KR101029514B1 - 코일 - Google Patents

Abstract

금속제 코일시트(34, 36, 38)들은 평면 형상이고, 중앙 창(34a, 36a, 38a)들을 포함한다. 창들로부터 각각의 시트들을 통해 슬릿(34b, 36b, 38b)들이 외측을 연장되어 있다. 시트들에는 각각의 슬릿을 사이에 두고 대향하는 위치에 접속 단자(34c, 34d; 36c, 36d; 38c, 38d)가 구비되어 있다. 금속제 코일시트들을 적층하고, 인접하는 금속제 코일시트들을 접속 단자에 의해 전기적으로 접속시킨다. 적층된 금속제 코일시트들의 창들에는 코어(60, 62)가 배치되어 있다. 금속제 코일시트들은 절연 피막에 의해 개별적으로 도포되어 있다.

Description

코일{coil}

도 1은 종래 기술의 변압기의 분해 사시도;

도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 변압기의 분해 사시도;

도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시된 변압기에 사용할 수 있는 금속제 코일시트를 제조하는 단계를 나타내는 도면;

도 4a는 도 2의 변압기에 사용할 수 있는 금속제 코일시트의 평면도;

도 4b는 도 4a에 도시된 금속제 코일시트의 4b-4b선을 따른 단면도;

도 4c는 도 4a에 도시된 금속제 코일시트의 4c-4c선을 따른 단면도;

도 5a는 도 2의 변압기에 사용할 수 있는 금속제 코일시트의 단면도;

도 5b는 종래 기술의 변압기에 사용된 금속제 코일시트의 단면도; 및

도 6은 본 발명의 코일을 사용하여 제조된 초크(choke)의 분해 사시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1, 2, 3, 4, 5, 6: 금속제 코일시트

1a, 2a 3a, 4a, 5a, 6a: 창

1b, 2b, 3b 4b, 5b, 6b: 슬릿

1c, 2c, 3c, 4c, 5c, 6c, 1d, 2d, 3d, 4d, 5d, 6d: 탭

9, 10, 11, 14, 17: 절연 시트

9a, 10a, 11a, 14a, 17a: 중앙 창

18, 19: 코어 반부

18a, 19a, 60a, 62a: 중앙 다리

18b, 18c, 19b, 19c, 60b, 60c, 62b, 62c: 홈

18d, 18e, 19d, 19e, 60d, 60e, 62d, 62e: 외측 다리

30, 32: 권선

34, 36, 38, 40, 42, 44: 금속제 코일시트

34a, 36a, 38a, 40a, 42a, 44a: 창

34b, 36b, 38b, 40b, 42b, 44b: 슬릿

34c, 36c, 38c, 34d, 36d, 38d, 40c, 42c, 44c, 40d, 42d, 44d: 단자

46: 절연 피막

59: 동 시트

52, 54: 구멍

56: 폴리이미드 필름

58: 에폭시 수지층

60, 62: 코어

본 발명은, 예를 들면, 변압기의 구성 요소, 또는 초크로서 사용될 수도 있 는 코일에 관한 것이다. 본 출원의 출원인은 본 명세서의 고주파 대전류용 변압기(2002년 6월 13일에 US-2002-0070836-A1으로 공개됨)를 2001년 12월 6일에 미국 특허출원번호 제10/006,478호로 출원했다. 미국 출원에 개시되어 있는 변압기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 금속, 예를 들면, 동의 코일 시트들 또는 평면 코일 부재(1, 2, 3, 4, 5, 6)들을 포함한다. 금속제 코일시트(1, 2, 3, 4, 5, 6)들은 중앙부에 창(1a, 2a, 3a, 4a, 5a, 6a)들을 가지는 직사각형 형상으로 형성되어 있다. 각 코일 시트의 한 쪽은 절단되어 슬릿(1b, 2b, 3b, 4b, 5b, 6b)을 형성하고 있다. 슬릿(1b)을 사이에 두고 대향하는 부분으로부터 탭(1c, 1d)이 외측으로 연장되어 있다. 마찬가지로, 슬릿(2b, 3b, 4b, 5b, 6b)들을 사이에 두고 서로 대향하는 각각의 코일 시트(2, 3, 4, 5, 6)들의 부분으로부터 탭(2c 및 2d, 3c 및 3d, 4c 및 4d, 5c 및 5d, 6c 및 6d)들이 외측으로 연장되어 있다. 탭(1c, 2c, 3c, 4c, 5c, 6c)들은 권취 개시 단자들이고, 탭(1d, 2d, 3d, 4d, 5d, 6d)들은 권취 종료 단자이다. 탭(1d, 2c)들이 서로 접속되고 탭(2d, 3c)들이 서로 접속되면서 코일 시트(1, 2, 3)가 적층되어, 변압기의 일차 권선이 제공된다. 마찬가지로, 탭(4c, 5c, 6c)들이 서로 접속되고 탭(4d, 5d, 6d)들이 서로 접속되면서 코일 시트(4, 5, 6)가 적층되어, 이차 권선이 제공된다. 각 코일 시트(1, 2, 3)들이 2개의 절연 시트 사이에 끼워지는 식으로 절연 시트(9, 10, 11, 14)들이 배치되어 있다. 코일 시트들(4, 5, 6)의 적층체 상에 절연 시트(17)가 배치되어, 절연 시트(17, 14)들 사이에 코일 시트들(4, 5, 6)의 적층체가 끼워져 있다. 절연 시트(9, 10, 11, 14, 17)들은 중앙 창(9a, 10a, 11a, 14a, 17a)을 각각 가진다. 또한, 예를 들면, 페라이트(ferrite) 제의 2개의 코어 반부(core halves)(18, 19)가 사용된다. 코어 반부(18, 19)는 중앙 다리(18a, 19a)를 가지고 있고, 중앙 다리(18a, 19a)의 양쪽에는 홈(18b 및 18c, 19b 및 19c)이 형성되어 있다. 홈(18b, 18c)의 외측에는 외측 다리(18d, 18e)가 각각 형성되어 있고, 홈(19b, 19c)의 외측에는 외측 다리(19d, 19e)가 각각 형성되어 있다. 코일 시트(1∼6)의 중앙 창(1a∼6a)과 절연 시트(9∼14, 17)의 중앙 창(9a∼14a, 17a)을 통해 중앙 다리(18a, 19a)가 연장하여 위치할 수 있도록 코어 반부(18, 19)가 조합되어 있다.

이러한 변압기를 제조할 때는, 금속제 코일시트와 절연 시트를 번갈아 적층하는 작업이 필요하고, 이로 인해 변압기의 제조비용이 증가한다. 또한, 이러한 배치에서는, 금속제 코일시트가 공기에 노출되기 때문에, 장기간의 사용 후에 산화되어 녹이 발생할 수도 있다. 또한, 변압기에 대한 안전 규격을 만족시키기 위해, 절연 시트(9, 10, 11, 14, 17)가 금속제 코일시트들에 대해 다소 어긋나게 배치되는 경우에도 충분한 연면거리(creepage distance)를 유지할 수 있도록 배치되어야 한다. 이를 위해, 더 큰 절연 시트를 사용해야 하고, 이는 변압기의 크기를 대형으로 만든다.

본 발명의 목적은 작업 공정수가 적고, 산화되기 어려우며, 크기가 소형인 코일을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 코일은 복수의 금속제 코일시트를 가지는 코일부를 포함한다. 상기 코일 시트들은 평면 형상이고 그 중앙부에 창을 각각 가진다. 또한, 각 코일 시트에는 슬릿이 형성되어 있고, 슬릿은 창의 주변의 위치로부터 시트를 통해 시트의 외주까지 연장한다. 상기 시트에서 슬릿을 사이에 두고 서로 대향하는 위치에는 접속 단자가 형성되어 있다. 상기 코일 시트가 적층되고, 인접하는 코일 시트들이 접속 단자들에 의해 서로 전기적으로 접속된다. 또한, 상기 코일 시트들의 창 내에는 코어가 배치된다. 상기 각 금속제 코일시트들은 적층되기 전에 개별적으로 절연 피막으로 완전히 피복된다.

상기 구성에서는, 코일의 각 금속제 코일시트가 개별적으로 절연 피막으로 미리 피복되기 때문에, 금속제 코일시트들이 적층될 때 인접하는 코일 시트들 사이에 절연 시트를 배치할 필요가 없어서 제조 공정을 감소시킬 수 있고, 그로 인해, 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 각 금속제 코일시트들의 전체 표면을 절연 피막으로 피복함으로써, 금속제 코일시트들이 산화되어 녹이 발생하기 어려워진다. 또한, 각 금속 시트들이 개별적으로 절연 피막으로 미리 피복되기 때문에, 금속제 코일시트들을 적층할 때 절연 시트들을 금속제 코일시트들에 대해 주의하여 배치할 필요가 없다. 따라서, 연면거리를 계산할 때에 그러한 변위를 취할 필요가 없기 때문에, 연면거리를 작게 설정할 수 있다. 그러므로, 변압기의 크기를 줄일 수 있다.

또한, 복수의 코일부가 사용될 수도 있다. 코어는 코일부의 금속제 코일시트의 창을 통해 연장하도록 배치되어, 복수의 코일부가 서로 유도결합된다. 이러한 구성은 낮은 비용으로 제조될 수 있고, 녹슬기 어려우며, 크기가 작은 변압기를 제공한다.

상기 절연 피막은 절연수지를 금속제 코일시트 위에 직접 도포함으로써 형성 될 수도 있다. 또 다르게는, 금속제 코일시트들을 적층하기 전에, 절연필름을 금속제 코일시트의 표면의 일부 또는 전체를 도포하도록 접착시킬 수도 있다. 또한, 절연수지는 미리 형성된 절연필름을 금속제 코일시트에 접착시키기 위한 접착제로서 사용될 수도 있다.

본 발명은, 도 2에 도시된 바와 같이, 고주파 대전류용 변압기에 실시될 수도 있다. 변압기는 복수, 예를 들면, 2개의 코일부, 또는 권선(30, 32)을 포함한다.

권선(30)은 복수, 예를 들면, 3개의 금속제 코일시트(34, 36, 38)들을 포함하고, 이 금속제 코일시트들은 직사각형 형상으로 형성되어 있고 크기가 동일하다. 금속제 코일시트(34, 36, 38)들의 중앙 영역에는 창(34a, 36a, 38a)들이 각각 형성되어 있다. 창(34a, 36a, 38a)들은 크기가 동일하다. 금속제 코일시트(34, 36, 38)들은 금속, 예를 들면, 동으로 형성되어 있다. 각 코일시트(34, 36, 38)는 창 둘레의 4변 중 하나에 슬릿(34b, 36b, 38b)을 포함한다. 완성된 변압기의 한쪽에는 슬릿들이 형성되어 있지만, 슬릿(34b, 36b, 38b)의 위치는 서로에 대해 오프셋(offset)되어 있다. 슬릿(34b)을 사이에 두고 대향하는 코일 시트(34) 부분에는 단자(34c, 34d)들이 구비되어 있다. 마찬가지로, 각각의 슬릿(36b, 38b)을 사이에 두고 대향하는 코일 시트(36, 38) 부분에 단자(36c, 36d)들 및 단자(38c, 38d)들이 구비되어 있다. 단자(34c, 36c, 38c)들은 권취 개시 단자들이고, 단자(34d, 36d, 38d)들은 권취 종료 단자이다. 금속제 코일시트(34, 36, 38)들은 창(34a, 36a, 38a)들이 서로 일치하도록 적층된다. 슬릿(34b, 36b, 38b)들의 위치는, 코일 시트들을 적층할 때, 단자(34d, 36c)들이 수직으로 일치하고 단자(36d, 38c)들이 수직으로 일치하도록 결정된다.

권선(32)은 권선(30)의 금속제 코일시트(34, 36, 38)들과 동일하게 구성된 금속제 코일시트(40, 42, 44)들을 포함한다. 금속제 코일시트(40, 42, 44)는 각각의 창(40a, 42a, 44a)들, 각각의 슬릿(40b, 42b, 44b)들, 및 각각의 단자쌍(40c 및 40d, 42c 및 42d, 44c 및 44d)을 가지고 있다. 금속제 코일시트(40, 42, 44)들도, 창(40a, 42a, 44a)들이 수직으로 일치하도록 적층되어 있다. 금속제 코일시트(40, 42, 44)들이 적층될 때, 단자(40d, 42c)들이 수직으로 일치하고 단자(42d, 44c)들이 수직으로 일치하도록, 슬릿(40b, 42b, 44b)들의 위치가 결정된다.

각 금속제 코일시트(34, 36, 38, 40, 42, 44)들은, 도 4a∼도 4c에 상세하게 도시된 금속제 코일시트(38)에 의해 표현되어 있는 바와 같이, 절연 피막(46)을 가지고 있다. 절연 피막(46)은 금속제 코일시트(38)의 전체 표면에 피복되어 있다. 도 4b는, 도 4a에 도시된 절연 피막을 가지는 금속제 코일시트(38)의 4b-4b선을 따른 단면도이고, 도 4c는 4c-4c선을 따른 단면도이다.

절연 피막(46)은 절연필름과 에폭시 수지층으로 형성되어 있고, 다음과 같이 형성된다. 우선, 금속제 코일시트(38)가, 도 3a에 도시된 바와 같이, 동 시트(50)를 점선을 따라 펀칭(punching)함으로써 형성된다. 이 단계에서, 단자(38c, 38d)들에 구멍(52, 54)도 각각 형성된다. 이어서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 절연 접착제층, 예를 들면, 에폭시 수지층(58)을 가진 2개의 절연필름, 예를 들면, 폴리이미드 필름(56)을, 각 폴리이미드 필름(56)의 한쪽 표면 위에 에폭시 수지를 도포함으 로써 준비한다. 폴리이미드 필름(56)은 금속제 코일시트(38)보다 큰 직사각형 형상이다.

에폭시 수지층(58)들이 부분적으로 건조되면, 도 3c에 도시된 바와 같이, 에폭시 수지층(58)을 금속제 코일시트(38)의 주면(major surface)과 접촉하도록 위치시킴으로써, 폴리이미드 필름(56)들을 금속제 코일시트(38)의 두 주면과 대향하도록 접합한다. 따라서, 금속제 코일시트(38)가 샌드위치 형상으로 끼워진다. 도 3c로부터 알 수 있는 바와 같이, 단자(38c, 38d)들은 폴리이미드 필름(56)에 의해 피복되지 않는다.

그리고 나서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 프레스(도시 안됨), 예를 들면, 실리콘 고무 가압면을 가진 프레스에 의해 폴리이미드 필름(56)에 상방 및 하방으로의 압력을 가하여 금속제 코일시트(38)에 접합하고, 금속제 코일시트(38) 및 폴리이미드 필름(56)을 약 150℃ 내지 약 180℃ 사이의 온도에서 3시간∼5시간 동안 가열하여, 에폭시 수지층(58)을 경화시킨다. 그 후, 폴리이미드 필름(56) 및 에폭시 수지층(58)의 주변 및 중앙부의 불필요한 부분을 펀칭하여 제거함으로써, 도 4a에 도시된 바와 같이 폴리이미드 필름(56)을 가진 금속제 코일시트(38)로 된다. 단자(38c, 38d)들의 구멍(52, 54)들은 이러한 펀칭 단계에 대한 금속제 코일시트(38)의 위치결정에 이용된다. 다른 금속제 코일시트들도 상술한 바와 같이 동일한 방식으로 절연 피막을 구비한다. 도 3a∼도 3d 및 도 4a∼도 4c에는 폴리이미드 필름(56)과 에폭시 수지층(58)의 두께가 과장되게 도시되어 있다.

상술한 바와 같은 방식으로 형성된 각각의 절연 피막을 가진 금속제 코일시 트(34, 36, 38)들은, 단자(34d)상에 단자(36c)가 배치되고 단자(36d)상에 단자(38c)가 배치되는 방식으로 적층되어, 권선(30)이 형성된다. 마찬가지로, 상술한 바와 같은 방식으로 형성된 각각의 절연 피막을 가진 금속제 코일시트(40, 42, 44)들은, 단자(40d)상에 단자(42c)가 배치되고 단자(42d)상에 단자(44c)가 배치되는 방식으로 적층되어, 권선(32)이 형성된다. 권선(30)의 단자(34d, 36c)들은 서로 전기적으로 접속되고, 단자(36d, 38c)들도 전기적으로 접속된다. 마찬가지로, 권선(32)의 단자(40d, 42c)들이 서로 전기적으로 접속되고, 단자(42d, 44c)들도 서로 전기적으로 접속된다.

2개의 권선(30, 32)들은, 창(34a, 36a, 38a, 40a, 42a, 44a)들이 수직으로 일치하고, 예를 들면, 페라이트제의 코어(60, 62)가, 수직으로 적층된 권선(30, 32)의 상하에 샌드위치 형상으로 배치되는 식으로 적층된다. 보다 상세하게는, 상부 코어(60)는 중앙 다리(60a), 2개의 외측 다리(60d, 60e)들, 및 중앙 다리(60a)와 외측 다리(60d)의 사이 및 중앙 다리(60a)와 외측 다리(60e) 사이의 홈(60b, 60c)들을 각각 가진다. 마찬가지로, 하부 코어(62)는, 중앙 다리(62a), 2개의 외측 다리(62d, 62e) 및 중앙 다리(62a)와 외측 다리(62d) 사이 및 중앙 다리(62a)와 외측 다리(62e) 사이의 홈(62b, 62c)들을 각각 가진다. 적층된 권선(30, 32)의 상하에 코어(60, 62)가 배치될 때, 중앙 다리(60a, 62a)들은 창(34a, 36a, 38a, 40a, 42a, 44a)들 내에 배치되고, 각 금속제 코일시트(34, 36, 38, 40, 42, 44)의 두 대향측이 홈(60b, 60c, 62b, 62c)들에 의해 형성된 각각의 공간에 배치된다.

도 5a는 절연 피막(46)을 구비한 금속제 코일시트(38)의 단면도이다. 도 5b 는 절연 피막(46)과 같은 절연 피막을 가지지 않는, 예를 들면, 절연 시트(10, 11)에 의해 절연된 종래기술의 금속제 코일시트(2)(도 1)의 단면도이다. 금속제 코일시트(38, 2)들은 크기가 동일하다. 도 5b로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래기술의 금속제 코일시트(2)는 절연 시트(10, 11)들에 대한 코일 시트(2)의 위치가 공칭 위치로부터 벗어났을 때 필요한 연면거리를 확보하기 위해 긴 연면거리 "a"를 제공하도록 큰 절연 시트들을 필요로 한다. 반면, 본 발명에 따르면, 도 5a에 도시된 바와 같이, 금속제 코일시트(38)가 절연 피막(46)과 접합되기 때문에, 연면거리 "b"를 필요한 만큼만 설정할 수 있고 필요 이상으로 길게 할 필요가 없다. 연면거리가 짧을수록 변압기를 소형화할 수 있다. 또한, 금속제 코일시트들은 절연 피막(폴리이미드 필름)(56)으로 개별적으로 피복되기 때문에, 인접하는 금속제 코일시트들 사이에 절연 시트를 배치하는 작업을 없앨 수 있어서, 제조 비용이 절감된다. 또한, 절연 피막(폴리이미드 필름)(56)은 금속제 코일시트(38)들을 개별적으로 완전히 피복하기 때문에, 시트(38)들이 녹스는 것을 방지할 수 있다.

도 6은 고주파 초크를 형성하기 위해 사용되는 본 발명에 따른 코일을 나타낸다. 고주파 초크의 구조는 도 2에 도시된 변압기에서 권선(30)을 제거한 것과 동일하다. 그러므로, 동일 부분에는 도 2에 사용된 동일 참조부호를 사용하고, 초크의 상세한 설명은 생략한다.

도 2에 도시된 변압기에 사용된 2개의 권선(30, 32) 대신에, 보다 많은 권선들을 사용하여 하나의 일차 권선과 복수의 이차 권선들을 가진 변압기를 형성할 수도 있다. 또한, 폴리이미드와 에폭시 대신에, 다른 재료들을 절연필름과 절연 접착 제로서 사용할 수도 있다.

본 발명에 따른 코일에 의하면, 작업 공정수가 적고, 산화되기 어려우며, 크기가 소형인 코일을 제공할 수 있다.

Claims (6)

1. 각각이 평면형상이고, 중앙 창과, 상기 창으로부터 그 외측 에지까지 뻗어있는 슬릿이 형성되고, 상기 슬릿을 사이에 두고 서로 대향하는 위치에 접속 단자를 구비한 복수의 금속제 코일시트를 포함하는 코일부로서, 상기 복수의 금속제 코일시트는 적층되어, 인접하는 금속제 코일시트가 상기 접속 단자에 의해 서로 전기적으로 접속되어 있는 코일부; 및

   상기 적층된 금속제 코일시트들의 상기 창에 배치되는 중앙 다리를 가진 코어를 포함하고,

   상기 각각의 금속제 코일시트들은 적층되기 전에 절연 피막으로 개별적으로 피복되어 있고,

   상기 각각의 절연 피막은 상기 금속제 코일 시트보다도 사이즈가 큰 미리 형성된 2개의 평면 형상의 절연 필름을 상기 금속제 코일시트의 위와 아래에, 그 사이에는 절연성 수지가 도포된 상태로 배치시키고, 압력과 열을 가하여 상기 금속제 코일시트와 상기 절연 필름을 접착하고, 후에 상기 창에 대응되는 부분이 제거되도록 하는 것을 특징으로 하는 코일.
2. 제1항에 기재된 코일부들을 복수개 포함하고, 상기 복수의 코일부들의 상기 적층된 금속제 코일시트들의 상기 창들에 상기 코어의 상기 중앙 다리가 배치되는 것을 특징으로 하는 변압기.
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