KR20090006826A

KR20090006826A - 전자기 어셈블리, 이를 형성하기 위한 코어 세그먼트, 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20090006826A
Application number: KR1020087022768A
Authority: KR
Inventors: 조셉 에프 3세 후쓰; 로웰 엠 보슬리
Original assignee: 스팽 ＆ 컴퍼니
Priority date: 2006-05-09
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2009-01-15
Also published as: TW200823941A; WO2007133399A2; WO2007133399A3

Abstract

전자기 어셈블리, 이를 형성하기 위한 코어 세그먼트, 및 그 제조 방법이 개시된다. 세그먼트들은 연동 맞물림을 가짐으로써, 매우 작은 갯수의 유사하거나 상보형의 세그먼트들로부터 훌륭한 기계적 안정성을 제공하는 방식으로 다양한 어셈블리가 생성될 수 있다. 형성 품목들과 방법들은 설계 유연성을 제공하고, 작은 갯수의 1차 형상으로부터 대단히 다양한 패턴들을 제공하며, 큰 변압기 및 인덕터 코어의 경제적 제조 방법을 제공하고, 종래의 방법과 비교해 볼 때 어셈블리들의 자기적 속성의 균일성을 개선시킨다.

전자기 어셈블리, 코어 세그먼트, 연동부, 돌출부, 만입부

Description

전자기 어셈블리, 이를 형성하기 위한 코어 세그먼트, 및 그 제조 방법{ELECTROMAGNETIC ASSEMBLIES, CORE SEGMENTS THAT FORM THE SAME, AND THEIR METHODS OF MANUFACTURE}

본 발명은 전자기 어셈블리, 이를 형성하기 위한 코어 세그먼트, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

MN-Zn 페라이트, Ni-Zn 페라이트, 및 기타 연자성 페라이트 합성물과 같은 세라믹 물질과, Fe, Fe-Al-Si, Fe-Co-V, Fe-Mn, Fe-P, Fe-Si, Ni-Fe, Ni-Fe-Mo, 및 기타 연자성 합금과 같은 분말 금속 합금으로부터 만들어지는 연자성 코어가 지난 수십년간 상용화되어 왔다. 보다 최근에, 다양한 신속 응결 기술에 의해 만들어지고 원자화 및 파쇄에 의해 분말 형태로 환원된 아몰퍼스 및 나노결정 연자성 합금이 상용화되고 있다. 링 코어(토로이드)와 같은 단편 코어(single-piece core)는 그 크기에 있어서 직경이 약 150 mm까지 이용가능하다. 직경 150 mm를 넘는 크기는 생산하기에 비경제적인데, 이는 세라믹 또는 금속 분말을 원하는 형태로 성형하기 위해서는 대단히 높은 톤수의 압력을 요구하기 때문이다. 1000톤보다 큰 압착력이 가능한 상용 프레스는 흔하지 않으며 구입 및 작동하기에 고비용이다. 매우 낮은 연성을 갖는 Fe-Si 및 Fe-Si-Al 분말과 같은 많은 연자성 분말을 성형하는데 필요한 전형적인 압착력은, 높은 목표 밀도를 달성하기 위해 제곱인치당 톤수(tsi; tons per square inch)가 150에 이를 수 있다. 소정 물질에 대해 최적의 자기적 성질을 완전히 발현하는데 있어서 높은 밀도가 중요하므로, 압착력의 저하는 열등한 품질의 코어 성능으로 이어진다.

예를 들어, 150 tsi(2068 MPa) 압력을 요구하는 분말을 성형하는데 이용되는 1000-톤 프레스는, 6.67 제곱인치(43.03 ㎠)(즉, 1000톤 / 150 tsi(2068 MPa))의 압착 면적으로 제한될 것이다. 6.67 제곱 인치(43.03 ㎠)보다 큰 압착 면적은 상대적으로 낮은 압력과 저하된 코어 성능을 초래할 것이다. 예를 들어, 150 tsi(2068 MPa)를 갖는 하나의 상용화된 연자성 코어는 외경(OD)이 약 3.36"(8.53 cm)이고 내경(ID)이 약 1.68"(4.27 cm)인 토로이드이다. 여기서, OD:ID는 2:1의 비율이 토로이드에 대한 일반적인 비율이다. 이 부분을 생성하기 위한 전형적인 분말 성형 다이는 실리더형 다이 공동(cavity); 실린더형 개구의 축에 평행하게 위치하고 개구의 중심에 위치하여 환형 공동을 생성하는 중심 코어 막대(고체형 실린더); 다이 공동에 딱 들어맞는 환형 단면을 갖는 하부 펀치(bottom punch); 및 하부 펀치와 동일한 환형 단면을 갖는 상부 펀치로 구성될 것이다. 이들 4개의 압형편은 툴 세트(tool set)라 알려진 공통의 구조에 부착되어 적절하게 정렬되어 유지된다. 툴 세트에는 적절한 성형 프레스에 딱 들어맞는 외부 부착 포인트가 제공된다. 툴 세트는 상부 펀치 및 하부 펀치가 다이 공동 내에서 종방향으로 움직이는 것을 허용하며 또한 상부 펀치가 다이와 맞물리지 않고 수직으로 이동하는 것을 허용한다. 따라서, 비어 있는 공동이 노출되고 각각의 압착 싸이클 동안에 공동 내 에 분말이 도입될 수 있다. 일단 분말로 채워지고 나면, 상부 펀치는 환형 공동에 재진입하고 분말을 고체 형상으로 압축한다. 따라서, 프레스 상에서 생성될 수 있는 최대 코어 크기를 결정하기 위해, 프레스가 발생할 수 있는 최대의 힘을 상부 펀치의 환형면(annular face)의 단면으로 나눈다.

토로이드 형상 외에도, 짝을이룬 코어쌍(mated pairs of cores)이 흔히 사용된다. 이때 E-형상의 구성이 전형적이다. 짝을이룬 쌍에서 사용되는 기타의 코어들은 문자 U, I, 및 C에 대응하도록 성형될 수 있다. 자기 폐경로를 갖는 토로이드와 달리, E, U, I, 및 C 코어는 개방 단부(open-ended)이고, 자기 폐경로를 생성하기 위해 개방 단부-대-개방 단부식으로 또다른 코어와 짝을 이룰 것을 대개 요구한다. E-대-E, E-대-I, U-대-U, U-대-I, C-대-C, 및 C-대-I 코어 쌍이 또한 일반적이다. 1000-톤 프레스 및 150 tsi(2068 pa) 압력 한계를 이용하여, 전형적인 비율을 갖는 E-코어의 일반적 구성은 대략 길이가 4.75인치(12.07 cm), 높이가 2.37인치(6.02 cm), 즉, 약 6.67 제곱인치(43.03 ㎠)의 치수로 제한될 것이다.

역시 또 다른 예에서, 자기 장치로 사용되는 개방-단부의 E, U, I 또는 C 코어는, 각각의 코어 반쪽이 짝을이루어 사용되든 짝을 이루지 않고 사용되든간에, 개별적으로 압착되기 때문에, 전술한 짝을이룬 쌍과 동일한 칫수 한계로 제한될 것이다.

추가의 예에서, 압착력을, 분말형 철(iron)과 같은 더 연성의 물질에 대한 전형적인 압착력인 40 tsi(552 Mpa)로 저감시키고, 1000-톤 프레스를 계속 사용함으로써, 외경이 약 6.5인치(16.51 cm)이고 내경이 약 3.25 인치(8.26 cm)인 최대 단일편 토로이드 크기가 제공된다.

400 내지 700톤 정도만의 압착력 용량을 갖는 프레스와 같은, 더 일반적이고 경제적인 프레스가 이용된다면, 최대 코어 크기에 관해 더욱 제한적인 한계가 부과된다.

따라서, 회로 설계자들은 이들 물질들로부터 만들어진 이용가능한 코어들의 크기에 관해 한계를 가질 것이다. 비교예의 목적을 위해, 얇은 리본내에 롤링된 Fe, Fe-Si, Fe-Co, Fe-Co-V, Fe-Mn, Fe-P, Ni-Fe, 및 Ni-Fe-Mo와 같은 합금으로부터 만들어진, 본 명세서에서 제공된 예보다 큰 크기의 자기 코어가 상용화되어 있다. 이들 코어들은 테이프 권선형 코어(tape wound core)라 알려져 있으며, 원하는 형상의 프리폼(preform), 즉, 심축(mandrel) 상에 자기 리본을 복수회 둘러쌈으로써 생성된다. 가장 흔한 테이프 권선형 코어는, 토로이드, 타원형 토로이드, 또는 E-코어 형상을 생성하도록 조립된 수개의 토로이드 또는 타원형 토로이드의 형태이다. 이들 코어들은 큰 크기로 제조하기에는 노동 집약적이며 그 사용성을 제한하는 다른 중요한 결함이 있다. 이들 코어들은, 리본 두께와 연관되며 리본 두께에 비례하는 높은 맴돌이 전류(eddy current) 손실 때문에, 전형적으로 100 kHz보다 작은 저주파에서의 사용에 제한을 받을 수 있다. 맴돌이 전류 손실을 줄이기 위해, 리본 두께가 감소될 수 있으나, 실제적인 하한은 약 0.0005 인치(0.0013 cm)이다. 0.0000125인치(0.0000318 cm)까지의 더 얇은 두께가 상용화되어 있지만 지극히 비싸며, 이러한 정밀한 재료로부터 큰 코어를 생성하는 것은 어렵고 비용이 많이 든다. 또한, 리본의 각 권선에서, 0으로 될 수 없는 층간 갭이 존재하며, " 적층 계수(stacking factor)"라 알려져 있다. 리본 두께 0.0005"(0.0013 cm)로부터 만들어진 코어에 대한 전형적인 적층 계수는 60%이다. 따라서, 코어는 권선의 두께의 산술적 합보다 상당히 커야만 하고, 그 결과, 자기 코어는 소정 전력 출력에 대해 50% 더 크다.

테이프 권선형 코어는 또한, 롤링에 의해 리본 형태로 제조될 수 있는 연성을 가진 소정 금속 합금, 또는 직접적으로 최종 크기의 두께로 주조될 수 있는 소정 금속 합금으로 제한된다. 세라믹 자기 코어는 리본 형태로 형성될 수 없고, 그에 따라 테이프 권선형 구성에서 사용될 수 없다.

상용의 코어보다 큰 코어를 요구하는 응용에서, 회로 설계자는 작은 토로이드들, E, U, I, 또는 C 코어들을 서로 적층하는 방법에 의지해 왔다. 이러한 접근법은, 코어의 권선 단면적(winding cross-section), 즉 와이어 코일이 존재하는 면적은 적층에 의해 증가하지 않고, 그에 따라 이와 같은 적층이 생성할 수 있는 여분의 전력량이 제한되기 때문에, 그 잇점이 제한적일 것이다. 예를 들어, 토로이드는 코어 내의 구멍 크기에 의해 제한된 권선 면적을 가진다. 복수개의 토로이드를 서로 적층하는 것은 기하학적으로 자기 물질의 단면을 증가시키고, 이것은 더 많은 전력을 전달할 수 있지만, 구멍의 직경은 동일하다. 전력(P)은 전압(V) × 전류(I)이고, 소정 회로는 그 특정한 설계 전압 레벨에서 동작하도록 제한되므로, 권선 내의 전류를 증가시킴으로써만 더 많은 전력이 발생할 수 있다. 따라서, 권선 내의 전류는 소정의 희망 출력에 대해 코어의 단면적에 직접 비례한다. 그러나, 더 높은 전류는, 과열 및 과도한 전자기 손실을 방지하기 위해 더 크고 무거운 와이어를 요구하며, 토로이드의 스택 내의 구멍은, 와이어 크기와 와이어 권선수를 제한할 것이다. 따라서, 큰 전력 인덕터의 구성시 코어의 적층의 실시는 제한된 값을 가진다.

대안으로서, 전술한 물질의 단순 사각형 또는 직사각형 블럭들이 적층 및 함께 접합되어, 더 큰 코어 형상을 만들 수 있다. 이와 같은 한 실시예는 국제출원 WO 2005/041221 A1호에 공개되어 있다. 이 접근법은 어셈블리를 기본적인 형태로 제한하며, 세그먼트들의 필요한 정렬을 달성하기 위해 조각들을 조립하는 기술에 의존한다. 세그먼트들 사이에 가해지는 경화되지 않은(uncured) 접착제는 윤활제로서 작용할 수 있으므로, 경화(curing)를 위해 세그먼트들을 함께 클램핑하는 것은 단순한 작업이 아니다. 접착제가 경화되어 세그먼트들의 정렬을 보장하고 세그먼트들간의 갭이 균일하고 제어되는 것을 보장하기 위해, 부품들의 주의깊은 지깅(jigging) 또는 정합(registration)이 요구된다. 만일 부품들간의 갭이 너무 크다면, 어셈블리의 인덕턴스는 감소되고, 갭 폭이 어셈블리들마다 너무 변동성이 크다면, 전기적 속성도 역시 과도한 변동을 가질 것이다. 이 영향이 수학식 1에 기술되어 있다.

... 수학식 (1)

는 개개 세그먼트의 투자율이고,

는 어셈블리의 자기 경로 길이인 경우, "갭"은 부품들 사이의 갭 길이의 합이고,

는 어셈블리의 유효 투자율이다. 만일 접착제에 의해 생성된 갭(글루 라인)이 과도하게 변동하면, 조립된 코어의 전 기적 속성은 허용할 수 없을 정도일 것이다. 자기 세그먼트의 투자율에 따라, 글루 라인 두께에서의 변동에 의해 도입된 에어 갭은, 최종 어셈블리의 유효 투자율에 큰 영향을 미칠 수 있다. 수학식 1을 이용하면, 전형적인 인덕터 물질(60 투자율) 및 전형적인 변압기 물질(2500 투자율)에 대한 유효 투자율에서의 변경이 도 1 및 2에 도시되어 있다.

인덕터 응용에서, 낮은 투자율 물질이 요구된다. 낮은 투자율 물질은, 연자성 금속 합금의 분말 형태를 취하고 입자들을 비자성 코팅으로 도포함으로써 생성된다. 사실상, 이것은 분말이 원하는 형태로 압축된 후에 입자들 사이에 많은 수의 매우 작은 에어 갭들을 생성한다. 인덕터 응용을 위해 선택된 코어는 대개 300 이하의 투자율을 가진다. 예를 들어, 많은 인덕터들은 60 투자율 물질을 사용하며, 이 물질은, 글루 라인 두께에 의해 자기 경로 길이 주변에 생성된 모든 에어갭들의 총합이 0.5 mm 정도로 작다면, 거의 8% 정도 감소된 유효 투자율을 가진다. 국제 공개 WO 2005/041221 A1호의 교시 내용은 복수의 에어 갭의 도입을 자연스럽게 유도할 것이다. 상용화된 인덕터 코어를 검토해 보면, 공칭값이 전형적으로 +/-8% 내지 +/- 12%의 인덕턴스 값이 보장된다. 예를 들어, Magnetics, division of Spang & Company, Pittsburg, PA는 그들의 몰리펌합금(Fe-Ni-Mo)과 고 플럭스(Fe-Ni) 합금에 대해 +/- 8%의 공차를, 그들의 Kool Mu®(Fe-AL-Si) 60 투자율 물질에 대해 +/- 12%의 공차를 공개하고 있다. 이들 공개된 공차는, (i) 미리 미리성형된 분말의 입자 크기 분포, (ii) 이들 분말에 적용되는 비자기 코팅에서의 두께 변동, iii) 제조중 합금의 화학적 성질에서의 변동, 및 (iv) 압착 동작 동안 에 분말 채움에서의 변동과 같은 통상의 처리 변동을 커버한다. 역시 또 다른 변동 소스, 즉, 조립된 구조의 에어갭에서의 변동의 도입은, 제품 로트 내에서 및 로트별로 너무 넓은 범위의 인덕턴스 값을 갖는 코어를 초래하고, 시장에서 경쟁력이 떨어질 것이다. 인덕터 코어의 공차를 증가시키는 임의의 공정은 다음과 같은 이유들 중 하나 이상에 때문에 바람직하지 않다: 1) 권선 코어의 인덕턴스는 와이어 권선수의 제곱에 정비례한다(수학식 2 참조). 2) 인덕터는 대개 매우 특정적인 인덕턴스 값으로 권선될 것이다. 3) 가변적인 에어 갭 칫수로부터 발생하는 인덕턴스 변동을 조절하기 위해 코어별로 와이어의 권선수를 맞춤화하는 것은 비경제적이다. 앞서 언급한 공정 변동을 피하는 것과 함께, 조성이나 어셈블리 기술에 관계없이 각 물질의 전자기적 속성을 전적으로 발현시키는 것이 중요하다. 도 3, 4, 5, 및 6은 저감된 압력에서 분말형 연자성 물질을 성형하는 것에 관한 악영향을 도시한다. 설명의 목적을 위해, 이 도면에서는 전형적인 센더스트 합금(Fe-Al-Si 조성)이 사용된다. 인덕터 응용에서 사용되는 다른 자성 물질들은, 이들이 그들의 전자기적 속성을 최적화하는 압력 이하에서 성형된다면 비슷한 성향을 보일 것이다.

높은 인덕턴스가 요구되는 변압기 응용에서, 약 500 내지 약 20000 범위의 비교적 높은 투자율 때문에 페라이트와 같은 물질들이 선택된다. 물질의 투자율은 수학식 2에 기술된 바와 같이, 코어 어셈블리의 인덕턴스에 직접 영향을 준다. 여기서, L은 코어의 인덕턴스(헨리 단위)이고, N은 코어 상의 와이어의 권선수이며,

는 물질의 투자율이고, Ae는 코어의 유효 단면적이며,

는 코어에서 유효 자속 경로 길이이다.

... (수학식 2)

불행하게도, 높은 투자율 물질로 만들어진 코어는 도 2에 도시된 바와 같이 에어 갭들의 도입에 따라 인덕턴스가 크게 떨어진다. 코어 내에 에어갭의 도입은 변압기 응용의 경우 그 성능 저하를 의미하며, 총 에어 갭 길이는 최소한으로 유지되어야 한다. 따라서, WO 2005/041221 A1호의 교시는 변압기 응용에서 실용적 적용을 찾지 못한다.

일본 공개특허 출원 제04-165607호는, 오버랩핑된 층들 내에서 세그먼트들을 함께 접합하여 더 크고 유용한 자기 어셈블리를 형성함으로써, 개선된 제조 효율을 교시하고 있다. 이 문헌의 교시는 얼마나 많은 세그먼트들이 구축 블럭들로서 사용되는지를 논의한다. 그러나, 일본 공개특허 제04-165607호는 세그먼트들간의 정합을 확립하기 위한 어떠한 수단도, 최종 어셈블리의 인덕턴스를 제어하기 위한 어떠한 수단도 갖지 않는 단순한 형상만을 교시하고 있다. 자기 경로 길이를 차단하는 글루 라인에 의해 생성된 에어 갭들은 제어되지 않으며 어셈블리별로 인덕턴스의 변동 정도가 높게 될 것이다. 비슷한 교시가 일본 공개특허 제61-071612호와 제59-178716호에서 제공된다. 여기서, 스트립 형태의 자기 물질은 라미네이트되어 더 큰 어셈블리를 형성한다.

따라서, 전자기 어셈블리와 그 관련된 제조 방법을 개발하여 이들 어셈블리로부터 만들어지는 고전력 인덕터와 변압기 코어의 기술을 더욱 진보시키기 위한 지속적인 노력이 필요하다.

한 실시예에서, 제1 연동 부재(interlocking member)를 포함하는 자기 코어 세그먼트가 제공된다. 이 제1 연동 부재는 제2 자기 코어의 제2 연동 부재와 연동부를 형성하도록 구성된다.

또 다른 실시예에서, 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트를 포함하는 자기 코어 어셈블리가 제공된다. 제1 세그먼트의 적어도 일부는 제2 세그먼트의 적어도 일부와 연동부를 형성하도록 구성된다.

역시 또 다른 실시예에서, 제1 및 제2 자기 코어 어셈블리를 포함하는 스택화된 자기 코어 어셈블리가 제공된다. 제1 및 제2 자기 코어 어셈블리 각각은 그들간의 층간 연동부를 형성하도록 구성된 층간 연동 부재를 더 포함한다.

또 다른 실시예에서, 연동 부재를 포함하는 자기 코어 세그먼트를 형성하는 단계를 포함하는, 자기 코어 세그먼트를 형성하는 방법이 제공된다. 여기서, 연동 부재는 제2 자기 코어 세그먼트의 제2 연동 부재와 연동하는 부분을 형성하도록 구성된다.

또 다른 실시예에서, 제1 세그먼트를 제2 세그먼트에 접촉시키는 단계로서, 상기 제1 세그먼트는 제2 자기 코어 세그먼트의 제2 연동 부재와 연동부를 형성하도록 구성된 연동 부재를 갖는 것인, 상기 접촉시키는 단계와, 세그먼트화된 자기 코어 어셈블리를 형성하기 위해 상기 제1 세그먼트를 상기 제2 세그먼트와 연동시키는 단계를 포함하는 세그먼트화된 자기 코어 어셈블리를 형성하는 방법이 제공된다.

역시 또 다른 실시예에서, 제1 자기 코어 어셈블리를 제2 자기 코어 어셈블리 위에 배치하는 단계로서, 상기 제1 및 제2 자기 코어 어셈블리들 각각은 그들 사이에서 층간 연동부를 형성하도록 구성된 층간 연동 부재를 포함하는 것인, 상기 배치하는 단계를 포함하는 스택화된 자기 코어 어셈블리를 형성하는 방법이 제공된다.

또 다른 실시예에서, 어셈블리의 선택된 크기와 형상에 기초하여 개개의 연동부 세그먼크들을 선택하는 단계를 포함하는 세그먼트화된 자기 코어 어셈블리를 형성하는 방법이 제공된다.

본 발명은 본 명세서의 요약서에 제시된 실시예들만으로 제한되는 것은 아니며, 특허청구범위에 의해 정의된 본 발명의 사상과 범위 내에 있는 변형을 커버하도록 의도되었다.

본 발명의 특징들 및 혜택들은 소정 실시예들의 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 통해 더욱 잘 이해될 것이다.

도 1은 세그먼트들 사이의 갭에서 변화와 더불어 유효 투자율에서의 변화를 예시하는 그래프이다.

도 2는 세그먼트들 사이의 갭에서 변화와 더불어 유효 투자율에서의 변화를 예시하는 그래프이다. 여기서, 각 세그먼트의 초기 투자율은 2500이며, 고전력 변압기 응용에서 사용되는 전형적인 물질을 나타낸다.

도 3은, 코어 세그먼트들을 더 높은 압력으로 누름으로써 달성되는 자기 코어 손실에서의 개선을 예시한다.

도 4는 더 높은 압착력과 더불어 코어 강도에서의 개선을 예시한다.

도 5는 코어 최종 투자율에 미치는 압착력의 영향을 예시한다.

도 6은 증가된 압착력 성형된 코어 밀도에서의 개선을 예시한다.

도 7은-7e는, 소정의 1차 형상을 이용한 연동 세그먼트들이 더 크고 더 복잡한 다양한 어셈블리들을 형성하고 있는, 본 발명의 실시예들을 예시하는 평면도이다.

도 8은 도 7-7e에 도시된 세그먼트들을 형성하기 위해 채택될 수 있는 분말 성형 다이를 예시하는 사시도이다.

도 9는 토로이드 어셈블리 형태의 본 발명의 추가적 연동 설계를 예시하는 사시도이다.

도 10a-10c는 글루 라인 두께 변동을 제거하면서 세그먼트들의 접합을 예시하는 평면도이다.

도 11a 및 11b는 반지름 방향 및 원주 방향 대칭성에 적용될 수 있는 세그먼트들 사이의 연동 맞물림을 예시하는 사시도이다.

도 12a 및 12b는 향상된 세그먼트 연동 맞물림을 갖는 본 발명의 대안적 실시예들을 예시하는 사시도이다.

도 13a-13c는 타원형 및 삼각형, 그리고 다른 연동 형상과 같은 토로이드와 같은 다양한 어셈블리 구성을 예시하는 평면도이다.

도 14a-14c는 본 발명의 부분적으로 형성된 어셈블리들 상에 미리-권선된 보빈을 삽입하는 한 방법을 예시하는 사시도이다.

도 15a 및 15b는 층-대-층 연동 어셈블리들을 포함하는 본 발명의 대안적 실시예들을 예시하는 사시도이다.

도 16은 본 발명의 실시예들을 채택한 둥근 중앙 레그를 갖는 큰 E-코어의 일련의 사시도이다.

도 17은 본 발명의 실시예들을 채택한 큰 코어 어셈블리의 일련의(1-5)의 사시도를 예시한다.

도 18은, 고전력 인덕터 설계를 예시하며, 종래의 토로이드 코어들의 스택을 이용하는 인덕터의 핵심 파라미터들을 본 발명의 실시예에 대비하여 열거하는 비교 데이터를 제공한다.

동작예의 경우를 제외하고, 즉, 특별히 명시적으로 달리 표현되지 않는다면, 이하의 명세서 내에서 물질량, 반응 시간 및 온도, 양의 비율, 및 기타사항들과 같은 수치 범위, 양, 값, 및 퍼센트, 이들 모두는, 비록 그들 앞에 용어 "약"이 없더라도, 마치 용어 "약"이 있는 것처럼 해석되어야 한다. 따라서, 특별히 달리 명시되지 않는다면, 이하의 명세서 및 특허청구범위에 개시된 수치적 파라미터들은 본 발명이 추구하는 희망 속성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다. 특허청구범위의 균등론의 적용을 제한하기 위한 시도가 아니라, 정확히 말하면, 각각의 수치 파라미터는 적어도, 보고된 유효 숫자의 갯수에 비추어, 그리고 반올림 기술을 적용함 으로써 해석되어야 한다.

본 발명의 넓은 범위를 설정하는 수치 범위와 파라미터들은 근사치라는 사실에도 불구하고, 특정예에 개시된 수치값들은 가능한한 정확하게 보고되어 있다. 그러나, 임의의 수치값들은 고유하게 그들 각각의 테스팅 측정에서 발견되는 표준 편차로부터 생기는 소정 오차를 포함한다. 또한, 변동하는 범위의 수치 범위가 개시될 때, 인용된 값들을 포함하는 이들 값들의 임의의 조합이 사용가능한 것으로 생각해 볼 수 있다.

또한, 본 명세서에서 인용되는 모든 수치 범위는 그 내부에 포함된 모든 부범위(sub-range)를 포함하는 것으로 의도되었다. 예를 들어, 범위 "1" 내지 "10"은 인용된 최소값 "1"과 인용된 최대값 "10" (을 포함한)(즉, 1과 같거나 크고, 10과 같거나 작은 값을 갖는) 그 사이의 모든 부범위를 포함하는 것으로 의도된 것이다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "하나" 및 관사 "a", 또는 "an"은, 특별히 달리 명시되지 않는 한, "적어도 하나" 또는 "하나 이상의"를 의미하는 것으로 의도되었다.

본 명세서에서 언급하는, 전체적이든 부분적이든간에, 임의의 특허, 공개 문헌, 또는 기타의 공개 자료는, 그 전체로서 본 명세서에서 참고용으로 인용하지만, 인용된 자료가 기존의 정의, 진술, 또는 본 명세서에 제시된 기타의 공개된 자료와 충돌하지 않는 정도의 범위까지만 해당된다. 이와 같이, 필요한 범위까지, 본 명세서에서 명시적으로 개시된 공개사항은 본 명세서에서 참고용으로 인용하는 상충하는 자료를 대체한다. 본 명세서에서 참고로 인용하지만, 기존의 정의, 진술, 또 는 본 명세서의 기타의 공개사항과 상충하는 임의의 자료, 또는 그 일부는, 인용된 자료와 기존 공개 자료 사이에 상충이 발생하지 않는 범위까지만 인용될 것이다.

본 명세서에서 사용될 때, 용어 "정합(registration)" 또는 "연동 맞물림(interlocking engagement)"은 제1 및 제2 자기 코어 어셈블리 세그먼트간의 회합(association)을 말한다. 여기서, 제1 세그먼트의 적어도 일부는 예를 들어 돌출부와 같은 제1 부재를 포함한다. 제1 부재는, 제2 세그먼트의 예를 들어 만입부와 같은 제2 부재와 상보형이어서, 제1 세그먼트가 제2 세그먼트와 맞물려 연동부를 형성할 때, 제2 세그먼트에 상대적인 제1 세그먼트의 이동은, 힘을 인가받을 때, 적어도 부분적으로 구속받는다. 용어, "연동부" 또는 "연동 계면"은, 돌출부 및 대응하는 만입부와 같은 인접한 연동 부재들이 결합하는 접촉 영역을 가리킨다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "돌출부"는, 그 돌출부가 없었다면 평탄하거나 또는 무딘 표면이었을 세그먼트의 표면 상에서 튀어나온 세그먼트의 일부를 가리킨다. 용어 "만입부"는 그 만입부가 없었다면 평탄하거나 또는 무딘 표면이었을 세그먼트의 표면 상에서 침강되어 있는 세그먼트의 일부를 가리킨다. 용어 "스택화되지 않은"은 단일-단의, 또는 단일-층의 자기 코어 어셈블리를 말한다. 대조적으로, "스택화된" 어셈블리는 다중-단 또는 다중-층의 영역을 형성하기 위해 다른 부분들에 위에 놓여 있거나 중첩하는 어셈블리의 일부를 갖는다.

현재의 제조 기술 상태에 있어서, 비용-효율적인 방식으로 개선되고 균일한 전자기적 속성을 생성하는 방식으로, 현재 상용화된 것보다 더 큰 컴포넌트들의 생성을 허용하는, 전구체 분말로부터 생성시에 원하는 속성을 갖는 기존 물질 및 향 후의 물질 양자 모두를 이용할 필요성이 있다.

이 점에서, 본 발명은 전자기 코어 어셈블리, 이들 어셈블리들을 위한 코어 세그먼트, 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 어셈블리들은, 예를 들어, 고전력 응용을 위해 만들어진 인덕터 또는 변압기일 수 있다. 이와 같은 어셈블리들은, 스트랩, 밴드, 클램프, 프리폼, 몰드, 및 기타의 물리적 장치들을 이용하거나, 친화성의 접착제, 페인트 또는 등각 코팅(conformal coating)을 이용하여 세그먼트들을 함께 접합함으로써, 세그먼트들을 서로 상대적으로 물리적으로 구속함으로써 함께 유지될 수 있다. 이하에서 상세히 논의되는 바와 같이, 인접한 표면과 같은, 표면, 그리고, 일부 실시예에서는, 인접한 세그먼트들의 단부들은, 세그먼들의 실질적으로 정확한 얽힘(meshing) 또는 짝이룸(mating)에 대응하는 그들간의 연동 맞물림을 제공하면서, 한편으로는, 불일치하는 글루 라인 두께에 의해 유발되는 인덕터스의 잠재적 변동을 실질적으로 제거하도록, 형성되거나 윤곽이 만들어질 수 있다.

먼저, 본 발명은 제1 연동 부재를 포함하는 연자성 코어 세그먼트를 제공한다. 상기 제1 연동 부재는 제2 자기 코어 세그먼트의 제2 연동 부재와 연동부를 형성하도록 구성된다. 또 다른 실시예에서, 본 발명은 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트를 포함하는 자기 코어 어셈블리를 제공한다. 상기 제1 세그먼트의 적어도 일부는 상기 제2 세그먼트의 적어도 일부와 연동부를 형성하도록 구성된다. 본 발명은 또한, 본 명세서에서 기술된 적어도 하나의 세그먼트화된 자기 코어 어셈블리를 포함하는 스택화된 자기 코어 어셈블리를 제공한다.

일반적으로 말하면, 세그먼트들은, 150 tsi에 이르는 압력에서 연자성 분말 을, 어셈블리 내에서 서로에 관하여 세그먼트들의 기계적 정합을 제공하는 관점에서 모두가 공통성을 갖는 기하학적 형상군으로부터 선택된 형상들로 성형함으로써 원하는 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 정합은 균일하고, 예측가능하며, 반복가능하고, 세그먼트들의 조립동안에 오퍼레이터 방법에 의해 영향받지 않는다. 그 결과의 어셈블리는, 파워 서플라이, 파워 팩터 교정 회로, 및 큰 자기 코어가 이로운 기타의 회로에서 고전력 컴포넌트로서 사용될 때 무거운 도전체로 권선되는 가혹한 상태를 견딜만큼 충분한 강도를 제공한다.

일반적으로 말하면, 본 발명의 자기 코어 세그먼트들을 형성하는 방법은, 연동 부재를 포함하는 자기 코어 세그먼트를 형성하는 단계를 포함한다. 연동 부재는 제2 자기 코어 세그먼트의 제2 연동 부재와 연동부를 형성하도록 구성된다. 또 다른 실시예에서, 본 발명은 세그먼트화된 자기 코어를 형성하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 제1 세그먼트를 제2 세그먼트에 접촉시키는 단계로서, 상기 제1 세그먼트는 제2 자기 코어 세그먼트의 제2 연동 부재와 연동부를 형성하도록 구성된 연동 부재를 갖는 것인, 상기 접촉시키는 단계와, 세그먼트화된 자기 코어를 형성하기 위해 상기 제1 세그먼트를 상기 제2 세그먼트와 연동시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 실시예들은, 제1 자기 코어 어셈블리를 제2 자기 코어 어셈블리 위에 배치하는 단계로서, 상기 제1 및 제2 자기 코어 어셈블리들 각각은 그들 사이에 층간 연동부를 형성하도록 구성된 층간 연동 부재를 포함하는 스택화된 자기 코어 어셈블리를 형성하는 방법을 역시 제공한다.

본 발명의 세그먼트들은, 원하는 자기적 속성을 발현시키기 위한 성형 및 소 결을 위해 당업자에게 공지된 임의의 적절한 연자성 물질로부터 만들어질 수 있다. 적절한 예들은, Ni-Zn 또는 Mn-Zn 페라이트 분말 및 그 조합과 같은 페라이트 분말을 포함한다. 세그먼트들이 다양한 절연된 연자성 금속 합금 분말로부터 만들어지고, 이 분말이 원하는 형상으로 만들어진 후 자기 속성을 향상시키도록 추가로 처리되는 것을 고려해 볼 수 있다. 예를 들어, 임의의 적절한 금속 합금 분말예로는, 예를 들어, Fe, Fe-Al-Si, Fe-Co, Fe-Co-V, Fe-Mn, Fe-P, Fe-Si, Ni-Fe, Ni-Fe-Mo 및 이들의 조합 뿐만 아니라, 공지된 다양한 화학물질들의 아몰퍼스 및 비결정질 합금이 포함된다. 따라서, 당업자라면, 본 명세서에서 개시된 실시예들의 세그먼트들과 어셈블리들은, 광범위한 전자기 회로들에서 유용한 속성을 나타내는 분말로부터 성형될 수 있는 임의의 연자성 물질로 형성될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은, 절연된 금속 합금 분말로부터 만들어지는 연자성 물질 뿐만 아니라 페라이트와 같은 압착되고 소결된 세라믹 연자성 물질들, 및 이들의 조합과 같은 다양한 상용화된 연자성 물질을 이용할 수 있으며, 이용되는 물질의 타입에 제한을 받는 것으로 해석되어서는 안된다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예들의 수개의 평면도가 예시되어 있다. 여기서, 연동부(1a)를 포함하는 세그먼트 1은 도 7a, 7b, 및 7c에 예시된 자기 코어 어셈블리(10)를 형성하기 위해 연동 맞물림에 있어서 다양한 배향 또는 패턴으로 사용될 수 있다. 또한 연동부(2a)를 포함하는 상보형 또는 짝을 이룬 제2 세그먼트(2)를 사용함으로써, 도 7d 및 7e에 예시된 바와 같은 추가의 어셈블리들이 형성될 수 있다. 세그먼트들(1, 2)은, 예를 들어, 사각 또는 직사각형, 또는 세그먼트 들의 교차부에서 완전한 면-대-면 접촉을 실질적으로 유지하는 임의의 형상과 같은 임의의 적절한 단면 구성일 수 있다. 도 7a-7c에 예시된 바와 같이, 각각의 인접한 세그먼트(1)는 연동부(3)를 형성하도록 구성된 제1 연동 부재(1a)를 포함할 수 있다. 연동부(3)는, 연동 부재(1a)와 같은 연동 부재를 갖는 세그먼트(1)과 같은 인접 세그먼트들이 결합되는 접촉 영역으로 간주된다. 연동 부재(1a)는, 예시된 바와 같이, 인접 세그먼트(1)가 결합할 때 돌출부 및 만입부가 연동부(3)를 형성하도록, 돌출부 및/또는 대응하는 만입부를 포함할 수 있다. 비록 하나의 돌출부 및 대응하는 하나의 만입부가 예시되어 있지만, 연동부(3)를 형성하기 위해 임의 갯수의 돌출부 및 만입부가, (예를 들어, 선형, 대각선, 다이아몬드형 등과 같은) 임의의 구성 또는 패턴으로 사용될 수 있다.

연동 부재(1a, 2a)는 인접 세그먼트 사이에서 효율적인 맞물림을 촉진하기 위해 임의의 단면 구성을 취할 수 있다. 예를 들어, 이하에서 논의되는 바와 같이, 돌출부 및 만입부 각각은, 예를 들어, 계단식-피라미드형, 사각형, 직사각형, 사다리꼴, 삼각형 또는 원추형, 또는 아치형 단면 등과 같은 정합하는 또는 짝을 이룬 단면 구성을 가질 수 있으며, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 당업자라면, 본 명세서에서 예시된 것이 아닌 다른 추가적인 연동 구성이 사용될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 당업자라면, 예시된 것이 아닌 다른 어셈블리 구성이 사용될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.

또한, 도 7a - 7e에 개시된 구성을 이용하는 본 발명의 실시예들은, 양쪽 세그먼트 형상들 모두가, 소정 툴링 컴포넌트들을 재배치함으로써 하나의 성형 다이 를 이용해 압착될 수 있도록 허용한다. 이러한 공통성은 분말 성형 다이의 전체 비용을 절담시져 준다. 이러한 배열은 복수의 조립된 형상들을 형성할 수 있는 하나의 툴이 세그먼트들을 압착할 수 있도록 허용함으로써 툴링 비용을 저감시키는 추가적인 혜택도 제공한다. 도 8은 이러한 툴 설계 개념을 예시한다. 다이 인서트(4)를 재배치하고 하나 이상의 이들 인서트(4)들을 이용함으로써, 세그먼트(1, 2)와 같은 수개의 사용가능한 형상들이 형성될 수 있다. 명료성을 위해, 상부 및 하부 펀치들은 도 8에 도시되어 있지 않다. 마찬가지로, 당업자라면 이해하겠지만, 이하에서 논의되는 도 9, 11, 12a, 12b, 15a 및 15b에 예시된 것과 같은 보다 복잡한 프로파일을 갖는 세그먼트들이, 적절한 구성을 갖는 다이 및 인서트를 이용하여 형성될 수 있다. 더 복잡한 이들 프로파일들은, 독립적으로 제어되며 조절가능한 펀치를 갖는 다이 뿐만 아니라, 적절한 형상과 밀도를 갖는 성형된 코어를 생성하기 위해 적절하게 시간조절될 수 있는 더욱 정교한 일련의 움직임을 병합한 프레스를 요구할 것이다. 이러한 진보된 타입의 프레스 제조사로는, Dorst America, Inc, Bethlehem PA, Osterwalder inc., Cincinnati, OH, Gasbarre Products, Inc., DuBois, PA등이 포함된다.

도 7a-7e에 도시된 바와 같은 본 발명의 세그먼트들은 어셈블리당 다양한 크기 또는 임의 갯수의 부품조각들로 만들어질 수 있다. 경제적 및 실용적 관점에서, 당업자라면, 큰 어셈블리가 2개 이상의 세그먼트로 만들어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 많은 수의 세그먼트들로 구성된 어셈블리는 정렬 및 접합 문제를 제기할 수 있으나, 다양한 이유때문에, 바람직할 것이다. 소정의 비제한적 예로 서, 예를 들어, 세그먼트들의 갯수를 약 6개로 제한하는 것이 바람직할 수도 있다. 그러나, 복잡하거나 지극히 큰 어셈블리를 이용하는 소정 실시예에서, 더 많은 갯수의 세그먼트가 바람직할 것이다.

도 9는 곡선 세그먼트(6)에 관한 본 발명의 실시예를 도시하고 있으며, 완전한 어셈블리(15)를 형성하기 위해 세그먼트(6)의 연동 정도 및 정합을 달성하는 몇가지 방법을 예시하고 있다. 본 발명의 소정 실시예들에서, 예시된 바와 같이, 예를 들어, 4개의 별개 세그먼트와 같은 둘 이상의 별개 세그먼트(6)로부터 링 코어 또는 토로이드 어셈블리가 만들어질 수도 있다. 겨우 2개 세그먼트를 갖는 어셈블리도 생각해 볼 수 있다. 어셈블리당 세그먼트의 갯수는 최소한 2개이며, 그 최대치는 본질적으로 제한되지 않는다. 어셈블리에 대한 실용적 및 경제적 인자와 같은 다양한 고려사항들이 본 발명의 소정 실시예들에 대해 선택되는 세그먼트들의 갯수에 영향을 줄 수 있다. 예시된 바와 같이, 각각의 세그먼트(6)는, 인접한 세그먼트(6)와 메시 사이에 연동 맞물림을 제공하도록 설계된, 예를 들어, 볼록 돌출부(8)와 같은 적어도 하나의 돌출부와, 세그먼트의 일부 또는 전부에 걸쳐 연장되는 오복 만입부(12)와 같은 적어도 하나의 만입부를 가질 수 있다. 예시된 바와 같이, 예를 들어, V-형상 또는 삼각형 융기선 또는 돌출부(14) 및 노치(16) 배향과 같은 다양한 다른 구성도 역시 채택될 수 있다. 또한, 본 발명의 소정 실시예들에서, 어셈블리(15)는, 완전한 어셈블리를 생성하기 위해 짝수개의 세그먼트가 사용되며, 그 세그먼트들의 양끝이 볼록하거나 오복한 단면 구성(즉, 어느 한쪽 끝에서 정합하는 볼록하거나 오목한 단면부)일 수 있다. 이러한 구성을 가진 실시예들과 연관된 형성 비용은, 세그먼트들을 압착하기 위한 여분의 툴링 때문에 높지만, 소정 응용은 이러한 구성으로부터 혜택을 받아 세그먼트들의 최종 조립을 용이하게 할 수 있다는 것을 고려해 볼 수 있다. 이하에서 논의되는 바와 같이, 후자의 실시예의 이와 같은 한 예가 도 12a에 도시되어 있다.

도 10a, 10b, 및 10c는, 계면(18)의 일부를 따라 세그먼트-대-세그먼트 접촉을 제공하도록 설계될 수 있는 다양한 프로파일들을 갖는 연동부(3)를 포함하는 본 발명의 추가적 실시예를 예시한다. 세그먼트들은, 예를 들어, 밴드, 스트랩, 테이프 또는 클램프와 같은, 주변부 억제기 등의 다양한 메커니즘에 의해, 원하거나 선택된 형상과 크기에서 제한될 수 있다. 다른 실시예들에서, 연동부(3)는 접착제와 같은 접착을 위한 접합 물질을 수용하기 위한 적어도 하나의 갭부(20)를 포함하도록 구성될 수 있다. 주변 억제기 및 접착제의 조합이 채택될 수도 있다. 접합 물질의 예로는, 일액형 이액형 에폭시(one part or two part epoxy), 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리이미드, 실리콘, 시아노아크릴레이트, 아크릴, 세라믹, 경화가능한 고무, 땜납, 뜨거운 용융 글루, 약경화된 접착제, 저용융점 글래스 등 및 이들의 조합이 포함된다. 갭부(20)는, 예를 들어, 도 10a에 도시된 바와 같은 내부 공동이거나, 도 10b에 도시된 바와 같은 개방-단부 갭일 수 있으며, 세그먼트(19, 21)가 서로 접촉할때에도 접착제를 위한 공간을 마련하기 위해 의도적으로 생성될 수도 있다. 소정 실시예에서, 경화된 접착체의 체적은 세그먼트들(19, 21) 사이의 틈새 체적 정도일 것이다. 예시된 바와 같이, 돌출부(8) 및 만입부(12)의 단면 프로파일은 예를 들어, 계단형 피라미드(22), (도 10a에 도시된 바와 같이, 표면 일 부에 걸쳐 있는, 또는 도 10b에 도시된 바와 같이 표면의 실질적 전체에 걸쳐 있는) 볼록/오목 배향(23), 및 삼각형 배향(26)을 포함할 수 있다. 세그먼트들 사이의 접촉이 돌출부와 만입부의 실질적 중심부에서 발생하거나, 세그먼트 폭의 실질적 중심에서 발생하는 도 10b에 도시된 바와 같은 프로파일들의 사용은, 도 10c에 도시된 바와 같이 여전히 세그먼트-대-세그먼트 접촉을 제공하면서 작은 양의 왜곡 또는 불균형이 수용될 수 있도록 허용한다. 앞서 논의된 바와 같이, 비록 단 하나의 돌출부 및 그 대응하는 만입부가 예시되어 있지만, 연동부(3)를 형성하기 위해 임의 갯수의 돌출부 및 만입부를 사용하는 것을 고려해 볼 수 있다. 예를 들어, 복수의 돌출부 및 만입부 배열은, 예를 들어, 사인파형 또는 톱니형 배열을 포함한다. 본 명세서를 판독하는 당업자에게 다른 구성도 잘 알려져 있을 것이다.

도 11a 및 도 11b는, 세그먼트(30, 34)의 말단상의 연동부가 반지름 방향(32) 또는 원주 방향(36)을 가질 수 있는, 본 발명의 실시예들을 예시한다. 연동 맞물림(32, 36)을 채택하기 위해 다양한 이유가 제시될 수 있지만, 수평-방향의 프로파일(32)을 갖는 세그먼트들은 더 강력한 접합이 요구되는 곳에서 그 응용성을 찾을 수 있을 것이다. 또한, 당업자라면 반지름(32) 및 원주(36) 연동 맞물림의 조합이 이용될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.

도 12a 및 12b는, 본 발명의 비제한적 추가 실시예로서, 세그먼트(38, 50) 사이의 연동부(3)에서 연동 맞물림의 다른 변형례를 보시하고 있다. 여기서, 이들 실시예들은, 세그먼트들(38, 50)을 원주 방향으로 더욱 안전하게 고정하고 어셈블리(45)를 형성하는 세그먼트들(38, 50) 사이에서 비교적 효율적이고 효과적인 맞물 림을 달성하는 잇점을 제공하고 있다. 이 실시예에서, 예시된 바와 같이, 제1 세그먼트(38)는 적어도 하나의 리지부(ridge, 40)와 적어도 하나의 노치부(42)를 포함하며, 제2 인접 세그먼트는 적어도 하나의 대응하는 리지부(40)와 적어도 하나의 노치부(42)를 포함하여 키-형태의 잠금 맞물림을 형성한다. 전술한 바와 같이, 이러한 설계는 세그먼트들(38, 50) 사이의 공간에서의 변동을 생성하지 않고 글루 라인의 보유력(retention)을 위해 틈새 갭부(20)의 포함을 허용한다. 틈새 갭의 체적은 계산될 수 있고, 적절한 양의 접착제가 조립에 앞서 연동부의 한면 또는 양면에 도포될 수 있다. 위치와 접착제의 양을 정확하게 제어함으로써 세그먼트들이 완전히 접촉할 때 접작체가 "짜내져 나오거나" 넘쳐 흐르는 것을 피할 수 있다. 이와 같은 접착제 분배기가 상용화되어 있다. 그 한 예는 EFD Dispensing Systems, Inc. East Providence, RI사에 의해 제공되는 분배기이다. 도 12a는 전술한 것과 유사한 배향을 갖는 연동부를 예시하고 있으며, 완전한 어셈블리(45)를 형성하기 위해 짝수개의 세그먼트들을 요구하는 실시예이다. 도 12b는 상반되는 연동부를 예시하고 있으며, 어셈블리(45)당 짝수개 또는 홀수개의 세그먼트들(50)을 허용한다.

도 13-13c는 본 발명의 비제한적인 추가 실시예로서, 자기 코어가 실질적인 직선 세그먼트(52)와 아치형 또는 곡선형 세그먼트(54)를 결합하고 있으며, 앞서 논의된 바와 같이 정합되고 연동된 끝부분을 이용한다. 예를 들어, 도 13a는 4개의 실질적으로 동등한 곡선 세그먼트들(54)에 의한 토로이드 어셈블리를 예시하고 있다. 예시된 바와 같이 배치된 2개의 직선 세그먼트(52)를 도입함으로써, 타원형 토로이드 어셈블리(52)가 조립된다. 또 다른 실시예에서, 도 13b는 3개의 실질적으로 동등한 호 또는 곡선형의 세그먼트(56)로부터 조립되는 토로이드를 예시하고 있다. 각각의 곡선 세그먼트(56) 사이에서 직선 세그먼트(58)를 산재시키거나 교번시킴으로써, 삼각형-형상의 토로이드 어셈블리(57)가 형성될 수 있다. 둥근 모서리의 사각형 또는 둥근 모서리의 직사각형과 같은 다른 구성들도 역시 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 그리고 도 13c에서 더 예시된 바와 같이, 세그먼트들의 연동 끝부분은, 본 발명에서 교시하는 잇점을 여전히 제공하면서 프로파일에서 달라지는 다양한 연동부(3)를 채택할 수 있다.

도 14는 본 발명에 의해 얻어질 수 있는 소정 잇점들을 예시하는 와이어 코일(59)과 (도 13a에 예시된 바와 같은) 타원형 토로이드(55)를 이용하는 비제한적 어셈블리 프로시져를 예시한다. 앞서 논의된 바와 같이, 토로이드(55)는 직선형 세그먼트(52)와 곡선형 세그먼트(54)를 이용하여 부분적으로 조립될 수 있다. 아교와 같은 접합 물질이 적용될 수 있다. 부분적으로 완성된 어셈블리를 적어도 부분적으로 억제하기 위해 도 14a 에 도시된 바와 같이 틈새 갭 영역의 계면 a에 아교와 같은 접합 물질이 적용될 수 있다. 이 실시예에서, 아교는 이 스테이지의 계면 b에 인가되지 않는다. 어셈블리(55)의 모든 세그먼트들(52, 54)은, 적절한 정렬을 제공하기 위해 접착제의 경화동안에 제 위치에 고정되고 적어도 부분적으로 억제된다. 적절한 억제 부재로는, 밴드, 스트랩, 테이프, 또는 클램프와 같은 주변 억제기(peripheral restraint)가 포함될 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이 경화된 세그먼트들은 계면 b에서 분리되고, 와이어 코일(59)이 개방 단부들의 한쪽 에 배치될 수 있다. 와이어 코일(59)은, 예를 들어, 예시된 바와 같은 미리-권선된 보빈, 또는 자기-지지형 와이어 코일 프리폼일 수 있다. 세그먼트들의 잔여부는 코어 어셈블리(55)를 완성하기 위해 재배치될 수 있고, 최종 어셈블리를 형성하기 위해, 도 14c에 도시된 바와 같이, 계면 b에 접착제가 인가되어 경화될 수 있다.

당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 본 명세서에서 논의된 바와 같은 본 발명의 실시예들은, 완성된 어셈블리 이전에, 미리-권선된 보빈과 같은 미리-형성된 와이어 코일이 반-조립된 세그먼트들에 삽입되는 것을 허용함으로써, 권선 토로이드와 통상적으로 관련된 비용을 저감시켜준다. 이것은, Gorman Machine Corp., Brockton, MA, 또는 Jovil Manufacturing Co., Danbury, CT.사에 의해 제조된 전문화된 권선 장비를 이용하여 코어 상에 직접 와이어가 권선되는 종래의 토로이드와 대조를 이룬다. 회로 설계자들은 인덕터 응용에 대해 종종 토로이드 코어를 선택한다. 그러나, 이를 이용하는 한 단점은 권선과 연관된 추가 비용이다. 토로이드 권선 머신은, 코어로 이송하기 전에 적절한 길이의 와이어를 스풀에 감을 것을 요구하므로, E-E, E-I, U-U, C-C, 및 C-I 구성과 같은 짝을이룬 코어에서 사용되는 보빈 권선 프로세스보다 더 느리게 만든다는 것이다. 세그먼트화된 어셈블리들을 채택하는 본 발명의 실시예들은, 미리-권선된 와이어가 특별한 권선 프로세스에 대한 요구없이 다양한 세그먼트들 위에 놓일 수 있도록 허용한다.

도 15a 및 15b는 본 발명의 추가 실시예들을 예시한다. 여기서, 세그먼트들의 층간 및 층내 정합 양자 모두가 형성되고, 제1 코어 어셈블리(63) 및 제2 코어 어셈블리(65)를 각각 포함하는 스택화된 자기 코어 어셈블리(60)가 층간 연동 부재들(62, 64)을 포함하고, 이들 부재는 그들 사이에서 연동부를 형성하도록 구성되어 있다. 이 실시예에서, 비록 곡선 세그먼트들로 형성된 링 코어들(63, 65)이 예시되어 있지만, 임의의 적절한 형상의 전자기 어셈블리 또는 자기 코어를 사용하는 것도 고려해 볼 수 있다. 또한, 스택화된 자기 코어 어셈블리(60)는, 본 명세서에서 예시되고 설명된 바와 같은 세그먼트화된 코어, 연속된, 즉 세그먼트화되지 않은 코어, 또는 세그먼트화된 코어 및 세그먼트화되지 않은 코어의 조합을 가질 수도 있다. 세그먼트화된 코어를 채택한 실시예들은, 해당 응용이 요구한다면, 최종 코어를 더욱 크게 하기 위해 이용될 수 있다. 정합 프로파일의 주의깊은 설계 및 배치는 층간 정렬을 쉽게하고, 반복가능하고 일관된 방식을 가능케 한다. 예시된 바와 같이, 이들 프로파일들은 스택화되었을 때 함께 얽히는 볼록 또는 오목 형상일 수 있다.

도 15a에 도시된 바와 같이, 돌출된 반구형 만곡부(62)로서 예시된 하나 이상의 볼록 돌출부가, 형성 과정 중에, 자기 코어(65)를 형성하는 개개의 세그먼트들 상에(또는 (미도시된) 세그먼트화되지 않은 자기 코어의 한 면 상에) 압착될 수 있다. 침강된 반구형 만곡부와 같은 짝을이룬 오목한 돌출부가 인접한 자기 코어(63)를 형성하는 개개의 세그먼트들 상에(또는 (미도시된) 세그먼트화되지 않은 자기 코어의 반대쪽 면 상에 ) 압착되어, 자기 코어들(63, 65) 사이의 연동 맞물림을 원할 때 오목한 돌출부들이 볼록 돌출부(62) 바로 아래에 정렬하여 연동부를 형성하도록 할 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 자기 코어의 한 면 내에 오목 및 볼록 돌출부의 조합을 압착하여 넣고, 반대편 면에는 볼록 및 오목 돌출부를 압착하여 넣는 것이 바람직할 것이다. 또한, 예시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들이 2개보다 많은 스택화된 자기 코어들을 이용할 때, 각각의 면상에서 자기 코어를 수용하기 위해 자기 코어들의 양쪽 면이 돌출부 또는 만입부를 갖거나, 돌출부 및 만입부의 조합을 가질 수 있다.

도 15b는 돌출부와 만입부 프로파일이, 예를 들어 사다리꼴 단면을 갖는 복록 홈(64)과 오목 홈(66)으로서 각각 예시되어 있는 제2 실시예를 도시하고 있다. 홈(64, 66)은 예시된 바와 같이 반지름 방향으로 형성되는 것과 같이, 적절한 연동 맞물림을 제공하는 임의의 방식으로 배치될 수 있다. 층 내에서 세그먼트들의 얽힘과 정렬은, 도 9-13에 예시되고 본 명세서에서 상세히 기술되는 바와 같이, 다양한 프로파일(68)의 사용을 통해 달성된다.

본 발명의 소정 실시예들에서, 세그먼트들의 상부 및 하부 면들을 따른 프로파일들의 주의깊은 배치는 인접 세그먼트(72) 상의 프로파일들간의 이격과 같을 수 있는 각각의 세그먼트(70) 내의 프로파일들 사이의 이격을 허용한다. 이것은 층들이 서로의 상부에 직접 적층되거나 예시된 바와 같이 층의 상부 및 하부에 중첩되는 것을 허용한다. 이런 식으로 세그먼트들을 중첩함으로써, 접착제가 가해지는 더 큰 계면에 의해 어셈블리의 추가적인 강도가 달성될 수 있다. 이 평면에서의 글루 라인의 두께에서의 임의의 변동은 어셈블리의 투자율 또는 다른 속성들에 영향을 미치지 않을 것이다. 이것은, 권선되고 통전된 코어에서 생성된 자속은 어셈블리의 원주에 평행하기 때문이다. 자속은 자신과 평행한 에어 갭들에 의해 방해 받지 않는다. 스택화된 자기 코어 어셈블리(60)는 (미도시된) 미리-권선된 보빈과 같은 와이어 코일이 자기 코어(65)의 제1 세그먼트 및 자기 코어(63)의 제2 세그먼트 중 적어도 하나 위에 놓일 수 있도록 허용한다.

도 16은 상이한 단면 형상을 갖는 세그먼트들을 결합하는 본 발명의 추가 실시예들을 예시하며, 다양하고 복잡한 코어 어셈블리들을 생성하는 본 발명의 유연성을 예증하고 있다. 이 도면에서 어셈블리의 일반적 구성은 둥근 중앙 레그(76)를 가진 E-코어이다. 본 발명은 도 16의 4개 예에 도시된 바와 같은 형상에 적용될 수 있다. 예시된 바와 같이 복수의 연동부가 예 1-4에 채택된다. 예1은 2-세그먼트 어셈블리(100)를 예시한다. 이 실시예에서, 베이스와 2개의 외측 레그를 생성하는 U-형상부(78)는 둥근 중앙 레그(76)로부터 분리된 단일 조각으로서 압착될 수 있다. 전술한 바와 같은 연동 프로파일은 각각의 세그먼트(76, 78) 내에 압착되어 2-조각 어셈블리(100)를 형성할 수 있다. 예2는 4-조각 어셈블리(110)를 예시한다. 여기서, 베이스(80)는 외측 레그(82) 및 중앙 레그(76) 각각으로부터 분리될 수 있다. 예1로부터의 U-형상을 3개의 별개 조각으로 분리함으로써, 각각의 조각은 더 작은 압착 면적 때문에 더 작은 압착력을 요구할 것이다. 역으로, 만일 동일한 압착력이 사용된다면, 예2의 조각들 각각은 더 클 수 있고, 결과적 어셈블리(110)는 더 클 것이다. 예3 및 예4는, 베이스 어셈블리가 1조각이 아니라 2조각으로 만들어진 점을 제외하고, 각각 예1 및 예2와 동일한 과정을 예시한다. 예3 및 예4에 예시된 실시예(120, 130)는 최종 조립된 코어의 크기 범위가 예1 또는 예2경우보다 더 클 것이다. 사실상, 이 접근법은, 모두 동일한 일반적 기하학 적 형상군인 일련의 코어 어셈블리(100, 110, 120, 및 130)가 본 명세서에서 기술된 개념을 이용하여 생성될 수 있는 수단을 예시하고 있다. 도 7, 10, 13, 및 14에 기술되고 예시된 다양한 연동 프로파일들 뿐만 아니라, 당업자에 의해 용이하게 고려될 수 있는 기타의 프로파일들이 도 16에 예시된 실시예들에 채택될 수 있다.

도 17은 둥근 레그(76)를 이용하는 본 발명의 추가 실시예를 예시한다. 사각 또는 원형 레그 대신에, 실시예 1, 2, 및 3에 예시된 중앙 레그와 같은 둥근 레그(76)를 이용하는 것이 고전력 응용에서 종종 선호된다. 고전력이 인가되는 변압기 또는 인덕터를 구성하는 당업자에게, 권선되고 조립된 유닛의 전체 효율은, 히스테리시스, 맴돌이 전류, 및 자기 물질과 연관된 잔여 손실(residual loss) 뿐만 아니라 구리 권선의 저항 손실에 의해 영향받는다는 것을 잘 알려져 있다. 어떤 도체의 저항은 길이가 증가함에 따라 증가한다. 둥근 레그(76)를 이용함으로써, 와이어의 각각의 권선은 동일한 단면의 사각 또는 직사각형 레그 주변의 권선보다 짧으므로, 권선 저항을 저감시키고 컴포넌트의 전체 효율을 개선한다. 예1은, 세그먼트의 연동 프로파일이 약간 다를 뿐(2단 피라미드 프로파일 대신에 단일 V-형 삼각형 프로파일), 도 16의 예2에 예시된 실시예와 유사한 구성을 제공한다. 예2는 외측 레그(84)가 굽어 있다는 것을 제외하고는 예1과 유사한 구성을 제공한다. 예3은 외측 레그의 폭보다 작은 직경을 갖는 중앙 레그(76)를 예시하고 있다. 이 예는 세그먼트들을 조립함에 있어서 추가적인 설계 융통성을 예시한다. 예3은 와이어 코일의 추가적인 전자기 차폐를 제공한다. 이것은 누설 자속과 표류 전자기 간섭을 저감시키는데 도움을 준다. 예4 및 예5는, 도 4에 도시된 플랫 레그와 조 합하여, 또는 예5에 도시된 제2의 둥근 레그(76)와 조합하여 U-형상의 코어 어셈블리를 형성하는 어셈블리 외측부에 위치한 둥근 레그(76)를 예시한다. 예4 및 예5는, 다양한 제조자들로부터의 더 작은 단일 조각 형상으로 현재 이용할 수 있는 기타의 일반적인 코어 구성에 적용될 수 있는 본 발명의 실시예들을 예시한다.

본 발명의 실시예들의 세그먼트들은, 예를 들어, 스위칭 전원, 플라이백 변압기, 파워 팩터 보정 회로, 고전력 변압기, 및 인버터용 인덕터, 태양 에너지 전력 변환용 인덕터, 연료 전지 전력 변환용 인덕터, 열차 견인 및 전기/하이브리드 차량과 같은 수송 전력 변환 응용을 위한 인덕터와 같은 고전력 인덕터와 같은, 크고 경제적인 코어를 채택하는 다양한 응용 및 구성에서 유용한 어셈블리들을 형성할 수 있을 것이다.

이하의 예를 참조하여 본 발명이 더 기술될 것이다. 이하의 예들은 본 발명을 설명하기 위한 것이지 제한하기 위한 것은 아니다.

예

도 18은, 본 발명의 세그먼트화된 코어(86)를 이용한 고전력 인덕터 설계와 종래의 상용화된 토로이드 코어(88) 스택을 비교한다. 샘플 전력 인덕더 설계는, 본 명세서에서 기술된 세그먼트들로부터 조립되는 연자성 코어와, 작은 토로이드들의 스택으로부터 만들어지는 종래의 코어를 비교한다. 값들을 계산하기 위해 사용되는 공식은 당업자에게 공지된 것이며, 도면에 도시되어 있지는 않다. 도 18에 예시된 바와 같이, 본 발명의 단일 자기 코어 어셈블리-대-도 18의 스택화된 자기 코어 사이의, 권선 면적, 도체 크기, DC 구리 손실 및 전류 밀도와 같은 중요한 속성상의 차이가 도시되어 있다.

비교에서 양쪽 코어 어셈블리들은 투자율 26의 센더스트(Fe-Al-Si) 합금으로 만들어진다. 양쪽 코어는 본질적으로 동일한 체적의 자기 물질을 가지며, 따라서, 인덕터로서 사용될 때 동일한 에너지 저장 능력을 가진다. 어셈블리의 물리적 칫수는, International Electrotechnical Commission, Geneva, Switzerland, publication IEC-205에 의해 공표된 산업 표준에 따라 유효 코어 면적(Ae), 자기 경로 길이(le) 및 모어 체적(Ve)를 계산하는데 사용된다. 이들 값들을 수학식 (2)에 대입하면, 각 어셈블리의 인덕턴스가 계산되고 권선수의 제곱당 나노헨리(nH/N²)의 관점으로 표현된다. 100 암페어의 전류에서 10nH 인덕터를 생성하기 위해 이들 어셈블리들 각각을 이용하면, 그 결과는 도 18의 표에 도시되어 있다. 비교 결과, 양쪽 모두의 코어 형상이 설계 요건을 만족하지만, 몇개의 인자들은 토로이드 스택에 비해 세그먼트화된 코어 어셈블리를 더 바람직하게 만든다. 도 18의 표를 참조해 보면, 토로이드 스택의 권선 면적(Winding Area)은 세그먼트화된 어셈블리보다 10배 작다(4.27 ㎠ 대 43.6 ㎠). 그리고, 토로이드 형상은 각 권선에 대해 홀을 통해 꿰어질 것을 요구한다. 토로이드는 10nH의 인덕터스를 달성하기 위해 와이어의 6회 권선을 요구한다. 각각은 권선(turn)은 #10 AWG 와이어의 4개 병렬 가닥으로 구성된다. 이것은 대단히 무거운 권선 뭉치이고, 와이어를 감는 중에 코어를 깨지 않도록 주의가 필요하며, 후속된 권선에 대해 공간을 남기기 위해 홀을 통해 와이어를 배치하는데 있어서 주의가 필요하다. 코어의 권선 면적에 대한 권선의 단면적의 비율은 "권선 인자"라 알려져 있으며, 전형적인 권선 인자는 20% 내지 60%이다. 복수의 와이어 가닥을 함께 휘감을 때, 권선 인자는 상기 범위의 하한치에 더 가까와지는데, 이것은 와이어 가닥들을 나란하고 조밀하게 정렬하는 것이 어렵기 때문이다. 이 예에서 스택화된 토로이드에 대한 권선 인자는 33%이며 꼭 끼는 정도인 것으로 드러났다. 대조적으로, 본 발명의 실시예들은 와이어의 14회 권선을 요구한다. 각 권선은 #10 AWG 와이어의 10개 가닥으로 이루어진다. 이것은 상당히 무건운 도체이다. 그러나, 권선 영역이 더 커져 토로이드의 반에 육박하는 윈도우 필(window fill)을 야기한다. 이 예에 대한 권선 인자는 19%이고 용이하게 달성될 수 있다. 또한, 와이어의 14회 권선은 보빈 프리폼 상에 미리 권선되어, 조립 동안에 세그먼트들 중 하나에 슬라이드될 수 있다. 더 많은 와이어 가닥을 이용하면, 토로이드 스택에서보다 세그먼트화된 코어에서 전류 밀도가 훨씬 낮아진다(190 암페어/㎠ 대 480 암페어/㎠). 권선당 와이어 길이는 세그먼트화된 코어에서 더 짧으므로(16cm 대 30 cm), DC 구리 손실은 토로이드 스택의 절반보다 작다(7.3 와트 대 15 와트). 엔지니어들의 1차적 관심은 회로 설계시에 손실을 최소화하는 것이다. 도 18에 도시된 예에서, 낮은 손실 구성은 절반의 구리 손실을 갖는 세그먼트화된 어셈블리이다.

본 명세서에서 제시된 본 발명의 실시예들은, 어셈블리 내의 각각의 세그먼트의 정확한 정합을 제공하는 자기 코어 세그먼트의 설계를 제공한다. 이러한 정합은 원주 방향 뿐만 아니라 층간일 수 있다. 연동 부재는 많은 프로파일들을 가 질 수 있기 때문에, 세그먼트들 사이의 연동부는, 연동 맞물림, 및 접착제와 같은 접합 물질의 수용을 위한 적어도 하나의 갭부, 양자 모두를 제공하도록 설계될 수 있다. 연동 부재는, 최종 어셈블리의 필요한 강도를 제공하도록 인접한 세그먼트의 끝부분의 소정 영역으로 접합제를 제한하는 혜택을 제공한다. 연동부는, 접착 두께가 최종 어셈블리의 인덕턴스에 영향을 주지 않도록, 공동에 인접한 영역에서 직접적인 세그먼트-대-세그먼트 접합을 제공할 수 있다. 어셈블리는 어셈블리별 인덕턴스의 균일성을 개선시킨다. 어셈블리는, 상이한 개개의 세그먼트 단면을 함께 결합하여 더 복잡한 어셈블리를 형성하는 형태를 포함하여, 다양한 형태를 취할 수 있다. 개개의 연동 세그먼트들은 어셈블리의 선택된 크기 및 형태에 기초하여 선택될 수 있다. 복잡한 어셈블리들은, 어셈블리가 고전력 응용에서 사용될 때 권선 손실을 저감시키도록 둥근 단명의 세그먼트들을 직선형 세그먼트들과 병합하는 추가적인 혜택을 가진다.

당업자라면, 본 발명의 광의의 사상으로부터 벗어나지 않고 전술한 실시예들에 대해 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 공개된 특정 실시예들만으로 제한되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된 본 발명의 사상과 범위 내에 있는 모든 변형례를 포함하는 것으로 이해되어야 한다

Claims

자기 코어 세그먼트로서, 제2 자기 코어 세그먼트의 제2 연동 부재와 함께 연동부를 형성하도록 구성된 제1 연동 부재를 포함하는 자기 코어 세그먼트.
제1항에 있어서, 상기 제1 연동 부재는 돌출부 및 만입부로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것인, 자기 코어 세그먼트.
제2항에 있어서, 상기 제1 연동 부재는 적어도 하나의 돌출부를 포함하고, 상기 제2 연동 부재는 적어도 하나의 만입부를 포함하며, 상기 돌출부 및 만입부는 상기 연동부의 적어도 일부를 형성하도록 구성된 것인, 자기 코어 세그먼트.
제2항에 있어서, 상기 돌출부 및 만입부 각각은, 사각형, 직사각형, 사다리꼴, 삼각형, 및 아치형으로 구성된 그룹으로부터 선택된 짝을이룬 단면 구성(mating cross-sectional configuration)을 갖는 것인, 자기 코어 세그먼트.
제1항에 있어서,

상기 제1 연동 부재는 상기 자기 코어 세그먼트의 각 끝부분에 배치되고 오목한 단면 구성을 포함하며,

상기 제2 연동 부재는 상기 제2 자기 코어 세그먼트의 각 끝부분에 배치되고 볼록한 단면 구성을 포함하는 것인, 자기 코어 세그먼트.
제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 돌출부 및 상기 적어도 하나의 만입부는 그들 사이의 계면부를 따라 세그먼트-대-세그먼트를 제공하도록 구성되며, 상기 연동부는 접합 물질을 수용하기 위해 적어도 하나의 갭부를 포함하는 것인, 자기 코어 세그먼트.
제6항에 있어서, 상기 세그먼트-대-세그먼트 접촉은 상기 돌출부와 상기 만입부의 실질적 중앙 부분에서 발생하는 것인, 자기 코어 세그먼트.
제2항에 있어서, 상기 제1 세그먼트의 돌출부 및 만입부는 반지름 방향 및 원주 방향 중 적어도 하나에서 구성되는 것인, 자기 코어 세그먼트.
제1항에 있어서, 상기 제1 세그먼트의 상기 제1 연동 부재와 상기 제2 세그먼트의 상기 제2 연동 부재 각각은, 리지부(ridge portion)와 노치부(notch portion)를 포함하는 것인, 자기 코어 세그먼트.
제1항에 있어서, 상기 자기 코어 세그먼트는, 세라믹 물질, 분말형 금속 합금, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 연자성 물질로부터 형성되는 것인, 자기 코어 세그먼트.
제10항에 있어서, 상기 세라믹 물질은 Mn-Zn 페라이트, Ni-Zn 페라이트, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것인, 자기 코어 세그먼트.
제10항에 있어서, 상기 분말형 금속 합금은, Fe, Fe-Al-Si, Fe-Co, Fe-Co-V, Fe-Mn, Fe-P, Fe-Si, Ni-Fe, Ni-Fe-Mo, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것인, 자기 코어 세그먼트.
제1항에 있어서, 상기 자기 코어 세그먼트의 적어도 일부는 원형, 타원형, 삼각형, 및 직사각형 구성으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 단면을 갖는 것인, 자기 코어 세그먼트.
제1항에 있어서, 자기 코어 세그먼트의 적어도 일부는 굽어있는 것인, 자기 코어 세그먼트.
제1항의 자기 코어 세그먼트를 포함하는 어셈블리.
자기 코어 어셈블리로서, 제1 세그먼트와 제2 세그먼트를 포함하며, 상기 제1 세그먼트의 적어도 일부는 상기 제2 세그먼트의 적어도 일부와 함께 연동부를 형성하도록 구성된 것인, 자기 코어 어셈블리.
제16항에 있어서, 상기 제1 세그먼트는 적어도 하나의 돌출부를 포함하고, 상기 제2 세그먼트는 적어도 하나의 만입부를 포함하며, 상기 돌출부와 상기 만입부는 상기 연동부의 적어도 일부를 형성하도록 구성된 것인, 자기 코어 어셈블리.
제17항에 있어서, 상기 돌출부 및 상기 만입부 각각은 사각형, 직사각형, 사다리꼴, 및 아치형으로 구성된 그룹으로부터 선택된 짝을이룬 단면 구성을 갖는 것인, 자기 코어 어셈블리.
제16항에 있어서, 상기 제1 세그먼트는, 각각 오목한 구성을 갖는 제1 및 제2 단부를 포함하고, 상기 제2 세그먼트는, 각각 볼록한 구성을 갖는 제1 및 제2 단부를 포함하는 것인, 자기 코어 어셈블리.
제16항에 있어서, 상기 적어도 하나의 돌출부와 상기 적어도 하나의 만입부는 그들 사이의 계면부를 따라 세그먼트-대-세그먼트 접촉을 제공하도록 구성되고, 상기 연동부는 접합 물질을 수용하기 위해 적어도 하나의 갭부를 포함하는 것인, 자기 코어 어셈블리.
제20항에 있어서, 상기 세그먼트-대-세그먼트 접촉은 상기 돌출부와 상기 만입부의 실질적 중앙 부분에서 발생하는 것인, 자기 코어 어셈블리.
제17항에 있어서, 상기 돌출부와 상기 만입부는 반지름 방향 및 원주 방향 중 적어도 하나에서 정렬되는 것인, 자기 코어 어셈블리.
제16항에 있어서, 상기 제1 세그먼트는 리지부(ridge portion)를 포함하는 연동 부재를 포함하고, 상기 제2 세그먼트는 대응하는 노치부(notch portion)를 포함하는 연동 부재를 포함하는 것인, 자기 코어 어셈블리.
제23항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세그먼트 각각은 대응하는 리지 및 노치부를 포함하는 것은, 자기 코어 어셈블리.
제16항에 있어서, 상기 제1 세그먼트는 그 표면에 적어도 하나의 돌출부를 포함하고, 상기 제2 세그먼트는 그 표면에 적어도 하나의 만입부를 포함하며, 상기 어셈블리는 상기 제1 세그먼트의 표면이 상기 제2 세그먼트의 표면에 스택화된 방향으로 인접하도록 배열되는 것인, 자기 코어 어셈블리.
제16항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세그먼트는, 세라믹 물질, 분말형 금속 합금, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 연자성 물질로 형성되는 것인, 자기 코어 어셈블리.
제26항에 있어서, 상기 세라믹 물질은 Mn-Zn 페라이트, Ni-Zn 페라이트, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것인, 자기 코어 어셈블리.
제26항에 있어서, 상기 분말형 금속 합금은 Fe, Fe-Al-S, Fe-Co, Fe-Co-V, Fe-Mn, Fe-P, Fe-Si, Ni-Fe, 및 Ni-Fe-Mo, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것인, 자기 코어 어셈블리.
제16항에 있어서, 상기 어셈블리의 적어도 일부분은 원형, 타원형, 사각형, 삼각형, 및 직사각형 구성으로 구성된 그룹으로부터 선택된 단면을 갖는 것인, 자기 코어 어셈블리.
제16항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세그먼트는 하나의 성형 다이(single compacting die)를 이용하여 형성되는 것인, 자기 코어 어셈블리.
제16항에 있어서, 상기 제1 세그먼트 및 상기 제2 세그먼트 중 적어도 하나는 굽어 있는 것인, 자기 코어 어셈블리.
제16항에 있어서, 상기 제1 세그먼트는 굽어 있고 상기 제2 세그먼트는 실질적으로 직선형인 것인, 자기 코어 어셈블리.
제32항에 있어서, 상기 어셈블리는, 타원형 토로이드, 삼각형 토로이드, 둥근-모서리의 사각형, 및 둥근 모서리의 직사각형으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것인, 자기 코어 어셈블리.
제16항에 있어서, 상기 제1 세그먼트 및 상기 제2 세그먼트 중 적어도 하나 위에 배치된 미리형성된 와이어 코일을 더 포함하는, 자기 코어 어셈블리.
제34항에 있어서, 상기 와이어 코일은 상기 제1 세그먼트 및 상기 제2 세그먼트 양자 모두 위에 배치되는 것인, 자기 코어 어셈블리.
스위칭 파워 서플라이, 플라이백 변압기, 파워 팩터 보정 회로, 고전력 변압기, 고전력 인덕터, 인버터용 인덕터, 태양 에너지 전력 변환용 인덕터, 풍력 에너지 전력 변환용 인덕터, 연료 전지 전력 변환용 인덕터, 수송 전력 변환 응용, 열차 견인, 및 전기/하이브리드 차량용 인덕터로 구성된 그룹으로부터 선택되는 제16항에 따른 어셈블리.
제16항의 적어도 하나의 자기 코어 어셈블리를 포함하는, 스택화된 자기 코어 어셈블리.
제16항의 제1 및 제2 자기 코어 어셈블리를 포함하는 스택화된 자기 코어 어 셈블리로서, 상기 제1 및 제2 자기 코어 어셈블리 각각은 그들 사이에서 층간 연동부를 형성하도록 구성된 층간 연동 부재를 더 포함하는 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리.
제1 및 제2 자기 코어 어셈블리를 포함하는 스택화된 자기 코어 어셈블리로서, 상기 제1 및 제2 자기 코어 어셈블리 각각은 그들 사이에서 층간 연동부를 형성하도록 구성된 층간 연동 부재를 더 포함하는 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리.
제39항에 있어서, 상기 층간 연동 부재는 돌출부 및 만입부로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리.
제39항에 있어서, 상기 제1 자기 코어 어셈블리는 적어도 하나의 돌출부를 포함하고, 상기 제2 자기 코어 어셈블리는 적어도 하나의 만입부를 포함하며, 상기 돌출부 및 만입부는 층간 연동부를 형성하도록 구성된 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리.
제39항에 있어서, 상기 돌출부 및 상기 만입부는 상보형 프로파일의 형태인 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리.
제39항에 있어서, 상기 제1 자기 코어 어셈블리 및 상기 제2 자기 코어 어셈블리 각각은, 세라믹 물질, 분말형 금속 합금, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로부터 형성되는 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리.
제43항에 있어서, 상기 세라믹 물질은, Mn-Zn 페라이트, Ni-Zn 페라이트, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리.
제43항에 있어서, 상기 분말형 금속 합금은 Fe, Fe-Al-Si, Fe-Co, Fe-Co-V, Fe-Mn, Fe-P, Fe-Si, Ni-Fe, Ni-Fe-Mo, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리.
제39항에 있어서, 상기 제1 자기 코어 어셈블리와 상기 제2 자기 코어 어셈블리의 적어도 일부는 굽어 있는 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리.
제46항에 있어서, 상기 제1 및 제2 자기 코어 어셈블리는 링 코어 어셈블리인 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리.
제39항에 있어서, 상기 제1 세그먼트 및 상기 제2 세그먼트 중 적어도 하나 위에 배치된 미리형성된 와이어 코일을 더 포함하는, 스택화된 자기 코어 어셈블 리.
제48항에 있어서, 상기 와이어 코일은 미리권선된 보빈인 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리.
제39항에 있어서, 상기 제1 및 제2 자기 코어 어셈블리들 중 적어도 하나는 세그먼트화된 코어 어셈블리를 포함하는 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리.
제39항에 있어서, 상기 제1 및 제2 자기 코어 어셈블리들 각각은 세그먼트화된 코어 어셈블리를 포함하는 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리.
자기 코어 세그먼트를 형성하는 방법으로서, 연동 부재를 포함하는 자기 코어 세그먼트를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 연동 부재는 제2 자기 코어 세그먼트의 제2 연동 부재와 함께 연동부를 형성하도록 구성된 것인, 자기 코어 세그먼트 형성 방법.
제52항에 있어서, 상기 제2 연동 부재를 포함하는 상기 제2 자기 코어 세그먼트를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 연동 부재는 돌출부를 포함하고, 상기 제2 연동 부재는 만입부를 포함하는 것인, 자기 코어 세그먼트 형성 방법.
제53항에 있어서, 사각형, 직사각형, 사다리꼴, 삼각형, 및 아치형으로 구성된 그룹으로부터 선택된 짝을이룬 단면 구성을 포함하도록 상기 돌출부 및 만입부를 형성하는 단계를 더 포함하는, 자기 코어 세그먼트 형성 방법.
제53항에 있어서, 상기 돌출부와 만입부 사이에 있는 계면 부분을 따라 세그먼트-대-세그먼트 접촉을 제공하도록 상기 돌출부와 만입부를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 연동부는 접합 물질을 수용하기 위해 적어도 하나의 갭부를 포함하는 것인, 자기 코어 세그먼트 형성 방법.
제53항에 있어서, 반지름 방향 및 원주 방향 중 적어도 하나에서 상기 돌출부 및 만입부를 형성하는 단계를 더 포함하는, 자기 코어 세그먼트 형성 방법.
제52항에 있어서, 상기 자기 코어 세그먼트가 2개의 단부를 포함하도록 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 각각의 단부의 적어도 일부는 볼록 구성 및 오목 구성으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 단면 구성을 갖는 것인, 자기 코어 세그먼트 형성 방법.
제52항에 있어서, 리지부와 노치부를 포함하도록 상기 연동 부재를 형성하는 단계를 더 포함하는, 자기 코어 세그먼트 형성 방법.
제52항에 있어서, 세라믹 물질, 분말형 금속 합금, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 연자성 물질로부터 상기 자기 코어 세그먼트를 형성하는 단계를 더 포함하는, 자기 코어 세그먼트 형성 방법.
제59항에 있어서, 상기 세라믹 물질은 Mn-Zn 페라이트, Ni-Zn 페라이트, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것인, 자기 코어 세그먼트 형성 방법.
제59항에 있어서, 상기 분말형 금속 합금은, Fe, Fe-Al-Si, Fe-Co, Fe-Co-V, Fe-Mn, Fe-P, Fe-Si, Ni-Fe, Ni-Fe-Mo, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것인, 자기 코어 세그먼트 형성 방법.
제52항에 있어서, 원형, 타원형, 삼각형, 및 직사각형 구성으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 단면을 갖도록 상기 자기 코어 세그먼트의 적어도 일부를 형성하는 단계를 더 포함하는, 자기 코어 세그먼트 형성 방법.
제52항에 있어서, 상기 자기 코어 세그먼트의 적어도 일부가 굽어지도록 형성하는 단계를 더 포함하는, 자기 코어 세그먼트 형성 방법.
세그먼트화된 자기 코어 어셈블리를 형성하는 방법에 있어서,

제1 세그먼트를 제2 세그먼트에 접촉시키는 단계로서, 상기 제1 세그먼트는 상기 제2 자기 코어 세그먼트의 제2 연동 부재와 함께 연동부를 형성하도록 구성된 연동 부재를 갖는 것인, 상기 접촉시키는 단계와;

세그먼트화된 자기 코어 어셈블리를 형성하도록 상기 제1 세그먼트를 상기 제2 세그먼트에 연동시키는 단계

를 포함하는, 세그먼트화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제64항에 있어서, 상기 연동 부재는 적어도 하나의 돌출부를 포함하고, 상기 제2 연동 부재는 적어도 하나의 만입부를 포함하며, 상기 돌출부 및 만입부는 상기 연동부의 적어도 일부를 형성하도록 구성된 것인, 세그먼트화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제65항에 있어서, 상기 적어도 하나의 돌출부 및 상기 적어도 하나의 만입부는, 그들 사이에 있는 계면 부분을 따라 세그먼트-대-세그먼트 접촉을 제공하며, 상기 연동부는 접합 물질을 수용하기 위해 적어도 하나의 갭부를 포함하는 것인, 세그먼트화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제66항에 있어서, 상기 세그먼트-대-세그먼트 접촉은 상기 돌출부와 상기 만입부의 실질적 중앙부에서 발생하는 것인, 세그먼트화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제64항에 있어서, 상기 제1 세그먼트는 2개의 단부를 포함하고, 각 단부의 적어도 일부는 오목한 구성을 가지며, 상기 제2 세그먼트는 2개의 단부를 포함하고, 각 단부의 적어도 일부는 볼록한 구성을 갖는 것인, 세그먼트화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제64항에 있어서, 상기 제1 세그먼트의 적어도 한 단부는 리지부를 포함하고, 상기 제2 세그먼트의 적어도 한 단부는 대응하는 노치부를 포함하는 것인, 세그먼트화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제69항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세그먼트 각각의 적어도 하나의 단부는 대응하는 리지부 및 노치부를 포함하는 것인, 세그먼트화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제64항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세그먼트는, 세라믹 물질, 분말형 금속 합금, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 연자성 물질로부터 형성되는 것인, 세그먼트화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제64항에 있어서, 상기 코어의 적어도 일부는, 원형, 타원형, 사각형, 삼각형, 및 직사각형 구성으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 단면을 갖는 것인, 세 그먼트화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제64항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세그먼트는 단일 성형 다이를 이용하여 형성되는 것인, 세그먼트화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제64항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 세그먼트 중 적어도 하나는 굽어 있는 것인, 세그먼트화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제64항에 있어서, 상기 제1 세그먼트는 굽어 있고 상기 제2 세그먼트는 실질적으로 직선형인 것인, 세그먼트화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제75항에 있어서, 상기 자기 코어는 타원형 토로이드, 삼각형 토로이드, 둥근-모서리의 사각형, 및 둥근 모서리의 직사각형으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것인, 세그먼트화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제64항에 있어서, 상기 연동에 앞서 상기 제1 및 상기 제2 세그먼트 중 적어도 하나의 단부 위에 미리형성된 와이어 코일을 배치시키는 단계를 더 포함하는, 세그먼트화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제77항에 있어서, 상기 와이어 코일은 미리권선된 보빈(bobbin)인 것인, 세 그먼트화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제77항에 있어서, 상기 연동 부재 및 상기 제2 연동 부재 사이의 적어도 하나의 갭부에 접착 물질을 인가하는 단계를 더 포함하는, 세그먼트화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제79항에 있어서, 상기 접착 물질을 인가하는 단계는 상기 와이어 코일의 배치에 후속하는 것인, 세그먼트화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
스택화된 자기 코어 어셈블리를 형성하는 방법으로서, 제1 자기 코어 어셈블리를 제2 자기 코어 어셈블리 위에 배치하는 단계를 포함하고, 상기 제1 및 상기 제2 자기 코어 어셈블리들 각각은 그들 사이에 층간 연동부를 형성하도록 구성된 층간 연동 부재를 포함하는 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제81항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 자기 코어 어셈블리들 중 적어도 하나를 적어도 2개의 세그먼트로부터 형성하는 단계를 더 포함하는, 스택화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제81항에 있어서, 상기 층간 연동부는 돌출부와 만입부로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제81항에 있어서, 상기 자기 코어 어셈블리는 그 표면부에 적어도 하나의 돌출부를 포함하고, 상기 제2 자기 코어 어셈블리는 그 표면부에 적어도 하나의 만입부를 포함하며, 상기 돌출부 및 만입부는 상기 층간 연동부를 형성하도록 구성된 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제82항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 자기 코어 어셈블리들 각각을 적어도 2개의 세그먼트들로부터 형성하는 단계를 더 포함하는, 스택화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제85항에 있어서, 상기 제1 자기 코어의 제1 세그먼트 및 상기 제2 자기 코어의 제2 세그먼트중 적어도 하나 위에 미리형성된 와이어 코일을 배치하는 단계를 더 포함하는, 스택화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제86항에 있어서, 상기 와이어 코일은 미리권선된 보빈인 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
세그먼트화된 자기 코어 어셈블리를 형성하는 방법으로서, 상기 어셈블리의 선택된 크기와 형상에 기초하여 개개의 연동 세그먼트들을 선택하는 단계를 포함하는, 세그먼트화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제88항에 있어서, 상기 세그먼트들 각각은 적어도 하나의 연동 부재를 포함하고, 상기 세그먼트들은 연동 계면을 생성하기 위해 각 세그먼트의 연동 부재를 정렬하도록 배향되는 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제89항에 있어서,

완성된 어셈블리를 형성하기 위해 상기 세그먼트들을 연동시키는 단계와;

선택된 형상을 유지하도록 상기 어셈블리를 억제라는 단계

를 더 포함하는, 스택화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제90항에 있어서, 상기 억제하는 단계는, 밴드, 스트랩, 테이프 및 클램프로 구성된 그룹으로부터 선택된 주변 억제기에 의해 적어도 부분적으로 수행되는 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제90항에 있어서, 상기 억제하는 단계는 상기 연동 계면에 인가되는 접착제에 의해 적어도 부분적으로 수행되는 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제92항에 있어서, 상기 접착제는, 일액형 또는 이액형 에폭시(one part or two-part epoxy), 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴라이미드, 실리콘, 시아노아크릴레 이트, 아크릴, 세라믹, 경화가능한 고무, 땜납, 뜨거운 용융 글루, 약경화된 접착제, 저용융점 글래스 등 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제89항에 있어서, 상기 연동 계면은 세그먼트-대-세그먼트 접촉이 생성될 때 틈새 갭을 포함하는 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제94항에 있어서, 상기 틈새 갭 영역 내의 연동 계면에 접착제를 인가하는 단계를 더 포함하는, 스택화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제95항에 있어서, 상기 경화된 접착제의 체적은 세그먼트들 사이의 틈새 체적 정도인 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제89항에 있어서, 부분적으로 완성된 어셈블리가 형성되도록 상기 세그먼트들을 정렬하는 단계를 더 포함하는, 스택화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제97항에 있어서, 상기 어셈블리의 선택된 부분들은 접착제로 조립되는 것인, 스택화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제98항에 있어서, 미리권선된 와이어의 코일과 미리권선된 와이어의 보빈으 로 구성된 그룹으로부터 선택된 부재를 상기 부분적으로 완성된 어셈블리 위에 배치하는 단계를 더 포함하는, 스택화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.
제99항에 있어서,

최종 어셈블리를 형성하기 위해 잔여 세그먼트들로 상기 어셈블리를 완료하는 단계와;

잔여 세그먼트들을 접착제로 접합하는 단계

를 더 포함하는, 스택화된 자기 코어 어셈블리 형성 방법.