KR101580090B1 - 철심 및 이를 구비하는 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기의 크기를 최소화할 수 있는 철심 및 이를 구비하는 변압기에 관한 것으로, 상부 요크, 상기 상부 요크의 하측에서 상기 상부 요크와 나란하게 배치되는 하부 요크, 상기 상부 요크의 중심과 상기 하부 요크의 중심을 연결하는 메인 레그, 및 상기 메인 레그의 양측에 배치되며 상기 상부 요크의 중심과 상기 하부 요크의 양단을 각각 연결하는 사이드 레그를 포함하며, 각각의 상기 사이드 레그는 상기 메인 레그와 대향하는 내면과, 상기 내면의 반대측 면인 외면이 서로 비대칭으로 형성될 수 있다.
이에 따라 변압기의 전체적인 크기를 최소화 및 경량화할 수 있다.

Description

철심 및 이를 구비하는 변압기{CORE AND TRANSFORMER USING THE SAME}

본 발명은 변압기의 크기를 최소화할 수 있는 철심 및 이를 구비하는 변압기에 관한 것이다.

변압기(transformer)는 전자기유도현상을 이용하여 교류의 전압 및 전류의 크기를 변화시키는 변환 장치이다.

변압기는 소형의 전자 기기에서부터 대형의 변전 설비 또는 송전 설비까지 널리 사용되고 있다. 특히, 대형의 변전 설비 또는 송전 설비에서는 초고압 대용량 변압기가 주로 사용되고 있다.

일반적으로, 변압기는 공통된 철심의 둘레에 복수개의 권선이 감겨 있는 구조로 형성되며, 한 쪽의 권선으로 전력이 입력된 후 다른 쪽의 권선으로 전력이 출력되는 방식이다.

또한 전력용 변압기의 경우, 권선이나 철심을 고정 및 지지하기 위해 클램프와 탭체인저 등의 부품들이 포함될 수 있다. 또한 각 부품들간의 절연성을 확보하기 위하여 절연유를 절연매질로 사용하고 있으며 외함 내에 배치되어 외부 환경으로부터 보호된다.

도 1은 종래 기술에 따른 변압기의 철심을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A′에 따른 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 변압기의 철심(20)은 상부 요크(50), 하부 요크(51), 레그(52, 53)를 포함하여 구성되며, 각 구성 요소들은 다수의 강판이 적층되어 형성된다.

그런데 종래의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 철심(20)의 중심으로 갈수록 폭이 넓은 강판이 배치되고 양단으로 갈수록 폭이 좁은 강판이 배치된다. 그리고 중심선(L)을 기준으로 좌우 대칭되는 형상으로 형성된다.

레그(52, 53)와 클램프와의 절연 거리(S)는 사이드 레그(52)와 클램프의 최단 거리를 설정한다. 따라서 철심(20)과 클램프와의 절연 거리가 S로 규정되는 경우, 도 2의 S 이상으로 외함(11)과 사이드 레그(52)가 이격되어야 한다.

그러나 철심의 형상에 의해 외함(11)의 크기(또는 너비)가 결정되므로 철심의 구조가 변경되지 않는 한 변압기의 전체적인 크기를 줄이기 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 일 측면으로서, 외함의 크기가 축소되어 소형화 및 경량화된 변압기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 변압기용 철심은, 상부 요크; 상기 상부 요크의 하측에서 상기 상부 요크와 나란하게 배치되는 하부 요크; 상기 상부 요크의 중심과 상기 하부 요크의 중심을 연결하는 메인 레그; 및 상기 메인 레그의 양측에 배치되며 상기 상부 요크의 중심과 상기 하부 요크의 양단을 각각 연결하는 사이드 레그;를 포함하며, 각각의 상기 사이드 레그는 상기 메인 레그와 대향하는 내면과, 상기 내면의 반대측 면인 외면이 서로 비대칭으로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 사이드 레그는 상기 내면이 전체적으로 곡면으로 형성되고, 상기 외면은 편평한 면으로 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 사이드 레그의 상기 내면은 중심이 상기 메인 레그측으로 돌출되어 형성되고, 상기 사이드 레그의 외면은 편평한 면으로 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 사이드 레그의 상기 내면과 상기 외면은 서로 다른 곡률을 갖는 곡면으로 형성되며, 상기 내면의 곡률이 상기 외면의 곡률보다 크게 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 사이드 레그의 수평 단면에 대해 직선을 이용하여 상기 내면측과 상기 외면측을 동일한 면적으로 양분하는 경우, 상기 내면측의 최대 폭이 상기 외면측의 최대 폭보다 크게 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 상부 요크와 상기 하부 요크는, 서로 대향하는 내면과, 상기 내면의 반대측 면인 외면이 서로 비대칭으로 형성될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 변압기는, 상기한 철심; 상기 철심에 권선되는 권선; 및 상기 권선이 권선된 철심이 수용되는 외함;을 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 변압기의 전체적인 크기를 최소화 및 경량화할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 변압기의 철심을 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 A-A′에 따른 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변압기의 구성이 개략적으로 도시된 도면.
도 4는 도 3에 도시된 변압기의 철심을 나타낸 정면도.
도 5는 도 4에 도시된 철심의 B-B′에 따른 단면을 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 철심의 단면을 도시한 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 더하여 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변압기의 구성이 개략적으로 도시된 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 변압기의 철심을 나타낸 정면도이며, 도 5는 도 4에 도시된 철심의 B-B′에 따른 단면을 나타낸 단면도이다.

먼저 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 변압기(100)는 외함(110), 권선(130), 및 철심(120)을 포함할 수 있다.

외함(110)의 내부에는 철심(120)과 권선(130)이 배치될 수 있다. 즉, 외함(110)은 철심(120)과 권선(130)을 외부와 격리시킴과 동시에 외부 환경으로부터 철심(120)과 권선(130)을 보호하는 부재이다.

외함(110)의 내부에는 변압기(100)의 종류에 따라 다양한 유체가 저장될 수 있다. 예를 들면, 유입식 변압기의 경우에는 외함(110)의 내부에 절연유가 채워질 수 있으며, 건식 변압기의 경우에는 외함(110)의 내부에 공기가 채워질 수 있다.

권선(130)은 후술되는 철심(120)에 감겨지는 와이어(wire) 형태 또는 포일(foil) 형태의 도선일 수 있으며, 1차 권선과 2차 권선을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 1차 권선과 2차 권선이 철심(120)의 메인 레그(153)에 상호 적층되며 권선되는 경우를 예로 들고 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 사이드 레그(152)에 권선하는 것도 가능하다.

철심(120)은 자기력선의 통로 역할을 수행하는 부재이다. 일반적으로, 철심(120)은 철손을 감소시키기 위하여 박강판을 적층시킨 구조로 형성된다. 본 실시예에 있어서 철심(120)은 전기강판들을 적층시킨 구조로써, 전기강판은 규소를 포함하는 박강판일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

철심(120)은 도 4에 도시된 바와 같이 상부 요크(150), 하부 요크(151), 레그(152, 153)를 포함할 수 있다.

상부 요크(150)는 철심(120)의 상부를 형성하는 부재로, 막대 형태로 형성되어 길게 배치될 수 있다.

하부 요크(151)는 철심(120)의 하부를 형성하는 부재이다. 하부 요크(151)는 상부 요크(150)의 하측에서 상부 요크(150)와 평행하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 하부 요크(151)와 상부 요크(150)는 수평 방향을 따라 나란하게 배치될 수 있다.

레그(152, 153)는 상부 요크(150)와 하부 요크(151)의 사이에 수직하게 배치되는 부재이다. 레그(152, 153)는 상부 요크(150)와 하부 요크(151)의 사이에 수직 방향을 따라 복수개가 소정 간격으로 서로 이격되게 배치될 수 있다.

구체적으로 본 실시예에 따른 레그(152, 153)는 중심에 배치되는 메인 레그(153)와, 메인 레그(153)의 양측에 각각 배치되는 두 개의 사이드 레그(152)를 포함한다.

한편, 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어 상기한 실시예에서는 메인 레그(153)가 하나로 구성되나 변압기를 3상용이나 병렬 구조로 구성하는 경우, 두 개 이상 다수 개로 구성될 수 있다.

또한 도 5에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 메인 레그(153)는 중심으로 갈수록 폭이 넓은 강판이 배치되고 양단으로 갈수록 폭이 좁은 강판이 배치된다. 그리고 중심선(L)을 기준으로 좌우 대칭되는 형상으로 형성된다.

따라서 메인 레그(153)의 수평 단면은 중심선(L)을 기준으로 할 때, 양측이 서로 동일한 면적으로 양분된다.

본 실시예에 따른 사이드 레그(152)도 중심으로 갈수록 폭이 넓은 강판이 배치되고 양단으로 갈수록 폭이 좁은 강판이 배치된다. 그러나, 사이드 레그(152)의 수평 단면은 중심선(L)을 기준으로 좌우 비대칭으로 형성된다.

본 실시예의 경우, 사이드 레그(152)의 수평 단면에서 메인 레그(153)와 대면하는 내면(S1)은 종래와 유사하게 곡면으로 형성되며, 반대측인 외측면(S2)은 편평한 면으로 형성되는 예를 들고 있다. 이에 따라 중심선(L)을 기준으로, 외측에 배치되는 부분의 수평 단면은 직사각 형상으로 형성된다.

도 5에 도시된 중심선들(L)은 레그(152, 153)의 단면적을 동일하게 양분하도록 배치된다. 따라서 중심선(L)을 기준으로 할 때, 중심선(L)에 의해 분할된 양측의 단면적은 서로 동일하다.

사이드 레그(152)의 경우, 중심선(L)과 외측면(S2) 사이에는 강판의 폭이 모두 동일하게 형성된다. 따라서 중심선(L)에 의해 사이드 레그(152)의 외측과 내측이 동일한 면적으로 양분되는 경우, 내면측의 최대 폭(D1)이 외면측의 최대 폭(D2)보다 크게 형성된다.

이로 인해, 사이드 레그의 폭(W2)은 종래의 사이드 레그 폭(도 2의 W1)보다 작게 형성된다. 따라서 본 실시예에 따른 변압기(100)는 상기한 내측 폭(D1)과 외측 폭(D2)의 차이에 대응하여, 철심의 전체 폭(도 5의 W)을 줄일 수 있다. 따라서 변압기(100)의 크기를 줄일 수 있으며, 이에 대응하여 절연유의 양도 줄일 수 있으므로 전체적인 무게나 제조 비용도 줄일 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 사이드 레그(152)만이 내면(S1)과 외면(S2)이 비대칭으로 형성되는 경우를 예로 들었으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 상부 요크(150)와 하부 요크(151)에 대해서도 서로 대향하는 내면과, 상기 내면의 반대측 면인 외면을 서로 비대칭으로 형성하는 등 필요에 따라 다양한 응용이 가능하다.

또한 본 발명에 따른 철심과 변압기는 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 철심의 단면을 도시한 단면도로, 도 4의 B-B′에 대응하는 단면을 도시하고 있다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 변압기의 철심(220)은 전술한 도 4의 철심과 유사하게 구성되며, 사이드 레그(152)의 양면이 모두 곡면으로 형성된다는 점에서 차이가 있다.

그러나 중심선(L)을 기준으로, 서로 대칭이 아닌 비대칭 형상으로 형성된다.

본 실시예에 따른 철심(220)은 사이드 레그(152)의 내면(S1)의 곡률과, 외면(S2)의 곡률은 서로 다른 곡률을 갖도록 형성되다. 예를 들어 사이드 레그(152) 내면(S1)의 곡률(R1)은 외면(S2)의 곡률(R2)보다 크게 형성되다. 따라서 외면(S2)이 내면(S1)보다 더 완만한 곡면으로 형성된다.

이러한 경우에도 사이드 레그(152)를 구성하는 강판의 폭은 내측 폭(D1)보다 외측 폭(D2)이 짧게 형성된다. 따라서 내측 폭(D1)과 외측 폭(D2)의 차이만큼 철심의 전체 폭(W)을 줄일 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

100 : 변압기 110 : 외함
120 : 철심 130: 권선
150: 상부 요크
151: 하부 요크
152: 사이드 레그
153: 메인 레그

Claims (7)

1. 상부 요크;
   상기 상부 요크의 하측에서 상기 상부 요크와 나란하게 배치되는 하부 요크;
   상기 상부 요크의 중심과 상기 하부 요크의 중심을 연결하는 메인 레그; 및
   상기 메인 레그의 양측에 배치되며 상기 상부 요크의 중심과 상기 하부 요크의 양단을 각각 연결하는 사이드 레그;
   를 포함하며,
   각각의 상기 사이드 레그는,
   상기 메인 레그와 대향하는 내면이 곡면으로 형성되고, 상기 내면의 반대측 면인 외면은 상기 내면과 비대칭으로 형성되며,
   상기 사이드 레그의 수평 단면에 대해 직선을 이용하여 상기 내면측과 상기 외면측을 동일한 면적으로 양분하는 경우, 상기 내면측의 최대 폭이 상기 외면측의 최대 폭보다 크게 형성되는 변압기용 철심.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 사이드 레그는,
   상기 외면이 편평한 면으로 형성되는 변압기용 철심.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 사이드 레그의 상기 내면은 중심이 상기 메인 레그측으로 돌출되어 형성되고, 상기 사이드 레그의 외면은 편평한 면으로 형성되는 변압기용 철심.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 사이드 레그의 상기 내면과 상기 외면은 서로 다른 곡률을 갖는 곡면으로 형성되며, 상기 내면의 곡률이 상기 외면의 곡률보다 크게 형성되는 변압기용 철심.
   
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 상부 요크와 상기 하부 요크는,
   서로 대향하는 내면과, 상기 내면의 반대측 면인 외면이 서로 비대칭으로 형성되는 변압기용 철심.
   
7. 제1항에 기재된 철심;
   상기 철심에 권선되는 권선; 및
   상기 권선이 권선된 철심이 수용되는 외함;
   을 포함하여 구성되는 변압기.

Images