KR101821177B1 - 방열성이 우수한 박막형 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막형 변압기에 관한 것으로 그 구성의 특징으로서, 내부에 관형의 공간이 마련되게 코어축이 돌출된 한 쌍의 코어와, 상기 코어 상에 공간의 일부가 노출되게 개구된 연결구가 형성된 코어부; 상기 코어 내에 변압량에 따라 복수로 적층되는 회로기판과, 상기 회로기판 사이마다 개재되어 차폐하는 절연판으로 구성된 변압부; 및 상기 절연판 사이마다 개재되어 회로기판으로부터 발생하는 열을 외부로 방출시켜 냉각하도록 중앙에 코어축과 대응하는 장착홀이 형성되고, 적어도 회로기판을 포용하는 크기로 형성되어 코일에 생성되는 열을 수집하는 집열편과, 상기 집열편으로부터 연결구 외로 연장되어 수집된 열을 외부로 방출시키는 냉각편으로 형성된 방열판;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명은, 회로기판 사이마다 개재된 방열판에 의해 코어 내에 발생된 열을 신속하게 외부로 방출시켜줌으로서 발열로 인한 전력손실은 최소화시키고 안정성을 기대할 수가 있는 효과가 있다.

Description

방열성이 우수한 박막형 변압기{Excellent heat dissipation planar printed circuit board type transformer}

본 발명은 인쇄회로기판을 이용한 변압기에 관한 것으로, 코일이 인쇄된 기판을 단위체로 1차코일 기판과 2차코일 기판으로 적층하여 소형화 및 경량화 할 수 있도록 하는 발전기에 관한 것이다.

통상, 교류전압을 높히거나 낮추기 위한 전자소자로서 변압기(transformer)가 사용된다. 이러한 변압기는 1차 코일과 2차 코일 사이에 절연 간극을 가지고, 2차 코일에서 유도되는 전압은 1차 코일에 인가된 전압과 1차코일과 2차 코일의 권선비에 따라 크기가 조정된다.

종래 변압기는 코일이 권취되는 코어 또는 보빈의 크기가 크고, 무게가 무겁기 때문에 경박 단소한 전자제품에 사용하기에는 적합하지 않아, 인쇄회로기판에 코일패턴을 형성한 트랜스포머가 사용되고 있다.

예컨대, 한국 공개특허공보 제10-2011-0138576호와, 한국 공개특허공보 제10-2014-0117835호에는 인쇄회로기판에 의해 제조되는 변압기가 개시되어 있다. 이들 변압기는 제1코일 패턴 및 제2코일 패턴이 형성된 복수의 인쇄회로기판을 상,하부에 마련된 코어부로 조립하여 제조된다. 이와 같은 구조의 변압기는 인쇄회로기판에 코일패턴을 형성함으로써 코일 권선 작업이 필요 없고, 평면상에 인쇄되는 코일패턴으로 인해 소자의 크기 및 부피를 줄일 수 있다.

이러한 변압기는 코일의 작용에 따라 비례하는 열이 발생하는데, 복수의 인쇄회로기판이 코어부에 밀폐된 상태로 내장됨에 따라 발생된 열을 제대로 방출할 수가 없는 구조를 가지고 있다. 따라서 과열로 인한 전력의 손실이 발생됨은 물론, 자체 내구성의 저하로 수명이 단축되는 문제가 있다.

한국 공개특허공보 제10-2011-0138576호 "평면 변압기" 한국 공개특허공보 제10-2014-0117835호 "인쇄회로기판에 의해 제조되는 트랜스포머"

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 회로기판으로부터 발생한 열을 신속하게 방출되도록 방열판을 개재시킨 박막형 변압기를 제공하려는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 박막형 변압기에 있어서: 내부에 관형의 공간이 마련되게 코어축이 돌출된 한 쌍의 코어와, 상기 코어 상에 공간의 일부가 노출되게 개구된 연결구가 형성된 코어부; 상기 코어 내에 변압량에 따라 복수로 적층되는 회로기판과, 상기 회로기판 사이마다 개재되어 차폐하는 절연판으로 구성된 변압부; 및 상기 절연판 사이마다 개재되어 회로기판으로부터 발생하는 열을 외부로 방출시켜 냉각하도록 중앙에 코어축과 대응하는 장착홀이 형성되고, 적어도 회로기판을 포용하는 크기로 형성되어 코일에 생성되는 열을 수집하는 집열편과, 상기 집열편으로부터 연결구 외로 연장되어 수집된 열을 외부로 방출시키는 냉각편으로 형성된 방열판;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명에 의한 상기 회로기판은 중앙에 코어축과 대응하는 코어홀이 형성된 기판과, 상기 기판의 일면에 도전성 재질의 코일이 나선으로 인쇄되고, 일측에 코일과 연결되어 외부와 접속시키는 단자가 돌출된 것을 특징으로 한다.

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또한, 본 발명에 의한 상기 냉각편은 접촉되는 공기의 유속을 증가시키는 하나 이상의 방열구가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 방열판은 집열편 상에 생성되는 와전류의 단락 현상을 방지하도록 장착홀까지 절개된 공극이 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 회로기판 사이마다 개재된 방열판에 의해 코어 내에 발생된 열을 신속하게 외부로 방출시켜줌으로서 발열로 인한 전력손실은 최소화함과 함께 회로기판과 방열판 사이마다 절연판을 개재시켜줌으로서 전반적인 내구성과 안정성을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 변압기를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 변압기를 절개하여 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 변압기를 분리하여 나타내는 분해도.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 변압기의 주요부를 추출하여 나타내는 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 변압기의 변형예를 나타내는 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 인쇄회로기판을 이용한 변압기에 관한 것으로, 도 1 및 도 2처럼 한 쌍의 코어(10)와 연결구(15)로 구성된 코어부와 회로기판(20)과 절연판(25)으로 이루어진 변압부 및 코어부와 변압부의 열을 방출시켜 냉각하는 방열판(30)을 주요 구성으로 하는 박막형 변압기(100)이다.

본 발명에 따른 코어부는 도 3처럼 내부에 관형의 공간이 마련되게 코어축(11)이 돌출된 한 쌍의 코어(10)와, 코어(10)상에 공간의 일부가 노출되게 개구된 연결구(15)가 형성된다. 코어(10)는 회로기판(20)과 절연판(25) 및 방열판(30)을 수용하는 것으로, 자성분말이나 페라이트를 포함하는 재질로 형성되어 내장된 회로기판(20)에 자기장 형성을 돕는 역할을 수행한다. 그리고 연결구(15)는 수용된 회로기판(20)의 단자(23)와 방열판(30)의 냉각편(35)을 외부로 노출되게 유도한다. 이러한 연결구(15)는 코어(10)로부터 노출될 단자(23)와 냉각편(35)에 따라 크기와 위치 및 개수가 적용된다.

또한, 본 발명에 따른 변압부는 도 2 및 도 3처럼 코어(10)내에 변압량에 따라 복수로 적층되는 1차 회로기판(20)과, 1차 회로기판(20)의 자기장에 의해 기전력이 유도되는 2차 회로기판(20) 및 회로기판(20) 사이마다 개재되어 차폐하는 절연판(25)으로 구성된다.

여기서 회로기판(20)은 도 4처럼 중앙에 코어축(11)과 대응하는 코어홀(21a)이 형성된 기판(21)과, 기판(21)의 일면 또는 양면에 도전성 재질의 코일(22)이 나선으로 인쇄되고, 일측 또는 양측에 코일(22)과 연결되어 외부와 접속시키는 단자(23)가 돌출된다. 기판(21)은 열경화성수지인 페놀수지 또는 에폭시수지로 구성하여 잘 휘어지지 않도록 구현할 수 있고, 열가소성수지인 폴리아미드, 폴리에스테르로 구성하여 쉽게 휘어지도록 구현할 수도 있다.

코일(22)은 기판(21)의 일면 또는 양면에 권선패턴이 형성되는 층으로, 기존의 보빈에 권선된 코일에 대응되며 전자기유도를 발생시키는 자기 경로를 생성한다. 이러한 자기 경로의 형성을 위해서는 도전성 재질로 이루어지는 동박, 은박, 알루미늄박 등의 금속박이나 금속산화물이 분산된 잉크와 같은 도전성 페이스트가 사용될 수 있다.

여기서 금속박을 이용할 경우, 포토 마스크와 에칭액을 이용한 포토리소그래피 공법으로 권선패턴이 형성될 수 있고, 도전성 페이스트를 이용할 경우 스크린 인쇄법과 같은 인쇄전자 방식을 이용하여 권선패턴이 형성될 수 있다. 권선패턴은 코어홀(21a)을 중심으로 시작점과 종료점을 가지는 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나의 형태로 형성될 수 있다.

단자(23)는 1차 회로기판(20)과 2차 회로기판(20)을 외부회로와 전기적으로 접속시키는 것으로, 내벽면이 도전체로 코팅되어 관통하는 단자홀(23a)로 형성된다. 단자홀(23a)은 상호 연결되지 않은 1차 회로기판(20)과 2차 회로기판(20)의 권선패턴이 종료점에 형성되고, 별도의 단자핀이 삽입되어 전기적으로 연결된다.

절연판(25)은 회로기판(20)의 일면에 노출된 코일(22)을 덮어 보호하도록 절연재질로 형성된다. 이러한 절연판(25)은 코일(22)의 두께보다 60~100%의 두께로 형성하는 것이 좋다. 예컨대 코일(22)의 두께가 10㎛라고 가정할 때, 절연판(25)의 두께가 16㎛의 미만이면 코일(22)의 두께가 너무 얇아 관통될 우려가 있고, 절연판(25)의 두께가 20㎛를 초과하면 변압기(100)의 전체 부피가 증가되는 문제가 있다.

또한, 본 발명에 따른 방열판(30)은 도 3처럼 절연판(25) 사이마다 개재되어 회로기판(20)으로부터 발생하는 열을 외부로 방출시켜 냉각시키는 역할을 수행한다. 이러한 방열판(30)은 열전도성이 우수하고 가공성이 뛰어난 알루미늄계 재질로 형성하는 것이 좋다.

여기서 방열판(30)은 도 5처럼 중앙에 코어축(11)과 대응하는 장착홀(31a)이 형성되고, 적어도 회로기판(20)을 포용하는 크기로 형성되어 코일(22)에 생성되는 열을 수집하는 집열편(31)과, 집열편(31)으로부터 연결구(15)외로 연장되어 수집된 열을 외부로 방출시키는 냉각편(35)으로 구성된다. 즉, 집열편(31)에 수집된 열은 냉각편(35)으로 이동하고, 냉각편(35)에 이동된 열은 접촉되는 공기로 전달된다.

이때, 냉각편(35)은 도 6a처럼 접촉되는 공기의 유속을 증가시키는 하나 이상의 방열구(35a)를 더 형성하는 것이 좋다. 냉각성능은 냉각편(35)에 이동된 열이 공기로 전달하는 속도에 따라 좌우되는데, 전달속도는 공기의 흐름 속도와 비례하게 된다. 즉, 방열구(35a)는 냉각편(35)의 표면에 흐르는 공기의 방향을 전환(와류)시켜 유속을 증가시켜 줌에 따라 냉각성능을 향상시켜 준다.

물론, 냉각편(35)상에 방열구(35a)와 함께 방열돌기(35b)를 형성해 두면, 냉각성능을 극대화할 수도 있다. 한편, 방열판(30)은 집열편(31)상에 생성되는 와전류의 단락 현상을 방지하도록 장착홀(31)까지 절개된 공극(37)을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 코어 11: 코어축
15: 연결구 20: 회로기판
21: 기판 21a: 코어홀
22: 코일 23: 단자
23a: 단자홀 25: 절연판
30: 방열판 31: 집열편
31a: 장착홀 35: 냉각편
35a: 방열구 35b: 방열돌기
37: 공극 100: 변압기

Claims (5)

1. 박막형 변압기에 있어서:
   내부에 관형의 공간이 마련되게 코어축이 돌출된 한 쌍의 코어와, 상기 코어 상에 공간의 일부가 노출되게 개구된 연결구가 형성된 코어부;
   상기 코어 내에 변압량에 따라 복수로 적층되는 회로기판과, 상기 회로기판 사이마다 개재되어 차폐하는 절연판으로 구성된 변압부; 및
   상기 절연판 사이마다 개재되어 회로기판으로부터 발생하는 열을 외부로 방출시켜 냉각하도록 중앙에 코어축과 대응하는 장착홀이 형성되고, 적어도 회로기판을 포용하는 크기로 형성되어 코일에 생성되는 열을 수집하는 집열편과, 상기 집열편으로부터 연결구 외로 연장되어 수집된 열을 외부로 방출시키는 냉각편으로 형성된 방열판;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열성이 우수한 박막형 변압기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회로기판은 중앙에 코어축과 대응하는 코어홀이 형성된 기판과, 상기 기판의 일면에 도전성 재질의 코일이 나선으로 인쇄되고, 일측에 코일과 연결되어 외부와 접속시키는 단자가 돌출된 것을 특징으로 하는 방열성이 우수한 박막형 변압기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 냉각편은 접촉되는 공기의 유속을 증가시키는 하나 이상의 방열구가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 방열성이 우수한 박막형 변압기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 방열판은 집열편 상에 생성되는 와전류의 단락 현상을 방지하도록 장착홀까지 절개된 공극이 형성된 것을 특징으로 하는 방열성이 우수한 박막형 변압기.
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