KR101604325B1 - 변압기와 이를 포함하는 고전압 전원장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기에 관한 발명으로서, 자속이 흐를 수 있는 코어; 상기 코어에 권취되는 1차측 코일; 절연성 재료로 형성되어 상기 1차측 코일을 감싸는 보빈; 및 상기 보빈에 권취되는 2차측 코일을 포함하고, 상기 보빈은 2차측 코일이 분리되어 권취되는 면을 형성하도록 하나 이상의 격판을 구비하고, 상기 격판을 기준으로 분리된 보빈의 양 면에 2차측 코일이 권취되는 것을 특징으로 한다.

Description

변압기와 이를 포함하는 고전압 전원장치 {A transformer and high voltage power supply apparatus having the same}

본 발명은 변압기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고전압 변압기와 그 변압기를 포함하는 고전압 전원장치에 관한 것이다.

변압기라 함은 전자기유도현상을 이용하여 교류의 전압이나 전류의 값을 변화시키는 장치를 말한다.

그리고, 이러한 변압기를 이용하여 승압하는 구조의 직류/직류(DC/DC) 컨버터의 경우는 동작 주파수와 변압기의 1차 측에 인가되는 전압에 의하여 변압기가 포화될 수 있다.

변압기의 포화라고 함은 쇠를 자화하는 경우 자화력이 증가하면 일반적으로 자속 밀도도 증가하게 되지만, 어느 이상이 되면 자화력이 증가해도 자속 밀도가 거의 증가하지 않는 현상을 의미한다. 그리고, 이러한 변압기의 포화 현상은 고조파를 만들어 내기 때문에 주변 기기에 오작동을 유발시켜 수명을 단축시키거나 변압기에 진동을 발생시키는 문제점이 있다. 또한, 변압기가 포화되면 더 이상 변압기로서의 역할을 할 수 없어 원하는 변압기 2차측 전압을 얻을 수 없다.

이러한 변압기의 포화 현상을 방지하기 위해서는 변압기의 1차 권선 수를 늘려서 마그네타이징 인덕턴스를 키우는 방법이 있다. 그러나 변압기의 1차 권선 수를 늘리면, 동일한 승압비를 유지하기 위해 늘어난 1차 권선 수에 맞게 2차 권선 수도 함께 늘려야 한다.

결국, 포화 현상을 방지하면서 안정적인 출력을 내보내는 고전압 변압기의 설계하기 위해서는, 동일한 승압비를 유지하기 위한 1차 및 2차 권선 수의 비와 함께 포화 방지를 위한 최소 1차 권선수, 그리고 1차 및 2차 권선 간의 절연과 늘어난 1차 권선 비에 맞는 2차 권선의 층간 절연이 함께 고려되어야 한다.

도 14는 이러한 방식으로 설계된 종래의 변압기의 구조를 보여주는 도면이다.

도 14의 변압기는 코어(110), 코어(110)에 권취된 1차 권선(보빈 내측에서 코어에 권선되므로 미도시됨), 테플론 등의 절연성의 재료로 이루어진 보빈(130), 및 보빈(130)에 권취된 2차 권선(140)을 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고, 이러한 변압기는 지지대(160)에 볼트(170) 등의 체결수단으로 연결되며, 이러한 변압기 주위에는 버스바(150)가 구비될 수 있다.

도 15는 도 14의 종래의 변압기의 측면도를 보여주는 도면이다.

종래의 변압기에서 보빈(130)에 2차 권선(140)을 감는 방법은 코어를 늘려서 와인딩 에어리어(Winding area)를 키우는 방식이 일반적으로 사용된다. 즉, 변압기의 포화를 막기 위하여 1차 권선의 권선 수를 증가시키는 동시에, 이에 비례하여 2차 권선(140)의 권선 수도 증가하게 되므로 이러한 공간을 제공하기 위하여 코어의 크기가 더 증가하게 된다.

그러나, 이러한 방식은 변압기의 부피가 커지고, 변압기 제작시의 단가가 증가하는 문제점이 있었다.

일반적으로 변압기에서 더 높은 승압비가 요구되는 경우에는 1차 권선 수 대비 더 많은 권선 수로 2차 권선을 보빈에 권취시켜야 한다. 또한, 포화를 막기 위하여 1차 권선 수가 늘어나는 경우 2차 권선 수도 함께 늘어나야 한다. 따라서, 하나의 층으로 2차 권선을 감을 수 없는 경우에는 2개 이상의 층으로 2차 권선을 보빈에 권취시켜야 한다.

그러나, 2차 권선 사이에도 층간 절연을 고려해야 하기 때문에 하나의 층에 감을 수 있는 2차 권선의 영역은 보빈에 감기는 2차 권선의 층 수가 증가할수록 계속 줄어들게 된다.

도 16은 변압기의 보빈에 층간 절연을 고려하여 2차 권선을 권취시키는 종래의 방법을 보여주는 도면이다.

종래의 고전압 변압기의 2차 권선의 권취 방법은 먼저 '1'번 화살표의 방향으로 2차 권선을 보빈(130)의 둘레를 감싸가면서 권취시켜 나가게 된다. 이렇게 '1'번 화살표 방향으로 2차 권선을 감싸가다 보면 보빈(130)의 끝단에 도착하게 되고, 그 다음 층은 '2'번 화살표의 방향으로 2차 권선을 권취시켜 나가게 된다.

그런데, 그 다음 층에서 '2'번 화살표의 방향으로 권선을 보빈의 끝단까지 권취시켜 나가게 되면 첫 번째 권선 층의 가장 처음에 권취되었던 권선 부분과 접촉하게 되며, 결국 첫 번째 권선 층의 가장 처음에 권취되었던 권선 부분과 '2'번 화살표를 따라서 감싸지는 권선 부분 사이에 큰 전압 차가 존재하게 된다.

따라서, 2차 권선 사이의 층간 절연을 확보하기 위하여 그 다음의 권선 층에서는 도면에서 확인할 수 있듯이 'A'부분을 비워 두고서 '3'번 화살표를 따라 권선을 권취하게 된다.

이러한 과정을 계속해서 반복하여, '3'번 화살표를 따라서 2차 권선을 보빈(130)에 권취하여 가다가 다시 'B'부분에 도달하였을 때, 다시 층간 절연을 고려하여 'B'부분을 비우고서 '4'번 화살표 방향으로 다음 층의 2차 권선을 권취시키게 된다.

하지만, 이런 방식으로 2차 권선을 보빈(130)에 2차 권선을 권취시키게 되면, 보빈(130)에 감기는 2차 권선의 모양은 가운데가 불룩하게 솟아 오른 형상으로 고전압 변압기가 제작될 수밖에 없으며, 이로 인하여 변압기의 부피 증가와 인접하는 변압기의 2차 권선과도 적절한 절연 거리를 유지할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 2차 권선의 층수가 높아질수록 감을 수 있는 권선의 수가 제약되어 효율성이 떨어지는 문제점도 있었다.

특히, EE형이나 UU 형상의 코어에 2차 코일을 권취시키는 경우 양쪽에 감싸지는 2차측 코일 사이의 거리가 가까워져서 절연 파괴 현상이 발생될 수 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 2차 측에 더 많은 코일을 권취시킬 수 있으면서도 그 사이의 절연을 확보할 수 있는 변압기를 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 양태에 따르면, 자속이 흐를 수 있는 코어; 상기 코어에 권취되는 1차측 코일; 절연성 재료로 형성되어 상기 1차측 코일을 감싸는 보빈; 및 상기 보빈에 권취되는 2차측 코일을 포함하고, 상기 보빈은 2차측 코일이 분리되어 권취되는 면을 형성하도록 하나 이상의 격판을 구비하고, 상기 격판을 기준으로 분리된 보빈의 양 면에 2차측 코일이 권취되는 것을 특징으로 하는 변압기를 제공한다.

여기서, 본 발명에 따른 변압기는 상기 코어를 감싸도록 절연체가 설치되고, 상기 절연체 위에 1차측 코일이 권취되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 변압기는 상기 코어를 감싸도록 절연체가 설치되고, 상기 절연체 위에 1차측 코일이 권취되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 변압기에서 상기 코어는 코일이 권취될 수 있도록 내부에 공동이 형성되어 있는 장방형 코어이고, 상기 장방형 코어의 네 개 변 중에서 어느 하나의 변에 1차측 코일이 권취되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 변압기는 상기 하나 이상의 격판에 개구가 형성되고, 상기 2차측 코일이 격판의 개구를 통과하여 격판을 기준으로 분리된 보빈의 양 면에 권취되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 변압기는 상기 보빈의 양 면에 권취된 2차측 코일의 끝단은 상기 개구가 형성된 격판에 이웃한 다른 격판을 넘어서 개구가 형성된 또 다른 격판을 기준으로 보빈의 양면에 권취되어 있는 다른 2차측 코일의 끝단과 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터; 상기 인버터로부터 전달되는 1차측 교류 전압을 다른 레벨의 2차측 전압으로 변환하는 변압기; 및 상기 변압기의 2차측에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류부를 포함하고, 자속이 흐를 수 있는 코어; 상기 코어에 권취되는 1차측 코일; 절연성 재료로 형성되어 상기 1차측 코일을 감싸는 보빈; 및 상기 보빈에 권취되는 2차측 코일을 포함하고, 상기 보빈은 2차측 코일이 분리되어 권취되는 면을 형성하도록 하나 이상의 격판을 구비하고, 상기 격판을 기준으로 분리된 보빈의 양 면에 2차측 코일이 권취되는 것을 특징으로 하는 고전압 전원장치를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 변압기에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 변압기의 2차 권선의 층간 절연을 고려할 필요가 없어서, 기존 방식으로 권취된 변압기에 비하여 보다 많은 수의 2차 권선을 권취할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 인접한 2차 권선 사이의 절연을 확보할 수 있으므로, 인접한 2차 권선 사이의 절연을 확보하는 것이 가능하다.

셋째, 변압기의 1차 권선과 2차 권선 사이의 표면 방전에 대한 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 다수의 변압기를 적용하는 시스템에서 2차 권선 사이의 적당한 절연 거리를 주면서도 콤팩트한 배치가 가능하여, 공간을 절약할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기의 측면도를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기의 코어에 1차측 코일을 권취한 모습을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기의 보빈에 2차측 코일이 권취된 모습을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기의 보빈의 단면도를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에서 2차측 코일이 권취된 모습을 보빈을 생략하고 나타낸 모습이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기가 회로에 장착된 모습을 상부에서 바라본 것을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 변압기의 배치를 보다 자세히 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고전압 전원장치를 나타내는 회로도로이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 고전압 전원장치에 적용 가능한 저전압 대전류용 커넥터를 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 고전압 전원장치에 적용 가능한 고전압 저전류용 커넥터를 도시한 단면도이다.
도 12와 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 고전압 전원장치에서 변압기의 배치 형태를 설명하기 위한 평면도이다.
도 14는 종래의 변압기의 구조를 보여주는 도면이다.
도 15는 도 14의 종래의 변압기의 측면도를 보여주는 도면이다.
도 16은 변압기의 보빈에 층간 절연을 고려하여 2차 권선을 권취시키는 종래의 방법을 보여주는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기의 측면도를 보여주는 도면이며, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기의 사시도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기는 코어(100), 절연체(200), 1차측 코일(300), 보빈(400) 및 2차측 코일(500)을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기(Tx)의 코어(100)는 장방형의 형상으로 제작될 수 있으며, 내부는 공동이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 코어(100)의 재질로는 철심 혹은 페라이트가 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 자속을 원활하게 흐를 수 있는 물질이라면 다른 물질도 대체용으로 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기(Tx)는 장방형 코어(100)의 네 개 변 중 한 변에만 1차측 코일(300)이 권취될 수 있다. 1차측 코일(300)이 권취되는 변은 다른 변보다 긴 길이를 가지는 변이 선택될 수 있다. 그리고, 1차측 코일(300)이 코어(100)에 권취되기 전에 코어(100)와 1차측 코일(300) 사이에 절연을 유지하기 위하여 절연체(200)가 먼저 코어(100)의 외면을 감싸도록 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기(Tx)의 1차측 코일(300)이 코어(100)에 권취된 이후에는 보빈(400)이 그 1차측 코일(300)를 감싸도록 하여 형성될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보빈(400)은 1차측 코일(300)과 2차측 코일(500)의 절연을 위하여 테플론 등과 같은 절연 특성이 좋은 재질이 선택될 수 있다.

그리고, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보빈(400)은 내부에 하나 이상의 격판(410)을 구비할 수 있다. 격판(410)은 보빈(400)의 내면에 수직 하도록 세워질 수 있다. 그리고, 이러한 격판(410)을 기준으로 나누어진 보빈(400)의 각 면에는 2차측 코일(500)이 권취될 수 있다.

또한, 격판(410)을 기준으로 나누어진 보빈(400)의 각 면에 2차측 코일(500)을 단층으로 권취할 수도 있으나, 2차측 코일(500)의 권선 수를 더욱 증가시키기 위해 상기 보빈(400)의 각 면에 2차측 코일(500)을 다층으로 권취할 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기(Tx)는 이러한 방식으로 제작됨에 따라, 2차측 코일(500)의 층간 절연을 고려할 필요가 없이, 특히 다층 권취시에는 종래의 변압기 보다 더 많은 수의 2차측 코일(500)을 보빈(400)에 권취시킬 수 있다. 즉, 종래의 변압기에서와 같이 다층의 2차측 코일 권취시에 도 16에 나타낸 빈 공간 부분 'A', 'B', 'C'를 설정할 필요가 없으므로 더욱 많은 권선 수로 코일을 권취할 수 있는 것이다. 또한, 이와 더불어 2차측 코일(500) 사이의 절연에 대한 신뢰성도 확보할 수 있으며, 1차측 코일(300)과 2차측 코일(500) 사이의 표면 방전에 대한 신뢰성도 확보할 수 있다.

이하부터는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기를 제작과정을 보다 세부적으로 살펴보도록 하겠다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기의 코어(100)에 1차측 코일(300)을 권취한 모습을 보여주는 도면이다.

일반적으로 사용되는 변압기는 장방형 코어를 사용할 경우 코어의 한쪽 변에는 1차측 코일을 권취하고 그 반대편에 2차측 코일을 권취한다.

그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기는 코어(100)의 한쪽 변에 권취된 1차측 코일(300)의 바로 위로 2차측 코일(500)을 권취할 수 있다. 이를 위하여, 먼저 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기에서는 코어(100)의 한쪽 변에 절연체(200)를 감싸고, 그 위에 1차측 코일(300)을 권취할 수 있다. 그리고, 그 위에 보빈(400)을 감싼 뒤, 보빈(400)에 2차측 코일(500)을 권취할 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기의 보빈(400)에 2차측 코일(500)이 권취된 모습을 보여주는 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기의 보빈(400)에서 2차측 코일(500)이 권취되는 각 면은 격판(410)으로 분리될 수 있다. 그리고, 2차측 코일(500)은 격판(410)과 격판(410) 사이, 즉 이웃한 격판(410) 사이의 보빈(400) 내면에 권취될 수 있다. 이를 위하여, 격판(410)에는 개구(도 5에서 도면부호 420임)가 형성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기에서 2차측 코일(500)이 보빈(400)에 권취되는 방법은 다음과 같다.

먼저, 하나의 2차측 코일(500)이 격판(410)의 개구(420)를 통하여 삽입될 수 있다. 개구(420)를 통하여 관통 삽입된 2차측 코일(500)은 개구(420)가 형성되어 있는 격판(410)을 기준으로 양 옆의 보빈(400) 내면에 권취될 수 있다. 그리고, 이렇게 보빈의 각 격판(410)의 개구(420)마다 2차측 코일(500)이 삽입되어 해당 격판(410)의 양 옆의 보빈 내면에 권취될 수 있다.

해당 도면을 기준으로 가장 우측에 있는 권취된 한 쌍의 2차측 코일(500)이 권취된 방식을 예를 들어 설명하자면, 격판(410)의 개구(420)를 통하여 2차측 코일(500)을 삽입한 뒤 개구(420)가 형성된 그 격판(410)을 기준으로 양 옆의 보빈(400) 내면에 상기 2차측 코일(500)을 권취한다. 2차측 코일(500)의 권취가 다 끝나면, 해당 2차측 코일(500)의 끝단은 다음 격판(410)의 위로 위치시킨다. 그리고, 격판(410)의 위로 위치한 2차측 코일(500)의 끝단을 동일한 방식으로 권취한 이웃한 다른 2차측 코일(500)의 끝단과 전기적으로 접속시킨다. 이때, 두 2차측 코일은 개구가 형성되어 있지 않은 격판(410) 위로 넘어와 접속시킨다. 이러한 전기적 접속은 납땜 혹은 커넥터를 통하여 이루어질 수 있다. 이에 관련하여서는 이하 도면에서 더 자세히 후술하도록 하겠다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기의 보빈(400)의 단면도를 보여주는 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기의 보빈(400)은 그 내부에 2차측 코일(500)을 구분하여 권취할 수 있도록 하기 위한 하나 이상의 격판(410)을 구비할 수 있다. 그리고, 이러한 격판(410)은 전압을 고려하여 높이가 길어질 수 있으며, 보빈(400)의 양 끝은 변압기 1차측과 변압기 2차측 간의 절연을 위해 다른 격판에 비해 더 높이 설계될 수 있다.

보빈(400)의 격판(410)은 하나 이상의 개구(420)를 구비할 수 있다. 이러한 개구(420)는 하나 건너 하나의 격판(410)에 교대로 형성될 수도 있다. 그리고, 2차측 코일(500)은 격판(410)의 이러한 개구(420)를 통하여 보빈(400)에 권취될 수 있다.

이렇게 격판(410)이 형성된 보빈(400)에 2차측 코일(500)을 권취시킴으로써, 2차측 코일(500) 사이의 전압차를 줄일 수 있다. 즉, 종래의 고압 변압기에서 2차측 코일을 권취시킬 때에는 절연을 고려하여 그 다음 층의 2차측 코일은 아래층의 2차측 코일과는 어느 정도 거리를 두고 코일을 권취하여야 하였다.

그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차측 코일이 여러 개의 층을 두고 쌓이는 것이 아니라, 격판(410)을 기준으로 한 쌍씩 권취되는 방식을 취하므로 양 옆의 다른 격판(410)에 권취된 2차측 코일(500)간의 전압차만 고려하면 되므로 절연을 위하여 버리는 공간이 발생하지 않는다. 또한, 인접한 2차측 코일(500)과도 전위차가 크게 발생하지 않는다. 물론, 격판(410) 사이의 공간에 2차측 코일(500)을 다층으로 권취하는 것도 가능하며, 이때 격판(410) 사이의 간격이 크지 않으므로 격판(410) 사이의 보빈(400) 내측 공간에 다층으로 2차측 코일(500)을 권취하더라도 코일 간의 전위차는 거의 발생하지 않는다.

도 6은 2차측 코일(500)이 권취된 모습을 보빈을 생략하고 나타낸 모습이다.

도 6의 가운데에서 2차측 코일(500)을 연결하는 부분은 보빈(400)의 격판(410)에 형성된 개구(420)를 통과하는 부분이다. 그리고, 가운데 연결된 부위를 중심으로 2차측 코일(500)의 양 끝단은 다른 2차측 코일과 연결되기 위하여 보빈(400)의 격판(410) 위를 넘어갈 수 있다.

예를 들어, 도 6의 2차측 코일이 복수 개가 연속적으로 도시된다고 고려하면, 격판(410)을 중심으로 양 옆의 2차측 코일(500)은 개구(420)를 통하여 물리적으로 연결된 하나의 2차측 코일(500)이겠으나, 이웃한 격판(410)의 개구(420)를 각각 통과한 다른 2차측 코일(500) 간의 연결은 납땜 혹은 커넥터 등의 방식으로 전기적으로 접속될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기는 이러한 권취 방식을 가짐으로써, 기존의 변압기 보다 많은 양의 2차측 코일을 권취시킬 수 있으면서도, 권취되는 2차측 코일(500) 간의 절연을 보다 잘 유지시킬 수 있다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기가 회로에 장착된 모습을 상부에서 바라본 것을 나타낸 도면이다.

도면상의 회로도는 총 3개의 변압기(Tx1~Tx3)를 이용하고 있다. 그리고, 이러한 변압기(Tx1~Tx3)들은 1차측 코일(300) 및 2차측 코일(500)이 서로 엇갈리듯이 교차하도록 배치되어 있다. 즉, 1차측 코일(300)과 2차측 코일(500)이 함께 권취되어 있는 장방형 코어(100)의 한 변의 부분이 이웃한 변압기(Tx1~Tx3) 간에 서로 겹치지 않도록 교대로 설치되어 있는 것이다. 이와 같이 변압기를 배치할 경우 장방향 코어(100)에서 코일이 권취된 부분이 변압기(Tx1~Tx3) 간에 서로 반대쪽에 위치하므로, 변압기 간 코일의 절연 거리를 충분히 확보하는 것이 가능하다. 따라서, 복수 개의 변압기(Tx1~Tx3)를 가지는 장치의 전체 부피와 크기를 줄일 수 있고, 장치를 콤팩트(compact)하게 구성하는 것이 가능해진다.

도 7의 회로는 도면과 같은 변압기의 배치를 통하여 2차측 코일(500) 간의 절연 거리를 충분히 주면서도 컴팩트한 배치가 가능함을 보여주고 있다.

도 8은 도 7의 변압기의 배치를 보다 자세히 보여주는 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기(Tx,Tx1~Tx3)는 장방형 코어(100)의 한쪽 변에만 1차측 코일(300) 및 2차측 코일(500)을 권취시킬 수 있다.

따라서, 상부에서 바라봤을 때, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코일이 권취된 부분만 돌출되도록 형성될 수 있다.

그러므로, 이렇게 코일이 권취된 부분을 교대로 교차시키면서 도면과 같이 변압기(Tx,Tx1~Tx3)를 배치하면 2차측 코일(500) 사이의 거리가 짧아 그 사이에 절연 파괴 현상이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 즉, 다른 쪽 변압기의 2차측 코일(500)과의 절연 거리를 더욱 넓게 가지도록 배치할 수 있으므로 변압기의 설계나 배치에 있어서 자유롭다.

또한, 도시된 바람직한 실시예의 경우 장방형 코어(100)를 적용하고 있으나, Π형, E형의 코어를 적용하는 경우에도 그 코어의 한 변에 절연체를 개재한 상태로 1차측 코일을 권취하고, 격판을 가지는 보빈을 사용하여 2차측 코일을 권취하는 방법으로 변압기를 구성하는 것이 가능하다.

또한, 코어의 2개 이상의 변에 각각 절연체, 1차측 코일, 격판을 가지는 보빈, 2차측 코일을 설치하여 하나의 코어에 복수 개의 변압기를 구성하는 것 역시 가능하다.

한편, 본 발명은 상술한 변압기를 이용하여 구성한 고전압 전원장치를 포함한다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고전압 전원장치를 나타내는 회로도로, 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 고전압 전원장치는 직류를 다른 레벨의 직류로 변환하여 출력하는 공진형 컨버터의 회로 구성을 가진다.

즉, 본 발명에 따른 고전압 전원장치는 입력 전원으로부터 공급되는 직류 전압(Vdc)을 교류 전압으로 변환하는 인버터(10), 상기 인버터(10)로부터 전달되는 1차측 교류 전압을 다른 레벨의 2차측 전압으로 변환하는 변압기(Tx1~Tx3), 상기 변압기(Tx1~Tx3)의 2차측에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류부(22), 및 상기 정류된 직류 전압을 필터링하여 출력단으로 인가하는 필터부(23)를 포함하여 구성된다.

여기서, 인버터(10)는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하기 위한 스위칭부(11), 및 공진 현상을 이용하여 스위칭부(11)에서 전달되는 교류 전압의 주파수 특성을 변환하는 공진회로부(12)를 포함한다.

상기 스위칭부(11)는 복수 개의 스위칭 소자(S1~S6), 각 스위칭 소자(S1~S6)에 병렬로 연결된 역병렬 다이오드(D1~D6) 및 스너버 커패시터(C1~C6), 그리고 각 스위칭 소자(S1~S6)의 스위칭 동작을 위한 게이트 드라이브 회로(Gate Drive Circuit)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 스위칭부(11)에서 스위칭 소자(S1~S6)로는 IGBT, MOSFET, BJT 등의 전력용 반도체 스위치가 사용될 수 있고, 온/오프 제어가 가능한 전력용 반도체 스위칭 소자라면 어떤 것이라도 사용될 수 있다.

또한, 상기 스위칭부(11)는 스위칭 소자(S1~S6)가 하프 브리지(Half Bridge) 구조로 연결되거나 풀 브리지(Full Bridge) 구조로 연결된 구성이 될 수 있고, 더불어 단상 또는 다상의 출력이 가능하도록 단수 또는 복수 개의 스위칭 레그(Switching Leg)를 포함하는 구성이 될 수 있다.

도 9에는 한 쌍의 스위칭 소자(S1~S6)가 하프 브리지 구조로 연결된 회로 구성을 하나의 단상 스위칭 레그로 하여 총 3개의 스위칭 레그를 가지는 3상 하프 브리지 공진형 인버터(10)가 예시되어 있다.

상기 공진회로부(12)는 공진 인덕터(Lr1~Lr3)와 공진 커패시터(Cr1~Cr3)를 포함하여 구성될 수 있고, 각 상의 스위칭 레그를 구성하는 두 스위칭 소자(S1~S6)의 접속 노드에 공진 인덕터(Lr1~Lr3)와 공진 커패시터(Cr1~Cr3), 그리고 변압기(Tx1~Tx3)의 1차측 코일이 직렬로 연결된다.

다음으로, 본 발명에 따른 고전압 전원장치는 각 상의 인버터 출력, 즉 각 스위칭 레그로부터 전달되는 각 상의 교류 전압을 다른 레벨의 교류 전압으로 변환하는 복수 개의 변압기(Tx1~Tx3)를 포함할 수 있다.

물론, 인버터가 단상의 출력이 이루어지는 구성일 경우, 즉 스위칭부(11)가 하프 브리지 구조이든, 또는 풀 브리지 구조이든 하나의 스위칭 레그를 가지는 단상 출력의 인버터일 경우 하나의 변압기가 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 고전압 전원장치에서 변압기(Tx1~Tx3)로는 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 변압기가 사용되며, 본 발명에 따른 고전압 전원장치가 출력단에 연결된 부하측으로 고전압을 인가하기 위한 전원장치이므로, 상기 각 변압기(Tx1~Tx3)는 각 상의 인버터 출력을 1차측과 2차측의 권선비에 따라 승압해주는 승압 변압기가 될 수 있다.

또한, 정류부(22)는 각 변압기(Tx1~Tx3)의 2차측에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 복수의 정류 다이오드(Dhv1-tot,Dhv2-tot,Dhv3-tot)를 포함하여 구성될 수 있고, 필터부(23)는 정류부(22)의 출력을 필터링하여 안정된 전압이 부하측에 공급되도록 하기 위한 것으로서 상기 정류부(22)에 병렬로 연결된 커패시터(Cf1~Cf6)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 9에서 도면부호 24는 정류부(22)의 출력단에 연결되어 출력 전압을 센싱하기 위한 전압센싱부를 나타내고, 도면부호 25는 정류부(22)의 출력단에 설치되어 출력 전류를 센싱하는 전류센싱부를 나타낸다.

한편, 인버터(10)의 교류 전압을 승압하기 위한 변압기(Tx1~Tx3), 교류 전압을 정류하기 위한 정류부(22), 정류부(22)의 출력을 필터링하기 위한 필터부(23), 출력단의 전압 및 전류를 센싱하기 위한 전압센싱부(24)와 전류센싱부(25)를 포함하는 고전압부(20)의 구성요소들은 별도로 제작된 케이스(21) 내에 설치하고, 특히 고전압부(20)의 구성요소들을 케이스(21) 내에 채워진 절연유 등의 절연물질에 함침시켜 절연을 유지한다.

이때, 변압기(Tx1~Tx3)의 1차측이 케이스(21) 외부의 인버터(10)에 결선되어야 하고, 정류부(22)에 연결되어 부하측으로 고전압을 인가하기 위한 출력단 역시 고전압 케이블 등을 통해 외부와 결선이 가능해야 한다.

이와 함께 케이스(21) 내 전압센싱부(24)와 전류센싱부(25) 또한 신호 출력을 위해 외부와의 결선이 가능해야 한다.

그러나, 변압기(Tx1~Tx3), 정류부(22), 전압센싱부(24) 및 전류센싱부(25)가 수용되어 있는 케이스(21) 내에는 절연유 등의 절연물질이 채워져 있으므로 각 구성요소의 외부 결선을 위한 커넥터(30,40)는 케이스(21)와의 절연 및 절연물질의 누설 방지 등을 고려하여 설계되어야 한다.

이를 위해 고전압부(20)에 적용되는 새로운 외부 결선용 커넥터가 개시되며, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 고전압 전원장치에 적용 가능한 저전압 대전류용 커넥터(30)를 도시한 단면도이고, 도 11은 고전압 저전류용 커넥터(40)를 도시한 단면도이다.

도 10에 나타낸 저전압 대전류용 커넥터(30)는 변압기(Tx1~Tx3)의 1차측 코일, 전압센싱부(24), 전류센싱부(25)의 외부 결선용으로 사용될 수 있는 것으로, 케이스(21)에 외부 결선용 커넥터를 장착하기 위한 장착홀(21a)을 형성하고, 상기 장착홀(21a)에 커넥터(30)를 장착한다.

이하, 도 10에 나타낸 저전압 대전류용 커넥터(30)를 제1커넥터로 칭하기로 한다.

상기 제1커넥터(30)는 케이스(21) 내부 및 외부의 코일에 형성된 터미널이 접속될 수 있도록 케이스(21)에 형성된 장착홀(21a)에 관통 삽입되고 상기 장착홀(21a)에서의 고정을 위해 일측에 걸림부(31c)가 형성된 통전부재(31), 케이스(21)와 통전부재(31) 사이의 절연을 위해 개재되는 제1절연부재(32), 상기 통전부재(31)를 케이스(21)의 장착홀(21a)에 고정하기 위한 고정부재(34), 상기 통전부재(31)와 케이스(21) 사이의 실링을 위해 개재되는 절연성 실링부재(35), 상기 통전부재(31)에 케이스(21) 외부의 터미널(T2)을 고정시키는 제1체결부재(36), 및 상기 통전부재(31)에 케이스(21) 내부의 터미널(T1)을 고정시키는 제2체결부재(37)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 통전부재(31)는 구리(Cu) 등의 도체 재질로 제작되며, 케이스(21)의 장착홀(21a)에 삽입 가능한 크기와 길이를 가지도록 제작된다.

바람직한 실시예에서, 통전부재(31)는 원형의 단면을 가지면서 장착홀(21a)에 관통 삽입되어 케이스(21)의 내부에서 외부에 걸쳐 위치될 수 있게 도 10에 나타낸 바와 같이 소정의 길이를 가지도록 길게 형성된 몸체부(31a,31b)와, 장착된 상태에서 케이스(21) 내측으로 위치되는 몸체부 일단에 플랜지 형상으로 형성된 걸림부(31c)로 구성될 수 있다.

여기서, 몸체부는 케이스(21)의 장착홀(21a)을 관통하는 대직경부(31a)와, 케이스(21) 외부에서 결선용 터미널이 결합되는 소직경부(31b)로 구성될 수 있다.

상기 제1절연부재(32)의 재질로는 유리섬유(Glass Fiber) 등이 바람직하며, 케이스(21)의 장착홀(21a) 내주면과 이에 삽입된 통전부재(31)의 외주면 사이에 개재될 수 있도록 유리섬유를 재질로 하여 원통 형상으로 제1절연부재(32)를 제조할 수 있다.

상기 통전부재(31)의 몸체부(대직경부(31a)) 외주면에 제1절연부재(32)가 끼워진 상태에서 케이스(21)의 장착홀(21a) 내측으로 삽입되므로 통전부재(31)와 케이스(21) 사이에 개재되는 제1절연부재(32)에 의해 절연 상태가 유지될 수 있다.

상기 고정부재(34)는 통전부재(31)의 몸체부(31a,31b)가 케이스(21)의 장착홀(21a)로부터 빠지지 않도록 고정하기 위한 것으로, 통전부재(31)에서 케이스(21)의 장착홀(21a)을 기준으로 걸림부(31c)와는 반대쪽의 몸체부(대직경부(31a))에 체결된다.

즉, 케이스(21) 외측에서 통전부재(31)의 몸체부(31a)에 체결되어 통전부재(31)를 고정하게 되는 것이다.

이때, 고정부재(34)는 통전부재(31)의 몸체부, 보다 상세히는 통전부재(31)에서 케이스(21) 외측으로 위치되는 몸체부의 대직경부(31a) 외주면에 나사 체결되는 너트 형상으로 구비될 수 있다.

상기 너트 형상의 고정부재(34)가 통전부재(31)의 대직경부(31a) 외주면에 나사 체결되면, 통전부재(31)의 걸림부(31c)가 실링부재(35)를 개재한 상태로 케이스(21) 내측면을 가압하여 걸려 있게 되는 동시에, 너트 형상의 고정부재(34)가 제2절연부재(33)를 개재한 상태로 케이스(21) 외측면을 가압하게 되므로, 통전부재(31)가 케이스(21)의 장착홀(21a)에 견고히 고정될 수 있게 된다.

이때, 실링부재(35)는 절연 재질로 제작된 O-링 형상의 부재로서, 제1절연부재(32)의 바깥쪽(외주쪽)으로 통전부재(31)의 걸림부(31c)와 케이스(21) 내측면 사이에 개재되고, 이러한 상태에서 통전부재(31)의 몸체부(31a), 제1절연부재(32), 케이스(21) 사이의 틈새로 절연물질이 누설되는 것을 방지하게 된다.

또한, 바람직한 실시예에서, 너트 형상의 고정부재(34)와 케이스(21) 외측면 사이에는 제2절연부재(33)가 개재되며, 상기 제2절연부재(33)는 제1절연부재(32)와 마찬가지로 유리섬유 등의 절연 재질을 사용하여 링 형상으로 제작된 것이 사용될 수 있다.

이와 같은 제2절연부재(33)를 사이에 두고 너트 형상의 고정부재(34)가 통전부재(31)의 몸체부(31a)에 나사 체결되므로, 나사 체결 후 통전부재(31) 및 고정부재(34)와 케이스(21) 외측면 사이에 제2절연부재(33)가 개재한 상태로 있게 되어, 고정부재(34)가 나사 체결되더라도 통전부재(31) 및 고정부재(34)가 케이스(21) 외측면과 절연 상태를 유지할 수 있게 된다.

상기 제1체결부재(36)는 케이스(21) 외부의 터미널(T2), 즉 인버터(10)의 각 스위칭 레그로부터 변압기 1차측으로 연결되는 코일의 종단에 고정된 터미널을 통전부재(31)에 접속하기 위한 수단이 되는 것으로, 이는 통전부재(31)의 소직경부(31b) 외주면에 나사 체결될 수 있도록 너트 형상으로 제조될 수 있다.

이때, 상기 터미널(T2)은 링 형상부를 가지며, 링 형상부를 통전부재(31)의 소직경부(31b) 외주쪽에 끼운 뒤, 너트 형상의 제1체결부재(36)를 통전부재(31)의 몸체부, 즉 소직경부(31b)의 외주면에 나사 체결하게 된다.

이에 케이스(21) 외부의 터미널(T2)이 통전부재(31)의 대직경부(31a) 끝면과 제1체결부재(36) 사이에 압착 개재된 상태로 통전부재(31)와 전기적으로 접속된 상태를 유지하게 된다.

또한, 제2체결부재(37)는 케이스(21) 내부의 터미널(T1), 즉 케이스(21) 내측으로 위치되는 변압기(Tx1~Tx3) 1차측 코일의 종단, 그리고 전압센싱부(24)와 전류센싱부(25)의 각 출력 도선의 종단에 고정된 터미널을 통전부재(31)에 접속하기 위한 수단이 되는 것으로, 이는 케이스(21) 내측에서 통전부재(31) 내부로 삽입 체결되는 볼트 형상의 부재가 될 수 있다.

상기 케이스(21) 내부의 터미널(T1) 역시 링 형상부를 가지며, 링 형상부를 볼트 형상의 제2체결부재(37) 외주쪽에 끼운 뒤, 제2체결부재(37)를 통전부재(31)의 길이방향으로 길게 형성된 나사홀에 삽입하여 체결하게 된다.

이에 케이스(21) 내부의 터미널(T1)이 통전부재(31)와 제2체결부재(37)의 헤드부 사이에 압착 개재된 상태로 통전부재(31)와 전기적으로 접속된 상태를 유지하게 된다.

이와 같이 제1커넥터(30)는 통전부재(31), 제1절연부재(32), 고정부재(34), 실링부재(35), 제1체결부재(36), 및 제2체결부재(37)를 포함하여 구성되는 것으로, 인덕터(10)와 변압기(Tx1~Tx3)를 연결하는 1차측 코일의 결선을 위해 사용될 수 있으며, 상기한 구성의 제1커넥터를 좀더 작은 크기로 제작하여 전압센싱부(24)와 전류센싱부(25)를 외부 결선하는데 사용될 수 있다.

도 9의 실시예에서와 같이 3상의 공진 인버터(10)를 적용한 경우에 3개의 스위칭 레그와 3개의 변압기(Tx1~Tx3) 1차측 코일을 결선하는데 총 4개의 제1커넥터(30)가 사용되고 있으며, 여기서 단상 또는 다상 공진 인버터의 스위칭 레그 및 케이스(21) 내 변압기의 개수에 따라서 사용되는 커넥터(30)의 개수는 달라질 수 있다.

도 9를 참조하면, 인버터(10)의 각 스위칭 레그에서 변압기(Tx1~Tx3) 1차측으로 연결되는 케이스(21) 외부의 두 코일 중 하나가 제1커넥터(30)를 통해 변압기(Tx1~Tx3) 1차측 코일의 일단과 접속됨을 볼 수 있고, 이때 각 변압기(Tx1~Tx3)의 1차측 코일의 타단이 공통(common) 결선된 상태로 상기 외부의 두 코일 중 다른 하나와 제1커넥터(30)를 통해 접속된다.

이에 3개의 스위칭 레그 및 변압기(Tx1~Tx3)를 적용한 경우에서 인버터(10)와 변압기(Tx1~Tx3) 간의 결선을 위해 4개의 제1커넥터(30)가 사용될 수 있으며, 전압센싱부(24)와 전류센싱부(25)의 외부 결선 부위에도 각각 1개씩의 제1커넥터(30)가 사용될 수 있다.

다음으로, 도 11에 나타낸 고전압 저전류용 커넥터(40)는 고전압 전원장치의 출력단 외부 결선용으로 사용될 수 있는 것으로, 고전압 전원장치에서 정류부(22)에 연결된 출력단의 케이블(43)을 케이스(21) 외부의 고전압 케이블(45)과 접속하는데 사용된다.

이하, 도 11에 나타낸 고전압 저전류용 커넥터(40)를 제2커넥터로 칭하기로 하며, 이러한 제2커넥터(40) 역시 케이스(21)에 형성된 장착홀(21b)에 장착된다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제2커넥터(40)는 플랜지부(42b)를 통해 케이스(21) 내측면에 장착되고 케이스(21)의 장착홀(21b)에 관통 삽입되는 체결부(42a)를 가지는 커넥터 본체(41), 상기 커넥터 본체(41)의 플랜지부(42b) 및 체결부(41a)를 내부 관통하도록 삽입된 내부 케이블(43)의 종단에 결합되어 구비되는 제1통전부(44), 케이스(21) 외측에서 상기 커넥터 본체(41)의 체결부(42a)에 체결되는 커넥터 캡(42), 그리고 상기 커넥터 캡(42)을 내부 관통하도록 삽입된 외부 케이블(45)의 종단에 결합되어 구비되는 제2통전부(46)를 포함한다.

이러한 구성에서 커넥터 본체(41)는 케이스(21) 내측면에 스크류(49) 등의 체결수단으로 고정되는 플랜지부(42b), 및 케이스(21)의 장착홀(21b)에 관통 삽입되는 체결부(42a)로 구성될 수 있고, 테플론과 같은 절연 재질을 사용하여 상기 플랜지부(42b)와 체결부(42a)를 일체 성형함으로써 종단면 형상이 대략 T자 형상을 가지는 커넥터 본체(41)가 제작될 수 있다.

상기 커넥터 본체(41)에서 스크류 등으로 체결되는 플랜지부(42b)와 케이스(21) 내측면 사이에는 절연유 등의 절연물질이 누설되지 않도록 실링이 이루어져야 하며, 이에 플랜지부(42b)와 케이스(21) 내측면 사이에는 고무 등으로 제조된 O-링 형상의 실링부재(48)를 압착 개재하는 것이 바람직하다.

상기 커넥터 캡(42)은 내주면에 나사산이 형성된 캡 형상의 부재로서, 장착홀(21b)을 통해 케이스(21) 외측으로 삽입된 커넥터 본체(41)의 체결부(42a) 외주면에 나사 체결될 수 있도록 구비된다.

상기 커넥터 캡(42) 역시 테플론과 같은 절연 재질을 사용하여 제조될 수 있다.

상기 제1통전부(44)와 제2통전부(46)는 내부 케이블(43)과 외부 케이블(45)을 통전시키기 위해 접촉되는 부분으로, 제1통전부(44)는 정류부(22)로부터 연결된 내부 케이블(43)의 종단에, 제2통전부(46)는 고전압 전원장치의 출력을 외부로 전달하는 외부 케이블(45)의 종단에 설치된다.

상기 제1통전부(44)와 제2통전부(46)는 구리(Cu)와 같은 도체 재질을 사용하여 판 형상으로 제작될 수 있는데, 이때 제1통전부(44)는 커넥터 본체(41)의 체결부(42a) 끝단 홈에 삽입되어 조립될 수 있고, 제2통전부(46)는 커넥터 캡(42)의 내측면 홈에 삽입되어 조립될 수 있다.

이때, 커넥터 캡(42)이 커넥터 본체(41)의 체결부(42a)에 나사 체결되면, 제1통전부(44)와 제2통전부(46)가 압접된 상태로 전기 접속되고, 이에 내부 케이블(43)과 외부 케이블(45)의 전기적인 결선이 이루어지게 된다.

상기 내부 케이블(43)과 외부 케이블(45)은 피복된 고전압 절연 케이블이 될 수 있으며, 상기 제1통전부(44)와 제2통전부(46)에 각 케이블의 심선(43a,45a)이 접속되어 두 통전부의 접촉으로 양측 케이블의 전기 접속이 가능하도록 한다.

한편, 다음의 설명에서는 절연 및 전력밀도를 고려한 효율적인 고전압부 구성요소의 배치 구조에 대해 설명하기로 한다.

도 7을 참조하면, 고전압부(20)의 구성요소들이 케이스(21) 내에서 절연물질에 함침된 상태로 배치된 상태를 볼 수 있으며, 케이스(21)에 설치된 외부 결선용 제1커넥터(30)와 제2커넥터(40)가 함께 도시되어 있다.

고전압부(20)에서 케이스(21) 내 각 변압기(Tx1~Tx3)의 2차측과 정류부(22)가 직렬로 결선되는데, 각 변압기(Tx1~Tx3)의 1차측 코일(300)은 제1커넥터(30)를 통해, 정류부(22)는 제2커넥터(40)를 통해 외부 결선된다.

도시된 실시예에서 총 3개의 변압기(Tx1~Tx3)가 케이스(21) 내부에 배치되고 있는데, 이러한 변압기의 개수는 인버터의 구성에 따라 달라질 수 있다.

또한, 앞에서 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이 변압기(Tx,Tx1~Tx3)들이 1차측 코일(300) 및 2차측 코일(500)이 서로 엇갈리듯이 교차하도록 배치되어 있다.

즉, 1차측 코일(300)과 2차측 코일(500)이 함께 권취되어 있는 부분이 이웃한 변압기(Tx,Tx1~Tx3) 간에 서로 겹치지 않도록 교대로 설치되는 것이다.

이와 같이 변압기(Tx,Tx1~Tx3)를 배치할 경우 장방향 코어(100)에서 코일(300,500)이 권취된 부분이 변압기 간에 서로 반대쪽에 위치하므로 변압기 간 코일의 절연 거리(d)를 충분히 확보하는 것이 가능하다.

따라서, 복수 개의 변압기(Tx,Tx1~Tx3)를 가지는 장치의 전체 부피와 크기를 줄일 수 있고, 전원장치의 고전압부(20)를 더욱 콤팩트(compact)하게 구성하는 것이 가능해진다.

상기 변압기(Tx,Tx1~Tx3)는 장방형 코어(100)의 한쪽 변에만 1차측 코일(300) 및 2차측 코일(500)이 권취되어 코일이 권취된 부분만이 돌출된 구조를 이루고 있는바, 코일이 권취된 부분을 교대로 교차시켜 변압기(Tx,Tx1~Tx3)를 배치하면, 이웃한 변압기의 2차측 코일(500) 사이에 절연 거리(d)를 충분히 확보할 수 있고, 그 사이에 절연 파괴 현상이 일어나는 것을 방지할 수 있다.

도 12 및 도 13은 변압기(Tx1~Tx3)의 코어를 평면에서 보았을 때 경사방향이 되도록 배치한 실시예를 나타내는 도면으로, 도시된 바와 같이 코어(100)의 한 변에 1차측 코일(300)과 2차측 코일(500)을 권취하고, 1차측 코일(300)과 2차측 코일(500)이 권취된 코어(100)를 경사방향으로 배치할 경우에도 이웃한 변압기(Tx1~Tx3)의 코일 간 절연 거리(d)를 충분히 확보할 수 있다.

이때, 각 변압기(Tx1~Tx3)의 코어(100)를 기준으로 코일(300,500)이 권취된 변 부분이 같은 방향으로 위치하도록 배치하며, 이와 같이 장방형 코어(100)의 한 변에 1차측 코일(300)과 2차측 코일(500)을 권취하되, 변압기(Tx1~Tx3)를 경사방향으로 배치할 경우 충분한 절연 거리 확보와 콤팩트한 장치 구성이 모두 가능해진다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 인버터 11 : 스위칭부
12 : 공진회로부 20 : 고전압부
21 : 케이스 21a, 21b : 장착홀
22 : 정류부 23 : 필터부
24 : 전압센싱부 25 : 전류센싱부
30 : 제1커넥터 31 : 통전부재
31a : 대직경부 31b : 소직경부
31c : 걸림부 32 : 제1절연부재
33 : 제2절연부재 34 : 고정부재
35 : 실링부재 36 : 제1체결부재
37 : 제2체결부재 40 : 제2커넥터
41 : 커넥터 본체 42 : 커넥터 캡
43, 45 : 케이블 43a, 45a : 심선
44 : 제1통전부 46 : 제2통전부
48 : 실링부재 49 : 체결수단
100 : 코어 110 : 코어
120 : 1차 권선 130 : 보빈
140 : 2차 권선 150 : 버스바
160 : 지지대 170 : 볼트
200 : 절연체 300 : 1차측 코일
400 : 보빈 410 : 격판
420 : 개구 500 : 2차측 코일
C1~C6 : 스너버 커패시터 Cr1~Cr3 : 공진 커패시터
Cf1~Cf6 : 커패시터 D1~D6 : 역병렬 다이오드
Dhv1-tot, Dhv2-tot, Dhv3-tot : 정류 다이오드
Lr1~Lr3 : 공진 인덕터 S1~S6 : 스위칭 소자
Tx, Tx1~Tx3 : 변압기 T1, T2 : 터미널

Claims (24)

1차측 코일과, 2차측 코일을 포함하며,
상기 2차측 코일은 절연재질의 보빈에 하나 이상의 코일이 권취되어 이루어지며,
상기 보빈은, 코일이 권취되는 권취면을 상기 보빈의 길이방향을 따라서 2개 이상으로 구획하도록 하나 이상의 격판이 형성되며,
상기 격판의 적어도 일부가, 코일이 상기 보빈의 길이방향으로 통과되도록 상기 권취면 부근에 개구가 형성되며,
상기 코일은,
상기 개구가 형성된 격판의 개구에 끼워진 후 상기 개구가 형성된 격판을 중심으로 양측에서 상기 권취면으로부터 하나 이상의 층으로 감긴 후에,
양끝단 각각이 상기 개구가 형성된 격판에 인접한 다른 격판에 의하여 구획된 다른 권취면에 감긴 코일과 상기 다른 격판 위를 넘어 전기적으로 연결되는 하나 이상의 서브코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기.

제1항에 있어서,
상기 1차측 코일 및 상기 2차측 코일이 권취되는 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기.

제2항에 있어서,
상기 코어는 코일이 권취될 수 있도록 내부에 공동이 형성되어 있는 장방형 코어이고, 상기 장방형 코어의 네 개 변 중에서 어느 하나의 변에 1차측 코일이 권취되는 것을 특징으로 하는 변압기.

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직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터;
상기 인버터로부터 전달되는 1차측 교류 전압을 다른 레벨의 2차측 전압으로 변환하는 변압기; 및
상기 변압기의 2차측에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류부를 포함하고,
상기 변압기는, 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 따른 변압기인 것을 특징으로 하는 고전압 전원장치.

직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터;
상기 인버터로부터 전달되는 1차측 교류 전압을 다른 레벨의 2차측 전압으로 변환하는 변압기; 및
상기 변압기의 2차측에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류부를 포함하고,
상기 변압기는, 제2항에 따른 변압기이며,
상기 코어를 감싸도록 절연체가 설치되고, 상기 절연체 위에 1차측 코일이 권취되는 것을 특징으로 하는 고전압 전원장치.

제7항에 있어서,
상기 코어는 코일이 권취될 수 있도록 내부에 공동이 형성되어 있는 장방형 코어이고, 상기 장방형 코어의 네 개 변 중에서 어느 하나의 변에 1차측 코일이 권취되는 것을 특징으로 하는 고전압 전원장치.

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제8항에 있어서,
상기 인버터에 연결된 복수 개의 변압기를 가지며,
상기 복수 개의 변압기는,
각각의 장방형 코어에서 1차측 코일 및 2차측 코일이 권취된 하나의 변 부분이 서로 반대방향으로 위치되어 1차측 코일 및 2차측 코일이 변압기 간에 교차하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 고전압 전원장치.

제8항에 있어서,
상기 인버터에 연결된 복수 개의 변압기를 가지며,
상기 복수 개의 변압기는,
각각의 장방향 코어에서 1차측 코일 및 2차측 코일이 권취된 하나의 변 부분이 같은 방향으로 위치되면서 장방향 코어가 평면을 기준으로 경사방향이 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 고전압 전원장치.

제6항에 있어서,
상기 변압기 및 정류부가 케이스에 채워진 절연물질에 함침되어 있는 상태로 케이스 내부에 배치되고, 상기 변압기의 1차측 코일이 케이스에 장착된 제1커넥터를 통해 인버터로부터의 코일과 결선되는 것을 특징으로 하는 고전압 전원장치.

제13항에 있어서,
상기 제1커넥터는,
상기 케이스 내부 및 외부의 코일에 형성된 터미널이 접속될 수 있도록 케이스에 형성된 장착홀에 관통 삽입되는 통전부재;
상기 케이스와 통전부재 사이의 절연을 위해 개재되는 제1절연부재;
상기 통전부재를 케이스의 장착홀에 고정하기 위한 고정부재;
상기 통전부재와 케이스 사이의 실링을 위해 개재되는 절연성 실링부재;
상기 통전부재에 케이스 외부의 터미널을 고정시키는 제1체결부재; 및
상기 통전부재에 케이스 내부의 터미널을 고정시키는 제2체결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원장치.

제14항에 있어서,
상기 제1절연부재는 원통 형상으로 구비되어 케이스의 장착홀 내주면과 통전부재의 외주면 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 고전압 전원장치.

제14항에 있어서,
상기 통전부재는 케이스의 장착홀에 관통 삽입되어 케이스의 내, 외부에 걸쳐 위치되는 몸체부와, 상기 몸체부 일단에 플랜지 형상으로 형성된 걸림부로 구성되고, 상기 고정부재가 통전부재에서 케이스의 장착홀을 기준으로 상기 걸림부와는 반대쪽의 몸체부에 결합되어, 상기 걸림부와 고정부재가 케이스 양면을 가압하면서 통전부재를 고정시키는 것을 특징으로 하는 고전압 전원장치.

제16항에 있어서,
상기 고정부재는 너트 형상으로 구비되어 통전부재의 외주면에 나사 체결되는 것을 특징으로 하는 고전압 전원장치.

제16항에 있어서,
상기 절연성 실링부재가 통전부재의 걸림부와 케이스 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 고전압 전원장치.

제14항에 있어서,
상기 고정부재와 케이스 사이에 제2절연부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 고전압 전원장치.

제14항에 있어서,
상기 통전부재가 케이스의 장착홀을 관통하는 대직경부와, 케이스 외부의 터미널이 결합되는 소직경부로 구성되고, 상기 제1체결부재가 너트 형상으로 구비되어 상기 소직경부에 결합된 터미널을 상기 대직경부와의 사이에서 압착하도록 소직경부에 나사 체결되는 것을 특징으로 하는 고전압 전원장치.

제14항에 있어서,
상기 제2체결부재는 통전부재에 체결될 수 있는 볼트 형상으로 구비되어 통전부재에 체결된 상태로 케이스 내부의 터미널을 통전부재에 압착 고정하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원장치.

제6항에 있어서,
상기 변압기 및 정류부가 케이스에 채워진 절연물질에 함침되어 있는 상태로 케이스 내부에 배치되고, 상기 정류부에 연결된 케이스 내부의 고전압 출력 케이블이 케이스에 장착된 제2커넥터를 통해 케이스 외부의 케이블과 접속되는 것을 특징으로 하는 고전압 전원장치.

제22항에 있어서,
상기 제2커넥터는,
상기 케이스에 고정되는 플랜지부와, 케이스에 형성된 장착홀에 관통 삽입되는 체결부를 가지는 커넥터 본체;
상기 커넥터 본체를 내부 관통하도록 삽입된 내부 케이블의 종단에 결합되어 구비되는 제1통전부;
상기 장착홀에 관통 삽입된 커넥터 본체의 체결부에 체결되는 커넥터 캡;
상기 커넥터 캡을 내부 관통하도록 삽입된 외부 케이블의 종단에 결합되어 구비되고 상기 커넥터 캡이 커넥터 본체의 체결부에 체결될 때 제1통전부와 접속되는 제2통전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원장치.

제23항에 있어서,
상기 플랜지부와 케이스 사이에 실링부재가 압착 개재되는 것을 특징으로 하는 고전압 전원장치.

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