KR100232754B1 - 공통-모드 노이즈 및 정상-모드 노이즈를 제거하는 초크 코일 - Google Patents

공통-모드 노이즈 및 정상-모드 노이즈를 제거하는 초크 코일 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부품 수가 적으며, 공통-모드 노이즈(common-mode noise) 및 정상-모드 노이즈(normal-mode noise) 둘다를 우수하게 제거하는 초크 코일(choke coil)에 관한 것으로, 본 발명에 따른 초크 코일에 있어서, 보빈(bobbin)은 로드(rod) 및 로드에 설비된 플랜지(flange)로 구성되며, 로드는 한 쌍의 권선(winding)을 둘레에 감싸고, 보빈의 로드에 형성된 홀에 공동의 직사각형 형상의 일체형 자성체 코어(hollow-rectangular integral-type magnetic core)의 한쪽 면을 삽입하는 것을 특징으로 한다. 보빈의 플랜지 높이는 상부 방향에서 L2로 설정되고, 반면에 하부 방향에서 L1(L1＞L2)으로 설정된다. 즉, 플랜지의 높이는 플랜지의 외주 방향을 따라 다양하게 설정된다.

Description

공통-모드 노이즈 및 정상-모드 노이즈를 제거하는 초크 코일
본 발명은 일반적으로 초크 코일(choke coil)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전자 기기내에 발생하거나 침입하는 노이즈를 제거하기 위한 용도로 사용되는 초크 코일에 관한 것이다.
통상적으로, 공통-모드 초크 코일(common-mode choke coil)은 그것의 정상 모드(normal mode), 즉, 차동 모드(differential mode)가 갖는 누설 인덕턴스(inductance)가 경미하므로, 정상-모드 노이즈뿐만 아니라 공통-모드 노이즈를 제거하는데도 효과적이다. 그러나, 정상-모드 노이즈가 너무 심할 경우에는, 정상-모드 초크 코일로만 이런 노이즈를 줄이는데 사용하였다.
게다가, 공통-모드 초크 코일에 사용되는 보빈(bobbin)의 재료로 자기 분말-혼입 수지(magnetic-powder-mixed resin)를 사용함으로써, 공통-모드 인덕턴스를 증가시킬 수 있다는 것이 공지되어 있다. 이 경우에, 보빈을 구성하는 플랜지(flange)의 높이는 플랜지의 중앙부에서 외주면까지의 방사 방향으로 일정하며, 플랜지의 노출면을 따라 존재하는 한 권선(winding)의 한쪽 말단과 다른 권선의 한쪽 말단과의 사이의 거리가 최소가 되기 위해 필요한 최소치로 설정된다.
그러나, 보빈의 재료로 자기 분말-혼입 수지만을 사용하면, 발전용 정상-모드 자속(generated normal-mode magnetic flux)은 공기 중에 불량하게 발산되어, 큰 정상-모드 인덕턴스 성분을 얻을 수 없게 된다.
상기한 초크 코일 이외에, 공통-모드 노이즈 및 정상-모드 노이즈 둘다를 효율적으로 제거하기 위해, 일본 공개 번호 7-106140호에 기재된 공통-모드 초크 코일이 제안되었다. 그러나, 이 공통-모드 초크 코일은, 정상-모드 자속이 순환하는 자로(magnetic path)에 리드 부재(lid member)를 사용할 수 있도록 구성된다. 이것이 부품 수를 증가시켜, 조립 작업을 보다 복잡하게 하는 요인이 된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 부품 수를 최소로 하며, 공통-모드 노이즈 및 정상-모드 노이즈 둘다를 효과적으로 제거하는 초크 코일을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 초크 코일은, (a)한 쌍의 권선; (b)상기한 한 쌍의 권선이 감겨져 있는 관상의 로드와 상기한 관상의 로드로부터 연장되어 설치된 플랜지를 구비하며, 상기한 각 플랜지의 관상의 로드에서 플랜지의 외주면까지의 높이가 방사 방향으로 다른 자성체 보빈; 및 (c)상기한 관상의 로드에 형성된 홀에 한쪽 면이 삽입되며, 폐자로(closed magnetic path)를 형성하는 자성체 코어(magnetic core)를 구비하고 있다.
여기에 사용된 "플랜지의 높이"는 플랜지의 관상의 로드면에서부터 외주면까지의 치수를 가리킨다. 모든 플랜지의 형상은 대체적으로 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. 여기에 사용된 "관상(cylindrical"이란 말은 평면 상의 원이 아니라, 그것의 수학적인 정의대로, 고정 직선을 평행 이동시켜 얻은 직선과 직선 커브들을포함한 평면 커브와의 교점에 의해 형성된 면을 의미한다.
상기한 각 플랜지의 높이는 평면에서 네 직교 방향 중, 세 직교 방향에서 동일하며, 네 번째 방향에서 다르게 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기한 네 번째 방향에서의 높이는 상기한 나머지 세 방향에서의 높이보다 높게 설정될 수 있고, 바람직하게는, 상기한 네 번째 방향에서의 높이는 상기한 나머지 세 방향에서의 높이의 대략 두 배가 되거나 또는 더 낮게 할 수 있다. 바람직하게는, 상기한 네 번째 방향에서의 높이는 상기한 나머지 세 방향에서의 높이의 1/2배가 되도록 할 수 있다.
이러한 구성을 가지는 초크 코일에 있어서, 한 쌍의 권선에 공통-모드 노이즈 전류가 흐를 때, 각각의 권선내에 자속이 발생한다. 이 자속은 상호 결합되어 자성체 코어에 형성된 폐자로(closed magnetic path)에서 순환하는 동안, 와류(eddy current)를 감소시키는 형태인 열 에너지로 변환된다. 따라서, 자속은 점차적으로 감쇠된다. 그 결과, 공통-모드 노이즈 전류를 줄일 수 있다.
한편, 한 쌍의 권선에 정상-모드 노이즈 전류가 흐를 때, 권선들 내에 자속이 발생한다. 이 자속이, 자성체 보빈 및 보빈과 플랜지의 선단부와의 사이의 공간에 형성된 폐자로에서 순환하는 동안, 와류를 감소시키는 형태인 열 에너지로 변환되어, 감쇠된다. 따라서, 정상-모드 노이즈 전류는 저하된다.
도 1은 본 발명의 구현예에 따른 초크 코일을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절단하여 도시한 종단면도이다.
도 3은 도 1의 선 Ⅲ-Ⅲ을 따라 절단하여 도시한 종단면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 초크 코일의 전기 등가 회로도(electrical equivalent circuit diagram)를 설명하는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 도 1에 도시한 초크 코일이 공통-모드 노이즈의 제거 작용을 설명한 도면으로, 도 5a는 자기 회로도(magnetic circuit diagram)이며 도 5b는 전자 회로도(electrical circuit diagram)이다.
도 6a 및 도 6b는 도 1에 도시한 초크 코일의 정상-모드 노이즈의 제거 작용을 설명한 도면으로, 도 6a는 자기 회로도이며 도 6b는 전자 회로도이다.
도 7a 및 도 7b는 정상-모드 자속(magnetic flux)이 발생하는 상태를 도시한도면으로, 도 7a는 본 발명의 구현예에 따른 초크 코일의 자속 분포도이며 도 7b는 종래의 초크 코일의 자속 분포도이다.
도 8은 본 발명의 상술한 구현예를 변형하여 얻은 초크 코일의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 초크 코일 24,25,26 : 플랜지
2 : 자성체 보빈 29 : 홀
3 : 자성체 코어 3a : 자성체 코어의 한쪽 면
5,6 : 권선 L1,L2 : 플랜지의 높이
23 : 관상의 로드
첨부한 도면들을 참조로 하여, 본 발명의 구현예에 따른 초크 코일에 대하여 후술한다.
도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 초크 코일 1은 분할형 보빈(split-type bobbin) 2, 일체형 자성체 코어(integral-type magnetic core) 3 및 한 쌍의 권선(winding) 5, 6으로 구성된다. 분할형 보빈 2는 보빈 2의 축에 평행한 방향으로 분할된 제 1 보빈 부재(bobbin member) 21과 제 2 보빈 부재 22를 구비한다. 제 1 보빈 부재 21은 횡단면에 장방형 홈(rectangular groove)을 구비한 제 1 로드형 부분 23a 및 장방형의 판상 플랜지부 24a, 25a, 26a를 구비하며, 상기한 외플랜지부 24a와 25a는 제 1 로드형 부분 23a의 양단부에 배치되고, 상기한 중앙 플랜지부 26a는 제 1 로드형 부분 23a의 중앙부에 배치된다.
유사하게, 제 2 보빈 부재 22는 횡단면에 장방형 홈을 구비하는 제 2 로드형 부분 23b 및 세 개의 장방형의 판상 플랜지부 24b, 25b, 26b를 구비하며, 상기한 외플랜지부 24b와 25b는 제 2 로드형 부분 23b의 양단부에 배치되고, 중앙 플랜지부 26b는 제 2 로드형 부분 23b의 중앙부에 배치된다.
보빈 부재 21, 22의 재료로서, 비투자율(relative magnetic permeability)이 1 이상(예를 들면, 2 내지 수십, 즉, 30)인 자성체 재료가 사용된다. 구체적으로, 상기한 형태의 자성체 재료는 Ni-Zn계 또는 Mn-Zn계의 페라이트(ferrite) 분말과 수지 바인더(resin binder)를 혼합한 혼합물; 절연재로 피복된 페라이트 또는 비정질 자성체(amorphous) 등과 같은 자성체 재료; 및 절연수지로 삽입 주형(insert-mold)한 페라이트 또는 비정질 자성체를 포함할 수 있다. 공동의 직사각형(hollow-rectangular) 형상으로 형성된 일체형 자성체 코어 3의 재료로, 비투자율이 수천인 자성체 재료를 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로는, 페라이트 또는 비정질 자성체가 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 보빈 부재 21과 22는, 로드형 부분 23a와 23b와의 사이에 있는 자성체 코어 3의 한쪽 면 3a를 죄어, 상호간에 맞물리거나 접착제로 접합시켜 보빈 2를 형성한다. 보빈 부재 21과 22를 접합시킴으로써, 보빈 2는 제 1 로드형 부분 23a와 제 2 로드형 부분 23b로 형성된 관상의 로드 23과, 제 1 플랜지부 24a와 제 2 플랜지부 24b, 25a와 25b 및 26a와 26b로 구성된 각 장방형의 판상 플랜지 24, 25 및 26을 구비하여 구성된다. 본 구현예에 따른 외플랜지 24와 25는 로드 23의 양단부에 배치되며, 중앙 플랜지 26은 로드 23의 중앙부에 제공된다.
모든 플랜지 24, 25 및 26의 형상은 대체적으로 동일하게 형성된다. 구체적으로는, 도 1 및 도 3에서 보는 바와 같이, 중앙 플랜지 26의 높이(로드 23의 표면에서 중앙플랜지 26의 외주면까지의 치수)는, 예를 들어, 상부 방향(로드 23으로부터 멀어진 방향) 및 좌 우 방향(각 플랜지의 평면에서 상부 방향에 수직인 방향)에서의 L2로 설정되고, 하부 방향(상부 방향의 반대 방향)에서 L1(L1＞L2)으로 설정된다. 즉, 플랜지 24 내지 26의 높이 L1과 L2는, 플랜지 24 내지 26의 외주면을 따라 상 하부 방향에 대해 서로 다르다.
치수 L2는 플랜지 26의 노출면을 따라 존재하는 권선 5의 한쪽 말단과 권선 6의 한쪽 말단과의 사이의 거리를 유지하기 위해 필요한 최소 높이로 설정되는데, 구체적으로는, 대략 1.5∼1.6mm이다. 치수 L1은 치수 L2의 대략 2배로 설정하는 것이 바람직하며, 구체적으로는, 대략 3∼4mm이다.
관상의 로드 23에 형성된 홀 29의 횡단면은 장방형이다. 이 형상은 원 등과 같은 다른 형상으로 형성될 수 있다. 각 권선 5, 6은 플랜지 24, 25 및 26과의 사이에서 로드 23의 좌측과 우측 둘레의 각각에 실질적으로 반반씩 단단히 감긴다.
이러한 배치로, 상술한 바와 같이 구성된 초크 코일 1을 얻을 수 있다. 자성체 코어 3으로 둘러싸인 영역에서, 플랜지 24 내지 26의 선단부, 구체적으로는, 제 2 보빈 부재 22의 플랜지부 24b 내지 26b는 권선 5, 6의 외주면에서 약간 돌출되어 있다. 반대로, 자성체 코어 3으로 둘러싸인 영역 외부에, 플랜지 24 내지 26의 하단부, 구체적으로는, 제 1 보빈 부재 21의 플랜지부 24a 내지 26a는 권선 5, 6의 외주면에서 상당히 돌출된 형태를 나타낸다. 도 4는 초크 코일 1의 전기 등가 회로도(electrical equivalent circuit diagam)이다.
도 5a 및 5b를 참조로 하여 초크 코일 1의 공통-모드 노이즈를 제거하는 작용에 대하여 후술한다.
도 5b에서 보는 바와 같이, 초크 코일 1이 전원 30과 전자 기기 등의 부하(load) 31과의 사이에 배치된 두 개의 신호선(signal line)에 전기적으로 접속된다. 전원 30과 그라운드와의 사이에는 제 1 부유 용량(stray capacitance) C1이 발생되며, 부하 31과 그라운드와의 사이에는 제 2 부유 용량 C2가 발생된다. 도 5b에서 보는 바와 같이, 두 개의 신호선 각각에 화살표 방향으로 공통-모드 노이즈 전류 i1, i2가 흐를 때, 도 5a에서 보는 바와 같이, 권선 5, 6에서 두 자속 11, 12는 효율적으로 발생된다. 두 자속 11, 12는 상호 결합되어, 자성체 코어 3에 의해 형성된 폐자로에서 순환하는 동안 점차적으로 감쇠된다. 이것은 자속 11, 12가 와류를 감소시키는 형태인 열 에너지로 변환되기 때문이다. 결과적으로, 공통-모드 노이즈 전류 i1, i2가 저하된다.
도 6a 및 6b를 참조로 하여 초크 코일 1의 정상-모드 노이즈를 제거하는 작용에 대하여 후술한다.
도 6b에서 보는 바와 같이, 정상-모드 노이즈 전류 i3가 두 개의 신호선에서 화살표 방향으로 흐를 때, 도 6a에서 보는 바와 같이, 권선 5, 6에서 두 정상-모드 자속 13, 14는 효율적으로 발생된다. 두 자속 13, 14는 자성체 보빈 2 및 보빈 2와 세 개의 플랜지 24 내지 26의 선단부의 말단과의 사이에 형성된 공간에서 자로가 순환하는 동안, 와류를 감소시키는 형태인 열 에너지로 변환되어, 점차적으로 감쇠된다. 따라서, 정상-모드 노이즈 전류 i3는 저하된다. 이 초크 코일 1에는 정상-모드 자속 13, 14가 순환하는 자로에 리드 부재(lid member)를 사용할 필요가 없으므로, 부품 수를 줄여, 조립 작업을 간략화시킬 수 있다.
도 7a 및 7b를 참조로 하여 정상-모드 자속 13, 14를 발생시키는 상태를 보다 상세히 설명할 것이다. 도 7a 및 7b는 정상-모드 자속을 발생시키는 상태에 대하여, 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션 해석(computer-simulated analyses)을 하여 얻은 결과를 도시한다. 도 7a는 본 구현예의 초크 코일 1의 자속 분포도이며, 도 7b는 플랜지의 높이가, 플랜지의 외주면을 따라 상 하 방향에서 동일하며 플랜지의 노출면을 따라 한 권선의 한쪽 말단과 다른 권선의 한쪽 말단과의 사이의 거리를 확보하기 위해 필요한 최소치를 가지도록 설정된 종래의 초크 코일 41에 자속 분포도이다. 시뮬레이션 해석은, 본 구현예에 따른 초크 코일 1에서 종래의 초크 코일 42에서보다 정상-모드 자속 13, 14가 더 효율적으로 발생됨을 나타낸다. 게다가, 초크 코일 1은 종래의 초크 코일 41의 대략 1.5배의 정상-모드 인덕턴스를 얻는 것으로 판명되었다.
본 발명에 따른 초크 코일은, 상술한 구현예로만 한정되지 않고, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 보빈의 플랜지의 높이가 플랜지의 외주면를 따라 상 하부 방향(또는 다른 방향들)과의 사이에서 다를 경우에, 보빈의 플랜지는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 8에서 보는 바와 같이, 플랜지의 높이는 상부 방향에서 L2로 결정되며, 반면에 하부 방향 및 좌 우 방향에서 L1으로 설정될 수 있다.
상기한 구현예에서, 한 쌍의 권선 사이에 끼어있는 분배용 플랜지(partitioning flange)는 각 권선을 개별적으로 감는다. 그러나, 이것으로만 한정되지 않고, 분배용 플랜지를 설치하지 않고도, 한 쌍의 권선을 보빈의 로드 둘레에 두줄로 감을 수 있다. 게다가, 자성체 코어는 본 구현예에서 공동의 직사각형 형상이지만, 다른 형상, 예를 들어, 두 직사각형이 나란히 배열된 형상 등으로 형성될 수 있다. 본 구현예에서 보빈은 분할형(split type)이지만, 자성체 코어가 분할형, 예를 들어, 두 개의 L-자형 코어, 두 개의 U-자형 코어, U-자형 코어와 I-자형 코어, 두 개의 E-자형 코어 및 E-자형 코어와 I-자형 코어 등의 결합형 코어일 경우에, 보빈은 일체형(integral type)일 수 있다.
그 외에, 상술한 구현예는, 정상-모드 자속이 순환하는 자로에 리드 부재를 사용하지 않았다. 그러나, 리드 부재와 보빈과의 사이에 정상-모드 자로가 형성된 경우에는, 플랜지들의 외주면들 사이에 리드 부재를 배치시킬 수 있다.
상술한 설명으로 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 하기와 같은 이점을 제공한다. 플랜지의 높이가 플랜지의 외주면들을 따라 상 하 방향과의 사이에서 다양하게 변하므로, 정상-모드 자속을 효율적으로 발생시킬 수 있다. 따라서, 공통-모드 노이즈 및 정상-모드 노이즈 둘다를 효과적으로 제거할 수 있는 초크 코일을 얻을 수 있다. 게다가, 이 초크 코일은 정상-모드 자속을 순환하는 자로에서 리드 부재를 제거할 수 있으므로, 부품 수를 줄이고 조립 작업을 간략화시키는 이점이 있다.
본 발명을 특정한 구현예에 대해서만 기술하였지만, 본 발명은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서, 다양하게 변화, 변형되어 구성될 수 있다.

Claims (15)

  1. 초크 코일(choke coil)에 있어서,
    한 쌍의 권선(windings);
    상기한 한 쌍의 권선이 감겨져 있는 관상의 로드(cylindrical rod)와 상기한 관상의 로드로부터 연장되어 설치된 플랜지(flange)를 구비하며, 상기한 각 플랜지의 관상의 로드에서 플랜지의 외주면까지의 높이가 방사 방향으로 다른 자성체 보빈(magnetic bobbin); 및
    상기한 관상의 로드에 형성된 홀에 한쪽 면이 삽입되며, 폐자로(closed magnetic path)를 형성하는 자성체 코어(magnetic core)
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 초크 코일.
  2. 제 1항에 있어서, 상기한 각 플랜지의 형상이 대체적으로 동일함을 특징으로 하는 초크 코일.
  3. 제 1항에 있어서, 상기한 각 플랜지의 높이가 평면에서 네 직교 방향 중, 세 직교 방향에서 동일하며, 상기한 네 번째 방향에서 다른 것을 특징으로 하는 초크 코일.
  4. 제 3항에 있어서, 상기한 네 번째 방향에서의 높이가 상기한 나머지 세 방향에서의 높이보다 큰 것을 특징으로 하는 초크 코일.
  5. 제 3항에 있어서, 상기한 네 번째 방향에서의 높이가 상기한 나머지 세 방향에서의 높이의 대략 두 배임을 특징으로 하는 초크 코일.
  6. 제 3항에 있어서, 상기한 네 번째 방향에서의 높이가 상기한 나머지 세 방향에서의 높이보다 작은 것을 특징으로 하는 초크 코일.
  7. 제 3항에 있어서, 상기한 네 번째 방향에서의 높이가 상기한 나머지 세 방향에서의 높이의 1/2배임을 특징으로 하는 초크 코일.
  8. 제 1항에 있어서, 상기한 자성체 보빈이 분할형 보빈이며, 상기한 자성체 코어가 일체형 자성체 코어임을 특징으로 하는 초크 코일.
  9. 제 1항에 있어서, 상기한 자성체 보빈이 일체형 보빈이며, 상기한 자성체 코어는 두 개의 L-자형 코어, 두 개의 U-자형 코어, U-자형 코어와 I-자형 코어, 두 개의 E-자형 코어 및 E-자형 코어와 I-자형 코어로 이루어진 군에서 선택된 결합형 코어임을 특징으로 하는 초크 코일.
  10. 제 1항에 있어서, 상기한 플랜지가 상기한 관상의 로드의 양단부에 배치되는 두 개의 외플랜지와 상기한 관상의 로드의 중앙부에 배치되는 중앙 플랜지로 구성된 세 개의 장방형의 판상 플랜지를 포함함을 특징으로 하는 초크 코일.
  11. 제 1항에 있어서, 상기한 플랜지가 상기한 관상의 로드의 양단부에 배치되는 두 개의 외플랜지를 포함하며, 상기한 한 쌍의 권선이 두 줄로 감기는 한 쌍의 권선임을 특징으로 하는 초크 코일.
  12. 제 1항에 있어서, 상기한 자성체 보빈은, 비투자율(relative magnetic permeability)이 1∼수십의 범위에 있는 재료를 포함함을 특징으로 하는 초크 코일.
  13. 제 1항에 있어서, 상기한 자성체 보빈은, Ni-Zn계 또는 Mn-Zn계의 페라이트(ferrite) 분말과 수지 바인더(resin binder); 절연재로 피복된 페라이트 또는 비정질 자성체(amorphous); 및 절연수지 중에 삽입 주형(insert-mold)된 페라이트 또는 비정질 자성체로 이루어진 군에서 선택된 재료를 포함함을 특징으로 하는 초크 코일.
  14. 제 1항에 있어서, 상기한 자성체 코어는, 비투자율이 수천인 자성체 재료를 포함함을 특징으로 하는 초크 코일.
  15. 제 1항에 있어서, 상기한 자성체 코어는 페라이트나 비정질 자성체로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함하는 자성체 재료를 포함함을 특징으로 하는 초크 코일.
KR1019970023764A 1996-06-10 1997-06-10 공통-모드 노이즈 및 정상-모드 노이즈를 제거하는 초크 코일 KR100232754B1 (ko)

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