KR20130006459A

KR20130006459A - 리액터 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20130006459A
Application number: KR1020127024645A
Authority: KR
Inventors: 주니치 에사키; 요시토모 카지나미; 히로유키 카토; 야스히로 마츠모토
Original assignee: 다이도 일렉트로닉스 씨오., 엘티디.; 다이도 스틸 코오퍼레이션 리미티드
Priority date: 2010-03-20
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2013-01-16
Also published as: CA2793830A1; CN102822918A; EP2551863A4; WO2011118507A1; US20130008890A1; EP2551863A1

Abstract

<과제>
연자성 분말과 열가소성 수지를 포함하는 혼합재를 사출 성형하여 코어로 하고, 그 내부에 코일을 매립 상태로 일체화하여 리액터를 제조함에 있어서, 코어 성형시에 코일이 움직이거나 변형하는 것을 효율적으로 방지하여 코어를 사출 성형 수법에 의해 양호하게 성형할 수 있도록 한다.
<해결 수단>
선재 사이에 절연층을 개재시키는 상태로 선재를 권취하여 이루어지는 코일(10)을, 전기절연성 수지로 피복하여 코일 피복체(24)를 성형하는 공정 A와, 코일 피복체(24)를 감싸는 상태로 연자성 분말과 열가소성 수지를 포함하는 혼합재를 사출 성형하여 코어(16)를 성형하는 공정을 거쳐 리액터(15)를 제조한다. 또한, 코어(16)의 사출 성형을, 용기 형태를 이루는 1차 성형체(16-1)를 단독으로 성형하는 공정과, 코일 피복체(24)를 1차 성형체(16-1)와 함께 세트한 상태에서 2차 성형체(16-2)를 성형하는 공정으로 나누어 진행하도록 한다.

Description

리액터 및 그 제조 방법{REACTOR AND METHOD OF MANUFACTURE FOR SAME}

본 발명은 연자성을 구비하는 코어의 내부에 도체 코일을 매립 상태로 일체화하여 이루어지는 리액터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

코일 복합 성형체의 대표적인 예로서, 연자성 분말과 수지의 혼합재로 구성한 성형체(연자성 수지 성형체)로 이루어지는 코어의 내부에 도체 코일(이하, 그냥 "코일"로 칭하는 경우가 있다)을 매립 상태로 내포한 형태의, 인덕턴스 부품인 리액터가 공지이다.

하이브리드 자동차나 연료전지 자동차, 전기자동차 등에서는 배터리와, 모터(전기 모터)에 교류 전력을 공급하는 인버터 사이에 승압 회로가 마련되어 있고, 그 승압 회로에 인덕턴스 부품인 리액터(초크 코일)가 사용되고 있다.

예를 들면, 하이브리드 자동차에서는, 배터리의 전압은 최대로 300V 정도이고, 한편 모터에는 큰 출력을 얻을 수 있도록 600V 정도의 고전압을 인가할 필요가 있다. 이를 위한 승압 회로용 부품으로서 리액터가 사용되고 있다.

이 리액터는 태양광 발전의 승압 회로용 이외에도 널리 사용되고 있다.

종래에, 이 리액터로서는, 한 쌍의 U자형 코어편을 각각의 단면 사이에 소정의 갭이 생기게 하는 상태로 배치하여 이루어지는 코어의 둘레에, 코일을 권취한 형태의 것이 일반적으로 사용되고 있었다.

하지만, 이런 형태의 리액터의 경우, 코일이 외부에 노출한 상태에 있기 때문에, 코일의 자기화에 따라 코일 진동이 발생하여 이것이 소음이 되거나, 또한, 코일편 사이의 갭의 치수를 고정밀도로 정해야할 뿐만 아니라, 코어와 코일의 조립 공정이 필요한 등의 문제가 있어, 이를 해결하기 위하여 연자성 분말과 수지의 혼합재로 이루어지는 성형체(연자성 수지 성형체)에 의해 코어를 구성하고, 그 코어의 내부에 코일을 매립 상태로 일체로 내포한 형태의 리액터가 제안되어 있다.

예를 들면, 하기의 특허문헌 1, 특허문헌 2에 이런 형태의 리액터 및 그 제조 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 1, 특허문헌 2에 나타내는 리액터의 제조 방법은, 외부 케이스 내지 용기의 내부에 코일을 세트한 상태에서, 열변화성 수지의 액에 연자성 분말을 분산 상태로 혼합한 것을, 외부 케이스 내지 용기의 내부에 주입하고, 그 후 이를 소정의 온도로 가열하고, 또한 소정 시간에 걸쳐 수지액을 경화 반응시켜, 이에 이해 코어를 성형하면서 코일과 일체화시키는 것(이른바, 포팅(potting)법으로 불리는 방법에 의한 것)이다.

이와 같이 하여 얻은 리액터의 경우, 코일 진동에 따른 소음 발생을 방지할 수 있고, 또한 코어편과 코어편 사이에 갭을 고정밀도로 설정할 필요가 없고(성형체 코어의 자성 분말과 자성 분말 사이에 미소한 갭이 형성된다), 나아가 코어와 코일의 조립 공정이 필요하지 않을 뿐만 아니라, 코일을 코어(연자성 수지 성형체)에 의해 외측에서 보호할 수 있는 등의 이점을 갖는다.

하지만, 그 한편에는 상기 리액터의 제조 방법의 경우, 연자성 분말을 포함한 수지의 액을 경화시키기 위한 대형 가열로가 필요할 뿐만 아니라, 경화를 위한 다량의 열에너지가 필요하고, 또한 경화를 위해 오랜 시간이 걸려, 비용적으로 높아질 뿐만 아니라 생산성을 높이기 어려운 문제가 있다.

여기서, 상기 리액터의 제조 방법으로서, 도체 코일을 성형 금형의 캐비티 내에 세트해놓고, 연자성 분말과 열가소성 수지를 포함한 혼합재를 캐비티에 사출하고, 이에 의해 코어를 사출 성형하는 한편, 그 내부에 코일을 매립 상태로 일체화하는 방법을 생각할 수 있다.

이 사출 성형에 의한 제조 방법에 의하면, 특허문헌 1, 특허문헌 2에 나타내는 제조 방법이 갖는 다양한 문제를 해결할 수 있다.

하지만, 이와 같이 코일을 캐비티 내에 세트한 상태에서, 직접 거기에 연자성 분말과 열가소성 수지의 혼합재를 사출하였을 때, 도 21에 모식적으로 나타낸 바와 같이 연자성 분말(14)(연자성 분말(14)로서는 경질 금속철분 등이 사용된다)이 사출압이나 캐비티 내에서의 유동압에 의해 코일(10)의 선재(11) 표면의 절연 피막(12)에 강하게 부딪치거나 스치거나(리액터의 코어의 경우, 통상 철분말 등의 연자성 분말이 부피%로 50~70% 정도 함유되어 있다) 하여, 이에 의해 코일(10) 표면의 절연 피막(12)이 파손되거나 하는 등 손상되고 마는 문제가 발생한다.

일반적으로 코일(10)로서는, 미리 외표면에 절연 피막(12)이 부착 형성되어 있는 선재(11)를 권취하여 이루어지는 절연 피막을 구비하는 것이 사용되고 있고, 이 절연 피막(12)은, 통상 절연성 수지(예를 들면, 폴리아미드이미드)를 용제에 용해시켜 소정의 점성으로 한 액(varnish)을, 코일(10)을 형성하는 선재(11)의 전체 외표면에 도포하고, 그 후 이를 건조 및 경화 반응시켜 피막을 형성하는 것에 의해 얻어지지만, 이 절연 피막(12)은 막두께가 25㎛ 정도의 얇은 것이고, 이와 같은 절연 피막(12)에 대해 사출 성형시에 철분말 등의 연자성 분말(14)이 강하게 부딪치거나 스치는 것에 의해 절연 피막(12)이 손상되고 만다.

따라서, 이와 같이 하여 절연 피막(12)이 손상하면, 코일(10)의 절연 성능이 저하되고, 리액터에 있어서의 내전압(절연 파괴 전압) 특성이 저하되고 만다.

그외에도, 캐비티 내에 코일을 세트하여 연자성 분말과 열가소성 수지를 포함한 혼합재를 사출 성형할 때, 캐비티 내에 있어서의 코일의 위치 결정이 어렵고, 더욱이 코일은 그 자체가 마치 아코디언과 같이 간단히 신장 변형되거나, 비틀어져 변형되기 쉬운 것이기 때문에, 연자성 분말과 열가소성 수지를 포함한 혼합재를 캐비티 내에 사출하였을 때에, 사출압 및 유동압에 의해 코일이 세트 위치에서 벗어나거나 코일이 변형해버리는 문제를 일으킨다.

이 경우, 코일이 정규 위치에서 벗어나거나 변형하는 것에 의해, 리액터로서의 성능이 손상되고 만다.

더욱이, 상기한 바와 같이 하여 사출 성형을 한 경우, 성형시의 가열에 의한 팽창과 냉각에 의한 수축에 의해, 성형체로서의 코어에 균열이 생길 뿐만 아니라, 절연 피막에 열응력이 가해지는 것에 의해, 역시 절연 피막이 손상되고 마는 곤란한 문제가 발생한다.

연자성 분말과 열가소성 수지의 혼합재는, 성형 금형의 캐비티로의 사출시에 있어서 온도가 예를 들면 300℃ 이상의 용융 상태에서 액상이고, 사출후에 성형 금형 내부에서 성형 금형에 의해 냉각되어 고착화하여 성형체가 된다.

그때, 혹은 그 후 성형 금형으로부터 취출되어 실온까지 냉각되는 과정에서, 성형체로서의 코어가 크게 지름 방향으로 수축하려고 한다.

그러나 코어의 내부에는 금속제의 코일이 위치하고 있기 때문에, 코어는 코일의 외주측에 있어서 지름 방향으로 수축하지 못하고(코어와 금속제의 코일 사이에는 열팽창계수에 큰 차이가 있다), 그 결과 코일의 외주측 부분이 둘레 방향으로 수축하려고 하여, 도 22에 나타내는 바와 같이 코어(16)의 외주측 성형부(16A)에 균열(K)이 발생해버린다.

코어(16)에 있어서의 이러한 균열(K)의 발생은 리액터로서의 성능을 저하시키는 요인이 된다.

더욱이 코어(16)가 수축할 때, 그 코어(16)와 코일(10)의 수축량의 차이에 기인하여, 코일(10)의 절연 피막(12)에 큰 응력(열응력)이 작용하고, 이에 의해 절연 피막(12)에 변형이 발생하거나, 또한 그 변형에 의해 절연 피막(12)이 파손되는 등 손상되고 만다.

이 또한, 리액터로서의 내전압 특성에 악영향을 미친다.

또한, 코일(10)에 있어서의 선재(11) 표면의 절연 피막(12)은 상기한 바와 같이 막두께가 얇은 것이기 때문에, 애초부터 내전압 특성의 신뢰성이 불충분한 문제가 있었다.

이상은 절연 피막을 구비하는 코일을 사용한 경우이지만, 절연 피막을 구비하는 선재를 사용하지 않고, 나선(裸線) 상태의 선재와 선재 사이에 절연층을 개재시키는 상태로 선재를 권취하여 이루어지는 코일을 사용한 경우에도, 코어 성형시에 있어서의 상기한 코일 변형의 문제, 내전압 특성의 신뢰성이 불충분한 등, 절연 피막을 구비하는 코일을 사용한 경우와 같은 문제가 있다.

또, 본 발명에 관련되는 다른 선행 기술로서, 하기 특허문헌 3~7에 개시된 것이 있다.

특허문헌 3에는 인덕터에 관한 발명이 개시되고, 이에는α형으로 권취된 공심 코일을, 돌출부를 갖는 포트 코어의 내부에 수용하는 한편, 돌출부를 갖는 포트 코어의 단자부에 딥(DIP) 방식으로 박막의 전극을 형성하고, 거기에 코일의 말단을 전기적으로 접속시키는 것에 의해, 종래 필요했던 별도의 부품으로서의 접합 단자를 불필요로 하고, 인덕터를 소형화한 점이 개시되어 있다.

이 특허문헌 3에는, 코일 종단면에 있어서의 애스펙트비에 관한 언급은 하지 않고 있다.

하기 특허문헌 4에도, 동일하게 α형으로 권취한 코일을 포트 코어의 내부에 수용하여 이루어지는 인덕터가 개시되어 있는데, 이 특허문헌 4에서도 코일 종단면에 있어서의 애스펙트비에 관한 언급은 하지 않고 있다.

또한, 하기 특허문헌 5에는, 에지 와이즈 코일(edgewise coil)을 옆으로 2개 연결한 안경 모양의 코일을 사용하는 점이 개시되어 있는데, 이것은 2개의 에지 와이즈 코일이 동축 형태로 겹쳐져 있지 않다.

하기 특허문헌 6에는 리액터에 관한 발명이 개시되고, 이에는 에지 와이즈 코일을 내주에, 평각 선재를 스파이럴 형태로 권취한 코일(평권 코일이 아님)을 밖에 배치한 형태의 리액터가 개시되어 있다.

하지만, 이 특허문헌 6에 개시된 것은, 코어를 2개의 별도의 리액터에서 공유하는 것에 의해, 1개 몸체로 2개의 기능을 갖는 복합형 리액터로 한 것이고, 소형화를 지향한 것이 아니다.

하기 특허문헌 7에는 자기소자에 관한 발명이 개시되고, 이에는 코일에 있어서의 선재의 단면을 장방형으로 하면서, 선재의 장변의 치수의, 단변의 치수에 대한 비(애스펙트비)를 10정도인 높은 것으로 하는 것에 의해, 코일의 권취수를 증가시켰을 때의 직류 저항의 증가를 억제하고, 등가 인덕턴스를 향상시키는 점이 개시되어 있다.

또한, 도 5 및 도 6의 실시예에 있어서, 선재를 두께 방향으로 권취하여 이루어지는 제 1 코일과 제 2 코일을 상하 2단으로 적층한 점이 개시되어 있다.

다만, 특허문헌 7에 개시된 것은 연자성 코어에 의해 코일을 전체적으로 감싸는 상태로 코일을 코어중에 내장한 것이 아니고, 또한 특허문헌 7에 개시된 것은 코일의 선재 자체의 애스펙트비에 착안한 것으로서, 코일 자체의 단면형상의 애스펙트비에 대해 규정되어 있지 않고, 또한 그 목적도 리액터의 중량 저감, 손실 저감을 노린 것이 아니다.

본 발명에 관련되는 또 다른 선행 기술로서, 하기 특허문헌 8, 9에 개시된 것이 있다.

하기 특허문헌 8에는 인덕턴스 부품 및 그 제조 방법에 관한 발명이 개시되고, 이에는 코어에 있어서의 코일의 내주측 부분과 외주측 부분에서 코어재를 상이하게 하고, 내주측 부분에 대해서는 Si의 함유량을 적게 한 Fe기 연자성 분말을 사용한 코어재로 구성하고, 또한 외주측 부분에 대해서는 Si 함유량을 많게 한 Fe기 합금의 연자성 분말을 사용한 코어재로 구성한 점이 개시되어 있다.

다만, 특허문헌 8에 개시된 것에 의해서는 본 발명의 과제를 해결할 수는 없다.

하기 특허문헌 9에는, 인덕터 및 그 제작 방법에 관한 발명이 개시되고, 이에는 코어의 제 1 자성체를 Fe가 98.5%보다 많은 연자성 분말을 사용한 코어재로 구성하고, 제 2 자성체를 Fe-9.5 Cr-3 Si의 조성의 스테인리스 분말을 연자성 분말로서 사용한 코어재로 구성하는 점이 개시되어 있다.

다만, 특허문헌 9에 개시된 것도 본 발명의 과제를 해결할 수는 없다.

본 발명에 관련되는 또 다른 선행 기술로서, 하기 특허문헌 10에 개시된 것이 있다.

하기 특허문헌 10에는 전자 코일의 제조 방법 및 그 장치에 관한 발명이 개시되고, 이에는 시트형 도체(선재)와 PET필름 등의 절연 시트를 소정 회수 같이 감는 상태로 권취하고, 그 후 에폭시 프리프레그 테이프로 폭방향 외측의 절연층을 형성하고 이를 가열 경화시키는 점이, 특허문헌 10에 개시된 발명에 대한 종래 기술로서 개시되어 있다.

다만, 이 종래 기술로서 개시되어 있는 것은, 코일의 소형화의 장해가 되는 것으로서 제시되어 있다.

일본 특허출원개시 2007-27185호 공보 일본 특허출원개시 2008-147405호 공보 일본 특허출원개시 2007-305665호 공보 일본 특허출원개시 2007-96181호 공보 일본 특허출원개시 2008-192649호 공보 일본 특허출원개시 2006-310550호 공보 일본 특허출원개시 2002-43140호 공보 일본 특허출원개시 2006-261331호 공보 일본 특허출원개시 2009-224745호 공보 일본 특허출원개시 2000-21669호 공보

본 발명은 이상과 같은 사정을 배경으로 하여, 연자성 분말과 수지의 혼합재로 구성한 성형체를 코어로 하여 그 내부에 코일을 매립 상태로 일체화하여 리액터를 구성함에 있어서, 코어의 성형시에 코어의 구성 재료인 연자성 분말이 코일의 절연 피막에 부딪혀 절연 피막을 손상하는 것을 효율적으로 방지할 수 있고, 또한 코어의 수축에 따라 절연 피막에 작용하는 열응력을 효과적으로 완화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 코어의 냉각에 의한 수축에 의해 코어에 균열이 발생하는 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

또한, 코어의 성형시에 코일이 움직이거나 변형하는 것을 효율적으로 방지하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1의 리액터는, 연자성 분말과 수지를 포함하는 혼합재로 구성한 성형체를 코어로 하여, 상기 코어의 내부에, 선재와 선재 사이에 절연층을 개재시키는 상태로 상기 선재를 권취하여 이루어지는 도체 코일을 매립 상태로 일체화하여 이루어지는 리액터이고, 상기 코일을 전기절연성 수지에 의해 외측에서 전체적으로 감싸는 상태로 피복하여 코일 피복체로 하는 한편, 상기 코어를, 상기 코일 피복체를 내부에 일체로 매립하는 상태로 상기 연자성 분말과 열가소성 수지를 포함하는 혼합재를 사출 성형하여 이루어지는 성형체에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 2의 리액터는, 청구항 1에 있어서, 상기 코어는, 상기 코일 피복체의 외주면에 접하는 원통 형상의 외주측 성형부를 포함하는 1차 성형체와, 상기 코일 피복체의 내주면에 접하는 내주측 성형부를 포함하는 2차 성형체가 경계면에서 접합되어 일체화되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 3의 리액터는, 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 코일 피복체의 상기 수지 피복층은 절연성 열가소성 수지의 사출 성형체에 의해 구성되어 있고, 상기 코일의 외주면을 피복하는 외주 피복부를 포함하는 성형체와, 상기 코일의 내주면을 피복하는 내주 피복부를 포함하는 성형체가 접합되어 일체화되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 4의 리액터는, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코일을 평각 선재를 권취하여 이루어지는 코일로 구성하고, 상기 코일을, 복수의 코일 블록을 서로 접속 상태로 코일의 축방향인 높이 방향 또는/및 지름 방향으로, 또한 상기 선재의 권취되어 겹쳐지는 방향과 직교하는 방향으로 절연 시트를 개재하여 동축 형태로 겹친 형태로 구성하는 한편, 상기 절연 시트를 포함하는, 코일 종단면에 있어서의 높이 치수를 A, 지름 방향 치수인 폭방향 치수를 B로 했을 때의 애스펙트비 A/B가 0.7~1.8의 범위로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 5의 리액터는, 청구항 4에 있어서, 상기 코일이 상기 평각 선재를 상기 선재의 두께 방향으로 권취하여 이루어지는 평권 코일이고, 상기 코일 블록이 상기 높이 방향으로 복수단으로 겹쳐있는 것을 특징으로 한다.

청구항 6의 리액터는, 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연자성 분말이 순 Fe 또는 Si를 0.2~9.0질량% 함유한 조성의 Fe기 합금의 분말인 것을 특징으로 한다.

청구항 7의 리액터는, 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어에 있어서의 상기 코일의 내주측 부분과 외주측 부분을 상이한 재료로 구성하고, 상기 외주측 부분에 대해서는, 상기 연자성 분말로서 순 Fe 또는 Si를 0.2~4.0질량% 함유한 Fe기 합금으로 이루어지는 저 Si재 분말을 사용한 코어재로 구성하고, 상기 내주측 부분에 대해서는, 상기 연자성 분말로서 Si를 1.5~9.0질량% 함유하면서 상기 외주측 부분의 코어재의 연자성 분말보다 Si 함유량이 많은 Fe기 합금으로 이루어지는 고 Si재 분말을 사용한 코어재로 구성한 것을 특징으로 한다.

청구항 8의 리액터는, 청구항 7에 있어서, 상기 고 Si재의 Si 함유량이 상기 저 Si재의 Si 함유량보다 1.5질량% 이상 많은 것을 특징으로 한다.

청구항 9의 리액터는, 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코일은, 절연 피막을 구비하지 않는 평각 선재를 상기 선재와 선재 사이에, 미리 막 형태로 성형해놓은 절연성 필름을 끼우는 상태로 상기 선재의 두께 방향으로 권취한 평권 코일로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 10의 리액터는, 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어가 리액터 케이스의 용기부와 일체로 사출 성형되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 11의 리액터는, 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 주파수가 1~50kHz인 교번 자계 중에서 사용되는 것을 특징으로 한다.

청구항 12는 리액터의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 코일을 외측에서 전체적으로 감싸는 상태로 상기 전기절연성 수지로 피복하여 상기 코일 피복체를 성형하는 공정 A와, 상기 코일 피복체를 성형 금형에 세트하고, 상기 코일 피복체를 감싸는 상태로 상기 연자성 분말과 열가소성 수지를 포함하는 혼합재를 사출 성형하여 상기 코어를 성형하는 한편, 상기 코어의 내부에 상기 코일을 매립 상태로 일체화하는 공정 B를 거쳐 상기 리액터를 얻는 것을 특징으로 한다.

청구항 13의 리액터는, 청구항 12에 있어서, 상기 코어를 사출 성형하는 공정 B를, 상기 코어의, 상기 코일 피복체의 외주면에 접하는 원통 형상의 외주측 성형부를 포함하는, 코일 축선 방향의 일단측에 상기 코일 피복체 삽입용 개구를 구비하는 형상의 1차 성형체를 코어용 1차 성형 금형에 의해 미리 사출 성형해놓는 공정 B-1과, 상기 코일 피복체의 내주면에 접하는 내주측 성형부를 포함하는 2차 성형체를 코어용 2차 성형 금형에 의해 성형하는 공정 B-2로 나누고, 상기 공정 B-2에서는, 상기 공정 B-1에서 얻은 상기 1차 성형체의 상기 외주측 성형부에 상기 코일 피복체를 내부 삽입 상태로 삽입하고, 또한 상기 코어용 2차 성형 금형에 의해 상기 외주측 성형부를 외주측에서 지름 방향으로 구속하여 유지한 상태에서, 상기 내주측 성형부를 포함하는 2차 성형체를 성형하는 한편, 상기 2차 성형체와 상기 1차 성형체 및 상기 코일 피복체를 일체화하는 것을 특징으로 한다.

청구항 14의 리액터는, 청구항 13에 있어서, 상기 1차 성형체를 성형하는 상기 공정 B-1에서는, 상기 외주측 성형부와 함께 상기 개구와는 반대측인 상기 코어의 저부를 함께 성형하여, 상기 1차 성형체를 상기 코일 피복체를 내부에 수용하여 유지하는 저부를 구비하는 용기 형태로 구성해놓는 것을 특징으로 한다.

청구항 15의 리액터는, 청구항 14에 있어서, 상기 1차 성형체는, 상기 코일 피복체를 내부의 오목한 부분에 전체 높이에 걸쳐 수용하는 높이로 성형해놓는 것을 특징으로 한다.

청구항 16의 리액터는, 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 성형체를 성형하는 상기 공정 B-2에서는, 상기 내주측 성형부와 함께 상기 개구를 폐쇄하는 덮개부를 함께 성형하는 것을 특징으로 한다.

청구항 17의 리액터는, 청구항 12 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코일 피복체를 성형하는 공정 A에서는, 상기 코일을 감싸는 상태로 피복하는 수지 피복층을 열가소성 수지에 의해 사출 성형하는 한편, 상기 공정 A를, 상기 코일의 내주면 또는 외주면에 대해 상기 수지 피복층용 1차 성형 금형을 접촉시키고, 상기 1차 성형 금형에 의해 상기 코일을 상기 내주면 또는 외주면에 있어서 지름 방향으로 위치 결정하여 구속한 상태에서, 상기 코일의 외주측 또는 내주측에 형성되는 상기 1차 성형 금형의 1차 성형 캐비티에 수지 재료를 사출하여, 상기 수지 피복층에 있어서의 외주 피복부 또는 내주 피복부를 포함하는 1차 성형체를 성형하면서 상기 코일과 일체화하는 공정 A-1과, 그 후 상기 1차 성형체를 상기 코일과 함께 상기 수지 피복층용 2차 성형 금형에 세트하고, 상기 코일의 내주측 또는 외주측에 형성되는 상기 2차 성형 금형의 2차 성형 캐비티에 상기 수지 재료를 사출하여, 상기 수지 피복층에 있어서의 내주 피복부 또는 외주 피복부를 포함하는 2차 성형체를 성형하면서 상기 코일 및 상기 1차 성형체와 일체화하는 공정 A-2로 나누어 사출 성형을 하는 것을 특징으로 한다.

청구항 18의 리액터는, 청구항 12 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서, 길이가 긴 평각 선재를, 상기 평각 선재에 대응한 폭으로 미리 길이가 긴 막 형태로 성형해놓은 절연성 필름과 함께, 또한 상기 필름을 상기 선재와 선재 사이에 끼워서 함께 권취하여, 상기 코일을 얻는 것을 특징으로 한다.

(1) 이상과 같이 청구항 1의 리액터는, 코일을 전기절연성 수지에 의해 외측에서 전체적으로 감싸는 상태로 피복하여 코일 피복체로 하는 한편, 코어를, 코일 피복체를 내부에 일체로 매립하는 상태로 연자성 분말과 열가소성 수지를 포함하는 혼합재를 사출 성형하여 이루어지는 성형체에 의해 구성한 것이다.

이 청구항 1의 리액터에서는, 코일을 외측에서 수지 피복층에 의해 피복하여 보호한 상태에서, 코어를 사출 성형할 수 있기 때문에, 사출시에 혼합재에 포함되는 철분말 등의 연자성 분말이 코일의 절연 피막에 직접 강하게 부딪치거나 스치는 것을 방지할 수 있고, 따라서 코어의 성형시에 코일의 절연 피막에 연자성 분말이 닿는 것에 의해 절연 피막이 손상되는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.

또한, 코어의 사출 성형시에, 성형체로서의 코어가 냉각에 의해 수축한다고 해도, 코어와 코일의 절연 피막 사이에는 피복 수지층이 보호층 내지 완충층으로서 개재하고 있기 때문에, 코어의 수축에 따른 응력이 절연 피막에 직접 작용하는 것을 방지할 수 있고, 따라서 코어의 수축에 따른 절연 피막의 손상 문제를 해결할 수 있다.

또한, 코일은 수지 피복층과 일체의 성형체(코일 피복체)를 이루고 있기 때문에, 코어를 사출 성형할 때 코일이 변형을 일으키는 것도 양호하게 방지할 수 있다.

또한, 코일을 전기절연성 수지 피복층으로 피복해놓는 것에 의해, 코일의 내전압 특성을 강화하고, 높일 수 있다.

(2) 청구항 2의 리액터는, 코어를, 코일 피복체의 외주면에 접하는 원통 형상의 외주측 성형부를 포함하는 1차 성형체와, 코일 피복체의 내주면에 접하는 내주측 성형부를 포함하는 2차 성형체를 경계면에서 접합하고 일체화하여 구성한 것이다.

이 청구항 2의 리액터에서는, 코어를 1차 성형체와 2차 성형체로 나누어 성형할 수 있고, 이에 의해 성형 금형으로 코일 피복체를 원하는 위치에 위치 결정한 상태로 코어를 성형할 수 있게 되고, 코일 피복체를 목적으로 하는 위치에 위치시킨 상태로 이를 감싸는 코어를 성형할 수 있게 된다.

(3) 청구항 3의 리액터는, 코일 피복체의 수지 피복층을, 절연성 열가소성 수지의 사출 성형체에 의해 구성한 것이다.

이 청구항 3의 리액터에서는, 코일 피복체의 수지 피복층을 간단한 성형 조작에 의해 형성할 수 있고, 더욱이 디핑(dipping)에 의한 수지 피복층의 형성과 달리, 1회의 성형 조작으로, 또한 단시간으로 수지 피복층을 충분한 두께로 형성할 수 있고, 코일에 대해 높은 내전압(절연 파괴 전압) 특성을 부여할 수 있다.

이 청구항 3의 리액터에서는, 코일 피복체의 수지 피복층을, 코일의 외주면을 피복하는 외주 피복부를 포함하는 성형체와, 코일의 내주면을 피복하는 내주 피복부를 포함하는 성형체를 접합하고 일체화하여 구성해놓는다.

이 청구항 3의 리액터에서는, 코일 피복체의 수지 피복층을, 2회로 나누어 성형할 수 있고, 이 경우, 성형 금형에 의해 코일을 구속하여 위치 결정한 상태에서 수지 피복층을 성형할 수 있고, 따라서 코일을 전체적으로 양호하게 감싸는 상태로 수지 피복층을 형성할 수 있다.

(4) 그러나, 리액터의 코일로서는 단면이 둥근 형상의 선재를 권취한 것이 일반적으로 사용되어 왔다.

하지만, 이러한 단면이 둥근 형상의 선재를 권취한 코일의 경우, 인접한 선재와 선재 사이에 큰 틈을 발생시키게 된다.

선재의 단면적은 거기에 흘리는 전류에 상응하여 소정의 단면적을 필요로 하고, 또한 원하는 인덕턴스를 얻기 위하여 그 권취수도 정해진다.

결과적으로, 코일 전체의 높이가 높아지고, 이에 상응하여 코어의 높이도 높아져 리액터가 대형화되고만다.

여기서, 리액터의 소형화를 지향하는 경우, 코일로서 편평한 형상의 평각 선재를 폭방향으로 권취하여 이루어지는 에지 와이즈 코일이 일반적으로 사용되고 있다.

도 23에 나타내는 바와 같이 에지 와이즈 코일(200)의 경우, 인접한 선재(평각 선재)끼리를 전체적으로 밀착 상태로 할 수 있고, 선재와 선재 사이에 불필요한 공간을 발생시키지 않는다.

한편, 도면에 있어서 204는 코어를 나타내고, 206은 이들의 에지 와이즈 코일(200)과 코어(204)를 포함한 리액터를 나타내고 있다.

이러한 리액터에 있어서, 인덕턴스 L을 높이기 위해서는 코일의 권취수를 많게 하는 것이 유효하다.

여기서 인덕턴스 L은, 하기의 식 (1)로 표시된다.

L∝μ×N²×A/l …식 (1)

여기서, μ는 코어의 투자율(透磁率)이고, N은 코일의 권취수(턴수)이고, A는 코어의 자기회로 단면적이고, l은 코어의 자기회로 길이이다.

도 23으로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래의 리액터(206)에 있어서, 코일(200)의 권취수를 많게 하면, 그만큼 코일(200)의 높이(코일의 축방향의 높이)가 필연적으로 높아진다.

그리고 코일(200)의 높이가 높아지면 자기회로 길이(도면에 있어서 208로 나타내는 자속의 길이)가 길어지고, 이는 인덕턴스 L을 낮게 하는 방향이 된다.

여기서 인덕턴스 L을 일정하게 유지하기 위해서는 코어의 자기회로 단면적을 크게 하는 것이 필요하고, 그 결과 리액터(206)는 높이 치수도 지름 방향 치수도 커져, 전체적으로 대형화되고만다.

또한, 리액터가 대형화에 따라 필요한 코어재의 양도 많아지게 된다.

리액터의 경우, 전체 비용에 차지하는 재료 비용의 비율이 높아, 코어재의 재료 비용이 높아짐에 따라 리액터의 비용도 높아지게 된다.

더욱이, 리액터가 대형화되면 코어 손실, 동손(copper loss)(코일 자체에 의한 손실) 등에 의한 전체의 손실도 커져버린다.

여기서, 청구항 4의 리액터는, 코일용 선재로서 평각 선재를 사용하고, 그리고 복수의 코일 블록을 서로 접속 상태에서 코일의 축방향인 높이 방향 또는/및 지름 방향으로 동축 형태로 겹친 형태로 코일을 구성하고, 또한 코일 종단면에 있어서의 높이 치수를 A로 하고, 폭방향 치수를 B로 했을 때의 애스펙트비 A/B가 0.7~1.8의 범위가 되도록 한 것이다.

이 청구항 4에 의하면, 후술되는 바와 같이 높은 인덕턴스 특성을 유지하면서 리액터를 효과적으로 소형화, 경량화할 수 있고, 또한 손실을 작게 할 수 있는 것이 확인되었다.

이는, 본 발명에 따라 코일을 구성한 경우, 도 23에 나타내는 리액터에 비해 코일 선재의 단면적, 권취수를 동등하게 유지하면서 자기회로 길이를 짧게 할 수 있고, 또한 그 결과로서 자기회로 단면적을 작게 할 수 있게 된 결과로부터의 효과이다.

도 13(A)는 청구항 4의 일 형태의 예로서 평각 선재를 그 두께 방향으로 권취하여 이루어지는 평권 코일로 구성하고, 그리고 2개의 코일 블록 10-1, 10-2를 선재의 권취되어 겹쳐지는 방향과 직교 방향의 코일의 축방향으로 상하로 동축 형태로 2단으로 단을 겹쳐 코일(10)을 구성하고, 또한 코일(10)의 높이 치수(코일 블록 10-1과 코일 블록 10-2의 높이 치수를 더한 치수)를 A로 하고, 폭방향 치수를 B로 했을 때의 애스펙트비 A/B를 0.7~1.8의 범위 내로 한 것을 모식적으로 나타내고 있다.

도 23과의 비교로부터 명확한 바와 같이, 도 13(A)에 나타내는 것에서는 자속(208)의 길이인 자기회로 길이를 효과적으로 짧게 할 수 있다.

자기회로 길이는 전체 자력선의 전체 길이를 평균한 것이지만, 그 자기회로 길이는 코일(10)에 있어서의 종단면의 둘레 길이가 짧아지면 이에 따라 짧아진다.

즉, 도 13(A)에 일례를 나타내는 본 발명의 리액터는, 코일의 종단면에 있어서의 둘레 길이를 짧게 하는 것에 의해 자기회로 길이를 짧게 한 것이다.

이 청구항 4에 의하면, 리액터를 소형화할 수 있으면서 그 소형화에 따라 중량을 경량화하고, 또한 코어재의 양을 삭감할 수 있어 리액터의 소요 비용을 줄일 수 있고, 또한 소형화에 따라 손실을 효과적으로 줄일 수 있다.

한편, 본 발명에 있어서, A/B로 표시되는 애스펙트비는 바람직하게는 0.8~1.2, 더 바람직하게는 0.9~1.1의 범위 내로 한다.

(5) 청구항 4에서는, 도 13(B)에 나타내는 바와 같이 평권 코일을 3개의 코일 블록 10-1, 10-2, 10-3으로 나누고, 그리고 이들을 코일의 축방향인 상하 방향으로 3단으로 단을 겹치거나, 혹은 도 13(C)에 나타내는 바와 같이 에지 와이즈 코일을 2개의 코일 블록 10-1, 10-2로 나누고, 이들을 지름 방향으로 2열로 겹치는 상태로 배치하는 것도 가능하다.

또는, 더욱 많은 코일 블록을 코일의 축방향인 높이 방향으로 또는 지름 방향으로 겹치도록 배치하여 전체의 코일(10)을 구성하는 것도 가능하다.

단, 본 발명에서는, 도 13(A), (B)에 나타내는 바와 같이 평각 선재를 선재의 두께 방향으로 권취하여 이루어지는 평권 코일의 코일 블록을 높이 방향으로 복수단, 바람직하게는 2단으로 겹쳐 전체의 코일을 구성하도록 하는 것이 바람직하다(청구항 5).

(6) 다음으로, 청구항 6의 리액터는, 연자성 분말로서 순 Fe 또는 Si를 0.2~9.0질량% 함유한 조성의 Fe기 합금의 분말을 사용하는 것을 특징으로 한 것이다.

순 Fe는 코어 손실이 높은 난점이 있는 한편 저렴하고 취급하기 쉽고, 자성 재료 중에서는 자속 밀도가 퍼멘듈(permendur) 다음으로 높은 특징이 있고, 따라서 이 특징을 중시하는 경우에는 순 Fe의 분말을 사용하는 것이 바람직하다.

Si를 0.2~9.0% 함유한 Fe기 연자성 합금의 분말은, Si의 증가에 따라 순 Fe보다 자속 밀도는 낮아지지만, 코어 손실을 작게 할 수 있기 때문에, 양자의 밸런스가 좋고 취급하기 쉬운 이점을 갖다.

특히 Si의 함유량이 6.5%일 때 코어 손실은 극소값을 취하고, 자속 밀도도 비교적 높기 때문에, 우수한 연자성 재료가 된다.

6.5%를 넘으면 코어 손실은 증가로 돌아서지만, 그래도 9.0%까지는 자속 밀도도 높기 때문에 충분히 실용적이다.

단 9.0%를 넘으면 자속 밀도는 작고, 코어 손실은 커진다.

한편, 0.2% 미만에서는 거의 순 Fe와 동일한 특징으로 된다.

Si 함유 Fe기 연자성 합금의 분말에 있어서, Si를 6~7% 함유한 것은, 인덕턴스 특성과 발열 특성의 밸런스가 좋고, 이들을 중시하는 경우에는 Si를 6~7% 함유한 조성인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

반면, Si를 2~3% 함유한 것은, 비용과 인덕턴스 특성 및 발열 특성 등의 성능의 밸런스가 좋고, 이 점을 중시하는 경우에는 Si를 2~3% 함유한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 연자성 분말에, 필요에 따라 Cr, Mn, Ni 중의 1종 이상을 임의 원소로서 첨가해놓을 수 있다.

단 Cr을 첨가하는 경우에는, 이 첨가량을 5질량% 이하로 하는 것이 좋다. 그 이유는 코어 손실을 더욱 줄이기 쉬워지기 때문이다.

또한, Mn, Ni는 합계로 1질량% 이하로 하는 것이 좋다. 그 이유는 낮은 보자력을 유지하기 쉬워지기 때문이다.

(7) 다음으로, 청구항 7의 리액터는, 코어에 있어서의 코일의 내주측 부분과 외주측 부분을 상이한 재료로 구성한 것이다.

연자성 분말로서 Fe-Si계의 Fe기 합금분말을 사용한 경우, Fe에 Si를 함유시키는 것에 의해, 또한 Si의 함유량의 증가에 따라 자기 변형(magnetic strain)이 작아지고, Si 함유량 6.5% 이하에서 자기 변형은 제로가 되고, 6.5%를 넘으면 자기 변형은 마이너스가 된다(6.5% 이하에서는 자기 변형은 플러스). 한편, 코어 손실은 6.5%에서 극소가 되고, 이것보다 Si가 많아지거나 적어져도 코어 손실은 증대한다.

따라서 자기 변형 및 이에 기인하는 코어 진동의 관점에서는 Si를 6.5% 함유시킨 것이 양호하다.

코어의 연자성 분말로서 Fe-6.5% Si의 조성을 구비하는 연자성 분말을 사용한 리액터는 또한, 코어 손실이 낮고, 동작시의 발열도 작은 특성이 있지만, 반면에 인덕턴스가 충분히 높지 못한 난점이 있다.

한편, Si의 함유량을 3%, 2%로 적게하여 순 Fe에 근접시켜 가면, 이에 따라 인덕턴스는 높아지지만, 반대로 코어 손실이 커지고, 발열도 커져버린다.

발열이 커지면 코어의 온도 상승이 커지고, 코어가 고온도에 도달해버려, 경우에 따라 코어재 내부에서 설정된 허용 최고 온도를 넘는 부분이 나타나게 된다.

예를 들면, 자동차의 승압 회로에 사용되는 리액터는 매우 장기간에 걸쳐 사용되는 부품이고, 온도 상승이 장기간 반복되면 열이력에 의해 바인더로서의 수지가 열화되고, 나아가서는 부품 수명의 단축으로 연결된다.

이 때문에, 리액터는 허용 가능한 도달 온도(최고 온도)가 설정되고, 내부 발열에 의한 온도 상승이 그 설정 최고 온도 이하로 억제될 것이 요구된다.

이 점에 있어서 코어재의 연자성 분말로서 상기 Fe-6.5 Si계의 조성을 구비하는 연자성 분말을 사용한 리액터의 경우, 코어재 내부에 있어서의 발열이 작고, 도달 온도를 설정된 최고 온도 이하로 양호하게 억제할 수 있다.

그러나 한편에서는, 리액터로서 원래 요구되는 인덕턴스 특성이 불충분해지게 된다.

또한, Si 함유량이 적은 순 Fe에 근접한 재료인 것을 사용한 것에 있어서는, 인덕턴스 특성에 관해서는 충분하지만, 코어재 내부에서의 발열이 크고, 도달 온도를 설정된 최고 온도 이하로 억제하는 것이 어렵다.

또한, 중간의, 예를 들면 Fe-3 Si 조성인 것을 사용한 경우에는 인덕턴스, 발열 특성의 두 특성이 어중간해져, 어느 것도 만족할 수 없는 경우가 발생한다.

여기서, 청구항 7은, 리액터에 있어서의 코어를 코일의 내주측 부분과 외주측 부분으로 나누고, 그리고 외주측 부분에 대해서는 연자성 분말로서 순 Fe 또는 Si를 0.2~4.0% 함유한 Fe기 합금으로 이루어지는 저 Si재 분말을 사용한, 상대적으로 고인덕턴스, 고발열의 코어재로 구성하는 한편, 내주측 부분에 대해서는 연자성 분말로서 Si를 1.5~9.0% 포함하면서 외주측 부분의 코어재의 연자성 분말보다 Si의 함유량이 많은 Fe기 합금으로 이루어지는 고 Si재 분말을 사용한, 상대적으로 저발열, 저인덕턴스의 코어재로 구성한 것이다.

이 청구항 7의 리액터는, 코어 내부에서의 발열에 의한 온도 상승이 코어 전체에 걸쳐 균등하지 않고, 발열에 의한 온도 상승이 높은 부분과 온도 상승이 낮은 부분이 있다는 지견에 기초하여 이루어진 것이다.

구체적으로는, 리액터의 코어는 냉각이 잘되는 부분과 냉각이 잘되지 않는 부분이 있고, 코일의 외주측 부분은 냉각이 잘되는 부분이 되고, 내주측 부분은 냉각이 잘되지 않는 부분이 된다.

실제로 본 발명이자 등이 코어 내부의 도달 온도를 측정한 결과, 외주측 부분에 대해서는 도달 온도는 낮고, 내주측 부분에 대해서는 도달 온도가 높은 것이 확인되었다.

여기서 본 발명에서는, 냉각되기 쉬운 외주측 부분에 대해서는, 고인덕턴스를 얻을 수 있는 한편 발열이 큰 재료, 구체적으로는 순 Fe 또는 Si를 0.2~4.0% 함유한 Fe기 합금으로 이루어지는 저 Si재 분말을 사용하여 코어재로 구성하고, 한편 냉각이 잘되지 않고, 방열이 어려운 내주측 부분에 대해서는, Si를 1.5~9.0% 포함한 Fe기 합금으로 이루어지는 고 Si재 분말을 사용하여 코어재를 구성한 것이다.

코어를 이와 같이 구성한 결과, 인덕턴스 특성 및 온도 억제 특성이 상반한 모든 특성을 양립할 수 있는 리액터를 얻을 수 있음을 확인했다.

(8) 여기서, 상기 내주측 부분의 연자성 분말을 구성하는 고 Si재의 Si 함유량은, 외주측 부분의 연자성 분말을 구성하는 저 Si재의 Si 함유량보다 1.5%를 넘어 많게 해놓는 것이 바람직하다(청구항 8).

더 바람직하게는 Si 함유량을 2.5% 이상, 특히 바람직하게는 3.5% 이상 많게 해놓는 것이 좋다.

(9) 하지만, 코일 전체를 전기절연성 수지에 의해 외측에서 감싸는 상태로 피복하여 이루어지는 코일 피복체에 있어서, 수지 피복층을 디핑수법에 의해 형성하면, 즉 수지의 액에 코일 전체를 침지하고, 이에 의해 코일 전체를 피복하는 상태로 도포한 수지의 액을, 그 후 경화 반응시켜 상기 수지 피복층을 형성하는 방법의 경우, 필연적으로 수지 피복층의 두께는 20㎛ 정도로 얇아진다.

전기부품으로서의 코일은, 타부품에 대한 절연 성능으로서, 안전율을 고려하여 정격 전압의 5~20배의 내전압 특성이 요구된다.

예를 들면, 상기한 하이브리드 자동차의 승압 회로용으로 사용되는 리액터의 경우, 내전압 3000V 정도의 높은 내전압이 필요하지만, 이를 위해서는 수지 피복층의 두께는 최저 0.1mm 이상 필요하다. 하지만 상기 디핑수법에 의해 형성되는 수지 피복층에서는 그 두께가 불충분하다.

다만, 디핑 및 그 후의 경화를 여러 번 반복 진행하는 것에 의해, 수지 피복층의 두께를 0.1mm 이상으로 두껍게 하는 것도 가능하지만, 이 경우, 디핑 및 경화 반응의 반복을 여러 번 해야만 하고, 처리 비용이 매우 높아지게 된다.

한편, 종래 일반적으로 사용되고 있는 절연 피막을 구비하는 선재에 있어서, 선재의 전체 외표면에 걸쳐 고착 형성되는 절연 피막은, 상기한 바와 같이 선재의 외표면에 수지의 액을 도포하고 경화시키는 것에 의해 형성하고 있지만, 이 절연 피막은, 인접한 선재끼리의 내전압의 관점에서 반대로 막두께가 너무 두꺼운 문제가 있다.

리액터용 코일의 선재로서, 종래 평각 선재가 사용되고 있지만, 이 선재의 외표면에 고착 형성되는 절연 피막의 막두께는 20㎛ 이상의 막두께, 통상은 20~30㎛의 막두께이다.

따라서, 코일에 있어서의 인접한 선재와 선재 사이에 개재하는 절연 피막의 전체 두께는 20~30㎛의 2배인 40~60㎛의 두께가 된다.

하지만, 코일에 있어서의 인접한 선재와 선재의 전위차는 수십 볼트 정도밖에 되지 않고, 안전율을 고려해도 내전압은 100V~200V 정도이다. 이러한 내전압에 대해 40~60㎛의 절연 피막은, 그 두께가 불필요하게 두꺼운 것이다.

그 결과, 동일 권취수에 있어서 코일 외경이 대경화되어, 코일이 대형화되고만다.

그리고 코일의 대경화에 의해, 코일을 구성하는 선재의 전체 길이가 길어져, 그만큼 코일의 소요 비용이 높아질 뿐만 아니라, 코일에 있어서의 직류 중첩 전류에 의한 코일로부터의 동손(이하, 직류 동손)이 커지고, 이것이 리액터의 성능 저하로 연결되는 문제를 일으킨다.

더욱이, 코일이 대경화되어, 대형화하는 것에 의해, 리액터 자체도 대형화되어버려, 사용하는 코어재의 양도 필연적으로 많아지고, 이 또한, 리액터의 비용을 상승시키는 요인이 된다.

또한, 종래의 절연 피막을 구비하는 평각 선재는, 그 제조 방법에 따른 제약으로부터, 선재의 편평도를 충분히 향상시키기 어렵고, 그 편평도는 10정도밖에 되지 않고, 이보다 편평도가 높은 것을 얻고자 하면 그 비용이 급격히 높아지게 된다.

따라서 평각 선재의 편평도가 일정 이하로 제약되기 때문에, 이를 고주파에서 사용했을 때 표피 효과에 의한 발열이 커져버린다.

여기서 청구항 9는, 절연 피막을 구비하지 않는 평각 선재를, 선재와 선재 사이에 미리 막 형태로 성형해놓은 절연성 필름을 끼우는 상태로, 선재의 두께 방향으로 권취한 평권 코일을 사용하여 리액터를 구성한 것이다.

이 청구항 9에 의하면, 코일에 있어서의 선재(평각 선재)와 선재 사이에 개재하여, 이들 선재끼리를 절연하는 절연막의 두께를, 사용하는 필름의 두께를 변경하는 것에 의해 자유롭게 상이하게 할 수 있고, 또한 요구되는 내전압을 확보하면서 그 막두께를 최소한의 막두께로 할 수 있다.

이에 의해 코일 외경을 소경화할 수 있어 코일을 소형화할 수 있고, 따라서 리액터를 소형화하는 것도 가능해진다.

또한, 코일을 구성하는 선재의 길이를 짧게 할 수 있고, 이에 의해 선재를 위한 소요 비용을 염가로 할 수 있고, 더불어 리액터를 위한 소요 코어재를 소량화할 수 있어, 코어재를 위한 비용도 염가로 할 수 있다.

더욱이, 선재의 길이를 짧게 할 수 있는 것에 의해, 동작시에 있어서의 직류 동손을 줄일 수 있다.

또한, 이 청구항 9의 리액터에 있어서는, 절연 피막을 구비하지 않는 평각 선재를 사용하여 코일을 구성할 수 있기 때문에, 관련 선재로서 압연 가공한 선재를 사용할 수 있게 되고, 선재에 필요한 소요 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 편평도가 10을 넘는 고편평도의 선재를 용이하게 제조할 수 있다.

따라서, 이러한 고편평도의 선재를 사용할 수 있게 되는 것에 의해, 고주파에서 사용했을 때 표피 효과에 의한 코일의 발열을 효과적으로 억제할 수 있다.

또, 청구항 9에 따라 코일을 구성한 경우, 선재의 폭방향의 단면은 노출한 상태가 된다.

여기서, 이 청구항 9에서는, 코일 전체를 절연성 수지 피복층으로 외측에서 감싸 코일을 피복한다. 그리고 선재와 선재 사이의 절연막 및 수지 피복층의 전체에 의해, 코일에 대해 충분한 절연성을 부여할 수 있다.

이 경우, 수지 피복층을, 열가소성 수지의 사출 성형체에 의해 구성하고, 또한 그 수지 피복층을, 코일의 외주면을 피복하는 외주 피복부를 포함하는 성형체와, 코일의 내주면을 피복하는 내주 피복부를 포함하는 성형체를 포함하고, 또한 이들 2개의 성형체를 사출 성형에 의해 접합하고, 일체화한 형태로 구성해놓는 것이 좋다.

수지 피복층을 이와 같이 2개의 성형체를 포함하여 구성하고, 또한 이들을 사출 성형에 의해 접합 일체화하는 것에 의해, 수지 피복층을 용이하게 사출 성형에 의해 성형할 수 있다.

이 경우, 수지 피복층을 간단한 성형 조작에 의해 형성할 수 있고, 더욱이 수지 피복층을 충분한 두께로 형성할 수 있어, 코일에 대해 높은 내전압(절연 파괴 전압) 특성을 부여할 수 있다.

(10) 본 발명에서는 코어가 사출 성형한 성형체인 것을 이용하여, 청구항 10에 따라 코어를 사출 성형할 때, 리액터 케이스의 용기부와 코어를 일체로 사출 성형해놓을 수 있다.

이와 같이 하면, 코어 성형 후에 있어서, 즉 리액터를 제조한 후에 있어서, 별도의 공정으로 리액터 케이스의 용기부를 리액터의 코어에 장착하는 공정을 생략할 수 있다.

(11) 본 발명의 리액터는 또한, 주파수가 1~50kHz인 교번 자계 중에서 사용되는, 예를 들면 상기한 하이브리드 자동차나 연료전지 자동차, 전기자동차, 혹은 태양광 발전의 승압 회로에 사용되는 리액터에 대해 바람직하게 적용 가능하다(청구항 11).

(12) 청구항 12는, 청구항 1에 기재된 리액터의 제조 방법에 관한 것으로서, 이 제조 방법은, 코일을 외측에서 감싸는 상태로 전기절연성 수지로 피복하여 코일 피복체를 성형하는 공정 A와, 이를 성형 금형에 세트하고, 코일 피복체를 감싸는 상태로 연자성 분말과 열가소성 수지의 혼합재를 사출 성형하여 코어를 성형하는 한편, 코어의 내부에 코일을 매립 상태로 일체화하는 공정 B를 거쳐 코일 복합 성형체를 제조하는 것이다.

이 제조 방법에 의하면, 청구항 1의 리액터를 양호하게 제조할 수 있다.

이 청구항 12의 제조 방법에서는, 코일이 외측으로부터 수지 피복층에 의해 피복되어 보호된 상태에서, 연자성 분말과 열가소성 수지를 포함하는 혼합재가 사출되어 코어가 성형되기 때문에, 사출시에 혼합재에 포함되는 철분말 등의 연자성 분말이 코일에 직접 강하게 부딪치거나 스치지 않는다. 따라서 코일이 절연 피막을 구비하는 것인 경우에도(통상 코일은 절연 피막을 구비하는 것이다), 코어의 성형시에 코일의 절연 피막에 연자성 분말이 닿는 것에 의해 절연 피막이 손상되는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.

또한, 코어의 성형시에, 성형체로서의 코어가 냉각에 의해 수축한다고 해도, 그 코어와 코일의 절연 피막 사이에는 피복 수지층이 보호층 내지 완충층으로서 개재하고 있기 때문에, 코어의 수축에 따른 응력이 절연 피막에 직접 작용하지 않고, 따라서 코어의 수축에 따른 절연 피막의 손상 문제도 해결할 수 있다.

즉, 리액터의 제조시에 코일의 절연 피막이 손상되는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.

(13) 다음으로, 청구항 13의 제조 방법은, 상기 코어를 사출 성형하는 공정 B를, 코일 피복체의 외주면에 접하는 원통 형상의 외주측 성형부를 포함하는 1차 성형체를, 코일 축선 방향의 일단측에 코일 피복체 삽입용 개구를 구비하는 형상으로 미리 사출 성형해놓는 공정 B-1과, 코일 피복체의 내주면에 접하는 내주측 성형부를 포함하는 2차 성형체를 성형하는 공정 B-2로 나누고, 그리고 공정 B-2에서는, 공정 B-1에서 얻은 1차 성형체의 외주측 성형부에 코일 피복체를 내부 삽입 상태로 삽입시키고, 또한 코어용 2차 성형 금형에 의해 그 외주측 성형부를 외주측에서 지름 방향으로 구속하여 유지한 상태에서, 내주측 성형부를 포함하는 2차 성형체를 성형하면서, 그와 함께 1차 성형체 및 코일 피복체와 일체화하는 것이다.

이 청구항 13의 제조 방법에 의하면, 청구항 2의 리액터를 양호하게 제조할 수 있고, 또한 그 제조에 있어서 아래와 같은 이점을 가져다준다.

전술한 바와 같은 코어의 균열은 주로 코일을 둘러싸는 외주부분에서 발생한다.

이 청구항 13의 제조 방법에서는, 코어에 있어서의 외주측 부분(외주측 성형부)이, 미리 코일과는 별도로 단독으로 1차 성형체로서 성형되어 있기 때문에, 코어의 성형시에 그 내측에 위치하고 있는 코일이 원인이 되어 외주측 성형부에 균열이 발생하는 문제는 발생하지 않는다.

외주측 성형부를 포함하는 1차 성형체가, 코일과는 별도로 단독으로 미리 성형되기 때문에, 그 성형시에 1차 성형체를, 상세하게는 외주측 성형부가 냉각에 수반하여 자유롭게 수축할 수 있기 때문이다.

한편, 코일의 내주면(엄밀하게는 코일 피복체의 내주면)에 접하는 내주측 성형부를 포함하는 2차 성형체는, 코일을 성형 금형에 세트한 상태로 코일과 일체로 성형되지만, 이 내주측 성형부는 지름 방향으로 수축할 때 코일에 의한 저항을 특히 받지 않기 때문에, 그 수축에 의해 균열이 발생하는 문제는 특히 발생하지 않는다.

즉, 이 청구항 13의 제조 방법에 의하면, 코일의 존재에 의해 코어에 균열이 발생하는 문제를 효율적으로 해결할 수 있다.

이 청구항 13의 제조 방법에서는 또한, 공정 B-1에서 얻은 1차 성형체의 외주측 성형부에 코일 피복체를 내부 삽입 상태로 삽입시키고, 그리고 그 1차 성형체의 외주측 성형부를, 코어용 2차 성형 금형에 의해 외주측에서 지름 방향으로 구속하여 유지한 상태에서 코어의 내주측 성형부를 포함하는 2차 성형체를 성형한다.

이때 코일 피복체, 즉 코일을 1차 성형체를 통해 코어용 성형 금형에 의해 위치 결정하고 유지한 상태로, 코어의 2차 성형체를 성형할 수 있고, 따라서 그때 코일이 사출압 및 유동압에 의해 세트 위치로부터 위치가 변하는 것을 방지할 수 있고, 코일을 미리 설정한 위치에 정확하게 위치 결정하고 유지한 상태에서 코어를 성형 완료할 수 있다.

따라서, 코어의 성형시에 코일이 위치가 변하는 것에 의해, 리액터의 특성에 악영향이 미치는 것을 양호하게 방지할 수 있다.

(14) 이 경우에 있어서, 상기 1차 성형체를 성형하는 공정 B-1에서는, 외주측 성형부와 함께 상기한 개구와는 반대측인 코어의 저부를 함께 성형하여, 1차 성형체를, 코일 피복체를 내부에 수용하여 유지하는 저부를 구비하는 용기 형태로 해놓을 수 있다(청구항 14).

이와 같이 해놓으면, 용기 형태를 이루는 1차 성형체의 오목한 부분에 코일 피복체를 수용하여 유지시킨 상태에서, 이들을 코어용 2차 성형 금형에 세트하고, 2차 성형체를 성형할 수 있기 때문에, 그때의 성형 작업성이 양호해진다.

또한, 이와 같이 해놓으면, 2차 성형체를 성형할 때 1차 성형체 자체에 의해 코일 피복체를 코일 축선 방향인 상하 방향으로도 위치 결정하고 유지해놓을 수 있다.

(15) 여기서 상기 1차 성형체는, 코일 피복체를 내부의 오목한 부분에 전체 높이에 걸쳐 수용하는 높이로 성형해놓는 것이 바람직하다(청구항 15).

(16) 본 발명에서는 또한, 상기 2차 성형체를 성형하는 공정 B-2에서는, 내주측 성형부와 함께 상기 1차 성형체에 있어서의 개구를 폐쇄하는 덮개부를 함께 성형해놓을 수 있다(청구항 16).

(17) 다음으로, 청구항 17의 제조 방법은, 코일 피복체(엄밀하게는 수지 피복층)를 사출 성형에 의해 성형하고, 그리고 이 사출 성형의 공정 A를 공정 A-1과 공정 A-2로 나누어 사출 성형하도록 한 것이다.

이 제조 방법에서는, 공정 A-1에서, 코일의 내주면 또는 외주면에 대해 수지 피복층용 1차 성형 금형을 접촉시켜, 코일을 지름 방향으로 위치 결정하여 구속한 상태에서, 코일의 외주측 또는 내주측에 형성되는 1차 성형 캐비티에 수지 재료를 사출하여, 수지 피복층에 있어서의 외주 피복부 또는 내주 피복부를 포함하는 1차 성형체를 성형하고 코일과 일체화한다.

그리고 공정 A-2에서는, 그 후에 있어서 1차 성형체를 코일과 함께 2차 성형 금형에 세트하고, 코일의 내주측 또는 외주측에 형성되는 2차 성형 캐비티에 상기 수지 재료를 사출하여, 수지 피복층에 있어서의 내주 피복부 또는 외주 피복부를 포함하는 2차 성형체를 성형하고, 코일 및 1차 성형체와 일체화한다.

이 청구항 17의 제조 방법에 의해, 청구항 3의 리액터를 양호하게 제조할 수 있다.

그때, 이 청구항 17의 제조 방법에서는, 코일 피복체를 사출 성형할 때, 성형을 2회로 나누어 진행하는 것에 의해, 코일을 성형 금형에 의해 양호하게 위치 결정하고 유지한 상태에서 코일 성형체를, 즉 수지 피복층을 양호하게 사출 성형할 수 있고, 그 성형시에, 코일이 사출압이나 유동압에 의해 위치가 변하는 것을 양호하게 방지할 수 있고, 또한 수지 피복층을 코일 피복 상태로 양호하게 성형할 수 있다.

이 청구항 17에서는, 수지 피복층의 내주 피복부를 성형하는 공정에서, 내주 피복부와 함께 상기 개구측에 위치하는 코일의 상단면을 외주단에 이르기까지 전체적으로 피복하는 상측 피복부를 함께 성형할 수 있다.

이와 같이 하면, 코일 피복체를 코어의 1차 성형체와 함께 코어용 2차 성형 금형에 세트한 상태로 코어의 2차 성형체를 사출 성형할 때, 사출압 내지 유동압이 강하게 작용하는 수지 피복층의 내주 피복부 및 상측 피복부에, 수지 피복층에 있어서의 1차 성형체와 2차 성형체의 접합부가 위치하지 않고 있기 때문에, 그 접합부에 있어서 수지 피복층의 1차 성형체와 2차 성형체 사이에 틈이 생겨있다고 해도(1차 성형체와 2차 성형체의 접합부에는 약간의 틈이 생기는 경우가 있다), 코어의 2차 성형체의 사출 성형시에 그 틈에 연자성 분말이 강한 사출압에 의해 들어가서, 코일의 절연 피막을 손상시키는 문제를 회피할 수 있다.

(18) 청구항 18은, 길이가 긴 평각 선재를, 평각 선재에 대응한 폭으로 긴 길이로 성형해놓은 상기 필름과 함께, 또한 필름을 선재와 선재 사이에 끼워서 함께 권취하는 것에 의해, 이 청구항 18의 제조 방법에 의해, 청구항 9의 코일을 용이하고 양호하게 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 리액터를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 리액터의 메인 부분의 단면도이다.
도 3은 도 1의 리액터를 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 2의 코일 피복체를 수지 피복층과 코일로 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 코일을 도 4와는 다른 각도에서 본 도면, 및 상하 코일로 분해하여 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시형태에 있어서의 코일 피복체의 성형 순서의 설명도이다.
도 7은 도 6에 이어지는 성형 순서의 설명도이다.
도 8은 일 실시형태에 따른 리액터의 제조 방법의 공정 설명도이다.
도 9는 일 실시형태에 있어서의 코일 피복체의 성형 방법의 설명도이다.
도 10은 일 실시형태에 있어서의 코어의 성형 방법의 설명도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시형태를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11의 실시형태에 따른 리액터의 제조 방법의 일례를 나타낸 도면이다.
도 13은 코일의 배치예를 나타낸 도면이다.
도 14는 코일(10) 단면의 애스펙트비와 중량비 또는 손실비와의 관계를 나타낸 도면이다.
도 15는 리액터에 있어서의 코어재를 상이하게 할 때의 코어재의 분리 방법을 나타낸 설명도이다.
도 16은 코어재의 조성을 상이하게 했을 때의 특성 평가의 시험 방법을 나타낸 설명도이다.
도 17은 코어재의 온도 측정점의 위치를 나타낸 설명도이다.
도 18은 표 2에 있어서의 예 A-1과 A-3의 제조 방법의 설명도이다.
도 19는 알루미늄 케이스(리액터 케이스)의 일례를 나타낸 도면이다.
도 20은 다른 실시형태에 따른 메인 부분의 도면이다.
도 21은 본 발명의 배경으로서의 문제점을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 22는 도 21과는 다른 문제점을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 23은 본 발명의 배경 설명으로서 리액터의 일례를 나타낸 메인 부분의 단면도이다.

[실시형태 1]

다음으로, 본 발명의 실시형태인 리액터의 구성 등에 대해 설명한다.

(분말에 대해서)

상기 연자성 분말은, 가스분무, 물분무, 원심분무, 이들의 조합(예를 들면, 가스·물분무), 가스분무 직후에 신속하게 냉각하는 등에 의한 애터마이즈법(atomizing method)이나, 제트밀, 스탬프밀, 볼밀 등에 의한 기계분쇄법이나, 화학환원법 등에 의한 분말을 사용할 수 있다.

비교적 변형이 작고, 원형으로 되기 쉽고 분산성에 우수하고, 분쇄에 기계적 에너지가 불필요한 등의 관점에서, 상기 연자성 분말은 애터마이즈법에 의한 분말로 하는 것이 좋다. 더 바람직하게는 변형이 작고, 산화도 적은 등의 관점에서 가스분무법에 의한 분말로 하는 것이 좋다.

상기 연자성 분말의 입경은, 예를 들면, 애터마이징시의 분말의 제품 수율, 혼련시의 혼련 토크나 소부성(燒付性), 사출 성형시의 유동성, 사용되는 주파수 등의 관점에서 1~500㎛의 범위 내, 바람직하게는 5~250㎛의 범위 내, 더 바람직하게는 10~150㎛의 범위 내로 하는 것이 좋다.

분말은 입경이 작아질수록 와전류 손실의 저감에는 효과가 크지만, 반대로 히스테리시스 손실(hysteresis loss)은 커지는 경향이 있다. 따라서, 분말의 제품 수율(즉, 비용)과 얻어지는 효과(즉, 코어 손실)의 밸런스, 사용되는 주파수 등으로부터, 분말 입경의 상하한이나 입경의 분포 등을 정하면 좋다.

상기 연자성 분말은, 변형 제거나 결정입의 조대화를 위해 열처리되어 있어도 좋다. 열처리 조건으로서는, 수소, 아르곤 중의 어느 하나 또는 이들 모두 등의 분위기에서, 온도 700℃~1000℃, 시간 30분~10시간 등을 예시할 수 있다.

코어재 혹은 수지 피복층을 구성하는 열가소성 수지로서는, 예를 들면 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 수지, 폴리아미드6, 폴리아미드12, 폴리아미드6T 등의 폴리아미드(PA) 수지, 폴리에스텔 수지, 폴리에틸렌(PE) 수지, 폴리프로필렌(PP) 수지, 폴리아세탈(POM) 수지, 폴리에테르설폰(PES) 수지, 폴리염화비닐(PVC) 수지, 에틸렌 초산 비닐 공중합체(EVA) 수지 등을 예시할 수 있다.

이 중에서, 내열성, 난연성, 절연성, 성형성, 기계적 강도 등의 관점에서 폴리페닐렌 설파이드 수지, 폴리아미드 수지가 바람직하다.

코어재를 구성하는 연자성 분말과 수지의 혼합재에 있어서의 연자성 분말의 비율은, 자속 밀도를 높이거나, 투자율을 적절한 범위로 하거나, 열전도율을 높이는 등의 관점에서 30부피% 이상, 바람직하게는 50부피% 이상, 더 바람직하게는 60부피% 이상으로 하는 것이 좋다.

상기 혼합재에는, 연자성 분말, 수지 이외에도 필요에 따라 산화 방지제, 노화 방지제, 자외선 흡수제, 충전제, 안정제, 강화제, 착색제 등의 각종 첨가제를 1종 또는 2종 이상 함유하고 있어도 좋다.

연자성 분말을 포함한 혼합재는, 이를 2축-혼련기 등의 혼련기를 사용하여 수지를 용융 상태로 하고, 각종 배합물을 혼합하는 등의 공정을 거치는 것에 의해 제조할 수 있다.

(성형 방법에 대해서)

코어를 사출 성형할 때, 사출 성형 장치에, 미리 연자성 분말과 수지를 혼련 한 혼련재를 공급하고, 이를 가소화하여(용융 상태로 하여), 금형 내에 사출하는 것에 의해 성형하는 방법을 사용할 수 있다. 또한, 그 외에도, 사출 성형 장치에, 연자성 분말과 분말 상태 등의 수지를 각각 단독 또는 혼합 상태로 공급하고, 장치 내에서 수지를 용융 상태로 하여 혼련 하고, 이를 금형 내에 사출하도록 할 수도 있다.

연자성 혼합재를 금형 내에 사출한 후, 적당한 시간 냉각하는 것에 의해 금형의 캐비티 형상에 상응한 소정 형상을 구비하는 사출 성형 코어를 얻을 수 있다. 한편, 얻어진 사출 성형 코어는, 필요에 따라, 기계가공 등의 가공이 실시되어도 좋다.

사출 성형 장치로서는, 수평형 사출 성형 장치, 수직형 사출 성형 장치, 플런저 타입 사출 성형 장치, 스크류형 사출 성형 장치, 전동식 사출 성형 장치, 유압식 사출 성형 장치, 2가지 재료를 사출하는 성형 장치, 이들을 조합한 사출 성형 장치 등을 사용할 수 있다.

다음으로, 리액터의 일 실시형태와 그 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에 있어서, 15는 인덕턴스 부품으로서의 리액터(초크 코일)이고, 연자성 수지 성형체로 이루어지는 코어(16)의 내부에 절연 피막을 구비하는 코일(10)이 매립 상태로 일체화되어 있다. 즉 코어(16)는, 갭을 구비하지 않는 구조의 리액터가 되도록 제작되어 있다.

본 실시형태에 있어서, 코일(10)은 도 4~도 6(A)에 나타내는 바와 같이 평권 코일이고, 평각 선재를 선재의 두께 방향(지름 방향)으로 권취하고, 겹쳐서 코일 형상으로 한 것이고, 권취 가공하고 성형한 자유 형상 상태에서 지름 방향으로 인접하는 선재끼리가 절연 피막을 통해 서로 접촉 상태로 겹쳐있다.

본 실시형태에 있어서, 코일(10)은 도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이 상측 코일 블록(이하, 그냥 "상측 코일"로 칭한다)(10-1)과 하측 코일 블록(이하, 그냥 "하측 코일"로 칭한다)(10-2)을 권취 방향이 반대 방향이 되도록 상하로 겹치고, 각각의 내경측의 단부(20)를 접합하고, 하나의 연속한 코일로서 구성되어 있다. 다만, 1개의 선재로 상측 코일(10-1)과 하측 코일(10-2)을 연속하여 구성한 것이어도 좋다.

또, 상측 코일(10-1)과 하측 코일(10-2) 사이에는 큰 전위차가 생기기 때문에, 그들의 사이에는 도 5(B)에 나타내는 바와 같이 링형상의 절연 시트(21)가 개재되어 있다. 여기서, 절연 시트(21)는 두께가 약 0.5mm 정도인 것이다.

또한, 도면에 있어서 18은 코일(10)에 있어서의 코일 단자이고, 지름 방향 외측으로 돌출되어 있다.

도 6(A)에 나타내는 바와 같이, 상측 코일(10-1), 하측 코일(10-2)은 동일 형상이고, 모두 평면 형상이 링형상을 하고 있고, 따라서 코일(10) 전체도 링형상으로 되어 있다.

도 2에 있어서, A는 두 코일을 합친 전체의 높이 치수를 나타내고 있다. 여기서 높이 치수 A는 절연 시트(21)를 포함한 치수이다.

B는 종단면에 있어서의 지름 방향 치수인 폭치수를 나타내고 있고, 코일(10)에 있어서의 높이 치수 A와 폭치수 B의 비율 A/B는 코일(10)에 있어서의 종단면의 애스펙트비를 나타낸다.

또, 코일(10)은, 도 1에 나타내는 바와 같이 코일 단자(18)의 선단측의 일부를 제외하고 전체적으로 코어(16)에 매립 상태로 일체로 내포되어 있다.

본 실시형태에 있어서 코일(10)은 구리, 알루미늄, 동합금, 알루미늄 합금 등 다양한 재질의 것을 사용할 수 있다(단, 이 실시형태에서는 코일(10)은 구리제이다).

본 실시형태에 있어서, 코어(16)는 연자성 분말과 열가소성 수지를 포함하는 혼합재를 사출 성형하여 얻어진 성형체로 이루어져 있다.

여기서, 연자성 분말로서 연자성 철분말, 센더스트(Sendust) 분말, 페라이트 분말 등을 사용할 수 있다. 또한, 열가소성 수지로서는, PPS, PA12, PA6, PA6T, POM, PE, PES, PVC, EVA 등을 바람직하게 사용할 수 있다.

연자성 분말의 코어(16)에 차지하는 비율은 다양한 비율로 할 수 있지만, 바람직하게는 부피%로 50~70% 정도이다.

절연 피막을 구비하는 코일(10)은, 코일 단자(18)의 선단측의 일부를 제외하고, 그 전체가 전기절연성 수지로 외측에서 피복되어 있다.

도 1, 도 3에 있어서 24는 코일(10)과 수지 피복층(22)으로 이루어지는 코일 피복체이고, 코일(10)은 이 코일 피복체(24)로서 코어(16)의 내부에 매립되어 있다.

이 실시형태에 있어서, 수지 피복층(22)의 두께는 0.5~2.0mm로 해놓는 것이 바람직하다.

이 수지 피복층(22)은, 연자성 분말을 함유하지 않은 전기절연성 열가소성 수지로 이루어져 있다. 그 열가소성 수지로서는 PPS, PA12, PA6, PA6T, POM, PE, PES, PVC, EVA, 기타 다양한 재질의 것을 사용할 수 있다.

도 3의 분해도에도 나타내고 있는 바와 같이, 코어(16)는, 1차 성형체(16-1)와 2차 성형체(16-2)를, 도 1(B)에 나타내는 경계면(P1)에서 사출 성형에 의한 접합에 의해 일체화로 구성되어 있다.

1차 성형체(16-1)는, 도 1, 도 3에 나타내는 바와 같이 코일 피복체(24)의 외주면에 접하는 원통 형상의 외주측 성형부(25)와, 코일 피복체(24)의 도면에 있어서 하측에 위치하는 저부(26)를 구비하는 용기 형상, 또한 코일 축선 방향의 도면에 있어서 상단에 개구(30)를 구비하는 형상을 하고 있다.

또, 이 1차 성형체(16-1)의 외주측 성형부(25)에는 절삭부(28)가 마련되어 있다.

이 절삭부(28)는, 후술되는 코일 피복체(24)의 두꺼운 부분(36)(도 3 참조)을 삽입하기 위한 것이다.

한편, 2차 성형체(16-2)는, 도 2에도 나타내고 있는 바와 같이 코일 피복체(24)의 내주면에 접하고, 또한 코일(10) 내측의 비어 있는 부분을 메워 1차 성형체(16-1)에 있어서의 저부(26)에 도달하는 내주측 성형부(32)와, 코일 피복체(24)의 도면에 있어서 상측에 위치하고, 1차 성형체(16-1)에 있어서의 상기 개구(30)를 폐쇄하고, 1차 성형체(16-1)의 오목한 부분(40) 및 거기에 수용된 코일 피복체(24)를 내측에 감추는 상부의 원형 덮개부(34)를 일체로 구비하고 있다.

한편, 코일(10)을 피복하는 수지 피복층(22) 또한, 도 3의 분해도에도 나타낸 바와 같이 1차 성형체(22-1)와 2차 성형체(22-2)로 이루어져 있고, 이들이 도 1(B)에 나타내는 경계면(P2)에서 사출 성형에 의한 접합에 의해 일체화되어 있다.

1차 성형체(22-1)는, 코일(10)의 외주면을 피복하는 원통 형상의 외주 피복부(46)과, 코일(10)의 하단면의 전체를 피복하는 하측 피복부(48)를 일체로 구비하고 있다.

한편, 2차 성형체(22-2)는, 코일(10)의 내주면을 피복하는 원통 형상의 내주 피복부(50)와, 코일(10)의 상단면의 전체를 피복하는 상측 피복부(52)를 일체로 구비하고 있다.

또, 1차 성형체(22-1)에는 도 4에 나타내는 바와 같이 지름 방향 외측으로 돌출하는 두꺼운 부분(36)이 전체 높이에 걸쳐 형성되어 있고, 그 두꺼운 부분(36)에, 이를 지름 방향으로 관통하는 한 쌍의 슬릿(38)이 형성되어 있다.

코일(10)에 있어서의 상기 한 쌍의 코일 단자(18)는, 이들의 슬릿(38)을 관통하여 1차 성형체(22-1)의 지름 방향 외측으로 돌출되어 있다.

또한, 2차 성형체(22-2)에는, 지름 방향 외측으로 돌출하는 혀모양의 돌출부(42)가 상측 피복부(52)에 일체로 형성되어 있다. 1차 성형체(22-1)에 있어서의 두꺼운 부분(36)은, 그 상면이 이 돌출부(42)에 의해 피복된다.

도 3~도 10에, 도 1의 리액터(15)의 제조 방법이 구체적으로 도시되어 있다.

이 실시형태에서는, 도 6 및 도 7에 나타내는 순서에 따라 도 6(A)에 나타내는 절연 피막을 구비하는 코일(10)을 외측에서 감싸도록 수지 피복층(22)을 형성하고, 코일(10)과 수지 피복층(22)을 일체화하여 이루어지는 코일 피복체(24)를 구성한다.

이때, 도 6(B)에 나타내는 바와 같이, 우선 외주 피복부(46)와 하측 피복부(48)를 일체로 구비하는 1차 성형체(22-1)를 성형하고, 그 후 도 7(C)에 나타내는 바와 같이 내주 피복부(50)와 상측 피복부(52)를 일체로 구비하는 2차 성형체(22-2)를 성형하고, 수지 피복층(22)의 전체를 성형한다.

도 9에, 그때의 구체적인 성형 방법이 도시되어 있다.

도 9(A)에 있어서, 54는 코일 피복체(24), 구체적으로는 수지 피복층(22)용 1차 성형 금형이고, 상측 금형(56)과 하측 금형(58)을 구비하고 있다.

여기서, 하측 금형(58)은 중간 금형부(58A)와 외부 금형부(58B)를 구비하고 있다.

도 9(A)에 나타내는 1차 성형 금형(54)을 사용한 1차 성형에서는, 우선 코일(10)을 1차 성형 금형(54)에 세트한다. 이때, 코일(10)은 도 4에 나타내는 방향과는 상하의 방향을 반대로 하여 세트한다.

상세하게는, 하측 코일(10-2)이 상측에, 상측 코일(10-1)이 하측에 위치하도록 상하를 반대로 하여 1차 성형 금형(54)에 세트한다.

그리고 중간 금형부(58A)를 코일(10)의 내주면에 접촉시켜, 이 중간 금형부(58A)에 의해 코일(10)의 내주면을 지름 방향으로 구속하여 유지한다.

그리고 1차 성형 금형(54)의, 코일(10)의 외주측에 형성된 캐비티(66)에 통로(68)를 통해 수지(열가소성 수지)재료를 사출하고, 도 1 및 도 6(B)에 나타내는 수지 피복층(22)의 1차 성형체(22-1)를 사출 성형한다.

상세하게는, 도 9(B)에 나타내는 외주 피복부(46)와 하측 피복부(48)를 일체로 구비하는 1차 성형체(22-1)를 사출 성형한다.

이상과 같이 하여 수지 피복층(22)의 1차 성형체(22-1)를 성형하면, 이와 일체의 코일(10)과 함께, 이들을 도 9(B)에 나타내는 2차 성형 금형(70)에 세트한다.

이때, 도 9(B)에 나타내는 바와 같이 코일(10)을 1차 성형체(22-1)와 함께 상하 반대로 하여 2차 성형 금형(70)에 세트한다.

이 2차 성형 금형(70)은, 상측 금형(72)과 하측 금형(74)을 구비하고 있다. 또한, 하측 금형(74)은, 중간 금형부(74A)와 외부 금형부(74B)를 구비하고 있다.

이 2차 성형 금형(70)은, 1차 성형체(22-1)를 코일(10)과 함께 세트한 상태에서, 그 내주측과 상측에 캐비티(80)를 형성한다.

이 2차 성형 금형(70)을 사용한 2차 성형에서는, 통로(82)를 통해 1차 성형시의 수지 재료와 동일한 수지 재료를 캐비티(80)에 사출하고, 수지 피복층(22)에 있어서의 2차 성형체(22-2)를 사출 성형하여 동시에 이를 1차 성형체(22-1) 및 코일(10)과 일체화한다.

본 실시형태에서는, 이상과 같이 하여 성형된 코일 피복체(24)를, 도 1의 코어(16)의 성형시에 코어(16)와 일체화한다.

그 구체적인 순서가 도 8 및 도 10에 도시되어 있다.

이 실시형태에서는, 코어(16) 전체를 성형할 때, 도 8에 나타내는 바와 같이 우선 용기 형태를 이루는 1차 성형체(16-1)를 미리 성형해놓는다.

그리고 그 후에 있어서, 도 8(A)에 나타내는 바와 같이 용기 형태를 이루는 1차 성형체(16-1)의 오목한 부분(40)의 내부에, 도 6 및 도 7에 나타내는 순서로 성형한 코일 피복체(24)를, 1차 성형체(16-1)의 개구(30)를 통해 도면에 있어서 하향으로 전체 높이에 걸쳐 끼워 넣고, 코일 피복체(24)를 1차 성형체(16-1)에 의해 유지시킨다.

그리고 그 상태로 1차 성형체(16-1)와 코일 피복체(24)를 성형 금형에 세트하고, 코어(16)에 있어서의 2차 성형체(16-2)를 사출 성형하고, 이를 1차 성형체(16-1) 및 코일 피복체(24)와 일체화한다.

도 10(A)는, 1차 성형체(16-1)를 성형하는 코어(16)용 1차 성형 금형을 나타내고 있다.

84는 1차 성형체(16-1)를 성형하는 1차 성형 금형이고, 상측 금형(86)과 하측 금형(88)을 구비하고 있다.

여기서는 통로(92)를 통해 연자성 분말과 열가소성 수지의 혼합재를 캐비티(94)에 사출 성형하고, 이에 의해 외주측 성형부(25)와 저부(26)를 일체로 구비하는 1차 성형체(16-1)를 성형한다.

도 10(B)는, 코어(16)에 있어서의 2차 성형체(16-2)를 성형하는 2차 성형 금형을 나타내고 있다.

96은 그 2차 성형 금형이고, 상측 금형(98)과 하측 금형(100)을 구비하고 있다.

이 2차 성형에서는, 먼저 성형한 1차 성형체(16-1)에 코일 피복체(24)를 끼워 넣고, 유지시킨 상태에서, 이들을 2차 성형 금형(96)에 세트한다.

이때, 1차 성형체(16-1)는 그 외주면이 2차 성형 금형(96)으로의 전주에 걸치는 접촉에 의해 지름 방향으로 위치 결정되고, 더욱이 저부(26)의 하면이 2차 성형 금형(96) 내에 있어서 상하 방향으로 위치 결정 상태로 유지된다.

즉, 코일 피복체(24)가 1차 성형체(16-1)를 통해 2차 성형 금형(96) 내에서 지름 방향으로도, 또한 상하 방향으로도 위치 결정되어 유지된다.

이 2차 성형에서는, 그 상태에서 캐비티(104)보다 상방의 통로(102)를 통해 캐비티(104) 내에 1차 성형시와 동일한 혼합재를 사출하고, 이에 의해 도 1(B), 도 3 및 도 8(B)의 2차 성형체(16-2)를 성형하고, 동시에 이를 1차 성형체(16-1) 및 코일 피복체(24)와 일체화한다.

여기서, 도 1 및 도 8(B)에 나타내는 리액터(15)가 얻어진다.

이상과 같은 본 실시형태에서는, 절연 피막(12)을 구비하는 코일(10)이 외측으로부터 수지 피복층(22)에 의해 피복되어 보호된 상태에서, 연자성 분말과 열가소성 수지의 혼합재가 사출되어 코어(16)가 성형되기 때문에, 사출시에 혼합재에 포함되는 철분말 등의 연자성 분말(14)이 코일(10)의 절연 피막(12)에 직접 강하게 부딪치거나 스치지 않고, 따라서 코어(16)의 성형시에 코일(10)의 절연 피막(12)에 연자성 분말(14)이 닿는 것에 의해 절연 피막(12)이 손상되는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.

또한, 코어(16)와 코일(10)의 절연 피막(12) 사이에는 수지 피복층(22)이 보호층 내지 완충층으로서 개재하고 있기 때문에, 코어(16)의 팽창 수축에 따른 열응력이 절연 피막(12)에 직접 작용하지 않고, 따라서 그 열응력에 기인하는 절연 피막(12)의 손상 문제도 해결할 수 있다.

또한, 코일(10)은 수지 피복층(22)과 일체의 코일 피막체(24)를 이루고 있기 때문에, 코어(16)를 사출 성형할 때에 코일(10)이 변형을 일으키는 것도 양호하게 방지할 수 있다.

또한, 코일(10)을 전기절연성 수지의 피복층으로 피복해놓는 것에 의해, 코일(10)의 내전압 특성을 강화하고, 높일 수 있다.

본 실시형태에서는, 코어(16)를 사출 성형하는 공정을, 코일 피복체(24)의 외주면에 접하는 원통 형상의 외주측 성형부(25)를 포함하는 1차 성형체(16-1)를 미리 사출 성형해놓는 1차 성형의 공정과, 코일 피복체(24)의 내주면에 접하는 내주측 성형부(32)를 포함하는 2차 성형체(16-2)를 성형하는 2차 성형의 공정으로 나누고, 그리고 2차 성형 공정에서는, 먼저 사출 성형에 의해 얻은 1차 성형체(16-1)의 외주측 성형부(25)에 코일 피복체(24)를 내부 삽입 상태로 삽입시키고, 또한 코어용 2차 성형 금형(96)에 의해 그 외주측 성형부(25)를 외주측에서 지름 방향으로 구속하여 유지한 상태에서, 내주측 성형부(32)를 포함하는 2차 성형체(16-2)를 성형하면서, 그와 함께 1차 성형체(16-1) 및 코일 피복체(24)와 일체화한다.

즉, 이 실시형태에서는, 코어(16)에 있어서의 외주측 성형부(25)가, 미리 코일(10)과는 별도로 단독으로 1차 성형체(16-1)로서 성형되어 있기 때문에, 코어(16)의 성형시에 그 내측에 위치하고 있는 코일(10)이 원인이 되어 외주측 성형부(25)에 균열이 발생하는 문제는 발생하지 않는다.

본 실시형태에서는 또한, 코일 피복체(24), 즉 코일(10)을 1차 성형체(16-1)를 통해 코어(16)용 2차 성형 금형(96)에 의해 위치 결정하고 유지한 상태에서, 코어의 2차 성형체(16-2)를 성형하기 때문에, 그때 코일(10)이 사출압 및 유동압에 의해 세트 위치로부터 위치가 변하는 것을 방지할 수 있고, 코일(10)을 미리 설정한 위치에 정확하게 위치 결정하고 유지한 상태로 코어(16)를 성형 완료할 수 있다.

따라서, 코어(16)의 성형시에 코일(10)이 위치가 변하는 것에 의해, 리액터(15)의 특성에 악영향이 미치는 것을 양호하게 방지할 수 있다.

더욱이, 용기 형태를 이루는 1차 성형체(16-1)의 오목한 부분(40)에 코일 피복체(24)를 수용하여 유지시킨 상태에서, 2차 성형체(16-2)를 성형하기 때문에, 성형 작업성이 양호해지고, 또한 2차 성형체(16-2)를 성형할 때 1차 성형체(16-1) 자체에 의해 코일 피복체(24)를 코일 축선 방향인 상하 방향으로도 위치 결정하고 유지해놓을 수 있다.

본 실시형태에서는, 코일 피복체(24)의 수지 피복층(22)을 사출 성형할 때, 성형을 적어도 2회로 나누어 진행하는 것에 의해, 코일(10)을 성형 금형에 의해 양호하게 위치 결정하고 유지한 상태에서 성형을 할 수 있고, 성형시에 코일(10)이 사출압이나 유동압에 의해 위치가 변하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 코일 피복체(24)를 코어(16)의 1차 성형체(16-1)와 함께 코어용 2차 성형 금형(96)에 세트한 상태에서, 코어(16)의 2차 성형체(16-2)를 사출 성형할 때, 사출압 내지 유동압이 강하게 작용하는 수지 피복층(22)의 내주 피복부(50) 및 상측 피복부(52)에, 수지 피복층(22)에 있어서의 1차 성형체(22-1)와 2차 성형체(22-2)의 접합부가 위치하고 있지 않기 때문에, 연자성 분말이 강한 사출압에서 그 접합부의 틈으로부터 침입하여 코일(10)의 절연 피막(12)을 손상시키는 것을 양호하게 회피할 수 있다.

[실험예]

절연 피막(20~30㎛의 폴리아미드이미드 피막)을 구비하는 평각 선재(폭 9mm, 두께 0.85mm)를 권취하여 이루어지는 상측 코일(10-1), 하측 코일(10-2)(모두 외경 φ80mm, 내경 φ47mm, 턴수 18의 평권 코일이고, 상하측 코일 중의 하나를 반전하여 겹쳐있음)을 상하로 겹쳐 접합 일체화하여 구성한 코일(10)을 사용하고, 열가소성 수지로서 직쇄상의 PPS를 사용하여, 코일 피복체(24)에 있어서의 수지 피복층(22)의 1차 성형체(22-1)를 성형했다.

이때, 1차 성형체(22-1)는, 외주 피복부(46)의 두께를 1mm, 하측 피복부(48)의 두께를 1mm로 성형했다.

이어서, 수지 피복층(22)용 2차 성형 금형(70)을 사용하여 동일한 PPS 수지를 사용하여, 2차 성형체(22-2)를 성형했다.

이때, 2차 성형체(22-2)는, 내주 피복부(50)의 두께를 0.5mm, 상측 피복부(52)의 두께를 1mm로 성형했다.

또, 이때의 수지 피복층(22)의 성형은 다음의 조건으로 진행했다. 즉, 사출 온도를 320℃로 하고, 또한 성형 금형의 온도를 130℃로 하고, 사출 압력을 147MPa로 하여 사출 성형을 진행했다.

이와 병행하여, 연자성 철분말과 직쇄상 PPS를, 연자성 철분말의 비율이 60부피%가 되도록 한 배합 비율로 혼합한 혼합재를 사용하여 코어(16)에 있어서의 1차 성형체(16-1)를 사출 성형하고, 그리고 1차 성형체(16-1)에 코일 피복체(24)를 수납하여, 그 상태로 별도의 2차 성형 금형(96)에 의해, 상기와 동일한 혼합재를 사용하여 코어(16)에 있어서의 2차 성형체(16-2)를 성형하고, 동시에 이를 1차 성형체(16-1)와 코일 피복체(24)에 일체화하여, 리액터(15)를 얻었다(치수는 코어(16)의 외경이 φ90mm, 높이가 40.5mm).

또, 이때의 코어(16)의 성형은 아래와 같은 조건으로 진행했다. 즉, 사출 온도를 310℃로 하고, 또한 성형 금형의 온도를 150℃로 하고, 그리고 사출 압력을 147MPa로 하여 코어(16)의 사출 성형을 진행했다.

이상과 같이 하여 얻어진 리액터(15)의 코어(16)에는 균열의 발생은 발견되지 않았다.

상기에서 얻은 리액터(15)의 내전압 특성을 다음과 같이 하여 측정했다.

여기서는 리액터(15)를 알루미늄 베이스 플레이트 상에 직접 놓고, 리액터(15)를 알루미늄 베이스 플레이트에 전기적으로 연결된 상태로 하고, 그리고 측정 장치의 한쪽 단자를 리액터(15)의 한쪽 코일 단자(18)에, 또한 다른 한쪽 단자를 알루미늄 베이스 플레이트에 각각 연결하고, 그리고 그 상태에서 통전시켜 교류 0V~3500V(볼트)까지 서서히 전압을 높이고, 3500V에서 1초간 유지했다.

그때, 흐르는 전류가 10mA(밀리암페어) 이하이면 합격, 그보다 많으면 불합격으로 하여 내전압을 판정했다.

그 결과, 본 실시형태에 따른 것은 시험수 10개 모두가 합격이었다.

이에 대해, 코일(10)에 대해 수지 피복층(22)을 형성하지 않은 채로 코일(10)에 대해 사출 성형을 하여 코어(16)를 성형한 비교예의 것은, 시험수 10개 중 모두 200~300V(볼트)에서 절연 파괴를 일으키고, 모두 불합격 판정 결과였다.

한편, 측정 장치로서는 KIKUSUI ELECTRONICS CORP.에서 제조한 TOS5051A를 사용했다.

다음으로, 도 11 및 도 12는 리액터의 다른 형태예와 그 제조 방법을 나타내고 있다.

이 예는, 리액터(15)에 있어서의 코어(16)를 알루미늄 케이스(금속제의 리액터 케이스)(114)의 용기부(110)와 일체로, 구체적으로는 여기서는 저부(26)와 외주측 성형부(25)를 구비하는 코어(16)의 1차 성형체(16-1)를 용기부(110)와 일체로 사출 성형한 예이다.

여기서는, 도 11(A) 및 도 12(A)에 나타내는 바와 같이 알루미늄 케이스(114)의 용기부(110)와 1차 성형체(16-1)를 사출 성형에 의해 일체화한 후, 코일 피복체(24)를 거기에 내부 삽입 상태로 세트하고, 그 후 코어(16)에 있어서의 2차 성형체(16-2)를 도 12(B)에 나타내는 성형 방법으로 사출 성형하고, 기타 부분과 일체화한다.

그 후, 도 11(B)에 나타내는 알루미늄 케이스(리액터 케이스)(114)의 덮개부(112)를 덮어, 알루미늄 케이스(114)의 내부에 리액터(15)를 수용 상태로 한다.

이 예는, 코어(16)가 사출 성형한 성형체인 것을 이용하여, 코어(16)를 사출 성형할 때, 구체적으로는 1차 성형체(16-1)를 성형할 때 금속제의 알루미늄 케이스(114)의 용기부(110)와 일체화하도록 한 것이고, 이와 같이 하면, 코어(16) 성형 후에 있어서, 즉 리액터(15)를 제조한 후에 있어서, 별도의 공정으로 알루미늄 케이스(114)의 용기부(110)를 리액터(15)의 코어(16)에 장착하는 공정을 생략할 수 있다.

[실시형태 2]

리액터(15)에 있어서의 코일(10)을 평권 코일, 에지 와이즈 코일을 사용하여 구성하고, 총 턴수 및 평각 선재의 단면적을 바꾸지 않고, 코일 종단면의 애스펙트비 A/B를 다양하게 바꾸어 리액터의 중량 감소, 손실 감소에 대한 효과를 조사했다.

결과를 표 1에 나타낸다.

여기서, 표 1중의 예 A는, 예 B에 대해 바람직한 예이다.

이 점은 아래의 실시형태 3, 실시형태 4에 대해서도 동일하다.

표 1에 있어서, 예 B-1은 에지 와이즈 코일을 도 23에 나타내는 형태, 즉 코일 블록을 겹치지 않고 연속한 형태의 에지 와이즈 코일을 단체(單體)로 사용한 예이고, 이 예 B-1의 리액터는 종래 일반적으로 사용되고 있는 형태의 것이다.

여기서, 이 표 1에서는, 이를 기준으로 하여(100으로 하여) 각 예의 중량비, 손실비 등의 특성을 평가하고 있다.

한편, 예 B-2는, 코일 블록을 상하로 겹치지 않고 평권 코일을 단체로 사용한 예이고, 예 A-1은 에지 와이즈 코일을 내주측의 코일 블록과 외주측의 코일 블록으로 나누고, 이들을 권취 방향이 반대가 되도록 지름 방향으로 2겹으로 겹쳐 2열로 배치하고 하측에서 접속한 예, 예 A-2는 평권 코일을 상하의 코일 블록으로 나누고, 이들을 권취 방향이 반대가 되도록 상하 2단으로 겹쳐 배치하고 내주에서 접속한 예이다.

마찬가지로, 예 A-3, 예 B-3, 예 B-4는, 동일하게 평권 코일을 상하의 코일 블록으로 나누고, 이들을 권취 방향이 반대가 되도록 상하 2단으로 겹쳐 배치하고 내주에서 접속한 예이고, 평각 선재의 단면적을 예 A-2와 동일하게 유지한 채로 편평도를 낮춰간 경우이다. 평각 선재의 편평도는, 예 A-2, 예 A-3, 예 B-3, 예 B-4의 순으로 각각 11.25, 8.33, 5.0, 3.45이다.

또한, 예 A-4는 평권 코일을 상하 방향으로 3개의 코일 블록으로 나누고, 이들을 상하의 코일이 중앙의 코일과 권취 방향이 반대가 되도록, 상하 3단으로 겹쳐 배치하고, 아래와 중앙의 코일은 내주에서 접속하고, 중앙과 위의 코일은 외주에서 접속한 예이다. 예 A-5, 예 B-5는, 에지 와이즈 코일을 내주측과 외주측의 2개의 코일 블록으로 나누고, 이들을 권취 방향이 반대가 되도록 지름 방향으로 겹치는 상태로 2열로 배치하고 하측에서 접속한 예이고, 평각 선재의 단면적을 예 A-1과 동일하게 유지한 채로 편평도를 낮춰간 경우이다. 평각 선재의 편평도는, 예 A-1, 예 A-5, 예 B-5의 순으로 각각 11.25, 5.0, 3.45이다.

(a) 리액터의 구성

표 1에 나타내는 각 예는 모두 코어재의 연자성 분말로서 Fe-2Si(질량%)의 조성인 것을 사용했다.

또한, 코일 블록을 상하 또는 지름 방향의 내외로 겹쳐 배치한 경우에는 0.5mm 두께의 절연 시트를 중간에 개재시켰다.

표 1에 있어서의 A/B의 값은 그 절연 시트를 포함한 값이다.

또한, 각 예 모두, 코어재의 재질은 연자성 분말로서, 아르곤 가스를 사용하여 분무한 연자성 분말을 사용하고, 분말 열처리는 산화 방지나 환원 작용을 목적으로 수소 중에서 750℃×3시간 진행했다. 또한, 코어재로서 1~50kHz인 교번 자계 중에서 사용되는 것을 상정하고, 연자성 분말은 분말 열처리 후에 250㎛ 이하로 체로 선별한 것을 사용했다.

이어서, 투자율을 적정한 범위로 제어하거나 열전도율을 높이기 위한 관점 및 금형 내에서의 유동성의 관점에서, 연자성 분말을 65부피%의 배합으로 PPS(폴리페닐렌 설파이드) 수지와 혼합했다. 그리고 2축-혼련기에 의해 약 300℃에서 수지를 용융시키고, 연자성 분말과 혼련하여 펠릿화했다.

그리고 수평형 인라인 스크류식 사출 성형 장치에 의해, 이 펠릿상의 연자성 혼련물을 약 300℃에서 가열하고 용융 상태로 하여, 이를 금형 내에 사출한 후, 냉각하여 코어재를 제작했다.

이 코어재의 재료 특성으로서는, 초비 투자율(initial relative permeability)은 약 14.6이고, 자기 포화하는 자속 밀도는 약 1.3테슬라(tesla)였다. 또한, 부피저항율은 3~10×10^-3Ω·m, 열전도율은 2.0~3.5W/(m·K), 비열은 0.6~0.65kJ/(kg·K)였다. 또한, 영률(Young's modulus)은 20~25GPa, 포아송비(Poisson's ratio)는 0.3~0.35, 선팽창계수는 2~3×10^-5K^-1이었다.

코일은, 전기저항 감소 및 표피 효과 저감의 관점에서 순동의 에나멜 피막(절연 피막)을 구비하는 평각 선재를 사용했다. 에나멜 피막은 내열성의 관점에서 폴리아미드이미드 수지를 사용하고, 막두께는 20~30㎛로 했다.

수지 피복층(22)은, 내전압 3000V 이상을 견딜 수 있도록 PPS 수지제로 하고, 그 두께는 코일 내주측은 0.5mm, 코일 외주측과 상하면측은 1mm의 두께로 했다.

또, 코어의 축심과 축방향 중앙은, 코일의 축심과 축방향 중앙이 일치하도록 맞추어 배치했다(이 점은, 상기 실시형태 1에 대해서도 동일함).

(b) 평가 방법

모든 특성 평가는, 리액터(15)를 도 16에 나타내는 용기부(110)와 덮개부(112)를 구비하는 알루미늄 케이스(리액터 케이스)(114)의 내부에 수납한 상태에서 진행했다.

여기서, 알루미늄 케이스(114)의 두께는 5mm 두께의 치수로 했다.

또한, 알루미늄 케이스(114)와 리액터의 고정은 실리콘 수지에 의해 했다.

(c) 인덕턴스의 측정

인덕턴스의 측정은, 알루미늄 케이스(114)에 든 리액터(15)를 승압 초퍼 회로(chopper circuit)에 도입하고, 입력 전압 300V, 승압후 전압 600V, 스위칭 주파수 10kHz에서 소정의 중첩 전류를 흘려보내 회로를 구동시켰다. 그리고 리액터에 흐르는 전류(한쪽의 단자에 클램프식 전류계를 달고 측정)의 파형을 측정하고, 소정의 시간 간격의 전류 파형의 기울기로부터 인덕턴스를 산출했다.

(d) 손실 측정

손실 측정은 아래의 방법에 의해 진행되었다.

수냉 플레이트 상에 알루미늄 케이스(114)에 든 리액터(15)를 고정했다. 이때, 열전도 그리스를 수냉 플레이트와 알루미늄 케이스(114) 사이에 얇게 도포했다.

중첩 전류 0A 및 50A에서 300V→600V로 10kHz인 조건으로 인덕턴스 측정과 동일한 승압 초퍼 회로에서 구동시켜, 열적으로 정상(定常) 상태(코어의 내부 온도나 냉각 수온이 시간적으로 변화하지 않게 되는 상태)가 될 때까지 연속 운전했다. 또한, 냉각수는 칠러(chiller)(항온수 순환 장치)로 50℃, 매분 10리터로 흐르도록 제어했다.

이때의 코어 내부의 온도를 여러 점 측정하여, 그 중 가장 높은 온도를 내부 온도로 했다. 온도의 측정 부분은 도 17의 11점으로 하고, 거기에 열전쌍을 심어 측정을 했다. 단 동일 단면에 심는 것이 아니고, 인접한 점의 심기에 따른 영향을 피하기 위해 원주 방향으로 조금씩 이격시키면서 11점의 측정점을 배치했다.

이때의 수냉 플레이트의 냉각수의 유량과, 유입측과 유출측의 온도차로부터 열량을 측정하고, 중첩 전류 0A의 값을 철손(iron loss), 중첩 전류 50A의 값을 전체 손실, 전체 손실-철손을 중첩 전류 50A의 동손으로 했다.

여기서, 중첩 전류 0A에서는 코일의 발열은 거의 없고, 동손은 0으로 생각된다. 따라서 중첩 전류 0A에서의 전체 손실=철손이다. 또한, 철손은 중첩 전류에 의존하지 않기 때문에 일정한 것으로 생각된다. 따라서 중첩 전류 50A의 전체 손실로부터 철손을 빼면, 나머지는 중첩 전류 50A에서의 동손이다. 단 리액터에 흐르는 전류로부터 직류 중첩 전류를 제외한 전류 진폭분에 의한 코일의 발열은 작다고 가정하고 있다.

표 1의 예 B-1을 기준으로 한 각 예의 중량비 및 손실비가 도 14에 도시되어 있다.

도면에 있어서 횡축은 애스펙트비 A/B를 나타내고, 또한 종축은 중량비(도 14(A)), 손실비(도 14(B))를 나타내고 있다.

도 14(A), (B)로부터, 코일 종단면의 애스펙트비 A/B를 0.7~1.8의 범위 내(예 A-1~A-5)로 하는 것에 의해, 인덕턴스를 예 B-1과 거의 동등하게 유지하면서, 예 B-1에 대해 중량비 및 손실을 99% 이하로 줄일 수 있음을 알 수 있다.

중량비와 손실비에서 A/B에 대한 경향이 조금 상이한 것은, 평각 선재의 편평도의 차이에 의해, 표피 효과에 의한 손실이 상이한 영향 때문으로 생각된다. 더욱 상세하게는 편평도가 작은 쪽이, 표피 효과의 영향으로 동손이 커지기 때문에, 코일의 중량의 변화량보다, 손실쪽이 크게 변화되어 있다. 도 14(A)에서 A/B의 범위가 0.65~2.0, 도 14(B)에서 A/B의 범위가 0.7~1.8과 같이 상이한 것은 이 때문이다.

또, 코일 내주측 부분의 코어 지름과 코일 종단면의 둘레 길이의 비율(코일 내주측 부분의 코어 지름/코일 종단면의 둘레 길이)은, 예 A-1이 0.81, 예 A-2가 0.86, 예 A-3이 0.87, 예 A-4가 0.84, 예 A-5가 0.86이다.

코일 내주측 부분의 코어 지름과 코일 종단면의 둘레 길이의 비율은 0.8 이상으로 해놓는 것이 바람직하다.

[실시형태 3]

도 15에 나타내는 바와 같이, 리액터(15)에 있어서의 코어(16)의 외주측 성형부(외주측 부분)(25), 내주측 성형부(내주측 부분)(32), 저부(하면 부분)(26), 덮개부(상면 부분)(34)를, 표 2 및 표 3에 나타내는 조성의 연자성 분말을 사용한 코어재로 구성하고, 각각에 대해 인덕턴스 측정과 최고 온도 측정을 했다.

여기서 예 B-1~B-9, 예 A-1~A-4에 대해서는, 상기 도 1~도 10에 나타내는 제조 방법에 따라 리액터(15)를 제조했다.

한편, 예 A-5에 대해서는 도 18에 나타내는 제조 방법에 의해 리액터(15)를 제조했다.

즉, 예 A-5에 대해서는 저부(26)와 외주측 성형부(25)를 구비하는 1차 성형체(16-1)를 단독으로 미리 성형해놓고, 또한 도 3의 2차 성형체(16-2)에 있어서의 내주측 성형부(32)를 마찬가지로 단독으로 미리 성형해놓고, 그리고 1차 성형체(16-1)에 코일 피복체(24)를 내부 삽입 상태로 끼워 넣고, 더욱이 그 코일 피복체(24)의 내측에 미리 단독으로 성형한 내주측 성형부(32)를 내부 삽입 상태로 세트하고, 그리고 이들을 조합한 상태로 성형 금형에 세트하여, 도 3의 2차 성형체(16-2)에 있어서의 덮개부(34)를 사출 성형하고, 동시에 이를 1차 성형체(16-1), 코일 피복체(24) 및 내주측 성형부(32)와 일체화하여 리액터(15)를 제조했다.

한편, A-6에 대해서는, 1차 성형체(16-1)에 있어서의 외주측 성형부(25)와 저부(26)를 각각 단독으로 별도로 성형하고, 반면 2차 성형체(16-2), 상세하게는 내주측 성형부(32)와 덮개부(34)에 대해서는 도 1~도 10에 나타내는 방법으로 성형했다.

(a) 리액터의 구성

여기서 제조한 리액터(15)의 구성은 아래와 같다.

각 예 모두 코어재에 대해서는 연자성 분말로서 가스 분무 분말을 사용하고, 이를 60부피%가 되는 배합으로 PPS(폴리페닐렌 설파이드) 수지와 혼합하여 구성했다.

코일(10)은 폴리아미드이미드 수지로 이루어지는 절연 피막(피막의 막두께는 20~30㎛)을 구비하는 순동의 평각 선재(선재 치수는 두께 0.85mm, 폭 9mm)를 사용하고, 이를 평권한 상측 코일(10-1)과 하측 코일(10-2)을 상하 2단으로 겹치고, 그리고 내주측 단부(20)끼리를 접속하여, 이를 폴리이미드 테이프로 재절연 처리했다.

상측 코일(10-1)과 하측 코일(10-2)의 중첩 방법은, 도 5(B)에 나타내는 바와 같이, 하측 코일(10-2)에 대해 상측 코일(10-1)을 반전하여 겹치고, 통전시 전류가 동일 회전 방향으로 흐르도록 했다.

치수는, 코일 내경이 φ47mm이고, 턴수는 하측 코일(10-2), 상측 코일(10-1) 모두 18턴으로 하고, 합계로 36턴으로 했다.

또한, 상측 코일(10-1)과 하측 코일(10-2) 사이에는 0.5mm 두께의 절연 시트(21)를 중간에 개재시켰다.

코어(16)는 코일(10)을 빈틈없이 내부에 매립 상태로 내포하는 것으로 되어 있고, 그 치수는 코어 외경이 φ90mm이고, 코어 높이는 40.5mm이다.

코어(16)의 축심과 코일(10)의 축심 및 코어(16)의 축방향 중앙과 코일(10)의 축방향 중앙은 각각 일치하게 맞추어 배치하였다.

이 코어재의 재료 특성으로서는, 초비 투자율은 연자성 분말이 순 Fe일 때 약 13.8, 2% Si에서 약 13.5, 3% Si에서 약 13.0이고, 4% Si에서 약 12.6이고, 5% Si에서 약 12.0이고, 6.5% Si에서 약 11.1이었다. 자기 포화하는 자속 밀도는 순 Fe에서 약 1.3테슬라, 2% Si에서 약 1.2테슬라, 3% Si에서 약 1.17테슬라, 4% Si에서 약 1.14테슬라, 5% Si에서 약 1.09테슬라, 6.5% Si에서 약 1.02테슬라였다. 또한, 어느 한 조성의 코어재도 부피저항율은 3~10×10^-3Ω·m, 열전도율은 2.0~3.5W/(m·K), 비열은 0.6~0.65kJ/(kg·K)였다. 또한, 영률은 20~25GPa, 포아송비는 0.3~0.35, 선팽창계수는 2~3×10^-5K^-1이었다.

(b-1) 인덕턴스의 측정

인덕턴스의 측정은, 상기 실시형태 2에서 서술한 바와 동일한 방법으로 하였다.

(b-2) 최고 온도의 측정

(b-2-1) 수냉시의 최고 온도 측정

수냉시의 최고 온도 측정은 다음과 같이 하였다.

수냉 플레이트 상에 상기 도 16의 알루미늄 케이스(114)에 든 리액터를 고정했다. 이때, 열전도 그리스를 수냉 플레이트와 알루미늄 케이스(114) 사이에 얇게 도포했다.

중첩 전류 50A에서 300V→600V로 10kHz인 조건으로 인덕턴스 측정과 동일한 승압 초퍼 회로에서 구동시켜, 열적으로 정상 상태(코어의 내부 온도나 냉각 수온이 시간적으로 변화하지 않게 되는 상태)가 될 때까지 연속 운전시켰다. 또한, 냉각수는 칠러(항온수 순환 장치)로 50℃, 매분 10리터로 흐르도록 제어했다. 이때의 리액터 내부의 온도를 여러 점 측정하여, 그 중 가장 높은 온도를 최고 온도로 하고 있다. 온도의 측정 부분은, 도 17의 11점에 열전쌍을 심어 측정했다. 단 동일 단면에 심는 것이 아니고, 인접한 점의 심기에 따른 영향을 피하기 위해 원주 방향으로 조금씩 이격시키면서 11점의 측정점을 배치했다.

측정 결과는, 모두 도 17의 점 H의 위치의 온도가 가장 높았다.

또한, 허용 온도는, 실제 사용되는 조건과 본 평가 방법의 차이 및 사용 부재의 내열 온도 및 수명의 관점에서, 115℃로 했다.

이들의 결과를 표 2에 함께 나타낸다.

(b-2-2) 공냉시의 최고 온도 측정

공냉시의 최고 온도 측정은 다음과 같이 하였다.

도 19에 나타내는 핀(116)을 구비하는 알루미늄 케이스(114)에 리액터(15)를 수납하고, 상면과 하면으로부터 핀(116)을 구비하는 알루미늄 케이스(114)를 향해 냉각 바람이 흐르도록 공냉 팬을 20mm의 위치에 고정했다. 이때, 분위기 온도는 30℃로 유지되어 있다.

팬 1개의 유량은 매분 3000리터이다.

중첩 전류 30A에서 300V→600V로 10kHz인 조건으로 인덕턴스 측정과 동일한 승압 초퍼 회로에서 구동시켜, 열적으로 정상 상태(코어의 내부 온도나 냉각 수온이 시간적으로 변화하지 않게 되는 상태)가 될 때까지 연속 운전시켰다.

이때의 리액터 내부의 온도를 여러 점 측정하여, 그 중 가장 높은 온도를 최고 온도로 했다. 온도의 측정 부분은 도 17의 11점으로 하고, 거기에 열전쌍을 심어 측정했다. 단 동일 단면에 심는 것이 아니고, 인접한 점의 심기에 따른 영향을 피하기 위해 원주 방향으로 조금씩 이격시키면서 11점의 측정점을 배치했다.

또한, 허용 온도는, 실제로 사용되는 조건과 본 평가 방법의 차이 및 사용 부재의 내열 온도 및 수명의 관점에서, 130℃로 했다.

결과를 표 3에 함께 나타낸다.

표 2 및 표 3의 결과로부터, 청구항 7에 따라 리액터(15)에 있어서의 코어(16)의 각 부분의 재료를 구성하는 것에 의해, 인덕턴스, 최고 도달 온도의 각각의 특성을 모두 만족할 수 있음을 알 수 있다.

또, 표 2 및 표 3에서는 편의상 1차 성형체(16-1)에 있어서의 저부(26)를 하면 부분으로 하고, 2차 성형체(16-2)에 있어서의 덮개부(34)를 상면 부분으로 하고 있지만, 리액터(15) 설치시에 상기 도면과는 상하 반대로 설치되는 것도 상정되고, 그 경우에는 덮개부(34)가 하면 부분이 되고, 저부(26)가 상면 부분이 된다.

따라서, 그러한 경우에는 저부(26)를 상면 부분으로 하고, 또한, 덮개부(34)를 하면 부분으로 하여 표 2 및 표 3에 나타내는 바와 같은 재료로 이를 구성해놓는다.

[실시형태 4]

다음으로, 리액터의 또 다른 실시형태를 그 제조 방법과 함께 설명한다.

이 예에서는, 코일(10)이, 절연 피막을 구비하지 않는 금속 단체의 평각 선재를, 선재의 두께 방향(지름 방향)으로 권취하여 코일 형상으로 한 평권 코일이고, 도 20(B)에 나타내는 바와 같이 인접한 선재(6A)와 선재(6A) 사이에 수지 절연막(7A)이 개재되어 있다. 여기서, 절연막(7A)은 선재(6A)와 동일 폭으로 되어 있다.

이 코일(10)은, 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.

도 20(A)에 있어서, 6은 압연 재료로 이루어지는 금속 단체의 길이가 긴 선재이고, 7은 도 20(B)의 선재(6A)와 선재(6A) 사이의 절연막(7A)을 형성하기 위한, 미리 선재(6)와 동일 폭으로 막 형태로 성형해놓은 절연성의 길이가 긴 수지 필름이다.

이 예의 코일(10)의 제조 방법에서는, 길이가 긴 금속 단체의 선재(6)를 평권할 때, 수지 필름(7)을 끼워넣는 상태로 길이가 긴 선재(6)를 그 두께 방향으로 함께 권취해 나간다.

이에 의해, 도 20(B)에 나타내는 바와 같이 선재(6A)와 선재(6A) 사이에 수지 필름(7)으로 이루어지는 절연막(7A)이 개재하게 된다.

이 예에 있어서, 이 절연막(7A)의 두께는 사용하는 필름의 막두께에 의해 정해지는 것이고, 따라서 그 필름으로서 다양한 두께의 필름을 사용하는 것에 의해, 절연막의 막두께를 자유롭게 상이하게 할 수 있다.

따라서, 절연막의 막두께를 얇게 해놓는 것에 의해, 코일 외경을 효율적으로 소경화할 수 있고, 코일을 소형화할 수 있다.

이 예에서는, 선재와 선재 사이의 절연막을 형성하는 필름으로서 수지 필름을 사용할 경우에 있어서, 절연막에 내열성이 요구될 경우에는, 수지 필름으로서 내열성에 우수한 재질의 필름을 사용한다. 이 경우, 폴리이미드(PI) 수지 필름, 폴리아미드(PA) 수지 필름, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지 필름, 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 수지 필름 등을 바람직하게 사용할 수 있다.

이 중에서 폴리이미드 수지 필름은 고내열, 고강도를 구비하고, 또한 폴리아미드 수지 필름은 고강도, 고열전도 특성을 구비하는 동시에 염가이고, 또한 폴리테트라플루오로에틸렌 수지 필름은 고절연성을 구비하고, 폴리페닐렌 설파이드 수지 필름은 흡습성이 무시해도 좋을 만큼 작고, 또한 쉽게 가수분해하지 않고, 더욱이 염가인 등의 특징이 있어, 목적에 따라 이들을 선택적으로 사용할 수 있다.

또한, 필름의 두께는, 바람직한 두께로서, 절연 피막을 구비하는 평각 동선의 피막을 겹친 두께보다 얇게 할 수 있고, 필름의 취급 용이성의 관점에서 50㎛ 이하로 하는 것이 좋다. 이것만 해도 압연 평각선을 사용할 수 있는 이점이 있다. 더욱이, 코일이나 코어의 소형화·저손실화의 관점에서 30㎛ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 특히 바람직하게는, 코일선간의 전위차인 수십 볼트에 대해 안전율을 보고 최저 200V의 내전압을 갖는 8~15㎛ 정도의 막두께로 하는 것이 좋다.

또, 절연 파괴 내력은 재질과 두께에 따라 상이하다. 비교적 입수하기 쉽고 막두께가 얇은 필름의 두께와 절연 파괴 내력은 아래와 같이 된다.

폴리이미드 수지 필름은 두께 12.5㎛에서 절연 파괴 내력이 400V이고, 폴리아미드 수지 필름은 8㎛의 두께에서 절연 파괴 내력 200V를 구비하고, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지 필름은 막두께 12㎛에서 1500V의 절연 파괴 내력을 구비하고, 나아가, 폴리페닐렌 설파이드 수지 필름은 막두께 12㎛에서 200V의 절연 파괴 내력을 구비하고 있다. 모두 내전압 200V는 만족하고 있고, 이들을 사용하는 것이 바람직하다.

[실험예]

본 실시형태에 따라, 절연 피막을 구비하지 않는 평각 선재를 수지 필름을 끼워넣는 상태로 함께 권취하여 평권 코일(10)을 구성하고, 그 효과를 아래에 나타내는 바와 같이 확인했다.

한편, 상기한 이외의 리액터의 구성은 다음과 같이 했다.

(a) 리액터의 구성

여기서는, 코어재의 연자성 분말로서 Fe-2Si(질량%)의 조성인 것을 사용했다.

코어재의 연자성 분말로서는, 아르곤 가스를 사용하여 분무한 연자성 분말을 사용하고, 분말 열처리는 산화 방지나 환원 작용을 목적으로 하여 수소 중에서 750℃×3시간 진행했다. 또한, 코어재로서 1~50kHz인 교번 자계 중에서 사용되는 것을 상정하여, 연자성 분말은 분말 열처리 후에 250㎛ 이하로 체로 선별한 것을 사용했다.

그리고 수평형 인라인 스크류형 사출 성형 장치에 의해, 이 펠릿상의 연자성 혼련물을 약 300℃에서 가열하고 용융 상태로 하여, 이를 성형 금형 내에 사출한 후, 냉각하여 코어재를 제작했다.

코일 피복체(24)에 있어서의 수지 피복층(22)은 PPS 수지제로 하고, 그 두께는 코일 내주측이 0.5mm, 코일 외주측과 상하면측은 1mm의 두께로 했다.

또한, 코일을 상하 2단으로 단을 겹친 경우에는, 상하의 코일 사이에 0.5mm의 두께의 절연 시트를 개재시켰다.

또, 코어(16)의 축심과 코일(10)의 축심, 및 코어(16)의 축방향 중앙과 코일(10)의 축방향 중앙은 각각 일치하게 맞추어 배치했다.

<예 B-1>

평균 막두께 25㎛의 폴리아미드이미드 수지 절연 피막을 구비하는 평각 동선(두께 0.85mm(절연 피막을 구비하는 두께)×폭 9mm)을 사용하여 평권 코일(내경 50mm, 32턴)을 구성하고, 이를 수지 피복층(22)으로 피복하여 코일 피복체(24)로 했다.

또, 코일(10)은 상기 도면에 도시한 것과 달리 2단으로 단을 겹치지 않고, 1단으로 구성하고 있다. 이 점은 후술하는 예 B-3을 제외하고 모두 동일하다.

<예 A-1>

막두께 12.5㎛인 폴리이미드 수지 필름을, 압연에 의해 제조한 평각 나동선(두께 0.8mm×폭 9mm)의 권취시에 선재와 선재 사이에 끼워넣고 함께 권취하여, 평권 코일(내경 50mm, 32턴)을 구성하고, 그리고 이를 수지 피복층(22)으로 피복하여 코일 피복체(24)로 했다.

이 결과, 코일 외경을 2.4mm 소경화할 수 있었다. 또한, 그 결과, 동선 사용량을 6% 줄일 수 있고, 더욱이, 수지 피복층에 사용하는 수지도 5% 줄일 수 있었다.

<예 B-2>

예 B-1의 코일을 사용하여 리액터(외경 φ117.4mm×높이 31mm)를 구성했다.

<예 A-2>

상기 예 A-1의 코일을 사용하여 리액터(외경 φ115mm×높이 31mm)를 구성했다.

이 예 A-2의 리액터는 예 B-2와 동일 인덕턴스이다(또한, 인덕턴스의 측정 방법은 하기와 같이 했다).

이 예 A-2에서는, 리액터 외경에서 거의 2.4mm 소경화할 수 있었다. 그 결과 코어재 사용량도 4% 줄일 수 있었다. 또한, 리액터 전체적으로, 부피%로 4% 작게 할 수 있고, 중량도 4% 작게 할 수 있었다.

또한, 예 B-2 대비, 중첩 전류 0A(제로 암페어)에서의 손실에서 4% 줄일 수 있었다. 이 저감 분은 대부분이 철손 저감에 의한 효과로 추정된다. 또한, 중첩 전류 50A에서의 직류 동손에서 6% 줄일 수 있었다(이 손실의 평가 방법은 하기와 같이 했다).

<예 B-3>

평균 막두께 25㎛인 폴리아미드이미드 수지의 절연 피막을 구비하는 평각 동선(두께 1.25mm×폭 6mm)을 사용하여, 평권한 코일(내경 53mm, 16턴)을 상하 2단으로 단을 겹치고, 전체를 수지 피복층(22)으로 피복하여, 코일 피복체(24)로 했다. 그리고 이 코일 피복체를 사용하여 리액터(외경 φ106mm×높이 34.5mm)를 구성했다.

<예 A-3>

막두께 8㎛의 폴리아미드 수지 필름을, 압연에 의해 제조한 평각 나동선(두께 0.6mm×폭 12mm, 편평도 20)의 권취시에 선재 사이에 끼워넣고 함께 권취하여, 평권 코일(내경 53mm, 32턴)을 구성하는 한편, 그 전체를 외측에서 수지 피복층(22)으로 피복하여 코일 피복체(24)로 했다.

그리고 이를 사용하여 리액터(외경 φ105mm×높이 34mm)를 구성했다. 이 인덕턴스는 예 B-3과 동일 인덕턴스이다.

이 예 A-3에서는, 예 B-3 대비, 리액터 전체적으로 중량으로 3.0% 작게 할 수 있고, 또한 부피로 3.3% 작게 할 수 있었다.

또한, 스위칭 주파수 20kHz에서 300V→600V 승압한 중첩 전류 0A에서의 손실을 25% 줄일 수 있었다(이 손실의 평가 방법은 하기와 같이 했다). 이 중 2~3%분은 철손 저감분으로 추정되지만, 나머지 저감 분은 고평편 평각 동선을 사용한 것에 의한 표피 효과손의 저감에 의한 것으로 추정된다.

<예 A-4>

막두께 8㎛의 폴리아미드 수지 필름을, 압연에 의해 제조한 평각 나알루미늄선(두께 0.6mm×폭 12mm, 편평도 20)의 권취시에 선재 사이에 끼워넣고 함께 권취하여, 평권 코일(내경 53mm, 32턴)을 구성하는 한편, 그 전체를 외측에서 수지 피복층(22)으로 피복하여, 코일 피복체(24)로 했다.

이 예 A-4에서는, 예 B-3 대비, 코일 단체로 중량 70% 저감, 리액터 전체적으로 중량 25% 줄일 수 있었다. 더욱이, 고가의 절연 피막을 구비하는 평각 동선을, 저렴하고 가공하기 쉬운 압연 알루미늄재로 바꿀 수 있어, 코일에 드는 비용을 1/3 이하로 줄일 수 있었다.

한편, 상기 예 A, 예 B는 모두 내전압 시험 및 열충격 시험의 평가를 하고, 모두 기준을 만족하고 있다.

[평가 방법]

<인덕턴스 측정>

인덕턴스의 측정은, 리액터(15)를 승압 초퍼 회로에 도입하고, 입력 전압 300V, 승압후 전압 600V, 스위칭 주파수 10kHz(예 B-3, 예 A-3에서는 20kHz)에서 소정의 중첩 전류를 흘려보내 회로를 구동시켰다. 그리고 리액터에 흐르는 전류(한쪽의 단자에 클램프식 전류계를 달고 측정)의 파형을 측정하고, 소정의 시간 간격의 전류 파형의 기울기로부터 인덕턴스를 산출했다.

<손실 측정>

손실 측정은 아래의 방법에 의해 했다.

수냉 플레이트 상에 리액터(15)를 고정했다. 이때, 열전도 그리스를 수냉 플레이트 사이에 얇게 도포했다.

중첩 전류 0A 및 50A에서 300V→600V로 스위칭 주파수 10kHz(예 B-3, 예 A-3은 20kHz)의 조건에서 인덕턴스 측정과 동일한 승압 초퍼 회로에서 구동시켜, 열적으로 정상 상태(코어의 내부 온도나 냉각 수온이 시간적으로 변화하지 않게 되는 상태)가 될 때까지 연속 운전했다. 또한, 냉각수는 칠러(항온수 순환 장치)로 50℃, 매분 10리터로 흐르도록 제어했다.

이때의 코어 내부의 온도를 여러 점 측정하여, 그 중 가장 높은 온도를 내부 온도로 했다. 온도 측정 부분에는 열전쌍을 심어 측정을 했다.

이때의 수냉 플레이트의 냉각수의 유량과, 유입측과 유출측의 온도차로부터 열량을 측정하고, 이 열량을 손실로 했다. 중첩 전류 0A 및 50A일 때의 각각의 손실의 값을 구하고, 중첩 전류 50A일 때의 손실에서 중첩 전류 0A일 때의 손실을 뺀 값을, 중첩 전류 50A의 직류 동손으로 했다.

여기서, 중첩 전류 0A에서의 손실을 요인별로 분해하면, 아래와 같이 된다.

*코어재의 손실(히스테리시스 손실과 와전류 손실의 합에서 오는 손실(철손)

*리액터에 흐르는 전류로부터 직류 중첩 전류를 제외한 전류 진폭분에 의한 코일의 발열에서 오는 손실(교류 동손)

*코일의 도선에 고주파 전류가 흐를 때에 생기는 표피 효과에서 오는 손실(표피 효과손)

*인접한 도선끼리가 전류의 흐름을 서로 저해하는 근접 효과에서 오는 손실(근접 효과손)

이들을 정확하게 분해하는 것은 곤란하기 때문에, 예 A, 예 B에서는, 중첩 전류 0A에서의 손실을 직접 비교하고 있다.

<내전압 측정>

내전압 측정은 다음과 같이 하였다.

여기서는, 리액터(15)를 알루미늄 베이스 플레이트 상에 직접 놓고, 리액터(15)를 알루미늄 베이스 플레이트에 전기적으로 연결된 상태로 하고, 그리고 측정 장치의 한쪽 단자를 리액터(15)의 한쪽의 코일 단자(18)에, 또한 다른 한쪽 단자를 알루미늄 베이스 플레이트에 각각 연결하고, 그리고 그 상태에서 통전시켜 교류 0V~3500V(볼트)까지 서서히 전압을 높이고, 3500V에서 1초간 유지했다.

<열충격 시험>

열충격 시험은 다음과 같이 하였다.

(a) [시험 방법]: 하기의 열충격 시험 장치로 저온조를 -40℃로 하고, 고온조를 150℃로 하고, 저온 방치와 고온 방치를 교대에 반복하여, 600사이클 실시했다. 또한, 각 방치 시간은 2시간으로 했다.

(b) [평가 기준]: 600사이클 후, (ⅰ) 외관에 크랙이 없을 것. (ⅱ) 다시 내전압시험을 실시하여 클리어 할 수 있을 것. (ⅲ) 열충격 시험 전후의 인덕턴스의 변화가 5% 이하일 것.

(c) [시험 장치]: ESPEC Corp.에서 제조하고 형식은 TSA-41L-A이다.

이상 본 발명의 실시형태를 설명했지만 이는 일 예시일 뿐이다.

예를 들면, 상기 실시형태에서는 코일 피복체(24)를 성형할 때, 우선 외주 피복부(46)를 성형하고 나서 내주 피복부(50)를 성형하고 있지만, 경우에 따라 1차 성형에서는 코일(10)을 1차 성형 금형에 의해 외주면에 의해 유지 구속하여서 내주 피복부(50)를 성형하고, 그 후에 외주 피복부(46)를 성형하는 것도 가능하고, 또한, 수지 피복층(22)에 있어서의 1차 성형체(22-1), 2차 성형체(22-2) 혹은 코어(16)에 있어서의 1차 성형체(16-1), 2차 성형체(16-2)를 상기한 예 이외의 다른 다양한 형상으로 성형하는 것도 가능하다.

6: 선재
7: 수지 필름
7A: 절연막
10: 코일
15: 리액터
16: 코어
16-1, 22-1: 1차 성형체
16-2, 22-2: 2차 성형체
22: 수지 피복층
24: 코일 피복체
25: 외주측 성형부
26: 저부
30: 개구
32: 내주측 성형부
34: 덮개부
40: 오목한 부분
46: 외주 피복부
50: 내주 피복부
54, 84: 1차 성형 금형
66, 80, 94, 104: 캐비티
70, 96: 2차 성형 금형
110: 용기부
114: 알루미늄 케이스(리액터 케이스)
P1, P2: 경계면

Claims

연자성 분말과 수지를 포함하는 혼합재로 구성한 성형체를 코어로 하여, 상기 코어의 내부에, 선재와 선재 사이에 절연층을 개재시키는 상태로 상기 선재를 권취하여 이루어지는 도체 코일을 매립 상태로 일체화하여 이루어지는 리액터이고,
상기 코일을 전기절연성 수지에 의해 외측에서 전체적으로 감싸는 상태로 피복하여 코일 피복체로 하는 한편,
상기 코어를, 상기 코일 피복체를 내부에 일체로 매립하는 상태로 상기 연자성 분말과 열가소성 수지를 포함하는 혼합재를 사출 성형하여 이루어지는 성형체에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 리액터.
제 1항에 있어서,
상기 코어는, 상기 코일 피복체의 외주면에 접하는 원통 형상의 외주측 성형부를 포함하는 1차 성형체와, 상기 코일 피복체의 내주면에 접하는 내주측 성형부를 포함하는 2차 성형체가 경계면에서 접합되어 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 리액터.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 코일 피복체의 상기 수지 피복층은 절연성 열가소성 수지의 사출 성형체에 의해 구성되어 있고, 상기 코일의 외주면을 피복하는 외주 피복부를 포함하는 성형체와, 상기 코일의 내주면을 피복하는 내주 피복부를 포함하는 성형체가 접합되어 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 리액터.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코일을 평각 선재를 권취하여 이루어지는 코일로 구성하고, 상기 코일을, 복수의 코일 블록을 서로 접속 상태로 코일의 축방향인 높이 방향 또는/및 지름 방향으로, 또한 상기 선재의 권취되어 겹쳐지는 방향과 직교하는 방향으로 절연 시트를 개재하여 동축 형태로 겹친 형태로 구성하는 한편, 상기 절연 시트를 포함하는, 코일 종단면에 있어서의 높이 치수를 A, 지름 방향 치수인 폭방향 치수를 B로 했을 때의 애스펙트비(aspect ratio) A/B가 0.7~1.8의 범위로 되어 있는 것을 특징으로 하는 리액터.
제 4항에 있어서,
상기 코일이 상기 평각 선재를 상기 선재의 두께 방향으로 권취하여 이루어지는 평권 코일(flatwise coil)이고, 상기 코일 블록이 상기 높이 방향으로 복수단으로 겹쳐있는 것을 특징으로 하는 리액터.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연자성 분말이 순 Fe 또는 Si를 0.2~9.0질량% 함유한 조성의 Fe기 합금의 분말인 것을 특징으로 하는 리액터.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코어에 있어서의 상기 코일의 내주측 부분과 외주측 부분을 상이한 재료로 구성하고,
상기 외주측 부분에 대해서는, 상기 연자성 분말로서 순 Fe 또는 Si를 0.2~4.0질량% 함유한 Fe기 합금으로 이루어지는 저 Si재 분말을 사용한 코어재로 구성하고,
상기 내주측 부분에 대해서는, 상기 연자성 분말로서 Si를 1.5~9.0질량% 함유하면서 상기 외주측 부분의 코어재의 연자성 분말보다 Si 함유량이 많은 Fe기 합금으로 이루어지는 고 Si재 분말을 사용한 코어재로 구성한 것을 특징으로 하는 리액터.
제 7항에 있어서,
상기 고 Si재의 Si 함유량이 상기 저 Si재의 Si 함유량보다 1.5질량% 이상 많은 것을 특징으로 하는 리액터.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코일은, 절연 피막을 구비하지 않는 평각 선재를 상기 선재와 선재 사이에, 미리 막 형태로 성형해놓은 절연성 필름을 끼우는 상태로 상기 선재의 두께 방향으로 권취한 평권 코일로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 리액터.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코어가 리액터 케이스의 용기부와 일체로 사출 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 리액터.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
주파수가 1~50kHz인 교번 자계 중에서 사용되는 것을 특징으로 하는 리액터.
제 1항에 기재된 리액터를 제조하는 방법이고,
상기 코일을 외측에서 전체적으로 감싸는 상태로 상기 전기절연성 수지로 피복하여 상기 코일 피복체를 성형하는 공정 A와,
상기 코일 피복체를 성형 금형에 세트하고, 상기 코일 피복체를 감싸는 상태로 상기 연자성 분말과 열가소성 수지를 포함하는 혼합재를 사출 성형하여 상기 코어를 성형하는 한편, 상기 코어의 내부에 상기 코일을 매립 상태로 일체화하는 공정 B를 거쳐 상기 리액터를 얻는 것을 특징으로 하는 리액터의 제조 방법.
제 12항에 있어서,
상기 코어를 사출 성형하는 공정 B를,
상기 코어의, 상기 코일 피복체의 외주면에 접하는 원통 형상의 외주측 성형부를 포함하는, 코일 축선 방향의 일단측에 상기 코일 피복체 삽입용 개구를 구비하는 형상의 1차 성형체를 코어용 1차 성형 금형에 의해 미리 사출 성형해놓는 공정 B-1과,
상기 코일 피복체의 내주면에 접하는 내주측 성형부를 포함하는 2차 성형체를 코어용 2차 성형 금형에 의해 성형하는 공정 B-2로 나누고,
상기 공정 B-2에서는, 상기 공정 B-1에서 얻은 상기 1차 성형체의 상기 외주측 성형부에 상기 코일 피복체를 내부 삽입 상태로 삽입하고, 또한 상기 코어용 2차 성형 금형에 의해 상기 외주측 성형부를 외주측에서 지름 방향으로 구속하여 유지한 상태에서, 상기 내주측 성형부를 포함하는 2차 성형체를 성형하는 한편, 상기 2차 성형체와 상기 1차 성형체 및 상기 코일 피복체를 일체화하는 것을 특징으로 하는 리액터의 제조 방법.
제 13항에 있어서,
상기 1차 성형체를 성형하는 상기 공정 B-1에서는, 상기 외주측 성형부와 함께 상기 개구와는 반대측인 상기 코어의 저부를 함께 성형하여, 상기 1차 성형체를 상기 코일 피복체를 내부에 수용하여 유지하는 저부를 구비하는 용기 형태로 구성해놓는 것을 특징으로 하는 리액터의 제조 방법.
제 14항에 있어서,
상기 1차 성형체는, 상기 코일 피복체를 내부의 오목한 부분에 전체 높이에 걸쳐 수용하는 높이로 성형해놓는 것을 특징으로 하는 리액터의 제조 방법.
제 13항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2차 성형체를 성형하는 상기 공정 B-2에서는, 상기 내주측 성형부와 함께 상기 개구를 폐쇄하는 덮개부를 함께 성형하는 것을 특징으로 하는 리액터의 제조 방법.
제 12항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코일 피복체를 성형하는 공정 A에서는, 상기 코일을 감싸는 상태로 피복하는 수지 피복층을 열가소성 수지에 의해 사출 성형하는 한편, 상기 공정 A를,
상기 코일의 내주면 또는 외주면에 대해 상기 수지 피복층용 1차 성형 금형을 접촉시키고, 상기 1차 성형 금형에 의해 상기 코일을 상기 내주면 또는 외주면에 있어서 지름 방향으로 위치 결정하여 구속한 상태에서, 상기 코일의 외주측 또는 내주측에 형성되는 상기 1차 성형 금형의 1차 성형 캐비티에 수지 재료를 사출하여, 상기 수지 피복층에 있어서의 외주 피복부 또는 내주 피복부를 포함하는 1차 성형체를 성형하면서 상기 코일과 일체화하는 공정 A-1과,
그 후 상기 1차 성형체를 상기 코일과 함께 상기 수지 피복층용 2차 성형 금형에 세트하고, 상기 코일의 내주측 또는 외주측에 형성되는 상기 2차 성형 금형의 2차 성형 캐비티에 상기 수지 재료를 사출하여, 상기 수지 피복층에 있어서의 내주 피복부 또는 외주 피복부를 포함하는 2차 성형체를 성형하면서 상기 코일 및 상기 1차 성형체와 일체화하는 공정 A-2로 나누어 사출 성형을 하는 것을 특징으로 하는 리액터의 제조 방법.
제 12항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
길이가 긴 평각 선재를, 상기 평각 선재에 대응한 폭으로 미리 길이가 긴 막 형태로 성형해놓은 절연성 필름과 함께, 또한 상기 필름을 상기 선재와 선재 사이에 끼워서 함께 권취하여, 상기 코일을 얻는 것을 특징으로 하는 리액터의 제조 방법.