KR102526062B1 - 트랜스포머 - Google Patents

Abstract

본 발명은 트랜스포머에 관한 것으로, 보다 상세하게는 권취된 도전선으로 구성된 1차 코일부과 도전성 플레이트가 적층된 2차 코일부를 포함하는 트랜스포머에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스포머는 보빈, 상기 보빈의 외측을 따라 상기 보빈에 결합되는 코어부 및 상기 보빈에 삽입되되, 두께 방향으로 적층된 복수의 도전성 플레이트를 포함할 수 있다.

Description

트랜스포머{TRANSFORMER}

본 발명은 권취된 도전선으로 구성된 1차 코일부과 도전성 플레이트가 적층된 2차 코일부를 포함하는 트랜스포머에 관한 것이다.

전자기기의 전원공급장치에는 트랜스포머나 라인 필터와 같은 다양한 코일 부품이 탑재된다.

트랜스포머(Transformer, 변압기)는 다양한 목적으로 전자기기에 포함될 수 있다. 예를 들어, 트랜스포머는 하나의 회로에서 다른 회로로 에너지를 전달하는 에너지 전달기능을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 트랜스포머는 전압의 크기를 바꾸는 승압 혹은 강압의 기능을 수행하기 위해서 사용될 수도 있다. 또한, 1차, 2차측 권선 간에 유도성 결합(커플링)만 되므로 어떠한 DC 경로도 직접 형성되지 않는 특징을 가지는 트랜스포머는 직류 차단 및 교류 통과를 위한 목적이나 두 회로간 절연 분리를 위해 사용될 수도 있다.

일반적으로, 트랜스포머는 1차 코일과 2차 코일, 코어 간의 절연 거리를 유지하고, 각 구성요소의 보호 및 위치 고정을 위해 보빈(bobbin)을 사용한다. 이러한 기능을 위하여, 보빈의 재료는 성형성, 가공성, 절연 특성과 내 충격성이 우수한 PET, PBT, LCP 등 폴리머(Polymer) 계열을 사용한다. 그러나, 폴리머의 특성 상 열 전달특성이 금속 대비 현저하게 떨어지므로 고열이 발생하는 코어나 코일의 방열에 불리하여 트랜스포머의 효율을 저하시키는 원인이 된다. 구체적으로, 트랜스포머에서 승압 또는 감압 시 소모되는 전류 외 손실되는 전류는 열로 전환되어 코어와 1/2차 코일에서 방출된다. 예컨대, 3kW의 트랜스포머는 손실이 1%만 발생하여도 30W의 열을 발생시키므로, 트랜스포머에서 방열 성능은 효율과 더불어 중요한 성능 지표가 된다.

그런데, 트랜스포머는 일반적으로 코어의 하부가 기판과 접하고, 코어의 상부는 금속 브라켓으로 고정되므로 1/2차 코일에서 발생하는 열은 코어를 거쳐 기판이나 브라켓으로 방출된다. 따라서, 보빈은 1/2차 코일에서 발생하는 열이 코어로 쉽게 전달될 수 있는 구조를 갖는 것이 바람직하나, 보빈은 절연 거리 확보를 위해 2차 코일을 대부분 감싸는 형태를 갖는 것이 일반적이다. 따라서 트랜스포머의 방열 성능을 개선할 수 있는 보빈이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 효율적인 방열이 가능한 보빈을 포함하는 트랜스포머를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 2차 측 코일부와 코어의 고정성을 확보할 수 있는 트랜스포머를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 트랜스포머는, 절연 특성이 좋은 고분자 소재의 보빈을 사용하면서 발생하는 방열의 취약점을 구조적으로 보완하는 것이다.

이를 위해, 일 실시예에 따른 트랜스포머는 보빈; 상기 보빈의 외측에 배치되며, 상기 보빈의 일부를 노출시키는 코어부; 및 상기 보빈에 삽입되며, 두께 방향으로 적층된 복수의 도전성 플레이트를 포함하고, 상기 보빈은 상기 복수의 도전성 플레이트 중 두께 방향으로 최상층 도전성 플레이트의 상면 일부 및 상기 두께 방향으로 최하층 도전성 플레이트의 하면 일부를 각각 노출시키는 오프닝을 가질 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 트랜스포머는, 보빈; 상기 보빈의 외측에 배치되며, 상기 보빈의 일부를 노출시키는 코어부; 및 상기 보빈에 삽입되며, 상부 코일부, 미들 코일부 및 하부 코일부를 각각 구성하는 복수의 도전성 플레이트를 포함하고, 상기 보빈은 상기 하부 코일부를 수용하는 하부 수용부; 상기 하부 수용부 상에 배치되고, 상기 미들 코일부를 수용하는 미들 수용부; 및 상기 미들 수용부 상에 배치되고 상기 상부 코일부를 수용하는 상부 수용부를 포함하고, 상기 상부 수용부는 상기 상부 코일부의 최상층 도전성 플레이트의 상면 중 적어도 일부를 덮는 제1 돌출부를 포함하고, 상기 하부 수용부는 상기 하부 코일부의 최하층 도전성 플레이트의 하면 중 적어도 일부를 덮는 제2 돌출부를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 보빈은 상기 상부 수용부와 상기 미들 수용부를 연결하는 상단 연결부; 및 상기 미들 수용부와 상기 하부 수용부를 연결하는 하단 연결부를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 상부 수용부는 상기 상단 연결부와 접하는 바텀부; 상기 상부 수용부의 측벽을 형성하며, 상기 바텀부의 상면 가장자리의 적어도 일부영역에서 상측으로 연장되는 미들부; 및 상기 미들부의 상면을 따라 배치되는 탑부를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 돌출부는, 상기 탑부로부터 돌출될 수 있다.

예를 들어, 상기 바텀부, 상기 미들부 및 상기 탑부 각각의 외측면은, 두께 방향으로 나란할 수 있다.

예를 들어, 상기 탑부의 상면은 평면상에서 상기 미들부와 접하는 하면보다 내측으로 돌출될 수 있다.

예를 들어, 상기 탑부의 내측면은, 경사지게 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 탑부의 내측면과 상기 미들부의 내측면은 둔각을 이룰 수 있다.

예를 들어, 상기 상부 코일부의 최상단 도전성 플레이트의 상면의 적어도 일부 가장자리는, 상기 경사지게 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 트랜스포머에 대한 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 2차측 코일과 1차측 코일의 절연거리를 확보하면서도 2차측 코일의 방열 성능이 향상된다.

둘째, 본 발명은 방열 성능을 유지하면서도 2차측 코일부의 고정성이 확보될 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스포머의 일례를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스포머의 일례를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 실시예들에 따른 보빈의 형상을 각각 나타낸다.
도 4는 실시예에 따른 하부 코어의 외관 사시도의 일례를 나타낸다.
도 5는 실시예에 따른 두 가지 타입의 도전성 플레이트의 평면 형상을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 플레이트간의 체결 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열 수단을 적용한 보빈 구조의 일례를 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)", "전(앞) 또는 후(뒤)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(위) 또는 하(아래)" 및"전(앞) 또는 후(뒤)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 트랜스포머를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스포머(100) 의 일례를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스포머의 일례를 나타내는 분해 사시도이다.

도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스포머(100)는 보빈(110)과, 보빈(110)에 삽입되는 복수의 도전성 플레이트(120), 복수의 도전성 플레이트(120)를 전기적으로 연결시켜 복수의 도전성 플레이트(120)와 함께 일체로 2차 코일부를 구성하는 복수의 체결부(130) 및 보빈(110)의 외측의 적어도 일부를 감싸는 형태로 결합되는 코어부(140)를 포함할 수 있다.

여기서, 실시예에 따른 트랜스포머(100)는 보빈(110)에 권선되되, 1차 코일부를 구성하는 도전선을 더 포함할 수 있으나, 본 명세서의 도면들에서의 도시는 생략되었다. 1차 코일부(미도시)는 강성 도체 금속, 예를 들어 구리 도전선이 수회 감겨진 다중 권선(winding)이거나 플레이트 형상일 수 있다.

2차 코일부(120, 130)는 제1 코일부(미도시)로부터 공급 받은 전원 신호를 변압시켜 출력할 수 있다. 도 1에서는 2차 코일부(120, 130)를 구성함에 있어 총 16매의 도전성 플레이트가 두께 방향(예를 들어, z축 방향)으로 적층된 형태로 배치될 수 있다. 각각의 도전성 플레이트는 2차 코일부에서 1턴에 해당할 수 있다. 즉, 16 매의 도전성 플레이트가 적용된 경우, 2차 코일부의 턴수는 16턴일 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 더 많거나 더 적은 도전성 플레이트가 적용될 수 있으며, 이러한 경우 2차 코일부의 턴수는 도전성 플레이트의 매수에 비례할 수 있다.

예를 들어, 복수의 도전성 플레이트(120) 각각은 x축과 나란한 방향으로 보빈(110)에 삽입될 수 있다.

복수의 도전성 플레이트(120) 각각은 체결부(130)를 통한 전기적 연결을 제외하면 절연재를 통해 서로 전기적으로 절연될 수 있다. 예를 들어, 복수의 도전성 플레이트 중 서로 인접한 도전성 플레이트 사이에는 절연 필름이 배치되어 서로 전기적으로 절연될 수 있다. 절연 필름은 케톤, 폴리이미드 등의 성분을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 도전성 플레이트(120)는 상부 코일부(121), 미들 코일부(123) 및 하부 코일부(125)를 포함할 수 있으며, 각 코일부(121, 123, 125)는 두께 방향으로 서로 이격될 수 있다.

또한, 복수의 도전성 플레이트(120)는 도전성 금속, 예를 들어, 구리를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 복수의 도전성 플레이트는 알루미늄을 포함할 수 있다. 구리 대신 알루미늄이 적용될 경우, 도전성 플레이트의 두께는 구리 대비 약 60% 더 두꺼울 수 있으나, 반드시 이러한 두께비에 한정되는 것은 아니다.

보빈(110)은 1차 코일부를 구성하는 도전선(미도시), 2차 코일부를 구성하는 복수의 도전성 플레이트(120), 그리고 코어부(140)가 서로 절연되되, 각각(120, 140)의 적어도 일부를 수용하거나 고정시키기에 적합한 형상을 가질 수 있다.

보빈(110)은 절연성 물질, 예를 들어, 수지 물질을 포함할 수 있으며, 성형 방식으로 생산될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 보빈(110)은 복수의 도전성 플레이트(120) 중 두께 방향으로 최상층 도전성 플레이트의 상면 일부 및 두께방향으로 최하층 도전성 플레이트의 하면 일부를 각각 노출시키는 오프닝을 가질 수 있다. 보빈(110)의 보다 구체적인 형상은 도 3a 내지 도 3i를 참조하여 후술하기로 한다.

체결부(130)는 복수의 금속 바(bar) 형태로 도전성 플레이트(120) 각각의 일 단부를 두께 방향(예를 들어, Z축 방향)으로 관통하되, 솔더링 방식으로 도전성 플레이트(120) 각각과 고정될 수 있다. 물론, 실시예에 따라 금속 바는 볼트, 너트, 와셔 등의 다른 체결 부재로 대체될 수도 있다.

자기회로의 성격을 가지는 코어부(140)는 자속의 통로 역할을 할 수 있다. 코어부는 상측에서 결합되는 상부 코어(141)와 하측에서 결합되는 하부 코어(142)를 포함할 수 있다. 두 코어(141, 142)는 서로 상하로 대칭되는 형상일 수도 있고, 비대칭 형상일 수도 있다. 코어부(140)는 자성물질, 예를 들어, 철 또는 페라이트를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 코어부(140)의 구체적인 형상은 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.

도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 실시예들에 따른 보빈의 형상을 각각 나타낸다.

먼저, 도 3a 및 도 3b를 함께 참조하면, 일 실시예에 따른 보빈(110A)은 상부 수용부(111A), 미들(middle) 수용부(113), 하부 수용부(115A), 상부 수용부(111A)와 미들 수용부(113)를 연결하는 상부 연결부(112), 미들 수용부(113)와 하부 수용부(115A)를 연결하는 하부 연결부(114) 및 권선 고정부(117)를 포함할 수 있다.

여기서, 각 수용부(111A, 113, 115A)는 권선 고정부(117)를 제외할 때 “U”자형 또는 일측 반원이 절취된 트랙(track)형 평면 형상을 가지며, 각 수용부(111A, 113, 115A)와 두 연결부(112, 114)는 평면 상에서 수직 방향으로 관통홀(TH)을 중심으로 정렬될 수 있다. 또한, 각 연결부(112, 114)의 내측면은 관통홀(TH)의 측벽을 정의할 수도 있다. 관통홀(TH)은 트랙형 평면 형상을 가질 수 있으나, 이는 예시적인 것으로, 후술할 코어부(140) 중족의 평면 형상에 대응되는 형상을 갖는 것으로 족하다.

각 수용부(111A, 113, 115A)는 도전성 플레이트(120)를 수용하기 위한 수용공을 가지며, 공통적으로 X-Y 평면 상에서 반원 형상을 갖는 일측과 대향하는 타측에 도전성 플레이트(120)가 삽입될 수 있는 개구를 갖는다. 여기서, 상부 수용부(111A)와 하부 수용부(115A)는 두께 방향(예를 들어, Z축 방향)으로 상하 대칭 형상을 가져, 상부 수용부(111A)는 상측으로 개방되며, 하부 수용부(111C)는 하측으로 개방된다. 따라서, 상부 수용부(111A)에 수용되는 상부 코일부(121)는 최상단에 위치하는 도전성 플레이트의 적어도 일부가 상측방향으로 노출되며, 하부 수용부(115A)에 수용되는 하부 코일부(125)는 최하단에 위치하는 도전성 플레이트의 적어도 일부가 하측방향으로 노출된다. 따라서, 상부 코일부(121)와 하부 코일부(125)는 각각 적어도 일 표면에 대하여 넓은 방열 면적을 갖게 되며, 그로 인해 노출된 표면의 위치에 따라 주변 공기중으로 또는 코어부(140)가 결합될 때 코어부(140)로 신속히 전달될 수 있어 방열에 유리하다.

상부 수용부(111A) 및 하부 수용부(115A)와는 달리, 미들 수용부(113)에는 X축 방향으로 형성된 개구 외에는, 중공(TH)을 제외하면 상하 방향으로 오프닝이 구비되지 않을 수 있다. 이는 미들 수용부(113)에 수용될 미들 코일부(123)와, 상부 연결부(112) 및 하부 연결부(114)를 중심으로 권선될 1차 코일부간의 절연 거리를 확보하기 위함이다.

1차 코일부를 구성하는 도전선(미도시)은 상부 수용부(111A)와 미들 수용부(130) 사이의 공간에서 상부 연결부(112)의 외측면과 미들 수용부(113)와 하부 수용부(115A) 사이의 공간에서 하부 연결부(114)의 외측면 각각을 따라 권선될 수 있다. 권선 고정부(117)는 두께 방향으로 연장되는 두 개의 홀(117H)을 포함하여, 각 홀(117H)에는 1차 코일부를 구성하는 도전선(미도시)의 일단 및 타단이 각각 끼워넣기 방식으로 고정될 수 있다.

다음으로, 도 3c를 참조하여 도 3b의 ‘A’부분을 구체적으로 설명한다.

도 3c를 참조하면, 상부 수용부(111A)는 바텀부(111A_B), 미들부(111A_S) 및 탑부(111A_T)를 포함할 수 있다. 바텀부(111A_B), 미들부(111A_S) 및 탑부(111A_T) 각각의 외측면은 두께 방향으로 서로 나란할 수 있다.

미들부(111A_S)는 일정 두께(t)와 높이(h1)를 가지며, 상부 수용부(111A)의 측벽을 형성하되, 바텀부(111A_B)의 상면에서 적어도 일부(예컨대, X축 방향 개구를 제외한) 영역의 가장자리를 따라 U자형 평면 형상을 갖도록 상측으로 연장된다. 바텀부(111A_B)의 하면은 상부 연결부(112)와 연결된다.

탑부(111A_T)의 하면은 미들부(111A_S)의 상면과 접하되 서로 동일한 평면 형상을 가질 수 있다. 또한, 탑부(111A_T)는 사다리꼴 단면 형상을 가져, 탑부(111A_T)의 상면은 미들부(111A_S)와 접하는 하면보다 내측(즉, 관통홀(TH) 방향)으로 돌출될 수 있다. 따라서, 탑부(111A_T)의 상면과 하면 사이의 내측면은 경사지게 형성될 수 있다. 이때, 미들부(111A_S)의 내측면과 탑부(111A_T) 내측면이 이루는 각도(θ)는 둔각인 것이 바람직하다. 즉, 탑부(111A_T)는 미들부(111A_S)와 두께 방향(예컨대, z축 방향)으로 중첩되지 않는 부분에 해당하는 돌출부를 가질 수 있다. 이때, 돌출부의 단면 형상은 직각 삼각형일 수 있으며, 미들부(111A_S)의 내측면과 탑부(111A_T) 내측면이 이루는 각도(θ)는 돌출부의 단면 형상이 이루는 직각 삼각형의 일 외각에 해당할 수 있다. 아울러, 탑부(111A_T)에서 돌출부를 제외한 부분은 사각형 단면 형상을 가질 수 있다. 바텀부(111A_B)의 상면, 미들부(111A_S)의 내측면 및 탑부(111A_T)의 경사진 내측면은 상부 수용부(111A)에서 상부 코일부(121)가 수용되는 수용공을 정의할 수 있다.

결국, 상부 코일부(121)의 최상단에 배치되는 도전성 플레이트의 상면의 적어도 일부를 상측으로 노출시키는 오프닝은, 탑부(111A_T)의 상면 형상에 의해 정의될 수 있다.

한편, 미들부(111A_S)의 높이(h1)가 상부 수용부(111A)의 수용공에 수용되는 상부 코일부(121)의 높이보다 작을 수 있다. 이러한 경우, 탑부(111A_T)의 내측면이 경사짐으로 인해, 상부 수용부(111A)의 수용공에 상부 코일부(121)가 수용될 때 상부 코일부(121)의 최상단 도전성 플레이트의 상면 가장자리는 탑부(111A_T)의 내측면의 일 부분(B)과 접하게 된다.

이러한 구조를 가짐으로 인해, 도전성 플레이트 각각의 두께방향 간격이 들뜨는 형태로 공차가 발생하더라도 탑부(111A_T)의 경사진 내측면에 의해 가압되어 공차에 대응이 가능하며, 제조 과정에서 코일부의 수용공 삽입도 용이해진다. 뿐만 아니라, 상부 코일부(121)의 최상단 도전성 플레이트의 상면 가장자리는 탑부(111A_T)의 내측면과 점 또는 선으로 접촉하기 때문에, 도 3d에 도시된 바와 같이 실질적으로 최상단 도전성 플레이트의 상면 전체가 공기중으로 직접 노출될 수 있으므로 방열 면적이 극대화될 수 있다.

아울러, 바텀부(111A_B)의 하면 중 미들부(111A_S)와 두께 방향으로 중첩되는 부분까지 1차 코일부를 구성하는 도선(미도시)이 위치하더라도, 도선과 상부 코일부(121)의 최단 절연거리는 “h2+w1”에, 탑부(111A_T)의 상면 내측 가장자리에서 B지점까지의 거리만큼 더 연장되므로, 이러한 구성은 절연거리가 추가로 확보되는 효과까지 있다.

한편, 상부 코일부(121)와 미들부(111A_S)의 내측면 사이 간격(w2)은 보빈(110A)과 상부 코일부(121)를 구성하는 도전성 플레이트 각각의 가공 공차를 따를 수 있다. 예컨대, 재질에 따라 차이가 있으나, 보빈(110A)의 공차를 ±0.2mm, 도전성 플레이트의 공차를 ± 0.1mm라 가정하면, 상부 코일부(121)와 미들부(111A_S)의 내측면 사이 간격(w2)은 최대 0.3mm가 될 수 있다. 그런데, 상부 코일부(121)는 보빈(110A)의 B 지점에 접촉하면서 고정이 되어야 한다. 이를 위해 탑부(111A_T)의 상면 폭(w1)은 적어도 ‘w2+t’ 보다 커야 하므로, ‘w1＞w2+t’의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.

또한, 상부 수용부(111A)의 높이(h2)는 바텀부(111A_B), 미들부(111A_S) 및 탑부(111A_T) 각각의 높이를 합한 크기가 된다. 따라서, 상부 수용부(111A)의 높이(h2)가 고정된다고 가정할 때, 상부 코일부(121)와 미들부(111A_S)의 내측면 사이 간격(w2)이 작아지면 θ값이 90도에 가까워 지지만, 탑부(111A_T)에서 관통홀(TH) 방향으로 돌출된 부분에 해당하는 직각 삼각형의 외각을 이루고 있으므로 θ값은 항상 90도를 초과한다. 또한, 미들부(111A_S)의 높이(h1)가 무한히 작아진다 하더라도 θ 값은 180 미만일 수 밖에 없다.

결국, θ 값은 ‘90 < θ < 180’ 범위를 가질 수 있다.

또한, 상부 코일부(121)의 높이(h3)는 미들부(111A_S)의 높이(h1)보다 항상 크게 되고, B 지점과의 접촉을 유지하기 위해서는 미들부(111A_S)의 높이(h1)가 커질수록 탑부(111A_T)의 상면 폭(w1) 또한 증가해야 한다. 그러나, 미들부(111A_S)의 높이(h1)는 상부 코일부(121)의 높이(h3)보다 항상 작고 상부 코일부(121)의 높이(h3)는 개별 도전성 플레이트의 두께에 종속된다. 따라서, 상부 코일부(121)의 높이(h3)를 4mm라 가정하면 미들부(111A_S)의 높이(h1)는 4mm 미만이 되어야 하고, 상부 코일부(121)와 미들부(111A_S)의 내측면 사이 간격(w2)을 0.3mm로 유지한 상태에서 θ 값이 90에 가까워 지면, 탑부(111A_T)의 상면 폭(w1) 은 계속 커지다가 어느 순간 y축 방향으로 대향하는 타측 탑부(미도시)와 맞닿게 된다. 이는 곧 보빈(110A)의 상부 수용부(111A)의 상측 방향으로 열린 오프닝이 사라짐을 의미하므로, 방열 효과를 기대하기 어렵게 된다.

따라서, 탑부(111A_T)의 상면 폭(w1)은 의도된 방열 기능과 B지점과의 접촉을 통한 상부 코일부(121)의 고정 기능을 수행하기 위해서는 상부 코일부(121)의 최상층 도전성 플레이트의 상면을 최소한으로 가리되, 상부 코일부가 오프닝을 통해 상측으로 이탈되지 않는 크기를 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상부 코일부(121)의 이탈 방지를 위해서는 상부 코일부(121)가 상부 수용부(111A)에 조립될 때 전술한 공차에 의한 간격(w2)이 양측으로 발생하는 바, 탑부(111A_T)의 중공(TH)방향으로 돌출된 부분의 길이(즉, w1-t)는 상부 코일부(121)와 미들부(111A_S)의 내측면 사이 간격(w2)의 2배가 될 수 있다. 예를 들어, 미들부(111A_S)의 두께(t)를 0.8mm라 가정하고, 상부 코일부(121)와 미들부(111A_S)의 내측면 사이 간격(w2)을 0.3mm라 가정하면, 탑부(111A_T)의 상면 폭(w1)은 ‘t+2*w2)’이므로 1.4mm가 될 수 있다. 물론, 전술한 각 두께 및 간격은 예시적인 것이므로, 트랜스포머(100)의 설계 크기에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 당업자에 자명하다.

도 3c 및 도 3d에서는 상부 수용부(111A)를 기준으로 설명하였으나, 상하 대칭인 점을 제외하면 상부 수용부(111A)에 대한 설명은 하부 수용부(115A)에도 동일하게 적용될 수 있다.

다음으로, 본 실시예의 다른 양상에 의하면, 도 3c에 도시된 보빈(110A)에서 탑부(111A_T)가 다른 형태로 대체될 수 있다. 이를 도 3e 내지 도 3h를 참조하여 설명한다.

먼저, 도 3e에 도시된 바와 같이 본 실시예의 다른 양상에 따른 보빈(110B)은 도 3c를 참조하여 전술한 탑부(111A_T) 대신, 상부 수용부(111B)의 측벽 상면의 일 영역에 평면 상에서 중공(TH)을 향하여 돌출된 고정부(111B_PT)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 고정부(111B_PT)는 사각 기둥형상을 가질 수 있으며, 상부 수용부(111B)의 측벽 상면 중 반원형 평면 형상을 갖는 부분의 중심에서 중공(TH)을 향해 연장될 수 있다. 이러한 고정부(111B_PT)가 배치됨으로 인해, 상부 코일부(121)가 수용될 때 상부 코일부(121)의 이탈이 방지되면서도 상부 코일부(121)의 최상단에 위치한 도전성 플레이트의 방열 면적이 확보될 수 있다.

또한, 도 3f에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 또 다른 양상에 따른 보빈(110C)은 복수의 고정부(111C_PT)를 포함할 수도 있다.

이때, 도 3e와 도 3f에서 공통적으로 각 고정부(111B_PT, 111C_PT)가 관통홀(TH)을 향하는 일 측면은 코어부(140)가 보빈(110B, 110C)에 결합될 때 대향하게 되는 코어부(140)의 일 측면과 접하도록 (예컨대, 도 3f의 C축과 나란하게) 연장되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 각 고정부(111B_PT, 111C_PT)는 코일부와 함께 코어부(140)의 고정성 또한 확보할 수 있게 된다.

본 실시예의 또 다른 양상에 의하면, 도 3g에 도시된 바와 같이 보빈(110D)은 원호부형 평면 형상을 갖는 고정부(111D_CM)를 포함할 수도 있다. 이러한 경우에도 도 3h에 도시된 바와 같이, 고정부(111D_CM)의 직선형 측면은 코어부(140)가 보빈(110D)에 결합될 때 대향하게 되는 코어부(140)의 일 측면과 접하도록 연장되는 것이 바람직하다.

한편, 코어부(140)의 고정을 위해 보빈의 미들 수용부가 변형될 수도 있다. 이를 도 3i 및 도 3j를 참조하여 설명한다.

도 3i를 참조하면, 도 3a 및 도 3b에 도시된 보빈(110A)에서 미들 수용부가 변형(113A’)된 보빈(110A’)이 도시된다. 구체적으로, 미들 수용부(113A’)의 외측벽 중 권선 고정부(117)에 인접한 곡면에서 2차 코일부가 삽입되는 방향(예를 들어, X축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, Y축 방향)으로 연장되는 고정부(119)가 미들 수용부(113A’)의 양측에 배치될 수 있다. 이러한 경우에도 도 3j에 도시된 바와 같이, 고정부(119)의 일 측면은 코어부(140)가 보빈(110A’)에 결합될 때 대향하게 되는 코어부(140)의 일 측면과 접하도록 연장되는 것이 바람직하다.

도 3a 내지 도 3i에서는 상부 수용부(111A, 111B, 111C, 111D)를 기준으로 설명되었으나, 하부 수용부(115A, 115B, 115C, 115D)는 상부 수용부(111A, 111B, 111C, 111D)와 상하대칭인 바, 고정부(111B_PT, 111C_PT, 111D_CM) 등을 포함하는 각 구성은 하부 수용부(115A, 115B, 115C, 115D)에도 유사하게 적용될 수 있다.

다음으로, 도 4를 참조하여 코어부(140)의 구성을 설명한다. 도 4는 하부 코어의 외관 사시도의 일례를 나타낸다. 도 4에서는 코어부(140) 중 하부 코어(142)를 기준으로 설명하나, 상부 코어(141)는 하부 코어(142)와 상하 대칭 형상임을 가정하여, 상부 코어(141)에 대한 설명에 갈음하기로 한다.

도 4를 참조하면, 하부 코어(142)의 하면은 일 방향(예컨대, Y축 방향)으로 연장되는 장변과, 일 방향과 교차하는 타 방향(예컨대, X축 방향)으로 연장되는 단변을 포함하는 직사각형 평면 형상을 가질 수 있다.

또한, 하부 코어(142)는 트랙형 기둥 형상을 갖는 중족(142_1, 또는 중심부)와 중족 (142_1) 주변의 서로 대면하는 양 측면에 배치되는 측부(142_2)를 포함할 수 있다. 이때, 하부 코어(142)가 보빈(110)을 감싸는 형태로 결합될 수 있도록 측부(142_2)의 내측면과 중족(142_1)의 측면 사이에서 절취된 트랙형 평면 형상으로 정의되는 수용공은 보빈(110)의 크기 및 형상에 대응될 수 있다. 이러한 형상의 코어를 “EPC” 코어라고도 한다.

한편, 중족(142_1)은 보빈(110)의 관통홀(TH)에 삽입될 수 있다. 또한, 보빈(110)과 결합될 때, 상부 코어(141)의 중족(미도시)과 하부 코어(142)의 중족(142_1)은 서로 접촉할 수도 있고, 소정 간격(예를 들어, 100um) 이격될 수도 있다.

다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하여 2차 코일부를 구성하는 복수의 도전성 플레이트의 구성을 설명한다.

도 5는 실시예에 따른 두 가지 타입의 도전성 플레이트의 평면 형상을 나타낸다.

먼저, 도 5를 참조하면, 두 가지 서로 다른 평면 형상을 갖는 도전성 플레이트(120A, 120B)가 도시된다. 제1 타입 도전성 플레이트(120A)는 제2 타입 도전성 플레이트(120B) 대비 좌우가 반전됨을 제외하면 동일한 형상을 가지므로, 제1 타입 도전성 플레이트를 중심으로 설명한다.

실시예에 따른 도전성 플레이트(120A)는 2차 코일부의 1턴을 구성하기 위하여 두 개의 단부(120T_M, 120T_R)를 갖는 열린 고리형 평면 형상을 가질 수 있다. 도 5를 포함한 본 명세서에서 도전성 플레이트(120A, 120B)는 트랙형 중공(HC)을 중심으로 하는 열린 트랙형상을 갖는 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것으로 평면 형상은 열린 원형/타원형 고리형상이나 열린 다각형 고리형상일 수도 있다.

예를 들어, 제1 타입 도전성 플레이트(120A)는“q”자형 평면 형상을 가질 수 있다. 또한, 제2 타입 도전성 플레이트(120B)는 제1 타입 도전성 플레이트(120A)와 좌우 대칭형상인 바, “p”자형 평면 형상을 가질 수 있다. 여기서, 제1 타입 도전성 플레이트(120A)를 기준으로 제1 단부(120T_M)는 그라운드로 연결되므로 그라운드 단부라 칭할 수 있으며, 제2 단부(120T_R)는 하나의 시그널 라인으로 연결되므로 제1 시그널 단부라 칭할 수 있다. 유사하게, 제2 타입 도전성 플레이트(121)도 하나의 그라운드 단부(120T_M’)와 하나의 시그널 단부(120T_L)를 가질 수 있는데, 시그널 단부(120T_L)는 제1 시그널 단부(120T_R)의 반대 방향에 위치하며, 제2 시그널 단부라 칭할 수 있다.

따라서, 2차 코일부(120, 130)를 구성하는 일 코일부, 예컨대, 상부 코일부(121)에 4매의 도전성 플레이트가 적용될 경우, 총 4개의 그라운드 단부, 두 개의 제1 시그널 단부 및 두 개의 제2 시그널 단부가 구비된다. 총 4개의 그라운드 단부, 두 개의 제1 시그널 단부 및 두 개의 제2 시그널 단부 각각은, 수직 방향으로 적어도 일부가 중첩 또는 수직 방향으로 정렬될 수 있다.

이때, 두 개의 제1 시그널 단부, 네 개의 그라운드 단부, 두 개의 제2 시그널 단부 각각은 체결부(130)를 통해 서로 전기적으로 연결되되, 적어도 실제 턴을 구성하는 나머지 부분은 서로 직접 접촉하지 아니하도록 절연될 수 있다.

또한, 각 단부에는 체결부(130)가 관통할 수 있도록 관통홀(H)이 구비될 수 있다. 도 5에서는 단부마다 하나의 직사각형 평면 형상을 갖는 홀(H)이 도시되었으나, 홀의 개수와 위치는 상이할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 플레이트간의 체결 형태를 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 실시예에 따른 2차 코일부는 총 16 매의 도전성 플레이트를 통해 구성될 수 있다. 이때, 수직방향으로 제1 타입 도전성 플레이트(120A)와 제2 타입 도전성 플레이트(120B)가 교번순으로 적층될 수 있다. 또한, 상단의 네 개의 도전성 플레이트가 하나의 군을 이루어 상부 코일부(121)를 구성할 수 있으며, 중단의 여덟 개의 도전성 플레이트가 다른 하나의 군을 이루어 미들 코일부(123)를 구성할 수 있으며, 하단의 네 개의 도전성 플레이트가 또 하나의 군을 이루어 하부 코일부(125)를 구성할 수 있다. 도시된 바와 같이, 상부 코일부(121), 미들 코일부(123) 및 하부 코일부(125)는 서로 수직 방향으로 서로 중첩되되, 일정 간격만큼 이격될 수 있다. 이격 간격은 상부 연결부(112)와 하부 연결부(114)의 높이에 따라 변화될 수 있다.

각 도전성 플레이트는 솔더링 방식으로 고정 및 통전될 수 있다. 솔더링을 위해, 도전성 플레이트의 각 홀(H)에 금속 바(131, 132, 133)가 관통하는 형태로 삽입될 수 있다. 실시예에 따라, 다시 금속 바(131, 132, 133)에 전기적으로 연결되거나, 금속 바(131, 132, 133) 각각에 의해 관통되는 버스바(BB)가 추가로 구비될 수도 있다. 버스바(BB)는 트랜스포머(100)가 기판 등에 실장될 때 2차측 코일과 전기적 통로가 됨과 함께, 트랜스포머(100)를 기판 등에 고정시키는 역할을 수행할 수도 있다. 도 6에서는 각 버스바(BB)가 두께 방향에서 상부 코일부(121)와 미들 코일부(123) 및 미들 코일부(123)와 하부 코일부(125) 사이에 각각 배치되었으나, 이는 예시적인 것으로, 각 버스바(BB)는 기판(미도시)과의 배치 관계에 따라 두께 방향에서 상부 코일부(121)의 상방에 배치될 수도 있고, 하부 코일부(125)의 하방에 배치될 수도 있다.

한편, 지금까지 설명한 실시예들에서는 두께방향으로 최외곽에 위치하는 도전성 플레이트, 예컨대, 상부 코일부(121)의 최상단에 위치하는 도전성 플레이트 및 하부 코일부(125)의 최하단에 위치하는 도전성 플레이트는 보빈(110)의 고정부(111B_PT, 111C_PT, 111D_CM)나 탑부(111A_T)에 의해 코어부(140)와 이격되었다. 이와 달리, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 두께 방향으로 최외곽에 위치하는 도전성 플레이트와 코어부 사이에는 열전도 수단이 배치되며, 열전도 수단은 두께 방향으로 최외곽에 위치하는 도전성 플레이트의 일 면과, 그에 대향하는 코어부의 일면과 각각 접촉할 수 있다. 이를 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열 수단을 적용한 보빈 구조의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 7에서 보빈(110)은 도 3a 내지 도 3j에 도시된 어떠한 보빈 구조라도 무방하다. 또한, 도 7에서는 1차측 코일부를 구성하는 도선(161, 162)이 권선된 형태도 도시되어 있다.

도 7을 참조하면, 두께 방향으로 최외곽에 위치하는 도전성 플레이트, 예컨대, 상부 코일부(121)의 최상단에 배치된 도전성 플레이트의 상면(121TS)과, 그(121TS)에 대향하는 상부 코어(141)의 일 하면(141BS) 사이에는 열 전도성이 우수한 방열 수단(HD, 예컨대, 방열 시트)이 배치될 수 있다. 여기서, 방열 수단(HD)의 상면은 상부 코어(141)의 일 하면(141BS)과, 방열 수단(HD)의 하면은 최상단에 배치된 도전성 플레이트의 상면(121TS)과 각각 접촉한다. 이를 통해, 상부 코일부(121)에서 발생한 열이 신속하게 상부 코어(141)로 전달될 수 있다. 이러한 구성은 하부 코일부(125)와 하부 코어(142) 사이에도 동일하게 적용될 수 있다.

물론, 트랜스포머가 동작할 때 코어부(140)의 중족 부근에서 가장 많은 열이 발생하는 것이 일반적이므로 코어부(140)의 온도가 더 높을 경우 코어부(140)의 열이 일시적으로 2차 코일부로 방열 수단(HD)을 통해 이동하는 것도 방열 수단(HD)이 없는 경우보다 신속할 것이나, 결국 브라켓이나 기판으로 열을 방출하는 주체는 코어부(140)이므로, 2차 코일부의 열은 결국 코어부(140)를 통해 신속히 방출될 수 있다.

실시 예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시 예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시 형태로 구현될 수도 있다.

또한, 전술한 실시예에 따른 트랜스포머(100)는 계기용변성기, 교류계산반, 직류변환기(DC-DC converter), 승압기, 강압기 등에 실장될 수 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

100: 트랜스포머 110: 보빈
120: 도전성 플레이트
130: 체결부 140: 코어부

Claims (10)

1. 보빈;
   상기 보빈의 외측에 배치되며, 상기 보빈의 일부를 노출시키는 코어부; 및
   상기 보빈에 삽입되며, 상부 코일부, 미들 코일부 및 하부 코일부를 각각 구성하며 두께 방향으로 적층된 복수의 도전성 플레이트를 포함하고,
   상기 보빈은,
   상기 하부 코일부를 수용하기 위한 하부 수용부;
   상기 하부 수용부 상에 배치되고 상기 미들 코일부를 수용하기 위한 미들 수용부;
   상기 미들 수용부 상에 배치되고 상기 상부 코일부를 수용하기 위한 상부 수용부;
   상기 상부 수용부와 상기 미들 수용부를 연결하는 상단 연결부; 및
   상기 미들 수용부와 상기 하부 수용부를 연결하는 하단 연결부를 포함하고,
   상기 복수의 도전성 플레이트 중 두께 방향으로 최상층 도전성 플레이트의 상면 일부 및 상기 두께 방향으로 최하층 도전성 플레이트의 하면 일부를 각각 노출시키는 오프닝을 갖는, 트랜스포머.
2. 보빈;
   상기 보빈의 외측에 배치되며, 상기 보빈의 일부를 노출시키는 코어부; 및
   상기 보빈에 삽입되며, 상부 코일부, 미들 코일부 및 하부 코일부를 각각 구성하는 복수의 도전성 플레이트를 포함하고,
   상기 보빈은,
   상기 하부 코일부를 수용하는 하부 수용부;
   상기 하부 수용부 상에 배치되고, 상기 미들 코일부를 수용하는 미들 수용부; 및
   상기 미들 수용부 상에 배치되고 상기 상부 코일부를 수용하는 상부 수용부를 포함하고,
   상기 상부 수용부는 상기 상부 코일부의 최상층 도전성 플레이트의 상면 중 적어도 일부를 덮는 제1 돌출부를 포함하고,
   상기 하부 수용부는 상기 하부 코일부의 최하층 도전성 플레이트의 하면 중 적어도 일부를 덮는 제2 돌출부를 포함하는, 트랜스포머.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 보빈은,
   상기 상부 수용부와 상기 미들 수용부를 연결하는 상단 연결부; 및
   상기 미들 수용부와 상기 하부 수용부를 연결하는 하단 연결부를 더 포함하는, 트랜스포머.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 상부 수용부는
   상기 상단 연결부와 접하는 바텀부;
   상기 상부 수용부의 측벽을 형성하며, 상기 바텀부의 상면 가장자리의 적어도 일부영역에서 상측으로 연장되는 미들부; 및
   상기 미들부의 상면을 따라 배치되는 탑부를 포함하는, 트랜스포머.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 제1 돌출부는, 상기 탑부로부터 돌출된 트랜스포머.
6. 제4 항에 있어서,
   상기 바텀부, 상기 미들부 및 상기 탑부 각각의 외측면은, 두께 방향으로 나란한, 트랜스포머.
7. 제4 항에 있어서,
   상기 탑부의 상면은 평면상에서 상기 미들부와 접하는 하면보다 내측으로 돌출된, 트랜스포머.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 탑부의 내측면은, 경사지게 형성된, 트랜스포머.
9. 제7 항에 있어서,
   상기 탑부의 내측면과 상기 미들부의 내측면은 둔각을 이루는, 트랜스포머.
10. 제8 항에 있어서,
    상기 상부 코일부의 최상단 도전성 플레이트의 상면의 적어도 일부 가장자리는, 상기 경사지게 형성된 상기 탑부의 내측면과 접하는, 트랜스포머.

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