KR101151260B1 - 자기 회로 소자를 냉각하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

적어도 하나의 코어 지지 부재 벽을 구비하고 중심에 위치된 코어 지지 부재(200) 주위에 배치된 자기 코어를 구비한 자기 회로 소자를 냉각하기 위한 장치와 방법이 개시되고, 자기 회로 소자는 코어 지지 냉각제 유입부(282); 코어 지지 냉각제 유출부(283); 및 복수의 상호 연결된 냉각제 유로(270);를 포함할 수 있고, 상기 냉각제 유로는 코어 지지 부재 벽내에 포함되고 상호 연결되며, 코어 지지 냉각제 유입부로부터 코어 지지 냉각제 유출부까지 코어 지지 부재 벽의 적어도 실질적인 부분내에 있는 냉각제 흐름 경로를 따라 코어 지지 부재 벽내의 하나의 냉각제 유로로부터 다음 냉각제 유로로 냉각제를 통과시키도록 배치된다. 또한, 본 장치에서, 각각의 코어 지지 냉각제 유로는 각각의 코어 지지 냉각제 유로의 각각의 단부에서 유체 연통 플레넘과 유체 연통하고, 각각의 유체 연통 플레넘은 각각의 코어 지지 냉각제 유로중 적어도 제 1 유로를 위한 유출 플레넘 및 각각의 코어 지지 냉각제 유로중 적어도 제 2 유로를 위한 유입 플레넘을 코어 지지 냉각제 유입부로부터 코어 지지 냉각제 유출부까지의 냉각제 흐름 경로를 따라 형성한다.
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코어 지지 부재, 자기 회로 소자, 자기 코어, 냉각제 유입부, 냉각제 유출부, 냉각제 유로

Description

자기 회로 소자를 냉각하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR COOLING MAGNETIC CIRCUIT ELEMENTS}
본 발명은 유도 리액터 및 변압기와 같은 고속 고전력 자기 회로 소자 및 이러한 소자를 적절히 냉각하기 위한 방법과 장치에 관한 것이다.
도 1을 참조하면 종래의 펄스 전력 회로가 도시되어 있다. 펄스 전력 회로는, 예컨대 고압 공진 전력공급장치(30), 정류자 모듈(40), 압축 헤드 모듈(60) 및 레이저 챔버 모듈(80)을 포함할 수 있다. 고압 전력공급장치 모듈(30)은, 예컨대, 전원(23)에서 공급된 208볼트 3상 정규 플랜트 전력을 10 내지 300볼트 DC전압으로 변환하기 위한 300볼트 정류기(22)를 포함할 수 있다. 인버터(24)는, 예컨대 정류기(22)의 출력을 100kHz 내지 200kHz범위의 고주파수 300볼트 펄스로 변환한다. 인버터(24)의 주파수와 주기는, 예컨대 (도시 안된) HV전력공급장치 제어 보드로 제어되어, 저항(VDR1 및 VDR2)을 구비한 전압 분배기를 포함하는 전압 모니터(44)의 출력에 기초하여, 최대 출력 펄스 에너지의 코스 조절을 수행한다.
인버터(24)의 출력은 스텝업 변압기(26)에 의해 대략 1200볼트까지 상승할 수 있다. 변압기(26)의 출력은 정류기(28)에 의해 1200볼트 DC전압으로 변환되고, 여기서 정류기(28)는, 예컨대 표준 브리지 정류기 회로(28) 및 필터 캐패시터(32) 를 포함할 수 있다. 회로(20)의 DC출력은, 인버터(24)의 동작을 제어할 수 있는 (도시 안된) HV전력공급장치 보드로 지시되는 정류자 모듈(40)에 포함된 8.1μF 충전 캐패시터(C0)를 충전하는데 사용될 수 있다. (도시 안된) 레이저 시스템 제어 보드가 (도시 안된) HV전력공급장치내의 설정치를 제공할 수 있다. 본 실시예에서, 레이저 시스템을 위한 펄스 에너지의 제어는 전력공급장치 모듈(20)이 수행할 수 있다.
정류자 모듈(40) 및 압축 헤드 모듈(60)내의 전기 회로는, 전력공급장치 모듈(20)에 의해 충전 캐패시터C0(42)에 저장된 전기 에너지를 압축하고 전압을 증폭하여, 충전 캐패시터C0(42)에 700볼트의 전압을 제공하는 기능을 할 수 있고, 여기서 충전 캐패시터C0(42)는 충전 사이클 동안 고체 스위치(46)에 의해 아래 회로로부터 절연될 수 있다.
정류자 모듈(40)은 충전 캐패시터C0(42)를 포함할 수 있고, 충전 캐패시터C0(42)는 (도시 안된) HV전력공급장치 제어 보드에 피드백 전압 신호를 공급하기 위해 전체 8.1μF의 캐패시턴스를 제공하도록 전압 분배기(44)와 함께 병렬로 연결된 (도시 안된) 캐패시터 뱅크일 수 있고, 여기서 HV전력공급장치 제어 보드는 (소위 "제어 전압"이라는) 전압으로 충전 캐패시터C0(42)의 충전을 제한하기 위한 (도시 안된) 제어보드에 의해 사용된다. 제어 전압은 전기 펄스로 형성되어 정류자(40)와 압축 헤드(60)에서 압축 및 증폭될 때, 피킹 캐패시터Cp(82)상에서 그리고 전극 (83 및 84)간에 원하는 방전 전압을 일으킬 수 있다.
종래 알려진 바와 같이, 도 1의 종래 회로는 초당 2000-4000펄스 이상의 펄스율에서 3J 이상 및 14000볼트 이상의 펄스를 일으키는데 사용될 수 있다. 이 회로에서, 충전 캐패시터C0(42)를 700볼트로 충전하기 위해서는 DC전력공급장치 모듈(20)에 대략 250마이크로초가 필요할 수 있다. 따라서, 전극(83 및 84)사이에 방전을 일으키기 위해 충전 캐패시터C0(42)에 저장된 3줄의 전기 에너지를 피킹 캐패시터Cp에 14000볼트 이상의 전하로 변환하는 고속 단계를 개시하는 고체 스위치(46)를 닫기 위해 (도시 안된) 정류자 제어 보드로부터 출력된 신호가 제공될때 충전 캐패시터C0(42)는 원하는 전압으로 완충되어 안정될 수 있다. 고체 스위치(46)는 IGBT스위치나, SCR, GTO, MCT, 고전력 MOSFET등과 같은 기타 적당한 고속 고전력 고체 스위치일 수 있다. 고체 스위치(46)와 직렬로 연결된 600nH의 충전 인덕터L0(48)를 사용하여, 펄스 압축(50)의 제 1 상태를 형성하는 제 1 단계 캐패시터C1(52)에서 충전 캐패시터C0(42)에 저장된 전하를 방전하기 위해 고체 스위치(46)를 닫은 상태에서 그 고체 스위치(46)에 흐르는 전류를 일시적으로 제한할 수도 있다.
펄스 발생 및 압축의 제 1 단계(50)를 위해, 충전 캐패시터C0(42)상의 전하가, 대략 5μs내에 8.5μF 캐패시터C1(52)에 스위칭된다. 포화 인덕터(54)는 포화될때까지 캐패시터C1(52)의 전압을 유지한 후 캐패시터C1(52)로부터의 전류 흐름에 필연적으로 0임피던스를 공급하여, 캐패시터C1(52)로부터 1:23 스텝업 변압기(56)를 통해 압축 헤드 모듈(60)내의 충전 캐패시터Cp -1(62)로 대략 550ns의 전달 시간 주기의 충전 전달을 가능하게하고 압축의 제 1 단계를 구성한다.
펄스 변압기(56)의 설계는 미국 특허 제 5,936,988호를 포함하여, 본 출원 양수인에 양도된 많은 이전 특허에서 설명되어 있다. 이러한 변압기는 매우 효율적인 펄스 변압기로서, 700볼트 17,500암페어, 550nm펄스를, 캐패시터 뱅크일 수도 있는, 압축 헤드 모듈 캐패시터Cp -1(62)상에 극히 일시적으로 저장되는, 16,100볼트, 760암페어 550ns펄스로 변압한다. 압축 헤드 모듈(60)은 또한 펄스를 압축할 수 있다. 대략 125nH의 포화 인덕턴스일 수 있는 포화 리액터 인덕터Lp - 1(64)는 대략 550ns동안 캐패시터Cp -1(62)상의 전압을 유지하여, (도시 안된) 레이저 챔버 정상부에 위치된 16.5nF캐패시터일 수 있는 피킹 캐패시터Cp(82)상에 대략 100ns내에서 Cp -1상의 전하가 흐를 수 있도록 하고 있고, 여기서 피킹 캐패시터Cp(82)는 전극(83 및 84)에 병렬로 전기 접속된다. 피킹 캐패시터Cp(82)를 충전하기 위해 550ns길이의 펄스를 100ns길이의 펄스로 변압하는 것이 압축의 제 2 및 마지막 단계를 구성할 수 있다. 레이저 챔버 모듈(80)내 (도시 안된) 레이저 챔버의 일부로서 그 정상부에 장착된 피킹 캐패시터Cp(82)상에 전하가 흐르기 시작한 지 대략 100ns후에, 피킹 캐패시터Cp(82)상의 전압은 대략 14,000볼트에 이르고 전극(83 및 84)간에 방전이 시작된다. 방전은, 예컨대 엑시머 레이저의 (도시 안된) 공진 챔버내에서 레이저발생이 일어나는 시간 동안, 대략 50ns를 지속할 수 있다.
도 1의 종래 회로는 또한 바이어스 전류원(I-)과 바이어스 전류원(I+)으로 정의된 바이어스 회로를 포함할 수 있다. 바이어스 인덕터, 예컨대 인덕터(LB1 및 LB2)가 바이어스 전류원(I- 및 I+)에 각각 연결되고 또한 고체 스위치(46)의 출력부상의 다이오드(47)와 충전 인덕터(L0)사이 및 압축 헤드 캐패시터Cp - 1(62)와 압축 헤드 포화 인덕터Lp - 1(64)사이의 제 1 단계 압축기 회로(50)에 각각 연결될 수도 있다. 바이어스 전류원(I-)은 포화 인덕터(L1)를 미리포화시킬 수 있는 바이어스를 공급할 수 있다. 인덕터(LB1)는 압축 헤드 모듈(60)에 비해 바이어스 회로에 비교적 긴 시상수를 제공하여, 펄스 전력에서 바이어스 전류원(I+)을 차단하기 위해 비교적 높은 인덕턴스값을 가질 수 있다. 마찬가지로 바이어스 전류원(I+)은 (바이어스 인덕터(LB3)를 통해 그라운드로 복귀하는) 압축 헤드 포화 인덕터Lp - 1(64)와 (변압기(56)의 2차 권선을 통해 그라운드에 복귀하는)펄스 변압기(56)를 바이어싱할 수 있다.
전극(83 및 84)간의 방전후, 캐패시터Cp는 음극성 전하로 구동될 수 있는데, 이는 회로(40, 50, 60, 80)와 레이저 챔버 모듈 전극(83 및 84)간의 임피던스 부정합 및 포화 인덕터(Lp-1)가 전극(83 및 84)을 부식시키는 전극(83 및 84)간 공명하는 에너지를 갖는 대신, 캐패시터Cp-1로부터 캐패시터Cp까지 전류를 전송하는 것과 관련하여 이미 미리포화되어, 캐패시터Cp상의 역전하가 대신 캐패시터Cp-1등으로 공진하여 전달되고 다시 캐패시터C0로 전달되어, 다음 펄스동안 전력공급장치(20)로부터 충전되기 전에 캐패시터C0를 미리충전한다. 이런식으로, 전자 회로는 소모 에너지를 줄이고 레이저 챔버 모듈(80)에서의 공명후 사실상 제거되는 이전 펄스로부터 충전 캐패시터C0(42)상의 초과 에너지를 회복할 수 있다.
이것은 또한, 에너지 회수 인덕터(58)와 에너지 회수 다이오드(89)로 구성될 수 있는 에너지 회수 회로(57)에 의해 용이하게 된다. 충전 캐패시터C0(42)에 병렬로 연결된 두 개의 직렬 결합은, 펄스 전력 시스템의 임피던스가 챔버와 정확히 매칭되지 않고 챔버 임피던스가 펄스 방전동안 몇몇 크기순으로 변한다는 사실때문일 수 있고, 음극으로 가는 "반사"가 전극(83 및 84)간의 주 펄스로부터 생성되고, 펄스 발생 시스템(40, 50, 60, 80)의 전단을 향해 되전파될 수 있다.
초과 에너지가 압축 헤드(60)와 정류자(40)를 통해 되전파된후, (도시 안된) 제어기에 의해 고체 스위치(46)를 위한 트리거 신호의 제거 때문에, 고체 스위치(46)가 개방된다. 에너지 회수 회로(57)는 무공진 휠링(다이오드(59)에 의한 인덕터(58)에 흐르는 전류의 역전에 대하여 클램핑되는 충전 캐패시터C0(42)와 에너지 회수 인덕터(58)로 구성된 L-C회로의 반사이클 공명) 을 통해 충전 캐패시터C0(42)상의 음극 전압을 발생시킨 반사의 극성을 역전시킬 수 있다. 순수한 결과는 챔버 모듈(80)로부터 반사된 에너지의 실질적으로 전부는 각각의 펄스로부터 회수되어 다음 펄스에 이용되기 용이한 양극성 전하로서 충전 캐패시터C0(42)상에 저장될 수 있다.
상기한 DC바이어스 회로는 포화 인덕터와 펄스 변압기에 사용된 자기 재료의 완전한 B-H곡선을 보다 완전하게 이용하는 것을 돕는 기능을 할 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이, 바이어스 전류가 각각의 포화 인덕터L0(48), L1(54) 및 Lp-1(64)에 공급되므로 각각의 인덕터L0(48), L1(54) 및 Lp-1(64)는 그때 역포화되어 고체 스위치(46)가 닫힘으로써 펄스가 개시된다. 정류자 모듈(40)의 포화 인덕터L0(48) 및 L1(54)의 경우에는, 일반적인 펄스 전류 흐름, 즉 바이어스 전류원(120)으로부터 인덕터L0(48) 및 L1(54)을 통과하는 I-의 방향으로의 흐름에 비해, 대략 15A의 바이어스 전류 흐름을 후방으로 제공함으로써 이것이 수행된다. 실질적인 전류 흐름은 화살표B1로 표시된 바와 같이 전류공급장치로부터 정류자의 그라운드 접속부를 통과하고, 펄스 변압기(56)의 주 권선을 통과하고, 포화 인덕터L0(48)를 통과하여 절연 인덕터LB1를 통과하여 다시 바이어스 전류원(120)으로 흐른다. 압축 헤드 포화 인덕터의 경우에는, 제 2 바이어스 전류원(126)으로부터 절연 인덕터(LB2)를 통해 대략 5A의 바이어스 전류(B2)가 공급된다. 압축 헤드 모듈(60)에서는, 전류가 분기되고 하나의 분기된 전류가 포화 인덕터Lp-1를 통과하고 다시 절연 인덕터LB3를 통과하여 다시 제 2 바이어스 전류원(126)으로 흐른다. 전류B2-2의 나머지는 압축 헤드 모듈(60)과 정류자 모듈(40)을 연결하는 HV케이블을 다시 통과하고, 펄스 변압기(56)의 2차 권선을 통해 그라운드로 흐르고, (도시 안된) 바이어싱 저항을 통해 제 2 바이어스 전류원(126)으로 다시 흐른다. 이러한 제 2 전류는 펄싱 동작동안 리셋되도록, 펄스 변압기(56)를 바이어싱하는데 사용될 수 있다. 두 개의 가지의 각각으로 분기된 전류량은 각 경로의 저항에 의해 결정될 수 있고 각 경로가 정확한 양의 바이어스 전류를 입력받도록 조절될 수 있다.
"정방향 흐름"이라 불리는 펄스 에너지의 흐름은, 시스템(40, 50, 60, 80)을 통해 플랜트 전원(23)으로부터 전극(83 및 84)까지 및 전극(84)을 넘어 그라운드까지이고 이 방향을 정방향으로 한다. 포화 인덕터와 같은 전기 컴포넌트를 정방향 도전성인 것으로 하면, 이것은 전극을 향하는 방향-정방향으로 "펄스 에너지"를 도전시키는 것이 포화 상태로 바이어싱되는 것을 의미한다. 역방향으로 도전시키면, 역방향으로 포화되게 하고, 이러한 방향으로 바이어싱될 수 있다. 시스템을 통한 전류 흐름(또는 전자의 흐름)의 실제 방향은 시스템내의 관찰지점과 관찰시간에 좌우된다.
충전 캐패시터C0(42)는 (예컨대) 양극의 700볼트 전압으로 충전되고 따라서 고체 스위치(46)가 닫힐때 충전 캐패시터C0(42)로부터 충전 인덕터L0(48) 및 제 1 단계 압축 인덕터L1를 통해 제 1 단계 압축 캐패시터C1(52)로 향하는 방향으로 전류가 흐른다. 마찬가지로, 전류의 흐름은 C1(52)으로부터 펄스 변압기(56)의 주 권선측을 통해 그라운드로 흐른다. 따라서, 전류와 펄스 에너지의 방향은 충전 캐패시터C0(42)로부터 펄스 변압기(56)까지와 같다. 펄스 변압기(56)의 주 루프와 이차 루프 모두에 흐르는 전류 흐름은 둘다 그라운드방향일 수 있다.
고체 스위치(46)는 펜실베니아 영우드 소재 Powerex, Inc.가 공급하는 P/N CM 1000 HA-28H IGBT스위치일 수 있다.
이러한 고전압과 고전류로 동작하고 특히 4000Hz이상의 초고반복율로 동작하는 자기 회로 컴포넌트를 포함하는 회로는 매우 많은 양의 열을 발생시키는 것은 분명하다. 이것은 압축 헤드 자기 포화 인덕터/리액터(Lp-1)에 가장 문제가 되겠지만, 펄스 전력공급장치 시스템(40, 50, 60, 80)에 있는 포화 리액터/인덕터의 전부에 문제될 수 있다. 이것은 또한 스텝업 펄스 변압기(56)의 하나의 중요한 동작 인자이다. 과거에는 이러한 자기 회로 소자를, 미국 특허 제 5,448,580호-발명자 Birx등, 특허일 1995. 9. 5, 발명의 명칭 "AIR AND WATER COOLED MODULATOR", 출원 번호 제 270,718호, 출원일 1994. 7. 5-에 나타난 바와 같이, 냉각 플레이트를 사용하여 냉각했었는데, 이러한 냉각 플레이트는 이 플레이트를 통과하는 하나 이상의 통로를 구비하고, 이러한 통로는 통로간에 냉각 플레이트의 팽창에 의해 대체로 분리되어 있다. 또한, 1998. 7. 18 출원한 출원 번호 제 09/118,773호이고 현재 미국 특허 제 5,936,988호인 미국 특허와 2000. 7. 30일자 출원의 미국 특허출원 제 09/608,543호의 일부계속출원인, 1999. 8. 9 출원한 미국 특허출원 제 09/370,739호이고 현재 미국 특허 제 6,151,346호의 일부계속출원으로서, 2000. 10. 6 출원의 미국 특허출원 제 09/684,629호로서 2002. 8. 27 특허된, 미국 특허 제 6,442,181호-"EXTREME REPETITION RATE GAS DISCHARGE LASER", 발명자 Oliver등-에 나타난 바와 같이 물 등의 냉각 용액을 포함하는 파이프 코일을 이러한 자기 회로 소자의 하우징 외부와 접촉하여, 도전 연결함으로써 냉각하는 방법 또한 제안되었다. 상기 특허는 이러한 자기 회로 소자의 하우징 외부에 열 싱크 타입 냉각핀을 사용하는 훨씬 비효율적인 방법을 보여주고 있다. 분명한 이유로, 변압기 오일, 또는 예컨대 Castrol에서 제조된 Brayco Micronic 889와 같은 기타 적당한 유전 냉각 유체, 또는 주지된 임의의 Fluorinert화합물과 같은 유전체이어야 하는 액체를 도체와 코어 자기편과 접촉하여 하우징내에 주입되었다. 이러한 액체 인슐레이터는 부분적으로는 허용될 수 없는것으로 확인될 수 있는데, 그 이유는 슬로이드 미립자나 물 또는 기타 오염물 때문에 시간이 지남에 따라 파손되는 경향이 있기 때문이다. 미국 특허 제 4,983,859호-"MAGNETIC DEVICE FOR HIGH-VOLTAGE PULSE GENERATING APPARATUSES", 발명자 Nakajima 등, 특허일 1991.1.8-또한 이러한 유체를 사용하여 하우징내로 순환시키는 방법을 제안하고 있다. 기타 결점으로, 이러한 시스템은, 냉각 오일을 펌핑하여 순환시켜야 하기 때문에, 고청정 룸 조건을 가지는 시설, 즉 반도체 제조 시설에서는 사용될 수 없었다. 기타의 종래 기술은 상기한 참조 특허 기술에서 논의된 바와 같이, 하우징 내에 고정 밀봉된 유체를 사용하는 것을 포함하는데, 이러한 유체가 보다 많은 열교환을 위하여 열에너지를 주로 일으키는 도체와 자기편으로부터 하우징으로 열에너지를 전달하는데 적어도 보조하는 기능을 할 수 있는 대류에 의한 하우징내 순환 작용을 일으킬 수 있다.
전압 및 펄스 반복율 그리고 펄스 버스트간 시간 감소, 즉 보다 높은 듀티 사이클에 대한 훨씬 높아진 요구조건으로, 이러한 자기 회로 소자에서 방출된 열에너지는 점점 더 조정하기가 어려워진다. 이것은 1ns정도로 매우 좁거나 펄스 대 펄스의 변화 결여가 거의 없고 보다 적은 펄스 시간을 가진 매우 높은 펄스 반복율의 고속 펄스를 필요로 하는 UV 및 EUV, 그리고 보다 짧은 파장광을 위한 레이저광원과 같은 기계에서는 훨씬 더 문제가 되는데 그 이유는, 적어도 적절히 수행되고 온도가 이전의 경우보다 더 빡빡하게 제어되지 않을 경우, 이러한 펄스 발생 장치에 사용된 자기 회로 소자의 중요한 자기 특성이 온도 관련 드리프트에 매우 민감하기 때문이다. 종래의 방법 및 상기 논의된 장치 그리고 이러한 방법과 장치의 등가 장치는 과거의 요구조건에 적합하였지만, 이미 그렇게 되지 않은 경우이어도, 급격히 부적합하게 되고 있다. 따라서, 이러한 자기 회로 소자 기술에서, 클린 룸 환경에 잠재적으로 해로울 수 있는 기름등의 순환 유체를 사용하지 않고 냉각되는 부품사이의 전기적 절연을 유지하면서 도체, 자기 코어편등에 의해 발생된 열에너지를 제거하기 위한 개선된 방법과 장치가 필요하다.
펄스 스텝업 변압기의 물리적 구조는, 상기 참조한, 미국 특허 제 6,151,346호, 발명자 Partlo등, 특허일 2000. 11. 21, "HIGH PULSE RATE PULSE POWER SYSTEM WITH FAST RISE TIME AND LOW CURRENT" 및 미국 특허 제 5,940,421호, 발명자 Partlo등, 특허일 1999. 8. 17, "CURRENT REVERSAL PREVENTION CIRCUIT FOR A PULSED GAS DISCHARGE LASER"를 포함한, 본원의 공동 양수인에게 양도된 많은 이전 특허에도 설명되어 있다.
논의된 바와 같은 고압 응용에서는, 개별 부품 간 전위차를 갖는 인가 전압을 유지하기 위해 두 개의 도전성 금속 부품간에 전기적 인슐레이터를 둘 필요가 있다. 많은 경우, 공기만으로는, 이 또한 인슐레이터이지만, 불충분하다. 또한, 많은 경우에 이러한 부품간의 절연은 일 축 이상에 있을 필요가 있을 수 있다. 논의된 바와 같은, 알려진 회로에 사용된 주지의 인덕터에서, Kapton(폴리이미드)등의 인슐레이터가 금속 컴포턴트를 절연하는데 사용되었을 수 있다. 이 경우, 상기 미국 특허 제 5,936,988호의 도 8B에 도시된 인덕터 하우징에서, Kapton등의 인슐레이터 시트가 도면에 나타난 하우징의 내벽과 금속 소자, 예컨대, 도면에 나타나 있는 자기 코어(301 및 302)사이에 삽입하여, 인덕터 하우징 내벽에 인접한 실린더를 형성함으로써 사용될 수 있다. 또한 알려진 인덕터에서는 이러한 시트의 형상은 (그 도면에는 도시 안된) 하우징내에 형성된 또다른 내부 실린더벽에 인접한 실린더의 형태를 갖고 있다. 이러한 재료 시트는 적당한 모양과 크기로 잘라 하우징내에 삽입하여 하우징 바닥을 덮고 하우징내의 근처의 전기공급 금속 컴포넌트로부터 하우징 바닥을 분리할 수 있다. 이러한 배치는, 아크발생 및 기타 바람직하지 않은 효과(예컨대, 공기방울이 인슐레이터 시트와 하우징사이에 일어나서, 유전체의 부정합 상태 및 전기적 손상을 일으킬 수 있는 전기장 강화를 일으킬 수 있다.)를 일으킬 수 있는 커버리지내 갭을 형성하는 변형의 존재 및/또는 부적절한 적합에 대한 경향을 포함하여 다양한 이유로 만족스럽지 않은 것으로 입증되었다.
형태와 적합성이 허용되는 경우, 항상 이러한 경우이지는 않지만, 대안으로, 개방 환상 단부 절연 재료를 기계가공하여 개구내에 마찬가지 형태의 환상 컴포넌트를 두는 것이 가능할 수 있다. 그러나, 이것은 기계가공된 절연 재료, 예컨대 Mylar 또는 Kapton이 간단히 폐기되어야 하므로 비용이 매우 비쌀 수 있다. 또한, 또다른 절연 재료 시트가 개방 환상 절연 구조의 정상부에서 개구를 폐쇄하기 위해 사용되는 경우 갭과 부수 문제가 여전히 일어날 수 있다.
따라서, 고전력 고펄스율 자기 회로 소자등에서 이러한 문제에 대한 해결책을 찾아낼 필요가 있다.
적어도 하나의 코어 지지 부재 벽을 구비하고 중심에 위치된 코어 지지 부재 주위에 배치된 자기 코어를 구비한 자기 회로 소자를 냉각하기 위한 장치와 방법이 개시되고, 자기 회로 소자는 코어 지지 냉각제 유입부; 코어 지지 냉각제 유출부; 및 복수의 상호 연결된 냉각제 유로;를 포함할 수 있고, 상기 냉각제 유로는 코어 지지 부재 벽내에 포함되고 상호 연결되며, 코어 지지 냉각제 유입부로부터 코어 지지 냉각제 유출부까지 코어 지지 부재 벽의 적어도 일부 내에 있는 냉각제 흐름 경로를 따라 코어 지지 부재 벽내의 하나의 냉각제 유로로부터 다음 냉각제 유로로 냉각제를 통과시키도록 배치된다. 또한, 본 장치에서, 각각의 코어 지지 냉각제 유로는 각각의 코어 지지 냉각제 유로의 각각의 단부에서 유체 연통 플레넘과 유체 연통하고, 각각의 유체 연통 플레넘은 각각의 코어 지지 냉각제 유로중 적어도 제 1 유로를 위한 유출 플레넘 및 각각의 코어 지지 냉각제 유로중 적어도 제 2 유로를 위한 유입 플레넘을 코어 지지 냉각제 유입부로부터 코어 지지 냉각제 유출부까지의 냉각제 흐름 경로를 따라 형성한다. 자기 코어 및 코어 지지 부재가 하우징에 포함될 수 있고, 상기 하우징은 하우징 벽; 하우징 냉각제 유입부; 하우징 냉각제 유출부; 및 복수의 상호 연결된 하우징 냉각제 유로;를 포함하고, 상기 하우징 냉각제 유로는 하우징 벽내에 포함되고 상호 연결되며, 하우징 냉각제 유입부로부터 하우징 냉각제 유출부까지 하우징 벽의 적어도 일부내에 있는 냉각제 흐름 경로를 따라 하우징 벽내의 하나의 냉각제 유로로부터 다음 냉각제 유로로 냉각제를 통과시키도록 배치된다. 하우징과 코어 지지 부재는 자기 코어 주위에 두 개의 권선을 형성하는 전류 흐름 경로의 적어도 일부의 부분을 형성한다. 본 발명의 또다른 태양에서, 도전 재료 박막으로 버스워크를 코팅할 수 있다.
도 1은 자기 유도 리액터를 사용한 종래의 펄스 전력 회로를 도시한 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 유도 리액터 하우징의 사시도;
도 3은 도 2의 3-3라인을 따라 자른 도 2의 하우징의 단면도;
도 4는 도 2 및 3에 도시된 하우징의 측벽부의 상세 단면도;
도 5는 명확화를 위해 하우징 상부가 제거된 도 1-3의 하우징의 정상도;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 코어 바스켓 어셈블리의 도 8의 6-6라인을 따라 자른 부분 단면도;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 6의 자기 코어 바스켓 어셈블리의 일부를 형성하는 주축에 형성된 냉각제의 개요도;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 6의 자기 코어 바스켓 어셈블리의 일부를 형성하는 주축의 정상도; 및
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 전력 변압기 권선 측판 및 주축에 응용된 본 발명의 대안의 실시예를 나타낸 도면.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 유도 리액터 하우징(200)의 사시도가 도시되어 있다. 하우징(200)은 실린더형이고 바닥부(202), 중앙부(204) 및 상부(206)를 구비할 수 있다. 레지(218)는, 도 4에 도시되어 있고, 환상의 실링 링(도시 안됨), 예컨대 "비톤(viton)"으로 된 O링이 삽입될 수 있는 환상의 실링 그루브(232)를 구비할 수 있다. 하우징 커버(230)는 커버(230)상에 (도시 안된) 환상의 플랜지와 맞물리는 (도시 안된) 환상의 유지링에 의해 측벽에 부착될 수 있다. 하우징 커버(230)는 상부(206)의 일부를 형성하는 레지(218)내에 형성된 나사구멍(220)에 나사산이 형성된 나사에 의해 측벽(210)에 부착될 수 있다. 하우징(200)은 또한 당업계에서 알려진 진공 브레이징등의 용접으로 하우징(200)의 바닥 플레이트(216)에 부착될 수 있는 중앙 기둥(212)을 구비할 수도 있다. 대안으로, 바닥 플레이트(216)와 중앙 기둥(212)을 따라 전체 바닥부(202)는 하나의 재료편으로부터 기계가공될 수 있다. 중앙 기둥(212)은, 하우징 커버(230)와 중앙 기둥(212)사이에 전기적 접촉을 위해 기능할 수 있는, (도시 안된) 복수의 나사에 의해, 하우징(200) 커버(230)를 하우징(200)에 부착하기 위한 복수의 나사 구멍(214)을 구비할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(200)은 하우징(200)의 실링의 일부를 형성하는 정상 플레이트(208)를 구비할 수 있다.
도 4를 참조하면, 하우징(200)의 측벽(210)이 보다 상세히 도시되어 있고, 측벽(210) 내부면(211)이 도 4에서 보이는 좌측에 도시되어 있다. 하우징(200) 측벽(210)의 바닥부(202)는 진공 브레이징 연결부(224)에 의해 중앙부(244)에 부착될 수 있다. 중앙부(204)는 마찬가지로 진공 브레이징 연결부(222)에 의해 상부(206)에 연결될 수 있다. 도 4의 단면에서 볼 수 있는 바와 같이, 하우징(200) 측벽(210)의 중앙부(204)는 복수의 수직 냉각제 통로(240)를 포함하고 있고, 냉각제 통로의 각각은 하우징 벽 냉각제 상부 플레넘(242) 및 하우징 벽 냉각제 하부 플레넘(244)과 유체 연통할 수 있다.
도 5를 참조하면, 명확화를 위해 하우징(200) 측벽(210)의 상부(206)가 제거된 하우징(200)의 정상도가 도시되어 있다. 도 5는 하우징(200) 측벽(210)의 중앙부(204)내의 냉각제 통로(240) 각각이 중앙부(204)의 정상 가장자리에 기계가공된 그루브에 의해 형성될 수 있는 하우징(200) 냉각제 상부 플레넘(242)을 통하거나, 각각이 도 5에서 쇄선으로 표시되고, 하우징(200) 중심부의 바닥 가장자리내에 기계가공된 그루브에 의해 형성될 수 있는 하우징 냉각제 하부 플레넘(244)에 의해 이웃 냉각제 통로(240)의 각각과 유체 연통한다. 그렇게 연결되지 않은 단 두 개의 이러한 냉각제 통로(240)는 각각, 냉각제 유입 파이프(246)와 냉각제 유출 파이프(248)에 연결된 것이다. 냉각제 유입 파이프(246)와 냉각제 유출 파이프(248)에 연결된 이러한 두 개의 냉각제 통로는 빈 진공충진 홀(245)에 의해 나누어진다. 물등의 냉각제는, 이하 보다 완전하게 이해되는 바와 같이, 하우징내에 포함된, 자기 리액티브 인덕터 회로 소자의 동작에 의해 하우징(200)내에 발생된 열때문에 하우징 측벽(210), 바닥 플레이트(216) 및 정상 플레이트(208) 및/또는 커버(230)에 유입하는 열을 제거하기 위해, 하우징(200) 열제거 시스템으로서 이용될 수 있음을 이해할 것이다.
냉각제는 도 5에 도시된 바와 같이 유입 파이프(246)와 유체 연통하는 각각의 냉각제 통로(240)로 유입 파이프(246)를 통해 도입될 수 있고, 이후 각각의 냉각제 통로를 통해 도 5의 쇄선으로 도시된, 하우징 벽 냉각제 하부 플레넘으로 통과하여 내려간다. 이러한 하부 냉각제 플레넘에서, 각각의 냉각제 통로(240)는 다음 냉각제 통로(240)와 유체 연통하여 배치되어 있다. 이러한 다음 냉각제 통로(240)는 냉각제를 하우징 벽 냉각제 상부 플레넘으로 복귀시킨다. 이러한 하우징 벽 냉각제 상위 플레넘은 이러한 각각의 다음 냉각제 통로(240)를 추가 연속된 냉각제 통로(240)와 유체 연통하여 배치하고, 이와같이 냉각제 유출 파이프(248)와 유체 연통하는 각각의 냉각제 통로(240)로 통과될때 까지 계속되고, 여기서 냉각제는 적당한 열 교환기와 같은, (도시 안된) 적당한 열 제거 유닛으로 복귀될 수 있다.
냉각제 통로(240)와 각각의 하우징 벽 냉각제 상부 플레넘(242) 및 하우징 벽 냉각제 하부 플레넘(244)는, 상기한 바와 같이 하부(202)와 상부(206)가 중앙부에 부착되기 전에, 하우징(200)의 중앙부(204)로 기계가공될 수 있음을 이해할 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 코어 바스켓 어셈블리(150)의 도 8의 6-6라인을 따라 자른 부분 단면도가 도시된다. 자기 코어 바스켓 어셈블리(150)는 일체로 형성된 주축 플랜지 바닥부(256)을 포함할 수 있는, 실린더형 주축 중앙부(254), 실린더형 주축 하부(252)를 포함할 수 있는 주축을 포함할 수 있다(정상, 바닥등 방향은 도면에 도시된 방향의 참조의 편의를 위해서만 본 명세서에서 사용됨을 이해할 것이다). 주축(250)은 또한 주축 플랜지 정상부(258)를 포함할 수 있다. 주축(250) 하부(252), 중앙부(254) 및 주축 플랜지 바닥부(256) 및 정상부(258)는 중앙의 실린더형인 개구(260)를 형성한다. 주축 하부는 진공 브레이징에 의해 주축 중앙부(254)에 부착될 수 있고 주축 플랜지 바닥부(256)는 마찬가지로 진공 브레이징에 의해 주축 플랜지 정상부(258)에 부착될 수 있다.
진공 브레이징에 의해 주축 플랜지 정상부(258)에 복수의, 예컨대 6개의 스탠드오프(280)가 부착될 수 있고, 그 중 2개(도 6에 도시된 것, 그리고 도 6의 단면에 도시된 바와 같이)는 도 6의 단면에 도시된 바와 같은 각각의 스탠드오프 내부로 유입/유출 플레넘(284)와 연통하는, 주축 유입 파이프(282)와 주축 유출 파이프(283)를 통해 (도시 안된) 냉각제 시스템에 연결될 수 있다. 또한 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 주축 유입 또는 유출 플레넘(284)은 네개의 유입/유출 플레넘 핑거(276)의 각각의 세트와 유체 연통할 수 있고, 여기서 상기 핑거(276)는 상기한 바와 같이, 주축 플랜지 바닥부(256)의 상부면내에 그루브를 기계가공하고 이후 주축 플랜지 정상부(258)를 주축 플랜지 바닥부(256)에 부착함으로써 주축 플랜지 바닥부(256)에 형성될 수 있다. 유입/유출 핑거(276)를 형성하는 그루브로의 그루브 매칭은 주축 플랜지 정상부(258)의 하측에 형성될 수도 있지만, 여기에 도시된 실시예에서는 주축 플랜지의 바닥부(256)만이 각각의 그루브를 갖도록 도시되어 있음을 이해할 것이다. 주축 하부(252)와 주축 중앙부(254)는 또한 내측벽(262)과 외측벽(264)을 구비한 실린더형의 주축 벽을 형성한다. 도 6의 단면에 도시된 바와 같이, 주축 중앙부(254)는 주축 중앙부(254)내에 수직으로 뻗어있는 복수의 주축 냉각제 통로(270)를 포함하고 있다. 주축 냉각제 통로(270)의 각각은, 주축 냉각제 유입 파이프(282)와 주축 냉각제 유출 파이프(283)와 각각 유체 연통하는 주축 냉각제 유입 플레넘(284)으로부터 뻗어있는 두 개의 핑거(276)와 유체 연통하는 두 개의 주축 냉각제 통로(270)를 제외하면, 도 7에 상세히 도시된 바와 같이, 주축 중앙부 상부 냉각제 혼합 플레넘(272) 및 주축 중앙부 냉각제 혼합 플레넘(274)와 양자와 유체 연통하고 있다.
도 7은 주축 중앙부(254)주위로 180°뻗어서, 각각의 주축 냉각제 상부 혼합 플레넘(272) 및 주축 냉각제 하부 혼합 플레넘(274)에서 혼합하는, 유입 파이프(282)로부터 유출 파이프(283)까지 대체로 두 개의 평행 흐름 경로를 형성하는 주축 중앙부(254)에 형성된 냉각제 통로(270)의 개요도를 도시하고 있다. 냉각제는 도 7의 우측에 도시된, 각각의 스탠드오프(280) 내부 플레넘(284)을 통해 유입 파이프(282)와 유체 연통하는 핑거(276)에 유입하고 각각의 핑거(276)와 유체 연통하는 각각 두 개의 주축 냉각제 통로(270)의 각각에 평행하게 유입할 수 있다. 이러한 두 개의 각각의 냉각제 통로(270)는 다시 복수의 주축 중앙부 냉각제 하부 혼합 플레넘(274)중 각각의 하나와 유체 연통한다. 냉각제는 이러한 주축 중앙부 냉각제 하부 혼합 플레넘(274)에서 혼합하여 두 개의 부가적인 냉각제 통로(270)를 통하여 복수의 주축 중앙부 냉각제 상부 혼합 플레넘(272)중 각각의 하나에 평행하게 통과하고, 이것은, 도 7의 좌측에 도시된, 스탠드오프 유출 파이프(283)와 유체 연통하는 각각의 스탠드오프 유출 플레넘(284)과 유체 연통하는 각각의 냉각제 통로(270)쌍과 유체 연통하는 복수의 주축 중앙부 냉각제 하부 혼합 플레넘(274)중 각각의 하나에 도달할때 까지 계속된다.
핑거(276), 냉각제 통로(270), 냉각제 상부 혼합 플레넘(272) 및 냉각제 하부 혼합 플레넘(274)의 같은 시스템이 도 8의 정상도로 도시된 바와 같이, 주축 중앙부(254)의 나머지 180°주위로 유입 파이프(282)로부터 유출 파이프(283)까지 냉각제를 전달함을 이해할 것이다.
도 7과 함께, 주축(250)의 정상 부분 단면도인, 도 8을 참조하면, 주축 중앙부 플랜지 바닥부(256)에 사행형 플랜지 냉각 통로(330)가 형성되어 있는 것이 도시되어 있다. 사행형 플랜지 냉각 통로(332)는 주축 플랜지(256, 258)의 내반경에 거의 인접한곳으로부터 주축 플랜지(256, 258)의 외반경에 거의 인접한곳 까지 대칭형 루프를 형성함으로써 내경에서 외경까지 플랜지 냉각의 균형을 맞추기 위한 기능을 한다. 이것은, 냉각제를 플랜지(256, 258)의 내반경을 향해 전달하는 기능을 하는, 핑거(276)의 근처에서만 변한다. 핑거(276)를 형성하는 그루브와 함께, 하우징 중심부(204), 냉각제 통로(270), 및 플레넘(272, 274)과 같이 사행형 플랜지 냉각 채널(330)은, 예컨대 진공 브레이징에 의해서와 같이, 주축 하부(252)와 플랜지 정상부(258)가 주축 중앙부(254) 및 플랜지 바닥부(256)에 각각 부착되기전에 기계가공될 수 있음을 이해할 것이다.
자기 코어 바스켓 어셈블리(150)는 또한 원형 바닥 플레이트(300)를 주축 하부에 부착했을 수도 있고, 원형 바닥 플레이트(300)는 바닥 플레이트(300)를 통해 주축 하부(252)내에 나사 구멍(303)으로 나사산이 형성된 (도시 안된) 나사에 의해 주축 하부(252)에 부착될 수 있다. 플랜지(256, 258) 및 바닥 플레이트(300)의 주변주위에서 이격되고 나사산이 형성된 개구(308 및 306)를 통해 플랜지(256, 258)와 바닥 플레이트(300)의 각각에 부착된 복수의 스탠드오프(302)를 포함하는 자기 코어 바스켓 어셈블리(150)는 (도시 안된) 하나 이상의 자기 코어를 수용하는 기능을 한다. 자기 코어는 하나 이상의 환상의 자기 재료편으로 형성될 수 있다. 이것은 알루미늄과 같은 환상의 금속편에 의해 형성될 수 있고, 그 금속편이 니켈이나 철 또는 니켈 철 합금으로된 자기 테이프의 스풀을 갖고 있어서 주축 바닥부(252), 또는 중앙부(254)와 전기적으로 접촉하거나 주축 바닥부(252) 및 중앙부(254)중 적어도 하나와 전기적으로 접촉하는 알루미늄으로써 주축(250)위에 적합한 코어를 형성할 수 있다. 몇몇 경우에는, 제조상의 오차때문에, 주축(250) 바닥부(252) 및/또는 중앙부(254)간의 양호한 전기접촉을 보장하기 위해, 적당한 도전 재료의 심(shim), 예컨대 시트 테이프형태의 구리 심이 (도시 안된) 알루미늄 토로이드와 주축(250)사이에 삽입될 수 있다. (도시 안된) 자기 코어는 주축(250) 바닥부(252)와 중앙부(254)위에 삽입되어 바닥 플레이트(300)에 의해 적당히 유지될 수 있다. 바스켓 어셈블리(150)는 또한 스탠드오프(280)가 뻗어있는 홀에 맞춰질 수 있는 정상 플레이트(304)를 구비할 수도 있다. 정상 플레이트(304)는 또한 나사 구멍(214)내에 나사산이 형성된 (도시 안된) 나사에 의해 중심 기둥(212)에 부착될 수있다.
플랜지(256, 258) 및 스탠드오프(280)를 포함하는 주축(250)은 니켈도금된 구리로 제작될 수 있고, 정상 플레이트와 바닥 플레이트 또한 니켈도금 구리로 제작될 수 있다. 스탠드오프(302)는 알루미늄으로 제작될 수 있다. 스탠드오프(280)가 뻗어있는 개구내를 포함하여, 바닥 플레이트(300)와 정상 플레이트(304)는 파릴렌 코팅 스프레이와 같은 적당한 유전재료로 코팅될 수 있다. 실링 그루브(218)아래로 그리고 돌출부(234)위로 뻗어있는 하우징(200) 측벽의 일부와 내벽 또한 절연을 위해 파릴렌으로 코팅될 수 있다. 동작시에, 자기 유도 리액터는 도 1의 회로에서, 압축 헤드 모듈(60)내의 캐패시터Cp - 1와 전기 접촉하는 커버(230)에 연결될 수 있고, 따라서 전류는 커버(230)를 통과하여 커버(230)와 전기접촉하는 스탠드오프(280)로, 주축 중앙부(254)와 바닥부(252)를 통과하여 바닥 플레이트로, 홀(303)내의 나사를 통과하여 홀(306)내의 나사에 의해 바닥 플레이트(300)에 전기적으로 연결된 스탠드오프(302)위로, 이후 홀(308)내의 나사를 통해 정상 플레이트로, 이후 홀(214)내의 나사를 통해 중심 기둥으로 그리고 회로내의, 예컨대 다음 단계 캐패시터Cp에 전기적으로 연결된 하우징(200)의 바닥외부로 흐른다. 따라서, 자기 코어 바스켓 어셈블리(150)내에 포함된 하우징(200)과 (도시 안된) 자기 코어는 투턴 유도 소자, 예컨대 Lp - 1를 형성할 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예가 도시되어 있고, 이것은 도 1의 변압기(56)와 같은, 변압기의 각각의 와인딩 소자(350)로 구체화될 수 있다. 와인딩 소자(350)는, 각각 주축(358)상에 플랜지를 형성하는 우벽(352)과 좌벽(354)사이에 뻗어있는 주축(358)을 형성하는 주축(358)과 함께, 우측판 벽(352)과 좌측판 벽(354)을 갖는 측벽 형태일 수 있다. 주축은 변압기(56)의 2차 권선이 뻗어있는 중심 개구(356)를 구비할 수 있다. 본 발명을 변압기(56) 와인딩 소자(350)로 응용한 예로서 우벽(352)이 그 내부에, 우벽(352)의 부분 절단부(370)에 도시되고, 냉각제 수직 통로(376)로 유도하는 냉각제 유입 플레넘(371)으로 유도하는, 냉각 유입 통로(372)를 형성했을 수 있다. 도 9에 나타난 바와 같이, 냉각제 통로(376)는 하우징(200) 측벽 냉각제 통로(240)와 마찬가지의 방식으로 주축(358)에 형성될 수 있고, 하우징(200) 중앙부(204)내의 상부 플레넘(242)과 하부 플레넘(244)의 주축내 냉각제 우측 플레넘(374) 및 냉각제 좌측 플레넘(375)에 의해 상호연결될 수 있다.
본 발명은 하우징(200)을 형성하는, 예컨대 하우징의 바닥(216)의 내부의 내벽(211), 및 커버(230)의 내부와 같은, 인접 컴포넌트는 물론, 중심 기둥(212), 채널(260) 내벽(262) 및 주축(250)의 플랜지 부(256, 258)와 같은 하우징내의 컴포넌트의 내벽(211)의 표면에 절연 재료의 코팅을 사용한다. 전기적 절연 코팅을 사용하는 이러한 응용은 고도의 커버리지로 즉, 전기 절연 관점에서는 필수적으로 완벽한 커버리지로 대상 금속에 바로 도포될 수 있다. 코팅용 전기적 절연 재료는 적어도 Mylar나 Kapton정도로, 매우 양호한 유전적 세기 특성을 갖도록 선택되었지만, 이와 동시에 비교적 높은 열전도특성을 갖도록 선택되었다(대부분의 전기적 인슐레이터는 열적 인슐레이터이다). 이것은, 고펄스율, 따라서 고평균전력에서 동 작하는 자기 인덕터와 같은 회로 소자에 대한 열비용 관리를 개선시킨다.
재료는, 예컨대 플라즈마 코팅, 플레임 또는 열 스프레이 코팅, 화학적 또는 물리적 증착법등 다양한 주지의 증착 기술중 어느 하나에 의해 증착될 수 있고, 이러한 증착 기술들은 대략 10-500μm정도로 매우 선택적인 두께를 갖는 대체로 박막을 증착하는데 사용될 수 있다. 재료는, 파릴렌, 알루미늄 산화물 또는 사파이어, 알루미늄 질화물을 포함한 기타 유사한 세라믹 재료, 또는 알루미늄 산소-질화물 및 다이아몬드 결합을 갖는 탄소의 비정질상인 다이아몬드나 다이아몬드상 카본("DLC") 코팅과 같은 열적 도체 재료를 통해 전기적으로 절연하는 군으로부터 선택될 수 있다. 이러한 재료중 몇몇을 위한 증착 공정, 예컨대, 알파-알루미나(비정질 알루미나), 이트리아 안정화 지르코니아, McrAlY등의 코팅이 증착되는 기판에 분자 결합되어 핀홀이나 틈이 없지만, 필요한 전기 저항과 열 전도성을 나타내는 초박막을 형성할 수 있다. 이러한 코팅은, 예컨대, 오하이오주 콜럼버스 소재 응용 Coatings, Inc.사가 공급하고 있다.
DLC코팅의 일 예로서, 펜실베이니아 알렌타운소재 Diamonex사가 공급하는 Diamonex는 106-1012옴/cm사이의 저항과 유리나 금속과 필수적으로 같은 열 전도성을 갖는 0.001 내지 10μm로 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예로 사용될 수 있는 파릴렌 또한 주지되어 있고 이것은 가상의 임의의 형태를 따르는 폴리머 코팅으로 구성되고 또한 진공 증착 공정에 의해 분자 단위로 도포될 수 있다. 처음에, 파릴렌 증기등의 디-파라-크실렌 증기가 열분해되어 증착 챔버내 진공실아래 증착 되어 폴리머 코팅을 형성한다. 파릴렌은 또한 1016정도의 높은 저항을 가지고 있고 양호한 열 도체이다. 그밖에, 캘리포니아 란초 쿠카몽가 소재 어드밴스트 코팅사의 파릴렌 C, 파릴렌 D, 및 파릴렌 N과 같은 주지의 파릴렌 조광기가 사용될 수 있다.
본 발명의 또다른 태양에서는, 자기 코어 바스켓(150)의 정상 플레이트(298)와 바닥 플레이트(300)를 연결하는 스탠드오프(302)와 (도시 안된) 하우징(200) 외부의 기타 유사한 스탠드오프와 같은, 하우징(200)내 포함된 리액터의 알루미늄 버스워크가 나사 구멍(304, 306)내의 나사에서, 또다른 금속 도체와 필수적으로 접촉되어, 전도도등이 악화될 수 있다. 이것은 이러한 버스워크용으로 현재 거의 사용되지 않는 알루미늄으로부터의 결과로 발견되었고, 부분적으로는 버스워크 컴포넌트가 있는 환경 때문에 그리고/또는 부분적으로는 계면을 통과하는 전류때문에, 계면에서 인슐레이터인 알루미늄 산화물등의 원하지 않는 코팅을 형성하기 위해 발견되었다. 몇몇 경우에는 절연 코팅은 계면에 아크 및/또는 탄화를 일으킬 수 있고, 결국 아크가 보다 강렬하게 될때, 어셈블리 불량을 일으킬 수 있다.
이러한 문제의 해결하기 위해, 버스워크의 노출면상에, Sheffield Plates사가 공급하는 스펙 MIL-C-5541의 Chem Film등의 크롬산염 전환 코팅등의 코팅을 형성하는 것이, 버스워크의 표면이 전기적으로 도전성이고 부식을 방지하는 것을 보장하는데 기여할 수 있는 일 해결책으로서 제안되어왔다. 그러나, 이러한 코팅, 예컨대 Chem Film은 적당한 두께로 도포하기가 곤란하고 비교적 잘 깨지기 쉽고 스 크래치와 마모를 감내해야 한다. 나중에 이것은 의도된 용도를 위한 이러한 코팅의 비효율로 작용한다.
출원인은 Chem Film코팅등의 장점인 무전해 니켈 코팅과 같은 무전해 금속 코팅을 사용하고, Chem Film등과 같은 코팅을 사용하는 불리한 점 없이 저 전기 저항과 양호한 내부식성을 얻을 수 있는 사용법을 발견했다. 그 제어가 당업계에서 주지되어 있는 플레이팅 공정에 의해 도포된 무전해 니켈과 같은 재료에 의한 코팅의 보다 정확한 제어가 스크래치나 마모에 의한 열화에 저항하고 이와 동시에 고펄스 전력 회로 버스워크의 효율성과 신뢰성을 크게 개선시키는 표면 저항등의 저항을 매우 효과적으로 제어하는 매우 강건한 코팅을 형성할 수 있다.
상기 본 발명의 실시예는 단지 설명과 묘사를 위한 것이고 본 발명이 이러한 실시예로 제한되지 않는다. 당업자는 본 발명의 범위와 사상을 변경하지 않고 상기 실시예에 많은 변형과 변경이 가능함을 이해할 것이다. 예컨대, 냉각제 통로는 상기 실시예에서 처럼 하우징의 중심축이나 주축에 축상 대응하여 형성될 필요가 없고, 하우징 중심부나 주축 주변 둘레로 뻗는 통로를 기계가공하기 위해 하우징의 중심부나 주축을 형성하는 다수의 섹션의 사용에 의할 수 있거나, 도면에 도시된 바와 같이 수직 이외의 기타 형태일 수 있지만, 일 각내지 수직까지 일 수 있고 기타 마찬가지의 변경이 가능하다. 상기 실시예는 O링등으로 적당한 실링으로 나사결합되거나 볼트결합된 연결로써, 브레이징외의 다른 어셈블리 기술을 사용하여 특정 구성 태양으로 변경될 수 있다.

Claims (50)

  1. 적어도 하나의 코어 지지 부재 벽을 구비하고 중심에 위치된 코어 지지 부재주위에 배치된 자기 코어를 구비한 자기 회로 소자로서,
    코어 지지 냉각제 유입부;
    코어 지지 냉각제 유출부; 및
    복수의 상호 연결된 냉각제 유로;를 포함하고, 상기 냉각제 유로는 코어 지지 부재 벽내에 포함되고, 코어 지지 냉각제 유입부로부터 코어 지지 냉각제 유출부까지 코어 지지 부재 벽 안에 있는 냉각제 흐름 경로를 따라 코어 지지 부재 벽내의 하나의 냉각제 유로로부터 다음 냉각제 유로로 냉각제를 통과시키도록 상호 연결되고 배치되는 것을 특징으로 하는 자기 회로 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 코어 지지 냉각제 유로는 각각의 코어 지지 냉각제 유로의 각각의 단부에서 유체 연통 플레넘과 유체 연통하고, 각각의 유체 연통 플레넘은 각각의 코어 지지 냉각제 유로중 적어도 제 1 유로를 위한 유출 플레넘 및 각각의 코어 지지 냉각제 유로중 적어도 제 2 유로를 위한 유입 플레넘을 코어 지지 냉각제 유입부로부터 코어 지지 냉각제 유출부까지의 냉각제 흐름 경로를 따라 형성하는 것을 특징으로 하는 자기 회로 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    각각의 냉각제 유로중 적어도 제 1 유로는 단일 코어 지지 냉각제 유로이고 각각의 냉각제 유로중 적어도 제 2 유로는 단일 코어 지지 냉각제 유로인 것을 특징으로 하는 자기 회로 소자.
  4. 제 2 항에 있어서,
    각각의 냉각제 유로중 적어도 제 1 유로는 복수의 코어 지지 냉각제 유로이고 각각의 코어 지지 냉각제 유로중 적어도 제 2 유로는 복수의 코어 지지 냉각제 유로인 것을 특징으로 하는 자기 회로 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    코어 지지 부재는 코어 지지 부재로부터 뻗어있는 플랜지를 포함하고, 상기 플랜지는 내부 치수와 외부 치수를 가지며, 코어 지지 냉각제 유입부 및 코어 지지 냉각제 유출부 사이에서, 내부 치수를 향하면서 외부 치수로부터 멀어지고 그 다음에 외부 치수로 향하면서 내부 치수로부터 멀어지도록 교대로 뻗어있는 복수의 상호연결된 플랜지 냉각제 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 회로 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    자기 코어 및 코어 지지 부재를 포함하는 하우징으로서, 하우징 벽, 하우징 냉각제 유입부, 그리고 하우징 냉각제 유출부를 포함하고 있는 하우징; 및
    하우징 벽내에 포함되고, 하우징 냉각제 유입부로부터 하우징 냉각제 유출부까지 하우징 벽 안에 있는 냉각제 흐름 경로를 따라 하우징 벽내의 하나의 냉각제 유로로부터 다음 냉각제 유로로 냉각제를 통과시키도록 상호 연결되고 배치되어 있는 복수의 상호 연결된 하우징 냉각제 유로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 회로 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 자기 코어 주위에 두 개의 권선을 포함하는 전류 흐름 경로를 더 포함하고, 상기 하우징과 코어 지지 부재는 상기 자기 코어 주위의 상기 두 개의 권선 중 각각의 일부에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 회로 소자.
  8. 적어도 하나의 코어 지지 부재 벽을 구비하고 중심에 위치된 코어 지지 부재주위에 배치된 자기 코어를 구비한 자기 회로 소자 냉각 방법으로서,
    코어 지지 냉각제 유입부를 제공하는 단계;
    코어 지지 냉각제 유출부를 제공하는 단계; 및
    코어 지지 부재 벽내에 포함된 복수의 상호 연결된 코어 지지 냉각제 유로를 이용하여 코어 지지 냉각제 유입부로부터 코어 지지 냉각제 유출부까지 코어 지지 부재 벽의 적어도 일부내에 있는 냉각제 흐름 경로를 따른 복수의 상호 연결된 코어 지지 냉각제 유로에 냉각제를 통과시켜서 코어 지지 부재를 냉각시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 회로 소자 냉각 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    각각의 코어 지지 냉각제 유로의 각각의 단부에서 유체 연통 플레넘과 유체 연통하도록 상기 각각의 코어 지지 냉각제 유로를 위치시키는 단계를 더 포함하고, 각각의 유체 연통 플레넘은 각각의 코어 지지 냉각제 유로중 적어도 제 1 유로를 위한 유출 플레넘 및 각각의 코어 지지 냉각제 유로중 적어도 제 2 유로를 위한 유입 플레넘을 코어 지지 냉각제 유입부로부터 코어 지지 냉각제 유출부까지의 냉각제 흐름 경로를 따라 형성하는 것을 특징으로 하는 자기 회로 소자 냉각 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    각각의 코어 지지 냉각제 유로중 적어도 제 1 유로는 단일 코어 지지 냉각제 유로이고 각각의 코어 지지 냉각제 유로중 적어도 제 2 유로는 단일 코어 지지 냉각제 유로인 것을 특징으로 하는 자기 회로 소자 냉각 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    코어 지지 부재로부터 뻗어있고, 내부 치수와 외부 치수를 가지는 플랜지를 코어 지지 부재에 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 플랜지를 제공하는 단계는, 코어 지지 냉각제 유입부 및 코어 지지 냉각제 유출부 사이에서, 내부 치수를 향하면서 외부 치수로부터 멀어지고 그 다음에 외부 치수로 향하면서 내부 치수로부터 멀어지도록 교대로 뻗어있는 복수의 상호연결된 플랜지 냉각제 유로로써 플랜지를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 회로 소자 냉각 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    자기 코어 및 코어 지지 부재를 포함하는 하우징으로서, 하우징 벽, 하우징 냉각제 유입부, 및 하우징 냉각제 유출부를 포함하는 하우징을 제공하는 단계; 및
    하우징 벽내에 포함된 복수의 상호 연결된 하우징 냉각제 유로를 사용하여 하우징 냉각제 유입부로부터 하우징 냉각제 유출부까지 하우징 벽 안에 있는 냉각제 흐름 경로를 따른 하우징 벽내의 하나의 냉각제 유로로부터 다음 냉각제 유로까지 냉각제를 통과시켜 하우징을 냉각하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 회로 소자 냉각 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 자기 코어 주위에 두 개의 권선을 포함하는 전류 흐름 경로를 더 포함하고, 상기 하우징과 코어 지지 부재는 상기 자기 코어 주위의 상기 두 개의 권선 중 각각의 일부에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 회로 소자 냉각 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    자기 회로 소자의 적어도 일부의 동작동안 고전압에 전기적으로 부착되어 있는 자기 회로 소자의 적어도 하나의 고전압 물리적 컴포넌트; 및
    자기 회로 소자의 적어도 일부의 동작동안 공통 전압 또는 그라운드된 전압에 전기적으로 부착되어 있는 적어도 하나의 공통 전압 물리적 컴포넌트;를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 고전압 물리적 컴포넌트와 상기 적어도 하나의 공통 전압 물리적 컴포넌트는 상기 고전압 물리적 컴포넌트와 상기 공통 전압 물리적 컴포넌트의 각각의 표면 영역의 적어도 일부가 상기 고전압 물리적 컴포넌트를 상기 공통 전압 물리적 컴포넌트로부터 전기적으로 절연하고 열전도성 재료를 포함하는 전기 절연체를 포함하도록 서로 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 회로 소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전기 절연체는 분자 결합 유기 및 무기 화합물들의 군에서 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 회로 소자.
  16. 제 1 항에 있어서,
    외부 표면을 무전해 금속 화합물의 박막으로 코팅한 자기 회로 소자의 전기적 컴포넌트를 전기적으로 상호 연결하는 버스워크 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 회로 소자.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 무전해 금속 도금 화합물은 전기 도금에 의해 퇴적되는 것을 특징으로 하는 자기 회로 소자.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 전기 절연체는 알루미늄 산화물, 알루미늄 옥시 니트라이드, 알루미늄 질화물, 사파이어, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(DLC), 또는 파릴렌으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 회로 소자.
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