KR101949160B1 - 인덕터 코어 - Google Patents
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Abstract
본 발명 개념의 일 양태에 따르면, 축 방향으로 연장하는 코어 부재, 상기 코어 부재를 적어도 부분적으로 둘러싸는 축 방향으로 연장하는 외부 부재로서, 이에 의해 상기 코어 부재와 상기 외부 부재 사이에서 권선을 수용하기 위해 코어 부재 둘레에 공간을 형성하는, 외부 부재, 반경 방향 연장부가 제공되며, 스루 홀이 제공되는 플레이트 부재를 포함하며, 상기 코어 부재는 상기 스루 홀 내로 연장하도록 배열되고, 상기 플레이트 부재는 코어 부재 및 외부 부재와 별개의 부재이며, 코어 부재와 외부 부재가 함께 조립되도록 구성되고, 코어 부재, 플레이트 부재 및 외부 부재를 통해 연장하는 자속 경로가 형성되는, 인덕터 코어가 제공된다.
Description
본 발명의 개념은 인덕터 코어들에 관한 것이다.
인덕터들은 신호 처리, 노이즈 필터링, 발전, 전기 전송 시스템들 등과 같은 적용 분야들의 광범위한 어레이에 사용된다. 보다 컴팩트하고 보다 효율적인 인덕터들을 제공하기 위해서, 인덕터의 전기 전도성 권선은, 세장형(elongated) 자기 전도성 코어, 예컨대, 인덕터 코어 둘레에 배열될 수 있다. 인덕터 코어는, 바람직하게는 공기보다 더 높은 투자율을 제공하는 재료로 만들어지며, 여기서 인덕터 코어는 증가된 인덕턴스의 인덕터를 가능하게 할 수 있다.
인덕터 코어들은 매우 다양한 설계들 및 재료들에서 입수가능하며, 각각은 이들의 특정 이점들 및 단점들을 갖는다. 그러나, 상이한 적용분야들에서 인덕터들에 대해 매우 증가하고 있는 요구의 관점에서, 유연성이 있으며(flexible) 효율적인 설계를 가지며 광범위한 적용분야들에서 사용될 수 있는 인덕터 코어들에 대한 필요가 여전히 존재한다.
상기 관점에서, 본 발명의 개념의 목적은 이러한 필요를 만족시키는 것이다. 하기에서, 본 발명의 개념의 제 1 및 제 2 양태에 따른 인덕터 코어들이 설명될 것이다. 이러한 본 발명의 인덕터 코어들은 개선을 제공하는데, 이들 코어들은 복수개의 보다 구체적인 인덕터 코어 설계들을 만드는 것을 가능하게 하며, 각각의 설계가 그의 고유한 이점을 가지지만 모두가 공통의 성능 및 제조와 관련된 이점들을 제공한다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 축 방향으로 연장하는 코어 부재, 상기 코어 부재를 적어도 부분적으로 둘러싸는 축 방향으로 연장하는 외부 부재로서, 이에 의해 상기 코어 부재와 상기 외부 부재 사이에서 권선을 수용하기 위해 코어 부재 둘레에 공간을 형성하는, 외부 부재, 반경 방향 연장부가 제공되며, 스루 홀이 제공되는 플레이트 부재를 포함하며, 상기 코어 부재는 상기 스루 홀 내로 연장하도록 배열되고, 상기 플레이트 부재는 코어 부재 및 외부 부재와 별개의 부재이며, 코어 부재와 외부 부재와 함께 조립되도록 구성되고, 자속 경로는, 코어 부재, 플레이트 부재 및 외부 부재를 통해 연장하게 형성되는, 인덕터 코어가 제공된다.
부재들의 구조에 의해서, 낮은 자기 저항의 자속 경로가 얻어질 수 있다. 따라서, 코어 부재를 적어도 부분적으로 둘러싸는 외부 부재는 권선에서 전류 흐름에 의해 발생되는 자속을 구속하는 2 중 효과를 인덕터 코어에 제공할 수 있으며, 이에 의해 자속 컨덕터로서 작용하면서 주위(surrounding)들과의 간섭을 최소화하거나 적어도 감소시킨다.
낮은 자기 저항 자속 경로를 제공하기 위해서, 인덕터 코어들은 통상적으로 고투자율을 갖는 재료들로 만들어진다. 그러나, 이러한 재료들은 특히, 더 높은 기자력(magnetomotive force)(MMF)으로 용이하게 포화될 수 있다. 포화시, 인덕터의 인덕턴스는 감소할 것이며, 여기서 인덕터 코어가 이용가능한 전류들의 범위는 감소된다. 이용가능한 범위를 개선하기 위해 공지된 조치는, 자속 배리어를, 예컨대, 권선이 배열되는 코어의 부분에서 공극(air gap)의 형태로 배열하는 것이다. 세장형의 종래 기술의 코어에 대해서, 이로써, 공극은 코어의 축 방향으로 연장한다. 적절히 배열된 공극은 감소된 최대 인덕턴스를 유발한다. 이는 또한, 전류 변화들에 대한 인덕턴스 감도(inductance sensitivity)를 감소시킨다. 인덕터의 특성들은 상이한 길이들의 공극들을 사용함으로써 맞춤될 수 있다.
자속이 공극을 가로질러 가압 될 때(forced), 자기장은 자속 경로의 방향에 수직한 방향들로 퍼지는(spread) 경향이 있을 것이다. 자속의 이러한 퍼짐은, 일반적으로 "프린징 자속(fringing flux)"으로 언급된다. 작거나 짧은 공극은 크거나 긴 공극 보다 작은 자기장을 프린지(fringe)할 것이다. 공극 프린징은 자속 자기 저항을 감소시킬 것이며, 이에 의해 인덕터의 인덕턴스를 증가시킬 것이다. 그러나, 이러한 프린징 자속이 시간 내에서 변화하고 자기장이 와이어의 기하학적 형상을 중첩시킨다면, 주위 권선 와이어들에서 발생된 와전류들이 또한 존재할 것이다. 와이어에서의 와전류들은 권선 손실들을 증가시킬 것이다. 따라서, 공극의 종래 기술의 배열체는, 권선과 상호작용하는 공극의 프린징 자속에 기인하여 효율 손실들을 수반할 수 있다. 이러한 손실들을 감소시키기 위해서, 공극의 영역에서의 권선의 배열체는 신중하게 고려되어야 할 필요가 있다. 추가로, 이러한 손실들을 감소시키기 위해서, 양호하게 설계된 와이어의 기하학적 형상, 예컨대 평탄한 호일 권선 또는 매우 얇은 와이어들의 다중 스트랜드들을 사용한 리츠 와이어(Litz-wire)를 이용할 필요가 있을 수 있다.
제 1 양태의 본 발명의 인덕터 코어 설계는, 상기 언급된 종래 기술의 접근법으로부터 출발할 수 있다. 보다 구체적으로는, 자속 경로의 반경 방향으로 연장하는 부분에 자속 배리어가 배열되게 할 수 있다. 이러한 "반경 방향 자속 배리어"는 자속 배리어에서 발생하는 프린징 자속을 권선들로부터 분리하고, 이에 의해 관련된 효율 손실들을 완화시킬 수 있게 한다.
"자속 배리어"는, 배리어가 자속 경로의 전체 자기 저항에 대한 결정 인자일 수 있도록 반경 방향 길이 연장부 및 자기 저항을 제공하며 인덕터 코어 내에 배열된 배리어로서 해석될 수 있다. 따라서, 자속 배리어는 또한 자성의 자기 저항 배리어로서 언급될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 자속 배리어는 플레이트 부재와 일체이며 그의 반경 방향 부분에 걸쳐 분포되는 감소된 투자율의 재료를 포함한다. 반경 방향 부분의 길이는, 플레이트 부재의 전체 반경 방향 연장부 또는 단지 그의 일부분에 대응할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 자속 배리어는 코어 부재와 플레이트 부재 사이에 배열되며, 이에 의해 자속 배리어는 코어 부재와 플레이트 부재를 분리한다. 코어 부재 내에 스루 홀을 제공함으로써, 여기서 코어 부재는 스루 홀 내로 연장하고, "반경 방향 자속 배리어"는 코어와 플레이트 부재 사이를 연장하는 공간 또는 갭에 의해 용이하게 형성될 수 있다. 이러한 자속 배리어는 "반경 방향 내부 자속 배리어"로서 언급될 수 있다. 축 방향으로부터 반경 방향으로 자속 경로를 천이시키는 위치에 자속 배리어를 제공함으로써, 인덕터 코어 외부에서의 프린징 자속의 아주 작은 존재를 성취할 수 있는데, 이는 코어 부재와 플레이트 부재 사이의 프린징 자속의 주요 부분이 인덕터 코어의 내부 상에 나타날 수 있기 때문이다.
일 실시예에 따르면, 외부 부재는 플레이트 부재를 적어도 부분적으로 둘러싼다. 이는 안정적인 구조를 가능하게 하는데, 이는 코어 부재와 플레이트 부재뿐만 아니라 플레이트 부재와 외부 부재 양자 사이에서의 인터페이스들의 자속 경로가, 반경 방향으로 지향되기 때문이다. 이에 의해, 인덕터 코어 상의 자속 유도 축 방향 응력이 낮게 유지될 것이다.
플레이트 부재를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 외부 부재를 배열함으로써, 플레이트 부재와 외부 부재 사이에 자속 배리어를 배열시킬 수 있게 되며, 이에 의해 자속 배리어는 외부 부재와 플레이트 부재를 서로 분리한다. 이러한 자속 배리어는, "반경 방향 외부 자속 배리어"로서 언급될 수 있다. 반경 방향 외부 자속 배리어 및 반경 방향 내부 자속 배리어는, 동일하거나 대응하는 이점들을 제공한다. 그러나, 반경 방향 외부 자속 배리어는, 권선들로부터 반경 방향 외부 자속 배리어에서 발생하는 프린징 자속의 추가 분리를 가능하게 하며, 이에 의해 관련된 효율 손실들이 완화될 수 있다는 추가의 이점을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 인덕터 코어는, 반경 방향 내부 자속 배리어 및 반경 방향 외부 자속 배리어 양자를 포함한다. 이로써, 제 1 자속 배리어는 코어 부재와 플레이트 부재 사이에 배열되며, 제 2 자속 배리어는 플레이트 부재와 외부 부재 사이에 배열된다. 이러한 이중 배리어 배열체는 몇몇 경우들에 증가된 설계 유연성을 제공할 수 있다. 게다가, 이중 배리어 배열체는 단일 배리어 배열체에 비해 인덕터 코어 외부에서 감소된 프린징 자속을 가능하게 하는데, 이는 각각의 배리어에는 더 작은 반경 방향 두께가 제공될 수 있는 한편, 단일 배리어 배열체와 같이 자속 경로의 총 자기저항에 대한 동일하게 조합된 기여를 유지하기 때문이다. 더 작은 반경 방향 두께는 개별 부재들 사이에 더 작은 분리를 가능하게 하는데, 이에 따라 적은 프린징 자속이 유도된다.
상기에서부터 이해될 수 있는 바와 같이, 제 1 양태의 인덕터 코어는, 모듈식 설계를 제공하며, 여기서, 플레이트 부재는 코어 부재 및 외부 부재로부터 별개로 형성될 수 있다. 이로써, 플레이트 부재에 대한 제조는 다른 부재들의 제조와 격리시 최적화될 수 있다. 이후, 부재들은 편리한 방식과 함께 조립될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 부재들은 연자성 분말 재료로 만들어진다. 연자성 분말 재료는 연자성 복합재(soft magnetic composite, SMC)일 수 있다. 연자성 복합재는, 전기 절연 코팅이 제공된 자성 분말 입자들(예컨대, 철 입자들)을 포함할 수 있다. 플레이트 부재에서의 스루 홀은 동일한 양의 가압력(pressing force)을 사용하여 더 큰 인덕터 코어들을 제조하거나 이와 반대로 적은 가압력을 사용하여 종래 기술의 크기의 인덕터 코어들을 제조할 수 있게 한다.
또한, 제 1 양태에 따른 인덕터 코어 설계는 제조 중 허용 오차와 관련된 이점들을 제공한다. 코어 부재, 플레이트 부재 및/또는 외부 부재는 연자성 분말 재료의 단축 방향 압축(uniaxial compaction)에 의해 제조될 수 있다. 코어 부재, 플레이트 부재 및/또는 외부 부재는 연자성 분말 재료를 성형(molding)함으로써 제조될 수 있다. 성형은 각각 개별 부재의 축 방향에 대응하는 방향으로 가압함으로써 분말 재료를 압축하는 단계를 포함할 수 있다. 반경 방향으로, 부재의 치수는 몰드(mould)의 공동(cavity) 벽들에 의해 제한된다. 이로써, 축 방향으로 보다 반경 방향으로 훨씬 더 엄격한(tight) 허용 오차를 갖는 단축 방향 압축을 사용하여 부재가 제조될 수 있다. 결과적으로, 제조된 부재들은 고 정밀도를 갖는 반경 방향 치수들을 제공할 수 있다. 이는, 서로에 대해서 반경 방향으로 분포된 부재들 사이에서 정확한 끼움 장착이 이루어질 수 있기 때문에, 유리하다. 게다가, 자속 배리어의 반경 방향 연장부의 길이(예컨대, 스루 홀의 반경 및 코어 부재의 반경 방향 연장부에 의해, 또는 플레이트 부재의 반경 방향 연장부 및 외부 부재의 반경 방향 치수에 의해 결정됨)는 정확하게 결정될 수 있으며, 따라서 이는 최종 인덕터 제품에서의 인덕턴스에 대해 양호한 정밀도를 가능하게 한다. 이러한 정밀도는 축 방향으로 연장하는 공극을 갖는 압축 인덕터 코어를 제조할 때 성취하기가 매우 어려워질 것이다.
일 실시예에 따르면, 코어 부재, 외부 부재 및 플레이트 부재는 별개의 부재들이며, 이들 부재는 조립되어 코어 부재, 플레이트 부재 및 외부 부재를 통해 연장하는 자속 경로를 함께 형성하도록 구성된다. 이에 의해, 각각의 부재는 종래의 방식으로 별도로 제조될 수 있다. 부재는 연자성 분말 재료로 만들어질 수 있으며, 여기서 인덕터 코어의 부재들은 단일-레벨 툴링(single-level tooling)을 사용하여 효율적으로 제조될 수 있다.
인덕터 코어의 모듈식 설계는, 인덕터 코어의 하이브리드 설계를 추가로 가능하게 하며, 여기서, 각각의 부재는 가장 적절한 재료로 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 외부 부재의 자속 전도 단면적은 코어 부재의 자속 전도 단면적을 초과한다. 이는, 일부 적용분야들에서 유리할 수 있다. 일부 하이브리드 설계들에 특히 유리할 수 있다. 예컨대, 코어 부재는 연자성 복합재 재료로 만들어질 수 있고, 외부 부재는 연질 페라이트(soft ferrite)와 같은 페라이트로 만들어질 수 있다.
페라이트 재료는 연자성 복합재보다 높은 투자율 및 낮은 와전류 손실들을 제공하지만, 또한 낮은 포화도를 제공할 수 있다. 그러나, 낮은 포화도는 코어 부재의 자속 전도 단면적보다 외부 부재의 자속 전도 단면적을 더 크게 함으로써 보상될 수 있다. 이에 따라, 외부 부재의 포화도는 증가될 수 있으며, 여기서, 인덕터 코어의 전체 손실들이 감소될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 코어 부재는 연자성 분말로 만들어지며, 플레이트 부재는 반경 방향으로 연장하는 복수 개의 적층식 전도성 시트들로 만들어진다. 코어 부재가 플레이트 부재의 스루 홀 내로 연장하기 때문에, 자속은 축 방향으로 연장하는 코어 부재와 플레이트 부재의 반경 방향으로 연장하는 전도성 시트들 사이에서 효율적으로 전달될 수 있다. 플레이트 부재를 적어도 부분적으로 둘러싸도록, 이것이 외부 부재를 배열하는 것과 조합된다면, 자속은 외부 부재와 플레이트 부재의 전도성 시트들 사이에서 또한 효율적으로 전달될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플레이트 부재는 외측 반경 방향으로 감소하는 축 방향 치수를 제공한다. 플레이트 부재의 원주가 외측 반경 방향을 따라 증가하기 때문에, 플레이트 부재의 축 방향 치수는 점진적으로 감소될 수 있는 한편, 플레이트 부재와 코어 부재 사이 인터페이스에서와 같은 동일한 자속 전도 단면적을 유지할 수 있다. 이로써, 플레이트 부재를 위해 요구되는 재료의 양은, 효율에 부정적인 영향을 미치지 않고 감소될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플레이트 부재의 스루 홀은, 플레이트 부재의 외부 축 방향 측면을 향하는 방향을 따라 감소하는 반경 방향 치수를 제공한다. 외부 축 방향 측면은, 코어 부재와 외부 부재 사이의 권선 공간으로부터 멀어지는 방향으로 마주하는 플레이트 부재의 측면이다.
일 실시예에 따르면, 코어 부재는 스루 홀을 통해 완전히 연장한다. 이는 코어 부재와 플레이트 부재 사이에 큰 인터페이스를 허용한다.
일 실시예에 따르면, 코어 부재는 스루 홀을 통해 그리고 스루 홀을 지나 연장한다. 이는 냉각 수단이 코어 부재에 제공되는 것을 가능하게 하며, 여기서 자속 및 권선 전류들에 의해 발생된 열이 인덕터 코어로부터 효율적으로 발산될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플레이트 부재는 제 1 플레이트 부재이며, 인덕터 코어는, 추가의 또는 제 2 플레이트 부재를 더 포함한다. 제 1 플레이트 부재 및 제 2 플레이트 부재는 외부 부재의 대향 단부들에 제공될 수 있다. 제 1 플레이트 부재 및 제 2 플레이트 부재는 코어 부재의 대향 단부들에 제공될 수 있다. 코어 부재, 외부 부재, 제 1 플레이트 부재 및 제 2 플레이트 부재는 별개의 부재들을 형성할 수 있고 조립되도록 구성될 수 있다.
대안으로, 제 2 플레이트 부재는 코어 부재와 일부품으로 형성될 수 있고, 코어 부재와 외부 부재 사이에서 반경 방향으로 연장하도록 배열될 수 있다. 이는 매우 안정적인 구성을 가능하게 한다.
조립될 때, 부재들은 코어 부재, 제 1 플레이트 부재, 외부 부재 및 제 2 플레이트 부재를 통해 연장하는 자속 경로를 함께 형성할 수 있다. 게다가, 부재들은 주위로부터 권선 전류들에 의해 발생된 자속을 효과적으로 차폐하는 폐쇄된 인덕터 코어 설계를 가능하게 한다.
제 2 양태에 따르면, 축 방향으로 연장하는 코어 부분 및 상기 코어 부분과 함께 일 부품으로 형성되는 반경 방향으로 연장하는 플레이트 부재를 포함하는 코어 부재, 상기 코어 부분을 적어도 부분적으로 둘러싸는 축 방향으로 연장하는 외부 부재로서, 이에 의해 상기 코어 부분과 상기 외부 부재 사이에서 권선을 수용하기 위해 코어 부분 둘레에 공간을 형성하며 플레이트 부재를 적어도 부분적으로 더 둘러싸는, 외부 부재를 포함하며, 상기 코어 부재 및 외부 부재는 별개의 부재들이며, 이 부재들은 조립되어 코어 부분, 플레이트 부재 및 외부 부재를 통해 연장하는 자속 경로를 함께 형성하도록 구성되는, 인덕터 코어가 제공된다.
부재들의 구조에 의해서, 비교적 낮은 자기 저항의 자속 경로가 얻어질 수 있다. 코어 부재를 적어도 부분적으로 둘러싸는 외부 부재는 권선에서 흐르는 전류에 의해 발생된 자속을 인덕터 코어에 구속(confine)할 수 있으며, 이로써 자속 도전체로서 작용하면서 주위와의 간섭을 최소화시키거나 적어도 감소시킨다.
외부 부재는 플레이트 부재를 적어도 부분적으로 둘러싼다. 이는, 플레이트 부재와 외부 부재 사이의 인터페이스에서 자속 경로가 반경 방향으로 지향되기 때문에, 안정적인 구조를 가능케 한다. 인덕터 코어 상에서의 자속 유도 축 방향 응력은 이에 의해 낮게 유지될 수 있다. 이는 코어 부분 및 플레이트 부재가 통합되는 조합시에, 안정도를 더 추가한다.
낮은 자기 저항 자속 경로를 제공하기 위해서, 인덕터 코어들은 통상적으로 고투자율을 갖는 재료들로 만들어진다. 그러나, 이러한 재료들은 특히, 더 높은 기자력(MMF)으로 용이하게 포화될 수 있다. 포화시, 인덕터의 인덕턴스는 감소할 것이며, 여기서 인덕터 코어가 이용가능한 전류들의 범위는 감소된다. 사용가능한 범위를 개선하기 위해 공지된 조치는, 권선이 배열되는 코어의 부분에 공극(air gap)을 배열하는 것이다. 세장형의 종래 기술의 코어에 대해서, 이로써, 공극은 코어의 축 방향으로 연장한다. 적절히 배열된 공극은 감소된 최대 인덕턴스를 유발한다. 그러나, 이는 또한, 전류 변동(variation)들에 대한 인덕턴스 감도(inductance sensitivity)를 감소시킨다. 인덕터의 특성들은 상이한 길이들의 공극들을 사용함으로써 맞춤될 수 있다.
자속이 공극을 가로질러 가압 될 때(forced), 자기장은 자속 경로의 방향에 수직한 방향들로 퍼지는(spread) 경향이 있을 것이다. 자속의 이러한 퍼짐은, 일반적으로 "프린징 자속(fringing flux)"으로 언급된다. 작거나 짧은 공극은 크거나 긴 공극 보다 작은 자기장을 프린지할 것이다. 공극 프린징은 자속 자기 저항을 감소시킬 것이며, 이에 의해 인덕터의 인덕턴스를 증가시킬 것이다. 그러나, 이러한 프린징 자속이 시간 내에서 변화하고 자기장이 와이어의 기하학적 형상을 중첩시킨다면, 주위 권선 와이어들에서 발생된 와전류들이 또한 존재할 것이다. 와이어에서의 와전류들은 권선 손실들을 증가시킬 것이다. 따라서, 공급의 종래 기술의 배열체는, 권선과 상호작용하는 공극의 프린징 자속에 기인하여 효율 손실들을 수반할 수 있다. 이러한 손실들을 감소시키기 위해서, 공극의 영역에서의 권선의 배열체는 신중하게 고려되어야 할 필요가 있다. 추가로, 이러한 손실들을 감소시키기 위해서, 양호하게 설계된 와이어의 기하학적 형상, 예컨대 평탄한 호일 권선 또는 매우 얇은 와이어들의 다중 스트랜드들을 사용한 리츠 와이어(Litz-wire)를 이용할 필요가 있을 수 있다.
제 2 양태의 본 발명의 인덕터 코어 설계는 상기 언급된 종래 기술의 접근법으로부터 출발할 수 있다. 보다 구체적으로는, 자속 경로의 반경 방향으로 연장하는 부분에 자속 배리어가 배열될 수 있다. 이러한 "반경 방향 자속 배리어"는 자속 배리어에서 발생하는 프린징 자속을 권선들로부터 분리하고, 이에 의해 관련된 효율 손실들을 완화시킬 수 있게 한다.
일 실시예에 따르면, 자속 배리어는 플레이트 부재와 일체이며 그의 반경 방향 부분에 걸쳐 분포되는 감소된 투자율의 재료를 포함한다. 반경 방향 부분의 길이는, 플레이트 부재의 전체 반경 방향 연장부 또는 단지 그의 일부분에 대응할 수 있다.
제 2 양태에 따르면, 외부 부재는 플레이트 부재를 적어도 부분적으로 둘러싼다. 이는 플레이트 부재와 외부 부재 사이에 자속 배리어가 배열될 수 있게 하며, 이에 의해 자속 배리어가 플레이트 부재와 외부 부재를 서로 분리한다. 축 방향으로부터 반경 방향으로 자속 경로를 천이시키는 위치에 자속 배리어를 제공함으로써, 인덕터 코어 외부에서의 매우 작은 프린징 자속을 성취할 수 있는데, 이는 코어 부재와 외부 부재 사이의 프린징 자속의 주요 부분이 인덕터 코어의 내부 상에 나타날 수 있기 때문이다.
제 2 양태의 인덕터 코어는, 모듈식 설계를 제공하며, 여기서, 코어 부재와 외부 부재는 서로 별개로 형성될 수 있다. 이로써, 각 부재의 제조 방법은 다른 부재의 제조 방법과 격리시 최적화될 수 있다. 이후, 부재들은 편리한 방식과 함께 조립될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 부재들은 연자성 분말 재료로 만들어진다. 연자성 분말 재료는 연자성 복합재(SMC)일 수 있다. 연자성 복합재는, 전기 절연 코팅이 제공된 자성 분말 입자들(예컨대, 철 입자들)을 포함할 수 있다.
또한, 제 2 양태는 제조 중 허용 오차들과 관련된 이점들을 제공한다. 코어 부재, 플레이트 부재 및/또는 외부 부재는 연자성 분말 재료의 단축 방향 압축에 의해 제조될 수 있다. 코어 부재 및/또는 외부 부재는 연자성 분말 재료를 성형함으로써 제조될 수 있다. 성형은 개별 부재의 축 방향에 대응하는 방향으로 가압함으로써 분말 재료를 압축하는 단계를 포함할 수 있다. 반경 방향으로, 부재의 치수는 몰드(mould)에 의해 제한된다. 이로써, 축 방향으로 보다 반경 방향으로 훨씬 더 엄격한(tight) 허용 오차를 갖는 단축 방향 압축을 사용하여 부재가 제조될 수 있다. 따라서, 이렇게 제조된 부재는 반경 방향으로 매우 엄격한 허용 오차를 제공할 수 있다. 이는, 코어 부재와 외부 부재 사이에서 양호한 끼움 장착이 이루어질 수 있기 때문에, 유리하다. 게다가, 자속 배리어의 반경 방향 연장부의 길이(예컨대, 플레이트 부재의 반경 치수 및 외부 부재의 반경 방향 치수에 의해 결정됨)는 정확하게 결정될 수 있으며, 따라서 이는 최종 인덕터 제품에서의 인덕턴스에 대해 양호한 정밀도를 가능하게 한다. 이러한 정밀도는 축 방향으로 연장하는 공극을 갖는 인덕터 코어에 대해 성취하기가 매우 어려워질 것이다.
인덕터 코어의 모듈식 설계는, 인덕터 코어의 하이브리드 설계를 추가로 가능하게 하며, 여기서, 각각의 부재는 가장 적절한 재료 형태로 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 자속 경로를 따라 취한 외부 부재의 자속 전도 단면적은 코어 부재의 자속 전도 단면적을 초과한다. 이는, 일부 적용분야들에서 유리할 수 있다. 예컨대, 일부 하이브리드 설계들에 유리할 수 있다. 보다 자세한 실시예에서와 같이, 코어 부재는 연자성 복합재 재료로 만들어질 수 있고, 외부 부재는 페라이트로 만들어질 수 있다.
페라이트는 연자성 복합재보다 높은 투자율 및 낮은 와전류 손실들을 제공하지만, 또한 낮은 포화도를 제공할 수 있다. 그러나, 낮은 포화도는 코어 부재의 코어 부분의 자속 전도 단면적보다 외부 부재의 자속 전도 단면적을 더 크게 함으로써 보상될 수 있다. 이에 따라, 외부 부재의 포화도는 증가될 수 있으며, 여기서, 인덕터 코어의 전체 손실들이 감소될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 코어 부재의 플레이트 부재는 외측 반경 방향으로 감소하는 축 방향 치수를 제공한다. 플레이트 부재의 원주가 외측 반경 방향을 따라 증가하기 때문에, 플레이트 부재의 축 방향 치수는 점진적으로 감소될 수 있는 한편, 플레이트 부재와 코어 부분 사이 천이부에서와 같은 동일한 자속 전도 단면적을 유지할 수 있다. 이로써, 인덕터 코어를 위해 요구되는 재료의 양은, 효율에 부정적인 영향을 미치지 않고 감소될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 인덕터 코어는 제 2 플레이트 부재를 더 포함한다. 이로써, 인덕터 코어는 제 1 플레이트 부재 및 제 2 플레이트 부재를 포함한다. 제 1 플레이트 부재 및 제 2 플레이트 부재는 외부 부재의 대향 단부들에 제공될 수 있다. 제 1 플레이트 부재 및 제 2 플레이트 부재는 코어 부분의 대향 단부들에 제공될 수 있다. 제 2 플레이트 부재는 코어 부분 상에서 반경 방향으로 연장하는 돌기부로서 형성될 수 있다. 조립될 때, 부재들은 코어 부분, 제 1 플레이트 부재, 외부 부재 및 제 2 플레이트 부재를 통해 연장하는 자속 경로를 함께 형성할 수 있다. 게다가, 부재들은 주위로부터 권선 전류들에 의해 발생된 자속을 효과적으로 차폐하는 폐쇄된 인덕터 코어 설계를 가능하게 한다.
일 실시예에 따르면, 제 2 플레이트 부재에는 스루 홀이 제공될 수 있으며, 여기서, 코어 부재의 코어 부분이 스루 홀 내로 연장한다. 외부 부재는 제 2 플레이트 부재를 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 제 1 플레이트 부재에서 자속 배리어 이외에, 반경 방향으로 연장하는 제 2 자속 배리어는 제 2 플레이트 부재에 배열될 수 있다. 제 2 자속 배리어는 코어 부재와 플레이트 부재 사이에 배열될 수 있고, 이에 의해 제 2 자속 배리어는 코어 부재와 플레이트 부재를 분리한다. 제 2 자속 배리어는 제 2 플레이트 부재와 외부 부재 사이에 배열될 수 있고, 이에 의해 제 2 플레이트 부재와 외부 부재를 분리한다.
본 발명의 개념의 상기 목적뿐만 아니라 추가의 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부 도면들을 참조하여, 본 발명의 개념의 바람직한 실시예들의 예시적이며 비제한적인 후속의 상세한 설명을 통해 보다 양호하게 이해될 것이며, 같은 도면 부호들은 달리 언급되지 않는 한 같은 요소들을 위해 사용될 것이다.
도 1은 인덕터 코어의 일 실시예의 개략적인 분해도이다.
도 2는 조립된 상태에서의 인덕터 코어의 예시이다.
도 3a 내지 도 3c는 다양한 인덕터 코어 설계들을 예시한다.
도 4는 냉각 수단이 제공된 인덕터 코어를 예시하는 축 방향을 따라 취한 단면도이다.
도 5는 대안의 실시예에 따른 인덕터를 예시하는 축 방향을 따라 취한 단면도이다.
도 6은 선택적인 설계에 따른 플레이트 부재를 예시하는 축 방향을 따라 취한 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 2 개의 추가의 실시예들에 따른 자속 배리어(magnetic flux barrier)를 예시하는 축 방향을 따라 취한 단면도들이다.
도 8은 추가의 실시예에 따른 자속 배리어를 예시한다.
도 9는 추가의 실시예에 따른 인덕터 코어를 예시하는 축 방향을 따라 취한 단면도이다.
도 10은 추가의 실시예에 따른 인덕터 코어를 예시하는 축 방향을 따라 취한 단면도이다.
도 11은 추가의 실시예에 따른 인덕터 코어를 예시하는 축 방향을 따라 취한 단면도이다.
도 12는 추가의 실시예에 따른 인덕터 코어를 예시하는 축 방향을 따라 취한 단면도이다.
도 13은 추가의 실시예에 따른 인덕터 코어를 예시하는 축 방향을 따라 취한 단면도이다.
도 2는 조립된 상태에서의 인덕터 코어의 예시이다.
도 3a 내지 도 3c는 다양한 인덕터 코어 설계들을 예시한다.
도 4는 냉각 수단이 제공된 인덕터 코어를 예시하는 축 방향을 따라 취한 단면도이다.
도 5는 대안의 실시예에 따른 인덕터를 예시하는 축 방향을 따라 취한 단면도이다.
도 6은 선택적인 설계에 따른 플레이트 부재를 예시하는 축 방향을 따라 취한 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 2 개의 추가의 실시예들에 따른 자속 배리어(magnetic flux barrier)를 예시하는 축 방향을 따라 취한 단면도들이다.
도 8은 추가의 실시예에 따른 자속 배리어를 예시한다.
도 9는 추가의 실시예에 따른 인덕터 코어를 예시하는 축 방향을 따라 취한 단면도이다.
도 10은 추가의 실시예에 따른 인덕터 코어를 예시하는 축 방향을 따라 취한 단면도이다.
도 11은 추가의 실시예에 따른 인덕터 코어를 예시하는 축 방향을 따라 취한 단면도이다.
도 12는 추가의 실시예에 따른 인덕터 코어를 예시하는 축 방향을 따라 취한 단면도이다.
도 13은 추가의 실시예에 따른 인덕터 코어를 예시하는 축 방향을 따라 취한 단면도이다.
도 1은 조립되도록 구성된 복수 개의 별개의 부재들을 포함하는 인덕터 코어(10)의 일 실시예의 개략적인 분해도이다. 인덕터 코어(10)는 축 방향으로 연장하는 코어 부재(12) 및 축 방향으로 연장하는 외부 부재(14)를 포함한다. 코어 부재(12)는 원형 단면을 제공한다. 외부 부재(14)는 링 형상 단면을 제공한다. 인덕터 코어(10)가 조립되면, 외부 부재(14)는 원주 방향으로 코어 부재(12)를 둘러싸며, 이에 의해 코어 부재(12)와 외부 부재(14) 사이에서 반경 방향 및 축 방향으로 연장하는 공간을 형성하며, 이 공간은 권선(15)(개략적으로 나타냄)을 수용하기 위한 것이다.
인덕터 코어(10)는 제 1 링 또는 디스크 형상 플레이트 부재(16) 및 제 2 링 또는 디스크 형상 플레이트 부재(18)를 더 포함한다. 제 1 및 제 2 플레이트 부재(16, 18)들 각각에는 스루 홀(17, 19)이 제공된다. 스루 홀들 각각은 이들의 개별 플레이트 부재(16, 18)들을 통해 축 방향으로 연장한다. 스루 홀(17, 19)들은 코어 부재(12)의 개별 단부 부분을 수용하도록 배열된다. 인덕터 코어(10)가 조립되면, 코어 부재(12)는 스루 홀(17, 19)들 내로 연장하며, 제 1 및 제 2 플레이트 부재(16, 18)들은 코어 부재(12)의 대향 단부들에 배열된다.
제 1 및 제 2 플레이트 부재(16, 18)들은 반경 방향으로의 연장부를 제공한다. 이에 따라, 제 1 및 제 2 플레이트 부재(16, 18)들 각각은 축 방향에 수직한 평면으로의 연장부를 제공한다.
인덕터 코어(10)는 권선 리드-스루(winding lead-through)(명확화를 위해서 도시 생략됨)를 추가로 포함할 수 있다. 리드 스루는 예컨대, 외부 부재(14) 내, 플레이트 부재(16) 내 또는 플레이트 부재(18) 내에 배열될 수 있다.
인덕터 코어(10)가 조립된다면, 외부 부재(14)는 또한, 플레이트 부재(16, 18)들을 원주 방향으로 둘러싼다. 그러므로, 제 1 및 제 2 플레이트 부재(16, 18)들 각각과 외부 부재(14) 사이의 인터페이스는, 원주 방향 및 축 방향으로 연장된다. 게다가, 제 1 및 제 2 플레이트 부재(16, 18)들 각각과 코어 부재(12) 사이의 인터페이스는, 원주 방향 및 축 방향으로 연장된다. 스루 홀(17, 19)들의 반경은, 축 방향을 따라 일정할 수 있다.
대안으로, 하나 또는 양자의 스루 홀(17, 19)들은 원추형 형상일 수 있다. 이에 따라, 스루 홀(17 및/또는 19)들의 반경은, 코어 부재(12)의 단부 부분들을 향해 축 방향을 따라 감소할 수 있다. 코어 부재(12)의 대응하는 단부 부분들은 대응하는 형상을 제공할 수 있다.
도 2는 조립된 상태에서의 인덕터 코어(10)의 개략적인 사시도이며 절단도이다. 코어 부재(12), 외부 부재(14) 및 플레이트 부재(16, 18)들은 함께 자속 경로(P)를 형성한다. 자속 경로(P)는 코어 부재(12), 플레이트 부재(16), 외부 부재(14), 플레이트 부재(18)를 통해서 그리고 다시 코어 부재(12) 내로 연장하는 폐쇄 루프를 형성한다. 축 방향은, 코어 부재(12)에서, 즉 권선 내측에서, 자속 경로(P)의 방향에 일치하거나 자속 경로의 방향에 해당한다. 자속 경로의 일부는 플레이트 부재(16, 18)들을 통해 반경 방향으로 연장한다. 하기에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 이는 반경 방향으로 연장하는 자속 배리어를 가능하게 한다.
도 2에 예시된 바와 같이, 코어 부재(12)는 스루 홀(16, 18)들의 축 방향 연장부를 통해서 완전히 연장한다. 그러나, 대안의 배열체에 따르면, 코어 부재(12)는 스루 홀(16, 18)들을 통해서 단지 부분적으로 연장할 수 있다.
인덕터 코어(10)의 모듈식 구성은, 상이한 다양한 재료들 및 재료 조합들로부터 인덕터 코어(10)가 만들어질 수 있게 한다.
제 1 설계에 따르면, 코어 부재(12), 외부 부재(14) 및 플레이트 부재(16, 18)들은, 압축된(compacted) 자성 분말 재료로 만들어질 수 있다. 이 재료는 연자성 분말일 수 있다. 이 재료는 페라이트 분말일 수 있다. 이 재료는 연자성 복합재 재료일 수 있다. 복합재는, 전기 절연 코팅이 제공된 철 입자들을 포함할 수 있다. 유리하게는, 재료의 비저항(resistivity)은 와전류들이 실질적으로 억제되도록 될 수 있다. 보다 자세한 예시로서, 재료는 회가내스 아베(Hoganas AB)(스웨덴, 회가내스, S-263 83에 소재함)로부터 소마로이 제품군(예컨대, Somaloy® 1 10i, Somaloy® 130i 또는 Somaly® 700HR)으로부터의 연자성 복합재일 수 있다.
연자성 분말은 다이 내에 충전되어 압축될 수 있다. 이후, 재료는 열처리, 예컨대 소결(페라이트 분말과 같은 분말 재료들용)에 의해서 또는 분말 입자들 사이의 절연 층을 파괴하지 않도록 비교적 저온으로(연자성 복합재들용) 열처리될 수 있다. 압축 프로세스 중, 개별 부재의 축 방향에 대응하는 방향으로 압력이 인가된다. 반경 방향으로, 부재의 치수는 몰드의 공동(cavity) 벽들에 의해 제한된다. 이에 따라, 부재는, 축 방향보다 반경 방향으로 보다 엄격한 허용오차(tolerance)를 갖는 단축 압축(uniaxial compaction)을 사용하여 제조될 수 있다.
도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 코어 부재(12) 및 외부 부재(14)에서 또한 자속 경로(P)의 축 방향으로 연장하는 부분의 길이는 코어 부재 및 외부 부재(14)에 대한 플레이트 부재(16, 18)들의 위치들에 의해 결정된다. 이에 따라, 제 1 플레이트 부재(16)와 제 2 플레이트 부재(18) 사이의 축 방향 분리는, 자속 경로(P)의 축 방향 길이를 결정한다. 이에 따라, 상기 논의된 압축 방법에 기인하여 코어 부재(12) 및/또는 외부 부재(14)의 축 방향 길이에서의 임의의 부정확함들은 코어 부재(12)와 외부 부재(14)에 대한 플레이트 부재(16, 18)들의 신중한 배열체에 의해 보상될 수 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 축 방향으로 코어 부재(12) 및 외부 부재(14)의 수용 가능한 제조 허용 오차 간격을 감소시키는 것보다 플레이트 부재(16, 18)들을 정확하게 배열하는 것이 훨씬 더 실행가능하다.
게다가, 상기 언급된 바와 같이, 반경 방향으로의 허용 오차 간격은, 비교적 엄격하게 만들어질 수 있다. 이에 따라, 또한 자속 경로(P)의 반경 방향으로 연장하는 부분들의 길이(즉, 플레이트 부재(16, 18)들을 통해서)는 정확하게 만들어질 수 있다. 최종 인덕터의 인덕턴스가 자속 경로(P)의 총 길이에 따를 것이기 때문에, 인덕터 코어(10)에 따른 설계는 정확한 인덕턴스를 제공하는 인덕터들의 제조를 가능하게 한다.
반경 방향으로의 엄격한 허용 오차는, 서로에 대해서 반경 방향으로 분포된 부재(12, 14, 16, 18)들 사이에서 정확한 끼움장착(fit)이 성취될 수 있게 하는 추가의 이점들을 제공한다. 예컨대, 스루 홀(17, 19)들 및 코어 부재(12)의 반경 방향 치수에 대한 엄격한 허용 오차가 성취될 수 있다. 따라서, 이는 인덕터 코어(10)에 양호하게 형성된 반경 방향 연장부를 갖는 자속 배리어를 플레이트 부재(16, 18)들에 도입하는 것을 가능하게 할 수 있다. 다양한 자속 배리어 구성들을 이하에서 설명할 것이다.
제 2 설계에 따르면, 코어 부재(12) 및 외부 부재(14)는, 제 1 설계와 관련하여 논의된 임의의 유형들의 연자성 분말 재료로 만들어질 수 있다. 플레이트 부재(16, 18)들은 반경 방향으로 연장하는 복수의 전도성 및 적층식 시트들, 예컨대 적층식 시트 강(sheet steel)으로 만들어질 수 있으며, 이 시트들은 축 방향에 수직하게 연장하도록 배열된다. 2 개의 인접한 시트들 사이에서 전기 저항 층을 배열함으로써 적층(lamination)이 성취될 수 있다. 제 1 설계와 관련하여 논의된 허용 오차와 관련된 이점들은 또한 이 설계에 적용가능하다.
제 3 설계에 따르면, 코어 부재(12)는 연자성 복합재로 만들어질 수 있다. 플레이트 부재(16, 18)들은 제 1 및 제 2 설계와 관련하여 논의된 임의의 유형들의 연자성 분말 재료로 만들어질 수 있다. 외부 부재(14)는 페라이트로 만들어질 수 있다. 유리하게는, 페라이트는 연질 페라이트(soft ferrite) 분말일 수 있다. 제조 중, 외부 부재(14)는 페라이트의 압축 및 소결에 의해 형성될 수 있으며, 이로써 외부 부재(14)는 소결된 페라이트 컴팩트(compact)를 형성한다. 외부 부재(14)는 코어 부재(12)의 자속 전도 단면적(flux conducting cross-sectional area) 보다 더 큰 자속 전도 단면적을 제공할 수 있다. 페라이트 재료는 연자성 복합재보다는 높은 투자율 및 낮은 와전류 손실들뿐만 아니라 낮은 포화도를 제공할 수 있다. 그러나, 이 경우에, 낮은 포화도는 외부 부재(14)의 증가된 자속 전도 단면적에 의해 보상된다. 이에 따라, 외부 부재(14)의 포화도는 증가될 수 있으며, 여기서, 인덕터 코어의 전체 손실들이 감소될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 설계에 관련하여 논의된 허용 오차에 관한 이점들이 이러한 설계에 적용가능하다.
이러한 3 개의 설계들 예컨대, 연자성 분말 재료의 코어 부재(12), 적층식 시트들의 플레이트 부재(16, 18)들 및 페라이트의 외부 부재의 추가의 변형예들이 가능하다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 인덕터 코어(10)는 반경 방향 자속 배리어를 포함할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 스루 홀(17 및 19)의 반경 방향 치수는 스루 홀(17, 19)들에 의해 수용되는 코어 부재(12)의 부분들의 반경 방향 치수보다 클 수 있다. 이에 따라, 반경 방향 내부 자속 배리어(20)는 코어 부재(12)와 플레이트 부재(16) 사이의 갭에 배열될 수 있다. 이에 대응하여, 반경 방향 내부 자속 배리어(22)는 코어 부재(12)와 플레이트 부재(18) 사이의 갭에 배열될 수 있다. 배리어(20, 22)들은 링 형상 갭들을 형성한다. 갭들은 각각의 개별 플레이트 부재(16, 18)의 스루 홀(17, 19)의 내부 축 방향 및 원주 방향으로 연장하는 경계면(boundary surface)과 코어 부재(12)의 축 방향 및 원주 방향으로 연장하는 경계면 사이에서 축 방향 및 반경 방향으로 연장한다.
압축된 구성요소들을 위해 얻어질 수 있는 상기 논의된 엄격한 반경 방향 허용 오차 간격들에 의해, 갭들의 반경 방향 연장부, 및 이에 따라 각각의 자속 배리어의 자기 저항(reluctance)이 매우 정밀하게 결정될 수 있다.
갭들에는 공기가 충전될 수 있고, 여기서 자속 배리어(20) 및 자속 배리어(22) 각각은 공극(air gap)을 포함한다. 대안으로, 갭들에는 자속 경로를 형성하는 부재들에 비해서 상당히 감소된 투자율(magnetic permeability)을 제공하는 재료가 충전될 수 있다. 용어 "충분히 감소된" 은, 상당히 감소된 투자율을 갖는 재료의 반경 방향 연장부의 길이가 자속 경로의 전체 자기 저항을 위한 결정 인자일 수 있도록 해석될 수 있다. 예로서, 재료는 플라스틱 재료, 고무 재료 또는 세라믹 재료일 수 있다. 따라서, 각각의 자속 배리어(20, 22)는 충분히 감소된 투자율을 제공하며 각각 코어 부재(12)와 플레이트 부재(16, 18)들 사이에 배열되는 재료로 만들어지는 링 형상 부재를 포함할 수 있다. 이로써, 코어 부재(12)는 링 형상 부재들을 통해서 연장할 수 있다. 링 형상 부재들은 예컨대, 아교접착(gluing) 등에 의해 코어 부재와 플레이트 부재(16, 18)에 각각 부착될 수 있다.
대안으로, 자속 배리어가 플레이트 부재(16, 18)들 양자에 제공될 필요가 없지만, 인덕터 코어(10)는 단지 자속 배리어(20)만을 포함할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 외부 부재(14)의 내부 반경 방향 치수는 플레이트 부재(16, 18)들의 반경 방향 치수 보다 클 수 있다. 이로써, 반경 방향 외부 자속 배리어(24)는 플레이트 부재(16), 및 외부 부재(14) 사이 갭에 배열될 수 있다. 이에 대응하여, 반경 방향 외부 자속 배리어(26)는 플레이트 부재(18)와 외부 부재(14) 사이 갭에 배열될 수 있다. 갭에는 상당히 감소된 투자율을 제공하는 공기 또는 일부 다른 재료가 채워질 수 있다.
도 3c를 참조하면, 스루 홀(17, 19)의 반경 방향 치수는, 스루홀(17, 19)들에 의해 수용되는 코어 부재(12)의 일부분들의 반경 방향 치수보다 클 수 있다. 추가로, 외부 부재(14)의 내부 반경 방향 치수는 플레이트 부재(16, 18)들의 반경 방향 치수보다 클 수 있다. 이로써, 자속 배리어(28a)는 플레이트 부재(16)와 외부 부재(14) 사이 갭에 배열될 수 있고, 자속 배리어(28b)는 코어 부재(12)와 플레이트 부재(16) 사이 갭에 배열될 수 있다. 이에 대응하여, 자속 배리어(30a)는 플레이트 부재(18)와 외부 부재(14) 사이 갭에 배열될 수 있고, 자속 배리어(30b)는 코어 부재(12)와 플레이트 부재(18) 사이 갭에 배열될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 자속 배리어는 플레이트 부재(16, 18)들과 일체일 수 있다. 예컨대, 플레이트 부재(16, 18) 각각의 반경 방향 및 원주 방향으로 연장하는 부분은, 감소된 투자율의 재료를 포함할 수 있고, 이로써 링 형상 자속 배리어들을 형성한다. 반경 방향 부분의 길이는, 플레이트 부재(16, 18)들의 전체 반경 방향 연장부 또는 단지 그의 일부분에 대응할 수 있다. 예시로서, 플레이트 부재(16, 18) 각각의 링 형상 부분에는 감소된 투자율을 제공하는 공기 또는 다른 재료가 채워진 복수 개의 보어들 또는 작은 용적들이 제공될 수 있다.
인덕터 코어(10)에는 상기 언급된 자속 배리어들의 조합이 제공될 수 있음에 주목해야 한다. 예컨대, 인덕터 코어(10)는 축 방향의 일 단부에 반경 방향 내부 자속 배리어(20)를 그리고 축 방향의 대향 단부에 반경 방향 외부 자속 배리어(26)를 포함할 수 있다. 추가의 예에 따르면, 인덕터 코어(10)는 축 방향의 일 단부에 반경 방향 내부 자속 배리어(20)를 그리고 타단부에 일체형 자속 배리어를 갖는 플레이트 부재(18)를 포함할 수 있다.
대안의 설계에 따르면, 코어 부재 및 플레이트 부재는 서로 접촉 배열될 수 있다. 코어 부재와의 접촉면의 면적이 코어 부재의 자속 도전 단면적보다 작도록, 플레이트 부재가 배열될 수 있다. 이에 의해, 증가된 자기 저항이 코어 부재와 플레이트 부재 사이 천이부에서 얻어질 수 있다. 이에 의해, 코어 부재와 플레이트 부재 사이 천이부에서 자속 배리어가 형성될 수 있다. 도 7a, 도 7b 및 도 8은 이러한 자속 배리어를 포함하는 다양한 실시예들을 예시한다.
도 7a에 예시된 실시예에 따르면, 플레이트 부재(34)와 코어 부재(12)는 서로 접촉 배열된다. 스루 홀의 반경 방향 치수는 스루 홀에 의해 수용되는 코어 부재(12)의 일부분의 반경 방향 치수에 들어맞는다. 플레이트 부재(34)는 링 형상 그루브(36)를 포함한다. 이로써, 플레이트 부재(34)의 반경 방향 및 원주 방향 섹션은 플레이트 부재(34)의 다른 부분들에 비해 감소된 축 방향 두께를 제공한다.
감소된 축 방향 두께의 섹션이 스루 홀에 배열된다. 감소된 축 방향 두께의 섹션은 코어 부재(12)와 플레이트 부재(34) 사이 천이부에 배열된다. 그루브(36)는 코어 부재(12)와 플레이트 부재(34) 사이 접촉면의 면적을 감소시킨다. 이에 의해, 자속 배리어가 형성되도록, 코어 부재(12)와 플레이트 부재(34) 사이 인터페이스 또는 천이부에서의 자기 저항이 증가될 수 있다. 그루브(36)는, 코어 부재(12)와 플레이트 부재(34) 사이의 접촉면의 면적을 코어 부재(12)의 자속 전도 단면적보다 작게 만들도록 배열될 수 있다. 이로써, 자속 배리어가 코어 부재(12)와 플레이트 부재(34) 사이 천이부에 형성될 수 있다. 자속 경로의 총 자기 저항에 대해 소망하는 기여를 제공하는 자속 배리어가 얻어질 수 있도록, 그루브(36)가 축 방향 깊이 및 반경 방향 길이 연장부를 제공할 수 있다. 자기 포화가 인터페이스의 코어 부재(12)의 구역(region)에서 발생하도록, 그루브(36)의 축 방향 깊이가 이루어질 수 있다. 자기 포화가 인터페이스의 플레이트 부재(34)의 구역에서 발생하도록, 그루브(36)의 축 방향 깊이가 이루어질 수 있다. 이에 의해, 인덕터 코어가 스윙잉 초크 코어(swinging choke core) 구조 내에 사용될 수 있다.
도 7b에 예시된 실시예에 따르면, 플레이트 부재(38)는 코어 부재(12)를 향하는 방향으로 따라 점차적으로 증가하는 축 방향 깊이를 제공하는 그루브(40)를 포함할 수 있다.
도 8에 예시된 실시예에 따르면, 플레이트 부재(42)는 코어 부재(12)와 플레이트 부재(42) 사이 인터페이스에 배열되는 3 개의 리세스(44, 46, 48)들을 포함한다. 플레이트 부재가 임의의 수, 예컨대, 하나, 둘 또는 셋을 초과하는 리세스들을 포함할 수 있음에 주목해야 한다. 리세스들은 코어 부재(12)와 플레이트 부재(42) 사이에서 원주 방향 인터페이스를 따라 균일하게 분포된다. 각각의 리세스는 코어 부재(12)와 플레이트 부재(42) 사이에서 접촉면의 원주 방향 연장부를 감소시킨다. 플레이트 부재(42)는 3 개의 아크 형상 세그먼트들을 따라 코어 부재(12)와 맞물림한다. 자속 경로의 총 자기 저항에 대해 소망하는 기여를 제공하는 자속 배리어가 얻어질 수 있도록, 리세스(44, 46, 48)들이 원주 방향 연장부를 제공할 수 있다. 자기 포화가 인터페이스의 코어 부분(12)의 구역에서 발생하도록, 리세스(44, 46, 48) 각각의 원주 방향 연장부가 이루어질 수 있다. 자기 포화가 인터페이스의 플레이트 부재(42)의 구역에서 발생하도록, 리세스(44, 46, 48) 각각의 원주 방향 연장부가 이루어질 수 있다.
플레이트 부재(예컨대, 16, 18)들 내에 스루 홀들(예컨대, 스루 홀(17, 19)들)을 제공함으로써, 인덕터 코어의 하나 또는 양자의 축 방향 측면들에서 스루 홀들을 통해 그리고 스루 홀들을 지나 연장하는 코어 부재(12)를 갖는 것이 가능해진다. 스루 홀들로부터 돌출하는 코어 부재(12)의 일부분들은 냉각 수단에 연결될 수 있으며, 여기서 효율적인 냉각이 성취될 수 있다.
도 4는 이러한 하나의 냉각 배열체를 예시하며, 여기서 코어 부재(12)의 돌출 단부 부분(12a, 12b)들은 냉각 수단(31, 32)에 각각 맞물림한다. 냉각 수단(31, 32)은, 예컨대, 열 전도성(thermally conducting) 블록일 수 있으며, 여기서 코어 부재(12)에 의해 열(H)이 발산될 수 있다. 유리하게는, 냉각 수단(31, 32)은 코어 부재(12), 플레이트 부재(16, 18)들 및 외부 부재(14)를 형성하는 재료보다 낮은 투자율을 갖는 재료로 형성되어, 자속 경로(P)와의 간섭이 최소화된다. 예로서, 냉각 수단(31, 32)은 각각 알루미늄 블록일 수 있다.
대안으로, 상기의 양면(double-sided) 냉각 구조에 대조적으로, 단면(single-sided) 냉각 구조가 사용될 수 있다. 이러한 단면 냉각 구조에서, 코어 부재(12)는 플레이트 부재들 중 단지 하나, 예컨대 플레이트 부재(16)를 통해 그리고 이 부재를 지나 연장할 수 있으며, 여기서 돌출부 단부 부분(12a)은 냉각 수단과 맞물림할 수 있다.
선택적인 설계에 따르면, 2 개의 플레이트 부재들 중 제 1 플레이트 부재(16)만이 스루 홀(17)을 포함하며, 여기서 제 2 플레이트 부재는 인덕터 코어(10)에 대한 덮개(lid)로서 배열될 수 있고, 이로써 코어 부재(12)의 축 방향으로 마주하는 단부면과 접한다.
도 6은 대안의 설계의 플레이트 부재(16')를 예시한다. 플레이트 부재(16')는 외측방 반경 방향을 따라 감소하는 축 방향 치수를 제공한다. 플레이트 부재(16')의 자속 전도 단면적은, 플레이트 부재(16')의 반경을 따른 반경 방향 위치의 함수이다. 디스크 형상 플레이트 부재(16')에 대해서, 면적은,
A(r) = T(r) * 2πr 이며,
여기서, T(r)은 반경 방향 위치(r)에서의 플레이트 부재(16')의 축 방향 치수이며, r은 스루 홀의 반경 방향 치수보다 크다. 이로써, 플레이트 부재(16')는 A(r)을 일정하게 유지하면서 감소하는 축 방향 치수를 제공할 수 있다. 이로써, 플레이트 부재(16')의 중량은, 자속 전도 단면적에 악영향을 미치지 않으면서 감소될 수 있다. 유리하게는, A(r)은 코어 부재(12) 및/또는 외부 부재(14)의 자속 전도 단면적에 대응한다.
도 5는 추가의 실시예에 따른 인덕터 코어(10')를 예시한다. 인덕터 코어(10')는 전술한 인덕터 코어(10)와 유사하지만, 코어 부재(12)에 일체로 형성된 디스크 형상의 제 2 플레이트 부재(18')를 포함하는 점이 상이하다. 이러한 대안의 실시예에 따르면, 이로써, 코어 부재(12)는 반경 방향 및 원주 방향으로 연장하는 돌출부로서 형성되는 제 2 플레이트 부재(18')를, 일 단부에서 포함하는 축 방향으로 연장하는 코어 부분(12')을 포함한다. 코어 부분(12')의 대향 단부는 플레이트 부재(16)의 스루 홀(17) 내로 연장한다. 외부 부재(14)는 원주 방향으로 플레이트 부재(16), 코어 부분(12') 및 플레이트 부재(18')를 둘러싼다. 플레이트 부재(18')와 외부 부재(14) 사이 인터페이스는 원주 방향 및 축 방향으로 연장한다. 이러한 인터페이스는, 도 3b에 예시된 것에 대응하는 방식으로 외부 부재(14)와 플레이트 부재(18') 사이에 반경 방향으로 연장하는 자속 배리어를 배열할 수 있게 한다. 대안으로 또는 부가적으로, 자속 배리어는 인덕터 코어(10)에 관하여 논의된 바와 같이 플레이트 부재(18')와 일체로 될 수 있다.
선택적으로, 코어 부분(12')은 플레이트 부재(16)의 스루 홀(17)을 통해 그리고 스루 홀을 지나 연장할 수 있으며, 여기서, 스루 홀(17')로부터 돌출하는 코어 부분(12')의 일부는 도 4에 관하여 상기 논의된 바와 같이 냉각 수단에 맞물림할 수 있다. 코어 부재(12)를 제공함으로써, 별도의 구성요소들로서 플레이트 부재(16)와 외부 부재(14)에 모듈식 인덕터 코어(10')가 제공된다. 모듈식 구성은, 인덕터 코어(10)와 유사하게, 각종의 상이한 재료들 및 재료 조합들로부터 인덕터 코어(10')를 형성할 수 있게 한다.
인덕터 코어(10)와 유사하게, 인덕터 코어(10')의 플레이트 부재(18')와 플레이트 부재(16) 사이의 축 방향 분리는 자속 경로(P)의 축 방향 길이를 결정한다. 게다가, 반경 방향으로의 허용 오차는, 또한 압축에 의해 제조될 때 플레이트 부재(16, 18')를 위해 비교적 엄격해질 수 있다. 인덕터 코어(10)와 유사하게, 따라서, 인덕터 코어(10')는 또한 정교한 인덕턴스를 제공하는 인덕터들의 제조를 가능하게 한다.
상기에서, 인덕터 코어(10')가 인덕터 코어(10)에 대한 대안의 실시예로서 개시되었지만, 코어 부분(12')을 포함하는 코어 부재(12) 및 플레이트 부재(18')를 갖는 인덕터 코어(10')가 독립적인 발명의 개념으로서 간주될 수 있다.
상기에서, 발명의 개념은 주로 수개의 실시예들을 참조하여 설명되었다. 그러나, 당업자에 의해 용이하게 상정되는 바와 같이, 상기에 개시된 실시예들 이외의 다른 실시예들이, 첨부의 특허청구범위들에 의해 규정되는 바와 같은, 발명의 개념의 범주 내에서 균등하게 가능하다.
예컨대, 상기에서, 기하학적 원통 형상을 제공하는 인덕터 코어(10, 10')가 개시되었다. 그러나, 본 발명의 개념은 이러한 기하학적 형상으로 제한되지는 않는다. 예컨대, 코어 부재(12), 외부 부재(14) 및 플레이트 부재(16, 18, 18')들이 타원형, 삼각형, 정사각형 또는 다각형의 단면을 제공할 수 있다.
상기에서, 단일 부품으로 형성된 부재들(예컨대, 부재들(12, 14, 16, 18))을 포함하는 인덕터 코어들이 설명되었다. 대안의 실시예에 따르면, 코어 부재, 외부 부재, 제 1 플레이트 부재 및 제 2 플레이트 부재 중 하나 이상의 부재는, 조립되어 함께 부재를 형성하도록 구성되는 2 이상의 부분들로부터 형성될 수 있다. 이는 부재들을 더 크게 하며 결과적으로 인덕터들을 또한 더 크게 하도록 할 것이다. 이는 연자성 분말 재료로 만들어진 하나 이상의 부재를 포함하는 인덕터를 위해서 특히 유리할 것이며, 여기서 이와 달리, 부재의 치수들은 가압(pressing) 공구에 인가가능한 최대 가압력에 의해 제한될 것이다.
예컨대, 부재(예컨대, 코어 부재, 외부 부재, 제 1 플레이트 부재 또는 제 2 플레이트 부재)는 제 1 및 제 2 부분을 포함할 수 있다. 제 1 부분은 부재의 제 1 각진(angular) 섹션에 해당할 것이며, 제 2 부분은 부재의 제 2 각진 섹션에 해당할 것이다. 대안으로, 제 1 부분은 부재의 제 1 축 방향 섹션에 해당할 것이며, 제 2 부분은 부재의 제 2 축 방향 섹션에 해당할 것이다. 임의의 경우에, 제 1 및 제 2 부분은 조립되어 함께 부재를 형성하도록 배열될 것이다. 제 1 부분은 돌출부를 포함할 것이며, 제 2 부분은 대응하는 수용부를 포함할 것이며, 여기서 부분들은 상호잠금(interlock)되도록 배열된다. 대안으로, 부분들은 부분들을 함께 아교접합함으로써 조립될 수 있다. 부재가 2 초과의 부분들, 예컨대, 3 개의 부분들, 4 개의 부분들 등을 포함할 수 있음에 주목해야 한다.
도 9는 코어 부분(12')을 포함하는 코어 부재(12), 외부 부재(14), 제 1 플레이트 부재(16') 및 제 2 플레이트 부재(18')를 갖는 추가의 실시예에 따른 인덕터 코어를 예시한다. 코어 부분(12') 주위에 배열되는 권선(15)이 개략적으로 나타나 있다. 제 1 플레이트 부재(16')는 코어 부분(12')과 단일 부품으로 형성된다. 제 2 플레이트 부재(18')는 코어 부분(12')과 단일 부품으로 형성된다. 제 1 플레이트 부재(16')는 코어 부분(12')의 축 방향 일단부에 배열된다. 제 2 플레이트 부재(18')는 코어 부분(12')의 축 방향 대향 단부에 배열된다. 이로써, 제 1 플레이트 부재(16') 및 제 2 플레이트 부재(18')는 코어 부분(12') 상에서 반경 방향 및 원주 방향으로 연장하는 돌기부들로써 형성된다. 외부 부재(14)는 코어 부분(12'), 제 1 플레이트 부재(16') 및 제 2 플레이트 부재(18')를 원주 방향으로 둘러싼다. 플레이트 부재(16') 및 외부 부재(14) 사이의 인터페이스는, 원주 방향 및 축 방향으로 연장한다. 플레이트 부재(18')와 외부 부재(14) 사이의 인터페이스는, 원주 방향 및 축 방향으로 연장한다. 이들 인터페이스들은 플레이트 부재(16', 18')들 중 하나 또는 모두와 외부 부재(14) 사이에 자속 배리어를 배열할 수 있게 한다.
도 10은 도 5에 예시된 실시예와 유사하지만 제 2 플레이트 부재(18')가 외부 부재(14)의 내부 반경 방향 치수를 초과하는 반경 방향 연장부를 제공하는 것이 상이한, 추가의 실시예에 따른 인덕터 코어를 예시한다. 외부 부재(14)의 축 방향 단부면은 제 2 플레이트 부재(18')에 마주한다.
도 11은, 또한 외부 부재(14)의 내부 반경 방향 치수를 초과하는 반경 방향 연장부를 제공하는 플레이트 부재(16)인 추가의 실시예에 따른 인덕터 코어를 예시한다. 이로써, 외부 부재(14)의 축 방향 일단부면은 제 1 플레이트 부재(16)에 마주하고, 외부 부재(14)의 축 방향 타단부면은 제 2 플레이트 부재(18')에 마주한다.
도 12는 도 1에 예시된 실시예와 유사하지만, 제 1 플레이트 부재(16)가 외부 부재(14)의 내부 반경 방향 치수를 초과하는 반경 방향 연장부를 제공하는 것이 상이한 추가의 실시예에 따른 인덕터 코어를 예시한다. 외부 부재(14)의 축 방향 일단부면은 제 1 플레이트 부재(16)에 마주한다. 또한, 제 2 플레이트 부재(18)는 외부 부재(14)의 내부 반경 방향 치수를 초과하는 반경 방향 연장부를 제공할 수 있다. 이후, 외부 부재(14)의 축 방향 타단부면은 제 2 플레이트 부재(18)에 마주할 수 있다. 도 12에 도시된 실시예에서, 자속 배리어는, 상기 논의된 바와 같이 플레이트 부재(16, 18)들 중 하나 또는 모두와 코어 부재(12) 사이에 배열될 수 있다.
도 13은 코어 부재(12), 외부 부재(14), 제 1 플레이트 부재(16) 및 제 2 플레이트 부재(18)를 포함하는 추가의 실시예에 따른 인덕터 코어를 예시한다. 제 2 플레이트 부재(18)는 코어 부재(12)와 외부 부재(14)를 갖는 단일 부품으로 형성된다. 제 2 플레이트 부재(18)는 코어 부재(12)와 외부 부재(14) 사이에서 반경 방향으로 연장한다.
Claims (15)
- 인덕터 코어로서,
축 방향으로 연장하는 코어 부재;
상기 코어 부재를 적어도 부분적으로 둘러싸는 축 방향으로 연장하는 외부 부재 - 이에 의해 상기 코어 부재와 상기 외부 부재 사이에서 권선(winding)을 수용하도록 코어 부재 주위에 공간을 형성함 - ;
반경 방향 연장부를 제공하며, 스루 홀(through-hole)이 제공되는 제 1 플레이트 부재 - 상기 코어 부재는 상기 제 1 플레이트 부재의 스루 홀 내로 연장하도록 배열됨 -; 및
반경 방향 연장부를 제공하며, 스루 홀이 제공되는 제 2 플레이트 부재 - 상기 코어 부재는 상기 제 2 플레이트 부재의 스루 홀 내로 연장하고, 상기 제 2 플레이트 부재의 스루 홀은 상기 코어 부재의 단부를 수용하도록 배열됨 -;를 포함하고,
상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재는 상기 외부 부재의 서로 반대되는 대향 단부들에 배열되도록 제공되고,
상기 제 1 플레이트 부재, 상기 제 2 플레이트 부재, 상기 코어 부재, 및 상기 외부 부재는, 조립되어 상기 코어 부재, 상기 제 1 플레이트 부재, 상기 제 2 플레이트 부재, 및 상기 외부 부재를 통해 연장하는 자속 경로(magnetic flux path)를 함께 형성하도록 구성된 별개의(separate) 부재이고,
상기 코어 부재, 상기 외부 부재, 상기 제 1 플레이트 부재, 및 상기 제 2 플레이트 부재 중 하나 이상은, 연자성 분말 재료로 형성되며, 조립되어 상기 코어 부재, 외부 부재, 제 1 플레이트 부재 또는 제 2 플레이트 부재를 함께 형성하도록 구성된 2 이상의 부분들로 형성되고,
상기 인덕터 코어는 상기 자속 경로의 반경 방향으로 연장하는 부분에 배열되는 자속 배리어로서, 상기 코어 부재와 상기 제 1 플레이트 부재 사이에 배열되어서 상기 코어 부재와 상기 제 1 플레이트 부재를 분리하는 자속 배리어를 더 포함하며,
상기 외부 부재는 상기 제 1 플레이트 부재를 적어도 부분적으로 둘러싸며, 상기 인덕터 코어는 상기 제 1 플레이트 부재와 상기 외부 부재 사이에 배열되어서 상기 외부 부재와 상기 제 1 플레이트 부재를 서로 분리하는 자속 배리어를 더 포함하는,
인덕터 코어.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 코어 부재와 상기 제 1 플레이트 부재 사이에 배열된 추가의 자속 배리어를 더 포함하며, 상기 자속 배리어는 이에 의해 상기 코어 부재와 상기 제 1 플레이트 부재를 분리하는,
인덕터 코어.
- 제 1 항에 있어서,
상기 자속 경로의 반경 방향으로 연장하는 부분에 배열된 자속 배리어를 더 포함하는,
인덕터 코어.
- 제 1 항에 있어서,
상기 코어 부재는 연자성 분말 재료로 만들어지는,
인덕터 코어.
- 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 플레이트 부재는 반경 방향으로 연장하는 복수 개의 적층식 전도성 시트들로 만들어지는,
인덕터 코어.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 플레이트 부재는 연자성 복합재로 만들어지는,
인덕터 코어.
- 제 1 항에 있어서,
상기 외부 부재는 페라이트로 만들어지는,
인덕터 코어.
- 제 1 항에 있어서,
상기 외부 부재의 자속 전도 단면적은 상기 코어 부재의 자속 전도 단면적을 초과하는,
인덕터 코어.
- 제 1 항에 있어서,
상기 코어 부재 및 제 1 플레이트 부재는 서로 접촉하도록 배열되고, 상기 제 1 플레이트 부재는 상기 코어 부재와의 접촉 표면의 면적이 상기 코어 부재의 자속 전도 단면적보다 작도록 배열되는,
인덕터 코어.
- 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 플레이트 부재의 반경 방향 및 원주 방향 단면은, 상기 제 1 플레이트 부재의 다른 부분들과 비교하여 감소된 축방향 두께를 제공하고, 상기 단면은 상기 제 1 플레이트 부재의 스루 홀에 배열되는,
인덕터 코어.
- 제 1 항에 있어서,
냉각 수단을 더 포함하고, 상기 코어 부재는 상기 제 1 플레이트 부재의 스루 홀을 통해 그리고 스루 홀을 지나 연장하고, 상기 코어 부재의 돌출 단부는 상기 냉각 수단과 맞물리는,
인덕터 코어. - 삭제
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