KR101753763B1 - 변압기 철심 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기 철심에 관한 것으로, 변압기 철심 제작을 위해 사용되는 강판을 변압기 용량설계의 기준에 맞추어 강판의 길이방향을 3 등분으로 절단하여 내측철심부, 중간철심부 및 외측철심부로 구성하며, 상기 내측철심부와 외측철심부는 강판의 길이방향에 대하여 폭 면을 사선방향으로 슬리팅(slitting)하여 상호 대향하는 대각선 커팅부를 형성한 제1,2 내측철심부와 제1,2 외측철심부로 분할 구성하고, 상기 제1 내측철심부와 제2 내측철심부는 길이방향의 단면 폭이 좁은 단부가 안쪽에 위치하고 폭이 넓은 단부가 바깥쪽에 위치하는 구조로 권선이 이루어지는 형태의 내측부 권철심을 형성하며, 상기 중간철심부는 권선에 의한 중간부 권철심을 형성하고, 상기 제1 외측철심부와 제2 외측철심부는 길이방향의 단면 폭이 좁은 단부가 바깥쪽에 위치하고 폭이 넓은 단부가 안쪽에 위치하는 구조로 권선이 이루어지는 형태의 외측부 권철심을 형성하며, 상기 내측부 권철심, 중간부 권철심, 외측부 권철심은 상호 일체형 구조로 연결하되, 이 일체형 구조의 내측부 권철심, 중간부 권철심, 외측부 권철심을 평면에서 바라볼 때 단면적 형상이 8각의 단면 구조로 이루어지며, 상기 8각 단면 구조에 있어, 수직면과 경사면은 150°±1 각도를 유지하고, 경사면과 수평면은 120°±1 각도를 유지하는 것을 특징으로 한다.

Description

변압기 철심{CORE FOR TRANSFORMER}

본 발명은 변압기 철심에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철심의 단면적 형상을 팔각형상으로 개선하여 동손을 줄임과 아울러 팔각형상의 철심을 제작하기 위한 작업의 효율성 및 철심재료에 대한 스크랩을 최소화하여 원가를 절감시킬 수 있는 변압기 철심에 관한 것이다.

일반적으로, 변압기란 전자유도작용을 이용하여 교류전압이나 전류의 값을 바꾸는 유도기기로서, 적어도 2개 이상의 권선코일과 한 개 이상의 철심으로 구성된다.

이러한 변압기에서 전압의 변환은 동시에 전류의 변환을 의미하며, 필요한 값의 전압과 전류를 얻을 수 있도록 다양한 용량이나 크기로 제작이 이루어진다.

변압기 철심의 경우 자기회로 형성하는 규소 강판을 일정 크기 및 형태로 다수개 절단하는 재단작업 후 절단된 다수의 강판을 서로 적층시키는 형태로 철심을 제작한다.

이러한 철심의 단면적 형상은 사각형의 형태로써, 그 단면적 형태에 따른 테두리 길이가 길어지는 만큼 저항값이 크게 증가하여 동손 저감효과를 기대할 수 없었을 뿐만 아니라, 철심의 무게 및 철심에 권선되는 권선코일의 부피를 크게 증가시키는 문제점이 있었다.

최근에는 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 방안으로, 상기 철심의 단면적 형상을 대략 원형의 형태로 제작하고 있다.

그런데, 원형의 철심을 제작하기 위해서는 원형의 단면 조건에 맞도록 강판의 폭을 다양하게 재단해야할 뿐만 아니라, 다양한 폭으로 강판을 재단하는 과정에서 많은 양의 강판 스트립이 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 재단된 강판들을 순서대로 적층시키는 구조로 권취시켜야 하므로 그에 따른 제조 공정의 복잡성에 의한 생산성을 저하는 물론 불량발생률이 높은 문제점이 있었다.

대한민국 등록실용신안공보 제0291151호(2002.09.23) 대한민국 공개특허공보 제2016-0081493호(2016.07.08)

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 발명의 목적은 철심의 단면적 형상을 팔각형상으로 개선하여 동손을 줄임과 아울러 팔각형상의 철심을 제작하기 위한 작업의 효율성 및 철심재료에 대한 스크랩을 최소화하여 원가를 절감시킬 수 있는 변압기 철심을 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 변압기 철심은, 변압기 철심 제작을 위해 사용되는 강판을 변압기 용량설계의 기준에 맞추어 강판의 길이방향을 3 등분으로 절단하여 내측철심부, 중간철심부 및 외측철심부로 구성하며, 상기 내측철심부와 외측철심부는 강판의 길이방향에 대하여 폭 면을 사선방향으로 슬리팅(slitting)하여 상호 대향하는 대각선 커팅부를 형성한 제1,2 내측철심부와 제1,2 외측철심부로 분할 구성하고, 상기 제1 내측철심부와 제2 내측철심부는 길이방향의 단면 폭이 좁은 단부가 안쪽에 위치하고 폭이 넓은 단부가 바깥쪽에 위치하는 구조로 권선이 이루어지는 형태의 내측부 권철심을 형성하며, 상기 중간철심부는 권선에 의한 중간부 권철심을 형성하고, 상기 제1 외측철심부와 제2 외측철심부는 길이방향의 단면 폭이 좁은 단부가 바깥쪽에 위치하고 폭이 넓은 단부가 안쪽에 위치하는 구조로 권선이 이루어지는 형태의 외측부 권철심을 형성하며, 상기 내측부 권철심, 중간부 권철심, 외측부 권철심은 상호 일체형 구조로 연결하되, 이 일체형 구조의 내측부 권철심, 중간부 권철심, 외측부 권철심을 평면에서 바라볼 때 단면적 형상이 8각의 단면 구조로 이루어지며, 상기 8각 단면 구조에 있어, 수직면과 경사면은 150°±1 각도를 유지하고, 경사면과 수평면은 120°±1 각도를 유지하는 것을 특징으로 한다.

상기 내측부 권철심의 폭이 넓은 단부와 상기 중간부 권철심의 일측 단부가 상호 접촉하며, 상기 중간부 권철심의 타측 단부와 상기 외측부 권철심의 폭이 넓은 단부가 상호 접촉하는 것을 특징으로 한다.

상기 내측부 권철심, 중간부 권철심, 외측부 권철심는 상하방향으로 순차적으로 결합이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 내측철심부, 중간철심부 및 외측철심부를 동일한 권선수로 제작하기 위해, 상기 내측철심부의 길이보다 상기 중간철심부의 길이를 길게 절단하고, 상기 중간철심부보다 상기 외측철심부의 길이를 길게 절단하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 내측철심부와 외측철심부의 폭 면을 사선방향으로 슬리팅(slitting)하여 상호 대향하는 대각선 커팅부를 형성함으로써, 변압기 철심을 8각 단면으로 제작하기 위해 강판을 복잡한 구조로 재단할 필요가 없어 제조공을 단순화시킬 수 있을 뿐만 아니라 강판은 스트립이 전혀 발생하지 않으므로 제작공정의 편의성과 재료가 낭비되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 8각 단면을 가지는 변압기 철심은 종래의 변압기 철심 구조와 비교하여 점적율은 높이고, 권선되는 강판의 길이를 효과적으로 줄일 수 있으므로 그에 따른 변압기 철심의 크기와 무게를 효과적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 철심을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 변압기 철심 제작을 위해 사용되는 강판을 3등분으로 절단한 개략도이다.
도 3은 도 1의 변압기 철심을 평면에서 바라볼 때 단면적 형성이다.
도 4는 도 3의 단면적 8각 형상을 확대한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 변압기 철심의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들에 의거하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어와 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석해야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 변압기 철심은 변압기 코일(C)이 권선되어 전자기 유도현상에 의해 전압 및 전류를 변류시키는 것으로, 일정 길이로 연장되는 강판(101)을 적층 구조로 권선하여 정면에서 바라볼 때 상부요크, 하부요크 및 레그를 가지는 대략 직사각의 틀 형상으로 제작이 이루어진다.

상기 상부요크, 하부요크 및 레그는 설명의 편의를 위해 구성명칭을 통일한 철심부(100)로 지칭한다.

상기 철심부(100)를 제작하기 위해 사용되는 강판(101)에는 자기회로 형성하는 규소를 포함한다.

그리고 상기 철심부(100)는 정면에서 바라볼 때 외관이 직사각의 틀을 유지하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정하지 않으며 변압기의 설계 조건 및 상황에 따라 다른 각형의 모양으로 제작할 수 있다.

구체적으로, 본 발명에 따른 변압기 철심을 제작을 위해 사용되는 강판(101)의 경우, 변압기 용량설계의 기준에 맞추어 내측철심부(110), 중간철심부(120) 및 외측철심부(130)의 3 등분으로 절단하여 구성한다.

즉, 변압기의 용량 설계에 맞추어 소정 길이와 두께를 가지는 강판(101)을 길이방향으로 3 등분 분할한 것으로, 이때 상기 내측철심부(110), 중간철심부(120) 및 외측철심부(130)를 동일한 권선수로 제작하기 위해, 상기 내측철심부(110)의 길이보다 상기 중간철심부(120)의 길이를 길게 절단하고, 상기 중간철심부(120)보다 상기 외측철심부(130)의 길이를 길게 절단한다.

다시 말해, 철심부(100)를 구성하는 상기 내측철심부(110), 중간철심부(120) 및 외측철심부(130)의 길이는 내측철심부(110) < 중간철심부(120) < 외측철심부(130) 순으로 서로 다른 길이로 제작이 이루어진다.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이 상기 내측철심부(110)와 외측철심부(130)는 각각 강판(101)의 길이방향에 대하여 폭 면을 사선방향으로 슬리팅(slitting)하여 상호 대향하는 대각선 커팅부(S)를 형성한 제1,2 내측철심부(110a,110b)와 제1,2 외측철심부(130a,130b)로 분할 구성한다.

이는 철심재료인 강판(101)을 복잡한 구조로 재단할 필요 없이 단순히 일방향으로 슬리팅하는 작업공정으로부터 강판(101)에 대한 스트립이 전혀 발생하지 않도록 하여 제작공정의 편의성과 재료가 낭비되는 것을 방지할 수 있다.

즉, 상기 강판(101)에 대하여 한 번의 슬리팅 작업만으로 최종 철심의 단면적 형상을 팔각형상으로 간단하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 철심을 제작하기 위한 작업의 효율성 및 철심재료에 대하여 스크랩이 발생하는 것을 방지할 수 있어 철심재료에 대한 비용을 크게 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

한편, 길이방향으로 곧게 연장된 상기 제1 내측철심부(110a)와 제2 내측철심부(110b)는 권취드럼(미도시)에 감는 권선이 이루어지되 그 길이방향의 단면 폭이 좁은 단부(P1)가 안쪽에 위치하고 폭이 넓은 단부(P2)가 바깥쪽에 위치하는 구조로 권선이 이루어지는 형태의 내측부 권철심(100A)을 형성하며, 상기 중간철심부(120)는 권취드럼에 감기는 권선에 의해 중간부 권철심(100B)을 형성하고, 상기 제1 외측철심부(130a)와 제2 외측철심부(130b)는 권취드럼에 감는 권선이 이루어지되 그 길이방향의 단면 폭이 좁은 단부(P1)가 바깥쪽에 위치하고 폭이 넓은 단부(P2)가 안쪽에 위치하는 구조로 권선이 이루어지는 형태의 외측부 권철심(100C)을 형성한다(도 3참조).

따라서, 상기 내측부 권철심(100A)은 일측으로부터 타측으로 갈수록 강판(101)의 폭이 점차 증가하는 경사면(F1)이 형성되며, 상기 중간부 권철심(100B)는 폭의 변화가 없는 수평면(F2)을 유지하고, 상기 외측부 권철심(100C)은 일측으로부터 타측으로 갈수록 강판(101)의 폭이 점차 줄어드는 경사면(F1)이 형성된다.

이러한 상기 내측부 권철심(100A), 중간부 권철심(100B), 외측부 권철심(100C)은 상호 일체형 구조로 연결하되, 이 일체형 구조의 내측부 권철심(100A), 중간부 권철심(100B), 외측부 권철심(100C)을 평면에서 바라볼 때 단면적 형상이 8각의 단면 구조로 이루어진다.

그리고, 상기 내측부 권철심(100A)의 폭이 넓은 단부(P2)와 상기 중간부 권철심(100B)의 일측 단부가 상호 접촉하며, 상기 중간부 권철심(100B)의 타측 단부와 상기 외측부 권철심(100C)의 폭이 넓은 단부(P2)가 상호 접촉하는 구조이다.

또한, 상기 내측부 권철심(100A), 중간부 권철심(100B), 외측부 권철심(100C)이 상하방향으로 순차적으로 결합이 이루어지는 조립식 구조로 연결할 수 있다.

아울러, 변압기 철심을 권철심 형태로 권취 적층하는 방법은 변압기 용량설계의 기준에 맞추어 절단된 내측철심부, 중간철심부 및 외측철심부의 강판을 절단(커팅)하지 않고 계산된 단면적이 나올 수 있도록, 강판의 폭과 두께를 선정한 상태에서 점적률을 감안하여 와인딩하는 트로이달 코어(Toroidal Core) 타입, 내부 형태가 사각형 또는 원형 등이 되도록 감은 후 코아를 절단 시 변형을 방지하기 위하여 바니쉬 또는 에폭시등으로 진공상태에서 함침 후 건조한 후 방전가공, Abrasive wheel 또는 톱을 이용하여 절단하는 커트 코어(Cut Core) 타입, 권철심을 제작시 1회감은후 커팅을 하는 방법과, 토로이달 형태로 코아를 제작 후 한번에 커팅하는 원턴 원컷 와운드 코어(1Turn 1Cut Wound Core) 타입, 권철심을 제작시 규소강판을 2회 감은후 커팅을 하는 투턴 원컷 와운드 코어(2Turn 1Cut Wound Core) 타입 등으로 제작할 수 있다.

이와 같이, 변압기의 권철심에 대한 다양한 설계 기술은 "본 분야에서 공지된 기술을 활용 트랜스포머용 권철심 제조 공정 자동화;비정질 권철심 제조공정 자동화/ 저자명: 송용설 문서유형 동향/연구보고서발행정보 유유 |1996년 |" 등에 나타난 바와 같은 공지된 기술 및 현재 한국전력 등에서 사용하고 있는 전력용 변압기 설계제작에 활용되는 "전기기기 설계(역자,배진용,배종경,김용,201701.30)" 기술을 활용하는 것이어서 구체적 설명을 생략한다.

즉, 본 발명에서 기존 설계기술과 차별되는 요소를 중심으로 설명하며 본 분야에서 알려진 종래의 기술을 활용하는 부분은 그 설명을 생략한 것이다.

한편, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 내측부 권철심(100A), 중간부 권철심(100B), 외측부 권철심(100C)을 평면에서 바라볼 때 단면적 형상이 8각인 단면 구조에 있어, 수직면(F3)과 경사면(F1) 사이의 각도는 150°±1를 유지하고, 경사면(F1)과 수평면(F2) 사이의 각도는 120°±1를 유지하는 것이 바람직하다.

이하, 아래 [표 1]에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 변압기 철심 적층구조와 종래의 종류별 변압기 철심과 단면적, 단면 둘레길이에 따른 점적율을 비교하였다.

	종래 1	종래 2	종래 3	종래 4	본 발명
단면 형태	직사각형	8각면형	타원형	원형	8각형
도면
단면적(㎟)	85.5x190 =16,245	75x180+25x56x2=16,300	76x170+64x20x2+26x15x2 =16,260	50x7x2+80x12x2+110x22x2+ 140x62 =16,140	86x133+37x43x2+21.5x37x2=16,211
단면둘레길이(㎜)	(85.5+190)x2=551	56x2+27x4+180x2=580	170x2+76x3.14=579	153x3.14 =480	133x2+43x6 =524
점적율(%)	100%	97%	93%	88%	100%

즉, 본 발명의 8각 단면 철심과 동일한 점적율 100%의 직사각형(종래 1) 단면 철심과 비교하여 단면둘레길이가 5%이상 절감되어 권선의 길이가 5%가 감소하고, 5%의 동손의 감소를 원가에 반영할 경우 10% 이상의 원가 절감효과를 제공할 뿐만 아니라 변압기 철심의 크기와 무게를 효과적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

100 : 철심부 101 : 강판
110 : 내측철심부 110a : 제1 내측철심부
110b : 제2 내측철심부 100A : 내측부 권철심
120 : 중간철심부 120B : 중간부 권철심
130 : 외측철심부 130a : 제1 외측철심부
130b : 제2 외측철심부 130C : 외측부 권철심
S : 대각선 커팅부 F1 : 경사면
F2 : 수평면 F3 : 수직면

Claims (4)

1. 변압기 철심 제작을 위해 사용되는 강판을 변압기 용량설계의 기준에 맞추어 강판의 길이방향을 3 등분으로 절단하여 내측철심부, 중간철심부 및 외측철심부로 구성하며,
   상기 내측철심부와 외측철심부는 강판의 길이방향에 대하여 폭 면을 사선방향으로 슬리팅(slitting)하여 상호 대향하는 대각선 커팅부를 형성한 제1,2 내측철심부와 제1,2 외측철심부로 분할 구성하고,
   상기 제1 내측철심부와 제2 내측철심부는 길이방향의 단면 폭이 좁은 단부가 안쪽에 위치하고 폭이 넓은 단부가 바깥쪽에 위치하는 구조로 권선이 이루어지는 형태의 내측부 권철심을 형성하며, 상기 중간철심부는 권선에 의한 중간부 권철심을 형성하고, 상기 제1 외측철심부와 제2 외측철심부는 길이방향의 단면 폭이 좁은 단부가 바깥쪽에 위치하고 폭이 넓은 단부가 안쪽에 위치하는 구조로 권선이 이루어지는 형태의 외측부 권철심을 형성하며,
   상기 내측부 권철심, 중간부 권철심, 외측부 권철심은 상호 일체형 구조로 연결하되, 이 일체형 구조의 내측부 권철심, 중간부 권철심, 외측부 권철심을 평면에서 바라볼 때 단면적 형상이 8각의 단면 구조로 이루어지며,
   상기 8각 단면 구조에 있어, 수직면과 경사면은 150°±1 각도를 유지하고, 경사면과 수평면은 120°±1 각도를 유지하는 것을 특징으로 하는 변압기 철심.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 내측부 권철심의 폭이 넓은 단부와 상기 중간부 권철심의 일측 단부가 상호 접촉하며, 상기 중간부 권철심의 타측 단부와 상기 외측부 권철심의 폭이 넓은 단부가 상호 접촉하는 것을 특징으로 하는 변압기 철심.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 내측부 권철심, 중간부 권철심, 외측부 권철심는 상하방향으로 순차적으로 결합이 이루어지는 것을 특징으로 하는 변압기 철심.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 내측철심부, 중간철심부 및 외측철심부를 동일한 권선수로 제작하기 위해, 상기 내측철심부의 길이보다 상기 중간철심부의 길이를 길게 절단하고, 상기 중간철심부보다 상기 외측철심부의 길이를 길게 절단하는 것을 특징으로 하는 변압기 철심.
   

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