근접 효과 (Proximity Effect)
쉽게 풀면
혼잡한 도로에서 옆 차선의 차들이 서로의 주행을 방해하듯이, 나란히 놓인 두 개의 도선에 교류 전류가 흐르면 서로가 만든 자기장이 상대 도선 속 전류의 흐름 방식에 영향을 줍니다. 그 결과 전류가 도체 단면 전체에 고르게 퍼지지 못하고 특정 방향으로 몰리게 되는데, 이를 근접 효과라고 합니다. 표피 효과와 비슷하지만, 표피 효과는 도체 하나만 있어도 생기는 반면 근접 효과는 옆에 다른 도체가 있어야 생긴다는 점이 다릅니다.
왜 중요한가
근접 효과는 변압기나 인덕터의 권선처럼 도선이 여러 겹으로 촘촘히 배치되는 구조에서 교류 저항과 손실을 크게 증가시킬 수 있어, 고주파 자성부품 설계에서 반드시 고려해야 하는 요소입니다. 여러 층으로 감긴 권선에서는 층을 지날수록 기자력이 누적되어 1·2차 권선 경계에 가까운 층일수록 자기장이 강해지고 손실이 층 수의 제곱에 가깝게 커지는데(Dowell 해석), 1·2차 권선을 번갈아 감는 인터리빙으로 누적 기자력을 낮추는 방법이 함께 검토됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
권선 층수가 늘어날수록 인접 도선 간 자기장 상호작용이 커져 손실이 증가하는 현상을 설명합니다.
도선 배치를 조정해 인접 전류 간 상호작용을 줄이는 설계 접근을 보여줍니다.
조금 더 깊게 보면
근접 효과는 특히 변압기나 인덕터의 다층 권선에서 두드러지며, 층수가 증가할수록 손실이 커지는 경향이 있습니다. 이를 완화하기 위해 권선의 두께를 표피 깊이 이하로 얇게 만들거나, 리츠선을 사용하거나, 권선 배치를 인터리빙하는 방법이 활용됩니다. 표피 효과와 근접 효과는 함께 발생하는 경우가 많아 고주파 자성부품 설계에서는 두 효과를 동시에 고려한 손실 해석이 이루어집니다. 인접한 도체에 흐르는 전류가 만드는 자기장이 이웃 도체 내부에 와전류를 유도해 전류 분포를 한쪽으로 치우치게 만드는 현상으로, 표피효과와 달리 도체 자신이 아니라 주변 도체의 전류 배치에 의해 발생한다는 점이 다릅니다.
주의할 점
근접 효과는 도체가 단독으로 있을 때는 나타나지 않으며, 다른 도체와의 배치 및 간격에 따라 정도가 크게 달라지므로 표피 효과와 혼동하지 않아야 합니다. 변압기나 인덕터의 권선을 여러 층으로 감을 때 특히 두드러져, 층 사이 간격과 배치 순서를 조정하거나 리츠선을 사용해 근접효과에 의한 교류저항 증가를 억제합니다.