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KR101938480B1 - 강자성체 자로형 리액터 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

강자성체 자로형 리액터 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR101938480B1
KR101938480B1 KR1020170072662A KR20170072662A KR101938480B1 KR 101938480 B1 KR101938480 B1 KR 101938480B1 KR 1020170072662 A KR1020170072662 A KR 1020170072662A KR 20170072662 A KR20170072662 A KR 20170072662A KR 101938480 B1 KR101938480 B1 KR 101938480B1
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주진홍
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두산중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 리액터(Reactor)에 대하여, 코일을 권선하지 않고, 판상형 소재를 하나 이상 여러 개를 전기적으로 적층하여 권선을 이루도록 하고, 하나 이상의 판상형 소재가 적층된 구조의 빈 공간에 강자성체를 삽입하고, 상기 강자성체를 연장하여 적층된 구조를 둘러 감싸서 자로를 형성하도록 함으로써 기존의 코일 구조 대비 점적률(Window Factor Rate)을 향상시켜 단위 면적당 기자력(Magneto-Motive Force)을 높일 수 있도록 하는, 강자성체 자로형 리액터 장치 및 그 제조 방법이 개시된다.
개시된 강자성체 자로형 리액터 장치는, 하나 이상의 판상형 소재가 적층되는 권선부; 및 상기 하나 이상의 판상형 소재가 적층된 구조의 빈 공간에 강자성체를 삽입하고, 상기 강자성체를 연장하여 적층된 구조를 둘러 감싸서 자로를 형성하는 강자로부를 포함한 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 의하면, 기존의 코일 구조 대비 점적률을 향상시켜 단위 면적당 기자력(MMF)을 높일 수 있다.

Description

강자성체 자로형 리액터 장치 및 그 제조 방법{Flat laminating type reactor apparatus, and manufacturing method thereof}
본 발명은 강자성체 자로형 리액터 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 리액터(Reactor)에 대하여, 코일을 권선하지 않고, 판상형 소재를 하나 이상 여러 개를 전기적으로 적층하여 권선을 이루도록 하고, 하나 이상의 판상형 소재가 적층된 구조의 빈 공간에 강자성체를 삽입하고, 이러한 강자성체를 연장하여 적층 구조를 둘러 감싸서 자로를 형성하도록 함으로써 기존의 코일 구조 대비 점적률(Window Factor Rate)을 향상시켜 단위 면적당 기자력(Magneto-Motive Force)을 높일 수 있도록 하는, 강자성체 자로형 리액터 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 리액터 장치는 전자기(電磁氣) 에너지의 축적에 의해 교류전류 또는 전류의 급격한 변화에 대해서 큰 유도성인 리액턴스를 나타내는 전기기기로서, 흔히 철심(鐵心)에 코일을 감은 것이 사용된다.
또한, 리액터는, 송전계통(送電系統)에 병렬로 설치하여 지상전류(遲相電流)를 공급하는 분로(分路) 리액터, 단락고장(短絡故障)에 대비해서 고장전류를 제한하려는 목적으로 쓰이는 한류(限流) 리액터, 송전선의 일선(一線) 접지사고 때에 접지 아크를 자연적으로 소멸시키는 소호(消弧) 리액터 등이 있다.
기존의 전기기기에서 출력을 향상시킬 수 있는 방안 중 단위 면적당 기자력을 높이는 방법이 있지만, 기존 코일 구조에서 환동 동선 사용시 약 37%, 편각 동선 사용시 약 66%의 한계를 가진다.
또한, 코일 권선 시의 코일 소선 간의 절연을 위해서는 일반적으로 에나멜로 코팅된 도선을 사용하거나, 에나멜 몰딩 혹은 함침과 같은 방법이 적용되고 있다.
그런데, 이러한 코일 권선의 리액터 장치는 공기의 절연파괴 전압(Disruptive Critical Voltage Gradient)이 DC 상태에서 30kV/cm이고, AC(실효치) 상태에서는 21kV/cm이며, 공기층 형상 유지가 되지 않으면 단락이 발생할 가능성 있다.
그리고, 진공함침 적용시, 모세관 현상으로 에폭시 등의 함침재가 턴간 틈새까지 스며 들게 되어 절연층 형성으로 코일이 되지 않는 단점이 존재한다.
한국 등록특허공보 제10-0658361호(등록일 : 2006년12월11일)
전술한 단점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 리액터(Reactor)에 대하여, 코일을 권선하지 않고, 판상형 소재를 하나 이상 여러 개를 전기적으로 적층하여 권선을 이루도록 하고, 하나 이상의 판상형 소재가 적층된 구조의 빈 공간에 강자성체를 삽입하고, 이러한 강자성체를 연장하여 적층 구조를 둘러 감싸서 자로를 형성하도록 함으로써 기존의 코일 구조 대비 점적률(Window Factor Rate)을 향상시켜 단위 면적당 기자력(Magneto-Motive Force)을 높일 수 있도록 하는, 강자성체 자로형 리액터 장치 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치는, 하나 이상의 판상형 소재가 각각의 접속부를 통해 전기적으로 연결되어 적층된 권선부; 및 상기 권선부의 빈 공간에 강자성체를 삽입하고, 상기 강자성체를 연장하여 상기 권선부를 둘러 감싸는 자로를 형성하는 강자로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치에서, 상기 하나 이상의 판상형 소재는, 전도성 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치에서, 상기 하나 이상의 판상형 소재는, 일측이 개구된 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치에서, 상기 하나 이상의 판상형 소재는, 원형 또는 타원형의 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치에서, 상기 권선부는, 상기 하나 이상의 판상형 소재가 적층된 상태에서, 상기 접속부에 의해 전기적으로 연결되고 각 판상형 소재 사이에 간격이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치에서, 상기 적층된 각 판상형 소재들이 통전되는 것을 방지하기 위해, 상기 각 판상형 소재 사이에 형성된 간격마다 절연 소재가 삽입될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치에서, 상기 절연 소재는, 폴리이미드 필름(Polyimide Film)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치에서, 상기 접속부는, 각 판상형 소재마다 요철 형태로 돌출되게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치에서, 상기 강자성체는 규소강 소재 또는 페라이트 소재를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치는, 상기 하나 이상의 판상형 소재가 적층될 때 최상단과 최하단에 압력을 가하여 각 판상형 소재들이 각각의 접속부를 통해 전기적으로 접촉되면서 적층된 상태를 고정하여 지지하는 지지부를 더 포함할 수 있다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치 제조 방법은, (a) 일측에 접속부가 돌출되게 형성된 판상형 소재가 배치되는 단계; (b) 상기 판상형 소재 상에 절연 소재가 적층되는 단계; (c) 상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계가 반복되면서 상기 판상형 소재가 하나 이상 다수 개로 전기적으로 접촉되면서 각각 적층되어 권선부를 형성하는 단계; 및 (d) 상기 권선부의 빈 공간에 강자성체를 삽입하고, 상기 강자성체를 연장하여 상기 권선부를 둘러 감싸는 자로를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치 제조 방법은, (e) 상기 권선부의 최상단과 최하단에 압력을 가하여 각 판상형 소재들이 전기적으로 접촉되면서 상기 적층된 상태를 고정하여 지지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치 제조 방법에서, 상기 하나 이상의 판상형 소재는 전도성 물질로 이루어지고, 일측이 개구된 형태를 가지며, 원형 또는 타원형의 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치 제조 방법에서, 상기 (b) 단계의 상기 절연 소재는 폴리이미드 필름(Polyimide Film)으로 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치 제조 방법에서, 상기 (c) 단계는, 상기 하나 이상의 판상형 소재가 적층된 상태에서, 일측에 돌출되게 형성된 상기 접속부를 통해 전기적으로 연결되고, 상기 접속부에 의해 각 판상형 소재들 사이에 간격이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치 제조 방법에서, 상기 (c) 단계는, 상기 적층된 판상형 소재들이 통전되는 것을 방지하기 위해, 상기 각 판상형 소재 사이에 형성된 간격마다 절연 소재가 삽입될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치 제조 방법에서, 상기 (d) 단계의 상기 강자성체는, 규소강 소재 또는 페라이트 소재로 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 양상들, 장점들 및 특징들은 다음의 섹션들: 도면의 간단한 설명, 상세한 설명 및 청구범위를 포함하는 전체 출원 명세서에 기재된 내용에 기초하여 보다 명백해질 것이다.
본 발명에 의하면, 판상형 소재를 적층하여 리액터를 구성함으로써 모터 장치나 변압기 장치 등에 적용하여, 전기 기기의 사이즈를 저감시킬 수 있다.
따라서, 판상형 소재를 적층하여 형성한 권선부를 통해 기존 코일 구조 대비 점적률을 80% 이상 높일 수 있으며, 기기의 운전 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 적층된 구조의 빈 공간에 강자성체를 삽입하고, 이를 연장하여 자로를 형성함으로써 단위 면적당 기자력을 더욱 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치의 외관 형상을 분해하여 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치에서 권선부를 측면에서 본 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치에서 일정한 두께의 접속부가 일측에 형성된 판상형 소재를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치에서 권선부를 개구 측에서 본 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치를 측면에서 본 구조를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치 제조 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용 중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치의 외관 형상을 분해하여 나타낸 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치(100)는, 일정한 두께를 갖는 판상형 소재(110)가 하나 이상 다수 개로 적층된 구조를 갖는 권선부(130)와, 하나 이상의 판상형 소재(110)가 적층될 때 형성된 빈 공간(112)에 강자성체(140)를 삽입하고, 강자성체(140)를 상, 하, 좌, 우측으로 연장하여 권선부(130)를 둘러 감싸는 자로를 형성하는 강자로부(150)를 포함한다.
이때, 권선부(130)에서, 각각의 판상형 소재(110)는 직사각형 형태에서 모서리 부분이 곡선 형태이며, 일측이 개구(112) 된 형상을 갖는다. 즉, 권선부(130)는 하나 이상의 판상형 소재(110)가 적층되어 자기력을 발생시키는 구조를 이루는 것이다. 이에 반하여, 기존의 리액터 장치는 코일이 1회 이상 다수 회로 권선되는 구조를 가진다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치(100)는 먼저 기존의 리액터 장치와 권선부(130)가 다른 구조를 갖는다.
또한, 권선부(130)에서, 하나 이상 다수 개로 적층된 판상형 소재 사이에는 절연 소재(120)가 각각 삽입되어 있다. 이때, 절연 소재(120)는 판상형 소재(110)와 함께 적층되기 위해 판상형 소재(110)와 동일한 형상을 가지며, 일측이 개구된 형상(112)을 가진다.
그리고, 하나 이상 다수 개로 적층된 판상형 소재(110)는 원형 또는 타원형으로 제작하거나, 그 외 판상형을 갖는 다른 형태로도 제작할 수 있다.
강자로부(150)는 강자성체(140)가 권선부(130)의 빈 공간(112)에 삽입되고, 강자성체(140)를 연장하여 강자성체(140)와 동일한 재질로 상부 자로(141)와 하부 자로(142), 좌측 자로(143), 우측 자로(144), 전측 자로(145) 및 후측 자로(146)를 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치에서 권선부를 측면에서 본 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 권선부(130)는, 하나 이상의 판상형 소재(110)가 적층되고, 하나 이상의 판상형 소재(110)가 적층될 때 각각의 접속부(220)를 통해 각각의 판상형 소재(110)가 전기적으로 연결되는 구조를 가질 수 있다.
여기서, 권선부(130)는, 하나 이상의 판상형 소재(110)가 적층된 상태에서, 각 접속부(220)에 따라 전기적으로 연결되면서, 각 접속부(220)의 두께(높이)에 의해 각 판상형 소재 사이에 간격이 형성될 수 있다. 이에, 권선부(130)는 각 판상형 소재(110) 사이에 형성된 간격마다 절연 소재(120)가 각각 삽입될 수 있다.
이때, 절연 소재(120)는 폴리이미드 필름(Polyimide Film)이 될 수 있으며, 절연 소재(120)의 두께(높이)는 접속부(220)의 두께(높이)와 동일하거나 그 이하로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 권선부(130)는, 하나 이상의 판상형 소재(110)가 적층될 때 최상단과 최하단에 압력을 가하여 각 판상형 소재들이 각각의 접속부(220)를 통해 전기적으로 접촉되도록 하면서 적층된 상태를 고정하여 지지하는 지지부(210)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 판상형 소재(110)는, 전기적으로 잘 통전이 되도록 구리(Cu)나 철(Fe) 등 전도성 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 판상형 소재(110)는, 도 3에 도시된 바와 같이 일측이 개구(112) 된 형태를 가질 수 있고, 원형 또는 타원형의 형태일 수 있다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치에서 일정한 두께의 접속부가 일측에 형성된 판상형 소재를 나타낸 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 일측이 개구된 판상형 소재(110)는 개구측 일측에 접속부(220)가 요철 형태로 돌출되게 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치에서 권선부를 개구 측에서 본 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 권선부(130)는 하나 이상의 판상형 소재(110)가 적층될 때, 판상형 소재(110)의 개구측(112) 일측에 요철 형태로 돌출되게 형성된 접속부(220)를 통해 각각의 판상형 소재(110)가 각각 전기적으로 연결된 구조를 가지는 것이다.
권선부(130)는, 하나 이상의 판상형 소재(110)들이 각각 적층될 때마다 각 판상형 소재(110)의 일측 개구(112)들도 연속으로 쌓이면서 상하로 빈 공간이 생기게 되며, 이러한 빈 공간으로 인해 다음 수학식1에 따라 빈 공간의 공기 중에서 자속의 누설이 크게 발생할 수 있다.
Figure 112017055190800-pat00001
수학식 1에서, B는 자속밀도를 나타내고, H는 자기장을 나타내며, μ0는 자유공간에서의 투자율(4π*10- 7)을 나타낸다. 자속밀도 B의 단위는 테슬라이고, 자기장 H의 단위는 암페어/미터이다.
따라서, 권선부(130)는 도 5에 도시된 바와 같이 빈 공간(112)에 강자성체(140)를 삽입하여, 강자성체(140)로 인해 자속의 누설이 발생되지 않도록 하는 것이다.
또한, 권선부(1300)는 도 4에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 판상형 소재(110)들이 적층되면서 일정한 두께(높이)를 갖는 접속부(220)에 의해 각 판상형 소재(110)들 사이에 일정한 간격이 형성된다. 따라서, 각 접속부(220)에 의해 형성된 각 판상형 소재(110)들 사이의 간격마다 접속부(220)의 두께보다 작은 두께를 갖는 절연소재(120)가 삽입될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치를 측면에서 본 구조를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 권선부(130)는, 하나 이상의 판상형 소재(110)가 각 접속부(220)를 통해 각각 전기적으로 연결되면서 적층될 때, 각 판상형 소재(110)의 일측 개구(112)들도 연속으로 쌓이면서 상하로 빈 공간(112)이 생기며, 강자로부(150)는 권선부(130)의 빈 공간(112)에 강자성체(140)가 삽입되고, 강자성체(140)를 연장하여 상측 자로(141), 하측 자로(142), 좌측 자로(143) 및 우측 자로(144)를 형성한다. 여기에다, 강자로부(150)는 도 1에 도시된 바와 같이 강자성체(140)를 앞측과 뒤측으로 연장한 전측 자로(145) 및 후측 자로(146)를 더 포함할 수 있다.
도 5에서, 권선부(210)는 하나 이상의 판상형 소재(110)들이 적층되면서 생성된 빈 공간(112)에 강자성체(140)가 삽입됨에 따라 다음 수학식2에 따라 자속의 누설이 1000 배 이상으로 작아지는 것을 알 수 있다.
Figure 112017055190800-pat00002
수학식 2에서, B는 자속밀도를 나타내고, H는 자기장을 나타내며, μ0는 자유공간에서의 투자율(4π*10- 7)을 나타내며, μr는 반지름이 r인 원기둥 형상의 강자성체의 투자율을 나타낸다. 자속밀도 B의 단위는 테슬라이고, 자기장 H의 단위는 암페어/미터이다.
도 5에서, 강자로부(150)는 강자성체(140)와 상측 자로(141), 하측 자로(142), 좌측 자로(143) 및 우측 자로(144)가 각각 별개의 객체로서 서로 연결(결합)되는 구조로 개시하였으나, 이에 한정되지 않고 강자성체(140)와 상측 자로(141), 하측 자로(142), 좌측 자로(143) 및 우측 자로(144)가 하나의 일체형으로 형성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치 제조 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치(100)는, 먼저 접속부(220)가 일측에 돌출되게 형성된 판상형 소재(110)가 배치된다(S610).
따라서, 판상형 소재(110) 상에 접속부(220)가 돌출되게 형성되어 있으므로, 하나 이상의 각 판상형 소재(110)가 적층될 때 각 판상형 소재(110)는 접속부(220)를 통해 전기적으로 연결되는 것이다.
이어, 판상형 소재(110) 상에 절연 소재(120)가 적층된다(S520).
즉, 판상형 소재(110)의 일측에 돌출된 접속부(220)의 두께(높이)와 동일하거나 그 이하의 두께를 갖는 절연 소재(220)가 판상형 소재(110) 상에 적층되는 것이다.
여기서, 절연 소재(220)는 폴리이미드 필름(Polyimide Film)이 될 수 있다. 폴리이미드 필름은 절연파괴 전압(Disruptive Critical Voltage Gradient)이 DC 상에서 1000kV/cm 이상이고, AC(실효치) 상에서 700kV/cm 이상이며, 공기보다 좋은 절연 특성을 가지고 있다. 또한, 폴리이미드 필름은 판상형 소재(110)가 하나 이상으로 연결되어 적층될 때마다 쌓여서 형성되는 간격에 필름 형상으로 쌓이는 형태(절연 유지 가능)를 가지며, 공기에 비해 열전도도 우수(열 전달 우수)하여, 기존 대비 강건 구조가 가능하다.
이어, 전술한 S610 단계와 S620 단계가 반복되면서, 판상형 소재(110)가 하나 이상 다수 개로 접속부(220)를 통해 전기적으로 연결되면서 각각 적층되어 권선부(210)를 형성한다(S630).
여기서, 하나 이상의 판상형 소재(110)는, 전도성 물질로 이루어지고, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 일측이 개구된 형태를 가지며, 그 형상은 원형 또는 타원형의 형태를 가질 수 있다. 또한, 하나 이상의 판상형 소재(110)는, 이 외에도 각 모서리 부분이 곡선인 직사각형 형태를 가질 수 있다.
또한, 접속부(220)가 하나 이상의 판상형 소재(110)마다 각각 요철 형태로 돌출되게 형성되므로, 하나 이상의 판상형 소재(110)가 적층될 때마다 접속부(220)에 의해 간격이 생기게 되고, 이 간격에 절연 소재(120)가 삽입되는 형태로 적층되는 것이다.
이때, 각 판상형 소재들 사이에 형성된 간격마다 삽입된 절연 소재(120)는, 각 판상형 소재들이 통전되는 것을 방지하기 위해, 공기보다 절연성이 더 나은 물질로 이루어질 수 있다.
여기서, 권선부(210)의 최상단과 최하단에 지지부(210)를 통해 압력을 가하여 각 판상형 소재들이 전기적으로 접촉되면서 적층되도록 할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 판상형 소재(110)들이 적층될 때, 덜 접촉된 각 접속부(220)가 지지부(210)를 통해 압력이 가해져서 각 판상형 소재(110)에 접촉된 상태를 유지함으로써, 각 판상형 소재(110)들이 전기적으로 잘 통전이 될 수 있게 하는 것이다.
그리고, 하나 이상의 판상형 소재(110)가 적층된 권선부(130)의 빈 공간(112)에 강자성체(140)를 삽입하고, 강자성체(140)를 연장하여 적층된 구조를 둘러 감싸서 자로를 형성한다(S640).
즉, 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치(100)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 권선부(130)에서 판상형 소재(110)가 하나 이상으로 적층될 때 형성되는 빈 공간(112)에 강자성체(140)를 삽입하고, 삽입된 강자성체(140)에 상측과 하측에 각각 상측 자로(141), 하측 자로(142)를 연결하며, 상측 자로(141)와 하측 자로(142)에 각각 좌측 자로(143) 및 우측 자로(144)를 각각 연결하여 폐회로 형태의 자로(磁路)를 형성하는 것이다. 여기서, 강자성체(140)는 원기둥 형상일 수 있으며, 빈 공간(112)의 형태에 따라 각기둥 형상으로 구현할 수도 있다.
또한, 상측 자로(141)와 하측 자로(142), 좌측 자로(143), 우측 자로(144)에 접속되는 형태로 전측 자로(145) 및 후측 자로(146)를 각각 연결할 수 있다. 따라서, 강자성체(140)를 연장하여 상측 자로(141), 하측 자로(142), 좌측 자로(143), 우측 자로(144)로 이어지는 자로를 형성함으로써 권선부(130)에 전원이 인가될 때 발생되는 자속이 자로를 따라 이동되게 하여, 자속이 누설되는 것을 방지할 수 있다.
일반적으로, 전류가 흐르는 코일 사이에 공극 영역이 있는 경우에 자속이 흩어지려는 성질이 발현되는데, 본 발명의 실시예에서는 코일 대신에 하나 이상의 판상형 소재(110)를 적층할 때 형성되는 빈 공간(112)의 공극 영역에 강자성체(140)를 채우고, 이러한 강자성체(140)를 상측과 하측, 좌측, 우측 등으로 연장하여 폐회로를 구성함으로써 강자성체에 의한 자로를 통해 자기 특성이 좋아져서 자속이 흩어지지 않게 하는 것이다. 이를 통해, 공기중으로 자속이 누설되는 것을 방지하고, 자속의 누설을 줄임에 따라 리액턴스(L)가 증가되고, 이에 따라 하나 이상의 판상형 소재(110)의 적층되는 층 수를 줄일 수 있다. 따라서, 리액터 장치의 소형화가 가능해진다.
본 발명의 실시예에 따른 강자성체 자로형 리액터 장치(100)는, 하나 이상의 판상형 소재(110)가 적층된 권선부(130)를 통해 기존의 코일 구조 대비 점적률을 향상시켜 단위 면적당 기자력(MMF)을 높일 수 있으며, 강자로부(150)를 통해 자속의 누설을 방지하게 되는 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 리액터(Reactor)에 대하여, 코일을 권선하지 않고, 판상형 소재를 하나 이상 여러 개를 전기적으로 적층하여 권선을 이루도록 하고, 하나 이상의 판상형 소재가 적층된 구조의 빈 공간에 강자성체를 삽입하고, 상기 강자성체를 연장하여 적층된 구조를 둘러 감싸서 자로를 형성하도록 함으로써 기존의 코일 구조 대비 점적률(Window Factor Rate)을 향상시켜 단위 면적당 기자력(Magneto-Motive Force)을 높일 수 있도록 하는, 강자성체 자로형 리액터 장치 및 그 제조 방법을 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 강자성체 자로형 리액터 장치 110 : 판상형 소재
112 : 개구(빈 공간) 120 : 절연 소재
130 : 권선부 140 : 강자성체
141 : 상측 자로 142 : 하측 자로
143 : 좌측 자로 144 : 우측 자로
145 : 전측 자로 146 : 후측 자로
210 : 지지부 220 : 접속부

Claims (19)

  1. 하나 이상의 판상형 소재가 각각의 접속부를 통해 전기적으로 연결되어 적층된 권선부;
    상기 권선부의 빈 공간에 강자성체를 삽입하고, 상기 강자성체를 연장하여 상기 권선부를 둘러 감싸는 자로를 형성하는 강자로부; 및
    상기 하나 이상의 판상형 소재가 적층될 때 최상단과 최하단에 압력을 가하여 각 판상형 소재들이 각각의 접속부를 통해 전기적으로 접촉되면서 적층된 상태를 고정하여 지지하는 지지부;
    를 포함하고,
    상기 접속부는, 각 판상형 소재마다 요철 형태로 돌출되게 형성되고,
    상기 권선부는, 상기 하나 이상의 판상형 소재가 적층된 상태에서, 상기 접속부에 의해 전기적으로 연결되고 각 판상형 소재 사이에 간격이 형성되고,
    상기 적층된 각 판상형 소재들이 통전되는 것을 방지하기 위해, 상기 각 판상형 소재 사이에 형성된 간격마다 절연 소재가 삽입되고,
    상기 절연 소재의 두께는 상기 접속부의 두께와 동일하게 형성되는, 강자성체 자로형 리액터 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 판상형 소재는, 전도성 물질로 이루어지는, 강자성체 자로형 리액터 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 판상형 소재는, 일측이 개구된 형태를 가지는, 강자성체 자로형 리액터 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 판상형 소재는, 원형 또는 타원형의 형태를 가지는, 강자성체 자로형 리액터 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 소재는, 폴리이미드 필름(Polyimide Film)을 포함하는, 강자성체 자로형 리액터 장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 강자성체는 규소강 소재 또는 페라이트 소재인 강자성체 자로형 리액터 장치.
  10. 삭제
  11. (a) 접속부가 일측에 돌출되게 형성된 판상형 소재가 배치되는 단계;
    (b) 상기 판상형 소재 상에 절연 소재가 적층되는 단계;
    (c) 상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계가 반복되면서 상기 판상형 소재가 하나 이상 다수 개로 전기적으로 접촉되면서 각각 적층되어 권선부를 형성하는 단계;
    (d) 상기 권선부의 빈 공간에 강자성체를 삽입하고, 상기 강자성체를 연장하여 상기 권선부를 둘러 감싸는 자로를 형성하는 단계; 및
    (e) 상기 권선부의 최상단과 최하단에 압력을 가하여 각 판상형 소재들이 전기적으로 접촉되면서 상기 적층된 상태를 고정하여 지지하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 접속부는, 각 판상형 소재마다 요철 형태로 돌출되게 형성되고,
    상기 (c) 단계는, 상기 하나 이상의 판상형 소재가 적층된 상태에서, 일측에 돌출되게 형성된 상기 접속부를 통해 전기적으로 연결되고, 상기 접속부에 의해 각 판상형 소재들 사이에 간격이 형성되고,
    상기 (c) 단계는, 상기 적층된 판상형 소재들이 통전되는 것을 방지하기 위해, 상기 각 판상형 소재 사이에 형성된 간격마다 절연 소재가 삽입되고,
    상기 절연 소재의 두께는 상기 접속부의 두께와 동일하게 형성되는, 강자성체 자로형 리액터 장치 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 판상형 소재는, 전도성 물질로 이루어지는, 강자성체 자로형 리액터 장치 제조 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 판상형 소재는, 일측이 개구된 형태를 가지는, 강자성체 자로형 리액터 장치 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 판상형 소재는, 원형 또는 타원형의 형태를 가지는, 강자성체 자로형 리액터 장치 제조 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 상기 절연 소재는 폴리이미드 필름(Polyimide Film)인, 강자성체 자로형 리액터 장치 제조 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서 상기 강자성체는, 규소강 소재 또는 페라이트 소재인 강자성체 자로형 리액터 장치 제조 방법.
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