KR102272373B1 - 트랜스포머 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수 개의 배터리를 동시 충전하는 충전장치에 사용되는 트랜스포머로서, 제 1 내지 제 3코어, 상기 제 1 내지 제 3코어의 외부에 각각 절연체를 사이에 두고 분리 권선되는 1차측 코일어셈블리 및 2차측 코일 어셈블리를 포함하며, 상기 2차측 코일 어셈블리는 적어도 하나 이상의 2차측 코일로 구성하며, 상기 2차측 코일은 소정의 폭을 가지는 막대형의 밴드를 상기 절연체의 외면에 형성되어 있는 구획홈에 삽입시킨 상태에서 다수 겹 포개어지도록 권선시켜 구성하며, 상기 절연체의 구획홈은 상, 하로 일정간격 떨어진 상태로 상기 절연체의 외면을 따라 다수개가 함몰 형성되도록 하며, 상기 구획홈에는 상기 2차측 코일이 동일한 구조로 하여 하나씩 삽입되도록 하여 상기 구획홈의 간격에 맞추어 다수개의 2차측 코일을 상, 하로 일정간격 떨어진 상태로 배열 설치하며, 상기 2차측 코일에는 출력단자가 구비되고, 상기 각 2차측 코일의 출력단자마다 배터리가 하나씩 각각 결손되며 상기 2차측 코일의 개수에 대응하는 복수 개의 배터리가 동시 충전되도록 구성한 트랜스포머를 제공한다.

Description

트랜스포머{The transformer}

본 발명은 복수 개의 배터리를 동시 충전하는 충전장치에 사용되는 트랜스포머에 관련되는 것으로서, 더욱 상세하게는 평판형으로 다수의 겹으로 성형된 2차측 코일을 코어의 외부에 수직으로 일정 간격 떨어진 상태로 다수개를 배열하여 하나의 배터리에 하나의 2차측 코일이 각각 개별적으로 접속하며 충전이 이루어지도록 한 트랜스포머에 관한 것이다.

트랜스포머는 공통된 철심의 둘레에 복수개의 권선이 감겨 있는 구조로 형성되며, 한 쪽의 권선으로 전력이 입력된 후 다른 쪽의 권선으로 전력이 출력되는 방식이다. 전력용 변압기의 경우, 권선으로는 코일 및 포일(foil) 시트(sheet) 형태의 권선이 이용될 수 있다. 코일의 경우 그 표면에 에나멜을 코팅하여 절연되게 한다

금속의 전기 전도율은 은＞구리＞알루미늄＞아연＞니켈＞철 등의 순이며, 은(Ag)은 전기 전도율이 금속 중에서 가장 우수하나 가격에 따른 경제적인 비용 부담이 커서 은보다 가격이 저렴하면서도 전기 전도율이 우수한 구리를 코일선으로 권선하여 변압기용 코일을 제작하였다.

그러나, 구리의 비중은 89로서 비교적 무거운 중량을 가지므로 변압기 효율을 고려하여 권선수를 조금만 늘리더라도 무게는 상당량 증가하게 되고, 변압기의 크기가 커지면 무게의 증가량은 더 커지게 된다.

그리하여 최근에는 변압기용 코일을 제작하는데 알루미늄을 코일선으로 사용하고 있으며, 알루미늄은 구리 다음으로 전기 전도율이 우수하고, 비중은 27로서 구리보다 훨씬 가벼운 중량을 가지나, 구리에 비해 전류량이 저조한 단점이 존재하였다.

구리로 제작되는 코일은 트랜스포머의 철심의 둘레에 복수개의 코일이 감겨 있는 구조로 형성되며, 한 쪽의 권선으로 전력이 입력된후 다른 쪽의 권선으로 전력이 출력되도록 한다. 전력용 변압기의 경우, 권선으로는 코일 및 포일(foil) 또는 시트(sheet) 형태의 권선이 이용될 수 있다. 코일의 경우 그 표면에 에나멜을 코팅하여 절연되게 한다.

트랜스포머의 코일 권선과 관련한 대표적인 선행기술로는 대한민국 특허청 공개특허공보 공개번호 제 10-2019-0141507 호(명칭: 트랜스포머의 코일 권선 구조 및 방법, 이를 포함하는 고주파 트랜스포머)를 예로 들 수 있다.

상기 선행기술은 E형의 형태를 가지고, 페라이트 코어로 구성된 두 개의 코어, 각각의 코어가 결합되어 보빈을 형성하고, 상기 보빈의 외측에 위치하며, 리쯔(LITZ) 와이어로 구성된 복수 개의 코일로 이루어지는 코일부를 포함하되, 상기 코일부는 복수 개의 개별 1차 코일 및 2차 코일을 포함하며, 상기 보빈에 감긴 상기 개별 1차 코일의 턴(turn)수 및 상기 2차 코일의 턴수는 소정의 권선비(turn ratio)를 가지고, 상기 개별 1차 코일 및 상기 2차 코일을 상기 보빈에 동시에 감는 것을 요지로 한다.

선행기술과 같은 트랜스를 사용하는 전자장비들중 충전기를 예로 들 수 있다.

충전기에 사용되는 트랜스에는 휴대성을 위해 마련된 각종 전자장비의 배터리가 전기적으로 연결되어 충전이 이루어지는 데, 예를 들어 출고를 앞둔 스마트폰이나 기타 다양한 전자장치에 설치된 배터리는 출고전에 동시에 다수개를 하나의 트랜스에 접속시켜 충전을 진행한다.

그러나 종래 충전장치에 사용되는 트랜스는 2차측 코일이 보빈의 외경을 순차적으로 권선하는 방식으로 이루어짐에 따라 2차측 코일의 출력단자 하나에 충전하고자 하는 배터리가 전부 접속된 상태에서 충전 작업이 이루어짐에 따라 2차측 코일에 과부하가 발생하면 전체 배터리의 전원공급이 중단되는 문제점이 있다.

문헌 1: 대한민국 특허청 공개특허공보 공개번호 제 10-2019-0141507 호 문헌 2: 대한민국 특허청 공개특허공보 공개번호 제 10-1997-0012824 호

따라서 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 다수의 겹으로 성형된 2차측 코일을 충전하고자 하는 배터리의 개수에 맞추어 코어의 외부에 수직으로 일정 간격 떨어진 상태로 다수개를 배열하도록 하여 하나의 배터리에 하나의 2차측 코일이 각각 개별적으로 접속하며 충전이 이루어지도록 하여 충전과정에서 어느 2차측 코일이 과부하가 발생하더라도 다른 2차측 코일에 연결되어 있는 배터리는 계속적인 충전 작업을 진행할 수 있도록 한 트랜스포머를 제공한다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 복수 개의 배터리를 동시 충전하는 충전장치에 사용되는 트랜스포머에 있어서, 제 1 내지 제 3코어, 상기 제 1 내지 제 3코어의 외부에 각각 절연체를 사이에 두고 분리 권선되는 1차측 코일어셈블리 및 2차측 코일 어셈블리를 포함하며, 상기 2차측 코일 어셈블리는 적어도 하나 이상의 2차측 코일로 구성하며, 상기 2차측 코일은 소정의 폭을 가지는 막대형의 밴드를 상기 절연체의 외면에 형성되어 있는 구획홈에 삽입시킨 상태에서 다수 겹 포개어지도록 권선시켜 구성하며, 상기 절연체의 구획홈은 상, 하로 일정간격 떨어진 상태로 상기 절연체의 외면을 따라 다수개가 함몰 형성되도록 하며, 상기 구획홈에는 상기 2차측 코일이 동일한 구조로 하여 하나씩 삽입되도록 하여 상기 구획홈의 간격에 맞추어 다수개의 2차측 코일을 상, 하로 일정간격 떨어진 상태로 배열 설치하며, 상기 2차측 코일에는 출력단자가 구비되고, 상기 각 2차측 코일의 출력단자마다 배터리가 하나씩 각각 결손되며 상기 2차측 코일의 개수에 대응하는 다수개의 배터리가 동시 충전되도록 함을 특징으로 한다.

본 발명은 다수의 겹으로 성형된 2차측 코일을 충전하고자 하는 배터리의 개수에 맞추어 코어의 외부에 수직으로 일정 간격 떨어진 상태로 다수개를 배열하도록 하여 하나의 배터리에 하나의 2차측 코일이 각각 개별적으로 결손되어 충전이 이루어지도록 함으로서 충전과정에서 어느 하나의 2차측 코일이 과부하가 발생하여 단락되더라도 다른 2차측 코일에 연결되어 있는 배터리들은 계속적인 충전 작업을 진행할 수 있도록 하여 전체 배터리의 전원공급이 중단되는 문제없이 배터리 공급을 차질없이 진행할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 트랜스포머의 전체 구성을 도시한 도면.
도 2는 도 1의 측면도.
도 3은 도 1의 트랜스포머의 입체도.
도 4는 도 3에서 주요부인 2차측 코일 어셈블리의 구조를 보다 구체적으로 도시한 도면.
도 5는 도 4에서 1, 2차측 코일 어셈블리와 절연체간의 연결 구조를 구체적으로 도시한 도면.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 후술 될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.

첨부된 도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 트랜스포머의 전체 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 측면도이며, 도 3은 도 1의 트랜스포머의 입체도이고, 도 4는 도 3에서 주요부인 2차측 코일 어셈블리의 구조를 보다 구체적으로 도시한 도면이고, 도 5는 도 4에서 1, 2차측 코일 어셈블리와 절연체간의 연결 구조를 구체적으로 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 5에서와 같이, 본 발명의 트랜스포머(100)는 크게 지지프레임(10), 상기 지지프레임(10)에 지지되며 자성체인 제 1 내지 제 3코어(20, 30, 40), 상기 각 코일의 외경에 권선되는 1차측코일어셈블리(50) 및 2차측코일어셈블리(60) 그리고 절연체(80)를 포함하여 구성한다.

상기 제 1 내지 제 3코어(20, 30, 40)는 다수개의 철심을 포개어 제작되는 데, 상기 제 1 내지 제 3코어(20, 30, 40)를 구성하는 철심은 얇은 규소 강판 등의 자성재료를 포개어 일정한 두께를 구성하도록 한다.

상기 제 1 내지 제 3코어(20, 30, 40)의 외부에는 전압을 얻기 위해서 1차측 코일어셈블리(50)와 2차측코일어셈블리(60)가 절연체(80)를 사이에 두고 분리되어 권선 처리된다.

상기 1차측 코일어셈블리(50)는 전력신호를 공급하는 입력 단자가 구비되고, 상기 2차측 코일어셈블리(60)는 다수개의 2차측 코일(70)로 구성하고, 2차측 코일(70)에는 변환된 전력 신호를 출력하는 출력단자가 구비되도록 한다.

본 발명의 트랜스포머(100)는 2차측코일어셈블리(60)를 구성하는 2차측 코일(70)을 다수의 겹으로 성형한 상태에서 충전하고자 하는 배터리의 개수에 맞추어 제 1 내지 제 3코어(20, 30, 40)의 외부에 수직으로 일정 간격 떨어진 상태로 다수개를 배열하여 설치한 것에 특징을 가지며, 이는 하나의 배터리에 하나의 2차측 코일(70)이 각각 개별적으로 접속하며 충전이 이루어지도록 하여 충전과정에서 어느 하나의 2차측 코일(70)이 과부하가 발생하더라도 나머지 2차측 코일에 연결되어 있는 배터리는 계속적인 충전 작업을 진행할 수 있도록 한 것이다.

상기 2차측코일어셈블리(60)는 적어도 하나 이상의 2차측코일로 구성되며, 또한 동일한 구조 제 1 내지 제 3코어(20, 30, 40)의 외경에 장착되어 진다.

하나의 코어에 장착된 2차측 코일 어셈블리의 구조를 대표하여 기술하면 상기 2차측 코일 어셈블리(60)는 동일한 구조를 가진 다수개의 2차측 코일(70)을 포함한다.

상기 2차측 코일(70)은 소정의 폭을 가지는 막대형의 밴드가 절연체를 사이에 두고 권선되는 데, 바람직하게는 막대형의 밴드를 절연체(80)의 외면을 따라 다수 겹 포개어지도록 권선시켜 구성한다.

상기 절연체(80)는 1, 2차측 코일어셈블리(50, 60)를 분리 구획시킴과 더불어 2차측코일 어셈블리(60)를 구성하는 다수개의 2차측코일(70)을 상, 하로 일정간격 이격시킨 상태로 지탱한다. 상기 절연체(80)의 외면에는 적어도 하나 이상의 구획홈(82)을 일정간격 떨어진 상태로 함몰 형성하고, 상기 구획홈(82)에 2차측 코일(70)이 권선되며 끼워지도록 하여 다수개의 2차측 코일(70)들이 상, 하로 일정간격 떨어진 상태로 유지되도록 하여 각 2차측 코일(70)로 개별적으로 전력이 출력될 수 있도록 한다.

상기 2차측 코일(70)에는 출력단자(72)가 구비되고, 상기 출력단자(72)에는 충전을 위한 배터리(200)가 전기적으로 연결된다. 따라서 배터리(200)는 2차측 코일(70)의 출력단자(72)를 통해 출력되는 전압으로 충전이 이루어진다.

상기한 2차측 코일(70)은 동일한 구조로 하여 절연체(80)의 외면에 형성되어 있는 구획홈(82)마다 하나씩 끼워지게 되는 데, 이때 절연체(80)의 구획홈(82) 사이 간격에 맞추어 2차측 코일(70)의 상, 하 간격 역시 떨어지게 된다. 본 발명에서는 대략 15개의 배터리(200)가 하나의 트랜스 포머(100)에 연결된다고 가정할 때, 배터리(200)의 개수에 맞추어 15개의 2차측 코일(70)이 절연체(80)의 구획홈(82)마다 하나씩 삽입된 상태로 배치되도록 한다.

또한 상기와 같이 15개의 2차측 코일(70)로 이루어진 2차측 코일 어셈블리는 동일한 구조로 하여 제 1 내지 제 3코어의 외면에 각각 권선 배치되도록 한다.

상기 제 1 내지 제 3코어(20, 30, 40)의 외면에 각각 권선되어 있는 2차측 코일(70)은 도 1에서와 같이 제 1코어(20)에 권선된 하나의 2차측 코일(70)의 출력단자(72), 제 2코어(30)에 권선된 하나의 2차측 코일(70)의 출력단자(72), 그리고 제 3코어(40)에 권선된 하나의 2차측 코일(70)의 출력단자(72)에 하나의 배터리(200)가 3상으로 결손되어 전압을 출력받아 충전되도록 하며, 따라서 각 코어마다 권선되어 있는 15개의 2차측 코일(70)의 출력단자(72)에 배터리(200)를 3상으로 결손시켜 하나의 트랜스에 총 15개의 배터리가 결손되어 동시 충전받도록 한다.

이와 같이 2차측 코일 어셈블리를 구성하는 2차측 코일(70)을 15개로 개별적으로 구성한 상태에서 절연체(80)의 외면에 형성된 구획홈(82)의 사이 간격에 맞추어 상, 하로 일정 간격 떨어진 상태로 권선 배치함으로서 배터리(200) 충전과정에서, 예를 들어 하나의 2차측 코일(70)이 과부하나 기타 여러 원인으로 단선되더라도 나머지 14개의 2차측 코일(70)에는 전압이 계속적으로 출력될 수 있어 과부하로 락된 2차측코일(70)에 결손되어 있는 배터리를 제외한 나머지 2차측 코일에 결손되어 있는 배터리들은 계속적인 충전 작업을 수행할 수 있다.

10: 지지프레임 20: 제 1코어
30: 제 2코어 40: 제 3코어
50: 1차측 코일어셈블리 60: 2차측 코일어셈블리
70: 2차측 코일 80: 절연체
100: 트랜스포머 200: 배터리

Claims (1)

1. 통상의 전자장치에 설치되는 배터리(200)를 제조할 때, 상기 배터리(200)를 복수 개를 동시에 충전하는 충전장치에 한정해서만 사용되는 트랜스포머에 있어서,
   다수개의 자성체 철심을 포개어 제작된 제 1 내지 제 3코어(20, 30, 40);
   상기 제 1 내지 제 3코어(20, 30, 40)의 외부에 각각 절연체(80)를 사이에 두고 분리 권선되는 1차측 코일어셈블리(50) 및 2차측 코일 어셈블리(60)를 포함하며;
   상기 2차측 코일 어셈블리(60)는 적어도 하나 이상의 2차측 코일(70)로 구성하며;
   상기 2차측 코일(70)은 소정의 폭을 가지는 막대형의 밴드를 상기 절연체(80)의 외면에 형성되어 있는 구획홈(82)에 삽입시킨 상태에서 다수의 겹으로 포개어지도록 권선시켜 구성하되, 상기 2차측 코일(70)을 충전하고자 하는 배터리(200)의 개수에 맞추어 상기 제 1 내지 제 3코어(20, 30, 40)의 외부에 수직으로 일정 간격 떨어진 상태로 다수개 배열하여 설치하며;
   상기 절연체(80)의 구획홈(82)은 상, 하로 일정간격 떨어진 상태로 상기 절연체(80)의 외면을 따라 다수개가 함몰 형성되도록 하며,
   상기 구획홈(82)에는 상기 2차측 코일(70)이 동일한 구조로 하여 하나씩 삽입되도록 하여 상기 구획홈(82)의 간격에 맞추어 다수개의 2차측 코일(70)을 상, 하로 일정간격 떨어진 상태로 배열 설치하며;
   상기 1차측 코일어셈블리(50)는 전력신호를 공급하는 입력 단자가 구비되며, 상기 2차측 코일(70)에는 상기 전력신호를 출력하는 출력단자(72)가 구비되고, 상기 각 2차측 코일(70)의 출력단자(72) 마다 배터리(200)가 하나씩 각각 결손되며 상기 2차측 코일(70)의 개수에 대응하는 복수 개의 배터리(200)가 동시에 충전되도록 함을 특징으로 하는 트랜스포머.
   
   

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