KR20160124880A

KR20160124880A - 인덕터

Info

Publication number: KR20160124880A
Application number: KR1020167026184A
Authority: KR
Inventors: 프레드릭 아프 엑스트뢰엠
Original assignee: 회가내스 아베 (피유비엘)
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2016-10-28
Also published as: CA2940265A1; TW201603071A; CN106233404A; RU2016137793A3; JP6581591B2; US20160365193A1; CN106233404B; WO2015128354A1; RU2016137793A; AU2015222262A1; JP2017511977A; RU2705806C2; EP3111455A1

Abstract

본 개시는 코일 및 측벽을 포함하는 인덕터에 관한 것이다. 측벽은 코일을 둘러싸고, 인덕터 코어의 외측 부분 및/또는 차폐 슬리브를 포함한다. 측벽은 코일의 전기 연결부를 제공하는 개구를 포함한다. 개구는 전기 연결부가 통과하는 곳을 제외하고 개구를 충전하는 충전 재료에 의해 덮여진다.

Description

인덕터{INDUCTOR}

본 발명은 인덕터들(inductors)에 관한 것이다.

때때로 리액터들(reactors) 또는 초크들(chokes)이라고도 지칭되는 인덕터들은 신호 처리, 노이즈 필터링, 발전, 송전 시스템들 등과 같은 폭넓은 응용들에 사용되고 있다. 보다 콤팩트하고 보다 효율적인 인덕터들을 제공하기 위해서, 인덕터의 전기 전도성 권선 또는 코일은 기다란 자기 전도성 코어, 즉 인덕터 코어 주위에 배열될 수 있다. 인덕터 코어는 바람직하게는 공기보다 높은 투자율(permeability)을 나타내는 재료로 제조되고, 여기서 인덕터 코어는 증가된 인덕턴스(inductance)의 인덕터를 가능하게 할 수 있다.

인덕터 코어들은 매우 다양한 설계들 및 재료들에서 이용가능하며, 각각은 그들의 특정 이점들 및 단점들을 갖는다. 많은 인덕터들에 있어서, 인덕터 코어는 코일에 의해 둘러싸인 내측 코어 부분 및 코일을 둘러싸고 인덕터 코어의 외측 표면을 규정하는 외측 코어 부분을 포함한다. 그러한 타입의 인덕터들 중 하나가 소위 포트 코어 인덕터(pot core inductor)이다.

상이한 응용들에서 인덕터들에 대해 항상 증가하고 있는 요구의 관점에서, 융통성(flexible)있고 효율적인 설계를 가지며 광범위한 응용들에서 사용가능한 인덕터들에 대한 필요성이 여전히 존재한다.

낮은 릴럭턴스(low-reluctance) 자속 경로(magnetic flux path)를 제공하기 위해서, 인덕터 코어들은 통상 높은 자기 투자율(magnetic permeability)을 갖는 재료들로 제조된다. 그러나, 그러한 재료들은 특히 보다 높은 기자력(magnetomotive force; MMF)에서 쉽게 포화될 수 있다. 포화시에, 인덕터의 인덕턴스는 감소할 수 있으며, 인덕터 코어가 사용가능한 전류들의 범위가 감소된다. 사용가능한 범위를 향상시키기 위해 알려진 조치는 권선이 그 주위에 배열된 코어의 일부에, 예를 들어 공극(air gap)의 형태인 자속 장벽(magnetic flux barrier)을 배열하는 것이다. 적절하게 배열된 공극은 최대 인덕턴스를 감소시킨다. 또한, 이것은 전류 변화들에 대한 인덕턴스 민감성을 감소시킨다. 인덕터의 특성들은 상이한 폭들의 공극들을 사용함으로써 조정될 수 있다.

인덕터들로부터 발생하는 다른 문제는 인덕터 외측으로의 자기장의 누설이다. 그러한 자기장들은 인덕터의 성능에 영향을 미치거나, 심지어 인덕터 근방에 있는 다른 구성요소들에 손상을 입힐 수 있다. 게다가, 이러한 자기장들은 예를 들어 인덕터에 근접한 예컨대 섀시 강판들 또는 유사한 봉입체들(encasings)과 같은 다른 자기 구조체들에 결합함으로써 주변 재료들에 와전류들을 유도하고, 그에 따라 다른 구성요소들에 열을 발생시킬 수 있다. 또한, 이것은 성능에 부정적인 영향을 미치거나 심지어 다른 구성요소들에 손상을 입힐 수 있다. 인덕터 외측으로의 시변(time varying) 자기장들의 누설은 와전류들의 발달에 따라서, 그리고 구조체가 자기 전도성이고 주변 구조체들에의 결합을 야기하는지에 따라서, 상이한 영향들을 초래할 수 있다.

따라서, 많은 응용들에 있어서, 인덕터에 의해 발생되는 자기장의 차폐를 제공하는 것이 요망된다. 인덕터들의 또 다른 문제는 코일에서의 동손들(copper losses)을 증가시킬 수 있는 인덕터에 발생된 열일 수 있다. 특히, 코일의 온도 증가는 보다 높은 손실들을 초래하는 와이어의 저항률(resistivity)의 증가를 야기한다. 코일은 흔히, 최대 손실들이 예를 들어 철손들(core-losses)과 권선 손실들(winding losses) 사이에 대략 동등하게 나눠지고, 인덕터 전류가 높을 때 최대 손실들의 적어도 주요 부분이 와이어와 연관되도록 설계될 수 있기 때문에, 코일 및 권선을 저온으로 유지하는 것이 유익하다.

US 2012/0299678은 알루미늄으로 제조되고 상자-덮개형 형상(box-lid-like shape)을 갖는 케이스를 포함하는 리액터를 개시하고 있으며, 여기서 케이스의 외측 표면은 방열 구조를 갖는다. 케이스 및 덮개는 알루미늄으로 제조되고, 따라서 전자기 간섭에 대한 차폐물들(shields)로서 또한 기능한다.

그럼에도 불구하고, 융통성있고 제조가 용이한 개선된 인덕터들을 제공하는 것이 여전히 요망되고 있다.

특히, 소형의 효율적인 인덕터들은 보다 높은 온도들을 나타낼 수 있는데, 이는 온도 레벨이 구조체의 외측 표면적에 대한 손실들의 비율에 의해 좌우되기 때문이다. 일정한 손실 레벨들을 가정하면, 보다 작은 인덕터가 보다 높은 표면 온도들을 나타낼 것이다. 인덕터 구조체의 온도 분류는, 예를 들어 절연 재료들에 대한 표준들 및 안전성 측면들을 충족시키기 위해 허용가능한 온도들의 실제 제한들을 규정한다. 따라서, 소형의 고온 인덕터 설계는 고온 요건들을 충족하기 위해서 고가의 재료들을 필요로 한다. 인덕터의 활성 재료 체적을 작은 상태로 유지하지만, 또한 산업적 및 상업적으로 유익한 제품을 저가로 제공할 수 있는 것이 일반적인 관심사이다.

때로는, 인덕터들은 비우호적인 환경에서 사용된다. 그래서, 그러한 환경을 견딜 수 있는 인덕터들을 제공하는 것이 요망될 수 있다.

본 개시의 목적은 종래 기술의 단점들 중 적어도 하나를 극복 또는 개선하거나, 유용한 대안을 제공하는 것이다.

상기의 목적은 청구항 1의 기재내용에 의해 달성될 수 있다. 첨부된 종속 청구항들, 하기의 설명 및 도면들에는 실시예들이 기재되어 있다.

따라서, 본 발명의 제 1 태양에 있어서, 코일(coil) 및 측벽을 포함하는 인덕터(inductor)가 제공된다. 측벽은 코일을 둘러싼다. 측벽은 인덕터 코어(inductor core)의 외측 부분 및/또는 차폐 슬리브(shielding sleeve)를 포함한다. 측벽은 코일의 전기 연결부를 제공하는 개구를 포함한다. 개구는 전기 연결부가 통과하는 곳을 제외하고 개구를 충전하는 충전 재료(filling material)에 의해 덮여진다.

인덕터 코어는 내측 부분 및 외측 부분을 포함할 수 있다. 내측 부분은 코일에 의해 둘러싸인다. 외측 부분은 코일을 부분적으로 또는 완전히 둘러싸고, 인덕터 코어의 외측 표면을 규정한다. 인덕터가 차폐 슬리브를 포함하면, 슬리브는 인덕터 코어의 외측 부분을 부분적으로 또는 완전히 둘러싸도록 배열된다. 그러므로, 축방향 단면에서 보면, 슬리브는 코일을 둘러싸는 인덕터 코어의 외측 부분을 둘러싸고, 코일은 인덕터 코어의 내측 부분을 둘러싼다.

본 명세서에 설명된 바와 같이, 인덕터의 측벽은 코어의 외측 부분만을 포함할 수 있으며, 그러한 경우에 외측 부분은 인덕터의 외부측 표면을 형성한다. 대안예로서, 본 명세서에 설명된 바와 같이, 인덕터는 인덕터 코어의 외측 부분 및 슬리브 모두를 포함할 수 있으며, 그러한 경우에 슬리브는 인덕터의 외부측 표면을 형성한다. 슬리브는 이 슬리브의 내측 표면이 코어의 외측 부분의 외측 표면과 접촉하도록 배열될 수 있다. 슬리브는 예를 들어 알루미늄으로 압출하기 용이한 관형 형상을 가질 수 있다. 슬리브는 인덕터에 의해 발생되는 자기장의 차폐를 제공할 수 있다. 슬리브는 인덕터에 발생된 열을 방산하는 것을 도울 수 있다.

코일은, 예를 들어 코일로 들어가고 그로부터 나오는 전기 와이어들, 예컨대 2 개의 전기 와이어들에 의해, 인덕터 코어 외부의 하나 또는 그 초과의 전기 구성요소들에 연결된다. 개구는 전기 연결부, 예를 들어 와이어들이 인덕터의 측벽을 통해 인도되게 한다. 충전 재료는, 전기 연결부가 충전 재료를 통과하는 곳을 제외하고, 충전 재료가 개구를 충전하도록 개구 내에 배열된다.

충전 재료는 개구의 외측 표면을 규정한다. 이 표면은 측벽의 외부측 표면과 실질적으로 정렬될 수 있고, 예를 들어 외부측 표면의 형상을 따를 수 있다. 개구가 충전 재료에 의해 덮여지기 때문에, 인덕터의 밀봉부가 제공된다. 바람직하게는, 충전 재료는, 전기 연결부가 통과하는 곳을 제외하고, 개구의 표면을 완전히 덮는다. 바람직하게는, 밀봉부는 내후성(weather proof)이 되기에 충분하게 밀착된다. 이에 의해, 코일은 외부 환경으로부터 보호되고, 인덕터는 비우호적인 환경, 예를 들어 외기 환경(outdoor environment)에 견딜 수 있다.

충전 재료로 덮여진 개구는 측벽의 가장 외부 부분에, 예를 들어 슬리브에만 제공될 수 있다. 그러나, 측벽이 외측 부분 및 슬리브 모두를 포함하는 경우에, 충전 재료로 덮여진 개구는 외측 부분 또는 슬리브 중 어느 하나에 제공될 수 있거나, 이들 모두는 충전 재료에 의해 덮여진 개구를 가질 수 있다. 그러한 경우에, 외측 부분 및 슬리브는 바람직하게는 대응하는 위치들에 개구들을 갖는다.

충전 재료에 의해 덮여진 1 개, 2 개, 3 개, 4 개 또는 그 초과의 개구들이 있을 수 있다. 복수의 개구들이 있다면, 개구들 중 하나는 전기 연결부를 코일에 제공하는데 사용될 수 있고, 다른 개구들은 충전 재료에 의해 완전히 덮여질 수 있으며, 그에 따라 인덕터의 밀착 밀봉부(tight seal)가 제공된다.

측벽에 포함된 개구는 측벽의 축방향으로 연장된 슬롯(slot)을 포함하거나 그에 의해 구성될 수 있다. 측벽의 축방향은 인덕터의 축방향과 일치한다. 슬롯은 축방향으로 주 연장부를 가질 수 있으며, 즉 접선방향보다 축방향으로 긴 연장부를 갖는다.

슬롯은 측벽의 축방향 길이의 적어도 50%, 바람직하게는 측벽의 축방향 길이의 적어도 75%, 보다 바람직하게는 실질적으로 측벽의 축방향 길이, 가장 바람직하게는 측벽의 전체 축방향 길이에 대응하는 길이를 따라 연장될 수 있다. 측벽의 축방향 길이는 측벽의 축방향으로의 길이이다.

슬롯이 측벽의 전체 축방향 길이를 따라 연장되는 경우에, 측벽, 예를 들어 슬리브는 그 축방향 길이를 따라 동일한 단면 형상을 가질 수 있으며, 그에 따라 압출(extrusion)에 의해 제조하기에 적합하게 된다. 슬롯은 또한, 하기에서 예시되는 바와 같이, 코일 주위에 측벽을 장착할 때 유용할 수도 있다.

충전 재료는 탄성일 수 있다. 충전 재료는 폴리머(polymer) 또는 폴리머들의 혼합물, 예를 들어 고무, 실리콘(silicone) 및/또는 폴리우레탄(polyurethane)을 포함할 수 있다. 이것은 인덕터의 밀착 밀봉부를 제공하는 것을 도울 것이다. 순전히 예로서, 충전 재료는 개구 내로 억지-끼워맞춤(press-fit)되기에 적합한 유연한 탄성 요소(pliable elastic element)일 수 있다. 탄성 요소에는 먼저 전기 연결부가 제공되고, 그 후에 탄성 요소가 제위치로 억지-끼워맞춤될 수 있다.

충전 재료는 개구 내로 충전된 후에 경화되는 경화성 재료(curable material)일 수 있다. 그러한 재료는 심지어, 진동들의 영향을 감소시키기 위해 슬리브 내측의 인덕터 구성요소들 사이의 모든 보이드들(voids)을 충전하도록 제공될 수도 있다.

충전 재료는 대체로 평면인 외측 표면을 규정할 수 있다. 평면형 표면은 또한 대체로 평면인 외부 장착 표면에 인덕터를 장착할 때 유용하다.

충전 재료의 외측 표면은 개스킷(gasket)을 수용하기 위한 홈 또는 다른 특징부를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 충전 재료의 외측 표면 자체는 예를 들어 그것의 탄성 특성들을 이용함으로써, 밀봉 요소로서 기능할 수 있다. 충전 재료의 외측 표면에는, 돌출부가 제공될 수 있다. 또 대안적으로, 충전 재료의 외측 표면은 평면일 수 있으며, 개스킷은 장착 표면과 충전 재료의 외측 표면 사이에 배치될 수 있다.

슬리브 및 인덕터 코어의 외측 부분 모두를 이용하면, 슬리브는 외측 코어를 둘러싸도록 배열될 수 있으며, 바람직하게는 슬리브의 내측 표면은 인덕터 코어의 외측 표면과 접촉한다. 이러한 접촉은 방열을 향상시킨다.

슬리브는 이 슬리브의 외측 표면으로부터 연장되는 방열 구조체들(heat dissipation structures)을 포함할 수 있다. 방열 구조체들은 슬리브의 축방향으로, 바람직하게는 실질적으로 슬리브의 축방향 길이를 따라, 보다 바람직하게는 슬리브의 전체 축방향 길이를 따라 연장될 수 있다.

측벽의 외측 표면은 장착 표면을 규정하는 평면 섹션을 포함할 수 있다. 측벽의 평면 섹션은 충전 재료로 충전된 개구에 인접하게, 예를 들어 개구의 양 측부들에 있을 수 있다. 그러한 경우에, 충전 재료는 바람직하게는 또한, 측벽의 외측 표면과 동일한 평면 상에, 또는 실질적으로 동일한 평면 상에 있는 평면 섹션을 형성한다.

측벽은 인덕터를 외부 물체에 장착하기 위한 하나 또는 그 초과의 장착 요소들을 포함할 수 있다. 장착 요소들은 볼트(bolt)를 수용하기 위한 하나 또는 그 초과의 축방향 채널들(axial channels)을 포함할 수 있다. 대안 또는 보완으로서, 장착 요소들은 하나 또는 그 초과의 축방향으로 연장되고 측방향으로 개방된 채널들을 포함할 수 있다.

개구가 슬리브에 포함되는 경우에, 슬리브는 개스킷을 수용하기 위한 적어도 하나의 언더컷(under-cut) 또는 홈을 포함할 수 있고, 바람직하게는 언더컷 또는 홈은 개구에 인접하게 위치된다. 언더컷 또는 홈은 개구를 둘러쌀 수 있거나, 개구가 측벽의 전체 축방향 길이에 걸쳐서 연장되는 경우에, 개구의 양 측부에 언더컷 또는 홈이 있을 수 있다. 이러한 개스킷은, 전술한 개스킷을 이용하는 것, 또는 개스킷으로서 충전 재료 자체를 이용하는 것에 대한 대안 또는 보완으로서 이용될 수 있다.

인덕터는 슬리브의 단부를 폐쇄하도록 슬리브의 단부에 장착가능한 적어도 하나의 단부 플레이트(end plate)를 포함할 수 있고, 단부 플레이트는 입구 및 출구를 갖는 공동(cavity)을 포함하여, 냉각 유체가 공동을 통해 순환하게 할 수 있다. 단부 플레이트는 리세스(recess)의 측벽들 및 하부 표면을 규정하는 베이스 구성요소, 및 리세스의 개방 측부를 덮기에 적합한 덮개 요소(lid element)를 포함할 수 있어, 베이스 구성요소 및 덮개가 함께 공동을 규정한다.

본 개시의 다른 태양에 있어서, 본 명세서에 설명된 인덕터를 위한 차폐 슬리브가 제공되고, 이러한 차폐 슬리브는 충전 재료에 의해 덮여진 개구를 포함한다.

본 개시의 다른 태양에 있어서, 본 명세서에 설명된 인덕터를 위한 단부 플레이트가 제공된다. 단부 플레이트는 입구 및 출구를 갖는 공동을 포함하여, 냉각 유체가 공동을 통해 순환하게 한다. 단부 플레이트는 리세스의 측벽들 및 하부 표면을 규정하는 베이스 구성요소, 및 리세스의 개방 측부를 덮기에 적합한 덮개 요소를 포함할 수 있어, 베이스 구성요소 및 덮개가 함께 공동을 규정한다.

본 개시에 따르면, 코일 및 인덕터 코어를 포함하는 인덕터가 제공될 수 있으며, 인덕터는 인덕터 코어를 둘러싸는 관형 차폐 슬리브를 추가로 포함하고, 여기서 슬리브의 내측 표면은 인덕터 코어의 외측 표면과 접촉한다.

차폐 구조체는, 관형 슬리브이므로, 인덕터 코어와의 차후 조립을 위한 인덕터 코어와 상이한 별개의 구성요소로서, 예를 들어 알루미늄과 같은 압출가능 재료(extrudable material)로 용이하게 제조될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 슬리브는 그 축방향 길이를 따라 고정된 단면 프로파일을 가질 수 있다.

인덕터는 슬리브와 인덕터 코어의 둘레 표면 사이에 꼭 끼워맞춤(snug fit)을 제공하면서 슬리브 내측의 제위치로 용이하게 슬라이딩될 수 있다. 관형 슬리브는 인덕터의 전체 둘레부(축방향에 수직하게 측정됨), 또는 둘레부의 주요 부분만, 즉 50% 초과, 예를 들어 75% 초과, 예컨대 80% 초과의 부분만을 둘러쌀 수 있다.

슬리브는 이 슬리브의 외측 표면으로부터 연장되는 방열 구조체들을 포함할 수 있다. 이에 의해, 인덕터의 향상된 냉각이 제공된다. 방열 구조체들은 돌출부들, 리지들(ridges) 및/또는 핀들(fins) 등일 수 있다.

방열 구조체들은 슬리브의 축방향으로 연장될 수 있다. 이에 의해, 차폐 슬리브는 용이하게 제조될 수 있다. 인덕터 코어는 원통형 형상을 가질 수 있으며, 슬리브는 관형 벽에 의해 규정된 중공의 원통형 부분을 포함할 수 있고, 이 관형 벽으로부터 방열 구조체들이 측방향으로 연장된다. 방열 구조체들은 축방향에 수직한 슬리브의 단면이 대체로 장방형 주변부를 갖도록 각각의 길이들을 가질 수 있다. 결과적으로, 인덕터는 장방형 풋프린트(footprint)를 가지며, 이에 의해 큰 방열 표면을 제공하면서 다른 구성요소들, 예를 들어 다른 유사한 인덕터들 바로 옆에의 공간 절약 배치를 용이하게 한다. 방열 구조체들 중 일부 또는 모두는 외측 표면으로부터 반경방향으로 돌출될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 일부의 방열 구조체들은 하나 또는 그 초과의 상이한 방향들로 돌출될 수 있다.

슬리브의 외측 표면은, 예를 들어 인덕터 코어를 둘러싸는 관형 벽에 접하는, 장착 표면을 규정하는 평면 섹션을 포함할 수 있다. 이에 의해, 슬리브는 인덕터로부터 멀리 장착 표면을 통한 향상된 열 전달을 용이하게 한다.

인덕터는 예를 들어, 상이한 냉각 구조체들에, 예컨대 외측에 냉각 수단을 갖는 장치 하우징의 벽의 내측 상에, 융통성있는 방식으로 장착될 수 있는 것이 일반적으로 요망된다. 냉각 수단은 가능하다면 자연 대류, 강제 기류(forced airflow) 또는 액체 냉각식 구조체로서 배열될 수 있다.

또한, 일부 응용들에 있어서, 인덕터에 대해 인입/인출되는 긴 배선을 회피하기 위해, 또는 배선이 주어진 설비의 다른 구성요소들의 근처에 있는 것을 회피하기 위해, 인덕터 근처에 효율적인 케이블 배열을 제공하는 것이 요망될 수 있다.

슬리브는 축방향으로 연장될 수 있는 하나 또는 그 초과의 장착 요소들을 포함할 수 있다. 이에 의해, 인덕터는 비용 효율적인 제조를 유지하면서 용이하게 장착될 수 있다. 예를 들면, 축방향으로 연장된 장착 요소들은 볼트를 수용하기 위한 하나 또는 그 초과의 축방향 채널들을 포함할 수 있으며, 그에 따라 슬리브의 축에 수직한 표면 상에의 장착을 허용한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 축방향으로 연장된 장착 요소들은 하나 또는 그 초과의 축방향으로 연장되고 측방향으로 개방된 채널들을 포함할 수 있으며, 이 채널들은, 예를 들어 채널 벽들과 맞물릴 수 있는 셀프-커팅 스크루들(self-cutting screws)에 의해, 슬리브에 대해 접하는 표면에 장착하는데 사용될 수 있다. 또 대안적으로 또는 추가적으로, 슬리브는 이 슬리브가 안착될 수 있고 클램프들(clamps), 스크루들 또는 볼트들과 같은 체결 요소들이 맞물릴 수 있는 장착 플랜지들(mounting flanges)을 포함할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 플랜지들 각각은 접촉 표면 및 외측으로 지향된 에지를 규정할 수 있다. 플랜지의 접촉 표면은 슬리브의 장착 표면과 평행할 수 있다.

관형 슬리브는 그것의 각각의 축방향 단부들에서 개방 단부들을 갖는다. 인덕터는 관형 슬리브의 개방 단부들 중 각 하나 단부를 폐쇄하도록 상기 단부에 각각 장착가능한 하나 또는 그 초과의 단부 플레이트들을 추가로 포함할 수 있고, 그에 따라 추가적인 자기 차폐 및/또는 추가적인 방열 표면들을 제공한다. 단부 플레이트 중 하나 또는 모두는 입구 및 출구를 갖는 공동을 포함하여, 냉각 유체가 공동을 통해 순환하게 할 수 있다. 냉각 유체는 임의의 적합한 냉각 유체, 예를 들어 물과 같은 냉각 액체일 수 있다. 다수의 인덕터들은, 예를 들어 단부 플레이트가 2 개의 이웃하는 슬리브들 사이에 개재된 상태로 공통 축을 따라 적층될 수 있다. 공동은 인덕터 코어의 단면 형상 및 크기와 실질적으로 동일하거나, 또는 선택적으로 그것보다 약간 작거나 큰 축방향에서의 단면 형상을 갖도록 형상 및 크기 설정될 수 있다.

슬리브 및/또는 단부 플레이트들은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 재료, 혹은 질화규소, 알루미나(alumina), 질화알루미늄, 질화붕소 또는 탄화규소와 같은 세라믹으로 제조될 수 있다. 특히, 슬리브 및/또는 단부 플레이트들이 알루미늄과 같은, 비자성이지만 전기 전도성인 재료로 제조되는 경우, 슬리브 및/또는 단부 플레이트(들)는 인덕터의 내부에 자기장을 한정시키는 효율적인 차폐를 제공한다. 슬리브는 유리하게는 알루미늄과 같은 압출가능 재료로 제조될 수 있다. 일부 경우들에서, 인덕터 코어에 대면하는 차폐물의 부분만이 알루미늄 또는 비자성이지만 전기 전도성인 유사한 재료로 제조되는 한편, 인덕터 코어와 직접 접촉하지 않고 대면하는 부분은 상이한 재료, 예를 들어 플라스틱 또는 다른 성형가능 재료로 제조될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

단부 플레이트는 리세스의 측벽들 및 하부를 규정하는 베이스 구성요소, 및 리세스의 개방 측부를 덮기에 적합한 덮개 요소를 포함할 수 있어, 베이스 구성요소 및 덮개가 함께 공동을 규정한다. 공동은 인덕터 코어의 단면 형상 및 크기와 실질적으로 동일하거나, 또는 선택적으로 그것보다 약간 작거나 큰 축방향에서의 단면 형상을 갖도록 형상 및 크기 설정될 수 있다. 덮개는 인덕터 코어의 형상 및 크기와 동일한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 플레이트는, 인덕터 코어의 외측 표면과 단부 플레이트 사이에 꼭 끼워맞춤을 제공하기 위해 덮개가 인덕터 코어에 대면한 상태로 장착될 수 있다. 단부 플레이트는, 슬리브와 조립된 경우에 덮개가 관형 슬리브 내로 약간 돌출되도록 형상 및 크기 설정될 수 있다. 베이스 구성요소는 플라스틱과 같은 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 덮개는 금속 재료, 예를 들어 알루미늄, 또는 슬리브에 대해 설명된 바와 같은 유사한 재료로 제조될 수 있다.

슬리브는 예를 들어 축방향으로 연장된 슬롯의 형태인 개구를 포함하고, 그에 따라 와이어들이 슬리브를 통해 코일에 대해 인입/인출되게 한다. 슬롯은 슬리브의 전체 축방향 길이에 걸쳐서 연장될 수 있다. 이에 의해, 관형 슬리브 벽들은 슬리브 내로의 인덕터 코어의 삽입 동안에 탄성적으로 외측으로 구부러질 수 있으며, 그에 따라 용이한 조립을 허용하면서 인덕터 코어와 슬리브 사이의 밀착 끼워맞춤 및 밀접한 접촉을 제공한다. 개구는 충전 재료로 충전될 수 있으며; 충전 재료는 외부 장착 표면에 인덕터를 장착하기 위한 외측 표면, 예를 들어 대체로 평면인 외측 표면을 규정할 수 있다. 외측 표면은 개스킷을 외측 표면에 부착하기 위한 홈 또는 다른 특징부를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 충전 재료의 외측 표면에는, 개스킷 요소로서 작용가능한 돌출부가 제공될 수 있다. 인덕터의 하우징 및/또는 코어의 개구를 충전하고, 선택적으로 개스킷이 제공된, 인덕터를 장착 표면에 장착하기 위한 외측 표면을 제공하는 충전 재료의 제공이 또한 본 명세서에 설명된 바와 같은 슬리브를 갖지 않는 인덕터와 관련하여 제공될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.

슬리브에는 또한, 개스킷을 부착하기 위한 홈 또는 다른 특징부에 부가하여, 또는 그에 대한 대안으로서, 개스킷을 밀착 부착하기 위해 개구에 인접하게 언더컷 또는 홈이 제공될 수도 있다.

인덕터는 포트 코어 타입일 수 있다. 인덕터 코어는 코일에 의해 둘러싸인 내측 코어 부분, 및 코일을 둘러싸고 인덕터 코어의 외측 표면을 규정하는 외측 코어 부분을 포함할 수 있다. 인덕터 코어는 서로 조립되는 경우에 인덕터 코어를 함께 형성하고 공통 축을 규정하는 2 개의 별개의 인덕터 코어 구성요소들을 포함한다.

본 명세서에 설명된 바와 같은 인덕터들은 다양한 크기들로 제조될 수 있다. 인덕터 코어 구성요소들이 압착형 분말(compacted powder)로 제조되는 경우에, 인덕터 코어의 반경방향 치수는 30 ㎜ 내지 300 ㎜, 예컨대 40 ㎜ 내지 250 ㎜일 수 있다. 인덕터 코어의 축방향 치수는 300 ㎜ 미만, 예를 들어 200 ㎜ 미만, 예컨대 100 ㎜ 미만일 수 있다.

외측 코어 부분은 축방향 단부들 및 코일의 전체 둘레부를 둘러쌀 수 있거나, 외측 코어 부분은 축방향 단부들 및/또는 코일의 둘레부의 주요 부분을 둘러쌀 수 있다. 인덕터 코어는 내측 코어 부재 및 외측 코어 부재를 포함할 수 있으며, 이들 코어 부재들 각각은 제 1 베이스 부재와 제 2 베이스 부재 사이에서 축방향으로 연장되고, 제 1 베이스 부재와 제 2 베이스 부재 사이에 각각의 자속 경로들을 제공하며; 외측 코어 부재는 내측 코어 부재를 적어도 부분적으로 둘러싸고, 이에 의해 내측 코어 부재와 외측 코어 부재 사이에 권선을 수용하기 위한 내측 코어 부재 주위의 공간의 외주부를 규정한다.

내측 코어 부재는 원통형 또는 관형 구조체로서 형성될 수 있거나, 상이한 단면 형상, 예를 들어 다각형 형상을 가질 수 있다. 내측 코어 부재는 제 1 및 제 2 베이스 부재들 중 각 하나로부터 서로를 향해 각각 연장되는 각각의 제 1 및 제 2 내측 코어 부재들에 의해 형성될 수 있다.

제 1 및 제 2 베이스 부재들은 각각의 플레이트들, 예를 들어 원형 플레이트들로서 형성될 수 있으며, 여기서 내측 코어 부재는 플레이트들의 중심으로부터 축방향으로 연장되고, 외측 코어 부재는 단부 플레이트들의 주변 부분으로부터 연장되고, 베이스 부재는 내측 및 외측 코어 부재들을 연결하는 반경방향 자속 경로를 제공한다.

조립된 인덕터 코어는 원형 단면을 갖는 원통형 형상을 가질 수 있다. 대안적으로, 인덕터는 다각형, 예를 들어 육각형, 장방형 등과 같은 상이한 단면 형상을 가질 수 있다. 슬리브가 인덕터 코어의 단면 형상에 대응하는 관형 중공 형상을 규정하는 경우, 인덕터 코어 주위에의 슬리브의 꼭 끼워맞춤이 제공된다. 인덕터 코어가 그 전체 길이에 걸쳐서 고정된 단면을 갖는 경우, 인덕터 코어는 인덕터의 전체 길이에 걸쳐서 슬리브의 내측 표면과 접촉하면서 슬리브 내측의 제위치로 용이하게 슬라이딩할 수 있다.

슬리브는 인덕터 코어를 완전히 수용하도록, 즉 인덕터 코어의 전체 축방향 길이를 따라 인덕터 코어를 둘러싸도록 축방향 길이를 가질 수 있다. 슬리브는 인덕터 코어보다 약간 길 수 있어, 하나 또는 그 초과의 단부 플레이트들의 일부분이 슬리브의 개방 단부들 내로 돌출되게 하고 인덕터 코어의 단부면들과 접촉하게 한다. 슬리브가 다양한 길이들로 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 그러므로, 다양한 크기들의 인덕터 코어들을 수용하기 위한 슬리브들이 제공될 수 있으며, 심지어, 선택적으로 차폐 플레이트들에 의해 분리되어 있는, 다수의 인덕터 코어들을 서로에 대한 축방향 연장부에서 수용하는 슬리브들이 제공될 수 있다.

본 명세서에 설명된 인덕터 코어의 실시예들은 분말 야금(Powder Metallurgy: P/M) 제조 방법들에 의해 제조되기에 적합하다. 따라서, 인덕터 코어는 압착형 연자성 분말과 같은 연자성 재료로 제조될 수 있으며, 이에 의해 인덕터 코어 구성요소들의 제조를 단순화하고, 연자성 재료에 효과적인 삼차원 자속 경로를 제공하여 인덕터 코어 내의 예를 들어 반경방향, 축방향 및 둘레방향 자속 경로 성분들을 허용한다. 여기에서 그리고 하기에서, 용어 "연자성(soft magnetic)"은, 자화될 수 있지만, 자기장이 제거되는 경우에 자화된 상태로 유지되는 경향이 없는 재료의 재료 특성을 지칭하는 것으로 의도된다. 일반적으로, 그것의 보자력(coercivity)이 1 kA/m 이하인 경우에 재료는 연자성으로서 설명될 수 있다(참고, 예를 들면 "자기학 및 자성 재료들에 대한 입문(Introduction to Magnetism and Magnetic materials)"(David Jiles, First Edition 1991 ISBN 0 412 38630 5(HB), page 74)).

본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "연자성 조성물들(soft magnetic composites)"(SMC)은 삼차원(3D) 자기 특성들을 갖는 압축/압착되고 열처리된 금속 분말 구성요소들을 지칭하는 것으로 의도된다. 전형적으로, SMC 구성요소들은 단일 단계에서 복잡한 형상들을 가질 수 있는 균일한 등방성 구성요소들(isotropic components)을 형성하도록 압착되는 표면-절연된 철 분말 입자들로 구성된다.

연자성 분말은 예를 들어 연자성 철 분말, 또는 Co 또는 Ni, 또는 이것의 일부들을 함유하는 합금들을 포함하는 분말일 수 있다. 연자성 분말은 실질적으로 순수한 수분사 철 분말(water atomised iron powder), 또는 전기 절연체로 코팅된 불규칙적인 형상의 입자들을 갖는 스폰지 철 분말(sponge iron powder)일 수 있다. 본 맥락에서, 용어 "실질적으로 순수한(substantially pure)"은, 분말이 개재물들(inclusions)이 실질적으로 없어야 하고, O, C 및 N과 같은 불순물들의 양이 최소로 유지되어야 하는 것을 의미한다. 중량-기반 평균 입자 크기들은 일반적으로 300 ㎛ 미만 10 ㎛ 초과일 수 있다.

그러나, 연자성 특성들이 충분하고 분말이 다이 압착에 적합한 한에는 임의의 연자성 금속 분말 또는 금속 합금 분말이 사용될 수 있다.

분말 입자들의 전기 절연체는 무기 재료로 제조될 수 있다. 절연성 산소-함유 및 인-함유 장벽을 갖는 본질적으로 순수한 철로 구성된 베이스 분말(base powder)의 입자들에 관한 것인 US 6348265(본 명세서에 참조로 포함됨)에 개시된 절연체의 타입이 특히 적합하다. 절연성 입자들을 갖는 분말들은 스웨덴 소재의 회가내스 아베(Hoeganaes AB)로부터 입수가능한 Somaloy® 500, Somaloy® 550 또는 Somaloy® 700으로서 이용가능하다.

게다가, 인덕터의 모듈 설계는 또한, 단지 제한된 수의 구성요소들로부터 인덕터의 다수의 버전들, 예를 들어 그 축이 장착 표면에 수직한 상태로 장착되는 인덕터들, 그 축이 장착 표면에 평행한 상태로 장착하기 위한 인덕터들, 하나 또는 그 초과의 단부 플레이트들을 갖거나 갖지 않는 인덕터들, 냉각 유체에 의해 냉각되는 하나 또는 그 초과의 단부 플레이트들을 갖는 인덕터들 등의 제조를 가능하게 한다.

본 개시는, 처음으로 언급된 태양과 관련하여 설명된 이익들 및 이점들 중 하나 또는 그 초과를 각각 가져오고, 처음으로 언급된 태양과 관련하여 설명되고 및/또는 첨부된 청구범위에 기재된 실시예들에 대응하는 하나 또는 그 초과의 실시예들을 각각 갖는, 방법들, 디바이스들, 및/또는 제조 수단들에 대응하는, 상기에서 그리고 하기에서 설명되는 인덕터를 포함하는 상이한 태양들에 관한 것이다.

특히, 본 명세서에는 인덕터를 위한 차폐물/하우징의 실시예들이 개시되어 있으며, 인덕터는 코일 및 인덕터 코어를 포함하고, 차폐물/하우징은 인덕터 코어를 둘러싸도록 크기 및 형상 설정된 관형 차폐 슬리브를 포함하고, 여기서 슬리브의 내측 표면은 인덕터 코어의 외측 표면과 접촉한다.

다른 태양에 따르면, 본 명세서에는, 인덕터의 차폐 구조체를 위한 단부 플레이트의 실시예들이 개시되어 있으며, 인덕터는 코일 및 인덕터 코어를 포함하고, 차폐 구조체는 인덕터 코어를 둘러싸고, 인덕터 코어를 수용하기 위한 적어도 하나의 개구를 규정하고, 단부 플레이트는 공동을 통해 냉각 유체를 수용하고 순환시키기 위한 입구 및 출구를 갖는 공동을 포함한다. 특히, 단부 플레이트는 리세스의 측벽들 및 하부 표면을 규정하는 베이스 구성요소, 및 리세스의 개방 측부를 덮기에 적합한 덮개 요소를 포함할 수 있어, 베이스 구성요소 및 덮개가 함께 공동을 규정한다.

본 명세서에 개시된 다양한 태양들의 실시예들뿐만 아니라, 본 발명의 개념의 추가적인 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부 도면들을 참조하여 본 명세서에 개시된 태양들의 실시예들의 하기의 예시적이고 비제한적인 설명에서 보다 상세하게 설명될 것이며, 도면들에서는 유사한 도면 부호들이 달리 언급되지 않는다면 유사한 요소들을 지칭한다.
도 1은 인덕터의 실시예의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2는 인덕터의 실시예의 3차원 도면을 도시한다.
도 3은 인덕터를 위한 관형 차폐 구조체를 도시한다.
도 4는 베이스 플레이트 상에 장착된 인덕터의 실시예의 예들을 도시한다.
도 5는 인덕터의 다른 실시예를 도시한다.
도 6은 인덕터의 다른 실시예를 도시한다.
도 7은 인덕터용의 차폐 구조체를 위한 단부 플레이트의 실시예를 도시한다.
도 8a 내지 도 8d는 인덕터의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 인덕터의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 10은 개구에 인접하여 있는 언더컷 또는 홈의 실시예를 도시한다.
도 11은 인덕터 코어를 도시한다.

도 1은 인덕터의 실시예의 개략적인 단면도를 도시하고 있다. 인덕터는 인덕터 코어(100) 및 코일(104)을 포함한다. 인덕터 코어(100)는 코일(104)이 그 주위에 권취되는 내측 부분(101)을 포함한다. 내측 부분은 원형 단면 또는 상이한 형상의 단면을 갖는 축방향으로 연장된 로드(rod)일 수 있다. 인덕터 코어는 코일(104)을 둘러싸는 외측 부분을 추가로 포함한다. 본 예에서, 외측 부분은 관형 외측 부분(102), 및 이 관형 외측 부분(102)을 내측 부분(101)과 연결하는 플레이트형 단부 부분들(103)을 포함한다. 관형 외측 부분은 내측 부분과 동축이다. 내측 부분 및 외측 부분은 코일을 수용하기 위한, 환형 단면을 갖는 중공 공간을 규정한다. 인덕터 코어는 다수의 구성요소들, 예를 들어 2 개의 컵형 절반부들로 제조될 수 있으며, 각 절반부는 컵의 하부로부터 돌출되는 중앙 로드를 갖는다. 2 개의 절반부들은 축방향으로 정렬된 상태로 그리고 각각의 중앙 로드들이 서로 대면하는 상태로 조립될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 인덕터 코어 및/또는 코일의 형상 및/또는 배열이 상이할 수 있다는 것이 이해될 것이다.

코일(104)은 관형 형상을 가지며, 내측 코어 부분을 둘러싸고 내측 코어 부분과 외측 코어 부분 사이의 공간에 끼워맞춰지도록 크기 설정된다. 인덕터 코어는 권선 리드-스루(lead-through) 및/또는 다른 특징부들(도시를 단순화하기 위해서 도시되지 않음)을 추가로 포함한다. 리드-스루는 예를 들어 관형 외측 코어 부분(102) 또는 단부 부분들(103) 중 하나 내에 배열될 수 있다.

인덕터 코어는 압착형 자성 분말 재료로 제조될 수 있다. 이러한 재료는 연자성 분말(soft magnetic powder)일 수 있다. 상기 재료는 페라이트 분말(ferrite powder)일 수 있다. 상기 재료는 예를 들어 전기 절연성 코팅이 제공된 철 입자들을 포함하는 표면-절연된 연자성 분말일 수 있다. 상기 재료의 저항률은 와전류들이 실질적으로 억제되도록 될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 상기 재료는 예를 들어 스웨덴 S-263 83 회가내스 소재의 회가내스 아베(Hoeganaes AB)로부터의 제품군 Somaloy(예를 들면, Somaloy(R) 110i, Somaloy(R) 130i 또는 Somaloy(R) 700HR)에서의 연자성 분말일 수 있다.

대안적으로, 인덕터 코어, 또는 그 부품들은 공기의 투자율보다 높은, 충분히 높은 투자율의 상이한 재료로 제조되고, 및/또는 단일 피스(single piece)로 형성되기보다는 복수의 개별 피스들로 조립될 수 있다.

인덕터는 관형 슬리브(105) 및 단부 플레이트들(106 및 107)을 각각 포함하는 차폐 구조체(shielding structure) 또는 하우징을 추가로 포함한다. 차폐 구조체는 인덕터 외측의 자기장을 감소시키기 위해 스테이터 코어(100)를 둘러싼다. 이러한 목적을 위해, 차폐 구조체는 비자성이지만 전기 전도성인 재료, 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 2보다 작은 상대 투자율을 갖는 재료로 제조된다.

슬리브(105)는 인덕터 코어 주위에 꼭 맞게 끼워맞춰지도록 형상 및 크기를 갖는다. 슬리브(105)는 양 단부들에서 개방된다. 도 1의 예에서, 슬리브의 개방 단부들은 단부 플레이트들(106 및 107)에 의해 각각 폐쇄된다.

도 2는 인덕터의 다른 실시예를 도시하고 있다. 인덕터는 인덕터 코어(100) 및 코일(도시되지 않음)을 포함한다. 인덕터 코어(100) 및 코일은 도 1과 관련하여 설명되는 타입일 수 있다. 인덕터는 관형 슬리브(105) 및 단부 플레이트(106)를 포함하는 차폐 구조체를 추가로 포함한다.

도 3은 관형 슬리브(105)의 보다 상세한 도면을 도시하고 있다. 특히, 도 3a는 슬리브(105)의 삼차원 도면을 도시하는 한편, 도 3b는 축방향에서 본 슬리브의 상면도를 도시하고 있다. 도 2를 계속 참조하면서 도 3을 참조하면, 관형 슬리브(105)는 인덕터 코어(100)를 수용하기 위한 내측 중공 공간을 규정하는 내측 접촉 표면(320)을 갖는 관형 벽을 포함한다. 본 예에서, 내측 코어(100)는 원통형 형상을 가지며, 그에 따라 슬리브(105)는 인덕터 코어와 접촉하도록 형상 및 크기 설정되는 원통형 내측 접촉 표면(320)을 갖는다. 슬리브는 관형 벽으로부터 외측으로 돌출되는 방열 구조체들(209 및 309)을 포함한다. 결과적으로, 슬리브(105)는 인덕터로부터의 열이 효과적으로 방산되게 한다. 본 예에서, 방열 구조체들은 축방향으로 연장된 핀들(fins)이다. 이들은, 도 3b에서 라인들(318 및 319)로 나타낸 바와 같이, 장방형(rectangle) 내에 꼭 맞게 내접될 수 있는 단면 프로파일을 슬리브에 제공하도록 상이한 길이들을 갖는다. 결과적으로, 인덕터는 공간 절약 방식으로 다른 구성요소들 및 특히 다른 유사 인덕터들에 인접하게 용이하게 배열될 수 있다.

도 1의 예에서와 같이, 도 3의 차폐 구조체는 비자성이지만 전기 전도성인 재료, 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 2보다 작은 상대 투자율을 갖는 재료로 제조된다. 슬리브는 고정된 단면 프로파일을 가지며, 그에 따라 예를 들어 압출 프로세스에 의한 슬리브의 효율적인 제조를 허용한다. 슬리브는 알루미늄으로 제조된다. 그러나, 다른 재료들이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

슬리브는, 도 2에서와 같지만 단부 플레이트를 갖지 않는 인덕터에 대해, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이, 조립된 인덕터가 상이한 배향들로 장착되게 하는 다수의 장착 구조체들을 포함한다. 단부 플레이트를 포함하는 도 2의 인덕터 또는 2 개의 단부 플레이트들을 각 단부에 하나씩 포함하는 인덕터가 동일한 방식으로 장착될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

특히, 슬리브는 인덕터 코어를 둘러싸는 관형 벽에 접하는 평면형 장착 표면(212)을 포함한다. 결과적으로, 도 4a에 도시된 바와 같이, 인덕터는 장착 표면(212)이 지지 표면(421)에 대면한 상태로 지지 표면(421) 상에 위치될 수 있다. 따라서, 장착 표면은 열이 슬리브와 장착 표면 사이에서 효율적으로 교환되고 지지 표면에 의해 인덕터로부터 멀리 인도될 수 있게 한다.

슬리브는 장착 표면(212)과 평행한 접촉 표면 및 외측으로 배향된 에지들을 제공하는 축방향으로 연장된 L자형 플랜지들(213)을 추가로 포함한다. 그러므로, 인덕터는 그 장착 표면(212)이 평면형 지지체(421) 상에 안착되는 경우, 플랜지들(213)의 접촉 표면은 또한 지지체(421)와 접촉하고, 도 4a에 도시된 바와 같이 플랜지들의 절개부들(cut-outs)(214) 또는 구멍들을 관통하여 연장되는 스크루들 또는 볼트들(422)을 통해 또는 클램프들(clamps)을 통해 인덕터가 지지체(421)에 고정되게 한다. 플랜지들(213)은 안정한 지지 및 용이한 장착을 제공하기 위해 장착 표면의 양 측부들 상에 제공된다. 플랜지들(213)과 지지 표면(212) 사이의 방열 특징부들(309)은 그들의 에지들이 장착 표면과 정렬되도록 길이를 갖는다. 게다가, 플랜지들(213)과 장착 표면 사이의 방산 특징부들은 장착 표면(212)에 수직한 방향으로 관형 슬리브 벽으로부터 연장된다. 그러므로, 장착 표면, 플랜지들(213) 및 이들 사이의 방산 특징부들(309)의 에지들은 함께 안정한 평면형 지지체를 형성한다.

각 플랜지 및 방열 특징부들 중 인접한 특징부는 장착 표면(212)에 수직이고 그로부터 멀어지는 방향으로 개방된 채널(channel)(317)을 규정한다. 그러므로, 인덕터는 셀프-커팅 스크루(self-cutting screw)를 아래로부터 채널(317) 내로 구동함으로써 지지 플레이트(421) 상에 장착될 수 있다.

슬리브는 또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 즉 그 축이 장착 표면(421)에 수직한 상태로, 조립된 인덕터의 장착을 용이하게 한다. 이러한 목적을 위해, 슬리브는 관형 슬리브 벽으로부터 반경방향 외측으로 연장되고 볼트(423) 또는 스크루 또는 유사한 체결 요소를 수용하기 위한 축방향 채널(211)을 규정하는 장착 특징부들을 포함한다.

그러므로, 인덕터는 슬리브 내에의 인덕터 코어의 재조립에 대한 필요성 없이 대안적인 배향들로 장착될 수 있다. 게다가, 채널들(211), 플랜지들(213) 및 장착 표면을 형성하는 장착 특징부들은 또한 방열에도 기여한다.

슬리브(105)는 인덕터 코어 주위에 꼭 맞게 끼워맞춰지도록 형상 및 크기를 갖는다. 슬리브(105)는 양 단부들에서 개방되고 용이한 조립을 허용한다.

슬리브(105)는 축방향으로 연장된 슬롯(210)을 포함하고, 그에 따라 코일로부터의 와이어들이 슬리브를 통해 공급되게 한다. 또한, 슬롯은 관형 벽이 약간 외측으로 가압되게 하여 인덕터 코어를 제위치로 용이하게 슬라이딩시킨다.

다시 도 2를 참조하면, 단부 플레이트(106)는 볼트들 또는 스크루들에 의해, 접착(gluing)에 의해 또는 다른 적합한 방식으로 슬리브의 단부에 정착가능하다. 단부 플레이트는 그 코너부들에 장착 구멍들(215)을 포함하여 조립된 인덕터를 지지 플레이트에 장착하기 위한 또 다른 옵션을 제공한다. 단부 플레이트는 슬리브의 전체 개구를 덮는다. 하기에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 단부 플레이트는 냉각 유체를 수용 및 순환시키기 위한 공동(cavity)을 포함할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 단부 플레이트의 측면은 공동과 유체 연통하는 입력 및 출력 포트들(216)을 포함하여 냉각 유체가 공동을 통해 순환되게 한다.

도 2의 인덕터는 슬리브의 개방 단부들 중 하나를 덮는 하나의 단부 플레이트만을 포함한다. 그러나, 다른 실시예들에서는, 양쪽 개방 단부들이 각각의 단부 플레이트에 의해 덮여질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 유사하게, 또 다른 실시예들에서, 인덕터는 개방 단부들 중 어떤 것도 임의의 단부 플레이트에 의해 덮여지지 않은 상태로, 예를 들어 도 4의 예에서와 같이, 슬리브만을 가질 수도 있다.

도 5는 인덕터의 다른 예를 도시하고 있다. 특히, 도 5a는 인덕터의 삼차원 도면을 도시하는 한편, 도 5b는 축방향에서 본 상면도를 도시하고 있다. 도 5의 인덕터는, 인덕터 코어(100), 코일(도시되지 않음), 및 슬리브(105), 예를 들어 도 3과 관련하여 설명된 바와 같은 슬리브를 포함한다는 점에서 도 4의 인덕터와 유사하다. 전술한 바와 같이, 슬리브(105)에는 축방향으로 연장된 슬롯(210)이 제공되어, 와이어들(208)이 코일로부터 외부로 인출되게 하고, 인덕터 코어를 제위치로 슬라이딩시킬 때 관형 벽들이 약간 벌어지게 한다. 인덕터가 조립되면, 특히 단부 플레이트들을 갖지 않는 실시예들에서, 벌어지는 것에 대비하여 관형 벽들을 고정하는 것이 요망될 수 있는데, 이는 이것이 인덕터가 슬리브 외부로 슬라이딩하게 할 수 있기 때문이다. 이러한 목적을 위해, 관형 벽들은 하나 또는 그 초과의 클램프 부재들(524), 예를 들어 슬롯(210)의 양 측부 상에서 방열 특징부들(409) 상에 스냅결합되고 이들과 맞물릴 수 있는 탄성 클램프 부재에 의해 서로를 향해 당겨질 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 슬리브는 접착제 또는 다른 적합한 체결 수단들에 의해 인덕터 코어에 부착될 수 있다.

도 6은 인덕터의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 6의 인덕터는 슬리브(105)의 개방 단부들 중 각 하나를 각각 덮는 2 개의 단부 플레이트들(106 및 107)을 포함하는 것을 제외하고 도 2에서의 인덕터와 유사하다. 도 6의 예에서, 단부 플레이트들(106 및 107)은 서로 동일하고, 즉, 또한 단부 플레이트(107)는 이 단부 플레이트 내측의 공동과 유체 연통하는 입력/출력 포트들(616)을 포함한다. 단부 플레이트(107)는 채널들(211)과 정렬되는 관통 구멍들(611)을 포함하고, 그에 따라 여전히 그 축이 장착되는 지지 표면에 수직한 상태로 인덕터가 용이하게 장착되게 한다. 단부 플레이트(106)가 대응하는 구멍들을 포함한다는 것이 이해된다.

도 7은 인덕터를 위한 단부 플레이트, 예를 들어 도 2 또는 도 6의 단부 플레이트(106)의 예의 분해도를 도시하고 있다. 단부 플레이트(106)는 리세스(recess)를 규정하는 원형 리지(ridge)(727)를 포함하는 베이스 플레이트(726)를 포함한다. 리지는 밀봉 링(733)을 수용하기 위해 그것의 반경방향 내주부에 채널을 포함한다. 단부 플레이트는 리지 상에 배치되도록 형상 및 크기 설정된 덮개(734)를 추가로 포함하여, 그에 따라 리지(727)에 의해 한정된, 베이스 플레이트(726)와 덮개(734) 사이에 공동(729)을 규정한다. 덮개는 접착에 의해 또는 다른 적합한 수단들에 의해 리지에 고정될 수 있다. 그러므로, 리지 및 덮개는 베이스 플레이트로부터 약간 돌출된다.

공동(729)은 베이스 플레이트(726)의 에지에 있는 포트들(216) 중 각 하나와 각각 유체 연통하는 입구(731) 및 출구(732)를 포함한다. 베이스 플레이트는 공동의 중심으로부터 입구(731)와 출구(732) 사이의 공동의 주변부의 위치까지 연장되는 반경방향 리지(730)를 포함하고, 그에 따라 입구(731)를 통해 공동에 진입하는 냉각 유체가 출구(732)를 향해 리지(730) 주위로 유동하게 한다. 그러므로, 유체 유동은 전체 공동을 통해 보장된다. 리지의 중앙 단부(736)는 덮개의 중심이 안착될 수 있는 원통형 돌출부로서 형성되고, 그에 따라 덮개가 내측으로 구부러지는 것을 방지한다.

입구(731) 및 출구(732)를 각각의 포트들(216)과 연결하는 채널들은 리지(727)의 높이에 대응하는 증가된 높이를 갖는 베이스 플레이트의 부분(735) 내에 수용된다. 증가된 높이 부분(735)은 리지(727)의 외주부로부터 베이스 플레이트의 에지까지 연장된다. 그러나, 입구와 출구 사이의 유체 유동, 예를 들어 사행 유동(meandering flow)을 초래하는 다른 공동 설계들이 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

조립된 단부 플레이트는 덮개(734)가 인덕터 코어를 향해 대면한 상태로 슬리브 상에 장착된다. 특히, 도 6에서 가장 용이하게 알 수 있는 바와 같이, 리지(727) 및 덮개(734)는 슬리브의 개구 내로 돌출되어 덮개가 인덕터 코어와 접촉하고 베이스 플레이트의 에지가 슬리브의 에지 상에 안착되게 하도록 형상 및 크기 설정된다. 상기 부분(735)은 또한 슬리브 내로 연장되고, 포트들(216)을 갖는 그 에지 부분이 축방향 슬롯(210) 내로 끼워맞춰지도록 크기 및 형상 설정되고, 그에 따라 콤팩트한 설계, 포트들(216)에의 용이한 접근, 및 간단한 조립을 제공하는데, 여기서 상기 부분(735)은 단부 플레이트의 정렬을 용이하게 하는 인덱싱 특징부(indexing feature)로서 기능한다.

그리고, 단부 플레이트는 구멍들(611)을 통한 볼트들에 의해, 접착 또는 다른 적합한 부착 수단들에 의해 슬리브에 고정될 수 있다. 결과적으로, 덮개(734)는 인덕터 코어와 접촉하여 인덕터 코어와 냉각 유체 사이에서의 효율적인 열 교환을 허용한다. 단부 플레이트가 볼트들 또는 유사한 부착 수단들에 의해 슬리브에 고정되는 경우, 덮개는 밀봉부(733)에 대해 추가로 밀려지고, 그에 따라 냉각 유체의 누출을 방지한다. 게다가, 덮개(734)가 슬리브와 관련하여 설명된 바와 같이 알루미늄 또는 다른 적합한 재료로 제조되는 경우, 자기장의 효율적인 차폐가 제공된다. 또한, 베이스 플레이트(726)도 알루미늄 또는 자기장을 차폐하는 다른 재료로 제조될 수 있다. 대안적으로, 베이스 플레이트(726)는 플라스틱, 또는 예를 들어 사출 성형 프로세스에 의한 용이한 제조를 허용하는 다른 적합한 재료로 제조될 수 있다. 이것은 덮개에 의한 효율적인 냉각 및 차폐를 유지하면서, 단부 플레이트의 비용-효율적인 제조를 허용한다.

도 8a 내지 도 8d는 인덕터의 또 다른 실시예를 도시하며, 여기서 도 8a는 장착 표면 상에 장착하기 이전의 조립된 인덕터를 도시하고, 도 8b는 장착 표면 상에 장착되어 있는 조립된 인덕터를 도시하고, 도 8c는 밀봉 개스킷(sealing gasket)이 제거된 상태의 조립된 인덕터의 부분도를 도시하고, 도 8d는 의도된 장소에 위치된 조립된 인덕터 밀봉 개스킷의 부분도를 도시하고 있다. 도 8a 내지 도 8d의 인덕터는, 본 명세서에 설명된 바와 같은 차폐 슬리브(805), 및 슬리브(805)의 개방 단부들 중 각 하나를 각각 덮는 2 개의 단부 플레이트들(806, 807)을 포함한다는 점에서 도 2의 인덕터와 유사하다. 슬리브(805)는 와이어들(808)이 공급되는 개구를 규정한다. 도 8a 내지 도 8d의 예에서, 개구는, 예를 들어 도 2의 실시예와 관련하여 설명된 바와 같이, 축방향 슬롯(810)의 형태이다. 도 8a 내지 도 8d에 도시된 바와 같이, 개구(810)는 충전 재료(837), 예를 들어 고무, 실리콘, 폴리우레탄 또는 다른 적합한 재료로 충전된다. 충전 재료는 이 충전 재료를 고정하기 위한 장착 특징부를 심지어 구비할 수도 있는 방열 특징부들 사이의 채널/홈 내로 및/또는 개구 내로 억지-끼워맞춤(press-fit)될 수 있는 유연한 탄성 요소일 수 있다. 대안적으로, 상기 재료는 개구 내로 충전된 후에 경화되는 경화성 재료일 수 있다. 그러한 재료는 심지어, 진동들의 영향을 감소시키기 위해 슬리브 내측의 인덕터 구성요소들 사이의 모든 보이드들(voids)을 충전하도록 제공될 수도 있다. 임의의 경우에, 충전 재료는 이 충전 재료(807)가 장착 표면(821)에 대면하도록 외부 장착 표면(821) 상에 장착하기 위해 (예를 들면, 도 3과 관련하여 설명된 바와 같은) 슬리브에 의해 규정된 장착 표면과 실질적으로 정렬된 표면을 규정한다.

본 예에 있어서, 충전 재료의 외측 표면에는, 와이어들(808)을 둘레방향으로 둘러싸는 개스킷(838)을 수용하기 위한 리세스/홈(840)이 제공된다. 도 8c는 리세스/홈(840)을 나타내도록 개스킷(838)이 제거된 상태로 충전 재료를 도시하는 한편, 도 8d는 리세스/홈(840) 내에 위치된 개스킷을 도시하고 있다. 결과적으로, 충전 재료가 장착 표면(821)에 대면한 상태로 인덕터가 표면(821) 상에 장착되는 경우, 개스킷(838)은 장착 표면(821)과 밀착 밀봉 연결부를 규정하고, 그에 따라 와이어들(808)이 관통 연장되는 덕트들을 습기로부터 보호한다. 이것은 인덕터가 다른 차폐 하우징 없이, 예를 들어 다른 전자 구성요소들을 수용하는 하우징의 외측 표면 상에 장착되어야 하는 경우에 특히 바람직하다.

대안적으로 또는 추가적으로, 충전 재료(837)의 외측 표면 자체가 예를 들어 그것의 탄성 특성들을 이용하여 밀봉 요소로서 기능할 수 있다. 충전 재료(837)의 외측 표면에는, 돌출부가 제공될 수 있다. 또 대안적으로, 충전 재료의 외측 표면은 평면일 수 있으며, 개스킷은 장착 표면(821)과 충전 재료(837)의 외측 표면 사이에 배치될 수 있다.

본 예에서, 인덕터는 2 개의 축방향으로 연장된 방열 특징부들 사이에 규정된 각각의 채널들(842) 내로 삽입가능한 브래킷들(brackets)(839)을 통해 공급되는 스크루들(822)에 의해 표면(821)에 장착가능하다.

도 9a 및 도 9b는 인덕터의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 9a 및 도 9b의 인덕터는 차폐 슬리브(905) 및 2 개의 단부 플레이트들(906 및 907)을 각각 포함한다는 점에서 도 8a 내지 도 8d의 인덕터와 유사하다. 슬리브(905)는 와이어들(908)이 공급되는 개구(910)를 규정하고, 이 개구(910)는, 도 8a 내지 도 8d와 관련하여 모두 설명된 바와 같이, 개스킷(938)을 수용하기 위한 홈(940)을 포함하는 충전 재료(937)로 충전된다. 본 예에서, 인덕터는 각각의 단부 플레이트들(906 및 907)에 제공된 각각의 플랜지들(939)을 통해 연장되는 스크루들(922)에 의해 표면(921)에 장착가능하다. 도 9b에서 가장 용이하게 알 수 있는 바와 같이, 충전 재료는 이 충전 재료를 추가로 고정하기 위한 플랜지 또는 립(lip)(941)이 심지어 제공될 수도 있는 인접한 방열 특징부들 사이의 하나 또는 그 초과의 채널들 내로 연장될 수 있다.

도 10은 차폐 슬리브(1005)의 일부분을 통한 축방향 단면을 도시하고 있다. 슬리브(1005)는 도 2, 도 8 및 도 9와 관련하여 상기에서 설명된 개구들(210, 810, 910)에 대응하는 개구(1010)를 포함한다. 개구(1010)에 인접하게, 슬리브(1005)의 벽은 개스킷(도시되지 않음)을 수용하기에 적합한 언더컷 또는 홈(1042)을 포함한다. 언더컷 또는 홈(1042)은 개구(1010)를 둘러쌀 수 있거나, 개구가 슬리브(1005)의 전체 축방향 길이에 걸쳐서 연장되는 경우에, 도 10에 도시된 바와 같이 개구의 양 측부에 언더컷 또는 홈(1042)이 있을 수 있다. 이러한 개스킷은, 도 9와 관련하여 설명된 개스킷(938)을 이용하는 것, 또는 개스킷으로서 충전 재료 자체를 이용하는 것에 대한 대안 또는 보완으로서 이용될 수 있다. 슬리브(1005)가 인덕터의 일부를 형성하는 경우, 개구(1010)는, 예를 들어 도 8 및 도 9와 관련하여 상기에서 설명된 바와 같이, 충전 재료에 의해 덮여진다.

도 11은 인덕터 코어(1100)를 도시하고 있다. 인덕터 코어(1100)는 단부 부분(1103)을 포함하고, 이 단부 부분(1103)으로부터 외측 부분(1102) 및 내측 부분(1101)이 축방향으로 연장된다. 단순화를 위해 생략된 코일의 권선은 내측 부분(1101) 주위에 배열될 수 있다. 외측 부분(1102)은 와이어들(도시되지 않음)이 인덕터 코어(1100) 외부의 전기 구성요소들에 권선을 연결하기 위해 코일로 들어가고/코일로부터 나올 수 있게 하는 개구를 형성하는 축방향으로 연장된 슬롯(1110)을 포함한다. 개구(1110)의 목적은 외측 부분(1102)을 통한 권선의 연결 부분을 위한 리드-스루를 제공하는 것이다. 인덕터를 제공하기 위해서, 코일은 상기에서 도 1에 대해 설명된 바와 같이 대응하는 방식으로 인덕터 코어(1100) 내에 위치된다. 또한, 슬롯(1110)은 와어어들이 통과하는 곳을 제외하고는 충전 재료로 덮여지고, 그에 따라 밀착 밀봉이 제공된다. 인덕터 코어(1100)는 차폐 슬리브, 예를 들어 본 명세서에서 설명된 슬리브들 중 임의의 하나와 함께 사용될 수 있거나, 인덕터 코어(1100)는 슬리브 없이 사용될 수 있다.

일부 실시예들이 상세하게 설명되고 도시되었지만, 본 발명은 이들에 제한되지 않으며, 하기의 청구범위에 규정된 기재내용의 범위 내에서 다른 방식들로 또한 구현될 수도 있다. 특히, 다른 실시예들이 이용될 수 있으며, 구조적 및 기능적인 변형예들이 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들면, 상기에서는, 원통형의 기하학적 형상을 나타내는 인덕터 코어들이 개시되었다. 그러나, 본 발명의 개념은 이러한 기하학적 형상에 한정되지 않는다. 예를 들면, 인덕터 코어들은 타원형, 삼각형, 사각형 또는 다각형 단면을 나타낼 수 있다.

본 명세서에 설명된 인덕터의 실시예들은 광발전(photovoltaic) 응용들을 포함하는 다양한 응용들, 전력 변환 유닛들, 전압 제어 유닛들, LC 또는 LCL 필터들과 같은 필터 유닛들 등에서 사용될 수 있다. 본 명세서에 설명된 인덕터의 실시예들은 다양한 전력 레벨들, 예를 들어 500 W 초과, 예컨대 1 kW 초과의 전력 레벨들에서, 2 kHz 내지 30 kHz, 예컨대 5 kHz 내지 25 kHz의 주파수들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 주파수들로 작동하는 시스템들에서 사용될 수 있다.

몇 개의 수단들을 열거한 디바이스 청구항들에서, 이러한 수단들 중 몇 개는 하나의 동일한 구조적 구성요소에 의해 구현될 수 있다. 특정 조치들이 서로 상이한 종속 청구항들에 기재되거나 상이한 실시예들에 설명된다는 사실만으로는, 이러한 조치들의 조합이 유리하게 사용되지 않을 수 있다는 것을 나타내는 것은 아니다.

본 명세서에서 사용될 때 용어 "포함하다/포함하는"은 언급된 특징들, 정수들, 단계들 또는 구성요소들의 존재를 특정하도록 취해지지만, 하나 또는 그 초과의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 구성요소들 또는 이들의 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하지는 않는다는 것이 강조되어야 한다.

Claims

코일(coil) 및 측벽을 포함하는 인덕터(inductor)로서, 상기 측벽은 상기 코일을 둘러싸고, 상기 측벽은 인덕터 코어(inductor core)의 외측 부분 및/또는 차폐 슬리브(shielding sleeve)를 포함하며, 상기 측벽은 상기 코일의 전기 연결부의 통로를 제공하는 개구를 포함하며,
상기 개구는 상기 전기 연결부가 통과하는 곳을 제외하고 상기 개구를 충전하는 충전 재료(filling material)에 의해 덮여지는 것을 특징으로 하는,
인덕터.
제 1 항에 있어서,
상기 측벽에 포함된 상기 개구는 상기 측벽의 축방향으로 연장된 슬롯(slot)을 포함하거나 그에 의해 구성되는,
인덕터.
제 2 항에 있어서,
상기 슬롯은 상기 측벽의 축방향 길이의 적어도 50%, 바람직하게는 상기 측벽의 축방향 길이의 적어도 75%, 보다 바람직하게는 실질적으로 상기 측벽의 축방향 길이, 가장 바람직하게는 상기 측벽의 전체 축방향 길이에 대응하는 길이를 따라 연장되는,
인덕터.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충전 재료는 탄성인,
인덕터.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충전 재료는 폴리머(polymer) 또는 폴리머들의 혼합물, 예를 들어 고무, 실리콘(silicone) 및/또는 폴리우레탄(polyurethane)을 포함하는,
인덕터.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충전 재료는 상기 개구 내로 억지-끼워맞춤(press-fit)되도록 구성된 유연한 탄성 요소(pliable elastic element)인,
인덕터.
제 1 항 내지 제 3 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충전 재료는 상기 개구 내로 충전된 후에 경화되는 경화성 재료(curable material)인,
인덕터.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충전 재료는 대체로 평면인 외측 표면을 규정하는,
인덕터.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충전 재료의 외측 표면은 개스킷(gasket)을 수용하기 위한 홈 또는 다른 특징부를 포함하는,
인덕터.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인덕터는 상기 인덕터 코어 및 상기 슬리브를 포함하며, 상기 슬리브는 상기 인덕터 코어를 둘러싸고, 바람직하게는 상기 슬리브의 내측 표면은 상기 인덕터 코어의 외측 표면과 접촉하는,
인덕터.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인덕터는 상기 슬리브를 포함하며, 상기 슬리브는 상기 슬리브의 외측 표면으로부터 연장되는 방열 구조체들(heat dissipation structures)을 포함하는,
인덕터.
제 11 항에 있어서,
상기 방열 구조체들은 상기 슬리브의 축방향으로, 바람직하게는 실질적으로 상기 슬리브의 축방향 길이를 따라, 보다 바람직하게는 상기 슬리브의 전체 축방향 길이를 따라 연장되는,
인덕터.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측벽의 외측 표면은 장착 표면을 규정하는 평면 섹션을 포함하는,
인덕터.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측벽은 상기 인덕터를 외부 물체에 장착하기 위한 하나 또는 그 초과의 장착 요소들을 포함하는,
인덕터.
제 14 항에 있어서,
상기 장착 요소들은 볼트(bolt)를 수용하기 위한 하나 또는 그 초과의 축방향 채널들(axial channels)을 포함하는,
인덕터.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 장착 요소들은 하나 또는 그 초과의 축방향으로 연장되고 측방향으로 개방된 채널들을 포함하는,
인덕터.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬리브는 상기 개구를 포함하며, 상기 슬리브는 개스킷을 수용하기 위한 적어도 하나의 언더컷(under-cut) 또는 홈을 포함하고, 바람직하게는 상기 언더컷 또는 홈은 상기 개구에 인접하게 위치되는,
인덕터.
제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측벽은 상기 슬리브를 포함하며, 상기 인덕터는 상기 슬리브의 단부를 폐쇄하도록 상기 슬리브의 단부에 장착가능한 적어도 하나의 단부 플레이트(end plate)를 포함하고, 상기 단부 플레이트는 입구 및 출구를 갖는 공동(cavity)을 포함하여, 냉각 유체가 상기 공동을 통해 순환하게 하는,
인덕터.
제 18 항에 있어서,
상기 단부 플레이트는 리세스(recess)의 측벽들 및 하부 표면을 규정하는 베이스 구성요소, 및 상기 리세스의 개방 측부를 덮도록 구성된 덮개 요소를 포함하여, 상기 베이스 구성요소 및 상기 덮개가 함께 상기 공동을 규정하는,
인덕터.
제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 인덕터를 위한 차폐 슬리브에 있어서,
상기 슬리브는 상기 충전 재료에 의해 덮여진 상기 개구를 포함하는,
차폐 슬리브.