KR101320170B1

KR101320170B1 - 리액터

Info

Publication number: KR101320170B1
Application number: KR1020127001087A
Authority: KR
Inventors: 히로유끼 미따니; 교오지 자이쯔; 겐이찌 이노우에; 오사무 오자끼; 히로시 하시모또; 히로후미 호조; 고오지 이노우에; 에이이찌로오 요시까와; 나오야 후지와라
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2013-10-23
Also published as: KR20120023187A; US8614617B2; JP4654317B1; WO2011007879A1; US20120105190A1; CN102483987B; EP2455953B1; JP2011082489A; EP2455953A4; EP2455953A1; CN102483987A

Abstract

본 발명은, 소음, 가공비용 및 와전류손을 억제하면서, 큰 인덕턴스가 넓은 전류 범위에서 안정되게 발생하는 리액터를 제공하는 것이다. 본 발명에 관한 리액터(D1)에서는, 공심 코일을 구성하는 도체 부재의 두께(t)에 대한 도체 부재의 폭(W)의 비(t/W)가 1 이하, 더욱 바람직하게는 1/10 이하로 설정된다. 또한, 공심 코일(1)의 최내주 위치에 있어서의 제1 코어 부재(3)의 내벽면과 제2 코어 부재(4)의 내벽면과의 간격(L1)과, 공심 코일(1)의 최외주 위치에 있어서의 제1 코어 부재(3)의 내벽면과 제2 코어 부재(4)의 내벽면과의 간격(L2)과의 차(L1-L2)를 평균치(L3)로 나눈 값(L1-L2)/L3의 절대치가 1/50 이하로 설정된다. 공심 코일(1)에 있어서의 축심(O)으로부터 공심 코일(1)의 외주면까지의 반경(R)과 공심 코일(1)(도체 부재)의 폭(W)과의 비(R/W)는 2 ≤ R/W ≤ 4이다.

Description

리액터 {REACTOR}

본 발명은, 예를 들어 전기 회로나 전자 회로 등에 적합하게 사용되는, 리액터에 관한 것이다.

코일을 이용한 수동 소자인 리액터는, 예를 들어 역률 개선 회로에 있어서의 고조파 전류의 방지, 전류형 인버터나 초퍼 제어에 있어서의 전류 맥동의 평활화 및 컨버터에 있어서의 직류 전압의 승압 등의 여러 가지 전기 회로나 전자 회로 등에 사용되고 있다. 이러한 종류의 리액터에 관한 기술 문헌으로서, 예를 들어 특허문헌 1 내지 특허문헌 4가 있다.

특허문헌 1에는, 코일과, 상기 코일의 내측 및 외주에 충전된 자성 분말 혼합 수지로 이루어지는 코어와, 상기 코일과 코어를 수용하는 케이스를 갖고, 상기 케이스의 내벽면에 돌기부가 형성된 리액터가 개시되어 있다.

특허문헌 2에는, 코일을 권회한 보빈의 속이 빈 구멍에 내장되어 코일의 부착 권회축으로 되어 있는 막대 형상의 한 쌍의 연자성 합금 압분 코어와, 상기 한 쌍의 연자성 합금 압분 코어의 각 양단부에 조합되어 상기 한 쌍의 연자성 합금 압분 코어와 함께 4변형의 복합 코어를 형성하는 판 형상의 한 쌍의 소프트 페라이트 코어를 구비한 리액터가 기재되어 있다. 이 특허문헌 2에 개시되어 있는 리액터는 소형화 및 저 손실화를 목적으로 하고 있으며, OA 시에 약 2mH의 인덕턴스가 되도록, 연자성 합금 압분 코어와 소프트 페라이트 코어와의 대향 부분에 갭이 마련되어 있다.

그런데 이러한 갭이 코어 부재에 마련될 경우에는, 일반적으로 소음이나 누설 자속의 문제가 발생해 버린다. 또한, 코어 부재에 마련하는 갭의 치수 정밀도는 리액터의 인덕턴스 특성에 영향을 미치므로, 갭을 고정밀도로 형성할 필요가 있어, 리액터의 가공비용이 상승한다고 하는 문제도 발생해 버린다. 소음 대책으로서는, 갭 부분에 세라믹 소재를 사용하는 것을 들 수 있지만, 이러한 소음 대책에 의해서도 리액터의 가공비용이 상승한다고 하는 문제가 있다.

한편, 특허문헌 3 및 특허문헌 4에는, 공심(air-core)형의 코일을 이용한 리액터가 제안되어 있다. 특허문헌 3에는, 각 코일 턴이 복수의 띠 형상 단위 도체를 서로 포갬으로써 구성된 공심 리액터가 개시되어 있다. 이 리액터에 있어서, 코일 턴의 리액터의 반경 방향에 있어서의 두께는, 축 방향에 있어서의 폭보다도 작다.

또한, 특허문헌 4에는, 자기 실드 철심으로 포위된 상태에서, 절연통의 주위에 권회된 복수의 원판 코일이 코일 축 방향으로 다단으로 쌓아 포개어지는 동시에, 각 원판 코일이 서로 접속되어 이루어지는 리액터가 개시되어 있다.

일본 공개 특허 제2008-42094호 공보 일본 공개 특허 제2007-128951호 공보 일본 공개 특허 소50-27949호 공보 일본 공개 특허 소51-42956호 공보

특허문헌 3 및 특허문헌 4에 기재되어 있는 공심형의 리액터는, 특허문헌 2와 같이 구조가 복잡하지는 않고, 또한 비교적 넓은 전류 범위에서 안정된 인덕턴스 특성을 얻을 수 있다.

그러나 단순한 공심형의 리액터에서는, 인덕턴스가 작아져 버리므로, 원하는 특성을 얻기 어렵다. 또한, 코일 형상 등에 따라서는, 와전류손이 높아진다고 하는 문제도 있다.

본 발명은, 상술한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 소음, 가공비용 및 와전류손을 억제하면서, 넓은 전류 범위에서 안정되게 큰 인덕턴스를 얻을 수 있는 리액터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는, 여러 가지 검토한 결과, 상기 목적은 이하의 본 발명에 의해 달성되는 것을 발견했다. 즉, 본 발명의 일 형태에 관한 리액터는, 장척의 도체 부재를 권회해서 형성되는 공심 코일과, 상기 공심 코일의 양쪽 단부 및 외주부를 덮는 코어부를 구비하고, 상기 공심 코일의 축 방향에 있어서의 상기 장척의 도체 부재의 길이(W)에 대한, 상기 공심 코일의 직경 방향에 있어서의 상기 장척의 도체 부재의 길이(t)의 비(t/W)는 1 이하이며, 상기 공심 코일의 한쪽 단부에 대향하는 상기 코어부의 한쪽 면과, 상기 공심 코일의 다른 쪽 단부에 대향하는 상기 코어부의 다른 쪽 면은, 적어도 코일 단부를 덮는 영역에 있어서 평행하며, 상기 코어부의 상기 한쪽 면에 대하여, 상기 공심 코일을 형성하는 상기 장척의 도체 부재의 둘레 방향 면이 수직이며, 상기 공심 코일의 축 방향에 있어서의 상기 장척의 도체 부재의 길이(W)에 대한, 상기 공심 코일의 중심으로부터 외주까지의 반경(R)과의 비(R/W)는 2 내지 4인 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성의 리액터에 따르면, 소음, 가공비용 및 와전류손을 억제하면서, 큰 인덕턴스가 넓은 전류 범위에서 안정되게 발생할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 상술한 리액터에 있어서, 상기 코어부의 상면 및 저면의 상기 공심 코일의 공심부에 면한 부위에는, 상기 공심 코일로 돌출하는 돌기부가 형성되고, 상기 돌기부는, 상기 공심 코일의 공심부의 반경을 r, 돌기부의 코일 단부에 대향하는 코어면으로부터의 높이를 a, 돌기부 저면의 반경을 A라 했을 때,

0 < a ≤ W/3, 또한, r > √[A²＋(W/2)²]

을 만족하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 구성에 따르면, 리액터의 인덕턴스를 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 리액터에 있어서, 상기 비(t/W)는 1/10 이하인 것을 특징으로 한다. 또는, 상기 길이(t)는 당해 리액터의 구동 주파수에 대한 표피 두께 이하인 것을 특징으로 한다. 이들의 구성에 따르면, 리액터의 와전류손의 발생을 대폭으로 저감할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 리액터에 있어서, 상기 공심 코일의 내주 단부에 있어서의 상기 코어부 한쪽 면과 상기 코어부 다른 쪽 면과의 간격(L1)과, 상기 공심 코일의 외주 단부에 있어서의 상기 코어부 한쪽 면과 상기 코어부 다른 쪽 면과의 간격(L2)과의 차(L1-L2)를, 평균 간격(L3)으로 나눔으로써 산출되는 평행도[(L1-L2)/L3]의 절대치가 1/50 이하인 것을 특징으로 한다. 이 구성에 따르면, 공심 코일의 내부를 통과하는 자속선을 축 방향으로 평행하게 할 수 있고, 공심 코일 내를 통과하는 자속선의 방향과 상기 도체 부재의 상기 단면을 대략 평행하게 할 수 있다. 따라서 공심 코일의 내부를 통과하는 자속선이 축 방향으로 평행하지 않음으로써 와전류손이 증대하여 인덕턴스가 작아지는 것을 방지 또는 억제할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 리액터에 있어서, 상기 장척의 도체 부재는 도체층과 절연층을 그 두께 방향으로 적층함으로써 형성되어 있고, 인접하는 상기 도체층끼리는, 상기 코어부의 외부에 있어서, 상기 장척의 도체 부재의 길이 방향에 있어서의 단부에서 절연층을 협지하는 일 없이 접합되는 것을 특징으로 한다. 이 구성에 따르면, 전류가 흐르는 방향에서의 도체의 단면적을 확보하여, 공심 코일의 전기 저항의 증가를 억제할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 상술한 리액터에 있어서, 각 도체층 자체가, 또는 각 도체층으로부터 각각 따로따로 뽑아내어진 리드선이, 상기 코어부의 외부에 설치된 인덕터 코어에 서로 역상이 되도록 경유된 후 접합되는 것을 특징으로 한다. 이 구성에 따르면, 효과적으로 와전류를 억제할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 리액터에 있어서, 상기 공심 코일은 절연 재료로 절연 피복된 상기 장척의 도체 부재를 권회해서 형성되는 단층 코일을 사용함으로써, 두께 방향으로 3개의 상기 단층 코일을 적층해서 형성되고, 3개의 상기 단층 코일 각각의 권취 시작은, 전류 선로의 제1 단자로서 서로로부터 독립되어 있는 동시에, 3개의 상기 단층 코일 각각의 권취 종료는, 전류 선로의 제2 단자로서 서로로부터 독립되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 구성에 따르면, 1개분의 코일 스페이스에서 3상분의 코일을 수용할 수 있으므로, 동일한 전력 용량의 종래형의 3상 리액터의 체격에 비해, 그 체격을 작게 할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 리액터에 있어서, 상기 공심 코일의 한쪽 단부와 이 한쪽 단부에 대향하는 코어부 한쪽 면과의 사이, 및 상기 공심 코일의 다른 쪽 단부와 이 다른 쪽 단부에 대향하는 코어부 다른 쪽 면과의 사이에 적어도 배치되는 절연 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 이 구성에 따르면, 공심 코일과 코어부 사이에 있어서의 절연내력을 더욱 향상할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 리액터에 있어서, 상기 코어부는 복수의 코어 부재를 구비하고, 상기 코어부를 부착하는 부착 부재에 상기 코어부를 고정하는 고정 부재와, 상기 복수의 코어 부재에 의해 상기 코어부를 형성하기 위해, 상기 복수의 코어 부재를 체결하는 체결 부재를 더 구비하고, 상기 코어부에 있어서의 상기 고정 부재의 제1 배치 위치와 상기 체결 부재의 제2 배치 위치는, 서로 다른 것을 특징으로 한다. 이 구성에 따르면, 고정 부재의 배치 위치와 체결 부재의 배치 위치를 개별로 설치했으므로, 체결 부재로 복수의 코어 부재를 체결한 후에, 이와 같이 구성된 코어부를 고정 부재로 부착 부재에 고정할 수 있다. 이로 인해, 리액터의 조립이나 부착의 생산성을 향상할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 리액터에 있어서, 상기 코어부는 자기적으로 등방성을 갖는 동시에, 연자성체 분말을 성형함으로써 형성되는 것을 특징으로 한다. 또는, 상기 코어부는 자기적으로 등방성을 갖는 페라이트 코어인 것을 특징으로 한다. 이들의 구성에 따르면, 상기 코어부에 대해 원하는 자기 특성을 비교적 쉽게 얻을 수 있는 동시에, 비교적 쉽게 원하는 형상으로 성형될 수 있다.

본 발명에 따르면, 소음, 가공비용 및 와전류손을 억제하면서, 큰 인덕턴스가 넓은 전류 범위에서 안정되게 발생하는 리액터를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 리액터의 제1 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 리액터에 있어서의 코어 부재의 다른 형태를 도시하는 사시도이다.
도 3은 철분을 포함하는 자성체에 있어서의 밀도별의 자속 밀도―비투자율 특성을 도시하는 도면이다.
도 4의 (a), (b), (c), (d)는 제1 실시 형태에 관한 리액터의 제작 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 리액터의 구성과 자속선과의 관계를 도시하는 도면이며, (a)는 외부에 공심 코일이 노출된 리액터(제1 비교예)의 구성도, (b)는 본 실시 형태에 관한 리액터의 구성도, (c)는 공심 코일이 코어부에 의해 덮이고 또한 공심부에 자성체를 구비한 리액터(제2 비교예)의 구성도, (d)는 제1 비교예에 관한 리액터의 자속선도, (e)는 본 실시 형태에 관한 리액터의 자속선도, (f)는 제2 비교예에 관한 리액터의 자속선도를 도시한다.
도 6은 본 실시 형태 및 제1, 제2 비교예에 관한 리액터에 있어서, 0 내지 200(A)까지의 범위에서 전류를 변화시켰을 때의 인덕턴스 변화의 실험 결과를 도시하는 도면이다.
도 7은 엣지 와이즈 코일 구조를 도시하는 단면도이다.
도 8은 리액터에 있어서의 주파수(f)와 손실과의 관계를 코일의 코일 구조별(플랫 와이즈 코일 구조 및 엣지 와이즈 코일 구조)로 도시한 도면이다.
도 9는 도체 부재 및 코일의 단면 형상을 도시하는 도면이며, (a)는 폭(W)이 두께(t) 이하인 직사각형 단면을 갖는 도체 부재로 구성된 코일을 도시하는 도면, (b)는 폭(W)이 상기 두께(t)보다 긴 직사각형 단면을 갖는 도체 부재로 구성된 코일을 도시하는 도면이다.
도 10은 평행도의 산출 방법의 설명도이다.
도 11은 평행도가 -1/10일 때의 자속선도이다.
도 12는 평행도가 1/10일 때의 자속선도이다.
도 13은 평행도가 1/100일 때의 자속선도이다.
도 14는 축심측에 돌기부(h)가 존재하고 있는 경우의 자력선도의 일례이다.
도 15는 비(R/W)를 「10」으로 설정한 경우의 자속선도이다.
도 16은 비(R/W)를 「5」로 설정한 경우의 자속선도이다.
도 17은 비(R/W)를 「3.3」으로 설정한 경우의 자속선도이다.
도 18은 비(R/W)를 「2.5」로 설정한 경우의 자속선도이다.
도 19는 비(R/W)를 「2」로 설정한 경우의 자속선도이다.
도 20은 비(R/W)를 「1.7」로 설정한 경우의 자속선도이다.
도 21은 비(R/W)를 「1.4」로 설정한 경우의 자속선도이다.
도 22는 비(R/W)를 「1.3」으로 설정한 경우의 자속선도이다.
도 23은 비(R/W)를 「1.1」로 설정한 경우의 자속선도이다.
도 24는 비(R/W)를 「1」로 설정한 경우의 자속선도이다.
도 25는 비(R/W)를 횡축으로 하고, 안정도(I) 및 인덕턴스를 종축으로 하여, 비(R/W)의 변화에 대한 안정도(I)의 변화를 나타내는 그래프[그래프(K)]와, 상기 비(R/W)의 변화에 대한 상기 최대 인덕턴스(Lmax), 최소 인덕턴스(Lmin), 평균 인덕턴스(Lav)의 변화를 나타내는 그래프를 도시하는 도면이다.
도 26은 축심측에 형성되는 돌기부의 개략도이다.
도 27은 축심측에 돌기부(h)가 존재하고 있는 경우의 자력선도의 다른 일례이다.
도 28은 축심측에 돌기부(h)가 존재하고 있는 경우의 자력선도의 다른 일례이다.
도 29는 축심측에 돌기부(h)가 존재하고 있는 경우의 자력선도의 다른 일례이다.
도 30은 축심측에 돌기부(h)가 존재하고 있는 경우의 자력선도의 다른 일례이다.
도 31은 전류를 횡축으로 하고, 인덕턴스 변화(％)를 종축으로 하여, 돌기부 높이(a)를 변화시킨 경우의 인덕턴스 변화의 상황을 나타내는 그래프를 도시하는 도면이다.
도 32의 (a), (b), (c), (d), (e)는 공심부에 코어부의 상면 및 하면으로부터 돌출하는 장척 형상의 도체를 리액터에 설치할 경우의 상기 리액터의 제작 방법을 도시하는 도면이다.
도 33의 (a), (b)는 코어부의 변형 형태를 도시하는 도면이다.
도 34는 다른 형태에 관한 리액터의 구성을 도시하는 일부 투과 사시도이다.
도 35는 도 34에 도시하는 리액터에 있어서의 자속 밀도를 벡터로 도시하는 도면이다.
도 36은 도 34에 도시하는 리액터에 있어서의 인덕턴스 특성을 도시하는 도면이다.
도 37의 (A), (B), (C)는 절연내성용의 절연 부재를 더 구비한 리액터의 일부 구성을 도시하는 도면이다.
도 38은 도 37의 (A)에 도시하는 구성의 리액터에 있어서, 절연 부재의 재료별 및 그 두께(㎛)별에 대한 절연 내압(2.0kV)의 결과를 도시하는 도면이다.
도 39는 코어부의 다른 변형 형태를 도시하는 도면이다.
도 40의 (A), (B)는 히트싱크를 더 구비한 제1 형태의 리액터 구성을 도시하는 도면이다.
도 41의 (A), (B)는 히트싱크를 더 구비한 제2 형태의 리액터 구성을 도시하는 도면이다.
도 42의 (A), (B)는 히트싱크를 더 구비한 제3 형태의 리액터 구성을 도시하는 도면이다.
도 43은 히트싱크를 더 구비한 도 40 내지 도 42에 도시하는 형태에 대한 비교 형태의 리액터 구성을 도시하는 도면이다.
도 44는 고정 부재 및 체결 부재를 더 구비한 리액터의 구성을 도시하는 도면이며, (A)는 상면도, (B)는 (A)의 A1 절단선에 있어서의 단면도이다.
도 45는 고정 부재 및 체결 부재를 더 구비한 리액터의 구성을 도시하는 도면이며, (A)는 상면도, (B)는 (A)의 A2 절단선에 있어서의 단면도이다.
도 46은 공심부에 원통 형상 또는 중실 원기둥 형상의 도체를 설치할 경우의 상기 도체의 형태를 도시하는 도면이다.
도 47의 (a)는 공심 코일을 구성하는 리본 형상의 도체 부재의 외관 사시도이며, (b)는 (a)의 B-B선 단면도이며, (c)는 균일한 재질로 이루어지는 리본 형상의 도체 부재에 의해 구성된 공심 코일의 자력선(자속선)을 도시하는 도면이며, (d)는 본 변형 형태에 관한 리본 형상의 도체 부재에 의해 구성된 공심 코일의 자력선(자속선)을 도시하는 도면이다.
도 48은 코어부의 외부에 인덕터 코어를 설치한 경우이며, 도체가 2층인 경우의 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 49는 코어부의 외부에 인덕터 코어를 설치한 경우이며, 도체가 3층인 경우의 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 50은 코어부의 외부에 인덕터 코어를 설치한 경우이며, 도체가 4층인 경우의 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 51은 공심 코일에, 적층한 3개의 단상 코일을 사용한 경우에 있어서의 리액터의 구조를 도시하는 횡단면도이다.
도 52는 냉각 파이프를 구비한 리액터의 구성을 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명에 관한 실시의 일 형태를 도면을 기초로 하여 설명한다. 또, 각 도면에 있어서 동일한 번호를 부여한 구성은, 동일한 구성인 것을 나타내고, 적절하게 그 설명을 생략한다.

이하, 본 발명에 관한 리액터의 실시 형태에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 리액터의 제1 실시 형태를 나타내고, 축심(O)을 포함하는 평면으로 절단된 단면도이다. 도 2는 제1 실시 형태의 리액터에 있어서의 코어 부재의 다른 형태를 도시하는 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 리액터(D1)는, 후술하는 플랫 와이즈 코일 구조를 갖는 공심 코일(1)과, 상기 공심 코일(1)을 덮는 코어부(2)를 구비한다. 또, 설명의 편의상, 코어부(2)로부터 설명을 행한다.

코어부(2)는, 자기적으로(예를 들어 투자율이) 등방성을 갖는 동시에 동일한 구성을 갖는 제1 및 제2 코어 부재(3, 4)를 구비한다. 제1 및 제2 코어 부재(3, 4)는, 각각 예를 들어 원판 형상을 갖는 원판부(3a, 4a)의 판면으로부터, 상기 원판부(3a, 4a)와 동일한 직경의 외주면을 갖는 원통부(3b, 4b)가 연속되도록 구성된다. 각 원통부(3b, 4b)의 단부면끼리에 의해, 제1 및 제2 코어 부재(3, 4)가 서로 포개어짐으로써, 코어부(2)는 공심 코일(1)을 내부에 수용하기 위한 공간을 구비한다.

또, 제1 및 제2 코어 부재(3, 4)의 원통부(3b, 4b)의 각 단부면에는, 위치 결정을 하기 위한 볼록부(3c, 4c)가 설치되는 동시에, 이 볼록부(3c, 4c)에 따른 오목부(3d, 4d)가 마련되어도 좋다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 코어 부재(3, 4)의 원통부(3b, 4b)의 단부면 각각에는 , 대략 원기둥 형상의 제1 및 제2 볼록부(3c-1, 3c-2 ; 4c-1, 4c-2)가, 각각 180°의 간격(서로 대향하는 위치)으로 설치된다. 또한, 제1 및 제2 코어 부재(3, 4)의 원통부(3b, 4b)의 단부면 각각에는, 제1 및 제2 볼록부(3c-1, 3c-2 ; 4c-1, 4c-2)가 끼워 넣어지는 대략 원기둥 형상의 제1 및 제2 오목부(3d-1, 3d-2 ; 4d-1, 4d-2)가, 각각 180°의 간격(서로 대향하는 위치)으로 마련되어 있다. 그리고 이들 제1 및 제2 볼록부(3c-1, 3c-2 ; 4c-1, 4c-2) 및 제1 및 제2 오목부(3d-1, 3d-2 ; 4d-1, 4d-2)는, 각각 90° 간격으로 마련되어 있다. 또, 도 1, 도 2에 도시되는 예에서는 제1 및 제2 코어 부재(3, 4)는 서로 동일 형상이며, 도 2에는 후술하는 돌기부를 구비한 제1 및 제2 코어 부재(3, 4) 중 한쪽이 도시되어 있다. 원통부(3b, 4b) 각각의 단부면에, 이러한 볼록부(3c, 4c), 오목부(3d, 4d)가 위치 결정을 위해 설치됨으로써, 제1 및 제2 코어 부재(3, 4)를 보다 확실하게 맞댈 수 있다.

제1 및 제2 코어 부재(3, 4)는, 소정의 자기 특성을 갖는다. 제1 및 제2 코어 부재(3, 4)는, 비용을 줄이기 위해 동일 재료인 것이 바람직하다. 여기서, 제1 및 제2 코어 부재(3, 4)는, 원하는 자기 특성(비교적 높은 투자율)을 쉽게 실현하기 위해, 또한 원하는 형상으로의 성형을 쉽게 하기 위해, 연자성체 분말을 성형함으로써 형성된 것이 바람직하다.

이 연자성 분말은 강자성의 금속 분말이며, 보다 구체적으로는, 예를 들어 순(純)철분, 철기 합금 분말(Fe-Al 합금, Fe-Si 합금, 센더스트, 파마로이 등) 및 아몰퍼스 분말, 또한 표면에 인산계 화성피막 등의 전기 절연 피막이 형성된 철분 등을 들 수 있다. 이들 연자성 분말은, 예를 들어 아토마이즈법 등에 의해 제조 가능하다. 또한, 일반적으로 투자율이 동일한 경우에 포화 자속 밀도가 크므로, 연자성 분말은, 예를 들어 상기 순철분, 철기 합금 분말 및 아몰퍼스 분말 등의 금속 재료인 것이 바람직하다.

이와 같은 제1 및 제2 코어 부재(3, 4)는, 예를 들어 공지의 상투 수단을 이용함으로써 연자성 분말을 압분 형성해서 얻게 된, 소정의 밀도 부재이다. 이 부재는, 예를 들어 도 3에 도시되는 자속 밀도―비투자율 특성을 갖고 있다. 도 3은 철분을 포함하는 자성체에 있어서의 밀도별의 자속 밀도―비투자율 특성을 도시하는 도면이다. 도 3의 횡축은 자속 밀도(T)를 나타내고, 종축은 비투자율을 나타낸다.

도 3에 도시된 바와 같이, 밀도 6.00g/㏄ 이상인 부재[본 예에서는, 밀도 5.99g/㏄(□), 밀도 6.50g/㏄(×), 밀도 7.00g/㏄(△), 밀도 7.50g/㏄(◆)]에 관한 자속 밀도―비투자율 특성의 프로파일에 있어서는, 자속 밀도가 증가하는데 수반하여, 비교적 높은 초기 비투자율로부터 비투자율이 피크(최대치)가 되어, 그 후 서서히 감소된다.

예를 들어, 밀도 7.00g/㏄인 부재에 관한 자속 밀도―비투자율 특성의 프로파일에 있어서는, 자속 밀도가 0.35T가 될 때까지 자속 밀도의 증가에 따라, 약 120의 초기 비투자율로부터 비투자율이 약 200까지 급격하게 증가하고, 그 후, 서서히 감소된다. 도 3에 도시되는 예(밀도 7.00g/㏄)에서는, 자속 밀도의 증가에 따라서 비투자율이 초기 비투자율로부터 증가한 후, 다시 초기 비투자율이 되는 자속 밀도는, 약 1T이다.

또한, 밀도 5.99g/㏄인 부재, 밀도 6.50g/㏄인 부재 및 밀도 7.50g/㏄인 부재에 있어서의 초기 비투자율은, 각각 약 70, 약 90 및 약 160이다. 이러한 초기 투자율이 약 50 내지 250인 재료(본 예에서는, 약 70 내지 약 160인 재료)는, 자속 밀도―비투자율 특성의 프로파일이 대략 같으며, 비교적 높은 비투자율을 갖는 재료이다.

도 1로 돌아가, 공심 코일(1)에는, 중심[축심(O) 위]에 소정의 직경을 갖는 원기둥 형상의 공심부(S1)가 설치되어 있다. 공심 코일(1)은, 소정의 두께를 갖는 리본 형상의 도체 부재(10)가 그 폭 방향을 축심 방향에 대략 일치시킨 형태에서, 공심부(S1)를 남겨 두고 소정 횟수만큼 권회됨으로써 형성된다. 공심 코일(1)은, 코어부(2)의 내부 공간[제1 및 제2 코어 부재(3, 4)의 내벽면에 의해 형성된 공간]에 설치되어 있다.

이와 같은 구성의 리액터(D1)는, 예를 들어 다음 공정에 의해 제작 가능하다. 도 4의 (a) 내지 (d)는, 제1 실시 형태에 관한 리액터의 제작 공정을 설명하기 위한 도면이다.

우선, 도 4의 (a)에 도시되는 소정의 두께를 갖는 리본 형상의 도체 부재(10)를, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 중심(축심)으로부터 소정의 직경만큼 이격한 위치로부터 소정 횟수만큼 권회한다. 이에 의해, 중심에 소정의 직경을 갖는 원기둥 형상의 공심부(S1)를 구비한 팬케이크 구조의 공심 코일(1)이 형성된다.

다음에, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 공심 코일(1)을 끼워 넣도록, 원통부(3b, 4b)의 단부면끼리에 의해 제1 및 제2 코어 부재(3, 4)를 포갠다. 이에 의해, 도 4의 (d)에 도시된 바와 같은 원판 형상의 리액터(D1)가 생성된다.

이와 같은 구성을 갖는 리액터(D1)는, 코어부(2)가 설치되지 않고 공심 코일(1)이 외부로 노출된 리액터(제1 비교예라고 함)나, 공심 코일(1)이 코어부(2)에 의해 덮이고 또한 축심(O) 위[도 1, 도 4에 도시하는 공심부(S1)]에 자성체(15)를 구비한 리액터(제2 비교예라고 함)에 대하여, 다음과 같은 이점을 갖는다.

도 5의 (a) 내지 (f)는 리액터의 구성과 자속선과의 관계를 도시하는 도면이다. 도 5의 (a)는 상기 제1 비교예에 관한 리액터의 구성을 도시하는 단면도, 도 5의 (b)는 본 실시 형태에 관한 리액터(D1)의 구성을 도시하는 단면도, 도 5의 (c)는 상기 제2 비교예에 관한 리액터의 구성을 도시하는 단면도이다. 또한, 도 5의 (d)는 상기 제1 비교예에 관한 리액터의 자속선도, 도 5의 (e)는 본 실시 형태에 관한 리액터(D1)의 자속선도, 도 5의 (f)는 상기 제2 비교예에 관한 리액터의 자속선도이다. 또, 도면의 시인성을 고려하여, 도 5의 (d) 내지 (f)에 있어서는, 인접하는 코일 간의 경계선의 기재가 생략되어 있다.

또한, 도 6은 본 실시 형태 및 제1, 제2 비교예에 관한 리액터에 있어서, 0 내지 200(A)까지의 범위에서 전류를 변화시켰을 때의 인덕턴스의 변화에 대한 실험 결과를 도시한다. 도 6 중, 그래프 A가 제1 비교예에 관한 리액터의 인덕턴스의 변화를 나타내고, 그래프 B가 본 실시 형태에 관한 리액터(D1)의 인덕턴스의 변화를 나타내고, 그리고 그래프 C가 제2 비교예에 관한 리액터의 인덕턴스의 변화를 나타낸다.

도 6의 그래프 A를 참조하면, 제1 비교예에 관한 리액터에 있어서는, 상기 전류의 전 범위에 있어서 대략 일정한 인덕턴스를 안정적으로 얻을 수 있다. 그러나 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이, 이 리액터에서는 공심 코일 내의 자속선이 축 방향으로 평행해지지 않으므로, 와전류손이 커진다. 그로 인해, 도 6의 그래프 A에서 나타낸 바와 같이, 인덕턴스가 절대적으로 작다. 또한, 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이, 리액터로부터 외부로 누출되는 자속선이 매우 많다.

도 6의 그래프 C에 나타낸 바와 같이, 제2 비교예에 관한 리액터에 있어서는, 전류가 비교적 작은 0(A) 내지 약 30(A)의 범위에 있어서, 큰 인덕턴스를 얻을 수 있다. 또한, 이 리액터는 코어부(2)를 갖고 있으므로, 리액터로부터 자속선이 외부로 누출되는 것을 방지 또는 억제할 수 있다. 그러나 제2 비교예에 관한 리액터에 있어서는, 전류가 이 범위보다 커지면, 자성체(15)가 자기포화하여, 인덕턴스가 급격하게 저하된다. 이와 같이 인덕턴스의 변화가 크면, 약간의 오차에 의해 인덕턴스 특성이 비교적 크게 변화되게 되므로, 리액터를 탑재하는 인버터의 제어성이 나빠진다.

이에 대해, 본 실시 형태에 관한 리액터(D1)에 있어서는, 제2 비교예와 마찬가지로 코어부(2)의 존재에 의해, 제2 비교예에 관한 리액터와 동등 정도로 리액터(D1)로부터 자속선이 외부로 누출되는 것을 방지 또는 억제할 수 있다. 또한, 리액터(D1)에 있어서는, 도 6의 그래프 B에 나타낸 바와 같이, 전류의 전 범위에 있어서 안정된 인덕턴스 특성을 얻을 수 있고, 또한 그 인덕턴스가 상기 제1 비교예에 대하여 크다고 하는 이점을 갖는다.

다음에, 본 실시 형태와 같이, 도체 부재(10)가 직경 방향으로 겹치도록 권회된 플랫 와이즈 코일 구조를 갖는 리액터(D1)의 이점에 대해서 서술한다. 도 7은 도체 부재가 축 방향으로 겹치도록 권회된 엣지 와이즈 코일 구조를 도시하는 단면도이다. 도 8은 리액터에 있어서의 주파수(f)와 손실과의 관계를, 코일 구조별(플랫 와이즈 코일 구조 및 엣지 와이즈 코일 구조)로 도시한 도면이며, 횡축은 주파수(f)를 나타내고, 종축은 손실을 나타낸다. 도 9는 도체 부재(10) 및 코일의 단면 형상을 도시하는 도면이다.

공심 코일은 도체로 구성되어 있으므로, 공심 코일에 통전하면, 일반적으로 자력선에 수직인 면(직교면)에 와전류가 발생하고, 그에 의해 손실(로스)이 발생한다. 이 와전류의 크기는, 자속 밀도가 동일한 경우에는 자속선과 교차하는 면적, 즉 자속 방향에 수직인 연속되는 면의 면적에 비례한다. 공심 코일 내에 있어서 자속 방향은 축 방향을 따르고 있으므로, 와전류는 공심 코일을 구성하는 도체의 축 방향에 직교하는 직경 방향의 면의 면적에 비례하게 된다.

이로 인해, 엣지 와이즈 코일 구조에서는, 도 7에 도시된 바와 같이 도체 부재(10)의 직경 방향의 면적이 커 와전류를 발생하기 쉬우므로, 전기 저항에 의해 발생하는 손실보다도 와전류에 의해 발생하는 손실 쪽이 지배적이게 된다. 따라서 엣지 와이즈 코일 구조에서는, 통전 전류의 주파수에 손실이 의존되어, 도 8에 도시된 바와 같이 주파수의 증가에 수반하여 손실이 증대되어, 비교적 작은 전기 저항에 의해 초기 손실이 비교적 작아진다.

한편, 본 실시 형태에 관한 리액터(D1)에서 채용되고 있는 플랫 와이즈 코일 구조에 있어서는, 도 1에 도시된 바와 같이 도체 부재(10)의 직경 방향의 면적이 작아 와전류가 발생하기 어려운 한편, 도체 부재(10)의 축 방향의 면적이 크다. 따라서 플랫 와이즈 코일 구조에서는 와전류가 거의 발생하지 않아, 도 8에 도시된 바와 같이, 통전 전류의 주파수에 의하지 않고 손실이 대략 일정하며, 비교적 작은 전기 저항에 의해 초기 손실도 비교적 작아진다.

또한, 도 7의 화살표 P에 나타낸 바와 같이, 엣지 와이즈 코일 구조에서는, 도체 부재(10)가 축 방향으로 포개어져 있다. 이에 대해, 도 1에 도시되는 플랫 와이즈 코일 구조에서는, 도체 부재(10)의 폭 방향이 축 방향에 대략 일치하고, 연속되고 있으므로, 엣지 와이즈 코일 구조보다도 효과적으로 열 전도를 행할 수 있다. 따라서 상기 손실 및 열 전도의 점에서, 플랫 와이즈 코일 구조는 엣지 와이즈 코일 구조보다도 우수하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 플랫 와이즈 코일 구조에 있어서, 공심 코일(1)을 구성하는 도체 부재(10)의 폭(W)이 도체 부재(10)의 직경 방향의 길이(이하, 두께라고 함)(t) 이상이다. 환언하면, 본 실시 형태에서는, 도체 부재(10)의 폭(W)에 대한 도체 부재(10)의 두께(t)의 비(t/W)가 1 이하인 직사각형 단면을 갖는 도체 부재에 의해 리액터가 구성된다.

이에 의해, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 도체 부재(10)의 두께(t)가 도체 부재(10)의 폭(W)보다 길어지는 직사각형 단면을 갖는 도체 부재(10)에 의해 구성된 리액터에 비해, 본 실시 형태의 리액터에서는 도체 부재(10)의 직경 방향의 면적이 작아진다. 그 결과, 플랫 와이즈 코일 구조가 엣지 와이즈 코일 구조보다도 손실의 점에서 우수한 이유와 같은 이유에 의해, 와전류손을 작게 할 수 있다. 특히, 도체 부재(10)의 두께(t)에 대한 폭(W)의 비(t/W)가 1/10 이하이면, 와전류손의 발생을 대폭으로 줄일 수 있다.

또한, 공심 코일(1)의 상하 양단부면에 각각 대향하는, 제1 코어 부재(3)의 내벽면(이하, 상부 벽면이라고 함)과, 제2 코어 부재(4)의 내벽면(이하, 하부 벽면이라고 함)은 적어도 코일 단부를 덮는 영역에 있어서 평행할 필요가 있다. 또한, 이들 상부 벽면 및 하부 벽면과, 공심 코일(1)의 도체 부재(10)의 둘레 방향의 면은 수직일 필요가 있다. 이들의 조건이 충족되지 않을 경우에는, 도체 부재(10)의 단면 형상에 관한 조건이 설정되어 있어도, 공심 코일(1)의 내부를 통과하는 자속선이 축 방향으로 평행해지지 않는다. 따라서 본 실시 형태에서는, 이하에 설명한 바와 같이, 제1 코어 부재(3)의 상기 상부 벽면과 제2 코어 부재(4)의 상기 하부 벽면을 평행하다 간주할 수 있는 평행도가 설정된다.

도 10은 평행도의 산출 방법의 설명도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 코어 부재(3)의 상부 벽면과 제2 코어 부재(4)의 하부 벽면과의 간격 중, 가장 내주측의 위치(이하, 최내주 위치라고 함)에 있어서의 간격은 L1, 가장 외주측의 위치(이하, 최외주 위치라고 함)에 있어서의 간격은 L2이다. 또한, 최내주 위치로부터 최외주 위치까지의 위치에 있어서의, 제1 코어 부재(3)의 상부 벽면과 제2 코어 부재(4)의 하부 벽면과의 간격의 평균치는 L3이다. 또, 상기 평균치 L3은, 최내주 위치와 최외주 위치와의 사이에 있어서 직경 방향으로 소정 간격으로 새겨진 복수의 위치에 있어서의, 제1 코어 부재(3)의 상부 벽면과 제2 코어 부재(4)의 하부 벽면과의 간격의 평균치이다.

이때, 공심 코일(1)의 최내주 위치에 있어서의 제1 코어 부재(3)의 상부 벽면과 제2 코어 부재(4)의 하부 벽면과의 간격(L1)과, 공심 코일(1)의 최외주 위치에 있어서의 제1 코어 부재(3)의 상부 벽면과 제2 코어 부재(4)의 하부 벽면과의 간격(L2)과의 차(L1-L2)를, 평균치(L3)로 나눠 얻을 수 있는 값[(L1-L2)/L3]이, 평행도로서 설정된다.

도 11은 상기 평행도가 -1/10일 때의 자속선도이며, 도 12는 상기 평행도가 1/10일 때의 자속선도이며, 그리고 도 13은 평행도가 1/100일 때의 자속선도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 평행도가 1/100일 때에는, 공심 코일(1)의 내부를 통과하는 자속선(점선으로 나타내는 부분의 자속선)이, 축 방향으로 평행해진다. 한편, 도 11, 도 12의 화살표 Q1, Q2에 나타낸 바와 같이, 평행도가 -1/10, 1/10일 때에는, 공심 코일(1)의 내부를 통과하는 자속선이 축 방향으로 평행해지지 않는다. 공심 코일(1)의 내부를 통과하는 자속선이 평행하지 않으면, 전술한 바와 같이, 와전류손이 커져 인덕턴스가 절대적으로 작아진다.

따라서 본 발명자는 평행도를 다양하게 바꾸면서, 자속선의 분포를 검증했다. 그 결과, 본 발명자는 공심 코일(1)의 내부를 통과하는 자속선을 평행하게 하기 위해서는, 평행도의 절대치를 1/50 이하로 설정할 필요가 있다는 지식을 얻었다.

또, 도 14에 도시된 바와 같이, 공심 코일(1)의 축심(O)측에 돌기부(h)가 존재하고 있는 경우에도, 그 형상에 따라서는, 근방의 자속선이 축 방향으로 평행해지지 않는 경우가 있다. 따라서 본 실시 형태에서는 돌기부(h)가 형성되지 않도록 코어부(2)가 생성된다. 공심 코일(1)의 내부를 통과하는 자속선이 평행해지기 위해서는, 적어도 공심 코일(1)의 단부를 덮는 영역에 있어서, 제1 코어 부재(3)의 상부 벽면과 제2 코어 부재(4)의 하부 벽면을 평행하게 할 필요가 있다. 허용되는 돌기부(h)의 형상 등에 대해서는 후술한다.

또한, 본 발명자는 공심 코일(1)의 축심(O)으로부터 상기 공심 코일(1)의 외주면까지의 반경(R)(도 1 참조)과, 공심 코일(1)을 구성하는 도체 부재(10)에 있어서의 폭(W)과의 비(R/W)에 착안하여, 비(R/W)를 변화시켰을 때의 자속선 분포의 형태에 대해서 시뮬레이션 실험을 행했다.

도 15 내지 도 24는 리액터(D1)의 전체 체적, 도체 부재(10)의 직사각형 단면의 단면적, 공심 코일(1)의 권취수가 각각 일정한 동시에, 상기 비(R/W)가 「10」, 「5」, 「3.3」, 「2.5」, 「2」, 「1.7」, 「1.4」, 「1.3」, 「1.1」, 「1」로 각각 설정된 경우의 자속선도이다. 도 15 내지 도 24에 있어서는, 인접하는 코일 간의 경계선의 기재는 생략되어 있다.

이들의 자속선도로부터 알 수 있는 바와 같이, 비(R/W)가 5 이상으로 설정될 경우(도 15, 도 16에 도시되는 경우)에는, 코어부(2)의 외부에 자속이 누설되고 있어, 주변 기기에 영향을 미칠 우려가 있으므로, 실용상 문제가 있다. 또한, 비(R/W)가 1.3 이하로 설정될 경우(도 22 내지 도 24에 도시한 경우)에는, 공심 코일(1)의 내부를 통과하는 자속선이 축 방향에 대하여 평행해지지 않으므로, 와전류손이 커져 효율이 저하될 우려가 있다.

한편, 리액터(D1)를 탑재하는 인버터가 양호한 제어성을 갖기 위해서는, 전류의 변화에 대한 인덕턴스의 변화가 적고 또한 안정되어 있는 것이 필요하다.

여기서, 본 실시 형태에서는, 이 인덕턴스의 안정성을 나타내는 지표로서,

안정도 I(％）＝｛(Lmax-Lmin)/Lav × 100} ··· (1)

이 설정된다.

또, 식 (1)에 있어서, Lmin은 상기 인버터에 공급할 수 있는 전류의 범위(이하, 사용 범위라고 함) 중 최소 전류에 있어서의 인덕턴스(이하, 최소 인덕턴스라고 함)이며, Lmax는 상기 사용 범위 중 최대 전류에 있어서의 인덕턴스(이하, 최대 인덕턴스라고 함)이며, Lav는 상기 사용 범위에 있어서의 복수 전류치에 각각 대응하는 복수의 인덕턴스의 평균치(이하, 평균 인덕턴스라고 함)이다. 상기 식 (1)에 따르면, 안정도(I)의 값이 작을수록, 인덕턴스의 안정성이 높아진다.

본 발명자는, 이 안정도(I)와, 비(R/W)와의 관계에 대해서 검토했다. 도 25는 비(R/W)를 횡축으로 하고, 상기 안정도(I)를 종축으로 하여, 상기 비(R/W)의 변화에 대한 안정도(I)의 변화를 나타내는 그래프(K)를 도시하고 있다. 또, 이 도 25에 있어서는, 각 리액터의 인덕턴스를 다른 종축으로 나타냄으로써, 비(R/W)의 변화에 대한 최대 인덕턴스(Lmax), 최소 인덕턴스(Lmin), 평균 인덕턴스(Lav)의 변화를 나타내는 그래프도 도시되어 있다.

도 25에 도시된 바와 같이, 최대 인덕턴스(Lmax)는 비(R/W)에 대략 비례해서 증대한다. 또한, 최소 인덕턴스(Lmin)는 비(R/W)가 약 6일 때에 최대가 되는 산 모양 물결 모양을 갖도록 변화된다. 또한, 평균 인덕턴스(Lav)는 비(R/W)가 약 8일 때에 최대가 되는 산 모양 물결 모양을 갖도록 변화된다. 이들의 결과, 안정도(I)의 증가율은 비(R/W)의 값에 따라서 다르지만, 안정도(I)는 대체로 비(R/W)가 커짐에 따라 증대된다고 하는 실험 결과가 얻어졌다.

인버터에 양호한 제어 성능을 구비하게 하기 위해서는, 상기 안정도(I)가 10％ 이하로 억제될 필요가 있다. 따라서 도 25를 참조하면, 상기 비(R/W)를,

R/W ≤ 4···(2)

로 설정하는 것이 필요하다.

또한, 본 실시 형태에 관한 리액터의 이용 용도로서, 예를 들어 전철 차량, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 무정전 전원, 태양광 발전 등 산업용 인버터용, 혹은 에어컨, 냉장고, 세탁기 등의 대출력 가전에 사용되는 인버터가 상정될 경우에는, 취급되는 전력이 크기 때문에 리액터에는 큰 인덕턴스가 요구된다. 이러한 경우에는, 적어도 100μH 이상의 인덕턴스가 필요하다. 따라서 도 25를 참조하면, 비(R/W)는,

R/W ≥ 2···(3)

으로 설정될 필요가 있다.

본 발명자는, 상기 식 (2), (3)에 의거하여, 비(R/W)의 조건으로서,

2 ≤ R/W ≤ 4···(4)

를 발견했다.

상기한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 리액터(D1)는 이하의 구성을 가짐으로써, 소음, 가공비용 및 와전류손을 억제하면서, 큰 인덕턴스를 넓은 전류 범위에서 안정되게 발생시킬 수 있다.

(1) 공심 코일(1)을 구성하는 도체 부재(10)의 두께(t)에 대한 도체 부재(10)의 폭(W)의 비(t/W)가 1 이하이다.

(2) 공심 코일(1)의 상하 양단부면에 대향하는, 제1 코어 부재(3)의 내벽면(상부 벽면)과 제2 코어 부재(4)의 내벽면(하부 벽면)을 평행하다 간주할 수 있도록, 평행도가 설정된다.

(3) 공심 코일(1)에 있어서의 축심(O)으로부터 공심 코일(1)의 외주면까지의 반경(R)과, 공심 코일(1)(도체 부재)의 폭(W)의 비(R/W)가 2 ≤ R/W ≤ 4이다.

또한,

(4) 코어부(2)의 각 부위 중, 공심 코일(1)의 공심부(S1)에 면한 부위에 돌기부(h)를 형성한다. 돌기부(h)는 공심 코일(1)에 대하여 코어부(2)의 상면측, 저면측 모두 형성된다. 여기서, 공심 코일(1)의 공심부(S1)의 반경을 r, 돌기부(h)의 코일 단부에 대향하는 코어면으로부터의 높이를 a, 돌기부(h)의 저면 반경을 A라 했을 때,

0 < a ≤ W/3, 또한 r ＞ √[A²＋(W/2)²]

을 만족하도록 돌기부(h)를 형성하면, 인덕턴스를 더욱 향상할 수 있다.

이와 같이 공심부의 코어부에 돌기부(h)가 설치되면, 자속이 공기 부분(즉, 자속에 있어서 큰 저항이 되는 부분)을 통과하는 부위가 좁아져, 자속의 흐름이 좋아져서 인덕턴스가 증가한다.

단, 이와 같은 돌기부(h)가 존재하면, 돌기부(h) 부근에서는 자속선이 왜곡하게 된다. 상기한 바와 같이, 예를 들어 도 14에 도시된 바와 같은 형상의 돌기부(h)에 의해서는, 공심 코일(1)의 일부에 있어서, 내부를 통과하는 자속선이 축 방향으로 평행해지지 않게 되어, 손실의 증가를 초래할 가능성이 있다. 그로 인해, 돌기부(h)를 설치할 경우에는, 공심 코일(1)의 내부를 통과하는 자속선이 축 방향으로 평행해지는 것을 방해하지 않도록, 돌기부(h)의 형상, 공심 코일(1)의 배치를 조정할 필요가 있다. 도 26은 코어부(2)에 형성되는 돌기부(h)의 개략도이다. 본 발명자의 검토 결과, 도 26에 도시된 바와 같이, 공심 코일(1)에 있어서의 공심부의 반경을 r, 코어부(2)의 공심 코일(1)의 단부에 대향하는 면으로부터의 돌기부(h)의 높이를 a, 돌기부(h)의 저면 반경을 A라 했을 때,

0 < a ≤ W/3, 또한 r ＞ √[A²＋(W/2)²]

을 만족하도록 돌기부(h)가 형성되면, 인덕턴스가 증가하는 것을 알 수 있었다. 이것은, 공심 코일(1)의 내부를 통과하는 자속선이 축 방향에서 평행해지는 것을 방해하는 일 없이, 자속의 흐름이 좋아지기 때문이다.

도 27 내지 도 30은, 상기 r, a, A를 변화시켰을 때의 자속선도를 도시한다. 도 27에 도시되는 예는, 상기 0 < a ≤ W/3의 조건은 만족하지만, r ＞ √[A² ＋(W/2)²]의 조건을 만족하지 않는 예이다. 본 예에서는, 공심 코일(1)의 일부(화살표 Q로 나타내는 부분)에 있어서, 내부를 통과하는 자속선이 축 방향으로 평행해지지 않는다. 그러나 도 28 내지 도 30에 도시되는 예에서는, 상기 0 < a ≤ W/3, 또한 r ＞ √[A²＋(W/2)²]의 관계를 만족하고 있으므로, 공심 코일(1)의 내부를 통과하는 자속선은 축 방향에서 평행해지고 있는 한편, 돌기부 주변에서의 자속선 밀도가 높아져 인덕턴스 향상이 도모되는 것을 알 수 있다. 도 28 내지 도 30에 있어서는, 코어부(2)의 형상은 도 27에 도시되는 예와 동일하지만, 화살표 X1 내지 X3에 나타낸 바와 같이, 돌기부(h)의 형상이 다르다.

또한, 도 31은 전류를 횡축으로 하고, 인덕턴스 변화(％)를 종축으로 하여, 돌기부(h)의 높이(a)를 변화시킨 경우의 인덕턴스 변화의 상황을 도시하는 그래프를 도시하고 있다. 도 31로부터 알 수 있는 바와 같이, a가 W/3을 초과하면, 전류의 증가에 수반하는 인덕턴스 변화의 변화율이 10％를 초과하게 되어, 안정도가 악화되고 있다.

또한,

(5) 상기 비(t/W)를 1/10 이하로 함으로써, 와전류손의 발생을 더욱 줄일 수 있다.

또한,

(6) 도체 부재(10)의 두께(t)가 각주파수, 투자율 및 전기 전도율에 의해 정해지는 두께(δ)(이하, 표피 두께라고 함) 이하이면, 와전류손의 저감에 유효하다.

즉, 공심 코일(1)에 흐르는 전류는, 표피 두께(δ)까지의 범위에서밖에 흐르지 않으므로 도체 부재(10)의 내부까지는 흐르지 않아, 도체 단면 전체에 균일하게 전류가 흐르지 않는다. 이 표피 두께(δ)는

δ = (2/ωμσ)^1/2

로 나타낸다. 여기서, ω는 각주파수, μ는 투자율, σ는 전기 전도율이다.

여기서, 도체 부재(10)의 두께를 표피 두께(δ)보다 두껍게 하면, 도체 부재(10)의 내부에 발생하는 와전류손이 증가한다. 따라서 본 실시 형태의 리액터(D1)에 있어서, 도체 부재(10)의 두께(t)가 δ 이하로 설정되면 와전류손을 줄일 수 있다.

(7) 공심 코일(1)의 최내주 위치에 있어서의 제1 코어 부재(3)의 상부 벽면과 제2 코어 부재(4)의 하부 벽면과의 간격(L1)과, 공심 코일(1)의 최외주 위치에 있어서의 제1 코어 부재(3)의 상기 상부 벽면과 제2 코어 부재(4)의 상기 하부 벽면과의 간격(L2)과의 차(L1-L2)를, 평균치(L3)로 나누어 얻을 수 있는 값[(L1-L2)/L3]의 절대치가 1/50 이하로 설정된다. 이에 의해, 공심 코일(1)의 내부를 통과하는 자속선이 축 방향을 평행하게 할 수 있으므로, 와전류손이 증대해서 인덕턴스가 작아지는 것을 방지 또는 억제할 수 있다.

또, 본 건은 상기 실시 형태 대신에 또는 상기 실시 형태에다가, 다음과 같은 형태도 포함한다.

[1] 도 32의 (a) 내지 (e)는, 공심부에 코어부(2)의 상면 및 하면으로부터 돌출되는 장척 형상의 도체(50)가 리액터에 설치될 경우의 리액터의 제작 방법을 도시하는 도면이다. 도 32의 (d)에 도시된 바와 같이, 공심 코일(1)의 공심부(S1)에 대응하는, 코어부(2)의 부위에 공심부(S1)와 동일한 직경의 구멍(H)이 형성되는 동시에, 이 구멍(H)을 통해 코어부(2)를 관통하는 도체(50)가 설치되어도 좋다. 도체(50)는 장척 형상의 코일의 뽑아냄 리드가 된다. 또, 도 32의 (b)에서는, 원통 형상의 도체(50)가 도시되어 있지만, 원통 형상이라도 중실 원기둥 형상이라도 같은 인덕턴스 특성을 얻을 수 있다.

단, 도체(50)가 원통 형상이면, 중공 내로 물이나 공기를 유통시켜 리액터를 강제 냉각할 수 있다. 따라서 도체(50)가 원통 형상이면, 중실 원기둥 형상인 것보다도 높은 냉각 성능을, 리액터에 초래할 수 있다.

또한, 상기 도체가 제1 및 제2 코어 부재(3, 4)의 상하 면으로부터 각각 돌출할 경우에는, 리액터(D1)의 방열 성능을 향상시킬 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 리액터는, 예를 들어 다음 공정에 의해 제작 가능하다. 우선, 소정의 두께를 갖는 리본 형상의 도체 부재(10)[도 32의 (a)]의 단부를, 원통 형상의 도체(50)[도 32의 (b)]의 주위면 적소에 접합한다[도 32의 (c)]. 그 후, 도 32의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 도체 부재(10)를 소정 횟수만큼 권회한다. 이에 의해, 팬케이크 구조의 공심 코일(1)을 갖는 유닛이 형성된다.

다음에, 도 32의 (d)에 도시된 바와 같이, 이 유닛의 상하에서 각각 돌출되어 있는 도체(50)의 부위를, 제1 및 제2 코어 부재(3, 4)에 각각 형성된 구멍(H)에 관통시킨 다음, 제1 및 제2 코어 부재(3, 4)를, 공심 코일(1)을 협지하도록 포갠다. 이에 의해, 도 32의 (e)에 도시된 바와 같은, 상하 면에 돌출부를 갖는 예를 들어 원판 형상의 리액터가 생성된다.

이와 같이, 본 변형 형태에서는, 리본 형상의 도체 부재(10)의 단부를, 코어부(2)를 관통하는 장척 형상의 도체(50)의 주위면 적소에 접합해서 장척 형상의 도체(50)와 리본 형상의 도체 부재(10)를 전기적으로 접속하고, 장척 형상의 도체(50) 주위에 리본 형상의 도체 부재(10)를 소정 횟수만큼 권회하여 공심 코일(1)을 작성한다. 이에 의해, 장척 형상의 도체(50)는 공심 코일(1)에 설치해야 할 전극 중 한쪽의 전극으로서의 기능과, 공심 코일(1)을 제작할(리본 형상의 도체 부재를 권회함) 때의 베이스재로서의 기능을 겸비할 수 있다.

또, 상기 장척 형상의 도체가 열 전도성이 높은 금속으로 구성되면, 리액터 내부의 열의 방열성을 향상할 수 있다.

[2] 상기 변형 형태 [1]과 같이, 공심부(S1)에 원통 형상의 도체(50)를 설치할 경우에, 도체(50)의 두께를, 리액터(D1)의 구동 주파수에 대한 표피 두께(δ) = (2/ωμσ)^1/2의 2배 이상으로 한다. 이때, 도체(50)의 표피 효과(교류 자속의 차폐 효과)에 의해, 공심 코일(1)의 주연부에 있어서의 자속선이 강제적으로 수직 배향되어, 도체(50)의 원통 내부에 교류 자속선이 인입하지 않도록 할 수 있다. 그로 인해, 리액터 특성에 영향을 주는 일 없이, 도체(50)의 원통을 관통해서 고정용의 볼트 등을 삽입할 수 있다. 따라서 도체의 직경에 제한이 부과되지 않아, 리액터(D1)의 형상이나 실장 형태의 자유도를 크게 할 수 있다.

또한, 도체(50)에 의해, 고조파 성분이 보다 효율적으로 발열되므로, 필터 기능을 부여할 수도 있다.

[3] 코어부(2)는, 상기 제1 실시 형태와 같이, 제1 및 제2 코어 부재(3, 4)로 작성되는 것 외에, 예를 들어 도 33의 (a), (b)에 도시된 바와 같은 것이라도 좋다. 도 33은 코어부(2)의 변형 형태를 도시하는 도면이며, 도 33의 (a)는 본 변형 형태에 관한 리액터에 있어서의 코어부(2)의 조립 사시도이며, 도 33의 (b)는 본 변형 형태에 관한 리액터를, 축심(O)을 포함하는 평면으로 절단한 단면도이다. 여기서, 코어부(2)는 공심 코일(1)의 외경보다 도체 부재(10)의 두께(t) 이상 큰 직경을 갖는 원판 형상의 제1 및 제2 원판 코어 부재(20, 21)와, 상기 코어 부재(20, 21)와 동일한 직경의 원기둥 형상 외주면을 갖는 원통 코어 부재(22)를 구비한다. 원통 코어 부재(22)의 각 단부에는, 제1 및 제2 원판 코어 부재(20, 21)가 접착된다.

또, 상술한 리액터(D1)에서는, 기본적으로 공심 코일(1) 및 코어부(2)가 외형 원기둥 형상이지만, 이에 한정되지 않고, 다각 기둥 형상의 형상이라도 좋다. 상기 다각 기둥 형상은, 예를 들어 4각 기둥 형상, 6각 기둥 형상 및 8각 기둥 형상 등이다. 또한, 공심 코일 및 코어부가 원기둥 형상 및 다각 기둥 형상이라도 좋다. 예를 들어, 공심 코일이 원기둥 형상이며, 코어부가 다각 기둥 형상이라도 좋다. 또한 예를 들어, 공심 코일이 다각 기둥 형상이며, 코어부가 원기둥 형상의 형상이라도 좋다. 여기에서는, 일례로서, 공심 코일 및 코어부가 4각 기둥 형상인 리액터(D2)에 대해서 설명한다.

도 34는 상기한 리액터(D2)의 구성을 도시하는 일부 투과 사시도이다. 도 34는 코어부의 대략 절반을 투과시켜 내부의 코일 구성이 보이도록 기재되어 있다. 도 35는, 도 34에 도시하는 리액터에 있어서의 자속 밀도를 벡터로 도시하는 도면이다. 도 35에는, 코어부를 이분하도록, 축심을 포함하는 대략 중앙의 평면으로 절단한 경우에 있어서의 리액터의 단면도가 도시되어 있다. 도 36은, 도 34에 도시되는 리액터에 있어서의 인덕턴스 특성을 도시하는 도면이다. 도 36의 횡축은 전류(A)이며, 종축은 인덕턴스(μL)이다.

이 4각 기둥 형상의 리액터(D2)는, 도 34에 도시한 바와 같이, 플랫 와이즈 코일 구조를 갖는 공심 코일(6)과, 상기 공심 코일(6)을 덮는 코어부(7)를 구비하여 구성되어 있다. 또, 공심 코일이 다각 기둥 형상일 경우에는, 공심 코일의 반경(R)을, 공심 코일의 중심으로부터 외주면까지의 최단 거리(R)라 읽는다.

코어부(7)는, 코어부(2)와 마찬가지로, 자기적으로(예를 들어 투자율이) 등방성을 갖는 동시에 동일한 구성을 갖는 제1 및 제2 코어 부재(8, 9)를 구비한다. 제1 및 제2 코어 부재(8, 9)는, 각각 예를 들어 사각 형상(직사각 형상)을 갖는 각판부(8a, 9a)의 판면으로부터, 상기 각판부(8a, 9a)의 4변으로 이루어지는 사각형의 크기와 동일한 크기 외주를 갖는 단면 사각형의 통부(8b, 9b)가 연속되도록 구성된다. 각 통부(8b, 9b)의 단부면끼리에 의해 제1 및 제2 코어 부재(8, 9)가 서로 포개지게 됨으로써, 코어부(7)는 공심 코일(6)을 내부에 수용하기 위한 공간을 구비한다.

그리고 공심 코일(6)에는, 중심[축심(O) 위]에 소정 크기의 사각형을 갖는 사각 기둥 형상의 공심부(S2)가 설치되어 있다. 공심 코일(6)은, 소정의 두께를 갖는 리본 형상의 도체 부재가 그 폭 방향을 축심 방향에 대략 일치시킨 형태에서 그 외형이 4각 기둥 형상이 되도록 소정 횟수만큼 권회됨으로써 형성된다. 공심 코일(6)은, 코어부(7)의 내부 공간[제1 및 제2 코어 부재(8, 9)의 내벽면에 의해 형성된 공간]에 설치되어 있다.

이러한 구성에 의해서도, 도 35에 도시된 바와 같이, 공심 코일(6) 내의 자속선이 축 방향으로 대략 평행해져, 도 1에 도시되는 리액터(D1)와 같은 작용 효과를 갖는다. 게다가, 도 36으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이와 같은 구성의 리액터(D2)의 인덕턴스는, 도 1에 도시하는 리액터(D1)의 인덕턴스보다도 크다. 또, 도 36에 도시된 바와 같이, 이와 같은 구성의 리액터(D2)의 인덕턴스 특성은, 도 1에 도시되는 리액터(D1)의 인덕턴스 특성과 같은 프로파일이다. 이들의 인덕턴스는, 비교적 전류치가 작은 범위(도 36에서는 약 80A 이하의 범위)에서는 대략 일정하며, 그 범위를 넘으면 통전 전류의 증가에 수반하여 서서히 감소되고 있다.

여기서, 도 36에서는, 40A에서의 인덕턴스가 대략 동일해지는 조건에 있어서, 도 1에 도시하는 구성의 리액터(D1)와 도 34에 도시하는 구성의 리액터(D2)를 비교하고 있다.

[4] 상기 변형 형태 [3]에 관한 코어부(7)나, 상기 제1 실시 형태에 관한 코어부(2)의 내부에 형성되는 공간[공심 코일(1)을 내장하기 위한 공간]에는, 저 투자성의 자성체가 충전되어도 좋다.

[5] 공심 코일(1, 6)의 상단부면과, 거기에 대향하는 코어부(2, 7)의 내벽면과의 사이나, 코일(1, 6)의 하단부면과 그에 대향하는 코어부(2, 7)와의 사이에, 예를 들어 BN(질화 붕소) 세라믹 등의 절연재가 충전되어도 좋다. 절연재로서는, 예를 들어 절연성 및 양열전도성의 수지 시트가 상정된다. 절연재의 두께는, 1㎜ 이하인 것이 바람직하다. 또, 절연재는 컴파운드가 충전되어 구성되어도 좋다.

이 절연재에 의해, 공심 코일(1)에 의해 축 방향(상하 방향)의 열 전도성이 좋아지는 동시에, 공심 코일(1)에 발생하는 줄 열을 절연재를 거쳐 코어부(2, 7)에 열 전도시킬 수 있어, 효율적으로 외부에 폐열하는 것이 가능해진다. 또한, 이로 인해, 외부로부터 구체적으로는 코어부(2)를 냉각하도록 하면, 리액터(D1, D2)의 내부가 고열이 되는 것을 한층 방지할 수 있다.

[6] 도 37의 (A), (B), (C)는, 절연내성용의 절연 부재를 더 구비한 리액터의 일부 구성을 도시하는 도면이다. 도 37은 절연 부재를 구비하는 리액터의 일부분을 도시하는 도면이며, 도 37의 (A)는 제1 형태의 절연 부재를 도시하고, 도 37의 (B)는 제2 형태의 절연 부재를 도시하고, 그리고 도 37의 (C)는 제3 형태의 절연 부재를 도시한다. 도 38은, 도 37의 (A)에 도시하는 구성의 리액터에 있어서, 절연 부재의 재료 및 두께(㎛)에 대한 절연 내압(2.0kV)의 결과를 도시하는 도면이다.

상술한 실시 형태의 리액터(D1)에 있어서, 공심 코일(1)과 코어부(2) 사이에 있어서의 절연내성을 보다 향상시키기 위해, 공심 코일(1)의 한쪽 단부와 이 한쪽 단부에 대향하는 코어부 한쪽 면과의 사이 및 공심 코일(1)의 다른 쪽 단부와 이 다른 쪽 단부에 대향하는 코어부 다른 쪽 면과의 사이에, 절연 부재(IS)가 더 설치되어 있어도 된다.

이와 같은 절연 부재(IS)는, 예를 들어 PEN(폴리에틸렌테레프탈레이트)이나 PPS(폴리페닐렌 설파이드) 등의 내열성을 갖는 수지의 시트이다. 예를 들어, 도 37의 (A)에 도시된 바와 같이, 절연 부재(IS)는 공심 코일(1)의 한쪽 단부와 이 한쪽 단부에 대향하는 코어부 한쪽 면과의 사이에 배치되는 시트 형상의 절연 부재(IS1-1) 및 공심 코일(1)의 다른 쪽 단부와 이 다른 쪽 단부에 대향하는 코어부 다른 쪽 면과의 사이에 배치되는 시트 형상의 절연 부재(IS1-2)라도 좋다. 또한, 예를 들어 도 37의 (B)에 도시된 바와 같이, 절연 부재(IS)는 공심 코일(1)의 내주면의 일부분 및 외주면의 일부분을 각각 덮는 동시에 공심 코일(1)의 한쪽 단부와 이 한쪽 단부에 대향하는 코어부 한쪽 면과의 사이에 배치되는 시트 형상의 절연 부재(IS2-1) 및 공심 코일(1)의 내측면의 일부분 및 외측면의 일부분을 각각 덮는 동시에 공심 코일(1)의 다른 쪽 단부와 이 다른 쪽 단부에 대향하는 코어부 다른 쪽 면과의 사이에 배치되는 시트 형상의 절연 부재(IS2-2)라도 좋다. 또한, 예를 들어 도 37의 (C)에 도시된 바와 같이, 절연 부재(IS)는 공심 코일(1)을 내포하도록, 공심 코일(1)의 내주면 및 외주면의 전부를 덮는 동시에, 공심 코일(1)의 한쪽 단부 및 다른 쪽 단부의 전부를 덮도록 배치되는 절연 부재(IS3)라도 좋다. 또, 상술한 설명에 있어서는, 리액터(D1)의 경우에 대해서 설명했지만, 리액터(D2)의 경우도 마찬가지로 설명할 수 있다.

이와 같은 구성의 절연 부재(IS)를 더 구비함으로써, 공심 코일과 코어부 사이에 있어서의 절연 내력을 보다 향상할 수 있다.

여기서, 도 37의 (A)에 도시되는 제1 형태의 절연 부재(IS1-1 및 IS1-2)를 더 구비한 리액터(D1)의 절연 내압이 도 38에 도시되어 있다. 여기서, 도 38은 절연 부재(IS1-1 및 IS1-2)로서 캡톤 시트(폴리이미드)가 사용되는 동시에, 그 두께가 25㎛, 50㎛ 및 100㎛인 각 경우에 대해서, 전압 2.0kV를 인가한 경우에 있어서의 절연 내압의 결과를 도시한다. 또한, 도 38은 절연 부재(IS1-1 및 IS1-2)로서 PEN 시트가 사용되는 동시에, 그 두께가 75㎛ 및 125㎛인 각 경우에 대해서, 전압 2.0kV를 인가한 경우에 있어서의 절연 내압의 결과를 도시한다. 또한, 도 38은 절연 부재(IS1-1 및 IS1-2)로서 PPS가 사용되는 동시에, 그 두께가 100㎛인 경우에 대해서, 전압 2.0kV를 인가한 경우에 있어서의 절연 내압의 결과를 도시한다. 또한, 도 38은 절연 부재(IS1-1 및 IS1-2)로서 노멕스가 사용되는 동시에, 그 두께가 100㎛인 경우에 대해서 전압 2.0kV를 인가한 경우에 있어서의 절연 내압의 결과를 도시한다. 도 38로부터 알 수 있는 바와 같이, 절연 부재(IS1)로서 두께 100㎛의 캡톤 시트(폴리이미드)가 사용될 경우, 두께 125㎛의 PEN 시트가 사용될 경우, 두께 100㎛의 PPS가 사용될 경우, 및 두께 100㎛의 노멕스가 사용될 경우에는, 공심 코일(1)과 코어부(2) 사이에서 양호한 절연이 얻어지고 있다. 따라서 절연 부재(IS)의 두께는, 100㎛ 이상인 것이 바람직하다.

[7] 도 39는, 코어부(2)의 변형 형태를 도시하는 평면도이다. 도 39에 도시된 바와 같이, 코어부(2)의 상면에, 축심(O) 근방으로부터 외주측을 향해 방사 형상으로 복수의 오목 홈(Y)이 마련된다. 그 오목 홈(Y)을 따라 공기나 냉각수 등의 냉각 매체를 유통시키고, 코어부(2)를 강제 냉각함으로써, 리액터(D1)의 방열 성능을 향상할 수 있다.

[8] 도 40의 (A), (B)는 히트싱크를 더 구비한 제1 형태의 리액터의 구성을 도시하는 도면이다. 도 41의 (A), (B)는, 히트싱크를 더 구비한 제2 형태의 리액터의 구성을 도시하는 도면이다. 도 42의 (A), (B)는, 히트싱크를 더 구비한 제3 형태의 리액터의 구성을 도시하는 도면이다. 이들 도 40 내지 도 42에 있어서, (A)는 전체 구성을 도시하고, (B)는 코어부(2) 내의 전열 부재의 부분을 도시하고 있다. 도 43은 히트싱크를 더 구비한 비교 형태의 리액터의 구성을 도시하는 도면이다.

상술한 실시 형태의 리액터(D1)에 있어서, 리액터(D1)에서 발생한 열을 리액터(D1) 밖으로 방열시키기 위한 방열기, 소위 히트싱크(HS)가 더 설치되어도 좋다. 이 경우에 있어서, 공심 코일(1)에 있어서 권회된 도체 부재(10) 사이를 절연하기 위해 사용되는 절연재의 절연성을 유지하기 위해, 공심 코일(1)의 열을 코어부(2)로 전도하는 전열 부재가 공심 코일(1)과 코어부(2)와의 사이에 설치되는 것이 바람직하다.

도 40 내지 도 42에 도시된 바와 같이, 이와 같은 히트싱크(HS)를 더 구비한 리액터(D1)는, 히트싱크(HS) 위에 전열 부재(PG1)를 거쳐 고정된다. 또한, 예를 들어 도 40의 (A), (B)에 도시되는 제1 형태에서는, 히트싱크(HS)를 더 구비한 리액터(D1)는, 공심 코일(1)의 한쪽 단부와 이 한쪽 단부에 대향하는 코어부 한쪽 면과의 사이에, 전열 부재(PG2)를 더 구비하고 있어도 된다. 또한, 예를 들어 도 41의 (A), (B)에 도시되는 제2 형태에서는, 공심 코일(1)의 한쪽 단부와 이 한쪽 단부에 대향하는 코어부 한쪽 면과의 사이에 전열 부재(PG2)를 더 구비하는 동시에, 공심 코일(1)의 다른 쪽 단부와 이 다른 쪽 단부에 대향하는 코어부 다른 쪽 면과의 사이에 전열 부재(PG3)를 더 구비하고 있어도 된다. 또한, 예를 들어 도 42의 (A), (B)에 도시되는 제3 형태에서는, 코어부(2)의 내부 공간 대략 전체에 걸쳐[코일(1) 부분을 제외하고] 전열 부재(PG4)를 더 구비하고 있어도 된다. 또, 도 40 내지 도 42에 도시되는 리액터(D1)는, 상술한 절연 부재(IS)를 구비하고 있다. 전열 부재[PG(PG1 내지 PG4)]는, 공심 코일(1)의 열을 코어부(2)에 전도하기 위한 부재이며, 비교적 높은 열 전달 계수를 갖는 재료인 것이 바람직하다. 그리고 전열 부재(PG)에 의해, 공심 코일(1)과 코어부(2)가 밀착되는 것이 바람직하다. 전열 부재(PG)는, 예를 들어 전열 그리스 등이다.

이와 같은 구성의 히트싱크(HS)를 더 구비하는 리액터(D1)에서는, 리액터(D1)의 공심 코일(1)에서 발생한 열이, 코어부(2)를 거쳐 히트싱크(HS)로 전도된다. 따라서 히트싱크(HS)로부터 효율적으로 방열할 수 있어, 리액터(D1)의 온도 상승을 줄일 수 있다. 그리고 도 40 내지 도 42에 도시된 바와 같이, 공심 코일(1)과 코어부(2) 사이에 전열 부재(PG)를 더 구비함으로써, 리액터(D1)의 공심 코일(1)에서 발생한 열이, 코어부(2, 7)를 거쳐 히트싱크(HS)에 의해 효율적으로 전도되어, 히트싱크(HS)로부터 방열할 수 있다. 이로 인해, 공심 코일(1)에 있어서의 권회된 도체 부재(10) 사이를 절연하기 위해 사용되는 절연재의 절연성의 저하(열화)를 방지하여, 절연재의 절연성을 유지하는 것이 가능해진다.

여기서, 공심 코일(1)에 있어서의 권회된 도체 부재(10) 사이의 절연이나 절연 부재(IS)로서는, 폴리이미드나 PEN 등의 수지 재료가 사용된다. 도 43에 도시되는 비교 형태에서는, 히트싱크(HS)는 더 설치되지만, 공심 코일(1)과 코어부(2) 사이에 전열 부재(PG)가 설치되지 않는다. 이러한 경우, 리액터의 온도가 이들 수지의 내열 온도를 초과해 버린다. 그러나 도 40 내지 도 42에 도시되는 히트싱크(HS) 및 공심 코일(1)과, 코어부(2) 사이에 전열 부재(PG)가 설치되는 경우에서는, 리액터(D1)의 온도는 높아도 140도 정도에서 대략 정상 상태(열 평형 상태)이며, 이들 수지의 내열 온도 이하였다. 전열 부재(PG)의 열 전도율은 0.2W/mK 이상인 것이 바람직하고, 1.0W/mK 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 위에서는 리액터(D1)의 경우에 대해 설명했지만, 리액터(D2)의 경우도 마찬가지로 설명할 수 있다.

[9] 도 44의 (A), (B) 및 도 45의 (A), (B)는 고정 부재 및 체결 부재를 더 구비한 리액터의 구성을 도시한다. 도 44의 (A) 및 도 45의 (A)는 상면도를 도시하고, 도 44의 (B)는 도 44의 (A)에 도시된 A1 절단선에 있어서의 단면도를 도시하고, 도 45의 (B)는 도 45의 (A)에 도시된 A2 절단선에 있어서의 단면도를 도시한다. 또, 도 44 및 도 45는 1개의 리액터에 대해서 도시하고 있다. 또, 도 44의 (A) 및 도 45의 (A)에 있어서는, 부착 부재는 생략되어 있다.

상술한 실시 형태의 리액터에 있어서, 코어부는 복수의 코어 부재로 구성된다. 여기서, 리액터는 코어부를 부착하기 위한 부착 부재에 코어부를 고정하는 고정 부재와, 코어부를 형성하기 위해 복수의 코어 부재를 체결하는 체결 부재를 더 구비한다. 코어부에 있어서의 고정 부재의 제1 배치 위치와 체결 부재의 제2 배치 위치가 서로 다르도록, 리액터가 구성되어도 좋다. 이와 같은 구성의 리액터에서는, 고정 부재의 배치 위치와 체결 부재의 배치 위치가 개별로 설치되어 있으므로, 체결 부재로 복수의 코어 부재를 체결함으로써 코어부를 형성한 후에, 고정 부재로 코어부를 부착 부재에 고정할 수 있다. 이로 인해, 리액터의 조립이나 부착의 생산성이 향상될 수 있다.

이와 같은 고정 부재는, 예를 들어 볼트이며, 체결 부재는, 예를 들어 볼트 및 너트이다. 부착 부재는, 예를 들어 기판이나, 상술한 히트싱크(HS)나, 상기 리액터를 사용하는 제품의 하우징 등이다.

이와 같은 고정 부재 및 체결 부재를 더 구비한 리액터는, 예를 들어 도 44의 (A), (B) 및 도 45의 (A), (B)에 도시된 바와 같이, 플랫 와이즈 코일 구조를 갖는 공심 코일(51)과, 상기 공심 코일(51)을 덮는 코어부(52)를 구비하여 구성되는 리액터(D3)이다.

코어부(52)는 코어부(2)와 마찬가지로, 자기적으로(예를 들어 투자율이) 등방성을 갖는 동시에 동일한 구성을 갖는 제1 및 제2 코어 부재(53, 54)를 구비한다. 제1 및 제2 코어 부재(53, 54)는, 각각, 예를 들어 육각 형상을 갖는 육각판부(53a, 54a)의 판면으로부터, 상기 육각판부(53a, 54a)의 6변으로 이루어지는 육각형과 동일한 치수의 외주를 갖는 단면 육각형의 통부(53b, 54b)가 연속되도록 구성된다. 코어부(52)는, 상기 각 통부(53b, 54b)의 단부면끼리에 의해, 제1 및 제2 코어 부재(53, 54)가 서로 포개어지게 됨으로써, 공심 코일(51)을 내부에 수용하기 위한 공간을 구비한다.

공심 코일(51)에는, 공심 코일(1)과 마찬가지로, 중심[축심(O) 위]에 소정의 직경을 갖는 원기둥 형상의 공심부가 설치되어 있다. 공심 코일(51)은, 소정의 두께를 갖는 리본 형상의 도체 부재가 그 폭 방향을 축심 방향에 대략 일치시킨 형태에서 소정 횟수만큼 권회됨으로써 형성되고, 코어부(52)의 내부 공간[제1 및 제2 코어 부재(53, 54)의 내벽면에 의해 형성된 공간]에 설치되어 있다.

그리고 이 리액터(D3)에 있어서의 제1 및 제2 코어 부재(53, 54)에는, 축심(O) 방향을 따라 형성된, 체결 부재[55(55-1 내지 55-3)] 및 고정 부재[56(56-1 내지 56-3)]의 각각을 삽입 관통하기 위한 관통 구멍이 각각 마련되어 있다. 이들 관통 구멍은, 상기 육각형의 제1 및 제2 코어 부재(53, 54)에 있어서의 각내측(정점 내측)에 형성되어 있고, 체결 부재(55)용의 관통 구멍과 고정 부재(56)용의 관통 구멍은, 교대로 설치되어 있다. 즉, 도 44의 (A), (B) 및 도 45의 (A), (B)에 도시되는 예에서는, 제1 및 제2 코어 부재(53, 54)가 육각형이므로, 인접하는 2개의 관통 구멍과 축심(O)이 이루는 각은 60°이다. 또한, 본 예에서는, 체결 부재(55)용의 관통 구멍에만 착안하면, 인접하는 2개의 체결 부재(55)용의 관통 구멍과 축심(O)이 이루는 각은 120°이다. 또한, 본 예에서는 고정 부재(56)용의 관통 구멍에만 착안하면, 인접하는 2개의 고정 부재(56)용의 관통 구멍과 축심(O)이 이루는 각은 120°이다. 이와 같이, 체결 부재용의 관통 구멍과, 고정 부재용의 관통 구멍은 서로 다른 위치에 형성되어 있으므로, 코어부(52)에 있어서의 고정 부재(56)의 제1 배치 위치와 체결 부재(55)의 제2 배치 위치는, 서로 다르다. 또한, 제1 및 제2 코어 부재(53, 54)의 중심 위치[축심(O)의 위치]에도, 체결 부재(55-4)용의 관통 구멍이 마련된다. 이와 같은 구성의 리액터(D3)에서는, 제1 및 제2 코어 부재(53, 54)를 서로 접촉시키는 동시에, 제1 및 제2 코어 부재(53, 54)에 설치된, 체결 부재(55)용의 관통 구멍에 체결 부재[55(55-1 내지 55-4)]의 볼트를 삽입 관통한 후, 볼트 및 너트에 의해 제1 및 제2 코어 부재(53, 54)가 서로 체결된다.

또, 상술한 전열 부재(PG)가 사용되고, 또한 이 전열 부재(PG)가 경화성 수지일 경우에는, 이 체결된 상태에서, 전열 부재(PG)가 경화되는 것이 바람직하다.

한편, 도 44의 (A), (B) 및 도 45의 (A), (B)에 도시되는 예에서는, 부착 부재인 히트싱크(HS)에, 고정 부재[56(56-1 내지 56-3)]를 고정 부착시키기 위한 복수의 오목부가 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 고정 부재(56)인 볼트의 한쪽 단부에 형성된 수나사와 나사 결합하기 위해, 이들 오목부의 내주측면에는 암나사가 형성되어 있다. 그리고 제1 및 제2 코어 부재(53, 54)에 설치된, 고정 부재(56)용의 관통 구멍에, 고정 부재(56)인 볼트를 삽입 관통한 후, 히트싱크(HS)의 오목부에 나사 결합시킴으로써 리액터(D3)가 히트싱크(HS)에 고정되어 부착된다.

이와 같은 구성의 리액터(D3)에 따르면, 상술한 바와 같이, 리액터의 조립이나 부착의 생산성을 향상할 수 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 제1 및 제2 코어 부재(53, 54)를 서로 밀착시킨 상태에서 코어부(52)로서 고정하는 방법으로서는, 클램프로 밀착 고정하는 방법이나, 볼트와 너트로 밀착 고정하는 방법을 생각할 수 있다. 클램프로 밀착 고정할 경우에, 부착 부재에 리액터를 고정할 때에는, 이 클램프를 떼서 리액터를 부착 부재에 고정할 필요가 있으므로, 조립 생산성이 낮아진다. 또한, 볼트와 너트로 밀착 고정할 경우에는, 일단 조립을 위해 체결된 너트를 떼서 부착 부재에 볼트로 고정하게 되므로, 부착 생산성이 낮아진다. 한편, 상술한 본 실시 형태의 방법에서는, 고정 부재(56)의 제1 배치 위치와 체결 부재(55)의 제2 배치 위치가 서로 다르므로, 제1 및 제2 코어 부재(53, 54)의 체결과 리액터(D3)의 고정을 개별로 행할 수 있으므로, 리액터(D3)의 조립이나 부착 생산성을 향상할 수 있다.

또한, 이와 같은 구성의 리액터(D3)에서는, 체결 부재(55)용의 관통 구멍은, 이들을 예를 들어 이들의 중심에서 연결하면, 각 중심을 정점으로 하는 삼각형, 예를 들어 정삼각형을 형성한다. 이들 3점에서 제1 및 제2 코어 부재(53, 54)는, 체결 부재(55)에 의해 체결되므로, 안정적인 체결이 가능해진다. 그리고 나머지 고정 부재(56)용의 관통 구멍은 마찬가지로 하여 연결하면 삼각형, 예를 들어 정삼각형을 형성한다. 이들 3점에서 코어 부재(52)는, 부착 부재[히트싱크(HS)]에 고정 부재(56)에 의해 고정되므로, 안정적인 고정이 가능해진다.

[8] 도 46은, 공심부(S1)에 원통 형상 또는 중실 원기둥 형상의 도체(30)를 설치할 경우의 상기 도체의 외관 사시도이다. 도 46에 도시된 바와 같이, 공심부(S1)에 원통 형상 또는 중실 원기둥 형상의 도체(30)를 설치할 경우, 상기 도체(30)에 축 방향으로 연장되는 슬릿(Z)이 형성되면, 리액터(D1)의 인덕턴스의 증대에 기여할 수 있다.

[9] 코어부(2)는, 자기적으로 등방성을 갖는 페라이트 코어로 구성되어도 좋다. 단, 누설 자속이 없도록 공심 코일(1)을 자성체로 둘러쌀 경우, 전자기 강판과 같은 적층 코어에서는, 반드시 자속선이 평면을 관통하므로, 코어부(2)에 발생하는 와전류손이 커진다. 자속 밀도가 높은 쪽이 누설 자속을 억제할 수 있고 또한 소형화할 수 있으므로, 소프트 페라이트보다도 철계 연자성 분말의 압분 코어가 바람직하다.

[10] 공심 코일(1)은, 절연된 복수의 가는 도체소선을 모아 꼰 리츠선에 의해 구성되어도 좋다.

[11] 공심 코일(1)을 구성하는 리본 형상의 도체 부재(10)는, 균일한 재질로 이루어지는 것 외에, 도 47의 (a), (b)에 도시된 바와 같이, 도체층(12)과 절연층(13)을 그 두께 방향으로 적층해서 이루어지는 것이라도 좋다. 도 47의 (a)는 본 실시 형태에 관한 리본 형상의 도체 부재(10)의 외관 사시도이며, 도 47의 (b)는 도 47의 (a)의 B-B선 단면도이다.

즉, 와전류의 크기는 자속 밀도가 동일한 경우에는, 자력선(자속선)에 수직인 연속되는 면(이어지는 면)의 면적에 비례한다. 본 실시 형태에서는, 자력선(자속선)에 수직으로 교차하는 도체 부재(10)의 면이 불연속 부분을 구성하는 절연층(13)에 의해 분할되어 있다. 이와 같은 구성에 따르면, 균일한 재질로 이루어지는 리본 형상의 도체 부재(10)에 의해 공심 코일(1)을 구성한 경우[도 47의 (c) 참조]에 비해, 자력선(자속선)에 수직으로 교차하는 연속면의 면적이 작아지므로, 와전류를 작게 할 수 있다[도 47의 (d) 참조].

또, 이러한 복합(적층) 선재를 1개의 도체로서 기능시키기 위해서는, 코어부(2)의 외부 자속선이 존재하지 않는 장소에 있어서, 도 47의 (a)의 부분 X와 같이, 리본 형상의 도체 부재(10)의 길이 방향에 있어서의 단부에서 인접하는 도체층(12)끼리를, 절연층(13)을 협지하는 일 없이 접합하는 구성으로 할 필요가 있다. 이와 같이 함으로써, 복합(적층) 선재를 1개의 도체로서 기능시킬 수 있어, 전류가 흐르는 방향에 있어서의 도체의 단면적을 확보하고, 공심 코일(1)의 전기 저항의 증가를 억제할 수 있다.

또한, 와전류는 자장 중에서는 선재의 표리에서 역방향으로 흘러, 자장이 감소됨에 따라서 서서히 도체 내를 리턴하고, 또한 자장의 교차 상황이 변화되는 곳에서 갑자기 도체 내를 리턴한다. 그로 인해, 코일 중심 부근이나, 파이프가 설치되는 경우에는 상기 파이프 부근에 있어서 발열이 현저해지는 경향이 있다. 코어부(2)의 외부에 있어서, 리본 형상의 도체 부재(10)의 길이 방향에 있어서의 단부가 접합되는 구성에 따르면, 코어부(2)로부터 멀어진 장소에서 와전류의 리턴을 발생시킬 수 있어, 공심 코일(1) 내부의 발열을 방지할 수도 있다.

[12] 도체층(12)과 절연층(13)이 두께 방향으로 적층된 리본 형상의 도체 부재(10)를 사용할 경우에, 각 도체층(12) 자체, 또는 각 도체층(12)으로부터 각각 따로따로 뽑아내어진 리드선을, 코어부(2)의 외부에 설치된 인덕터 코어(100)에 서로 역상이 되도록 경유한 후 접합할 수 있다. 이에 의해, 더욱 효과적으로 와전류를 억제할 수 있다.

예를 들어, 도체층(12)이 2층인 경우의 예인 도 48에 도시된 바와 같이, 코어부(2)의 외부에 인덕터 코어부(100)를 설치하여, 각 도체층(12)을 각각 흐르는 전류를 서로 역상이 되도록 각 도체층(12)의 한쪽 단부로부터 인덕터 코어부(100)를 경유시킨다. 이때, 인덕터 코어부(100)는, 역위상의 와전류에만 큰 저항으로서 작용하여, 그 전류를 억제하지만, 동일 위상에서 흘러오는 구동 전류에 대해서는 아무런 영향을 주지 않는다. 따라서 효과적으로 와전류만을 줄여, 전체적인 손실을 줄일 수 있다. 또, 도 48은 도체층(12)이 2층인 경우의 예이지만, 도 49는 도체층(12)이 3층인 경우의 외부 인덕터 코어부(100)의 상태를 도시하는 개략도이며, 도 50은 도체층(12)이 4층인 경우의 외부 인덕터 코어부(100)의 상태를 도시하는 개략도이다.

도 49에 도시된 바와 같이, 도체층(12)이 3층인 경우에는, 인덕터 코어부(100)가 2개 설치된다. 한쪽의 인덕터 코어부(100)에 의해, 제1 도체층을 흐르는 전류와 제2 도체층을 흐르는 전류를 서로 역상으로 한다. 또한, 다른 쪽의 인덕터 코어부(100)에 의해, 제3 도체층을 흐르는 전류와 상기 한쪽의 인덕터 코어부(100)를 경유한 제2 도체층을 흐르는 전류를 서로 역상으로 한 후, 각 인덕터 코어부(100)를 흐른 전류를 합류시키고 있다.

도 50에 도시된 바와 같이, 도체층(12)이 4층인 경우에는 인덕터 코어부(100)가 3개 설치된다. 제1 인덕터 코어부(100)에 의해, 제1 도체층을 흐르는 전류와 제2 도체층을 흐르는 전류를 서로 역상으로 한 후, 그들의 전류를 합류시킨다. 또한, 제2 인덕터 코어부(100)에 의해, 제3 도체층을 흐르는 전류와 제4 도체층을 흐르는 전류를 서로 역상으로 한 후, 그들의 전류를 합류시킨다. 그리고 각각 합류되어 이루어지는 2개의 전류를, 제3 인덕터 코어부(100)에 의해 서로 역상으로 한 후, 합류시키고 있다.

여기서, 도체층(12)이 두께 0.6㎜인 단층이며, 코일 권취수가 32권인 도 1과 같은 리액터의 와전류손을 조사했다. 또한, 도체층(12)이 두께 0.3㎜인 2층이며, 코어부(2)의 외부에 있어서 각 도체층(12)의 단부가 접합된 구성의 제1 복층 리액터의 와전류손을 조사했다. 또한, 도체층(12)이 두께 0.3㎜인 2층이며, 각 도체층(12)으로부터 각각 따로따로 뽑아내어진 리드선이, 코어부(2)의 외부에 설치된 인덕터 코어에 서로 역상이 되도록 경유한 후 접합되는 구성의 제2 복층 리액터의 와전류손을 조사했다. 이들은, 구체적으로는 LCＲ 미터를 사용하여, 10kHz일 때의 저항치로 측정된다.

그 결과, 제1 복층 리액터에서는 와전류손이 단층(기본)인 경우의 약 56％로, 제2 복층 리액터에서는 와전류손이 단층(기본)인 경우의 약 32％로, 각각 저감할 수 있었다.

[13] 일반적으로, 리액터는 변압기로서 사용하는 것이 가능하며, 예를 들어 일본 공개 특허 제2001-345224호 공보에 개시된 3상 변압기가 있다. 이 3상 변압기는 케이블 코일형이다. 이 3상 변압기에는 U상, V상 및 W상의 3상에 대응하는 3개의 철심 상부와 하부에 철심 요크가 설치됨으로써, 자기 회로가 형성되어 있다. 이러한 철심이, 각이 있는 숫자 "8"자의 형태로 조합됨으로써, 자력선의 도선이 구성되어 있다. 이와 같은 구성의 3상 변압기(리액터)는 전력 전송 계통의 도중에 배치되어, 전압의 안정화에 도움이 된다. 또한, 최근 인버터 기술의 진보에 의해, 보수의 필요를 저감하기 위해, 공장이나 하이브리드 자동차나 전기 자동차 등에, 교류 전동기가 배치되도록 되어 오고 있다. 이러한 경우에, 예를 들어 인버터로부터 3개의 3상 교류의 동력 전선이 교류 전동기를 향하게 되지만, 역률 개선을 위해, 통상 인버터와 전동기 사이에 3상 변압기(리액터)가 직렬로 접속된다.

최근 하이브리드 자동차 등의 동력원의 주류는, 영구 자석을 내장하는 동기 교류 전동기이다. 승차감을 향상시키는 관점으로부터, 이 전동기에는 회전의 원활함이 요구된다. 영구 자석형 동기 교류 전동기는, 예를 들어 회전자측의 자극수가 4이고, 고정자측의 자극수가 6인 조합(4 대 6)을 기본으로 한다. 현실적으로는, 회전자측의 자극수가 8이고, 고정자측의 자극수가 12인 조합(8 대 12)이나, 회전자측의 자극수가 16이고, 고정자측의 자극수가 24인 조합(16 대 24)이 사용되고 있다. 극수의 증가에 따라서 토크 변동, 소위 코깅 토크가 완화되어, 진동 발생이 억제되어 승차감의 향상으로 이어지고 있다.

그런데 상술한 바와 같이 회전자와 고정자의 자극수가 다르므로, 회전자의 회전에 수반하여 U상, V상 및 W상의 여자 코일 인덕턴스가 비대칭으로 변화된다. 그 결과, 인버터로부터 인가되는 3상 교류 전압 파형에 변형이 발생하여, 이상으로 하는 정현파 파형이 되지 않으므로, 토크 변동이 일어나 버린다. 그로 인해, 하이브리드 자동차 등에 차량 탑재되는 차량 탑재 인버터와 전동기 사이에 3상 리액터를 삽입함으로써, 비선형 인덕턴스에 기인하는 불필요한 전압 파형, 즉 고조파 전압 성분을 흡수해서 완화하는 대책이 유효하다.

그러나 상술한 종래의 3상 변압기는, 그 형상 특성으로부터 비교적 체격이 커 탑재 스페이스에 한계가 있는 자동차에 탑재할 때에 부적합하다.

따라서 도 51에 도시된 바와 같이, 절연 재료로 절연 피복된 장척의 도체 부재를 권회해서 형성되는 단층 코일을 기본 단위로서, 3개의 단층 코일(11u, 11v, 11w)을 두께 방향으로 적층해서 형성된 3층 공심 코일(11)이 사용된다. 이들 3개의 단층 코일(11u, 11v, 11w)의 권취 시작의 각각은, 서로 전류선로의 제1 단자(11au , 11av , 11aｗ)로서, 서로로부터 독립되어 있다. 또한, 이들 3개의 단층 코일(11u, 11v, 11w)의 권취 종료의 각각은, 전류 선로의 제2 단자(11bu, 11bv, 11bｗ)로서, 서로로부터 독립되어 있다.

즉, 3개의 단층 코일 중 제1 단층 코일(11u)은, 예를 들어 3상 교류의 U상용의 코일이다. 제1 단층 코일(11u)은 필름 형상의 전기 절연층에서 절연 피복된 장척의 도체 부재가 중심으로부터 소용돌이 형상으로 권회됨으로써 형성되고, 예를 들어 사양 등에 따른 소정의 인덕턴스에 의해 권취가 종료된다. 제1 단층 코일(11u)의 권취 시작인 한쪽 단부는 전류 선로의 제1 단자(11au)이며, 코어부(2)의 축심에 천공된 구멍으로부터 외부로 인출된다. 제1 단층 코일(11u)의 권취 종료인 다른 쪽 단부는 전류 선로의 제2 단자(11bu)이며, 코어부(2)의 원통부[3b(4b)]에 천공된 구멍으로부터 외부로 인출된다.

3개의 단층 코일 중 제2 단층 코일(11v)은, 예를 들어 3상 교류의 Ｖ상용의 코일이다. 제2 단층 코일(11v)은 필름 형상의 전기 절연층에서 절연 피복된 장척의 도체 부재가 중심으로부터 소용돌이 형상으로 권회됨으로써 형성되고, 예를 들어 사양 등에 따른 소정의 인덕턴스에 의해 권취가 종료된다. 제2 단층 코일(11v)의 권취 시작인 한쪽 단부는 전류 선로의 제1 단자(11av)이며, 코어부(2)의 축심에 천공된 구멍으로부터 외부로 인출된다. 제2 단층 코일(11v)의 권취 종료인 다른 쪽 단부는 전류 선로의 제2 단자(11bv)이며, 코어부(2)의 원통부[3b(4b)]에 천공된 구멍으로부터 외부로 인출된다.

마찬가지로, 3개의 단층 코일 중 제3 단층 코일(11w)은, 예를 들어 3상 교류의 Ｗ상용의 코일이다. 제3 단층 코일(11w)은 필름 형상의 전기 절연층에 의해 절연 피복된 장척의 도체 부재가 중심으로부터 소용돌이 형상으로 권회됨으로써 형성되고, 예를 들어 사양 등에 따른 소정의 인덕턴스에 의해 권취가 종료된다. 제3 단층 코일(11w)의 권취 시작인 한쪽 단부는 전류 선로의 제1 단자(11aｗ)이며, 코어부(2)의 축심에 천공된 구멍으로부터 외부로 인출된다. 제3 단층 코일(11w)의 권취 종료인 다른 쪽 단부는 전류 선로의 제2 단자(11bｗ)이며, 코어부(2)의 원통부[3b(4b)]에 천공된 구멍으로부터 외부로 인출된다.

그리고 이들 3개의 단층 코일(11u, 11v, 11w)은, 전기 절연 필름으로 전기적으로 절연되면서 두께 방향으로 적층되고, 코어부(2) 내에 단단하게 고정된다. 장척의 도체 부재의 단면은, 적층하기 쉽도록 평각 형상인 것이 바람직하다.

이들 적층된 3개의 단상 코일(11u, 11v, 11w)은 전기적으로는 절연되어 있으므로 도통하지 않지만, 적층에 의한 근접 효과로 자기적으로는 서로 결합하고 있어, 종래의 3상 리액터와 같이 자기 회로를 형성하고 있다.

이와 같이 리액터(D)를 구성함으로써, 1개분의 코일 스페이스에 3상분의 코일이 수용 가능하므로, 동일한 전력 용량의 종래형의 3상 리액터에 비해, 체격을 작게 할 수 있다. 이와 같은 구성의 리액터(D)는, 특히 탑재 스페이스가 한정된 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전차 및 버스 등의 이동체(차량)에 탑재되는 경우에 적합하다. 또한, 이와 같은 구성의 리액터(D)는, 인버터로부터 교류 전동기로의 동력선에 있어서, 인버터로부터의 고조파 왜곡 전압(소위 리플)을 흡수해서 평활화할 수 있어, 이 결과 정현파 파형에 가까운 파형을 전동기로 출력할 수 있다. 이에 의해, 고조파를 전동기로 출력하는 일이 없어져, 리플 전압, 서지 전압의 발생을 억제할 수 있어, 이상 전류에 의한 기기의 손상을 방지할 수 있다. 나아가서는, 인버터 출력 소자의 내전압을 낮출 수 있어, 보다 저렴한 부품(소자)을 사용하는 것이 가능해진다. 또한, 교류 전동기에서 발생하는 역기전력에 기인하는 이상한 역전압이, 인버터로 역류하는 것을 도중에 흡수하여, 인버터 출력 소자의 손상도 방지하는 것이 가능해진다. 또한, 이와 같은 구성의 리액터(D)는, 전기 절연 필름과 함께 3상분의 코일이 단단하게 고정되므로, 구조체로서 높은 강성을 구비하고 있어, 교류 전류의 인가에 의해 발생하는 자기력 수축 진동을 억제할 수도 있다.

여기서, 이와 같은 구성의 리액터(3상 리액터)(D)에 있어서, 도 52에 도시된 바와 같이, 코어부(2)의 3층 공심 코일(11)의 공심부(S1)에 대응하는 부위에, 공심부(S1)와 대략 동일한 직경의 구멍(H)을 형성하고, 이 구멍(H)을 거쳐 코어부(2)를 관통하는 냉각 파이프(PY)를 설치해도 좋다. 냉각 파이프(PY)에는, 예를 들어 공기 등의 기체나 물 등의 액체 등의 유체가 유통된다. 상술한 3층 공심 코일(11)의 중심 부분은, 도 51에 도시되는 구성에서는 코어부(2)의 중앙에 있으므로, 통전에 의한 전류 줄열이 쉽게 폐열되지 않아 열기가 차 버릴 우려가 있다. 그러나 냉각 파이프(PY)를 설치함으로써, 냉각 파이프(PY)를 유통하는 유체에 의해 전류 줄열을 외부로 유도하여, 폐열하는 것이 가능해진다. 또, 냉각 파이프(PY)가 도전성을 갖는 경우에는, 단층 코일(11u, 11v, 11w)과 접촉할 수 있는 냉각 파이프(PY)의 부위[예를 들어 단층 코일(11u, 11v, 11w)의 권취 시작 부분 등]에, 전기 절연 필름 등의 절연 부재가 사용된다.

본 발명을 표현하기 위해, 위에서 도면을 참조하면서 실시 형태를 통해 본 발명을 적절하게 또한 충분히 설명했지만, 당업자라면 상술한 실시 형태를 변경 및/또는 개량하는 것은 쉽게 가능하다고 인식해야 한다. 따라서 당업자가 실시하는 변경 형태 또는 개량 형태가, 청구 범위에 기재된 청구항의 권리 범위를 이탈하지 않는 한, 당해 변경 형태 또는 당해 개량 형태는, 당해 청구항의 권리 범위에 포괄된다고 해석된다.

본 출원은 2009년 7월 16일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2009-167789호), 2009년 9월 14일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2009-211742호), 2010년 5월 13일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2010-110793호)을 기초로 하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로 해서 도입된다.

1, 6 : 공심 코일
2, 7 : 코어부
3, 4, 8, 9 : 제1, 제2 코어 부재
3a, 4a, 8a, 9a : 원판부
3b, 4b, 8b, 9b : 원통부
3c, 4c : 볼록부
3d, 4d : 오목부
20 내지 22 : 코어 부재
D1, D2 : 리액터
S1, S2 : 공심부
Y : 오목 홈
Z : 슬릿

Claims

장척의 도체 부재를 권회해서 형성되는 공심 코일과,
상기 공심 코일의 양쪽 단부 및 외주부를 덮는 코어부를 구비하고,
상기 공심 코일의 축 방향에 있어서의 상기 장척의 도체 부재의 길이(W)에 대한, 상기 공심 코일의 직경 방향에 있어서의 상기 장척의 도체 부재의 길이(t)의 비(t/W)는, 1 이하이며,
상기 공심 코일의 한쪽 단부에 대향하는 상기 코어부의 한쪽 면과, 상기 공심 코일의 다른 쪽 단부에 대향하는 상기 코어부의 다른 쪽 면은, 적어도 코일 단부를 덮는 영역에 있어서 평행하며,
상기 코어부의 상기 한쪽 면에 대하여, 상기 공심 코일을 형성하는 상기 장척의 도체 부재의 둘레 방향 면이 수직이며,
상기 공심 코일의 축 방향에 있어서의 상기 장척의 도체 부재의 길이(W)에 대한, 상기 공심 코일의 중심으로부터 외주까지의 반경(R)과의 비(R/W)는, 2 내지 4이고,
상기 코어부의 상면 및 저면의, 상기 공심 코일의 공심부에 면한 부위에는, 상기 공심 코일로 돌출하는 돌기부가 형성되고, 상기 돌기부는 상기 공심 코일의 공심부의 반경을 r, 돌기부의 코일 단부에 대향하는 코어 면으로부터의 높이를 a, 돌기부 저면의 반경을 A라 했을 때,
0 < a ≤ W/3, 또한 r ＞ √[A²＋(W/2)²]
을 만족하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 리액터.
삭제
제1항에 있어서, 상기 비(t/W)는 1/10 이하인 것을 특징으로 하는, 리액터.
제1항에 있어서, 상기 길이(t)는, 상기 리액터의 구동 주파수에 대한 표피 두께 이하인 것을 특징으로 하는, 리액터.
제1항에 있어서, 상기 공심 코일의 내주 단부에 있어서의, 상기 코어부 한쪽 면과 상기 코어부 다른 쪽 면과의 간격(L1)과, 상기 공심 코일의 외주 단부에 있어서의 상기 코어부 한쪽 면과 상기 코어부 다른 쪽 면과의 간격(L2)과의 차(L1-L2)를, 평균 간격(L3)으로 나눔으로써 산출되는 평행도[(L1-L2)/L3]의 절대치가, 1/50 이하인 것을 특징으로 하는, 리액터.
제1항에 있어서, 상기 장척의 도체 부재는 도체층과 절연층을 그 두께 방향으로 적층함으로써 형성되어 있고,
인접하는 상기 도체층끼리는, 상기 코어부의 외부에 있어서, 상기 장척의 도체 부재의 길이 방향에 있어서의 단부에서 절연층을 협지하는 일 없이 접합되는 것을 특징으로 하는, 리액터.
제6항에 있어서, 각 도체층 자체가, 또는 각 도체층으로부터 각각 따로따로 뽑아내어진 리드선이, 상기 코어부의 외부에 설치된 인덕터 코어에 서로 역상이 되도록 경유된 후 접합되는 것을 특징으로 하는, 리액터.
제1항에 있어서, 상기 공심 코일은 절연 재료로 절연 피복된 상기 장척의 도체 부재를 권회해서 형성되는 단층 코일을 사용함으로써, 두께 방향으로 3개의 상기 단층 코일을 적층해서 형성되고,
3개의 상기 단층 코일 각각의 권취 시작은, 전류 선로의 제1 단자로서 서로로부터 독립되어 있는 동시에, 3개의 상기 단층 코일 각각의 권취 종료는, 전류 선로의 제2 단자로서 서로로부터 독립되어 있는 것을 특징으로 하는, 리액터.
제1항에 있어서, 상기 공심 코일의 한쪽 단부와 이 한쪽 단부에 대향하는 코어부 한쪽 면과의 사이 및 상기 공심 코일의 다른 쪽 단부와 이 다른 쪽 단부에 대향하는 코어부 다른 쪽 면과의 사이에 적어도 배치되는 절연 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 리액터.
제1항에 있어서, 상기 코어부는 복수의 코어 부재를 구비하고,
상기 코어부를 부착하는 부착 부재에 상기 코어부를 고정하는 고정 부재와,
상기 복수의 코어 부재에 의해 상기 코어부를 형성하기 위해, 상기 복수의 코어 부재를 체결하는 체결 부재를 더 구비하고,
상기 코어부에 있어서의 상기 고정 부재의 제1 배치 위치와 상기 체결 부재의 제2 배치 위치는, 서로 다른 것을 특징으로 하는, 리액터.
제1항에 있어서, 상기 코어부는 자기적으로 등방성을 갖는 동시에, 연자성체 분말을 성형함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는, 리액터.
제1항에 있어서, 상기 코어부는 자기적으로 등방성을 갖는 페라이트 코어인 것을 특징으로 하는, 리액터.