KR102368210B1 - 변압기 철심 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기 철심에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철심 강판을 철심 틀에 여러번 감는 방향으로 적층시켜 레그 철심 및 요크 철심을 형성한 단위 철심을 구성하며, 상기 단위 철심 3세트가 서로 60°등각을 이루도록 배치되어 서로 면 접하도록 맞대어져 연결됨으로써 일체형 철심부가 형성되되, 상기 단위 철심은 철심 강판을 길이방향으로 재단한 다수의 단일 폭 철심편, 철심 강판을 사선방향으로 슬리팅(slitting)하며 슬리팅된 복수의 철심 강판을 길이방향으로 재단한 다수의 슬레이팅 철심편으로 조합된 구성으로서, 한 쌍으로 이루어지고, 한 쌍을 구성하는 상기 다수의 단일 폭 철심편과 슬레이팅 철심편은 폭방향으로 단차진 상태로 연속적으로 적층되어 구성되되 상기 한 쌍은 상기 단일 폭 철심편이 서로 교차하도록 결합되고, 상기 철심부를 횡단면에서 바라볼 때, 단면상의 5개 꼭지점은 가상의 외접원 상에 배치되며, 상기 5개의 꼭지점 중 중앙의 꼭지점과 외접원의 중심을 연결하는 가상선상의 오목점을 중심으로 양측으로 연장되는 직선에 의해 방열 유동공간홈이 형성되는 단면 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 원형의 단면을 가지는 철심부와 같은 중량을 효과적으로 줄일 수 있어 전체 변압기의 무게를 줄일 수 있는 효과를 제공할 뿐만 아니라, 6각 단면의 철심부는 원형 단면의 철심부와 비교하여 권선코일과 한층 긴밀하게 밀착이 이루어지는 결합력 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

변압기 철심{CORE FOR TRANSFORMER}

본 발명은 변압기 철심에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철심의 단면적 형상을 정6각 형상으로 개선하여 동손을 줄임과 아울러 철심을 생산하기 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 재단해야 할 뿐만 아니라, 다양한 폭으로 강판을 재단하는 과정에서 많은 양의 강판 스트립이 발생하는 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 정6각 형상으로 개선하여 동손을 줄임과 아울러 철심을 생산하기 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, 철심 강판을 철심 틀에 여러번 감는 방향으로 적층시켜 레그 철심 및 요크 철심을 형성한 단위 철심을 구성하며, 상기 단위 철심 3세트가 서로 60°등각을 이루도록 배치되어 서로 면 접하도록 맞대어져 연결됨으로써 일체형 철심부가 형성되되, 상기 단위 철심은 철심 강판을 길이방향으로 재단한 다수의 단일 폭 철심편, 철심 강판을 사선방향으로 슬리팅(slitting)하며 슬리팅된 복수의 철심 강판을 길이방향으로 재단한 다수의 슬레이팅 철심편으로 조합된 구성으로서, 한 쌍으로 이루어지고, 한 쌍을 구성하는 상기 다수의 단일 폭 철심편과 슬레이팅 철심편은 폭방향으로 단차진 상태로 연속적으로 적층되어 구성되되 상기 한 쌍은 상기 단일 폭 철심편이 서로 교차하도록 결합되고, 상기 철심부를 횡단면에서 바라볼 때, 단면상의 5개 꼭지점은 가상의 외접원 상에 배치되며, 상기 5개의 꼭지점 중 중앙의 꼭지점과 외접원의 중심을 연결하는 가상선상의 오목점을 중심으로 양측으로 연장되는 직선에 의해 방열 유동공간홈이 형성되는 단면 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 오목점을 중심으로 양쪽에 각각 이웃하여 배치되는 꼭지점과, 그 꼭지점으로부터 각각 이웃하며 상기 가상의 외접원 상에 배치되는 꼭지점을 연결하는 가상의 직선의 교차점은 상기 가상의 외접원 상에 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 가상의 외접원 상에 배치되는 5개의 꼭지점과 가상의 교차점을 연결하여 정6각 형상을 이루는 것을 특징으로 한다.

상기 단일 폭 철심편과 슬레이팅 철심편은 6각 단면의 외접원 중심을 기준으로 일측에는 단일 폭 철심편이 순차적으로 적층되며, 타측은 슬레이팅 철심편이 순차적으로 적층되는 것을 특징으로 한다.

상기 슬레이팅 철심편은 단일 폭 철심편으로부터 멀어지는 방향으로 폭이 점차 줄어드는 것을 특징으로 한다.

상기 철심부를 정면에서 바라볼 때, 상기 레그 철심 및 요크 철심은 상하방향으로 착탈이 가능하게 분할 구성되며, 상기 레그 철심의 단부는 중심부 쪽으로 갈수록 길이가 점차 증가하는 계단면 구조의 단차 결합부가 형성되고, 상기 요크 철심의 단부는 상기 단차 결합부에 대응하는 구조의 단차 결합홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 3개의 단위 철심을 상호 접합시켜 외접원에 대해 6각 단면을 가지는 철심부를 구성함으로써, 종래의 원형의 단면을 가지는 철심부와 같은 중량을 효과적으로 줄일 수 있어 전체 변압기의 무게를 줄일 수 있는 효과를 제공할 뿐만 아니라, 6각 단면의 철심부는 원형 단면의 철심부와 비교하여 권선코일과 한층 긴밀하게 밀착이 이루어지는 결합력 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 철심 강판에 대하여 한번의 슬리팅 작업으로 복수의 철심요소 분할구성할 수 있으므로 단순한 재단공정에 따른 편의성은 물론 강판의 스트립 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 철심부의 일측에는 방열 유동공간부가 형성됨에 따라 공기나 기름이 원활하게 유동할 수 있는 통로가 확보되어 철심부에 대한 방열효과를 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 철심에 권선코일이 권취된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 레그 철심을 확대한 사시도이다.
도 4는 단위철심을 제작에 사용되는 철심 강판의 구성 및 구조를 나타낸 전개도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 변압기 철심의 횡단면을 나타낸 부분 확대도이다.
도 6은 도 2의 레그 철심과 요크 철심이 상호 착탈 결합되는 구성 및 구조를 나타낸 사시도이다.

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 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 변압기 철심은 변압기 권선코일(C)이 권선되어 전자기 유도현상에 의해 전압 및 전류를 변류시키는 것으로, 일정 길이방향으로 연장되는 철심 강판(101)을 철심 틀에 여러번 감는 방향으로 적층시켜 레그 철심(111) 및 요크 철심(112)을 형성한 단위 철심(110)을 제작한다.

상기 단위 철심(110) 3세트가 서로 60°등각을 이루도록 배치되어 서로 면 접하도록 맞대어져 연결됨으로써 하나의 일체형 철심부(100)를 형성한다.

즉, 상기 철심부(100)는 평면에서 바라볼 때 대략 삼각형 타워 타입의 구조로 제작이 이루어진다.

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

구체적으로, 도 3과 도 4에 도시한 바와 같이 상기 단위 철심(110)은 철심 강판(101)을 길이방향으로 재단한 다수의 단일 폭 철심편(110A), 철심 강판(101)을 사선방향으로 슬리팅(slitting)하며 슬리팅된 복수의 철심 강판(101)을 길이방향으로 재단한 다수의 슬레이팅 철심편(110B)을 조합한 구성이다.

즉, 상기 단일 폭 철심편(110A)은 직사각형의 형태로 재단이 이루어지며, 상기 슬레이팅 철심편(110B)은 길이로 연장되는 철심 강판(101)을 사선방향으로 슬리팅(S, slitting)하여 복수의 철심요소(B1,B2)로 분할 구성한다.

상기 슬레이팅 철심편(110B)은 철심 강판(101)의 폭이 작은 형태의 직사각형으로 재단할 때 여러번 재단해야 하는 공정을 획일적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 철심 강판에 대한 스트립이 발생하는 것을 방지할 수 있어 그에 따른 재료비가 낭비되는 것을 방지할 수 있다.

즉, 상기 철심 강판(101)에 대한 한번의 슬리팅(S) 작업은 철심 강판(101)의 폭을 자연스럽게 줄일 수 있기 때문에 제작공정의 단순화는 물론 강판(101)에 대한 스트립을 전혀 발생시키지 않는다.

이러한 상기 단일 폭 철심편(110A)과 슬레이팅 철심편(110B)을 조합한 한 쌍으로 이루어지고, 한 쌍을 구성하는 상기 다수의 단일 폭 철심편(110A)과 슬레이팅 철심편(110B)은 폭방향으로 단차진 상태로 연속적으로 적층되어 구성되되 상기 한 쌍은 상기 단일 폭 철심편(110A)이 서로 교차하도록 여 결합하여 하나의 철심부(100)를 완성한다.

상기 철심부(100)의 크기와 형태는 변압기의 설계 용량에 따라 다양한 크기로 제작할 수 있는 것은 당연하다.

도 5에 도시한 바와 같이 상기 철심부(100)를 평면상 횡단면에서 바라볼 때, 단면상의 5개 꼭지점(C1,C2,C3,C4,C5)은 가상의 외접원 상에 배치되며, 상기 5개의 꼭지점(C1,C2,C3,C4,C5) 중 중앙의 꼭지점(C3)과 외접원의 중심을 연결하는 가상선상의 오목점을 중심으로 양측으로 연장되는 직선에 의해 방열 유동공간홈(120)이 형성되는 단면 구성으로 이루어진다.

그리고 한 쌍의 단일 폭 철심편(100A) 및 슬레이팅 철심편(110B)의 적층각도는 가상의 외접원의 수평방향 중심선을 기준으로 30°±1를 유지하는 것이 바람직하다.

즉, 외접원 상에 접하는 정6각 단면을 가지는 철심부(100) 구조는 원형의 단면을 가지는 철심부와 같이 중량을 효과적으로 줄일 수 있어 전체 변압기의 무게를 줄일 수 있는 효과를 제공하며, 정6각 단면의 철심부(100)는 원형 단면의 철심부와 비교하여 권선코일(C)과 한층 긴밀하게 밀착이 이루어져 결합력 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

아울러, 상기 오목점을 중심으로 양쪽에 각각 이웃하여 배치되는 꼭지점(D1,D2)과, 그 꼭지점(D1,D2)으로부터 각각 이웃하며 상기 가상의 외접원 상에 배치되는 꼭지점을 연결하는 가상의 직선의 교차점은 상기 가상의 외접원 상에 배치된다.

따라서, 상기 가상의 외접원 상에 배치되는 5개의 꼭지점(C1,C2,C3,C4,C5)과 가상의 교차점을 연결하여 정6각 형상을 이룬다.

여기서, 상기 단일 폭 철심편(110A)과 슬레이팅 철심편(110B)은 정6각 단면의 외접원 중심을 기준으로 일측에는 단일 폭 철심편(110A)이 순차적으로 적층되며, 타측은 슬레이팅 철심편(110B)이 순차적으로 적층된다.

그리고 상기 슬레이팅 철심편(110B)은 단일 폭 철심편(110A)으로부터 멀어지는 방향으로 폭이 점차 줄어드는 방향으로 권취가 이루어질 수 있도록 한다. 이로 인해 상기 철심부(100)의 일측에는 슬레이팅 철심편(110B)의 최소 단일 폭 철심편에 의해 방열 유동공간홈(120)이 형성된다.

상기 슬레이팅 철심편(110B)에 대한 권취방법은 슬레이팅 철심편(110B)의 철심요소(B1,B2)를 서로 번갈아가면서 적층시키는 구조로 권취하면 상기 방열 유동공간홈(120)은 자연스럽게 최외곽의 위치에 형성된다.

즉, 상기 슬레이팅 철심편(110B)의 철심요소(B1,B2)의 폭이 넓은 단부(P2)는 단일 폭 철심편(110A)에 근접하는 안쪽에 위치하고 폭이 좁은 단부(P2)는 바깥쪽에 위치하는 구조로 순차적 권선하게 되면 상기 방열 유동공간홈(120)을 형성할 수 있다.

이러한 상기 방열 유동공간홈(120)은 철심부(100)에서 발생하는 열을 방출시키는 통로의 역할을 수행하는 것으로, 공기나 기름이 원활하게 유동할 수 있도록 마련된 공간이다.

또한, 도 6에 도시한 바와 같이 상기 철심부(100)는 정면에서 바라볼 때, 상하방향으로 착탈결합되도록 레그 철심(111) 및 요크 철심(112)를 분할 구성하는 것이 바람직하다.

구체적으로, 상기 레그 철심(111)의 양단부에는 중심부 쪽으로 갈수록 길이가 점차 증가하는 계단면 구조의 단차 결합부(111a)가 형성되고, 상기 요크 철심(112)의 양단부는 상기 단차 결합부(111a)에 대응하는 구조의 단차 결합홈(112a)이 형성된다.

이러한 상기 철심부(100)의 상하방향 분할 구성은 철심부에 직접 권선코일(C)을 권취시키는 방식으로 권선하지 않고, 권선코일(C)을 미리 제작한 상태에서 상기 철심부(100)에 끼어 넣는 간편한 결합구조를 제공함으로써 제조작업의 효율성을 크게 높일 수 있다.

또한, 상기 단차 결합부(111a)와 단차 결합홈(112a)의 상보적인 결합구조는 레그 철심(111)과 요크 철심(112) 결합력을 한층 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

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
110 : 단위 철심
110A : 단일 폭 철심편
110B : 슬레이팅 철심편
111 : 레그 철심
112 : 요크 철심로
120 : 방열 유동공간홈

Claims (6)

1. 철심 강판을 철심 틀에 여러번 감는 방향으로 적층시켜 레그 철심 및 요크 철심을 형성한 단위 철심을 구성하며,
   상기 단위 철심 3세트가 서로 60°등각을 이루도록 배치되어 서로 면 접하도록 맞대어져 연결됨으로써 일체형 철심부가 형성되되,
   상기 단위 철심은 철심 강판을 길이방향으로 재단한 다수의 단일 폭 철심편, 철심 강판을 사선방향으로 슬리팅(slitting)하며 슬리팅된 복수의 철심 강판을 길이방향으로 재단한 다수의 슬레이팅 철심편으로 조합된 구성으로서, 한 쌍으로 이루어지고, 한 쌍을 구성하는 상기 다수의 단일 폭 철심편과 슬레이팅 철심편은 폭방향으로 단차진 상태로 연속적으로 적층되어 구성되되 상기 한 쌍은 상기 단일 폭 철심편이 서로 교차하도록 결합되고,
   상기 철심부를 횡단면에서 바라볼 때, 단면상의 5개 꼭지점은 가상의 외접원 상에 배치되며, 상기 5개의 꼭지점 중 중앙의 꼭지점과 외접원의 중심을 연결하는 가상선상의 오목점을 중심으로 양측으로 연장되는 직선에 의해 방열 유동공간홈이 형성되는 단면 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 변압기 철심.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 오목점을 중심으로 양쪽에 각각 이웃하여 배치되는 꼭지점과, 그 꼭지점으로부터 각각 이웃하며 상기 가상의 외접원 상에 배치되는 꼭지점을 연결하는 가상의 직선의 교차점은 상기 가상의 외접원 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 변압기 철심.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 가상의 외접원 상에 배치되는 5개의 꼭지점과 가상의 교차점을 연결하여 정6각 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 변압기 철심.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 단일 폭 철심편과 슬레이팅 철심편은 6각 단면의 외접원 중심을 기준으로 일측에는 단일 폭 철심편이 순차적으로 적층되며, 타측은 슬레이팅 철심편이 순차적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 변압기 철심.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 슬레이팅 철심편은 단일 폭 철심편으로부터 멀어지는 방향으로 폭이 점차 줄어드는 것을 특징으로 하는 변압기 철심.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 철심부를 정면에서 바라볼 때, 상기 레그 철심 및 요크 철심은 상하방향으로 착탈이 가능하게 분할 구성되며,
   상기 레그 철심의 단부는 중심부 쪽으로 갈수록 길이가 점차 증가하는 계단면 구조의 단차 결합부가 형성되고,
   상기 요크 철심의 단부는 상기 단차 결합부에 대응하는 구조의 단차 결합홈이 형성된 것을 특징으로 하는 변압기 철심.

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