KR20110061935A - 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1차 권선과 2차 권선이 권취되는 코어부; 및 상기 코어부에 구비되어 자속집중을 방지하는 자속집중방지부를 포함하여 구성되는 변압기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 변압기는 자속이 코어부의 어느 특정 부분에 집중되지 않고 골고루 분산되어 분포되도록 함으로써, 변압기에서의 열에 의한 에너지의 손실을 감소시켜 변압기 에너지 전달효율을 증가시키는 효과가 있다.

변압기

Description

변압기{Transformer}

본 발명은 변압기에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 전자기유도현상을 이용하여 1차권선의 전압이나 전류를 2차권선으로 변환하여 전달하되 뛰어난 에너지 전달효율 특성을 가지는 변압기에 관한 것이다.

변압기(變壓器, transformer)는 유도성 전기 전도체를 통해 전기 에너지를 전기적인 절연을 통해 한 회로에서 다른 회로로 전달하는 장치로서, 전기회로에서 전압을 증가 또는 감소시켜 다른 전기회로로 전기 에너지를 전달하기 위한 장치이다. 이와 같은 변압기는 전자기유도를 이용하여 전압을 변화시킨다. 즉, 변압기는 1차 코일에 흐르는 전류의 변화에 따라 자기력선이 증가·감소하게 되면 2차 코일이라고 부르는 또 다른 코일에 전류가 유도되어 전기 에너지를 전달하게 된다.

도 1은 종래의 변압기의 구조를 도시한 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 변압기에서 코어부는 제 1 코어부재(11)와 제 2 코어부재(12)를 포함하고, 1차 권선(21)과 2차 권선(22)은 권취부에 권취되어 구성된다.

그런데, 이러한 종래의 변압기에서는 코어부의 특정 부분에 자속이 집중되어 그 부분에서 자속밀도가 현저히 증가하여 변압기 에너지 전달 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 이를 구체적으로 살펴 보면 다음과 같다.

도 4에서 좌측에 기재된 도면은 종래의 변압기에서의 자속 및 자속밀도의 분포를 비교 도시한 것으로서, 좌상부의 도면에 도시된 바와 같이 종래의 변압기에서는 코어부의 중공부에 있는 8개의 모서리 부분에서 자속이 밀집하여 흐르게 되고, 이로 인하여 좌하부의 도면에 도시된 바와 같이 상기 8개의 모서리부분(검게 표시된 부분)에서 자속밀도가 증가하게 되는 현상, 즉 이른바 에지효과(edge effect)라는 것이 발생하였다. 이러한 에지효과는 종래의 변압기에서 코어부의 자속밀도의 크기의 분포를 도시한 도 5의 좌하부에 도시된 그래프를 보면 보다 명확하게 확인할 수 있다.

즉, 도 5의 좌하부에 도시된 바와 같이, 종래의 변압기에서는 코어부에서의 상기 모서리 부분에서 자속밀도가 다른 부분들과 비교해서 첨예하게 증가하게 된다. 이로 인해, 종래에는 상기 모서리부분에서 열이 발생하게 되어 주변의 다른 부분과 비교했을 때 그 열의 발생이 현저하게 증가하게 될 뿐만 아니라, 결과적으로 변압기에서의 에너지 전달효율도 이에 비례하여 감소하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 변압기를 구성하는 코어부의 특정 부분에 자속이 집중되지 않고 자속이 골고루 분산되어 분포되도록 함으로써 변압기 에너지 전달 효율이 뛰어난 특성을 가지는 변압기를 제공하는 데에 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 1차 권선과 2차 권선이 권취되는 코어부; 및 상기 코어부에 구비되어 자속집중을 방지하는 자속집중 방지부를 포함하여 구성되는 변압기를 제공한다.

본 발명에서, 상기 코어부는, 관통되게 형성되어 상기 1차 권선과 2차 권선이 배치되는 중공부와; 상기 중공부의 내측에 배치되어 상기 1차 권선과 2차권선이 권취되는 권취부를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 코어부는 상기 권취부와 상기 중공부를 포함하는 제 1 코어부재와; 상기 제 1 코어부재에 설치되어 상기 중공부를 형성하는 제 2 코어부재를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 제 1 코어부재와 제 2 코어부재 중 적어도 어느 하나는 단면이 E자 모양을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 제 2 코어부재는 상기 권취부를 더 포함하는 것이 바람직 하다.

본 발명에서, 상기 자속집중 방지부는 상기 중공부의 모서리에 곡면으로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 자속집중 방지부는 둥근 모양인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 변압기는 자속이 코어부의 어느 특정 부분에 집중되지 않고 골고루 분산되어 분포되도록 함으로써, 변압기에서의 열에 의한 에너지의 손실을 감소시켜 변압기 에너지 전달효율을 증가시키는 효과가 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 권리 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

도 2a는 본 발명에 의한 일실시예에 따른 변압기의 구조를 도시한 단면도이고, 도 2b는 도 2a의 변압기의 사시도이며, 도2c는 도 2a의 변압기의 분해사시도로서, 이를 참조하여 본 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 변압기는 1차 권선(101)과 2차 권선(102)이 권취되는 코어부(110); 및 상기 코어부(110)에 구비되어 자속집중을 방지하는 자속집중 방지부(120)를 포함하여 구성된다. 그리고, 코어부(110)는, 관통되게 형성되어 상기 1차 권선(101)과 2차 권선(102)이 배치되는 중공부(130)와; 상기 중공부(130)의 내측에 배치되어 상기 1차 권선(101)과 2차권선(102)이 권취되는 권취부(115)를 포함한다. 또한, 코어부(130)는 상기 권취부(115)와 중공부(130)를 포함하는 제 1 코어부재(111)와; 상기 제 1 코어부재(111)에 설치되어 상기 중공부(130)를 형성하는 제 2 코어부재(112)를 포함한다. 제 1 코어부재(111)와 제 2 코어부재(112) 중 적어도 어느 하나는 단면이 E자 모양을 갖도록 형성된다. 상기 자속집중 방지부(120)는 중공부(130)의 모서리에 곡면으로 형성된다.

이와 같이 구성된 본 실시예의 작용을 도 2a 내지 도 6을 참조하여 구체적으로 설명한다.

우선, 본 실시예에 따른 변압기는 코어부(110)를 포함하며, 코어부(110)는 제 1 코어부재(111)와 제 2 코어부재(112)가 결합되도록 구성될 수 있다. 코어부(110)에는 관통되게 형성되어 1차 권선(101)과 2차 권선(102)이 배치되는 중공부(130)가 구비된다. 여기서, 제 1 코어부재(111)에는 상기 중공부(130)의 내측에 권취부(115)가 구비되어 있어 1차 권선(101)과 2차권선(102)은 이 권취부(115)에 권취되며, 이후 제 2 코어부재(112)가 제 1 코어부재(111)와 결합함으로써 코어부(110)가 형성된다.

도 2a에 도시된 바와 같이 제 1 코어부재(111)는 E자형으로 생겨서 권취부(115)를 갖도록 구성하고, 제 2 코어부재(112)는 유사 I자형으로 형성할 수 있 다. 이 때, 제 2 코어부재(112)를 도 2a에 도시된 바와 같이 2군데에 완만한 오목부를 형성하여 유사 I자형으로 구성한 것은, 후술하는 바와 같이 중공부(130)의 각 모서리부분에 자속집중 방지부(120)를 형성하여 코어부(130)를 구성하고자 할 경우 제 2 코어부재(112)에 자속집중 방지부(120)가 형성되도록 함과 아울러 제 1 코어부재(111)에 1차 권선과 2차 권선을 권취할 때의 편의를 위한 것이다. 즉, 만약 제 1 코어부재(111)에 모든 자속집중 방지부(120)를 모두 설치하게 될 경우 중공부(130)와 외부와의 틈이 좁아져서 권선들을 권취부(115)에 권취하는 작업이 불편해지기 때문에, 이를 회피하여 1차 및 2차 권선의 권취 편의를 위한 것이다.

한편, 제 2 코어부재(112)와 관련하여, 실시예에 따라서는 도 3에 도시된 바와 같이 제 2 코어부재(112a)도 E자형으로 구성하여 권취부를 갖도록 함으로써, 여기에도 1차 권선과 2차 권선이 권취되도록 구성할 수도 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 코어부재(111a)와 제 2 코어부재(112a)가 모두 E자형으로 형성되고 이들 두 코어부재가 결합되도록 구성할 수 있다. 물론, 이와는 별도로 코어부(110) 자체가 분리형이 아닌 일체형이 되도록 구성할 수도 있다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 코어부(110)에는 자속집중을 방지하기 위한 자속집중방지부(120)가 구비된다. 이 자속집중 방지부(120)는 도 2a에 도시된 바와 같이 중공부(130)의 각 모서리 부분에 곡면을 이루도록 형성되며, 특히 상기 자속집중 방지부(120)는 둥근 모양을 이룰 수 있다. 이렇게 구성함으로써, 자속이 코어부(110)의 특정 부분에 집중되지 않고 골고루 분산되고 자속밀도도 널리 고르게 분포하게 되고, 이른바 에지효과가 현저하게 줄어든다. 이를 구체적으로 살펴 보면 다음과 같다.

도 4에서 우측에 기재된 도면은 본 실시예에 따른 변압기에서의 자속 및 자속밀도의 분포를 비교 도시한 것으로서, 우상부의 도면에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 변압기에서는 자속이 코어부(110)의 특정부분에 밀집하여 흐르지 않는데, 이는 코어부(110)의 중공부(130)에 있는 8개의 모서리 부분에 있는 자속집중 방지부(120)가 설치되어 있기 때문이다. 즉, 좌상부의 도면에 도시된 바와 같이 종래에는 이른바 에지효과에 의하여 주로 중공부의 8개의 모서리 부분에 자속이 밀집하여 흘렀으나, 본 실시예에서는 중공부(130)의 각 모서리 부분에 곡면 형태의 자속집중 방지부(120)를 형성함으로써 자속이 어떤 특정 부분에 집중되어 흐르지 않는다. 그리고, 이에 따라 우하부의 도면에 도시된 바와 같이 자속밀도도 코어부(110)에 널리 고르게 분포하게 된다. 이것은 본 실시예에 따른 변압기에서 코어부(110)의 자속밀도의 크기의 분포를 도시한 도 4의 우하부에 도시된 그래프를 보면 보다 명확하게 확인할 수 있다.

즉, 도 5의 좌하부에 도시된 종래의 변압기에서의 자속밀도의 분포와는 달리, 본 실시예에 따른 변압기에서는 우하부에 도시된 바와 같이 코어부(110)에서의 자속밀도가 특정 부분에 첨예하게 집중되지 않고 비교적 고르게 분포되어 있다는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 변압기에서는 코어부(110)의 특정 부분에 열이 급격하게 증가하는 현상이 발생하지 않으므로 열에 의한 에너지 손실이 현저하게 감소하게 되고, 결과적으로 변압기의 에너지 전달효율도 이에 비례하여 증가하게 된다.

또한, 도 6은 종래의 변압기(좌측도면)와 본 실시예에 따른 변압기(우측도면)의 코어부 평면에서의 자속밀도의 분포를 비교 도시한 것으로서, 본 실시예에 따른 변압기에서는 코어부 평면에서의 자속밀도의 크기가 종래에 비하여 더 높다는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따르면 종래에 비하여 1차 및 2차 권선과 쇄교하는 유효 자속의 수가 더 커지기 때문에 1차권선에서 2차권선으로의 에너지 전달효율이 증가한다.

이와 같이, 본 실시예 따른 변압기는 자속이 코어부(110)의 어느 특정 부분에 집중되지 않도록 자속집중 방지부(120)를 구비함으로써, 열에 의한 에너지의 손실이 현저히 적고 변압기 에너지 전달효율이 뛰어난 장점을 가지고 있다. 또한, 이를 통하여 일부 변압기 방열을 위해 적용 되는 팬(FAN)을 제거한다거나, 팬RPM(FAN RPM)을 줄여 소음을 줄일 수 있는 장점이 있다 하겠다.

도 1은 종래의 변압기의 구조를 도시한 단면도이다.

도 2a는 본 발명에 의한 일실시예에 따른 변압기의 구조를 도시한 단면도이다.

도 2b는 도 2a의 변압기의 사시도이며, 도2c는 도 2a의 변압기의 분해사시도이다.

도 3은 본 발명에 의한 다른 실시예에 따른 변압기의 구조를 도시한 단면도이다.

도 4는 종래의 변압기와 본 실시예에 따른 변압기에서의 자속 및 자속밀도의 분포를 비교 도시한 것이다.

도 5는 종래의 변압기와 본 실시예에 따른 변압기에서 코어부의 모서리 또는 가장자리부에서의 자속밀도의 크기를 비교 도시한 것이다.

도 6은 종래의 변압기와 본 실시예에 따른 변압기의 코어부 평면에서의 자속밀도의 분포를 비교 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : 제 1 코어부재 12 : 제 2 코어부재

21 : 1차 권선 22 : 2차 권선

101 : 1차 권선 102 : 2차 권선

110 : 코어부

111, 111a : 제 1 코어부재 112, 112a : 제 2 코어부재

115 : 권취부 120 : 자속집중 방지부

130 : 중공부

Claims (7)

1차 권선과 2차 권선이 권취되는 코어부; 및

상기 코어부에 구비되어 자속집중을 방지하는 자속집중 방지부를 포함하여 구성되는 변압기.

제 1항에 있어서,

상기 코어부는,

관통되게 형성되어 상기 1차 권선과 2차 권선이 배치되는 중공부와;

상기 중공부의 내측에 배치되어 상기 1차 권선과 2차권선이 권취되는 권취부를 포함하여 구성되는 변압기

제 2항에 있어서,

상기 코어부는

상기 권취부와 상기 중공부를 포함하는 제 1 코어부재와;

상기 제 1 코어부재에 설치되어 상기 중공부를 형성하는 제 2 코어부재를 포함하는 변압기.

제 3항에 있어서,

상기 제 1 코어부재와 제 2 코어부재 중 적어도 어느 하나는 단면이 E자 모양을 갖도록 형성되는 변압기.

제 3항에 있어서,

상기 제 2 코어부재는 상기 권취부를 더 포함하는 변압기.

제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자속집중 방지부는 상기 중공부의 모서리에 곡면으로 형성되는 변압기.

제 6항에 있어서,

상기 자속집중 방지부는 둥근 모양인 변압기.

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