WO2016003190A1 - 가변 인덕터 및 그 제조 방법 - Google Patents

가변 인덕터 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2016003190A1
WO2016003190A1 PCT/KR2015/006760 KR2015006760W WO2016003190A1 WO 2016003190 A1 WO2016003190 A1 WO 2016003190A1 KR 2015006760 W KR2015006760 W KR 2015006760W WO 2016003190 A1 WO2016003190 A1 WO 2016003190A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetic
region
inductor
magnetic region
iron core
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/006760
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김동훈
차헌녕
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to JP2016576030A priority Critical patent/JP2017525147A/ja
Priority to US15/322,974 priority patent/US10037845B2/en
Priority to CN201580036146.4A priority patent/CN106663521B/zh
Publication of WO2016003190A1 publication Critical patent/WO2016003190A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/08—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with core, coil, winding, or shield movable to offset variation of voltage or phase shift, e.g. induction regulators
    • H01F29/10—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with core, coil, winding, or shield movable to offset variation of voltage or phase shift, e.g. induction regulators having movable part of magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F21/00—Variable inductances or transformers of the signal type
    • H01F21/02—Variable inductances or transformers of the signal type continuously variable, e.g. variometers
    • H01F21/06—Variable inductances or transformers of the signal type continuously variable, e.g. variometers by movement of core or part of core relative to the windings as a whole
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/25—Magnetic cores made from strips or ribbons
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/255—Magnetic cores made from particles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2823—Wires
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/42—Circuits specially adapted for the purpose of modifying, or compensating for, electric characteristics of transformers, reactors, or choke coils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0206—Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/06—Coil winding
    • H01F41/064—Winding non-flat conductive wires, e.g. rods, cables or cords
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • H01F2003/106—Magnetic circuits using combinations of different magnetic materials

Definitions

  • the present invention relates to a variable inductor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a variable inductor and a method of manufacturing the variable inductor capable of adjusting the magnetic saturation characteristics of the inductor.
  • An inductor is a passive device manufactured by winding a wire around a core or a coil wound around a core according to the purpose of various electronic circuits by using energy stored in a field of a magnetic field generated by the flow of current.
  • the inductor intrinsic constant is called inductance in relation to the voltage across the inductor, and the inductance value varies depending on the material and shape of the inductor.
  • a typical inductor has a constant inductance value for the current until the inductor is saturated because its inductance is constant.
  • Such a characteristic is that when a constant inductor is used in a power converter of an electronic device requiring a large power, there is a disadvantage in that power transmission efficiency is poor due to a variable load characteristic.
  • variable inductor for varying the inductance of the inductor
  • by using a mechanical tap on the main winding, or by winding an auxiliary winding other than the main winding to use a separate power drive for additional magnetic flux supply Because of the need for additional circuitry for sensing the amount of current, it has disadvantages such as increased efficiency, economy, volume and circuit complexity.
  • the present invention has been invented to achieve the above-described needs, and an object of the present invention is to provide an inductor having an inductance saturation characteristic that varies according to the amount of current using a magnetic iron core made of a heterogeneous magnetic material, and a method of manufacturing the inductor. To provide.
  • Inductor for achieving the above object, includes a magnetic core having a predetermined form and a coil portion surrounding one region of the magnetic iron core, and generates a magnetic flux according to the flow of current,
  • the magnetic core is composed of a first magnetic region composed of a first magnetic material and a second magnetic region composed of a second magnetic material different from the first magnetic material.
  • the second magnetic region may be composed of a plurality of magnetic components and a nonmagnetic material surrounding the plurality of magnetic components.
  • the plurality of magnetic components may be arranged at predetermined intervals.
  • the plurality of magnetic components may be arranged in a plurality of layers in the nonmagnetic material.
  • the plurality of magnetic components and the nonmagnetic material may have a predetermined volume ratio.
  • the plurality of magnetic components may be disposed only on a predetermined region of the nonmagnetic material.
  • the plurality of magnetic components may be at least one of magnetic pieces and magnetic powder.
  • the second magnetic region may be composed of a plurality of zones having different permeability.
  • the second magnetic region may have a form in which the plurality of zones are arranged in a direction parallel to a direction in which the magnetic flux passes through the second magnetic region.
  • the second magnetic region may have a shape in which the plurality of zones are disposed in a direction perpendicular to a direction in which the magnetic flux passes through the second magnetic region.
  • the plurality of zones may be disposed in one space connected to each other, or may be disposed in a plurality of spaces separated from each other.
  • the plurality of zones may move to shift from the volume extending from the first magnetic region to the second magnetic region within the magnetic iron core.
  • the second magnetic region may be configured such that only a portion of the plurality of zones occupy the volume.
  • the inductor may further include a control unit for controlling the transfer device to move the plurality of zones in accordance with the load connected to the secondary side of the transfer device and power conversion circuit for moving the plurality of zones.
  • inductor manufacturing method comprising the steps of providing a magnetic core having a predetermined shape, forming a void in one region of the provided magnetic iron core, the formation of the magnetic iron core in the formed void Filling with a magnetic material different from the magnetic material, and winding the coil around a region of the magnetic iron core filled with the other magnetic material.
  • the other magnetic material may be composed of a plurality of magnetic components and a nonmagnetic material surrounding the plurality of magnetic components.
  • the plurality of magnetic components may be arranged at predetermined intervals.
  • the plurality of magnetic components may be arranged in a plurality of layers in the nonmagnetic material.
  • the plurality of magnetic components and the nonmagnetic material may have a predetermined volume ratio.
  • the plurality of magnetic components may be disposed only on a predetermined region of the nonmagnetic material.
  • the plurality of magnetic components may be at least one of magnetic pieces and magnetic powder.
  • the inductor according to various embodiments as described above may facilitate the design of the saturation characteristics of the coil to have a different inductance according to the load amount.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an inductor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of an inductor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a plane and side surfaces for illustrating a configuration of a second magnetic region according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a view for showing parameters for the configuration of a second magnetic region according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view for showing parameters for the configuration of a second magnetic region according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a second magnetic region according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view for illustrating another configuration of the second magnetic region according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view illustrating a B-H curve of a second magnetic region having various configurations according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing a change in saturation characteristics when different parameters of the second magnetic region according to the first embodiment of the present invention.
  • 11 is a view showing a change in saturation characteristics when the composition ratio of the second magnetic region according to the second embodiment of the present invention is different;
  • FIG. 12 is a view showing a change in saturation characteristics when the volume ratio of the second magnetic region according to the second embodiment of the present invention is different;
  • FIG. 13 is a view showing a change in saturation characteristics when different magnetic materials of the second magnetic region according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a view showing the structure of an inductor according to another embodiment of the present invention.
  • 15 is a view showing the structure of an inductor according to another embodiment of the present invention.
  • 16 is a flowchart of a method of manufacturing an inductor according to another embodiment of the present invention.
  • 17 is a side view showing the configuration of a second magnetic region according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a side view showing the configuration of a second magnetic region according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a side view of a magnetic iron core for illustrating a configuration of a second magnetic region according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 17 to 19 are graph illustrating inductance characteristics of an inductor using the second magnetic region of FIGS. 17 to 19.
  • 21 is a block diagram showing a configuration of an inductor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a graph for explaining inductance characteristics of the inductor of FIG. 21.
  • FIG. 1 and 2 are a perspective view showing the configuration of the inductor according to an embodiment of the present invention and a cross-sectional view combining each configuration.
  • an inductor 100 includes magnetic iron cores 110 and 130 and a coil unit 120.
  • the magnetic iron cores 110 and 130 have a predetermined shape. Specifically, the magnetic iron cores 110 and 130 may have a closed form so that a magnetic field generated by a current flowing in the coil unit 120 to be described later may be stored in the magnetic iron cores 110 and 130. In other words, the magnetic flux passing through the magnetic cores 110 and 130 may flow along the path of the closed loop of the magnetic cores 110 and 130.
  • the magnetic iron cores 110 and 130 refer to a medium existing on a path along which a flux having a direction and magnitude passes along a closed curve path generated by a current flowing in the coil unit 120 to be described later. That is, the magnetic iron cores 110 and 130 store energy of a magnetic field generated by a current flowing in a wire, and accordingly, the magnetic cores 110 and 130 are formed according to permeability, which is a property of magnetic intrinsic to the material forming the magnetic iron cores 110 and 130. The degree (inductance) in which the inductor 100 interrupts the flow of current is determined.
  • the magnetic iron cores 110 and 130 include a first magnetic region 110 made of a first magnetic material and a second magnetic region 130 made of a second magnetic material different from the first magnetic material.
  • the first magnetic region 110 may be formed on a path through which the magnetic flux generated by the current of the central pillar portion and the coil portion 120 to allow the coil portion 120 to cover a region of the magnetic core. It may be a pair of EE type cores consisting of left and right pillars located.
  • the first magnetic region 110 may determine the overall size or shape of the inductor.
  • the first magnetic region 110 is illustrated as an EE-type core, but is not limited thereto, and the EI / EF / EER / EFD / ER is not limited thereto.
  • Various general purpose cores having voids such as / EPC / UI / CI / EP / RM cores, toroid cores, and pot cores, can be used. It will be apparent to those skilled in the art that other embodiments of the present invention may be implemented on a basis.
  • the first magnetic material constituting the first magnetic region 110 is a ferrite core used in a conventional inductor, and is a material obtained by mixing at least one of manganese oxide (MnO) and zinc oxide (ZnO) with alpha iron or iron oxide. Can be.
  • the coil unit 120 surrounds a region of the magnetic iron cores 110 and 130 and generates magnetic flux according to the flow of current.
  • the coil unit 120 may be a conductive conductor such as a conductive wire made of enameled copper, and may pass a current through both ends.
  • the coil unit 120 may be configured to wrap the conductive wire at least once around the frame of the cylinder or the square pillar, and to insert the magnetic iron cores 110 and 130 therein.
  • a magnetic field having a polarity is generated according to the direction in which the current and the conductive wire are wound, and the energy of the current is temporarily stored in the form of a magnetic field.
  • the generated magnetic flux passes along the body of the magnetic iron core surrounding the coil portion, and the inductance characteristic of the inductor is determined by the properties of the medium (magnetic iron core) through which the magnetic flux passes.
  • the second magnetic region 130 of the magnetic iron core is composed of a second magnetic material different from the first magnetic region 110 composed of the first magnetic material.
  • the second magnetic region 130 may be formed of a plurality of magnetic components and a nonmagnetic material surrounding the plurality of magnetic components.
  • the plurality of magnetic configurations constituting the second magnetic region 130 have a very large degree of magnetization of the material by the magnetic field, that is, a positive number with a magnetic susceptibility ( ⁇ m ) greater than one.
  • It can be a high permeability ferromagnetic material having a.
  • it may include alloys such as nickel, cobalt, iron and mu-metal.
  • the inductance and saturation characteristics of the entire inductor 100 may be adjusted by using the difference between the magnetic saturation characteristics of the first magnetic region and the magnetic saturation characteristics of the second magnetic region.
  • the nonmagnetic material constituting the second magnetic region 130 is a material that is hardly affected by the magnetic field, and may be molded in a shape to enclose a plurality of magnetic components of the second magnetic region 130.
  • the first magnetic region 110 of the magnetic iron core so that the plurality of magnetic components of the second magnetic region are placed in a fixed position, and selected as a durable and heat resistant material that can withstand heat generation, impact and weight of the inductor.
  • the second magnetic region 130 can be fabricated through plastic molding techniques.
  • the plurality of magnetic components of the second magnetic region 130 may be arranged in predetermined interval units.
  • the plurality of magnetic components of the second magnetic region 130 may be disposed in a plurality of layers in the nonmagnetic material. A detailed description of the magnetic configuration of the second magnetic region will be described later with reference to FIGS. 4 and 5.
  • the plurality of magnetic components and the nonmagnetic material of the second magnetic region 130 may have a predetermined volume ratio.
  • the plurality of magnetic components of the second magnetic region 130 may be disposed only on the predetermined region of the nonmagnetic material. A detailed description of the mixing ratio and the volume ratio of the magnetic configuration of the second magnetic region 130 will be described later with reference to FIGS. 6 and 7.
  • the plurality of magnetic components of the second magnetic region 130 may be at least one of magnetic pieces and magnetic powder.
  • Two embodiments of implementing a plurality of magnetic configurations of the second magnetic region 13 in this regard are embodied in the description with reference to the drawings of FIG. 4.
  • a first embodiment in which a plurality of magnetic components are formed of magnetic pieces is called a strip type
  • the second magnetic region 130 of the magnetic iron core according to the first embodiment in which the strip is inserted into a nonmagnetic material is formed.
  • the strip core a form in which strips of the strip core are arranged at regular intervals.
  • a second embodiment in which a plurality of magnetic components are formed of powder is referred to as a powder or a powder type
  • the second magnetic region of the magnetic iron core according to the second embodiment in which such magnetic powder is mixed with a nonmagnetic material ( 130) is called the powder core.
  • the inductor 100 includes a first magnetic region composed of a first magnetic material of a magnetic iron core and a second magnetic region composed of a second magnetic material having different magnetic saturation characteristics.
  • the inductance can be continuously varied within the driving range of the designed inductor current, and the structure is simple, so that the parameter value for adjusting the saturation characteristic can be easily implemented.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of an inductor according to an embodiment of the present invention.
  • a pair of first magnetic regions 110 of the magnetic iron core of FIG. 1 face each other in the long axial direction of the three pillars, and a second magnetic region 130 of the magnetic core is disposed between the center pillars. It is provided.
  • a coil unit 120 in which a conductive wire is wound around the pillar region in a center including the first magnetic region 110 and the second magnetic region of the magnetic iron core is positioned.
  • the conductors of the coil unit 120 are schematically represented, and in actual implementation, the windings may be wound up to a line physically tolerated by the thinner and longer conductors.
  • 3 is an equivalent magnetic circuit of an inductor according to an embodiment of the present invention.
  • an inductor 100 may include a magnetic iron core through which a magnetic flux circle 320 and a magnetic flux ⁇ pass in proportion to the number of turns N and the amount of current i of the coil unit 120. It can be represented as an equivalent magnetic circuit including a reluctance R core1 310 of the first magnetic region of the first and a reluctnace R core2 320 of the second magnetic region.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the plane and side surfaces for illustrating the configuration of the second magnetic region according to the first embodiment of the present invention.
  • the second magnetic region 400 is disposed in the nonmagnetic material 410 at a predetermined interval unit.
  • the second magnetic material of the second magnetic region has a strip-like magnetic composition 420 transverse within the nonmagnetic material 410. And it may be arranged at regular intervals in the vertical direction.
  • the second magnetic material of the second magnetic region has a plurality of strip-like magnetic components 420 in the non-magnetic material 410 in parallel with the plane. It can be configured in layers.
  • the number of magnetic pieces 420 of the second magnetic region 400 is not limited to the number shown in FIG. 4, and the magnetic pieces 420 may be disposed in a single layer or two or more layers.
  • FIG. 5 is a diagram for showing parameters for the configuration of a second magnetic region according to the first embodiment of the present invention.
  • a cross-sectional side view of the second magnetic region 500 is a plane in which the magnetic pieces 520 of the second magnetic region 500 form a plurality of layers in the nonmagnetic material 510 and are arranged side by side between the upper and lower layers. Doing an array.
  • the parameter for the magnetic piece 520 that can adjust the magnetic saturation characteristics of the second magnetic region 500 is the height h, width w, the distance between the magnetic pieces 520 of the strip array on the plane g 1 is included.
  • the adjustment of the saturation characteristics of the second magnetic region 500 according to the first embodiment can easily manufacture an inductor having the saturation characteristics of desired design conditions by adjusting the number, size, and arrangement interval of the magnetic pieces 520. Can be.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating parameters for the configuration of a second magnetic region according to the first embodiment of the present invention.
  • a cross-sectional side view of the second magnetic region 600 shows that the magnetic pieces 620 of the second magnetic region 600 form a plurality of layers in the nonmagnetic material 610, and the strip array between the upper and lower layers. Are spaced apart by g 2 in the horizontal or vertical axis direction of the plane.
  • the parameter for the magnetic pieces 620 that can adjust the magnetic saturation characteristics of the second magnetic region 600 is a distance in which magnetic pieces forming a plurality of layers are spaced apart in one or both axes of the plane between the upper and lower layers. g 2 .
  • the adjustment of the saturation characteristics of the second magnetic region 500 according to the first embodiment can easily manufacture an inductor having the saturation characteristics of desired design conditions by adjusting the number, size, and arrangement interval of the magnetic pieces 520. Can be.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a second magnetic region according to the second exemplary embodiment of the present invention.
  • the plurality of magnetic components of the second magnetic region 700 are made of magnetic powder 720 and randomly distributed in the nonmagnetic material 710.
  • the second magnetic material of the second magnetic region may be a powder-like magnetic composition 720 mixed with the nonmagnetic material 710 at a predetermined ratio and randomly distributed in the nonmagnetic material 710.
  • the parameter for the magnetic powder 720 that can adjust the magnetic saturation characteristics of the second magnetic region 700, the mass occupied by the non-magnetic material 710 versus the magnetic composition 720 in the second magnetic region 700 It may be a ratio, a volume ratio or a mixing ratio.
  • the parameter for the magnetic powder 720 may be a relative permeability that increases proportionally as the content of the magnetic powder 720 present in the second magnetic region 700 increases.
  • FIG. 8 is a diagram for illustrating another configuration of the second magnetic region according to the second embodiment of the present invention.
  • a portion of the second magnetic region is composed of only the nonmagnetic material 830, and a powdery magnetic composition 820 is randomly distributed in the nonmagnetic material 810 in the remaining region.
  • the magnetic saturation characteristics of the inductor may be different because the magnetic powder of the second magnetic material, which may affect the path through which the magnetic flux passes, exists only in some regions.
  • the parameters for the magnetic powder 820 that can adjust the magnetic saturation characteristics of the second magnetic region 800 include a powder-type magnetic composition and a region composed of only the nonmagnetic material 830 in the second magnetic region 800. 820 includes a ratio v of the area occupied by the mixed second magnetic material.
  • the adjustment of the saturation characteristics of the second magnetic region 800 according to the second embodiment is performed by controlling the amount of magnetic powder and the size of the region mixed with the nonmagnetic material, thereby easily inducting the saturation characteristics of the desired design condition. Can be produced.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a B-H curve of a second magnetic region having various configurations according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the second magnetic region may have a BH curve when the second magnetic region includes only a magnetic material and when the second magnetic region has a plurality of composition ratios including a nonmagnetic material according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the slope in the BH curve means permeability, and since a typical inductor having voids has a vacuum permeability ⁇ 0 , the slope always has a constant value.
  • the inductor having the second magnetic region according to the present invention has a nonlinear slope according to the change of the magnetic field strength H according to the composition ratio of the second magnetic region, and the magnitude of the slope also has air-gaps. Greater than the slope of the inductor.
  • the saturation characteristics can control the nonlinear variable characteristics of the inductance according to the change of the inductor current.
  • the first magnetic region of the inductor according to the embodiment of the present invention used in the experiments of FIGS. 10 to 13 is an EE type ferrite core
  • the structure of the EE type ferrite core according to the industry standard marking method is A: 70.50, B : 33.20, C: 32.00, D: 48.00, E: 22.00, F: 21.90.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a change in saturation characteristics when different parameters of the second magnetic region according to the first exemplary embodiment of the present invention are changed.
  • FIG. 10 a graph showing a change in the inductance L of the inductor according to the inductor current iL and the inductance change curves 1010, 1020, 1030, and 1040 of the four inductors are illustrated.
  • the horizontal axis represents the amount of current flowing through the coil unit 120 of the inductor 100 expressed in amperes
  • the vertical axis represents the inductance value, which is an induction coefficient of the inductor 100 expressed in micro hens.
  • the first inductance change curve 1010 relates to a constant inductor having a second magnetic region as a void in the structure of the inductor 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the second, third and fourth inductance change curves 1020, 1030, and 1040 may include a plurality of magnetic pieces 520 and a plurality of nonmagnetic materials surrounding the plurality of magnetic pieces 520 according to the first embodiment of the present invention.
  • An inductor 100 comprising a second magnetic region consisting of 510, wherein the height h, width w of the magnetic piece 520 of the second magnetic area, the width g 1 , the distance between the magnetic pieces arranged on the plane, of two layers
  • the magnetic pieces are for three inductors with at least one of these parameters differing by a parameter spacing g 2 spaced in one axial direction of the plane.
  • the parameters of the three inductors 100 are summarized as follows.
  • the control air-gap inductor has a substantially constant inductance value up to the inductor current range of 20 A, and then shows a saturation characteristic and shows a decrease in inductance of a gentle slope, but one embodiment of the present invention
  • the inductor 100 configured according to the example has a larger inductance than the void inductor at a low inductor current, and it can be seen that saturation occurs quickly even at a low current, so that the inductance decreases due to a larger slope than the void inductor.
  • the parameters of h, w, g 1 and g 2 are changed, it can be seen that the inductance change characteristics of the inductor 100 having the second magnetic region according to the first embodiment of the present invention are different from each other.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a change in saturation characteristics when the composition ratio of the second magnetic region according to the second embodiment of the present invention is changed.
  • FIG. 11 a graph showing a change in inductance L of the inductor according to the inductor current i L and an inductance change curve 1110, 1120, and 1130 are shown.
  • the horizontal axis represents the amount of current flowing through the coil unit 120 of the inductor 100 expressed in amperes
  • the vertical axis represents the inductance value, which is an induction coefficient of the inductor 100 expressed in micro hens.
  • the first inductance change curve 1110 shown in the graph of FIG. 11 is an air-gap having a second magnetic region as an air gap in the structure of the inductor 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the remaining second and third inductance change curves 1120 and 1130 may include a second magnetic material including a magnetic powder 720 and a nonmagnetic material 710 surrounding the magnetic powder 720 according to the second embodiment of the present invention.
  • inductance change curves 1120 and 1130 of the inductor 100 having the second magnetic region according to the second embodiment of the present invention are inductance change curves of air-gap inductors. Compared with the low inductor current, it has high inductance and fast saturation. Further, in the inductor 100 having the second magnetic region according to the second embodiment of the present invention, the higher the proportion of the magnetic powder in the second magnetic region is, the larger the inductance and faster saturation characteristics of the inductor 100 at a lower current are. It can be confirmed that has a.
  • FIG. 12 is a view showing a change in saturation characteristics when the volume ratio of the second magnetic region according to the second embodiment of the present invention is changed.
  • a graph showing a change in inductance L of the inductor according to the inductor current i L and an inductance change curve 1210, 1220, 1230, and 1240 are shown.
  • the horizontal axis represents the amount of current flowing through the coil unit 120 of the inductor 100 expressed in amperes
  • the vertical axis represents the inductance value, which is an induction coefficient of the inductor 100 expressed in micro hens.
  • the first inductance change curve 1210 illustrated in the graph of FIG. 12 is an inductor having an air-gap in which the second magnetic region is empty in the structure of the inductor 100 according to an embodiment of the present invention. It is about.
  • the second, third, and fourth inductance change curves 1220, 1230, and 1240 are magnetic powders 820 and nonmagnetic materials 810 surrounding the magnetic powders 820 according to the second embodiment of the present invention.
  • An inductor 100 including a configured second magnetic region, wherein when the magnetic powder 820 is entirely occupied by the second magnetic material mixed with the nonmagnetic material 810 in the total volume of the second magnetic region 800, The second case where a region composed solely of the magnetic material occupies some region and the second magnetic material occupies 2/3 the volume, and the second case where the region composed only of nonmagnetic material occupies some region and the second magnetic substance occupies one third volume
  • the inductor 100 is formed of a magnetic region 130.
  • the higher the volume ratio of the second magnetic material in the second magnetic region the higher the inductance at a lower current. It can confirm that it has a faster saturation characteristic.
  • FIG. 13 a graph showing a change in inductance L of the inductor 100 according to the inductor current iL and an inductance change curve 1310, 1320, 1330, and 1340 are illustrated.
  • the amount of current flowing through the coil unit 120 of the inductor 100 in amperes is represented, and the vertical axis represents an inductance value, which is an induction coefficient of the inductor 100 in units of microhenry.
  • the heights of the second magnetic regions in the structure of the inductor 100 according to the embodiment of the present invention are respectively.
  • the third and fourth inductance change curves 1330 and 1340 may be formed of a rare earth metal material of the magnetic material of the magnetic powder 820 according to the second embodiment of the present invention, and may be formed of a nonmagnetic material that surrounds the magnetic powder 820.
  • the inductor 100 having the second magnetic region composed of the rare earth metal powder according to the second embodiment of the present invention is different from the inductance change characteristic of the second magnetic region composed of the conventional ferromagnetic metal powder. It can be seen that the current has a high inductance in the region where the current is high, and the higher the height of the second magnetic region 130 is, the later the saturation characteristic is.
  • the saturation characteristics of the inductor of the inductor 100 having the second magnetic region according to the first embodiment of the present invention or the second magnetic region according to the second embodiment are determined by several parameters, composition ratios, and second characteristics.
  • FIG. 14 is a view showing the structure of an inductor according to another embodiment of the present invention.
  • an inductor 100 ′ includes an O-type or toroid-type magnetic iron core 1410 and 1430 and a coil unit 1420.
  • the magnetic iron core can be constructed by using a commercial type O-shaped core made of the first magnetic material as the first magnetic region and inserting a second magnetic region made of the second magnetic material into a part of the first magnetic region.
  • the coil unit may be formed of a conductive wire surrounding one region of the magnetic iron core, and is not limited to the coil unit illustrated in FIG. 14, and may wind more windings over a wider region of the magnetic iron core.
  • the second magnetic region of the magnetic core is exposed to the outside, thereby easily inserting and replacing the second magnetic region satisfying the desired inductance saturation characteristics.
  • a separate circuit is provided around the inductor 100 ′ to control the movement of the second magnetic region in the cavity of the first magnetic region, thereby allowing the magnetic flux passing through the magnetic core to pass through.
  • the magnetic saturation characteristics of the inductor can be changed by changing the volume ratio in which two magnetic regions exist.
  • 15 is a view showing the structure of an inductor according to another embodiment of the present invention.
  • an inductor 100 ′′ includes cylindrical magnetic iron cores 1510 and 1530 and a coil unit 1520.
  • a cylindrical commercial core may be provided as a first magnetic region inside a coil unit 1530 wound around a long cylinder, and a second magnetic region formed of a second magnetic material may be provided in the middle thereof.
  • the inductor 100 ′′ can easily change the inductance saturation characteristics only by having a second magnetic region composed of a heterogeneous magnetic material in only a part of a commercial core, thereby increasing the inductance. Variable characteristics can be obtained with respect to the current.
  • 16 is a flowchart of a method of manufacturing an inductor according to an embodiment of the present invention.
  • a magnetic iron core manufacturing step (S1610), a void forming step (S1620), a magnetic material filling step (S1630), and a coil winding step (S1640) ).
  • Magnetic iron core manufacturing step (S1610) is provided with a magnetic iron core having a predetermined form.
  • the magnetic iron core may be a commercial inductor component such as an EE ferrite core
  • the predetermined form may be a shape formed along a closed curve of magnetic flux generated by conduction of current to a coil to be described later.
  • the inductance may be determined according to the magnetic permeability of the magnetic core.
  • a pore is formed in one region of the magnetic iron core.
  • an air gap may be formed in the magnetic core of the closed path shape in which an empty space exists on a path through which magnetic flux passes.
  • the gap is filled with a magnetic material different from the magnetic material constituting the magnetic core.
  • the first magnetic material constituting the magnetic iron core may be a material in which ferrite core alpha iron or Mn and Zn are mixed.
  • the second magnetic material different from the first magnetic material may be a material having a magnetic permeability different from that of the first magnetic material.
  • the magnetic material filling the voids may be composed of a plurality of magnetic compositions and nonmagnetic materials surrounding the plurality of magnetic compositions. Specifically, a plurality of magnetic compositions have a high permeability magnetic material having a large degree of magnetization of the material by the magnetic field, that is, a magnetic susceptibility ( ⁇ m ) greater than 1.
  • the nonmagnetic material is a material that is hardly affected by the magnetic field, and can be molded into a shape enclosing a plurality of magnetic components, and can be selected as a durable and heat resistant material.
  • Plastics, such as polypropylene, are readily made of nonmagnetic materials, and other magnetic materials can be produced through plastic molding techniques.
  • the plurality of magnetic components of different magnetic materials may be arranged at predetermined interval units.
  • a plurality of magnetic configurations of other magnetic materials may be arranged in a plurality of layers in the nonmagnetic material.
  • the plurality of magnetic compositions and nonmagnetic materials of other magnetic materials may have a predetermined volume ratio.
  • a plurality of magnetic configurations of other magnetic materials may be disposed only on predetermined regions of the nonmagnetic material.
  • the plurality of magnetic components of the other magnetic material may be at least one of magnetic pieces and magnetic powder.
  • the coil In the winding of the coil (S1640), the coil is wound around one region of the magnetic iron core in which the pores of the magnetic iron core are filled with the magnetic material of the magnetic core and other magnetic materials.
  • the coil may be a conductive conductor, such as a conductive wire made of enameled copper, and may pass a current through both ends. Then, magnetic flux may be generated according to the current flowing along the coil.
  • the inductor manufacturing method of the present invention as described above can be realized by the inductor manufacturing apparatus.
  • the inductor manufacturing apparatus may be a machine for controlling to perform each step of the inductor manufacturing method.
  • the magnetic iron core can be manufactured through a process such as heating, compressing, or molding ferrite (first magnetic material), which is a material of the magnetic iron core, into a predetermined form, from a powder form.
  • first magnetic material which is a material of the magnetic iron core
  • it may be a method of supplying a commercially manufactured commercial core to the inductor manufacturing apparatus by omitting the step (S1610) of direct manufacturing.
  • the manufacturing tool of the magnetic iron core may be designed in a predetermined form for providing a gap.
  • a separate second magnetic core generation line can be designed to configure the second magnetic region in the void.
  • the second magnetic core may be manufactured in a form that can be inserted into the pores of the magnetic iron core through chemical and physical processes such as mixing, firing, and processing the second magnetic material as a material.
  • the coil part may be manufactured by winding a conductive wire over part or all of the magnetic iron core.
  • the coil unit may be manufactured by winding a conductive wire on a coil drum surrounding the outer edge
  • 17 is a side view illustrating a configuration of a second magnetic region according to the third exemplary embodiment of the present invention.
  • the second magnetic region 1700 is composed of a plurality of zones (blocks) 1710, 1720, and 1730. Specifically, the second magnetic region 1700 may be composed of a plurality of zones having different permeability.
  • the block (zone) having a specific permeability may be a strip or powder core as described above.
  • different permeability for each block may be a permeability designed according to the above parameters.
  • each block constituting the second magnetic region may differ in the number of strips inserted or the amount of powder contained.
  • three blocks 1710, 1720, and 1730 are illustrated in FIG. 17, two blocks 1710, 1720, and 1730 may be formed.
  • the blocks 1710, 1720, and 1730 have different sizes in FIG. 17, they may be the same size.
  • the second magnetic region 1700 may have a shape in which the plurality of zones 1710, 1720, and 1730 are disposed in a direction in which the magnetic flux 1740 is parallel to the direction in which the second magnetic region 1700 passes.
  • the plurality of blocks 1710, 1720, and 1730 constituting the second magnetic region 1700 may be disposed to face each other in the direction of the magnetic flux 1740.
  • the plurality of blocks 1710, 1720, and 1730 may be inserted into the pores of the first magnetic region in a lump stacked up to be in contact with each other.
  • the plurality of blocks 1710, 1720, and 1730 may be inserted into each of the plurality of gaps provided in the first magnetic region.
  • the magnetic force of the magnetic field formed by the coil unit is also stored in the blocks 1710, 1720, 1730. And blocks with different permeability have different saturation characteristics. As the current in the coil portion increases, the small block 1710 saturates first. Inductance characteristics of the inductor are represented by the remaining blocks 1720 and 1730 that are not yet saturated.
  • FIG. 18 is a side view illustrating a configuration of a second magnetic region according to the fourth exemplary embodiment of the present invention.
  • the second magnetic region 1800 is composed of a plurality of zones (blocks) 1810, 1820, and 1830.
  • the second magnetic region 1800 may include a plurality of blocks 1810, 1820, and 1830 having different permeability.
  • the second magnetic region 1800 may have a form in which the plurality of zones 1810, 1820, and 1830 are arranged in a direction perpendicular to a direction in which the magnetic flux 1840 passes through the second magnetic region 1800.
  • the plurality of blocks 1810, 1820, and 1830 constituting the second magnetic region 1800 may have a shape in which the blocks 1810, 1820, and 1830 are arranged side by side in a direction perpendicular to the direction of the magnetic flux 1840.
  • the direction in which the plurality of blocks 1810, 1820, and 1830 are disposed is generally perpendicular to the direction of the magnetic flux 1840.
  • the plurality of blocks 1810, 1820, and 1830 may be inserted into the pores of the first magnetic region in a lump connected to abut.
  • the plurality of blocks 1810, 1820, and 1830 may be inserted into each of the plurality of gaps provided in the first magnetic region.
  • the inductance change characteristic may be more pronounced.
  • FIG. 19 is a side view of a magnetic iron core for illustrating a configuration of a second magnetic region according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the magnetic iron core 1900 includes a first magnetic region 1940 and a second magnetic region 1910.
  • the second magnetic region 1910 includes a plurality of zones 1920, 1930, 1940 with different permeability.
  • the first magnetic region 1940 forms a gap in a plurality of positions.
  • the voids are provided in the horizontal direction in the first magnetic region 1940 of the magnetic iron core 1900, but the present invention is not limited thereto, and it is sufficient if two or more voids are formed anywhere in the closed loop path of the magnetic flux.
  • the plurality of zones 1920, 1930 and 1940 of the second magnetic region 1910 may be located in the plurality of voids.
  • One gap may have one or a plurality of blocks.
  • inductor characteristics can be designed by inserting a combination of one or several blocks into a gap of the ferrite core after forming a plurality of core blocks.
  • FIGS. 17 to 19 are graphs for explaining inductance characteristics of an inductor using the second magnetic region of FIGS. 17 to 19.
  • the inductance of the air gap inductor 2020 where only voids exist in the magnetic core of the same design is almost constant in the low current range, and the inductance gradually decreases around 25 amperes (A) and eventually saturates. Seems to be a common characteristic.
  • the inductance of the variable inductor 2010 having the second magnetic region composed of a plurality of zones (blocks) having different permeability, corresponding to the number of blocks, is a step with little change of each different inductance in three current bands. Mold characteristics. This is because a plurality of blocks having different permeability each store a magnetic force, and as the inductor current gradually increases, the inductance change characteristic of the saturated block first disappears, and a stepped graph in which the inductance decreases rapidly appears.
  • 21 is a block diagram illustrating a configuration of an inductor according to an embodiment of the present invention.
  • an inductor includes a magnetic iron core 2100 including a first magnetic region 2110 and a second magnetic region 2120, a coil unit 2130, a transfer device 2140, and a controller 2150. do.
  • the second magnetic region 2120 is composed of a plurality of zones 2121 and 2122 having different permeability.
  • the plurality of zones 2121 and 2122 may move in a magnetic iron core 2100 to deviate from the volume (the size of the gap) from the first magnetic region 2110 to the second magnetic region 2120.
  • some of the plurality of blocks 2121 and 2122 of the second magnetic region 2120 may be positioned in the gap portion provided in the first magnetic region 2110.
  • the second magnetic region has a configuration in which a plurality of zones 2121 and 2122 are disposed along the moving direction.
  • the transfer device 2140 moves the second magnetic region 2120.
  • the transfer device 2140 may move a portion of the second magnetic region 2120 located in the volume (space) that extends from the first magnetic region 2110.
  • the transfer device 2140 may include a power generation device using electric energy such as an electric motor (motor), and the second magnetic region 2120 may move by the rotational movement of the electric motor.
  • a power generation device using electric energy such as an electric motor (motor)
  • the second magnetic region 2120 may move by the rotational movement of the electric motor.
  • the controller 2150 may detect the inductor current i L.
  • the controller 2150 may detect the magnitude of the current i L flowing in the coil unit 2130.
  • the controller 2150 may include a digital ammeter for sensing the magnitude of the current i L.
  • the controller 2150 controls the transfer device 2140.
  • the controller 2150 may control the transfer device 2140 to move the second magnetic region 2120.
  • the controller 2150 may include a driver that generates a control signal for controlling the electric motor of the transfer device 2140.
  • the inductor can be used in the circuit for power conversion.
  • the controller 2150 may measure the load amount from the inductor current i L.
  • the controller 2150 may include an inductance of an inductor corresponding to an input voltage i in corresponding to an initial condition, an input current v in , and a position at which the transfer device 2140 moves the second magnetic region 2120. (L) based on the current i L of the inductor, it may be determined whether the load is less than or equal to a predetermined threshold.
  • the controller 2150 may measure the load amount by directly measuring the voltage and current applied to the load.
  • the controller 2150 may include a voltmeter and an ammeter for the circuit on the secondary side to which the load is connected. Alternatively, the controller 2150 may detect the power input from the power source and calculate the load by measuring the voltage or current applied to the load. In addition to the above-described method, various load detection methods conventionally used in various power converters may be applied to the controller 2150.
  • the controller 2150 controls the transfer device 2140 according to the load amount of the load. Specifically, the controller 2150 may control the transfer device 2140 such that the permeability zone 2121 or 2122 occupies the volume according to the load amount.
  • the controller 2150 may be implemented in a number of different ways.
  • the controller 2150 may include a processor, an application specific integrated circuit (ASIC), an embedded processor, a microprocessor, hardware control logic, a hardware finite state machine (FSM), a digital signal processor (ASC). digital signal processor, DSP).
  • ASIC application specific integrated circuit
  • FSM hardware finite state machine
  • ASC digital signal processor
  • DSP digital signal processor
  • FIG. 22 is a graph for explaining inductance characteristics of the inductor of FIG. 21.
  • FIG. 22 a graph showing a change in inductance 2240 of a common air gap inductor, an inductance 2210 of a light load inductor, an inductance 2220 of a medium load inductor, and an inductance 2230 of a heavy load inductor with respect to an inductor current. Shows together.
  • the inductor capable of moving the second magnetic region to be located in the air gap by the transfer device according to the load has a higher inductance characteristic than a general inductor having a gap, and also varies depending on the size of the load. It may have an inductance characteristic.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)

Abstract

본 발명은 인덕턴스 가변 특성을 조절할 수 있는 가변 인덕터에 대한 것이다. 본 인덕터는, 기설정된 형태를 갖는 자기 철심, 자기 철심의 일 영역을 감싸며, 전류의 흐름에 따라 자속을 발생시키는 코일부를 포함하고, 자기 철심은, 제1 자성물질로 구성되는 제1 자성 영역과 제1 자성물질과 다른 제2 자성물질로 구성되는 제2 자성 영역으로 구성된다.

Description

가변 인덕터 및 그 제조 방법
본 발명은 가변 인덕터 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인덕터의 자기 포화 특성을 광범위하게 조절할 수 있는 가변 인덕터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
인덕터는 전류의 흐름에 의해 발생하는 자기장의 필드에 에너지가 저장되는 특징을 이용하여, 다양한 전자회로의 목적에 맞게 전선을 감은 코일이나 코어 주위에 전선을 감는 형태로 제작한 수동 소자를 말한다. 또한, 전류가 시간에 대해 변하는 경우 인덕터 양단에 걸리는 전압과의 관계에서 그 인덕터 고유한 상수를 인덕턴스라고 하며, 인덕터의 재질 및 모양에 따라 인덕턴스 값을 달리한다.
통상의 인덕터는 그 인덕턴스가 상수이므로, 인덕터가 포화할 때까지 전류에 대해 일정한 인덕턴스 값을 갖는다. 이러한 특성은 대전력을 요하는 전자 장치의 전력 변환기에 상수 인덕터가 사용되는 경우, 가변하는 부하의 특성 때문에 전력 전달 효율이 좋지 않은 점이 있다.
또한, 인덕터의 인덕턴스를 가변하기 위한 종래 제시된 가변 인덕터의 경우, 주 권선에 기계식 탭을 이용하거나, 주 권선 이외의 보조 권선을 감아 추가적인 자속 공급을 위한 별도의 전원 구동장치를 사용하고, 부하에 대한 전류량을 감지하기 위한 추가회로를 요하기 때문에, 효율, 경제성, 부피 및 회로 복잡성의 증가 등의 단점을 갖고 있었다.
따라서, 상술한 바와 같은 가변 인덕터의 필요성 및 종래 제시된 가변 인덕터의 한계를 해결하며, 원하는 설계 조건에 따라 용이하게 가변 인덕터의 특성을 구현할 수 있는 인덕터의 구조 및 제조방법이 요구되었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 요구를 달성하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 이종의 자성 물질로 이루어진 자기 철심을 이용하여 전류량에 따라 가변하는 인덕턴스 포화 특성을 갖는 인덕터 및 그 인덕터의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터는, 기설정된 형태를 갖는 자기 철심 및 상기 자기 철심의 일 영역을 감싸며, 전류의 흐름에 따라 자속을 발생시키는 코일부를 포함하고, 상기 자기 철심은, 제1 자성물질로 구성되는 제1 자성 영역과 상기 제1 자성물질과 다른 제2 자성물질로 구성되는 제2 자성 영역으로 구성된다.
이 경우, 상기 제2 자성 영역은, 복수의 자성 구성 및 상기 복수의 자성 구성을 감싸는 비자성물질로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 복수의 자성 구성은 기설정된 간격 단위로 배치될 수 있다.
한편, 상기 복수의 자성 구성은 상기 비자성 물질 내에 복수의 층으로 배치될 수 있다.
한편, 상기 복수의 자성 구성 및 상기 비자성 물질은 기설정된 부피 비율을 가질 수 있다.
한편, 상기 복수의 자성 구성은 상기 비자성 물질의 기설정된 영역 상에만 배치될 수 있다.
한편, 상기 복수의 자성 구성은 자성 조각 및 자성 파우더 중 적어도 하나일 수 있다.
한편, 상기 제2 자성 영역은, 상이한 투자율을 갖는 복수의 구역으로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 제2 자성 영역은, 상기 자속이 상기 제2 자성 영역을 통과하는 방향과 나란한 방향으로 상기 복수의 구역이 배치된 형태를 가질 수 있다.
한편, 상기 제2 자성 영역은, 상기 자속이 상기 제2 자성 영역을 통과하는 방향과 수직한 방향으로 상기 복수의 구역이 배치된 형태를 가질 수 있다.
이 경우, 상기 복수의 구역은 서로 연접한 하나의 공간에 배치되거나, 서로 분리된 복수의 공간에 각각 배치될 수 있다.
한편, 상기 복수의 구역은, 상기 자기 철심 내에서 상기 제1 자성 영역에서 상기 제2 자성 영역으로 이어지는 용적으로부터 어긋나도록 이동할 수 있다.
이 경우, 상기 제2 자성 영역은, 상기 복수의 구역 중 일부분만 상기 용적을 차지하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 인덕터는, 상기 복수의 구역을 이동시키는 이송 장치 및 전력 변환 회로의 2차측에 연결된 부하량에 따라 상기 복수의 구역을 이동시키도록 상기 이송 장치를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터 제조 방법은, 기설정된 형태를 갖는 자기 철심을 구비하는 단계, 상기 구비된 자기 철심의 일 영역에 공극을 형성하는 단계, 상기 형성된 공극에 상기 자기 철심의 자성 물질과 다른 자성 물질로 채우는 단계 및 상기 다른 자성 물질이 채워진 자기 철심의 일 영역에 코일은 감는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 다른 자성 물질은, 복수의 자성 구성 및 상기 복수의 자성 구성을 감싸는 비자성 물질로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 복수의 자성 구성은 기설정된 간격 단위로 배치될 수 있다.
한편, 상기 복수의 자성 구성은 상기 비자성 물질 내에 복수의 층으로 배치될 수 있다.
한편, 상기 복수의 자성 구성 및 상기 비자성 물질은 기설정된 부피 비율을 가질 수 있다.
한편, 상기 복수의 자성 구성은 상기 비자성 물질의 기설정된 영역 상에만 배치될 수 있다.
한편, 상기 복수의 자성 구성은 자성 조각 및 자성 파우더 중 적어도 하나일 수 있다.
상술한 바와 같은 다양한 실시예에 따른 인덕터는 부하량에 따라 상이한 인덕턴스를 갖도록 코일의 포화특성의 설계를 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터의 구성을 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터의 구성을 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 등가 자기 회로,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 자성 영역의 구성을 나타내기 위한 평면 및 측면의 단면도,
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 자성 영역의 구성에 대한 파라미터를 나타내기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 자성 영역의 구성에 대한 파라미터를 나타내기 위한 도면,
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 자성 영역의 구성을 나타내는 단면도,
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 자성 영역의 다른 구성을 나타내기 위한 도면,
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 구성을 갖는 제2 자성영역의 B-H 커브를 도시한 도면,
도 10는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 자성 영역의 파라미터를 달리한 경우, 포화 특성의 변화를 나타내는 도면,
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 자성 영역의 조성 비율을 달리한 경우, 포화 특성의 변화를 나타내는 도면,
도 12은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 자성 영역의 부피비를 달리한 경우, 포화 특성의 변화를 나타내는 도면,
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 자성 영역의 자성재질을 달리한 경우, 포화 특성의 변화를 나타내는 도면,
도 14은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕터의 구조를 나타내는 도면,
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕터의 구조를 나타내는 도면,
도 16는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕터 제조 방법의 순서도,
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제2 자성 영역의 구성을 나타내는 측면도,
도 18은 본 발명의 제4 실시예에 따른 제2 자성 영역의 구성을 나타내는 측면도,
도 19는 본 발명의 제5 실시예에 따른 제2 자성 영역의 구성을 나타내기 위한 자기 철심의 측면도,
도 20은 도 17 내지 도 19의 제2 자성 영역을 이용한 인덕터의 인턱턴스 특성을 설명하기 위한 그래프,
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터의 구성을 나타내는 블록도, 그리고,
도 22는 도 21의 인덕터의 인덕턴스 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터의 구성을 나타내는 사시도 및 각 구성을 결합한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터(100)는 자기 철심(110, 130), 코일부(120)로 구성된다.
자기 철심(110, 130)은 기설정된 형태를 가진다. 구체적으로, 자기 철심(110, 130)은, 후술할 코일부(120)에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자기장이 자기 철심(110, 130)에 저장될 수 있도록 닫힌 형태를 가질 수 있다. 다시 말하면, 자기 철심(110, 130)의 내부를 통과하는 자속은 자기 철심(110, 130)의 폐루프의 경로를 따라서 흐를 수 있다.
여기서, 자기 철심(110, 130)은, 후술할 코일부(120)에 흐르는 전류에 의해 발생하는 폐곡선 경로를 따라 방향과 크기를 갖는 자속(flux)이 지나는 경로상에 존재하는 매질을 말한다. 즉, 자기 철심(110, 130)은 전선에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자기장의 에너지를 저장하며, 이로 인해 자기 철심(110, 130)을 이루는 물질 고유의 자기에 대한 성질인 투자율(permeability)에 따라, 인덕터(100)가 전류의 흐름을 방해하는 정도(인덕턴스)가 결정된다.
그리고, 자기 철심(110, 130)은 제1 자성 물질로 구성되는 제1 자성 영역(110)과, 제1 자성물질과 다른 제2 자성 물질로 구성되는 제2 자성 영역(130)으로 구성된다. 구체적으로, 제1 자성 영역(110)은 코일부(120)가 자기 철심의 일 영역을 감쌀 수 있도록 하는 중심 기둥 부분과 코일부(120)의 전류에 의해 발생한 자속이 외부에서 통과하는 경로상에 위치한 좌, 우 기둥 부분으로 이루어진 한 쌍의 EE형 코어일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서 제1 자성 영역(110)은 인덕터 전체적인 크기나 모양을 결정할 수 있으며, 도 1에서는 EE형 코어로 도시하였으나, 이에 한정되지 아니하며, EI/EF/EER/EFD/ER/EPC/UI/CI/EP/RM 코어, 토로이드(toroid) 코어, 포트(pot) 코어 등, 공극부를 구비한 다양한 범용 코어가 가능하며, 도 14 또는 도 15과 같이 다른 형태의 상용 코어를 기초로 본 발명의 다른 실시예를 구현할 수 있음은 당업자에 비추어 자명하다.
그리고, 제1 자성 영역(110)을 이루는 제1 자성물질은 통상의 인덕터에 사용되는 페라이트 코어로서, 알파 철 또는 산화철에 산화망간(MnO), 산화아연(ZnO) 중 적어도 하나를 혼합한 물질일 수 있다.
코일부(120)는 자기 철심(110, 130)의 일 영역을 감싸며, 전류의 흐름에 따라 자속을 발생시킨다. 구체적으로, 코일부(120)는 에나멜 구리로 만들어진 도선과 같이 전도성 있는 도체일 수 있으며, 양 끝단을 통해 전류를 통과시킬 수 있다. 그리고, 코일부(120)는 도선을 원통이나 사각 기둥의 틀 주위를 1회 이상 감싸고, 그 안에 자기 철심(110, 130)을 삽입할 수 있도록 구성할 수 있다.
여기서, 코일부(120)에 전류가 흐르면, 전류 및 도선이 감는 방향에 따라 양극성을 가지는 자기장이 발생하고, 전류의 에너지가 자기장 형태로 일시 저장된다. 발생한 자속은 코일부가 일 영역을 감싸고 있는 자기 철심의 몸체를 따라 통과하며, 자속이 통과하는 매질의 성질(자기 철심)에 따라 인덕터의 인덕턴스 특성이 결정되게 된다.
자기 철심의 제2 자성 영역(130)은 제1 자성 물질로 구성되는 제1 자성 영역(110)과 다른 제2 자성 물질로 구성된다. 구체적으로, 제2 자성 영역(130)은 복수의 자성 구성 및 복수의 자성 구성을 감싸는 비자성 물질로 구성될 수 있다.
여기서, 제2 자성 영역(130)을 구성하는 복수의 자성 구성은 그 물질의 특성이 자기장에 의해 자화(magnetization)되는 정도가 매우 큰, 즉, 자화율(χm, magnetic susceptibility)이 1보다 큰 양수를 갖는 고투자율(high permeability)의 강자성체 재료일 수 있다. 예를 들어, 니켈, 코발트, 철 그리고 뮤 메탈(mu-metal)과 같은 합금을 포함할 수 있다.
이러한 제1 자성 영역의 자기 포화 특성과 다른 제2 자성 영역의 자기 포화 특성의 차이를 이용해, 인덕터(100) 전체의 인덕턴스 및 포화 특성을 조절할 수 있다.
여기서 제2 자성 영역(130)을 구성하는 비자성 물질은, 자기장의 영향을 거의 받지 않는 물질로서, 제2 자성 영역(130)의 복수의 자성 구성을 감싸도록 안에 내포하는 형태로 성형할 수 있으며, 자기 철심의 제1 자성 영역(110)과 접촉하여 제2 자성 영역의 복수의 자성 구성을 고정된 위치에 놓이도록 하고, 인덕터의 발열, 충격 및 무게에도 견딜 수 있는 내구성, 내열성 있는 재질로 선택할 수 있다. 쉽게는 폴리프로필렌과 같은 플라스틱을 비자성 물질로 하고, 플라스틱 성형 기술을 통해 제2 자성 영역(130)을 제조할 수 있다.
그리고, 제2 자성 영역(130)의 복수의 자성 구성은 기설정된 간격 단위로 배치될 수 있다. 또한, 제2 자성 영역(130)의 복수의 자성 구성은 비자성 물질 내에 복수의 층으로 배치될 수 있다. 이러한 제2 자성 영역의 자성 구성 배열에 대한 구체적인 설명은 도 4 및 도 5를 참조하여 후술한다.
그리고, 제2 자성 영역(130)의 복수의 자성 구성 및 비자성 물질은 기설정된 부피 비율을 가질 수 있다. 또한, 제2 자성 영역(130)의 복수의 자성 구성은 비자성 물질의 기설정된 영역 상에만 배치될 수 있다. 이러한 제2 자성 영역(130)의 자성 구성의 혼합비 및 부피비에 대한 구체적인 설명은 도 6 및 도 7을 참조하여 후술한다.
그리고, 제2 자성 영역(130)의 복수의 자성 구성은 자성 조각 및 자성 파우더 중 적어도 하나일 수 있다. 이에 대한 제2 자성 영역(13)의 복수의 자성 구성을 구현하는 두 가지 실시예는 도 4 이하의 도면을 참조한 설명에서 구체화된다.
여기서, 복수의 자성 구성을 자성 조각으로 구현한 제1 실시예를 스트립(Strip) 형이라 하고, 이러한 스트립이 비자성 물질에 삽입된 제1 실시예에 따른 자기 철심의 제2 자성 영역(130)을 스트립 코어라 부르기로 한다. 또한, 스트립 코어의 스트립이 일정한 간격으로 배치된 형태를 스트립 어레이(array, 배열)이라 칭하기로 한다. 한편, 복수의 자성 구성을 파우더로 구현한 제2 실시예를 파우더(powder) 또는 분말 형이라 하고, 이러한 자성 파우더를 비자성 물질과 혼합한 제2 실시예에 따른 자기 철심의 제2 자성 영역(130)을 파우더 코어라고 부르기로 한다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터(100)는 자기 철심의 제1 자성물질로 구성되는 제1 자성 영역과 자기 포화 특성을 달리하는 제2 자성물질로 구성된 제2 자성 영역에 의해, 설계된 인덕터 전류의 구동 범위 내에서 연속적으로 인덕턴스가 가변하는 특성을 가질 수 있고, 구조가 간단하여, 포화 특성을 조절할 수 있는 파라미터값의 변경을 쉽게 구현할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 도 1의 자기 철심의 제1 자성 영역(110) 한 쌍이 세 기둥의 긴 축 방향으로 마주보고 맞닿아 있으며, 가운데 기둥의 사이에는 자기 철심의 제2 자성 영역(130)이 구비되어 있다. 그리고, 자기 철심의 제1 자성 영역(110)과 제2 자성 영역을 포함하는 가운데 기둥 영역을 도선이 복수회 휘감은 코일부(120)가 위치하고 있다. 도 2에서는 코일부(120)의 도선을 도식적으로 크게 표시하였을 뿐, 실제 구현시에는 더 가늘고 긴 도선이 물리적으로 허용하는 선까지 권선을 감을 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 등가 자기 회로이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터(100)는 코일부(120)의 권선수(N) 및 전류량(i)에 비례하는 자속 원(320)과 자속φ이 지나가는 자기 철심의 제1 자성 영역의 자기저항(reluctance) R core1(310) 과 제2 자성 영역의 자기저항(reluctnace) R core2(320)을 포함하는 등가 자기 회로(equivalent magnetic circuit)로 나타낼 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 자성 영역의 구성을 나타내기 위한 평면 및 측면의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 제2 자성영역(400)은 비자성 물질(410) 안에 복수의 자성 구성(420)이 기설정된 간격 단위로 배치되어 있다. 구체적으로, 제2 자성 영역(400)의 평면 단면도 (a) 에 도시된 바와 같이, 제2 자성 영역의 제2 자성 물질은 스트립 형의 자성 구성(420)이 비자성 물질(410) 내에서 가로 및 세로 방향으로 일정한 간격으로 배열된 것일 수 있다. 또한, 제2 자성 영역(400)의 측면 단면도 (b) 에 도시된 바와 같이, 제2 자성 영역의 제2 자성 물질은 비자성 물질(410) 내에 스트립 형 자성 구성(420)이 평면에 나란히 복수의 층을 이루어 구성될 수 있다. 제2 자성 영역(400)의 자성 조각(420)의 개수는 도 4에 도시된 개수에 제한되지 아니하며, 자성 조각(420)은 단층 또는 둘 이상의 더 많은 층으로 배치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 자성 영역의 구성에 대한 파라미터를 나타내기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제2 자성 영역(500)의 측면 단면도는 제2 자성 영역(500)의 자성 조각(520)이 비자성 물질(510) 내에서 복수의 층을 이루고, 상하 층간에 나란한 평면 배열을 하고 있다. 구체적으로, 제2 자성 영역(500)의 자기 포화 특성을 조절할 수 있는 자성 조각(520)에 대한 파라미터는 자성 조각의 높이 h, 너비 w, 평면상에서 스트립 어레이가 이루는 자성 조각(520)간 거리 g1 를 포함한다.
상술한 바와 같이 제1 실시예에 따른 제2 자성 영역(500)의 포화 특성의 조절은 자성 조각(520)의 개수, 크기 및 배치 간격을 조절함으로써 쉽게 원하는 설계 조건의 포화 특성을 갖는 인덕터를 제작할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 자성 영역의 구성에 대한 파라미터를 나타내기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 제2 자성 영역(600)의 측단면도는 제2 자성 영역(600)의 자성 조각(620)이 비자성 물질(610) 내에서 복수의 층을 이루고, 상하 층간에 스트립 어레이가 평면의 가로축 또는 세로축 방향으로 g2 만큼 이격되어 평면 배열을 하고 있다. 구체적으로, 제2 자성 영역(600)의 자기 포화 특성을 조절할 수 있는 자성 조각(620)에 대한 파라미터는 복수의 층을 이루는 자성 조각이 상하 층 간에 평면의 한 축 또는 양 축 방향으로 이격된 거리 g2 를 포함한다.
상술한 바와 같이 제1 실시예에 따른 제2 자성 영역(500)의 포화 특성의 조절은 자성 조각(520)의 개수, 크기 및 배치 간격을 조절함으로써 쉽게 원하는 설계 조건의 포화 특성을 갖는 인덕터를 제작할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 자성 영역의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 제2 자성 영역(700)의 복수의 자성 구성은 자성 파우더(720)로 구성되어 있으며, 비자성 물질(710) 안에 무작위로 분포되어 있다. 구체적으로, 제2 자성 영역의 제2 자성 물질은 파우더 형의 자성 구성(720)이 비자성 물질(710)과 일정한 비율로 혼합되어, 비자성 물질(710) 내에서 무작위로 분포된 것일 수 있다. 한편, 제2 자성 영역(700)의 자기 포화 특성을 조절할 수 있는 자성 파우더(720)에 대한 파라미터는, 비자성 물질(710) 대 자성 구성(720)이 제2 자성 영역(700)에서 차지하는 질량비율, 부피비율 또는 혼합비율일 수 있다. 또한, 자성 파우더(720)에 대한 파라미터는, 제2 자성 영역(700)에 존재하는 자성 파우더(720)의 함량이 높아질수록 비례하여 상승하는 상대 투자율(relative permeability)일 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 자성 영역의 다른 구성을 나타내기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 제2 자성 영역에서 일부 영역이 비자성 물질(830)만으로 이루어져 있고, 나머지 영역에는 비자성 물질(810)에 파우더 형 자성 구성(820)이 무작위로 분포되어 있다. 구체적으로, 자속이 지나는 경로상에 영향을 미칠 수 있는 제2 자성 물질의 자성 파우더가 일부 영역에만 존재함으로써, 인덕터의 자기 포화 특성을 달리할 수 있다. 다시 말해, 제2 자성 영역(800)의 자기 포화 특성을 조절할 수 있는 자성 파우더(820)에 대한 파라미터는, 제2 자성 영역(800)에서 비자성 물질(830)만으로 이루어진 영역과 파우더 형 자성 구성(820)이 혼합된 제2 자성 물질이 차지하는 영역의 비율 v을 포함한다.
상술한 바와 같이 제2 실시예에 따른 제2 자성 영역(800)의 포화 특성의 조절은 자성 파우더의 양, 비자성 물질과 혼합하는 영역의 크기를 조절함으로써 쉽게 원하는 설계 조건의 포화 특성을 갖는 인덕터를 제작할 수 있다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 구성을 갖는 제2 자성영역의 B-H 커브를 도시한 도면이다.
도 9을 참조하면, 제2 자성 영역이 자성 물질로만 구성된 경우의 B-H 커브와 본 발명의 실시예에 따라 제2 자성 영역이 비자성 물질을 포함한 복수의 구성비를 갖는 경우 제2 자성 영역이 가질 수 있는 광범위한 B-H 커브 변화가 함께 도시되고 있다. 구체적으로, B-H 커브에서 기울기는 투자율(permeability)를 의미하고, 공극부를 갖는 통상의 인덕터는 진공 투자율(μ0)를 갖기 때문에 기울기가 항상 일정한 값을 갖는다. 반면에, 본 발명에 따른 제2 자성 영역을 갖는 인덕터는 제2 자성 영역의 구성비에 따라, 자기장 세기 H 의 변화에 따른 비선형적인 기울기를 갖고, 그 기울기의 크기도 공극(air-gap)을 갖는 인덕터의 기울기보다 크다.
이로부터, 암페어 법칙(Ampere's circuital law)에 따른 전류량 및 권선수가 H와 비례하는 관계와, 투자율이 인덕턴스와 비례하는 관계임을 기초할 때, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터는, 제2 자성영역의 포화 특성에 의해 인덕터 전류의 변화에 따른 인덕턴스의 비선형적인 가변 특성을 제어할 수 있음을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터 및 제2 자성 영역의 구조에 대하여 도면을 참조하여 설명하였다. 이하에서는, 도 10 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 제2 자성 영역 파라미터를 조절하였을 때, 인덕터의 인덕터 전류에 대한 인덕턴스 변화 특성을 설명한다. 도 10 내지 도 13의 실험에서 사용된 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터의 제1 자성 영역은, EE형 페라이트 코어로서, 산업 규격 표시방법에 따른 EE형 페라이트 코어의 구조는 A: 70.50, B: 33.20, C: 32.00, D: 48.00, E:22.00, F:21.90이다.
도 10는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 자성 영역의 파라미터를 달리한 경우, 포화 특성의 변화를 나타내는 도면이다.
도 10를 참조하면, 인덕터 전류(iL)에 따른 인덕터의 인덕턴스(L)의 변화를 나타내는 그래프 및 네 가지 인덕터의 인덕턴스 변화 곡선(1010, 1020, 1030, 1040)을 도시하고 있다. 구체적으로 가로축은 암페어 단위로 표시된 인덕터(100)의 코일부(120)에 흐르는 전류량을 나타내며, 세로축은 마이크로 헨리 단위로 표시된 인덕터(100)의 유도계수인 인덕턴스 값을 나타낸다.
제1 인덕턴스 변화 곡선(1010)은, 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터(100)의 구조에 제2 자성 영역을 빈 공간의 공극부로 구비한 상수 인덕터에 대한 것이다. 그리고, 제2, 제3 및 제4 인덕턴스 변화 곡선(1020, 1030, 1040)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복수의 자성 조각(520)과 복수의 자성 조각(520)을 감싸는 비자성 물질(510)로 구성된 제2 자성 영역을 포함하는 인덕터(100)로서, 제2 자성 영역의 자성 조각(520)의 높이 h, 너비 w, 평면상에 배치된 자성 조각간의 간격 g1, 두 층의 자성 조각이 평면의 한 축 방향으로 이격된 간격 g2 를 파라미터로 하여 이들 파라미터 중 적어도 하나를 달리한 세 가지 인덕터에 대한 것이다. 이 세 가지 인덕터(100)의 파라미터를 표로 정리하면 다음과 같다.
Strip array (mm)
type 1 type 2 type 3
h 0.6 0.6 1.4
w 4 4 1
g1 1.2 0.6 1
g2 0 2.3 0
다시, 도 10를 참조하면, 대조군인 공극(air-gap) 인덕터는 20A의 인덕터 전류 범위까지 거의 일정한 인덕턴스 값을 가지고, 이후 포화 특성을 나타내며 완만한 기울기의 인덕턴스 감소를 보이지만, 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 인덕터(100)는 낮은 인덕터 전류에서 공극 인덕터보다 큰 인덕턴스를 가지고, 낮은 전류에도 빠르게 포화가 발생하여 공극 인덕터보다 큰 기울기로 인덕턴스가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 그리고, h, w, g1, g2의 파라미터를 달리하면 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 자성 영역을 갖는 인덕터(100)의 인덕턴스 변화 특성이 서로 상이하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 자성 영역의 조성 비율을 달리한 경우, 포화 특성의 변화를 나타내는 도면이다.
도 11를 참조하면, 인덕터 전류(iL)에 따른 인덕터의 인덕턴스(L)의 변화를 나타내는 그래프 및 인덕턴스 변화 곡선(1110, 1120, 1130)를 도시하고 있다. 구체적으로 가로축은 암페어 단위로 표시된 인덕터(100)의 코일부(120)에 흐르는 전류량을 나타내며, 세로축은 마이크로 헨리 단위로 표시된 인덕터(100)의 유도계수인 인덕턴스 값을 나타낸다.
도 11의 그래프에 도시된 제1 인덕턴스 변화 곡선(1110)은, 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터(100)의 구조에 제2 자성 영역을 빈 공간의 공극부로 구비한 공극(air-gap) 인덕터에 대한 것이다. 그리고, 나머지 제2 및 제3 인덕턴스 변화 곡선(1120, 1130)은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자성 파우더(720)와 자성 파우더(720)을 감싸는 비자성 물질(710)로 구성된 제2 자성 영역을 포함하는 인덕터(100)로서, 제2 자성 영역의 자성 파우더(720)의 혼합비를 달리한 두 가지 인덕터에 대한 것이다. 자성 파우더의 혼합비를 제2 자성 영역의 상대 투자율(μr)을 지표로 하여 두 인덕터(100)를 구분하면 다음 표와 같다.
Powder core
type 1 type 2
초기값 μr 3 5
다시, 도 11의 그래프를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 자성 영역을 갖는 인덕터(100)의 인덕턴스 변화 곡선(1120, 1130)은 공극(air-gap) 인덕터의 인덕턴스 변화 곡선에 비하여 낮은 인덕터 전류에서 높은 인덕턴스와 빠른 포화 특성을 가지는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 자성 영역을 갖는 인덕터(100)에서 제2 자성 영역의 자성 파우더의 비율이 높을 수록 인덕터(100)가 낮은 전류에서 더 큰 인덕턴스와 더 빠른 포화 특성을 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 12은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 자성 영역의 부피비를 달리한 경우, 포화 특성의 변화를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 인덕터 전류(iL)에 따른 인덕터의 인덕턴스(L)의 변화를 나타내는 그래프 및 인덕턴스 변화 곡선(1210, 1220, 1230, 1240)을 도시하고 있다. 구체적으로 가로축은 암페어 단위로 표시된 인덕터(100)의 코일부(120)에 흐르는 전류량을 나타내며, 세로축은 마이크로 헨리 단위로 표시된 인덕터(100)의 유도계수인 인덕턴스 값을 나타낸다.
도 12의 그래프에 도시된 제1 인덕턴스 변화 곡선(1210)은, 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터(100)의 구조에 제2 자성 영역이 빈 공간인 공극(air-gap)을 구비한 인덕터에 대한 것이다. 그리고, 제2, 제3 및 제4 인덕턴스 변화 곡선(1220, 1230, 1240)은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자성 파우더(820)와 자성 파우더(820)을 감싸는 비자성 물질(810)로 구성된 제2 자성 영역을 포함하는 인덕터(100)로서, 제2 자성 영역(800)의 전체 부피 중 자성 파우더(820)가 비자성 물질(810)과 혼합된 제2 자성 물질이 전부 차지하는 경우, 비자성 물질만으로 이루어진 영역이 일부 영역을 차지하고 제2 자성 물질이 2/3 부피를 차지하는 경우, 그리고 비자성 물질만으로 이루어진 영역이 일부 영역을 차지하고 제2 자성 물질이 1/3 부피를 차지하는 경우의 제2 자성 영역(130)으로 구성된 인덕터(100)에 대한 것이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 자성 영역을 갖는 인덕터(100)에서 제2 자성 영역의 제2 자성 물질이 차지하는 부피 비율이 높을수록 낮은 전류에서 높은 인덕턴스를 갖고, 더 빠른 포화 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 13을 참조하면, 인덕터 전류(iL)에 따른 인덕터(100)의 인덕턴스(L)의 변화를 나타내는 그래프 및 인덕턴스 변화 곡선(1310, 1320, 1330, 1340)을 도시하고 있다.구체적으로, 가로축은 암페어 단위로 표시된 인덕터(100)의 코일부(120)에 흐르는 전류량을 나타내며, 세로축은 마이크로 헨리 단위로 표시된 인덕터(100)의 유도계수인 인덕턴스 값을 나타낸다.
도 13의 그래프에 도시된 제1 인덕턴스의 변화 곡선(1310)과 제2 인덕턴스 변화 곡선(1320)은, 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터(100)의 구조에 제2 자성 영역의 높이가 각각 2 mm와 4 mm인 빈 공간에 공극(air-gap)을 구비한 인덕터에 대한 것이다. 그리고, 제3 및 제4 인덕턴스 변화 곡선(1330, 1340)은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자성 파우더(820)의 자성 물질을 희토류 금속재질로 하고 자성 파우더(820)를 감싸는 비자성 물질(810)로 구성된 제2 자성 영역을 포함하는 인덕터(100)로서, 제2 자성 영역(130)의 높이가 2 mm인 경우와 4 mm인 경우로 구성된 인덕터(100)에 대한 것이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 희토류 금속 파우더로 구성된 제2 자성 영역을 갖는 인덕터(100)에서는 기존 강자성 금속 파우더로 구성된 제2 자성 영역의 인덕턴스 변화 특성과는 달리 전류가 높은 영역에서 높은 인덕턴스를 갖고, 제2 자성 영역(130)의 높이가 클수록 늦은 포화 특성을 가지는 것을 확인할 수 있다.
이상 설시한 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 자성 영역 또는 제2 실시예에 따른 제2 자성 영역을 갖는 인덕터(100)의 인덕터의 포화 특성을 몇 가지 파라미터나, 조성비 및 제2 자성 물질의 부피비나 자성 재질의 변경 및 제2 자성 영역의 높이를 조절하여, 설계상 목적하는 인덕턴스 변화 및 인덕터 전류의 구동 범위를 쉽게 조절할 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕터의 구조를 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕터(100')는 O형 또는 토로이드(toriod) 형 자기 철심(1410, 1430), 코일부(1420)를 포함한다. 구체적으로, 제1 자성 물질로 구성된 O형의 상용 코어를 제1 자성 영역으로 하고, 제1 자성 영역의 일부에 제2 자성 물질로 구성된 제2 자성 영역을 삽입함으로써, 자기 철심을 구성할 수 있다. 그리고, 코일부는 자기 철심의 일 영역을 감싸는 도선으로 구성될 수 있으며, 도 14에 도시된 코일부에 제한되지 아니하고, 자기 철심의 더 넓은 영역에 걸쳐 더 많은 권선을 감을 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕터(100')는 자기 철심의 제2 자성 영역이 외부로 드러남으로써, 원하는 인덕턴스 포화 특성을 만족하는 제2 자성 영역의 삽입 및 교체를 쉽게 할 수 있다. 또한, 도시하진 않았으나, 인덕터(100') 주위에 별도의 회로를 구비하여, 제1 자성 영역의 공극부에서 제2 자성 영역을 이동하도록 제어함으로써, 자기 철심을 통과하는 자속이 지나는 경로 상에 제2 자성 영역이 존재하는 부피비를 변화시켜 인덕터의 자기 포화 특성을 변화시킬 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕터의 구조를 나타내는 도면이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕터(100'')는 원통형 자기 철심(1510, 1530), 코일부(1520)를 포함한다. 구체적으로, 긴 원통에 도선이 감긴 코일부(1530) 내부에 원통형 상용 코어를 제1 자성 영역으로 구비하고, 그 중간에 제2 자성 물질로 구성된 제2 자성 영역을 구비할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕터(100'')는 상용 코어의 일부 영역만을 이종 자성 물질로 구성된 제2 자성 영역을 구비하는 것만으로도 쉽게 그 인덕턴스 포화 특성을 변화시켜 인덕턴스가 인덕터 전류에 대해 가변하는 특성을 얻을 수 있다.
도 16는 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터 제조 방법의 순서도이다.
도 16를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터의 제조 방법은, 자기 철심 제작 단계(S1610), 공극 형성 단계(S1620), 자성 물질을 채우는 단계(S1630), 코일을 감는 단계(S1640)를 포함한다.
자기 철심 제작 단계(S1610)는 기설정된 형태를 갖는 자기 철심을 구비한다. 구체적으로, 자기 철심은 EE 페라이트 코어와 같은 상용 인덕터 부품일 수 있으며, 기설정된 형태는 후술할 코일에 전류가 도통하여 발생하는 자속의 폐곡선을 따라 형성된 형태일 수 있다. 그리고, 자기 철심이 갖는 자기에 대한 성질인 투자율에 따라 인덕턴스가 결정될 수 있다.
공극 형성 단계(S1620)는 자기 철심의 일 영역에 공극을 형성한다. 구체적으로, 닫힌 경로 형태의 자기 철심에서 자속이 지나는 경로상에 빈 공간이 존재하는 공극(air-gap)을 형성할 수 있다.
자성 물질을 채우는 단계(S1630)는, 공극에 자기 철심을 구성하는 자성 물질과 다른 자성 물질로 채운다. 구체적으로, 자기 철심을 구성하는 제1 자성 물질은 통상의 인덕터에 사용되는 페라이트 코어의 알파 철 또는 Mn, Zn을 혼합한 물질일 수 있다. 그리고, 제1 자성 물질과 다른 제2 자성 물질은 제1 자성 물질과 상이한 투자율을 갖는 물질일 수 있다. 나아가, 공극을 채우는 자성 물질은 복수의 자성 구성 및 복수의 자성 구성을 감싸는 비자성 물질로 구성될 수 있다. 구체적으로, 복수의 자성 구성은 그 물질의 특성이 자기장에 의해 자화(magnetization)되는 정도가 큰, 즉, 자화율(χm, magnetic susceptibility)이 1보다 큰 양수를 갖는 고투자율(high permeability)의 자성체 재료일 수 있다. 예를 들어, 니켈, 코발트, 철 그리고 뮤 메탈(mu-metal)과 같은 합금을 포함할 수 있다. 그리고, 비자성 물질은, 자기장의 영향을 거의 받지않는 물질로서, 복수의 자성 구성을 감싸도록 안에 내포하는 형태로 성형할 수 있으며, 내구성, 내열성 있는 재질로 선택할 수 있다. 쉽게는 폴리프로필렌과 같은 플라스틱을 비자성 물질로 하고, 플라스틱 성형 기술을 통해 다른 자성 물질을 제조할 수 있다.
한편, 다른 자성 물질의 복수의 자성 구성은 기설정된 간격 단위로 배치될 수 있다. 또한, 다른 자성 물질의 복수의 자성 구성은 비자성 물질 내에 복수의 층으로 배치될 수 있다.
한편, 다른 자성 물질의 복수의 자성 구성 및 비자성 물질은 기설정된 부피 비율을 가질 수 있다. 또한, 다른 자성 물질의 복수의 자성 구성은 비자성 물질의 기설정된 영역 상에만 배치될 수 있다.
한편, 다른 자성 물질의 복수의 자성 구성은 자성 조각 및 자성 파우더 중 적어도 하나일 수 있다.
코일을 감는 단계(S1640)는 자기 철심의 공극에 자기 철심의 자성 물질과 다른 자성 물질을 채운 자기 철심의 일 영역에 코일을 감는다. 구체적으로, 코일은 에나멜 구리로 만들어진 도선과 같이 전도성 있는 도체일 수 있으며, 양 끝단을 통해 전류를 통과시킬 수 있다. 그리고, 코일을 따라 흐르는 전류에 따라 자속을 발생할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 인덕터 제조 방법은 인덕터 제조 장치에 의해 실현될 수 있다. 구체적으로, 인덕터 제조 장치는 인덕터 제조 방법의 각 단계를 수행하도록 제어하기 위한 기계가 될 수 있다.
예를 들어, 자기 철심은 기설정된 형태가 되도록, 자기 철심의 재료가 되는 페라이트(제1 자성 물질)를 분말의 형태로부터 가열, 압축, 성형과 같은 과정을 거쳐 자기 철심을 제작할 수 있다. 다른 방면으로서, 직접 제작하는 단계(S1610)를 생략하고 기존 제작된 상용 코어를 인덕터 제조 장치에 공급하는 방식이 될 수 있다. 이 단계에서 자기 철심의 제작 도구는 공극(gap)을 구비하기 위한 기설정된 형태로 설계될 수 있다. 공극에 제2 자성 영역을 구성하기 위하여 별도의 제2 자성 코어 생성 라인이 설계될 수 있다. 제2 자성 코어는 제2 자성 물질을 재료로 혼합, 소성, 가공 등과 같은 화학적 물리적 공정을 거쳐 자기 철심의 공극에 삽입될 수 있는 형태로 제작될 수 있다. 코일부는 자기 철심의 일부 또는 전부에 걸쳐 도선을 감아서 제조할 수 있다. 또는 코일부는 자기 철심의 외곽을 감싸는 코일 드럼에 도선을 감아서 제조할 수 있다.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제2 자성 영역의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 17을 참조하면, 제2 자성 영역(1700)은 복수의 구역(블록)(1710, 1720, 1730)으로 구성된다. 구체적으로, 제2 자성 영역(1700)은 상이한 투자율을 갖는 복수의 구역으로 구성될 수 있다.
여기서, 특정 투자율을 갖는 블록(구역)은 상술한 스트립 형 또는 파우더 형의 코어일 수 있다. 그리고, 각 블록마다 상이한 투자율은 상술한 파라미터에 따라 설계된 투자율일 수 있다. 예를 들어, 제2 자성 영역을 구성하는 각 블록은 삽입되는 스트립의 개수 또는 함유된 파우더의 양이 상이할 수 있다. 도 17에서는 세 개의 블록(1710, 1720, 1730)을 도시하였으나, 두 개의 블록으로 구성되거나 넷 이상일 수 있다. 또한, 도 17에서는 각 블록(1710, 1720, 1730)의 크기가 상이하지만, 동일한 크기일 수 있다.
제2 자성 영역(1700)은 자속(1740)이 제2 자성 영역(1700)이 통과하는 방향과 나란한 방향으로 복수의 구역(1710, 1720, 1730)이 배치된 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 제2 자성 영역(1700)을 구성하는 복수의 블록(1710, 1720, 1730)은 자속(1740)의 방향을 따라 서로 대면하도록 배치된 형태를 가질 수 있다. 여기서, 복수의 블록(1710, 1720, 1730)은 상호 접하도록 쌓아 올린 한 덩어리로 제1 자성 영역의 공극에 삽입될 수 있다. 또는, 복수의 블록(1710, 1720, 1730)은 제1 자성 영역에 마련된 복수의 공극마다 삽입될 수 있다.
코일부에 의해 형성된 자기장의 자기력은 블록들(1710, 1720, 1730)에도 저장된다. 그리고, 상이한 투자율을 갖는 블록들은 상이한 포화 특성을 갖는다. 코일부의 전류가 증가할 수록 용량이 작은 블록(1710)이 먼저 포화된다. 그리고, 아직 포화되지 않은 나머지 블록들(1720, 1730)에 의해 인덕터의 인덕턴스 특성이 나타난다.
도 18은 본 발명의 제4 실시예에 따른 제2 자성 영역의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 18을 참조하면, 제2 자성 영역(1800)은 복수의 구역(블록)(1810, 1820, 1830)으로 구성된다. 구체적으로, 제2 자성 영역(1800)은 상이한 투자율을 갖는 복수의 블록(1810, 1820, 1830)으로 구성될 수 있다.
제2 자성 영역(1800)은 자속(1840)이 제2 자성 영역(1800)이 통과하는 방향과 수직한 방향으로 복수의 구역(1810, 1820, 1830)이 배치된 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 제2 자성 영역(1800)을 구성하는 복수의 블록(1810, 1820, 1830)은 자속(1840)의 방향과 수직하게 횡으로 나란히 배치된 형태를 가질 수 있다. 여기서, 복수의 블록(1810, 1820, 1830)이 배치되는 방향은 자속(1840)의 방향과 대체적으로 수직한 것을 나타낸다. 또한, 복수의 블록(1810, 1820, 1830)은 맞닿도록 이어 붙인 한 덩어리로 제1 자성 영역의 공극에 삽입될 수 있다. 또는, 복수의 블록(1810, 1820, 1830)은 제1 자성 영역에 마련된 복수의 공극마다 삽입될 수 있다.
제4 실시예의 제2 자성 영역에서는 복수의 블록 중 먼저 포화된 블록으로 향하는 자속의 흐름이 제한될 수 있는 디자인인 점에서, 보다 뚜렷한 인덕턴스 변화 특성이 나타날 수 있다.
도 19는 본 발명의 제5 실시예에 따른 제2 자성 영역의 구성을 나타내기 위한 자기 철심의 측면도이다.
도 19를 참조하면, 자기 철심(1900)은 제1 자성 영역(1940) 및 제2 자성 영역(1910)을 포함한다. 그리고, 제2 자성 영역(1910)은 상이한 투자율을 갖는 복수의 구역(1920, 1930, 1940)을 포함한다.
제1 자성 영역(1940)은 복수의 자리에 공극을 형성한다. 도 19의 예시에서는 자기 철심(1900)의 제1 자성 영역(1940)에서 가로 방향으로 공극들이 마련되었으나, 이에 한정되지 아니하며, 자속의 폐루프 경로상 어디라도 공극이 둘 이상 형성되면 족하다.
제2 자성 영역(1910)의 복수의 구역(1920, 1930, 1940)은 복수의 공극에 자리할 수 있다. 하나의 공극에는 하나 또는 복수의 블록이 자리할 수 있다.
이상과 같은 인덕터(1900)의 구조는 다수의 코어 블록을 형성한 후에, 페라이트 코어의 공극에 하나 또는 몇가지 블록의 조합을 삽입하는 방식으로 인덕터 특성의 설계가 가능하다.
도 20은 도 17 내지 도 19의 제2 자성 영역을 이용한 인덕터의 인턱턴스 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 20을 참조하면, 동일한 디자인의 자기 철심에 공극만 존재하는 에어 갭 인덕터(2020)의 인덕턴스는, 낮은 전류범위에서는 거의 일정하고, 대략 25 암페어(A) 부근에서 인덕턴스가 점차 감소하고, 결국 포화되는 일반적인 특성을 보인다.
반면, 상이한 투자율을 갖는 복수의 구역(블록)으로 구성된 제2 자성 영역을 갖는 가변 인덕터(2010)의 인덕턴스는, 블록의 개수에 대응하여, 세 전류 대역에서 각각의 상이한 인덕턴스들의 변화가 거의 없는 계단형 특성이 나타난다. 이는, 상이한 투자율을 갖는 복수의 블록들이 각각 자기력을 저장하고, 점차 인덕터 전류가 증가함에 따라 먼저 포화된 블록의 인덕턴스 변화 특성이 없어지면서, 인덕턴스가 급격히 감소하는 계단형의 그래프가 나타나는 것이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 21을 참조하면, 인덕터는 제1 자성 영역(2110)과 제2 자성 영역(2120)을 포함하는 자기 철심(2100), 코일부(2130), 이송장치(2140) 및 제어부(2150)를 포함한다.
제2 자성 영역(2120)은 상이한 투자율을 갖는 복수의 구역(2121, 2122)으로 구성된다. 그리고, 복수의 구역(2121, 2122)은 자기 철심(2100) 내에서 제1 자성 영역(2110)에서 제2 자성 영역(2120)으로 이어지는 용적(공극의 크기)으로부터 어긋나도록 이동할 수 있다. 다시 말하면, 제1 자성 영역(2110)에 마련된 공극부분에 제2 자성 영역(2120)의 복수의 블록(2121, 2122) 중 일부가 위치할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제2 자성 영역은 이동 방향을 따라서 복수의 구역(2121, 2122)이 배치된 구성을 갖는다.
이송 장치(2140)는 제2 자성 영역(2120)을 이동시킨다. 구체적으로, 이송 장치(2140)는 제1 자성 영역(2110)으로부터 이어지는 용적(공간)에 자리하는 제2 자성 영역(2120)의 일부를 이동시킬 수 있다.
이송 장치(2140)는 전동기(모터)와 같은 전기 에너지를 이용한 동력 발생 장치를 포함할 수 있고, 전동기의 회전 운동에 의해 제2 자성 영역(2120)이 이동할 수 있다.
제어부(2150)는 인덕터 전류(iL)를 감지할 수 있다. 구체적으로, 제어부(2150)는 코일부(2130)에 흐르는 전류(iL)의 크기를 감지할 수 있다. 제어부(2150)는 전류(iL)의 크기를 감지하기 위한 디지털 전류계를 포함할 수 있다.
제어부(2150)는 이송 장치(2140)를 제어한다. 구체적으로, 제어부(2150)는 제2 자성 영역(2120)을 이동시키도록 이송 장치(2140)를 제어할 수 있다. 일 예에서, 제어부(2150)는 이송 장치(2140)의 전동기를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 드라이버를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 인덕터는 전력 변환용 회로에 이용될 수 있다. 여기서 제어부(2150)는 인덕터 전류(iL)로부터 부하량을 측정할 수 있다. 구체적으로, 제어부(2150)는 초기 조건에 해당하는 입력 전압(iin), 입력 전류(vin), 이송 장치(2140)가 제2 자성 영역(2120)을 이동시킨 위치에 대응하는 인덕터의 인덕턴스(L), 인덕터의 전류(iL)에 기초하여 부하량이 기설정된 임계치보다 미만인지, 이상인지 판단할 수 있다. 다른 방식으로서, 제어부(2150)는 직접 부하에 걸리는 전압과 전류를 측정하여 부하량을 측정할 수 있다. 이 경우, 제어부(2150)는 부하가 연결된 2차측의 회로에 대한 전압계 및 전류계를 포함할 수 있다. 다른 방식으로서, 제어부(2150)는 전원으로부터 입력되는 전력을 감지하고, 부하에 걸리는 전압 또는 전류를 측정하여 부하량을 계산할 수 있다. 이상 설시한 방법 이외에도, 여러 전력 변환 장치에서 종래 사용되는 다양한 부하량 감지 방법이 제어부(2150)에 적용될 수 있다.
제어부(2150)는 부하의 부하량에 따라 이송 장치(2140)를 제어한다. 구체적으로, 제어부(2150)는 부하량에 따라 투자율의 구역(2121 또는 2122)이 상기 용적을 차지하도록 이송 장치(2140)를 제어할 수 있다.
제어부(2150)는 다수의 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어부(2150)는 프로세서, 주문형 집적회로(application specific integrated circuit, ASIC), 임베디드 프로세서, 마이크로프로세서, 하드웨어 컨트롤 로직, 하드웨어 유한 상태 기계(hardware finite state machine, FSM), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor, DSP), 중 적어도 하나일 수 있다.
도 22는 도 21의 인덕터의 인덕턴스 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 22를 참조하면, 인덕터 전류에 대하여, 일반적인 공극 인덕터의 인덕턴스(2240), 경부하시 인덕터의 인덕턴스(2210), 중간부하시 인덕터의 인덕턴스(2220), 중부하시 인덕터의 인덕턴스(2230)의 변화 그래프를 함께 도시한다.
이송 장치에 의해 부하에 따라 공극부에 위치할 제2 자성 영역을 이동시킬 수 있는 인덕터는, 공극(gap)을 구비한 일반 인덕터보다 높은 인덕턴스 특성을 가지고 있으며, 또한, 부하의 크기에 따라서도 상이한 인덕턴스 특성을 가질 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고, 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시할 수 있는 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (15)

  1. 인덕터에 있어서,
    기설정된 형태를 갖는 자기 철심; 및
    상기 자기 철심의 일 영역을 감싸며, 전류의 흐름에 따라 자속을 발생시키는 코일부;를 포함하고,
    상기 자기 철심은,
    제1 자성물질로 구성되는 제1 자성 영역과 상기 제1 자성물질과 다른 제2 자성물질로 구성되는 제2 자성 영역으로 구성되는 인덕터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 자성 영역은,
    복수의 자성 구성 및 상기 복수의 자성 구성을 감싸는 비자성물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 자성 구성은 기설정된 간격 단위로 배치되는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 자성 구성은 상기 비자성 물질 내에 복수의 층으로 배치되는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 자성 구성 및 상기 비자성 물질은 기설정된 부피 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 자성 구성은 상기 비자성 물질의 기설정된 영역 상에만 배치되는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 자성 구성은 자성 조각 및 자성 파우더 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 인덕터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 자성 영역은,
    상이한 투자율을 갖는 복수의 구역으로 구성되는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 자성 영역은,
    상기 자속이 상기 제2 자성 영역을 통과하는 방향과 나란한 방향으로 상기 복수의 구역이 배치된 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 자성 영역은,
    상기 자속이 상기 제2 자성 영역을 통과하는 방향과 수직한 방향으로 상기 복수의 구역이 배치된 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 구역은 서로 연접한 하나의 공간에 배치되거나, 서로 분리된 복수의 공간에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 구역은,
    상기 자기 철심 내에서 상기 제1 자성 영역에서 상기 제2 자성 영역으로 이어지는 용적으로부터 어긋나도록 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 자성 영역은,
    상기 복수의 구역 중 일부분만 상기 용적을 차지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 구역을 이동시키는 이송 장치; 및
    전력 변환 회로의 2차측에 연결된 부하량에 따라 상기 복수의 구역을 이동시키도록 상기 이송 장치를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  15. 인덕터 제조 방법에 있어서,
    기설정된 형태를 갖는 자기 철심을 구비하는 단계;
    상기 구비된 자기 철심의 일 영역에 공극을 형성하는 단계;
    상기 형성된 공극에 상기 자기 철심의 자성 물질과 다른 자성 물질로 채우는 단계; 및
    상기 다른 자성 물질이 채워진 자기 철심의 일 영역에 코일은 감는 단계;를 포함하는 인덕터 제조 방법.
PCT/KR2015/006760 2014-07-01 2015-07-01 가변 인덕터 및 그 제조 방법 WO2016003190A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016576030A JP2017525147A (ja) 2014-07-01 2015-07-01 可変インダクタ及びインダクタの製造方法
US15/322,974 US10037845B2 (en) 2014-07-01 2015-07-01 Variable inductor and method for manufacturing the same
CN201580036146.4A CN106663521B (zh) 2014-07-01 2015-07-01 可变电感器及其制造方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2014-0081734 2014-07-01
KR1020140081734A KR101573729B1 (ko) 2014-07-01 2014-07-01 가변 인덕터 및 그 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016003190A1 true WO2016003190A1 (ko) 2016-01-07

Family

ID=54883535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2015/006760 WO2016003190A1 (ko) 2014-07-01 2015-07-01 가변 인덕터 및 그 제조 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10037845B2 (ko)
JP (1) JP2017525147A (ko)
KR (1) KR101573729B1 (ko)
CN (1) CN106663521B (ko)
WO (1) WO2016003190A1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3389173A1 (en) * 2017-04-14 2018-10-17 Delta Electronics, Inc. Converter
WO2020036376A1 (ko) * 2018-08-14 2020-02-20 삼성전자주식회사 인덕터
KR102176838B1 (ko) * 2019-10-14 2020-11-10 한국해양대학교 산학협력단 자속밀도 제어 기능을 가진 광대역 유도형 결합기

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017204663A1 (en) * 2016-05-25 2017-11-30 Powerbyproxi Limited A coil arrangement
EP3503131B1 (en) * 2017-12-19 2023-08-30 Vestel Elektronik Sanayi ve Ticaret A.S. Inductor and method for varying the magnetic permeability of an inductor
CN108418406B (zh) * 2018-03-13 2019-08-13 上海东软医疗科技有限公司 一种梯度放大器及核磁共振成像设备
JP6983382B2 (ja) * 2018-10-12 2021-12-17 株式会社村田製作所 積層コイル部品
KR20210091460A (ko) 2020-01-14 2021-07-22 엘지전자 주식회사 인덕터
CN117706438A (zh) * 2023-08-01 2024-03-15 珅斯电子(上海)有限公司 可变磁电感器、磁场强度测量方法和电流检测方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05121239A (ja) * 1991-10-28 1993-05-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd インダクタンス部品およびその製造法
JPH07220933A (ja) * 1994-02-07 1995-08-18 Tdk Corp インダクタンス素子並びにインダクタンス素子の製造方法及び該インダクタンス素子に用いるコアケース
JP2009158534A (ja) * 2007-12-25 2009-07-16 Sumitomo Electric Ind Ltd リアクトル用コア
JP2011199227A (ja) * 2010-03-24 2011-10-06 Toyota Motor Corp リアクトルおよび電力変換装置
KR101223607B1 (ko) * 2011-10-31 2013-01-21 경북대학교 산학협력단 가변 인덕터 및 그 인덕터의 구동 방법

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4311390Y1 (ko) 1965-04-09 1968-05-17
US3518595A (en) * 1968-10-21 1970-06-30 Wyle Laboratories Variable inductor
JPS5796512A (en) 1980-12-08 1982-06-15 Hitachi Metals Ltd Inductor
JPS57188302U (ko) 1981-05-22 1982-11-30
JPS594618U (ja) 1982-07-02 1984-01-12 富士通株式会社 磁性流体を用いたコイルのインダクタンス可変機構
DE3305708A1 (de) * 1983-02-18 1984-08-23 Transformatoren Union Ag, 7000 Stuttgart Drehstromdrosselspule mit fuenfschenkelkern
JPS63228605A (ja) 1987-03-18 1988-09-22 Hitachi Ltd インダクタンス素子
JPH01125809A (ja) 1987-11-10 1989-05-18 Tokin Corp 可変インダクタ用磁心
JPH11144983A (ja) 1997-11-07 1999-05-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd チョークコイル及びこれを用いた整流平滑回路
US6856231B2 (en) 2000-09-08 2005-02-15 Nec Tokin Corporaton Magnetically biasing bond magnet for improving DC superposition characteristics of magnetic coil
TW535175B (en) * 2000-10-16 2003-06-01 Primarion Inc System and method for orthogonal inductance variation
JP2002222714A (ja) 2001-01-26 2002-08-09 Nec Tokin Corp インダクタ
JP2003068535A (ja) 2001-08-29 2003-03-07 Nec Tokin Corp インダクタンス部品
JP2003109832A (ja) 2001-09-28 2003-04-11 Nec Tokin Corp 磁気コア及びそれを用いたインダクタンス部品
US7242275B2 (en) * 2003-02-05 2007-07-10 Paper Quality Management Associates Variable inductor
JP2005303019A (ja) 2004-04-13 2005-10-27 Nec Tokin Corp 直流磁気バイアス用磁石を有する磁芯およびそれを用いたインダクタンス部品
JP2007012647A (ja) 2005-06-28 2007-01-18 Hitachi Metals Ltd 複合磁心およびこれを用いたリアクトル
JP2008109080A (ja) * 2006-09-29 2008-05-08 Alps Electric Co Ltd 圧粉磁心及びその製造方法
EP2001029B1 (en) * 2007-06-08 2010-08-11 ABB Oy DC inductor
JP2010278273A (ja) 2009-05-29 2010-12-09 Hitachi Engineering & Services Co Ltd 可変電圧型変圧器
US9019062B2 (en) 2010-12-08 2015-04-28 Epcos Ag Inductive device with improved core properties
US8749332B1 (en) * 2011-03-03 2014-06-10 Power-One, Inc. Multi-phase resonant converter with trimmable inductor and phase current balancing method
JP5857524B2 (ja) * 2011-08-18 2016-02-10 Fdk株式会社 チョークコイル

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05121239A (ja) * 1991-10-28 1993-05-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd インダクタンス部品およびその製造法
JPH07220933A (ja) * 1994-02-07 1995-08-18 Tdk Corp インダクタンス素子並びにインダクタンス素子の製造方法及び該インダクタンス素子に用いるコアケース
JP2009158534A (ja) * 2007-12-25 2009-07-16 Sumitomo Electric Ind Ltd リアクトル用コア
JP2011199227A (ja) * 2010-03-24 2011-10-06 Toyota Motor Corp リアクトルおよび電力変換装置
KR101223607B1 (ko) * 2011-10-31 2013-01-21 경북대학교 산학협력단 가변 인덕터 및 그 인덕터의 구동 방법

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3389173A1 (en) * 2017-04-14 2018-10-17 Delta Electronics, Inc. Converter
CN108736726A (zh) * 2017-04-14 2018-11-02 台达电子工业股份有限公司 转换器
US10236780B2 (en) 2017-04-14 2019-03-19 Delta Electronics, Inc. Converter
CN108736726B (zh) * 2017-04-14 2021-03-19 台达电子工业股份有限公司 转换器
WO2020036376A1 (ko) * 2018-08-14 2020-02-20 삼성전자주식회사 인덕터
KR20200019449A (ko) * 2018-08-14 2020-02-24 삼성전자주식회사 인덕터
KR102520719B1 (ko) 2018-08-14 2023-04-12 삼성전자주식회사 인덕터
US12112874B2 (en) 2018-08-14 2024-10-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Inductor
KR102176838B1 (ko) * 2019-10-14 2020-11-10 한국해양대학교 산학협력단 자속밀도 제어 기능을 가진 광대역 유도형 결합기

Also Published As

Publication number Publication date
KR101573729B1 (ko) 2015-12-02
JP2017525147A (ja) 2017-08-31
CN106663521A (zh) 2017-05-10
US20170140868A1 (en) 2017-05-18
CN106663521B (zh) 2019-03-08
US10037845B2 (en) 2018-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016003190A1 (ko) 가변 인덕터 및 그 제조 방법
US20190385806A1 (en) Power switch
US7276998B2 (en) Encapsulated package for a magnetic device
US7256674B2 (en) Power module
US8528190B2 (en) Method of manufacturing a power module
US7462317B2 (en) Method of manufacturing an encapsulated package for a magnetic device
WO2013095036A1 (ko) 무선 충전기용 자기장 차폐시트 및 그의 제조방법과 이를 이용한 무선충전기용 수신장치
US11133142B2 (en) Power switch
US7180395B2 (en) Encapsulated package for a magnetic device
US5943204A (en) Electronic trip unit with dedicated override current sensor
US10365305B2 (en) Rogowski coil type sensor for measuring current, measuring device and electrical circuit breaker including such a sensor, and method for winding such a sensor
WO2022124557A1 (ko) 무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단
WO2019039684A1 (en) WIRELESS POWER TRANSCEIVER AND DISPLAY APPARATUS HAVING THE SAME
EP3652762A1 (en) Wireless power transceiver and display apparatus with the same
CA2424472A1 (en) Transformer probe
AU2016273859B2 (en) A sensor for measuring current of the rogowski-torus type, protecting and measuring device and electric circuit breaker including such a sensor
WO2016148321A1 (ko) 자성체 홀딩 장치
WO2017073938A1 (ko) 전기자동차의 급전장치용 코어 구조체
WO2020209462A1 (ko) 리액터 및 그 제조 방법
RU2738254C2 (ru) Ферритовый сердечник, токовая катушка взаимоиндуктивности и выключатель защиты от токов утечки
WO2020101427A1 (ko) 복합 소재를 이용한 자성 코어
JP2023502403A (ja) 電磁誘導装置
WO2020106053A1 (ko) 반도체 패키지 제조용 몰딩 장치 및 이를 통하여 제조된 반도체 패키지
WO2021145741A1 (ko) 합금 조성물, 합금 분말, 합금 리본, 인덕터 및 모터
WO2022045826A1 (ko) 무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 송신 장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15815281

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016576030

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15322974

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15815281

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1