KR101018625B1 - 맞춤형 트랜스포머 및 인덕터 - Google Patents

맞춤형 트랜스포머 및 인덕터 Download PDF

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Abstract

맞춤형 트랜스포머 및 인덕터에 관한 것으로서, 트랜스포머와 인덕터를 일체형으로 하는 보빈에 관한 것이다.
보빈 바디를 구비하는 트랜스포머 및 인덕터용 보빈에서, 보빈 바디는 트랜스포머 및 인덕터 코일을 구비하고, 트랜스포머 권선의 일 단자와 인덕터 권선의 일 단자가 서로 연결된다. 보빈 바디는 트랜스포머 및 인덕터 코일을 함께 포함하기 때문에, 좁은 공간에서 효율적인 공간 활용과 별도의 연결부를 제거하고 코일의 노출을 최소화하며, 각 권선코일을 서로 분리해 줌으로써 전자파 방출을 예방하고, 움직이는 차 안에 실장되는 경우처럼 어떠한 진동이 발생하더라도 볼트 플림과 접촉 불량에 의한 임피던스 증가 및 절연 파괴에 의해 회로가 단락되는 사고를 방지하여 코일의 신뢰성이 높아진다.
트랜스포머, 인덕터, 보빈, DC-DC, 컨버터

Description

맞춤형 트랜스포머 및 인덕터 {ADAPTABLE TRANSFORMER AND INDUCTOR}
본 발명은 맞춤형 트랜스포머 및 인덕터에 관한 것으로서, 트랜스포머와 인덕터를 일체형으로 포함하는 보빈에 관한 것이다.
전기자동차나 하이브리드 자동차는 대부분 고전압에서만 동작하는 모터를 구동하기 위해, 고전압 배터리를 장착하고 있다. 동시에 대략 12V 또는 48V 정도의 저전압 배터리도 장착하고 있으며,이는 다양한 전기적인 컴포넌트에 전력을 공급하는 역할을 하고 있다. 저전압 배터리는 자동차 내부의 전자 콤포넌트를 제어하는 전기 제어 모듈 (Electrical Controlling Unit) 과 같은 시스템의 제어 및 통신에 주로 사용된다. 이렇게 고전압 배터리와 저전압 배터리는, 전기자동차나 하이브리드 자동차 뿐만 아니라, 내연기관 자동차에서도 일반적으로 사용된다.
전원공급장치를 가진 자동차에서 다양한 사용전압에 맞추기 위하여, DC 전압을 다른 크기를 가지는 DC 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터에 의해 사용전압에 적합하게 조절하게 된다. 이러한 DC-DC 컨버터는 고전압 배터리와 저전압 배터리 사이에 존재하면서 전력을 자동차 내부로 분배하는 역할을 한다.
자동차 내부의 전력 시스템은, 고전압 배터리와 저전압 배터리와 같은 2 개 의 배터리를 장착하거나 또는 그 이상의 전압 레벨을 갖는 복수개의 배터리를 갖는 것이 일반적이지만, 하나의 배터리만을 장착하는 경우도 있다. 이렇게 하나의 배터리만이 장착되어 있는 경우에도 마찬가지로, 배터리로부터 공급되는 전압은 주로 DC-DC 컨버터를 이용해 변환된다. 즉, 하나의 배터리가 사용되는 환경에서도, DC-DC 컨버터는 대부분의 요구전압을 효율적으로 공급할 수 있다.
이와 같은 DC-DC 컨버터는 일반적으로 트랜스포머나 인덕터, 다이오드, 캐패시터, 스위칭 소자 등의 요소로 구성되어 있다. 이 중에서, 트랜스포머의 코일은 적은 전류가 흐르는 고전압측의 얇은 코일과 많은 전류가 흐르는 저전압측의 코일로 이루어져 있으며, 저전압측의 코일은 판을 평평하게 늘려 구부린 형태로 형성되어 있으며, 금속물질이나 얇은 판이 적층된 (fold) 구조를 갖는다.
도 1 은 종래의 차량용 트랜스포머의 구조를 도시한다.
종래의 차량용 트랜스포머에서는 트랜스포머(101) 와 인덕터 (102) 가 구조적으로 분리되어 있었다. 이를 전기적으로 연결하기 위하여, 별도의 연결단자 (46) 가 구비되어야 하며, 연결단자는 각각 트랜스포머 (101) 및 인덕터 (102) 에 연결된다. 또한, 트랜스포머의 인출단자 (47) 와 인덕터 코일 인출단자 (49) 를 통하여 외부의 컴포넌트에 연결된다.
이와 같이, 트랜스포머와 인덕터가 구조적으로 분리되어 있는 경우, 넓은 실장공간을 필요로 하며, 트랜스포머와 인덕터의 코일을 전기적으로 연결하기 위해서는 코일의 인출 거리가 길어지고 외부에 별도의 연결단자가 반드시 필요하다. 또한, 연결 단자까지 리드를 인출하기 위해서는 절연이 필요하고, 별도의 체결요소 로 인하여 많은 공간이 필요하게 된다. 리드와 연결단자부가 노출되어 있기 때문에, 이 리드와 연결단자부에 흐르는 전류에 의하여 방출되는 전자파는 DC-DC 컨버터의 스위칭부에 영향을 미치게 되어, 오동작을 야기할 수도 있다.
또한, 구조적으로 분리된 트랜스포머와 인덕터는 움직이는 자동차의 진동 및 엔진의 떨림에 의한 공진에 매우 취약하다. 진동 및 엔진의 떨림이 지속적으로 반복될 경우, 트랜스포머와 인덕터를 연결하는 연결단자의 볼트가 풀릴 수 있고, 이 경우 양자를 연결하는 임피던스가 증가하거나 코일이 단선되어 전기 회로의 오동작이 야기될 가능성이 있다.
또한, 코일은 엔진의 떨림에 의해 공진하거나 스윙하기 쉽다. 즉, 코일을 이루는 여러개의 권선들이 외부의 진동으로 인하여 구조적으로 변형될 가능성이 있으며, 이로 인하여 서로 접촉 단락될 수 있다. 특히, 최근에 전기적인 컴포넌트들의 크기를 줄여야 한다는 조건이 요구되고 있기 때문에, 권선 사이의 공간이 점점 줄어드는 경향을 보이고 있다. 하지만, 상술한 바와 같이, 권선 사이의 공간이 줄어들면 단락되기 쉬어, 코일의 안정성 확보를 저해한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 권선 사이에 공간만을 두는 것 뿐만 아니라 권선의 표면을 레진과 같은 물질로 코팅하여 절연하는 방법이 고려되었다.
그러나 이런 구조는 코일 생산단계를 늘려 공정의 비용을 상승시키고, 공정 비용의 상승은 코일 가격을 상승시킨다는 문제점이 있다. 비용 문제 외에도, 절연 코팅 된 권선이 서로 오랜 시간 마찰하게 되면, 마모되어 그 특성이 점점 나빠지게 된다.
상술한 바와 같이 종래 기술의 트랜스포머 및 코일의 콤포넌트로부터 발생하는, 스위칭부의 오동작, 엔진의 진동에 의한 나사 풀림, 실장공간의 최소화, 코일의 권선 사이의 절연 조건을 충족시킬 수 있는 맞춤형 트랜스포머 및 코일용 보빈을 개발하는 것이 본 발명의 과제이다.
본 발명에 따른 보빈 바디를 구비하는 트랜스포머 및 인덕터용 보빈에서, 보빈 바디를 구비하는 트랜스포머 및 인덕터용 보빈으로서, 보빈 바디는 트랜스포머의 권선 및 인덕터 권선을 구비하고,트랜스포머의 권선의 일 단자와 인덕터 권선의 일 단자가 서로 연결된다.
보다 바람직하게는, 본 발명에 따른 트랜스포머 및 인덕터용 보빈에서, 보빈 바디에 포함되는 트랜스포머의 권선은 고전압측 권선이다.
보다 바람직하게는, 보빈 바디와 베이스를 결합시키는 연결고리를 구비하는 커버를 더 구비하며, 베이스 및 커버는 트랜스포머의 고전압측 권선과 저전압측 권선을 절연시키며, 트랜스포머의 저전압측 권선 중 다른 하나를 고정시킨다.
보다 바람직하게는, 본 발명에 따른 트랜스포머 및 인덕터용 보빈에서, 고전압측 권선을 인출시키고, 보빈 바디를 고정시키고, 트랜스포머의 저전압측 권선 중 하나를 고정시키는, 베이스부를 더 구비한다.
트랜스포머와 인덕터의 보빈을 하나로 한 전기적 컴포넌트는, 좁은 공간에서 효율적인 공간 활용과 별도의 연결부를 제거하고 코일의 노출을 최소화하며, 각 권선코일을 서로 분리해 줌으로써 전자파 방출을 예방하고, 움직이는 차 안에 실장되는 경우처럼 어떠한 진동이 발생하더라도 볼트 플림과 접촉 불량에 의한 임피던스 증가와 회로가 단락되는 사고를 방지하여 코일의 신뢰성이 높아진다는 유리한 효과를 갖는다.
이와 같은 트랜스포머 및 인덕터용 보빈은 차량 뿐만 아니라, 전동식 자전거, 기차, 비행기, 배 등 전력을 필요로 하는 다양한 제품에 적용될 수 있다. 특히, 진동과 스윙이 더 클 것이라고 예상되는 수송에 이용되는 다양한 기구와 기계도구들에 적용될 수 있다. 덧붙여서, 민간용 수송 수단뿐만 아니라 군사용으로도 사용될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여, 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 실시예들에 대항여 설명한다.
도 2 는 본 발명의 맞춤형 트랜스포머 및 인덕터의 일 실시예를 도시하고, 도 3 는 맞춤형 트랜스포머 및 인덕터의 분해도를 도시한다.
도 3 의 맞춤형 트랜스포머 및 인덕터는 제 1 저전압측 권선 (63) 및 제 2 저전압측 권선 (64) 를 통하여 외부회로로부터 전압을 공급받아 전압의 크기를 변환하여, 보빈 (20) 에 포함된 고전압측 권선으로 변환된 전압을 출력할 수 있다. 고전압측 권선에 한쪽 단자는 인덕터와 연결되어 전압을 출력한다. 또는 위와 반대로 고전압측 권선으로부터 트랜스포머 쪽으로 전압의 변환이 수행될 수도 있다. 맞춤형 트랜스포머 및 인덕터의 구체적인 구조에 대해서는 이하에서 설명한다.
맞춤형 트랜스포머 및 인덕터는 보빈 (20), 제 1 저전압측 권선 (63), 제 2 저전압측 권선 (64), 제 1 절연층 (62a), 제 2 절연층 (62b), 제 1 트랜스포머 코어 (60a), 제 2 트랜스포머 코어 (60b), 제 1 트랜스포머 코어와 구조적으로 연결된 제 1 인덕터 코어 (61a), 제 2 트랜스포머 코어와 구조적으로 연결된 제 2 인덕터 코어 (61b), 인덕터측의 인출부 (49) 및 트랜스포머의 고전압측의 인출부 (46) 을 구비한다.
제 1 저전압측 권선 (63) 의 한쪽 단자 (90) 은 외부회로에 접속되며, 나머지 단자는 연결가능한 홀 (또는 탭) (95) 을 구비한다. 제 2 저전압측 권선 (64) 은 제 1 저전압측 권선 (63) 과 반대방향으로 권선된다. 도 3 에서는 제 1 저전압측 권선 (63) 이 외부회로의 연결단자 (90) 으로부터 시계 방향으로 권선되어 지며, 제 2 저전압측 권선 (64) 과 연결될 수 있는 홀 (또는 탭) (95) 로 마무리된다. 제 2 저전압측 권선 (64) 은 외부회로의 연결단자 (98) 으로부터 반시계 방향으로 권선되어 지며, 제 1 저전압측 권선 (63) 과 연결될 수 있는 홀 (또는 탭) (97) 으로 마무리된다. 제 1 저전압측 권선 (63) 과 제 2 저전압측 권선 (64) 의 홀 (또는 탭) 은 서로 연결될 수도 있고, 분리될 수도 있다. 외부회로와의 연결방식은 정류 방식에 따라 달라지고, 이에 따라 홀 (또는 탭) 의 상호 연결여부도 결정된다.
제 1 저전압측 권선 (63) 과 제 1 트랜스포머 코어 (60a) 는 제 1 절연층 (62a) 에 의하여 절연된다. 제 2 저전압측 권선 (62) 과 제 2 트랜스포머 코어 (60b) 는 제 2 절연층 (62b) 에 의하여 절연된다.
한편, 제 1 트랜스포머 코어 (60a) 는 제 1 인덕터 코어 (61a) 와 구조적으로 연결되어 있으며, 제 2 트랜스포머 코어 (60b) 는 제 2 인덕터 코어 (61b) 와 구조적으로 연결된다. 보빈 (20) 은 고전압측 권선 및 인덕터용 코일을 포함하는데, 이에 대해서는 도 4 를 통하여 자세히 설명한다.
도 4 는 도 3 에 도시된 보빈 (20) 의 분해도를 도시하며, 도 5 는 도 4 의 보빈 (20) 이 결합된 형상을 나타낸다. 이하, 도 4 를 통하여 보빈 (20) 을 이루는 각 부분의 구성에 대하여 설명한다.
보빈 (20) 은 보빈커버 (30), 보빈 바디 (40), 및 베이스부 (50) 가 결합되어 구성된다. 보빈 (2) 에 포함된 보빈커버 (30), 보빈 바디 (40), 및 베이스부 (50) 는 각각 그 수행 기능 및 구조에 따라 트랜스포머부 (31) 와 인덕터부 (35) 부로 구분될 수 있다. 즉, 본 실시예에서, 트랜스포머부 (31) 와 인덕터부 (35) 가 위치되는 장소는 구분되지만, 이들은 구조적으로 결합되어 있다.
보빈 바디 (40) 는 트랜스포머의 고전압측 권선부 (41), 고전압측 코일 가이드 (42), 인덕터 권선부 (45), 인덕터측의 인출부 (49) 및 트랜스포머의 고전압측의 인출부 (46) 를 구비한다. 고전압측 권선부 (41) 과 인덕터 권선부 (45) 는 구조적으로 결합되어 있기 때문에, 진동 등에 의하여 분리되는 것을 방지할 수 있다. 고전압측 코일 가이드 (42) 에 의하여 고전압측 코일이 지지되며, 인덕터 권선부 (45) 역시 인덕터 코일의 가이드를 포함함으로써, 인덕터의 권선 사이가 절연되도록 지지하는 역할을 한다.
보빈커버 (30) 는 트랜스포머의 제 1 저전압 코일 가이드 (32), 베이스부와의 제 1 연결고리 (33) 및 제 2 연결고리 (36) 을 포함한다. 저전압 코일 가이드 (32) 는 도 3 의 제 1 저전압측 권선 (63) 을 고정시킨다. 베이스부와의 제 1 연결고리 (33) 및 제 2 연결고리 (36) 는 베이스부 (50) 와 보빈커버 (30) 를 단단하게 결합되도록 한다.
베이스부 (50) 는 보빈 바디 고정턱 (51), 제 2 저전압 코일 가이드 (52), 및 연결단자의 보호부 (55) 를 구비한다. 보빈 바디 고정턱 (51) 은 보빈바디 (40) 를 고정시키고, 제 2 저전압 코일 가이드 (52) 는 도 3 의 제 2 저전압측 코일 (64) 를 지지하며, 연결단자 보호부 (55) 는 인덕터측의 인출부 (49) 및 트랜스포머의 고전압측의 인출부 (46) 를 외부의 압력 등으로부터 보호하는 역할을 한다.
트랜스포머의 고전압측 코일과 인덕터의 코일은 보빈 (20) 내부에서 간단히 연결되기 때문에, 코일의 노출이 최소화되고, 마찰에 의해 단락이 방지될 수 있다.
도 6 은 도 3 및 도 4 에 도시된 트랜스포머 및 인덕터의 회로도를 도시한다.
위의 회로도를 도 3 및 4 에 도시된 분해도와 비교하여 설명하면, 인덕터 (810) 는 도 4 의 인덕터 (45) 에 대응하고, 인덕터 측의 인출부 (850) 는 도 4 의 인덕터 측의 인출부 (49) 에 대응하고, 트랜스포머의 고전압측의 인출부 (860) 은 도 4 의 트랜스포머의 고전압측의 인출부 (49) 에 대응한다. 또한, 고전압측 권선 (820) 은 도 4 의 고전압측 권선 (42) 에 대응하고, 제 1 저전압측 권선 (830) 은 도 3 의 제 1 저전압측 권선 (63) 에 대응하고, 제 2 저전압측 권선 (840) 은 도 3 의 제 2 저전압측 권선 (64) 에 대응한다. 고전압측 권선 (820) 으로 입력된 전압은 저전압으로 변환되어, 저전압측의 각각의 단자 (870, 880, 890) 으로 출력된다.
도 7 은 맞춤형 트랜스포머 및 인덕터의 제 2 실시예의 분해도를 도시하며, 도 8 에서는 도 7 의 맞춤형 트랜스포머 및 인덕터가 결합된 형태를 도시한다.
도 7 의 제 2 실시예는 도 3 에 도시된 실시예의 구조와 거의 동일하나, 제 1 고전압측 권선 (63) 및 제 2 고전압측 권선 (64) 의 홀 (또는 탭) 의 모양이 제 1 실시예의 것과 다르다는 점에서 차이가 있다. 즉, 제 1 실시예에서는 고전압측 코일의 홀 (또는 탭) (도 3 의 95 및 97) 이 서로 연결되기 때문에, 고전압측 코일의 트랜스포머의 탭이 하나인 정류회로에서 사용될 수 있을 것이다. 반면에, 제 2 실시예에서는 중앙의 홀 (또는 탭) (150,165) 가 서로 분리되어 있기 때문에, 고전압측 코일의 트랜스포머의 탭이 두 개인 정류회로에서 사용될 수 있을 것이다.
이들 실시예에 대한 다양한 변형물은 당업자에게는 명백하며, 여기에서 한정된 특유의 원리는 본 발명의 작용을 사용하지 않는 다른 실시예에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명은 도시된 실시예로 한정하기 위한 의도는 없으며, 본 출원에 기재된 원리 및 신규한 특징과 일치하는 가장 넓은 범위에 해당한다.
도 1 은 종래의 차량용 트랜스포머의 구조를 도시한다.
도 2 는 본 발명의 맞춤형 트랜스포머 및 인덕터의 일 실시예를 도시한다.
도 3 는 맞춤형 트랜스포머 및 인덕터의 분해도를 도시한다.
도 4 는 도 3 에 도시된 보빈 (20) 의 분해도를 도시하다.
도 5 는 도 4 의 보빈 (20) 이 결합된 형상을 나타낸다.
도 6 은 도 3 및 도 4 에 도시된 트랜스포머 및 인덕터의 회로도를 도시한다.
도 7 은 맞춤형 트랜스포머 및 인덕터의 제 2 실시예의 분해도를 도시한다.
도 8 에서는 도 7 의 맞춤형 트랜스포머 및 인덕터가 결합된 형태를 도시한다.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명
20 : 맞춤형 트랜스포머 및 인덕터는 보빈 63: 제 1 저전압측 권선
64 : 제 2 저전압측 권선 62a : 제 1 절연층
62b : 제 2 절연층 60a : 제 1 트랜스포머 코어
60b : 제 2 트랜스포머 코어 61a: 제 1 인덕터 코어
61b : 제 2 인덕터 코어 49 : 인덕터측의 인출부
46 : 트랜스포머의 고전압측의 인출부

Claims (6)

  1. 일체형으로 형성된 트랜스포머 및 인덕터용 보빈으로서,
    상기 보빈 바디는 트랜스포머의 권선 및 인덕터 권선을 구비하고,
    상기 트랜스포머의 권선의 일 단자와 상기 인덕터 권선의 일 단자가 서로 연결되고,
    상기 보빈 바디에 포함되는 상기 트랜스포머의 권선은 고전압측 권선이며,
    상기 보빈 바디는 상기 고전압측 권선을 인출시키고, 상기 보빈 바디를 고정시키고, 상기 트랜스포머의 저전압측 권선 중 하나를 고정시키는, 베이스부를 더 구비하는, 일체형으로 형성된 트랜스포머 및 인덕터용 보빈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보빈 바디와 상기 베이스를 결합시키는 연결고리를 구비하는 커버를 더 구비하며,
    상기 베이스 및 상기 커버는 상기 트랜스포머의 고전압측 권선과 저전압측 권선을 절연시키며, 상기 트랜스포머의 저전압측 권선 중 다른 하나를 고정시키는, 일체형으로 형성된 트랜스포머 및 인덕터용 보빈.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 기재된 권선 및 인덕터 용 보빈을 구비하는, 맞춤형 트랜스포머 및 인덕터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 트랜스포머를 위한 코어;
    상기 인덕터를 위한 코어; 및
    상기 트랜스포머를 위한 코어와 상기 트랜스포머의 저전압측 권선을 절연시키는 절연층을 더 구비하는, 맞춤형 트랜스포머 및 인덕터.
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