KR20220018912A

KR20220018912A - 자기 디바이스

Info

Publication number: KR20220018912A
Application number: KR1020210095384A
Authority: KR
Inventors: 로베르트 마르드; 콘스탄티노 카잔치스; 루카 달레산드로
Original assignee: 샤프너 에엠파우 아게
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2021-07-21
Publication date: 2022-02-15
Also published as: US20220044860A1; CN114068136A; DE202020104578U1

Abstract

토로이드형 코어를 끼워 중앙에 놓기 위한 중공 스터드를 구비한 베이스; 및 축 방향 부싱 및 복수의 반경 방향 후크를 가지는 절연 앵커를 포함하는 공통 모드 초크와 같은 자기 디바이스가 개시되며, 절연 앵커는 권선된 토로이드를 베이스로 밀고, 조립된 디바이스를 함께 홀딩하며, 권선들을 서로 절연하는데 사용된다. 베이스와 앵커는 스냅-인(snap-in) 맞물림 메커니즘을 통해 결합되고 함께 홀딩된다.

Description

자기 디바이스{MAGNETIC DEVICE}

본 발명은 자기 코어에 권선된 하나 이상의 도체 코일을 가지는 자기 디바이스에 관한 것이다. 실현의 관련 모드는, DC를 통과하면서 고주파수 및 교류의 저주파수를 차단하는데 사용되는 초크, 특히 공통 모드 전류를 차단하기 위한 공통 모드 초크(common-mode choke)이지만, 이러한 것들은 유일한 가능성이 아니며, 현재 모델은 단순한 인덕터 및 변압기와 같이 자기 코어에 권선된 코일을 가지는 다른 디바이스에도 적용될 수 있다. 본 개시 내용은 3상 공통 모드 불평형 초크로 이루어진 비제한적인 예를 구체적으로 다룰 것이다.

종래의 3상 공통 모드 초크는 트로이드형(toroidal) 자기 코어에 권선된 3개의 권선(불평형 회로의 중립(neutral)을 위한 제4 권선이 더해진)을 포함한다. 전형적으로 권선들은 권선간 전기 절연을 보장하는 플라스틱 스페이서에 의해 분리된다. 권선들은 대부분의 경우에 인쇄 회로 상에서의 납땜에 적합한 리드에 의해 종단된다. 예를 들어, 자동차 영역에서 특별히 까다로운 일부 적용은 이러한 종래의 구조로 달성하기 어려운 우수한 제조 가능성, 신뢰성 및 기계적 충격 및 진동에 대한 내성을 요구한다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 단점 및 한계를 극복하는 디바이스를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적은 첨부된 청구범위의 대상에 의해 달성된다.

본 발명의 예시적인 실시예는 상세한 설명에 개시되고 도면에 의해 예시된다:
도 1은 공지된 유형의 공통 모드 초크를 개략적으로 도시한다.
도 2는 청구항에 따른 공통 모드 초크를 분해된 상태로 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 조립된 도 2의 공통 모드 초크의 2개의 도면이다.
도 4는 도 3b에서 'A'로 표시된 부분을 도시한다.

도 1의 종래 디바이스는 공통 모드 초크에서 본질적으로 대칭인 4개의 코일(44)이 권선되는 실축형 토로이드 코어(40)를 가진다. 코어(40)는 예를 들어 나노결정질 자성 재료를 포함할 수 있다. 각각의 권선이 등전위(equipotential)로 간주될 수 있지만, 권선간 전위는 중요할 수 있다. 적절한 절연 재료로 만들어진 코일 스페이서(60)는 권선(40)들 사이의 상호 전기 절연을 보장한다.

도 1의 초크는 절연성 베이스(30) 상에 장착되고, 인쇄 회로 상에서의 납땜을 위한 복수의 전기 리드(48)를 가진다. 리드들의 수는 디바이스에 따라 다르지만, 도시된 바와 같이 4-권선 초크에서, 총 8개의 리드에 대해 권선당 2개의 리드가 있을 수 잇다.

도 2는 베이스(30), 권선 코어(40) 및 스페이서(60)를 포함하는 그 구성 요소를 노출시키는 분해도로 청구된 디바이스를 도시한다. 패스너(80)는 신뢰성을 향상시키기 위해 사용될 수 있지만, 요구 사항은 아니며 청구된 디바이스의 일부가 아니다.

권선 코어는 의도된 적용에 대해 수 및 치수에 대응하는 복수의 권선을 포함한다. 권선들은 고주파 손실을 감소시키기 위해 단단한 에나멜 와이어 또는 리츠 와이어(Litz wire)에 의해 실현될 수 있으며, 병렬 연결된 도체들을 가질 수 있다. 권선들에서 사용되는 도체들은 예를 들어 원형, 직사각형, 정사각형 또는 키스톤(keystone)(사다리꼴)과 같은 임의의 단면을 가질 수 있다. 중요하게, 권선들은 섹터들로 구성되어 있으며, 각각의 섹터는 거의 등전위이다. 인접한 섹터들은 절연을 위해 권선이 없는 공간에 의해 분리된다.

자기 코어(40)는 예를 들어 나노결정질 자성 재료, 페라이트, 퍼멀로이, 철-실리콘 합금, 분말 자성 재료를 포함하는 임의의 적합한 자성 재료에 의해 실현될 수 있다. 코어는 통상적으로 토로이드 형상을 가지지만, 본 발명은 마찬가지로 다른 코어 형상에도 적용될 수 있다. 코어는 단일 자기 토로이드 또는 다수의 적층 자기 토로이드를 포함할 수 있다.

권선(44)들은 의도된 용도에 따라서, 상이한 단면의 도체들을 가질 수 있고, 및/또는 상이한 크기의 섹터들을 차지할 수 있다. 도시된 예는 3상 및 중립 공통 모드 초크이며, 3상 및 중립 라인의 각각에 대해 4개의 권선이 4개의 섹터에 배열된다. 중립 도체는 3상 도체보다 높은 공칭 전류를 위해 치수화되고, 그러므로 더욱 두꺼운 와이어가 권선되며, 대응하는 섹터는 더 크다. 컷오프(37) 또는 이와 유사한 배향 보조 장치는 중립 섹터를 식별한다.

또한, 제시된 예가 권선들과 동일한 수의 권선 섹터들을 가질지라도, 이러한 것이 절대적인 요구 사항은 아니며, 일부 권선들은 외부적으로 연결된 자기 코어의 하나 이상의 권선 섹터를 포함할 수 있다는 점에 유의한다.

권선된 자기 코어는 절연 베이스(30)와 절연 앵커(60) 사이에 끼워진다. 앵커는, 자기 코어(40)를 적어도 부분적으로 둘러싸고 자기 코어의 권선 섹터들을 분리하는 돌출 아암(64)들을 가진다. 베이스(30)는 또한 앵커의 아암(64)에 대응하는 돌출 섹터 분리기(34)들을 가질 수 있다. 아암(64)들은 중심축으로부터 방사상으로 전개될 수 있고, 토로이드형 코어를 둘러싸기 위해 아래쪽으로 구부러질 수 있다.

베이스(40) 및 앵커(60)는 예를 들어 아교 또는 접착제에 의해 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다. 바람직한 실현 모드에서, 베이스(40)와 앵커(60)는 스냅-온(snap-on) 연결에 의해 통합된다. 베이스의 돌출된 스터드(31)는 앵커의 대응하는 축 방향 부싱(61)과 맞물리며, 함께 토로이드형 코어(40)의 중앙 구멍에 끼워진다. 나사(80) 또는 다른 적절한 패스너가 추가 안전을 위해 선택적으로 스터드(31) 및 부싱(61)의 횡단 축 방향 구멍에 삽입될 수 있다.

권선(44)들은 예를 들어 PCB 상에서의 납땜에 의해 외부 회로에 연결하기 위한 리드(48)를 가진다. 권선들은 베이스(30)에 있는 대응하는 구멍(38)들을 가로지른다. 바람직하게, 구멍들은 각각 제1 구멍(38a)(도 4의 상세도에서 도시됨) 및 제1 구멍과 연통하는 더욱 작은 제2 구멍(38b)을 가진다. 구멍(38)들은, 리드(48)들이 축 방향을 따라서 각각의 구멍의 제1 구멍에 삽입되고, 축 방향을 중심으로 절연 베이스에 대해 권선된 자기 코어를 비트는 것에 의해 각각의 구멍의 제2 구멍 내로 차단될 수 있도록 절연 베이스(30) 상에 배열된다. 원형 도체들 및 리드들을 가지는 도시된 예에서, 구멍(38)들은 배(pear) 형상이지만, 이러한 것은 도체들 또는 리드들이 다른 형상, 예를 들어 직사각형의 단면을 가지면 반드시 유지되는 것은 아니다.

30 : 절연 베이스 31 : 스냅 온 스터드
34 : 섹터 분리기 37 : 배향 보조 장치
38 : 배 형상 구멍 38a : 제1 구멍
38b : 제2 구멍 40 : 권선 코어
44 : 권선 48 : 리드
60 : 앵커 61 : 아암
64 : 스냅 온 부싱 80 : 나사

Claims

권선 섹터들에서 구성된 복수의 권선(44)이 권선되는 권선 자기 코어(40)를 포함하며, 상기 권선 자기 코어는 절연 베이스(30)와 절연 앵커(60) 사이에 끼워지는 자기 디바이스에 있어서,
상기 앵커는, 상기 자기 코어(40)를 적어도 부분적으로 둘러싸고 상기 자기 코어의 권선 섹터들을 분리하는 돌출 아암(64)들을 가지는 것을 특징으로 하는 자기 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 권선(44)들은 상기 절연 베이스(30)의 구멍(38)들로부터 돌출되는 연결 리드(48)들을 가지며, 상기 구멍(38)들은 제1 구멍(38a), 및 상기 제1 구멍(38a)과 연통하고 상기 제1 구멍보다 작은 제2 구멍(38b)을 각각 가지며, 상기 구멍(38)들은, 상기 리드(48)들이 축 방향을 따라서 각각의 구멍의 상기 제1 구멍에 삽입되고, 축 방향을 중심으로 상기 절연 베이스에 대해 상기 권선 자기 코어를 비트는 것에 의해 각각의 구멍의 상기 제2 구멍들 내로 차단될 수 있도록 상기 절연 베이스(30) 상에 배열되는, 자기 디바이스.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 절연 베이스(30)는 상기 자기 코어(40)의 중앙 구멍에 끼워지도록 구성된 제1 돌출 요소(31)를 가지며, 상기 앵커(60)는, 상기 자기 코어(40)의 중앙 구멍에 끼워지고 상기 제1 돌출 요소(31)와 함께 맞물리도록 구성된 제2 돌출 요소(61)를 가지는, 자기 디바이스.
제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 돌출 요소(31, 41)들은 패스너(80)의 삽입을 허용하는 구멍이 가로지르는, 자기 디바이스.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연 베이스(30)는 인접한 권선(44)들의 범위를 정하는 돌출 섹터 분리기(34)들을 가지는, 자기 디바이스.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 권선(44)들은 상이한 단면의 커넥터들로 만들어지고, 및/또는 상이한 크기의 섹터들을 차지하는, 자기 디바이스.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 권선(44)들은 실축형 와이어, 리츠 와이어, 또는 병렬 연결된 도체들로 구성되는, 자기 디바이스.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 권선(44)들은 원형, 직사각형, 사다리꼴, 또는 정사각형 단면의 도체들로 구성되는, 자기 디바이스.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 코어(40)는 나노결정질 자성 재료, 페라이트, 퍼멀로이, 철-실리콘 합금, 분말 자성 재료 중 하나 이상을 포함하는, 자기 디바이스.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 코어(40)는 하나의 자기 트로이드, 또는 다수의 적층형 자기 트로이드를 포함하는, 자기 디바이스.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연 베이스(30) 및 상기 앵커(60)는 함께 접착되는, 자기 디바이스.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 배향 보조 장치(37)를 포함하는, 자기 디바이스.