KR102385304B1 - 변압기 철심 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기 철심에 관한 것으로, 일정한 폭을 가지는 강판 스트립을 길이방향을 따라 2개로 절단하여 내측철심부 및 외측철심부로 각각 분할 구성하며, 상기 외측철심부는 강판의 길이방향에 대하여 폭 면을 사선방향으로 슬리팅(slitting)하여 상호 대향하는 대각선 커팅부를 형성한 제1 및 제2 외측철심부로 분할 구성하고, 상기 제1 외측철심부와 제2 외측철심부를 길이방향을 따라 간격을 두고 재단하여 다수의 단위 철심편으로 분할하며, 재단된 단면 폭이 좁은 단부가 바깥쪽에 위치하고 폭이 넓은 단부가 안쪽에 위치하는 방향으로 상기 내측철심부의 외측에 대해 상기 제1 외측철심부와 제2 외측철심부를 서로 순차적으로 적층시켜 하나의 철심부를 형성하며, 상기 철심부를 횡단면에서 바라볼 때, 상기 외측철심부는 내측철심부로부터 멀어지는 방향으로 폭이 점차 줄어드는 단층 경사부를 형성한 6각 단면 구조로 이루어지고, 상기 단층 경사부는 상기 내측철심부의 일측면에 대해 45°±1 각도를 유지하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 종래의 사각 또는 원형의 단면을 가지는 철심부와 비교하여 권선되는 코일의 길이 및 중량을 효율적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 동손 저감효과를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

변압기 철심{CORE FOR TRANSFORMER}

본 발명은 변압기 철심에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철심의 단면적 형상과 모양을 개선하여 권선되는 코일의 길이 및 중량을 효율적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 철심 재료에 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 등록특허공보 제1747937호(2017.06.09)

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 발명의 목적은 철심의 횡단면적 형상을 대략 'D'자 형태로 개선하여 권선되는 코일의 길이 및 중량을 효율적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 동손 저감효과 및 철심 재료에 대한 스크랩을 최소화하여 원가를 절감시킬 수 있는 변압기 철심을 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 변압기 철심은, 일정한 폭을 가지는 강판 스트립을 길이방향을 따라 2개로 절단하여 내측철심부 및 외측철심부로 각각 분할 구성하며, 상기 외측철심부는 강판의 길이방향에 대하여 폭 면을 사선방향으로 슬리팅(slitting)하여 상호 대향하는 대각선 커팅부를 형성한 제1 및 제2 외측철심부로 분할 구성하고, 상기 제1 외측철심부와 제2 외측철심부를 길이방향을 따라 간격을 두고 재단하여 다수의 단위 철심편으로 분할하며, 재단된 단면 폭이 좁은 단부가 바깥쪽에 위치하고 폭이 넓은 단부가 안쪽에 위치하는 방향으로 상기 내측철심부의 외측에 대해 상기 제1 외측철심부와 제2 외측철심부를 서로 순차적으로 적층시켜 하나의 철심부를 형성하며, 상기 철심부를 횡단면에서 바라볼 때, 상기 외측철심부는 내측철심부로부터 멀어지는 방향으로 폭이 점차 줄어드는 단층 경사부를 형성한 6각 단면 구조로 이루어지고, 상기 단층 경사부는 상기 내측철심부의 일측면에 대해 45°±1 각도를 유지하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 외측철심부와 제2 외측철심부는 내측 철심부에 대한 권선이 시계방향과 반시계방향으로 반복하여 적층되는 것을 특징으로 한다.

상기 철심부를 횡단면에서 바라볼 때, 상기 6각 단면 중 외측철심부를 구성하는 꼭지점은 가상의 원 상에 배치되며, 내측철심부의 타측면은 상기 가상의 원의 중심을 지나는 직선상에 있으며, 상기 가상의 원의 중심에 대한 상기 내측철심부의 타측면과 내측철심부와 외측철심부가 만나는 꼭지점을 연결한 선 사이의 각도와, 상기 가상원의 중심에 대한 상기 단층 경사부를 구성하는 꼭지점을 각각 연결한 선 사이의 각도와, 상기 내측철심부의 타측면에 직교하는 선과 상기 가상원의 중심에 대한 상기 타측면에 이웃하는 상기 단층 경사부를 구성하는 꼭지점을 연결한 선 사이의 각도는, 각각 30도로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 외측철심부는 내측철심부로부터 멀어지는 방향으로 폭이 점차 줄어드는 단층 경사부를 형성한 6각 단면 구조로 이루어짐에 따라 종래의 사각 또는 원형의 단면을 가지는 철심부와 비교하여 권선되는 코일의 길이 및 중량을 효율적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 동손 저감효과를 최소화할 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.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 철심에 권선코일이 권취된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 철심부를 제작에 사용되는 철심 강판의 구성 및 구조를 나타낸 전개도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 철심의 횡단면도이다.
도 4는 도 3의 일부 확대도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 변압기 철심의 적층 각도를 나타낸 횡단면도이다.
도 6는 도 3의 철심부에 코일이 권선된 상태를 나타낸 횡단면도이다.

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 5를 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(100a) 및 요크 철심(100b)을 형성한 하나의 철심부(100)로 제작된다.

이러한 상기 철심부(100)는 레그 철심(100a)의 길이방향 양단에 요크 철심(100b)이 결합되는 것으로, 상하방향으로 착탈결합이 이루어지는 조립체 구성할 수 있다.

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

구체적으로, 도 2에 도시한 바와 같이 상기 철심부(100)를 제작을 위해 사용되는 강판(101)의 경우, 변압기 용량설계의 기준에 맞추어 내측철심부(110) 및 외측철심부(120)의 2개로 절단하여 구성한다.

즉, 변압기의 용량 설계에 맞추어 소정 길이와 두께를 가지는 강판(101) 스트립을 길이방향으로 절단하여 2개로 구성하되, 이때 상기 내측철심부(110)와 외측철심부(120)를 동일한 권선수로 제작하기 위해, 상기 내측철심부(110)의 길이보다 상기 외측철심부(120)의 길이를 길게 절단하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 외측철심부(120)는 강판(101)의 길이방향에 대하여 폭 면을 사선방향으로 슬리팅(slitting)하여 상호 대향하는 대각선 커팅부(S)를 형성한 제1 외측철심부(120a) 및 제2 외측철심부(120b)로 분할 구성한다.

즉, 상기 외측철심부(120)는 폭 면을 슬리팅하는 작업에 의해 강판(101)에 대한 스트립이 전혀 발생하지 않도록 하여 제작공정의 편의성과 재료가 낭비되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 제1 외측철심부(120a)와 제2 외측철심부(120b)는 길이방향을 따라 간격을 두고 재단하여 다수의 단위 철심편(120a',120b')으로 분할하며, 재단된 단면 폭이 좁은 단부가 바깥쪽에 위치하고 폭이 넓은 단부가 안쪽에 위치하는 방향으로 하여 상기 내측철심부(110)의 외측에 상기 제1 외측철심부(120a)와 제2 외측철심부(120b)를 서로 순차적으로 적층시켜 하나의 철심부(100)를 완성한다.

여기서, 상기 제1 외측철심부(120a)와 제2 외측철심부(120b)는 내측철심부(110)에 대한 권선이 시계방향과 반시계방향으로 반복하여 적층이 이루어질 수 있도록 한다.

그리고 상기 단위 철심편(120a',120b')은 권취드럼(미도시)을 사용하여 권선하되, 그 길이방향의 단면 폭이 좁은 단부(P1)가 항상 바깥쪽에 위치하고 폭이 넓은 단부(P2)는 상기 내측철심부(110)에 가까운 안쪽에 위치하는 구조로 권선이 이루어지도록 한다.

도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 철심부(100)를 횡단면에서 바라볼 때, 상기 외측철심부(120)는 내측철심부(110)로부터 멀어지는 방향으로 폭이 점차 줄어드는 단층 경사부(R)를 형성한 6각 단면 구조를 형성한다.

또한, 상기 철심부(100)를 횡단면에서 바라볼 때, 상기 단층 경사부(R)는 상기 내측철심부(110)의 일측면에 대해 45°±1 각도를 유지하는 것이 바람직하다.

도 5에 도시한 바와 같이, 상기 철심부(100)를 횡단면에서 바라볼 때, 상기 6각 단면 중 외측철심부(120)를 구성하는 꼭지점은 가상의 원 상에 배치되며, 내측철심부(110)의 타측면은 상기 가상의 원의 중심을 지나는 직선상에 있으며, 상기 가상의 원의 중심에 대한 상기 내측철심부(110)의 타측면과 내측철심부(110)와 외측철심부(120)가 만나는 꼭지점을 연결한 선 사이의 각도와, 상기 가상원의 중심에 대한 상기 단층 경사부(R)를 구성하는 꼭지점을 각각 연결한 선 사이의 각도와, 상기 내측철심부(110)의 타측면에 직교하는 선과 상기 가상원의 중심에 대한 상기 타측면에 이웃하는 상기 단층 경사부(R)를 구성하는 꼭지점을 연결한 선 사이의 각도는, 각각 30도로 이루어진다.

이는 상기 내측철심부(110)와 외측철심부(120)의 적층 비율을 일정하게 유지시켜 그 6각 단면의 형상이 변압기 용량설계 기준에 대응하여 항상 균일한 형태를 유지할 수 있도록 하기 위함이다.

아래 [표 1]에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 변압기 철심 적층구조와 종래의 직사각형 철심부를 대비하면 아래와 같다.

단면 형태	종래	본 발명	비고
도면
내접원 직경(mm)	Φ503	Φ485	-18mm
권선평균길이(mm)	810	750	7.4% ↓
철심중량(kg)	173kg	170kg	-3kg

즉, 본 발명에 따른 6각 단면 철심부과 동일한 점적율 100%의 직사각형(종래) 단면 철심과 비교하여 내접원 직경, 권선평균 길이 및 철심 중량 모두가 감소하여 부하손실은 물론 원가 절감효과를 제공하여 변압기 철심의 크기와 무게를 효과적으로 줄일 수 있어 고효율 변압기 제작에 매우 유리한 장점이 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
110 : 내측철심부
120 : 외측철심부
120a : 제1 외측철심부
120b : 제2 외측철심부
R : 단층 경사부

Claims (3)

1. 일정한 폭을 가지는 강판 스트립을 길이방향을 따라 2개로 절단하여 내측철심부 및 외측철심부로 각각 분할 구성하며,
   상기 외측철심부는 강판의 길이방향에 대하여 폭 면을 사선방향으로 슬리팅(slitting)하여 상호 대향하는 대각선 커팅부를 형성한 제1 및 제2 외측철심부로 분할 구성하고,
   상기 제1 외측철심부와 제2 외측철심부를 길이방향을 따라 간격을 두고 재단하여 다수의 단위 철심편으로 분할하며, 재단된 단면 폭이 좁은 단부가 바깥쪽에 위치하고 폭이 넓은 단부가 안쪽에 위치하는 방향으로 상기 내측철심부의 외측에 대해 상기 제1 외측철심부와 제2 외측철심부를 서로 순차적으로 적층시켜 하나의 철심부를 형성하며,
   상기 철심부를 횡단면에서 바라볼 때, 상기 외측철심부는 내측철심부로부터 멀어지는 방향으로 폭이 점차 줄어드는 단층 경사부를 형성한 6각 단면 구조로 이루어지고,
   상기 단층 경사부는 상기 내측철심부의 일측면에 대해 45°±1 각도를 유지하는 것을 특징으로 하는 변압기 철심.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 외측철심부와 제2 외측철심부는 내측 철심부에 대한 권선이 시계방향과 반시계방향으로 반복하여 적층되는 것을 특징으로 하는 변압기 철심.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 철심부를 횡단면에서 바라볼 때, 상기 6각 단면 중 외측철심부를 구성하는 꼭지점은 가상의 원 상에 배치되며, 내측철심부의 타측면은 상기 가상의 원의 중심을 지나는 직선상에 있으며, 상기 가상의 원의 중심에 대한 상기 내측철심부의 타측면과 내측철심부와 외측철심부가 만나는 꼭지점을 연결한 선 사이의 각도와, 상기 가상원의 중심에 대한 상기 단층 경사부를 구성하는 꼭지점을 각각 연결한 선 사이의 각도와, 상기 내측철심부의 타측면에 직교하는 선과 상기 가상원의 중심에 대한 상기 타측면에 이웃하는 상기 단층 경사부를 구성하는 꼭지점을 연결한 선 사이의 각도는, 각각 30도로 이루어지는 것을 특징으로 하는 변압기 철심.
   

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