KR102627781B1 - 인덕티브 장치 - Google Patents

Abstract

인덕티브 장치가 토로이달 코어(101)와 상기 토로이달 코어에 권취된 적어도 하나의 권선을 구성하는 적어도 하나의 전기 컨덕터(102)를 포함한다. 상기 인덕티브 장치는 상기 토로이달 코어와 상기 전기 컨덕터를 포함하는 원통형 공동을 구성하는 냉각 소자(104)를 포함하되, 토로이달 코어의 축방향은 원통형 공동의 축방향과 평행하다. 원통형 공동의 형태와 전기 컨덕터의 단면은 서로 맞추어지도록 형성되어 전기 컨덕터로부터 원통형 공동으로의 열전달을 개선한다. 원통형 공동은, 예를 들어 원형 저부를 가질 수 있고, 전기 컨덕터는, 예를 들어 직사각형 단면을 가질 수 있어 원형 전기 컨덕터보다 원통형 공동의 벽 형태에 더 잘 교합된다.

Description

인덕티브 장치{An inductive device}

본 발명은 토로이달 코어와, 상기 토로이달 코어 주위에 권취된 적어도 하나의 권선, 및 인덕티브 장치를 냉각하기 위한 냉각 소자를 포함하는 인덕티브 장치에 관한 것이다.

토로이달 인덕티브 장치는 토로이달 코어와 상기 토로이달 코어 주위에 권취된 하나 또는 그 이상의 권선을 포함하는 수동 전기 소자다. 토로이달 코어는 바람직하게는 강자성 물질을 포함하는 자성 강화 코어이다. 토로이달 인덕티브 장치는, 예를 들어, 필터 회로의 일부이거나 직류-직류 전압 변환기와 같은 전력 전자 변환기의 에너지 저장 소자일 수 있다. 토로이달 인덕티브 장치의 내재적 장점은, 장치의 대칭성 덕분에, 토로이달 코어 외부로 이탈하는 자속의 양, 즉 누설 자속의 양이 적다는 것이다. 따라서, 토로이달 인덕티브 장치는 예컨대 E-I 코어 구조나 U-I 코어 구조와 같은 다른 코어 구조를 가지는 다른 여러 인덕티브 장치보다 적은 전자 방해 잡음(EMI)을 발생시킨다.

그러나 이상에 설명한 종류의 토로이달 인덕티브 장치에 과제가 전혀 없는 것은 아니다. 상기 과제 중 하나는 토로이달 인덕티브 장치의 냉각에 관한 것이다. 예를 들어, 토로이달 인덕티브 장치 표면에 냉각 소자를 장착하는 것은 쉽지 않다. 하나의 방법은 토로이달 인덕티브 장치를 냉각액으로 충전된 용기 안에 위치시키는 것이다. 토로이달 인덕티브 장치를 냉각액에 침전시키는 것 역시 단점이 있다. 냉각액이 물이거나 다른 전기 전도성 액체인 경우, 특히 냉각액에 불순물이 포함되어 있는 경우, 토로이달 인덕티브 소자의 절연체가 강한 응력하에 놓이게 되고, 절연에 조금만 이상이 생겨도 큰 손상이 발생할 수 있다. 반면, 냉각액이 변압기유이거나 전기적으로 비전도성인 적절한 액체인 경우, 의도하지 않은 누설 및/또는 증발을 예방할 수 있는 적절한 수단을 적용할 필요가 있다.

다음은 다양한 발명의 구체예들의 일부 측면의 기본적인 이해를 제공하기 위해 간략화된 요약을 나타낸다. 상기 요약은 본 발명의 광범위한 개요는 아니다. 본 발명의 핵심 또는 중요한 요소를 확인하거나, 본 발명의 범위를 기술하고자 하는 것은 아니다. 다음 요약은 본 발명의 예시적인 구체예들의 보다 상세한 설명에 대한 서두로서 간략화된 형태의 본 발명의 일부 개념을 나타낸 것에 불과하다.

본 명세서에서, 접두어로 사용된 "기하(geometric)"라는 용어는 어떤 물리적 객체의 일부만을 의미하는 기하학적 개념은 아니다. 기하학적 개념은 예컨대 기하학적 지점, 기하학적 선, 비-선형 기하 곡선, 기하 평면, 평평하지 않은 기하 표면, 기하학적 공간, 또는 0, 1, 2, 3차원을 가지는 다른 기하학적 개체일 수 있다.

본 발명에 따르면, 다음을 포함하는 신규한 인덕티브 장치가 제공된다:

- 토로이달 코어,

- 상기 토로이달 코어의 주위에 권취된 적어도 하나의 권선을 구성하는 적어도 하나의 전기 컨덕터, 여기서 상기 권선의 외주상의 상기 전기 컨덕터의 부분들은 상기 토로이달 코어의 축 방향과 일직선으로 평행하다, 및

- 상기 토로이달 코어의 축 방향이 원통형 공동의 축방향과 평행하고, 원통형 공동의 벽으로부터 상기 전기 컨덕터의 상기 부분들 중 다른 부분들까지의 거리가 실질적으로 동일하도록, 상기 토로이달 코어 및 상기 전기 컨덕터를 포함하는 원통형 공동을 구성하는 냉각 소자.

본 발명에 따른 인덕티브 장치에서, 상기 전기 컨덕터로부터 상기 원통형 공동의 벽으로의 열전달을 향상시키기 위하여, i) 전기 컨덕터의 단면 형태 및 ii) 원통형 공동의 축 방향에 수직인 기하학적 평면에서의 원통형 공동의 단면 형태 중 적어도 하나가 원형을 벗어나도록 상기 원통형 공동의 벽의 형태 및 상기 전기 컨덕터의 단면 형태가 서로 맞추어지도록 구성된다.

본 발명의 예시적이고 비제한적인 한 구체예에 따른 인덕티브 장치에서, 전기 컨덕터의 단면 형태는 실질적으로 직사각형이고, 원통형 공동의 단면 형태는 실질적으로 원형이다. 상기 원통형 공동의 지름이 상기 전기 컨덕터의 단면을 둘러쌀 수 있는 가장 작은 기하 원의 지름보다 훨씬 크므로, 상기 전기 컨덕터의 직사각형 단면이 상기 원통형 공동 벽의 형태에 더 잘 맞추어 지고, 따라서 상기 전기 컨덕터의 단면이 원형일 때보다 전기 컨덕터로부터 원통형 공동으로의 열전달이 더 우수하다. 그러나, 한편으로, 원형 단면을 갖는 전기 컨덕터를 사용하고, 원통형 공동 벽이 원형 단면을 갖는 공동보다 전기 컨덕터의 표면에 더 잘 맞추어지도록 형상화하는 것도 가능하다.

본 명세서에서 "원통형(cylindrical)"이라는 단어는 원형 저부를 갖는 원통형 기하 공간 및/또는 객체에 제한되지 않고, 원통형 기하 공간 및/또는 객체의 저부가 비-원형일 수도 있음을 인지할 필요가 있다.

본 발명의 다수의 예시적이고 비제한적인 구체예들은 첨부된 종속항에 기재되어 있다.

추가의 목적 및 이들의 장점과 함께 구성 및 작동 방법에 관한 본 발명의 다수의 예시적이고 비제한적인 구체예들은, 첨부된 도면과 연관지어 읽을 때 다음의 상세한 설명의 구체적으로 예시적이고 비제한적인 구체예들로부터 잘 이해될 것이다.

동사 "함유하다" 및 "포함하다"는 인용되지 않은 특징의 존재를 배제하거나 요구하지 않는 개방적 제한의 의미로 본 명세서에서 사용된다. 종속항에서 기술된 특징들은 달리 명시되지 않는 한, 서로 자유롭게 조합가능하다. 또한, 본 명세서 전반에 걸쳐 "하나(a)" 또는 "하나(an)", 즉 단수 형태의 사용은 복수를 배제하지 않는다는 것을 이해하여야 한다.

본 발명의 예시적이고 비제한적인 구체예들 및 그들의 장점들은 하기의 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 이하에 보다 상세히 설명한다:
도 1a, 1b, 및 1c는 본 발명의 예시적이고 비제한적인 한 구체예에 따른 인덕티브 장치를 나타내고,
도 2는 본 발명의 예시적이고 비제한적인 또 다른 구체예에 따른 인덕티브 장치의 세부를 나타낸다.

이하의 발명의 상세한 설명에 제공된 구체적 실시예들은 첨부된 청구항의 범위 및/또는 적용가능성을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 이하의 발명의 상세한 설명에 제공된 목록 및 예시 그룹들은, 달리 명시하지 않는 한, 전체를 망라하는 것은 아니다.

도 1a와 1b는 본 발명의 예시적이고 비제한적인 한 구체예에 따른 인덕티브 장치를 나타낸다. 도 1a는 도 1b의 A-A라인을 따라 절단한 단면도를 나타낸다. 단면은 좌표계(199)의 xz-평면과 평행하다. 상기 인덕티브 장치는 토로이달 코어(101)를 포함한다. 상기 토로이달 코어(101)는 바람직하게는 강자성 물질로 구성된 자성 강화 코어이다. 예컨대, 상기 토로이달 코어(101)는 전기 절연성 물질로 코팅되고 토로이달 코어를 구성하도록 권취된, 연장된 스틸 밴드를 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 상기 토로이달 코어(101)는, 전기 절연성 물질로 코팅되고 상기 토로이달 코어(101)의 축방향으로 적층된 고리-형 평면 스틸 시트를 포함할 수 있다. 도 1a와 1b에 도시된 실시예에서 토로이달 코어(101)의 축 방향은 좌표계(199)의 z축과 평행하다. 토로이달 코어(101)는 페라이트 또는 SOMALOY®-Soft Magnetic Composite와 같은 철 분말 복합체로 제조되거나 구성될 수 있다.

인덕티브 장치는 토로이달 코어(101)의 주위에 감겨져서 권선을 형성하는 전기 컨덕터(102)를 포함할 수 있다. 상기 권선은 도 1c에도 나타나 있다. 도 1a와 1c에 도시되어 있듯이, 상기 권선의 외주상에 형성된 상기 전기 컨덕터(102)의 부분들은 실질적으로 직선이며, 상기 토로이달 코어(101)의 축방향, 즉 좌표계(199)의 z축 방향과 평행하다. 도 1a와 1c에서, 전기 컨덕터(102)의 상기한 부분들 중 하나가 도면 부호 103으로 표시되어 있다. 상기 인덕티브 장치는 축방향이 좌표계(199)의 z축 방향과 평행한 원통형 공동을 구성하는 냉각 소자(104)를 포함한다. 상기 원통형 공동의 축방향은 좌표계(199)의 z축 방향과 평행하다. 상기 원통형 공동은 토로이달 코어(101)와 전기 컨덕터(102)를 포함하여 토로이달 코어(101)의 축방향이 원통형 공동의 축방향과 평행하도록 형성된다. 도 1b에 도시되어 있듯이, 상기 원통형 공동의 형태는 상기 권선의 외주 모양과 일치하여 원통형 공동의 벽으로부터 권선의 외주에 위치한 전기 컨덕터(102)의 각 부분들까지의 거리가 실질적으로 동일하도록 형성된다. 도 1a∼1c에 도시된 예시적 인덕티브 장치에서, 원통형 공동의 벽과 전기 컨덕터의 상기한 부분들 간의 갭은 전기 절연성 고체 물질로 충전된다. 도 1a와 1b에 도시된 실시예에서, 전기 컨덕터(102)의 전기 절연성 외부 라이닝(105)은 상기 갭을 충전하고 있는 전기 절연성 고체 물질의 일부를 구성하고, 원통형 공동의 내부 라이닝(106)으로 기능하는 전기 절연성 고체 물질 시트는 상기 갭을 충전하는 전기 절연성 고체 물질의 또 다른 일부를 구성한다. 전기 컨덕터(102)의 전기 절연성 외부 라이닝(105)의 기계적 및 전기적 특성에 따라, 원통형 공동의 내부 라이닝(106)은 불필요한 경우가 있을 수 있다.

전기 컨덕터(102)로부터 냉각 소자(104)의 원통형 공동벽으로의 열 전달을 향상시키기 위해, 상기 전기 컨덕터(102)의 단면 및/또는 상기 원통형 공동의 단면이 원형이 되지 않도록 상기 전기 컨덕터(102)의 단면과 상기 원통형 공동의 형태가 맞추어진다. 상기 원통형 공동의 단면은 원통형 공동의 축방향과 수직인 기하 평면을 따라 절단한 단면, 즉 좌표계(199)의 xy-평면에 평행한 기하 평면을 따라 절단한 단면이 된다. 도 1a∼1c에 도시된 예시적 인덕티브 장치에서, 전기 컨덕터(102)의 단면은 실질적으로 직사각형이며, 원통형 공동의 단면은 실질적으로 원형이다. 도 1b를 기반으로, 전기 컨덕터(102)의 직사각형 단면이 원형 전기 컨덕터에 비해 전기 컨덕터(102)로부터 냉각 소자(104)로의 보다 우수한 열전달을 제공한다는 것을 이해할 수 있다.

본 발명의 예시적이고 비제한적인 한 구체예에 따른 인덕티브 장치에서, 냉각 소자(104)는 냉각 핀들을 포함한다. 도 1b에서, 냉각 핀들 중 하나가 도면 부호 107로 표시되어 있다.

본 발명의 예시적이고 비제한적인 한 구체예에 따른 인덕티브 장치에서, 냉각 소자(104)는 냉각용 유체를 유도하기 위한 하나 이상의 냉각 덕트를 포함한다. 도 1b에서, 냉각 덕트 중 하나가 도면 부호 108로 표시되어 있다. 냉각용 유체는 예컨대 물일 수 있다.

본 발명의 예시적이고 비제한적인 한 구체예에 따른 인덕티브 장치에서, 냉각 소자(104)는, 원통형 공동의 저부를 구성하고 전기 컨덕터(102)에 대해 열전도 관계에 있는 저부 섹션(109)을 포함한다. 도 1a∼1c에 도시된 예시적 인덕티브 장치에서, 저부 섹션(109)과 전기 컨덕터(102) 사이의 갭은 전기 절연성 고체 물질로 충전된다. 도 1a와 1b에 도시된 실시예에서, 전기 컨덕터(102)의 전기 절연성 외부 라이닝(105)은 상기 갭을 채우는 전기 절연성 고체 물질의 일부를 구성하고, 전기 절연성 고체 물질 시트(110)는 상기 갭을 충전하는 전기 절연성 고체 물질의 다른 일부를 구성한다. 전기 컨덕터(102)의 전기 절연성 외부 라이닝(105)의 기계적 및 전기적 특성에 따라, 상기 전기 절연성 고체 물질 시트(110)는 불필요한 경우가 있을 수 있다.

본 발명의 예시적이고 비제한적인 한 구체예에 따른 인덕티브 장치에서, 저부 섹션(109)은 냉각 핀들을 포함한다. 도 1a에서, 저부 섹션(109)의 냉각 핀 중 하나가 도면 부호 111로 표시되어 있다.

본 발명의 예시적이고 비제한적인 한 구체예에 따른 인덕티브 장치에서, 저부 섹션(109)은 냉각용 유체를 유도하는 하나 이상의 냉각 덕트를 포함한다. 도 1a에서, 저부 섹션(109)의 냉각 덕트들 중 하나가 도면 부호 112로 표시되어 있다.

도 1a∼1c에 도시된 예시적 인덕티브 장치는 연결 단말(113, 114)을 포함하는 하나의 권선을 포함하는 초크(choke) 코일이다. 본 발명의 예시적이고 비제한적인 구체예에 따른 인덕티브 장치가 토로이달 코어의 다른 섹터들을 커버하는 둘 이상의 권선들을 포함하는 것도 가능하다.

도 2는 본 발명의 예시적이고 비제한적인 한 구체예에 따른 인덕티브 장치의 세부를 도시한다. 도 2는 상기 인덕티브 장치의 토로이달 코어(201)의 일부의 단면, 상기 인덕티브 장치의 냉각 소자(204)의 일부의 단면 및 상기 인덕티브 장치의 전기 컨덕터(202)의 단면들을 도시한다. 절단 평면은 좌표계(299)의 xy-평면과 평행하고, 토로이달 코어(201)의 축방향에 수직이다. 도 2에 도시된 예시적 실시예에서 전기 컨덕터(202)는 실질적으로 원형인 단면을 가지고, 냉각 소자(204)의 원통형 공동의 벽은 축방향, 즉 z-방향의 홈들을 구비한다. 축방향 홈들은 원통형 공동의 벽과 전기 컨덕터(202) 사이의 교합을 개선하고, 따라서 전기 컨덕터(202)로부터 냉각 소자(204)로의 열전달을 개선한다. 상기한 예시적 실시예에서, 전기 컨덕터(202)의 단면은 실질적으로 원형이나, 냉각 소자(204)의 원통형 공동의 단면은 축방향 홈들에 의해 원형에서 벗어나게 된다. 전기 컨덕터의 단면이 원형에서 벗어나고, 상기 원통형 공동의 단면 역시 원형에서 벗어나는 것도 가능하다. 예를 들어, 한 예시적 실시예에서 상기한 두 단면 모두 원형이 아니며, 이 경우 전기 컨덕터는 직사각형 단면을 갖고, 상기 원통형 공동의 벽은 축방향 홈들을 구비한다.

상기 발명의 상세한 설명에서 제공되는 구체적 실시예들은 첨부된 청구항들의 적용가능성 및/또는 설명을 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다. 상기 상세한 설명에 제공된 실시예들의 목록 및 그룹들은, 달리 언급하지 않는 한, 모든 것을 망라한 것은 아니다.

Claims (15)

1. - 토로이달 코어(101),
   - 상기 토로이달 코어의 주위에 권취된 적어도 하나의 권선을 구성하는 적어도 하나의 전기 컨덕터(102), 여기서 상기 권선의 외주상의 상기 전기 컨덕터의 부분들(103)은 상기 토로이달 코어의 축 방향과 일직선으로 평행하다, 및
   - 상기 토로이달 코어의 축 방향이 원통형 공동의 축방향과 평행하고, 원통형 공동의 벽으로부터 상기 전기 컨덕터의 상기 부분들 중 다른 부분들까지의 거리가 실질적으로 동일하도록, 상기 토로이달 코어 및 상기 전기 컨덕터를 포함하는 원통형 공동을 구성하는 냉각 소자로서, 냉각용 유체를 유도하기 위한 하나 이상의 냉각 덕트를 갖는 냉각 소자(104)를 포함하는 인덕티브 장치로서,
   상기 권선의 외주 상의 상기 전기 컨덕터의 부분들(103)로부터 상기 원통형 공동의 벽으로의 열전달을 향상시키기 위하여, i) 전기 컨덕터의 단면 형태 및 ii) 원통형 공동의 축 방향에 수직인 기하 평면에서의 원통형 공동의 단면 형태 중 적어도 하나가 원형을 벗어나도록 상기 원통형 공동의 벽의 형태 및 상기 전기 컨덕터의 단면 형태가 서로 맞추어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인덕티브 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전기 컨덕터(102)의 단면 형태는 실질적으로 직사각형이고, 상기 원통형 공동의 단면 형태는 원형인 인덕티브 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 원통형 공동의 벽과 상기 전기 컨덕터들의 상기 부분들 사이의 갭은 전기 절연성 고체 물질(105, 106)로 충전되어 있는 인덕티브 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 전기 컨덕터의 전기 절연성 외부 라이닝(105)이 상기 전기 절연성 고체 물질의 적어도 일부를 구성하는 인덕티브 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 원통형 공동의 전기 절연성 내부 라이닝(106)이 상기 전기 절연성 고체 물질의 적어도 일부를 구성하는 인덕티브 장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 원통형 공동의 전기 절연성 내부 라이닝(106)이 상기 전기 절연성 고체 물질의 적어도 일부를 구성하는 인덕티브 장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 냉각 소자는, 상기 원통형 공동의 저부를 구성하고 상기 전기 컨덕터와 열 전도 관계에 있는 저부 섹션(109)을 포함하는 인덕티브 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 저부 섹션과 상기 전기 컨덕터 사이의 갭은 전기 절연성 고체 물질(105, 110)로 충전되어 있는 인덕티브 장치.
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제