KR20200094420A - Magnetic Element with E-type core - Google Patents

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KR20200094420A
KR20200094420A KR1020190011871A KR20190011871A KR20200094420A KR 20200094420 A KR20200094420 A KR 20200094420A KR 1020190011871 A KR1020190011871 A KR 1020190011871A KR 20190011871 A KR20190011871 A KR 20190011871A KR 20200094420 A KR20200094420 A KR 20200094420A
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Abstract

The present invention relates to an E-type core using an integrated magnetics (IM) technology and provides a magnetic element with an E-I-E core coupling structure which is not an existing E-E-I core coupling structure. The magnetic element with the E-type core according to the present invention may include: a first E-type core and a second E-type core; and an E-I-E core coupling structure including an I-type core positioned between the first E-type core and the second E-type core.

Description

E-타입 코어를 갖는 자성체 소자{Magnetic Element with E-type core}Magnetic element with E-type core

본 발명은 IM(Integrated Magnetics) 기술을 사용한 E-타입 코어를 갖는 자성체 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic element device having an E-type core using the Integrated Magnetics (IM) technology.

최근 전기자동차(EV)의 차종 개발이 확대되면서, 차량용 충전기(OBC, On-Board Charger)에서 발생되는 열은 냉각 장치에 의해 방열된다. 차량용 충전기는 외부 계통의 전원(grid, AC outlet)을 이용하여 차내 고전압 배터리를 충전하는 장치이다. 차량용 충전기는 전력변환 용으로 자성체 소자, 즉 상용 코어를 사용할 수 있다.With the recent development of electric vehicle (EV) vehicle models, heat generated by an on-board charger (OBC) is dissipated by a cooling device. A vehicle charger is a device that charges a high-voltage battery in a vehicle by using a grid (AC outlet) of an external system. The vehicle charger may use a magnetic element, that is, a commercial core, for power conversion.

그리고 전력변환 장치에 사용되는 자성체 소자는 주로 상용 코어(PQ, EI, EE, RM, POT, Planar 등)를 사용한다. 그러나 상용 코어를 사용하면 자성체 소자의 최적화와 부피를 줄이는데 한계가 존재한다.In addition, the magnetic element used in the power conversion device mainly uses a commercial core (PQ, EI, EE, RM, POT, Planar, etc.). However, using a commercial core has limitations in optimizing the magnetic element and reducing the volume.

자성체 소자의 부피가 전체 전력변환 장치의 부피를 결정하는 경우가 대부분이므로, 자성체 소자의 부피를 줄이기 위해서 스위칭 소자의 동작 주파수를 올려서 인덕턴스를 줄이거나, IM(Integrated Magnetics) 방법을 사용한다.Since the volume of the magnetic element mostly determines the volume of the total power conversion device, in order to reduce the volume of the magnetic element, the operating frequency of the switching element is increased to reduce the inductance, or an IM (Integrated Magnetics) method is used.

스위칭 소자의 동작 주파수를 올리는 방법은, 주로 턴 수가 감소되어 자성체의 부피가 줄어드는 경향이 있다. 턴 수가 감소되면 권선 손실이 감소된다. 따라서, 동일한 자속 밀도를 가질 경우 코어 부피가 감소되면 코어 손실이 감소되는 경향이 있다.In the method of increasing the operating frequency of the switching element, the number of turns is mainly reduced, and the volume of the magnetic body tends to decrease. When the number of turns is reduced, the winding loss is reduced. Therefore, when the core magnetic flux density is reduced, the core loss tends to decrease.

이에 반해, IM 기술은 코어의 일부 영역을 공용화하여 사용하게 하여 자속의 상쇄 효과를 이용하는 방법이다. 자속 밀도가 낮어지면 코어 손실을 고려하여 코어 단면적을 줄일 수 있게 된다. 또한 자속 밀도가 낮아지면 동일 코어 부피에서 코어 손실은 감소된다. 그리고 권선 부분은 변경사항은 거의 없다.On the other hand, the IM technology is a method of using the offset effect of the magnetic flux by allowing a part of the core to be used in common. When the magnetic flux density becomes low, it is possible to reduce the core cross-sectional area in consideration of core loss. In addition, as the magnetic flux density decreases, core loss at the same core volume is reduced. And the winding part has little change.

IM 기술의 또 다른 특징은 두 종류의 자성체 소자를 결합하여 자성체 소자를 단순화시킬 수 있다는 것이다. 일반적으로 인덕터1+인덕터2, 인덕터+변압기. 인덕터1+변압기+인덕터2를 결합한다.Another feature of IM technology is that it is possible to simplify the magnetic element by combining two types of magnetic elements. Typically, inductor 1 + inductor 2, inductor + transformer. Combine inductor 1 + transformer + inductor 2.

그리고 사용되는 IM(Integrated Magnetics) 방법에는 두 가지 방법이 있다. 하나는 OIM(Open Integrated Magnetics)이고, 다른 하나는 CIM(Closed Integrated Magnetics) 방법이다. 간략히 설명하면 OIM는 권선을 추가하는 방법이고, CIM는 권선과 코일을 추가하는 방법이다.And there are two methods of IM (Integrated Magnetics) method used. One is OIM (Open Integrated Magnetics) and the other is CIM (Closed Integrated Magnetics) method. In brief, OIM is a method of adding a winding, and CIM is a method of adding a winding and a coil.

종래 기술의 미국 특허공개번호 2017-0011830 A1에는 자기 조립 장치 및 그 전원 공급 장치에 대한 발명으로, CIM 방법을 사용하여 권선과 코일을 추가해 기술하고 있다.Prior art US Patent Publication No. 2017-0011830 A1 describes the invention of a self-assembly device and its power supply, using a CIM method to add windings and coils.

도 1은 종래 기술에 따른 CIM 방법을 사용한 자성체 소자를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.1 is an exploded perspective view schematically showing a magnetic element using a CIM method according to the prior art.

도 1을 참조하면, 자성체 소자는 복수의 제 1 자기 코어(21), 복수의 코일 권선(22) 및 제 2 자기 코어(23)를 포함한다. 복수의 제 1 자기 코어(21) 각각은 복수의 다리부(11) 및 제 1 연결부(26)를 포함한다. 제 1 연결부(26)는 복수의 다리부(11)와 연결된다. 상부 위치에서의 제 1 자기 코어(21)의 제 1 연결부(26)는 하부 위치에서 인접한 제 1 자기 코어(21)의 복수의 다리부(11)의 단자에 인접하여 위치한다. 각각의 코일 권선(22)은 대응하는 제 1 자기 코어(21)의 복수의 다리부(11) 중 적어도 하나의 다리부(중앙 다리부(24)) 주위에 감겨져 대응하는 컨버터의 자성체 소자를 형성한다. 제 2 자기 코어(23)는 복수의 제 1 자기 코어(21) 위에 적층된다. 제 2 자기 코어(23)는 최상부의 제 1 자기 코어(21)의 다리부(11)의 단자에 인접하여 위치한다.Referring to FIG. 1, the magnetic element includes a plurality of first magnetic cores 21, a plurality of coil windings 22, and a second magnetic core 23. Each of the plurality of first magnetic cores 21 includes a plurality of leg portions 11 and a first connection portion 26. The first connecting portion 26 is connected to the plurality of leg portions 11. The first connecting portion 26 of the first magnetic core 21 in the upper position is located adjacent to the terminals of the plurality of leg portions 11 of the adjacent first magnetic core 21 in the lower position. Each coil winding 22 is wound around at least one leg (center leg 24) of the plurality of leg portions 11 of the corresponding first magnetic core 21 to form a magnetic element of the corresponding converter. do. The second magnetic core 23 is stacked on the plurality of first magnetic cores 21. The second magnetic core 23 is located adjacent to the terminal of the leg portion 11 of the uppermost first magnetic core 21.

이처럼 두 종류의 자성체 소자를 결합할 경우, 일반적으로 분리되어 있는 자성체 소자보다 권선 및 코어 손실이 작으며, 자성체 소자의 전체 부피도 감소된다. 일부 복잡한 구조가 아닌 경우 코어 및 권성의 조립성도 개선된다.When the two types of magnetic elements are combined, the winding and core losses are smaller than those of the separated magnetic elements, and the total volume of the magnetic elements is also reduced. For some non-complex structures, the assembling properties of the core and the core are improved.

한편, 자성체 소자를 결합할 경우 주로 상용 코어 일부분을 수정하여 사용할 수 있는 CIM 방법을 사용한다. 코어 단면적과 코어 너비는 동일하게 하고 개별 코어의 높이를 동일하게 하거나 또는 다르게 하여 코어를 조립한다.On the other hand, when a magnetic element is combined, a CIM method that can be used by modifying a part of a commercial core is mainly used. Assemble the cores with the same core cross-sectional area and core width and with the same or different heights of the individual cores.

CIM 방법을 사용하면, 코어가 자기 결합된다. 이 경우 코어의 일부 영역을 공용화하여 사용할 수 있게 되어 코어 일부분에서 자속의 상쇄 효과가 발생한다. 코어 일부 영역에서 자속 상쇄 효과가 발생하면 코어 두께는 기존과 같은 두께보다 얇은 두께를 사용할 수 있게 된다. Using the CIM method, the core is self-bonding. In this case, since some areas of the core can be used in common, a canceling effect of magnetic flux occurs in a part of the core. When a magnetic flux canceling effect occurs in a part of the core, the core thickness can be used to be thinner than the existing thickness.

기존의 CIM 방법은, 도 1에서 도시하고 있는 것과 같이, CIM 방법에서 사용하는 기존 E-E-I의 코어 결합구조를 갖는다. E-E-I 코어 결합 구조는 E형 코어와 E형 코어를 결합하고, 또 I형 코어를 순차적으로 결합하는 구조이다. The existing CIM method has a core bonding structure of the existing E-E-I used in the CIM method, as shown in FIG. 1. The E-E-I core bonding structure is a structure in which the E-type core and the E-type core are combined, and the I-type core is sequentially coupled.

그러나 기존의 E-E-I 코어 결합 구조에서는 중간에 있는 E 코어 일부 영역에서 자속이 상쇄되었다. E 코어의 위 또는 아래 부분의 코어 높이를 수정하여 사용할 수도 있지만, 그렇게 할 경우 코어 종류가 세가지가 되어 코어 공용화 입장에서는 불리한 문제점이 있다.However, in the existing E-E-I core bonding structure, the magnetic flux was canceled in some areas of the intermediate E core. The core height of the upper or lower part of the E core can be used to be modified, but when doing so, there are three types of cores, and there is a disadvantage in terms of core sharing.

본 발명의 목적은 IM(Integrated Magnetics) 기술을 사용한 E-타입 코어로서, 기존 E-E-I 코어 결함구조가 아닌 E-I-E 코어 결합 구조를 갖는 자성체 소자를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a magnetic element having an E-I-E core bonding structure, not an existing E-E-I core defect structure, as an E-type core using an IM (Integrated Magnetics) technology.

또한 본 발명의 목적은 I 코어의 높이를 자속의 상쇄 정보 분석을 통해 기존 E 코어의 위 또는 아래 높이보다 작게 하는 자성체 소자를 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a magnetic element that makes the height of the I core smaller than the height above or below the existing E core through analysis of the offset information of the magnetic flux.

또한 본 발명의 목적은 I 코어(미들 코어)에서 작아진 높이로 인하여 코어 단면적이 작아지는 자성체 소자를 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a magnetic element having a smaller core cross-sectional area due to a smaller height in the I core (middle core).

또한 본 발명의 목적은 I 코어의 높이가 기존 E 코어의 위 또는 아래 높이보다 작게 되어 전체 자성체의 부피가 작아지는 자성체 소자를 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a magnetic material element in which the height of the I core is smaller than the height of the top or bottom of the existing E core, thereby reducing the volume of the entire magnetic material.

또한 E-I-E 코어 결합 구조를 통해, 기존의 E-E-I 코어 결합 구조보다 코어 손실을 감소시킬 수 있는 자성체 소자를 제공하는 것이다.In addition, through the E-I-E core bonding structure, it is to provide a magnetic material device capable of reducing the core loss than the existing E-E-I core bonding structure.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects and advantages of the present invention not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. In addition, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention can be realized by means of the appended claims and combinations thereof.

본 발명에 따른 E-타입 코어를 갖는 자성체 소자는 제1 E-타입 코어 및 제2 E-타입 코어와, 상기 제1 E-타입 코어 및 제2 E-타입 코어 사이에 위치하는 I-타입 코어를 포함하는 E-I-E 코어 결합 구조를 포함할 수 있다.A magnetic element having an E-type core according to the present invention includes an I-type core positioned between a first E-type core and a second E-type core, and the first E-type core and the second E-type core. It may include an EIE core bonding structure comprising a.

본 발명에 따른 E-타입 코어를 갖는 자성체 소자는 상기 제1 E-타입 코어 및 제2 E-타입 코어는 각각 구성되는 제1 및 제2 외측 코어부 및 내측 코어부가 서로 마주보는 방향으로 서로 대치되게 위치할 수 있다.In the magnetic element having an E-type core according to the present invention, the first E-type core and the second E-type core are opposite to each other in a direction facing each other, wherein the first and second outer core parts and the inner core parts are respectively configured. It can be located.

또한, 본 발명에 따른 자성체 소자는 I 코어의 높이를 자속의 상쇄 정보 분석을 통해 기존 E 코어의 위 또는 아래 높이보다 작을 수 있다.In addition, the magnetic element according to the present invention may have a height of the I core smaller than the height of the top or bottom of the existing E core through analysis of offset information of the magnetic flux.

본 발명에 따는 자성체 소자는 E-I-E 코어 결합 구조를 통해, 동일한 크기의 E 코어를 사용할 수 있게 되어, 코어 종류를 줄일 수 있어 코어 공용화 입장에서는 유리한 효과가 있다.The magnetic element according to the present invention is able to use the E-core of the same size through the E-I-E core bonding structure, thereby reducing the type of core, and thus has an advantageous effect in terms of core sharing.

또한, 본 발명에 따른 자성체 소자는 I 코어의 높이를 자속의 상쇄 정보 분석을 통해 기존 E 코어의 위 또는 아래 높이보다 작게 할 수 있다. 즉, E-I-E 코어 결합 구조에서 자속이 감소되는 방향으로 코어를 결합할 경우, 미들 코어(I 코어)에서는 내측 코어부의 자속 밀도와 동일하게 하면서 코어 위 또는 아래의 높이를 줄일 수 있게 된다.In addition, the magnetic element according to the present invention can make the height of the I core smaller than the height above or below the existing E core through analysis of offset information of the magnetic flux. That is, when the cores are combined in the direction in which the magnetic flux is reduced in the E-I-E core coupling structure, the middle core (I core) can reduce the height above or below the core while being equal to the magnetic flux density of the inner core.

또한, 본 발명에 따른 자성체 소자는 I 코어(미들 코어)에서 작아진 높이로 인하여 코어 단면적은 작아진다. 작아진 단면적으로 인하여 I 코어의 자속 밀도는 E 코어의 자속 밀도와 비슷해진다. In addition, the magnetic element device according to the present invention has a smaller core cross-sectional area due to a smaller height in the I core (middle core). Due to the smaller cross-sectional area, the magnetic flux density of the I core becomes similar to that of the E core.

또한, 본 발명에 따른 자성체 소자는 I 코어의 높이가 기존 E 코어의 위 또는 아래 높이보다 작게 되어 전체 자성체의 부피는 작아지게 된다. 즉, 기존의 E-E-I 형태에서는 자속이 상쇄되는 영역이 E-E가 맞닿는 구간이어서 코어의 위 또는 아래 높이를 줄일 수 없었다.In addition, in the magnetic material element according to the present invention, the height of the I core is smaller than the height above or below the existing E core, so that the volume of the entire magnetic material is reduced. That is, in the conventional E-E-I type, the region where the magnetic flux is canceled is the section where the E-E contacts, so it is not possible to reduce the height above or below the core.

또한, 본 발명에 따른 자성체 소자는 E-I-E 코어 결합 구조를 통해, 기존의 E-E-I 코어 결합 구조보다 코어 부피를 줄여 코어 손실을 감소시킬 수 있다. 이는 자성체 소자의 가격을 저감시킬 수 있다.In addition, the magnetic element according to the present invention can reduce the core loss by reducing the core volume than the existing E-E-I core bonding structure through the E-I-E core bonding structure. This can reduce the price of the magnetic element.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다. In addition to the above-described effects, the concrete effects of the present invention will be described together while describing the specific matters for carrying out the invention.

도 1은 종래 기술에 따른 CIM 방법을 사용한 자성체 소자를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 자성체 소자를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2a 및 도2b에서 권선 코일의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 자성체 소자를 나타낸 단면도이다.
도 4b는 도 4a에 따른 자성체 소자의 등가 회로도이다.
도 4c는 도 4a에 포함되는 코어들의 자속 밀도를 각각 나타낸 그래프이다.
도 5a는 자성체 소자에서 공극을 나타낸 인덕터의 구성도이다.
도 5b는 일반적인 인터리브 부스트 컨버터의 등가회로를 나타낸 회로도이다.
도 6a 및 도 6b는 동일한 2개의 인덕터를 분리하여 각각 사용하는 실시예이다.
도 7a는 두 종류의 자성체 소자를 결합하는 방법 중 코어를 결합하는 구성을 나타낸 제1 실시예이다.
도 7b는 도 7a에서 구성된 자성체 소자의 등가회로를 나타낸 회로도이다.
도 7c는 7a에서 구성된 자성체 소자의 자속 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 8a는 두 종류의 자성체 소자를 결합하는 방법 중 코어를 결합하는 구성을 나타낸 제2 실시예이다.
도 8b는 도 8a에서 구성된 자성체 소자의 등가회로를 나타낸 회로도이다.
도 8c는 8a에서 구성된 자성체 소자의 자속 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 9a는 2개의 제1 E-타입 코어 및 제2 E-타입 코어와 1개의 I-타입 코어를 이용한 2개의 인덕터를 물리적으로 결합한 자성체 소자의 구성을 나타낸 제3 실시예이다.
도 9b는 도 9a에서 구성된 자성체 소자의 등가회로를 나타낸 회로도이다.
도 9c는 9a에서 구성된 자성체 소자의 자속 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 10a는 2개의 제1 E-타입 코어 및 제2 E-타입 코어와 2개의 I-타입 코어를 이용한 2개의 인덕터를 물리적으로 결합한 자성체 소자의 구성을 나타낸 제4 실시예이다.
도 10b는 도 10a에서 구성된 자성체 소자의 등가회로를 나타낸 회로도이다.
도 10c는 10a에서 구성된 자성체 소자의 자속 밀도를 나타낸 그래프이다.
1 is an exploded perspective view schematically showing a magnetic element using a CIM method according to the prior art.
2A and 2B are perspective views illustrating a magnetic material element according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a cross section of the winding coil in FIGS. 2A and 2B.
4A is a cross-sectional view showing a magnetic material element according to an embodiment of the present invention.
4B is an equivalent circuit diagram of the magnetic element according to FIG. 4A.
4C is a graph showing magnetic flux densities of cores included in FIG. 4A, respectively.
5A is a configuration diagram of an inductor showing voids in a magnetic element.
5B is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a general interleaved boost converter.
6A and 6B are examples of separating and using the same two inductors, respectively.
7A is a first embodiment showing a configuration in which a core is coupled in a method of combining two types of magnetic elements.
7B is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the magnetic element device constructed in FIG. 7A.
7C is a graph showing the magnetic flux density of the magnetic element constructed in 7A.
8A is a second embodiment showing a configuration in which a core is coupled in a method of combining two types of magnetic elements.
FIG. 8B is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the magnetic material element constructed in FIG. 8A.
8C is a graph showing the magnetic flux density of the magnetic material element constructed in 8A.
FIG. 9A is a third embodiment showing the configuration of a magnetic element that physically couples two inductors using two first E-type cores and a second E-type core and one I-type core.
9B is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the magnetic material element constructed in FIG. 9A.
9C is a graph showing the magnetic flux density of the magnetic element constructed in 9A.
FIG. 10A is a fourth embodiment showing a configuration of a magnetic element that physically couples two inductors using two first E-type cores and a second E-type core and two I-type cores.
FIG. 10B is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the magnetic material element constructed in FIG. 10A.
10C is a graph showing the magnetic flux density of the magnetic material element constructed in 10A.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-described objects, features, and advantages will be described in detail below with reference to the accompanying drawings, and accordingly, a person skilled in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical spirit of the present invention. In the description of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of known technologies related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals in the drawings are used to indicate the same or similar components.

이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다. 또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. In the following, the arrangement of any component in the "upper (or lower)" or "upper (or lower)" of the component means that the arbitrary component is disposed in contact with the upper surface (or lower surface) of the component. In addition, it may mean that other components may be interposed between the component and any component disposed on (or under) the component. Also, when a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, the components may be directly connected to or connected to each other, but other components may be "interposed" between each component. It should be understood that "or, each component may be "connected", "coupled" or "connected" through other components.

이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 E-타입 코어를 갖는 자성체 소자를 설명하도록 한다. Hereinafter, a magnetic element having an E-type core according to some embodiments of the present invention will be described.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 자성체 소자를 나타낸 사시도이다. 도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 자성체 소자의 분리도이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 자성체 소자의 결합도이다.2A and 2B are perspective views illustrating a magnetic material element according to an embodiment of the present invention. 2A is an exploded view of a magnetic material element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a combined view of a magnetic material element according to an embodiment of the present invention.

도 2a 및 도 2b에서 도시하고 있는 것과 같이, 자성체 소자는 2개의 제1 E-타입 코어(100) 및 제2 E-타입 코어(200)와, 상기 제1 E-타입 코어(100) 및 제2 E-타입 코어(200) 사이에 위치하는 I-타입 코어(300)를 갖는 E-I-E 코어 결합 구조를 갖는다.2A and 2B, the magnetic element comprises two first E-type cores 100 and a second E-type core 200, and the first E-type cores 100 and 2 has an EIE core coupling structure with an I-type core 300 positioned between the E-type cores 200.

이때, 제1 E-타입 코어(100) 및 제2 E-타입 코어(200)는 제1 및 제2 외측 코어부(110, 120)(210, 220), 내측 코어부(130)(230) 및 코어 바디(140)(240)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 제1 E-타입 코어(100) 및 제2 E-타입 코어(200)는 동일한 크기 및 구조를 가질 수 있다. 이처럼, 자성체 소자는 동일한 크기의 E 코어를 사용할 수 있게 되어, 코어 종류를 줄일 수 있어 코어 공용화 입장에서는 유리할 수 있다.In this case, the first E-type core 100 and the second E-type core 200 include first and second outer core parts 110, 120, 210, 220, and inner core parts 130, 230. And it may include a core body 140, 240. Preferably, the first E-type core 100 and the second E-type core 200 may have the same size and structure. As described above, the magnetic element can use the same size E core, and thus the core type can be reduced, which may be advantageous in terms of core commonalization.

자성체 소자는 E-I-E 코어 결합 구조를 통해, 동일한 크기의 E 코어를 사용할 수 있게 되어, 코어 종류를 줄일 수 있어 코어 공용화 입장에서는 유리한 효과가 있다.The magnetic element has an advantageous effect in terms of core sharing since the E-I-E core coupling structure enables the use of E cores of the same size, thereby reducing the core type.

실시 예로서, 코어 바디(140)는 별도의 구성으로 설명한다. 하지만, 코어 바디(140)는 내측 코어부(130)로 표현될 수 있다. 또한, 코어 바디(140)는 제1 및 제2 외측 코어부(110, 120) 및 내측 코어부(130)와 일체형으로 형성될 수 있다.As an embodiment, the core body 140 will be described in a separate configuration. However, the core body 140 may be represented by the inner core portion 130. Further, the core body 140 may be integrally formed with the first and second outer core parts 110 and 120 and the inner core part 130.

내측 코어부(130)에 권선되는 권선 코일(150)에 의해, 제1 및 제2 외측 코어부(110, 120)는 플럭스(flux)를 발생시킬 수 있다.By the winding coil 150 wound on the inner core portion 130, the first and second outer core portions 110 and 120 may generate flux.

내측 코어부(130)는 제1 및 제2 외측 코어부(110, 120) 사이에 배치될 수 있다. 내측 코어부(130)는 상기 권선 코일(150)이 권선될 수 있다. 이때, 상기 권선 코일(150)은 내측 코어부(130)에 권선되는 내측 권선 코일 및 상기 내측 권선 코일에 권선되는 외측 권선 코일을 포함할 수 있다. 도 2a 및 도2b는 내측 권선 코일을 도시하고 있다. The inner core portion 130 may be disposed between the first and second outer core portions 110 and 120. In the inner core portion 130, the winding coil 150 may be wound. At this time, the winding coil 150 may include an inner winding coil wound around the inner core portion 130 and an outer winding coil wound around the inner winding coil. 2A and 2B show the inner winding coil.

그리고 I-타입 코어(300)은 제1 및 제2 외측 코어부(110, 120) 및 내측 코어부(130) 없이 코어 바디만을 포함할 수 있다. 이때, I-타입 코어(300)에 포함하는 코어 바디는 기존 자성체 소자에 포함되는 E 코어의 위 또는 아래 높이(두께)보다 작게 할 수 있다. In addition, the I-type core 300 may include only the core body without the first and second outer core parts 110 and 120 and the inner core part 130. At this time, the core body included in the I-type core 300 may be made smaller than the height (thickness) above or below the E core included in the existing magnetic body element.

즉, 본 발명의 자성체 소자인 E-I-E 코어 결합 구조에서 자속이 감소되는 방향으로 코어를 결합할 경우, I-타입 코어(300) 에서는 내측 코어부(130)(230)의 자속 밀도와 동일하게 하면서 I-타입 코어(300) 위 또는 아래의 높이를 줄일 수 있게 된다. 이에 반해 기존의 자성체 소자인 I-E-E 코어 결합 구조 또는 E-E-I 코어 결합 구조는 자속이 상쇄되는 영역이 E-E가 맞닿는 구간이어서 코어의 위 또는 아래 높이를 줄일 수 없었다.That is, when the core is coupled in the direction in which the magnetic flux is reduced in the EIE core coupling structure, which is the magnetic material element of the present invention, in the I-type core 300, the magnetic flux density of the inner core parts 130 and 230 is equal to I -The height above or below the type core 300 can be reduced. On the other hand, the existing magnetic element I-E-E core bonding structure or E-E-I core bonding structure was unable to reduce the height above or below the core because the region where the magnetic flux is canceled is the section where the E-E contacts.

이처럼, I-타입 코어(300)에서 작아진 높이로 인하여 코어 단면적은 작아진다. 작아진 단면적으로 인하여 I-타입 코어(300)의 자속 밀도는 제1 E-타입 코어(100) 및 제2 E-타입 코어(200)의 자속 밀도와 비슷해진다. As such, the cross-sectional area of the core becomes small due to the reduced height of the I-type core 300. Due to the reduced cross-sectional area, the magnetic flux density of the I-type core 300 becomes similar to that of the first E-type core 100 and the second E-type core 200.

그리고 자성체 소자는 제1 E-타입 코어(100) 및 제2 E-타입 코어(200)에 각각 구성되는 제1 및 제2 외측 코어부(110, 120)(210, 220), 내측 코어부(130)(230)가 서로 마주보는 방향으로 서로 대치되게 위치한다. 즉, 제1 및 제2 외측 코어부(110, 120)(210, 220), 내측 코어부(130)(230)는 내측부에 위치하고, 코어 바디(140)(240)는 외측부에 위치한다.In addition, the magnetic material elements include first and second outer core parts 110 and 120 (210 and 220) and inner core parts (first and second outer core parts) configured in the first E-type core 100 and the second E-type core 200, respectively. 130) (230) are positioned to face each other in a direction facing each other. That is, the first and second outer core parts 110 and 120, 210 and 220, the inner core parts 130 and 230 are located in the inner part, and the core bodies 140 and 240 are located in the outer part.

따라서, 자성체 소자는 제1 E-타입 코어(100)의 제1, 2 외측 코어부(110, 120)와 제2 E-타입 코어(200)의 제1, 2 외측 코어부(210, 220)가 서로 대치되어 위치하고, 제1 E-타입 코어(100)의 내측 코어부(130)와 제2 E-타입 코어(200)의 내측 코어부(230)가 서로 대치되어 위치한다. I-타입 코어(300)는 제1 E-타입 코어(100) 및 제2 E-타입 코어(200) 사이에 위치한다.Accordingly, the magnetic body elements include first and second outer core portions 110 and 120 of the first E-type core 100 and first and second outer core portions 210 and 220 of the second E-type core 200. Are positioned opposite each other, and the inner core portion 130 of the first E-type core 100 and the inner core portion 230 of the second E-type core 200 are positioned to be opposite to each other. The I-type core 300 is located between the first E-type core 100 and the second E-type core 200.

또한, 내측 코어부(130)에 권선된 권선 코일(150)이 도 2b에서 도시하고 있는 것과 같이, 측면으로 관통될 수 있도록 제1 E-타입 코어(100) 및 제2 E-타입 코어(200), I-타입 코어(300)는 측면 너비보다 중심 너비가 더 좁은 너비로 구성될 수 있다. 이에 따라, 제1 E-타입 코어(100) 및 제2 E-타입 코어(200), I-타입 코어(300)는 측면에서 중심으로 갈수록 점점 너비가 줄어들 수 있다. In addition, the winding coil 150 wound on the inner core portion 130, as shown in Figure 2b, the first E-type core 100 and the second E-type core 200 so as to penetrate through the side ), the I-type core 300 may be configured to have a narrower center width than a lateral width. Accordingly, the first E-type core 100, the second E-type core 200, and the I-type core 300 may gradually decrease in width from the side to the center.

그리고 도 2a에서는 E-타입 코어를 2개 결합한 자성체 소자와 1개의 I-타입 코어로 구성하고 있지만, 이에 한정되지 않으며 3개 이상의 E-타입 코어 및 2개 이상의 I-타입 코어로 구성할 수 있다.In FIG. 2A, a magnetic element in which two E-type cores are combined and one I-type core are formed, but the present invention is not limited thereto and may be composed of three or more E-type cores and two or more I-type cores. .

또한, 도 3은 도 2에서 권선 코일의 단면을 나타낸 단면도로서, 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이, 상기 권선 코일(150)은 절연피복(insulation)(151)과 구리(152)로 구성된다. 권선 코일(150)에서 엑스(X) 표시는 전류가 지면으로 들어가는 방향을 나타내며, 점(ㆍ) 표시는 전류가 지면에서 나오는 방향을 나타낸다.In addition, Figure 3 is a cross-sectional view showing a cross-section of the winding coil in Figure 2, as shown in Figure 3, the winding coil 150 is composed of an insulating coating (insulation) (151) and copper (152). In the winding coil 150, the X (X) mark indicates the direction in which the current enters the ground, and the dot (·) indicates the direction in which the current comes out of the ground.

도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 자성체 소자를 나타낸 단면도이다. 그리고 도 4b는 도 4a에 따른 자성체 소자의 등가 회로도이고, 도 4c는 도 4a에 포함되는 코어들의 자속 밀도를 각각 나타낸 그래프이다. 도 4c의 (a)는 제1 E-타입 코어(100)의 자속 밀도를 나타낸 그래프이고, 도 4c의 (b)는 I-타입 코어(300)의 자속 밀도를 나타낸 그래프이고, 도 4c의 (c)는 제2 E-타입 코어(200)의 자속 밀도를 나타낸 그래프이다.4A is a cross-sectional view showing a magnetic material element according to an embodiment of the present invention. And Figure 4b is an equivalent circuit diagram of the magnetic element according to Figure 4a, Figure 4c is a graph showing the magnetic flux density of each of the core included in Figure 4a. 4C (a) is a graph showing the magnetic flux density of the first E-type core 100, Figure 4C (b) is a graph showing the magnetic flux density of the I-type core 300, Figure 4c ( c) is a graph showing the magnetic flux density of the second E-type core 200.

도 4a에서 도시하고 있는 것과 같이, 자성체 소자는 서로 마주보고 위치하는 2개의 제1 E-타입 코어(100) 및 제2 E-타입 코어(200)와, 상기 제1 E-타입 코어(100) 및 제2 E-타입 코어(200) 사이에 위치하는 I-타입 코어(300)를 갖는 E-I-E 코어 결합 구조를 갖는다.As shown in FIG. 4A, the magnetic elements are two first E-type cores 100 and second E-type cores 200 facing each other and the first E-type core 100. And an EIE core coupling structure having an I-type core 300 positioned between the second E-type cores 200.

그리고 자성체 소자는 제1 E-타입 코어(100) 및 제2 E-타입 코어(200)의 내측 코어부(130)(230)에 권선영역(160)으로 권선되는 권선 코일(150)과, 제1 E-타입 코어(100), I-타입 코어(300) 및 제2 E-타입 코어(200) 간에 각각 소정의 간격(gap)을 갖는 공극(air gap)(400)과, 권선 코일(150)이 권선되는 내측 코어부(130)(230)의 외측에 형성된 보빈(bobbin)(170)을 더 포함한다.In addition, the magnetic element device includes a winding coil 150 wound around the inner core portion 130 and 230 of the first E-type core 100 and the second E-type core 200 to the winding area 160, and 1 E-type core 100, I-type core 300 and the second E-type core 200, each having a predetermined gap (gap) between the air gap (air gap) 400, and the winding coil 150 ) Further includes a bobbin 170 formed on the outer side of the inner core portion 130 and 230 on which it is wound.

자성체 소자는 도 4b에서 나타내고 있는 것과 같이, 2개의 인덕터가 결합된 등가 회로를 갖는다. The magnetic element has an equivalent circuit in which two inductors are coupled, as shown in Fig. 4B.

한편, 각 인덕터는 공극을 포함한다. 인덕터에서 공극은 주로 에너지를 저장하는 용도로 사용한다. 또한 공극은 온도 변화에 다른 코어 투자율의 영향을 감소시킨다. 따라서, 인덕터는 공극을 이용하여 코어가 포화되는 것을 방지할 수 있다. Meanwhile, each inductor includes a void. In the inductor, the air gap is mainly used for storing energy. The void also reduces the effect of other core permeability on temperature changes. Therefore, the inductor can prevent the core from being saturated by using the air gap.

공극은 코어 물질에 따라 코어 물질 내부에 존재하는 분말자성체(MPP, High flux, Sendust, Mega flux 등)가 있고, 코어 물질 내부에 공극이 없는 페라이트(PC40, PC44, PC47, PC90, PC95 등)가 있다. 페라이트 물질 중 PC95는 넓은 온도 범위에서 코어 손실이 작은 특성을 가진다. 페라이트 코어 물질의 경우 코어 투자율은 자계에 따라 비선형성을 가진다.The pores have a powdery magnetic substance (MPP, High flux, Sendust, Mega flux, etc.) present inside the core material depending on the core material, and ferrites (PC40, PC44, PC47, PC90, PC95, etc.) without voids inside the core material have. Of the ferrite materials, PC95 has a small core loss in a wide temperature range. In the case of a ferrite core material, the core permeability has nonlinearity depending on the magnetic field.

페라이트 코어를 사용하여 공극을 만들 경우, 일반적으로 공극의 위치는 두 가지가 있을 수 있다. 중앙과 사이드에 모두 간격을 갖는 중앙+사이드 공극(center+side air gap)과, 사이드에는 간격이 없이 중앙에만 간격을 갖는 중앙 공극(center air gap)이다. When using a ferrite core to create voids, there are generally two possible locations for the voids. It is a center+side air gap with a gap between the center and a side, and a center air gap with a gap only in the center without a gap on the side.

도 5a는 도 4a에서 자성체 소자에서 공극을 나타낸 인덕터의 구성도이다. 도 5a(a)는 자성체 소자에서 중앙+사이드 공극(center+side air gap)을 나타낸 인덕터의 구성도이고, 도 5a(b)는 자성체 소자에서 중앙 공극(center air gap)을 나타낸 인덕터의 구성도이다. 도 5a(a) 및 도 5a(b)는 공극(40) 위치만 다르고 나머지 부분은 동일하다.5A is a configuration diagram of an inductor showing a void in a magnetic element in FIG. 4A. 5a(a) is a block diagram of an inductor showing a center+side air gap in a magnetic element, and FIG. 5a(b) is a block diagram of an inductor showing a center air gap in a magnetic element. to be. 5A(A) and 5A(B) differ only in the position of the void 40, and the rest are the same.

자성체 소자에서 공극을 나타낸 인덕터는 주로 중앙 공극(40)을 적용한 인덕터가 주류를 이룬다. 그 이유는 쉽게 공극(40)을 만들 수 있기 때문이다. 중앙+사이드 공극(40)은 공극 부분에 투자율이 다른 물질을 삽입해야 하는 단점이 있다. 그러나 중앙+사이드 공극(40)은 자계를 분포시켜 AC 권선 손실을 줄일 수 있는 장점이 있다.In the magnetic element, the inductor showing the air gap is predominantly the inductor to which the central air gap 40 is applied. The reason is that the air gap 40 can be easily made. The central + side void 40 has a disadvantage in that a material having a different permeability is inserted into the void portion. However, the center + side air gap 40 has an advantage of reducing the AC winding loss by distributing a magnetic field.

이론적으로, 투자율, 코어 단면적, 권선 코일의 턴수, 인덕터가 동일하면, 중앙 공극의 높이(또는 길이)는 중앙+사이드 공극의 2배가 된다.Theoretically, if the permeability, the core cross-sectional area, the number of turns of the winding coil, and the inductor are the same, the height (or length) of the central void is twice the center + side void.

그리고 인덕터의 자속 방향은 앙페르의 오른손 나사 법칙(Ampere's right-hand rule)을 따르며, 권선 코일(150)의 전류 방향에 따라 달라진다. 일반적으로 권선 코일(150)의 시작 지점이 내측 코어부(130)의 오른쪽 방향에서 지면으로 들어가는 방향일 때 자속은 내측 코어부(130)의 위쪽 방향을 향한다.In addition, the direction of the magnetic flux of the inductor follows Ampere's right-hand rule, and depends on the current direction of the winding coil 150. In general, when the starting point of the winding coil 150 is a direction that enters the ground from the right direction of the inner core portion 130, the magnetic flux is directed upwards of the inner core portion 130.

변압기의 기본 구성도 인덕터와 유사하다. 다른 점은 1차측과 2차측 권선 코일(150)이 분리되어 있다. 이론적으로 변압기는 에너지를 저장하지 않고 1차측 에너지를 2차측으로 전달하는 소자이므로 공극이 존재하지 않는다.The basic configuration of a transformer is similar to that of an inductor. The difference is that the primary and secondary winding coils 150 are separated. Theoretically, the transformer does not store energy, so there is no void because it is a device that transfers primary energy to the secondary side.

도 5b는 일반적인 인터리브 부스트 컨버터의 등가회로를 나타낸 회로도이다.5B is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a general interleaved boost converter.

도 5b에서 도시하고 있는 것과 같이, 등가회로는 2개의 인터리브 인덕터(L1, L2)가 병렬 연결되고 있다. 이때, 인터리브 인덕터는 2개가 동일하고, 단일 부스트 컨버터(single boost converter)보다 개별 사이즈가 작다. As shown in Fig. 5B, the equivalent circuit has two interleaved inductors L1 and L2 connected in parallel. At this time, the two interleaved inductors are the same, and the individual size is smaller than a single boost converter.

일반적으로 단일 부스트 컨버터(single boost converter)보다 인터리브 부스트 컨버터(interleaved boost converter)가 효율이 좋다. In general, an interleaved boost converter is more efficient than a single boost converter.

도 6a 및 도 6b는 동일한 2개의 인덕터를 분리하여 각각 사용하는 실시예이다.6A and 6B are examples of separating and using the same two inductors, respectively.

도 6a(a) 및 도 6b(a)에서 도시하고 있는 것과 같이, 각 인덕터는 서로 마주보고 위치하는 2개의 제1 E-타입 코어(100) 및 제2 E-타입 코어(200)를 포함한다.6A(A) and 6B(A), each inductor includes two first E-type cores 100 and second E-type cores 200 facing each other. .

그리고 도 6a(b) 및 도 6b(b)에서 도시하고 있는 것과 같이, 각 인덕터는 권선 코일(150)에 전류가 흐르며, 자속 방향은 앙페르의 오른손 나사 법칙(Ampere's right-hand rule)을 따른다. 즉, 권선 코일(150)의 시작 지점이 내측 코어부(130)의 오른쪽 방향에서 지면으로 들어가는 방향일 때 자속은 내측 코어부(130)의 위쪽 방향을 향한다.And as shown in Figures 6a (b) and 6b (b), each inductor flows a current through the winding coil 150, and the direction of magnetic flux follows Ampere's right-hand rule. . That is, when the starting point of the winding coil 150 is a direction that enters the ground from the right direction of the inner core portion 130, the magnetic flux is directed upwards of the inner core portion 130.

그리고 도 6a(b) 및 도 6b(b)에서 도시하고 있는 것과 같이, 각 인덕터는 코어로 자기 결합되어 있지 않다. 이처럼, CCM(Continuous-Conduction Mode) 동작을 하는 인터리브 부스트 컨버터의 경우, 내측 코어부(130)에서의 자속 밀도 파형은 두 인덕터 모두 동일하다. 회로적으로 인터리브 부스트 컨버터에서 얻을 수 있는 장점은 출력단에 있는 커패시터의 전류 맥동을 줄일 수 있는 것이다. 하지만, 자기 소자인 인덕터의 경우 병렬로 구성되어 있더라도 자속 밀도의 맥동을 줄일 수는 없었다. 단지 권선 코일(150)이 병열 연결되어 있는 구조로 권선 코일(150)의 전류 밀도를 낮출 수 있어 인덕터의 사이즈를 줄일 수 있다.And, as shown in Figures 6a (b) and 6b (b), each inductor is not magnetically coupled to the core. As described above, in the case of an interleaved boost converter operating in a continuous-conduction mode (CCM), the magnetic flux density waveform in the inner core portion 130 is the same for both inductors. The advantage of having an interleaved boost converter in a circuit is that it reduces the current pulsation of the capacitor at the output stage. However, in the case of an inductor which is a magnetic element, even if it is configured in parallel, it was not possible to reduce the pulsation of the magnetic flux density. The structure in which the winding coils 150 are connected in parallel can lower the current density of the winding coils 150, thereby reducing the size of the inductor.

도 7a는 두 종류의 자성체 소자를 결합하는 방법 중 코어를 결합하는 구성을 나타낸 제1 실시예이다. 그리고 도 7b는 도 7a에서 구성된 자성체 소자의 등가회로를 나타낸 회로도이고, 도 7c는 7a에서 구성된 자성체 소자의 자속 밀도를 나타낸 그래프이다.7A is a first embodiment showing a configuration in which a core is coupled in a method of combining two types of magnetic elements. 7B is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the magnetic element constructed in FIG. 7A, and FIG. 7C is a graph showing magnetic flux density of the magnetic element constructed in 7A.

도 7a에서 도시하고 있는 것과 같이, 제1 실시예에 따른 두 인덕터를 결합한 자성체 소자는 도 6a 및 도 6b의 E-타입 코어를 포함하는 각 인덕터를 서로 결합한 E-E 코어 결합 구조를 갖는다. 이때, 각 인덕터에서 발생되는 자속 방향이 동일한 자속 방향을 가지도록 두 인덕터를 상하로 위치시켜 결합하고 있다. As shown in FIG. 7A, a magnetic element combining two inductors according to the first embodiment has an E-E core coupling structure in which each inductor including the E-type cores of FIGS. 6A and 6B is coupled to each other. At this time, the two inductors are positioned upward and downward so that the magnetic flux direction generated by each inductor has the same magnetic flux direction.

도 7c에서 나타내고 있는 것과 같이, 내측 코어부(130)에서의 자속 밀도는 두 인덕터 모두 동일하다.As shown in FIG. 7C, the magnetic flux density in the inner core portion 130 is the same for both inductors.

도 7a는 인덕터 2개를 물리적으로 결합하였지만, 하부에 위치하는 제2 인덕터의 위쪽 제1 E-타입 코어(10)와, 상부에 위치하는 제1 인덕터의 아래쪽 제2 E-타입 코어(20)가 맞닿는 곳에는 아주 작은 물리적인 공극이 존재하여, 코어에서 자속 상쇄 효과가 발생하지 않는다. 이 경우 공극은 자속의 저항 성분(permeance=1/reluctance))이 된다. 일반적으로 자속은 저항이 작은 쪽으로 흐르게 된다. 만약 제1 E-타입 코어(10)와 제2 E-타입 코어(20) 사이에 원하지 않는 공극이 있으면, 자속은 공극을 넘어가지 않고 자신의 코어 쪽으로 흐르게 된다. 즉, 자속은 반대편 코어 쪽으로 넘어가지 않는다.7A physically couples the two inductors, but the upper first E-type core 10 of the second inductor located below and the lower second E-type core 20 of the first inductor located above. There is a very small physical void in the contact area, so there is no magnetic flux cancellation effect in the core. In this case, the void becomes the resistance component of the magnetic flux (permeance=1/reluctance). Generally, the magnetic flux flows toward the smaller resistance. If there is an undesired air gap between the first E-type core 10 and the second E-type core 20, the magnetic flux flows toward its core without crossing the gap. In other words, the magnetic flux does not pass toward the opposite core.

따라서, 두 인덕터가 물리적으로 결합되어 있더라도 도 7b의 등가 회로로는 두 인덕터의 E-타입 코어에서 자속의 상쇄 효과가 발생하지 않는다. 물리적으로도 두 인덕터는 분리되어 있다. 이에 따라, 두 인덕터는 코어 높이 및 부피가 줄어들지 않는다.Therefore, even if the two inductors are physically coupled, the equivalent circuit of FIG. 7B does not cause a magnetic flux canceling effect in the E-type cores of the two inductors. Physically, the two inductors are separate. Accordingly, the core height and volume of the two inductors are not reduced.

도 8a는 두 종류의 자성체 소자를 결합하는 방법 중 코어를 결합하는 구성을 나타낸 제2 실시예이다. 그리고 도 8b는 도 8a에서 구성된 자성체 소자의 등가회로를 나타낸 회로도이고, 도 8c는 8a에서 구성된 자성체 소자의 자속 밀도를 나타낸 그래프이다.8A is a second embodiment showing a configuration in which a core is coupled in a method of combining two types of magnetic elements. 8B is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the magnetic element constructed in FIG. 8A, and FIG. 8C is a graph showing magnetic flux density of the magnetic element constructed in 8A.

도 8a에서 도시하고 있는 것과 같이, 제2 실시예에 따른 두 인덕터를 결합한 자성체 소자는 도 6a 및 도 6b의 구성을 갖는 각 인덕터를 결합한 E-E 코어 결합 구조를 갖는다. 이때, 각 인덕터에서 발생되는 자속 방향이 반대의 자속 방향을 가지도록 상하로 두 인덕터를 위치시켜 결합하고 있다. As shown in FIG. 8A, a magnetic element combining two inductors according to the second embodiment has an E-E core coupling structure in which each inductor having the configuration of FIGS. 6A and 6B is coupled. At this time, the two inductors are positioned up and down so that the direction of the magnetic flux generated by each inductor has the opposite direction of the magnetic flux.

도 8a에서 설명하고 있는 제2 실시예는 위에서 도 7a에서 설명하고 있는 제1 실시예와 차이점은 결합된 각 인덕터의 자속 방향에 있으며, 나머지 구성은 동일하다. 즉, 도 8a는 하부에 위치하는 제2 인덕터의 자속 방향은 상부에 위치하는 제1 인덕터의 자속 방향과 반대 방향이다.The second embodiment described in FIG. 8A differs from the first embodiment described in FIG. 7A above in the magnetic flux direction of each coupled inductor, and the rest of the configuration is the same. That is, FIG. 8A shows a direction in which the magnetic flux of the second inductor located at the bottom is opposite to the direction of the magnetic flux of the first inductor at the top.

도 8a는 인덕터 2개를 물리적으로 결합하였지만, 하부에 위치하는 제2 인덕터의 위쪽 제1 E-타입 코어(10)와, 상부에 위치하는 제1 인덕터의 아래쪽 제2 E-타입 코어(20)가 맞닿는 곳에는 아주 작은 물리적인 공극이 존재한다. 이 경우 공극은 자속의 저항 성분(permeance=1/reluctance))이 된다. FIG. 8A shows that two inductors are physically coupled, but the upper first E-type core 10 of the second inductor located below and the lower second E-type core 20 of the first inductor located above. There are very small physical voids at the contact point. In this case, the void becomes the resistance component of the magnetic flux (permeance=1/reluctance).

따라서, 도 7a에서 설명한 것과 마찬가지로, 두 인덕터가 물리적으로 결합되어 있더라도 도 8b의 등가회로로는 두 인덕터 E-타입 코어에서 자속의 상쇄 효과가 발생하지 않는다. 물리적으로도 두 인덕터는 분리되어 있다. 이에 따라, 두 인덕터는 코어 높이 및 부피가 줄어들지 않는다.Therefore, as described in FIG. 7A, even if the two inductors are physically coupled, the equivalent circuit of FIG. 8B does not cause a magnetic flux canceling effect in the two inductor E-type cores. Physically, the two inductors are separate. Accordingly, the core height and volume of the two inductors are not reduced.

제1 실시예 및 제2 실시예에서 설명하고 있는 것과 같이, 두 인덕터를 물리적으로 결합하는 방법은 제1 E-타입 코어와 제2 E-타입 코어 사이에 원하지 않는 공극이 존재하여 코어에서 자속 상쇄효과를 얻을 수 없는 구조이다.As described in the first embodiment and the second embodiment, the method of physically coupling the two inductors cancels magnetic flux in the core due to the presence of unwanted voids between the first E-type core and the second E-type core. It is a structure that cannot obtain an effect.

이러한 문제점을 해소하기 위한 방법으로, 2개의 제1 E-타입 코어(10)(20)와 함께 1개 이상의 I-타입 코어를 추가할 수 있다.As a method for solving this problem, one or more I-type cores may be added together with two first E-type cores 10 and 20.

도 9a는 2개의 제1 E-타입 코어 및 제2 E-타입 코어와 1개의 I-타입 코어를 이용한 2개의 인덕터를 물리적으로 결합한 자성체 소자의 구성을 나타낸 제3 실시예이다. 그리고 도 9b는 도 9a에서 구성된 자성체 소자의 등가회로를 나타낸 회로도이고, 도 9c는 9a에서 구성된 자성체 소자의 자속 밀도를 나타낸 그래프이다.FIG. 9A is a third embodiment showing a configuration of a magnetic element that physically couples two inductors using two first E-type cores and a second E-type core and one I-type core. And Figure 9b is a circuit diagram showing the equivalent circuit of the magnetic element configured in Figure 9a, Figure 9c is a graph showing the magnetic flux density of the magnetic element configured in 9a.

도 9a에서 도시하고 있는 것과 같이, 제3 실시예에 따른 두 인덕터를 결합한 자성체 소자는 도 7a의 구성을 갖는 2개의 제1 E-타입 코어 및 제2 E-타입 코어를 포함하는 자성체 소자의 상부에 I-타입 코어(30)를 위치시켜 결합한 E-E-I 코어 결합 구조를 갖는다. 이때, 각 인덕터에서 발생되는 자속 방향이 동일한 자속 방향을 가지도록 두 인덕터를 상하로 위치시켜 결합하고 있다. As shown in FIG. 9A, a magnetic element incorporating two inductors according to the third embodiment is an upper portion of a magnetic element comprising two first E-type cores and a second E-type core having the configuration of FIG. 7A. The I-type core 30 is positioned to have an EEI core bonding structure. At this time, the two inductors are positioned upward and downward so that the magnetic flux direction generated by each inductor has the same magnetic flux direction.

도 9c에서 나타내고 있는 것과 같이, 내측 코어부(130)에서의 자속 밀도는 두 인덕터 모두 동일하다. 이처럼, 두 인덕터의 전류 파형이 동일할 경우, 도 9b의 등가회로에 따라 상부에 위치하는 제1 인덕터(10)의 제1 E-타입 코어(10) 아래 부분에서의 자속 밀도는 도 9c(b)에서 나타내고 있는 것과 같이 이론적으로 0(zero)이다.As shown in FIG. 9C, the magnetic flux density in the inner core portion 130 is the same for both inductors. As described above, when the current waveforms of the two inductors are the same, the magnetic flux density in the lower portion of the first E-type core 10 of the first inductor 10 positioned above according to the equivalent circuit of FIG. 9B is shown in FIG. 9C (b ), theoretically 0 (zero).

따라서, 두 인덕터 코어에서 자속의 상쇄 효과가 발생하여 코어 높이(부피)가 도 7a에서 도시하고 있는 코어의 높이(부피)보다 줄어든다. 따라서, 도 9a에서 도시하고 있는 자성체 소자의 높이(T3)는 도 7a에서 도시하고 있는 자성체 높이(T2)보다 줄어든다.Accordingly, a canceling effect of magnetic flux occurs in the two inductor cores, so that the core height (volume) is reduced than the height (volume) of the core shown in FIG. 7A. Therefore, the height T3 of the magnetic element shown in FIG. 9A is reduced than the height T2 of the magnetic material shown in FIG. 7A.

그러나, E-E-I 코어 결합 구조를 갖는 자성체 소자는 코어 일부분에서 발생하는 자속의 상쇄효과를 고려하지 않아, 코어 위 또는 아래 높이가 동일하다. 즉, 동일한 제1 E-타입 코어(10) 및 제2 E-타입 코어(20)를 사용하기 위해 일부 코어 영역에서 자속의 상쇄효과가 있음에도 불구하고 코어 위 또는 아래 높이를 줄이지 않는다.However, the magnetic element having the E-E-I core bonding structure does not take into account the offset effect of the magnetic flux generated in a part of the core, so the height above or below the core is the same. That is, in order to use the same first E-type core 10 and the second E-type core 20, although there is an offset effect of magnetic flux in some core regions, the height above or below the core is not reduced.

도 10a는 2개의 제1 E-타입 코어 및 제2 E-타입 코어와 2개의 I-타입 코어를 이용한 2개의 인덕터를 물리적으로 결합한 자성체 소자의 구성을 나타낸 제4 실시예이다. 그리고 도 10b는 도 10a에서 구성된 자성체 소자의 등가회로를 나타낸 회로도이고, 도 10c는 10a에서 구성된 자성체 소자의 자속 밀도를 나타낸 그래프이다.FIG. 10A is a fourth embodiment showing the configuration of a magnetic element that physically couples two inductors using two first E-type cores and a second E-type core and two I-type cores. 10B is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the magnetic element constructed in FIG. 10A, and FIG. 10C is a graph showing magnetic flux density of the magnetic element constructed in 10A.

도 10a에서 도시하고 있는 것과 같이, 제4 실시예에 따른 두 인덕터를 결합한 자성체 소자는 도 7a의 구성을 갖는 2개의 제1 E-타입 코어 및 제2 E-타입 코어를 포함하는 자성체 소자의 상부에 제1 I-타입 코어(30a)를 위치시키고, 또한, 제1 E-타입 코어 및 제2 E-타입 코어 사이에 제2 I-타입 코어(30b)를 위치시켜 결합한 E-I-E-I 코어 결합 구조를 갖는다. 이때, 각 인덕터에서 발생되는 자속 방향이 동일한 자속 방향을 가지도록 두 인덕터를 상하로 위치시켜 결합하고 있다. As shown in FIG. 10A, a magnetic element incorporating two inductors according to the fourth embodiment is an upper portion of a magnetic element comprising two first E-type cores and a second E-type core having the configuration of FIG. 7A. The first I-type core 30a is positioned on the second I-type core 30b, and the second I-type core 30b is positioned between the first E-type core and the second E-type core to bond the EIEI core. . At this time, the two inductors are positioned upward and downward so that the magnetic flux direction generated by each inductor has the same magnetic flux direction.

도 10c에서 나타내고 있는 것과 같이, 도 10b의 등가회로에 따라 상부에 위치하는 제1 인덕터(10)의 제1 E-타입 코어(10) 아래 부분과, 하부에 위치하는 제2 인덕터(20)의 제2 E-타입 코어(20)의 자속 밀도는 제1 인덕터(10)의 내측 코어부, 제2 인덕터(20)의 내측 코어부의 자속 밀도와 동일하다.As shown in FIG. 10C, according to the equivalent circuit of FIG. 10B, the lower portion of the first E-type core 10 of the first inductor 10 positioned above and the second inductor 20 located below The magnetic flux density of the second E-type core 20 is the same as the magnetic flux density of the inner core portion of the first inductor 10 and the inner core portion of the second inductor 20.

그러나, 제4 실시예에 따른 E-I-E-I 코어 결합 구조를 갖는 자성체 소자는 제2 I-타입 코어(30b)를 추가함으로써, 제3 실시예와 달리 자성체 소자의 높이(T2)는 도 7a에서 도시하고 있는 자성체 높이(T2)와 동일하게 된다.However, in the magnetic element having the EIEI core coupling structure according to the fourth embodiment, by adding the second I-type core 30b, unlike the third embodiment, the height T2 of the magnetic element is shown in FIG. 7A. It becomes equal to the height T2 of the magnetic material.

이에 반해, 도 4a에서 도시하고 있는 것과 같이, 본 발명의 자성체 소자는 서로 마주보고 위치하는 2개의 제1 E-타입 코어(100) 및 제2 E-타입 코어(200)와, 상기 제1 E-타입 코어(100) 및 제2 E-타입 코어(200) 사이에 위치하는 I-타입 코어(300)를 갖는 E-I-E 코어 결합 구조를 갖는다.On the other hand, as shown in FIG. 4A, the magnetic element of the present invention includes two first E-type cores 100 and second E-type cores 200 positioned opposite each other, and the first E -It has an EIE core coupling structure having an I-type core 300 positioned between the type core 100 and the second E-type core 200.

이러한 E-I-E 코어 결합 구조는 내측 코어부(130)의 높이를 줄일 수 있는 구조이다. 이는 기존 E-E-I 코어 결합 구조에서 E-I-E 코어 결합 구조를 변경하면서 코어 일부분에서 발생하는 자속의 상쇄효과를 적극적으로 활용할 수 있는 코어 결합 구조이다.The E-I-E core coupling structure is a structure capable of reducing the height of the inner core portion 130. This is a core bonding structure that can actively utilize the offset effect of magnetic flux generated in a part of the core while changing the E-I-E core bonding structure from the existing E-E-I core bonding structure.

장점으로는 E-타입 코어 2개를 결합할 경우, 동일한 E-코어를 2개를 사용할 수 있으며, 높이가 줄어든 미들 코어 하나를 사용할 수 있게 된다.As an advantage, if two E-type cores are combined, two identical E-cores can be used, and one middle core with a reduced height can be used.

그리고 도 4b에서 도시하고 있는 것과 같이, 회로의 인터리브(interleaved) 효과로 출력단에 있는 커패시터의 전류 맥동이 감소하는 것처럼, E-I-E 코어 결합 구조를 사용하게 되면 코어에서도 인터리브 효과를 일부 볼 수 있게 된다. 하지만 물리적으로 결합하는 제1 실시예 내지 제4 실시예의 방법들에서는 자속의 상쇄 효과를 볼 수 없다.And as shown in FIG. 4B, if the current pulsation of the capacitor at the output stage is reduced due to the interleaved effect of the circuit, when the E-I-E core coupling structure is used, the interleaving effect can be partially seen in the core. However, in the methods of the first to fourth physically bonding methods, the effect of canceling the magnetic flux cannot be seen.

그리고 도 4c(a)(c)에서 도시하고 있는 것과 같이, 두 인덕터의 전류 파형이 동일하면 이론적으로 도 4c(b)에서 도시하고 있는 것과 같이, 내측 코어부(130)에서는 자속이 흐르지 않는다. 하지만 내측 코어부(130)를 없애지 못하는 이유는 내측 코어부(130)가 없으면 각각의 자속이 서로 영향을 주게 되어 분리된 인덕터가 되지 않고, 결합 인덕터(coupled inductor)가 되기 때문이다. 이렇게 되면 제1 인덕터(100)의 자속과 제2 인덕터(200)의 자속이 서로 영향을 주고 받게 된다.And, as shown in Figure 4c (a) (c), if the current waveforms of the two inductors are the same, theoretically as shown in Figure 4c (b), the magnetic flux does not flow in the inner core portion 130. However, the reason why the inner core part 130 cannot be removed is that without the inner core part 130, each magnetic flux affects each other, so that they are not separated inductors, but are coupled inductors. In this case, the magnetic flux of the first inductor 100 and the magnetic flux of the second inductor 200 influence and receive each other.

이처럼 줄어든 I-타입 코어 높이로 인하여 전체 자성체 소자 높이(T1) 및 부피는 도 7a에서 도시하고 있는 자성체 높이(T2)보다 줄어들게 된다.Due to the reduced I-type core height, the total magnetic element height T1 and volume are reduced than the magnetic body height T2 illustrated in FIG. 7A.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.As described above, the present invention has been described with reference to the exemplified drawings, but the present invention is not limited by the examples and drawings disclosed in the present specification, and can be varied by a person skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. It is obvious that modifications can be made. In addition, although the operation and effect according to the configuration of the present invention has not been explicitly described while explaining the embodiment of the present invention, it is natural that the predictable effect should also be recognized by the configuration.

100: 제1 E-타입 코어(제1 인덕터) 110, 120: 제1 외측 코어부
130, 230: 내측 코어부 140, 240: 코어 바디
150: 권선 코일 151: 절연피복
152: 구리 160: 권선영역
170: 보빈 200: 제2 E-타입 코어(제2 인덕터)
210, 220: 제2 외측 코어부 230: 내측 코어부
300: I-타입 코어 400: 공극
100: first E-type core (first inductor) 110, 120: first outer core portion
130, 230: inner core portion 140, 240: core body
150: winding coil 151: insulation coating
152: copper 160: winding area
170: bobbin 200: second E-type core (second inductor)
210, 220: second outer core portion 230: inner core portion
300: I-type core 400: air gap

Claims (6)

제1 E-타입 코어 및 제2 E-타입 코어;
상기 제1 E-타입 코어 및 제2 E-타입 코어 사이에 위치하는 I-타입 코어; 및
상기 제1 E-타입 코어 및 제2 E-타입 코어에 권선되는 권선 코일을 포함하는 자성체 소자.
A first E-type core and a second E-type core;
An I-type core positioned between the first E-type core and the second E-type core; And
A magnetic material element including a winding coil wound around the first E-type core and the second E-type core.
제1 항에 있어서,
상기 제1 E-타입 코어 및 상기 제2 E-타입 코어는
제1 및 제2 외측 코어부;
상기 제1 및 제2 외측 코어부 사이에 배치된 내측 코어부; 및
상기 제1 및 제2 외측 코어부와 상기 내측 코어부가 결합된 코어 바디를 포함하는 자성체 소자.
According to claim 1,
The first E-type core and the second E-type core
First and second outer core parts;
An inner core portion disposed between the first and second outer core portions; And
A magnetic body device comprising a core body in which the first and second outer core parts and the inner core part are combined.
제2 항에 있어서,
상기 제1 E-타입 코어 및 제2 E-타입 코어는
각각 구성되는 제1 및 제2 외측 코어부 및 내측 코어부가 서로 마주보는 방향으로 서로 대치되게 위치하는 자성체 소자.
According to claim 2,
The first E-type core and the second E-type core
First and second outer core portions and inner core portions respectively configured are magnetic elements positioned to face each other in a direction facing each other.
제2 항에 있어서,
상기 I-타입 코어는
상기 코어 바디의 높이보다 작은 것을 특징으로 하는 자성체 소자.
According to claim 2,
The I-type core
A magnetic material element characterized in that it is smaller than the height of the core body.
제1 항에 있어서,
상기 제1 E-타입 코어, 상기 제2 E-타입 코어 및 상기 I-타입 코어는 측면 너비보다 중심 너비가 더 좁은 너비로 구성되는 자성체 소자.
According to claim 1,
The first E-type core, the second E-type core, and the I-type core are magnetic elements that are configured to have a narrower central width than a lateral width.
제1 항에 있어서,
상기 권선 코일은 절연피복(insulation)과 구리로 구성되는 자성체 소자.
According to claim 1,
The winding coil is a magnetic material element composed of insulation and copper.
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