KR101715664B1

KR101715664B1 - 변압기의 철심

Info

Publication number: KR101715664B1
Application number: KR1020150100529A
Authority: KR
Inventors: 정은화; 구건모; 이수목; 김희원; 김성훈
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2015-07-15
Filing date: 2015-07-15
Publication date: 2017-03-14
Also published as: KR20170010169A

Abstract

복수의 강판이 적층되어 코일이 권취될 수 있는 구조물을 형성하는 변압기의 철심이 개시된다.
개시되는 변압기의 철심은 몸체가 절곡되어 평판 형태보다 고유진동수가 높은 절곡강판을 포함하고, 상기 절곡강판 복수개가 적층되어 형성된다.
이러한 변압기의 철심에 의하면, 변압기의 무부하 소음이 저감되는 효과를 얻을 수 있다.

Description

변압기의 철심{CORE OF TRANSFORMER}

본 발명은 변압기의 철심에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 강판이 적층되어 코일이 권취될 수 있는 구조물을 형성하는 변압기의 철심에 관한 것이다.

일반적으로, 변압기가 정상 작동하는 경우에는 자왜현상으로 인하여 철심이 진동을 하게 되고, 이러한 철심의 진동이 변압기에서 발생하는 무부하 소음의 원인이 된다.

전력용 변압기의 경우에는 상기 무부하 소음으로 인하여 소음공해를 유발하므로, 소음 저감은 변압기 설계의 필수 요소 중의 하나이다.

그러나, 종래의 기술에 의한 변압기는 철심이 평면형 전기강판 적층 방식으로 설계되므로, 철심에 상존하는 무부하 소음을 저감하는데 한계가 있으므로, 소음을 개선할 수 있는 여지가 없다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 일 측면으로서, 자왜현상으로 인한 진동이 저감될 수 있는 변압기의 철심을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 몸체가 절곡되어 평판 형태보다 고유진동수가 높은 절곡강판을 포함하고, 상기 절곡강판 복수개가 적층되어 형성되는 변압기의 철심을 제공한다.

일 실시예에서, 상기 절곡강판은 중앙이 직각으로 절곡될 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 상기 절곡강판은 4개의 기준강판 및 상기 기준강판의 내측면에 적층되는 복수의 적층강판을 포함하고, 상기 4개의 기준강판은 외측면이 이웃하여 배치되는 다른 기준강판의 외측면과 서로 접하도록 적층되어 단면이 십자인 빔 형태를 형성하고, 상기 복수의 적층강판은 외측에 배치되는 적층강판 일수록 길이가 점차적으로 짧은 형태로 구성되어, 상기 4개의 기준강판과 상기 복수의 적층강판은 전체적으로 원기둥형 구조물을 구성할 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 수평하게 배치되는 상부 요크부; 상기 상부 요크부의 하방에 수평하게 배치되는 하부 요크부; 및 상기 상부 요크부와 상기 하부 요크부를 서로 연결하도록 수직하게 배치되는 복수의 레그부;가 포함되고, 상기 상부 요크부, 하부 요크부 및 레그부는 상기 4개의 기준강판 및 복수의 적층강판으로 구성되는 상기 복수의 절곡강판으로 이루어질 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 상기 상부 요크부, 하부 요크부 및 레그부는 상기 상부 요크부와 상기 레그부의 연결부위 및 상기 하부 요크부와 상기 레그부의 연결부위에서 상기 상부 요크부 및 상기 하부 요크부의 절곡강판과 상기 레그부의 절곡강판이 서로 스탭랩(Step-Lap) 적층 구조로 연결되도록 구성될 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 변압기의 무부하 소음이 저감되는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철심의 구조를 나타내는 부분 분해 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 철심의 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 철심의 정면도
도 4a는 도 3에 도시된 철심의 A부분의 분해 사시도.
도 4b는 도 3에 도시된 철심의 B부분의 분해 사시도.
도 5는 도 3에 도시된 철심의 레그부의 연결부위를 나타내는 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 철심의 레그부를 구성하는 A타입 절곡강판과 B타입 절곡강판이 적층된 상태를 나타내는 사시도.
도 7은 도 3에 도시된 철심의 요크부의 연결부위를 나타내는 사시도.
도 8은 도 7에 도시된 철심의 요크부를 구성하는 A타입 절곡강판과 B타입 절곡강판이 적층된 상태를 나타내는 사시도.
도 9는 레그부와 요크부의 연결부위의 스탭랩(Step-Lap) 적층 구조를 나타내는 단면도.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

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

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 철심에 대해서 살펴본다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 철심(100)은 복수의 절곡강판(110)을 포함하여 구성된다.

상기 절곡강판(110)은 프레스 가공 또는 절곡 가공을 통해 몸체가 절곡된 강판으로 구성될 수 있다.

이러한 절곡강판(110)은 평판 형태의 강판보다 고유진동수가 높다.

일 실험예로, 탄성률 200GPa, 프와송 비 0.33, 밀도 7,850Kg/m³, 세로길이 0.2m, 가로길이 0.5m인 규소강판의 고유진동수를 시뮬레이션으로 측정해본 결과, 평판형태의 규소강판의 고유진동수는 한쪽 끝을 고정한 경우에 6.7Hz, 양쪽 끝을 고정한 경우에 43Hz로 측정되었다.

이에 비해, 중앙이 직각으로 절곡된 절곡된 규소강판의 고유진동수는 한쪽 끝을 고정한 경우에 34.4Hz, 양쪽 끝을 고정한 경우에 80.1Hz로 측정되었다.

이와 같이, 절곡된 강판은 평판형태의 강판보다 구조적 특성으로 인해 고유진동수가 현저하게 높아지는 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 철심(100)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상기 절곡강판(110) 복수개가 적층되어 구성될 수 있다.

이를 위해, 일 실시예에서, 절곡강판(110)은 평판형태 강판의 중앙이 직각으로 절곡된 형태로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 철심(100)을 구성하는 복수의 절곡강판(110)은 4개의 기준강판(111)과 복수의 적층강판(112)을 포함할 수 있다.

상기 기준강판(111)은 철심(100)의 최내측에 배치되는 절곡강판(110)으로서, 외측면이 이웃하여 배치되는 다른 기준강판(111)의 외측면과 서로 접하도록 적층될 수 있다. 여기서, 기준강판(111)의 외측면은 기준강판(111)이 절곡된 방향의 반대측 면을 의미한다.

이러한 기준강판(111)은 4개가 전술한 바와 같은 구조로 서로 결합되어 단면이 십자인 빔 형태를 형성할 수 있다.

또한, 상기 적층강판(112)은 기준강판(111)의 내측면에 복수개가 적층될 수 있다.

단, 복수의 적층강판(112)은 외측에 배치되는 적층강판(112) 일수록 길이가 점차적으로 짧은 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 적층강판(112)이 적층되는 방향 외측은 본 발명의 일 실시예에 따른 철심(100)의 반경방향 외측을 의미한다.

이와 같이, 4개의 기준강판(111)과 각각의 기준강판(111)에 적층되는 복수의 적층강판(112)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 전체적으로 원기둥형 구조물을 구성할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 철심(100)은 적층되는 절곡강판(110) 각각의 고유진동수가 종래의 평판 형태의 강판의 고유진동수보다 크므로, 다수의 절곡강판(110)에 의해 구성되는 철심(100) 전체의 고유진동수가 종래의 평판 형태의 강판으로 구성되는 철심(100)의 고유진동수에 비해 현저하게 커진다.

참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 철심(100)이 적용될 수 있는 변압기에는 일반적으로 120Hz정도의 외부진동수가 발생한다.

이때, 외부진동수의 크기와 철심(100)의 고유진동수의 크기가 서로 차이가 클수록 공명이 적게 발생하여 소음이 감소된다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 철심(100)은 절곡강판(110)을 통해 전술한 바와 같이 철심(100) 자체의 고유진동수가 현저하게 높아지므로, 외부진동수와 차이가 커지게 되어, 무부하 소음이 저감될 수 있게 된다.

다음으로, 도 3 내지 도 9를 참조하여, 3상 전력용 변압기에 적용되는 형태로 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 철심(100)에 대해서 살펴본다.

도 3 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3상용 철심(100)은 상부 요크부(100a), 하부 요크부(100b) 및 3개의 레그부(100c)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 상부 요크부(100a), 하부 요크부(100b) 및 레그부(100c)는 도 1 및 도 2를 참조하여 전술한 바와 같이 4개의 기준강판(111) 및 복수의 적층강판(112)을 포함하는 복수의 절곡강판(110)이 적층되어 형성된 원기둥 형태의 철심(100)이다.

상기 상부 요크부(100a)는 수평하게 배치될 수 있다.

또한, 상기 하부 요크부(100b)는 상부 요크부(100a)의 하방에 수평하게 배치될 수 있다.

또한, 상기 레그부(100c)는 상부 요크부(100a)와 하부 요크부(100b)를 서로 연결하도록 수직하게 배치될 수 있다.

여기서, 상기 레그부(100c)는 코일이 권취되는 부분으로서, 3상 중 각 상의 코일이 권취될 수 있도록 도 3에 도시된 바와 같이 상부 요크부(100a)와 하부 요크부(100b) 간에 3개가 등간격으로 이격되어 배치될 수 있다.

한편, 상부 요크부(100a)와 레그부(100c)가 연결되는 상부 연결부위(102) 및 하부 요크부(100b)와 레그부(100c)가 연결되는 하부 연결부위(104)는 도 3, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 사면형태로 구성될 수 있다.

즉, 레그부(100c)의 상단과 하단에는 상부 요크브와 하부 요크부(100b)에 직각으로 연결될 수 있도록 45도로 절단된 사면이 형성될 수 있고, 상부 요크부(100a)와 하부 요크부(100b)의 양단 및 중앙에는 양단 및 중앙에 결합되는 레그부(100c)의 사면에 대응하는 사면이 형성될 수 있다. 이를 통해, 상부 요크부(100a) 및 하부 요크부(100b)와 레그부(100c)는 서로 직각으로 결합될 수 있다.

한편, 일 실시예에서, 상부 요크부(100a), 하부 요크부(100b) 및 레그부(100c)는 상부 연결부위(102) 및 하부 연결부위(104)에서 상부 요크부(100a) 및 하부 요크부(100b)의 절곡강판(110)과 레그부(100c)의 절곡강판(110)이 서로 스탭랩(Step-Lap) 적층 구조로 연결되도록 구성될 수 있다.

스탭랩 적층 구조는 도 9에 도시된 바와 같이 서로 연결되는 상하부 요크부(100b)와 레그부(100c)를 구성하는 절곡강판(110)의 끝단이 요철형태를 구성하여 서로 기어이와 같이 맞물리는 형태로 결합되는 구조를 의미한다.

이를 위해, 일 실시예에서, 레그부(100c)를 구성하는 절곡강판(110)은 도 5에 도시된 바와 같이 A타입 절곡강판(110A)과, B타입 절곡강판(110B)으로 구성될 수 있다. 레그부(100c)는 상기 A타입 절곡강판(110A)과 B타입 절곡강판(110B)이 교번적으로 적층되어 구성될 수 있다.

상기 A타입 절곡강판(110A)과 B타입 절곡강판(110B)은 상부 연결부위(102)와 하부 연결부위(104) 즉, 상단과 하단의 형상이 서로 다를 수 있다.

구체적으로, 일 실시예에서, A타입 절곡강판(110A)은 상단과 하단에 B타입 절곡강판(110B)보다 돌출되는 돌출부(120)를 구비할 수 있다.

이러한 돌출부(120)는 도 6에 도시된 바와 같이 A타입 절곡강판(110A)과 B타입 절곡강판(110B)이 적층되는 경우에 B타입 절곡강판(110B)의 상단 및 하단에서 돌출될 수 있다.

이와 같은 A타입 절곡강판(110A)과 B타입 절곡강판(110B)이 교번적으로 적층됨으로써, 레그부(100c)의 상단 및 하단에는 요철면이 형성될 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 상부 요크부(100a) 및 하부 요크부(100b)를 구성하는 절곡강판(110)은 도 7에 도시된 바와 같이 A'타입 절곡강판(110A')과, B'타입 절곡강판(110B')으로 구성될 수 있다. 상부 요크부(100a) 및 하부 요크부(100b)는 상기 A'타입 절곡강판(110A')과 B'타입 절곡강판(110B')이 교번적으로 적층되어 구성될 수 있다.

상기 A'타입 절곡강판(110A')과 B'타입 절곡강판(110B')은 연결부위(102,104) 즉, 양단의 사면 및 중앙에 형성된 홈의 형상이 서로 다를 수 있다.

구체적으로, 일 실시예에서, A'타입 절곡강판(110A')은 양단 및 중앙의 홈 부위가 B'타입 절곡강판(110B')보다 내측으로 오목한 수용홈부(130)를 구비할 수 있다.

이와 같은 A'타입 절곡강판(110A')과 B'타입 절곡강판(110B')이 교번적으로 적층됨으로써, 상부 요크부(100a)와 하부 요크부(100b)의 양단 및 중앙에 형성된 홈에는 요철면이 형성될 수 있다.

이러한 구성에서, 상부 요크부(100a) 및 하부 요크부(100b)와 레그부(100c)가 서로 결합되는 경우에, 상부 연결부위(102) 및 하부 연결부위(104)는 A타입 절곡강판(110A)의 돌출부(120)가 A'타입 절곡강판(110A')의 수용홈부(130)에 수용됨으로써, 절곡강판(110)이 스탭랩(Step-Lap) 적층 구조로 연결되도록 구성될 수 있다.

참고로, 강판이 스탭랩 적층 구조로 연결되는 경우는 도 9에 도시된 바와 같이 강판의 연결부위(102,104)에서 자기장의 이동경로에 형성되는 공기층 즉, 강판과 강판 사이의 유격이 현저하게 짧아지므로, 자기저항의 크기가 매우 약하다는 장점을 가진다.

본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.

100: 철심 100a: 상부 요크부
100b: 하부 요크부 100c: 레그부
102: 상부 연결부위 104: 하부 연결부위
110: 절곡강판 111: 기준강판
112: 적층강판 110A: A타입 절곡강판
120: 돌출부 110B: B타입 절곡강판
110A': A'타입 절곡강판 130: 수용홈부
110B': B'타입 절곡강판

Claims

몸체가 절곡되어 평판 형태보다 고유진동수가 높은 절곡강판을 포함하고,
상기 절곡강판 복수개가 적층되어 형성되며,
상기 절곡강판은 중앙이 직각으로 절곡되고,
상기 절곡강판은 4개의 기준강판 및 상기 기준강판의 내측면에 적층되는 복수의 적층강판을 포함하고,
상기 4개의 기준강판은 외측면이 이웃하여 배치되는 다른 기준강판의 외측면과 서로 접하도록 적층되어 단면이 십자인 빔 형태를 형성하고,
상기 복수의 적층강판은 외측에 배치되는 적층강판 일수록 길이가 점차적으로 짧은 형태로 구성되어, 상기 4개의 기준강판과 상기 복수의 적층강판은 전체적으로 원기둥형 구조물을 구성하며,
수평하게 배치되는 상부 요크부;
상기 상부 요크부의 하방에 수평하게 배치되는 하부 요크부; 및
상기 상부 요크부와 상기 하부 요크부를 서로 연결하도록 수직하게 배치되는 복수의 레그부;를 포함하고,
상기 상부 요크부, 하부 요크부 및 레그부는 상기 4개의 기준강판 및 복수의 적층강판으로 구성되는 상기 복수의 절곡강판으로 이루어진 변압기의 철심.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 상부 요크부, 하부 요크부 및 레그부는 상기 상부 요크부와 상기 레그부의 연결부위 및 상기 하부 요크부와 상기 레그부의 연결부위에서 상기 상부 요크부 및 상기 하부 요크부의 절곡강판과 상기 레그부의 절곡강판이 서로 스탭랩(Step-Lap) 적층 구조로 연결되도록 구성된 변압기의 철심.