KR101237214B1

KR101237214B1 - 동축권선 탭인덕터

Info

Publication number: KR101237214B1
Application number: KR1020120007376A
Authority: KR
Inventors: 박종후; 김도현
Original assignee: 숭실대학교산학협력단
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2013-02-26

Abstract

본 발명은 동축권선을 이용한 탭인덕터에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 동축권선 탭인덕터는, 코어와, 상기 코어에 권선되어 제1 인덕터를 형성하는 1차측 권선과, 상기 코어에 권선되어 제2 인덕터를 형성하는 2차측 권선과, 상기 1차측 권선과 상기 2차측 권선이 서로 연결되는 지점으로부터 분기되는 탭을 포함하며, 상기 1차측 권선 및 상기 2차측 권선 중 어느 하나는 케이블의 내부 심선으로 이루어지고, 다른 하나는 상기 내부 심선을 둘러싸고 있는 외부 심선으로 이루어진다.
이와 같이, 본 발명에 따른 동축권선 탭인덕터는 내부 심선과 외부 심선을 포함하는 케이블을 코어에 감고, 내부 심선과 외부 심선 각각을 인덕터로 구현함으로써 인덕터 간의 결합 계수를 높여 누설 인덕터를 최소화할 수 있다.

Description

동축권선 탭인덕터{COAXIAL CABLE TAB INDUCTOR}

본 발명은 탭인덕터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동축권선을 이용하여 탭인덕터를 구현하는 기술이 개시된다.

탭인덕터란 인덕터의 중간에 회로적으로 연결가능한 탭을 만든 인덕터로서, 변압기와는 달리 에너지를 전달하기 위한 것이 아니라, 에너지를 저장하기 위한 목적으로 주로 사용된다. 일반적으로 탭인덕터에서 중요한 성능지수는 결합 계수이다. 탭인덕터의 누설 인덕턴스에 의한 손실은 변압기처럼 결합계수에 의해 좌우된다.

기존에는 인덕터를 구성함에 있어서 코어에 코일을 샌드위치 기법을 이용하여 권선하였다. 그러나, 커플링이 우수한 탭인덕터를 만들기 위해서는 1차 측 권선과 2차 측 권선 사이의 간격이 가까워야 하는데 종래의 샌드위치 권선 기법으로 구현되는 인덕터는 결합 계수가 높지 않아 누설 인덕턴스가 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 미국공개특허공보 US 2009/0237195(2009. 9. 24)에 기재되어 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 탭인덕터를 구현함에 있어서, 누설 인덕턴스에 의한 손실을 줄이기 위해 탭인덕터에 포함되는 인덕터 간의 결합 계수를 높이는 기술이 개시된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 동축권선 탭인덕터는, 코어와, 상기 코어에 권선되어 제1 인덕터를 형성하는 1차측 권선과, 상기 코어에 권선되어 제2 인덕터를 형성하는 2차측 권선과, 상기 1차측 권선과 상기 2차측 권선이 서로 연결되는 지점으로부터 분기되는 탭을 포함하며, 상기 1차측 권선 및 상기 2차측 권선 중 어느 하나는 케이블의 내부 심선으로 이루어지고, 다른 하나는 상기 내부 심선을 둘러싸고 있는 외부 심선으로 이루어진다.

또한, 상기 1차측 권선의 일 단은 1차측 회로와 연결되고, 타 단은 상기 탭 및 상기 2차측 권선의 일 단과 연결되며, 상기 2차측 권선의 타 단은 2차측 회로와 연결될 수 있다.

또한, 상기 케이블이 복수의 내부 심선을 포함하는 경우, 상기 복수의 내부 심선 중 어느 하나의 내부 심선의 제1 종단이 다른 내부 심선의 제2 종단과 직렬로 연결될 수 있다.

또한, 상기 케이블의 내부 심선이 복수인 경우, 상기 코어에 권선되어 제N 인덕터를 형성하는 제N 코일을 더 포함하고, 상기 제N 코일의 일 단은 N차측 회로와 연결되고, 상기 제N 코일의 타 단은 상기 1차측 권선의 타 단, 상기 탭 및 상기 2차측 권선의 일 단과 함께 연결될 수 있다.

또한, 상기 케이블이 상기 코어에 솔레노이드 권선 방식 또는 트로이덜 권선 방식으로 권선될 수 있다.

또한, 상기 1차측 권선과 상기 2차측 권선의 권선비에 대응하여 상기 외부 심선 대비 상기 내부 심선의 개수가 결정될 수 있다.

또한, 상기 케이블의 내부 심선이 복수인 경우, 상기 내부 심선은 외피가 절연된 복수의 에나멜선을 꼬아서 형성할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 동축권선 탭인덕터는 내부 심선과 외부 심선을 포함하는 케이블을 코어에 감고, 내부 심선과 외부 심선 각각을 인덕터로 구현함으로써 인덕터 간의 결합 계수를 높여 누설 인덕터를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동축권선 탭인덕터의 사시도,
도 2a는 도 1에 따른 탭인덕터에 포함되는 케이블의 사시도,
도 2b는 도 1에 따른 탭인덕터에 포함되는 케이블의 단면도,
도 3은 도 1에 따른 동축권선 탭인덕터의 케이블에 포함되는 내부 심선의 종단 연결 형태를 설명하기 위한 예시도,
도 4는 도 1에 따른 동축권선 탭인덕터의 등가 회로도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동축권선 탭인덕터의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 동축권선 탭인덕터(10)는 코어(11), 1차측 권선(15), 2차측 권선(17), 탭(19)을 포함한다. 여기서, 동축권선이란 단심 또는 다심의 동축 케이블(13)이 코어(11)에 권선되는 것을 의미한다.

코어(11)는 자성체 물질로써, E형 코어와 I형 코어를 결합하여 이용할 수 있으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 원형의 토로이덜(toroidal) 코어를 사용할 수도 있다. E형 코어와 I형 코어를 결합한 코어를 이용하는 경우에는 E형 코어의 가운데 다리에 코일을 권선하며, 원형 고리 형태의 토로이덜 코어를 이용하는 경우에는 코일을 코어의 내부 공간을 통과하도록 감음으로써 원형의 경로로 권선하게 된다. 코어(11)에 권선되는 코일은 솔레노이드 권선 방식 또는 트로이덜 권선 방식으로 권선될 수 있다.

1차측 권선(15)은 코어(11)에 권선되는 코일로써 제1 인덕터를 형성한다. 2차측 권선(17)은 코어(11)에 권선되는 코일로써 1차측 권선(15)과 다른 권선이며, 제2 인덕터를 형성한다. 이 경우, 1차측 권선(15)과 2차측 권선(17)은 하나의 케이블(13)로 형성된다. 예를 들어, 1차측 권선(15) 또는 2차측 권선(17) 중 어느 하나는 케이블(13)의 내부 심선으로 이루어지고, 다른 하나는 내부 심선을 둘러싸고 있는 외부 심선으로 이루어질 수 있다. 케이블(13)의 내부 심선이 1차측 권선(15)으로 이루어지는 경우에는 외부 심선을 2차측 권선(17)으로 이루어지고, 내부 심선이 2차측 권선(17)으로 이루어지는 경우에는 내부 심선을 1차측 권선(15)으로 이루어질 수 있다.

또한, 1차측 권선(15)의 일 단은 1차측 회로와 연결되고, 1차측 권선(15)의 타 단은 탭(19) 및 2차측 권선(17)의 일 단과 연결되며, 2차측 권선(17)의 타 단은 2차측 회로와 연결된다. 1차측 권선(15)과 2차측 권선(17)은 탭(19)을 이용하여 서로 연결된다. 이에 따라, 하나의 인덕터 소자를 두 개의 인덕터 소자로 구분하여 이용할 수 있다.

또한, 케이블(13)의 내부 심선이 복수인 경우에는 코어(11)에 권선되어 제N 인덕터를 형성하는 N차측 권선을 더 포함하고, N차측 권선의 일 단은 N차측 회로와 연결되고, N 코일의 타 단은 1차측 권선(15)의 타 단, 탭(19) 및 2차측 권선(17)의 일 단과 함께 연결된다. 복수의 내부 심선을 포함하는 경우에는 내부 심선을 분리하여 복수의 인덕터 소자를 구현할 수 있다. 따라서, 사용자의 설정에 따라 탭인덕터에 포함되는 인덕터 소자의 개수는 확장될 수 있다.

탭(19)은 1차측 권선(15)과 2차측 권선(17)이 서로 연결되는 지점으로부터 분기된다. 탭(19)은 인덕터의 중간에 회로적으로 연결가능하도록 형성되는 단자이며, 1차측 권선(15)과 2차측 권선(17)이 연결된 지점에 다른 회로 소자가 연결될 수 있도록 하는 역할을 한다. 탭(19)은 금속 단자의 형태로 형성될 수 있다.

도 2a는 도 1에 따른 탭인덕터에 포함되는 케이블의 사시도이고, 도 2b는 도 1에 따른 탭인덕터에 포함되는 케이블의 단면도이다.

도 2a를 참조하면, 케이블(23)은 다수개의 내부 심선(27)(Inner Conductor)과 각 내부 심선(27)을 둘러싸고 있는 피복(26), 다수개의 내부 심선(27)을 둘러싸고 있는 외부 심선(25)(Outer Conductor)으로 구성된다. 내부 심선(27)과 외부 심선(25)은 앞서 설명한 바와 같이 사용자의 설정에 의해 1차측 권선 또는 2차측 권선으로 이루어진다. 또한, 내부 심선(27)과 외부 심선(25) 사이의 공간에는 절연체(28)를 채울 수 있다. 다수개의 내부 심선(27)과 외부 심선(25) 사이의 간격을 가깝게 함으로써, 결합 계수를 100%에 근접하게 할 수 있으며, 누설 인덕턴스가 최소화될 수 있다.

또한, 내부 심선(27)이 복수인 경우에는 외피가 에나멜 코팅으로 절연된 가는 복수의 에나멜선을 꼬아서 형성할 수 있다. 이 경우, 복수의 내부 심선(27)과 외부 심선(25)은 1차측 권선과 2차측 권선의 권선비에 대응하여 외부 심선(25) 대비 내부 심선(27)의 개수를 결정할 수 있다. 따라서, 1차측 권선으로 형성되는 제1 인덕터와 2차측 권선으로 형성되는 제2 인덕터를 서로 다른 권선비로 이용할 수 있다.

또한, 앞서 설명한 바와 같이 내부 심선(27)이 복수인 경우에는 탭인덕터를 구성하는 인덕터 소자의 개수를 확장할 수 있다. 즉, 복수의 내부 심선(27) 각각은 서로 절연된 상태이기 때문에 별개의 인덕터로 구현하는 것이 가능하다. 예를 들어, 도 3과 같이 하나의 외부 심선(25) 내부에 6가닥의 내부 심선(27)이 포함되는 경우, 외부 심선(25)을 1차측 권선으로 하고, 내부 심선(27) 중 2개의 심선을 2차측 권선으로 하고, 다른 2개의 심선을 3차측 권선으로 하고, 나머지 2개의 심선을 4차측 권선으로 하면, 총 4개의 인덕터 소자를 이루게 된다.

또한, 내부 심선(27) 중 어느 하나의 내부 심선의 일 종단은 외부 심선(25)의 일 종단과 탭(29)으로 연결될 수 있다. 이는 탭인덕터를 구성하기 위한 것으로, 예를 들어 외부 심선(25)을 1차측 권선으로 하고, 내부 심선(27) 중 2개의 심선을 2차측 권선으로 하는 경우, 1차측 권선과 2차측 권선은 전기적으로 연결되므로, 내부 심선(27) 중 어느 하나의 일 단은 외부 심선(25)과 탭에 의해 연결되어야 한다.

도 3은 도 1에 따른 동축권선 탭인덕터의 케이블에 포함되는 내부 심선의 종단 연결 형태를 설명하기 위한 예시도이다.

도 3을 참조하면, 케이블(33)은 중간에 단선되지 않는 하나의 선으로 이루어지고, 그 안에 포함되는 외부 심선(35)과 하나 또는 복수의 내부 심선(37)은 서로 전기적으로 절연된 상태이다. 외부 심선(35) 및 내부 심선(37)은 각각 2개의 종단을 가지게 된다. 절연된 복수의 내부 심선(37)은 각각의 종단을 서로 다른 내부 심선(37)의 종단과 연결한다. 이는 내부 심선(37)의 권선수를 높이기 위한 것으로, 예를 들어 제1 내부 심선(37-1)의 종단은 제2 내부 심선(37-2)의 종단과 연결된다. 이와 같은 방식으로 n+1 개의 내부 심선(37)의 종단을 서로 연결하면, 단일 내부 심선보다 길이가 (n+1)배 긴 내부 심선을 코어에 연결한 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한, 내부 심선(37) 중 제1 내부 심선(37-1)의 일 종단은 외부 심선(35)의 일 종단과 탭(39)으로 연결될 수 있으며, 제 n+1 내부 심선(37-(n+1))의 일 종단은 2차측 회로와 연결된다. 즉, 복수의 내부 심선(37) 간의 연결 상태는 (외부 심선(35) 및 탭)-[37-1]-[37-2]-[37-3] … -[37-(n+1)]-(2차측 회로)과 같이 연결된다. 외부 심선(35)의 일 종단은 1차측 회로와 연결되고, 내부 심선(37)의 일 종단은 2차측 회로와 연결된다.

또한, 내부 심선(37)이 복수인 경우 내부 심선(37)을 구분하여 복수의 인덕터를 구현할 수 있다. 예를 들어, 내부 심선(37)이 6개인 경우, 외부 심선(35)을 1차측 권선으로 하고, 3개의 내부 심선(37)을 2차측 권선으로 하고, 나머지 3개의 내부 심선(37)을 3차측 권선으로 할 수 있다. 이 경우, 외부 심선(35)의 일 종단은 1차측 회로와 연결되고, 외부 심선(35)의 타 종단은 탭(39), 2차측 권선 및 3차측 권선과 연결된다. 또한, 2차측 권선에 해당하는 내부 심선(37)은 서로 간에 종단을 직렬로 연결하고, 하나의 내부 심선(37)의 종단은 외부 심선(35), 탭(39), 3차측 권선과 연결하고, 다른 하나의 내부 심선(37)의 종단은 2차측 회로와 연결한다. 또한, 3차측 권선에 해당하는 내부 심선(37)은 서로 간에 종단을 직렬로 연결하고, 하나의 내부 심선(37)의 종단은 외부 심선(35), 탭(39), 2차측 권선과 연결하고, 다른 하나의 내부 심선(37)의 종단은 3차측 회로와 연결한다.

도 4는 도 1에 따른 동축권선 탭인덕터의 등가 회로도이다.

도 4를 참조하면, 도 1의 동축권선 탭인덕터(40)는 제1 인덕터(41), 제2 인덕터(42), 탭(43)으로 등가화할 수 있다. 제1 인덕터(41)의 일 단은 1차측 회로와 연결되고, 타 단은 탭(43) 및 제2 인덕터(42)의 일 단과 연결된다. 제2 인덕터(42)의 일 단은 탭(43) 및 제1 인덕터(41)와 연결되고, 타 단은 2차측 회로와 연결된다. 제1 인덕터(41)의 인덕턴스와 제2 인덕터(42)의 인덕턴스는 코어에 권선되는 코일의 권선수에 따라 달리 설정될 수 있다. 이러한 등가 회로를 가지는 본 발명의 실시예에 따른 동축권선 탭인덕터(40)는 저장 소자로 구현할 수 있으며, 전력 변환기에 사용하는 경우에는 비절연형 전력 변환기를 구현할 수 있다. 그 밖에 탭인덕터(40)가 사용되는 전자 회로에 사용될 수 있음은 자명하다.

또한, 제1 인덕터(41)와 제2 인덕터(42)의 코일의 권선 방향은 같은 방향이 되는 것이 바람직하다. 즉, 점(dot)이 표시된 단자로부터 제1 인덕터(41)와 제2 인덕터(42)의 코일에 유입하는 전류에 의해 생기는 자속이 서로 같은 방향이 된다.

이상에서 본 발명은 도면을 참조하면서 기술되는 바람직한 실시예를 중심으로 설명되었지만 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 기재된 실시예로부터 도출 가능한 자명한 변형예를 포괄하도록 의도된 특허청구범위의 기재에 의해 해석되어져야 한다.

10 : 동축권선 탭인덕터 11 : 코어
13 : 케이블 15 : 1차측 권선
17 : 2차측 권선 19 : 탭
23, 33 : 케이블 25, 35 : 외부 심선
26 : 피복 27, 37 : 내부 심선
28 : 절연체 29, 39 : 탭
40 : 동축권선 탭인덕터 41 : 제1 인덕터
42 : 제2 인덕터 43 : 탭

Claims

코어;
상기 코어에 권선되어 제1 인덕터를 형성하는 1차측 권선;
상기 코어에 권선되어 제2 인덕터를 형성하는 2차측 권선;
상기 1차측 권선과 상기 2차측 권선이 서로 연결되는 지점으로부터 분기되는 탭을 포함하며,
상기 1차측 권선 및 상기 2차측 권선 중 어느 하나는 케이블의 내부 심선으로 이루어지고, 다른 하나는 상기 내부 심선을 둘러싸고 있는 외부 심선으로 이루어지는 동축권선 탭인덕터.
제1항에 있어서,
상기 1차측 권선의 일 단은 1차측 회로와 연결되고, 타 단은 상기 탭 및 상기 2차측 권선의 일 단과 연결되며, 상기 2차측 권선의 타 단은 2차측 회로와 연결되는 동축권선 탭인덕터.
제1항에 있어서,
상기 케이블이 복수의 내부 심선을 포함하는 경우, 상기 복수의 내부 심선 중 어느 하나의 내부 심선의 제1 종단이 다른 내부 심선의 제2 종단과 직렬로 연결되는 동축권선 탭인덕터.
제1항에 있어서,
상기 케이블의 내부 심선이 복수인 경우,
상기 코어에 권선되어 제N 인덕터를 형성하는 N차측 권선을 더 포함하고,
상기 제N 코일의 일 단은 N차측 회로와 연결되고, 상기 N차측 권선의 타 단은 상기 1차측 권선의 타 단, 상기 탭 및 상기 2차측 권선의 일 단과 함께 연결되는 동축권선 탭인덕터.
제1항에 있어서,
상기 케이블이 상기 코어에 솔레노이드 권선 방식 또는 트로이덜 권선 방식으로 권선되는 동축권선 탭인덕터.
제1항에 있어서,
상기 1차측 권선과 상기 2차측 권선의 권선비에 대응하여 상기 외부 심선 대비 상기 내부 심선의 개수가 결정되는 동축권선 탭인덕터.
제1항에 있어서,
상기 케이블의 내부 심선이 복수인 경우, 상기 내부 심선은 외피가 절연된 복수의 에나멜선을 꼬아서 형성하는 동축권선 탭인덕터.