KR20200095141A - 자성체 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 IM(Integrated Magnetics) 기술을 사용한 E-타입 코어로서, 기존 E-E-I 코어 결함구조가 아닌 E-I-E 코어 결합 구조를 갖는 자성체 소자에 관한 것이다. 본 발명에 따른 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 포함하고, 상기 제1 E-타입 코어 및 제2 E-타입 코어, I-타입 코어는 적어도 하나 이상의 방열 홀(h1)(h2)이 형성할 수 있다.

Description

자성체 소자{Magnetic Element}

본 발명은 IM(Integrated Magnetics) 기술을 사용한 E-I-E 결합구조를 갖는 자성체 소자에 관한 것이다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

도 1은 종래 기술에 따른 CIM 방법을 사용한 자성체 소자를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

또한, CIM 코어 결합 구조는 코어와 권선 손실을 줄일 수 있지만, 두 자성체에 존재하는 권선과 권선간의 이격거리가 줄어들어 권선에서 발생하는 열을 방출 시키는데 어려운 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 코어 결합 구조는 몰딩액을 사용하여 권선에서 발생되는 열을 냉각 장치로 방열할 수 있도록 한다.

그러나, 코어의 중심부에 결합되는 권선형 코일이 내부 권선 및 외부 권선으로 권선되는 경우, 몰딩액은 바디 외곽과 외부 권선을 감싸게 된다. 이때, 몰딩액은 내부 권선 코일까지 들어가지 못하므로, 결과적으로 코어는 외부 권선으로 인하여 내부 권선에서 발생되는 열을 발열하는데 문제점이 발생하게 된다.

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.

또한 본 발명의 목적은 중심부에서 발생된 열을 방열하기 위한 방열 홀이 형성된 E-타입 코어를 제공하는 것이다.

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.

또한 본 발명의 목적은 I 코어(미들 코어)에서 작아진 높이로 인하여 코어 단면적이 작아지는 자성체 소자를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 I 코어의 높이가 기존 E 코어의 위 또는 아래 높이보다 작게 되어 전체 자성체의 부피가 작아지는 자성체 소자를 제공하는 것이다.

또한 E-I-E 코어 결합 구조를 통해, 기존의 E-E-I 코어 결합 구조보다 코어 손실을 감소시킬 수 있는 자성체 소자를 제공하는 것이다.

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.

본 발명에 따른 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 포함하고, 상기 제1 E-타입 코어 및 제2 E-타입 코어, I-타입 코어는 적어도 하나 이상의 방열 홀(h1)(h2)이 형성할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 자성체 소자는 코어 및 보빈 중 적어도 하나에 방열 홀을 추가하여 권선과 권선 간의 줄어든 이격거리로 인한 권선 방열의 어려움을 줄일 수 있다.

또한 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.

또한, 본 발명에 따른 자성체 소자는 상기 제1 E-타입 코어 및 상기 제2 E-타입 코어의 내측 코어부에 권선되는 내측 권선 코일에 권선되는 외측 권선 코일을 포함하여, 공진 인덕터+변압기 결합 구조를 갖는다.

또한 본 발명에 따른 자성체 소자는 I 코어의 높이를 자속의 상쇄 정보 분석을 통해 기존 E 코어의 위 또는 아래 높이보다 작을 수 있다.

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.

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.

또한, 본 발명에 따른 자성체 소자는 권선과 권선 간의 줄어든 이격거리로 인한 권선 방열의 어려움을 코어와 보빈에 방열 홀을 추가하여 개선시킬 수 있다. 이로 인하여 자성체의 부피를 더욱 줄일 수 있다.

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.

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.

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.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

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 5는 코어 물질에 따라 내부 온도에 따른 코어 손실을 비교한 그래프이다.
도 6a는 도 4a에서 자성체 소자에서 공극을 나타낸 인덕터의 구성도이다.
도 6b는 도 6a의 자성체 소자의 인덕터 등가 회로도이다.
도 7a는 도 4a에서 자성체 소자에서 공극을 나타낸 변압기의 구성도이다.
도 7b는 도 7a의 자성체 소자의 변압기 등가 회로도이다.
도 7c는 일반적인 풀 브릿지 LLC 공진 컨버터(full bridge LLC resonant converter) 등가 회로를 나타낸 회로도이다.
도 8a는 두 종류의 자성체 소자를 결합하는 방법 중 코어를 결합하는 구성을 나타낸 제1 실시예이다.
도 8b는 도 8a에서 구성된 자성체 소자의 등가회로를 나타낸 회로도이다.
도 8c는 8a에서 구성된 자성체 소자의 자속 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 9a는 두 종류의 자성체 소자를 결합하는 방법 중 코어를 결합하는 구성을 나타낸 제2 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 1개의 I-타입 코어를 이용한 인덕터와 변압기를 물리적으로 결합한 자성체 소자의 구성을 나타낸 제3 실시예이다.
도 10b는 도 10a에서 구성된 자성체 소자의 등가회로를 나타낸 회로도이다.
도 10c는 10a에서 구성된 자성체 소자의 자속 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 11은 도 2a 및 도 2b에서 방열 홀의 형상을 상세히 나타내기 위한 자성체 소자의 상면도이다.
도 12는 도 2a 및 도 2b에서 수직 방향 보빈 방열 홀과 수평 방향을 갖는 코어 방열 홀의 형상 및 위치를 나타낸 제1 실시예이다.
도 13은 도 2a 및 도 2b에서 사선 방향 보빈 방열 홀과 수평 방향을 갖는 코어 방열 홀의 형상 및 위치를 나타낸 제2 실시예이다.
도 14는 도 2a 및 도 2b에서 사선 방향 보빈 방열 홀과 수평 방향을 갖는 코어 방열 홀의 형상 및 위치를 나타낸 제3 실시예이다.

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.

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.

이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 자성체 소자를 설명하도록 한다.

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.

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. 그리고 제1 E-타입 코어(100) 및 제2 E-타입 코어(200), I-타입 코어(300)는 적어도 하나 이상의 방열 홀(h1)(h2)이 형성될 수 있다.

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. 제1 및 제2 외측 코어부(110, 120)(210, 220)는 내측 코어부(130)(230) 단면적의 1/2배보다 크거나 같다. 내측 코어부(130)(230)는 도 2a 및 도 2b에서 원형의 형상으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 사각형의 형상일 수도 있다.

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.

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.

내측 코어부(130)에 권선되는 권선 코일(150a)에 의해, 제1 및 제2 외측 코어부(110, 120)는 플럭스(flux)를 발생시킬 수 있다.

내측 코어부(130)는 제1 및 제2 외측 코어부(110, 120) 사이에 배치될 수 있다. 내측 코어부(130)는 상기 권선 코일(150a)이 권선될 수 있다. 이때, 상기 권선 코일(150a)은 내측 코어부(130)에 권선되는 내측 권선 코일(150a) 및 상기 내측 권선 코일(150a)에 권선되는 외측 권선 코일(도 4a에 도시(150b))을 포함할 수 있다. 도 2a 및 도2b에서는 내측 권선 코일(150a)을 도시하고 있다. 이때, 상기 내측 권선 코일(150a) 및 상기 외측 권선 코일(150b) 사이에는 절연 테이프(insulation tape)(도 4a에 도시(180))가 배치될 수 있다.

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.

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.

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.

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.

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.

또한, 내측 코어부(130)에 권선된 권선 코일(150a)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.

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.

도 3은 도 2a 및 도 2b에서 권선 코일의 단면을 나타낸 단면도로서, 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이, 상기 권선 코일(내측 권선 코일(150a) 및 외측 권선 코일(150b))은 절연피복(insulation)(151)과 구리(152)로 구성된다. 권선 코일(150a)(150b)에서 엑스(X) 표시는 전류가 지면으로 들어가는 방향을 나타내며, 점(ㆍ) 표시는 전류가 지면에서 나오는 방향을 나타낸다.

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.

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.

그리고 자성체 소자는 제1 E-타입 코어(100) 및 제2 E-타입 코어(200)의 내측 코어부(130)(230)에 권선영역(160)으로 권선되는 내측 권선 코일(150a)과, 상기 제2 E-타입 코어(200)에 권선되는 내측 권선 코일(150a)에 권선되는 외측 권선 코일(150b)과, 상기 내측 권선 코일(150a) 및 상기 외측 권선 코일(150b) 사이에 배치되는 절연 테이프(insulation tape)(180)와, 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, 내측 권선 코일(150a)이 권선되는 내측 코어부(130)(230)의 외측에 형성된 보빈(bobbin)(170)을 더 포함한다. 이때, 내측 권선 코일(150a) 및 외측 권선 코일(150b)이 3중 절연되어 있으면 절연 테이프(180)를 제거할 수 있다.

자성체 소자는 도 4b에서 나타내고 있는 것과 같이, 3개의 인덕터(공진 인덕터+변압기)가 결합된 등가 회로를 갖는다.

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.

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.

도 5는 코어 물질에 따라 내부 온도에 따른 코어 손실을 비교한 그래프로서, 도 5에서 나타내고 있는 것과 같이, 페라이트 물질 중 PC95는 넓은 온도 범위에서 코어 손실이 작은 특성을 가진다. 페라이트 코어 물질의 경우 코어 투자율은 자계에 따라 비선형성을 가진다. 코어 손실은 페라이트 물질에 따라 다르지만 일반적으로 저온보다는 80℃ 근처에서 작다.

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.

도 6a는 도 4a에서 자성체 소자에서 공극을 나타낸 인덕터의 구성도이다. 도 6a(a)는 자성체 소자에서 중앙+사이드 공극(center+side air gap)을 나타낸 인덕터의 구성도이고, 도 6a(b)는 자성체 소자에서 중앙 공극(center air gap)을 나타낸 인덕터의 구성도이다. 도 6a(a) 및 도 6a(b)는 공극(40) 위치만 다르고 나머지 부분은 동일하다. 그리고 도 6b는 도 6a의 자성체 소자의 인덕터 등가 회로를 나타내고 있다.

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.

이론적으로, 투자율, 코어 단면적, 권선 코일의 턴수, 인덕터가 동일하면, 중앙 공극의 높이(또는 길이)는 중앙+사이드 공극의 2배가 된다. 프린징 플럭스 효과(fringing flux effect)를 고려한 공극 길이는 프린징 플럭스 효과를 고려하지 않은 공극 길이(이론적으로 계산한 공극 길이)보다 클 수 있다.

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.

도 7a는 도 4a에서 자성체 소자에서 공극을 나타낸 변압기의 구성도이다. 도 7a(a)는 자성체 소자에서 중앙+사이드 공극(center+side air gap)을 나타낸 변압기의 구성도이고, 도 7a(b)는 자성체 소자에서 중앙 공극(center air gap)을 나타낸 변압기의 구성도이다. 도 7a(a) 및 도 7a(b)는 공극(40) 위치만 다르고 나머지 부분은 동일하다. 그리고 도 7b는 도 7a의 자성체 소자의 변압기 등가 회로를 나타내고 있다.

도 7a에서 도시하고 있는 것과 같이, 변압기의 기본 구성도 도 6a에서 도시하고 있는 인덕터와 유사하다. 다른 점은 내측 권선코일(150a)에 외측 권선 코일(150b)이 권선되고, 내측 권선 코일(150a) 및 외측 권선 코일(150b) 사이에 절연 테이프(insulation tape)(180)가 배치되어 권선 코일이 분리되어 있다. 이때, 내측 권선 코일(150a) 및 외측 권선 코일(150b)이 3중 절연되어 있으면 절연 테이프(180)를 제거할 수 있다.

변압기의 자속 방향도 인덕터의 자속 방향과 마찬가지로 전류의 방향에 영향을 받는다. 그리고 변압기의 공극 위치는 중앙과 사이드에 모두 간격을 갖는 중앙+사이드 공극(center+side air gap)과, 사이드에는 간격이 없이 중앙에만 간격을 갖는 중앙 공극(center air gap)으로 나눌 수 있다. 변압기는 인덕터와 마찬가지로 주로 공극의 위치는 중앙 공극을 사용한다.

이론적으로 변압기는 에너지를 저장하지 않고 내측 권선 코일(150a)측 에너지를 외측 권선 코일(150b)측으로 전달하는 소자이므로 공극이 존재하지 않는다. 따라서, 변압기에서 공극은 인덕터와 같이 에너지 저장용도로 사용하지 않으며, 코어의 투자율이 온도에 따라 변하는 정도를 완화시켜 주기 위해 사용한다. 변압기에서 공극이 커지면, 자화 전류가 증가하여 코어 손실은 증가한다.

도 7c는 일반적인 풀 브릿지 LLC 공진 컨버터(full bridge LLC resonant converter) 등가 회로를 나타낸 회로도로서, 공진 인덕터(100)와 변압기(200)가 직렬로 연결되어 있다.

도 8a는 두 종류의 자성체 소자를 결합하는 방법 중 코어를 결합하는 구성을 나타낸 제1 실시예이다. 그리고 도 8b는 도 8a에서 구성된 자성체 소자의 등가회로를 나타낸 회로도이고, 도 8c는 8a에서 구성된 자성체 소자의 자속 밀도를 나타낸 그래프이다.

도 8a에서 도시하고 있는 것과 같이, 제1 실시예에 따른 공진 인덕터 및 변압기를 결합한 자성체 소자는 도 6a 및 도 7a의 E-타입 코어를 포함하는 공진 인덕터(10) 및 변압기(20)를 서로 결합한 E-E 코어 결합 구조를 갖는다. 이때, 공진 인덕터(10) 및 변압기(20)에서 발생되는 자속 방향이 동일한 자속 방향을 가지도록 공진 인덕터(10) 및 변압기(20)를 상하로 위치시켜 결합하고 있다.

도 8c에서 나타내고 있는 것과 같이, 내측 코어부(130)에서의 자속 밀도는 인덕터(10) 및 변압기(20)는 모두 동일하다.

도 8a는 인덕터(10) 및 변압기(20)를 물리적으로 결합하였지만, 하부에 위치하는 변압기(20)의 위쪽 제1 E-타입 코어(10)와, 상부에 위치하는 인덕터(10)의 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 원하지 않는 공극이 존재하면 자속은 공극은 넘어가지 않는다. 물리적으로도 두 인덕터(10)와 변압기(20)가 분리되어 있다. 이에 따라, 코어 부피가 줄어들지 않으며, 코어 높이는 인덕터(10)와 변압비(20)가 같거나 다를 수 있다.

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, 코어 높이(부피)가 줄어들지 않는다.

도 9a는 두 종류의 자성체 소자를 결합하는 방법 중 코어를 결합하는 구성을 나타낸 제2 실시예이다. 그리고 도 9b는 도 9a에서 구성된 자성체 소자의 등가회로를 나타낸 회로도이고, 도 9c는 9a에서 구성된 자성체 소자의 자속 밀도를 나타낸 그래프이다.

도 9a에서 도시하고 있는 것과 같이, 제2 실시예에 따른 공진 인덕터 및 변압기를 결합한 자성체 소자는 도 6a 및 도 7a의 E-타입 코어를 포함하는 공진 인덕터(10) 및 변압기(20)를 서로 결합한 E-E 코어 결합 구조를 갖는다. 이때, 공진 인덕터(10) 및 변압기(20)에서 발생되는 자속 방향이 반대의 자속 방향을 가지도록 공진 인덕터(10) 및 변압기(20)를 상하로 위치시켜 결합하고 있다.

도 9a에서 설명하고 있는 제2 실시예는 위에서 도 8a에서 설명하고 있는 제1 실시예와 차이점은 결합된 인덕터(10) 및 변압기(20)의 자속 방향에 있으며, 나머지 구성은 동일하다. 즉, 도 9a는 하부에 위치하는 변압기(20)의 자속 방향은 상부에 위치하는 인덕터(10)의 자속 방향과 반대 방향이다.

도 9a는 인덕터(10) 및 변압기(20)를 물리적으로 결합하였지만, 하부에 위치하는 변압기(20)의 위쪽 제1 E-타입 코어(10)와, 상부에 위치하는 인덕터(10)의 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.

따라서, 도 8a에서 설명한 것과 마찬가지로, 코어 부피가 줄어들지 않으며, 코어 높이는 인덕터(10)와 변압기(20)가 같거나 다를 수 있다.

제1 실시예 및 제2 실시예에서 설명하고 있는 것과 같이, 인덕터(10)와 변압기(20)를 물리적으로 결합하는 방법은 인덕터(10)와 변압기(20) 사이에 원하지 않는 공극이 존재하여 코어에서 자속 상쇄효과를 얻을 수 없는 구조이다.

이러한 문제점을 해소하기 위한 방법으로, 2개의 제1 E-타입 코어(10)(20)와 함께 1개 이상의 I-타입 코어를 추가할 수 있다.

도 10a는 2개의 제1 E-타입 코어 및 제2 E-타입 코어와 1개의 I-타입 코어를 이용한 인덕터와 변압기를 물리적으로 결합한 자성체 소자의 구성을 나타낸 제3 실시예이다. 그리고 도 10b는 도 10a에서 구성된 자성체 소자의 등가회로를 나타낸 회로도이고, 도 10c는 10a에서 구성된 자성체 소자의 자속 밀도를 나타낸 그래프이다.

도 10a에서 도시하고 있는 것과 같이, 제3 실시예에 따른 인덕터(10)와 변압기(20)를 결합한 자성체 소자는 도 8a의 구성을 갖는 2개의 제1 E-타입 코어(10) 및 제2 E-타입 코어(20)를 포함하는 자성체 소자의 상부에 I-타입 코어(30)를 위치시켜 결합한 E-E-I 코어 결합 구조를 갖는다. 이때, 인덕터(10)와 변압기(20)에서 발생되는 자속 방향이 동일한 자속 방향을 가지도록 인덕터(10)와 변압기(20)를 상하로 위치시켜 결합하고 있다.

도 10c에서 나타내고 있는 것과 같이, 내측 코어부(130)에서의 자속 밀도는 인덕터(10)와 변압기(20) 모두 동일하다. 이처럼, 인덕터(10)와 변압기(20)의 전류 파형이 동일할 경우, 도 10b의 등가회로에 따라 상부에 위치하는 인덕터(10)의 제1 E-타입 코어(10) 아래 부분에서의 자속 밀도는 도 10c(b)에서 나타내고 있는 것과 같이 이론적으로 0(zero)이다.

따라서, 인덕터(10)와 변압기(20) 코어에서 자속의 상쇄 효과가 발생하여 코어 높이(부피)가 도 8a에서 도시하고 있는 코어의 높이(부피)보다 줄어든다. 따라서, 도 10a에서 도시하고 있는 자성체 소자의 높이(T3)는 도 8a에서 도시하고 있는 자성체 높이(T2)보다 줄어든다.

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.

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.

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.

장점으로는 E-타입 코어 2개를 결합할 경우, 동일한 E-코어를 2개를 사용할 수 있으며, 높이가 줄어든 미들 코어 하나를 사용할 수 있게 된다.

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.

그리고 도 4c(a)(c)에서 도시하고 있는 것과 같이, 인덕터(100)와 변압기(200)의 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 인덕터(100)의 자속과 변압기(200)의 자속이 서로 영향을 주고 받게 된다.

이처럼 줄어든 I-타입 코어 높이로 인하여 전체 자성체 소자 높이(T1) 및 부피는 도 8a에서 도시하고 있는 자성체 높이(T2)보다 줄어들게 된다.

다만, 도 4a는 미들 코어의 높이를 줄일 수 있는 장점이 있지만, 인덕터 권선 코일과 코어의 권선 코일이 가까워져서 권선 코일의 방열에 어려움이 존재하거나, 존재할 수 있다. 일반적으로 부하가 증가할 경우 권선 간의 방열에 어려움이 존재할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 권선 코일의 방열을 위하여 코일(100)(200)(300) 일부분에 방열 홀(h1)(h2)을 추가할 수 있다.

상기 방열 홀(h1)(h2)은 제1 E-타입 코어(100) 및 제2 E-타입 코어(200), I-타입 코어(300)의 코어 바디(140)(240)에 형성될 수 있다. 본 발명에서는 방열 홀(h1)(h2)이 2개 형성되는 구성을 기재하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 방열 홀(h1)(h2)은 제1 외측 코어부(110)의 내측면에서 내측 코어부(130)의 외측면 사이에 형성되는 제1 방열 홀(h1)과, 제2 외측 코어부(120)의 내측면에서 내측 코어부(130)의 외측면 사이에 형성되는 제2 방열 홀(h2)로 형성될 수 있다. 여기서, 내측 코어부(130)의 중심 축을 기준으로, 제1 및 제2 방열 홀(h1, h2)은 서로 대칭되게 형성될 수 있다.

도 11은 도 2a 및 도 2b에서 방열 홀의 형상을 상세히 나타내기 위한 자성체 소자의 상면도이다.

도 11(a)에 나타낸 제1 및 제2 방열 홀(h1, h2)의 상면 형상은 직사각형 형상에서 제1 및 제2 외측 코어부(110, 120)에 인접한 부분은 직선을 이루고, 내측 코어부(130)에 인접한 부분은 곡선을 이루는 형상이다. 즉, 플럭스(flux)가 들어오는 제1 및 제2 방열 홀(h1, h2)의 일측이 라운드 형상으로 가질 수 있다.

도 11(b)에 나타낸 제1 및 제2 방열 홀(h1, h2)의 상면 형상은 타원 형상일 수 있다. 즉, 제1 및 제2 방열 홀(h1, h2)의 상면 형상은 전체적으로 곡선을 이루어지므로, 제1 및 제2 방열 홀(h1, h2)은 플럭스를 방해하지 않을 수 있다.

도 11(c)에 나타낸 제1 및 제2 방열 홀(h1, h2) 각각은 적어도 2개 이상 형성될 수 있다. 즉, 제1 방열 홀(h1)은 제1 및 제2 서브 방열 홀(sh1, sh2)을 포함하고, 제2 방열 홀(h2)은 제3 및 제4 서브 방열 홀(sh3, sh4)을 포함할 수 있다.

그리고 제1 및 제2 서브 방열 홀(sh1, sh2), 제3 및 제4 서브 방열 홀(sh3, sh4) 각각은 직사각형 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 서브 방열 홀(sh1, sh2)은 내측 코어부(130)의 외측면에서 제1 외측 코어부(110)의 외측면 방향으로 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 제2 및 제3 서브 방열 홀(sh3, sh4)은 내측 코어부(130)의 외측면에서 제2 외측 코어부(120)의 외측면 방향으로 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다.

이때, 제1 및 제2 방열 홀(h1, h2) 각각은 2개의 서버 방열 홀을 형성하고 있지만, 이에 한정되지 않으며, 3개 이상의 서버 방열 홀이 형성될 수 있다.

도 11(d)에 나타낸 제1 및 제2 방열 홀(h1, h2) 각각은 적어도 2개 이상 형성될 수 있다. 즉, 제1 방열 홀(h1)은 제1 및 제2 서브 방열 홀(sh1, sh2)을 포함하고, 제2 방열 홀(h2)은 제3 및 제4 서브 방열 홀(sh3, sh4)을 포함할 수 있다.

그리고 제1 및 제2 서브 방열 홀(sh1, sh2), 제3 및 제4 서브 방열 홀(sh3, sh4) 각각은 타원 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 서브 방열 홀(sh1, sh2)은 내측 코어부(130)의 외측면에서 제1 외측 코어부(110)의 외측면 방향으로 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 제2 및 제3 서브 방열 홀(sh3, sh4)은 내측 코어부(130)의 외측면에서 제2 외측 코어부(120)의 외측면 방향으로 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다.

이때, 제1 및 제2 방열 홀(h1, h2) 각각은 2개의 서버 방열 홀을 형성하고 있지만, 이에 한정되지 않으며, 3개 이상의 서버 방열 홀이 형성될 수 있다.

도 11(e)에 나타낸 제1 및 제2 방열 홀(h1, h2)의 상면 형상은 플럭스의 진행 방향과 평행 방향으로 나열된 복수 개의 원 형상으로 이루어질 수 있다. 즉, 제1 및 제2 방열 홀(h1, h2)의 상면 형상은 전체적으로 원의 곡선을 이루어지므로, 제1 및 제2 방열 홀(h1, h2)은 플럭스를 방해하지 않을 수 있다.

도 11(f)에 나타낸 제1 및 제2 방열 홀(h1, h2)의 상면 형상은 직사각형 형상에서 제1 및 제2 외측 코어부(110, 120) 및 내측 코어부(130)에 인접한 부분이 곡선을 이루는 형상이다. 즉, 플럭스(flux)가 들어오는 제1 및 제2 방열 홀(h1, h2)의 일측 및 타측은 라운드 형상으로 가질 수 있다.

도 11(a) 내지 도 11(f)에 나타낸 제1 및 제2 방열 홀(h1, h2)은 하나의 실시 예이며, 권선(내측 권선 코일(150a))의 방열을 위하여 코어(100)(200)(300) 일부분에 방열 홀을 추가할 수 있다. 그리고 실시예로서, 코어 방열 홀 형상은 라운드+직각(도 3(a)), 타원(도 3(b)), 직각 빗살무늬(도 3(c)), 타원 빗살무늬(도 3(d)), 여러 개의 원형(도 3(e)), 라운드(도 3(f)) 형상을 나타내고 있지만, 이 외에도 방열 홀의 모양, 개수, 각도는 이에 한정되지 않으며 다양할 수 있다.

또한, 권선(내측 권선 코일(150a))의 방열을 위하여 코어 방열 홀(h1)(h2) 뿐만 아니라, 내측 권선 코일(150a)이 권선되는 내측 코어부(130)(230)의 외측에 형성된 보빈(bobbin)(170)에 방열 홀(h3)(h4)을 형성할 수도 있다.

도 12는 도 2a 및 도 2b에서 수직 방향 보빈 방열 홀과 수평 방향을 갖는 코어 방열 홀의 형상 및 위치를 나타낸 제1 실시예이다.

보빈의 형상에 따라, 도 12(a)(b)(c)에서 도시하고 있는 것과 같이, 사각형 보빈 방열 홀(h3)(h4)과, 도 12(d)(e)(f)에서 도시하고 있는 것과 같이, 라운드형 보빈 방열 홀(h3)(h4)로 나눌 수 있다.

그리고 도 12(a)(d)에서 도시하고 있는 것과 같이 왼쪽으로 휘어 있는 보빈 방열 홀(h3)(h4) 형상은 코어 방열 홀(h1)(h2)을 기준으로 활처럼 휘어 있는 보빈(170)이 수직 방향으로 배치된 경우이다.

또한, 도 12(b)(e)에서 도시하고 있는 것과 같이 오른쪽으로 휘어 있는 보빈 방열 홀(h3)(h4)의 형상은 코어 방열 홀(h1)(h2)을 기준으로 보빈(170)이 내측 코어부(130)(230) 안쪽을 바라보고 있는 방향으로 배치된 경우이다.

또한, 도 12(c)(f)에서 도시하고 있는 것과 같이 수직한 보빈 방열 홀(h3)(h4)의 형상은 보빈 방열 홀(h3)(h4)이 코어 방열 홀(h1)(h2)에 수직으로 배치된 경우이다.

도 13은 도 2a 및 도 2b에서 수평 방향 보빈 방열 홀과 수평 방향을 갖는 코어 방열 홀의 형상 및 위치를 나타낸 제2 실시예이다.

보빈의 형상에 따라, 도 13(a)(b)(c)에서 도시하고 있는 것과 같이, 사각형 보빈 방열 홀(h3)(h4)과, 도 13(d)(e)(f)에서 도시하고 있는 것과 같이, 라운드형 보빈 방열 홀(h3)(h4)로 나눌 수 있다.

그리고 도 13(a)(d)에서 도시하고 있는 것과 같이 아래쪽으로 휘어 있는 보빈 방열 홀(h3)(h4) 형상은 코어 방열 홀(h1)(h2)을 기준으로 보빈(170)이 위쪽을 바라보는 방향으로 배치된 경우이다.

또한, 도 13(b)(e)에서 도시하고 있는 것과 같이 위쪽으로 휘어 있는 보빈 방열 홀(h3)(h4)의 형상은 코어 방열 홀(h1)(h2)을 기준으로 보빈(170)이 아래쪽을 바라보는 방향으로 배치된 경우이다.

또한, 도 13(c)(f)에서 도시하고 있는 것과 같이 수평한 보빈 방열 홀(h3)(h4)의 형상은 보빈 방열 홀(h3)(h4)이 코어 방열 홀(h1)(h2)에 수평으로 배치된 경우이다.

도 14는 도 2a 및 도 2b에서 사선 방향 보빈 방열 홀과 수평 방향을 갖는 코어 방열 홀의 형상 및 위치를 나타낸 제3 실시예이다.

보빈의 형상에 따라, 도 14(a)(b)(c)(d)에서 도시하고 있는 것과 같이, 사각형 보빈 방열 홀(h3)(h4)과, 도 14(e)(f)(g)(h)에서 도시하고 있는 것과 같이, 라운드형 보빈 방열 홀(h3)(h4)로 나눌 수 있다.

그리고 도 14(a)(d)에서 도시하고 있는 것과 같이 아래쪽으로 휘어진 사선 방향을 갖는 보빈 방열 홀(h3)(h4) 형상은 코어 방열 홀(h1)(h2)을 기준으로 활처럼 휘어 있는 보빈(170)이 -45도 각도로 왼쪽 바깥 위쪽을 바라보는 방향으로 배치된 경우이다.

또한, 도 14(b)(e)에서 도시하고 있는 것과 같이 위쪽으로 휘어진 사선 방향을 갖는 보빈 방열 홀(h3)(h4)의 형상은 코어 방열 홀(h1)(h2)을 기준으로 보빈(170)이 45도 각도로 오른쪽 바깥 아래쪽을 바라보는 방향으로 배치된 경우이다.

또한, 도 14(c)(f)에서 도시하고 있는 것과 같이 앞쪽으로 기울어진 수평한 사선 방향을 갖는 보빈 방열 홀(h3)(h4)의 형상은 사각형 보빈(170) 형상이 -15도 각도로 왼쪽 바깥 위쪽을 바라보는 방향으로 배치된 경우이다.

또한, 도 14(d)(h)에서 도시하고 있는 것과 같이 뒤쪽으로 기울어진 수평한 사선 방향을 갖는 보빈 방열 홀(h3)(h4)의 형상은 사각형 보빈(170) 형상이 15도 각도로 오른쪽 바깥 위쪽을 바라보는 방향으로 배치된 경우이다.

도 12 내지 도 14에 나타낸 보빈 방열 홀(h3)(h4)은 하나의 실시 예이며, 보빈 방열 홀(h3)(h4)의 개수는 2개 이상일 수 있다. 또한 보빈 방열 홀(h3)(h4)의 각도는 조절 가능하며 다양할 수 있다. 단지, 코어 방열 홀(h1)(h2)을 기준으로 권선(150a)(150b)이 외부 공기와 맞닿은 면적이 큰 방향으로 보빈 방열 홀(h3)(h4)을 생성하는 것이 권선 방열에 효과적이다.

그리고 보빈 방열 홀(h3)(h4) 및 코어 방열 홀(h1)(h2)의 사이즈는 다르게 형성할 수 있다.

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.

100: 제1 E-타입 코어(인덕터) 110, 120: 제1 외측 코어부
130, 230: 내측 코어부 140, 240: 코어 바디
150a: 내부 권선 코일 150b: 외부 권선 코일
151: 절연피복 152: 구리
160: 권선영역 170: 보빈
180: 절연 테이프 200: 제2 E-타입 코어(변압기)
210, 220: 제2 외측 코어부 230: 내측 코어부
300: I-타입 코어 400: 공극

Claims (9)

1. 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 포함하고,
   상기 제1 E-타입 코어 및 제2 E-타입 코어, I-타입 코어는 적어도 하나 이상의 방열 홀(h1)(h2)이 형성하는 자성체 소자.
   
2. 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.
   
3. 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.
   
4. 제2 항에 있어서,
   상기 제1 2 E-타입 코어 및 제2 E-타입 코어 중 어느 하나는
   상기 내측 코어부에 권선되는 내측 권선 코일 및 상기 내측 권선 코일에 권선되는 외측 권선 코일을 포함하는 자성체 소자.
   
5. 제2 항에 있어서,
   상기 자성체 소자는
   상기 제1 E-타입 코어 및 상기 제2 E-타입 코어의 내측 코어부에 권선영역으로 권선되는 내측 권선 코일과,
   상기 제2 E-타입 코어에 권선되는 내측 권선 코일에 권선되는 외측 권선 코일과,
   상기 내측 권선 코일 및 상기 외측 권선 코일 사이에 배치되는 절연 테이프(insulation tape)와,
   상기 제1 E-타입 코어, 상기 I-타입 코어 및 상기 제2 E-타입 코어 간에 각각 소정의 간격(gap)을 갖는 공극(air gap)과,
   상기 내측 권선 코일이 권선되는 내측 코어부의 외측에 형성된 보빈(bobbin)을 더 포함하는 자성체 소자.
   
6. 제5 항에 있어서,
   상기 보빈은 적어도 하나 이상의 방열 홀(h3)(h4)을 형성하는 자성체 소자.
   
7. 제2 항에 있어서,
   상기 방열 홀(h1)(h2)은 상기 제1 E-타입 코어 및 상기 제2 E-타입 코어, 상기 I-타입 코어의 코어 바디에 형성되는 자성체 소자.
   
8. 제7 항에 있어서,
   상기 방열 홀(h1)(h2)은 상기 제1 외측 코어부의 내측면에서 내측 코어부의 외측면 사이에 형성되는 제1 방열 홀(h1)과,
   상기 제2 외측 코어부의 내측면에서 내측 코어부의 외측면 사이에 형성되는 제2 방열 홀(h2)로 형성되고,
   상기 내측 코어부의 중심 축을 기준으로, 상기 제1 방열 홀(h1) 및 상기 제2 방열 홀(h2)은 서로 대칭되게 형성되는 자성체 소자.
   
9. 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.
   

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