KR20160002420U - Ｅ형 코어철심 및 ｅ형 코어 - Google Patents

Abstract

본 고안은 철심에 코일을 감아 전자기 에너지의 축적에 의하여 교류 또는 직류 전류의 급격한 변화에 대해서 큰 저항을 나타내게 한 전기기기에 적용되는 E형 코어철심 및 E형 코어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수 적층에 의해 E형 코어를 형성하는 E형 코어철심의 오목부(凹) 바닥높이(a)와 볼록부(凸) 돌출높이(b)의 길이를 최적의 비율로 형성하여 줌으로써, 원재료 손실 및 전체적인 면적의 변동 없이 E형 코어의 출력 및 효율을 증대시킬 수 있는 E형 코어철심 및 이를 이용한 E형 코어를 제공한다.

Description

Ｅ형 코어철심 및 Ｅ형 코어{E type ironcore and E type core}

본 고안은 전자기 에너지의 축적에 의하여 교류 또는 직류 전류의 급격한 변화에 대해서 큰 저항을 나타내게 한 전기기기 제작에 사용되고, 다수 적층에 의해 E형 코어를 형성하는 E형 코어철심에 관한 것이다.

본 고안은 철심에 코일을 감아 전자기 에너지의 축적에 의하여 교류 또는 직류 전류의 급격한 변화에 대해서 큰 저항을 나타내게 한 전기기기에 적용되는 E형 코어철심 및 E형 코어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수 적층에 의해 E형 코어를 형성하는 E형 코어철심의 오목부(凹) 바닥높이(a)와 볼록부(凸) 돌출높이(b)의 길이를 최적의 비율로 형성하여 줌으로써, E형 코어의 출력과 효율을 극대화시킬 수 있는 E형 코어철심 및 E형 코어에 관한 것이다.

전기부품으로써의 리액터는 전자기 에너지의 축적에 의하여 교류 또는 직류 전류 또는 전류의 급격한 변화에 대해서 큰 저항을 나타나게 한 전기기기인 바, 주로 철심에 코일을 감은 것이 사용되고 있다. 종래 리액터의 일반적인 구성으로서는, 규소강판(철심)을 적층시켜 E, I형 코어와 또는 블록코어를 만들고, 절연지 또는 절연 테이프에 의해 내외측면이 코어와 절연될 수 있도록 코일을 감하여 E 형 코어 또는 블록코어에 삽입하되, 절연판을 상,하면에 개재하여 I 형 코어 또는 블록코어를 부착시켜 브라켓으로 고정시켜 리액터를 제조하게 된다.

즉, 상기 리액터는 1차 권선이 자심코어(magnetic core)의 중앙부에 감기고, 1차 권선에서 발생 된 자속(magnetic flux)은 중앙자로를 통해 측면자로를 경유하여 다시 중앙자로로 돌아오는 폐루프를 형성한다.

상술한 리액터의 코어는 자기회로에 사용되며, 자기력선속이 시간적으로 변화하는 경우 성층된 규소박강판(이하 '철심'이라 함)으로 이루어진 코어가 제공되며, 코어는 해당 용량에 따라 보빈에 복수매의 철심으로 이루어진 I형 코어와 E형 코어를 상호 조립한 후 일정한 진행방향의 자기력선 형성을 위하여 코일을 권선하여 삽입 제공된다.

상기 코어는 E형 철심(iron core)과 I형 철심으로 서로 맞대기 시키면서 교번하여 적층하는 구조가 있으나, 이는 전력용 변압기로 철손(core loss)를 없애기 위해 공극을 최소화시키고 진동이나 기계적 맞물림을 좋게 하기 위해 성층을 하게 된다.

그런데, 부품의 특성이 개선되고 고속 스위칭이 가능한 소자들이 출현함으로써 고주파에 대응하는 리액터 재질에 관한 기술개발이 활발히 이루어지고 있는 상태에서, 일반적인 규소강판으로는 철손이 너무나 커서 고주파에 대응하는 리액터를 설계 제작하는 것이 어려운 상황들이 발생되었다.

즉, 일부 규소강판 두께를 0.1mm 이하로 하는 초박형 철에 규소를 도포한 코어가 제작되어 상용화 시키는 경우는 있으나, 초박형으로 제작할 경우 두께가 얇아짐으로 인한 규소강판의 적층횟수의 증가와 규소강판의 접착, 필요로 하는 강판의 절단 등의 공정수가 증가하여 생산성이 현저히 떨어지고 있었다.

한편, 공진형 변압기(resonant transformer)나 공진 초크 등에 사용되는 자심은 인덕턴스(inductance)를 조절하기 위해 공극을 임의로 생성하게 된다. 상기 공극을 형성하는 트랜스포머의 규소강판으로 만들어진 성층 철심을 사용하지 않고 페라이트(ferrite)와 같은 자심재료를 사용한다. 상기 자심재료는 E형으로 제작되어 있으며 서로 마주보며 결합한다. 공극을 형성하기 위하여 같은 변의 길이를 가지는 E형 자심을 일정한 간격으로 띄우고 맞대기로 부착시킨다. 다른 방법으로 얻고자 하는 공극의 길이만큼 E형 자심의 중앙부를 짧게 제작하고, 이들을 맞대기로 붙여 공극을 형성한다.

상술한 코어의 I형 코어 및 E형 코어는 규소박강판 원판에서 프레스 금형으로 I형 코어철심과 E형 코어철심을 타발하여 생산하는 방법으로 금형의 모양에 따라 IE형 코어, EE형 코어, UT형 코어의 철심이 생산되며, 생산된 각 철심들은 소정의 방법으로 각각 적층되어 각 코어와 대응되는 다른 코어와 융착 등의 방법으로 결착된다.

특히, 상술한 코어 중 상기 EE형 코어는 규격화된 EE형 코어철심을 사용하며 주요 규격은 장방면의 길이에 따라 57, 66, 76.2, 85.8, 90, 96, 105mm 등이 있으나, E형 코어철심 내부의 오목부(凹)와 볼록부(凸)의 바닥높이와 돌출높이가 약 1:2의 비율로 모두 동일하게 제작되어 코어 또는 코어철심에 권선되는 코일의 권선수 및 권선비가 항시 동일하고, 코일의 감김 스페이스의 제약을 받으며, 이러한 문제점으로 인해 코어의 성능을 충분히 이용할 수 없게 되는 문제점이 있었다.

등록특허 제10-0543644호

따라서 본 고안은 E형 코어철심의 제작시 코어철심 내부에 형성되는 오목부(凹)의 바닥높이와 볼록부(凸)의 돌출높이를 최적의 길이로 제작하여 코일이 권선되는 오목부의 공간을 최대로 넓혀줌으로써, 원재료 손실 및 전체적인 면적의 변동 없이 E형 코어의 출력 및 효율을 증대시킬 수 있는 E형 코어철심 및 이를 이용한 E형 코어를 제공한다.

상기와 같은 종래 E형 코어철심의 문제점을 해결하고자 안출된 본 고안에 따른 E형 코어철심은, 장방의 일면 중앙부와 양단부에는 볼록부(凸)가 형성되고, 중앙부와 양단부의 볼록부(凸) 사이에는 오목부(凹)가 형성되는 E형 코어철심에 있어서, 상기 오목부(凹)의 바닥높이(a)가 3.75 ~ 5.25 mm로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 볼록부(凸)의 돌출높이(b)가 9.25 ~ 10.75 mm로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따른 E형 코어철심 및 E형 코어는 다음과 같은 효과가 있다.

본 고안에 따른 E형 코어철심은 오목부(凹)의 바닥높이를 최대한 낮춰주고, 볼록부(凸)의 돌출높이를 최대화하여 코일이 권선되는 오목부(凹)의 공간을 최대화함으로써 전체 외형 크기를 변형하지 않고도 코일의 권선을 증가시켜 20~30%정도의 개선된 효율을 얻을 수 있으며, E형 코어철심을 적게 적층하면서도 권수 비를 높여 코어철심의 용량을 줄여 E형 코어의 전체 크기를 줄일 수 있는 상승된 효과 및 실용적 가치가 있다.

도 1은 본 고안에 따른 E형 코어철심의 평면도
도 2는 한 쌍의 E형 코어철심이 결합한 E형 코어의 단면도
도 3은 본 고안에 E형 코어철심의 또 다른 실시예를 도시한 평면도
도 4는 본 고안에 따른 E형 코어철심이 결합한 또 다른 E형 코어의 단면도

본 고안은 철심에 코일을 감아 전자기 에너지의 축적에 의하여 교류 또는 직류 전류의 급격한 변화에 대해서 큰 저항을 나타내게 한 전기기기에 적용되는 E형 코어철심 및 E형 코어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수 적층에 의해 E형 코어를 형성하는 E형 코어철심의 오목부(凹) 바닥높이(a)와 볼록부(凸) 돌출높이(b)의 길이를 최적의 비율로 형성하여 줌으로써, 원재료 손실 및 전체적인 면적의 변동 없이 E형 코어의 출력 및 효율을 증대시킬 수 있는 E형 코어철심 및 이를 이용한 E형 코어를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 E형 코어철심 및 E형 코어의 바람직한 실시예를 자세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 E형 코어철심의 평면도, 도 2는 한 쌍의 E형 코어철심이 상접한 E형 코어의 단면도, 도 3은 본 고안에 따른 E형 코어철심의 또 다른 실시예를 도시한 평면도, 및 도 4는 본 고안에 따른 E형 코어철심이 결합한 또 다른 E형 코어의 단면도이다.

먼저, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 E형 코어철심(10)은 장방향의 일면 양단부와 중앙부에 볼록부(凸,12)가 형성되고, 상기 양단부의 볼록부(12)와 중앙부의 볼록부(12) 사이에 소정 너비의 오목부(凹,11)가 형성되어 전체적으로 알파벳 "E"자 형상으로 제작된다.

즉, E형 코어철심(10)의 형상을 만들기 위해서는 적어도 2개의 오목부(凹,11)와 3개의 볼록부(凸,12)가 형성된다.

그리고 상기 E형 코어철심(10)을 다수 적층하고, 다수의 E형 코어철심(10)이 적층된 한 쌍(10,20)을 상,하 또는 좌,우방향에서 상기 볼록부(凸,12)가 상호 밀착되도록 맞붙여 E형 코어를 형성한다.

상술한 E형 코어철심(10)은 현재 그 크기 및 두께가 규격화되어 제작 및 판매되고 있는데, 본 고안에 따른 E형 코어철심(10)은 길이가 긴 장방향(A)이 85.8mm의 길이로 형성되고, 한 쌍의 E형 철심(10)이 상접하여 형성되는 E형 코어의 단방향(B) 길이는 20mm로 형성된다.

이때, 본 고안의 E형 코어철심(10)은 상기 오목부(凹,11)의 바닥높이(a)를 3.75 ~ 5.25mm로 형성된다.

또한, 본 고안에 따른 E형 코어철심(10)의 상기 볼록부(凸,12) 돌출높이(b)는 9.25 ~ 10.75mm로 형성한다.

대부분 E형 코어철심의 오목부(凹) 바닥높이(a)와 볼록부(凸)의 돌출높이(b)가 일정 비율로 제작된 규격화된 제품을 사용하게 되는 데, 본 고안의 E형 코어철심(10)는 오목부(凹)의 공간을 보다 넓혀 주어 코어의 외형 크기는 규격제품과 동일하지만 규격제품보다 권선을 더 많이 할 수 있어 효율성이 월등히 뛰어난 효과가 있으며, E형 코어철심(10)의 적층 수를 줄일 수 있어 제품의 면적을 줄일 수 있는 상승된 효과가 있다.

다음 표 1은 본 고안에 따른 E형 코어철심(10)과 규격화된 E형 코어철심의 오목부(凹,11)의 바닥높이(a)과 볼록부(凸,12)의 돌출높이(b)를 비교한 비교표이다.

	규격품(mm)		본 고안(mm)
	오목부(凹) 바닥높이	볼록부(凸) 돌출높이	오목부(凹) 바닥높이	볼록부(凸) 돌출높이
85.8(MM)	5mm	9mm	3.75~5.25mm	9.25~10.75mm

표 1에서 알 수 있듯이 규격화된 종래 E형 코어철심의 오목부(凹)의 바닥높이(a)를 규격제품보다 약 30%정도 낮쳐주고, 볼록부(凸)의 돌출높이는 약 20%까지 높여줌으로써, 오목부(凹)의 공간을 최대화시켜 오목부(凹)에 권선되는 코일의 권선수를 증가시킴으로써 코아의 효율을 최대화하는 실용적 가치 및 상승된 효과를 얻게 된다.

즉, 전체 E형 코어의 전체적인 외형 크기는 변형하지 않고, 코어철심(10)의 오목부(凹,11) 바닥높이(a)를 낮춰주고, 볼록부(凸,12)의 돌출높이(b)를 더 높여주어 규격제품의 코어보다 권선이 더 많이 이루어지도록 함으로써, 적은 양의 E형 코어철심(10) 사용으로도 E형 코어의 효율을 더 높이게 된다.

따라서 본 고안에 따른 E형 코어철심(10)은 코어의 전체 크기를 바꾸지 않고도 20~30%정도의 개선된 코어의 효율을 얻을 수 있으며, E형 코어철심(10)을 적게 적층하면서도 권수 비를 높여 코어철심(10)의 용량을 줄여 E형 코어의 크기를 줄일 수 있는 상승된 효과 및 실용적 가치가 있다.

또한, 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 코어를 형성하는 한 쌍의 E형 코어철심(10,20)은 상기 볼록부(凸,12)가 상접하여 결합 고정되는데, 이때 상기 한 쌍의 상기 E형 코어철심(10,20) 중 하나의 E형 코어철심(10)의 양단부 볼록부(凸,12)에는 양측의 내벽이 사선으로 형성되는 요홈(12a)이 형성되고, 나머지 E형 코어철심(20)의 양단부 볼록부(凸,22)에는 상기 요홈(12a)에 대응하는 돌기(22a)가 형성되어, 상기 요홈(12a)에 돌기(22a)가 억지 끼움됨으로써 한 쌍의 E형 코어철심(10,20)이 결합하여 E형 코어를 형성한다.

즉, 상기 요홈(12a)의 양측 내벽이 평행사변형의 기울어진 두 변과 유사하게 사선으로 형성하고, 여기에 평행사변형 형상의 돌기(22a)를 체결함으로써, 한 쌍의 코어철심(10,20)이 상호 용이하게 분리되지 않도록 하는 효과가 있다.

이상의 설명에서는 본 고안의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 고안이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.

10,20 : E형 코어철심 11,21 : 오목부(凹)
12,22 : 볼록부(凸) 12a : 요홈
22a : 돌기

Claims (4)

1. 장방향 일면 중앙부와 양단부에는 볼록부(凸)가 형성되고, 중앙부 및 양단부의 볼록부(凸) 사이에는 오목부(凹)가 형성되는 E형 코어철심에 있어서,
   상기 오목부(凹)의 바닥높이(a)가 3.75 ~ 5.25 mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 E형 코어철심.
   
2. 장방향의 일면 중앙부와 양단부에는 볼록부(凸)가 형성되고, 중앙부 및 양단부의 볼록부(凸) 사이에는 오목부(凹)가 형성되는 E형 코어철심에 있어서,
   상기 볼록부(凸)의 돌출높이(b)가 9.25 ~ 10.75 mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 E형 코어철심.
   
3. 상기 제1항 또는 제2항의 E형 코어철심을 다수 적층하고, 다수 적층된 E형 코어철심 한 쌍을 상기 볼록부(凸)가 상호 상접하도록 맞대어 형성되는 것을 특징으로 하는 E형 코어.
   
4. 제3항에 있어서,
   한 쌍의 상기 E형 코어철심 중 하나의 E형 코어철심의 양단부 볼록부(凸)에는 양측의 내벽이 사선으로 형성되는 요홈이 형성되고, 나머지 E형 코어철심의 양단부 볼록부(凸)에는 상기 요홈에 대응하는 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 E형 코어.

Images