KR102066735B1 - Ｐｆｃ 코일 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 PFC 코일 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 코일(120,130)을 포함하는 사출 보빈(100)과 상기 사출 보빈(100)의 일측에 구비되고 상기 코일(120,130)의 단부를 활용하여 형성한 단자부(160)와 상기 사출 보빈(100)에 결합되는 코어(210,220)를 포함한다. 본 발명은 권선 인서트 몰딩 일체형으로 제작하여 절연 성능을 높이고, 코일의 단부를 단자부로 활용하여 납땜으로 인한 접촉 불량 문제를 방지하며, 자기 코어의 슬라이딩 결합 구조로 구조적 안정성이 높아지는 이점이 있다.

Description

ＰＦＣ 코일 장치 및 그 제조방법{POWER FACTOR CORRECTION COIL DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 PFC 코일 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 권선 인서트 몰딩 일체형 PFC 코일 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
PFC(power factor correction)는 입력 전원의 역률을 보정하여 전원 효율을 개선하고 안정적인 전원을 공급하는 역할을 한다. 입력 전원의 전류파형이 사인파가 아닌 펄스형태로 될 때 역률이 저하되며, 역률이 저하되면 전력손실이 증가하여 전력 품질을 저하시키고 에너지 비용이 상승하게 된다.
전압의 위상보다 전류의 위상이 늦게 도달하는 것이 역률 저하의 원인이므로 부하와 역률보상회로를 병렬 연결시켜 전압과 전류의 위상을 최대한 일치하도록 하면 역률을 개선하고 에너지 효율을 높일 수 있다.
그런데, 종래의 PFC는 상하로 분리된 자기 코어를 에폭시나 테이프로 조립하는 방식을 사용하므로 제조공정이 복잡하고, 내습 등 환경 신뢰성에 취약하며, 단자부 납땜으로 인한 접촉 불량 문제, 구동시 발열 문제, 부피가 큰 문제 등 여러 가지 문제가 있다.
특허문헌 1: 등록특허공보 제1360532호(2014.02.03 등록)
본 발명의 목적은 권선 인서트 몰딩 일체형으로 제작하여 절연 성능을 높이고, 코일을 단자부로 활용하여 납땜으로 인한 접촉 불량 문제를 방지하며 구조적 안정성을 높이도록 한 PFC 코일 장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 코일을 포함하는 사출 보빈과 상기 사출 보빈의 일측에 구비되고 상기 코일의 단부를 활용하여 형성한 단자부와 상기 사출 보빈에 결합되는 코어를 포함한다.
상기 사출 보빈은 코일이 권선되는 베이스 보빈과 상기 베이스 보빈에 권선된 코일을 감싸면서 상기 코일의 단부가 외부로 인출되도록 상기 베이스 보빈에 사출된 사출부를 포함한다.
베이스 보빈은 상기 코일의 단부를 삽입시켜 상부로 인출하기 위한 다수 개의 인출홈과 상기 인출홈을 형성하는 양측벽 중 일측벽 선단에 상기 코일의 단부를 걸어위치 고정시키기 위한 홈이 형성된 고정부를 포함한다.
인출홈은 입구와 말단의 위치가 어긋나도록 굴곡진 형상이고, 인출홈의 말단과 상기 고정부는 일직선상에 배치된다.
상기 사출 보빈은 일측 측면에 상기 코일의 단부를 수용하여 일측 하단으로 안내하는 단자 안내홈을 구비한다.
상기 코일의 단부는 외피가 제거되고 납이 코팅된다.
상기 코어는 상기 사출 보빈의 측면에서 슬라이딩 방식으로 결합되는 자기 코어를 포함한다.
상기 사출 보빈은 상하로 관통 형성된 코어 결합공을 구비하고 상기 코어 결합공에 중심 코어가 삽입되며, 상기 코어 결합공에 중심 코어가 삽입되고 상기 사출 보빈에 자기 코어가 슬라이딩 방식으로 결합되면 상기 중심 코어와 상기 자기 코어는 상하 서로 마주본다.
상기 사출 보빈은 상기 자기 코어가 정확한 위치로 슬라이딩될 수 있도록 일측 외주를 둘러 일정한 폭만큼 돌출되는 플랜지를 구비한다.
상기 단자부가 구비된 위치와 마주하는 상기 사출 보빈의 타단에는 상기 단자부와 밸런스를 맞추기 위한 가단자부가 부착된다.
상기 자기 코어와 마주하는 상기 중심 코어의 상부 및 하부에 갭(GAP)이 형성된다.
상기 코일은 상기 코어와 전자기 결합하여 역률보상회로를 구성하는 주코일;
상기 주코일의 외부에 추가로 권선되어 제품의 동작시 발생하는 자력을 감지하거나 자력을 보충하는 보조코일을 포함한다.
1차 사출하여 코어 결합공과 권선부가 형성되는 베이스 보빈을 형성하는 단계와 상기 베이스 보빈에 코일을 권선하는 단계와 상기 베이스 보빈에 권선된 코일을 감싸면서 상기 코일의 단부가 외부로 인출되게 상기 베이스 보빈에 2차 사출하여 사출 보빈을 형성하는 단계와 상기 코일의 단부는 납 용액에 디핑하여 단자핀으로 만드는 단계와 상기 단자핀으로 만든 상기 코일의 단부는 상기 사출 보빈의 측면에 형성되는 단자 안내홈을 통해 아래로 내려 단자부로 형성하는 단계와 상기 사출 보빈에 코어를 결합하는 단계를 포함한다.
상기 사출 보빈에 코어를 결합하는 단계는 상기 코어 결합공에 중심 코어를 삽입하고 상기 사출 보빈의 측면에서 슬라이딩 방식으로 자기 코어를 결합하는 단계를 수행한다.
상기 사출 보빈에 코어를 결합하는 단계 후, 상기 단자부가 구비된 위치와 마주하는 상기 사출 보빈의 타단에 상기 단자부와 밸런스를 맞추기 위한 가단자부를 부착하는 단계를 수행한다.
본 발명은 사출 보빈이 2차 사출에 의해 코일을 감싸는 구조로 되므로 안정적인 권선이 유지되고 코일의 절연이 강화되어 코일 주변의 두께를 얇게 설계할 수 있다.
따라서 본 발명은 일반적인 PFC 코일 장치 대비 면적을 줄일 수 있으면서 절연 성능 강화로 PFC 코일 장치의 성능이 향상되고, 코일의 완전 밀폐로 내습이 강화되어 제품 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 코일의 단부를 납 용액에 디핑하여 단자핀으로 만들고 단자부로 활용하므로 납땜으로 인한 접촉 불량 문제가 방지될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 자기 코어가 일체형 형상으로 되어 사출 보빈에 슬라이딩 방식으로 결합되므로, 자기 코어 조립이 용이해지고 제조 공정이 단순화될 뿐만 아니라 자기 코어 조립이 편차 없이 균일한 품질 특성을 갖도록 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 PFC 코일 장치을 보인 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 PFC 코일 장치을 보인 투시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 PFC 코일 장치을 보인 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 베이스 보빈을 보인 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 베이스 보빈을 보인 평면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 사출 보빈을 보인 사시도.
도 7은 도 3을 B-B 방향으로 자른 부분을 보인 사시도.
도 8은 도 1의 A-A 단면을 보인 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 PFC 코일 장치을 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 사출 보빈을 보인 사시도.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 사출 보빈에 자기 코어가 상하 결합된 모습을 보인 단면도.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 PFC 코일 장치(10)는 사출 보빈(100), 단자부(160) 및 코어(200)를 포함한다.
사출 보빈(100)은 코일(120,130)을 포함한다. 사출 보빈(100)은 코일(120,130)을 물리적으로 단단히 감고 외부와 전기적으로 절연한다.
단자부(160)는 사출 보빈(100)의 일측 하단에 구비된다. 단자부(160)는 코일(120,130)의 단부를 활용하여 형성한다.
사출 보빈(100)에서 단자부(160)가 구비된 위치와 마주하는 타측 하단에는 단자부(160)와 밸런스를 맞추기 위한 가단자부(170)가 구비된다. 가단자부(170)는 사출 보빈(100)에 끼움 결합, 부착 등의 방법으로 고정될 수 있다. 가단자부(170)는 단자부(160)와 밸런스를 맞추어 단자부(160)의 보드(기판) 결합도를 향상시킨다.
단자부(160)는 전원이 연결되고 가단자부(170)는 전원이 연결되지 않는다.
코어(200)는 사출 보빈(100)에 결합된다. 사출 보빈(100)에 결합된 코어(200)는 코일(120,130)과 전자기 결합하여 승압회로를 구성함으로써 입력된 전압을 더 높게 변환하여 역률을 개선하는 역할을 할 수 있다.
코일(120,130)은 1차만 권선한다. 코일(120,130)은 주코일(120)과 보조코일(130)을 포함한다(도 8 참조). 주코일(120)은 코어(200)와 전자기 결합하여 승압(또는 강압)회로를 구성하고, 보조코일(130)은 큰 부하시 자력을 보충하여 전원 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 주코일(120)의 권선수는 입력 전압에 비례하여 결정한다. 코일은 주코일(120)과 보조코일(130)을 포함하는 것이 효율면에서 바람직하나, 주코일(120)만 포함할 수도 있다.
코어(200)는 강한 자속을 얻을 수 있는 강자성 물질로 이루어진다. 코어(200)를 이루는 강자성 물질은 높은 주파수에서 손실이 적은 페라이트 코어를 사용할 수 있으며, 예를 들어, Mn-Zn 페라이트 코어를 사용할 수 있다.
주코일(120)의 단부를 활용하여 형성한 단자핀(120b)과 보조코일(130)의 단부를 활용하여 형성한 단자핀(130b)은 사출 보빈(100)의 일측 하단에서 하부로 돌출되어 전원 연결을 위한 단자부(160)가 된다. 실시예에서 단자부(160)는 4핀 단자로 된다. 단자부(160)는 PFC 코일 장치(10)의 용량, 용도 등에 따라 권선되는 코일수에 의해 2핀 단자 또는 6핀 단자로 구성할 수도 있다.
도 3에 도시된 바에 의하면, PFC 코일 장치(10)는 사출 보빈(100)에 중심 코어(210)와 자기 코어(220)를 결합하여 구성한다. 사출 보빈(100)은 대략 중앙에 상하로 관통 형성된 코어 결합공(112)을 구비하며, 코어 결합공(112)에 중심 코어(210)를 삽입식으로 결합한다. 자기 코어(220)는 사출 보빈(100)의 측면에서 슬라이딩 방식으로 결합하며 중앙에 관통공(221)을 갖는 'ㅁ'자 형상으로 된다.
사출 보빈(100)의 코어 결합공(112)에 중심 코어(210)가 삽입되고 사출 보빈(100)의 측면에서 자기 코어(220)가 슬라이딩 방식으로 결합되면, 중심 코어(210)와 자기 코어(220)는 상하 서로 마주보게 되고 자성회로를 형성할 수 있다.
자기 코어(220)는 상하 분리되지 않는 일체형 형상으로 되어 자체 차폐 구조를 완벽하게 구현할 수 있다. 또한 자기 코어(220)는 사출 보빈(100)의 측면에서 슬라이딩 방식으로 결합하므로, 조립이 편차 없이 매우 균일하여 효율을 증가시킨다.
코어 결합공(112)과 중심 코어(210)는 가장자리가 라운드진 기둥 형상으로 형성된다. 중심 코어(210)는 코어 결합공(112)의 단면에 대응되는 형상으로 형성된다. 중심 코어(210)의 라운드진 가장자리 형상은 자속 분포를 고르게 하여 자속 손실을 줄여 효율을 증가시킨다.
중심 코어(210)의 높이는 코어 결합공(112)의 높이에 비해 상대적으로 낮다. 이는 자기 코어(220)와 마주하는 중심 코어(210)의 상부와 하부에 일정한 갭(GAP)을 형성한다. 갭(GAP)은 인덕턴스 값의 조정을 위해 필요할 수 있다.
사출 보빈(100)은 자기 코어(220)가 측면에서 슬라이딩 결합되며 코어 결합공(112)이 형성된 몸체(141)와 자기 코어(220)가 정확한 위치로 슬라이딩될 수 있도록 몸체(141)의 일측 외주를 둘러 일정한 폭만큼 돌출되는 플랜지(142)를 구비한다.
플랜지(142)는 사출 보빈(100)에서 몸체(141)의 일측 외주를 둘러서만 형성된다. 이는 플랜지(142)가 형성된 부분의 반대편 위치에 해당하는 몸체(141)를 통해서 자기 코어(220)를 슬라이딩 결합할 수 있도록 하기 위함이다.
사출 보빈(100)은 몸체(141)와 플랜지(142)를 포함하는 사출부(140)가 외관을 형성한다. 구체적으로, 사출 보빈(100)은 코일(120,130)이 권선된 베이스 보빈(110)에 사출한 사출부(140)가 외관을 형성한다.
사출부(140)는 베이스 보빈(110)에 권선된 코일(120,130)을 감싸면서 코일(120,130)의 단부가 외부로 인출되도록 베이스 보빈(110)에 사출된 부분이다. 사출 보빈(100)은 몸체(141)의 가장자리가 라운드지게 형성되어 자기 코어(220)의 측면 삽입이 용이하도록 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 베이스 보빈(110)은 코일이 권선되는 권선부(111)와 권선부(111)의 중앙을 상하 관통하는 코어 결합공(112)을 구비한다. 베이스 보빈(110)은 권선부(111)의 상단과 하단에 외경 방향으로 확장되어 형성되는 상부 플랜지부(113)와 하부 플랜지부(114)를 구비한다. 상부 플랜지부(113)와 하부 플랜지부(114)의 사이 권선부(111)에 코일(도 8의 도면부호 120,130 참조)이 권선된다.
권선부(111)가 상부 플랜지부(113) 및 하부 플랜지부(114)와 연결되는 부분은 라운드지게 형성하여(R각을 형성하여) 내압을 개선한다. 내압은 높은 전압이 가해졌을 때 터지지 않고 견디는 정도를 의미한다. R각 형성은 사출 후 내부 공극을 없앰으로써 강도 보강에 따른 내압 개선의 효과를 갖는다.
베이스 보빈(110)은 인출홈(115)과 고정부(116)를 구비한다.
인출홈(115)은 권선부(111)에 권선되는 코일(120,130)의 각 단부를 삽입시켜 베이스 보빈(110)의 상부로 인출하기 위한 홈이다. 인출홈(115)은 상부 플랜지부(113)의 일측에서 내측 방향으로 요입 형성되고 상하로 개구된 다수 개로 형성된다.
고정부(116)는 상부 플랜지부(113)의 상부로 인출한 코일(120,130)의 각 단부를 배치시켜 일정 간격으로 위치 정렬한다. 고정부(116)는 인출홈(115)의 입구에 배치되어 인출홈(115)의 입구를 인출홈(115)의 말단과 어긋난 위치가 되게 하여 각 코일의 단부(120a,130a)가 고정부(116)에 걸어질 수 있도록 한다. 고정부(116)는 권선부(111)에 권선된 코일의 단부(120a,130a)를 위치 고정할 수 있는 C자 형상의 홈(117)을 갖는 형상으로 된다.
구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 고정부(116)는 굴곡진 형상의 인출홈(115)을 형성하는 양측벽 중 일측벽 선단에 입구와 나란하게 형성되며, 입구를 통해 인출홈(115)에 삽입된 각 코일의 단부(120a,130a)를 걸어 C자 형상의 홈(117)에 위치 정렬한다.
코일의 단부(120a,130a)는 인출홈(115)에 끼워지고 고정부(116)에 걸어지면서 고정부(116)의 C자형 홈(117)에 안착되어 위치 고정된다. 이를 위해 인출홈(115)은 입구와 말단의 위치가 어긋나도록 굴곡진 형상이며, 인출홈(115)의 말단과 고정부(116)는 일직선상에 배치된다.
고정부(116)는 베이스 보빈(110)의 상부 플랜지부(113)의 일측에 다수개가 구비되어 코일의 단부(120a,130a)를 걸어 위치 고정한다. 고정부(116)는 일정 간격을 두고 배치되어 단자핀이 될 코일의 단부들(120a,130a) 간 절연 거리가 유지될 수 있도록 한다. 인출홈(115) 및 고정부(116)의 개수는 권선부(111)에 권선되는 코일(120,130) 개수의 2배가 구비된다. 실시예에서는 주코일(120)과 보조코일(130)의 2개의 코일이 권선되므로 인출홈(115)과 고정부(116)는 4개가 구비된다.
베이스 보빈(110)의 코어 결합공(112)에는 중심 코어(210)의 삽입 위치를 고정하는 고정턱(118)이 돌출 형성된다. 고정턱(118)은 코어 결합공(112)에 삽입되는 중심 코어(210)의 저면을 지지하여 중심 코어(210)가 코어 결합공(112)의 높이를 기준으로 중간 지점에 위치할 수 있도록 한다. 고정턱(118)은 중심 코어(210)의 저면을 지지하여 중심 코어(210)가 코어 결합공(112) 내에서 일정 위치에 위치하도록 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 베이스 보빈(110)을 금형에 넣고 2차 사출하면 사출 보빈(100)의 외관이 형성된다. 1차 사출은 베이스 보빈(110)을 형성하는 것이다.
베이스 보빈(110)의 권선부(111)에 권선된 코일(120,130)은 사출부(140)에 의해 감싸져 외부로 노출되지 않는다. 그리고 베이스 보빈(110)에 권선된 코일의 단부(120a,130a)는 사출 보빈(100)의 일측 상부를 통해 외부로 인출된다. 코일의 단부(120a,130a)는 고정부(116)에 의해 일정 간격 이격되고 위치 정렬된 상태로 인출된다. 베이스 보빈(110)에 코일(120,130)을 권선 후 사출에 의해 사출 보빈(100)의 외관을 형성하면 두께의 균일성이 확보될 수 있다.
사출 보빈(100)은 코일의 단부(120a,130a)가 인출된 일측면에 단자 안내홈(143)을 구비한다. 단자 안내홈(143)은 코일의 단부(120a,130a)를 위치 고정하기 위한 것이다. 단자 안내홈(143)은 상하 방향으로 형성되며 요입된 형상이고 하부는 개구된 형상이며 일정 간격 이격된 다수 개로 형성된다. 사출 보빈(100)의 일측 상부에서 외부로 인출된 코일의 단부(120a,130a)가 단자 안내홈(143)을 통해 사출 보빈(100)의 일측 하단으로 내려질 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 사출 보빈(100)은 베이스 보빈(110)과 베이스 보빈(110)에 2차 사출되는 사출부(140)를 포함한다. 사출 보빈(100)은 베이스 보빈(110)과 베이스 보빈(110)에 2차 사출되는 사출부(140)의 접합면이 계단 형상을 이룬다. 베이스 보빈(110)과 사출부(140)의 계단 형상 접합은 베이스 보빈(110)과 사출부(140) 사이에 내장되는 코일(120,130)의 외부 절연 전압을 강화한다. 또한 사출부(140)가 코일(120,130)의 사이 틈에 채워지므로 안정적인 권선이 유지되고 절연성이 대폭 향상될 수 있다.
베이스 보빈(110)은 2차 사출시 베이스 보빈(110)과 사출부(140)의 접합면이 계단 형상을 이루도록 단부측이 단차를 갖는 2단 구조로 되는 것이 바람직하다. 단차진 구조는 2차 사출 후 살 보강에 따른 내압을 개선하는 효과가 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 사출 보빈(100)은 일측을 플랜지(142)가 형성하며 반대되는 타측을 몸체(141)가 형성한다. 몸체(141)에 자기 코어(220)가 슬라이딩 방식으로 결합된다. 플랜지(142)는 베이스 보빈(110)의 일측의 상부 플랜지부(113)와 하부 플랜지부(114) 부분을 사출부(140)가 소정 두께로 감싸져 형성되는 부분이다.
코어 결합공(112)은 베이스 보빈(110)의 중앙 부분에 형성된 코어 결합공(112)과 동일한 구성이며, 코어 결합공(112)에 중심 코어(210)가 삽입식으로 결합된다. 코어 결합공(112)의 폭 및 높이는 코어 결합공(112)에 결합되는 중심 코어(210)의 크기를 고려하여 미리 설계된다.
코일(120,130)은 주코일(120)과 보조코일(130)을 포함한다, 주코일(120)은 권선부(111)에 도선을 수 회이상 감아 형성하며, 보조코일(130)은 주코일(120)의 외부에 추가로 도선을 감아 형성한다. 주코일(120)은 코어(200)와 전자기 결합하여 역률보상회로를 구성할 수 있다. 또는 보조코일(130)은 제품의 동작시 발생하는 자성을 효과적으로 감지하고 감지된 신호를 활용하여 IC 드라이드를 활용하는 용도로 사용할 수 있다.
권선부(111)에 도선을 둥글게 감으면 코일이 되고 여기에 중심 코어(210)와 자기 코어(220)를 결합하면 코일(120,130)의 인덕턴스 값이 증가하고 역률보상회로를 구성할 수 있다. 도선은 동선을 사용할 수 있다.
사출 보빈(100)은 주코일(120)과 보조코일(130)의 완전 밀폐로 내습이 가능하고 절연이 대폭 강화되므로, 베이스 보빈(110)의 두께, 사출부(140)의 두께를 최소로 하여 제작하는 것이 가능하다.
자기 코어(220)는 사출 보빈(100)의 측면에서 슬라이딩 방식으로 결합된다. 자기 코어(220)는 상하 분리되는 방식이 아닌 일체형이고 사출 보빈(100)의 몸체(141)의 외각을 둘러 자체 차폐하는 구조이므로 회로 내의 전자파를 획기적으로 차단할 수 있고, 전자파 EMI의 방출을 차단할 수 있다.
또한, 자기 코어(220)는 상하 분리되는 방식이 아닌 일체형이므로 형상이 단순하여 제조가 용이하다. 이러한 일체형 자기 코어(220)는 종래 상하 분리된 자기 코어를 에폭시나 테이프로 조립하는 방식에 비해 열 충격에도 강하다.
한편, 사출 보빈(100)의 일측 상단을 통해 외부로 인출된 코일의 단부(120a,130a)는 단자핀으로 만들어 단자부로 활용할 수 있다. 구체적으로 코일의 단부(120a,130a)는 납 용액에 디핑하여 단자핀(120b,130b)으로 만들고 전원 연결을 위한 단자부(160)로 활용할 수 있다.
더 상세하게는, 도 6과 같이 외부로 인출된 코일의 단부(120a,130a)를 고온 납 용액에 디핑하여 단자핀(120b,130b)으로 만들고, 도 7과 같이 단자핀(120b,130b)을 단자 안내홈(143)에 배치하면서 사출 보빈(100)의 일측 하단으로 내릴 수 있다.
코일의 단부(120a,130a)를 고온 납 용액에 디핑하면 코일의 단부(120a,130a)의 외피가 납에 녹아 없어지고 외피가 없어진 동선에 납이 부착되므로 단자핀(120b,130b)으로 만들기 용이하다. 또한 코일의 단부(120a,130a)를 고온 납 용액에 디핑하면 동선에 납이 부착되면서 동선이 소정의 강도를 갖게 된다. 코일의 단부(120a,130a)는 고온 납 외에도 외피를 녹이면서 동선에 부착되어 동선이 소정의 강도를 갖도록 할 수 있는 물질이고 전기 전도성이 있으면 다양한 물질이 사용 가능하다.
코일의 단부(120a,130a)를 단자핀(120b,130b)으로 만들어 단자부(160)로 활용하면 종래와 같이 코일의 단부와 단자부를 연결하기 위한 납땜 작업이 필요하지 않으므로 납땜 불량 문제가 방지되고 접속 불량 문제가 방지된다.
도시하지는 않았지만, 단자핀(120b,130b)에 강도 보강을 위한 보강핀을 접합할 수 있다. 코일(120,130)의 동선이 얇은 경우 단자부(160)의 역할을 하기에는 휨 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 단자핀(120b,130b)에 보강핀을 접합하여 강도를 보강함으로써 단자부의 휨 등의 변형을 방지할 수 있다. 보강핀은 단자핀(120b,130b)에 접합한 후 단자핀(120b,130b)과 함께 단자 안내홈(143)에 배치하면서 사출 보빈의 아래로 내릴 수 있다. 이는 보강핀이 단자 안내홈(143)에 배치되면서 단자핀(120b,130b)을 보강하므로 단자핀(120b,130b)의 강도 보강에 보다 효과적이다.
사출 보빈(100)의 일측 하단으로 내려져 하부로 돌출되는 단자핀(120b,130b)이 단자부(160)로 활용된다. 보강핀은 코일의 단부(120a,130a)를 고온 납에 디핑하여 만든 모든 단자핀(120b,130b)에 적용할 수도 있고, 필요에 따라 동선이 얇은 일부에만 적용할 수도 있다.
또는, 사출 보빈(100)의 일측 하단으로 내려져 하부로 돌출되는 단자핀(120b,130b)과 단자 안내홈(143)에 배치되어 단자핀(120b,130b)을 보강하는 보강핀은 함께 고온 납에 디핑하여 일체화함으로써 단자부(160)로 활용할 수 있다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 사출 보빈(100)은 단자 안내홈(143)에 배치된 코일의 단부(120a,130a)를 덮는 마감부(150)를 포함한다. 마감부(150)는 사출 보빈(100)의 측면에서 코일(120,130)이 외부로 노출되지 않도록 한다. 마감부(150)는 단자핀(120b,130b)으로 만든 코일의 단부(120a,120b)가 삽입된 단자 안내홈(143)에 에폭시 부착하거나 추가 사출하여 단자 안내홈(143)을 덮는 방식으로 형성할 수 있다.
또는, 마감부(150)는 단자 안내홈(143)에 단자핀(120b,130b)과 보강핀이 삽입된 상태에서, 단자 안내홈(143)에 에폭시 부착하거나 추가 사출하여 단자 안내홈(143)을 덮는 방식으로 형성할 수 있다. 베이스 보빈(110)과 사출 보빈(100)은 전기적 특성에 영향을 주지 않는 비자성체, 절연체이면서 고내열성과 고내전압성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
사출 보빈(100)의 코어 결합공(112)에 중심 코어(210)가 삽입된 상태에서, 사출 보빈(100)에 자기 코어(220)가 측면에서 슬라이딩 방식으로 결합된다.
도 8에 도시된 바와 같이, PFC 코일 장치(10)는 자기 코어(220)와 마주하는 중심 코어(210)의 상부와 하부에 일정한 갭(GAP)을 형성한다. 중심 코어(210)의 상부와 하부에 형성되는 갭(GAP)은 코일(120,130)의 기능을 최대화하여 자기 코어(220)의 공심율을 줄이고 제품 작동시 발생하는 열을 개선한다. 높은 주파수를 사용할수록 코일(120,130)의 미세한 진동에 따라서 발진하는 주파수가 변동할 가능성이 큰데, 중심 코어(210)와 자기 코어(220)의 사이 상하 갭이 코일(120,130)의 진동을 막아주는 역할을 한다.
자기 코어가 상하 결합되는 방식의 경우, 상부 코어와 하부 코어의 사이 중심에 갭이 형성되어 구동시 발열 문제가 발생할 수 있고, 에폭시 등을 이용하여 부착하므로 제품의 성능이 저하되고 제조 공정도 복잡하며 환경 신뢰성에도 취약하다.
이하에서는 본 발명 실시예의 PFC 코일 장치 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
PFC 제조방법은 코일(120,130)이 권선된 베이스 보빈(110)을 준비하는 단계와, 베이스 보빈(110)에 권선된 코일(120,130)을 감싸면서 코일의 단부(120a,130a)가 외부로 인출되게 베이스 보빈(110)에 2차 사출하여 사출 보빈(100)을 형성하는 단계와, 코일의 단부(120a,130a)를 납 용액에 디핑하여 단자핀(120b,130b)으로 만드는 단계와, 단자핀(120b,130b)으로 만든 코일의 단부(120a,130a)를 사출 보빈(100)의 측면에 형성되는 단자 안내홈(143)을 통해 아래로 내려 단자부(160)로 형성하는 단계와, 사출 보빈(100)에 코어(210,220)를 결합하는 단계를 포함한다.
코일이 권선된 베이스 보빈을 준비하는 단계는 다음과 같다.
도 9에 도시된 바와 같이, 베이스 보빈(110)은 코어 결합공(112)과 권선부(111)를 구비하는 형상을 갖도록 1차 사출하여 형성한다. 베이스 보빈(110)은 중앙의 코어 결합공(112)을 기준으로 상부에 상부 플랜지부(113)가 구비되고 하부에 하부 플랜지부(114)가 구비되며, 상부 플랜지부(113)와 하부 플랜지부(114)의 사이를 권선부(111)가 형성한다. 그리고 상부 플랜지(142)의 일측에는 인출홈(115)과 고정부(116)가 형성된다. 베이스 보빈(110)의 코어 결합공(112)에는 고정턱(118)이 형성된다.
베이스 보빈(110)의 권선부(111)에 주코일(120)을 권선하고 주코일(120)을 감싸는 보조코일(130)을 추가로 권선한다. 권선부(111)에 권선된 주코일(120)과 보조코일(130)의 단부(120a,130a)는 각각 인출홈(115)을 통해 상부 플랜지부(113)의 상부로 인출한 다음 C자 형상인 고정부(116)의 홈(117)에 끼워 위치 정렬시킨다.
다음으로 주코일(120)과 보조코일(130)이 권선된 베이스 보빈(110)을 금형에 넣고 인서트 방식으로 2차 사출하여 사출부(140)가 주코일(120)과 보조코일(130)을 감싸도록 형성한다.
주코일(120)과 보조코일(130)의 단부(120a,130a)는 사출 보빈(100)의 일측 상부를 통해 외부로 인출된다. 사출 보빈(100)의 일측 상부를 통해 외부로 인출되는 주코일(120)과 보조코일(130)의 단부(120a,130a)는 코일의 단부(120a,130a)를 위치 정렬하는 고정부(116)에 의해 일정 간격 이격되고 정렬된 상태로 인출된다.
사출 보빈(100)의 일측 상부에서 외부로 인출된 주코일(120)과 보조코일(130)의 단부(120a,130a)는 고온 납 용액에 디핑하여 단자핀(120b,130b)으로 만든다. 고온 납 용액은 약 400~600℃ 온도의 고온 납 용액일 수 있다.
다음으로 납이 부착되어 소정의 강도를 갖게 된 단자핀(120b,130b)을 절곡하여 단자 안내홈(143)에 삽입하면서 사출 보빈(100)의 일측 하단으로 내린다. 이때 단자핀(120b,130b)의 강도를 더 보강하기 위해 단자 안내홈(143)에 보강핀을 끼워 단자핀(120b,130b)에 덫댈 수 있다.
사출 보빈(100)에 코어를 결합하는 단계는 다음과 같다.
사출 보빈(100)의 코어 결합공(112)에 중심 코어(210)를 삽입하고 사출 보빈(100)의 측면에서 슬라이딩 방식으로 자기 코어(220)를 결합한다. 사출 보빈(100)의 코어 결합공(112)에 중심 코어(210)를 삽입하고, 사출 보빈(100)의 측면에서 자기 코어(220)를 슬라이딩 방식으로 결합하면, 중심 코어(210)와 자기 코어(220)는 상하 서로 마주보게 되고 자성회로를 형성하게 된다.
이때, 사출 보빈(100)의 일측에 돌출 형성된 플랜지(142)가 자기 코어(220)의 슬라이딩 위치를 제한하는 스토퍼 기능을 수행하므로 자기 코어(220)가 중심 코어(210)와 대응되는 정확한 위치로 슬라이딩될 수 있다.
사출 보빈(100)에 자기 코어(220)를 슬라이딩 결합하는 단계 후, 단자부(160)가 구비된 위치와 마주하는 사출 보빈(100)의 타단에 단자부(160)와 밸런스를 맞추기 위한 가단자부(170)를 부착한다. 자기 코어(220)가 사출 보빈(100)에 슬라이딩 결합되기 전 사출 보빈(100)에 가단자부(170)를 부착하면 자기 코어(220)를 사출 보빈(100)에 슬라이딩 결합하기 어렵다. 따라서 가단자부(170)는 자기 코어(220)를 사출 보빈(100)에 슬라이딩 결합한 후 사출 보빈(100)에 부착한다.
다음으로, 사출 보빈(100)의 측면에서 단자핀(120b,130b)이 노출되지 않도록 단자 안내홈(143)에 에폭시 부착하거나 추가 사출하여 단자 안내홈(143)을 덮는 방식으로 마감부(150)를 형성한다.
마감부(150)를 형성한 후, 단자핀(120b,130b)에 보강핀이 접합된 경우 사출 보빈(100)의 하부로 돌출된 단자핀(120b,130b)과 단자핀(120b,130b)에 접합된 보강핀을 한 번 더 납 용액에 디핑하여 단자핀(120b,130b)과 보강핀에 납을 부착함으로써 일체화된 단자부(160)로 활용할 수 있다.
최종 제조된 PFC 코일 장치(10)는 저면 양극에서 단자부(160)와 가단자부(170)가 각각 돌출된 형상을 갖고, 사출 보빈(100)의 외주에 일체형의 자기 코어(220)가 사출 보빈(100)과 유격없이 밀착 결합된 구조가 된다.
이하 본 발명의 작용을 설명하기로 한다.
본 발명은 사출 보빈(100)이 2차 사출로 형성되고 베이스 보빈(110)에 권선된 코일을 감싸는 구조로 되므로, 안정적인 권선이 유지되고 코일(120,130)의 절연 전압이 강화되어 절연성을 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 코일(120,130)의 완전 밀폐로 절연이 강화되고 소음 및 발열이 차단되므로, 베이스 보빈(110)과 사출부(140)의 두께를 얇게 형성하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 코일의 권선 후 2차 사출에 의해 사출 보빈(100)의 외관을 형성하므로 균일성이 확보되고, 코어(210,220)가 위치 고정 가능하게 밀착 결합될 수 있어 구조적 안정성이 높아진다.
또한, 본 발명은 자기 코어가 사출 보빈에 슬라이드 방식으로 결합되므로 자기 코어 조립이 용이하고 자기 코어 제조 공정을 단순화할 수 있으며, 자기 코어 조립이 편차 없이 매우 균일한 품질을 갖도록 한다.
또한, 본 발명은 베이스 보빈에 권선되고 2차 사출에서 인출된 코일의 단부를 납 용액에 디핑하여 단자핀으로 만들고 이를 사출 보빈의 단자부로 활용하므로 보드(예: 기판) 결합도가 향상되고 납땜 불량으로 인한 단선이 방지되어 PFC 코일 장치의 작동 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 코일을 형성하는 동선이 얇은 경우 보조핀을 적용하여 동선의 강도를 보강하므로 휨 등의 방지가 가능하여 코일을 단자로 적용하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 구동 허용 전류 용량을 상승시킬 수 있고, 동선 발열을 개선할 수 있으며, 안정적인 권선 내압을 확보할 수 있고, 권선 및 코어 간 절연성을 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 2차 사출에 의해 함침 공정 없이 완전 몰딩으로 절연 처리되므로, 두께를 얇게 형성하여 PFC 코일 장치의 사이즈(면적)를 감소시킬 수 있고, 슬라이딩 자기 코어 적용으로 테이프나 에폭시 부착 과정이 생략될 수 있어 공정 단순화가 가능한 이점이 있다.
본 발명은 길이 43mm, 폭 35mm, 두께 16mm로 제작하고 전기적 특성을 측정하였다. 동일 단자핀 간 거리는 약 5mm로 설계하였다.
측정 결과, 인덕턴스(inductance)가 동일한 사양의 2중 사출(1차, 2차 사출)하지 않은 PFC 코일 장치대비 높고, 누설은 18% 정도 감소되어 DCR(drop across the output inductor)이 우월함을 확인할 수 있었다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, PFC 코일 장치는 자기 코어가 슬라이딩 결합되는 방식이 아닌 상하 결합되는 방식을 채용할 수 있다.
자기 코어가 상하 결합되는 방식을 채용하는 경우, 도 10에 도시된 바와 같이, 사출 보빈(100-1)은 양측을 플랜지(142-1)가 형성하며 그 사이를 코어 결합부(141-1)가 형성한다. 양측 플랜지(142-1)와 코어 결합부(141-1)는 코일이 권선된 베이스 보빈(미도시)에 사출부(140)가 소정 두께로 감싸져 형성되는 부분이다. 코어 결합부(141-1)의 중앙에는 코어 결합공(112-1)이 형성된다.
다른 실시예의 베이스 보빈은 일 실시예와 대비하여 코일의 단부를 안내하는 단자 안내홈이 양측에 대칭되게 형성하여 단자부를 사출 보빈의 양측 하단에 형성되게 한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 자기 코어(230,240)는 사출 보빈(100-1)의 상측과 하측에서 일정한 갭을 갖도록 결합되는 상부 코어(230)와 하부 코어(240)를 포함하며, 상부 코어(230)와 하부 코어(240)는 단면부와 단면부로부터 수직으로 돌출되는 양측 다리부와 양측 다리부의 사이에서 수직으로 돌출되는 중앙 다리부를 포함하는 E자 형상으로 형성될 수 있다.
상부 코어(230)와 하부 코어(240)는 단면부가 사출 보빈(100-1)의 상면 또는 하면의 코어 결합부(141-1)에 밀착된 상태에서 양측 다리부가 사출 보빈의 양측면에 밀착되고 중앙 다리부가 코어 결합공에 삽입되는 방식으로 사출 보빈에 결합되며, 사출 보빈(100-1)에 결합된 상태에서 사출 보빈(100-1)의 외주 중앙을 감싸게 된다.
E자 형상인 상부 코어(230)와 하부 코어(240), 사출 보빈(100-1)에 형성된 코어 결합공(112-1)은 상호 대응되어 사출 보빈(100-1)의 외주에 상부 코어(230)와 하부 코어(240)가 유격없이 밀착 결합되게 한다. 상부 코어(230)와 하부 코어(240)는 에폭시로 본딩하여 고정한다. 에폭시 본딩은 방수성을 높이고 파손시 파편이 최소화되고 크랙 확인도 용이하게 한다.
단, 상하 결합되는 방식의 자기 코어(230,240)는 상부 코어(230)와 하부 코어(240)의 사이 중심에 갭이 형성되어 구동시 발열 문제가 발생할 수 있고, 에폭시 등을 이용하여 부착하므로 일 실시예에 비해 제품의 성능이 저하되고 제조 공정도 복잡하며 환경 신뢰성에도 취약한 단점이 있다.
그러나, 상하 결합되는 방식의 자기 코어(230,240)를 적용하면, 단자부(160-1)를 사출 보빈(100-1)의 양측 하단에 형성하는 것이 가능하므로 밸런스를 맞추기 위한 별도의 가단자부(도 1의 도면 부호 170)를 두지 않아도 된다.
다른 실시예의 경우도 코일을 단자로 활용하여 단자부(160-1)로 사용하므로 납땜으로 인한 접촉 불량 문제가 방지될 뿐 아니라 코일의 절연이 강화되어 절연 성능이 높고 구조적 안정성이 높은 PFC 코일 장치(10-1)를제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 2차 사출하여 코일을 감싸고 코일의 단부를 단자부로 활용하며 자기 코어를 사출 보빈에 슬라이딩 결합하는 구조이며, 다른 실시예는 2차 사출하여 코일을 감싸고 코일의 단부를 단자부로 활용하며, 자기 코어를 사출 보빈에 상하 결합하는 구조인 점에서 차이가 있다.
일 실시예와 다른 실시예는 자기 코어가 결합하는 방식에 차이가 있고 나머지 구성을 동일하게 적용되는 것이 바람직하다. 그에 따라 일 실시예와 다른 실시예는 베이스 보빈의 형상 및 사출 보빈의 형상, 자기 코어의 형상에 차이가 있을 수 있다.
상술한 PFC 코일 장치는 LED 드라이브 전원장치, PC의 파워서플라이 등에 설치하여 역률을 낮출수 있다. 상술한 PFC 코일 장치는 PFC 이외에도 1차만 권선하여 사용하는 다양한 장치들에 적용 가능하다.
본 발명은 도면과 명세서에 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명은 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 권리범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10, 10-1: PFC 코일 장치 100: 사출 보빈
110: 베이스 보빈 111: 권선부
112: 코어 결합공 113: 상부 플랜지부
114: 하부 플랜지부 115: 인출홈
116: 고정부 117: 홈
118: 고정턱 120: 주코일(코일)
130: 보조코일(코일) 120a,130a: 코일의 단부
120b,130b: 단자핀 140: 사출부
141: 몸체 142: 플랜지
143: 단자 안내홈 150: 마감부
160: 단자부 170: 가단자부
200: 코어 210: 중심 코어
220: 슬라이딩 코어

Claims (15)

  1. 코일을 포함하는 사출 보빈;
    상기 사출 보빈에 구비되고 상기 코일의 단부를 활용하여 형성한 단자부; 및
    상기 사출 보빈에 결합되는 코어;
    를 포함하고,
    상기 사출 보빈은
    코일이 권선된 베이스 보빈;
    상기 코일을 감싸면서 상기 코일의 단부가 상기 사출 보빈의 외부로 인출되도록 상기 베이스 보빈 및 상기 코일에 결합되어 사출된 사출부;
    상기 인출된 코일의 단부를 배치하여 하부로 안내하는 단자 안내홈; 및
    상기 단자 안내홈을 덮는 마감부;
    를 포함하는 PFC 코일 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 보빈은 상기 코일의 단부를 삽입시켜 상부로 인출하기 위한 다수 개의 인출홈; 및
    상기 인출홈을 형성하는 양 측벽 중 일 측벽 선단에 상기 코일의 단부를 걸어 위치 고정시키기 위한 홈이 형성된 고정부;
    를 포함하는 PFC 코일 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 인출홈은 입구와 말단의 위치가 어긋나도록 굴곡진 형상이고,
    상기 인출홈의 말단과 상기 고정부는 일직선상에 배치되는 PFC 코일 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 단자 안내홈은 상기 사출 보빈의 일측 측면에 형성되는 PFC 코일 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 코일의 단부는 외피가 제거되고 납이 코팅되는 PFC 코일 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 코어는 상기 사출 보빈의 측면에서 슬라이딩 방식으로 결합되는 자기 코어를 포함하는 PFC 코일 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 사출 보빈은 상하로 관통 형성된 코어 결합공을 구비하고 상기 코어 결합공에 중심 코어가 삽입되며,
    상기 코어 결합공에 중심 코어가 삽입되고 상기 사출 보빈에 자기 코어가 슬라이딩 방식으로 결합되면 상기 중심 코어와 상기 자기 코어는 상하 서로 마주보는 PFC 코일 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 사출 보빈은 상기 자기 코어가 정확한 위치로 슬라이딩될 수 있도록 일측 외주를 둘러 일정한 폭만큼 돌출되는 플랜지를 구비하는 PFC 코일 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 단자부가 구비된 위치와 마주하는 상기 사출 보빈의 타단에는 상기 단자부와 밸런스를 맞추기 위한 가단자부가 부착되는 PFC 코일 장치.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 자기 코어와 마주하는 상기 중심 코어의 상부 및 하부에 갭(GAP)이 형성되는 PFC 코일 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 코일은
    상기 코어와 전자기 결합하여 역률보상회로를 구성하는 주코일; 및
    상기 주코일의 외부에 추가로 권선되어 제품의 동작시 발생하는 자력을 감지하거나 자력을 보충하는 보조코일;
    을 포함하는 PFC 코일 장치.
  13. 1차 사출하여 코어 결합공과 권선부가 형성되는 베이스 보빈을 형성하는 단계;
    상기 베이스 보빈에 코일을 권선하는 단계;
    상기 베이스 보빈에 권선된 코일을 감싸면서 상기 코일의 단부가 외부로 인출되게 상기 베이스 보빈에 사출부를 2차 사출함으로써, 상기 베이스 보빈, 상기 코일, 및 상기 사출부가 결합된 사출 보빈을 형성하는 단계;
    상기 사출 보빈의 일측 측면에 형성된 단자 안내홈을 통해 상기 코일의 단부를 하부로 내리는 단계;
    상기 단자 안내홈을 덮는 마감부를 형성하는 단계; 및
    상기 사출 보빈에 코어를 결합하는 단계;
    를 포함하는 PFC 코일 장치 제조방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 사출 보빈에 코어를 결합하는 단계는,
    상기 코어 결합공에 중심 코어를 삽입하고 상기 사출 보빈의 측면에서 슬라이딩 방식으로 자기 코어를 결합하는 단계를 수행하는 PFC 코일 장치 제조방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 사출 보빈에 코어를 결합하는 단계 후,
    상기 사출 보빈의 타측 측면에 가단자부를 부착하는 단계를 수행하는 PFC 코일 장치 제조방법.
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