.

또한 상기 코어(50)에 권선되는 동선(60)은 출력단자(61)가 모듈의 측면 중심에 배치될 수 있도록 코어(50)를 중심으로 대칭구조로 권선되며, 이에 따라 출력단자(61)가 모듈(100)의 측면 중심에 배치된다.

상기와 같이 코어를 중심으로 대칭구조로 동선이 권선됨과 동시에 출력단자가 모듈의 외측에 배치되면, 도 7에서 도시된 바와 같이 일정한 파형(적색의 점선으로 표시된 원)이 형성됨을 확인할 수 있었으며, 이를 대비하기 위한 종래 모듈블록에서 측정된 파형은 도 6에서 도시된 바와 같이 파형이 일정하지 않은 것(적색의 점선으로 표시된 원)을 확인할 수 있었는바, 종래의 모듈에서 측정된 파형은 결국 출력 손실을 가져오게 되는 원인이 되었던 것이다.

또한 상기 모듈블록(80,81)과 코어(50)의 고정은 액상 또는 슬러시 상태의 에폭시 절연물이 고체 경화되는 것과 동시에 고정되며, 상기 에폭시 절연물에는 경화제가 혼합된다.

즉, 모듈블록과 권선 코어를 고정하기 위해 그 표면에 에폭시절연물을 타설할 때는 액상 또는 슬러시 상태가 되는 것이며, 상온에서 일정시간이 경과 하게 되면 고체상태로 견고하게 고착이 되는 것이다.

뿐만 아니라, 상기 에폭시절연물(91)이 코어에서 발생 된 열을 간접적으로 냉각시켜주는 효과를 제공받을 수 있어, 모듈을 고정시킴에 있어 간편함과 신속성을 제공하기도 하지만, 냉각효과와, 진동감소 효과도 기대할 수 있게 되는 것이다.

그리고 본 발명에서 제공하는 고주파 스위치식 직류정류기의 변압기 모듈 제조방법은,

모듈의 내부에서 적어도 1회 이상 냉각수가 층별 순환할 수 있도록 한군데 이상의 부분을 밴딩 가공하여 냉각수관이 입체형의 구조로 이루어질 수 있도록 냉각수관을 성형가공하는 단계와, 상기 냉각수관을 모듈블록이 주조되는 주형의 내부에 배치하여 냉각수관이 모듈블록의 내부에서 고정된 상태가 될 수 있도록 주조 성형하는 주조 성형단계로 이루어진다.

따라서, 코어의 주변을 충분히 감쌀 수 있을 정도로 수회에 걸쳐 밴딩 가공한 냉각수관을 선 제작 한 다음, 모듈블록이 주조되는 주형의 내부에 냉각수관을 정위치 시켜서 주조 성형가공하는 것이다.

이 경우 입체적인 구조를 갖는 냉각수관이 내설 된 모듈블록을 간편하고, 신속하게 제작할 수 있으며, 그에 따라 극대화된 냉각효율을 제공받을 수 있는 것이며, 코어의 높이와 크기에 따라 밴딩 가공하는 횟수를 다양하게 응용하면 되는 것이다.

40:냉각수관 41:냉각수 유입구
42:냉각수 배출구 43:굴곡부
50:코어 60:동선
70:안착 홈 71:안착 돌기
80,81:모듈블록 90:절연재
91:에폭시절연물 100:모듈

Claims (4)

1. 고주파 스위치식 직류정류기의 변압기 모듈(100)에 있어서,
   중심으로 동선(60)이 권선 된 코어(50)가 삽입 안착 될 수 있도록 안착 돌기(71)를 갖는 안착홈(70)이 형성된 하나 이상의 모듈블록(80,81)이 각각 구성되며,
   상기 모듈블록(80,81)과 안착 돌기(71)의 내부에 매립고정되어 코어(50)로부터 발생 되는 열을 냉각시켜줄 수 있도록 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구(41)와, 냉각수가 모듈의 내부를 지나면서 배출되는 냉각수 배출구(42)가 각 하나씩만 형성되며, 굴곡부(43)를 포함하여 끊어짐 없이 연속적으로 이루어지되, 안착돌기(71)와 모듈블록(80,81)의 내부에서는 냉각수가 모듈 전체를 휘감는 구조가 될 수 있도록 한군데 이상 밴딩 가공되어 굴곡부(43)가 형성된 냉각수관(40)이 매립 구성되며,
   상기 모듈블록(80,81)과 코어(50)가 고정될 수 있도록 모듈블록(80,81) 사이에는 모듈블록(80,81)과 코어(50)가 고체 경화와 동시에 고정될 수 있도록 경화제가 혼합된 액상 또는 슬러시 상태의 에폭시 절연물(91)이 구성되며,
   상기 코어(50)에 권선되는 동선(60)은 출력단자(61)가 모듈의 측면 중심에 배치될 수 있도록 코어(50)를 중심으로 대칭구조로 권선 되며, 동시에 출력단자(61)가 모듈(100)의 측면 중심에 배치되는 것을 특징으로 하는 고주파 스위치식 직류정류기의 변압기 모듈 구조.
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