KR102563445B1 - 중대용량 입체권선 평면 변압기 및 이를 구비한 전력 변환 장치 - Google Patents

중대용량 입체권선 평면 변압기 및 이를 구비한 전력 변환 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예는 중대용량 입체권선 평면 변압기를 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 중대용량 입체권선 평면 변압기는 변압 케이스; 변압 케이스의 내부에 마련되며, 중앙 격벽을 중심으로 양측에 수용 홈부를 제공하는 코어부; 코어부의 중앙 격벽에 끼워져 양측의 수용 홈부에 적층 배치되되, 중앙 격벽을 둘러싸는 하나 이상의 평면 코일이 마련되며, 케이블 단자가 평면 코일의 양단부에 각각 마련되는 복수의 자기유도 기판; 및 복수의 자기유도 기판의 상부와 하부에 배치되며 평면 코일의 형상에 대응하는 복수의 평판 코일을 구비하며, 케이블 단자가 평판 코일의 양단부에 각각 마련되는 복수의 자기유도 평판을 포함하여 구성된다.

Description

중대용량 입체권선 평면 변압기 및 이를 구비한 전력 변환 장치{MEDIUM-TO-LARGE-CAPACITY THREE-DIMENSIONAL WINDING PLANAR TRANSFORMER AND POWER CONVERSION APPARATUS INCLUDING THE SAME}
본 발명은 중대용량 입체권선 평면 변압기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 차량, 용접기, 신재생에너지 등 중대용량 변압기가 사용되는 다양한 분야의 전력변환장치에 적용 가능한 충전용 중대용량 입체권선 평면 변압기에 관한 것이다.
최근 들어, 화석연료의 사용에 따른 지구 온난화 이상기온 등의 환경문제가 발생하고 있어, 이에 대응하기 위한 친환경 에너지 기술 개발과 함께, 전기 동력을 이용한 운송수단에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있으며, 이에 의해, 전기 동력을 이용한 운송수단의 보급 또한 활발하게 이루어지고 있다.
이에 따라 전동 이동수단의 동력인 전력의 충전을 용이하게 수행하는 것이 요구되었고, 이러한 요구를 충족하기 위해 RF 무선 전력 전송기술, 일 예로 자기 유도 방식에 의해 무선으로 전력을 전송하는 기술을 이용하는 무선 충전 장치들이 제공되었다.
상술한 자기유도방식의 무선 전력 전송 기술은 높은 충전 효율을 가지도록 설계하는 것에 유리한 것으로서, 자기유도 방식을 적용하기 위해서는 고효율의 자기장 유도 소재의 개발이 요구된다. 종래기술의 경우, 무선 전력 전송을 위한 자기장을 발생시키는 송수신 패드를 MnZn 페라이트 소재 등의 비투자율이 높은 페라이트 소재를 이용하여 판상으로 제조하였으나, 상술한 페라이트 소재의 경우, 취성이 커 가공성이 저하되고, 진동이나 충격에 의해 깨지는 단점이 있다.
이에 따라, 가공성 및 성형성이 우수하고, 주행 중 파손 염려가 없는 무선전력 송수신용 패드 제작을 위한 비 페라이트계 또는 연자성폴리머 복합소재의 개발이 요구되고 있고, 이러한 요구에 따라 많은 연구 비용이 발생하고 있다.
또한, 종래기술의 자기 유도를 이용한 무선 전력 충전 장치들의 경우, 송수신 패드를 판상으로 제작하는 것에 의해 자속 집속 효율이 떨어지고, 강도가 약하여 송수신 패드 소재의 개발을 위한 노력과 비용이 더 크게 발생하는 문제점이 있었다.
더욱이, 기존에는 가전용(display panel 등)에서만 고전력밀도를 요구했으나 최근 효율을 중요한 지표로 생각하던 산업용(아크용접기 등), 수송용(전기차, 이모빌리티 등), 에너지용(ESS, PCS 등)등의 전력변환장치에서도 고전력밀도 및 고신뢰성을 강조하고 있다.
또한 플래너 변압기 시장은 지속 확대되고 있는 반면, 미국, 유럽, 일본과 같은 일부 국가에서만 국한되어 신뢰성 있는 제품을 생산을 하고 있어 고가격으로 인해 실제 시스템 적용에 제한적이다.
GaN, SiC 등 와이드밴드갭 전력반도체의 상용화로 중대용량에서도 고속 스위칭(100kHz이상) 구현이 가능해 지면서 전력변환장치의 고전력밀도에 대한 요구가 점차 커지고 있다.
이에 따라서 전력변환시스템의 전력밀도에 큰 영향을 미치는 자성소자의 경량, 및 소형화를 위하여 기존 보빈 권선형 변압기에서 고전력밀도를 가지는 플래너 변압기의 적용이 시급하게 요구되고 있다.
와이드밴드갭 전력반도체를 통해 다양한 분야에서의 고전력밀도화가 이루어지고 있으나 크기 및 부피를 줄이는데 어려움이 있는 기존의 보빈형 변압기로 인하여 고전력밀도화의 한계가 발생하며, 아크 용접기와 같은 고전압 및 대전류 스펙을 가지는 전력변환장치는 고속 스위칭 동작이 불가능한 IGBT로 구성이 되어 수동소자(인덕터, 변압기, 커패시터)의 사이즈가 커지는 단점을 가진다.
따라서 이러한 전력변환시스템의 수동소자의 사이즈를 줄이고 고전력밀도화를 달성하기 위해서는 고속 스위칭 적용에 대한 연구와 함께 100kHz 이상의 고속 스위칭에서 장점을 가지는 플래너 변압기의 적용이 필수적이다.
고주파 변압기는 전력반도체를 이용한 전력변환장치에서 핵심부품으로 패러데이의 전자기유도 원리를 활용하여, 연자성재료와 동선을 주요 원재료로 사용한 소자로 시스템 전력밀도를 결정할 수 있는 가장 중요한 소자이다.
고주파 변압기는 자기 플럭스의 결합을 통한 전력을 전달하는 부품으로 주요 원재료인 페라이트의 온도포화를 막기 위해 130℃이하로 온도상승을 낮춰야 하며 변압기의 방열 구조, 절연, 저손실 등이 중요한 설계 포인트이다.
일반적인 플래너 변압기는, 권선부의 층간 접합을 위하여 비아(via), 쓰루홀(through hole) 및 용접 방식을 사용한 것으로서, PCB를 에칭하고 쓰루홀을 이용하여 층간 도통 및 권선을 형성한 제품으로 PCB 동박의 두께가 수 온스(~0.15mm)로 15W 미만의 소용량에 국한되어 적용된다. 이러한 플래너 변압기는 권선부의 층간 접합을 위하여 비아(via), 쓰루홀 및 용접으로 연결하나 이로 인하여 접점부의 신뢰성이 현격하게 떨어지는 문제점이 있다.
이러한 요구에 의해 작은 부피 및 고속 스위칭 주파수로 인한 손실의 방열 및 절연, 전자기적인 특성을 모두 만족할 수 있도록 플래너 변압기의 방열 구조 및 권선법 개발을 통해 높은 신뢰성을 확보 할 수 있는 연구가 필요하며, 더욱이 가격 경쟁력을 확보 할 수 있도록 개발 단계부터 단위 구성 부품을 모듈화하고 생산 공정의 스마트 자동화를 통해 수입대체 및 선진기술을 따라 잡을 필요성이 있다.
한국공개특허 제10-2021-0085280호“전동 이동수단 충전용 입체형 무선 전력 송수신 모듈 및 충전 장치” 한국등록특허 제10-1241539호“평면 변압기 및 이를 구비한 디스플레이장치”
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 자속 및 집속 효율과 자기유도 방식에 의한 무선 전력 전달 효율을 향상시키며, 또한 Ns, Np를 스마트 자동화가 가능한 평면 구조를 갖는 모듈타입으로 만들어 제공할 수 있는 중대용량 입체권선 평면 변압기를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 변압 케이스; 상기 변압 케이스의 내부에 마련되며, 중앙 격벽을 중심으로 양측에 수용 홈부를 제공하는 코어부; 상기 코어부의 중앙 격벽에 끼워져 양측의 상기 수용 홈부에 적층 배치되되, 상기 중앙 격벽을 둘러싸는 둘 이상의 평면 코일이 마련되며, 케이블 단자가 상기 평면 코일의 양단부에 각각 마련되는 복수의 자기유도 기판들의 적층체; 및 상기 복수의 자기유도 기판들의 적층체의 상부와 하부에 배치되며 상기 평면 코일의 형상에 대응하는 복수의 평판 코일들을 구비하며, 케이블 단자가 상기 평판 코일의 양단부에 각각 마련되는 자기유도 평판을 포함하며, 복수의 자기유도 기판들의 적층체의 각각의 상기 자기유도 기판은, 상기 중앙 격벽에 대응하여 중앙 홀부가 관통 형성된 절연판; 상기 절연판의 일면에 배치되되, 상기 중앙 홀부를 나선형으로 둘러싸는 제1 동막판; 상기 절연판의 타면에 배치되되, 상기 중앙 홀부를 나선형으로 둘러싸는 제2 동막판; 및 상기 절연판의 상기 중앙 홀부측에서 끼움 배치되되, 상기 제1 동막판과 상기 제2 동막판을 전기적으로 연결하며 상기 제1 동막판과 상기 제2 동막판에 용접 결합되는 연결 클립을 포함하며, 상기 제1 동막판과 제2 동막판의 단부가 상기 중앙 홀부로 배치되되, 상기 중앙 홀부에 배치되는 상기 연결 클립으로 각각의 자기유도 기판의 상기 제1 동막판과 제2 동막판의 단부가 연결되며, 상기 절연판 상에는 상기 제1 동막판과 상기 제2 동막판을 외부와 절연시키는 절연 코팅층이 마련되며, 상기 케이블 단자가 상기 복수의 자기유도 기판들의 적층체의 각각의 제1 동막판과 각각의 제2 동막판을 관통하여 전기적으로 연결하여, 상기 제1 동막판, 상기 제2 동막판, 및 이들을 연결하는 연결 클립을 갖는 자기유도 기판들이 적층 배치된 모듈화한 코일 평판의 권선 구조를 갖는 복수의 자기유도 기판들의 적층체가 형성되며, 상기 자기유도 평판은, 상기 복수의 자기유도 기판들의 적층체의 상면부에 위치하는 상부 평판 코일; 상기 복수의 자기유도 기판들의 적층체의 저면부에 위치하는 하부 평판 코일; 및 상기 복수의 자기유도 기판들의 적층체의 일 측방향 외측에서 상기 상부 평판 코일과 상기 하부 평판 코일을 직접 기계적 및 전기적으로 연결하는 상하 연결판을 포함하며, 상기 중앙 홀부를 포함한 상기 변압 케이스 내부와 상기 복수의 자기유도 기판들 사이의 공간이 공기층을 제거하여 전기절연성 방열 소재로 충진되는 것을 특징으로 하는 중대용량 입체권선 평면 변압기를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 자기유도 기판은, 상기 중앙 격벽에 대응하여 중앙 홀부가 마련된 절연판; 상기 절연판의 일면에 배치되되, 상기 코어부의 중앙 홀부를 나선형으로 둘러싸는 제1 동막판; 상기 절연판의 타면에 배치되되, 상기 코어부의 중앙 홀부를 나선형으로 둘러싸는 제2 동막판; 및 상기 절연판의 상기 중앙 홀부에 끼움 배치되되, 제1 동막판과 제2 동막판을 연결하는 연결 클립을 포함하며, 상기 절연판 상에는 상기 제1 동막판과 상기 제2 동막판을 외부와 절연시키는 절연 코팅층이 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 연결 클립은 상기 제1 동막판과 상기 제2 동막판에 납접 또는 용접 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 복수의 자기유도 평판은, 상기 복수의 자기유도 기판의 상면부에 위치하는 상부 평판 코일; 상기 복수의 자기유도 기판의 저면부에 위치하는 하부 평판 코일; 및 상기 상부 평판 코일과 상기 하부 평판 코일을 연결하는 상하 연결판을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 상부 평판 코일과 상기 하부 평판 코일은, 일단부에서 시작하여 상기 코어부의 중앙 격벽을 사각 형상으로 둘러싸는 중공 사각 평판; 및 상기 중공 사각 평판에 연결되며, 상기 중공 사각 평판의 일단부에 대응하여 외측으로 연장 배치되는 연장 평판을 포함하며, 상기 중공 사각 평판의 일단부와 상기 연장 평판에 케이블 단자가 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 코어부는, 상기 변압 케이스의 내부에 배치되며, 상기 수용 홈부가 각각 마련되는 한 쌍의 코어 블록; 및 상기 한 쌍의 코어 블록 상에 배치되는 코어 커버를 포함하되, 상기 한 쌍의 코어 블록의 일측 벽부가 대면하게 접촉되어 상기 중앙 격벽을 마련하며, 상기 한 쌍의 코어 블록의 이격된 타측 벽부가 상기 중앙 격벽의 양측 벽부를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 변압 케이스는, 상기 코어부가 수용되도록 수용 공간이 마련되며, 양측과 상부로 개구가 형성되는 케이스 본체; 및 상기 케이스 본체의 상면부에 결합되는 케이스 커버를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 자속 및 집속 효율과 자기유도 방식에 의한 무선 전력 전달 효율을 향상시키며, 또한 Ns, Np를 스마트 자동화가 가능한 평면 구조를 갖는 모듈타입으로 만들어 제공할 수 있는 중대용량 입체권선 평면 변압기를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 중대용량 입체권선 평면 변압기의 입체도이다.
도 2는 도 1에서 변압 케이스가 분리된 입체도이다.
도 3은 도 2에서 코어부를 분리하여 복수의 자기유도 기판과 복수의 평판 코일을 나타낸 입체도이다.
도 4는 도 1의 우측면도이다.
도 5는 도 3의 평면도 및 A-A' 단면도이다.
도 6은 도 3의 자기유도 기판의 평면도 및 B-B' 단면도이다.
도 7은 도 6의 자기유도 기판의 저면도이다.
도 8은 도 3의 평판 코일의 입체도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 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 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 중대용량 입체권선 평면 변압기의 입체도이며, 도 2는 도 1에서 변압 케이스가 분리된 입체도이고, 도 3은 도 2에서 코어부를 분리하여 복수의 자기유도 기판과 복수의 평판 코일을 나타낸 입체도이며, 도 4는 도 1의 우측면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 중대용량 입체권선 평면 변압기는, 변압 케이스(101); 변압 케이스(101)의 내부에 마련되며, 중앙 격벽(111)을 중심으로 양측에 수용 홈부(112)를 제공하는 코어부(110); 코어부(110)의 중앙 격벽(111)에 끼워져 양측의 수용 홈부(112)에 적층 배치되되, 중앙 격벽(111)을 둘러싸는 하나 이상의 평면 코일(125, 126)이 마련되며, 케이블 단자가 평면 코일(125, 126)의 양단부에 각각 마련되는 복수의 자기유도 기판(120); 및 복수의 자기유도 기판(120)의 상부와 하부에 배치되며 평면 코일(125, 126)의 형상에 대응하는 복수의 평판 코일(131, 132)을 구비하며, 케이블 단자가 평판 코일의 양단부에 각각 마련되는 자기유도 평판(130)을 포함하여 구성된다.
이들 중 변압 케이스(101)는, 코어부(110)가 수용되도록 수용 공간이 마련되며 양측과 상부로 개구가 형성되는 케이스 본체(102), 및 케이스 본체(102)의 상면부와 저면부에 결합되어 배치되는 케이스 커버(103)를 포함하여 사각 박스 형상으로 마련될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 장치의 설치 구조 및 코어부(110)의 배치 구조에 따라 적절한 형상 변경이 가능할 것이다.
이러한 변압 케이스(101)에는 고주파 변압을 위한 평판 코일 구조가 마련된 것으로서, 변압기의 1차 코일 측에 대응하는 자기유도 평판(130)과 2차 코일 측에 대응하는 자기유도 기판(120), 및 자기유도 기판(120)과 자기유도 평판(130)에 원활한 자속을 형성하기 위한 코어부(110)가 배치된다.
변압 케이스(101)는 방열 효율이 높고 투자율이 낮은 알루미늄으로 마련되며, 코어부(110)는 내부에서 외부로 자기장의 영향이 차단되도록 투자율이 높은 연자성 재료로 마련될 수 있다.
코어부(110)는 변압 케이스(101)의 내부에 배치되며 수용 홈부(112)가 각각 마련되는 한 쌍의 코어 블록(115), 및 한 쌍의 코어 블록(115) 상에 배치되는 코어 커버(116)를 포함하여 구성된다.
이러한 코어부(110)는 한 쌍의 코어 블록(115)의 일측 벽부가 대면하게 접촉되어 중앙 격벽(111)을 마련하며, 한 쌍의 코어 블록(115)의 이격된 타측 벽부가 중앙 격벽(111)의 양측 벽부를 형성할 수 있다. 이때 중앙 격벽(111)은 양측 벽부보다 두꺼운 형상으로 마련된다. 또한, 코어부(110)에는 복수의 자기유도 기판(120)이 내측으로 배치되는 자기유도 평판(130)이 배치된다.
도 5는 도 3의 평면도 및 A-A' 단면도이고, 도 6은 도 3의 자기유도 기판의 평면도 및 B-B' 단면도이며, 도 7은 도 6의 자기유도 기판의 저면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 자기유도 기판(120)은, 중앙 격벽(111)에 대응하여 중앙 홀부(122)가 마련된 절연판(121); 절연판(121)의 일면에 배치되되, 코어부(110)의 중앙 홀부(122)를 나선형으로 둘러싸는 제1 동막판(125); 절연판(121)의 타면에 배치되되, 코어부(110)의 중앙 홀부(122)를 나선형으로 둘러싸는 제2 동막판(126); 및 절연판(121)의 중앙 홀부(122)에 끼움 배치되되, 제1 동막판(125)과 제2 동막판(126)을 연결하는 연결 클립(128)을 포함한다. 절연판(121) 상에는 제1 동막판(125)과 제2 동막판(126)을 외부와 절연시키는 절연 코팅층(129)이 마련될 수 있다.
이러한 자기유도 기판(120)은, 실질적으로 PCB와 같은 구조와 재질로 마련된 것으로서, PCB를 형성하는 에폭시 기판에 두께가 있는 구리로 마련되는 동막인 제1 동막판(125)과 제2 동막판(126)이 상면부와 저면부에 배치되며 연결 클립(128)에 의해 연결된 구조이다. 이때 연결 클립(128)은 중앙 홀부(122)에서 제1 동막판(125)과 제2 동막판(126)의 연결 부분에 끼워짐으로써 비아나 쓰루홀 없이 간단하게 제1 동막판(125)과 제2 동막판(126)을 연결하게 된다.
자기유도 기판(120)은 복수 개씩 짝을 이루어 케이블이 연결되도록 적층되며, 전기 와이어 또는 케이블이 연결되는 케이블 단자가 제1 동막판(125)과 제2 동막판(126)을 관통하여 마련된다.
실질적으로, 자기유도 기판(120)은 고주파에서 손실이 작고 온도 안정성이 높은 코아 소자의 적용, 즉 평판 동선(flat wire)의 층간 비용접 입체 권선을 헤비 카파(heavy Cu, 10oz 이상) DS(double sided) PCB 권선으로 적용한 것으로서, 중앙 홀부(122)의 창면적을 60% 이상 활용하는 플래너 권선기술, 열전달 몰딩 및 TIM(Thermal Interface Material) 기술을 적용하여 제작할 수 있다. 이때는 열전도도가 3W/m·K이상인 레진으로 인서트 사출하여 코일 평판의 권선 구조를 모듈화한다. 레진은 절연 코팅층(129)으로 사용된다. 제1 동막판(125)과 제2 동막판(126) 및 이들을 연결하는 연결 클립(128)은, 적층 배치됨으로써 밀도 있는 비용접 입체 권선을 제공한다.
또한, 자기유도 기판(120)은 상면부와 저면부 양측에 나선형으로 배치되는 너비가 있는 제1 동막판(125)과 제2 동막판(126)이 마련되어 복수 적층된 구조로 코어부(110)에 배치됨으로써, 자기유도 평판(130)의 상부와 하부에 마련되는 상부 코일인 상부 평판 코일(131)과 하부 코일인 하부 평판 코일(132)에 대해 자기 유도를 받으며, 자기유도 평판(130)에 걸리는 전압을 권선 비율을 토대로 변환한다. 이때는 입력 전압이 출력 전압 측의 권선 비율에 비례하게 변환된다는 패러데이 법칙의 유도 기전력 공식이 적용된다. 즉, 출력 측 V2는 출력과 입력의 권선 비율에 입력 전압을 곱하는 수식 V1 * (N2 / N1)에 의해 계산된다.
예를 들어, 출력 측에 복수의 자기유도 기판(120)이 4개 사용된 경우, 자기유도 기판(120)의 일면에 2회씩 권선되는 동막판이 배치되어, 총 16회의 N2 권선수와 자기유도 평판(130)에 상부와 하부를 합쳐 2회의 N1 권선수 비율로 결정되며, 입력에 대해 출력이 8배로 승압된 전압이 발생될 수 있다. 자기유도 기판(120)은 상하 적층되는 고밀도의 평판 코일 구조를 제공함으로써 용접기와 같이 고주파가 필요한 장치의 전력변환장치로 사용될 수 있다.
자기유도 기판(120)의 상면부와 저면부에 배치되는 제1 동막판(125)과 제2 동막판(126)의 단부는 중앙 홀부(122)로 배치되며, 중앙 홀부(122)에 배치되는 연결 클립(128)으로 연결되어 연결되는 평판 코일을 제공한다. 상층과 하층의 제1 동막판(125)과 제2 동막판(126)은 연결 클립(128)에 접촉되어 전기적으로 연결된다. 이때 연결 클립(128)은 제1 동막판(125)과 제2 동막판(126)에 견고하게 일체로 결합되어 분리가 방지되도록 납접 또는 용접에 의해 결합될 수 있다. 즉, 연결 클립(128)은 제1 동막판(125)과 제2 동막판(126)의 단부를 연결한 후, 납접 또는 용접에 의해 충분히 위치 고정될 수 있다.
도 8은 도 3의 평판 코일의 입체도이다.
도 1 내지 도 6 및 도 8을 참조하면, 복수의 자기유도 평판(130)은, 복수의 자기유도 기판(120)의 상면부에 위치하는 상부 평판 코일(131), 복수의 자기유도 기판(120)의 저면부에 위치하는 하부 평판 코일(132), 및 상부 평판 코일(131)과 하부 평판 코일(132)을 연결하는 상하 연결판(138)을 포함할 수 있다.
이때, 상부 평판 코일(131)과 하부 평판 코일(132)은, 일단부에서 시작하여 코어부(110)의 중앙 격벽(111)을 사각 형상으로 둘러싸는 중공 사각 평판(135), 및 중공 사각 평판(135)에 연결되며 중공 사각 평판(135)의 일단부에 대응하여 외측으로 연장 배치되는 연장 평판(136)을 포함하며, 중공 사각 평판(135)의 일단부와 연장 평판(136)에 케이블 단자가 위치할 수 있다.
이러한 자기유도 평판(130)은, 복수의 자기유도 기판(120)에 대해 상부와 하부에서 두께가 있는 상부 평판 코일(131)과 하부 평판 코일(132)에 의해 자기유도를 발생시켜 자기유도 기판(120)의 평면 코일(125, 126)에 전류를 발생시키며 승압 변화된 전압을 형성하게 된다.
본 실시 예에서, 도 8에 도시된 자기유도 평판(130)의 케이블 단자는 입력 단자(141)로 사용되며, 도 6에 도시된 자기유도 기판(120)의 케이블 단자는 입력 단자(142)로 사용될 수 있다.
한편, 전술한 실시 예에서, 변압 케이스(101)는 높은 열전도도를 갖는 비자성체 금속합금(알루미늄 등)으로 이루어진 금속합금 케이스로 마련되며, 변압 케이스(101)의 내부에 배치되는 자기유도 기판(120)들은 평면 코일(125, 126) 사이에 분포하고 있는 공기층(에어)을 제거하여, 열전달에 대한 취약점을 사전에 차단하며, 변압 케이스(101)의 내부는 전기 절연이 우수하며 동시에 열전도를 높일 수 있는 방열 소재(150, 갭필러, 몰딩재료 또는 세라믹충진과 고분자재료 조합)로 충진된다. 즉, 방열 소재(150)는 자기유도 기판(120)들 사이의 공간 외에 변압 케이스(101)의 빈 공간을 모두 채울 수도 있다.
이를 통해 본 실시 예에 따르면, 시간 변화에 따른 와전류 손실, 히스테리시스 손실, 줄열 손실 등으로 발생하는 변압기의 열을 방열재와 변압 케이스를 통하여 쉽게 흘려 보낼 수 있어, 초소형 고효율의 변압기 제작이 가능하게 된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 변압기
101: 변압 케이스 102: 케이스 본체
103: 케이스 커버 110: 코어부
111: 중앙 격벽 112: 수용 홈부
115: 코어 블록 116: 코어 커버
120: 자기유도 기판 121: 절연판
122: 중앙 홀부 125, 126: 평면 코일
125: 제1 동막판 126: 제2 동막판
128: 연결 클립 129: 절연 코팅층
130: 자기유도 평판 131: 상부 평판 코일
132: 하부 평판 코일 135: 중공 사각 평판
136: 연장 평판 138: 상하 연결판
141: 입력 단자 142: 출력 단자
150: 방열소재

Claims (8)

  1. 변압 케이스;
    상기 변압 케이스의 내부에 마련되며, 중앙 격벽을 중심으로 양측에 수용 홈부를 제공하는 코어부;
    상기 코어부의 중앙 격벽에 끼워져 양측의 상기 수용 홈부에 적층 배치되되, 상기 중앙 격벽을 둘러싸는 둘 이상의 평면 코일이 마련되며, 케이블 단자가 상기 평면 코일의 양단부에 각각 마련되는 복수의 자기유도 기판들의 적층체; 및
    상기 복수의 자기유도 기판들의 적층체의 상부와 하부에 배치되며 상기 평면 코일의 형상에 대응하는 복수의 평판 코일들을 구비하며, 케이블 단자가 상기 평판 코일의 양단부에 각각 마련되는 자기유도 평판을 포함하며,
    복수의 자기유도 기판들의 적층체의 각각의 상기 자기유도 기판은,
    상기 중앙 격벽에 대응하여 중앙 홀부가 관통 형성된 절연판;
    상기 절연판의 일면에 배치되되, 상기 중앙 홀부를 나선형으로 둘러싸는 제1 동막판;
    상기 절연판의 타면에 배치되되, 상기 중앙 홀부를 나선형으로 둘러싸는 제2 동막판; 및
    상기 절연판의 상기 중앙 홀부측에서 끼움 배치되되, 상기 제1 동막판과 상기 제2 동막판을 전기적으로 연결하며 상기 제1 동막판과 상기 제2 동막판에 용접 결합되는 연결 클립을 포함하며,
    상기 제1 동막판과 제2 동막판의 단부가 상기 중앙 홀부로 배치되되, 상기 중앙 홀부에 배치되는 상기 연결 클립으로 각각의 자기유도 기판의 상기 제1 동막판과 제2 동막판의 단부가 연결되며,
    상기 절연판 상에는 상기 제1 동막판과 상기 제2 동막판을 외부와 절연시키는 절연 코팅층이 마련되며,
    상기 케이블 단자가 상기 복수의 자기유도 기판들의 적층체의 각각의 제1 동막판과 각각의 제2 동막판을 관통하여 전기적으로 연결하여, 상기 제1 동막판, 상기 제2 동막판, 및 이들을 연결하는 연결 클립을 갖는 자기유도 기판들이 적층 배치된 모듈화한 코일 평판의 권선 구조를 갖는 복수의 자기유도 기판들의 적층체가 형성되며,
    상기 자기유도 평판은,
    상기 복수의 자기유도 기판들의 적층체의 상면부에 위치하는 상부 평판 코일;
    상기 복수의 자기유도 기판들의 적층체의 저면부에 위치하는 하부 평판 코일; 및
    상기 복수의 자기유도 기판들의 적층체의 일 측방향 외측에서 상기 상부 평판 코일과 상기 하부 평판 코일을 직접 기계적 및 전기적으로 연결하는 상하 연결판을 포함하며,
    상기 중앙 홀부를 포함한 상기 변압 케이스 내부와 상기 복수의 자기유도 기판들 사이의 공간이 공기층을 제거하여 전기절연성 방열 소재로 충진되는 것을 특징으로 하는 중대용량 입체권선 평면 변압기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 평판 코일과 상기 하부 평판 코일은, 일단부에서 시작하여 상기 코어부의 중앙 격벽을 사각 형상으로 둘러싸는 중공 사각 평판; 및
    상기 중공 사각 평판에 연결되며, 상기 중공 사각 평판의 일단부에 대응하여 외측으로 연장 배치되는 연장 평판을 포함하며,
    상기 중공 사각 평판의 일단부와 상기 연장 평판에 케이블 단자가 위치하는 것을 특징으로 하는 중대용량 입체권선 평면 변압기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 코어부는,
    상기 변압 케이스의 내부에 배치되며, 상기 수용 홈부가 각각 마련되는 한 쌍의 코어 블록; 및
    상기 한 쌍의 코어 블록 상에 배치되는 코어 커버를 포함하되,
    상기 한 쌍의 코어 블록의 일측 벽부가 대면하게 접촉되어 상기 중앙 격벽을 마련하며, 상기 한 쌍의 코어 블록의 이격된 타측 벽부가 상기 중앙 격벽의 양측 벽부를 형성하는 것을 특징으로 하는 중대용량 입체권선 평면 변압기.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 변압 케이스는,
    상기 코어부가 수용되도록 수용 공간이 마련되며, 양측과 상부로 개구가 형성되는 케이스 본체; 및
    상기 케이스 본체의 상면부에 결합되는 케이스 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 중대용량 입체권선 평면 변압기.
  8. 청구항 1에 따른 중대용량 입체권선 평면 변압기를 구비한 전력변환장치.
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