KR102490358B1 - 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 구조 및 그의 제작 방법 - Google Patents

철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 구조 및 그의 제작 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102490358B1
KR102490358B1 KR1020200152578A KR20200152578A KR102490358B1 KR 102490358 B1 KR102490358 B1 KR 102490358B1 KR 1020200152578 A KR1020200152578 A KR 1020200152578A KR 20200152578 A KR20200152578 A KR 20200152578A KR 102490358 B1 KR102490358 B1 KR 102490358B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wound
core
width
winding
multiple layers
Prior art date
Application number
KR1020200152578A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220066490A (ko
Inventor
홍월표
Original Assignee
주식회사 엠에스그리드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엠에스그리드 filed Critical 주식회사 엠에스그리드
Priority to KR1020200152578A priority Critical patent/KR102490358B1/ko
Publication of KR20220066490A publication Critical patent/KR20220066490A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102490358B1 publication Critical patent/KR102490358B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/25—Magnetic cores made from strips or ribbons
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/14766—Fe-Si based alloys
    • H01F1/14775—Fe-Si based alloys in the form of sheets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/006—Details of transformers or inductances, in general with special arrangement or spacing of turns of the winding(s), e.g. to produce desired self-resonance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/30—Fastening or clamping coils, windings, or parts thereof together; Fastening or mounting coils or windings on core, casing, or other support
    • H01F27/306—Fastening or mounting coils or windings on core, casing or other support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/346—Preventing or reducing leakage fields
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F30/00—Fixed transformers not covered by group H01F19/00
    • H01F30/06—Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure
    • H01F30/10—Single-phase transformers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)

Abstract

본 발명은 이형 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 구조에 관한 것으로서, 다단계의 필요 폭으로 절단된 복수의 도체판이 권취되도록 일방향으로 회전하는 이형 모서리를 갖는 직사각형 형상의 권취용회전축; 권취용회전축의 외측면을 따라 다단계의 필요 폭으로 절단된 복수의 도체판이 겹겹이 권취되어 직사각형 형상을 이루는 코어; 및 코어의 장변부의 길이방향과 수직한 방향으로 권취되는 코일;을 포함할 수 있다.

Description

철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 구조 및 그의 제작 방법{A STRUCTURE OF SINGLE-PHASE TRANSFORMER WITH WOUND CORE TYPE CAPABLE OF REDUCING IRON LOSS AND MANUFACTURING METHOD THEROF}
본 발명은 철손을 감소시키는 권철심형 변압기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 논커팅(Non-cutting)된 다양한 폭의 규소 강판을 이용해 권철심형 단상 변압기를 제작함으로써 철손을 감소시켜 효율을 극대화시킨 권철심형 변압기의 구조 및 그의 제작 방법이다.
변압기는 전압을 가변시키는 전기기기로 상수(相數)에 따라 단상(單相)변압기와 다상(多相) 변압기로 구분된다. 일반적인 변압기는 규소강판으로 이루어진 철심(이하, '코어(core)'라고도 함)과 권선(이하, '코일(coil)'이라고도 함)을 조립하여 제작되며, 코어의 형태에 따라 적철심 또는 권철심으로 구분될 수 있다.
적철심코어는 모양에 맞게 절단한 규소강판을 쌓아 압착한 형태로서, 여러 조각이 조합되는 것이기 때문에 코어의 단면이 많고 누설자속이 증가하여 철손(鐵損)이 증가하는 문제가 있다. 이에 반해, 권철심코어는 규소강판을 연속적으로 쌓는 형태로서 적철심코어에 비해 코어 절단면이 적어 누설자속이 적어지고 철손이 줄어드는 장점이 있다.
다만, 권철심코어를 제작하기 위해서는 판상형태를 갖는 규소강판을 필요 폭으로 절단한 후, 필요 폭으로 절단된 규소강판을 필요 치수만큼 길이로 자르고(Slitting) 필요한 두께가 되도록 원형지그(round jig) 안에서 원형으로 말아진 규소강판을 겹겹이 쌓는 과정(Stacking)을 수행하기 때문에 제작 공정이 길고 복잡하다는 단점이 있다.
뿐만 아니라, 판상형의 규소강판을 원형으로 결합시키는 과정에서 미세한 틈(이하, '결합틈'이라고도 함)이 발생할 수 있는데 이는 작업자의 숙련도에 따라 발생정도가 상이하며, 결합틈에 의해 누설자속(漏洩磁束, leakage flux)이 발생하는 문제가 있다. 이에, 누설자속이 생기면 무부하 여자 전류가 생성되고, 무부하 여자 전류에 의한 손실(즉, 무부하 손실(이하, 철손이라고도 함))에 의한 변압기 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 이에 따라, 변압기 손실을 줄이기 위해 많은 양의 코어가 사용되기 때문에 변압기의 부담을 증가시킬 수 있다.
더 나아가, 상술한 방법을 통해 완성된 권철심코어에 권선을 결합하여 변압기를 제작하는데, 이때 권철심코어는 코어의 절단된 면을 통해 권선에 삽입되는 방식으로 결합되는 것을 특징으로 한다. 이때, 필연적으로 틈(gap)이 발생할 수밖에 없다. 따라서, 종래에는 권선와 코어의 결합후 코어의 이탈방지 및 틈(gap)을 줄이기 위해 철 띠로 코어를 감고 띠의 맞닿는 부분을 씰링(sealing)하는 방식을 이용했다. 그러나 이 방법 또한 철 띠를 묶는 힘에 따라 코어에 철손이 발생하거나 단락이 생기는 미해결 과제가 남아있다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 코어의 커팅(cutting) 과정, 포밍(forming) 과정 등과 같이 코어 형성 시 과정을 생략함으로써 작업을 효과적으로 간소화시켜 작업자의 작업의 편의성을 극대화킬 수 있는 권철심형 변압기를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 변압기의 코어(이하, 철심)를 절단하지 않은 상태로 권취하기 때문에 절단된 코어를 결합시키는 종래의 변압기와 비해 누설자속이 현저하게 감소된 권철심형 변압기를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 다중 폭으로 구성된 코어가 연속적으로 권취됨에 따라 코어에서 발생하는 손실(이하, 철손)을 줄여 변압기의 효율이 증대된 권철심형 변압기를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 제작 공정이 간소화됨에 따라 부품에 소모되는 비용을 최소화할 수 있는 권철심형 변압기를 제공하는 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 구조는 다단계의 필요 폭으로 절단된 복수의 도체판이 권취되도록 일방향으로 회전하는 권취용회전축; 권취용회전축의 외측면을 따라 다단계의 필요 폭으로 절단된 복수의 도체판이 겹겹이 권취되는 코어; 및 코어의 장변부의 길이방향과 수직한 방향으로 권취되는 코일;을 포함할 수 있다.
또한, 코어는 권취용회전축의 형상에 기초하여 직사각형 또는 원형의 형상으로 궈취되며, 1개 또는 2개로 구성될 수 있다.
또한, 코어가 1개인 경우 코일은 코어의 장변부을 중심축으로 배치되며, 코어가 2개인 경우 코일은 두 개의 코어가 맞닿은 장변을 중심축으로 권취될 수 있다.
또한, 코일은 권선 형태로 형성될 수 있다.
또한, 코어의 네 개의 측부 중 어느 하나의 단면부는 다단계의 폭을 갖는 복수의 도체판이 압착되어 8각형을 이룰 수 있다.
또한, 코어의 네 개의 측부 중 어느 하나의 단면부는 다단계의 폭을 갖는 복수의 도체판이 압착되어 원형을 이룰 수 있다.
또한, 코어는 다단계의 필요 폭으로 절단된 복수의 도체판을 폭이 좁은 도체판부터 점차 폭이 넓어지는 도체판 순으로 다중층으로 권취된 후, 점차 폭이 좁아지는 도체판 순으로 다중층으로 권취될 수 있다.
또한, 코어는 중심부에서 외곽부로 갈수록 폭이 좁아질 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 특징에 따르면, 다단계의 폭으로 구성된 복수의 도체판을 권취용회전축 중심으로 압착하여 권취하는 코어 형성 단계; 및 다단계의 폭으로 구성된 복수의 도체판이 권취되어 형성된 다중철심의 장변부에 다중 전선을 권취하는 코일 형성 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 코어 형성 단계는, 미가공 상태의 규소 강판을 다단계의 필요 폭으로 절단하여 복수의 도체판을 생성하는 단계; 권취용회전축의 외측면에 w1의 폭을 갖는 제1 강판을 다중층으로 권취하는 단계; 다중층으로 권취된 제1 강판의 절단면과 접하면서 외측면을 감싸도록 w2의 폭을 갖는 제2 강판을 다중층으로 권취하는 단계; 다중층으로 권취된 제2 강판의 절단면과 접하면서 외측면을 감싸도록 w3의 폭을 갖는 제3 강판을 다중층으로 권취하는 단계; 다중층으로 권취된 제3 강판의 절단면과 접하면서 외측면을 감싸도록 w2의 폭을 갖는 제2 강판을 다중층으로 권취하는 단계: 및 다중층으로 권취된 제2 강판의 절단면과 접하면서 외측면을 감싸도록 w1의 폭을 갖는 제1 강판을 다중층으로 권취하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 폭 w2는 폭 w1 보다 넓고 폭 w3는 폭 w2 보다 넓을 수 있다.
또한, 코어의 중심부에는 폭이 가장 두꺼운 도체판이 다중층으로 배치되며 코어의 외곽부에는 폭이 가장 얇은 도체판이 다중층으로 배치될 수 있다.
또한, 코어의 네측부의 일부 단면영역은 8각형 또는 원형의 형상을 갖을 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 코어 형성 시 과정을 생략함으로써 작업을 효과적으로 간소화시켜 작업자의 작업의 편의성을 극대화시킬 수 있다.
본 발명은 변압기의 코어(이하, 철심)를 절단하지 않은 상태로 권취하기 때문에 절단된 코어를 결합시키는 종래의 변압기와 비해 누설자속을 최소화시킬 수 있다.
본 발명은 다중 폭으로 구성된 코어가 연속적으로 권취됨에 따라 코어에서 발생하는 손실(이하, 철손)을 줄여 변압기의 효율을 증대시킬 수 있다.
본 발명은 변압기 구조로서 사용설비가 간단할 뿐만 아니라 제작 공정이 단순하기 때문에 비용을 최소화시킬 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 권철심형 변압기를 설명하기 위한 전체사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 권철심형 변압기의 제작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 코어를 권취하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 코어가 권취되는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6는 본 발명의 권취된 코어에 대한 전체 사시도이다.
도 7은 도 6의 VII-VII'에 대한 단면도이다.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이하의 설명에서 제1, 제2 등과 같은 서수식 표현은 서로 동등하고 독립된 객체를 설명하기 위한 것이며, 그 순서에 주(main)/부(sub) 또는 주(master)/종(slave)의 의미는 없는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 권철심형 변압기를 설명하기 위한 전체사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 권철심형 변압기(100)는 이형 모서리를 갖는 직사각형 형태의 철심(이하, '코어(110)'라고 함), 상기 철심의 장변부에 체결된 원통형 코일지지부(120), 및 코일지지부(120)의 외주면을 따라 촘촘하게 감겨지는 코일(130)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 단, 본 발명의 다른 실시예에 따른 권철심형 변압기(100)는 원통형 코일지지부(120)가 생략되고 코일(130)이 바로 코어(110)의 장변부의 길이방향과 수직한 방향으로 권취될 수도 있다. 다만, 코일(130)이 바로 코어(110)에 권취되기 위해서는 코어(110)의 단면 영역이 원형인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 권철심형 변압기(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 1개의 코어와 2개의 코일로 구성된 외철형 변압기인 것으로 설명하였지만, 본 발명의 다른 실시예에 따른 권철심형 변압기(100)는 2개의 코어와 1개의 코일로 구성된 내철형 변압기일 수도 있다.
구체적으로, 코어(110)는 전기장을 형성할 수 있도록 복수의 도체판으로 구성된다. 본 발명의 코어(110)는 다단계의 폭으로 권취된 복수의 도체판이 연속적으로 감겨진 형태인 것을 특징으로 한다. 복수의 도체판은 후술되는 권취용회전축(140)에 의해 이형 모서리를 갖는 직사각형의 형태로 감기는 것을 특징으로 한다. 여기서, 이형 모서리라 함은 모서리가 직각이 아닌 둥글게 휘어진 모서리를 의미한다.
이때, 도체판은 비투자율과 저항률이 크고 히스테리시스 손실(Hysteresis Loss)이 적은 규소(Si) 강판인 것을 기본으로 한다. 히스테리시스 손실은 변압기 내부에 구성된 철심에 감겨진 코일(130)에 전류가 흐르면서 철심에서 자기장 변화가 나타나고 이에 따라 발생한 손실을 의미한다. 따라서, 철심 재료인 순철에 규소와 같은 불순물을 넣어 저항률을 증가시킴으로서 히스테리시스 손실을 줄일 수 있는 규소강판철심을 사용하는 것이 바람직하다.
코일(130)은 가늘고 긴 원통형상의 전선이 다층으로 감겨지는 구성을 의미한다. 또한, 코일(130)은 통상적으로 전도성을 갖는 재질로 이루어질 수 있으며, 예컨대, 알루미늄(Aluminium), 알루미늄 합금, 구리(Annealed Cooper), 구리 합금 또는 그들의 조합 등으로 제조된다. 또한, 코일(130)은 구리 또는 알루미늄의 소선을 꼰 형태로 크게 원형(Concentric) 연선, 원형압축(Compact Circular) 연선, 분할압축(Segmental Compact Circular) 연선 중 어느 하나일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 변압기는 2개의 코일(130)이 1개의 코어(110)의 장변부에 배치되는 외철형 구조(shell-form transformer)인 것을 알 수 있다. 단, 이에 제한되지 않으며 1개의 코일이 두 개의 코어가 맞닿은 한 쌍의 장변부에 배치되는 내철형 구조(core-type transformer)일 수도 있다.
도 1을 참조하면, 코일(130)은 코어(110)의 장변부의 외곽을 따라 원통형으로 형성된 코일지지부(120)의 외주면 상에 연속적으로 권취되는 것을 특징으로 한다. 이때, 코일(130)은 코일지지부(120)의 최상단 및 최하단에 배치된 톱니바퀴 형상의 기어가 후술되는 구동축에 맞물려 회전하면서 권취되는 것을 특징으로 한다. 이에 대한 상세한 내용은 후술하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 권철심형 변압기의 제작 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 코어(110)를 권취하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다. 도 4 내지 도 6은 코어(110)가 권취되는 과정에 대한 예시도이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 코어(110)의 전체 사시도이다.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이 다단계의 폭으로 구성된 다중철심을 직사각 형상으로 권취한다(S100). S100 단계는 구체적으로 다음과 같은 단계들에 거쳐 수행된다.
규소 강판을 다단계의 필요 폭으로 절단한 후(S101), 권취용회전축(140)의 외측면에 w1의 폭을 갖는 제1 강판을 압착시켜 다중층으로 권취한다(S102). 이후, 제1 강판의 외측면의 중앙부에 w2의 폭을 갖는 제2 강판을 압착시켜 다중층으로 권취한다(S103). 이후, 제2 강판 외측면의 중앙부에 w3의 폭을 갖는 제3 강판을 압착시켜 다중층으로 권취한다(S104). 이후, 제3 강판 외측면의 중앙부에 w2의 폭을 갖는 제2 강판을 압착시켜 다중층으로 권취한다(S105). 이후, 제2 강판 외측면의 중앙부의 w1의 폭을 갖는 제1 강판을 압착시켜 다중층으로 권취한다(S106).
여기서, 설명의 편의를 위해 다단계의 폭이 세 개(w1, w2, w3)인 것으로 설명하였으나 실질적으로 더 많은 단계의 폭(예를 들면, 10 단계)으로 구성되되 겹겹이 권취되는 코어(110)의 중심부에는 가장 넓은 폭의 규소 강판이 배치되는 것으로 이해되는 것이 바람직하다.
본 발명의 코어(110)를 구성하는 다중 폭의 도체판들은 얇은 두께를 갖는 규소 강판인 것을 특징으로 하며 미가공 상태의 규소 강판을 폭만 절단하고 길이는 절단하지 않는 것을 특징으로 한다. 따라서, 다중 폭의 도체판이 도 4에 도시된 직사각형 형상의 권취용회전축(140)의 회전에 의해 연속적으로 권취되면 도 5에 도시된 바와 같은 'ㅁ'자 형태의 코어(110)가 생성된다.
설명의 편의를 위해 3단계의 폭으로 구성된 도체판을 도 4에 도시된 바오아 같이 권취하는 것으로 설명하였지만, 실제로는 도 6에 도시된 바와 같이 n개의 다중 폭으로 구성된 도체판이 권취되는 것이다. 이때, 도 6을 참조하면 w1 내지 wn의 폭을 갖는 도체판이 각각 6겹으로 겹쳐진 것을 볼 수 있는데 이는 각각의 폭을 가진 도체판이 6번 와인딩(winding)됨에 따라 겹쳐진 것으로 이해되는 것이 바람직하며, 와인딩 횟수는 임의로 설정한 것일 뿐, 코어 설계 시 코어의 단면 형상이 8각형이나 원형에 가깝도록 와인딩 되는 횟수로 변경가능하다.
따라서, 단계 102 내지 단계 106은 다중 폭을 가진 도체판이 점진적으로 폭이 넓어지도록 권취되다가 점진적으로 폭이 좁아지도록 권취되는 것을 표현한 것이며, 단계 104는 가장 넓은 폭의 도체판들이 겹겹이 쌓이는 코어(110)의 중심부가 형성되는 과정에 대한 단계를 의미한다. 즉, 단계 102 내지 단계 106은 폭이 가장 좁은 도체판을 겹겹이 권취하는 단계, 폭이 점진적으로 넓어지는 도체판을 순차적으로 겹겹이 권취하는 단계 및 폭이 가장 넓은 도체판을 권취하는 단계, 폭이 점진적으로 좁아지는 도체판을 순차적으로 겹겹이 권취하는 단계로 표현될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 코어(110)는 크게 두 단계(미가공 상태의 규소 강판을 필요 폭으로 절단하는 제1 단계 및 필요 폭으로 절단된 복수의 도체판을 필요한 두께가 되도록 겹쳐서 쌓는 제2 단계)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편, 종래의 코어는 규소 강판을 일정한 폭으로 절단한 후(이하, 슬리팅(Slitting)단계라고도 함), 단일 폭으로 절단된 규소 강판을 필요 치수만큼 길이로 자르고(이하, 커팅(Cutting)단계라고도 함), 원형 지그(Round jig) 안에 필요한 두께가 되도록 철심편을 겹쳐 쌓고(이하, 와인딩 앤 스택킹(Winding & Stacking)단계라고도 함), 환형으로 된 철심을 사각형 모양으로 눌러 고정시키고(이하, 포밍(Forming)단계라고도 함), 형을 만드는 과정에서 발생한 격자 이완 등의 기계적 스트레스를 보상 또는 복원하기 위해 열처리하고(이하, 어닐링(Anealing)단계 라고도 함), 코어에 코일을 결합(CC assembling(CC = Coil & Core)하기 전 특성검사를 수행(이하, '중간검사 단계'라고도 함)함으로써 제작되었다. 다시 말해, 종래의 경우에는 코어를 제작하는데 있어 상술한 6개의 단계를 모두 수행해야 하므로 제작 과정이 매우 복잡하고 길어서 제작이 오래 걸리는 문제가 있었다.
뿐만 아니라, 원형 지그 안에 철심편을 겹쳐 쌓는 '와인딩 앤 스택킹 단계'에서 결합틈이 발생하는 문제가 있는데, 작업자의 숙련도에 따라 결합틈의 발생정도가 상이하기 때문에 결합틈에 의한 누설자속(漏洩磁束, leakage flux)이 발생하는 문제가 있었다.
따라서, 누설자속에 의해 생성된 무부하 여자 전류에 의한 손실(즉, 무부하 손실(이하, 철손이라고도 함))이 발생하고, 이는 변압기 효율을 떨어뜨는 가장 큰 문제점이었다. 이에 따라, 변압기 손실을 줄이기 위해 많은 양의 코어가 사용되기 때문에 변압기의 부담을 증가시킬 수 있다. 예컨대, 커팅된 규소 강판을 결합한 코어로 구성된 종래의 변압기의 경우, 코어를 열처리(이하, 어닐링(anealing)이라고도 함)한 후에 철소의 감소율이 4.2% 정도로 미미한 수준이었다.
이에 반해, 본 발명의 권철심형 코어(110)는 종래의 코어 형성 과정에 비해 제작 과정이 현저하게 줄어든 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 권철심형 코어(110)는 종래의 코어에 비해 절단(Slitting) 단계 및 감는(Winding) 단계를 제외한 나머지 단계(커팅(cutting), 스택킹(stacking), 포밍(forming), 어닐링(Anealing) 단계)가 모두 제외됨에 따라 작업이 효과적으로 간소화되어 작업자의 편의성을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 코어(110)는 길이가 절단되지 않은 상태로 권취되기 때문에 결합틈이 발생하지 않아 누설자속을 최소화시킬 수 있을 뿐만 아니라 철손이 효과적으로 감소하는 효과가 있다. 이때, 논커팅(Non-cutting)된 본 발명의 직사각형 코어 및 원형 코어를 어닐링(anealing)한 후 철손은 5.5% 감소하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명의 코어는 종래의 코어에 비해 철손이 1.3% 더 감소되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 코어(110)는 단일 폭으로 구성되는 것이 아니라 다단계의 폭(이하, '다중 폭'이라고도 함)으로 절단된 복수의 도체판이 권취되는 것이기 때문에 단일폭으로 절단한 복수의 도체판이 권취된 코어에 비해 효율을 대략 30% 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 코어는 도 5와 같은 'ㅁ'자 형태가 아닌 'ㅇ'자 형태(이하, '원형 코어'라고 함)일 수도 있다. 이때, 원형 코어 역시 다단계의 폭을 갖는 규소 강판을 연속적으로 감아 절단면(joint)이 없이 적층하는 것을 특징으로 한다. 이때, 원형 코어를 구성하는 규소 강판은 원형 코어의 단면이 'O'자형태를 갖도록 본 발명의 실시예에 따른 직사각형 코어보다 더 다양한 폭의 규소 강판으로 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 원형 코어는 코어 재료의 높은 점적율(Space Factor(SF): 占積率)을 향상시키고, 손실의 감소, 저소음, 단락내력 등을 제고시켜 컴팩트한 변압기 구조를 형성할 수 있다. 여기서, 점적율이란 이용할 수 있는 공간 중 실제로 쓰이고 있는 부분의 백분율을 의미한다. 즉, 변압기의 부피가 축소되어 점적율이 클수록 유리하다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 원형 코어의 점적율은 0.97% 내지 0.98%인 것으로, 종래 대비 0.01% 높은 것을 특징으로 한다. 점적율은 권철심의 단면적 산출 시 중요한 요소(factor)로서, 하기 수학식 1을 참조하면 종래대비 본 발명의 코어가 효율이 우수함을 알 수 있다.
[수학식 1]
A = α×ｂ× SF
여기서, a는 적고(積高: Eu), b는 폭(幅: D), SF는 점적율, A는 단면적(단위: ㎠)를 의미한다.
수학식 1을 참조하여 비교예와 실시예에 따른 a와 b가 각각 100, 60이라고 가정하여 설명하기로 한다. SF가 0.96인 비교예의 경우에는 단면적(A)이 5760cm2이다. 반면, SF가 0.97 내지 0.98인 실시예의 경우에는 단면적(A)이 5820cm2 내지 5880cm2 이다. 따라서, 실시예에 따른 코어는 비교예에 따른 코어에 비해 철심의 단면적이 넓기 때문에 자속밀도가 높아 철손도 훨씬 적어지는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 원형 코어를 이용하여 본체를 조립할 시(즉, 코어와 코일을 결합하는 단계) 권선에 대한 내면적이 최대인 상태로 코어를 제작할 수 있기 때문에, 단락력이 우수하고 동의 양과 동손을 최소화 시킬 수 있다.
또한, 본 명세서에서 연속적으로 권취되는 코어(혹은 권철심)라는 용어는 코일을 설치하기 위해 코어를 열 수 없음을 의미하는 바이므로, 권선이 코어에 직접 감기는 것을 의미한다.
이어서, 이형 모서리를 갖는 직사각형 다중철심의 장변부에 원통형 코일지지부(120)를 체결한다(S200). 이어서, 원통형 코일지지부(120)의 외주면에 코일(130)을 권취한다(S300).
구체적으로, 코어의 제작이 완성이 된 후에 코일(130)은 코어의 개수에 따라 코어의 장변부 중 적어도 어느 한 영역에 배치될 수 있다. 도 7에 도시된 외철형 구조의 권철심형 단상변압기는 코어(110)의 두 장변부에 장착된 원통형 코일지지부(120)의 외주면에 권취되는 것을 특징으로 한다.
이때, 원통형 코일지지부(120)의 최상단측과 최하단측에는 톱니바퀴 형상의 기어가 배치되기 때문에, 해당 기어와 맞물리면서 원통형 코일지지부(120)를 회전시키는 구동축에 의해 코어(110)에 코일(130)이 권취될 수 있다.
따라서, 본 발명은 코어(110)에 코일(130)을 바로 감기 때문에 코일(130)을 감싸기 위해 몰드를 사용하는 등의 불편함을 최소화할 수 있어 작업의 편의성을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 과제는 변압기 구조로서 사용설비가 간단할 뿐만 아니라 제작 공정이 단순하기 때문에 비용을 최소화시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 권철심형 단상변압기 110: 코어
120: 코일지지부 130: 코일
140: 권취용회전축

Claims (14)

  1. 다단계의 필요 폭으로 폭만 절단된 복수의 도체판이 권취되도록 일방향으로 회전하는 권취용회전축;
    상기 권취용회전축의 외측면을 따라 상기 복수의 도체판을 연속적으로 감아 절단면이 생략된 상태로 권취되는 논커팅 코어; 및
    상기 논커팅 코어의 장변부의 길이방향과 수직한 방향으로 권취되는 코일;을 포함하며,
    상기 논커팅 코어의 장변부에는 원통형 코일지지부가 체결되고,
    상기 원통형 코일지지부의 최상단측과 최하단측에 배치된 톱니바퀴 형상의 기어가 구동축과 맞물려 회전하면서 상기 원통형 코일지지부의 외주면에 상기 코일이 권취되는, 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 논커팅 코어는 상기 권취용회전축의 형상에 기초하여 직사각형 또는 원형의 형상으로 권취되며, 1개 또는 2개로 구성되는, 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 논커팅 코어가 1개인 경우 상기 코일은 상기 논커팅 코어의 장변부를 중심축으로 배치되며, 상기 논커팅 코어가 2개인 경우 상기 코일은 상기 2개의 논커팅 코어가 맞닿은 장변을 중심축으로 권취되되,
    상기 장변부에 권취된 상기 코일에 대한 상기 논커팅 코어의 내면적은 최대가 되도록 상기 논커팅 코어와 상기 코일이 결합되는, 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코일은 권선 형태로 형성되는, 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 논커팅 코어의 네 개의 측부 중 어느 하나의 단면부는 다단계의 폭을 갖는 복수의 도체판이 압착되어 8각형을 이루는, 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 논커팅 코어의 네 개의 측부 중 어느 하나의 단면부는 다단계의 폭을 갖는 복수의 도체판이 압착되어 원형을 이루는, 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 구조.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 논커팅 코어는 상기 다단계의 필요 폭으로 절단된 복수의 도체판을 폭이 좁은 도체판부터 점차 폭이 넓어지는 도체판 순으로 다중층으로 권취된 후, 점차 폭이 좁아지는 도체판 순으로 다중층으로 권취되는, 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 구조.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 논커팅 코어는 중심부에서 외곽부로 갈수록 폭이 좁아지는, 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 구조.
  9. 다중 폭으로 구성된 복수의 도체판을 권취용회전축 중심으로 압착하여 연속적으로 감아 절단면이 생략된 상태의 논커팅 코어를 형성하는 단계;
    상기 다중 폭으로 구성된 복수의 도체판이 권취되어 형성된 다중철심의 장변부에 원통형 코일지지부를 체결하는 단계; 및
    상기 원통형 코일지지부의 최상단측과 최하단측에 배치된 톱니바퀴 형상의 기어가 구동축과 맞물려 회전하면서 상기 원통형 코일지지부의 외주면에 가늘고 긴 원통형상의 전선을 권취하여 코일을 형성하는 단계;를 포함하는, 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 제작 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 논커팅 코어 형성 단계는,
    미가공 상태의 규소 강판을 다단계의 필요 폭으로 절단하여 복수의 도체판을 생성하는 단계;
    상기 권취용회전축의 외측면에 w1의 폭을 갖는 제1 강판을 다중층으로 권취하는 단계;
    다중층으로 권취된 상기 제1 강판의 절단면과 접하면서 외측면을 감싸도록 w2의 폭을 갖는 제2 강판을 다중층으로 권취하는 단계;
    다중층으로 권취된 상기 제2 강판의 절단면과 접하면서 외측면을 감싸도록 w3의 폭을 갖는 제3 강판을 다중층으로 권취하는 단계;
    다중층으로 권취된 상기 제3 강판의 절단면과 접하면서 외측면을 감싸도록 w2의 폭을 갖는 제2 강판을 다중층으로 권취하는 단계: 및
    다중층으로 권취된 상기 제2 강판의 절단면과 접하면서 외측면을 감싸도록 w1의 폭을 갖는 제1 강판을 다중층으로 권취하는 단계;를 포함하는, 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 제작 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 폭 w2는 상기 폭 w1 보다 넓고 상기 폭 w3는 상기 폭 w2 보다 넓은, 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 제작 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 논커팅 코어의 중심부에는 폭이 가장 두꺼운 도체판이 다중층으로 배치되며 상기 논커팅 코어의 외곽부에는 폭이 가장 얇은 도체판이 다중층으로 배치되는, 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 제작 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 논커팅 코어의 네측부의 일부 단면영역은 8각형 또는 원형의 형상을 갖는, 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 제작 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 논커팅 코어는 상기 장변부에 권취된 상기 코일에 대한 내면적이 최대인 상태로 결합되며, 상기 논커팅 코어의 내면적은 하기 수학식에 의해 산출되는,
    [수학식]
    A = a ×ｂ× SF
    (여기서, a는 적고, b는 폭, SF는 점적율, A는 내면적(단위: ㎠)를 의미함)
    철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 제작 방법.
KR1020200152578A 2020-11-16 2020-11-16 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 구조 및 그의 제작 방법 KR102490358B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200152578A KR102490358B1 (ko) 2020-11-16 2020-11-16 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 구조 및 그의 제작 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200152578A KR102490358B1 (ko) 2020-11-16 2020-11-16 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 구조 및 그의 제작 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220066490A KR20220066490A (ko) 2022-05-24
KR102490358B1 true KR102490358B1 (ko) 2023-01-20

Family

ID=81807693

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200152578A KR102490358B1 (ko) 2020-11-16 2020-11-16 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 구조 및 그의 제작 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102490358B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012210106A (ja) * 2011-03-30 2012-10-25 Hitachi Metals Ltd 巻鉄心、電磁部品とその製造方法および電磁機器
JP2019050327A (ja) * 2017-09-12 2019-03-28 三菱電機株式会社 内鉄型変圧器の鉄心
KR102136271B1 (ko) * 2020-03-09 2020-07-21 남도전기공업(주) 변압기용 코어 제조방법 및 이에 의해 제조된 변압기용 코어

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6299005B2 (ja) * 2015-09-04 2018-03-28 Ｊｆｅスチール株式会社 積層鉄心製造装置および積層鉄心製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012210106A (ja) * 2011-03-30 2012-10-25 Hitachi Metals Ltd 巻鉄心、電磁部品とその製造方法および電磁機器
JP2019050327A (ja) * 2017-09-12 2019-03-28 三菱電機株式会社 内鉄型変圧器の鉄心
KR102136271B1 (ko) * 2020-03-09 2020-07-21 남도전기공업(주) 변압기용 코어 제조방법 및 이에 의해 제조된 변압기용 코어

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220066490A (ko) 2022-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0977214B1 (en) Amorphous metal core transformer
US9413200B2 (en) Stator and electric motor using same
EP4340184A1 (en) Coil, stator, and motor
JP4997330B2 (ja) 多相変圧器および変圧システム
US9601255B2 (en) Amorphous core transformer
JP6092862B2 (ja) コイル状部材及びコイル装置
WO2002041337A1 (en) Power transformer incorporating improved heat dissipation means
JPS62222614A (ja) 変圧器用珪素鋼−非晶質鋼複合鉄心
WO2021166314A1 (ja) 静止誘導機器および変圧器
JP2011188721A (ja) 回転電機巻線用導線及びその製造方法と回転電機巻線
WO2014208109A1 (ja) 静止電磁機器用巻鉄心及び三相変圧器及び三相リアクトル
JP2011187600A (ja) 電磁コイル及び変圧器
KR102490358B1 (ko) 철손을 감소시키는 권철심형 변압기의 구조 및 그의 제작 방법
JP5399317B2 (ja) リアクトル
JP4616652B2 (ja) コイル製造装置
KR101506698B1 (ko) 변압기용 철심 권선 조립체
WO2010027290A1 (en) Wound delta magnetic core for three phase transformer
JP7029920B2 (ja) 変圧器
CN113140385A (zh) 层叠芯
KR102385304B1 (ko) 변압기 철심
EP2908321A2 (en) Pseudo edge-wound winding using single pattern turn
KR102325474B1 (ko) 무부하손실이 적은 권철심형 변압기 및 이의 제조방법
CN109861427A (zh) 一种高功率密度盘式电机绕组结构及其折弯制备方法
EP0450448A1 (en) Flat-type transformer
WO2008111093A2 (en) Transformers

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant