KR102230417B1 - 리액터 - Google Patents

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사토시 아이카와
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가부시끼가이샤교산세이사꾸쇼
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Abstract

주권선을 형성한 배선기판 및 제어권선을 형성한 배선기판을 플레이너형 코어에 층모양으로 조립해서 이루어지는 리액터에 있어서, 제어권선의 제어전류에 의해 형성되는 자속밀도를 균등하게 하고, 제어권선의 제어전류에 의해서 리액터의 인덕턴스를 설정한다. 리액터는, 주권선을 형성한 배선기판 및 제어권선을 형성한 배선기판을 플레이너형 코어에 층모양으로 조립해서 이루어지는 리액터에 있어서, (a) 주권선이 형성하는 자속, 및 (b) 제어권선이 형성하는 자속을 이하의 상태로 하는 것에 의해, 제어전류가 형성하는 자속밀도를 균등한 것으로 한다. 주권선을 흐르는 고주파 전류의 주권선 전류는, 한쌍의 각 안다리에 있어서 서로 상쇄하는 자계의 방향(향함)이 역방향인 교류자속을 형성하고, 제어권선을 흐르는 직류전류의 제어전류는, 교류자속이 상쇄된 한쌍의 안다리에 있어서 균등한 자속밀도의 직류자속을 형성한다.

Description

리액터
본 발명은 리액터에 관한 것으로서, 자속 제어에 의해 인덕턴스를 가변으로 하는 자속 제어형 리액터에 관한 것이다.
고주파 발생 장치로부터 부하에 고주파 전력을 공급할 때에, 고주파 발생 장치의 임피던스와 부하의 임피던스를 정합시키기 위해서 임피던스 정합 장치가 마련되어 있다.
종래, 가변 용량 소자와 가변 인덕턴스 소자로 구성되는 임피던스 정합 장치가 알려져 있다. 임피던스 정합은, 가변 용량 소자의 용량값 및 가변 인덕턴스 소자의 인덕턴스값을 변화시키고 있다.
높은 전력을 취급하는 임피던스 정합 장치에서는, 가변 용량 소자로서 가변 콘덴서를 이용하고, 가변 인덕턴스 소자로서 코일을 이용하고, 가변 콘덴서의 용량값을 모터 구동으로 변화시키고, 코일의 인덕턴스값을 코일과 슬라이딩(摺動) 접촉하는 접점을 모터 구동으로 변화시키고 있다. 이와 같은 기계적으로 임피던스를 변화시키는 임피던스 정합 장치에서는, 용량값이나 인덕턴스값의 변화 속도는 모터의 동작 속도에 의존하기 때문에, 임피던스 정합에 요하는 시간이 제한된다고 하는 문제가 있었다.
상기의 임피던스를 기계적으로 변화시키는 기구가 가지는 문제에 대해서, 자속 제어형 리액터를 이용하여 임피던스값을 바꾸는 임피던스 정합 장치가 제안되어 있다.
자속 제어형 리액터는, 코어에 주권선과 제어권선을 권회(卷回)하고, 제어권선에 흐르는 직류전류에 의해 발생하는 직류자속을 바이어스 자속으로 하고, 제어권선에 흐르는 직류전류의 크기에 따라서 주권선의 인덕턴스값을 바꾼다.
도 11의 (a)는 종래의 자속 제어형의 가변 리액터의 1구성예를 도시하고 있다. 가변 리액터(100)는, 2개의 코어(101a, 101b)에 주권선(102a, 102b)을 권회해서(감아돌려서) 고주파 전류를 흘리고, 2개의 코어(101a, 101b)가 관통하도록 제어권선(103)을 권회해서 직류전류를 흘린다. 주권선(102a, 102b)에 고주파 전류를 흘리고, 코어(101a, 101b)가 서로 이웃하는 코어부분에 자속방향이 역방향인 자속을 발생시키는 것에 의해, 이 부분의 자속을 서로 상쇄시킨다. 제어권선(103)에 직류전류를 흘림으로써, 고주파 전류에 의한 교류자속이 상쇄된 코어부분에 직류자속이 형성된다. 이 직류자속에 의해, 주권선(102a, 102b)의 인덕턴스값을 바꿈으로써 임피던스를 변화시킨다(특허문헌 1).
또, 인덕턴스에 고주파 전력을 공급하는 고주파 트랜스(변압기) 등의 장치에 있어서, 권선 트랜스 대신에 플레이너 트랜스가 제안되어 있다. 도 11의 (b)는 플레이너 트랜스(110)의 1구성예를 도시하고 있다. 플레이너 트랜스(110)는, 예를 들면, E코어나 U코어의 돌기부분을 서로 대향해서 배치시킨 평면모양(平面狀)의 플레이너형 코어(111, 112)를 구비한다. 도 11의 (c)의 플레이너형 EE코어(111)는, E형 코어(111a)와 E형 코어(111b)에 의해 구성되고, 도 11의 (d)의 플레이너형 UU코어(112)는, U형 코어(112a)∼U형 코어(112d)에 의해 구성된다. 플레이너형 코어는, 층모양(層狀)으로 배치된 코어의 평면부분을 양측으로부터 냉각 핀 혹은 냉각 플레이트로 끼우는 구성으로 하고, 이것에 의해서 고주파에 의해 발생하는 열의 냉각 효율을 높이고 있다. 또, 플레이너 트랜스에서는, 코일패턴을 마련한 프린트 기판에 의해 1차 권선 및 2차 권선을 형성해서 다층화하고 있다(특허문헌 2).
미국특허 제6,211,749호 일본공개특허공보 특개2016－15453호
임피던스 정합 장치 등에 이용하는 가변 리액터에 있어서, 플레이너형 코어를 이용한 구성에서는 주권선을 형성하는 프린트 기판　등의 배선기판이 코어의 측부로부터 외측으로 비어져 나오기 때문에, 이하와 같은 문제가 있다.
(ⅰ) 배선기판의 일부가 코어의 외측으로 비어져 나오기 때문에, 리액터의 실장(實裝) 면적이 커진다.
(ⅱ) 코어의 외측부로 비어져 나온 배선기판에 형성된 코일로부터 누설자속이 발생한다.
(ⅰ) 리액터의 실장면적의 문제
도 12는, 플레이너형 코어(121)와 배선기판(124, 125)을 조합한 가변 리액터(120)의 구성예이고, 도 12의 (a)는 개략 구성을 도시하고, 도 12의 (b)는 주권선(122)이 형성된 주권선 기판(124)을 도시하고, 도 12의 (c)는 제어권선(123)이 형성된 제어권선 기판(125)을 도시하고 있다.
플레이너형 코어(121)는, 중앙에 배치된 중앙다리(中央脚)(121a)와 양측부에 배치된 측부다리(121b, 121c)의 각 다리부를 구비한다. 중앙다리(121a), 측부다리(121b, 121c), 및 평탄부는, 주권선 기판(124) 및 제어권선 기판(125)을 마련하기 위한 개구부를 구성한다. 주권선 기판(124)은, 중앙다리(121a)를 통과시키는 개구부(126a)와, 측부다리(121b 및 121c)를 통과시키는 개구부(126b 및 126c)를 구비한다. 또, 제어권선 기판(125)은, 중앙다리(121a)를 통과시키는 개구부(127)를 구비한다.
플레이너형 코어(121)의 가로방향의 길이 WA에 대해서, 주권선 기판(124)은 측부로부터 외측으로 각각 길이 WB, WC만큼 비어져 나오기 때문에, 리액터의 실장면적은 플레이너형 코어(121)의 면적보다 외측으로 비어져 나온 분(길이 WB, WC)만큼 커진다.
(ⅱ) 누설자속의 문제
플레이너형 코어(121)의 외측부로 비어져 나온 배선기판 상에는, 주권선의 일부가 형성되어 있다. 그 때문에, 주권선에 고주파 전류가 흐름으로써 발생하는 자속 중, 코어의 외측의 권선에서 발생하는 자속이 리액터의 외부로 누설된다고 하는 누설자속의 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하고, 주권선을 형성한 배선기판 및 제어권선을 형성한 배선기판을 플레이너형 코어에 층모양으로 조립해서(포함시켜서) 이루어지는 리액터에 있어서, 실장면적을 저감하는 것을 목적으로 한다. 또, 주권선에 의해 발생하는 자속이 리액터 밖으로 누설되는 누설자속을 억제하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 리액터는, 주권선을 형성한 주권선 기판, 제어권선을 형성한 제어권선 기판, 및 플레이너형 코어를 구비한다.
본 발명의 리액터의 플레이너형 코어는, 페라이트 등의 자성 재료로 형성된 개략 평판모양의 부재이다. 평판모양 부재는 중앙에서 분할된 2개의 코어부재로 구성되고, 각 코어부재의 한쪽 면은 평면 형상이고, 다른쪽 면에는 평면 형상에 대해서 거의 직각 방향으로 돌출한 돌기부분을 가진다. 2개의 코어부재의 서로의 돌기부분을 대향 배치해서 층모양의 코어가 형성된다. 본 발명의 리액터의 플레이너형 코어는, E형 코어 또는 U형 코어의 돌기부분을 서로 대향해서 배치시키는 구성으로 할 수가 있다. 플레이너형 코어는 양측의 평면부분을 냉각 핀으로 끼우는 것에 의해, 냉각 효과를 높일 수가 있다. 돌기부분 사이의 오목부는 코어 내에 관통구멍을 형성한다. 관통구멍에는, 주권선 기판 및 제어권선 기판의 배선기판이 배치된다.
본 발명의 리액터는 이하의 구성을 구비한다.
(a) 주권선 기판과 제어권선 기판은 플레이너형 코어 내에 층모양으로 조립된다.
(b) 플레이너형 코어는, 중앙다리와, 중앙다리의 양측에 배치된 한쌍의 안다리(內脚)와, 안다리의 외측에 배치된 한쌍의 바깥다리(外脚)의 각 다리부를 가진다.
(c) 주권선을 흐르는 고주파 전류의 주권선 전류는, 한쌍의 각 안다리에 있어서 서로 상쇄하는 자계의 방향이 역방향인 교류자속을 형성한다.
(d) 제어권선을 흐르는 직류전류의 제어전류는, 코어의 전체다리부(全脚部)에 균등한 자속밀도의 직류자속을 형성한다.
본 발명의 리액터는, 상기 구성에 의해 상기한 (ⅰ), (ⅱ)의 과제를 해결하는 것 외에도, 리액터에 유효한 효과를 얻을 수 있다.
(ⅰ) 리액터의 실장면적의 저감
본 발명의 리액터에 있어서, (a) 주권선 기판과 제어권선 기판은 플레이너형 코어 내에 층모양으로 조립되는 구성, 및 (b) 플레이너형 코어는, 중앙다리와, 중앙다리의 양측에 배치된 한쌍의 안다리와, 안다리의 외측에 배치된 한쌍의 바깥다리의 각 다리부를 가지는 구성에 의해, 리액터의 실장면적의 저감이 도모된다.
도 12의 (a)에 도시한 리액터의 구성예는, 종래의 코어(도 11의 (a))를 단순히 플레이너형 코어(도 11의 (b))로 치환한 구성이다. 이 플레이너형 코어의 구성예에 있어서, 인가 전류를 바꾸지 않고 자속을 증가시키려면, 안길이(깊이) 방향으로 플레이너형 코어를 추가 배치하는 구성으로 되지만, 이 안길이 방향의 배치에서는 리액터의 실장면적이 증대한다고 하는 과제가 있다.
본 발명의 리액터는, 플레이너형 코어를, 중앙다리와, 중앙다리의 양측에 배치된 한쌍의 안다리와, 안다리의 외측에 배치된 한쌍의 바깥다리의 각 다리부를 가지는 구성이고, 이 구성은 외형적으로는 2개의 플레이너형 코어를 안길이 방향의 배치 대신에 가로방향의 배치를 구성한다.
이 가로방향 배치의 구성은, 코어의 개수나 실장면적을 증가시키는 일 없이 행할 수가 있다.
본 발명의 플레이너형 코어의 가로방향 배치에 있어서, 코어의 안길이 방향의 길이를 절반으로 한 경우의 코어의 평면면적은, 도 12의 (a)의 플레이너형 코어의 평면면적과 동일한 면적으로 되고, 코어부분의 실장면적을 확대하는 일 없이 구성할 수가 있다.
또, 본 발명의 리액터는, 상기한 코어부분의 실장면적을 확대하는 일 없이 구성할 수 있는 것과 아울러, 주권선 기판 및 제어권선 기판을 플레이너형 코어 내에 층모양으로 조립하여 구성하는 것에 의해, 코어의 외측에 마련되는 배선기판을 폐(廢)하여, 리액터의 실장면적을 저감할 수가 있다.
(ⅱ) 누설자속의 억제
본 발명의 리액터에 있어서, (a) 주권선 기판과 제어권선 기판은 플레이너형 코어 내에 층모양으로 조립되는 구성에 의해, 자속이 리액터의 외부로 누설된다고 하는 누설자속의 억제가 도모된다. 또, 본 발명의 리액터는, 균등한 자속의 형성, 및 자계 노이즈의 저감이 도모된다.
(ⅲ) 균등한 자속의 형성
(c)의 주권선에 의한 자속에 있어서, 주권선에 고주파 전류가 흐르면 제어권선에 고주파 성분이 유기(誘起)된다. 이 고주파 성분의 유기에 의해, 제어회로에 대해서 고주파 전류가 인가되는 지장(支障), 제어권선에 과대전압이 발생한다고 하는 지장이 발생한다. 이와 같은 지장을 억제하기 위해서, 주권선에 의한 자속 형성에 있어서, 제어권선에 고주파 성분이 유기하지 않는 자속상태로 한다. 균등한 자속밀도는, 각 다리부를 권회하는 주권선에 균등한 인덕턴스를 발생시키고, 리액터의 인덕턴스를 제어전류에 따라 가변으로 할 수 있는 것으로 인해, 고주파 성분을 유기하지 않는 자속상태를 구성한다.
본 발명의 리액터는, 주권선을 형성한 배선기판 및 제어권선을 형성한 배선기판을 플레이너형 코어에 층모양으로 조립해서 이루어지는 리액터에 있어서, (c) 주권선이 형성하는 자속, 및, (d) 제어권선이 형성하는 자속을 이하의 상태로 하는 것에 의해, 제어전류가 형성하는 자속을 균등한 자속밀도로 한다.
(d)의 제어권선에 의한 자속에 있어서, 고주파 성분이 제거된 코어의 다리부에 있어서, 제어권선을 형성한다. 제어권선을 흐르는 직류전류의 제어전류는, 교류자속이 상쇄된 한쌍의 안다리를 포함하는 전체다리부에 있어서 균등한 자속밀도의 직류자속을 형성한다. 제어권선에 의해 형성되는 직류자속의 자속밀도를 코어의 전체다리부에 있어서 균등하게 하는 것에 의해서, 주권선에 대한 인덕턴스의 변화를 균등하게 한다.
본 발명의 리액터가 구비하는 배선기판은, 주권선 기판 및 제어권선 기판이고, 이들 배선기판을 적층시킴으로써 구성된다. 주권선 기판은 제1의 주권선 기판과 제2의 주권선 기판을 구비한다. 제어권선 기판은, 제1의 주권선 기판과 제2의 주권선 기판에 의해 상하 방향이 낀 배치로 하는 것 외에도, 제1의 주권선 기판과 제2의 주권선 기판의 적층의 어느 한쪽측에 배치해도 좋다.
본 발명의 리액터가 구비하는 배선기판은, 제어권선 기판을 2장(枚)의 주권선 기판으로 끼우는 구성으로 하는 것에 의해, 주권선과 제어권선 사이에 있어서 자계의 결합도를 높일 수가 있다.
(ⅳ) 자계 노이즈의 저감
본 발명의 리액터는, 각 주권선에 고주파 전류가 흐르는 것에 의해 제어권선에 고주파 성분이 유기되지만, (c) 주권선을 흐르는 고주파 전류의 주권선 전류는, 한쌍의 각 안다리에 있어서 서로 자계의 방향이 역방향인 교류자속을 형성하는 것에 의해, 제어권선에 유기된 고주파 성분은 상쇄된다.
2개의 주권선의 고주파 전류에 의한 제어권선에 대한 유기에 있어서, 한쪽의 주권선에 고주파 전류가 흐르는 것에 의해 제어권선에 유기되는 고주파 성분과, 다른쪽의 주권선에 고주파 전류가 흐르는 것에 의해 제어권선에 유기되는 고주파 성분은, 크기가 동등하고, 방향이 서로 역방향이기 때문에, 각각에 발생하는 고주파 성분이 서로 상쇄되어 고주파 성분이 제거된다.
이것에 의해, 제어권선으로부터 제어회로에 대해서 고주파 전류가 유입하는 것이 억제된다. 또, 제어권선의 고주파 성분이 상쇄되므로, 제어권선에 있어서 국소적으로 발생하는 과대전압이 억제된다.
또, 본 발명의 리액터가 구비하는 플레이너형 코어는, (a) 코어가 내부에 구비하는 관통구멍 내에 배선기판을 수납하는 구성으로 하는 것에 의해, 누설자속에 의한 자계 노이즈를 저감시킬 수가 있다. 코어로부터의 자계 노이즈의 저감에 의해, 회로부품 등을 리액터에 인접시켜서 배치시키는 것이 가능해지고, 장치 전체에 있어서의 실장밀도를 높일 수가 있다.
본 발명의 리액터는 제1의 형태 및 제2의 형태를 구비한다.
(제1의 형태)
본 발명의 리액터의 제1의 형태에 있어서, 제1의 주권선 기판의 주권선은, 중앙다리와 한쌍의 안다리의 한쪽의 제1의 안다리를 일체로 둘러싸서 형성되고, 제2의 주권선 기판의 주권선은, 중앙다리와 상기 한쌍의 안다리의 다른쪽의 제2의 안다리를 일체로 둘러싸서 형성된다. 또, 제어권선 기판의 제어권선은, 한쌍의 제1의 안다리와 제2의 안다리를 개별적으로 둘러싸서 형성된다.
제1의 주권선 기판의 주권선을 중앙다리와 제1의 안다리를 둘러싸는 권선패턴으로 하고, 제2의 주권선 기판의 주권선을 중앙다리와 제2의 안다리를 둘러싸는 권선패턴으로 하는 것에 의해, 제1의 안다리 및 제2의 안다리에 있어서의 자속은 상쇄된다. 또, 제어권선 기판의 권선을 제1의 안다리와 제2의 안다리를 개별적으로 둘러싸는 권선패턴으로 하는 것에 의해, 중앙다리, 및 한쌍의 바깥다리에 있어서의 교류자속은 균등하게 된다.
본 발명의 리액터의 제1의 형태에 의하면, 제1의 주권선 기판과 제2의 주권선 기판은 공통의 배선기판을 이용하는 것이 가능하기 때문에, 부품의 공통화에 의해 제조 비용을 저감할 수가 있다.
(제2의 형태)
본 발명의 리액터의 제2의 형태에 있어서, 제1의 주권선 기판의 주권선은, 중앙다리와 한쌍의 제1의 안다리 및 제2의 안다리를 일체로 둘러싸서 형성되고, 제2의 주권선 기판의 주권선은, 중앙다리를 둘러싸서 형성된다. 또, 제어권선 기판의 제어권선은, 한쌍의 제1의 안다리와 제2의 안다리를 개별적으로 둘러싸서 형성된다.
제1의 주권선 기판의 주권선을 중앙다리와 한쌍의 제1의 안다리 및 제2의 안다리를 일체로 둘러싸는 권선패턴으로 하고, 제2의 주권선 기판의 주권선에 있어서 중앙다리를 둘러싸는 권선패턴으로 하는 것에 의해, 제1의 안다리 및 제2의 안다리에 있어서의 교류자속은 상쇄된다.
또, 제어권선 기판의 권선을 한쌍의 제1의 안다리와 제2의 안다리를 개별적으로 둘러싸는 권선패턴으로 하는 것에 의해, 중앙다리, 및 제1, 제2의 안다리를 포함하는 전체다리부에 있어서의 자속밀도는 균등하게 된다.
본 발명의 리액터의 제2의 형태에 의하면, 제2의 주권선 기판의 권선패턴은 중앙다리를 둘러싸는 구성이기 때문에, 배선기판의 면적을 축소시킬 수가 있다.
제1의 형태 및 제2의 형태에 있어서, 제1의 안다리 및 제2의 안다리에 있어서의 교류자속은 자계의 방향이 서로 역방향이다.
본 발명의 리액터에 있어서, 제어전류는 가변 혹은 고정으로 할 수가 있다. 제어전류를 가변으로 하는 것에 의해 자속 제어형 가변 인덕턴스를 구성할 수 있고, 제어전류를 고정으로 하는 것에 의해 자속 제어형 고정 인덕턴스를 구성할 수가 있다. 자속 제어형 고정 인덕턴스에서는, 제어전류를 조정함으로써 고정 인덕턴스의 인덕턴스값을 소정값으로 설정할 수가 있다.
본 발명의 리액터에 의하면, 주권선을 형성한 배선기판 및 제어권선을 형성한 배선기판을 플레이너형 코어에 층모양으로 조립해서 이루어지는 리액터에 있어서, 실장면적을 저감할 수가 있다. 또, 주권선에 의해 발생하는 자속이 리액터 밖으로 누설되는 누설자속을 억제할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 리액터의 개략 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 리액터에 의한 실장면적의 저감을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 플레이너형 코어에 의한 리액터의 상정되는 구성예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 리액터의 제1의 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 리액터의 제1의 형태에 있어서 각 전류상태 및 각 자속상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 리액터의 제1의 형태에 있어서 각 전류상태 및 각 자속상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 리액터의 제2의 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 리액터의 제2의 형태에 있어서 각 전류상태 및 각 자속상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 리액터의 제2의 형태에 있어서 각 전류상태 및 각 자속상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 리액터의 제어권선이 구비하는 권선패턴의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 종래의 가변 리액터의 1구성예를 도시하는 도면이다.
도 12는 플레이너형 코어와 배선기판을 조합한 리액터의 구성예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 리액터에 대해서 도면을 이용하여 설명한다. 이하, 도 1을 이용하여 본 발명의 리액터의 개략 구성을 설명하고, 도 2를 이용하여 리액터의 실장면적의 저감을 설명하고, 도 3을 이용하여 균등 자속을 설명한다. 또, 도 4∼도 6을 이용하여 본 발명의 리액터의 제1의 형태를 설명하고, 도 7∼도 9를 이용하여 본 발명의 리액터의 제2의 형태를 설명하고, 도 10을 이용하여 제어권선이 구비하는 권선패턴의 다른 예를 설명한다.
(본 발명의 리액터의 개략 구성)
본 발명의 리액터의 개략 구성에 대해서 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1의 (a)는 리액터가 구비하는 플레이너형 코어의 개략 형상을 도시하고, 도 1의 (b), (c), (d)는 본 발명의 리액터가 구비하는 제1 권선(卷線) 기판, 제어권선 기판, 및 제2 권선 기판을 도시하고 있다. 도 1의 (e)는, 각 권선에 의해 코어에 형성되는 자속상태를 개략적으로 도시하고 있다.
도 1의 (a)에 있어서, 리액터(10)의 플레이너형 코어(11)는, 페라이트 등의 자성 재료로 형성된 개략 평판모양의 부재이고, 평판모양 부재는 중앙의 평면에서 분할된 2개의 코어부재로 구성된다. 각 코어부재의 한쪽 면은 평면 형상이고, 다른쪽 면에는 평면 형상에 대해서 거의 직각 방향으로 돌출한 돌기부분을 가지고, 돌기부분은 코어의 다리부를 구성한다.
2개의 코어부재의 서로의 돌기부분을 대향 배치하는 것에 의해 층모양의 코어가 형성된다.
돌기부분 사이의 오목부는 코어 내에 관통구멍을 형성한다. 관통구멍에는, 제1 주권선 기판(14A), 제2 주권선 기판(14B), 및 제어권선 기판(15)의 배선기판이 배치된다.
도 1의 (a)에 도시되는 플레이너형 코어(11)는, 코어부재로서 4개의 E형 코어를 이용하고, 각각 2개의 E형 코어의 돌기부분을 대향 배치해서 구성되는 2개의 플레이너형 코어(11a, 11b)를 구비한 구성예를 도시하고 있다. 또한, 여기에서는 E형 코어를 이용한 EE형 코어의 구성예를 나타내고 있지만, 8개의 U형 코어를 이용한 UU형 코어의 구성으로 해도 좋다.
플레이너형 코어(11)는, 중앙다리(16a)와, 이 중앙다리(16a)의 양측에 배치된 한쌍의 안다리(16b, 16c), 또 안다리(16b, 16c)의 외측에 배치된 한쌍의 바깥다리(16d, 16e)를 가지고, 인접하는 다리부 사이의 관통구멍에는 배선기판이 배치된다.
도 1의 (b)에 도시되는 제1 주권선 기판(14A)의 배선기판 상에는, 제1 주권선(12b)의 권선패턴이 형성되고, 도 1의 (d)에 도시되는 제2 주권선 기판(14B)의 배선기판 상에는, 제2 주권선(12c)의 권선패턴이 형성된다. 또, 도 1의 (c)에 도시되는 제어권선 기판(15)의 배선기판 상에는, 제어권선(13a, 13b)의 권선패턴이 형성된다.
제1 주권선 기판(14A), 제2 주권선 기판(14B), 및 제어권선 기판(15)에는 개구부가 형성되고, 이 개구부에 플레이너형 코어(11)의 각 다리부가 통과시켜지는 것에 의해, 배선기판은 플레이너형 코어(11) 내에 층모양으로 조립된다(포함시켜진다). 또한, 도 1의 (b), (c), (d)에 도시되는 배선기판은, 본 발명의 리액터의 제1의 형태에 대응한 구성을 나타내고 있다.
도 1의 (e)에 도시되는 플레이너형 코어(11)는 각 권선에 흐르는 권선전류에 의해 형성되는 자속상태를 개략적으로 나타내고 있다.
플레이너형 코어(11)는, 한쪽의 측부로부터 순서대로 바깥다리(16d), 안다리(16b), 중앙다리(16a), 안다리(16c), 바깥다리(16e)의 각 다리부를 구비하고, 각 다리에는 주권선(12b, 12c)에 흐르는 고주파 전류에 의해 교류자계의 자속이 형성되고, 제어권선(13)에 흐르는 직류전류에 의해 직류자계의 자속이 형성된다.
본 발명의 리액터에 의하면, 안다리(16b) 및 안다리(16c)에는 주권선(12b) 및 주권선(12c)의 각 주권선에 고주파 전류가 흐르는 것에 의해 제어권선에 고주파 성분이 유기되지만, 각 안다리에 있어서 서로 역방향의 자계가 형성되고, 제어권선에 유기된 고주파 성분은 상쇄된다.
제어권선(13)(13a, 13b)의 권선패턴은 안다리(16b, 16c)를 둘러싸도록 마련되어 있기 때문에, 전체다리부에 직류자계에 의한 자속을 형성한다. 전체다리부에 형성되는 자속은, 제어권선(13)(13a, 13b)에 동등 전류값의 제어전류를 공급함으로써 균등하게 할 수가 있다.
플레이너형 코어(11)는, 한편에 3개의 돌기부분을 구비하는 단면 형상이 E자 모양인 E형 코어, 한편에 2개의 돌기부분을 구비하는 단면 형상이 U자 모양인 U형 코어, 및 돌기부분을 구비하지 않는 단면 형상이 I자 형상인 I형 코어를 조합하는 것에 의해 구성할 수가 있다.
도 1의 (f)의 구성예에서는, 2개의 E형 코어의 돌기부분을 서로 대향 배치해서 EE형 코어를 구성하고, 이 EE형 코어를 2개 가로방향으로 배열하는 것에 의해 플레이너형 코어(11)를 구성하고 있다.
도 1의 (g)의 구성예에서는, 2개의 U형 코어의 돌기부분을 서로 대향 배치해서 UU형 코어를 구성하고, 이 UU형 코어를 4개 가로방향으로 배열하는 것에 의해 플레이너형 코어(11)를 구성하고 있다.
도 1의 (h)의 구성예에서는, 1개의 E형 코어의 돌기부분에 I형 코어를 배치해서 EI형 코어를 구성하고, 이 EI형 코어를 가로방향으로 2개 배열하는 것에 의해 플레이너형 코어(11)를 구성하고 있다.
도 1의 (ⅰ)의 구성예에서는, 1개의 U형 코어의 돌기부분에 I형 코어를 배치해서 UI형 코어를 구성하고, 이 UI형 코어를 가로방향으로 4개 배열하는 것에 의해 플레이너형 코어(11)를 구성하고 있다.
(ⅰ) 리액터의 실장면적
본 발명의 리액터는, 외형적으로는 2개의 플레이너형 코어를 가로방향으로 배치한 구성이고, 이 가로방향 배치에 의한, 리액터의 코어부분의 실장면적의 억제에 대해서 도 2를 이용하여 설명한다. 또한, 플레이너형 코어의 가로방향 배치는, 본 발명의 리액터가 구비하는, 중앙다리, 중앙다리의 양측에 배치된 한쌍의 안다리, 및 안다리의 외측에 배치된 한쌍의 바깥다리에 의해 구성된다.
도 2는 본 발명의 리액터에 의한 실장면적의 저감을 설명하기 위한 도면이다. 도 2의 (a)는 플레이너형 코어에 배선기판을 적용한 구성을 도시하고, 도 12에 도시한 구성예이다. 여기서, 코어의 가로방향의 폭은 W, 안길이 방향의 길이는 L이고, 배선기판은 코어의 측부로부터 ΔW만큼 비어져 나와 있다. 코어의 평면면적 S에 대해서, 비어져 나온 배선기판의 면적(도면 중의 바탕모양(地模樣))은 양측부에서 각각 ΔS이기 때문에, 도 2의 (a)의 플레이너형 코어에 의한 실장면적은 (S+2ΔS)이다.
한편, 도 2의 (b)는 본 발명의 리액터의 구성을 도시하고 있다. 본 발명의 리액터는 형상에서는, 도 2의 (a)의 플레이너형 코어를 안길이 방향에서 이등분해서 가로방향으로 배치한 구성에 대응하고 있다. 코어의 배치 형태의 관점에서 보면, 본 발명의 리액터의 구성은 가로방향 배치에 상당하고, 종래의 리액터의 구성은 세로방향 배열에 상당한다. 도 2의 (b)의 구성은, 도 2의 (a)의 구성의 코어의 평면면적과의 비교를 행하기 위해서, 안길이 방향의 길이를 L/2로 하고, 도 2의 (a)의 플레이너형 코어의 평면면적 S에 맞춘 구성으로 하고 있다.
도 2의 (b)의 본 발명의 리액터의 코어의 평면면적과, 도 2의 (a)의 구성의 코어의 평면면적을 비교하면, 도 2의 (a)의 구성의 코어의 실장면적은, 코어의 평면면적 S와 비어져 나온 분 2ΔS를 합친 (S+2ΔS)이다. 이에 반해, 본 발명의 리액터의 실장면적은, 비어져 나온 분 2ΔS를 가지고 있지 않으므로, 코어의 평면면적 S뿐이다. 따라서, 실장면적을 비교하면, 본 발명의 리액터의 실장면적은 S인데 반해, 플레이너형 코어를 가로방향 배치한 구성의 실장면적은 (S+2ΔS)이기 때문에, 본 발명의 리액터에 의하면 2ΔS의 실장면적이 저감된다.
따라서, 본 발명의 리액터는, 코어의 개수를 증가시키는 일 없이 구성할 수 있고, 동일한 면적의 코어의 평면면적을 가지는 플레이너형 코어의 세로방향 배치와 비교했을 때, 리액터의 실장면적의 확대를 억제할 수가 있다.
또, 본 발명의 리액터가 구비하는 플레이너형 코어는, 코어가 내부에 구비하는 관통구멍 내에 배선기판을 수납하는 구성으로 하는 것에 의해, 누설자속에 의한 자계 노이즈를 저감시킬 수가 있다. 코어로부터의 자계 노이즈의 저감에 의해, 회로부품 등을 리액터에 인접시켜서 배치시키는 것이 가능해지고, 장치 전체에 있어서의 실장밀도를 높일 수가 있다.
(ⅱ) 누설자속의 억제
본 발명의 리액터에 있어서, 주권선 기판과 제어권선 기판은 플레이너형 코어 내에 층모양으로 조립되는 구성에 의해, 자속이 리액터의 외부로 누설된다고 하는 누설자속의 억제가 도모된다.
(ⅲ) 불균등 자속의 해소
코어의 외측부의 코일로부터 누출하는 누설자속을 해결하는 1수단으로서, 플레이너형 코어의 측부를 가로방향으로 연장하고, 주권선의 코일을 코어 내에 수납하는 구성이 생각된다. 그렇지만, 플레이너형 코어의 측부를 단순히 가로방향으로 연장해서 코어를 형성하는 구성에서는, 코어를 통과하는 자속이 자로(磁路)에 의해서 불균등하게 되고, 인덕턴스가 불균등하게 되기 때문에, 자속 제어형 리액터로서 기능하지 않는다고 하는 문제가 있다.
자속 제어형 리액터로서 기능하기 위해서는, 코어의 자로의 인덕턴스가 균등한 것이 요구된다. 인덕턴스가 균등하기 위해서는, 교류자속 및 직류자속의 자속밀도가 코어의 주(主)자로에서 균등한 것이 필요하다. 또, 교류자속이 흐르는 자로에는, 제어전류에 의한 직류자속이 바이어스 자속으로서 인가될 필요가 있다.
이하, 구성예에 있어서의 교류자속 및 직류자속의 자속밀도의 불균등, 및 직류자속에 의한 바이어스 자속의 불균등에 대해서 설명한다.
(교류자속의 자속밀도의 불균등)
도 3은 플레이너형 코어에 의한 리액터의 상정되는 구성예를 도시하고 있다. 도 3의 (a)의 개략 구성에 있어서, 플레이너형 코어는 양측부를 WB 및 WC만큼 연장하는 것에 의해 주권선(실선)을 코어 내에 수납한다. 또한, 도 3의 (a) 중의 파선은 제어권선의 코일을 나타내고 있다. 도 3의 (b), (c)는 주권선에 의해 형성되는 교류자속의 자속상태를 도시하고 있다.
도 3의 (b)는 주권선에 의해 발생하는 교류자속의 자속상태를 도시하고, 도 3의 (c)는 등가적인 자속상태를 도시하고 있다. 코어는, 중앙다리 a, 안다리 b, c, 및 바깥다리 d, e를 구비하고, 안다리 b, c에는 제1의 주권선 및 제2의 주권선이 각각 권회된다. 도 3의 (b), (c)에 도시하는 화살표는 주권선에 흐르는 교류전류에 의해 발생하는 교류자속의 1예를 나타낸다. 중앙다리 a의 자속은 제1의 주권선과 제2의 주권선에 의한 자속방향이 역방향으로 되기 때문에, 서로 없애서 상쇄된다. 도 3의 (c)의 등가 자속상태에 도시하는 바와 같이, 중앙다리 a의 자속이 상쇄되기 때문에, 교류자속의 자로로서, 바깥다리 d와 안다리 b를 통과하는 자로, 안다리 b와 안다리 c를 통과하는 자로, 및 안다리 c와 바깥다리 e를 통과하는 자로의 각 자로가 형성된다. 이들 자로중, 외측 자로의 자로길이는 l1이고, 내측 자로의 자로길이는 l2이고, 자로길이 l2는 자로길이 l1보다도 길어진다. 자속밀도 B는, μ를 자속계수, N을 코일의 감기수(卷數), I를 전류, l를 자로길이로 했을 때, B=μ×N×I/l로 표시되고, 각 자로의 인덕턴스 L은, S를 단면적, N을 권선의 감기수로 했을 때, L=μ×S×N2/l로 표시된다. 이 자속밀도 B, 인덕턴스 L의 관계식으로부터, 자로길이 l이 다른 자로의 자속밀도 B 및 인덕턴스 L은 다른 것을 나타내고 있다.
따라서, 도 3의 (a)의 구성의 리액터에서는, 자로에 있어서 교류자속의 자속밀도 및 인덕턴스는 불균등하게 된다.
(직류자속에 의한 바이어스 자속의 불균등)
도 3의 (d)는 제어권선에 의해 형성되는 직류자속의 자속상태를 도시하고 있다. 제어권선은 중앙다리 a에 권회되고, 이 제어권선에 직류전류가 흐르는 것에 의해, 안다리 b와 중앙다리 a를 통과하는 자로, 및 안다리 c와 중앙다리 a를 통과하는 자로에 자속이 형성된다. 중앙다리 a에는 2개의 자속이 통과하기 때문에, 중앙다리 a를 통과하는 자속밀도는, 안다리 b 및 안다리 c의 자로를 통과하는 자속밀도보다도 높아진다. 이 때문에, 도 3의 (a)의 구성의 리액터에서는, 각 자로에 형성되는 바이어스 자속의 자속밀도는 불균등하게 된다.
도 3의 (e)는 주권선의 자속과 제어권선의 자속을 맞춘 자속상태를 도시하고 있다. 바깥다리 d 및 바깥다리 e에는 제어권선에 의한 직류자속이 형성되지 않기 때문에, 주자속이 형성하는 교류자속에 바이어스 자속이 인가되지 않는 자로가 생긴다.
한편, 도 3의 (f), (g)는 본 발명의 리액터의 구성 및 자속상태를 도시하고 있다. 도 3의 (f)는, 본 발명의 리액터의 개략 구성을 도시하고, 주권선의 배선기판 및 제어권선의 배선기판은, 리액터의 코어 내에 배치된다. 도 3의 (g)는, 본 발명의 리액터에 의한 주권선의 자속과 제어권선의 자속을 맞춘 자속상태를 도시하고 있다. 바깥다리 d 및 바깥다리 e에도 제어권선에 의한 직류자속이 형성되고, 주자속이 형성하는 모든 교류자속에 바이어스 자속이 인가된다. 이것에 의해, 배선기판을 플레이너형 코어에 층모양으로 조립해서 이루어지는 리액터에 있어서, 제어권선의 제어전류에 의해 형성되는 자속밀도를 균등하게 하고, 제어권선의 제어전류에 의해서 리액터의 인덕턴스를 설정한다.
본 발명의 리액터는, 주권선을 형성한 배선기판 및 제어권선을 형성한 배선기판을 플레이너형 코어에 층모양으로 조립해서 이루어지는 리액터에 있어서, (a) 주권선이 형성하는 자속, 및, (b) 제어권선이 형성하는 자속을 이하의 상태로 하는 것에 의해, 제어전류가 형성하는 자속밀도를 균등한 것으로 한다.
(a) 주권선에 고주파 전류가 흐르면 제어권선에 고주파 성분이 유기되고, 이 고주파 성분의 유기에 의해, 제어회로에 대해서 고주파 전류가 인가되는 지장, 제어권선에 과대전압이 발생한다고 하는 지장이 발생한다. 이와 같은 지장을 억제하기 위해서, 주권선에 의한 자속 형성에 있어서, 제어권선에 고주파 성분이 유기하지 않는 자속상태로 한다.
(b) 고주파 성분이 제거된 코어의 다리부에 있어서, 제어권선을 형성한다.
균등한 자속밀도에 의해, 각 다리부를 권회하는 주권선에 균등한 인덕턴스가 발생하고, 리액터의 인덕턴스를 제어전류에 따라 가변으로 할 수가 있다. 주권선을 흐르는 고주파 전류의 주권선 전류는, 한쌍의 각 안다리에 있어서 서로 자계의 방향이 역방향인 교류자속을 형성하여, 서로 상쇄된다.
다시 말해, 2개의 주권선의 고주파 전류에 의한 제어권선에 대한 유기에 있어서, 한쪽의 주권선에 고주파 전류가 흐르는 것에 의해 제어권선에 유기되는 고주파 성분의 방향과, 다른쪽의 주권선에 고주파 전류가 흐르는 것에 의해 제어권선에 유기되는 고주파 성분은, 크기가 동일하고, 방향이 서로 역방향이기 때문에, 각각에 발생하는 고주파 성분이 서로 상쇄해서 고주파 성분이 제거된다.
각 주권선에 고주파 전류가 흐르는 것에 의해 제어권선에 고주파 성분이 유기되지만, 각 안다리에 있어서 서로 역방향의 자계를 형성하는 것에 의해, 제어권선에 유기된 고주파 성분은 상쇄된다.
이것에 의해, 제어권선으로부터 제어회로에 대해서 고주파 전류가 유입하는 것이 억제된다. 또, 제어권선의 고주파 성분이 상쇄되므로, 제어권선에 있어서 국소적으로 발생하는 과대전압이 억제된다.
제어권선을 흐르는 직류전류의 제어전류는, 교류자속이 상쇄된 한쌍의 안다리를 포함하는 전체다리부에 있어서 균등한 자속밀도의 직류자속을 형성한다. 제어권선에 의해 형성되는 직류자속의 자속밀도를 코어의 전체다리부에 있어서 균등하게 하는 것에 의해서, 주권선에 대한 인덕턴스의 변화를 균등하게 할 수가 있다.
본 발명의 리액터가 구비하는 배선기판은, 주권선 기판 및 제어권선 기판이고, 이들 배선기판을 적층시킴으로써 구성된다. 주권선 기판은 제1의 주권선 기판과 제2의 주권선 기판을 구비한다. 제어권선 기판은 제1의 주권선 기판과 제2의 주권선 기판에 의해 상하 방향이 낀 배치로 하는 것 외에도, 제1의 주권선 기판과 제2의 주권선 기판의 적층의 어느 한쪽측에 배치해도 좋다.
본 발명의 리액터가 구비하는 배선기판은, 제어권선 기판을 2장의 주권선 기판으로 끼우는 구성으로 하는 것에 의해, 주권선과 제어권선 사이에 있어서 자계의 결합도를 높일 수가 있다.
(리액터의 제1의 형태)
도 4∼도 6을 이용하여 본 발명의 리액터의 제1의 형태를 설명한다. 도 4는 본 발명의 리액터의 제1의 형태의 개략을 도시하고 있다. 또한, 여기에서는 도 1의 구성과 공통되는 부분에는 마찬가지 부호를 붙이고 있다.
도 4의 (a)는 리액터(10)의 플레이너형 코어(11)의 개략 구성을 도시하고 있다. 플레이너형 코어(11)는 도 1의 (a)에서 도시한 구성과 마찬가지이고, 4개의 E형 코어를 코어부재로서 이용하고, 2개의 E형 코어의 돌기부분을 대향 배치시키는 것에 의해 2개의 플레이너형 코어(11a, 11b)를 구성하고 있다. 여기에서는 E형 코어를 이용한 EE형 코어의 구성을 나타내고 있지만, E형 코어에 한정하지 않고, U형 코어를 이용한 UU형 코어의 구성으로 해도 좋다.
플레이너형 코어(11)는, 중앙다리(16a)와, 중앙다리(16a)의 양측에 배치된 한쌍의 안다리(16b, 16c)를 구비하고, 또 안다리(16b, 16c)의 외측에 한쌍의 바깥다리(16d, 16e)를 구비한다. 인접하는 다리부 사이에는 관통구멍이 형성되고, 이 관통구멍 내에는 제1 주권선 기판(14A), 제2 주권선 기판(14B), 및 제어권선 기판(15)의 배선기판이 배치된다.
도 4의 (b)는 제1 주권선 기판(14A), 제2 주권선 기판(14B), 및 제어권선 기판(15)의 각 배선기판을 도시하고, 도 4의 (c)는 제1 주권선 기판(14A), 제2 주권선 기판(14B), 및 제어권선 기판(15)의 각 배선기판에 형성되는 권선패턴을 도시하고 있다.
제1 주권선 기판(14A)에는, 제1 주권선(12b)의 권선패턴이 형성됨과 동시에, 안다리(16b)와 중앙다리(16a)를 통과시키기 위한 2개의 개구부가 형성된다. 권선패턴은 이 2개의 개구부를 둘러싸도록 형성된다.
제2 주권선 기판(14B)에는, 제2 주권선(12c)의 권선패턴이 형성됨과 동시에, 안다리(16c)와 중앙다리(16a)를 통과시키기 위한 2개의 개구부가 형성된다. 권선패턴은 이 2개의 개구부를 둘러싸도록 형성된다.
제어권선 기판(15)에는, 제어권선(13a, 13b)의 권선패턴이 형성됨과 동시에, 안다리(16b) 및 안다리(16c)와 중앙다리(16a)를 통과시키기 위한 3개의 개구부가 형성된다. 권선패턴은 이 3개의 개구부 중, 안다리(16b) 및 안다리(16c)를 통과시키는 개구부를 둘러싸도록 형성된다.
제1 주권선(12b)과 제2 주권선(12c)에는, 도시하고 있지 않은 고주파 전원으로부터 분기된 고주파 전류가 공급되고, 플레이너형 코어(11)의 중앙다리(16a), 안다리(16b, 16c), 및 바깥다리(16d, 16e)의 각 다리부를 통과하는 교류자속을 형성한다. 한편, 제어권선(13a, 13b)에는 직류전류가 공급되고, 플레이너형 코어(11)의 중앙다리(16a), 안다리(16b, 16c), 및 바깥다리(16d, 16e)의 각 다리부를 통과하는 직류자속을 형성한다.
도 5는 각 배선기판의 코일에 흐르는 전류상태와, 전류에 의해 유기되는 자속상태를 도시하고 있다. 도 5의 (a)는, 리액터(10)의 플레이너형 코어(11)의 개략 구성을 도시하고, 도 1의 (a)와 마찬가지이다. 도 5의 (b)는 제1 주권선 기판(14A), 제2 주권선 기판(14B), 및 제어권선 기판(15)의 전류상태 및 자속상태를 도시하고 있다.
또한, 도 5에서는, 전류방향에 대해서는, 지면(紙面)에 대해서 전방으로 나아가는 전류방향을 동그라미 안에 ●를 마련한 기호로 표시하고, 지면에 대해서 후방으로 나아가는 전류방향을 동그라미(丸) 안에 ×표를 마련한 기호를 이용하여 표시하고, 또, 자속방향에 대해서는, 지면에 대해서 전방으로 나아가는 자속방향을 네모(四角) 안에 ●를 마련한 기호로 표시하고, 지면에 대해서 후방으로 나아가는 자속방향을 네모 안에 ×표를 마련한 기호를 이용하여 표시하고 있다.
·주권선에 의해 형성되는 자속상태：
제1 주권선 기판(14A)에서는, 주권선(12b)에 흐르는 고주파 전류에 의해, 바깥다리(16d), 안다리(16b), 중앙다리(16a), 및 안다리(16c)에 자속이 형성되고, 제2 주권선 기판(14B)에서는, 주권선(12c)에 흐르는 고주파 전류에 의해, 안다리(16b), 중앙다리(16a), 안다리(16c), 및 바깥다리(16e)에 자속이 형성된다.
주권선(12b)의 고주파 전류가 화살표로 나타내는 방향일 때에는, 각 다리에는 도면에서 나타내는 방향의 자속이 형성된다. 안다리(16b)에는, 주권선(12b)에 흐르는 고주파 전류에 의해 지면에 대해서 후방으로 나아가는 자속방향의 자속이 형성되고, 주권선(12c)에 흐르는 고주파 전류에 의해 지면에 대해서 전방으로 나아가는 자속방향의 자속이 형성된다. 안다리(16b)에 형성되는 2개의 자속은 방향이 거꾸로(逆)이기 때문에, 주권선(12b)과 주권선(12c)의 권선수 및 전류값이 동등한 경우에는, 양자속은 서로 상쇄된다. 마찬가지로, 안다리(16c)에는, 주권선(12b)에 흐르는 고주파 전류에 의해 지면에 대해서 전방으로 나아가는 자속방향의 자속이 형성되고, 주권선(12c)에 흐르는 고주파 전류에 의해 지면에 대해서 후방으로 나아가는 자속방향의 자속이 형성된다. 안다리(16c)에 형성되는 2개의 자속은 방향이 거꾸로이기 때문에, 주권선(12b)과 주권선(12c)의 권선수 및 전류값이 동등한 경우에는, 양자속은 서로 상쇄된다.
또, 중앙다리(16a)에는, 주권선(12b)에 흐르는 고주파 전류에 의해 지면에 대해서 후방으로 나아가는 자속방향의 자속이 형성되고, 주권선(12c)에 흐르는 고주파 전류에 의해 지면에 대해서 후방으로 나아가는 자속방향의 자속이 형성된다.
도 5의 (c)는 고주파 전류로 형성되는 자속상태를 도시하고, 고주파 전류에 의해 안다리(16b) 및 안다리(16c)에 형성되는 자속은 서로 상쇄되는 것을 나타내고 있다.
·제어권선에 의해 형성되는 자속상태：
제어권선 기판(15)에서는, 제어권선(13a)에 흐르는 직류전류에 의해, 바깥다리(16d), 안다리(16b), 및 중앙다리(16a)에 자속이 형성되고, 제어권선(13b)에 흐르는 직류전류에 의해, 중앙다리(16a), 안다리(16c), 및 바깥다리(16e)에 자속이 형성된다. 또한, 도 5에서는, 제어권선(13a, 13b)의 직류전류가 화살표로 나타내는 방향일 때에는, 각 다리에는 도면에서 나타내는 방향의 자속이 형성된다.
안다리(16b) 및 안다리(16c)에는, 제어권선(13a, 13b)에 흐르는 직류전류에 의해 지면에 대해서 후방으로 나아가는 자속방향의 자속이 형성된다. 안다리(16b) 및 안다리(16c)에는 고주파 전류에 의해 형성되는 교류자속이 상쇄된 상태에 있기 때문에, 제어권선(13a, 13b)에는 교류자속에 의해서 전류는 유기되지 않고, 제어회로(도시하고 있지 않다)에의 고주파 전류의 유입이나 과대전압의 발생이 억제된다.
도 5의 (d)는 직류전류로 형성되는 자속상태를 도시하고, 직류전류에 의해 안다리(16b, 16c), 및 중앙다리(16a)를 포함하는 코어의 전체다리부에는 균등한 자속밀도의 직류자속이 형성된다.
따라서, 제1의 형태의 구성에서는, 각 배선기판을 적층해서 플레이너형 코어(11)에 조립하는 것에 의해, 제1 주권선(12b)과 제2 주권선(12c)의 권선패턴은 모두 중앙다리(16a)를 둘러싸게 된다. 또, 안다리(16b)에 있어서, 제1 주권선(12b)과 제2 주권선(12c)에 흐르는 주권선 전류가 형성하는 자계는 역방향으로 되고, 자속은 서로 상쇄된다. 마찬가지로, 안다리(16c)에 있어서, 제1 주권선(12b)과 제2 주권선(12c)에 흐르는 주권선 전류가 형성하는 자계는 역방향으로 되고, 자속은 서로 상쇄된다.
도 6은 플레이너형 코어의 각 다리부에서의 자속상태를 개략적으로 도시하고, 도 6의 (a), (b)는 각각 제1 주권선, 제2 주권선에 의해 형성되는 자속상태를 도시하고, 도 6의 (c)는 2개의 주권선에 의한 자속을 맞춘 상태를 도시하고, 도 6의 (d)는 제어권선에 의해 형성되는 자속상태를 도시하고, 도 6의 (e)는 2개의 주권선 및 제어권선에 의한 자속을 맞춘 상태를 도시하고 있다.
제1 주권선에 의해 형성되는 자속은, 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 바깥다리(16d) 및 안다리(16b)를 순회하는(도는) 경로, 및 중앙다리(16a) 및 안다리(16c)를 순회하는 경로를 통과하고, 제2 주권선에 의해 형성되는 자속은, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 안다리(16b) 및 중앙다리(16a)를 순회하는 경로, 및 안다리(16c) 및 바깥다리(16e)를 순회하는 경로를 통과한다. 안다리(16b, 16c)에 있어서 2개의 주권선에 의해 형성되는 교류자속은 상쇄된다. 도 6의 (c) 중의 파선의 화살표는 상쇄상태를 나타내고 있다.
제어권선에 의해 형성되는 직류자속은, 도 6의 (d)에 도시하는 바와 같이, 교류자속이 상쇄된 안다리(16b) 및 안다리(16c)를 통과하고, 중앙다리(16a), 및 바깥다리(16d, 16e)에는 균등한 자속밀도가 형성된다.
(리액터의 제2의 형태)
리액터의 제2의 형태는, 주권선 기판의 구성을 제외하고는 제1의 형태와 거의 마찬가지 구성으로 하고, 제1의 형태와 마찬가지 자속상태를 가진다. 도 7∼도 9를 이용하여 본 발명의 리액터의 제2의 형태를 설명한다. 도 7은 본 발명의 리액터의 제2의 형태의 개략을 도시하고 있다. 또한, 여기에서는 도 1, 및 도 4∼도 6의 구성과 공통되는 부분에는 마찬가지 부호를 붙이고 있다.
도 7의 (a)는 리액터(10)의 플레이너형 코어(11)의 개략 구성을 도시하고 있다. 플레이너형 코어(11)는 도 4의 (a)에서 도시한 구성과 마찬가지이고, 중앙다리(16a)와 중앙다리(16a)의 양측에 배치된 한쌍의 안다리(16b, 16c)를 구비하고, 또 안다리(16b, 16c)의 외측에 한쌍의 바깥다리(16d, 16e)를 구비한다. 인접하는 각 다리부 사이에는 관통구멍이 형성되고, 이 관통구멍 내에는 제1 주권선 기판(14A), 제2 주권선 기판(14B), 및 제어권선 기판(15)의 배선기판이 배치된다.
도 7의 (b)는 제1 주권선 기판(14A), 제2 주권선 기판(14B), 및 제어권선 기판(15)의 각 배선기판을 도시하고, 도 7의 (c)는 제1 주권선 기판(14A), 제2 주권선 기판(14B), 및 제어권선 기판(15)의 각 배선기판에 형성되는 권선패턴을 도시하고 있다.
제1 주권선 기판(14A)에는, 제1 주권선(12b)의 권선패턴이 형성됨과 동시에, 안다리(16b, 16c)와 중앙다리(16a)를 통과시키기 위한 3개의 개구부가 형성된다. 권선패턴은 이 3개의 개구부를 둘러싸도록 형성된다.
제2 주권선 기판(14B)에는, 제2 주권선(12c)의 권선패턴이 형성됨과 동시에, 중앙다리(16a)를 통과시키기 위한 1개의 개구부가 형성된다. 권선패턴은 이 1개의 개구부를 둘러싸도록 형성된다.
제어권선 기판(15)에는, 제어권선(13a, 13b)의 권선패턴이 형성됨과 동시에, 안다리(16b) 및 안다리(16c)와 중앙다리(16a)를 통과시키기 위한 3개의 개구부가 형성된다. 권선패턴은 이 3개의 개구부 중, 안다리(16b) 및 안다리(16c)를 통과시키는 개구부를 둘러싸도록 형성된다. 이 제어권선 기판(15)의 구성은 제1의 형태와 마찬가지이다.
제1 주권선(12b)과 제2 주권선(12c)에는, 도시하고 있지 않은 고주파 전원으로부터 분기된 고주파 전류가 공급되고, 플레이너형 코어(11)의 중앙다리(16a), 안다리(16b, 16c), 및 바깥다리(16d, 16e)의 각 다리부를 통과하는 교류자속을 형성한다. 한편, 제어권선(13a, 13b)에는 직류전류가 공급되고, 플레이너형 코어(11)의 중앙다리(16a), 및 안다리(16b, 16c)의 각 다리부를 포함하는 전체다리부에 동일한 자속밀도의 직류자속을 형성한다.
도 8은 각 배선기판의 코일에 흐르는 전류상태와, 전류에 의해 유기되는 자속상태를 도시하고 있다. 도 8의 (a)는, 리액터(10)의 플레이너형 코어(11)의 개략 구성을 도시하고, 도 7의 (a)와 마찬가지이다. 도 8의 (b)는 제1 주권선 기판(14A), 제2 주권선 기판(14B), 및 제어권선 기판(15)의 전류상태 및 자속상태를 도시하고 있다.
또한, 도 8에 있어서도, 전류방향을 나타내는 기호, 및 자속방향을 나타내는 기호는 제1의 형태와 마찬가지 기호를 이용하고 있다.
·주권선에 의해 형성되는 자속상태：
제1 주권선 기판(14A)에서는, 주권선(12b)에 흐르는 고주파 전류에 의해, 바깥다리(16d), 안다리(16b), 안다리(16c) 및 바깥다리(16e)에 자속이 형성되고, 제2 주권선 기판(14B)에서는, 주권선(12c)에 흐르는 고주파 전류에 의해, 안다리(16b), 중앙다리(16a), 및 안다리(16c)에 자속이 형성된다.
주권선(12b)의 고주파 전류가 화살표로 나타내는 방향일 때에는, 각 다리에는 도면에서 나타내는 방향의 자속이 형성된다. 안다리(16b)에는, 주권선(12b)에 흐르는 고주파 전류에 의해 지면에 대해서 후방으로 나아가는 자속방향의 자속이 형성되고, 주권선(12c)에 흐르는 고주파 전류에 의해 지면에 대해서 전방으로 나아가는 자속방향의 자속이 형성된다. 안다리(16b)에 형성되는 2개의 자속은 방향이 거꾸로이기 때문에, 주권선(12b)과 주권선(12c)의 권선수 및 전류값이 동등한 경우에는, 양자속은 서로 상쇄된다. 마찬가지로, 안다리(16c)에는, 주권선(12b)에 흐르는 고주파 전류에 의해 지면에 대해서 후방으로 나아가는 자속방향의 자속이 형성되고, 주권선(12c)에 흐르는 고주파 전류에 의해 지면에 대해서 전방으로 나아가는 자속방향의 자속이 형성된다. 안다리(16c)에 형성되는 2개의 자속은 방향이 거꾸로이기 때문에, 주권선(12b)과 주권선(12c)의 권선수 및 전류값이 동등한 경우에는, 양자속은 서로 상쇄된다.
또, 중앙다리(16a)에는, 주권선(12c)에 흐르는 고주파 전류에 의해 지면에 대해서 후방으로 나아가는 자속방향의 자속이 형성된다.
도 8의 (c)는 고주파 전류로 형성되는 자속상태를 도시하고, 고주파 전류에 의해 안다리(16b) 및 안다리(16c)에 형성되는 자속은 서로 상쇄되는 것을 나타내고 있다.
·제어권선에 의해 형성되는 자속상태：
제어권선 기판(15)에서는, 제어권선(13a)에 흐르는 직류전류에 의해, 바깥다리(16d), 안다리(16b), 및 중앙다리(16a)에 자속이 형성되고, 제어권선(13b)에 흐르는 직류전류에 의해, 중앙다리(16a), 안다리(16c), 및 바깥다리(16e)에 자속이 형성된다. 제2의 형태의 제어권선에 의한 자속상태는 제1의 형태의 제어권선에 의한 자속상태와 마찬가지이다. 도 8에서는, 제어권선(13a, 13b)의 직류전류가 화살표로 나타내는 방향일 때에는, 각 다리에는 도면에서 나타내는 방향의 자속이 형성된다.
안다리(16b) 및 안다리(16c)에는, 제어권선(13a, 13b)에 흐르는 직류전류에 의해 지면에 대해서 후방으로 나아가는 자속방향의 자속이 형성된다. 안다리(16b) 및 안다리(16c)에는 고주파 전류에 의해 형성되는 교류자속이 상쇄된 상태에 있기 때문에, 제어권선(13a, 13b)에는 교류자속에 의해서 전류는 유기되지 않고, 제어회로(도시하고 있지 않다)에의 고주파 전류의 유입이나 과대전압의 발생이 억제된다.
도 8의 (d)는 직류전류로 형성되는 자속상태를 도시하고, 직류전류에 의해 안다리(16b, 16c), 및 중앙다리(16a)를 포함하는 전체다리부에 동일한 자속밀도의 직류자속이 형성된다.
따라서, 제2의 형태의 구성에서는, 각 배선기판을 적층해서 플레이너형 코어(11)에 조립하는 것에 의해, 안다리(16b)에 있어서, 제1 주권선(12b)과 제2 주권선(12c)에 흐르는 주권선 전류가 형성하는 자계는 역방향으로 되고, 자속은 서로 상쇄된다. 마찬가지로, 안다리(16c)에 있어서, 제1 주권선(12b)과 제2 주권선(12c)에 흐르는 주권선 전류가 형성하는 자계는 역방향으로 되고, 자속은 서로 상쇄된다.
도 9는 플레이너형 코어의 각 다리부에서의 자속상태를 개략적으로 도시하고, 도 9의 (a), (b)는 각각 제1 주권선, 제2 주권선에 의해 형성되는 자속상태를 도시하고, 도 9의 (c)는 2개의 주권선에 의한 자속을 맞춘 상태를 도시하고, 도 9의 (d)는 제어권선에 의해 형성되는 자속상태를 도시하고, 도 9의 (e)는 2개의 주권선 및 제어권선에 의한 자속을 맞춘 상태를 도시하고 있다.
제1 주권선에 의해 형성되는 자속은, 도 9의 (a)에 도시하는 바와 같이, 바깥다리(16d) 및 안다리(16b)를 순회하는(도는) 경로, 및 안다리(16c) 및 바깥다리(16e)를 순회하는 경로를 통과하고, 제2 주권선에 의해 형성되는 자속은, 도 9의 (b)에 도시하는 바와 같이, 안다리(16b) 및 중앙다리(16a)를 순회하는 경로, 및 중앙다리(16a) 및 안다리(16c)를 순회하는 경로를 통과한다. 안다리(16b, 16c)에 있어서 2개의 주권선에 의해 형성되는 교류자속은 상쇄된다. 도 9의 (c) 중의 파선의 화살표는 상쇄상태를 나타내고 있다.
제어권선에 의해 형성되는 직류자속은, 도 9의 (d)에 도시하는 바와 같이, 교류자속이 상쇄된 안다리(16b) 및 안다리(16c)를 통과하고, 중앙다리(16a), 및 바깥다리(16d, 16e)에는 동일한 자속밀도의 균등한 자속이 형성된다.
(제어권선의 권선패턴)
제어권선의 권선패턴은, 상기한 제1의 형태 및 제2의 형태에서 나타낸 구성 외에 다른 구성으로 할 수가 있다.
도 10의 (a)는 제1의 형태 및 제2의 형태의 제어권선의 권선패턴을 도시하고 있다. 이 권선패턴은, 안다리(16b)의 주위를 도면 상에 있어서 오른쪽돌기(오른쪽방향으로) 소정 회수만큼 권회한(감아돌린) 후, 안다리(16c)의 주위를 동일하게 도면 상에 있어서 오른쪽돌기로 소정 회수 권회해서 형성된다.
도 10의 (b)는 제어권선의 권선패턴에 대해서 다른 구성을 도시하고 있다. 이 권선패턴은, 안다리(16b)의 주위를 도면 상에 있어서 오른쪽돌기로 1턴(turn) 권회한 후, 안다리(16c)의 주위를 동일하게 도면 상에 있어서 오른쪽돌기로 1턴 권회하고, 다시 안다리(16b)로 되돌아가서 안다리(16b, 16c)의 주위를 1턴 권회한다. 이 양(兩)안다리에 걸쳐 있는 권회를 소정 회수만큼 행함으로써 형성된다.
도 10의 (a)의 권선패턴, 및 도 10의 (b)의 권선패턴의 어느것에 있어서도, 전체다리부에 대해서 마찬가지 자속이 형성된다.
또한, 상기 실시형태 및 변형예에 있어서의 기술은, 본 발명에 관계된 리액터의 1예이고, 본 발명은 각 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지에 의거하여 갖가지 변형하는 것이 가능하고, 이들을 본 발명의 범위로부터 배제하는 것은 아니다.
[산업상의 이용가능성]
본 발명의 리액터는, 임피던스 정합 장치 등에 적용할 수가 있다.
10: 리액터
11, 11a, 11b: 플레이너형 코어
12b, 12c: 주권선
13a, 13b: 제어권선
14A: 제1 주권선 기판
14B: 제2 주권선 기판
15: 제어권선 기판
16a: 중앙다리
16b, 16c: 안다리
16d, 16e: 바깥다리
100: 가변 리액터
101a, 101b: 코어
102a, 102b: 주권선
103: 제어권선
110: 플레이너 트랜스(변압기)
111: 플레이너형 EE코어
111a, 111b: E형 코어
112: 플레이너형 UU코어
112a, 112b, 112c, 112d: U형 코어
121: 플레이너형 코어
121a: 중앙다리
121b, 121c: 측부다리
122: 주권선
123: 제어권선
124: 주권선 기판
125: 제어권선 기판
126a, 126b, 126c: 개구부

Claims (7)

  1. 주권선을 형성한 주권선 기판, 제어권선을 형성한 제어권선 기판, 및 플레이너형 코어를 구비하고,
    상기 주권선 기판과 상기 제어권선 기판은 상기 플레이너형 코어 내에 층모양(層狀)으로 조립되고, 상기 플레이너형 코어는, 중앙다리(中央脚)와, 해당 중앙다리의 양측에 배치된 한쌍의 안다리(內脚)와, 상기 안다리의 외측에 배치된 한쌍의 바깥다리(外脚)를 가지고, 상기 주권선을 흐르는 고주파 전류의 주권선 전류는, 상기 한쌍의 각 안다리에 있어서 서로 상쇄하는 자계의 방향이 역방향인 교류자속을 형성하고,
    상기 제어권선을 흐르는 직류전류의 제어전류는, 코어의 전체다리부에 균등한 자속밀도의 직류자속을 형성하는 것을 특징으로 하는 리액터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주권선 기판은, 상기 제어권선 기판을 상하 방향에서 끼우는 제1의 주권선 기판과 제2의 주권선 기판을 구비하고,
    상기 제1의 주권선 기판의 주권선은, 상기 중앙다리와 상기 한쌍의 안다리의 한쪽의 제1의 안다리를 일체로 둘러싸서 형성되고,
    상기 제2의 주권선 기판의 주권선은, 상기 중앙다리와 상기 한쌍의 안다리의 다른쪽의 제2의 안다리를 일체로 둘러싸서 형성되고,
    상기 제어권선 기판의 제어권선은, 상기 한쌍의 제1의 안다리와 제2의 안다리를 개별적으로 둘러싸서 형성되는 것을 특징으로 하는 리액터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주권선 기판은, 상기 제어권선 기판을 상하 방향에서 끼우는 제1의 주권선 기판과 제2의 주권선 기판을 구비하고,
    상기 제1의 주권선 기판의 주권선은, 상기 중앙다리와 상기 한쌍의 안다리를 일체로 둘러싸서 형성되고,
    상기 제2의 주권선 기판의 주권선은, 상기 중앙다리를 둘러싸서 형성되고,
    상기 제어권선 기판의 제어권선은, 상기 한쌍의 안다리를 개별적으로 둘러싸서 형성되는 것을 특징으로 하는 리액터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙다리의 자속과 상기 안다리의 자속은 자계의 방향이 서로 역방향인 것을 특징으로 하는 리액터.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어전류는 가변전류에 의해 가변 인덕턴스로 하는 것을 특징으로 하는 리액터.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어전류는 고정전류에 의해 고정 인덕턴스로 하는 것을 특징으로 하는 리액터.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플레이너형 코어는, E형 코어 또는 U형 코어의 돌기부분을 서로 대향 배치해서 이루어지는 EE형 코어 또는 UU형 코어를 가로방향으로 배열한 구성, 혹은 E형 코어 또는 U형 코어의 돌기부분에 I형 코어를 배치해서 이루어지는 EI형 코어 또는 UI형 코어를 가로방향으로 배열한 구성인 것을 특징으로 하는 리액터.
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