KR101959390B1 - 특히 자기 결합되는 에너지 전달을 위한 인덕터 및 이러한 유형의 인덕터의 동작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제1 코일(3) 및 제2 코일(4)이 배치된 코일 캐리어(2)를 구비하는, 특히 자기 결합되는 에너지 전달을 위한 인덕터에 관한 것이다. 제2 코일은 제1 코일(3)의 외부 지름(D1)보다 큰 외부 지름(D2)을 가진다. 자성 코어(14)는 제1 코일(3)의 길이방향 중심축(M1)을 둘러싼다. 제1 코일(3)은 제1 전력 범위 내의 제1 동작 주파수에서 동작하는 반면, 제2 코일(4)은 제2 전력 범위 내의 제2 동작 주파수에서 제1 코일(3)과 독립적으로 동작한다. 이러한 방식으로 본 발명은 단순하고 유연한 방식으로 낮은 전력 범위 및 높은 전력 범위 응용을 커버할 수 있다.
Description
본 특허 출원은 독일 특허 출원 DE 10 2015 202 032.0의 우선권을 주장하며, 이것의 내용은 본 명세서에 참조로서 포함되었다.
본 발명은 청구항 제1항의 서문에 따른, 특히 자기 결합되는 에너지 전달을 위한 인덕터에 관한 것이다. 본 발명은 또한 특히 자기 결합되는 에너지 전달을 위한 인덕터의 동작 방법에 관련된다. 이러한 인덕터는 특히 국내 섹터에서, 특히 인덕션 쿠킹 홉(induction cooking hob)에서의 응용에 사용된다.
인덕션 코일이 배치된 코일 캐리어를 포함하는 인덕션 쿠킹 홉을 위한 인덕터가 EP 1 560 462 A2로부터 알려졌다. 이 인덕터는 인덕션 코일의 길이방향 중심축에 대해 방사상으로 이어지며 자기 회로를 완성하도록 작용하는 복수의 페라이트 로드(ferrite rod)를 더 포함한다.
본 발명은 유연하고 효율적인 방식으로 사용될 수 있는 인덕터를 생성하는 목표에 기초한다. 이러한 인덕터는 특히 자기 결합되는 에너지 전달을 위해 사용될 수 있다.
이러한 목표는 청구항 제1항의 특성을 가진 인덕터에 의해 달성된다. 이 인덕터는 적어도 두 개의 코일 또는 인덕션 코일을 포함하고, 여기에서 제1 코일은 제1 전력 범위에서 제1 동작 주파수(F1)로 동작 가능하거나 또는 동작하며, 제2 코일은 제2 전력 범위에서 제2 동작 주파수(F2)로 동작 가능하거나 또는 동작한다. 동작 주파수(F1) 및 동작 주파수(F2)는 특히 서로 상이하다. 제1 코일은 낮은 전력 범위에서의 유도 에너지 전달에 사용되는 반면, 제2 코일은 높은 전력 범위에서의 유도 에너지 전달에 사용된다. 낮은 전력 범위에서 제1 코일의 전달되는 전력 P1은 다음과 같다: 0W≤P1≤300W, 특히 0W≤P1≤250W, 특히 0W≤P1≤200W. 반면에, 높은 전력 범위에서 제2 코일의, 그리고 만약 관련된다는 제3 코일의 전달되는 전력 P2는 다음과 같다: 200W≤P2≤4.0kW, 특히 250W≤P2≤3.3kW, 특히 300W≤P2≤2.4kW. 코일들의 조합을 통해서, 서로 다른 요구 전력 클래스를 갖는 매우 다양한 응용이 유연한 방식으로 동작될 수 있다. 코일들이 서로 독립적으로 동작하기 때문에, 즉 동시적이지 않기 때문에, 코일들 간의 상호 영향이 방지되고, 그에 따라 개별 전력 범위에서 높은 효율성이 획득된다. 예를 들어, 제1 코일은 이동전화의 무선 충전에 사용될 수 있는 반면, 제2 코일은 예를 들어 부엌 어플라이언스 또는 로봇 진공청소기와 같은 높은 전력을 갖는 디바이스의 동작에 사용될 수 있다.
서로 다른 전력 범위를 획득하기 위해서, 제2 코일의 외부 지름(D2)은 제1 코일의 외부 지름(D1)보다 더 크다. 외부 지름(D1)은 특히 다음과 같다: 10㎜≤D1≤60㎜, 특히 15㎜≤D1≤55㎜, 특히 20㎜≤D1≤50㎜. 외부 지름(D2)은 특히 다음과 같다: 100㎜≤D2≤180㎜, 특히 110㎜≤D2≤160㎜, 특히 120㎜≤D2≤140㎜. 제2 코일의 내부 지름(d2)에 있어서, 바람직하게는 d2>D1가 적용된다.
추가로, 제1 코일은 바람직하게는 1μH≤L1≤100μH, 특히 4μH≤L1≤50μH, 특히 5μH≤L1≤25μH인 제1 인덕턴스(L1)를 가진다. 상응하게 제2 코일은 바람직하게는 50μH≤L2≤150μH, 특히 70μH≤L2≤130μH, 특히 90μH≤L2≤120μH인 제2 인덕턴스(L2)를 가진다.
인덕터는 높은 효율성을 보장한다. 자력선이 자성 코어에 의해 더욱 우수하게 가이드되며, 그에 따라 표유 전자계가 감소된다. 자성 코어는 하나의 조각으로 설계될 수 있거나, 또는 복수의 코어 요소로 이루어질 수 있다. 자성 코어는 바람직하게는 페라이트 코어이다. 자성 코어는 임의의 닫힌 형태를 가질 수 있다. 자성 코어는, 예를 들어 다각형, 원형, 반원, 타원 또는 1/2 타원 단면 형태를 가진다.
청구항에 청구된 바와 같은 인덕터는 높은 효율성을 보장한다. 제어 유닛은 제1 코일 및 제2 코일이 서로 독립적으로, 특히 오로지 독립적으로만 동작함을 보장한다. 이것은 특히 제1 코일 또는 제2 코일 중 하나가 동작 중임을 의미한다. 따라서 제어 유닛은 제1 코일 및 제2 코일의 동시 동작을 방지한다.
청구항에 청구된 바와 같은 인덕터는 낮은 전력 범위에서의 효율적인 동작을 보장한다. 제1 코일에 인가된 전압(U1)은 0V 내지 50V의 진폭을 가진다. 제1 코일을 통과해 흐르는 전류(I1)는 0A 내지 15A의 진폭을 가진다.
청구항에 청구된 바와 같은 인덕터는 높은 전력 범위에서 제2 코일이 동작할 때에 높은 효율성을 보장한다. 제2 코일에 인가된 전압(U2)은 0V 내지 240V의 진폭을 가진다. 제2 코일을 통과해 흐르는 전류(I2)는 0A 내지 30A의 진폭을 가진다.
청구항에 청구된 바와 같은 인덕터는 높은 전력 범위의 응용에서의 유연성을 증가시킨다. 제3 코일을 통해서, 높은 전력 범위가 확장되거나 완전히 활용된다. 바람직하게는 외부 지름(D3)은 다음과 같다: 160㎜≤D3≤250㎜, 특히 170㎜≤D3≤240㎜, 특히 180㎜≤D3≤230㎜. 제3 코일은 추가로 제3 내부 지름(d3)을 가지고, 이때 바람직하게는 d3>D2이다. 제3 코일은 바람직하게는 20μH≤L3≤100μH, 특히 30μH≤L3≤90μH, 특히 50μH≤L3≤80μH인 제3 인덕턴스(L3)를 가진다.
제3 코일은 제2 코일에 따라 동작될 수 있다. 제3 코일은 예를 들어 전력을 증가시키도록 제2 코일과 직렬 또는 병렬로 접속된다. 바람직하게는 제3 코일은 오로지 제2 코일과 함께 동작 가능하다. 반면에, 제1 코일은 제2 코일 및 제3 코일에 대해 독립적으로 동작 가능하며, 특히 오로지 독립적으로만 동작 가능하다. 이를 위해서 인덕터는 특히 적절하게 설계된 제어 유닛을 포함한다.
청구항에 청구된 바와 같은 인덕터는 자력선이 최적의 방식으로 가이드되기 때문에 높은 효율성을 보장한다. 코어는 바람직하게는 닫힌 원형 또는 다각형, 특히 직사각형 형태를 가진다. 자성 코어는 바람직하게는 환형 코어로서, 특히 환형 페라이트 코어로서 설계된다.
청구항에 청구된 바와 같은 인덕터는 높은 효율성을 보장한다. 자성 코어가 복수의 코어 요소로 구성되기 때문에, 기술적으로 제조하기 쉽고 필요에 따라 최적화될 수 있는 코어 요소들로부터 단순하고 유연한 방식으로 형태가 조립될 수 있다. 코어 요소는 예를 들어 다각형으로 형성된 코어 내에 조립될 수 있는 로드(rod)로서 설계될 수 있다. 코어 요소는 추가로 원형 호(arc)로서, 예를 들어 1/4 원 또는 1/2 원 호로서 설계될 수 있으며, 환형 코어 내에 조립될 수 있다. 코어 요소는 바람직하게는 페라이트 코어 요소로서 설계된다.
청구항에 청구된 바와 같은 인덕터는 낮은 전력 범위에서 제1 코일이 동작할 때 그리고 높은 전력 범위에서 제2 코일이 동작할 때 모두에서 높은 효율성을 보장한다. 바람직하게는 자성 코어는 환형 코어로서, 특히 환형 페라이트 코어로서 설계되며, 이때 환형 코어의 내부 지름(dK)에는 다음이 적용된다: dK>D1. 추가로, 환형 코어의 외부 지름(DK) 및 제2 코일의 내부 지름(d2)에 있어서 바람직하게는 다음이 적용된다: d2>DK.
청구항에 청구된 바와 같은 인덕터는 높은 효율성을 보장한다. 바람직하게는 자성 코어 및 코일이 코일 캐리어의 상단면 상에 배치된다. 예를 들어, 키친 애플리케이션에서, 상단면은 작업 표면 바로 아래에 장착되거나 또는 작업 표면 내에 삽입된다.
청구항에 청구된 바와 같은 인덕터는 높은 효율성을 보장한다. 자성 로드는 자력선의 더 우수한 안내를 허용하며, 그에 따라 표유 전자계가 감소된다. 바람직하게는 자성 로드는 페라이트 로드로서 설계된다. 로드는 특히 길이방향 중심축 둘레에서 회전 대칭을 가진다. 바람직하게는 인덕터는 3개 내지 48개, 특히 4개 내지 36개, 그리고 특히 6개 내지 24개의 로드를 포함한다.
청구항에 청구된 바와 같은 인덕터는 높은 효율성을 보장한다. 자기장은 자성 로드의 배치를 통해 제2 면에서, 특히 하단면에서 스크리닝된다. 바람직하게는 자성 코어는 코일 캐리어의 상단면 상에 배치되고 자성 로드는 코일 캐리어의 하단면 상에 배치된다. 자성 로드에 더하여 또는 자성 로드에 대안적으로, 코일 캐리어의 제2 면에 스크린 재료가 제공될 수 있다.
청구항에 청구된 바와 같은 인덕터는 높은 전력 범위에서 높은 효율성을 보장한다.
청구항에 청구된 바와 같은 인덕터는 열 양상을 향상시키며, 그에 따라 높은 효율성이 획득된다. 개구는 구멍 및/또는 슬롯으로 설계될 수 있다. 또한, 인덕터는 개구와 함께 적어도 하나의 코일을 냉각시키는 팬(fan)을 포함할 수 있다. 바람직하게는 개구는 제2 코일 및/또는 제3 코일의 영역 내에 설계된다.
청구항에 청구된 바와 같은 인덕터는 높은 유연성 및 효율성을 보장한다. 제1 코일 및/또는 제2 코일 및/또는, 만약 관련이 있을 경우 제3 코일의 나선형 형태로 인해, 각각의 코일의 원하는 권선의 수가 각각의 코일의 비교적 평평한 설계와 함께 획득될 수 있다. 각각의 코일은 단일 평면 또는 복수의 평면 내에서 나선형으로 감길 수 있다. 각각의 코일은 최대 8개의 평면 내에서, 특히 최대 6개의 평면 내에서, 그리고 특히 최대 4개의 평면 내에서 나선형으로 감긴다. 각각의 코일은 방사 방향으로 일정한 권선 밀도를 가진다.
본 발명은 유연하고 효율적인 방식으로 사용될 수 있는 이러한 인덕터의 동작 방법을 개발하기 위한 목표에 추가로 기초한다.
이러한 목표는 청구항의 특성을 가진 방법에 의해 획득된다. 본 발명에 따른 방법의 장점은 이미 기술된 본 발명에 따른 인덕터의 장점과 일치한다. 코일의 상호 독립적인 동작으로 인해, 즉 특히 동작 주파수(F1, F2)를 갖는 코일들의 오로지 비-동시적인 동작으로 인해, 제1 코일이 동작할 때 또는 제2 코일이 동작할 때 발생하는 유도 에너지 전달의 상호 영향이 발생하지 않는다. 그 결과 애플리케이션은 낮은 전력 범위 및 높은 전력 범위에서 단순하고 유연한 방식으로 구동될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 특히 청구항들 중 적어도 하나의 특성을 가지고 발전될 수 있다.
본 발명의 추가의 특성, 장점 및 세부사항은 복수의 예시적인 실시예에 대한 아래의 설명으로부터 나타난다, 여기에서:
도 1은 제1 예시적인 실시예에 따른 인덕터의 개략적인 도면,
도 2는 코일 캐리어 상에 배치된 세 개의 코일 및 한 조각의 코일을 가진 인덕터의 상단면의 평면도,
도 3은 복수의 자성 로드를 가진 코일 캐리어의 하단면의 평면도,
도 4는 도 3의 절단선 Ⅳ-Ⅳ에 따라 인덕터를 통과한 제1 단면을 도시한 단면도,
도 5는 도 3의 절단선 Ⅴ-Ⅴ에 따라 인덕터를 통과한 제2 단면을 도시한 단면도,
도 6은 코일이 없는 코일 캐리어의 사시도, 및
도 7은 코어 요소들로부터 조립된 코어를 가진 제2 예시적인 실시예에 따른 인덕터의 상단면의 평면도.
도 1은 제1 예시적인 실시예에 따른 인덕터의 개략적인 도면,
도 2는 코일 캐리어 상에 배치된 세 개의 코일 및 한 조각의 코일을 가진 인덕터의 상단면의 평면도,
도 3은 복수의 자성 로드를 가진 코일 캐리어의 하단면의 평면도,
도 4는 도 3의 절단선 Ⅳ-Ⅳ에 따라 인덕터를 통과한 제1 단면을 도시한 단면도,
도 5는 도 3의 절단선 Ⅴ-Ⅴ에 따라 인덕터를 통과한 제2 단면을 도시한 단면도,
도 6은 코일이 없는 코일 캐리어의 사시도, 및
도 7은 코어 요소들로부터 조립된 코어를 가진 제2 예시적인 실시예에 따른 인덕터의 상단면의 평면도.
본 발명의 제1 예시적인 실시예가 아래에서 도 1 내지 6을 참조하여 기술된다. 인덕터(1)는 세 개의 코일(3, 4, 5)이 배치된 코일 캐리어(2)를 포함한다. 코일(3, 4, 5)은 네트워크 전압(UN) 및 네트워크 주파수(fN)를 갖는 공급 네트워크(7)를 통해 공급되는 인버터(6)에 접속된다. 인버터(6)는 입력 유닛(9)으로의 신호 접속을 갖는 제어 유닛(8)에 의해 제어된다. 인덕터(1)는, 예를 들어 유도 결합되는 에너지 전달 또는 에너지 공급을 위한 장치의 부분이다. 인덕터(1)는 특히 국내 섹터에서, 예를 들어 인덕션 쿠킹 홉에서의 응용에 사용된다.
코일 캐리어(2)는 디스크 형태로 설계되며 길이방향 중심축(M)을 가진다. 이것의 상단면(S1) 상에 코일 캐리어(2)는 코일(3, 4, 5)에 대한 세 개의 리셉터클 영역(A1, A2, A3)을 형성한다. 제1 코일(3)은 리셉터클 영역(A1) 내의 코일 캐리어(2)의 상단면(S1) 상에 배치된다. 제1 코일(3)은 코일 캐리어(2)에 동심으로 배치되고, 그에 따라 제1 코일(3)의 길이방향 중심축(M1)은 길이방향 중심축(M)과 일치한다. 제1 코일(3)은 나선형으로 감기며, 두 개의 접속 와이어(10, 11)를 포함한다. 접속 와이어(10, 11)는 코일 캐리어(2) 내에서 자신의 하단면(S2)까지, 그리고 그로부터 인버터(6)까지 연관된 개구(12, 13)를 통과한다.
제1 코일(3)은 낮은 전력 범위에서의 유도 에너지 전달을 위해 사용된다. 낮은 전력 범위는 예를 들어 0W 내지 200W에 있다. 제1 코일(3)은 예를 들어 아래의 특징적인 데이터를 가진다:
외부 지름(D1) = 50㎜
인덕턴스(L1) = 6.3μH
DC 저항 (R1DC) = 48mΩ
제1 코일(3)은 자성 코어(14)에 의해 둘러싸인다. 자성 코어(14)는 그에 따라 제1 코일(3)의 길이방향 중심축(M1)을 둘러싼다. 자성 코어(14)는 한 조각으로 설계된다. 코어(14)는 특히 환형 페라이트 코어로서 설계된다.
자성 코어(14)는 제1 코일(3)과 제2 코일(4) 사이에서 코일 캐리어(2)의 상단면(S1) 상에 배치된다. 자성 코어(14)는 내부 지름(dK)을 가지며, 이때 dK>D1이 적용된다.
제2 코일(4)은 리셉터클 영역(A2) 내에서 코일 캐리어(2)의 상단면(S1) 상에 배치되며 자성 코어(14)를 둘러싼다. 자성 코어(14)는 예를 들어 70㎜의 외부 지름(DK) 및 5㎜의 높이(HK)를 가진다.
제2 코일(4)은 나선형으로 감기며, 접속 와이어(15, 16)를 포함한다. 접속 와이어(15, 16)는 연관된 개구(17, 18)를 통해 코일 캐리어(2)의 하단면(S2)으로 통과된다. 그곳으로부터, 접속 와이어(15, 16)는 인버터(6)로 통과한다. 제2 코일(4)은 코일 캐리어(2)에 동심으로 배치되며, 그에 따라 제2 코일(4)의 길이방향 중심축(M2)은 코일 캐리어(2)의 길이방향 중심축(M)과 일치한다. 제2 리셉터클 영역(A2)은 환형 내부 리지(ridge)(19)에 의해 범위가 정해진다.
제2 코일(4)은 높은 전력 범위에서의 유도 에너지 전달을 위해 사용된다. 높은 전력 범위는 예를 들어 200W 내지 4.0kW에 있다. 제2 코일(4)은 예를 들어 아래의 특징적인 데이터를 가진다:
내부 지름(d2) = 72㎜
외부 지름(D2) = 140㎜
인덕턴스(L2) = 100μH
DC 저항 (R2DC) = 45mΩ
또한, 제2 코일(4)은 d2>DK이며 따라서 D1<d2<D2이다.
제1 코일(3) 및 제2 코일(4)이 서로 다른 전력 범위에 대해 사용되기 때문에, 제어 유닛(8)은 제1 코일(3) 및 제2 코일(4)이 서로 독립적으로 동작할 수 있도록 설계된다. 이것은 오직 제1 코일(3) 또는 제2 코일(4) 중 하나만이 동작할 수 있음을 의미한다.
제3 코일(5)은 리셉터클 영역(A3) 내에서 코일 캐리어(2)의 상단면(S1) 상에 배치되며 제2 코일(4) 및 환형 내부 리지(19)를 둘러싼다. 리셉터클 영역(A3)은 환형 내부 리지(19) 및 환형 외부 리지(20)에 의해 범위가 정해진다.
제3 코일(5)은 나선형으로 감기며, 접속 와이어(21, 22)를 포함한다. 접속 와이어(21, 22)는 코일 캐리어(2)의 하단면(S2)에 있는 연관된 개구(23, 24)를 통과한다. 그곳으로부터, 접속 와이어(21, 22)는 인버터(6)로 통과한다. 제3 코일(5)은 코일 캐리어(2)에 동심으로 배치되며, 그에 따라 제3 코일(5)의 길이방향 중심축(M3)은 코일 캐리어(2)의 길이방향 중심축(M)과 일치한다.
제3 코일(5)은 높은 전력 범위에서의 유도 에너지 전달을 위해 사용된다. 제3 코일(5)은 예를 들어 아래의 특징적인 데이터를 가진다:
내부 지름(d3) = 180㎜
외부 지름(D3) = 214㎜
인덕턴스(L3) = 60μH
DC 저항 (R3DC) = 45mΩ
제3 코일(5)이 제2 코일(4)을 둘러싸기 때문에, d3>D2이다.
코일(3, 4, 5)은 단일 평면 또는 복수의 평면 내에서 나선형으로 감길 수 있다. 본 예시적인 실시예에서, 코일(3, 4, 5)은 각각이 두 개의 평면에서 나선형으로 감긴다. 코일(3, 4, 5)은 방사 방향으로 일정한 권선 밀도를 가진다.
제3 코일(5)은 바람직하게는 예를 들어 제3 코일(5)이 필요시에 제2 코일(4)과 병렬 또는 직렬로 접속된다는 점에서 오로지 제2 코일(4)에 따라서만 동작 가능하다. 예를 들어, 제2 코일(4)은 오직 높은 전력 범위의 제1 부분적 영역만을 커버하며, 그에 따라 제3 코일(5)의 추가 동작을 통해서 남아있는 높은 전력 범위의 제2 부분적 영역이 커버될 수 있다. 제어 유닛(8)은 따라서 제3 코일(5)이 오로지 제2 코일(4)에 따라서만 동작 가능하도록 설계된다. 제3 코일(5)은, 제2 코일(4)에 상응하여, 제1 코일(3)에 독립적으로 동작 가능하다. 달리 표현되지 않는 한, 제1 코일(3)은 코일(4, 5)과 독립적으로 동작 가능하다.
복수의 리셉터클(25)은 길이방향 중심축(M) 또는 길이방향 중심축(M1)에 방사상으로 리셉터클 영역(A2, A3) 아래에서 이어지는 하단면(S2) 상의 코일 캐리어(2)에 설계된다. 특히 페라이트 로드로서 설계되는 자성 로드(26)는 리셉터클(25) 내에 배치된다. 로드(26)는 제1 코일(3)의 리셉터클 영역(A1) 밖에서 코일(4, 5)의 리셉터클 영역(A2, A3) 내로 연장한다.
코일(4, 5)을 냉각하기 위해서, 코일 캐리어(2)는 리셉터클 영역(A2, A3) 내의 복수의 개구(27, 28)를 포함한다. 개구(27, 28)는 예를 들어 원형 및/또는 슬롯 형태를 가지고 설계된다. 리셉터클 영역(A3) 내에 설계된 개구(28)는, 예를 들어 리셉터클 영역(A2) 내에 설계된 개구(27)보다 작은 지름을 가진다.
인덕터(1)가 기능하는 방식은 다음과 같다:
인덕터(1)가 낮은 전력 범위에서 동작할 때, 오직 제1 코일(3)만이 동작된다. 이를 위해서, 제1 코일(3) 및 원하는 전달 전력(P1)이 입력 유닛(9)에 의해 선택되어 제어 유닛(8)으로 전달된다. 제어 유닛(8)은 그에 따라 인버터(6)를 구동하며, 제1 동작 주파수(F1) 및 제1 전압(U1)을 명시한다. 주어진 네트워크 주파수(fN) 및 주어진 네트워크 전압(UN)에 기초하여, 인버터(6)는 인버터(6)의 외부 측, 즉 코일 측에서 제어 유닛(8)에 의해 명시된 제1 동작 주파수(F1) 및 제1 전압(U1)을 설정한다. 따라서 이상적으로 인버터(6)의 출력 전압(UW) 및 출력 주파수(fW)에 대해 다음이 적용된다: fW = F1이며 UW = U1.
제1 동작 주파수(F1)에는 다음이 적용된다: 100㎑≤F1≤220㎑이고, 특히 100㎑≤F1≤210㎑이며, 특히 120㎑≤F1≤200㎑.
제1 코일(3)은 0W 내지 200W 사이의 낮은 전력 범위 내에서 동작할 수 있으며, 그에 따라 예를 들어 이동전화, 스마트폰, 피트니스 트래커(fitness tracker), 디지털 카메라, 베이비 모니터, 라디오 및 원격 제어 장치와 같은 휴대용 디바이스가 제1 코일(3)로 유도식 충전될 수 있다.
제1 코일(3)에 의해 생성된 자력선은 자성 코어(14)를 통해 가이드되고, 표유 전자계가 감소되며, 그에 따라 유도 에너지 전달의 높은 효율성이 획득된다. 제1 코일(3)이 동작중일 때, 제2 코일(4) 및/또는 제3 코일(5)은 동시에 동작되지 않는다.
인덕터(1)가 높은 전력 범위에서 동작할 때, 제2 코일(4)이 동작하며, 만약 관련되었다면 제3 코일(5)도 동작한다. 이를 위해서, 코일(4) 및 원하는 전달 전력(P2)이 입력 유닛(9)에 의해 선택되어 제어 유닛(8)으로 전달된다. 제어 유닛(8)은 그에 따라 인버터(6)를 구동하며, 제2 동작 주파수(F2) 및 제2 전압(U2)을 명시한다. 인버터(6)는 동작 주파수(F2) 및 전압(U2)을 설정하며, 그에 따라 이상적으로 외부 측에서 다음이 적용된다: fW = F2이며 UW = U2. 제어 유닛(8)은 또한 원하는 전력 전달(P2)이 오로지 제2 코일(4)의 동작만을 통해서 획득될 수 있는지, 또는 제3 코일(5) 또한 요구되는지를 인버터(6)에 명시한다. 만약 제3 코일(5)이 추가로 요구되면, 코일(4, 5)이 병렬 또는 직렬로 접속된다. 이것은 도 1에 개략적으로 도시되었다. 제3 코일(5)은 따라서 동작 주파수(F2) 및 전압(U2)을 가지고 제2 코일(4)에 상응하게 동작된다.
제2 동작 주파수(F2)에는 다음이 적용된다: 40㎑≤F2≤250㎑이고, 특히 50㎑≤F2≤200㎑이며, 특히 60㎑≤F2≤120㎑. 제2 동작 주파수(F2)는 특히 제1 동작 주파수(F1)와 동일하지 않다.
자성 코어(14)는 그 결과 자력선을 가이드하고, 그에 따라 표유 전자계가 감소된다. 에너지 전달에서의 높은 효율성이 이를 통해서 획득된다. 또한, 하단면(S2) 상에 발생된 자기장이 자성 로드(26)에 의해 스크리닝되며, 그에 따라 다시 높은 효율성이 획득된다. 코일(4, 5)은 개구(27, 28)를 통해 냉각된다. 도시되지 않은 팬이 추가로 사용되는 것이 가능하다.
본 발명의 제2 예시적인 실시예가 도 7을 참조하여 아래에 기술된다. 제1 예시적인 실시예와 대조적으로, 자성 코어(14)는 복수의 코어 요소(29)로 이루어진다. 코어(14)는 환형으로 설계되고, 네 개의 1/4 호로 구성된다. 매우 다른 형태의 코어(14)가 자성 코어(14)의 조립을 통해 표준화된 코어 요소(29)를 이용하여 단순한 방식으로 형성될 수 있다. 코어 요소(29)는 특히 페라이트 코어 요소로서 설계된다. 인덕터(1)의 추가의 발전 및 추가의 기능 방식과 관련하여 위의 예시적인 실시예를 참조한다.
본 발명에 따른 인덕터(1)는 단순하고 유연한 방식으로 매우 다양한 응용을 가능하게 한다. 제1 코일(3)은 예를 들어 200W에 이르는 낮은 전력 범위에서 사용되고, 제2 코일(4) 및 만약 관련되었다면 제3 코일(5)은 예를 들어 200W 위의 높은 전력 범위에서 사용된다. 제1 코일(3)은 낮은 전력 범위에서만 독점적으로 동작하는 반면, 높은 전력 범위에서는 제2 코일(4)이 독점적으로 동작하거나 또는 제2 코일(4)과 제3 코일(5)이 함께 동작한다. 서로 다른 코일(3, 4, 5)의 조합은 서로 다른 전력 클래스를 갖는 서로 다른 응용을 가능하게 한다. 낮은 전력 범위에서의 제1 코일(3) 및 높은 전력 범위에서의 제2 코일(4), 또는 만약 관련된다면 제2 코일(4) 및 제3 코일(5)이 절대로 동시에 동작하지 않기 때문에, 낮은 전력 범위 및 높은 전력 범위에서의 에너지 전달에 어떠한 영향도 미치지 않는다.
자성 코어(14) 및 자성 로드(26)의 조합을 통해서, 낮은 손실을 갖는 유도 결합을 통한 효율적인 에너지 전달이 가능하게 된다.
제1 코일(3)의 접속 와이어(10, 11)는 편조선(braided wire)으로서 설계될 수 있으며, 0.1㎟ 내지 2.5㎟의 단면을 가질 수 있다. 접속 와이어(10, 11)는 예를 들어 나일론, 실크 또는 호일과 같은 재료로 피복될 수 있다. 제2 및 제3 코일(4, 5)의 접속 와이어(15, 16, 21, 22)는 편조선으로서 설계될 수 있으며, 0.5㎟ 내지 5㎟의 단면을 가질 수 있다. 접속 와이어(15, 16, 21, 22)는 예를 들어 나일론, 실크 또는 호일과 같은 재료로 피복될 수 있다.
코일(4, 5)을 냉각시키기 위해서 팬이 제공될 수 있다. 냉각 플레이트가 대안적으로 또는 이에 더하여 제공될 수 있다. 인덕터(1)는 하나의 면 또는 양면 상의 뚜껑으로 커버될 수 있다. 추가로, 인덕터(1)는 주조될 수 있다.
Claims (15)
- 인덕터로서,
코일 캐리어(2),
제1 외부 지름(D1)을 갖는 제1 전력 범위에서의 에너지 전달을 위한, 상기 코일 캐리어(2) 상에 배치된 제1 코일(3),
상기 제1 외부 지름(D1)보다 큰 제2 외부 지름(D2)을 갖는 제2 전력 범위에서의 에너지 전달을 위한, 상기 코일 캐리어(2) 상에 배치된 제2 코일(4),
상기 외부 지름(D2)보다 큰 외부 지름(D3)을 갖는, 상기 코일 캐리어(2) 상에 배치된 제3 코일(5),
상기 제1 코일(3)의 길이방향 중심축(M1)을 둘러싸는 자성 코어(14)를 포함하는 인덕터에 있어서,
상기 제1 코일(3) 및 상기 제2 코일(4)이 비-동시적인 동작을 의미하는 오로지 서로 독립적으로 동작하고, 상기 제3 코일(5)이 상기 제1 코일(3)과 함께 오로지 독립적으로 동작하도록 설계된 제어 유닛(8)에 의해 특징지어지는, 인덕터 - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 코일(3)이 100㎑≤F1≤220㎑인 제1 동작 주파수(F1)로 동작하도록 설계된 제어 유닛(8)에 의해 특징지어지는, 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2 코일(4)이 40㎑≤F2≤250㎑인 제2 동작 주파수(F2)로 동작하도록 설계된 제어 유닛(8)에 의해 특징지어지는, 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 자성 코어(14)는 한 조각으로 설계되는 것으로 특징지어지는, 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 자성 코어(14)는 복수의 코어 요소(29)로 구성되는 것으로 특징지어지는, 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 자성 코어(14)는 상기 제1 코일(3)을 둘러싸며, 상기 제1 코일(3)과 상기 제2 코일(4) 사이에 배치되는 것으로 특징지어지는, 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 자성 코어(14) 및 상기 코일(3, 4, 5) 중 적어도 하나는 상기 코일 캐리어(2)의 제1 면(S1) 상에 배치되는 것으로 특징지어지는, 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 코일(3)의 길이방향 중심축(M1)에 대해 방사상으로 배치되는 복수의 자성 로드(26)에 의해 특징지어지는, 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
복수의 자성 로드(26)는 상기 코일 캐리어(2)의 제2 면(S2) 상에 배치되는 것으로 특징지어지는, 인덕터. - 제 8 항에 있어서,
상기 자성 로드(26)는 상기 제2 코일(4) 및 상기 제3 코일(5) 중 적어도 하나의 리셉터클 영역(A2, A3) 내로 연장하는 것으로 특징지어지는, 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 코일 캐리어(2)는 상기 제2,3 코일(4, 5) 중 적어도 하나를 냉각시키기 위한 복수의 개구(27, 28)를 구비하는 것으로 특징지어지는, 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 코일(3, 4, 5) 중 적어도 하나는 나선형 설계인 것으로 특징지어지는, 인덕터. - 인덕터의 동작 방법으로서,
제1 코일(3), 제2 코일(4) 및 제3 코일(5)과, 상기 제1 코일(3)의 길이방향 중심축(M1)을 둘러싸는 자성 코어(14)를 가진 인덕터(1)를 제공하는 단계,
제1 전력 범위에서 제1 동작 주파수(F1)로 상기 제1 코일(3)을 동작시키는 단계,
제2 전력 범위에서 제2 동작 주파수(F2)로 상기 제2 코일(4)을 상기 제1 코일(3)과 비-동시적인 동작을 의미하는 오로지 독립적으로 동작시키는 단계, 및
상기 제3 코일(5)을 상기 제2 코일(4)과 함께 오로지 독립적으로 동작시키는 단계를 포함하는, 인덕터의 동작 방법.
- 삭제
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