KR102145338B1 - 환형 자기력 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 환형 자기력 장치에 관한 것으로, 이 환형 자기력 장치는, 서로 겹쳐서 마주하고 있는 제1 부분 자기 코어(10) 및 제2 부분 자기 코어(20)를 포함하는 환형 자기 코어(1)를 포함하고, 상기 제1 및 제2 부분 자기 코어들(10, 20)은 두 개의 평행한 공극(50)에 의해 제1 및 제2 중심 자기 코어부(11, 21), 제1 및 제2 좌측 코어부(13, 23), 및 제1 및 제2 우측 코어부(14, 24)로 분할되고; 상기 환형 자기력 장치는 환형 자기 코어(1)의 환형 홈(5) 안에 포함된 적어도 하나의 전기 전도성 내부 코일(30); 및 좌우에 독립적으로 제1 및 제2 좌측 코일부(13, 23) 및 제1 및 제2 우측 코일부(14, 24) 둘레에 각각 감겨있는 전기 전도성 외측 코일들(43, 44);을 포함한다.
Description
본 발명은 일체형 환형 자기력 장치(integrated annular magnetic power unit)에 관한 것으로, 상기 장치는 관통하는 내측 통로(inner passage)를 갖는 중공형 환형의 자성 코어(hollow annular magnetic core), 2개의 독립적인 인덕터들을 제공하는, 상기 중공형 환형 자성 코어 둘레에 권취된 2개의 독립적인 외측 코일들, 및 예를 들어 전력 변압기(power transformer)를 제공하는, 상기 중공형 환형 자성 코어의 상기 내측 통로 둘레로 권취된 하나 이상의 내측 코일들을 포함한다.
내측 코일 또는 코일들은 중공형 환형 자성 코어 내에 완전히 둘러싸여 있으며, 보다 나은 성능 및 컴팩트한 구성을 달성하며, 자기장이 상기 언급된 내측 통로 내에 국한되어 있기 때문에 인덕턴스 누설(inductance leakage)을 상당히 감소시킨다.
또한, 본 발명의 목적은 층들 간의 절연, 특히 권선들(windings) 간의 절연을 위한 매우 큰 용량(capacity) 및 매우 작은 크기를 갖는 평면형 변압기(planar transformer)를 제공하여 경제적으로 제조될 수 있는 더 많은 가능성을 제공하는 것이다. 이러한 평면형 변압기는 언급된 내측 통로 내에 배치될 것이다.
이러한 자기력 장치은, 예를 들어, 고 전압 전기 장치에 적합하며, 오늘날 상당히 빠르게 성장하고 있는 하이브리드 차량들(HEVs)의 분야에서 특히 유용한, 전력 분야에서의 전력 변압기 또는 인덕터로서 사용되는 데에 특히 적용된다. 전기 차량들의 새로운 모델들은 속도 및 토크 제어 기능이 있는 전기 모터 공급장치뿐만 아니라 고전압(HV) 배터리 충전기들, 및 안정적인 차량-내 연속 저전압(LV) 전원 공급장치들(in-car continuous low-voltage power supplies)을 위해 점점 더 많은 파워 일렉트로닉스(power electronics)를 필요로 한다. 일 실시예에서, 상기 제안된 자기력은 전기 차량의 HV 배터리와 HV 부품 간의 상호연결 박스(interconnecting box)용으로 설계되었다.
본 발명의 중공형 환형 자기력 장치은 매우 높은 성능(W/cm3)을 제공하는 자성 유닛들에 대한 새로운 체적 효율 개념에 응답한다.
이러한 설명을 통해, 평행, 수직, 접선, 등과 같은 기하학적 위치에 대한 언급들은 이러한 명명법에 의해 정의된 이론적 위치로부터 ± 5°까지의 편차들을 허용한다는 것이 이해될 것이다.
미국 특허 제 4210859 호는 자성 코어 및 상기 코어 내의 모든 지점들에서 실질적으로 직교하는 2개의 자기장들(도 1 내지 도 3 참조)을 생성하기 위한 권선들(windings)을 포함하는 유도성 장치(inductive device)를 개시한다. 전형적인 포트 코어(pot core)가 도 1에 도시되어 있다. 페라이트, 자성 철제 강, 또는 다른 강자성 재료로 이루어질 수 있는 상기 코어는 외측 원통형 포트 벽(outer cylindrical pot wall)(30), 중심 기둥(center post)(32) 및 포트 덮개(pot cover)(34)를 포함한다. 환형 공간(annular space)(40)은 상기 포트 벽(30)과 상기 중심 기둥(32) 사이에 형성된다. 이러한 공간에는 적절하게 치수가 정해진 전기 와이어의 하나 이상의 코일들을 지지하는 보빈(bobbin)(미도시)이 배치된다. 기둥 구멍(post hole)(36) 및 덮개 구멍(cover hole)(38)은 토로이드의 중심 구멍으로 고려될 수 있으므로, 포트 벽(30)의 외부를 향하여 일 방향으로 중심 구멍을 통과하여 되돌아가는 추가 권선을 포트 코어에 제공하는 것이 가능하다. 그러한 권선은 상기 포트 코어 재료에 의해 완전히 둘러싸이지 않기 때문에 유형 A 권선이 될 것이다.
상기 인용된 문헌은 환형 자성 코어 둘레에 다수의 외측 권선들을 포함하는 방법으로서, 상기 권선들은 상기 외측 권선들에 의해 발생된 자기장들 간의 간섭을 방지하는, 상기 외측 권선들을 포함하는 방법을 기술하지 않는다.
이러한 출원을 출원할 당시에 아직 공개되지 않았던 동일한 출원인의 유럽 특허 출원 EP16002354(도 5) 및 EP17382450은 내부에 코일이 권취된 내측 하우징을 갖는 환형 포트 형태의 자성 코어를 갖는 컴팩트한 자기력 장치을 개시한다.
동일한 출원인의 유럽 특허 출원 EP17382450은 환형의 자성 코어의 반대되는 부분들에서 상기 자성 코어를 둘러서 외부적으로 권취된 2개의 코일들, 및 그 내에서 격벽을 갖는 상기 환형의 자성 코어의 내측 통로를 기술하며, 상기 내측 통로는 상기 자성 코어 둘레에 권취된 양 외측 코일들 간의 전자파 간섭(magnetic interference)을 감소시킨다. 그러나, 하나의 외측 코일이 권취된 부분과 다른 외측 코일이 권취된 부분 간에 간섭이 없는 자성 코어를 가지면, 전자파 간섭이 발생될 것이고, 효율이 감소될 것이다.
동일한 출원인의 인용된 2건의 문헌들 중 어느 것도 상기 다수의 외측 권선들에 의해 생성된 자기장들 간의 간섭을 방지하도록, 환형의 자성 코어 둘레에 다수의 외측 권선들을 어떻게 포함시키는 방법을 기술하지 않았다.
문헌 ES2197830은 인쇄 회로 기판 권선들 및 절연 층들을 사이에 두고 있는 구리 권선들의 적층된 층들로 이루어진 층들 간의 절연을 위한 대 용량과 함께 매우 작은 크기를 갖는 평면형 변압기를 기술한다.
또한, 본 발명은 상기 실시예의 제안을 개발하고, 상기 중공형 환형 자성 코어의 둘레에 권취되는, 분리되고 전기적으로 절연된 2개의 환형 축방향 코일들(annular axial coils)을 갖는 실시예들을 포함한다.
본 발명은 환형의 자기력 장치에 대응한다.
종래 기술, 및 동일한 출원인의 인용된 EP17382450의 교시에 따르면, 이러한 유형의 환형 자기력 장치들은 다음을 포함한다:
· 내측 통로(inner passage) 및 환형 홈(annular groove)을 갖는 환형 자성 코어(annular magnetic core)로서, 상기 환형 자성 코어는 중첩되며 서로 마주하는 제 1 부분 자성 코어(first partial magnetic core) 및 제 2 부분 자성 코어(second partial magnetic core)를 포함하며, 적어도 상기 제 1 부분 자성 코어는 상기 제 2 부분 자성 코어와 마주하는 상기 제 1 부분 자성 코어의 표면을 통해 접근가능한 상기 환형 홈을 구성하는 제 1 환형 홈(first annular groove)을 가지며, 상기 제 1 환형 홈은 상기 내측 통로를 둘러싸는, 상기 환형 자성 코어;
· 상기 환형 홈(도 3의 30) 내에 포함된 적어도 하나의 전기-전도성 내측 코일(inner coil); 및
· 상기 내측 통로(도 3의 2)를 통과하는 상기 환형 자성 코어 둘레에 권취된 적어도 하나의 전기-전도성 외측 코일(outer coil)(도 3의 40).
상기 환형 자성 코어는 내측 통로(inner passage)라 지칭된 관통 구멍(through hole)을 갖는, 자기장들을 국한하고 안내할 수 있는 고 자성 투자율(magnetic permeability)을 갖는 재료로 이루어지며, 상기 내측 통로 둘레에 환형 구성을 갖는 요소이다.
상기 환형의 자성 코어는 상기 적어도 하나의 전기-전도성 내측 코일이 캡슐화되며, 상기 환형 자성 코어에 의해 둘러싸여, 초크 구성(choke configuration)을 제공하는 환형 홈(annular groove)을 그의 내부에 포함한다.
이러한 환형 홈을 조립하는 동안 접근가능하게 하기 위해, 상기 환상의 자성 코어는 층화된 구성으로 구성된 코어로서 부착물에 의해 함께 조립되는, 제 1 부분 자성 코어 및 제 2 부분 자성 코어와 대응하는 적어도 2개의 상이한 부분 자성 코어들에 의해 형성되며, 상기 환형 홈의 내부는 상기 제 1 부분 자성 코어와 제 2 부분 자성 코어가 분리될 때 접근가능해진다.
각 외측 코일은 각 턴(turn)이 상기 내측 통로를 통과하고, 상기 환상 자성 코어를 둘러싸며, 인덕터 구성을 제공하도록 권취된 코일일 것이다.
상기 환형 자성 코어 둘레에 권취된 2개의 외측 코일들의 존재는 상기 외측 코일들이 공유하는 자기장 플럭스(magnetic field flux)가 무시가능하기 때문에 상이하며 독립적인 회로 기능들을 갖는 상기 인덕터 구성의 사용을 가능하게 하며, 상기 외측 코일들은 양 절반 코어들(도 3의 20 및 10)에 의해 형성된 토로이탈 초크(toroidal choke)로서 동작하는 폐쇄된 자성 회로와 함께 2개의 독립적인 토로이달 권선들(toroidal windings)(도 3의 43 및 44)로서 동작한다.
상측 코어 블록(도 3의 10) 및 하측 코어 블록(도 3의 20)과 함께 평면 권선(도 3의 30)은 낮은 누설 유도 평면형 변압기(low leakage induction planar transformer)로서 동작한다.
상측 코어 블록(도 3의 13 및 11) 및 하측 코어 블록(도 3의 23 및 21)으로 제작된 환형 코어 둘레에 권취된 외부 권선(도 3의 43)은 독립적인 토로이달 인덕터/초크로 동작한다. 상측 코어 블록(도 3의 14, 및 도 3의 11) 및 하측 코어 블록(도 3의 24, 및 도 3의 21)로 제작된 상기 환형 코어 둘레에 권취된 외부 권선(도 3의 44)은 독립적인 토로이달 인덕터/초크로 동일하게 동작한다.
또 다른 실시형태에서, 권선(44) 또는 권선(43), 또는 양자는 복수의 권선들로 대체될 수 있으므로, 대신에 하나 또는 둘 모두의 변압기들 또는 결합된 인덕터들을 구성할 수 있다.
상기 내측 코일과 외측 코일들에 의해 생성된 자기장들은 서로 수직이기 때문에 서로 간섭하지 않는다.
상기 기본 구조에 있어서, 본 발명은 다음의 특징을 더 제안한다:
· 상기 적어도 하나의 전기-전도성 외측 코일은 좌측 독립 전기-전도성 외측 코일 및 우측 독립 전기-전도성 외측 코일로 지칭된 2개의 독립적인 전기-전도성 외측 코일들(independent electro-conductive outer coils)이다.
· 상기 제 1 부분 자성 코어는 2개의 병렬 에어-갭(air-gaps)에 의해 3개의 독립적인 부분들로 분할되며, 상기 3개의 독립적인 부분들은 2개의 병렬 에어-갭(air-gaps) 사이에 형성된 제 1 중심 자성 코어 부분, 상기 제 1 중심 자성 코어의 양 측들 상에 배치된 제 1 좌측 코어 부분 및 제 1 우측 코어 부분에 대응한다. 언급된 병렬 에어 갭들 모두 상기 코어의 자기 저항(magnetic reluctance)를 최대화하고 양 외측 토로이달 코일들(도 1의 44 및 46) 간의 상호 커플링(mutual coupling)을 줄이기 위한 것이다.
· 상기 제 2 부분 자성 코어는 또한 2개의 병렬 에어-갭(air-gaps)에 의해 3개의 독립적인 부분들로 분할되며, 상기 3개의 독립적인 부분들은 2개의 병렬 에어-갭(air-gaps) 사이에 형성된 제 2 중심 자성 코어 부분, 상기 제 2 중심 자성 코어의 양 측들 상에 배치된 제 2 좌측 코어 부분 및 제 2 우측 코어 부분에 대응한다.
· 상기 2개의 병렬 에어-갭들은 상기 제 2 부분 자성 코어와 마주하는 상기 제 1 부분 자성 코어의 표면과 수직인 병렬 갭 평면들(gap planes)에 의해 구획되며, 양 병렬 에어-갭들은 상기 내측 통로를 통과한다.
· 상기 제 1 중심 자성 코어 부분 및 상기 제 2 중심 자성 코어 부분은 상기 내측 통로를 가로지르는 대응하는 제 1 브리지(bridge) 및 제 2 브리지를 형성하며, 상기 브리지들은 상기 내측 통로를 좌측 내측 통로 및 우측 내측 통로로 분할하며; 상기 좌측 전기-전도성 외측 코일은 상기 좌측 내측 통로를 통과하여 상기 제 1 좌측 코어 부분 및 제 2 좌측 코어 부분을 둘러싸며; 상기 우측 전기-전도성 외측 코일은 상기 우측 내측 통로를 통과하여 상기 제 1 우측 코어 부분 및 제 2 우측 코어 부분을 둘러싼다.
다시 말해, 상기 제 1 부분 자성 코어 및 제 2 부분 자성 코어는 각각 3개의 부분들로 분할되며, 상기 부분들은 2개의 평행한 갭 평면들에 의해 구획된 2개의 병렬 에어-갭에 의해 이격된다. 상기 2개의 갭들은 상기 2개의 독립적인 외측 코일들에 의해 상기 환형 자성 코어 내에 생성된 자성 경로(magnetic path)를 차단하여 서로에 대한 간섭들 및 비효율들을 방지한다. 따라서, 이러한 배치는 서로 간섭하지 않고, 상기 중공형 환형 자성 코어의 상기 내측 통로에 수용된 상기 내측 코일의 자기장에 수직인, 2개의 접선 및 병렬 자기장들을 제공한다.
또한, 상기 에어-갭들의 배열은 자기 저항(reluctance)을 증가시켜 독립적인 외측 코일들의 자기장들 각각이 그들 간에 간섭하지 않고 폐쇄되도록 한다.
상기 제 1 좌측 코어 부분 및 제 2 좌측 코어 부분 둘레에 권취된 좌측 외측 코일은 그 내부에 자기장을 발생시키며, 상기 제 1 우측 코어 부분 및 제 2 우측 코어 부분 둘레에 권취된 우측 외측 코일은 그 내부에 자기장을 발생시키며, 상기 제 1 자성 코어 부분 및 제 2 자성 코어 부분은 상기 2개의 에어-갭들에 의해 상기 좌우의 코어 부분의 사이에 배치되고 이격되어, 양 자기장들을 분리하고 간섭들을 방지한다. 동시에 상기 2개의 병렬 에어-갭은 상기 에어-갭들이 상기 내측 코일에 의해 생성된 자기장에 병렬이기 때문에 상기 내측 코일에 의해 생성된 자기장에서 간섭하지 않는다.
2개의 병렬인 갭 평면들은 상기 환형의 자성 코어 내에 생성된 갭들이 상기 내측 통로와 연통하는 방식으로 상기 내측 통로와 부분적으로 일치한다.
각각의 제 1 중심 자성 코어 부분 및 제 2 중심 자성 코어 부분은 상기 제 1 중심 자성 코어 부분 또는 제 2 중심 자성 코어 부분이 단일 부재가 되도록 상기 내측 통로와 교차하는 브리지를 갖는다. 상기 브리지는 내측 통로를 좌측 내측 통로와 우측 내측 통로로 분할한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 전기-전도성 내측 코일은 동일 출원인의 WO2004003947에 개시된 기술적 해결책을 유리하게 적용하는 평면형 변압기를 제공할 것이며, 상기 목적을 달성하기 위해, 권선들의 모든 표면들과 접촉하는 끼워진 절연성 층형 부재들을 갖는, 가변 개수의 적층된 인쇄 회로 기판 권선들 및/또는 구리 권선들을 포함하는 일련의 권선들에 의해 구성되며, 상기 적층된 권선들은 서로 연결된다. 상기 중공의 환형 자성 코어 내의 상기 내측 코일의 구성 및 배열은 고 성능을 갖는 컴팩트한 평면형 권선을 보장하고, 유도 누설을 상당히 감소시킨다. 중공의 환형 자성 코어 내의 내측 코일의 이러한 구성 및 배치는 고성능의 평면이고 콤팩트한 권선을 보장하고 유도 누설을 상당히 감소시킨다.
각각의 구리 권선들은 구불구불한(sinuous) 슬릿 또는 권취된 동사(copper yarn)를 갖는 구리 시트일 수 있다. 상기 구불구불한 슬릿을 갖는 구리 시트는 시트로부터 펀칭되어(punched) 권선 구성을 생성할 수 있다.
각각의 인쇄 회로 기판 권선은 상기 인쇄 회로 기판 권선의 일 측 또는 양 측들 상에 인쇄된 구불구불한 도전성 회로를 포함할 수 있다.
상기 적층된 권선들 간의 연결은 바람직하게는 상기 인쇄 회로 기판 권선들 및 상기 구리 권선들의 정렬된 오리피스들을 통해 삽입된 연결 핀들(connecting pins)에 의해 생성된다.
상기 제 2 부분 자성 코어는 상기 환형 홈을 또한 구성하며, 상기 제 1 부분 자성 코어와 마주하는 상기 제 2 부분 자성 코어의 표면을 통해 접근가능한, 제 2 환형 홈을 구비하도록 제안되며, 상기 제 2 환형 홈은 상기 내측 통로를 둘러싼다. 이러한 제안에 따르면, 상기 환형 홈은 상기 제 1 부분 환형 홈과 제 2 환형 홈의 중첩에 의해 구획된다. 바람직하게는, 상기 제 1 부분 자성 코어 및 제 2 부분 자성 코어는 서로 대칭이다.
또 다른 실시형태에 따르면, 상기 좌측 전기-전도성 외측 코일은 상기 우측 전기-전도성 외측 코일과 상이하며, 따라서 상이한 성능을 갖는다. 상기 좌측 외측 코일, 상기 우측 외측 코일, 또는 둘 모두를 사용하여 상기 환형 자기력 장치의 상이한 성능이 달성될 수 있다.
상기 환형의 자성 코어, 상기 좌측 독립 전기-전도성 외측 코일 및 우측 독립 전기-전도성 외측 코일, 및 상기 전기-전도성 내측 코일은 바람직하게는 조립체를 덮는 단 하나의 덩어리의 절연성 폴리우레탄 수지 내에 매립된다. 이러한 특징에 따르면, 상기 환형 자기력 장치은 완전히 전기적으로 절연되며, 지나친 변형들, 또는 우연한 분해가 방지된다.
2개의 독립적인 외측 코일들의 사용은, 특히 양 외측 코일들이 서로 상이한 경우, 하나, 또는 또 다른 하나의 외측 코일, 또는 양 외측 코일들 모두를 사용하여 상이한 레벨들의 성능을 갖는 인덕터로서 상기 환형 자기력 장치의 사용을 가능하게 한다. 이하에서 개시될 특정 실시형태에서, 상기 외측 코일 중 하나는, 상기 제 2 외측 코일이 병렬 외측 인덕터로서 동작하고, 상기 내측 통로가 평면형 변압기를 수용하는 동안, 공진 인덕터(resonant inductor)로서 동작할 것이다.
상기 내측 코일 및 2개의 외측 코일들을 포함하는 이러한 구성은 연자성 코어(soft magnetic core)를 보다 효율적으로 사용하며, 종래 기술에서는 각각이 하나의 독립적인 자성 코어를 사용하는, 3개의 독립적 구성요소들이, 3개의 독립적인 전기 구성요소들(본 실시형태에서는, 하나의 변압기 및 2개의 독립적인 실질적으로 결합되지 않은 인덕터들)로서 동작하는 단지 하나의 자성 장치 상에만 권취된다.
본 발명의 다른 특징들은 실시예의 다음의 상세한 설명으로부터 나타난다.
상기 장점들 및 특징들, 및 다른 장점들 및 특징들은 예시적이며 제한적이지는 않은 첨부 도면들을 참조하여 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 완전히 이해될 것이다:
도 1은 절연성 폴리우레탄 수지 덩어리로 이루어진 덮개가 없는 환형 자기력 장치의 사시도를 도시하며, 좌측 외측 코일은 우측 외측 코일보다 더 적인 권선들을 갖는다;
도 2는 좌측 내측 통로 및 우측 내측 통로를 가로질러 만들어진 단면인 도 1에 도시된 실시예의 종단면을 도시한다;
도 3은 외측 코일들, 및 내측 변압기 각각에 연관된 자기장들을 화살표들로 나타내는 도 1에 도시된 환형 자기력 장치의 분해도를 도시한다.
도 1은 절연성 폴리우레탄 수지 덩어리로 이루어진 덮개가 없는 환형 자기력 장치의 사시도를 도시하며, 좌측 외측 코일은 우측 외측 코일보다 더 적인 권선들을 갖는다;
도 2는 좌측 내측 통로 및 우측 내측 통로를 가로질러 만들어진 단면인 도 1에 도시된 실시예의 종단면을 도시한다;
도 3은 외측 코일들, 및 내측 변압기 각각에 연관된 자기장들을 화살표들로 나타내는 도 1에 도시된 환형 자기력 장치의 분해도를 도시한다.
상기 장점들 및 특징들, 및 다른 장점들 및 특징들은 예시적이며 제한적이지는 않은 첨부 도면들을 참조하여 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 완전히 이해될 것이다:
본 발명은 도 1, 도 2, 및 도 3에 도시된 바람직한 실시예에 따른, 환형 자기력 장치(annular magnetic power unit)에 대응하며, 상기 장치는 내측 통로(inner passage)(2) 둘레에 형성된 환형의 자성 코어(annular magnetic core)(1)로서, 강자성(ferromagnetic) 재료로 이루어지며, 상기 환형 자성 코어(1) 내에 구획된 환형 홈(annular groove)(5) 내에 캡슐화된 하나의 전기-전도성 내측 코일(30)을 포함하는, 상기 환형의 자성 코어(1), 및 상기 내측 통로(2)를 통과하여 각 권선을 지나는 상기 환형 자성 코어(1) 둘레에 권취된 2개의 전기-전도성 외측 코일들(40)을 포함한다.
상기 환형 홈(5)을 생성하고, 이를 상기 내측 코일(30)의 삽입을 위해 접근가능하게 하기 위해, 상기 환형의 자성 코어(1)는 중첩된 제 1 부분 자성 코어(10) 및 제 2 부분 자성 코어(20)로 구성된다.
상기 제 1 부분 자성 코어(10)는 상기 제 2 부분 자성 코어(20)와 마주하는 상기 제 1 부분 자성 코어(10)의 표면을 통해 접근가능한 상기 내측 통로(2)를 둘러싸는 제 1 환형 홈(15)(도 2)을 포함한다.
제 2 부분 자성 코어(20)는 상기 제 1 부분 자성 코어(10)와 대칭적이며, 상기 제 1 부분 자성 코어(10)와 마주하는 상기 제 2 부분 자성 코어(20)의 표면을 통해 접근가능한 상기 내측 통로(2)를 둘러싸는, 제 2 환형 홈(25)(도 2)을 포함한다.
상기 내측 코일(30)은 상기 환형 자성 코어(1) 내의 상기 내측 통로(2)를 둘러싸는 제 1 환형 통로 및 제 2 환형 통로(15, 25) 내에 배치된다.
또한, 상기 환형 자성 코어(1)는 2개의 병렬 에어-갭(air-gaps)(50)에 의해 이격된 3개의 부분들로 분할된다. 각 에어-갭(50)은 상기 제 2 부분 자성 코어(20)에 마주하는 상기 제 1 부분 자성 코어(10)의 표면에 수직인 갭 평면(gap plane) 내에 형성되고, 따라서 상기 에어-갭(50)은 상기 내측 코일(30)에 의해 생성된 자기장(B3)을 간섭하지 않는다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 2개의 에어-갭들(50)은 상기 제 1 부분 자성 코어(10)를 제 1 좌측 부분 자성 코어(13), 제 1 우측 부분 자성 코어(14), 및 그 사이에 배치된 제 1 중심 부분 자성 코어(11)로 분할하며, 상기 제 2 부분 자성 코어(20)를 제 2 좌측 부분 자성 코어(23), 제 2 우측 부분 자성 코어(24), 및 그 사이에 배치된 제 2 중심 부분 자성 코어(21)로 분할한다.
상기 에어-갭들(50)을 형성하는 상기 2 개의 갭 평면들 각각은 상기 내측 통로(2)를 가로지른다. 각각의 제 1 중심 부분 자성 코어 및 제 2 중심 부분 자성 코어(11, 21)는 상기 내측 통로(2)의 양 측 상에 부분을 가지며, 상기 내측 통로(2)를 가로질러 상기 부분들을 연결하는 대응하는 제 1 브리지(bridge) 및 제 2 브리지(12)를 갖는다. 상기 제 1 브리지 및 제 2 브리지(12)는 상기 내측 통로(2)를 좌측 내측 통로(3) 및 우측 내측 통로(4)로 분할한다.
이러한 설명에 따르면, 상기 환형 자성 코어(1)는 6개의 상이한 부분들, 즉 상기 제 1 부분 자성 코어(10)에 대응하는 3개의 부분들, 및 상기 제 2 부분 자성 코어(20)에 대응하는 다른 3개의 부분들로 형성된다.
이전에 언급된 상기 환형 자성 코어(1) 둘레에 권취된 상기 2개의 전기-전도성 외측 코일들(40)은, 본 발명의 실시예에 따라, 좌측 외측 코일(43) 및 우측 외측 코일(44)이다. 상기 좌측 외측 코일(43)은, 각각 상기 좌측 내측 통로(3)를 관통하며 권취된 상기 제 1 좌측 부분 자성 코어 및 제 2 좌측 부분 자성 코어(13, 23)의 둘레에 권취되며, 상기 우측 외측 코일(44)은, 각각 상기 우측 내측 통로(4)를 관통하며 권취된 상기 제 1 우측 부분 자성 코어 및 제 2 우측 부분 자성 코어(14, 24)의 둘레에 권취된다.
상기 에어-갭들(50)은 상기 외측 코일들(40)에 의해 상기 환형 자성 코어(1) 내에 발생하는 자기장(B1, B2)을 차단하여 간섭들 및 비효율들을 방지한다.
상기 좌측 외측 코일(43)은 상기 우측 외측 코일(44)과는 상이하기 때문에, 그의 성능들 또한 상이할 것이고, 상기 좌측 외측 코일, 또는 우측 외측 코일, 또는 양 외측 코일들(43, 44)을 사용하여 상기 환형 자기력 장치가 상이한 필요성들에 적용가능하도록 한다.
또한 인용된 WO2004003947에 개시된 방법에 따라 끼워진(interleaved) 절연성 박판 부재들과 함께 적층된 복수의 권선들로 구성된 평면형 변압기(planar transformer)를 제공하는 상기 내측 코일(30)이 제안된다.
본 실시예에 따르면, 함께 적층된 상기 권선들은 가변 개수의 적층된 인쇄 회로 기판들의 권선들 및 구리 권선들을 포함한다.
각 인쇄 회로 기판은 그의 일 면, 또는 양 면들 상에 인쇄된 권선 회로를 포함하여 평면형 권선(planar winding)을 생성한다.
상기 구리 권선들은 구리 시트 상에서 다이-커팅(die-cutting) 프로세스로 제조되어 평면형 권선을 생성한다. 대안적으로, 상기 구리 권선은 동사(copper yarn)의 간단한 구부림에 의해 생성될 수 있다.
함께 적층된 각각의 권선들은 상기 환형 자성 코어(1)로부터 돌출하는, 상기 환형 홈(5)을 빠져나가는 연장부(extension)를 포함한다. 상기 연장부들은 연결 핀들(connecting pins)(31)이 삽입되어 적층된 권선들 간의 연결을 생성하는 정렬된 오리피스들(orifices)을 포함한다.
상기 환형 자기력 장치은 바람직하게는 구성요소들을 전기적으로 격리시키는(isolates) 절연성 폴리우레탄 수지(도시되지 않음)의 덩어리로 덮일 것이다. 더욱 바람직하게는, 상기 폴리우레탄 수지는 상기 환형 홈 내로 관통하고, 또한 상기 내측 코일(30)의 적층된 권선들 사이를 관통한다.
개시된 실시예에서, 상기 자기력 장치은 상기 내측 통로에 국한된 평면형 변압기로서, 이러한 방식으로의 이러한 장치는 약 2μH의 최대 값을 갖는 매우 낮은 누설 인덕턴스를 보장하는, 상기 평면형 변압기, 및 하나는 병렬 외측 인덕터로서 동작하고, 다른 하나는 갈바닉 절연된(galvanically isolated) 공진 인덕터(resonant inductor)로서 동작하는 2개의 외측 인덕터들을 포함할 것이다.
또한, 상기 좌측 내측 통로(3) 및 우측 내측 통로(4)는 또한 배경기술에서 인용된 EP16002354에 개시된 해결책을 사용하여 열을 배출시키는 파이프를 그 사이에 삽입하는 데에 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 다양한 부분들은 다른 실시예들에 기술된 부분들과 자유롭게 조합될 수 있으며, 그러한 조합에 해를 끼치지 않는다면 비록 명시적으로 기술되지 않은 상기 조합으로도 조합될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
Claims (10)
- 내측 통로(2) 및 환형 홈(5)을 갖는 환형 자성 코어(annular magnetic core)(1)로서, 중첩되고 서로 마주하는 제 1 부분 자성 코어(10) 및 제 2 부분 자성 코어(20)를 포함하고, 적어도 제 1 부분 자성 코어(10)는 제 2 부분 자성 코어(20)와 마주하는 제 1 부분 자성 코어(10)의 표면을 통해 접근가능한 상기 환형 홈(5)을 구성하는 제 1 환형 홈(15)을 가지며, 상기 제 1 환형 홈(15)은 상기 내측 통로(2)를 둘러싸는, 상기 환형 자성 코어(1);
상기 환형 홈(5) 내에 포함된 적어도 하나의 전기-전도성 내측 코일(30); 및
상기 내측 통로(2)를 통과하며 상기 환형 자성 코어(1) 둘레에 권취된 적어도 하나의 전기-전도성 외측 코일(40);를 포함하는, 환형 자기력 장치(annular magnetic power unit)에 있어서,
상기 적어도 하나의 전기-전도성 외측 코일(40)은, 좌측 독립 전기-전도성 외측 코일 및 우측 독립 전기-전도성 외측 코일(43, 44)로 지칭되는 2개의 독립적인 전기-전도성 외측 코일들이며;
상기 제 1 부분 자성 코어(10)는 2개의 병렬 에어-갭(air-gaps)(50)에 의해 3개의 독립적인 부분들로 분할되고, 상기 3개의 독립적인 부분들은, 2개의 병렬 에어-갭(50) 사이에 형성된 제 1 중심 자성 코어 부분(11), 상기 제 1 중심 자성 코어(11)의 양측에 배치된 제 1 좌측 코어 부분(13) 및 제 1 우측 코어 부분(14)에 대응하며;
상기 제 2 부분 자성 코어(20)는 2개의 병렬 에어-갭(50)에 의해 3개의 독립적인 부분들로 분할되고, 상기 3개의 독립적인 부분들은, 2개의 병렬 에어-갭(50) 사이에 형성된 제 2 중심 자성 코어 부분(11), 상기 제 2 중심 자성 코어(21)의 양측에 배치된 제 2 좌측 코어 부분(23) 및 제 2 우측 코어 부분(24)에 대응하며;
상기 2개의 병렬 에어-갭(50)은 상기 제 2 부분 자성 코어(20)와 마주하는 제 1 부분 자성 코어(10)의 표면과 수직인 2개의 병렬 갭 평면(gap planes)에 의해 구획되며, 양 병렬 갭 평면들은 상기 내측 통로(2)를 통과하며;
상기 제 1 중심 자성 코어 부분(11) 및 제 2 중심 자성 코어 부분(21)은 상기 내측 통로(2)를 가로지르는 대응하는 제 1 브리지 및 제 2 브리지(12)를 형성하며, 상기 브리지들은 상기 내측 통로(2)를 좌측 내측 통로(3) 및 우측 내측 통로(4)로 분할하며;
상기 좌측 전기-전도성 외측 코일(43)은 상기 좌측 내측 통로(3)를 통과하여 상기 제 1 좌측 코어 부분 및 제 2 좌측 코어 부분(13, 23)을 둘러싸며;
상기 우측 전기-전도성 외측 코일(44)은 상기 우측 내측 통로(4)를 통과하여 상기 제 1 우측 코어 부분 및 제 2 우측 코어 부분(14, 24)을 둘러싸는 것을 특징으로 하는, 환형 자기력 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 전기-전도성 내측 코일(30)은, 끼워진 절연성 박판 부재들(interleaved insulating laminar members)과 함께 적층된 일련의 권선들에 의해 구성된 평면형 변압기(planar transformer)를 포함하며, 적층된 권선들은 서로 연결되는, 환형 자기력 장치. - 제 2 항에 있어서,
일련의 적층된 권선들은 가변 개수의 적층된 인쇄 회로 기판 권선들 및/또는 구리 권선들을 포함하는, 환형의 자기력 장치. - 제 3 항에 있어서,
각각의 구리 권선들은 구불구불한(sinuous) 슬릿 또는 권취된 동사(copper yarn)를 갖는 구리 시트인, 환형의 자기력 장치. - 제 3 항에 있어서,
각각의 인쇄 회로 기판 권선은 상기 인쇄 회로 기판 권선의 일 측 또는 양 측 상에 인쇄된 구불구불한 도전성 회로를 포함하는, 환형의 자기력 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 적층된 권선들 간의 연결은 상기 인쇄 회로 기판 권선들 및 구리 권선들의 정렬된 오리피스들을 통해 삽입된 연결 핀들(31)에 의해 생성되는, 환형의 자기력 장치. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 부분 자성 코어(20)는 제 2 환형 홈(25)을 가지며, 상기 제 2 환형 홈(25)은 상기 환형 홈(5)을 또한 구성하고, 상기 제 1 부분 자성 코어(10)와 마주하는 제 2 부분 자성 코어(20)의 표면을 통해 접근가능하며, 상기 제 2 환형 홈(25)은 상기 내측 통로(2)를 둘러싸는, 환형의 자기력 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 부분 자성 코어 및 제 2 부분 자성 코어(10, 20)는 서로 대칭인, 환형의 자기력 장치. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 좌측 전기-전도성 외측 코일(43)은 상기 우측 전기-전도성 외측 코일(44)과 상이한, 환형의 자기력 장치. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 환형의 자성 코어(1), 좌측 독립 전기-전도성 외측 코일 및 우측 독립 전기-전도성 외측 코일(43, 44), 및 전기-전도성 내측 코일(30)은, 조립체를 덮는 하나의 덩어리의 절연성 폴리우레탄 수지 내에 매립되는, 환형의 자기력 장치.
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