KR101621803B1 - 철도차량용 주변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 철도차량용 주변압기는, 자기회로를 형성하는 코어부와, 복수 레이어의 저압코일 및 고압코일을 포함하는 코일부와, 상기 코일부의 서로 인접한 레이어 사이에 구비되는 유로부를 포함하는 코일 어셈블리, 상기 코일 어셈블리가 수용되는 수용공간이 형성된 하우징 및 상기 수용공간 내에 냉각유체를 순환시키는 냉각유닛을 포함한다.

Description

철도차량용 주변압기{Electric Transformer for Rolling Stock}

본 발명은 철도차량용 주변압기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 코일부의 서로 인접한 레이어 사이에 구비되는 유로부를 포함하는 철도차량용 주변압기에 관한 것이다.

최근에는 지하철뿐 아니라, 동력원으로 전기를 사용하는 철도차량의 운행이 증가하고 있다. 이에 따라 전기를 사용하는 철도차량의 수요가 급증하고 있는 상황이다.

그리고 일반적으로 전기를 사용하는 철도차량의 경우, 고압의 교류전압을 강압하여 저압으로 변환하고, 이를 철도차량에 공급하는 주변압기가 구비된다.

다만, 이와 같은 주변압기는 25000V의 전압을 855V 정도의 전압으로 강압하여 컨버터와 인버터에 전원을 공급하게 되므로, 고조파에 의한 손실의 증가가 심하게 발생하여 이를 해결하기 위해 다양한 냉각 방식이 연구 및 개발되고 있으며, 이중 일부는 실제로 적용되고 있다.

하지만, 현재 적용되고 있는 다양한 방식은 냉매가 유동되는 유로의 구조가 효율적으로 설계되어 있지 않아 냉각 효율이 떨어지는 문제가 있다.

따라서 종래에 비해 냉각 효율이 보다 높은 냉각 방식의 적용이 필요한 시점이다.

한국등록특허 제10-1165912호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 효율적인 유로 구조를 통해 냉각 효율을 개선할 수 있는 철도차량용 주변압기를 제공하기 위한 목적을 가진다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 철도차량용 주변압기는, 자기회로를 형성하는 코어부와, 복수 레이어의 저압코일 및 고압코일을 포함하는 코일부와, 상기 코일부의 서로 인접한 레이어 사이에 구비되는 유로부를 포함하는 코일 어셈블리, 상기 코일 어셈블리가 수용되는 수용공간이 형성된 하우징 및 상기 수용공간 내에 냉각유체를 순환시키는 냉각유닛을 포함한다.

그리고 상기 코일 어셈블리는, 상기 코일부의 서로 인접한 레이어 사이에 구비되는 절연부를 더 포함하며, 상기 유로부는 상기 절연부의 일측 및 타측에 각각 형성될 수 있다.

또한 상기 코일 어셈블리는, 상기 저압코일과 상기 고압코일 사이에 구비된 상기 절연부의 일측 및 타측을 감싸는 보조절연부를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 유로부는 복수의 유로형성부재를 포함하고, 상기 복수의 유로형성부재의 사이에는 상기 냉각유체가 유동되는 냉각유로가 형성될 수 있다.

또한 상기 유로부는, 상기 유로부의 측부 둘레를 감싸는 제1유로형성부재 및 상기 유로부의 내측에 상기 제1유로형성부재와 이격되도록 구비되어 상기 제1유로형성부재와의 사이에 냉각유로를 형성하는 제2유로형성부재를 포함할 수 있다.

그리고 상기 코일부는 상기 코어부의 일부가 삽입되는 코어홀을 형성하도록 권선되며, 상기 제1유로형성부재 및 상기 제2유로형성부재는 한 쌍이 상기 코어홀을 기준으로 양측에 구비되어 한 쌍의 냉각유로를 형성할 수 있다.

또한 상기 제1유로형성부재는 상기 제2유로형성부재보다 길게 형성되며, 상기 유로부는, 상기 유로부의 상부 및 하부에 상기 제1유로형성부재와 이격되도록 구비되어 상기 제1유로형성부재와의 사이에 상기 냉각유체가 유입 및 배출되는 입출유로를 형성하는 제3유로형성부재를 더 포함할 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 철도차량용 주변압기는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 유로부가 코일부의 각 레이어 사이마다 구비되며, 발열부와 냉각유체의 접촉면을 최대화하여 냉각 효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.

둘째, 에너지 절감에 유리하며, 친환경 소재의 적용이 용이하다는 장점이 있다.

셋째, 저중량의 실현이 가능하므로 철도차량 자체의 중량을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 철도차량용 주변압기의 외관을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 철도차량용 주변압기의 하우징 내부에 코일 어셈블리가 구비되는 모습을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 철도차량용 주변압기에 있어서, 코일 어셈블리의 모습을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 철도차량용 주변압기에 있어서, 코일 어셈블리의 레이어 구조를 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 철도차량용 주변압기에 있어서, 절연부의 모습을 나타낸 도면;
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 철도차량용 주변압기에 있어서, 유로부의 모습을 나타낸 도면;
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 철도차량용 주변압기에 있어서, 유로연통부재의 모습을 나타낸 도면; 및
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 철도차량용 주변압기에 있어서, 유로연통부재의 모습을 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 철도차량용 주변압기의 외관을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 철도차량용 주변압기의 하우징(10) 내부에 코일 어셈블리(100)가 구비된 모습을 나타낸 도면;

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 철도차량용 주변압기는 코일 어셈블리(100)와, 하우징(10)과, 냉각유닛(20)을 포함한다.

상기 하우징(10)은 내부에 상기 코일 어셈블리(100)가 수용되는 수용공간이 형성되며, 본 실시예에서 상기 하우징(10)은 상부하우징(10a) 및 하부하우징(10b)을 포함한다.

즉 상기 하우징(10)은 상부하우징(10a) 및 하부하우징(10b)이 서로 결합 및 분리 가능하게 형성되고, 각각 상기 코일 어셈블리(100)의 일부를 감싸도록 형성된다. 특히 본 실시예의 경우 상기 하부하우징(10b)에는 내부를 확인할 수 있도록 투명성을 가지는 내부확인창(12)이 형성된다.

또한 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 상기 하우징(10)에는 상기 냉각유닛(20)에 의해 순환되는 냉각유체가 유입되는 유체유입관(15)과, 수용공간 내에서 순환한 냉각유체가 배출되는 유체배출관(16)이 구비될 수 있다.

즉 상기 냉각유닛(20)은 상기 하우징(10)의 수용공간 내에 냉각유체를 순환시키는 구성요소로서, 상기 수용공간 내부에서 승온된 냉각유체를 재냉각시켜 다시 수용공간 내로 공급하게 된다.

여기서 상기 냉각유체는 다양한 냉각용 유체일 수 있으며, 본 실시예에서는 상기 냉각유체로서 식물성 절연유를 사용하는 것으로 하였다. 이에 따라서 누유 시에도 환경에 미치는 악영향을 방지할 수 있다.

상기 코일 어셈블리(100)는 복수 레이어의 저압코일 및 고압코일을 포함하는 코일부와, 자기회로를 형성하는 코어부(200)를 포함한다. 또한 상기 코일 어셈블리(100)는 상기 코일부의 서로 인접한 레이어 사이에 구비되는 유로부를 포함할 수 있으며, 이에 대해서는 후술하도록 한다.

본 실시예에서 상기 코일 어셈블리(100)는 상기 코어부(200)가 코일부를 감싸는 형태로 형성되며, 이에 따라 상기 상부하우징(10a)은 상기 코어부(200)의 양측 돌출 부분을 수용할 수 있도록 확장부(11)를 포함할 수 있다.

이하에서는, 상기 코일 어셈블리(100)의 구체적인 구조에 대해 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 철도차량용 주변압기에 있어서, 코어부(200)를 제외한 코일 어셈블리(100)의 모습을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 철도차량용 주변압기에 있어서, 코일 어셈블리(100)의 레이어 구조를 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 코일 어셈블리(100)의 코일부는 복수 레이어의 코일(101)을 포함하며, 하나의 레이어는 도선(w)이 복수 회 권선된 형태를 가진다. 그리고 상기 코일부의 내측에는 전술한 코어부(200)의 일부가 삽입되는 코어홀(102)이 형성된다.

이와 같은 코일 어셈블리(100)의 레이어 구조는 도 5에 나타난다. 도시된 바와 같이, 상기 코일부는 복수 레이어의 저압코일 및 고압코일을 포함하며, 본 실시예에서 1차코일(A)은 상기 고압코일을 형성하고, 2차코일(B), 3차코일(C) 및 4차코일(D)은 상기 저압코일을 형성한다.

여기서 고압코일 및 저압코일을 통한 강압 과정은 당업자에게 자명한 사항이므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.

본 실시예의 경우, 각 코일(101)의 서로 인접한 레이어 사이는 유로부(120)와, 절연부(110)가 형성된다. 상기 절연부(110)는 각 코일(101) 사이에서 절연을 수행하며, 상기 유로부(120)는 하우징(10, 도 1 참조) 내로 유입된 냉각유체가 코일(101) 사이사이로 유동될 수 있도록 유동경로를 형성한다.

보다 구체적으로 본 실시예에서 상기 유로부(120)는 상기 절연부(110)의 일측 및 타측에 각각 형성되며, 따라서 코일(101)의 각 레이어 사이에는 한 쌍의 유로부(120)가 형성된다.

특히 고압코일과 저압코일의 경계, 즉 1차코일(A)과 3차코일(C) 사이, 그리고 1차코일(A)과 4차코일(D) 사이에는, 상기 절연부(110)의 일측 및 타측을 감싸는 보조절연부(115)가 더 구비될 수 있다.

상기 보조절연부(115)는 절연층을 보다 두껍게 하여 절연성을 향상시키는 한편, 고압코일과 저압코일 사이에 충분한 이격 거리를 제공하도록 한다.

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 철도차량용 주변압기에 있어서, 절연부(110)의 모습을 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 철도차량용 주변압기에 있어서, 유로부(120)의 모습을 나타낸 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 절연부(110)는 전체적으로 절연성 재질의 판 형태로 형성되며, 내측에는 상기 유로부(120)의 코어홀(112)에 대응되는 제1관통홀(112)이 형성된다.

그리고 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 유로부(120)는 복수의 유로형성부재(120a~120d)를 포함하며, 상기 복수의 유로형성부재(120a~120d)가 특정 패턴으로 배열되어 사이사이에 냉각유체가 유동되는 냉각유로(121b)를 형성하게 된다. 또한 내측에는 상기 유로부(120)의 코어홀(112)에 대응되는 제2관통홀(122)이 형성된다.

상기 유로형성부재(120a~120d)의 형상, 배열 패턴, 개수 등은 다양하게 형성될 수 있으며, 본 실시예에서 상기 유로형성부재(120a~120d)는 제1유로형성부재(120a), 제2유로형성부재(120b), 제3유로형성부재(120c) 및 제4유로형성부재(120d)를 포함한다.

상기 제1유로형성부재(120a)는 상기 유로부(120)의 측부 둘레를 감싸는 형태로 구비되며, 상기 제2유로형성부재(120b)는 상기 유로부(120)의 내측에 상기 제1유로형성부재(120a)와 이격되도록 구비되어 상기 제1유로형성부재(120a)와의 사이에 냉각유로(121b)를 형성한다.

이때 상기 제1유로형성부재(120a) 및 상기 제2유로형성부재(120b)는 각각 한 쌍이 제2관통홀(122)을 기준으로 양측에 구비되며, 이에 따라 상기 유로부(120)는 서로 다른 경로를 가지는 한 쌍의 냉각유로를 가지게 된다.

특히 상기 제1유로형성부재(120a) 및 상기 제2유로형성부재(120b)는 서로 엇갈리게 배열된 돌출부를 포함하여 상기 연결유로(121b)는 전체적으로 지그재그 형태의 경로를 가지며, 이에 따라 냉각유체의 유동 경로를 증가시켜 냉각 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

그리고 본 실시예에서 상기 제1유로형성부재(120a)는 상기 제2유로형성부재(120b)보다 길게 형성되며, 따라서 상기 제1유로형성부재(120a)는 상기 제2유로형성부재(120b)의 상하로 여분을 가지도록 형성된다.

이때 제3유로형성부재(120c)는 상기 유로부(120)의 상부 및 하부에 상기 제1유로형성부재(120a)의 여분과 이격되도록 구비되어, 상기 제1유로형성부재(120a)와의 사이에 상기 냉각유체가 유입 및 배출되는 입출유로(120a, 121c)를 형성한다. 그리고 상기 제3유로형성부재(120c)는 한 쌍의 제1유로형성부재(120a) 사이에 한 쌍이 상하로 구비되어 상기 입출유로(120a, 121c)를 복수 개로 분할하였다.

또한 이와 같은 한 쌍의 상기 제3유로형성부재(120c) 사이에는, 상기 제3유로형성부재(120c)와 함께 상기 입출유로(120a, 120c)를 형성하는 제4유로형성부재(120d)가 구비될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 코일 레이어 사이사이에 상기와 같은 유로부(120) 한 쌍이 구비되며, 유로형성부재(120a~120d)에 의해 냉각유체의 유동 경로를 형성하여 효과적인 냉각을 수행할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 철도차량용 주변압기에 있어서, 유로연통부재(130)의 모습을 나타낸 도면이다. 도 8은 코일 어셈블리(100) 중 어느 하나의 코일 레이어를 정면에서 나타낸 것으로, 도선(w)이 복수 회 권선된 모습을 나타낸다.

이때 본 실시예의 경우 도선(w)의 사이클 중 일부 사이클 사이에는, 유로연통부재(130)가 구비될 수 있다. 상기 유로연통부재(130)는 도선(w)의 사이클 사이를 이격시켜 개방경로(103)를 형성하게 되며, 이에 따라 각 코일 레이어 사이에 구비된 모든 유로부(120)는, 상기 개방경로(103)에 의해 서로 연통되도록 형성될 수 있다.

즉 이와 같이 할 경우 냉각유체는 냉각유로(121b)에 의해 형성된 유동경로뿐 아니라 각 코일 레이어 사이에 구비된 다른 유로부(120) 측으로도 유동될 수 있으므로, 냉각 효율을 보다 증가시키게 된다.

또한 본 실시예에서 상기 유로연통부재(130)는 서로 분리된 형태로 복수 개가 도선(w)의 사이클 사이에 구비되는 형태를 가진다. 다만, 상기 유로연통부재(130)의 형태는 이에 제한되지 않는다.

도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 철도차량용 주변압기에 있어서, 유로연통부재(140)의 모습을 나타낸 도면이다.

도 9에 도시된 본 발명의 제2실시예의 경우, 유로연통부재(140)가 전술한 제1실시예와 다른 형태를 가진다. 구체적으로 본 실시예에서 상기 유로연통부재(140)는 전체적으로 하나로 연결되어 상기 도선(w)의 사이클 사이에 구비되며, 일측 도선(w)에 접하는 제1지지부(140a)와, 타측 도선(w)에 접하는 제2지지부(140b)와, 상기 제1지지부(140a) 및 상기 제2지지부(140b)를 연결하도록 경사진 연결부(140c)가 연속된 형태를 가진다.

이에 따라 상기 제1지지부(140a) 및 상기 제2지지부(140b)는 접촉되지 않은 다른 도선(w) 사이에 개방경로(103)을 형성하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

10: 하우징 20: 냉각유닛
100 코일 어셈블리 101: 코일
102: 코어홀 110: 절연부
115: 보조절연부 120: 유로부
120a: 제1유로형성부재 120b: 제2유로형성부재
120c: 제3유로형성부재 120d: 제4유로형성부재
130, 140: 유로연통부재 200: 코어부

Claims (7)

1. 자기회로를 형성하는 코어부와, 복수 레이어의 저압코일 및 고압코일을 포함하는 코일부와, 상기 코일부의 서로 인접한 레이어 사이에 구비되는 유로부를 포함하는 코일 어셈블리;
   상기 코일 어셈블리가 수용되는 수용공간이 형성된 하우징; 및
   상기 수용공간 내에 냉각유체를 순환시키는 냉각유닛을 포함하고,
   상기 유로부는 복수의 유로형성부재를 포함하고,
   상기 복수의 유로형성부재의 사이에는 상기 냉각유체가 유동되는 냉각유로가 형성되며,
   상기 유로부는,
   상기 유로부의 측부 둘레를 감싸는 제1유로형성부재; 및
   상기 유로부의 내측에 상기 제1유로형성부재와 이격되도록 구비되어 상기 제1유로형성부재와의 사이에 냉각유로를 형성하는 제2유로형성부재;
   를 포함하는 철도차량용 주변압기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 코일 어셈블리는,
   상기 코일부의 서로 인접한 레이어 사이에 구비되는 절연부를 더 포함하며,
   상기 유로부는 상기 절연부의 일측 및 타측에 각각 형성되는 철도차량용 주변압기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 코일 어셈블리는,
   상기 저압코일과 상기 고압코일 사이에 구비된 상기 절연부의 일측 및 타측을 감싸는 보조절연부를 더 포함하는 철도차량용 주변압기.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 코일부는 상기 코어부의 일부가 삽입되는 코어홀을 형성하도록 권선되며,
   상기 제1유로형성부재 및 상기 제2유로형성부재는 한 쌍이 상기 코어홀을 기준으로 양측에 구비되어 한 쌍의 냉각유로를 형성하는 철도차량용 주변압기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1유로형성부재는 상기 제2유로형성부재보다 길게 형성되며,
   상기 유로부는,
   상기 유로부의 상부 및 하부에 상기 제1유로형성부재와 이격되도록 구비되어 상기 제1유로형성부재와의 사이에 상기 냉각유체가 유입 및 배출되는 입출유로를 형성하는 제3유로형성부재를 더 포함하는 철도차량용 주변압기.

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