KR102455751B1 - E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체 및 이를 이용하는 이용방법 - Google Patents

E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체 및 이를 이용하는 이용방법 Download PDF

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순천대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 수평방향으로 소정 길이로 형성되는 수평 자석(110) 및 상기 수평 자석(110)의 측면으로부터 수직방향으로 소정 길이로 형성되는 복수개의 수직 자석(120)을 포함하는 제1 자석부(100); 상기 제1 자석부(100)와 대칭되게 배치되며, 수평방향으로 소정 길이로 형성되는 수평 자석(210) 및 상기 수평 자석(210)의 측면으로부터 수직방향으로 소정 길이로 형성되는 복수개의 수직 자석(220)을 포함하는 제2 자석부(200); 상기 제1 자석부(100) 및 제2 자석부(200)에 권선되는 코일부(300); 상기 제1 자석부(100)의 수평 자석(110)에 결합되는 제1 결합부재; 상기 제2 자석부(200)의 수평 자석(210)에 결합되는 제2 결합부재; 및 상기 제1 및 제2 결합부재에 결합되어, 상기 제1 자석부(100) 및 상기 제2 자석부(200)를 서로 소정 간격 이격시키는 자석 이동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체에 관한 것이다. 이러한, 본 발명의 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체는 두 개의 E형 철심간의 공극을 자유롭게 조절하여 결합계수, 누설 인덕턴스, 자화 인덕턴스 등을 변화시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.

Description

E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체 및 이를 이용하는 이용방법{Gap variable type transformer structure using E-type iron core and method of using the same}
본 발명은 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체에 관한 것으로, 두 개의 E형 철심간의 공극을 자유롭게 조절하여 결합계수, 누설 인덕턴스, 자화 인덕턴스 등을 변화시킬 수 있는 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체 및 이를 이용하는 이용방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기강판(Electrical steel)은 전기와 자기용 철심(Core)으로 사용되는 연자성(Soft magnetic) 강판으로, 일반 탄소강에 비해 높은 규소(Si)를 첨가하여 제조되므로 규소강판(Silicon steel)이라고 불린다.
또한 변압기(Transformer)등의 정지기에 사용되는 방향성(Grain-oriented) 전기강판과 모터(Motor)등의 회전기에 사용되는 무방향성(Non-oriented) 전기강판으로 나눈다.
다수의 전기 변압기는 전기 에너지를 동일한 주파수에서 유도에 의해 하나 또는 그 이상의 회로로부터 하나 또는 그 이상의 회로로 전이시키며, 전압 및 전류 값에서 통상 변전을 이루는 것으로 알려져 있다.
단상 변압기는 하나의 코일과 2개의 코어 또는 2개의 코일과 하나의 코어로 이루어지며, 3상 변압기는 3개의 코일과 3개 또는 4개의 코어로 이루어진다.
그 목적은 전기 및 자기 회로를 코어 및 코일 내에 각각 근접시키기 위한 것이며, 이러한 타입의 변압기는 당업계에서 가장 일반적으로 사용되는 것 중 하나다.
변압기 코어는 두께, 피복제 및 품질이 다른 자성 강, 일반적으로는 방향성 규소강으로 만들어진다. 코어 재질의 품질이 좋아지면 전기손실이 작아진다.
코어 손실은 부하의 여부에 관계없이 변압기가 전선에 접속되어 있는 동안에는 항상 존재하기 때문에 " 엠프티(empty)" 또는 " 무부하(no-load)" 손실로 알려져 있다. 이러한 손실은 와트(watt)로 측정된다.
코일 제조공정은 단면이 사각형 또는 원형이거나 스트립의 형태이며 절연되거나 절연되지 않은 구리 또는 알루미늄 와이어 또는 도선(lead)을 수백회 또는 수천회 감는 것이다.
통상의 실시는 저전압 도전체를 먼저 권선한 다음, 변압기와 전기기계의 법칙과 전통적 원리를 항상 관측하면서 고전압 전도체를 권선하는 것이다.
전통적 코일 조립체는 최종 사용자에 의해 요구되는 변환의 요건에 따라서 저전압-고전압 및 저전압-고전압-저전압과 같은 설계안을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이 강자성체에 자장을 가하면 자장의 세기(H)가 증가하면서 O-A-B-C 곡선을 따라서 자화된다. 포화자화 상태(C)에 도달 후 다시 자장을 반대 방향으로 걸어주면 C-D-E로 되어 재료에 자화가 남아 있지 않도록 하려면 OE만큼의 반대 방향의 자장이 필요하다. 반대 방향의 포화자화 상태(F)에 도달 후 다시 반대 방향의 자장을 걸어주면 F-G-C로 되어 포화된다.
그러나 도 1(b)에서처럼 자화가 남아 있지 않도록 반대 방향의 자장을 걸어 주고 다시 자장을 가하면 자속 포화현상으로 인해 적색 화살표 방향으로 상승할 수 없게 된다. 즉 전류가 증가함에 따라 자속 밀도도 증가하나 코아 크기에 따라 내부에 보유하고 있는 자속 밀도가 한정되어 있어 어느 시점(적색 화살표)에는 포화가 되는 문제가 발생한다.
이러한 포화 원인 및 개선 방법이 많이 제안되고 있으나 크게 나누어 개선 방법으로 (1) 재질, (2) 형상, (3)회로로 구분하여 설명한다.
(1) 재질면에서 보면 재질적 자속 밀도 증가에 따라 High B 재질의 개발이 필요하다.
(2) 형상면에서 보면 전체 형상 크기 증가와 공극 증가에 의해 슬림화가 어렵고, 용량 증가(P=1/2LI2)가 필요한 문제가 있다.
(3) 회로면에서 보면 전류 감소, 주파수 감소에 따라 용량 감소의 문제가 있다.
한편 종래의 규소강판에는 최고 3.5%의 규소가 첨가되어 있다. 이 규소의 양을 증가시키면 자기특성이 향상되고, 6.5%에서 최고가 되는 것은 오래 전부터 잘 알려진 사실이다. 그러나 규소가 3.5% 이상이 되면 강(鋼)이 딱딱하고 물러지기 때문에 박판 형태로 하는 것은 불가능하였다.
즉 종래에는 양면의 표층부 부근이 6.5% 규소, 중심부는 저규소의 조성을 갖는 경사 고규소강판이 아니라 강판의 내부가 모두 균일한 6.5% 규소의 조성을 갖는 고규소강판을 사용하여 변압기를 제조하였으나 상술한 자속 포화 문제를 전혀 해결하지 못하고 있었다.
한편, 기존의 교류 전력망을 사용했을 때에는 상용 주파수상에 상용 계통에 사용하므로 변압기의 사양이 크게 변할 필요가 없었다. 하지만 직류 전력망으로 전환되면서 고주파수 변압기의 사용이 증가한다. 고주파수의 사용을 위해서 다양한 어플리케이션 및 토폴로지가 발생하고 이에 변압기에 요구하는 인덕턴스 값도 다양하다.
따라서 변압기에 요구하는 인덕턴스 값에 따라 변압기를 새로 제작해야 하는 불편함이 있다.
) 한국공개특허 제2016-0126344호 한국등록특허 제124898호 한국공개특허 제2014-0023218호 일본공개특허 제30198258호 일본공개특허 제04063410호 유럽공개특허 EP 00977214 일본공개특허 JP 06096930
본 발명은 앞에서 설명한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 두 개의 E형 철심간의 공극을 자유롭게 조절하여 결합계수, 누설 인덕턴스, 자화 인덕턴스 등을 변화시킬 수 있는 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체 및 이를 이용하는 이용방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체에 있어서, 수평방향으로 소정 길이로 형성되는 수평 자석(110) 및 상기 수평 자석(110)의 측면으로부터 수직방향으로 소정 길이로 형성되는 복수개의 수직 자석(120)을 포함하는 제1 자석부(100); 상기 제1 자석부(100)와 대칭되게 배치되며, 수평방향으로 소정 길이로 형성되는 수평 자석(210) 및 상기 수평 자석(210)의 측면으로부터 수직방향으로 소정 길이로 형성되는 복수개의 수직 자석(220)을 포함하는 제2 자석부(200); 상기 제1 자석부(100) 및 제2 자석부(200)에 권선되는 코일부(300); 상기 제1 자석부(100)의 수평 자석(110)에 결합되는 제1 결합부재; 상기 제2 자석부(200)의 수평 자석(210)에 결합되는 제2 결합부재; 및 상기 제1 및 제2 결합부재에 결합되어, 상기 제1 자석부(100) 및 상기 제2 자석부(200)를 서로 소정 간격 이격시키는 자석 이동부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 결합부재는 상기 제1 자석부(100) 및 상기 제2 자석부(200)의 각 수평 자석(110,210)의 모든 측면에 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 결합부재는 상기 제1 자석부(100) 및 상기 제2 자석부(200)의 각 수평 자석(110,210)과 나사부재(130)에 의해 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 결합부재는 상기 수평 자석(110,210)의 측면에 밀착되어 결합되는 결합부(430,530); 상기 결합부(430,530)로부터 측면방향으로 돌출되는 돌출부(440,540); 를 포함하고, 상기 자석 이동부는 상기 제1 결합부재의 돌출부(440)와 상기 제2 결합부재의 돌출부(540)에 각각 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기 돌출부(440,540)는 상기 결합부(430,530)의 상부 및 하부에 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 돌출부(440,540)는 상기 결합부(430,530)의 상부 또는 하부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 돌출부(440,540)는 상기 결합부(430,530)의 중간부분에서 측면방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 결합부재는 상기 돌출부(440,540)를 지지하는 지지대가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 자석 이동부는 상기 제1 결합부재의 돌출부(440)와 상기 제2 결합부재 돌출부(540)에 연결되는 자석 이동봉(610)이 형성되며, 상기 자석 이동봉(610)은 상기 제1 결합부재의 돌출부(440)에 대응되는 위치에는 나사산이 형성되고, 상기 제2 결합부재의 돌출부(540)에 대응되는 위치에 회전 가능하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 자석 이동봉(610)은 상기 제1 결합부재의 돌출부(440)와 상기 제2 결합부재의 돌출부(540) 사이에 탄성부재(620)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 자석 이동봉(610)은 상부에 상기 자석 이동봉(610)을 회전시키는 회전부(630)가 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 회전부(630)는 고리 형상일 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 회전부(630)는 상기 자석 이동봉의 상부와 힌지 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기 회전부(630)는 ‘+’, ‘-’ 또는 ‘☆’ 드라이버로 이용 가능한 홈이 형성되는 형태인 것을 특징으로 한다.
상기 회전부(630)는 상기 자석 이동봉(610)을 회전시키는 구동 모터일 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 결합부재는 상기 수평 자석(110,210)에서 길이가 긴 장축에 결합되는 장축 결합부재(410,510)와, 상기 수평 자석(110,210)에서 길이가 짧은 단축에 결합되는 단축 결합부재(420,520)로 정의하면, 상기 자석 이동봉(610)은 상기 단축 결합부재(420,520)에 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기 장축 결합부재(410,510)는 상기 제1 및 제2 자석부(100,200)가 이동될 때, 가이드해주는 가이드봉(700)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체를 이용하는 방법에 있어서, 수평방향으로 소정 길이로 형성되는 수평 자석(110) 및 상기 수평 자석(110)의 측면으로부터 수직방향으로 소정 길이로 형성되는 복수개의 수직 자석(120)을 포함하는 제1 자석부(100); 상기 제1 자석부(100)와 대칭되게 배치되며, 수평방향으로 소정 길이로 형성되는 수평 자석(210) 및 상기 수평 자석(210)의 측면으로부터 수직방향으로 소정 길이로 형성되는 복수개의 수직 자석(220)을 포함하는 제2 자석부(200); 상기 제1 자석부(100) 및 제2 자석부(200)에 권선되는 코일부(300); 상기 제1 자석부(100)의 수평 자석(110)에 결합되는 제1 결합부재; 상기 제2 자석부(200)의 수평 자석(210)에 결합되는 제2 결합부재; 및 상기 제1 및 제2 결합부재에 결합되어, 상기 제1 자석부(100) 및 상기 제2 자석부(200)를 서로 소정 간격 이격시키는 자석 이동부;를 포함하는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체에서 상기 자석 이동부를 구동시켜 상기 제1 자석부(100)와 제2 자석부(200)를 서로 이격시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞에서 설명한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 두 개의 E형 철심간의 공극을 자유롭게 조절하여 결합계수, 누설 인덕턴스, 자화 인덕턴스 등을 손쉽게 변화시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.
도 1은 종래 발명에 따른 자속 포화 문제(히스테리시스 곡선)를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2는 종래 발명의 문제와 개선 방법 등을 보여주는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 제1 및 제2 자석부가 서로 이격된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 제1 및 제2 자석부가 서로 이격된 상태를 나타내는 정면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 제1 및 제2 자석부가 서로 이격된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 제1 및 제2 자석부가 서로 밀착된 상태는 나타내는 도 5의 A 부분 확대도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 제1 및 제2 자석부가 서로 밀착된 상태는 나타내는 도 5의 B 부분 확대도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 제1 및 제2 자석부가 서로 이격된 상태를 나타내는 도 8의 A 부분 확대도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 제1 및 제2 자석부가 서로 이격된 상태를 나타내는 도 8의 B 부분 확대도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 결합부재의 또 다른 실시예이다.
도 14 내지 도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 제1 및 제2 자석부의 시뮬레이션을 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
다만, 이하의 도 3 내지 도 13을 통하여 설명되는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체는, 본 발명에 따른 특징적인 기능을 소개함에 있어서, 필요한 구성요소만이 도시된 것으로서, 그 외 다양한 구성요소가 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체에 포함될 수 있음은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 정면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 단면도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 제1 및 제2 자석부가 서로 이격된 상태를 나타내는 사시도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 제1 및 제2 자석부가 서로 이격된 상태를 나타내는 정면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 제1 및 제2 자석부가 서로 이격된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 9은 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 제1 및 제2 자석부가 서로 밀착된 상태는 나타내는 도 5의 A 부분 확대도이며, 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 제1 및 제2 자석부가 서로 밀착된 상태는 나타내는 도 5의 B 부분 확대도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 제1 및 제2 자석부가 서로 이격된 상태를 나타내는 도 8의 A 부분 확대도이며, 도 12은 본 발명의 일 실시 예에 따른 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체의 제1 및 제2 자석부가 서로 이격된 상태를 나타내는 도 8의 B 부분 확대도이다.
도 3 내지 도 12에서 보는 바와 같이, 본 발명은 E형 철심을 이용한 공극 가변형 변압기 구조체에 관한 것으로, 제1 자석부(100), 제2 자석부(200), 코일부(300), 제1 결합부재, 제2 결합부재 및 자석 이동부를 포함하여 구성된다.
상기 제1 자석부(100)는 수평방향으로 소정 길이로 형성되는 수평 자석(110) 및 상기 수평 자석(110)의 측면으로부터 수직방향으로 소정 길이로 형성되는 복수개의 수직 자석(120)을 포함한다.
상기 제2 자석부(200)는 상기 제1 자석부(100)와 대칭되게 배치되며, 수평방향으로 소정 길이로 형성되는 수평 자석(210) 및 상기 수평 자석(210)의 측면으로부터 수직방향으로 소정 길이로 형성되는 복수개의 수직 자석(220)을 포함한다.
상기 제1 및 제2 자석부(100,200)는 E자형으로 형성되고, 철 및 규소로 이루어지며, 상기 철은 85 내지 90 중량부이고 상기 규소는 10 내지 15 중량부이다. 또는, 상기 제1 및 제2 자석부(100,200)는 페라이트를 포함하여 구성될 수도 있다. 이때, 상기 페라이트는 자성이 없는 페라이트일 수 있다. 또한, 상기 페라이트에 다른 불순물, 예를 들면, 이산화 규소, 산화 알루미늄, 산화 칼슘, 오산화 바나듐, 삼산화비스무트, 오산화 탄탈럼, 산화지르코늄, 산화 주석, 이산화 타이타늄, 산화코발트, 산화 마그네슘 등을 집어넣어 투자율, 밀도 등을 조절할 수 있다.
E자형의 상기 제1 및 제2 자석부(100,200)는 다른 재질의 E자형의 자석부와 교대로 겹쳐 적층된다.
이 때 상기 철은 85 내지 90 중량부 및 상기 규소는 10 내지 15 중량부로 이루어진 상기 E자형의 상기 제1 및 제2 자석부(100,200)를 적층한 후 3.5%의 규소가 첨가되어 있는 E자형의 상기 제1 및 제2 자석부(100,200)를 교대로 겹쳐 적층할 수도 있고, 6.5% 정도의 규소로 이루어진 E자형의 상기 제1 및 제2 자석부(100,200)를 겹쳐 적층할 수 있으며, 각 3.5%와 6.5% 규소 강판을 겹쳐 적층할 수도 있다.
상기 코일부(300)는 상기 제1 자석부(100) 및 제2 자석부(200)에 권선된다.
상기 제1 결합부재는 상기 제1 자석부(100)의 수평 자석(110)에 결합된다.
상기 제2 결합부재는 상기 제2 자석부(200)의 수평 자석(210)에 결합된다.
상기 제1 및 제2 결합부재는 상기 제1 자석부(100) 및 상기 제2 자석부(200)의 각 수평 자석(110,210)의 모든 측면에 결합된다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 제1 및 제2 자석부(100,200)의 수평 자석(110,210)은 장방형으로 형성된다. 이때, 상기 제1 및 제2 결합부재는 상기 장방형의 수평 자석(110,210)의 모든 측면에 결합된다. 또한, 상기 제1 및 제2 결합부재는 상기 수평 자석에서 길이가 긴 장축에 결합되는 장축 결합부재(410,510)와, 상기 수평 자석에서 길이가 짧은 단축에 결합되는 단축 결합부재(420,520)로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 결합부재는 상기 제1 자석부(100) 및 상기 제2 자석부(200)의 각 수평 자석(110,210)과 나사부재(130,230)에 의해 결합된다. 또한, 상기 나사부재(130,230)와 상기 제1 자석부(100) 및 상기 제2 자석부(200) 사이에 와셔가 배치될 수도 있다.
상기 자석 이동부는 상기 제1 및 제2 결합부재에 결합되어, 상기 제1 자석부(100) 및 상기 제2 자석부(200)를 서로 소정 간격 이격시키도록 구성된다.
또한, 상기 제1 및 제2 결합부재는 상기 수평 자석(110,210)의 측면에 밀착되어 결합되는 결합부(430,530)와, 상기 결합부(430,530)로부터 측면방향으로 돌출되는 돌출부(440,540)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 자석 이동부는 상기 제1 결합부재의 돌출부(440)와 상기 제2 결합부재의 돌출부(540)에 각각 결합된다.
여기서, 도 9 내지 도 13에서 보는 바와 같이, 상기 제1 및 제2 결합부재는 상기 돌출부(440,540)가 상기 결합부(430,530)의 상부 및 하부에 각각 형성되는 ‘ㄷ’자 형일 수 있고, 상기 결합부의 상부 또는 하부에 형성되는 ‘ㄱ’자 형일 수 있고, 상기 결합부의 중간부분에서 측면방향으로 형성되는 ‘├’자 형일 수 있다.
상기 자석 이동부는 상기 제1 결합부재의 돌출부(440)와 상기 제2 결합부재 돌출부(540)에 연결되는 자석 이동봉(610)이 형성된다.
또한, 상기 자석 이동봉(610)은 상기 제1 결합부재의 돌출부(440)에 대응되는 위치에는 나사산이 형성되고, 상기 제2 결합부재의 돌출부(540)에 대응되는 위치에 회전 가능하게 형성된다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 자석 이동봉(610)은 상기 제1 결합부재의 돌출부(440)와 상기 제2 결합부재의 돌출부(540)를 관통하여 형성된다. 이때, 상기 제1 결합부재의 돌출부(440)에는 상기 자석 이동봉(610)의 나사산과 대응되는 나사산이 형성된다.
또한, 상기 자석 이동봉(610)은 상기 제2 결합부재의 돌출부(540)를 관통하고, 상기 제2 결합부재의 돌출부(540)를 기준으로 양측에 상기 자석 이동봉(610)의 이탈을 방지하는 고정핀(640)이 형성된다. 또한, 상기 고정핀(640)과 제2 결합부재의 돌출부(540) 사이에 와셔(650)가 각각 배치될 수도 있다.
또한, 상기 자석 이동봉(610)은 상기 제1 결합부재의 돌출부(440)와 상기 제2 결합부재의 돌출부(540) 사이에 탄성부재(620)가 형성될 수 있다. 상기 탄성부재(620)는 스프링일 수 있다.
상기 자석 이동봉(610)은 상부에 상기 자석 이동봉(610)을 회전시키는 회전부(630)가 더 포함될 수 있다. 이때, 상기 회전부(630)는 고리 형상일 수 있으며, 상기 자석 이동봉(610)의 상부와 힌지 결합된다.
또한, 상기 자석 이동봉(610)은 ‘+’ 또는 ‘-’ 드라이버를 이용하는 홈이 형성되는 형태일 수도 있다. 또한, 상기 회전부(630)는 구동 모터일 수도 있으며, 구동 모터의 구동에 따라 상기 자석 이동봉(610)을 회전시킬 수도 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 결합부재는 상기 돌출부를 지지하는 지지대가 형성될 수 있다. 여기서 상기 지지대는 상기 돌출부가 쳐지는 것을 방지하기 위한 것이다.
상기 제1 및 제2 결합부재는 상기 수평 자석(110,210)에서 길이가 긴 장축에 결합되는 장축 결합부재(410,510)와, 상기 수평 자석(110,210)에서 길이가 짧은 단축에 결합되는 단축 결합부재(420,520)로 정의하면, 상기 자석 이동봉(610)은 상기 단축 결합부재(420,520)에 결합된다. 또한, 상기 장축 결합부재(410,510)는 상기 제1 및 제2 자석부(100,200)가 이동될 때, 가이드해주는 가이드봉(700)을 더 포함하여 구성된다.
본 발명의 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체를 이용한 방법은 회전부(630)를 이용하여 자석 이동봉(610)을 회전시키면, 상기 자석 이동봉(610)에 형성된 나사산에 의해 제1 자석부(100)은 상기 제2 자석부(200)로부터 이격된다.
도 14 내지 도 16에서 보는 바와 같이, 상기 제1 자석부(100)와 제2 자석부(200)가 서로 이격되면, 포화 자속 및 평균 인덕턴스가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 제1 자석부(100)와 제2 자석부(200)의 공극이 0 mm 일 경우, 포화 자속이 1.42 T 이고, 평균 인덕턴스는 15 mH 이다. 상기 제1 자석부(100)와 제2 자석부(200)의 공극이 5 mm 일 경우, 포화 자속이 1.44 T 이고, 평균 인덕턴스는 23 mH 이다. 또한, 상기 제1 자석부(100)와 제2 자석부(200)의 공극이 15 mm 일 경우, 포화 자속이 1.55T 이고, 평균 인덕턴스는 34 mH 이다.
본 발명의 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체는 두 개의 E형 철심간의 공극을 자유롭게 조절하여 결합계수, 누설 인덕턴스, 자화 인덕턴스 등을 변화시킬 수 있는 장점이 있다.
상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 대해 기재한 것이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적인 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 변경하여 실시할 수 있음을 명시한다.
100 : 제1 자석부
110 : 수평자석
120 : 수직자석
130 : 나사부재
200 : 제2 자석부
210 : 수평자석
220 : 수직자석
230 : 나사부재
300 : 코일부
410 : 제1 장축 결합부재
420 : 제1 단축 결합부재
430 : 결합부
440 : 돌출부
510 : 제1 장축 결합부재
520 : 제1 단축 결합부재
530 : 결합부
540 : 돌출부
610 : 자석 이동봉
620 : 탄성부재
630 : 회전부
640 : 고정핀
650 : 와셔
700 : 가이드봉

Claims (18)

  1. 수평방향으로 소정 길이로 형성되는 수평 자석(110) 및 상기 수평 자석(110)의 측면으로부터 수직방향으로 소정 길이로 형성되는 복수개의 수직 자석(120)을 포함하는 제1 자석부(100);
    상기 제1 자석부(100)와 대칭되게 배치되며, 수평방향으로 소정 길이로 형성되는 수평 자석(210) 및 상기 수평 자석(210)의 측면으로부터 수직방향으로 소정 길이로 형성되는 복수개의 수직 자석(220)을 포함하는 제2 자석부(200);
    상기 제1 자석부(100) 및 제2 자석부(200)에 권선되는 코일부(300);
    상기 제1 자석부(100)의 수평 자석(110)에 결합되는 제1 결합부재;
    상기 제2 자석부(200)의 수평 자석(210)에 결합되는 제2 결합부재; 및
    상기 제1 및 제2 결합부재에 결합되어, 상기 제1 자석부(100) 및 상기 제2 자석부(200)를 서로 소정 간격 이격시키는 자석 이동부;를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 결합부재는,
    상기 수평 자석(110,210)의 측면에 밀착되어 결합되는 결합부(430,530);
    상기 결합부(430,530)로부터 측면방향으로 돌출되는 돌출부(440,540);를 포함하고,
    상기 자석 이동부는 상기 제1 결합부재의 돌출부(440)와 상기 제2 결합부재의 돌출부(540)에 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 결합부재는
    상기 제1 자석부(100) 및 상기 제2 자석부(200)의 각 수평 자석(110,210)의 모든 측면에 결합되는 것을 특징으로 하는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 결합부재는
    상기 제1 자석부(100) 및 상기 제2 자석부(200)의 각 수평 자석(110,210)과 나사부재(130)에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부(440,540)는
    상기 결합부(430,530)의 상부 및 하부에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부(440,540)는
    상기 결합부(430,530)의 상부 또는 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부(440,540)는
    상기 결합부(430,530)의 중간부분에서 측면방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 결합부재는
    상기 돌출부(440,540)를 지지하는 지지대가 형성되는 것을 특징으로 하는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 자석 이동부는
    상기 돌출부(440,540)인 제1 결합부재의 돌출부(440)와 상기 제2 결합부재 돌출부(540)에 연결되는 자석 이동봉(610)이 형성되며,
    상기 자석 이동봉(610)은
    상기 제1 결합부재의 돌출부(440)에 대응되는 위치에는 나사산이 형성되고,
    상기 제2 결합부재의 돌출부(540)에 대응되는 위치에 회전 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 자석 이동봉(610)은
    상기 제1 결합부재의 돌출부(440)와 상기 제2 결합부재의 돌출부(540) 사이에 탄성부재(620)가 형성되는 것을 특징으로 하는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 자석 이동봉(610)은
    상부에 상기 자석 이동봉(610)을 회전시키는 회전부(630)가 더 포함하는 것을 특징으로 하는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 회전부(630)는
    고리 형상일 수 있는 것을 특징으로 하는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 회전부(630)는
    상기 자석 이동봉의 상부와 힌지 결합되는 것을 특징으로 하는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 회전부(630)는
    ‘+’, ‘-’ 또는 ‘☆’ 드라이버로 이용 가능한 홈이 형성되는 형태인 것을 특징으로 하는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 회전부(630)는
    상기 자석 이동봉(610)을 회전시키는 구동 모터일 수 있는 것을 특징으로 하는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 결합부재는 상기 수평 자석(110,210)에서 길이가 긴 장축에 결합되는 장축 결합부재(410,510)와, 상기 수평 자석(110,210)에서 길이가 짧은 단축에 결합되는 단축 결합부재(420,520)로 정의하면,
    상기 자석 이동봉(610)은 상기 단축 결합부재(420,520)에 결합되는 것을 특징으로 하는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 장축 결합부재(410,510)는
    상기 제1 및 제2 자석부(100,200)가 이동될 때, 가이드해주는 가이드봉(700)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체.
  18. 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제7항 또는 제9항 내지 제17항 중 어느 한 항의 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체를 이용하는 이용방법에 있어서,
    수평방향으로 소정 길이로 형성되는 수평 자석(110) 및 상기 수평 자석(110)의 측면으로부터 수직방향으로 소정 길이로 형성되는 복수개의 수직 자석(120)을 포함하는 제1 자석부(100); 상기 제1 자석부(100)와 대칭되게 배치되며, 수평방향으로 소정 길이로 형성되는 수평 자석(210) 및 상기 수평 자석(210)의 측면으로부터 수직방향으로 소정 길이로 형성되는 복수개의 수직 자석(220)을 포함하는 제2 자석부(200); 상기 제1 자석부(100) 및 제2 자석부(200)에 권선되는 코일부(300); 상기 제1 자석부(100)의 수평 자석(110)에 결합되는 제1 결합부재; 상기 제2 자석부(200)의 수평 자석(210)에 결합되는 제2 결합부재; 및 상기 제1 및 제2 결합부재에 결합되어, 상기 제1 자석부(100) 및 상기 제2 자석부(200)를 서로 소정 간격 이격시키는 자석 이동부;를 포함하는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체에서 상기 자석 이동부를 구동시켜 상기 제1 자석부(100)와 제2 자석부(200)를 서로 이격시키고,
    상기 제1 및 제2 결합부재는,
    상기 수평 자석(110,210)의 측면에 밀착되어 결합되는 결합부(430,530);
    상기 결합부(430,530)로부터 측면방향으로 돌출되는 돌출부(440,540);를 포함하고,
    상기 자석 이동부는 상기 제1 결합부재의 돌출부(440)와 상기 제2 결합부재의 돌출부(540)에 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 E형 철심을 이용한 공극가변형 변압기 구조체를 이용하는 이용방법.
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