KR20100020234A - 절연 지지체 및 이를 이용한 변압기의 권선 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절연 지지체 및 이를 이용한 변압기의 권선 구조에 관한 것이다. 본 발명에 따른 변압기는 코어, 코어의 외측에 위치하며, 복수의 수납홈을 가지는 적어도 하나의 절연 지지체 및 적어도 하나의 절연 지지체를 바탕으로 나선(bare coil)을 권취하여 형성되는 동시 권선 구조-여기서 나선은 절연 지지체의 복수의 수납홈에 수납되어 절연됨-를 포함한다.

변압기, 권선, 절연

Description

절연 지지체 및 이를 이용한 변압기의 권선 구조{Insulating base member and winding structure of transformer using the same}

본 발명은 변압기의 권선 구조 및 이에 사용되는 절연 지지체에 관한 것이다.

일반적으로 변압기란 전자유도작용에 의하여 한쪽의 권선에 동일 주파수의 교류전기로 전압을 변환하는 유도기로서, 적어도 2개의 권선들과 적어도 하나의 코어 및 절연체로 구성된다. 변압기에서 전압의 변환은 동시에 전류의 변환을 의미한다. 따라서 변압기의 사용 목적은 필요한 값의 전압과 전류를 얻기 위함이다.

변압기에서의 전압 및 전류의 변환을 설명하기 위하여, 하나의 코어에 2개의 권선(1차 권선, 2차 권선)을 포함하는 2권선 변압기를 예로 든다. 코어는 자속의 통로 역할을 한다. 1차 권선에 교류 전원을 접속하면 전류가 흐르고, 코어에는 교번 자속이 발생한다. 교번 자속은 2차 권선과 쇄교한다. 또한 교번 자속은 교류 전류의 주파수에 따라서 교번적으로 변화하므로 2차 권선에 전압이 발생한다. 2차 권선에서의 전압은 1차 권선에서의 전압과 1차 권선의 권선수 및 2차 권선의 권선수 로 결정될 수 있다. 또한 2차 권선에서의 전류 역시 1차 권선에서의 전류와 1차 권선의 권선수 및 2차 권선의 권선수로 결정될 수 있다. 따라서 1차 권선의 권선수 및 2차 권선의 권선수를 적절히 조정하면, 2차 권선에서의 원하는 전압 및 전류를 얻을 수 있다.

변압기는 다양한 용도로 사용될 수 있는데, 특히 도 1에 도시된 바와 같이 용접용으로 사용될 수도 있다. 도 1은 종래의 1차 코일과 2차 코일을 개별적으로 권선한 구조를 갖는 용접기용 변압기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 1차 코일(101)과 2차 코일(103)이 개별적으로 권선된 구조를 갖는 용접기용 변압기는 전류 편차가 지나치게 큰 단점이 있다. 도 1에 도시된 바와 같은 용접기용 변압기의 경우, 최대 용접 전류(예를 들어 400A 이상)로 용접할 때, 용착 금속이 용착이 잘 되지 않고, 흘러내리는 현상이 자주 발생한다. 또한 도 1에 도시된 바와 같은 용접기용 변압기의 경우, 중전류(예를 들어 300A 영역)로 용접할 때, 용접의 불균일 현상이 발생하는 문제점이 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 1차 코일과 2차 코일을 개별적으로 권선한 구조를 갖는 용접기용 변압기의 문제점을 극복하기 위하여, 1차 코일과 2차 코일을 동시 권선(synchronous winding)을 하는 방안이 대두되고 있다. 도 2는 종래의 1차 코일과 2차 코일을 동시 권선한 구조를 갖는 용접기용 변압기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 1차 코일과 2차 코일이 개별적으로 권선되지 않고, 동시 권선(201)이 되어 있는 바, 동시 권선의 구조를 갖는 용접기용 변압기는 도 1에 도시된 1차 코일과 2차 코일이 개별적으로 권선된 구조를 갖는 용접기용 변 압기가 갖는 전류 편차의 문제점을 극복한다. 즉 도 2에 도시된 동시 권선 구조를 갖는 용접기용 변압기의 경우, 전류 편차가 도 1에 도시된 용접기용 변압기의 전류 편차에 비하여 획기적으로 줄어듦으로써, 개별 권선의 문제점이 해소된다. 그러나 도 2에 도시된 용접기용 변압기의 경우에도, 동시 권선된 코일(201)이 절연되어 있는 구조이므로, 방열에 매우 취약한 문제점을 드러낸다.

따라서 전류 편차의 문제점과 방열의 문제점을 동시에 극복할 수 있는 권선 구조를 갖는 변압기의 개발이 요구되고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이다.

본 발명의 구체적인 목적은 전류 편차를 최소화할 수 있는 권선 구조를 갖는 변압기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 방열의 문제점을 극복하기 위한 코일 및 권선 구조를 갖는 변압기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 나선의 동시 권선 구조를 실현할 수 있는 절연 지지체 및 절연 지지체를 이용하여 나선의 동시 권선의 구조를 갖는 변압기를 제공하는 것이다.

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 코어, 상기 코어의 외측에 위치하며, 복수의 수납홈을 가지는 적어도 하나의 절연 지지체 및 상기 적어도 하나의 절연 지지체를 바탕으로 나선(bare coil)을 권취하여 형성되는 동시 권선 구조-여기서 상기 나선은 상기 절연 지지체의 복수의 수납홈에 수납되어 절연됨-를 포함하는 변압기를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 변압기의 코어 외측에 위치하며, 복수의 수납홈이 형성되며, 상기 복수의 수납홈에 나선이 수납되어 권취됨으로써 상기 변압기의 동시 권선 구조를 지지할 수 있는 절연 지지체를 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 코어, 상기 코어 외측에 위치하는 나선의 동시 권선 구조를 포함하는 변압기를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에 의하여, 전류 편차를 최소화할 수 있는 권선 구조를 갖는 변압기를 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 의하여, 방열의 문제점을 극복하기 위한 코일 및 권선 구조를 갖는 변압기를 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 의하여, 나선의 동시 권선 구조를 실현할 수 있는 절연 지지체 및 절연 지지체를 이용하여 나선의 동시 권선의 구조를 갖는 변압기를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나선의 동시 권선의 구조를 갖는 변압기를 나타낸 사시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명은 종래의 방열 문제를 극복하기 위하여 나선(bare coil)을 사용하며, 전류 편차를 최소화하기 위하여 동시 권선의 구조를 갖는다. 도 3에는 나선인 1차 코일 및 2차 코일이 내부의 코어를 중심으로 동시 권선된 구조(301)가 표시되어 있다. 도 3에 도시된 본 발명에 따른 나선의 동시 권선 구조를 갖는 변압기의 경우, 전류 편차가 최소화되었다(예를 들어, 최대 전류 편차: 약 300A에서 14A, 정격 부하시의 전류 편차: 600A에서 6A). 종래 판매되는 변압기들의 전류 편차는 도 6 내지 도 8에 도시되어 있으며, 본 발명에 따른 나선 동시 권선 구조를 갖는 변압기의 전류 편차는 도 9에 도시되어 있다. 도 6 내지 도 9을 참조하면, 본 발명에 따른 나선 동시 권선 구조를 갖는 변압기의 경우, 종래 제품과 달리 전류 편차가 획기적으로 줄어듦을 확인할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 변압기의 경우, 종래의 개별 권선 구조(특히 나각 개별 권선 구조) 및 절연 동시 권선 구조와 비교하여, 온도 편차가 줄었을 뿐만 아니라 최대 온도도 하락하였다. 이러한 사실은 도 10에 도시되어 있는 온도 시험 결과에 잘 나타나 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절연 지지체와 이를 이용한 나선의 동시 권선 구조를 갖는 변압기를 나타낸 사시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 변압기는 방열 특성을 양호하게 하기 위하여, 권선을 위한 코일로 나선(bare coil)을 사용한다. 나선을 사용하는 경우, 권선 사이의 절연이 문제가 될 수 있는 바, 본 발명은 절연 지지체(401)를 이용하여 권선 사이의 절연 문제를 극복할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 절연 지지체(401)는 내부의 코어 외부에 위치하여, 1차 코일과 2차 코일이 나선으로 동시 권선되는 구조(301)를 갖도록 지지하는 역할을 한다. 절연 지지체(401)는 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 5a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절연 지지체의 개략적인 구성을 나타내는 정면도이며, 도 5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절연 지지체의 개략적인 구성을 나타내는 상면도이며, 도 5c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절연 지지체의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.

도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 절연 지지체(401)는 변압기의 코어에 나선이 동시 권선될 수 있도록 적어도 하나가 설치될 수 있다. 절연 지지체(401)가 나선이 동시 권선될 수 있도록 지지될 수 있는 구조가 되는 한, 절연 지지체(401)의 개수를 유동적으로 조절할 수 있음은 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

본 발명에 따른 절연 지지체(401)는 나선이 서로 절연될 수 있도록, 나선이 수납되는 복수의 수납홈(501)을 갖는다. 복수의 수납홈(501)의 개수는 동시 권선의 개수에 상응하는 것이 바람직하다. 나선은 절연 지지체(401)의 복수의 수납홈(501) 에 수납되어 권취됨으로써, 본 발명에 따른 변압기는 결과적으로 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 동시 권선 구조를 가질 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 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. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 종래의 1차 코일과 2차 코일을 개별적으로 권선한 구조를 갖는 용접기용 변압기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 2는 종래의 1차 코일과 2차 코일을 동시 권선한 구조를 갖는 용접기용 변압기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나선의 동시 권선의 구조를 갖는 변압기를 나타낸 사시도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절연 지지체와 이를 이용한 나선의 동시 권선 구조를 갖는 변압기를 나타낸 사시도.

도 5a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절연 지지체의 개략적인 구성을 나타내는 정면도.

도 5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절연 지지체의 개략적인 구성을 나타내는 상면도.

도 5c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절연 지지체의 개략적인 구성을 나타내는 사시도.

도 6은 A사 제품들의 출력 전류에 대한 전류 편차를 나타낸 그래프.

도 7은 B사 제품들의 출력 전류에 대한 전류 편차를 나타낸 그래프.

도 8은 C사 제품들의 출력 전류에 대한 전류 편차를 나타낸 그래프.

도 9는 본 발명에 따른 나선 동시 권선 구조를 갖는 변압기의 출력 전류에 대한 전류 편차를 나타낸 그래프.

도 10은 본 발명에 따른 나선 동시 권선 구조를 갖는 변압기와 종래 제품들의 온도 시험 결과를 나타낸 도면.

Claims (3)

1. 코어;

   상기 코어의 외측에 위치하며, 복수의 수납홈을 가지는 적어도 하나의 절연 지지체; 및

   상기 적어도 하나의 절연 지지체를 바탕으로 나선(bare coil)을 권취하여 형성되는 동시 권선 구조-여기서 상기 나선은 상기 절연 지지체의 복수의 수납홈에 수납되어 절연됨-

   를 포함하는 변압기.
2. 변압기의 코어 외측에 위치하며,

   복수의 수납홈이 형성되며,

   상기 복수의 수납홈에 나선이 수납되어 권취됨으로써 상기 변압기의 동시 권선 구조를 지지할 수 있는

   절연 지지체.
3. 코어;

   상기 코어 외측에 위치하는 나선의 동시 권선 구조

   를 포함하는 변압기.

Images