KR20220101193A - 전기적으로 가변의 특성을 갖는 자성 부품들 - Google Patents

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브래들리 에이. 리즈
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Abstract

자성 부품은, 주 자기 코어, 상기 주 자기 코어에 결합된 파워 권선, 상기 주 자기 코어의 플럭스 경로에 배열되고 가포화 자기 코어 및 상기 가포화 자기 코어에 결합된 제어 권선을 포함하는 가변 릴럭턴스 코어 소자를 포함한다. 상기 제어 권선은 상기 파워 권선에 대해서 격리되어 있고 상기 가포화 자기 코어의 부분을 선택적으로 포화시키도록 구성된다.

Description

전기적으로 가변의 특성을 갖는 자성 부품들
본 발명은, 가변의 자기 특성(variable magnetic characteristics)을 가지는 자성 부품들(magnetic components)에 관한 것이다.
다양한 응용들(applications)에서 특정의 동작 조건들 하에서 높은 전력 밀도(power densities)를 달성하기 위해 공진형 파워 컨버터들(resonant power converters)을 사용한다. 고밀도의 그리고 정격의 전력 변환(high density and regulated power conversion)을 요하는 예시적인 응용들은, 고출력 레이저(high energy lasers), 대공 미사일 방어 레이더(air and missile defense radars) 및 하이브리드 에너지 저장 모듈(hybrid energy storage modules)을 포함한다. 기타의 항공우주 분야의 응용들 및 지상 운송 분야의 응용들의 경우도 높은 전력 밀도를 요구할 수 있다. 어떤 동작 조건들은, 파워 컨버터(power converter)의 기능을 전압을 조절하고 스위칭 주파수들을 동기화시키는 것으로 제한하여, 컨버터의 전력 밀도를 제어하기 위한 추가의 부품들이 특정 응용들에서 사용되도록 한다.
공진형 파워 컨버터들에서 전력 밀도를 제어하기 위한 이전의 시도들은, 전기 신호들을 증폭하기 위해 자기 증폭기들(magnetic amplifiers)을 사용하는 것을 포함한다. 자기 증폭기들의 인덕턴스는 제어 권선들(control windings)에 전류를 인가함으로써 동적으로 조정될 수 있다. 그러나, 자기 증폭기들을 사용하는 것은, 제어 권선들에 높은 전압이 유도되고 부피가 큰 고전압 격리(bulky high voltage isolation)가 필요하다는 점에서 불리하다. 결과적으로, 높은 유도 전압이, 회로에서의 잡음과 파워 컨버터의 관점에서의 감소된 전력 밀도라는 결과를 가져온다.
본 발명에 따른 공진형 파워 컨버터는, 파워 컨버터 용의 자성 부품(magnetic component)의 자기 특성들을 변화시키기 위해 가변 릴럭턴스 코어 소자(variable reluctance core element: VRCE)를 사용하는 것을 포함한다. VRCE는, 자성 부품의 전체 자기 코어를 포화시키는 자기 증폭기들과 비교하여, VRCE의 릴럭턴스(reluctance)를 변화시키기 위해 VRCE의 가포화 자기 코어(saturable magnetic core)의 부분(section)을 국부적으로(locally) 포화시키는 적어도 하나의 제어 권선(control winding)을 포함한다. 제어 권선은, 제어 권선이 주 자기 코어(main magnetic core)의 파워 권선(power winding)에 대해 격리되도록 가포화 코어 내에서 배향되어(oriented) 있다. 이러한 배향은, 파워 권선으로부터의 플럭스가 제어 권선을 통과하지 못하도록 하고, 제어 권선에 유도된 전압이 제거된다. 따라서, 부피가 큰 고전압 격리를 요하는 자기 증폭기들을 사용하는 것에 비해 공진형 컨버터의 전체 크기가 줄어든다.
또 다른 장점은, 자기 증폭기를 사용하는 것에 비해 자성 부품의 자기 특성들을 더욱 정밀하게 제어하기 위해 VRCE 또는 복수의 VRCE들이 자기 코어의 서로 다른 부분들(different sections)에 배열될 수 있다는 것이다. 따라서, VRCE를 구비하는 자성 부품을 갖는 공진형 파워 컨버터는, 높은 전력 밀도, 전압 조절 및 주파수 동기를 동시에 성취할 수 있고, 이는 이 모든 장점들을 동시에 성취하기에는 부족한 부분이 있는 자기 증폭기를 사용하는 것과 대조적이다.
본 발명의 특징에 따르면, 자성 부품은, 주 자기 코어, 상기 주 자기 코어에 결합된 파워 권선, 상기 주 자기 코어의 플럭스 경로(flux path)에 배열된 가변 릴럭턴스 코어 소자를 포함한다.
본 발명의 특징에 따르면, 자성 부품은, 주 자기 코어, 상기 주 자기 코어에 결합된 파워 권선, 가포화 자기 코어 및 상기 가포화 자기 코어에 결합된 제어 권선을 포함하는, 상기 주 자기 코어의 플럭스 경로에 배열된 가변 릴럭턴스 코어 소자를 포함하고, 여기서 상기 제어 권선은 상기 파워 권선에 대해서 격리되어 있고 상기 가포화 자기 코어의 부분을 선택적으로 포화시키도록 구성된다.
본 발명의 내용의 어느 단락(들)의 실시예에 따르면, 상기 제어 권선은, 적어도 1회의 감김(one turn)을 포함한다.
본 발명의 내용의 어느 단락(들)의 실시예에 따르면, 상기 가변 릴럭턴스 코어 소자는, 상기 제어 권선에 전류가 인가될 때 인공의 공극(artificial air gap)을 정의한다.
본 발명의 내용의 어느 단락(들)의 실시예에 따르면, 상기 주 자기 코어 및 상기 적어도 하나의 가변 릴럭턴스 코어 소자 간에 공극(air gap)이 정의된다.
본 발명의 내용의 어느 단락(들)의 실시예에 따르면, 상기 파워 권선은, 상기 주 자기 코어의 제1 부분에 결합된 1차 파워 권선(primary power winding) 및 상기 주 자기 코어의 제2 부분에 결합된 2차 파워 권선(secondary power winding)을 포함한다.
본 발명의 내용의 어느 단락(들)의 실시예에 따르면, 상기 가변 릴럭턴스 코어 소자는, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 간에서 결합된 제1 가변 릴럭턴스 코어(first variable reluctance core) 및 상기 제2 부분에 결합된 제2 가변 릴럭턴스 코어(second variable reluctance core)를 포함한다.
본 발명의 내용의 어느 단락(들)의 실시예에 따르면, 상기 제어 권선은, DC 전압을 수신하도록 구성된다.
본 발명의 내용의 어느 단락(들)의 실시예에 따르면, 상기 제어 권선은, AC 전압을 수신하도록 구성된다.
본 발명의 내용의 어느 단락(들)의 실시예에 따르면, 상기 가변 릴럭턴스 코어 소자는, 2개 이상의 제어 권선들을 포함한다.
본 발명의 내용의 어느 단락(들)의 실시예에 따르면, 복수의 가변 릴럭턴스 코어 소자가 상기 주 자기 코어 주위의 서로 다른 위치들에 배열된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 공진형 파워 컨버터(resonant power converter)는, 주 자기 코어 및 상기 주 자기 코어에 결합된 파워 권선을 갖는 자성 부품, 및 상기 주 자기 코어의 플럭스 경로에 배열되고 가포화 자기 코어 및 상기 가포화 자기 코어에 결합된 제어 권선을 포함하는 가변 릴럭턴스 코어 소자를 포함하고, 여기서 상기 제어 권선은 상기 파워 권선에 대해서 격리되어 있고 상기 가포화 자기 코어의 부분(section)을 선택적으로 포화시키도록 구성된다.
본 발명의 내용의 어느 단락(들)의 실시예에 따르면, 상기 제어 권선은, 적어도 1회의 감김을 포함한다.
본 발명의 내용의 어느 단락(들)의 실시예에 따르면, 상기 가변 릴럭턴스 코어 소자는, 상기 제어 권선에 전류가 인가될 때 인공의 공극을 정의한다.
본 발명의 내용의 어느 단락(들)의 실시예에 따르면, 상기 주 자기 코어 및 상기 적어도 하나의 가변 릴럭턴스 코어 소자 간에서 공극이 정의된다.
본 발명의 내용의 어느 단락(들)의 실시예에 따르면, 상기 파워 권선은, 상기 주 자기 코어의 제1 부분에 결합된 1차 파워 권선 및 상기 주 자기 코어의 제2 부분에 결합된 2차 파워 권선을 포함한다.
본 발명의 내용의 어느 단락(들)의 실시예에 따르면, 상기 가변 릴럭턴스 코어 소자는, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 간에서 결합된 제1 가변 릴럭턴스 코어 및 상기 제2 부분에 결합된 제2 가변 릴럭턴스 코어를 포함한다.
본 발명의 내용의 어느 단락(들)의 실시예에 따르면, 상기 제어 권선은, DC 또는 AC 전압을 수신하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 주 자기 코어 및 상기 주 자기 코어에 결합된 파워 권선을 갖는 자성 부품의 자기 특성(magnetic characteristics)을 변화시키는 방법은, 상기 주 자기 코어의 플럭스 경로에 가변 릴럭턴스 코어 소자를 배열하는 단계, 상기 가변 릴럭턴스 코어 소자의 제어 권선을 상기 파워 권선으로부터 격리시키는 단계, 및 상기 제어 권선을 이용하여 상기 가변 릴럭턴스 코어 소자의 가포화 자기 코어의 부분들을 국부적으로 포화시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 내용의 어느 단락(들)의 실시예에 따르면, 상기 방법은, 상기 가변 릴럭턴스 코어 소자에 적어도 하나의 인공의 공극을 형성하기 위해 상기 제어 권선에 전압을 인가함으로써 상기 가변 릴럭턴스 코어 소자의 릴럭턴스(reluctance)를 증가시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 내용의 어느 단락(들)의 실시예에 따르면, 상기 방법은, 상기 주 자기 코어에 있는 공극들을 이용하여 상기 제어 권선으로부터의 플럭스를 상기 가변 릴럭턴스 코어 소자에 국한시키는 단계를 포함한다.
전술한 사항들 및 관련 목표들을 달성하기 위해, 본 발명은, 이하에서 완전하게 설명될 그리고 본 청구항들에서 특히 지목될 특징들을 포함한다. 이하의 설명과 첨부된 도면들은 본 발명의 특정의 예시적인 실시예들을 상세히 설명한다. 이러한 실시예들은, 본 발명의 원리들이 사용될 수 있는 다양한 방식들을 나타내기는 하는 그러한 다양한 방식들의 몇몇만을 나타낸다. 본 발명의 다른 목적들, 장점들 및 신규한 특징들은, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대한 이하의 상세한 설명을 검토하게 될 때 명백해질 것이다.
반드시 실제의 크기대로 그려진 것은 아닌 첨부된 도면들은 본 발명의 다양한 특징들을 보여준다.
도 1은 가변 릴럭턴스 코어 소자(variable reluctance core element: VRCE)를 포함하는 자성 부품을 도시한다.
도 2는 도 1의 VRCE의 전면 사시도를 도시한다.
도 3은 도 2의 VRCE의 정면도를 도시한다.
도 4는 도 2의 VRCE의 측면도를 도시한다.
도 5는 도 1의 VRCE의 플럭스 및 VRCE의 제어 권선에 인가되는 제어 전류 간의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 6은 도 1의 VRCE의 투자율(permeability) 및 제어 전류 간의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 7은 도 1의 VRCE의 릴럭턴스(reluctance) 및 제어 전류 간의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 8은 도 1의 VRCE의 유한 요소 시뮬레이션(finite element simulation)을 도시한다.
도 9는 VRCE의 제어 권선만이 여기되는 경우에 있어서의, 도 1의 자성 부품의 VRCE와 주 자기 코어(main magnetic core)에서의 플럭스 선들(flux lines)을 도시한다.
도 10은 자성 부품의 파워 권선만이 여기되는 경우에 있어서의, 도 1의 자성 부품의 VRCE와 주 자기 코어에서의 플럭스 선들을 도시한다.
도 11은 도 1의 주 자기 코어가 0의 갭(gap) 또는 0.1 밀리미터의 갭을 갖는 경우에 있어서의 인덕턴스와 제어 전류 간의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 12는 도 1의 주 자기 코어가 0의 갭 또는 0.1 밀리미터의 갭을 갖는 경우에 있어서의 인덕턴스에 있어서의 변화와 제어 전류 간의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 13은 도 1의 자성 부품에 대한 자기 회로(magnetic circuit)를 도시한다.
도 14는 도 1의 자성 부품에 대한 전기 회로를 도시한다.
도 15는 1차 및 2차 파워 권선들(primary and secondary power windings) 및 이 권선들 간에 결합된 단일의 VRCE를 갖는 다른 예시적인 자성 부품을 도시한다.
도 16은 도 15의 자성 부품 용의 자기 회로를 도시한다.
도 17은 도 15의 자성 부품 용의 전기 회로를 도시한다.
도 18은 1차 및 2차 파워 권선들 및 두 개의 VRCE들을 갖는 또 다른 예시적인 자성 부품을 도시한다.
도 19는 도 18의 자성 부품 용의 자기 회로를 도시한다.
도 20은 도 18의 자성 부품 용의 전기 회로를 도시한다.
도 21은 두개의 제어 권선들을 갖는 다른 예시적인 VRCE를 도시한다.
도 22는 도1에 도시된 자성 부품과 같은 자성 부품의 자기 특성을 변화시키는 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다.
여기에 설명되는 원리들은, 반도체들, 커패시터들 및 다른 적절한 부품들을 망라하는, 높은 전력 밀도 및 공진형 파워 컨버터들을 필요로 하는 응용들에서 사용될 수 있다. 예시적인 응용들은, 고출력 레이저(high energy lasers), 대공 미사일 방어 레이더(air and missile defense radars) 및 하이브리드 에너지 저장 모듈(hybrid energy storage modules)을 포함한다. 기타의 항공우주 분야의 응용들(aerospace applications) 및 지상 운송 분야의 응용들(ground transportation applications)도 적합할 수 있다. 비군사적 응용들도 적합할 수 있다. 많은 다른 응용들이 적합할 수 있다.
먼저 도 1을 참조하면, 자성 부품(magnetic component)(30)이 도시되어 있다. 자성 부품(30)은 공진형 파워 컨버터(resonant power converter)(32)에 배열될 수 있고 주 자기 코어(main magnetic core)(34) 및 주 자기 코어(34)에 결합된 파워 권선(36)을 포함한다. 주 자기 코어(34)는 자기장(magnetic field)에 대해서 도체로서 기능하도록 구성되고 응용에 따라 달라지는 임의의 적절한 기하학적 모양을 가질 수 있다. 적절한 모양들은, 직사각형, 원통 또는 다른 다각형의 3차원 모양들을 포함한다. 다각형이 아닌 다른 모양들도 적합할 수 있다. 주 자기 코어(34)는, 임의의 적합한 물질 또는 철, 니켈, 코발트, 비정질강(amorphous steel), 철 세라믹(ferrous ceramics), 규소강(silicon steel), 철 기반의 비정질 테이프(iron-based amorphous tape) 및 기타의 강자성 금속(ferromagnetic metals) 또는 금속 합금(metallic alloys)을 포함하는 물질들의 조합으로 형성될 수 있다. 많은 다른 물질들이 적합할 수 있고, 물질은 응용에 따라 달라진다. 파워 권선(36)은 주 자기 코어(34) 주위로 감겨진 절연 전선의 코일(coil of insulated wire)로 형성된다. 임의의 적합한 절연 물질로 절연된 구리 또는 알루미늄과 같은 임의의 적합한 물질이 파워 권선(36) 용으로 사용될 수 있다. 적합한 절연(insulating) 물질은 에나멜(enamel)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 자성 부품(30)은, 다수의 부분들(multiple sections) 또는 복수의 파워 권선을 갖는 적어도 하나의 주 자기 코어를 포함할 수 있다.
추가로 도 2 내지 도 4를 참조하면, 가변 릴럭턴스 코어 소자(VRCE)(38)가 자성 부품(30)의 주 자기 코어(34)의 플럭스 경로(flux path)에 배열된다. VRCE(38)는 주 자기 코어(34)에 대한 전기 회로에서 자기 저항(magnetic resistance) 또는 릴럭턴스(reluctance)
Figure pct00001
를 제공하도록 구성된다. 도 2는 VRCE(38)의 예시적인 실시예의 사시도를 도시하고, 도 3은 VRCE(38)의 정면도를 도시하고, 도 4는 VRCE(38)의 측면도를 도시한다. VRCE(38)는 가포화 자기 코어(saturable magnetic core)(40) 및 가포화 자기 코어(40)에 배열된 제어 권선(42)을 포함한다. 가포화 자기 코어(40)는 임의의 적절한 기하학적 모양을 가질 수 있고 주 자기 코어(34) 용으로도 적합한 임의의 물질로 형성될 수 있다. 모양과 물질은 응용에 따라 달라진다.
자성 부품(30)에서의 VRCE(38)의 위치는, VRCE(38)를 이용하여 제어되거나 변화될 자성 부품(30)의 특정 자기 특성들에 기초하여 선택될 수 있다. 두 개 이상의 VRCE들이 사용될 수 있고, VRCE들의 개수는 응용에 따라 달라진다. 예를 들어, VRCE들의 개수는 출력들의 개수 또는 권선들의 개수에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 2개 이상의 파워 권선들을 가지는 자성 부품을 갖는 응용들에서는, 각각의 권선 마다 하나의 VRCE가 제공될 수 있다.
제어 권선(42)은 절연 전선의 코일로 형성되고 파워 권선(36) 용으로도 적합한 임의의 물질로 형성될 수 있다. VRCE(38)는 두 개 이상의 제어 권선들을 포함할 수 있고, 제어 권선들의 개수와 물질은 응용에 따라 달라진다. 각각의 제어 권선(42)은, 제어 권선(42) 상에서의 유도된 전압을 제거하기 위해 가포화 자기 코어(40) 내에서 미리 결정된 방위로(in a predetermined orientation) 배열된다. 즉, 제어 권선(42)은, 제어 권선(42)이 파워 권선(36)으로부터 격리되도록 배향된다. 적어도 하나의 커브(curve) 또는 적어도 1회의 감김(turn)(44)이 제어 권선(42)에 형성되고, 권수(number of turns)와 감김들(turns)의 모양들은 응용 및 원하는 자기 특성들에 따라 달라진다. 예를 들어, 1회의 감김은 코어 주위로 권선을 1회 감싸는 것으로서 정의되고, 10회의 감김은 코어 주위로 동일 권선을 10회 감쌈으로써 형성된다. 응용에 따라 AC 또는 DC일 수 있는 전류를 제어 권선(42)에 공급하기 위해 전원(46)이 제어 권선(42)에 결합되어 있다.
추가로 도 5 내지 도 7을 참조하면, 주 자기 코어(34)의 자기 특성들을 영구적으로 변화시키지 않고도 VRCE(38)의 가포화 자기 코어(40)가 포화의 상태(state of saturation)로 동작하도록 구성된다는 점에서, VRCE(38)를 사용하는 것이 유리하다. 도 5는 가포화 자기 코어(40)의 자속(magnetic flux)(48)과 전원(46)을 통해 제어 권선(42)으로 공급되는 제어 전류(50)의 양(amount) 간의 관계를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 가포화 자기 코어(40)가 포화 상태(52)에 이를 때, 가포화 자기 코어(40)는 완전히 자화되고 최대의 자속을 생성한다. 제어 전류(50)의 충분한 양이 제어 권선(42)에 인가될 때 가포화 자기 코어(40)가 제어 권선(42) 근처의 작은 밴드들(small bands) 내에서 포화되도록 하기 위해 VRCE(38)의 치수가 정해진다(dimensioned).
도 6은 VRCE(38)의 투자율(permeability)(54)과 제어 전류(50) 간의 관계를 도시하고, 도 7은 VRCE(38)에서의 릴럭턴스(56)와 제어 전류(50) 간의 관계를 도시한다. 투자율(54)은, 도 5에 도시된, 제어 전류(50)에 대해서의 플럭스 밀도(48)를 도시하는 커브의 기울기에 대응한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 높은 투자율은 매 전류 단위 당 많은 양의 자기장을 가능하게 한다. 제어 전류(50)가 낮으면 투자율(54)은 동일하게 유지되고, 제어 전류(50)가 증가함에 따라 투자율(54)이 감소한다. 가포화 자기 코어(40)가 포화 상태(52)에 이르는 경우, 제어 권선(420) 근처의 밴드들 내에서의 투자율은 감소하여 릴럭턴스가 증가된다. VRCE(38) 내의 포화된 밴드들은, 릴럭턴스를 증가시키기 위해 자성 부품(30) 내에서 전기적으로 가변인 인공의 공극들(electrically variable artificial air gaps)로서 본질적으로 기능한다.
도 8은, 도 2 내지 도 4에 도시된 단일의 제어 권선(42)을 갖는 VRCE(38)의 유한 요소 시뮬레이션을 도시한다. 이 시뮬레이션은, 제어 권선(42)으로 전류가 인가될 때 자성 부품(30)을 따라 변화하는 자기장(58)을 도시한다. 전류가 인가될 때, 릴럭턴스를 증가시키기 위해 VRCE(38)에서 제어 권선(42)에 인접하게 두개의 인공의 공극들(60, 62)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제어 권선(42)에 인접한 인공의 공극들(60, 62)에서의 자기장은 약 2 테슬라의 세기를 가질 수 있는 반면, 주 자기 코어(34) 쪽으로 향하는 자기장은 0.2 테슬라 보다 작은 세기를 가질 수 있다. 자기장은 물질과 응용에 따라 달라질 것이고 이에 따라 세기들도 변할 것이다. 자성 부품(30)의 주 자기 코어(34)는, 그에 형성된 실제의 공극들(64, 66)을 포함할 수도 있는데, 이 공극들은, 일단 제어 권선(42)으로 제어 전류가 더 이상 인가되지 않으면 주 자기 코어(34)의 경로에서의 릴럭턴스가 얼마나 낮아질 것인지를 한정하기 위해 사용된다. 실제의 공극들(64, 66)은 그 모양과 크기가 고정될 수 있는 반면, 인공의 갭들(artificial gaps)(60, 62)은 제어 권선(42)에 공급되는 전류의 양에 따라서 그 모양과 크기가 가변적이다.
전체의 자성 부품을 포화시키는 종래의 자기 증폭기들과 비교해서, VRCE(38)를 사용하는 것은 자성 부품(30) 내의 부분들(sections)만을 포화시킨다는 점에서 유리하다. 예를 들어, VRCE(38)를 사용하는 것은, 자성 부품의 1/10이 포화되도록 하면서도 전체의 자성 부품이 포화될 때와 동일한 특성들을 유지할 수 있도록 해준다. 따라서, VRCE를 사용하는 것은 자성 부품(30)의 자기적 성질에 대해 영구적인 손상을 주는 것을 방지한다.
도 9 및 도 10은 자성 부품(30)에서의 플럭스 선들(flux lines)(68)을 도시한다. 도 9는, 제어 권선(42)만이 여기될 때의 VRCE(38)에서의 그리고 주 자기 코어(34)에서의 플럭스 선들(68)을 도시하고, 도 10은 (도 1에 도시된 바의) 주 자기 코어(34)에 대한 파워 권선(36)만이 여기될 때의 플럭스 선들(68)을 도시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 주 자기 코어(34)의 실제의 공극들(64, 66)을 사용하는 것은, 제어 권선(42)으로부터의 플럭스가 VRCE(38)에 국한되도록 한다. 실제의 공극들(64, 66)을 사용하는 것은, 주 자기 코어(34)의 물질이 높은 자기장에 의해 손상받을 수 있는 응용들의 경우 특히 유리하다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제어 권선(42)은, 파워 권선(36)으로부터의 플럭스의 대부분이 제어 권선(42)을 통과하지 않도록 배향된다. 따라서, 제어 권선(42) 상에 유도된 전압이 최소화되거나 0이다. 예를 들어, 제어 권선(42)은 파워 권선(36)의 플럭스의 방향에 대해 수직으로 배열될 수 있다. 제어 권선(42)은 AC 또는 DC 전압을 수신하도록 구성될 수 있고, 그 전압은 제어 권선(42)의 물질에 의존할 수 있다. 제어 권선(42)이 주 자기 코어(34)에 대해 격리되어 있으므로, 주 자기 코어(34) 및 제어 권선(42)은 서로 다른 전압들을 가질 수 있다.
이제 도 11 및 도 12를 참조하면, (도 10에 도시된) 자성 부품(30)의 예시적인 실시예는, 주 자기 코어(34) 및 VRCE(38) 간에 있고 대략 0.1 밀리미터의 폭을 갖는 실제의 공극들(64, 66)을 포함할 수 있다. 다른 폭들이 적합할 수 있고 특정의 자기 특성을 성취하기 위해 선택될 수 있다. 도 11은 자성 부품(30)이 0.1 밀리미터의 공극을 가지고 있고 자성 부품(30)이 0의 공극을 가지고 있을 때의 인덕턴스(70)와 제어 전류(50) 간의 관계를 도시한다. 도 12는 인덕턴스(72)에 있어서의 변화를 도시한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 실제의 공극들(64, 66)이 0.1 밀리미터인 경우, 인덕턴스는, 대략 0.001에서 10 암페어 사이의 제어 전류(50)의 범위에 걸쳐 60 퍼센트까지 변화될 수 있다. 실제의 공극이 0으로 감소하면, 제어 전류가 0인 경우의 초기 인덕턴스는 낮은 릴럭턴스로 인해 더 크게 된다. 따라서, 자성 부품(30)이 실제의 공극을 포함하지 않는 경우, 인덕턴스의 90 퍼센트의 변화가 가능해진다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제어 전류의 낮은 값들에서의 낮은 릴럭턴스가 파워 권선(36)으로부터의 플럭스로 하여금 주 자기 코어(34)를 약간 포화시키게 할 것이기 때문에, 초기 인덕턴스가 가장 높은 값이 아닐 수 있다. 따라서, 제어 전류가 대략 10 밀리암페어로 증가함에 따라, 주 자기 코어(34)는 포화 상태에서 빠져나오고 VRCE(38)가 포화 상태로 들어갈 것이고, 이는 인덕턴스가 감소하기 전에 약간 증가되게 할 것이다.
이제 도 13 및 도 14를 참조하면, 도 13은 자성 부품(30)에 대한 자기 회로(74)의 개략도이고, 기자력(magnetomotive force)(NI)(76) 또는 전류와 전류가 자기 코어 주위로 감기는 회수의 곱, 즉 암페어턴(ampere-turns), (도 1에 도시된) 자성 부품(30)의 주 자기 코어(34)의 릴럭턴스(78)
Figure pct00002
및 VRCE(38)의 릴럭턴스(80)
Figure pct00003
를 도시하고 있다. 도 14는 자성 부품(30)에 대한 전기 회로(82)의 개략도이고, 파워 권선(36), 주 자기 코어(34)의 인덕턴스(84)
Figure pct00004
및 VRCE(38)의 인덕턴스(86)
Figure pct00005
를 도시하고 있다.
도 15 내지 도 17은, 자성 부품(30')이 단일의 권선을 갖는 도 1에 도시된 인덕터와 비교되는, 1차 파워 권선(primary power winding)(36a) 및 2차 파워 권선(secondary power winding)(36b)을 갖는 트랜스포머(transformer)인 자성 부품(30')의 다른 실시예를 도시한다. 3개 이상의 파워 권선들이 사용될 수 있다. 파워 권선들(36a, 36b)은 상호 인덕턴스에 의해 결합되어 있고 주 자기 코어의 대응되는 부분들(34a, 34b) 주위로 감겨있다. 자성 부품(30') 내에서의 VRCE(38)의 위치는 트랜스포머의 자기 특성들을 제어하기 위해 선택된다. 도 15에 도시된 VRCE(38)의 배열은 예시적이며 자성 부품(30') 내에서의 다른 배열들도 적합할 수 있다.
도 16은 자성 부품(30')에 대한 자기 회로(74')의 개략도이고, 1차 권선(36a)에 대한 기자력(76a)
Figure pct00006
, 2차 권선(36b)에 대한 기자력(76b)
Figure pct00007
, 1차 권선(36a)에 대응하는 주 자기 코어의 제1 부분(34a)에서의 릴럭턴스(78a)
Figure pct00008
, 2차 권선(36b)에 대응하는 제2 부분(34b)에서의 릴럭턴스(78b)
Figure pct00009
및 VRCE(38)의 릴럭턴스(80)
Figure pct00010
를 도시한다. 도 17은 자성 부품(30')에 대한 전기 회로(82')의 개략도이고, 주 자기 코어의 제1 부분(34a)의 인덕턴스(84a)
Figure pct00011
, 제2 부분(34b)의 인덕턴스(84b)
Figure pct00012
및 VRCE(38)의 인덕턴스(86)
Figure pct00013
를 도시한다. 1차 및 2차 권선들(36a, 36b) 간의 커플링(결합)을 제어하기 위해 VRCE(38)를 사용하는 것은, 권선들(36a, 36b) 간의 디커플링(decoupling)을 방지하기 위해 누설 인덕턴스(leakage inductance)를 미리 결정된 임계값 이하로 유지하는데 있어서 특히 유리하다.
도 18 내지 도 20은 자성 부품(30'')이 1차 파워 권선(36a) 및 2차 파워 권선(36b)을 갖는 트랜스포머이고 두개의 VRCE들(38a, 38b)이 자성 부품(30'') 내의 서로 다른 위치들에 배열되어 있는, 자성 부품(30'')의 다른 실시예를 도시한다. 첫번째 VRCE(38a)는 주 자기 코어의 제1 부분(34a) 및 제2 부분(34b) 간에 결합되어 누설 인덕턴스를 제어하고 1차 파워 권선(36a) 및 2차 파워 권선(36b) 간의 커플링을 유지한다. 누설 인덕턴스는, 파워 권선들(36a, 36b)이 디커플링될 미리 결정된 임계값 이하로 유지된다. 두번째 VRCE(38b)는 제2 부분(34b)에만 결합되어 있고 자화 인덕턴스(magnetizing inductance)를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 두번째 VRCE(38b)는 주 자기 코어의 제1 부분(34a)에서 얼마나 많은 전류를 흐르게 할 것인지를 제어하기 위해 사용될 수 있다. VRCE들(38a, 38b)은 같거나 다를 수 있고 낮은 전력 손실을 보장하도록 배열된다. 도 18에 도시된 VRCE들(38a, 38b)의 배열은 예시적이고 자성 부품(30'') 내에서의 다른 배열들이 적합할 수 있다. 두 개의 VRCE들(38a, 38b) 보다 많은 VRCE들이 적합할 수 있고, VRCE들(38a, 38b)의 개수는 응용에 따라 달라진다.
도 19는 자성 부품(30'')에 대한 자기 회로(74'')의 개략도이고, 1차 권선(36a)에 대한 기자력(76a)
Figure pct00014
, 2차 권선(36b)에 대한 기자력(76b)
Figure pct00015
, 1차 권선(36a)에 대응하는 주 자기 코어의 제1 부분(34a)에서의 릴럭턴스(78a)
Figure pct00016
및 2차 권선(36b)에 대응하는 제2 부분(34b)에서의 릴럭턴스(78b)
Figure pct00017
를 도시한다. 도 19는 또한 첫번째 VRCE(38a)의 릴럭턴스(80a)
Figure pct00018
및 두번째 VRCE(38b)의 릴럭턴스(80b)
Figure pct00019
를 도시한다. 도 20은 자성 부품(30'')에 대한 전기 회로(82'')의 개략도이고, 주 자기 코어의 제1 부분(34a)의 인덕턴스(84a)
Figure pct00020
, 제2 부분(34b)의 인덕턴스(84b)
Figure pct00021
, 첫번째 VRCE(38a)의 인덕턴스(86a)
Figure pct00022
및 두번째 VRCE(38b)의 인덕턴스(86b)
Figure pct00023
를 도시한다. 트랜스포머에서 2개 이상의 VRCE들(38a, 38b)을 사용하는 것은 누설 및 자화 인덕턴스들 모두를 제어하는데 있어 특히 유리하다.
이제 도 21을 참조하면, 가포화 자기 코어(38)가, 하나의 제어 권선을 포함하는 이전에 도시된 VRCE들과 대조적으로 두개의 제어 권선들(42a, 42b)을 포함하는, VRCE(38')의 다른 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 제어 권선들(42a, 42b)은 가포화 자기 코어(38)에서 임의의 배열을 가질 수 있고, 두 개 보다 많은 제어 권선들(42a, 42b)이 제공될 수 있다. 각각의 제어 권선(42a, 42b)에서의 권수(number of turns) 및 감김들(turns)의 모양은 같거나 다를 수 있고, 제어 권선들의 모두는 제어 권선들 상에서의 유도된 전압을 제거하기 위해 배향될 수 있다. 특정의 자기 특성들을 추가로 제어하기 위해 제어 권선들(42a, 42b) 간에 미리 결정된 간격(spacing)이 제공될 수 있다.
이제 도 22를 참조하면, 주 자기 코어와 이 주 자기 코어에 결합된 파워 권선을 잦는 자성 부품의 자기 특성들을 변화시키는 방법(88)이 도시되어 있다. 방법(88)은, 전술한 바와 같이 자성 부품(30, 30', 30'')을 이용하는 것을 포함할 수 있고, 방법(88)은 공진형 파워 컨버터의 자성 부품에서 구현될 수 있다.
방법(88)의 첫번째 단계(90)는 (도 1에 도시된 바와 같이) 자성 부품(30)의 주 자기 코어(34)의 플럭스 경로에 VRCE(38)를 배열하는 것을 포함한다. 단계(90)는 자성 부품(30)에 복수의 VRCE를 배열하는 것을 포함할 수 있고, VRCE들의 위치와 개수는 응용에 따라 달라질 수 있다. 방법(88)의 단계(91)는 VRCE(38)의 제어 권선(42)을 자성 부품(30)의 파워 권선(36)으로부터 격리시켜 (도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이) 제어 권선(42) 상에서의 유도된 전압을 제거한다. 단계(91)는 파워 권선(36)으로부터의 플럭스가 제어 권선(42)을 통과하지 못하도록 하기 위해 제어 권선(42)을 특정 방향으로 배향시키는 것을 포함할 수 있다.
방법(88)의 단계(92)는 제어 권선(42)을 이용하여 가포화 자기 코어(40)의 부분들을 국부적으로(locally) 포화시키는 것을 포함한다. 단계(92)는 (도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이) 제어 권선(42)에 제어 전류(50)를 공급하는 것을 포함할 수 있다. 단계(93)는 (도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이) VRCE(38)에 적어도 하나의 인공의 공극(60, 62)을 형성하기 위해 제어 권선(42)에 전압을 인가함으로써 VRCE(38)의 릴럭턴스(56)를 증가시키는 것을 포함한다. 방법(88)의 단계(94)는 선택적이고, (도 8에 도시된 바와 같이) 주 자기 코어(34)에 형성된 고정된 공극들(64, 66)을 이용하여 제어 권선(42)으로부터의 플럭스를 VRCE(38)에 국한시키는 것을 포함한다.
여기에 기술된 제어 권선을 갖는 자성 부품을 사용하는 것은 LLC 공진형 컨버터에서와 같이 최고의 전력 밀도를 성취하기 위해 공진형 파워 컨버터를 제어하는데 있어 특히 유리하다. 파워 컨버터는 변화하는 입력 전압 및 일정하게 유지되어야 하는 출력 전압을 가질 수 있다. 공진형 컨버터들은 정규화된 주파수(normalized frequency):
Figure pct00024
를 갖는다. 여기서
Figure pct00025
는 스위칭 주파수(switching frequency)이고,
Figure pct00026
는 공진 커패시터(resonant capacitor) 및 트랜스포머 누설 인덕턴스(transformer leakage inductance)의 공진 주 파수이다.
Figure pct00027
일 때 최고의 전력 레벨과 최고의 전력 밀도가 달성된다. 최고의 전력 밀도를 얻기 위해 스위칭 주파수가 고정될 수 있도록 공진 주파수가 고정된다.
전력이 컨버터의 수용력(capability)의 서브세트(subset)로 제한되고 그 다음으로 원하는 전압 변환비(voltage conversion ratio)를 얻기 위해 스위칭 주파수가 조정된다면, 공진형 파워 컨버터는 출력 전압을 조절할 수 있다. 따라서, 파워 컨버터는 전압 조절을 이룰 수 있으나 다만 전력 밀도가 감소된다. 인덕턴스를 변화시키고 이와 함께 정규화된 주파수가 스위칭 주파수에 무관하게 제어되도록 공진 주파수를 제어하기 위해, 종래의 자기 증폭기를 이용하여 공진형 파워 컨버터를 제어할 수 있다. 자기 증폭기를 이용하는 것은, 높은 전력 밀도와 주파수 동기화, 즉
Figure pct00028
을 1로 유지하는 것을 가능하게 하거나 전압 조절과 주파수 동기화를 가능하게 한다. 자기 증폭기를 이용하는 것은, 불리하게도 제어 권선들 상에 높은 전압이 유도되도록 하기도 하는데, 이는 높은 전압 격리(high voltage isolation)를 위해 필요로 하는 구조로 인해 컨버터의 크기를 증가시킨다.
기술된 자성 부품 및 방법을 이용하는 것은, 자기 증폭기를 사용하는 것에 비해서 유리한데, 이는, 도 15 내지 도 20의 구조들에 도시된 바의 가변 누설 인덕턴스를 갖는 트랜스포머를 제공하는 것이 제어 권선들 상에서의 유도된 높은 전압들을 제거하고 이에 따라 컨버터의 크기를 줄일 수 있는 한편 전력 밀도도 증가된다는 점에서이다. 추가로, 도 18 내지 도 20의 구조들에 도시된 바와 같이 트랜스포머의 누설 및 자화 인덕턴스들을 모두 제어함으로써 전압 변환비도 정규화된 주파수에 무관하게 조정될 수 있어서 임의의 동작 주파수를 선택할 수 있게 된다. 따라서, 높은 전력 밀도, 전압 조절 및 주파수 동기화가 동시에 성취될 수 있다.
특정의 바람직한 실시예 또는 실시예들과 관련하여 본 발명을 도시하고 기술하였으나, 본 기술 분야에 숙련된 자들이 본 명세서 및 첨부된 도면들을 읽고 이해한다면 이들에 의해 균등한 변경들과 수정들이 이루어질 수 있음이 명백하다. 전술한 구성 요소들(외부 부품들, 조립 부품들, 장치들, 구조들 등)에 의해 수행되는 다양한 기능들과 특히 관련하여, 그러한 구성 요소들을 기술하기 위해 사용되는 ('수단'(means)에 대한 참조를 포함하는) 용어들은, 비록 여기에 설명된 본 발명의 예시적인 실시예 또는 실시예들에서의 기능을 수행하는 개시된 구조에 구조적으로 균등하지 않지만 기술된 구성 요소의 명기된 기능을 수행하는 (즉, 기능적으로 균등한) 임의의 구성 요소에 달리 나타내지 않는 한 대응하는 것으로 의도된 것이다. 뿐만 아니라, 본 발명의 특정의 특징이 여러 가지의 예시된 실시예들 중 오로지 하나 또는 그 이상과 관련하여 설명되었을 수도 있지만, 그러한 특징은, 임의의 주어진 또는 특정의 응용에 대해 바람직하고 유리한 다른 실시예들의 하나 이상의 다른 특징들과 조합될 수 있다.

Claims (20)

  1. 자성 부품으로서,
    주 자기 코어(main magnetic core);
    상기 주 자기 코어에 결합된 파워 권선(power winding); 및
    상기 주 자기 코어의 플럭스 경로에 배열되고 가포화 자기 코어(saturable magnetic core) 및 상기 가포화 자기 코어에 결합된 제어 권선(control winding)을 포함하는 가변 릴럭턴스 코어 소자(variable reluctance core element)
    를 포함하고,
    상기 제어 권선은 상기 파워 권선에 대해서 격리되어 있고, 상기 가포화 자기 코어의 부분(section)을 선택적으로 포화시키도록 구성되는,
    자성 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 권선은, 적어도 1회의 감김(one turn)을 포함하는,
    자성 부품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가변 릴럭턴스 코어 소자는, 상기 제어 권선에 전류가 인가될 때 인공의 공극(artificial air gap)을 정의하는,
    자성 부품.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주 자기 코어 및 상기 적어도 하나의 가변 릴럭턴스 코어 소자 간에 정의되는 공극(air gap)을 더 포함하는,
    자성 부품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파워 권선은, 상기 주 자기 코어의 제1 부분에 결합된 1차 파워 권선 및 상기 주 자기 코어의 제2 부분에 결합된 2차 파워 권선을 포함하는,
    자성 부품.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가변 릴럭턴스 코어 소자는, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 간에서 결합된 제1 가변 릴럭턴스 코어 및 상기 제2 부분에 결합된 제2 가변 릴럭턴스 코어를 포함하는,
    자성 부품.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 권선은, DC 전압을 수신하도록 구성되는,
    자성 부품.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 권선은, AC 전압을 수신하도록 구성되는,
    자성 부품.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가변 릴럭턴스 코어 소자는, 2개 이상의 제어 권선들을 포함하는,
    자성 부품.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주 자기 코어 주위의 서로 다른 위치들에 배열된 복수의 가변 릴럭턴스 코어 소자를 더 포함하는,
    자성 부품.
  11. 공진형 파워 컨버터로서,
    주 자기 코어 및 상기 주 자기 코어에 결합된 파워 권선을 갖는 자성 부품; 및
    상기 주 자기 코어의 플럭스 경로에 배열되고 가포화 자기 코어 및 상기 가포화 자기 코어에 결합된 제어 권선을 포함하는 가변 릴럭턴스 코어 소자
    를 포함하고,
    상기 제어 권선은 상기 파워 권선에 대해서 격리(isolated)되어 있고, 상기 가포화 자기 코어의 부분(section)을 선택적으로 포화시키도록 구성되는,
    공진형 파워 컨버터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어 권선은, 적어도 1회의 감김을 포함하는,
    공진형 파워 컨버터.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 가변 릴럭턴스 코어 소자는, 상기 제어 권선에 전류가 인가될 때 인공의 공극을 정의하는,
    공진형 파워 컨버터.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주 자기 코어 및 상기 적어도 하나의 가변 릴럭턴스 코어 소자 간에 정의되는 공극을 더 포함하는,
    공진형 파워 컨버터.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파워 권선은, 상기 주 자기 코어의 제1 부분에 결합된 1차 파워 권선 및 상기 주 자기 코어의 제2 부분에 결합된 2차 파워 권선을 포함하는,
    공진형 파워 컨버터.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 가변 릴럭턴스 코어 소자는, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 간에서 결합된 제1 가변 릴럭턴스 코어 및 상기 제2 부분에 결합된 제2 가변 릴럭턴스 코어를 포함하는,
    공진형 파워 컨버터.
  17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 권선은, DC 또는 AC 전압을 수신하도록 구성되는,
    공진형 파워 컨버터.
  18. 주 자기 코어 및 상기 주 자기 코어에 결합된 파워 권선을 갖는 자성 부품의 자기 특성을 변화시키는 방법으로서,
    상기 주 자기 코어의 플럭스 경로에 가변 릴럭턴스 코어 소자를 배열하는 단계,
    상기 가변 릴럭턴스 코어 소자의 제어 권선을 상기 파워 권선으로부터 격리시키는 단계, 및
    상기 제어 권선을 이용하여 상기 가변 릴럭턴스 코어 소자의 가포화 자기 코어의 부분들을 국부적으로 포화시키는 단계를 포함하는,
    방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 가변 릴럭턴스 코어 소자에 적어도 하나의 인공의 공극을 형성하기 위해 상기 제어 권선에 전압을 인가함으로써 상기 가변 릴럭턴스 코어 소자의 릴럭턴스(reluctance)를 증가시키는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 주 자기 코어에 있는 공극들을 이용하여 상기 제어 권선으로부터의 플럭스를 상기 가변 릴럭턴스 코어 소자에 국한시키는 단계를 더 포함하는,
    방법.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2831157A (en) 1952-09-26 1958-04-15 Int Standard Electric Corp Saturable core transformer
US3359511A (en) 1964-11-04 1967-12-19 Ampex Automatic gain control system with pilot signal
US3622868A (en) * 1970-02-06 1971-11-23 Joachim H Todt Regulating power transformer with magnetic shunt
JPS473605Y1 (ko) * 1971-03-13 1972-02-07
JPS4831419A (ko) * 1971-08-30 1973-04-25
CA1095601A (en) * 1978-08-28 1981-02-10 Alfred M. Hase Regulating transformer with magnetic shunt
JPH03145707A (ja) * 1989-10-31 1991-06-20 Tokin Corp 整合回路及び可変巻線比整合トランス並びに可変インダクタ
US5684578A (en) 1994-06-23 1997-11-04 Computational Systems, Inc. Laser alignment head for use in shaft alignment
US5684678A (en) * 1995-12-08 1997-11-04 Delco Electronics Corp. Resonant converter with controlled inductor
US6362718B1 (en) * 2000-09-06 2002-03-26 Stephen L. Patrick Motionless electromagnetic generator
MXNL06000065A (es) 2006-09-18 2008-03-17 Prolec Ge S De R L De C V Reactor electrico de potencia reactiva controlada y metodo para ajustar la potencia reactiva.
NL2009827A (en) * 2011-12-22 2013-06-26 Asml Netherlands Bv A stage system and a lithographic apparatus.
JP2014130864A (ja) * 2012-12-28 2014-07-10 Shinshu Univ 磁気回路、及びその調整方法
JP7036513B2 (ja) * 2016-08-05 2022-03-15 サード イクエーション リミテッド 電力供給システムおよび方法
EP3739601B1 (en) 2019-05-17 2022-12-28 Infineon Technologies Austria AG Interleaved llc converter

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