KR20200035212A

KR20200035212A - 리액터와 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20200035212A
Application number: KR1020190114154A
Authority: KR
Inventors: 가즈미 세리자와
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2019-09-17
Publication date: 2020-04-02
Also published as: KR102264347B1; EP3633699A1; JP2020053666A; JP7081519B2; EP3633699B1

Abstract

절연막 (41) 으로 피복되어 있는 권선 (4) 이 권회된 코일 (5) 로서, 평탄한 제 1 측면과, 상기 제 1 측면 이외의 제 2 측면을 갖고 있는 코일 (5) 과, 상기 제 1 측면에 대향하고 있는 냉각기 (6) 와, 상기 제 1 측면과 상기 냉각기 (6) 의 사이에 끼여 있는 절연 방열층 (12) 을 구비하고 있고, 상기 제 1 측면에 있어서, 상기 권선 (4) 은, 절연막 (41) 으로 피복되어 있지 않고, 상기 제 2 측면에 있어서, 상기 권선 (4) 은 상기 절연막 (41) 으로 피복되어 있고, 상기 제 1 측면의 평면도가 상기 제 2 측면의 평면도보다 작은, 리액터.

Description

리액터와 그 제조 방법{REACTOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은, 리액터와 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 코일의 평탄한 측면에 절연 방열층을 사이에 두고 냉각기가 대향하고 있는 리액터와 그 제조 방법에 관한 것이다.

각기둥 형상으로 권회된 코일의 1 개의 측면에 절연 방열층을 사이에 두고 냉각기가 대향하고 있는 리액터가 알려져 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 2016-92313호). 절연 방열층은, 코일로부터 냉각기로의 전열을 보조하기 위해서 채용되었다. 코일을 구성하는 권선은, 피치 방향에서 서로 이웃하는 권선과 단락되지 않도록 절연막으로 피복되어 있다. 절연막은 코일로부터 절연 방열층으로의 전열 효율을 낮추므로, 일본 공개특허공보 2016-92313호의 리액터에서는, 코일의 절연 방열층에 대향하고 있는 측면에 있어서 절연막이 제거되어 있다. 절연 방열층은, 코일 (권선) 로부터 냉각기로의 전열을 보조함과 함께, 코일의 노출된 권선과 냉각기의 사이를 절연한다. 또, 본 명세서에서는, 코일의 축선에 평행한 면을 「코일의 측면」이라고 한다.

절연 방열층이 얇아지면, 코일과 냉각기의 거리가 짧아지므로 전열 효율이 높아진다. 그러나, 코일의 측면의 평면도가 크면 (거칠면), 측면의 각 부분과 냉각기 사이의 거리가 불균일하다. 즉, 냉각기에 가장 가까운 권선과 가장 먼 권선 사이의 거리가 커진다. 냉각기에 가장 가까운 권선과 가장 먼 권선 사이의 거리가 커지면, 절연 방열층의 두께를 크게 해야 한다. 절연 방열층이 두꺼울수록 열 저항이 커지므로, 절연 방열층이 두꺼운 지점에서는 전열 효율이 저화되어 버린다. 또한, 절연 방열층의 두께가 커지면, 절연 방열층에 균열이 잘 발생하게 된다. 균열에 의해 간극 (기포) 이 생기면 전열 효율의 저하를 초래한다. 한편, 코일의 측면은, 코일 축선 방향으로 나열된 권선으로의 집합체로 형성되어 있다. 권선의 코일 반경 방향의 위치가 어긋나면 평면도가 비교적 커져 버린다. 일본 공개특허공보 2016-92313호의 리액터에서는, 냉각기에 대향하는 코일 측면의 평면도가 고려되어 있지 않아, 개선할 여지가 있다.

또, 평면도는, 예를 들어 최대 경사식 평면도로 평가하면 된다. 최대 경사식 평면도는, 계측 대상의 평면을 평행한 2 장의 이상 평면 사이에 두었을 때의 이상 평면 사이의 거리로 표시된다. 여기서, 「이상 평면」이란, 수학의 평면의 방정식으로 표시되는, 굴곡이 없는 완전한 평면을 의미한다. 평면도가 작을수록 계측 대상의 평면은 이상 평면에 가까워진다. 또한, 본 발명에서는 권선의 횡단면의 둥글림은 무시한 평면도를 평가한다.

권선으로 형성되어 있는 코일의 전체 측면의 평면도를 작게 하고자 하면, 코일 전체를 구속하게 되어, 코일의 각 부분에서 응력이 발생한다. 응력은, 스프링 백으로 되어 나타나고, 코일 측면에서의 권선의 배열을 흐트러뜨린다. 그래서, 본 발명의 리액터에서는, 코일의 냉각기에 대향하지 않는 측면에서는 큰 평면도를 허용함으로써 응력의 발생을 억제하여, 냉각기에 대향하고 있는 측면의 작은 평면도를 유지한다.

본 발명의 제 1 양태에 관련된 리액터는, 절연막으로 피복되어 있는 권선이 권회된 코일과, 냉각기와, 절연 방열층을 구비하고 있다. 코일은, 제 1 측면과, 제 1 측면 이외의 제 2 측면을 갖고 있다. 상기 냉각기는, 상기 제 1 측면에 대향하고 있다. 상기 절연 방열층은, 상기 제 1 측면과 상기 냉각기의 사이에 끼여 있다. 상기 제 1 측면에 있어서, 상기 권선 (4) 은, 절연막 (41) 으로 피복되어 있지 않고, 상기 제 2 측면에 있어서, 상기 권선은 상기 절연막으로 피복되어 있으며, 상기 제 1 측면의 평면도가 상기 제 2 측면의 평면도보다 작다.

제 2 측면은, 제 1 측면의 일방의 가장자리로부터 타방의 가장자리로 이어지는 1 개의 곡면이어도 되고, 평탄한 복수의 측면을 포함하는 것이어도 된다. 후자의 경우, 코일은 다각기둥 형상이 된다.

본 발명의 제 1 양태에 관련된 리액터에서는, 냉각기에 대향하는 제 1 측면 이외의 제 2 측면의 평면도가 커지는 것을 허용함으로써, 냉각기에 대향하는 제 1 측면의 작게 한 평면도를 유지할 수 있다. 냉각기에 대향하고 있는 제 1 측면의 평면도를 작게 함으로써, 절연 방열층의 두께 편차가 작아진다. 그 결과, 제 1 측면의 각 부분으로부터 냉각기에 균일하게 열이 전달되어, 코일로부터 냉각기로의 전열 효율이 향상된다. 또한, 제 1 측면의 코일 표면의 불균일이 작아짐으로써, 절연 방열층을 박육화할 수 있다. 절연 방열층이 박육화됨으로써, 균열의 발생도 억제되어, 균열 발생에 따른 전열 효율 저하가 억제된다. 또, 이하에서는, 절연막이 제거되어 있는 권선의 면을 노출면이라고 하는 경우가 있다.

상기 코일은, 평각의 상기 권선이 에지와이즈 (edgewise) 로 권회되어 구성되어 있는 경우가 있다. 상기 절연 방열층에 접하고 있는 부분을 상기 코일의 축선을 포함하는 평면에서 커트한 상기 코일의 단면 형상의 외측에 있어서, 인접하는 상기 권선의 부분 사이에 간극이 형성되어 있어도 된다. 피치 방향에서 나열되어 있는 권선의 노출면의 사이에 간극이 확보된다. 노출면에서는 도체가 노출되어 있기 때문에, 서로 이웃하는 노출면이 가까우면 단락을 발생시킬 수 있다. 피치 방향에서 나열되어 있는 노출면의 사이에 간극이 확보됨으로써, 피치 방향에서 서로 이웃하는 노출면의 단락을 방지할 수 있다.

상기 권선은, 상기 절연 방열층에 접하고 있는 부분의 코일 내측에서의 두께가 코일 외측에서의 두께보다 커져 있어도 된다. 이로써, 서로 이웃하는 노출면의 사이에 간극이 확보되어, 노출면끼리의 단락을 방지할 수 있다. 또한, 상기 코일의 축선 방향에서 볼 때 상기 제 1 측면에 인접하는 코일 모서리부에 있어서의 상기 권선의 코일 내주측의 두께가 코일 외주측의 두께보다 커져 있어도 된다. 이로써, 서로 이웃하는 노출면의 사이에 간극이 확보되어, 노출면끼리의 단락을 방지할 수 있다.

또한, 상기 양태에 관련된 리액터에서는, 상기 권선의 상기 절연 방열층에 접하고 있는 부분에 있어서 피치 방향에서 서로 이웃하는 상기 권선의 사이에 절연 물질이 충전되어 있어도 된다. 권선의 노출면 부근에서 도전성의 먼지 등이 끼이면 피치 방향에서 서로 이웃하는 노출면이 단락되어 버릴 우려가 있다. 서로 이웃하는 권선의 사이에 절연 물질을 충전시킴으로써, 도전성의 먼지가 끼이는 것을 방지할 수 있다.

상기 양태에 관련된 리액터에서는, 상기 냉각기의 상기 절연 방열층과 접하고 있는 면이 도전성을 갖고 있고, 상기 절연 방열층은 세라믹판을 포함하고 있어도 된다. 또는, 상기 절연 방열층은, 실리콘과 세라믹판으로 구성되어 있어도 된다. 서로 이웃하는 권선의 사이 또는 절연 방열층 내에 작은 기포 (마이크로 보이드) 가 존재하면, 권선과 냉각기의 사이에서 코로나 방전이 발생할 우려가 있다. 코로나 방전은 수지나 절연막의 탄화를 발생시켜 피치 방향에서 서로 이웃하는 노출면의 단락을 유발시켜 버릴 우려가 있다. 절연 방열층이 세라믹판을 포함하고 있음으로써, 코로나 방전을 방지할 수 있다. 또한, 세라믹 중에는 비교적 열 전도율이 높은 것이 있다. 그러한 세라믹판을 채용함으로써, 코일로부터 냉각기로의 전열 효율을 높이는 효과가 얻어진다.

상기 양태에 관련된 리액터에서는, 상기 권선의 상기 절연막으로 덮여 있지 않은 면에 슬릿이 형성되어 있어도 된다. 전류가 흐르면 코일이 발열한다. 코일이 발열하면 권선이 팽창한다. 권선이 팽창하면, 피치 방향에서 서로 이웃하는 노출면끼리가 가까워져, 단락의 우려가 생긴다. 권선에 슬릿을 형성함으로써, 권선의 팽창을 흡수하여, 단락을 방지할 수 있다.

본 발명의 제 2 양태는, 상기한 리액터의 제조 방법에 관련된 것이다. 그 방법은, 상기 절연막을 제거하기 전의 상기 권선을, 상기 제 1 측면을 갖는 상기 코일이 되도록 권회하는 것과, 상기 제 1 측면의 평면도가 상기 제 2 측면보다 작아지도록 상기 제 1 측면을 연마하여 상기 절연막을 제거하는 것을 포함하고 있다. 권선을 권회하고 나서 코일의 제 1 측면을 연마함으로써, 절연막을 제거함과 동시에 평면도를 작게 할 수 있다.

상기 제 1 측면을 연마하여 상기 절연막을 제거하기에 앞서, 피치 방향에서 인접하는 상기 권선의 사이에 절연 물질을 충전시키는 것을 포함하고 있어도 된다. 인접하는 권선 사이의 간극에 수지를 충전시킴으로써, 연마 찌꺼기가 권선 사이에 막히는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시형태들의 특징들, 장점들, 그리고 기술적 및 산업적 중요성은 첨부되는 도면들을 참조하여 이하에서 설명될 것이고, 동일한 도면 부호들은 동일한 엘리먼트들을 나타낸다.
도 1 은 실시예의 리액터의 사시도이다.
도 2 는 실시예의 리액터의 사시도이다 (코어와 수지 커버 없음).
도 3 은 도 1 의 III-III 선을 따른 단면도이다.
도 4 는 평면도를 설명하기 위한 코일 단면도이다.
도 5 는 코일의 정면도이다.
도 6 은 도 3 의 VI-VI 선을 따른 단면도이다.
도 7 은 제 1 변형예의 리액터의 코일 단면도이다.
도 8 은 제 2 변형예의 리액터의 코일 단면도이다.
도 9 는 제 3 변형예의 리액터의 단면도이다.
도 10 은 제 4 변형예의 리액터의 코일 단면도이다.
도 11 은 제 5 변형예의 리액터의 코일 단면도이다.
도 12 는 제 6 변형예의 리액터의 코일 단면도이다.
도 13 은 실시예의 리액터의 제조 방법을 설명하는 도면이다 (1).
도 14 는 실시예의 리액터의 제조 방법을 설명하는 도면이다 (2).
도 15 는 실시예의 리액터의 제조 방법을 설명하는 도면이다 (3).

도면을 참조하여 실시예의 리액터 (2) 를 설명한다. 도 1 에, 리액터 (2) 의 사시도를 나타낸다. 리액터 (2) 는, 코어 (20) 에 코일 (5) 이 권회된 수동 소자이다. 도 1 에서는, 코어 (20) 와 코일 (5) 은 수지 커버 (3) 로 덮여 있어 보이지 않는다. 리액터 (2) 는, 예를 들어 전기 자동차에 탑재되는 초퍼형 승압 컨버터에 사용된다. 전기 자동차의 주행용 모터는 수십 킬로와트의 출력이 가능하고, 리액터 (2) 의 코일 (5) 에는 수십 킬로와트의 전력이 흐른다. 대 (大) 전력이 흐르는 코일 (5) 은 발열량이 크다. 그러므로, 리액터 (2) 는 냉각기 (6) 를 구비하고 있다. 도 2 에, 수지 커버 (3) 와 코어 (20) 를 제거한 리액터 (2) 의 사시도를 나타낸다. 또한, 도 3 에, 도 1의 III-III 선을 따른 단면도를 나타낸다. 도 2 에서는, 코어 (20) 는 가상선으로 그려져 있다.

도 2, 도 3 을 참조하여 리액터 (2) 의 구조를 설명한다. 코일 (5) 은, 권선 (4) 을 각기둥 형상으로 권회하여 형성되어 있다. 코일 (5) 은, 평각의 권선 (4) 을 에지와이즈 (edgewise) 로 권회한 것이다. 에지와이즈란, 평각의 폭이 넓은 면을 코일 축선 방향을 향하여 권회하는 감기 방법이다. 코일 축선 방향이란, 코일 축선의 연신 방향이며, 도면 안의 좌표계의 X 방향이다.

코일 (5) 은 사각기둥 형상을 갖고 있으며, 4 개의 평측면을 갖고 있다. 「코일 (5) 의 평측면」이란, 코일 (5) 의 축선 (Ca) 에 평행한 평탄면을 의미한다. 설명 편의상, 도면 안의 좌표계의 ＋Z 방향을 향하는 평측면을 상면 (5a) 이라고 하고, －Z 방향을 향하는 평측면을 하면 (5d) 이라고 한다. 또한,＋Y 방향을 향하는 평측면을 우측면 (5b) 이라고 하고, －Y 방향을 향하는 평측면을 좌측면 (5c) 이라고 한다.

냉각기 (6) 는, 절연 방열층 (12) 을 사이에 두고 코일 (5) 의 하면 (5d) 과 대향하고 있다. 바꿔 말하면, 코일 (5) 의 하면 (5d) 이 절연 방열층 (12) 을 사이에 두고 냉각기 (6) 에 열적으로 접하고 있다. 또한, 코어 (20) 의 하면이 절연 방열층 (13) 을 사이에 두고 냉각기 (6) 에 열적으로 접하고 있다. 냉각기 (6) 의 하면에는 복수의 핀 (7) 이 형성되어 있다. 도시는 생략되어 있지만, 냉각기 (6) 의 하면은 냉매 유로에 접하고 있고, 핀 (7) 은 액체 냉매에 노출된다.

절연 방열층 (12, 13) 은, 내열성과 유연성을 갖는 실리콘 고무로 만들어져 있다. 코일 (5) 과 냉각기 (6) 는 모두 금속제이기 때문에, 직접적으로 접해도 간극이 발생해 버린다. 그래서, 코일 (5) 과 냉각기 (6) 의 사이에 유연한 절연 방열층 (12) 을 끼우고, 코일 (5) 로부터 냉각기 (6) 로의 전열을 보조한다. 절연 방열층 (13) 도 동일한 목적을 갖고 있다. 단, 코일 (5) 이 발열되므로, 코일 (5) 의 하면 (5d) 으로부터 냉각기 (6) 로의 전열 효율이 코일 (5) 의 냉각 성능에 특히 영향을 미친다. 그러므로, 코일 (5) 로부터 절연 방열층 (12) 으로의 전열 효율은 높은 것이 바람직하다. 코일 (5) 로부터 절연 방열층 (12) 으로의 전열 효율을 높이는 하나의 방법은, 코일 (5) 하면 (5d) 의 평면도를 작게 하는 것이다. 하면 (5d) 의 평면도가 크면, 하면 (5d) 을 절연 방열층 (12) 에 가압했을 때, 하면 (5d) 과 냉각기 (6) 사이의 갭의 편차가 커진다. 갭의 편차가 크면, 절연 방열층 (12) 의 두께가 큰 지점이 형성되어 버린다. 절연 방열층 (12) 은 두꺼울수록 열 저항이 커지므로, 절연 방열층 (12) 의 두꺼운 지점에서는 전열 효율이 악화되어 버린다. 하면 (5d) 의 평면도가 작으면, 하면 (5d) 을 절연 방열층 (12) 에 가압했을 때, 하면 (5d) 과 냉각기 (6) 사이의 갭의 편차가 작아진다. 편차가 작으면, 절연 방열층 (12) 의 두께도 균일화되고, 하면 (5d) 의 전체로부터 절연 방열층 (12) 에 균일하게 열이 전달되어, 전열 효율이 높아진다. 또한, 제 1 측면의 코일 표면의 불균일이 작아짐으로써, 절연 방열층을 박육화할 수 있다.

평면도는, 이미 서술한 바와 같이, 최대 경사식 평면도로 평가하면 된다. 도 4 를 사용하여 코일 측면의 평면도를 구체적으로 설명한다. 도 4 는, 코일 (5) 의 일부 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도면의 상측이 코일 내측에 상당하고, 하측은 코일 외측에 상당한다. 코일 (5) 은, 평각의 권선 (4) 을 에지와이즈로 권회한 것이다. 권선 (4) 은, 내부 저항이 작아 열 전도율이 높은 구리로 만들어져 있다. 에지와이즈 감기에서는, 평각의 권선 (4) 을 강하게 절곡하게 되어, 스프링 백의 발생 등에 의해 피치마다의 권선의 위치를 맞추기 어렵다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 피치마다 권선의 반경 방향의 위치가 상이한 것도 일어날 수 있다. 도 4 에 있어서, 평면 (S1) (이상 평면 (S1)) 은, 가장 코일 내측에 위치하는 권선 (4in) 에 코일 외측에서 접하는 평면이다. 평면 (S2) (이상 평면 (S2)) 은, 가장 코일 외측에 위치하는 권선 (4out) 에 코일 외측에서 접하는 평면이다. 평면 (S1) 과 평면 (S2) 은 평행하다. 코일 (5) 의 일 측면을 구성하는 모든 권선의 코일 외측의 능선은 이상 평면 (S1, S2) 의 사이에 포함된다. 그래서, 최대 경사식 평면도의 정의에 따라 이상 평면 (S1 과 S2) 의 거리 (R) 가 코일 측면의 평면도를 표시하게 된다. 요컨대, 「코일 측면의 평면도가 작다」라 함은, 가장 코일 내측에 위치하는 권선과, 가장 코일 외측에 위치하는 권선의 각각에 코일 외측에 접하는 평면의 거리가 작은 것을 의미한다.

도 5 에, 코일 (5) 의 정면도를 나타낸다. 도 5 에서는, 코일 (5) 의 각 측면의 평면도를 모식적으로 나타내고 있다. 상면 (5a) 의 평면도 (Ra) 는, 상면 (5a) 의 가장 움푹 패인 지점에 접하는 이상 평면 (S1) 과, 이상 평면 (S1) 에 평행하고 상면 (5a) 의 가장 돌출된 지점에 접하는 이상 평면 (S2) 의 거리로 표시된다. 피치마다의 권선의 코일 반경 방향의 위치가 불규칙하기 때문에, 평면도 (Ra) 는 비교적 커진다. 코일 (5) 을 제작한 직후에는, 우측면 (5b) 의 평면도 (Rb), 좌측면 (5c) 의 평면도 (Rc), 하면 (5d) 의 평면도 (Rd) 도 평면도 (Ra) 와 거의 동일하다. 평각의 권선 (4) 은 강성이 높기 때문에, 모든 측면의 평면도를 작게 하는 데에는 한계가 있다. 모든 측면의 평면도를 작게 하면, 코일 (5) 의 각 부분에 높은 응력이 발생한다. 응력은, 스프링 백으로 되어 나타나, 일단 작게 한 평면도를 다시 확대시켜 버리기 때문이다.

그래서, 실시예의 리액터 (2) 의 코일 (5) 에서는, 절연 방열층 (12) 에 대향하는 하면 (5d) 의 평면도 (Rd) 를 작게 하고, 그 대신에 다른 평측면 (상면 (5a), 우측면 (5b), 좌측면 (5c)) 에 대해서는 비교적 큰 평면도를 허용한다. 바꿔 말하면, 절연 방열층 (12) 에 접하는 하면 (5d) 의 평면도 (Rd) 를, 다른 측면의 평면도 (Ra, Rb, Rc) 보다 작게 한다. 그 결과, 코일 (5) 에 발생하는 응력이 작아져, 스프링 백도 작아진다. 따라서 하면 (5d) 의 작은 평면도를 유지할 수 있게 되어, 하면 (5d) 으로부터 절연 방열층 (12) 으로의 전열 효율이 높아진다.

도 6 에, 도 3 의 VI-VI 선을 따른 단면도의 일부를 나타낸다. 도 6 의 단면은, 코일 (5) 의 축선 (Ca) (도 3 참조) 을 포함하는 평면에서 코일 (5) 을 커트한 단면에 상당한다. 축선 (Ca) 은, 도면 안의 좌표계의 X 축에 평행하게 연장되어 있다. 도 6 은, 코일 (5) 의 하면 (5d) 을 구성하는 부위의 부분 단면도이다. 또한, 도 6 은, 코일 (5) 의 축선 (Ca) 방향의 일부만을 나타내고 있다. 코일 (5) 의 권선 (4) 은, 이웃하는 피치의 권선 (4) 과의 단락을 방지하기 위해 절연막 (41) 으로 피복되어 있다. 도 6 에서는, 가장 우측의 권선에만 부호 4 (권선 (4)) 와 부호 41 (절연막 (41)) 을 붙이고, 나머지 권선에는 부호는 생략하였다. 절연막 (41) 은, 전형적으로는 에나멜 피막이다.

권선 (4) 은 구리 등의 열 전도율이 높은 금속으로 만들어져 있고, 절연막 (41) 은 구리 등의 금속보다 열 전도율이 높지 않다. 실시예의 리액터 (2) 에서는, 코일 (5) 로부터 절연 방열층 (12) 으로의 전열 효율을 높이기 위해, 권선 (4) 의 절연 방열층 (12) 에 접하고 있는 부위의 절연막이 제거되어 있다. 앞서 서술한 바와 같이, 절연막이 제거되어 있는 면을 노출면 (4a) 이라고 한다. 권선 (4) 의 노출면 (4a) 의 집합이 코일 (5) 의 하면 (5d) 을 구성한다. 바꿔 말하면, 권선 (4) 의 노출면 (4a) 은, 코일 (5) 의 하면 (5d) 에 대응되는 면이다. 도 6 에서는, 일부의 외측면에만 부호 4a 를 붙이고 있다. 후술하는 바와 같이 절연 피막은 연마에 의해 제거된다. 연마에 의해 권선 (4) 의 일부도 평탄화된다. 그러므로, 노출면 (4a) 은 평탄해진다. 권선 (4) 의 하면 (5d) 에 상당하는 면의 절연막 (41) 이 제거되어 있음으로써, 구리의 권선 (4) 이 직접적으로 절연 방열층 (12) 에 접한다. 그러므로, 권선 (4) (코일 (5)) 으로부터 절연 방열층 (12) 으로의 전열 효율이 높아진다.

실시예의 리액터 (2) 에서는, 다음과 같은 두 가지점의 특징이 코일 (5) 로부터 절연 방열층 (12) 으로의 전열 효율 향상에 기여하고 있다. (1) 코일 (5) 의 절연 방열층 (12) 에 접하고 있는 하면 (5d) 의 평면도 (Rd) 가 작다. (2) 하면 (5d) 에서 권선 (4) 의 절연막 (41) 이 제거되어 있다.

또, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 1 개의 노출면 (4a) 과 그 이웃하는 피치의 노출면 (4a) 은, 갭 (Gh) 으로 사이가 떨어져 있고 단락되지 않는다. 갭 (Gh) 은, 대체로 절연막 (41) 두께의 2 배보다 약간 크다.

(제 1 변형예)

도 7 에, 제 1 변형예의 리액터 (2a) 의 코일 단면도를 나타낸다. 도 7 의 단면은, 도 6 의 단면에 대응된다. 즉, 도 7 은, 절연 방열층 (12) 에 접하고 있는 부분을 코일의 축선을 포함하는 평면에서 커트한 권선 (104) 의 단면 형상을 나타내고 있다. 권선 (104) 은, 평각선으로, 에지와이즈로 권회되어 있다.

코일 (5) 을 구성하는 권선 (104) 은, 절연 방열층 (12) 에 접하고 있는 코일 (5) 의 하면 (5d) 에서 절연막 (41) 이 제거되어 있다. 절연막 (41) 이 제거되어 있는 면을 노출면 (104a) 이라고 한다. 또한, 권선 (104) 은, 절연 방열층 (12) 에 접하고 있는 부분을 코일 (5) 의 축선을 포함하는 평면에서 커트한 단면 형상이, 코일 외측을 향해 끝이 가늘어진다. 바꿔 말하면, 절연 방열층 (12) 에 접하고 있는 부분을 코일의 축선을 포함하는 평면에서 커트한 단면 형상이, 코일 (5) 의 외측에서 인접하는 권선과 간극을 갖고 있다. 권선 (104) 의 단면이 코일 외측을 향해 끝이 가늘어짐으로써, 피치 방향에서 서로 이웃하는 노출면 (104a) 사이의 거리 (갭 (Gh)) 가 실시예의 경우와 비교해서 길어진다. 갭 (Gh) 이 길어짐으로써, 서로 이웃하는 노출면 (104a) 끼리의 단락을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

절연 방열층 (12) 은, 권선 (4) 의 노출된 금속을 냉각기 (6) 로부터 절연한다. 도 4 에 나타내 있는 바와 같이, 코일 (5) 측면의 평면도가 크면, 냉각기 (6) 에 가장 가까운 권선 (4out) 과 냉각기 (6) 로부터 가장 먼 권선 (4in) 의 차이가 커진다. 냉각기 (6) 에 가장 가까운 권선 (4out) 과 냉각기 (6) 로부터 가장 먼 권선 (4in) 의 차이가 크면, 모든 권선에 접하기 위해서 절연 방열층 (12) 의 두께를 크게 해야 한다. 절연 방열층 (12) 의 두께가 크면, 전열 효율이 저하될 뿐만 아니라, 절연 방열층 (12) 의 내부에 균열이 잘 발생하게 된다. 균열이 발생하면 균열에 공기가 들어가 전열 효율을 더 저하시킨다. 절연 방열층 (12) 은, 코일 (5) 과 냉각기 (6) 의 사이에서 가압한 상태로 유지된다. 그러므로, 장기간에 걸쳐 사용되면, 시간 경과에 따른 열화에 의해 절연 방열층 (12) 에 균열이 발생할 수 있다. 코일 (5) 은, 발열에 의한 온도 상승과, 냉각에 의한 온도 강하를 반복시킨다. 이 열 사이클도, 절연 방열층 (12) 의 시간 경과에 따른 열화를 촉진시킨다. 절연 방열층 (12) 의 두께가 클수록 균열 발생의 가능성이 높아진다. 실시예의 리액터 (2) 에서는, 절연 방열층 (12) 을 얇게 할 수 있으므로, 균열 발생의 가능성을 낮출 수 있다.

(제 2 변형예)

도 8 에, 제 2 변형예의 리액터 (2b) 의 코일 단면도를 나타낸다. 도 8 의 단면은, 도 6 의 단면에 대응된다. 즉, 도 8 은, 절연 방열층 (12) 에 접하고 있는 부분을 코일의 축선을 포함하는 평면에서 커트한 권선 (204) 의 단면 형상을 나타내고 있다. 권선 (204) 은, 평각선으로, 에지와이즈로 권회되어 있다.

권선 (204) 은, 코일 내측에서의 두께 (Wa) 가 코일 외측에서의 두께 (Wb) 보다 크다. 여기서, 권선 (204) 의 두께란, 코일 축선 방향 (도면 안의 X 방향) 에 있어서의 권선 (204) 의 도체 부분의 폭을 의미한다. 제 2 변형예의 경우, 절연 방열층 (12) 에 접하고 있는 코일 외측의 부분에서는 절연막 (41) 의 두께가 크고, 절연 방열층 (12) 에 접하지 않는 코일 내측의 부분에서는 절연막 (41) 의 두께가 얇다. 권선 (204) 의 폭과 절연막 (41) 의 두께를 상기와 같이 코일 반경 방향의 위치에 따라 변경함으로써, 권선 (204) 의 1 개의 노출면 (204a) 과 피치 방향에서 서로 이웃하는 노출면 (204a) 의 사이에 큰 갭 (Gh) 을 확보할 수 있다. 큰 갭 (Gh) 은, 서로 이웃하는 노출면 (204a) 끼리의 단락을 보다 확실하게 방지한다.

(제 3 변형예)

도 9 에, 제 3 변형예의 리액터 (2c) 의 단면도를 나타낸다. 도 9 의 단면도는, 도 3 의 단면도에 대응된다. 제 3 변형예의 리액터 (2c) 의 권선 (304) 도, 평각선으로, 에지와이즈로 권회되어 있다. 권선 (304) 은, 코일 (5) 의 축선 (Ca) 방향에서 볼 때, 하면 (5d) 에 인접하는 코일 모서리부의 코일 내주측의 두께가 코일 외주측의 두께보다 커져 있다. 도 9 에 있어서 파선 Ar 이 나타내는 범위 (영역 (Ar)) 가, 하면 (5d) 에 인접하는 코일 모서리부의 코일 내주측의 영역을 나타내고 있다. 영역 (Ar) 의 두께가 큰 것이어도, 권선 (304) 의 코일 하면 (5d) 에 상당하는 서로 이웃하는 노출면 사이의 갭을 크게 할 수 있다. 피치 방향에서 서로 이웃하는 노출면 사이의 갭을 크게 함으로써, 그것들 사이의 단락을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

코일 (5) 은, 평각의 권선 (304) 을 사각기둥 형상으로 에지와이즈로 권회한 것이다. 평각의 권선 (304) 을 사각기둥 형상으로 권회하는 경우, 사각기둥의 모서리부 내측에 지그를 대고 권선 (304) 을 구부린다. 권선 (304) 을 지그에 강하게 누르면서 구부림으로써, 영역 (Ar) 의 부분을 소성 변형시켜, 권선 (304) 의 도체 부분의 두께를 크게 할 수 있다.

(제 4 변형예)

도 10 에, 제 4 변형예의 리액터 (2d) 의 코일 단면도를 나타낸다. 도 10 의 단면은, 도 6 의 단면에 대응된다. 즉, 도 10 은, 절연 방열층 (12) 에 접하고 있는 부분을 코일의 축선을 포함하는 평면에서 커트한 권선 (404) 의 단면 형상을 나타내고 있다.

권선 (404) 은, 노출면 (404a) 에 슬릿 (405) 을 구비하고 있다. 슬릿 (405) 은, 코일 (5) 의 노출면 (404a) 으로부터 코일 내측을 향해 형성된다. 슬릿 (405) 은, 코일 (5) 의 각각의 권선 (404) 의 연신 방향을 따라 연신되어 있다. 슬릿 (405) 은, 열 팽창에 의해 권선 (404) 이 이웃하는 권선 (404) 에 가까워지는 것을 방지한다. 노출면 (404a) 에서는 도체가 노출되어 있다. 슬릿 (405) 은, 서로 이웃하는 노출면 (404a) 끼리의 단락 방지에 기여한다. 또, 슬릿 (405) 의 형상에 제한은 없다. 예를 들어, 권선의 연장 형성 방향에 대하여 경사진 복수의 짧은 슬릿이 형성되어도 된다.

(제 5 변형예)

도 11 에, 제 5 변형예의 리액터 (2e) 의 코일 단면도를 나타낸다. 도 11 의 단면은, 도 6 의 단면을 더 확대한 단면에 대응된다. 즉, 도 11 은, 절연 방열층 (12) 에 접하고 있는 부분을 코일의 축선을 포함하는 평면에서 커트한 권선 (504) 의 단면 형상을 나타내고 있다. 제 5 변형예의 리액터 (2e) 에서는, 권선 (504) 의 절연 방열층 (12) 에 접하고 있는 부분에 있어서 피치 방향 (도면 안의 X 방향) 에서 서로 이웃하는 권선의 사이에 절연 물질 (506) 이 충전되어 있다. 권선 (504) 의 노출면 (504a) 의 부근에서 도전성의 먼지 등이 끼이면 피치 방향에서 서로 이웃하는 노출면 (504a) 이 단락되어 버릴 우려가 있다. 서로 이웃하는 권선 (504) 의 사이에 절연 물질 (506) 을 충전시킴으로써, 도전성의 먼지가 끼이는 것을 방지할 수 있다.

(제 6 변형예)

도 12 에, 제 6 변형예의 리액터 (2f) 의 코일 단면도를 나타낸다. 도 12 의 단면도는, 도 11 의 단면도에 대응된다. 제 6 변형예의 리액터 (2f) 에서는, 절연 방열층 (12) 이 2 층 (절연성 세라믹판 (121) 과 실리콘 시트 (122)) 으로 구성되어 있다. 절연성 세라믹판 (121) 은, 권선 (504) 의 노출면 (504a) 측에 배치되어 있고, 실리콘 시트 (122) 는 냉각기 (6) 측에 배치되어 있다. 절연성 세라믹판 (121) 은, 코일 (5) (권선 (504) 의 노출면 (504a)) 에 접하고 있다.

냉각기 (6) 는 도전성 알루미늄으로 만들어져 있다. 도전성 냉각기 (6) 와 코일 (5) 의 사이에 작은 기포 (마이크로 보이드) 가 존재하면, 코로나 방전이 발생할 우려가 있다. 코로나 방전은 수지나 절연막의 탄화를 발생시킨다. 탄화된 수지나 절연막은 도전성을 갖게 되므로, 피치 방향에서 서로 이웃하는 노출면 (504a) 이 단락되어 버릴 우려가 있다. 절연 방열층 (12) 이 코일 (5) 에 접하는 절연성 세라믹판 (121) 을 포함하고 있음으로써, 서로 이웃하는 노출면 (504a) 의 부근에서 탄화가 발생하는 일이 없어, 신뢰성이 향상된다. 또한, 절연성 세라믹판 (121) 에는, 열 전도율이 높은 것이 선택된다. 그러한 절연성 세라믹판 (121) 을 채용함으로써, 코일 (5) 로부터 냉각기 (6) 로의 전열 효율을 높이는 효과도 기대할 수 있다.

도 12 에서는, 절연성 세라믹판 (121) 은, 권선 (504) 의 노출면 (504a) 에 직접적으로 접하고 있다. 절연성 세라믹판 (121) 은, 실리콘 시트 (122) 의 내부에 매설되어도 된다. 요컨대, 절연성 세라믹판 (121) 은, 노출면 (504a) 에 접하고 있을 필요는 없다.

다음으로, 도 13 ∼ 도 15 를 참조하면서 리액터의 제조 방법을 설명한다.

먼저, 평각의 권선 (4) 을, 4 개의 평측면 (상면 (5a), 하면 (5d), 우측면 (5b), 좌측면 (5c)) 을 갖는 각기둥 형상이 되도록 권회하여, 코일 (5) 을 제작한다. 평각의 권선 (4) 은, 에지와이즈로 권회된다. 권선 (4) 은 전체 둘레가 절연막으로 피복되어 있다. 절연막의 일부는 이후에 제거된다. 즉, 권회 공정에서는, 절연막을 제거하기 전의 권선 (4) 이, 적어도 1 개의 평측면을 갖는 코일 (5) 이 되도록 권회된다.

완성된 코일 (5) 은, 코어 (20) 에 삽입 통과된다 (도 13). 코어 (20) 는, 복수 개의 코어 블록으로 분할되어 있고, 중앙의 기둥 형상의 코어 블록에 코일 (5) 이 삽입 통과된 후, 다른 부위의 코어 블록이 접합되어, 코어 (20) 가 완성된다.

다음으로, 코어 (20) 와 코일 (5) 을 덮는 수지 커버 (3) 를 몰드 성형으로 제조한다 (도 14). 이 때, 코어 (20) 의 하면과 코일 (5) 의 하면 (5d) 은 노출된다. 이후에, 코어 (20) 와 코일 (5) 의 노출 부분에 절연 방열층 (12, 13) 이 장착되고, 추가로 냉각기 (6) 가 장착된다.

다음으로, 코일 (5) 의 노출되어 있는 하면 (5d) 에 경질의 절연 물질 (506) 을 도포한다. 절연 물질 (506) 이 경화된 후, 하면 (5d) 을 연마한다 (도 15 ). 절연 물질 (506) 은, 코일 (5) 의 하면 (5d) 에 있어서, 피치 방향에서 서로 이웃하는 권선 (4) 의 사이에 충전된다. 절연 물질 (506) 은, 권선 (4) 을 피복하고 있는 절연막보다 경질이다. 또, 절연 물질 (506) 을 도포하는 공정은, 전술한 제 5 변형예에 필요한 공정이며, 반드시 필요한 공정은 아니다. 그리고, 하면 (5d) 의 평면도가 기타 측면 (상면 (5a), 우측면 (5b), 좌측면 (5c)) 의 평면도보다 작아지도록 하면 (5d) 을 연마하여 절연막을 제거한다. 이 때, 하면 (5d) 이외의 측면 (상면 (5a), 우측면 (5b), 좌측면 (5c)) 은 구속되지 않고, 평면도가 커지는 것을 허용한다. 그렇게 함으로써, 코일 (5) 의 각 부분에 발생하는 응력을 완화시킨다.

절연 물질 (506) 은, 연마 찌꺼기가 권선의 사이에 남지 않도록 권선의 사이를 메우고 있다. 또한, 도 15 에 나타내는 바와 같이, 절연 물질 (506) 은, 코일 (5) 의 하면 (5d) 에 인접하는 모서리부도 덮고 있다. 권선 (4) 을 피복하고 있는 절연막 (41) 은 부드러워, 그라인더 (30) 가 코일 (5) 로부터 멀어질 때에 그라인더 (30) 의 연마면에 점착되어 버릴 우려가 있다. 도 15 의 굵은선 화살표는, 그라인더 (30) 의 이동 방향을 나타내고 있다. 도 15 에 있어서, 하면 (5d) 을 연마한 그라인더 (30) 는, 코일 (5) 의 오른쪽 아래의 모서리부로부터 멀어져 간다. 코일 (5) 의 하면 (5d) 에 인접하는 모서리부 (특히 그라인더 (30) 가 멀어져 가는 모서리부) 를 경질의 절연 물질 (506) 로 덮음으로써, 절연막 (41) 이 그라인더 (30) 의 연마면에 점착되어 버리는 것을 방지할 수 있다.

마지막으로, 절연막이 제거된 코일 (5) 의 하면 (5d) 에 절연 방열층 (12) 을 첩착 (貼着) 시키고, 코어 (20) 의 하면에 절연 방열층 (13) 을 첩착시키고, 절연 방열층의 반대측에 냉각기 (6) 를 장착시킨다. 또, 절연 방열층 (12, 13) 은, 초기 상태에서는 액상으로, 코어 (20) 의 하면과 코일 (5) 의 하면 (5d) 에 도포된다. 액상 절연 방열층 (12, 13) 이 경화되기 전에 냉각기가 장착된다. 액상 절연 방열층 (12, 13) 이 경화되면, 절연 방열층 (12, 13) 을 개재하여 코일 (5) 의 하면 (5d) (및 코어 (20) 의 하면) 과 냉각기 (6) 가 밀착된다. 즉, 절연 방열층 (12, 13) 은, 코일 (5) (코어 (20)) 과 냉각기 (6) 를 밀착시키는 접착제 역할을 한다.

실시예에서 설명한 기술에 관한 유의점을 서술한다. 실시예와 그 변형예에서는, 사각기둥 형상의 코일의 하면 (5d) 이 냉각기 (6) 에 대향하고, 기타 측면 (상면 (5a), 우측면 (5b), 좌측면 (5c)) 은 냉각기 (6) 에 대향하지 않는다. 냉각기 (6) 에 대향하는 하면 (5d) 이 제 1 측면의 일례이고, 그 밖의 측면 (상면 (5a), 우측면 (5b), 좌측면 (5c)) 이 제 2 측면의 일례이다.

절연 방열층을 개재하여 냉각기와 대향하는 코일의 평측면은 2 면 이상이어도 된다. 각각의 평측면에 절연 방열층이 첩부된다. 냉각기에 대향하는 복수의 평측면이 제 1 측면의 일례이고, 냉각기에 대향하지 않는 측면이 제 2 측면의 일례이다. 그 경우에도, 복수의 제 1 측면의 평면도가, 냉각기에 대향하지 않는 제 2 측면의 평면도보다 작다.

실시예의 코일은 4 개의 평측면을 갖고 있다. 본 발명의 리액터는, 2 개 이상의 평측면을 갖고 있어도 되고, 유일한 평측면을 갖는 것이어도 된다. 예를 들어, 리액터의 코일은 1 개의 평측면과, 평측면의 양단에 접속되는 1 개의 곡면을 갖고 있어도 된다.

절연 방열층 (12) 에는, 전열 효율 향상을 위해서 금속 필러를 혼재시키는 경우가 있다. 금속 필러는 크랙 (기포) 을 잘 발생시키게 한다. 절연 방열층 (12) 을 얇게 할 수 있는 실시예의 기술은, 금속 필러가 혼재된 절연 방열층 (12) 을 구비하는 리액터에 대하여 특히 유효하다.

리액터의 조립 공정에 있어서 절연 방열층 (12) 과 냉각기 (6) 의 사이에 공기를 말려 들지 않게 절연 방열층 (12) 은, 둥글려진 상태에서 전개되면서 냉각기 (6) 에 첩부된다. 절연 방열층 (12) 의 두께가 크면, 굽힘 강성이 높아져, 둥글려졌을 때에 균열이 잘 발생하게 된다. 실시예에서 설명한 기술은, 절연 방열층의 두께를 얇게 할 수 있어, 절연 방열층을 둥글렸을 때에도 균열이 잘 발생하지 않게 된다.

실시예에서 설명한 제조 방법에서는, 연마에 의해 절연막을 제거함과 동시에 코일 측면의 평면도를 향상시킨다. 절연막은, 레이저 혹은 용매의 도포에 의해서도 제거할 수 있다. 그러나, 레이저 혹은 용매의 도포로는, 코일 측면의 평면도는 반드시 향상되지 않는다.

이상, 본 발명의 구체예를 상세하게 설명했는데, 이것들은 예시에 불과하고, 특허 청구 범위를 한정하는 것은 아니다. 특허 청구 범위에 기재된 기술에는, 이상에 예시된 구체예를 여러 가지로 변형, 변경한 것이 포함된다. 본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는, 단독으로 혹은 각종 조합에 의해 기술적 유용성을 발휘하는 것으로, 출원시 청구항에 기재된 조합에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서 또는 도면에 예시된 기술은 복수 목적을 동시에 달성할 수 있는 것으로, 그 중 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 갖는 것이다.

Claims

리액터 (2) 로서,
절연막 (41) 으로 피복되어 있는 권선 (4) 이 권회된 코일 (5) 로서, 제 1 측면과, 상기 제 1 측면 이외의 제 2 측면을 갖고 있는 코일 (5) ;
상기 제 1 측면에 대향하고 있는 냉각기 (6) ; 및
상기 제 1 측면과 상기 냉각기 (6) 의 사이에 끼여 있는 절연 방열층 (12) 을 구비하고,
상기 제 1 측면에 있어서, 상기 권선 (4) 은, 절연막 (41) 으로 피복되어 있지 않고,
상기 제 2 측면에 있어서, 상기 권선 (4) 은 상기 절연막 (41) 으로 피복되어 있고,
상기 제 1 측면의 평면도가, 상기 제 2 측면의 평면도보다 작은, 리액터 (2).
제 1 항에 있어서,
상기 코일 (5) 은 평각의 상기 권선 (4) 을 에지와이즈로 권회한 것이고,
상기 절연 방열층 (12) 에 접하고 있는 부분을 상기 코일 (5) 의 축선을 포함하는 평면에서 커트한 상기 코일 (5) 의 단면 형상의 외측에 있어서, 인접하는 상기 권선 (4) 의 부분 사이에 간극이 형성되어 있는, 리액터 (2).
제 1 항에 있어서,
상기 코일 (5) 은 평각의 상기 권선 (4) 을 에지와이즈로 권회한 것이고,
상기 권선 (4) 은, 상기 절연 방열층 (12) 에 접하고 있는 부분의 코일 (5) 내측에서의 두께가 코일 (5) 외측에서의 두께보다 큰, 리액터 (2).
제 1 항에 있어서,
상기 코일 (5) 은 평각의 상기 권선 (4) 을 에지와이즈로 권회한 것이고,
상기 코일 (5) 의 축선 방향에서 볼 때 상기 제 1 측면에 인접하는 코일 (5) 모서리부에 있어서의 상기 권선 (4) 의 코일 (5) 내주측의 두께가 코일 (5) 외주측의 두께보다 큰, 리액터 (2).
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 권선 (4) 의 상기 절연 방열층 (12) 에 접하고 있는 부분에 있어서 피치 방향에서 서로 이웃하는 상기 권선 (4) 의 사이에 절연 물질 (506) 이 충전되어 있는, 리액터 (2).
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각기 (6) 의 상기 절연 방열층 (12) 과 접하고 있는 면이 도전성을 갖고 있고, 상기 절연 방열층 (12) 은 세라믹판 (121) 을 포함하고 있는, 리액터 (2).
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 권선 (4) 의 상기 절연막 (41) 으로 덮여 있지 않은 면에 슬릿 (405) 이 형성되어 있는, 리액터 (2).
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연 방열층 (12) 이, 실리콘과 세라믹판 (121) 으로 구성되어 있는, 리액터 (2).
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 리액터 (2) 의 제조 방법으로서,
상기 절연막 (41) 을 제거하기 전의 상기 권선 (4) 을, 상기 제 1 측면을 갖는 상기 코일 (5) 이 되도록 권회하는 것 ; 및
상기 제 1 측면의 평면도가 상기 제 2 측면보다 작아지도록 상기 제 1 측면을 연마하여 상기 절연막 (41) 을 제거하는 것을 포함하는, 리액터 (2) 의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 측면을 연마하여 상기 절연막 (41) 을 제거하기에 앞서 피치 방향에서 인접하는 상기 권선 (4) 의 사이에 절연 물질 (506) 을 충전시키는 것을 포함하는, 리액터 (2) 의 제조 방법.