KR20050106809A

KR20050106809A - 고주파 대전력용 고효율 트랜스포머 및 그에 삽입된 코일 제작기법

Info

Publication number: KR20050106809A
Application number: KR1020040031851A
Authority: KR
Inventors: 하재호
Original assignee: 세향산업 주식회사
Priority date: 2004-05-06
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2005-11-11

Abstract

본 고안은 트랜스포머(Transformer) 및 제작 기법에 관한 것으로, 특히 고주파 대전력 유도가열기, 고주파 대전력 용접기(스포트 용접기)에 사용되는 표피효과로 기인한 중심부를 도려낸 중공인 상태의 동관, 혹은 동선을 사용한 트랜스포머에 비해 0.1 ~ 0.2mm의 동선이 꼬인 DY코일용 리쯔 와이어를 사용하여 코일을 제작하여 고효율, 저발열이므로 수냉식이 아닌 공냉식이 가능한 트랜스포머 및 그 제작 기법, 상기 트랜스포머에 삽입되는 코일의 제작 기법에 관한 것이다.

상기와 같은 본 고안은 0.1 ~ 0.2mm의 동선이 꼬인 DY코일용 리쯔 와이어를 사용함으로 코일(2)의 제작 공정이 단순하고, 표피효과로 인해 전류가 흐르는데 필요한 표면적을 최대한으로 높이고, 1차코일(11), 2차코일(12) 사이에 30 ~ 40um의 얇은 절연지(50)로 절연함으로 높은 결합계수를 가져 효율이 높을 뿐만 아니라, 기존의 유도가열 트랜스포머의 높은 발열로 냉각수를 흘려보내는 장치 및 냉각수의 열화 방지 장치가 필요한데 비해 저발열을 하여 공냉식만으로 가능함에 따라 소형제작이 가능하여 고주파 대전력 용접기용(스포트용접기) 트랜스포머로 사용 가능할 뿐만 아니라, 고주파 대전력 유도가열장치의 제작에 있어 수냉식 냉각장치, 열화 방지 장치가 필요 없어 경제적 효율을 극대화 할 수 있다. 또한 트랜스포머의 제작에 있어 코일 턴비율에 따라 회로 구성이 용이하고 그 공정이 단순하여 생산효율을 높일 수 있다.

Description

고주파 대전력용 고효율 트랜스포머 및 그에 삽입된 코일 제작기법{High efficiency transformer to use of high frequency, large electric power and coil manufacturing method inserted therein}

고주파 대전력 유도가열기, 고주파 대전력 용접기(스포트 용접기)에 사용되는 트랜스포머의 코일의 경우 코일에 고주파 전류를 흘려 보낼 때 코일에 흐르는 전류의 방향이 급속히 변화하기 때문에 유도기전력이 코일 내부에 발생하여 코일 중심부에는 전류 흐름이 어렵게 된다. 상기와 같은 표피효과로 인해 고주파 대전력 유도가열기나 용접기에 트랜스포머의 코일로는 중심부를 도려낸 중공인 상태의 동관, 동선, 표면적을 넓히기 위해 가는 동선을 몇가닥 꼰 선을 사용한다. 가는 동선을 사용하면 코일의 형상을 이루거나, 꼬인 동선간에 연결이 어려울 뿐만 아니라, 유도가열이 잘 되지 않는다. 또한 중공인 상태의 동관, 동선을 사용하여 트랜스포머를 제작하였을 시 운전 중에 권선의 저항에 따른 Joule 손실, 코어 속의 교번자속에 따른 히스테리시스 손실, 코어나 케이스내에 발생하는 맴돌이 전류손실 등으로 열이 발생하게 되어 별도의 수냉식 냉각장치 및 열화 방지 장치가 필요한 단점이 있다.

본 고안은 트랜스포머의 제작에 있어 코일에 사용하는 도체로, DY 코일용 리쯔와이어(51)를 사용하는데 상기 DY 코일용 리쯔와이어(51)는 0.1 ~ 0.2mm의 동선(54), 상기 동선(54)에 절연용으로 에나멜(53), 상기 에나멜 위에 동선간의 결합을 위한 에폭시(52)가 순차적으로 도포된 0.15 ~ 0.25mm의 동선(55)을 30 ~ 40여 가닥을 꼬아 제작된 것이다. 상기 DY 코일용 리쯔와이어(51)로 코일을 제작하여 코일 제작 공정 시 공정이 간소하고 표피효과로 인해 필요한 표면적을 가져 전류의 흐름이 원할하여 Joule손실로 인한 발열이 적어 수냉식이 아닌 공냉식이 가능한 트랜스포머를 제작할 수 있어, 고주파 대전력 유도가열기 뿐만 아니라, 수냉식 냉각장치 및 별도의 열화 방지 장치 없이 공냉식 Fan만이 사용됨으로 트랜스포머의 부피가 작아 고주파 대전력 용접기(스포트 용접기)에 사용할 수 있다. 또한 트랜스포머의 효율에 있어 코일간의 결합계수와 밀접한 관계가 있는데, 결합계수라 함은 자체 인덕턴스 L1, L2의 두 코일이 상호 인덕턴스 M으로 결합하여 있을때 결합계수 K= 이며 K는 1이하의 값을 가지며 완전 결합은 1이다. 따라서 높은 결합계수의 코일(2)을 형성함에 있어 1차코일(11), 2차코일(12) 간에 30 ~ 40um의 절연지(50)로 절연을 함으로 1차코일(11), 2차코일(12)간의 결합계수를 높여 트랜스포머의 효율을 높일 수 있다.

상기 설명한 바와 같이 종래의 기술에 있어서는 표피효과로 기인한 가는 동선을 사용하여 고주파 대전력용 트랜스포머 제작 시에는, 공정 중에 코일의 형상 유지 및 꼬인 동선간의 연결이 어려울 뿐만 아니라 유도가열이 이루어지지 않고, 중공인 상태의 동관 및 동선을 사용하여 트랜스포머를 제작하였을 시, 부피가 크고, Joule손실, 히스테리시스 손실, 맴돌이 전류손실 등으로 발생하는 열을 냉각 시키기 위해 별도의 수냉식 냉각장치, 열화방지 장치가 필요한 문제점이 있었다. 따라서, 본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 가는 동선(55)이 30 ~ 40여 가닥 꼬인 DY코일용 리쯔 와이어(51)를 사용하여 유도가열이 이루어지며, 보빈(21)을 이용하여 감은 상기 DY코일용 리쯔 와이어에 DC 전압을 걸어 에폭시(52)가 녹으면서 동선(55)끼리 결합이 이루어져 ㅁ자형 코일의 형상이 유지되며, 상기 ㅁ자형 코일의 중간을 절단하여 ㄷ자형으로 형성된 코일(46)의 양 끝 단을 B-B' 사선으로 절단하여 납땜 처리만으로 동선(54)을 모두 연결할 수 있어 트랜스포머의 코일을 형성함에 있어 공정이 단순하며, 중공인 상태의 동관, 동선에 비해 표면적이 넓어 전류의 흐름이 원할하여 권선의 저항에 따른 Joule 손실을 줄여 트랜스포머의 열발생을 최소화 할 수 있으며, 코일(2)을 형성함에 있어 1차코일(11), 2차코일(12) 간에 30 ~ 40um의 절연지(50)로 절연을 함으로 코일간의 결합계수를 높여 트랜스포머의 효율을 높일 수 있으며, 상기 코일(2)로 용도에 맞게 트랜스포머를 제작할 때 턴비율에 맞게 코어(9)에 구성하기 용이하므로, 고주파 대전력용 트랜스포머를 제작함에 있어 기능적 효율을 극대화하고, 저발열로 인해 수냉식 냉각장치와 열화방지 장치가 별도로 필요없어 부피가 작으므로, 고주파 대전력 용접기(스포트 용접기)용 트랜스포머로 제공할 수 있음에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 실시 예를 도면과 함께 설명하고자 한다. 코일에 사용되는 도체로는 DY 코일용 리쯔 와이어(51)를 사용하는데, 상기 DY 코일용 리쯔와이어(51)는 도 5에 도시한 바와 같이, 동선(54), 상기 동선 위에 절연을 위한 에나멜(53), 상기 에나멜 위에 와이어간의 결합을 통해 코일 형상을 유지하도록 하는 에폭시(52)가 도포된 구조를 가진 동선(55)을 30 ~ 40가닥 꼬아 제작한 것이다. 상기와 같이 구성된 DY 코일용 리쯔와이어(51)를 도 2에 도시한 권선기를 통해 적정 턴 비율로 감는다. 도 2는 본 고안 코일제작용 권선기의 외관 사시도로, DY코일용 리쯔 와이어(51)의 엉킴을 방지하기 위한 가이드(24)와 DY코일용 리쯔 와이어(51)를 감는데 필요한 장력을 유지시켜주는 궤도모터(23), DY코일용 리쯔와이어(51)가 감겨 일정 형상을 유지시켜주는 역할을 하는 보빈(21), 상기 보빈(21)에 회전력을 제공하여 주는 모터(22)로 구성된다. 도3은 상기 보빈(21)의 확대정면 사시도이다. DY코일용 리쯔 와이어(51)간에 결합을 위해 DC 전압을 인가할 때 쇼트를 방지하기 위해 테프론 처리가 된 삽입공(31)을 통해 DY코일용 리쯔 와이어(51)를 삽입하여 와이어걸이대(32)에 거치시킨 후 코일형태로 감는다. 원하는 턴비율로 코일을 형성한 후 끝점을 와이어걸이대(33)에 거치시킨 후 상기 와이어걸이대(32)(33)을 통해 DY코일용 리쯔 와이어(51)에 DC 전압을 인가하여 동선(55)에 도포된 에폭시(52)를 녹여 굳힘으로서 ㅁ자형의 코일을 형성한다. 상기 코일제작용 권선기(도2)로부터 제작된 ㅁ자형의 코일의 중간을 절단하여 ㄷ자형 코일(46)로 형성하고, 상기 ㄷ자형 코일의 양 끝단을 동선(54)이 들어날 수 있도록 B-B'사선으로 단면(47) 처리한다. 상기와 같이 사선으로 단면(47) 처리하는 이유는 동선(54)에 납땜공정 시 동선(54)간의 연결을 용이하게 하기 위함이다. 상기 단면(47)에 납땜공정을 통해 동선(54)을 모두 연결한 후, 상기 제작된 코일(48)을 납땜공정이 이루어진 단자조립부(49)를 제외하고 코일(48)의 전후면으로 30 ~ 40um의 접착이 가능한 절연지(50)를 붙혀 절연처리한다. 도 4는 상기와 같은 일련의 공정을 그림으로 도시한 다이어그램이다. 상기와 같은 공정을 통해 제작된 코일을 1차코일(11), 2차코일(12)의 납땜공정이 이루어진 단자조립부(49)가 서로 반대방향이 되도록 여러 겹으로 겹치는데, 이때 겹쳐진 코일 전체의 높이가 약 1.5cm 정도가 가장 적당하다. 상기 제작된 코일의 납땜공정이 이루어진 4개의 끝단을 각각 단자처리하기 위해 홈(13)가공이 된 동판(10)을 사용하는데, 납땜공정이 이루어진 단자조립부(49)와 상기 동판(10)의 결합이 원할하도록 홈(13)에 납처리(14)를 하여 동판(10)을 끼운 후 가열 결합하여 4개의 단자(15)를 형성한다. 상기 공정을 통해 제작된 코일의 안정성을 위해 몰딩재(16)를 상기 단자(15)를 제외하고 처리하여 내부에 1차코일(11), 2차코일(12)을 순차적으로 적층한 구조를 가지는 하나의 코일(2)로 제작한다. 상기 코일(2)을 사용하고자하는 턴비율에 맞게 코어(9)에 삽입하는데 각 차수의 코일 단자(15)가 같은 방향이 되도록 한다. 삽입된 코일(2)들의 단자(15)와 사용 목적에 따라 버스바(6)(17)를 나사(7)(8)을 통해 결합하여 턴비율을 조정한다. 이때 버스바(6)(17)는 사용하고자하는 턴비율에 따라 형태가 바뀔 수 있다. 도 6과 도 7은 턴비율에 따른 코일의 회로도를 예로 도시한 것이다. 도 1은 상기와 같은 일련의 공정을 통해 제작된 본 고안 트랜스포머 및 코일의 분해사시도이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은 고주파 대전력 트랜스포머를 제작함에 있어 코일(2) 형성의 도체로 DY코일용 리쯔 와이어(51)를 사용함으로 단순한 공정으로 가는 동선의 사용이 가능해져 생산성을 향상시킬 수 있으며, 상기 코일(2)을 이용하여 트랜스포머를 구성함에 있어 손쉽게 턴비율에 맞게 조작할 수 있어 범용적 사용이 가능하고, 상기 제작 기법에 따라 1차코일(11), 2차코일(12)간의 결합계수를 높여 트랜스포머의 효율을 향상시킬 수 있고, 표피효과로 인한 트랜스포머의 높은 열발생 문제를 해결하여 별도의 수냉식 냉각장치와 열화장치가 필요없이 공냉식으로 가능함으로 고주파 대전력 유도 가열기의 생산원가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 고주파 대전력 용접기(스포트 용접기)용 트랜스포머로 사용 가능한 효과가 있다.

도 1 : 본 고안의 트랜스포머 및 그에 삽입된 코일의 분해 사시도

도 2 : 본 고안 코일 제작용 권선기의 외관 사시도

도 3 : 본 고안 도 2의 보빈(21) 확대 정면 사시도

도 4 : 본 고안 코일 제작 시 절단공정, 절연공정의 공정 구성도

도 5 : 본 고안 DY 코일용 리쯔와이어 외관도 및 A-A' 단면 구성도

도 6 : 본 고안 트랜스포머의 코일 6:1 턴비율에 따른 회로도

도 7 : 본 고안 트랜스포머의 코일 3:2 턴비율에 따른 회로도

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

(2) - 본 고안 1,2차코일이 순차적으로 적층구조를 가지는 코일

(3)(4) - 코어 고정용 브라켓 (5) - 브라켓 고정 나사

(6)(17) - 버스바 (7)(8)(18)(19) - 나사구멍

(10) - 코일 단자용 동판 (11) - 1차코일 (12) - 2차코일

(15) - 단자부 (21) - 보빈

(22)(23) - 궤도모터 (24) - 가이드

(31) - 와이어 삽입공 (32)(33) - 와이어 걸이대

(50) - 절연지 (51) - DY 코일용 리쯔 와이어

(52) - 에폭시 (53) - 에나멜 (54) - 동선

Claims

고주파 대전력용 고효율 트랜스포머 및 그에 삽입된 코일 제작기법에 있어서, DY 코일용 리쯔와이어(51)로 제작된 ㄷ자형 1차코일(11), 2차코일(12)을 역방향으로 겹쳐 4개의 단자조립부(49)를 양측으로 단자용 동판(10)을 끼운 후 가열 결합하고 절연 및 안정성을 위해 몰딩재(16)를 동판(10)을 제외하고 처리한 코일(2)과, 상기 코일(2)을 턴비율에 맞게 코어(9)에 삽입하는 구조와, 턴비율 조정에 따라 단자(15)와 연결하여 구성되는 버스바(6)(17)와, 코어(9)와 코일(2)을 고정하기 위한 브라켓(3)(4)으로 구성하여서 된 고주파 대전력용 트랜스포머 및 그에 삽입된 코일 제작기법.
제 1 항에 있어서, 코일(2)을 제작함에 있어 DY 코일용 리쯔와이어(51)를 보빈(21)의 와이어 걸이대(32)에 걸어서 권선기를 통해 턴비율대로 감은 후 끝단을 와이어 걸이대(33)에 걸어 각각 와이어 걸이대(32)(33)에 DC 전압을 인가하여 동선(55)의 에폭시(52)를 녹여 코일의 형상을 유지하여 제작됨을 특징으로하는 ㄷ자형 1차코일(11)과 2차코일(12)로 구성하여서 된 고주파 대전력용 트랜스포머 및 그에 삽입된 코일 제작기법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, DC 전압의 인가를 통해 형상이 유지되는 코일의 중간을 사선 절단(47)하여 드러난 동선(54)을 납땜처리를 통해 모두 연결하여 고주파 대전력 트랜스포머에 가는 동선을 사용할 수 있도록 함을 특징으로하는 고주파 대전력용 트랜스포머 및 그에 삽입된 코일 제작기법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, DC 전압의 인가를 통해 형상이 유지되는 코일의 중간을 사선 절단(47)하여 드러난 동선(54)을 납땜처리를 통해 모두 연결하여제작된 코일(48)의 전후면을 단자조립부(49)를 제외하고 절연지(50)를 통해 절연하여 1차코일(11)과 2차코일(12)을 순차적으로 적층하여 구성된 코일(2)을 통해 높은 결합계수를 유지함을 특징으로하는 고주파 대전력용 트랜스포머 및 그에 삽입된 코일 제작기법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 코일(2)을 제작함에 있어 1차코일(11)과 2차코일(12) 각각의 단자조립부(49)와 홈(13)과 홈(13) 내부에 납처리(14)됨을 구성하는 동판(10)을 끼운 후 가열 결합하여 단자부(15)를 형성함을 특징으로하는 고주파대전력용 트랜스포머 및 그에 삽입된 코일 제작기법.