KR100808448B1

KR100808448B1 - 마그네틱 코어 권취 방법, 장치 및 그로부터 제조되는 제품

Info

Publication number: KR100808448B1
Application number: KR1020067005230A
Authority: KR
Inventors: 매튜 스위니; 죤 메데마; 마이클 뢰버트
Original assignee: 액타운 엘렉트로코일, 아이엔씨.
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2008-03-03
Also published as: TWI295808B; JP2007508718A; CN1868010A; KR20060057013A; TW200516613A; CA2537245A1; US7154368B2; US20050218257A1; EP1673788A4; WO2005039255A3; JP4519138B2; WO2005039255A2; HK1099408A1; CN1868010B; EP1673788A2; US7159816B2; US7124977B2; IL174550A0; US20050082932A1; US20050247815A1

Abstract

본 발명은 마그네틱 코어 둘레(200)에 와이어(150)를 권취하는 것에 관한 것이다. 본 발명은 와이어(150)가 마그네틱 코어(200) 둘레에 더욱 조밀하게 권취되도록 하기 위해 마그네틱 코어(200)의 내측 코너(158)들에 정렬하는 와이어상에 코너를 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명은 와이어(150)가 코어 둘레에 권취되어 마그네틱 코어(200) 둘레에 더 많은 와이어(150) 권선을 제공할 때 마그네틱 코어(200)의 내측 직경에 위치된 와이어 부분을 조이는 단계를 또한 포함한다. 본 발명에 따라 제조된 마그네틱 인덕터는 높은 인덕턴스, 낮은 발열, 작은 크기를 가질 수 있고, 종래 기술보다 더 적은 EMI 노이즈를 나타낼 수 있다.

마그네틱 코어, 인덕터, 권취, 셔틀

Description

마그네틱 코어 권취 방법, 장치 및 그로부터 제조되는 제품{MAGNETIC CORE WINDING METHOD, APPARATUS, AND PRODUCT PRODUCED THEREFROM}

[1] 본 발명은 마그네틱 코어상에 와이어를 권취(winding)하는 것과 마그네틱 코어 둘레에 와이어를 권취하기 위해 사용되는 장치에 관한 것이며, 마그네틱 코어에 와이어를 권취하는 것으로부터 제조되는 트랜스포머 및 인덕터에 관한 것이다.

[2] 토로이드 권취기(toroidal winder)에 한정되지 아니하는, 마그네틱 코어 권취기(magnetic core winder)의 종래 미국 특허들은 미국특허 제5,331,729호와, 미국특허 제4,379,527호와, 미국특허 제4,872,618호와, 미국특허 제6,557,793호와, 미국특허 제4,288,041호와, 미국특허 제5,875,988호를 포함한다. 일반적으로, 도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이, 종래 기술은 인덕터를 생성하기 위하여 마그네틱 코어(이하 "코어")상에 마그네틱 와이어를 권취하는 원리를 설명한다. 종래 기술은 풀아웃(pullout) 또는 개폐형 링 개구들(12, 22)를 가지는 공급 링(10) 및 권취 링(20)을 사용하여 코어(30)로 하여금 코어(30)의 중심 구멍을 관통하는 링들(10, 20)에 배열될 수 있도록 한다. 종래 기술에서 개구들(12, 22)은 수작업으로 개방되고 링들의 중심 축(25)에 직각으로 마그네틱 코어(30)의 중심 축(34)을 가진 상태 에서, 각각의 링이 코어의 중심 구멍(32)을 관통하기 위하여 코어(30)는 개구들에 관통된다.

[3] 공급 링(10)은 그 원주 주변에 U-자형 홈(14)을 가진다. 와이어(40)가 홈(14) 안에 권취되도록 하기 위하여, 와이어(40)의 말단은 공급 링(10)에 수작업으로 부착된다. 권취 링(20)은 사실상 공급 링(10)과 동일한 직경을 가진 상태로, 동심축상에 정렬된다. 권취 링(20)은 공급 링(10)으로부터 인출되는 와이어(40)를 통과시키는 와이어 가이드(24) 및 와이어(40)를 가이드 하기 위한 가이드 롤러(26)를 가진다.

[4] 실제적인 권취 작업에서, 코어(30)는 개구들(12, 22)을 매개로 링들(10, 20)상에 우선 수작업으로 삽입되어 도 2 에 도시된 바와 같이 위치된다. 그런 다음 와이어(40)의 말단은 공급 링(10)에 부착되고 공급 링(10)은 그 중심축 둘레로 회전되어 홈(14) 안에 요구되는 양의 와이어(40)를 권취한다. 와이어의 손실 말단(trailing end)을 절단한 후, 절단부는 와이어 가이드(24)에 관통되어 가이드 롤러(26)에 감기게 되고, 링 사이로부터 바깥으로 방사상으로 인출되어 코어(30)의 외주상에 구비된 보유수단(retainer means) 또는 이와 유사한 수단(미도시)에 고착된다.

[5] 도 3 에 도시된 바와 같이, 코어(30)가 권취될 때, 공급 링(10) 상에 와이어(40)를 적재하기 위해 사용되었던 것과 대향되게 공급 링(10) 및 권취 링(20)를 회전시키기 위해 드라이브(미도시)가 사용되고, 와이어(40)는 권취 링(20) 상에서 와이어 가이드(24) 및 가이드 롤러(26)를 통해 공급 링(10)으로부터 인출되어 코어(30)에 부착된다. 이러한 상태에서, 공급 링(10) 둘레에 권취된 와이어는 코어(30) 둘레에 요구되는 권선수(turns of number)로 나선형으로(spirally) 권취되고, 공급 링(10) 상에 남은 와이어는 수동으로 제거된다. 최종적으로, 와이어로 권취된 코어, 즉, 인덕터는 제거된다.

[6] 이상적인 단일 레이어 인덕터는 낮은 발열, 높은 인덕턴스 및 작은 크기를 가진다. 또한, 와이어 크기 및 전체 권선 수를 증가시키고, 코어의 크기를 감소시킴으로써, 이러한 더욱 바람직한 특성들이 얻어지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 직사각형 와이어가 (주어진 게이지에 대하여) 둥근 와이어보다 더 작은 폭을 가지고 있기 때문에, 직사각형 와이어는 코어상에서 권선수를 증가시켜 그 결과 인덕턴스를 증가시키기 위해 사용될 수도 있다. 그렇게, 둥근 와이어로부터 직사각형 와이어를 제조 또는 형성하도록 지향된 미국 특허들은, 예를 들어, 미국특허 제6,553,650호와 같은 기술에서 발견된다.

[7] 하지만, 에지 상에 직사각형 와이어를 권취하는 것은 지극히 어렵다. 도 4 를 참조하여, 코어(30)의 코너들(34) 둘레에 와이어(40)가 형성될 때, 와이어는 꼬이고 비스듬하게 놓이는 경향을 가진다. 만일 와이어(40)가 코너의 한 측면상에서 조밀하게 유도된다면, 꼬임은 방지될 수 있으나 코어를 권취함에 있어 와이어를 유도하기 위한 공간이 불충분하게 되는데 이는 와이어가 코어(30)의 내측벽(36)을 감기 때문이다. 경우에 따라서, 직사각형 와이어는 형성되고 그리고 와이어가 코어상에서 미끌어질 수 있도록 하는 피스 컷(piece cut)을 코어는 가진다. 하지만, 피스가 제거되었을 때, 마그네틱 특성들이 감소할 수도 있고 코어의 인덕턴스가 줄어 들 수도 있다.

[8] 따라서, 본 발명의 목적은 낮은 발열, 높은 인덕턴스 및 작은 크기를 가지는 인덕터를 유지하면서 종래 기술과 관련된 문제점들을 극복함에 있다.

[9] 종래 기술의 상기 문제점들의 관점에서, 본 발명의 목적은 종래 기술에 따라 제조되는 인덕터와 비교할 때 낮은 발열, 높은 인덕턴스, 작은 크기를 가지거나 또는 작은 EMI 노이즈를 가지는 인덕터를 제공함에 있다.

[10] 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 와이어로 권취되는 코어를 제공한다. 우선 와이어의 일부가 코어의 정면에 위치된 형상 수단(form tool)의 외측 에지에 감긴다. 형상 수단의 외측 에지는 코어의 내측 직경에 유사하게 형성된다. 일단 와이어의 일부가 형상 수단 둘레에 형성되면, 와이어의 일부는 코어의 내측 형상에 일치하는 형상으로 예비성형(preformed) 될 것이다 따라서, 코어의 그러한 내측 직경 둘레에 조밀한 끼워맞춤(fit)을 제공한다. 형상 수단은 와이어가 코어를 통해 끌어 당겨질 수 있도록 수축될 수 있는데 여기에서 와이어의 예비성형 부분은 코어의 내측 형상에 정렬한다. 코어가 권취되어 인덕터를 형성할 때까지 이러한 공정은 반복될 수 있다. 와이어가 직사각형일 때 이러한 공정은 또한 바람직하다. 와이어가 둥근 실시예에서, 형상 수단 둘레에 일단 형성된 와이어는 평평하게 되거나 또는 조여(pinch)진다. 코어에 권취된 와이어의 조여진 부분은 코어에 더 효율적인 권취를 허용하고 그 결과 인덕터에게 낮은 발열, 높은 인덕턴스 또는 더 작은 크기를 제공한다. 자동 권취 장치 또는 수동 훅 권취 방법을 사용함으로써 공정은 이루어질 수 있다.

[11] 와이어의 제 1 레이어가 마그네틱 코어 둘레에 권취된 후, 복수개의 레이어들은 동일한 공정을 이용함으로써 권취되어 트랜스포머를 형성할 수 있다. 제 2 레이어로 스위칭할 때, 와이어의 제 2 레이어가 제 1 레이어 둘레에 빽빽하게 권취하기 위하여, 형상 수단은 와이어의 제 1 레이어의 내측 형상과 일치하는 외측 형상을 가지는 제 2 형상 수단으로 대체될 수 있다.

[12] 상술된 바와 같이 형성된 와이어를 인덕터에 제공하는 공정은 직사각형 와이어 또는 둥근 와이어로 그리고 수동 훅 권치 공정 또는 자동 권취기에 의해 제조될 수도 있다.

[13] 앞서 언급한 것의 완전한 이해는 첨부된 도면들을 참고하여 이루어질 수 있다

[14] 도 1 은 종래 셔틀의 분해 사시도이다.

[15] 도 2 는 종래 셔틀의 사시도이다.

[16] 도 3 은 종래 권취기를 이용하여 권취하는 동안 셔틀의 회전 방향 및 와이어의 운동을 도시한다.

[17] 도 4 는 종래 권취기의 셔틀의 각각의 회전시 와이어의 공급을 도시한다.

[18] 도 5 는 본 발명에 따른 코어 자동 권취 장치의 주요부를 도시한다.

[19] 도 6 은 180°회전된 도 5 의 코어 자동 권취기이다.

[20] 도 7 은 와이어를 조이는 평평 수단을 가지는 도 5 의 코어 자동 권취 장치를 도시한다.

[21] 도 8 은 수축된 형상 수단을 가지는 도 6 의 코어 자동 권취 장치이다.

[22] 도 9a 는 형상 수단 둘레에 감겨진 와이어를 도시한 코어 및 형상 수단의 단면도이다.

[23] 도 9b 는 수축된 형상 수단을 가지는 도 9a 의 코어의 단면도이다.

[24] 도 10 은 조여진 와이어 및 수축된 형상 수단을 가지는 코어의 단면도이다.

[25] 도 11a 는 인덕터의 측면도이다.

[26] 도 11b 는 도 11a 의 인덕터의 단면도이다.

[27] 도 11c 는 마그네틱 코어에 절반씩 권취된 두개의 상이한 게이지 와이어를 포함하는 트랜스포머의 측면도이다.

[28] 도 12 는 본 발명의 일실시예에 따른 훅 권취 장치의 주요부를 도시한다.

[29] 도 13 은 와이어를 조이는 평평 수단을 도시한 도 12 로부터 훅 권취 장치의 사시도이다.

[30] 도 14 는 평평 수단 및 수축된 형상 수단을 도시한 도 12 로부터 훅 권취 장치의 사시도이다.

[31] 도 15 는 코어 둘레에 조밀하게 당겨진 와이어를 도시한 도 12 로부터 훅 권취 장치의 사시도이다.

[32] 도 16a 는 와이어가 코어 둘레에 나선형으로 권취될 때 직사각형 와이어가 뒤틀어지는 것을 방지하기 위한 형상 수단에 위치된 가이드 수단을 가지는 훅 권취 장치의 사시도이다.

[33] 도 16b 는 목적에 따라 도시된, 형상 수단 테이블로부터 일부 절결된 가이드 툴을 가지는 훅 권취 장치의 사이도이다.

[34] 발명이 다수의 상이한 형태로 실시예들을 허용가능할 때, 도면들로 도시되고 그리고 여기에서 본 발명의 바람직한 실시예로 상세하게 설명될 것이다. 하지만, 본 개시는 발명의 원리를 설명하는 것으로 이해되어야 하고 본 발명의 사상 또는 범위 및/또는 설명된 실시예들의 청구범위들을 한정하는 것으로 의도되는 것은 아니라는 것으로 이해되어야 한다.

[35] 도 5 를 참조하여 본 발명에 따른 마그네틱 코어 자동 권취 장치(100, 권취기)가 설명된다. 본 실시예에서, 권취기(100)는 셔틀(102)로 명명되는 공급 링 및 권취 링을 포함한다. 셔틀 회전 수단(미도시)은, 코어 회전 수단 및 서포트(106)가 마그네틱 코어(200)를 회전시키는 동안에, 셔틀(102)를 구동시킨다. 장치(100)는 회전 수단들(112, 106)을 제어하는 제어 유니트(105)를 더 포함한다.

[36] 마그네틱 코어(200, 이하 "코어")는 전체적으로, 타원(electrical oval) 또는 다른 비원형 코어 형상들에 한정되지 아니하고 토로이달(toroidal) 형상일 수도 있다. 또한, 마그네틱 코어(200)는, 링이 액체 또는 혼성의 액체/고체 내부(soloid interior)를 포함하기 위하여, 고체 링일 수도 있고 고체 링이 아닐 수도 있다.

[37] 셔틀(102)은 와이어(150)를 수용하기 위한 U-자형 권취 홈(미도시) 및 셔틀(102) 외부의 와이어(150)를 가이드하는 셔틀 가이드 롤러(108)를 포함한다. 셔틀 회전 수단은 와이어(150)가 셔틀(102) 외부로 당겨질 수 있도록 하기 위해 셔틀을 독립적으로 회전시킨다. 셔틀 회전 수단은 셔틀(102)과 맞물려 구동시키는 구동 롤러(112)를 포함한다. 추가적으로, 다수개의 구동 지지 롤러(114)들은 코어(200)의 권취시 셔틀을 회전하거나 도와주도록 포함될 수도 있다.

[38] 장치(100)는 와이어(150)의 장력을 유지하기 위해, 브레이크 수단(break mechanism, 104)을 또한 포함할 수도 있고, 제어 유니트(105)에 의해 제어될 수도 있다. 브레이크 수단(104)은 제 1 브레이크 피스(104a) 및 셔틀(102)에 고정된 제 2 브레이크 피스(104b)를 포함한다. 제 2 브레이크 피스(104b)는 핀(110)들에 의해 제 1 브레이크 피스(104a)에 매달려진다. 브레이크 수단이 제어 유니트(105)에 의해 활성화될 때, 와이어(150)가 팽팽한 상태로 유지되도록, 장력은 와이어(150)에 인가된다.

[39] 코어 회전 수단(core rotation mechanism, 106)은 셔틀(102)을 따라 특정 지점에 위치된 두개의 구동 롤러(116)들, 하나는 셔틀(102) 위쪽의 구동 롤러 및 나머지 하나는 셔틀 아래의 구동 롤러를 포함한다. 작동시 코어(200)가 그 축에 대하여 회전할 수 있도록 하기 위해 두개의 구동 롤러(116)들은 코어(200)와 맞물려 있다.

[40] 또한 도 6 내지 도 8 을 참조하여, 자동 권취기(100)는 코어(200)에 위 치되고 정렬된 형상 테이블(130)을 더 포함한다. 형상 테이블(130)은 형상 테이블(130)에 대하여 수평으로 운동가능한 형상 수단(132)을 포함한다. 따라서 형상 수단(132)은 코어(200)의 외측벽(206)으로부터 소정 거리 D (도 9a) 만큼 이동될 수도 있다. 특정 거리는 코어(200)의 외측벽(206)의 거리와 동일한 것으로 정의된다. 형상 수단(132)은 또한 형상 테이블(130) 내에서 수축도 가능한데, 이것은 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 와이어(150)가 코어(200) 둘레에 감겨질 때 이루어진다.

[41] 또한 도 9a 를 참조하여, 형상 수단(132)은 코어(200)에 의해 정의된 내측 프로파일(inside profile, 205)과 동일한 외측 프로파일(outside profile, 135)을 포함한다. 본 발명을 통해 사용된 바와 같이, 형상 수단(132)의 외측 프로파일(135)은 외측벽(136)으로만으로 정의될 수도 있고, 또는 측벽(138)을 포함하여 정의될 수도 있다. 더욱이 코어(200)에 의해 정의된 내측 프로파일(205)은 내측벽(207)만을 포함할 수도 있고, 또는 내측벽(207)과 측벽(209)들 사이에 형성된 임의의 코너들이 코어(200)의 내측 프로파일의 정의에 의해 정의되도록 측벽(209)들을 포함하여 정의될 수도 있다. 따라서, 코어(200)의 내측 프로파일은 직선형, 둥근형 또는 원호형 코너(slightly arced corners)를 포함할 수도 있다. 정확한 형태와는 무관하게, 와이어(150)가 코어(200)의 내측 프로파일(205)에 대하여 조밀하게 권취되도록 하기 위하여 형상 수단이 일치하는 프로파일을 가진다는 사실은 본 발명의 중요한 측면이다. 또한, 본 발명에서 사용된 바와 같이, 내측 프로파일(205)에 의해 덮혀지지 아니한 임의의 부분을 포함할 수도 있는 외측 프로파일(206)을 코어는 포함할 수도 있다.

[42] 만일 와이어(150)가 직사각형이면, 와이어(150)는 형상 수단(132) 둘레에 감기게 되어 그 결과 형상 수단(132)은 수축된다(명확성을 위해 제거된 도 9b 에 도시되고, 도 8 에서 보여지는 바와 같이 형상 수단(132)은 형상 테이블(130) 내부로 리세스(recess)된다). 따라서 와이어(150)는 코어(200)에 의해 정의된 내측 프로파일(205)에 사실상 정렬하는 예비성형 부분(154, 부재번호 152 사이에서 확인됨)을 포함한다. 그렇게, 이상적인 인덕터를 위해 제공하는 더욱 조밀하게 고정된 와이어로 코어(200)는 감겨질 것이다.

[43] 계속해서 도 7 을 참조하여, 만일 와이어(150)가 둥글다면, 자동 권취기(100)는 평평 수단(flattening tool, 160)을 또한 구비한다. 사용된 평평 수단은 공압 프레스, 수압 프레스, 토글(toggle) 프레스, 플라이휠 타입 프레스(flywheel type presses), 또는 해머일 수도 있다. 평평 수단(160)은 형상 수단(132)을 수용하는 노치부(notched section, 162)를 포함한다. 평평 수단(160)이 와이어(150) 상에 압착될 때(도 7), 와이어(150)의 예비성형 부분(154)은 조여지거나 또는 대체로 평평해진다. 일단 평평해진 평평 수단(160)은 형상 테이블(130)으로부터 들어 올려지고 형상 수단(132)은 수축되어(도 8), 예비성형되고 평평해진 와이어(150)가 당겨져서 코어(200) 둘레에 감겨지도록 한다.

[44] 도 10 에 도시된 바와 같이, 와이어(150)의 예비성형 부분(154)은 평평해지고, 그리고 전체적으로 평평한 예비성형된 와이어(156)로서 설명된 평평하지 아니한 부분보다 더 큰 두께를 가진 것처럼 보여진다. 평평해진 와이어(150)의 일 부가 여기에서 교수한 내용으로부터 일탈없이 설명되는 것보다 더 작을수도 또는 더 클수도 있다는 사실은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람들에게는 명백하다. 또한, 와이어(150)의 실질적인 두께 변화는 두께 변화가 발생한 것을 설명하는 것만으로 처리된다. 두께 변화는 와이어(150)의 평평한 부분과 평평하지 아니한 부분 사이의 테이퍼링(tapering) 영역에 의해 형성된 두께 변화와 같이 덜 극적일 수도 있다.

[45] 코어(200)는 그런 다음 회전되고, 도 11a 및 11b 에 도시된 바와 같이, 소망되는 권선이 나선형으로 감기어 인덕터(210)를 형성할 때까지 공정은 진행된다. 와이어 일부를 평평하게 하거나 조임으로써, 코어 둘레에서 와이어의 레이어당 더 많은 권선을 허용하는 폭은 감소된다. 이것은 종래 기술에 따라 제조되는 인덕터와 비교하여 더 낮은 발열, 더 높은 인덕턴스 및 더 작은 크기를 가질 수 있는 인덕터(210)를 생성한다. 설명된 바와 같이, 조여지지 않은 와이어로부터 조여진 와이어까지의 테이퍼링 영역(158)이 있는 각도에서 와이어(150)는 바람직하게 조여진다.

[46] 코어가 나선형으로 권취된 후, 와이어의 추가적인 레이어들이 더해질 수도 있다는 사실은 본 발명으로부터 명백하다. 본 발명은 추가적인 레이어가 그 위에 위치되는 와이어의 레이어의 내측 프로파일과 일치하는 외측 프로파일을 형상 수단이 가진다는 사실을 제공한다. 덧붙여, 상이한 게이지 와이어가, 도 11c 에 도시된 바와 같이, 동일한 코어상에 사용될 수도 있다. 제 1 게이지 와이어(150a)가 코어(200)의 제 1 부분(220a) 둘레에 나선형으로 권취되고 제 2 게이지 와이어 (150b)는 동일한 코어(200)의 제 2 부분(220b) 둘레에 나선형으로 권취된다.

[47] 와이어가 조여지는 각도는 다양한 결과를 얻기 위해 상이할 수도 있다. 하지만, 주어진 와이어에 대한 최적의 권선수를 허용하는 각도는 외측 권선들이 상호 접촉할 때 코어의 내측에 의존한다. 수학적으로, 각도는 다음과 같이 결정된다.

[48] 각도=sin^-1{와이어 지름/(와이어 지름+코어 외부 지름)}

[49] 본 발명이 채택될 때, 다음의 특성들이 결정되었다: (1) 인덕턴스 증가-본 발명을 사용함으로써, 동일한 와이어 크기에 더 많은 권선이 동일한 코어에 추가될 수 있고, 이것은 모든 다른 조건이 동일할 때 인덕터의 인덕턴스를 증가시킨다; (2) 낮은 발열-본 발명은 더 큰 직경의 와이어가 코어의 크기 변화없이 코어의 내부 직경에 적합하도록 허용하는데, 더 큰 직경의 와이어는 구리 손실(copper losses)을 감소시키고 그 결과 발열을 감소시킨다; (3) 크기 감소-본 발명은 동일한 와이어 크기에 더 많은 권선이 더 작은 코어 둘레에 권취되는 것을 허용하여 그 결과 크기 및 중량을 감소시키는데, 그런 이유로 그러한 더 작은 디자인이 동일한 인덕턴스 및 동일한 발열을 가질 수 있다; 그리고 (4) 노이즈 감소-본 발명은 또한 전자기 감소(EMI) 또는 인덕터에 의해 정상적으로 생성되는 노이즈를 감소시킨다. 즉 이것은 권취되는 와이어의 시작과 끝 사이의 간극에 기인하는데, 간극이 클수록 EMI는 감소한다.

[50] 코어(200)는 또한 "훅 권취(hook winding)"라는 공정에서 수작업으로 권취될 수도 있다. 본 발명은 훅 권취 공정에 의해 코어를 권취하는 단계를 포함하 고, 그리고 코어의 내측 코너들에 대응하는 코너들을 와이어에 형성하는 추가적인 특징을 가진 장치는 측벽, 내측 코너들 및 코어의 내측벽 둘레에 감는 와이어의 일부분을 평평하게 하거나 또는 조인다. 조여진 부분은 여기에서 설명된 것보다 더 크거나 또는 더 작을 수도 있다는 것은 또한 명백하다.

[51] 도 12 내지 도 15 를 참조하여, 훅 권취 장치(300)가 설명되고 그리고 상기 장치를 이용한 코어를 권취하기 위한 방법이 개시될 것이다. (본 실시예에서는 전형적으로 둥근) 와이어(150)가 포스트(302)에 고정된 도입 부분(151)에 제공된다. 포스트(302)는 코어 회전 수단 및 서포트(106) 상에 제공될 수도 있다. 와이어(150)는 형상 수단(132) 둘레에 감기게 되고 훅 서포트(310)로부터 초기 위치까지 연장된 훅(312)에 위치된다. 훅(312)은 와이어(150)에 (도 9b 에 도시된 바와 같이) 예비성형 부분(154)을 형성하는 형상 수단(132) 둘레에서 와이어를 당기기 위해 수축된다. 그러면 와이어는 코어 둘레에 권취되기에 앞서 조여진다. 평평 또는 조임 수단(160)은 와이어(150) 상에서 압착된다(도 13). 상술된 바와 같이, 와이어는 코어(200)의 내측 프로파일에 대응하는 예비성형 부분(154)에서 조여질 수도 있다. 와이어는 조여진 부분과 조여지지 않은 부분 사이의 테이퍼링 영역을 포함할 수도 있다. 평평 수단(160) 및 형상 수단(132)는 수축된다(도 14). 조여진 예비성형 부분이 코어(200)의 내측 프로파일에 정렬되도록 와이어(150)는 코어(200) 둘레에 조밀하게 당겨진다(도 15). 코어(200)는 회전되고, 형상 수단(132)은 연장되며, 훅(312)은 연장되거나 또는 초기 위치에 위치된다. 코어가 형성된 코너들에 와이어로 나선형으로 권취되는 동안 공정은 반복된다.

[52] 다른 실시예에 있어서 도 16a 및 16b 를 참조하여, 포스트(406)에 고정된 도입 부분(404)에 직사각형 와이어(402)를 가지고서 훅 권취 장치(400)는 사용된다. 포스트(406)는 회전 수단 및 서포트(408) 상에 제공될 수도 있다. 이전에 논의되었던 바와 같이 외측 프로파일로 형상 수단(410) 둘레에 와이어(402)는 감겨진다. 와이어(402)는 훅 서포트(414)로부터 초기 위치까지 연장되는 훅(412)에 또한 위치된다. 훅(412)은 와이어(402)에서 예비성형 부분(416)을 형성하는 형상 수단(410) 둘레에서 와이어를 당기기 위해 수축된다. 예비성형 부분이 형성될 때, 와이어가 꼬이거나 또는 감기는 일 없이 형상 수단(410) 둘레에 직사각형 와이어를 유도하기 위해 가이드 수단(420)이 사용된다. 예비성형 부분(416)이 코어(425)의 내측 프로파일에 정렬되도록 형상 수단(410)은 수축되고(미도시) 그리고 와이어(402)는 코어(425) 둘레에서 조밀하게 당겨진다. 코어(425)는 회전되고 형상 수단(410)은 연장된다. 훅(412)은 또한 연장되거나 또는 초기 위치에 위치된다. 코어가 와이어(402)로 나선형으로 권취되는 동안 공정은 반복된다. 도 16b 가 이동되거나 또는 수축된 가이드 수단(420)을 설명할 때, 가이드 수단만이 장치(400)의 다른 구성요소들을 설명하기 위해 이동된다. 와이어(402)가 가이드 수단(420)과 형상 테이블(430) 사이에서 미끄러지도록 하기 위한 위치에 가이드 수단(420)은 고정될 수도 있다.

[53] 본 발명에 따라 제조된 형성되고 조여진(이하 "조여진 와이어") 인덕터와 둥근-와이어 인덕터 사이의 비교는 다음의 표들에서 도시된다.

[54] 표 1은 "Magnetics Inc"의 부품명 77083-A7 코어와 같은 코어에 대하여 "조여진 와이어" 계산값을 나타낸다. 본 발명을 사용함으로써 245mH의 인덕턴스 및 38. 5℃의 발열이 계산되었다. 표에서 모든 계산값은 단일 레이어 권취에 기반되고 그리고 시작과 끝 사이의 와이어 공간이 0.319"에 기반된 것이다. 이러한 공간 및 단일 레이어 권취는 수용가능한 EMI 수준을 유지하는데 필요하다.

[55] [표 1] 조여진 와이어

코어 크기	0.95"ID x 1.57"OD x 0.57" High
종료된 코일 크기	0.77"ID x 1.75"OD x 0.75" High
와이어 크기	14 1/2 AWG (조여진 크기0.038" x 0.090")
권선수	55
인덕턴스	245 mH
직류 저항	25mΩ
12ADC에서의 발열	38.5℃
시작 및 끝 사이의 공간	0.319"

[56] 표2는 권선수가 상기 조여진 와이어 예에서 수행된 것과 동일하도록 하기 위해 동일한 코어("Magnetics"사의 부품 번호 77083-A7)상에 권취될 수 있는 최대로 둥근 와이어를 나타낸다. 계산값은 동일한 인덕턴스에 대하여 와이어 크기가 17 1/2 AWG로 감소되어야만 한다는 사실을 나타낸다. 와이어 크기에 있어 감소는 직류 저항을 104% 증가시키고 발열을 80% 증가시킨다{왜냐하면 발열 ℃=[총 전력 방출량(mW)/유효 표면적(cm²)]^0.833}

[57] [표 2]동일한 코어를 사용한 최대로 둥근 와이어

코어 크기	0.95"ID x 1.57"OD x 0.57" High
종료된 코일 크기	0.86"ID x 1.66"OD x 0.66" High
와이어 크기	17 1/2AWG
권선수	55
인덕턴스	245 mH
직류 저항	51mΩ
12ADC에서의 발열	69.4℃
시작 및 끝 사이의 공간	0.376"

[58] 표 3 은 "조여진 와이어" 기술만큼 동일한 높이, 인덕턴스 및 발열을 유지하기 위해 필요한 OD 에서 11.4% 증가를 나타낸다.

[59] 둥근 와이어를 이용한 동일한 인덕턴스, 발열 및 단부 공간을 위한 최소 코어/코일 크기

[60] [표 3]

코어 크기	0.95"ID x 1.85"OD x 0.57" High
종료된 코일 크기	0.84"ID x 1.95"OD x 0.68" High
와이어 크기	16AWG
권선수	46
인덕턴스	245 mH
직류 저항	36mΩ
12ADC에서의 발열	42.4℃
시작 및 끝 사이의 공간	0.368"

[61] 상술된 바와 같이, 본 발명의 진보성 개념의 사상 및 범주의 일탈 없이 다양한 변형 및 변경이 달성될 수도 있다는 사실이 관측된다. 여기에서 설명된 특정 실시예에 대한 제한이 의도되지 않거나 유추되지 않는다는 사실은 이해되어야 한다. 물론, 그러한 모든 변경들이 첨부된 청구범위에 의해 포함된다.

본 발명에 의하면 종래 기술에 따라 제조되는 인덕터와 비교할 때 낮은 발열, 높은 인덕턴스, 작은 크기를 가지거나 또는 작은 EMI 노이즈를 가지는 인덕터를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims

마그네틱 코어 권취 방법에 있어서,

와이어로 적재된 셔틀을 제공하는 단계;

셔틀이 내측 프로파일을 가지는 마그네틱 코어의 중심 구멍을 관통하도록 셔틀 상에 상기 마그네틱 코어를 정렬하는 단계;

마그네틱 코어에 의해 정의된 내측 프로파일에 대응하는 외측 프로파일을 가지는 형상 수단을 제공하는 단계; 및

상기 마그네틱 코어에 의해 정의된 상기 내측 프로파일에 대응하는 상기 와이어 상에 정의된 예비성형(preformed) 부분을 형성하기 위해 상기 마그네틱 코어 둘레를 권취하기 전에 상기 형상 수단에 의해 정의된 상기 외측 프로파일 둘레를 권취하도록 상기 셔틀로부터 상기 와이어를 풀어 상기 마그네틱 코어를 나선형으로 권취하는 단계; 를 포함하는 마그네틱 코어 권취 방법.
제1항에 있어서,

마그네틱 코어의 권취 동안 와이어를 풀기 위해 셔틀을 회전시키는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어 권취 방법.
제2항에 있어서,

마그네틱 코어의 권취 동안 마그네틱 코어가 와이어로 나선형으로 권취되도 록 하기 위해 마그네틱 코어의 중심 축에 대하여 마그네틱 코어를 회전시키는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어 권취 방법.
제1항에 있어서,

상기 와이어 상에서 예비성형 부분에 수반하는(subsequent) 형상 수단을 수축시키는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어 권취 방법.
제1항에 있어서,

형상 수단 둘레에 감겨진 와이어의 일부를 조이는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어 권취 방법.
제5항에 있어서,

조여진 와이어 부분이 마그네틱 코어에 의해 정의되는 외측 프로파일 둘레를 감도록 하기 위해 마그네틱 코어 둘레에 와이어를 감는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어 권취 방법
마그네틱 코어 권취 방법에 있어서,

와이어로 적재된 셔틀을 제공하는 단계;

내측 프로파일을 가지는 마그네틱 코어의 중심 구멍을 상기 셔틀이 관통하도록 마그네틱 코어를 배열하는 단계;

마그네틱 코어 둘레에 와이어의 도입부를 고정시키는 단계;

마그네틱 코어에 의해 정의되는 내측 프로파일에 대응하는 외측 프로파일을 가지는 형상 수단을 제공하는 단계;

마그네틱 코어에 의해 정의되는 내측 프로파일에 대응하는 예비성형 부분을 와이어가 갖도록 하기 위해 셔틀을 회전시키고 와이어를 풀어 형상 수단 둘레에 와이어를 감는 단계;

셔틀의 회전을 일시적으로 정지시키는 단계; 및

형상 수단을 수축시키고 셔틀을 다시 회전시켜 마그네틱 코어 둘레에 와이어를 끌어당기되, 여기에서 와이어의 예비성형 부분은 마그네틱 코어에 의해 정의되는 내측 프로파일에 정렬되도록 하는 단계; 를 포함하는 마그네틱 코어 권취 방법.
제7항에 있어서,

마그네틱 코어가 방사상으로 와이어로 권취되도록 마그네틱 코어의 중심축에 대하여 마그네틱 코어를 회전시키는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어 권취 방법.
제7항에 있어서,

형상 수단을 수축시켜 와이어의 조여진 부분을 생성하기에 앞서 형상 수단 둘레에 감겨진 와이어의 일부를 평평하게 하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어 권취 방법.
제7항에 있어서,

형상 수단을 수축시켜 마그네틱 코어에 의해 정의된 내측 프로파일에 대응하는 와이어의 조여진 부분을 생성하기에 앞서 형상 수단 둘레에 감겨진 와이어를 평평하게 하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어 권취 방법.
제10항에 있어서,

와이어를 평평하게 하는 단계는,

와이어의 조여지지 않은 부분으로부터 와이어의 조여진 부분까지 테이퍼(taper)하는 조여진 영역을 정의하는 각도로 와이어를 평평하게 하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어 권취 방법.
권취된 마그네틱 코어에 있어서,

내측 프로파일 및 외측 프로파일을 가지는 마그네틱 코어; 및

상기 마그네틱 코어의 일부에 조밀하게 권취되도록 하기 위해 상기 마그네틱 코어의 일부에 나선형으로 권취되는 비내삽형(non-interleaved) 와이어를 포함하되,

상기 비내삽형 와이어는 조여진 부분과 조여지지 않은 부분을 권취하기 위하여 사전에 형성되어 있고, 상기 와이어는 상기 조여진 부분이 마그네틱 코어의 내측 프로파일에 접하고 조여지지 않은 부분은 외측 프로파일에 접하도록 초기에 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 권취된 마그네틱 코어.
제12항에 있어서,

와이어는 마그네틱 코어의 내측 프로파일에 일치하고 그리고 마그네틱 코어의 내측 프로파일에 정렬한 예비성형된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 권취된 마그네틱 코어.
내측 프로파일 및 외측 프로파일을 가지는 마그네틱 코어를 권취하기 위한 권취 장치에 있어서,

와이어로 적재된 셔틀;

셔틀이 마그네틱 코어의 중심 구멍을 관통하도록 마그네틱 코어를 지지하는 마그네틱 코어 서포트;

마그네틱 코어에 의해 정의되는 내측 프로파일에 대응하는 외측 프로파일을 가지는 형상 수단; 및

마그네틱 코어에 의해 정의되는 내측 프로파일에 대응하는 예비성형 부분을 와이어가 갖도록 하기 위해 형상 수단의 외측 프로파일 둘레에 와이어를 풀어서 감는 셔틀 회전 수단; 을 포함하는 마그네틱 코어를 권취하기 위한 권취 장치.
제14항에 있어서,

형상 수단을 수축시키기 위한 수단; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어를 권취하기 위한 권취 장치.
제15항에 있어서,

상기 형상 수단을 낮출 때, 형상 수단에 의해 정의되는 외측 프로파일 둘레에 감겨지는 와이어의 일부를 조이는 형상 수단 위에 위치된 조임 수단;을 더 포함 하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어를 권취하기 위한 권취 장치.
제16항에 있어서,

상기 마그네틱 코어 서포트는 한쌍의 마그네틱 코어 롤러를 회전시키는 회전 수단을 포함하되, 마그네틱 코어는 마그네틱 코어 롤러들 사이에서 기설정된 힘으로 지탱되고, 이러한 상태에서 마그네틱 코어는 그 중심 축에 대하여 상기 마그네틱 코어 롤러들에 의해 회전되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어를 권취하기 위한 권취 장치.
제16항에 있어서,

상기 조임 수단은 와이어의 조여진 부분과 와이어의 조여지지 아니한 부분 사이에 테이퍼링 영역을 형성하기 위한 각도에서 와이어의 일부분을 조이는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어를 권취하기 위한 권취 장치.
마그네틱 코어 권취 방법에 있어서,

와이어를 제공하는 단계;

와이어가 내측 프로파일을 가지는 마그네틱 코어의 중심 구멍을 관통하도록 서포트상에 마그네틱 코어를 정렬시키는 단계;

마그네틱 코어에 의해 정의된 내측 프로파일에 대응하는 외측 프로파일을 가지는 형상 수단을 제공하는 단계;

형상 수단에 의해 정의된 외측 프로파일 둘레에 와이어를 감아 마그네틱 코어에 의해 정의된 내측 프로파일에 대응하는 예비성형된(preformed) 부분을 생성하는 단계; 및

마그네틱 코어 둘레에 와이어를 권취하되, 여기에서 예비성형 부분이 마그네틱 코어에 의해 정의된 내측 프로파일에 정렬하도록 하는 단계; 를 포함하는 마그네틱 코어를 권취하는 방법.
제19항에 있어서,

형상 수단 둘레에 와이어를 감은 후 훅에 와이어를 고정(fasten)시키는 단계; 및

훅을 수축시켜 와이어에 예비성형 부분을 형성하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어를 권취하는 방법.
제20항에 있어서,

훅을 수축시키는 단계 이후에,

마그네틱 코어에 의해 정의된 내측 프로파일에 대응하는 와이어의 부분을 조이는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어를 권취하는 방법.
제21항에 있어서,

와이어의 부분을 조이는 단계는 와이어의 조여진 부분과 조여지지 않은 부분 사이에 테이퍼된 영역을 형성하는 각도에서 와이어의 부분을 조이는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어를 권취하는 방법.
제19항에 있어서,

와이어를 제공하는 단계는,

셔틀상에 상기 와이어를 적재하고 마그네틱 코어의 중심 구멍을 통해 상기 셔틀을 통과시키는 단계; 및

와이어가 셔틀로부터 자동으로 풀리도록 하기 위해 셔틀을 회전시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어를 권취하는 방법.
제19항에 있어서,

와이어가 일탈(warp)되는 일 없이 형상 수단 둘레에 와이어를 유도하기 위해 형상 수단 위에 위치된 가이드 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어를 권취하는 방법.
권취된 마그네틱 코어에 있어서,

내측 프로파일을 가지는 마그네틱 코어; 및

조여진 부분 및 마그네틱 코어의 내측 프로파일에 일치하는 예비성형 부분 그리고 조여지지 않은 부분을 가지는 비내삽형(non-interleaved) 와이어;를 포함하되, 상기 비내삽형 와이어는 조여진 부분이 내측 프로파일에 적어도 접하고 그리고 예비성형 부분이 마그네틱 코어의 내측 프로파일에 정렬하도록 마그네틱 코어에 나선형으로 조밀하게 권취되는 것을 특징으로 하는 권취된 마그네틱 코어.
제25항에 있어서,

조여진 부분은 예비성형 부분의 섹션(section)인 것을 특징으로 하는 권취된 마그네틱 코어.
제26항에 있어서,

조여지지 않은 부분은 마그네틱 코어에 의해 정의된 외측 프로파일에 적어도 접하는 것을 특징으로 하는 권취된 마그네틱 코어.
삭제
제12항에 있어서,

와이어는 직사각형인 것을 특징으로 하는 권취된 마그네틱 코어.
제12항에 있어서,

와이어는 둥근형인 것을 특징으로 하는 권취된 마그네틱 코어.
삭제
제12항에 있어서,

마그네틱 코어는 토로이드(toroid)인 것을 특징으로 하는 권취된 마그네틱 코어.