KR100342212B1 - 역률개선 리액터용 복합금속분말 연자성 코아의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 역률개선(Power Factor Correction;PFC) 리액터에 사용되는 복합금속분말 연자성 코아의 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 직류중첩 특성이 우수함과 동시에 총저항이 낮으며, 온도 안정성이 우수하고 소음이 적은 역률개선용 리액터에 사용되는 복합금속분말 연자성 코아의 제조방법에 관한 것으로, 중량％로 40∼60％의 Ni과 잔여량의 Fe로 이루어진 퍼말로이(Permalloy) 합금 분말을 준비하고, 여기에 2∼8％의 Si과 잔여량의 Fe로 이루어진 규소강 분말을 총중량비 10∼90％ 첨가혼합하여 복합금속분말을 제조하며, 이어서 얻어진 복합금속분말을 혼합 세라믹으로 절연코팅하며, 윤활제를 첨가하여 혼합후 코아로 성형하며, 성형된 코아를 열처리하여 복합금속분말 연자성 코아를 제조한다.
본 발명에 의해 제조된 연자성 코아는 우수한 직류중첩특성을 나타내고, 총저항이 낮다. 또한, 기존의 비정질 코아에 비해 온도안정성이 우수하고, 작동소음이 적은 장점을 가진다.
Description
본 발명은 역률개선(Power Factor Correction;PFC) 리액터에 사용되는 복합금속분말 연자성 코아의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직류중첩특성이 우수함과 동시에 총저항이 낮으며, 온도 안정성이 우수하고 소음이 적은 역률개선용 리액터에 사용되는 복합금속분말 연자성 코아의 제조방법에 관한 것이다.
종래 역률개선용 리액터(Reactor)로 사용되는 연자성 코아는 규소강판을 이용하여 제조하거나 비정질(Amorphous)합금을 소재로 하여 제조하였는데, 규소강판을 이용하여 제조하는 규소강 코아의 경우, 압연을 통해 규소강판을 제조하고 이를 여러층으로 적층하고 용접하여 제조하였고, 비정질 합금을 이용한 비정질 코아의 경우 합금 용탕을 급냉법을 이용하여 박판으로 제조후 이를 여러겹으로 적층하여 환형 코아(Toroidal Core)로 만들고 에어갭(Airgap)을 형성하여 제조하였다.
역률개선용 리액터에 사용되는 코아에 요구되는 주요 특성은 우수한 직류중첩특성과 낮은 코아 손실 및 낮은 소음과 진동, 그리고 낮은 발열량 등이다.
직류중첩특성이란 전원장치에서 교류 입력을 직류로 변환하는 과정에서 발생하는 미약한 교류에 직류가 중첩된 파행에 대한 자성 코아의 특성으로서, 통상 교류에 직류가 중첩된 경우 직류 전류에 비례하여 코아의 투자율이 떨어지게 되는데, 이때, 직류를 중첩시키지 않은 상태(IDC= 0 A)의 투자율 대비 직류중첩시의 투자율로 나타낸 ％μ로써 직류중첩특성을 평가하며, 높은 값이 우수한 특성을 나타낸다.그런데 규소강판으로 제조된 코아는 상대적으로 코아손실이 매우 커서 작동시 과열되고, 고주파수에서 투자율이 크게 떨어지는 단점이 있다. 한편, 비정질 코아는 금속분말 연자성 코아에 비해 에어갭이 존재하므로 누설자속이 크고 에어갭 길이에 따라 인덕턴스의 편차가 크고, 온도 안정성이 좋지 않으며, 소음이 상대적으로 큰 단점이 있다. 또한, 높은 직류전류가 중첩되면 투자율이 크게 떨어진다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 역률개선용 리액터로 사용하던 코아 소재의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 직류중첩특성이 우수한 합금을 분말로제조하여 첨가 혼합함으로써 직류중첩특성이 우수하고 총저항이 낮으며, 기존 비정질 코아에 비해 온도 안정성이 우수하고 소음이 적은 역률개선 리액터용 복합금속분말 연자성 코아의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 코아와 종래의 비정질 코아의 직류전류에 따른 인덕턴스 변화를 보여주는 그래프,
도 2는 본 발명에 따라 제조된 코아와 종래의 비정질 코아의 직류전류에 따른 총저항의 변화를 보여주는 그래프,
도 3은 본 발명에 따라 제조된 코아와 종래의 비정질 코아의 온도에 따른 인덕턴스 변화율을 나타낸 그래프이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복합금속분말 연자성 코아의 제조방법은, 중량％로서 40∼60％의 Ni과 잔여량의 Fe로 이루어진 퍼말로이(Permalloy) 합금 분말을 준비하고, 여기에 중량％로서 2∼8％의 Si과 잔여량의 Fe로 이루어진 규소강 분말을 총중량비 10∼90％로 첨가혼합하여 복합금속분말을 제조하며, 이어서 얻어진 복합금속분말을 혼합 세라믹으로 절연코팅하며, 윤활제를 첨가하여 혼합후 코아로 성형하며, 성형된 코아를 열처리하는 것을 특징으로 하는 역률개선 리액터용 복합금속분말 연자성 코아의 제조방법을 제공한다.
이하에서는 양호한 실시예와 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에서는 먼저, 중량％로서 40∼60％의 Ni과 잔여량의 Fe로 이루어진 퍼말로이(Permalloy)합금 분말을 준비하고, 여기에 2∼8％의 Si과 잔여량의 Fe로 이루어진 규소강 분말을 총중량비 10∼90％ 첨가 혼합하여 복합금속 분말을 제조한다.
퍼말로이 합금 분말과 규소강 분말은 각각 수분사 또는 가스분사법에 의해 평균 입자크기가 -140 mesh인 크기로 제조하여 준비하는데, 입자크기는 양호한 성형밀도를 제공할 수 있는 크기이다.
퍼말로이합금 분말에 규소강 분말을 첨가하는 것은, 이 규소강 분말이 코아손실은 높은 반면 가격이 매우 저렴하고 퍼말로이에 비해 직류중첩특성이 우수한 장점이 있는 바, 본 발명의 연자성 코아에 이러한 성질을 부여하기 위함이다.
이어서, 얻어진 혼합분말에 0.5∼3.0중량％의 혼합 세라믹을 가하여 절연 코팅을 실시하는데, 혼합 세라믹은 물유리(Sodium Silicate)를 기본으로 하는 세라믹이다.
코팅이 이루어진 혼합분말은 성형 다이(Die)에서 파워 프레스(Power Press)를 사용하여 소망하는 형상의 코아로 성형하게 되는데, 이때 성형 다이와 밀집된 성형체 사이의 마찰력 및 분말 입자 사이의 마찰을 감소시키기 위하여 Zn, ZnS, 또는 아연-스테아린산(Zn-Stearate)과 같은 윤활제를 1중량％ 이하 첨가한다.
다음에, 성형된 코아에서 잔류응력과 변형(Strain)을 제거하기 위해 예비열처리된 코아를 500∼800℃의 온도에서 30∼90분 정도 수소 또는 질소 분위기에서 열처리를 실시하여 연자성 코아를 제조한다. 열처리 온도 및 시간을 상기와 같이 한정하는 것은 잔류응력을 완전히 제거하고 혼합분말의 절연층이 파괴됨이 없이 양호한 직류중첩특성을 얻기 위함이다.
이하에서는 실시예와 관련하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
실시예 1
중량％로서 Fe:50％, Ni:50％로 조성된 퍼말로이 분말(이하 HF로 표기함)을 질소분사법으로 -140 mesh 크기로 제조후 Si:6.5％, 잔부 Fe로 이루어진 규소강 분말(이하 CK로 표기함)을 수분사법으로 -140mesh 크기로 제조하여 총중량비로 표 1에 나타낸 바와 같이 각각 10％, 25％, 50％, 75％, 90％ 퍼말로이 분말에 혼합한다. 이어서 혼합 세라믹 1.0중량％로 절연코팅을 실시하고 성형윤활제로 아연-스테아린산을 첨가하여 외경 61.5㎜, 내경 32.6㎜, 높이 25.0㎜의 환형 코아를 성형하며, 질소분위기하에서 700℃에서 1시간 동안 열처리하였다.
제조된 연자성 코아의 인덕턴스, 실효투자율, 총저항 및 직류중첩특성을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
자성특성의 평가는 열처리된 코아를 플라스틱 케이스에 넣고, 직경 1.5㎜의 에나멜 동선으로 두겹으로 54회(비정질 코아의 경우 48회) 권선한 다음에 정밀 LCR 미터를 사용하여 인덕턴스(L:μH)를 측정후, 아래 수학식 1로 나타낸 환형코아(Toroidal Core)의 관계식에 의하여 투자율(μ)을 구하고 Q값(품질계수:Quality Factor)을 측정한다. 측정조건은 주파수100㎑, 교류전압 1V, 직류를 중첩시키지 않은 상태(IDC= 0A)이다.
여기에서 L은 인덕턴스(μH), μ는 코아의 투자율, N은 권선 회수, A는 코아의 종단면적(㎠), ℓ은 평균 자로의 길이(㎝)이다.
또한, 직류전류를 변화시키며 투자율의 변화를 측정하여 직류중첩특성을 검사하는데, 이때 측정조건은 주파수 1㎑, 교류전압 1V, 측정자화강도(HDC)는 190 Oe(직류전류 I=40A)이다. 도 1은 직류전류의 변화에 따른 인덕턴스 변화를 보여주는 그래프이다.
코아의 총저항은 다음의 수학식 2에 의해 계산된다.
여기에서, RT는 총저항(Ω), RDC는 직류저항, RAC는 교류저항, f는 측정주파수, L은 인덕턴스(μH), Q는 품질계수이다. 이 때, 측정조건은 주파수 25㎑, 교류전압 1V, 직류를 중첩시키지 않은 상태(IDC= 0A)이다. 도 2는 직류전류에 따른 총저항의 변화를 보여주는 그래프도이다.
측정 결과, 종래재에 비해 본 발명재의 직류중첩특성 값이 현저하게 크고, 총저항은 아주 낮은 것을 볼 수 있다. 또한, 도 1에서 보듯이 종래재는 높은 전류에서 인덕턴스가 크게 변화하므로 사용에 불안정한 점이 있다. 따라서, 종래재에 비해 본 발명재의 직류중첩특성 및 총저항값이 우수하다고 할 수 있다.
[실시예2]
중량％로서 Fe:50％, Ni:50％로 조성된 퍼말로이 분말을 질소분사법으로 -140 mesh 크기로 제조 후, 중량％로서 Si:6.5％, 잔부 Fe로 이루어진 규소강 분말을 수분사법으로 -140mesh 크기로 제조하여 총중량비로 각각 10％, 25％, 50％, 75％, 90％를 퍼말로이 분말에 혼합한다. 이어서, 혼합 세라믹 1.0중량％로 절연코팅을 실시하고, 성형윤활제로 ZnS를 첨가하여 외경 61.5㎜, 내경 32.6㎜, 높이 25.0㎜의 환형 코아를 성형하며, 질소분위기하 700℃에서 1시간 동안 열처리하였다.
제조된 연자성 코아의 소음도를 측정하고, 온도안정성을 검사하여 그 결과를 각각 표 2 및 표 3에 나타내었다.
소음 측정은 제조된 연자성 코아를 플라스틱 케이스에 넣고 직경 1.5㎜의 에나멜 동선으로 두겹으로 54회 권선후, 암소음(Ground Level)이 10dB인 장소에서 소음판에 코아를 놓고 코아로부터 상부 10㎝ 거리에 마이크로폰을 설치하여 측정한다. 측정조건은 주파수 60㎐, 교류전류 20A이다.
한편, 온도안정성에 대한 검사는 제조된 연자성 코아를 플라스틱 케이스에 넣고 직경 1.5㎜의 에나멜 동선으로 두겹으로 54회 권선후 -30∼130℃의 온도 범위에서 10℃ 간격으로 각 온도에서 1시간 동안 유지후 인덕턴스를 측정한다. 측정조건은 주파수 100㎑, 교류전압 1V, 직류를 중첩시키지 않은 상태(IDC= 0 A)이다. 측정된 결과를 표 3에 나타내었다. 도 3은 온도에 따른 인덕턴스 변화율을 나타낸 그래프이다.
소음 측정 결과, 종래재에 비해 발명재의 작동 소음이 7∼11dB 정도 낮게 측정되었다. 따라서, 본 발명재를 사용하면 기기 동작시의 소음을 줄일 수 있다.
또한, 표 3 및 도 3으로부터 온도에 따른 인덕턴스의 변화를 살펴보면 종래재의 경우 130℃ 부근에서 인덕턴스 값이 크게 떨어지는 반면 본 발명재는 인덕턴스의 변화가 아주 적은 것을 볼 수 있다. 따라서, 실제 기기에 사용될 때, 기기의 발열을 고려한다면 종래재에 비해 발명재가 안정성이 뛰어나다고 할 수 있다.
따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명에 의해 제조된 연자성 코아는 우수한 직류중첩특성을 나타내고, 총저항이 낮다. 또한, 기존의 비정질 코아에 비해 온도안정성이 우수하고 작동 소음이 적은 장점을 가진다.
Claims (1)
- 중량％로 40∼60％의 Ni과 잔여량의 Fe로 이루어진 퍼말로이(Permalloy) 합금 분말을 준비하고, 여기에 중량％로서 2∼8％의 Si과 잔여량의 Fe로 이루어진 규소강 분말을 총중량비 10∼90％로 첨가혼합하여 복합금속분말을 제조하며, 이어서 얻어진 복합금속분말을 혼합 세라믹으로 절연코팅하며, 윤활제를 첨가하여 혼합후 코아로 성형하며, 성형된 코아를 열처리하는 것을 특징으로 하는 역률개선 리액터용 복합금속분말 연자성 코아의 제조방법.
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| KR1019990036365A KR100342212B1 (ko) | 1999-08-30 | 1999-08-30 | 역률개선 리액터용 복합금속분말 연자성 코아의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100342212B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005041221A1 (en) * | 2003-10-24 | 2005-05-06 | Chang Sung Corporation | Unit block used in manufacturing core with soft magnetic metal powder, and method for manufacturing core with high current dc bias characteristics using the unit block |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102297746B1 (ko) * | 2013-06-03 | 2021-09-06 | 가부시키가이샤 다무라 세이사쿠쇼 | 연자성 분말, 코어, 저소음 리액터 및 코어의 제조 방법 |
-
1999
- 1999-08-30 KR KR1019990036365A patent/KR100342212B1/ko not_active IP Right Cessation
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|---|---|---|---|---|
| WO2005041221A1 (en) * | 2003-10-24 | 2005-05-06 | Chang Sung Corporation | Unit block used in manufacturing core with soft magnetic metal powder, and method for manufacturing core with high current dc bias characteristics using the unit block |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20010019777A (ko) | 2001-03-15 |
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