KR100424272B1 - 자기 감지용 인덕터 및 그 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자계 변화에 따른 인덕턴스의 변화를 감지하는 자기 감지용 인덕터 및 그 제작 방법이다. 본 발명에 따른 자기 감지용 인덕터는 보빈, 자성체 코어 및 권선으로 구성되며, 상기 보빈은 권선이 형성되는 원통부와, 상기 원통부 양측에 형성된 플랜지와, 상기 원통부의 표면에 길이 방향으로 형성된 소정 크기의 홈을 포함하고, 상기 자성체 코어는 상기 홈 내에 삽입되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 자성체 코어가 보빈의 원통부의 측면에서 그 중심축 방향으로 삽입되기 때문에, 자성체 코어에 가해지는 응력이 최소화되어 자성체 코어의 특성 열화를 상당량 저감시킬 수 있다.

Description

자기 감지용 인덕터 및 그 제작 방법 {AN INDUCTOR FOR SENSING MAGNETIC FIELD AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 미소한 자기의 변화를 감지할 수 있는 인덕터 및 그 제작 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자성체, 보빈 및 권선으로 구성되어 상기 자성체에 투과되는 자계 변화에 따른 인덕턴스(inductance)의 변화를 감지하는 자기 감지용 인덕터 및 그 제작 방법에 관한 것이다.

미소한 자기 변화를 감지할 수 있는 인덕터의 구조는 이미 여러 가지 형태로 공지되어 있다. 종래의 자기 감지용 인덕터의 구조를 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 자기 감지용 인덕터의 보빈(bobbin) 구조를 개략적으로 도시한 정면도 및 측면도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 상기 보빈(10)은 권선이 형성되는 원통부(12)와 이 원통부 양측에 형성된 계단형 플랜지(14)로 구성된다.

상기 양측 플랜지(14)는 두께가 두꺼운 하부와 두께가 얇은 상부로 이루어져 'L'자 형상을 나타내며, 상기 하부의 상면에는 금속 핀(13)이 상향 연장되어 있다.

또한, 상기 양측 플랜지(14) 밑면에는 접촉 단자(15)가 형성되어 있다. 상기 접촉 단자(15)와 상기 금속 핀(13)은 도 1a의 플랜지부(14)에 점선으로 표시된 구조와 같이 상호 연결되어 있다.

상기 금속 핀(13)은 상기 보빈의 원통부(12)에 형성되는 권선과 연결되는 단자 역할을 하고, 상기 접촉 단자(15)는 인덕터가 전자 장치의 인쇄 회로 기판(PCB) 상에 실장되는 경우 인덕터와 PCB를 전기적으로 접속시키는 역할을 한다.

또한, 도 1a의 원통부에 표시된 점선 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 보빈에는 상기 원통부(12) 및 양측 플랜지(14)를 관통하는 원형 구멍(16)이 형성되어 있다. 상기 원형 구멍으로 자성체 코어가 삽입된다.

참고로, 도 1b의 경우 상기 원형 구멍(16)의 구조를 보다 명확히 하기 위하여 금속 핀(13)의 도시를 생략하였다.

도 1c는 종래의 자기 감지용 인덕터에서 자성체 코어가 삽입되는 방식을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1c를 참조하면, 자성체 코어(17)는 보빈의 원통부(12) 및 플랜지(14)를 관통하는 원형 구멍(16)에 삽입된 후 고정된다.

그러나, 위와 같은 방식으로 자성체 코어를 삽입하는 경우에는 다음과 같은 문제점이 발생한다.

상기 자성체 코어(16)는 통상적으로 고투자율을 갖는 비정질 금속이다. 이 비정질 금속은 내부 결정을 갖지 않는 비결정성 원자 배열을 갖지만, 외부로부터 열 또는 힘이 가해지는 경우 원자 배열의 결정화가 유도되어 투자율이 열화되는 특성이 있다.

종래의 방식과 같이, 자성체 코어를 보빈의 원형 구멍에 삽입하여 고정하는 경우, 그 삽입 과정에서 보빈과 자성체 코어간에 상호 응력이 가해져서, 상기 자성체 코어의 투자율이 열화된다. 이와 같이, 자성체 코어의 투자율이 열화되는 경우 미소한 자계 변화를 감지하는 인덕터의 성능 역시 저하되는 문제점이 발생한다.

또한, 종래의 인덕터 제작시, 보빈의 원통부에 형성되는 권선(미도시)과 금속 핀(23)을 접속함에 있어서, 솔더 디핑(solder dipping) 방식을 채용하는 것이 일반적이다.

그러나, 이러한 솔더 디핑 작업시 300℃ 내지 350℃의 열이 1초 내지 2초간발생하며, 이러한 열은 권선을 통하여 자성체 코어(17)로 전달된다. 통상적으로, 상기 자성체 코어(17)는 비정질 금속이기 때문에, 200℃ 내지 300℃의 온도에서 특성이 열화되기 시작한다.

따라서, 종래와 같이, 권선과 금속핀을 솔더 디핑 방식을 이용하여 접속하는 경우 자성체 코어의 특성이 열화되어 인덕터의 성능 역시 저하되는 문제점이 발생한다.

자기 감지용 인덕터의 경우 미소한 자기 변화의 감지 능력에 따라 그 제품의 품질이 결정된다 할 것이므로, 자성체 코어의 특성을 저하시키는 상기 요인들을 제거할 수 있는 기술의 도입이 시급하다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 자성체 코어를 보빈 내에 삽입함에 있어 자성체 코어에 부가되는 응력을 최소할 수 있는 구조를 갖는 자기 감지용 인덕터 및 그 제작 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 보빈 내에 삽입되는 자성체 코어를 탄성율이 낮고 화학적으로 안정된 재료를 이용하여 고정함으로써, 자성체 코어의 특성 열화를 최소화할 수 있는 자기 감지용 인덕터 및 그 제작 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 인덕터의 권선과 금속 핀을 접속시킴에 있어서 열 확산이 적은 방식을 채용함으로써 자성체 코어의 특성 열화를 방지하는 것을 목적으로 한다.

전술한 본 발명의 목적 및 장점 이외에 다른 목적 및 장점은 이하의 상세한설명 및 첨부 도면을 통하여 명백해 질 것이다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 자기 감지용 인덕터의 보빈(bobbin) 구조를 개략적으로 도시한 정면도 및 측면도.

도 1c는 도 1c는 종래의 자기 감지용 인덕터에서 자성체 코어가 삽입되는 방식을 개략적으로 나타낸 도면.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기 감지용 인덕터의 보빈 구조를 개략적으로 도시한 정면도 및 측면도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 자기 감지용 인덕터에서 코어가 삽입되는 방식을 개략적으로 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기 감지용 인덕터의 제작 공정을 개략적으로 도시한 흐름도.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인덕터 제작 공정에 있어서, 자성체 코어를 보빈 내로 삽입하는 단계를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기 감지용 인덕터 제작 공정에 있어서, 보빈 내에 삽입된 자성체를 고정하는 단계를 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인덕터 제작 공정에 있어서, 금속핀을 절단하는 단계를 나타내는 도면.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인덕터 제작 공정에 있어서, 금속 핀이 절단된 형상을 나타내는 도면.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인덕터 제작 공정에 있어서, 보빈에 권선을 형성하는 단계를 나타낸 도면.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인덕터 제작 공정에 있어서, 금속 핀을 마이크로 아크 용접하는 단계를 나타낸 도면.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 보빈

22 : 원통부

23 : 금속 핀

24 : 플랜지

25 : 접촉 단자

26a, 26b : 홈

27 : 자성체 코어

본 발명의 제1 특징에 따른 자기 감지용 인덕터는 보빈, 자성체 코어 및 권선으로 구성되며, 상기 보빈은 권선이 형성되는 원통부와, 상기 원통부 양측에 형성된 플랜지와, 상기 원통부의 표면에 길이 방향으로 형성된 소정 크기의 홈을 포함하고, 상기 자성체 코어는 상기 홈 내에 삽입되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 특징에 따른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 자성체 코어는 비정질 금속이다.

상기 특징에 따른 다른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 보빈의 홈 내에 삽입된 자성체 코어는 탈알콜타입의 실리콘 수지에 의해 고정된다.

본 발명의 제2 특징에 따른 자기 감지용 인덕터 제작 방법은 (a) 자성체 코어를 보빈의 원통부 표면에 길이 방향으로 형성되어 있는 소정 크기의 홈 내로 삽입하는 단계와, (b) 상기 보빈 내에 삽입된 자성체 코어를 소정의 실란트로 고정하는 단계와, (c) 소정의 와이어를 상기 보빈의 원통부에 권선하는 단계와, (d) 상기 보빈의 양측에 형성된 금속 핀과 상기 와이어를 접속시키는 단계를 포함한다.

상기 특징에 따른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 실란트는 탈알콜타입의 실리콘 수지이다.

상기 특징에 따른 다른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계는 보빈 양측의 플랜지에 형성된 금속 핀에 상기 와이어를 권선하는 단계를 더 포함한다.

상기 특징에 따른 다른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 (d) 단계는 상기 금속 핀 및 와이어를 마이크로 아크 용접하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 자성체 코어가 보빈의 원통부의 측면에서 그 중심축 방향으로 삽입되기 때문에, 자성체 코어에 가해지는 응력이 최소화되어 자성체 코어의 특성 열화를 상당량 저감시킬 수 있다.

이제, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기 감지용 인덕터의 보빈 구조를 개략적으로 도시한 정면도 및 측면도이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 보빈(20)은 권선이 형성되는 원통부(22)와 이 원통부 양측단에 형성된 계단형 플랜지(24)로 구성된다.

상기 원통부(22)의 표면에는, 도 2a의 원통부(22)에 표시되어 있는 점선과 도 2b의 빗금 영역의 형상을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 그 길이 방향으로 소정 크기의 홈(26a)이 형성되어 있다.

상기 양측 플랜지(24)는 두께가 두꺼운 하부와 두께가 얇은 상부로 이루어져 'L'자 형상을 나타내며, 상기 상부의 중간부에는 홈(26b)이 형성되어 있다.

또한, 상기 양측 플랜지(24)의 하부 상면에는 금속 핀(23)이 상향 연장되어 있으며, 상기 양측 플랜지(24)의 밑면에는 접촉 단자(25)가 형성되어 있다. 도 2a의 양측 플랜지(24)에 점선으로 표시된 바와 같이, 상기 접촉 단자(25)와 상기 금속 핀(23)은 상호 연결되어 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 자기 감지용 인덕터에서 코어가 삽입되는 방식을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 자성체 코어(27)는 상기 보빈(20)의 원통부(22)에 형성된 홈(26a)내로 삽입된다. 즉, 자성체 코어(27)는 원통부(22)의 어느 일측단에서 타측단 방향으로 삽입되지 않고, 상기 원통부(22)의 측면에서 그 중심축 방향으로 삽입된다. 본 실시예에서 상기 자성체 코어(27)는 비정질 금속이나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.

이와 같이, 자성체 코어(27)가 원통부의 측면에서 그 중심축 방향으로 삽입되기 때문에, 이 삽입 과정에서 자성체 코어(27)에 인가되는 응력이 저감되고, 이로써 상기 자성체 코어의 특성 열화를 막을 수 있게 된다.

이제, 도 4 내지 도 10을 참조하여 전술한 구조를 갖는 보빈을 이용하여 자기 감지용 인덕터를 제작하는 방법에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기 감지용 인덕터의 제작 공정을 개략적으로 도시한 흐름도이다.

먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 자기 감지용 인덕터 제작 공정은 자성체 코어(27)를 보빈(20)의 원통부에 형성된 홈(26a) 내로 삽입하는 단계(S 10)와, 보빈 내에 삽입된 자성체 코어를 실리콘 수지를 이용하여 고정하는 단계(S 12)와, 보빈의 플랜지부에 형성된 금속 핀(23)을 절단하는 단계(S 14)와, 상기 보빈의 원통부(22)에 소정의 와이어를 감는 권선 단계(S 16)와, 상기 보빈의 금속 핀(23)과 권선의 와이어를 접속하는 단계(S 18)와, 전술 단계들로부터 형성된 인덕터를 패키징하는 단계(S 20)를 포함한다.

이하, 도 5 내지 도 10을 참조하여 전술한 각 단계를 보다 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인덕터 제작 공정에 있어서, 자성체 코어를 보빈 내로 삽입하는 단계(S 10)를 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한 구조를 갖는 보빈(24) 위에 자성체 코어(27)가 위에서 아래로 삽입된다. 본 실시예에서는 자성체 코어(27)가 위에서 아래로 삽입되는 방식으로 취하고 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 원통부(22)의 측면에서 원통부(22)의 중심축 방향으로 삽입되면 족하다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기 감지용 인덕터 제작 공정에 있어서, 보빈 내에 삽입된 자성체를 고정하는 단계(S 12)를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 자성체 코어(27)가 삽입된 보빈의 홈(26a)에 실란트(sealant)를 떨어뜨린다.

상기 실란트(30)는 탄성율이 낮고 비정질 금속인 자성체 코어(27)에 화학적 영향이 적은 실리콘 수지인 것이 바람직하다.

상기 자성체 코어(27)는 고투자율을 갖는 비정질 금속으로서 Fe, Si 등의 원소를 혼합한 후 급속히 냉각하여 제작된다. 그러나, 상기 Fe, Si 등의 원소들은 산화력이 높기 때문에, 자성체 코어는 상기 원소들의 산화 환원 작용에 의하여 그 특성이 열화되기 쉽다. 따라서, 상기 실란트는 산화 환원 반응성이 적은 탈알콜타입의 실리콘 수지를 채용하는 것이 더욱 바람직하다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인덕터 제작 공정에 있어서, 금속핀을 절단하는 단계(S 14)를 나타내는 도면이며, 상기 도 8은 금속 핀이 절단된 형상을 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 보빈은 프레스(32)의 상부 및 하부에 의해 맞물려 고정된 후, 프레스 상부의 날개(32a)가 금속 핀(23)을 아래 방향으로 누르고, 프레스 하부의 날개(32b)가 금속 핀(23)을 윗방향으로 누름으로서, 상기 금속 핀(23)이 절단된다.

상기 절단 작업 결과, 금속 핀(23)은 도 8에 도시된 바와 같이, 상방향 약 45도로 연장된 형상을 나타낸다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인덕터 제작 공정에 있어서, 보빈에 권선을 형성하는 단계를 나타낸 도면이다.

도 9를 참조하면, 보빈의 좌측 플랜지(24)는 자동 권선 샤프트(34)에 고정된다. 다음, 우측 플랜지(24)의 금속 핀(23)에 와이어(36)를 감은 후, 도 9에 도시된 것과 같이 와이어를 시작선에 맞춘다. 다음, 상기 자동 권선 샤프트(34)가 반시계 방향으로 회전하여 권선 작업을 수행한다. 상기 와이어가 보빈의 원통부(22) 좌측단까지 감겨지면, 상기 자동 권선 샤프트(34)의 회전을 중지시킨 후, 와이어를 좌측 플랜지(24)의 금속 핀(23)에 감아 고정시킨 후, 상기 와이어를 절단한다.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인덕터 제작 공정에 있어서, 금속 핀을 마이크로 아크 용접하는 단계를 나타낸 도면이다.

먼저, 용접 단계 이전에 보빈의 양측 플랜지(24)에 상방향 약45도로 연장되어 있는 금속 핀(23)을 반듯하게 세워 플랜지(24) 하부의 상면에 직각이 되도록 한다.

다음, 용접봉(38)을 이용하여 권선의 와이어가 감겨져 있는 양측 플랜지(24)의 금속 핀(23)을 마이크로 아크 용접(micro-Arc welding)한다. 상기 용접 단계는 보빈의 원통부(22)에 형성된 권선의 와이어와 양측 플랜지의 금속 핀(23)을 상호 접속시키는 작업이다.

이와 같이, 인덕터용 권선의 와이어(36)와 금속핀(23)의 접속 방법으로 마이크로 아크 용접을 채용하는 경우, 순간적으로 고온이 방열되지만 그 시간은 5-10 mS로서 극히 짧게 된다. 따라서, 상기 마이크로 용접 과정에 발생하는 열이 권선 및 자성체 코어로 확산되어 비정질 금속인 자성체 코어의 특성이 열화되는 것을 막을 수 있다.

다음, 상기 용접 단계가 완료된 후에는 상기 인덕터는 패키징 단계를 거쳐서 완성품으로 제작된다.

본 발명에 따르면, 자성체 코어가 보빈의 원통부의 측면에서 그 중심축 방향으로 삽입되기 때문에, 자성체 코어에 가해지는 응력이 최소화되어 자성체 코어의 특성 열화를 상당량 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 보빈 내에 자성체 코어가 삽입될 수 있는 구멍을 형성할 필요없이 단지 장축 방향의 홈을 형성하면 족하므로, 보빈의 제작이 보다 용이해지고 금형의 정도(精度)를 높이는 한편, 제품의 불량률을 줄일 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 보빈 내에 삽입된 자성체 코어가 탄성률이 낮고 화학적으로 안정된 탈알콜타입의 실리콘 수지에 의해 고정되기 때문에, 자성체 코어에 가해지는 응력을 감소시키고, 외부의 환경 변화에 영향없이 장시간 자성체 코어의 자기 특성을 유지할 수 있게 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 권선의 와이어와 금속 핀의 접속이 솔더 디핑(solder dipping) 방식이 아닌 마이크로 아크 용접을 통해 이루어지기 때문에, 발열 시간이 매우 짧아 자성체 코어에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.

이상으로, 본 발명을 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으나, 이 분야의 당업자라면 본 발명이 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한도에서 변경될 수 있음을 이해할 것이다. 즉, 본 발명은 첨부된 청구 범위 내에서 변경 가능하므로, 전술한 예시적인 실시예로 제한되는 것으로 간주되어서는 안 된다.

Claims (7)

1. 보빈, 자성체 코어 및 권선으로 구성되는 자기 감지용 인덕터에 있어서,

   상기 보빈은 권선이 형성되는 원통부와, 상기 원통부 양측에 형성된 플랜지와, 상기 원통부의 표면에 길이 방향으로 형성된 소정 크기의 홈을 포함하고,

   상기 자성체 코어는 상기 홈 내에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 감지용 인덕터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 자성체 코어는 비정질 금속인 것을 특징으로 하는 자기 감지용 인덕터.
3. 제1항에 있어서,

   상기 보빈의 홈 내에 삽입된 자성체 코어는 탈알콜타입의 실리콘 수지에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 자기 감지용 인덕터.
4. 자기 감지용 인덕터를 제작하는 방법에 있어서,

   (a) 자성체 코어를 보빈의 원통부 표면에 길이 방향으로 형성되어 있는 소정 크기의 홈 내로 삽입하는 단계와,

   (b) 상기 보빈 내에 삽입된 자성체 코어를 소정의 실란트로 고정하는 단계와,

   (c) 소정의 와이어를 상기 보빈의 원통부에 권선하는 단계와,

   (d) 상기 보빈의 양측에 형성된 금속 핀과 상기 와이어를 접속시키는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 감지용 인덕터 제작 방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 실란트는 탈 알콜타입의 실리콘 수지인 것을 특징으로 하는 자기 감지용 인덕터 제작 방법.
6. 제4항에 있어서,

   상기 (c) 단계는 보빈 양측의 플랜지에 형성된 금속 핀에 상기 와이어를 권선하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 감지용 인덕터 제작 방법.
7. 제4항 내지 6항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 (d) 단계는 상기 금속 핀 및 와이어를 마이크로 아크 용접(micro-Arc welding)하는 것을 특징으로 하는 자기 감지용 인덕터 제작 방법.