KR20180067228A - 일체형 변압기/리액터 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

일체형 변압기/리액터 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 일체형 변압기/리액터는, 설정된 제1 두께 및 폭으로 이루어지며 서로 평행한 복수의 제1주각, 및 각각의 제1주각을 상단 및 하단에서 수직으로 연결하는 제1연결요크를 구비하는 변압기 코어; 각각의 제1주각을 각각 감는 복수의 2차측 권선; 설정된 제2 두께 및 폭으로 이루어지며 서로 평행한 복수의 제2주각, 및 각각의 제2주각을 상단 및 하단에서 수직으로 연결하는 제2연결요크를 구비하는 리액터 코어; 및 변압기 코어와 리액터 코어를 각각의 제1주각 및 각각의 제2주각의 열이 일치하도록 위치시키며, 동일한 열에 위치한 제1주각, 2차측 권선 및 제2주각을 함께 감는 복수의 1차측 권선;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

일체형 변압기/리액터 및 그 제조방법{ALL-IN-ONE TYPE TRANSFORMER/REACTOR AND METHOD THEREOF}
본 발명은 일체형 변압기/리액터 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변압기와 리액터를 일체형으로 구현하여 재료비를 저감시키며 소형화 및 경량화를 달성할 수 있는, 일체형 변압기/리액터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 계통 연계형 인버터는 도 1에 도시한 바와 같이, 인버터 스위칭 주파수의 제거를 위한 리액터와 절연변압기를 함께 사용하는 것이 필수적이다.
그런데, 리액터와 변압기를 함께 사용하게 되면 리액터 코어와 리액터 권선, 변압기 코어와 변압기 1차측 권선 및 변압기 2차측 권선이 각각 필요하기 때문에, 전체 인버터 시스템을 소형화 및 경량화하는데 상당한 어려움이 있다.
등록특허공보 제10-1346579호 (등록일자: 2013. 12. 24)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 변압기와 리액터를 일체형으로 구현하여 재료비를 저감시키며 소형화 및 경량화를 달성할 수 있는, 일체형 변압기/리액터 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 일체형 변압기/리액터는, 설정된 제1 두께 및 폭으로 이루어지며 서로 평행한 복수의 제1주각, 및 각각의 제1주각을 상단 및 하단에서 수직으로 연결하는 제1연결요크를 구비하는 변압기 코어; 각각의 제1주각을 각각 감는 복수의 2차측 권선; 설정된 제2 두께 및 폭으로 이루어지며 서로 평행한 복수의 제2주각, 및 각각의 제2주각을 상단 및 하단에서 수직으로 연결하는 제2연결요크를 구비하는 리액터 코어; 및 변압기 코어와 리액터 코어를 각각의 제1주각 및 각각의 제2주각의 열이 일치하도록 위치시키며, 동일한 열에 위치한 제1주각, 2차측 권선 및 제2주각을 함께 감는 복수의 1차측 권선;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 각각의 제2주각은, 단면적을 유지하면서 각각의 폭이 제1주각의 폭보다 넓어지고 각각의 두께가 제1주각보다 얇아진다.
또한, 리액터 코어는, 복수의 1차측 권선을 감은 후, 변압기 코어의 상면에 지지되어 설치된 'ㄹ'자 구조의 견인기구에 의해 상방향으로 끌어올려져 리액터 공극이 조절될 수 있다.
또한, 리액터 코어는, 복수의 1차측 권선을 감은 후, 각각의 2차측 권선들의 사이를 관통하여 변압기 코어의 상단 제1연결요크의 하면 및 리액터 코어의 상단 제2연결요크의 하면을 지지하는 'ㄴ'자 구조의 견인기구에 의해 상방향으로 조여져 리액터 공극이 조절될 수도 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 일체형 변압기/리액터 제조방법은, 설정된 제1 두께 및 폭으로 이루어지며 서로 평행한 복수의 제1주각, 및 각각의 제1주각을 상단 및 하단에서 수직으로 연결하는 제1연결요크를 구비하는 변압기 코어에 대하여, 각각의 제1주각을 각각 권선으로 감아 복수의 2차측 권선을 형성하는 단계; 설정된 제2 두께 및 폭으로 이루어지며 서로 평행한 복수의 제2주각, 및 각각의 제2주각을 상단 및 하단에서 수직으로 연결하는 제2연결요크를 구비하는 리액터 코어를 변압기 코어와 각각의 제1주각 및 각각의 제2주각의 열이 일치하도록 위치시키는 단계; 및 동일한 열에 위치한 제1주각, 2차측 권선 및 제2주각을 권선으로 함께 감아 복수의 1차측 권선을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 전술한 일체형 변압기/리액터 제조방법은, 'ㄹ'자 구조의 견인기구 또는 'ㄴ'자 구조의 견인기구를 이용하여 리액터 코어를 상방으로 끌어올려 리액터 코어의 공극을 조절하는 단계;를 더 포함할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 리액터 권선과 변압기 1차측 권선을 공용으로 사용함으로써 그 구성이 간단해지며, 재료비를 저감시키고, 리액터와 변압기를 일체화하여 소형화 및 경량화를 달성할 수 있다.
도 1은 일반적인 계통 연계형 인버터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 변압기/리액터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 변압기 코어의 형상을 예시한 도면이다.
도 4는 리액터 공극의 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2에 나타낸 일체형 변압기/리액터의 단면구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 일체형 변압기/리액터의 단면구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 리액터 공극을 조절하는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 리액터 공극을 조절하는 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 'ㄴ'자 구조 견인기구의 설치 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 일체형 변압기/리액터 및 그 제조방법을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 변압기/리액터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 일체형 변압기/리액터는 우선적으로 변압기 코어(110)에 변압기 2차측 권선(120)을 감고, 다음에 변압기 코어(110), 변압기 2차측 권선(120) 및 리액터 코어(130)를 권선으로 함께 감아 변압기 1차측 권선(140)을 형성한다. 여기서, 변압기 1차측 권선(140)은 동시에 리액터 권선의 역할을 수행한다. 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 변압기/리액터의 제조과정을 보다 상세하게 설명한다.
변압기 코어(110)는 도 3에 도시한 바와 같이, 설정된 제1 두께 및 폭으로 이루어지며 서로 평행한 복수의 제1주각(112), 및 각각의 제1주각(112)을 상단 및 하단에서 수직으로 연결하는 제1연결요크(114)를 구비한다. 바람직하게는 변압기 코어(110)는 세 개의 제1주각(112)을 구비하며, 각각의 제1주각(112)은 제1연결요크(114)에 의해 상단 및 하단이 수직으로 서로 연결된다.
리액터 코어(130)는 변압기 코어(110)와 동일한 형상으로 이루어진다. 이때, 리액터 코어(130)는 각각의 주각의 두께가 변압기 코어(110)의 각각의 주각의 두께와 상이하거나, 각각의 주각의 두께 및 폭이 변압기 코어(110)의 각각의 주각의 두께 및 폭과 상이할 수 있다. 이하에서는 편의상 변압기 코어(110)의 각각의 주각을 제1주각이라고 명명하고, 리액터 코어(130)의 각각의 주각을 제2주각이라고 명명한다. 또한, 변압기 코어(110)의 각각의 연결요크를 제1연결요크라고 명명하고, 리액터 코어(130)의 각각의 연결요크를 제2연결요크라고 명명한다.
리액터 코어(130)는 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 리액터 코어(130)를 형성하는 철편들 사이사이에 간극(133)이 형성된 철편을 끼워 넣어 제2주각에 리액터 공극을 형성하거나, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 공극이 형성된 철편을 이용하여 리액터 공극을 형성할 수 있다. 여기서, 리액터 공극의 형태는 예를 나타낸 것일 뿐이며, 그 형태는 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 여기서는 리액터 코어(130)에 공극이 형성되는 것으로 도시하고 설명하였지만, 변압기 코어(110)에도 공극이 형성될 수 있다.
이와 같이 형성된 변압기 코어(110)는 각각의 제1주각(112)에 각각 권선을 감아 변압기 2차측 권선(120)을 형성한다. 즉, 변압기 코어(110)는 세 개의 제1주각(112)에 각각 권선을 감아 세 개의 변압기 2차측 권선(120)을 형성할 수 있다.
다음에, 2차측 권선(120)이 형성된 변압기 코어(110)와 리액터 코어(130)를 각각의 제1주각과 각각의 제2주각의 열이 일치하도록 평행하게 위치시키며, 동일한 열에 위치한 제1주각, 변압기 2차측 권선 및 제2주각을 권선으로 함께 감아 변압기 1차측 권선(140)을 형성한다. 이때, 변압기 1차측 권선(140)은 동시에 리액터 권선이기도 하다.
한편, 변압기 코어(110)와 리액터 코어(130)가 제1주각의 두께와 제2주각의 두께만이 상이한 경우, 도 5에 도시한 바와 같이 변압기 코어(110)에는 2차측 권선이 감겨지기 때문에 1차측 권선을 감을 때에는 리액터 측의 1차측 권선 공간은 넓고 변압기 측의 1차측 권선 공간(150)은 좁다. 따라서, 리액터 코어(130)는 각각의 제2주각의 단면적을 유지하면서 각각의 폭이 제1주각의 폭보다 넓어지고 각각의 두께가 제1주각보다 얇아진다. 이때, 리액터 코어(130)는 도 6에 도시한 바와 같이, 각각의 제2주각의 폭이 제1주각에 변압기 2차측 권선을 감은 후의 폭과 같아지도록 넓어지며, 그 단면적은 유지되도록 제2주각의 폭이 얇아지는 것이 바람직하다.
이를 통해, 1차측 권선 공간(150)은 일정하게 되며, 자속이 지나가는 자로의 단면적은 동일하면서 리액터 코어의 양은 줄일 수 있고, 또한 변압기 1차측 권선의 1턴에 해당하는 길이도 줄어들게 되어 결과적으로 일체형 변압기/리액터의 재료, 체적 및 무게를 줄이는 효과가 있다.
다른 한편, 리액터에 있어서 인덕턴스는 중요한 요소이다. 그런데, 일체형 변압기/리액터는 리액터가 변압기와 함께 변압기 1차측 권선으로 감기기 때문에 정확한 인덕턴스의 값을 추정하기가 용이하지 않다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 일체형 변압기/리액터는 인덕터의 공극의 양을 조절하여 미세하게 인덕턴스 값을 조절한다.
인덕턴스의 값은 다음과 같은 수학식에 의해 정해진다.
[수학식]
L = l/(u*A)
여기서, l은 자로의 길이, u는 투자율, A는 단면적이다. 이 요소들 중 이미 일체형 변압기/리액터로 제조된 상태에서 변화시킬 수 있는 요소는 투자율이다. 리액터는 본래 공극이 존재하고 있지만, 이를 더욱 미세하게 조절하여 원하는 인덕턴스를 얻을 수 있다.
도 7은 리액터 공극을 조절하는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 제조된 일체형 변압기/리액터의 변압기 코어(110)의 상면에 제1고정부(162)를 이용하여 'ㄹ'자 구조의 견인기구(160)를 설치하고, 제2고정부(164)를 리액터 코어(130)에 고정하며, 나사(166)를 이용하여 견인기구(160)의 일단과 제2고정부(164)를 연결한다. 이때, 나사(166)를 돌리면 리액터 코어(130)는 상방향으로 끌어 올려지며 그에 따라 리액터가 상승될 수 있다. 이와 같이, 'ㄹ'자 구조의 견인기구(160)에 연결된 나사(166)를 회전시킴으로써 리액터 공극을 조절할 수 있다.
도 8은 리액터 공극을 조절하는 다른 예를 나타낸 도면이며, 도 9는 도 8의 'ㄴ'자 구조 견인기구의 설치 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제조된 일체형 변압기/리액터는 'ㄴ'자 구조의 견인기구(170)가 변압기 코어(110)의 각각의 2차측 권선들의 사이(180)를 관통하면서 변압기 코어(110)의 상단 제1연결요크의 하면 및 리액터 코어의 상단 제2연결요크의 하면을 지지한다. 이때, 견인기구(170)는 제1고정부(172)를 이용하여 일단이 변압기 코어(110)에 고정되며, 제2고정부(174)가 리액터 코어(130)에 고정되고, 견인기구(170)의 타단과 제2고정부(174)는 나사(176)에 의해 연결된다. 이 경우, 나사(176)를 돌리면 리액터 코어(130)의 상단부는 상방향으로 끌어 올려지며 그에 따라 리액터가 상승될 수 있다. 이와 같이, 'ㄴ'자 구조의 견인기구(170)에 연결된 나사(176)를 회전시킴으로써 리액터 공극을 조절할 수 있다.
10: 변압기 20: 리액터
110: 변압기 코어 120: 변압기 2차측 권선
130: 리액터 코어 140: 변압기 1차측 권선
150: 권선 공간 160: 'ㄹ'자 견인기구
170: 'ㄴ'자 견인기구

Claims (6)

  1. 설정된 제1 두께 및 폭으로 이루어지며 서로 평행한 복수의 제1주각, 및 각각의 상기 제1주각을 상단 및 하단에서 수직으로 연결하는 제1연결요크를 구비하는 변압기 코어;
    각각의 상기 제1주각을 각각 감는 복수의 2차측 권선;
    설정된 제2 두께 및 폭으로 이루어지며 서로 평행한 복수의 제2주각, 및 각각의 상기 제2주각을 상단 및 하단에서 수직으로 연결하는 제2연결요크를 구비하는 리액터 코어; 및
    상기 변압기 코어와 상기 리액터 코어를 각각의 상기 제1주각 및 각각의 상기 제2주각의 열이 일치하도록 위치시키며, 동일한 열에 위치한 상기 제1주각, 상기 2차측 권선 및 상기 제2주각을 함께 감는 복수의 1차측 권선;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 변압기/리액터.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 제2주각은,
    단면적을 유지하면서 각각의 폭이 상기 제1주각의 폭보다 넓어지고 각각의 두께가 상기 제1주각보다 얇아진 것을 특징으로 하는 일체형 변압기/리액터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 리액터 코어는,
    복수의 상기 1차측 권선을 감은 후, 상기 변압기 코어의 상면에 지지되어 설치된 'ㄹ'자 구조의 견인기구에 의해 상방향으로 끌어올려져 리액터 공극이 조절되는 것을 특징으로 하는 일체형 변압기/리액터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 리액터 코어는,
    복수의 상기 1차측 권선을 감은 후, 각각의 상기 2차측 권선들의 사이를 관통하여 상기 변압기 코어의 상단 제1연결요크의 하면 및 상기 리액터 코어의 상단 제2연결요크의 하면을 지지하는 'ㄴ'자 구조의 견인기구에 의해 상방향으로 조여져 리액터 공극이 조절되는 것을 특징으로 하는 일체형 변압기/리액터.
  5. 설정된 제1 두께 및 폭으로 이루어지며 서로 평행한 복수의 제1주각, 및 각각의 상기 제1주각을 상단 및 하단에서 수직으로 연결하는 제1연결요크를 구비하는 변압기 코어에 대하여, 각각의 상기 제1주각을 각각 권선으로 감아 복수의 2차측 권선을 형성하는 단계;
    설정된 제2 두께 및 폭으로 이루어지며 서로 평행한 복수의 제2주각, 및 각각의 상기 제2주각을 상단 및 하단에서 수직으로 연결하는 제2연결요크를 구비하는 리액터 코어를 상기 변압기 코어와 각각의 상기 제1주각 및 각각의 상기 제2주각의 열이 일치하도록 위치시키는 단계; 및
    동일한 열에 위치한 상기 제1주각, 상기 2차측 권선 및 상기 제2주각을 권선으로 함께 감아 복수의 1차측 권선을 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 변압기/리액터 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    'ㄹ'자 구조의 견인기구 또는 'ㄴ'자 구조의 견인기구를 이용하여 상기 리액터 코어를 상방으로 끌어올려 리액터 공극을 조절하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 변악비/리액터 제조방법.
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