KR102283168B1 - 연자성 합금, 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치 - Google Patents

연자성 합금, 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102283168B1
KR102283168B1 KR1020140160234A KR20140160234A KR102283168B1 KR 102283168 B1 KR102283168 B1 KR 102283168B1 KR 1020140160234 A KR1020140160234 A KR 1020140160234A KR 20140160234 A KR20140160234 A KR 20140160234A KR 102283168 B1 KR102283168 B1 KR 102283168B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
soft magnetic
wireless power
magnetic alloy
present
delete delete
Prior art date
Application number
KR1020140160234A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160058569A (ko
Inventor
송지연
배석
문원하
염재훈
이상원
이종혁
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020140160234A priority Critical patent/KR102283168B1/ko
Priority to EP15194681.1A priority patent/EP3029690B1/en
Priority to CN201510792460.7A priority patent/CN105603305B/zh
Priority to US14/943,286 priority patent/US10594141B2/en
Publication of KR20160058569A publication Critical patent/KR20160058569A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102283168B1 publication Critical patent/KR102283168B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/005Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing rare earths, i.e. Sc, Y, Lanthanides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C45/00Amorphous alloys
    • C22C45/02Amorphous alloys with iron as the major constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147Alloys characterised by their composition
    • H01F1/14766Fe-Si based alloys
    • H01F1/14791Fe-Si-Al based alloys, e.g. Sendust
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147Alloys characterised by their composition
    • H01F1/153Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H01F1/15308Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals based on Fe/Ni
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14Inductive couplings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/005Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C2200/00Crystalline structure
    • C22C2200/02Amorphous
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C2202/00Physical properties
    • C22C2202/02Magnetic

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Abstract

연자성 합금, 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치가 개시된다. 상기 연자성 합금은 하기 화학식의 조성을 가진다.
[화학식]
FeaXbYc
여기서, X 및 Y는 메탈로이드(metaloid)원소이며, a는 84.5~91.2 at%, b는 2.0~9.0 at%, c는 3.0~12.0 at%이다.

Description

연자성 합금, 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치{SOFT MAGNETIC ALLOY, WIRELESS POWER TRANSMITTING APPARATUS AND WIRELESS POWER RECEIVING APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 연자성 합금에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 변압기, 펄스 발생기, 컴프레션, 전기적 초크, 에너지-축적 유도자 및 자기적 센서 등에 사용되는 연자성 합금과 이를 포함하여 구성되는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신장치에 관한 것이다.
무선 전력 송신 장치는 전원에 연결되며, 금속 기판, 금속 기판 상에 배치된 연자성 코어 및 연자성 코어 상에 배치된 송신 코일을 포함할 수 있다. 그리고, 무선 전력 수신 장치는 부하에 연결되며, 연자성 시트 및 연자성 시트 상에 배치된 수신 코일을 포함할 수 있다.
이때, 무선 전력 송신 장치의 연자성 코어 및 무선 전력 수신 장치의 연자성 시트는 각각 송신 코일로부터 방사되는 전자기와 수신 코일로 수신되는 전자기를 차폐한다. 이에 따라, 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 간의 에너지 손실이 최소화되며, 전력 송수신 효율이 높아질 수 있다.
일반적으로, 차폐 부재로 사용되는 연자성 합금은 철(Fe)계 연자성 합금이다. 철(Fe)계 연자성 합금은, 예를 들면 Fe-Si 연자성 합금, 비정질 연자성 합금 및 나노 결정질 연자성 합금 등으로 구분될 수 있다. Fe-Si 연자성 합금은 포화자속밀도가 1.5 내지 1.9T로 높지만, 비저항이 낮아 10kHz의 저주파에서만 사용이 가능하다. 이에 따라, Fe-Si 연자성 합금은 110 내지 250kHz의 주파수 대역을 사용하는 무선 충전 시스템에 적용될 수 없다. 강자성 원소인 Fe와 메탈로이드계 원소를 포함하는 비정질 연자성 합금 또는 나노 결정질 연자성 합금은 110 내지 250kHz의 주파수 대역에서 적용 가능하지만, 포화자속밀도가 1.56T 이하로 낮으므로, 박형화가 용이하지 않으며, 제조 비용이 높아지는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 높은 포화자속밀도를 기지며 낮은 AC자기적 손실 및 작동 온도에서 높은 자기적 안정성을 가지는 철-베이스(Fe-based)의 연자성 합금 및 이를 이용한 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 연자성 합금은 하기 화학식의 조성을 가진다.
[화학식]
FeaXbYc
여기서, X 및 Y는 메탈로이드(metaloid)원소이며, a는 84.5~91.2 at%, b는 2.0~9.0 at%, c는 3.0~12.0 at%이다.
상기 메탈로이드 원소는 B, C, Al, Si, P, Ga 및 Ge 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 메탈로이드 원소의 원자 퍼센트 합량은 9 내지 15.5%일 수 있다.
상기 X는 B를 포함하고, 상기 Y는 Si를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 비정질 합급의 포화 자기 유도량은 1.7 T이상이고, 비저항이 30μΩ·cm 이상일 수 있다.
상기 연자성 합금은 350℃와 400℃ 사이의 온도에서 어닐링하는것에 의하여 열처리 될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따른 무선 충전 시스템의 무선 전력 송신 장치는 연자성 시트, 그리고 상기 연자성 시트 상에 형성된 송신 코일을 포함하고, 상기 연자성 시트는 상기 화학식의 조성을 가진다.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 무선 충전 시스템의 무선 전력 수신 장치는 연자성 시트, 그리고 상기 연자성 시트 상에 형성된 수신 코일을 포함하고, 상기 연자성 시트는 상기 화학식의 조성을 가진다.
본 발명인 연자성 합금은 높은 포화자속밀도를 기지며 낮은 AC자기적 손실 및 작동 온도에서 높은 자기적 안정성을 가진다.
또한, 본 발명인 연자성 합금을 포함한 무선 전력 송신 장치 및 무선 수신 장치는 높은 포화자속밀도를 가지며 플레이크로 가공이 용이한 연자성 합금을 포함하여 구성됨으로써 무선 충전을 위한 고주파 대역에서의 사용이 가능하다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 연자성 합금의 포화자화를 종래 실시예와 비교한 그래프,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 연자성 합금의 XRD분석 그래프,
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 충전 시스템,
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 충전 시스템의 무선 전력 송수신 방법을 나타내는 도면,
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 일부를 나타내는 도면 및
도6은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 일부를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 연자성 합금은 FexXyYz로 표현되며, 원자 퍼센트(at%)로 84.5 ≤ x ≤ 91.0at%, 2 ≤ y ≤ 9at%, 3.0 ≤ z ≤12.0at%, 9.0 ≤ y + z ≤ 15.5at%의 화학 조성을 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 연자성 합금에서 철(Fe)원소는 자성을 담당하는 필수원소이다. 철 원소가 84.5at% 미만인 경우, 포화자속밀도나 비정질 형성능이 낮아진다. 또한 저렴한 철 원소의 함유량이 저하되는 것은 철보다 고가인 원소의 함유량이 증가하는 것을 의미하므로, 원료비 전체가 상승하는 결과를 야기할 수 있어 본 발명의 일실시예 따른 연자성 합금은 84.5at% 이상의 철 원소를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 철 원소가 91.0 at%를 초과하면 비정질상태가 불안정해져서 비정질 형성능이나 연자기특성이 저하될 수 있으므로 본 발명의 일실시예에 따른 연자성 합금은 91.0at% 이하의 철 원소를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 연자성 합금에서 붕소(B) 원소는 비정질을 형성하기 위해 필수적인 원소이다. 붕소 원소가 2.0at% 미만인 경우, 또는 붕소 원소가 9.0at% 를 초과할 경우, 비정질 형성능이 저하될 수 있으므로 본 발명의 일실시예에 따른 연자성 합금은 2.0at% 이상, 9.0at% 이하의 붕소 원소를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 연자성 합금에서 규소(Si) 원소는 비정질을 형성하기 위해 필수적인 원소이다. 규소 원소가 3.0at% 미만인 경우, 또는 규소 원소가 12at% 를 초과할 경우, 비정질 형성능이 저하될 수 있으므로 본 발명의 일실시예에 따른 연자성 합금은 3.0at% 이상, 12.0at% 이하의 규소 원소를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 연자성 합금에서, 규소 원소와 붕소 원소의 합이 9.0 at% 미만인 경우, 비정질 형성 원소의 부족으로 인해 비정질 형성능이 저하될 수 있다. 한편, 규소 원소와 붕소 원소의 합이15.5 at%를 초과하면, 비정질 형성 원소의 과잉으로 인해 비정질 형성능이 저하되고, 또한 상대적으로 철 원소의 함유량이 감소되므로 포화자속밀도가 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 연자성 합금은 9.0at% 이상, 15.5at% 이하의 메탈로이드(metaloid) 원소를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서 메탈로이드 함량이 기존에 비하여 낮아짐으로써 구형 분말의 소성변형이 가능해 플레이크(flake)형태 및 리본 형태로의 가공이 용이해 질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 연자성 합금은 적층수, 와인딩수나 적층간의 틈새 저감에 의해 자성체 점유율이 증가하기 때문에, 실효적인 포화자속밀도가 증대된다. 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 연자성 합금 조성물은, 높은 철 함유량을 가지고 있으며 포화자속밀도가 높아져 있다. 높은 포화자속밀도 때문에, 본 발명의 일실시예에 따른 연자성 합금 조성물을 트랜스포머, 인덕터, 노이즈 관련, 모터 등에 포함되는 자성부품으로서 사용한 경우에 이들의 소형화를 기대할 수 있으며 저렴한 철 함유량 증가에 따라 원료가격의 절감이 가능하다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 연자성 합금은 높은 비정질 형성능과 높은 포화자속밀도를 양립시킴으로써, 비정질구조를 가지는 비정질 벌크재료로서 제작가능하며 구형 또는 플레이크 형태의 분말이나 리본 형태로 제작되어 자기코어에 사용되거나 또는 레진과 함께 배합하여 캐스트함으로써 시트 형태로 제작되어 무선전력 송·수신 장치에 사용될 수 있다.
Figure 112014110580868-pat00001
표1을 참조하면 실시예1 내지 9의 연자성 합금은 모두 포화 자속 밀도가 1.7T 이상이며 30μΩ·㎝ 이상의 높은 비저항을 가지고 있다.
표1의 비교예 및 실시예에 따른 연자성 합금은 각 조성에 따른 금속 분말을 1700℃에서 용해시킨 후, 워터퀀칭(water quenching) 기법을 이용하여 상온으로 식히고, 가스 아토마이저(gas atomizer)를 이용하여 구형 분말을 생성하였다. 그리고, 구형 분말을 350℃ 내지 400℃에서 열처리하여 플레이크(flake)로 가공하였다.
표1에서 비교예 1과 실시예 1 내지4를 비교하여 보면, 철의 함량이 82at% 이고 메탈로이드의 함량이 18.0at인 경우 포화자속밀도가 1.7T이하인 반면에, 철의 함량이84.5at% 내지 91.0at% 이고 메탈로이드의 함량이 9.1at% 내지 15.5at%인 경우 포화자속밀도가 1.7T 를 초과한다. 또한, 실시예 1 내지 4에서 연자성 합금의 비저항은 모두 30μΩ·㎝ 이상을 나타내고 있다.
표1에서 비교예 2와 실시예 5 내지 9를 비교하여 보면, 철의 함량이 93at% 이고 메탈로이드의 함량이 7.0at인 경우 비저항이 30μΩ·㎝ 이하인 반면에, 철의 함량이86.0at% 내지 88.0at% 이고 메탈로이드의 함량이 12.0at% 내지 14.0at%인 경우 비저항은 30μΩ·㎝를 초과한다. 또한, 실시예 5 내지 9에서 연자성 합금의 포화자속밀도는 모두 1.7T이상을 나타내고 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 연자성 합금의 포화자화를 종래 실시예와 비교한 그래프이다.
도1을 참조하면 상기 표1의 비교예1의 Fe82B10 .5Si7 .5 연자성 합금과 실시예3의 Fe88B7.0Si5.0연자성 합금의 포화자화를 비교하여 볼 때 실시예3의 연자성 합금의 포화자화 값이 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
포화자화는 물질 고유의 특성으로, 물질이 얼마나 강하게 자성을 띄는지를 나타내는 치수이다. 포화자속밀도와 포화자화 간의 관계식은 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
T=4π×σ×M
여기서, T는 포화자속밀도이고, σ는 연자성 합금 분말의 밀도이며, M은 포화자화이다.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 연자성 합금의 XRD분석 그래프이다. 물질은 결정질 상태에 있을 때 특정각도에서 피크를 나타내게 되는데 비정질 상태의 경우에는 특정 각도에서의 회절 피크가 보이지 않는 브로드한 형태로 나타난다. 도3을 참조하면 특정 각도에서의 결정질 피크가 관찰되지 않으며 본 발명의 일실시예에 따른 연자성 합금은 결정화되지 않은 상태에서 비정질 성능이 향상되었음을 확인할 수 있다,
이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 연자성 합금은 포화자속밀도가 높고, 플레이크(flake)로 가공되기 용이하며, 110kHz 내지 250kHz의 주파수 대역에서 사용이 가능하므로, 무선 충전 시스템의 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 수신 장치에 적합하다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 연자성 합금을 이용한 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 충전 시스템을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 무선 충전 시스템(10)은 전원(100), 무선 전력 송신 장치(200), 무선 전력 수신 장치(300) 및 부하단(400)을 포함한다.
무선 전력 송신 장치(200)는 전원(100)에 연결되며, 전원(100)으로부터 전력을 수신한다. 그리고, 무선 전력 송신 장치(200)는 무선 전력 수신 장치(300)에게 무선으로 전력을 송신한다. 이때, 무선 전력 송신 장치(200)는 전자기 유도(electromagnetic induction) 방식 또는 공진(resonance) 방식을 이용하여 전력을 송신할 수 있다. 전원(100)과 무선 전력 송신 장치(200)가 별개의 구성인 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전원(100)은 무선 전력 송신 장치(200)에 포함될 수도 있다.
무선 전력 수신 장치(300)는 무선 전력 송신 장치(200)로부터 무선으로 전력을 수신한다. 무선 전력 수신 장치(300)도 전자기 유도(electromagnetic induction) 방식 또는 공진(resonance) 방식을 이용하여 전력을 수신할 수 있다. 그리고, 무선 전력 수신 장치(300)는 수신한 전력을 부하단(400)에게 공급한다. 부하단(400)은 배터리 또는 배터리가 내장된 장치일 수 있다. 부하단(400)과 무선 전력 수신 장치(300)가 별개의 구성인 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 부하단(400)은 무선 전력 수신 장치(300)에 포함될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 충전 시스템의 무선 전력 송수신 방법을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(200)는 송신 코일(210)을 포함할 수 있다. 무선 전력 수신 장치(300)는 수신 코일(310) 및 정류부(320)를 포함할 수 있다.
전원(100)은 소정 주파수를 갖는 교류 전력을 생성하여 무선 전력 송신 장치(200)의 송신 코일(210)에게 공급할 수 있다.
그리고, 송신 코일(210)에 의하여 발생한 교류 전류는 송신 코일(210)과 유도 결합된 수신 코일(310)로 전달될 수 있다. 또는, 송신 코일(210)로 전달된 전력은 주파수 공진 방식에 의해 무선 전력 송신 장치(200)와 동일한 공진 주파수를 갖는 무선 전력 수신 장치(300)로 전달될 수도 있다. 임피던스가 매칭된 2개의 LC 회로 간에는 공진에 의하여 전력이 전송될 수 있다.
전자기 유도(electromagnetic induction) 방식 또는 공진(resonance) 방식을 이용하여 수신 코일(310)로 전달된 전력은 정류부(320)를 통해 정류되어 부하단(400)으로 전달될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 일부를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 일부를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(1200)는 연자성 시트(1210) 및 영구 자석(1220)을 포함한다.
연자성 시트(1210)는 수 mm 두께의 연자성 소재로 이루어질 수 있다. 그리고, 송신 코일(1220)은 연자성 시트(1210) 상에 배치될 수 있다. 도시되지 않았으나, 연자성 시트(1210) 상에 영구 자석이 더 배치되며, 영구 자석은 송신 코일(1220)에 의하여 둘러싸일 수도 있다.
도 6을 참조하면, 무선 전력 수신 장치(1300)는 연자성 기판(1310) 및 수신 코일(1320)을 포함하며, 연자성 기판(1310) 상에 수신 코일(1320)이 배치될 수 있다.
수신 코일(1320)은 연자성 기판(1310) 상에서 연자성 기판(1310)과 평행한 방향으로 감겨진 코일면으로 이루어질 수 있다.
도시되지 않았으나, 무선 전력 수신 장치(1300)가 무선 충전 기능과 근거리 통신 기능을 동시에 가지는 경우, 연자성 기판(1310) 상에는 NFC 코일이 더 적층될 수 있다. NFC 코일은 수신 코일(1320)의 바깥을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치의 연자성 시트 및 무선 전력 수신 장치의 연자성 기판 중 적어도 하나는 화학식 1의 조성을 가지는 연자성 합금을 포함하여 구성된다.
[화학식 1]
FeaXbYc
여기서, X 및 Y는 메탈로이드(metaloid)원소로 B, C, Al, Si, P, Ga 및 Ge 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 연자성 시트 및 무선 전력 수신 장치의 연자성 기판을 구성하는 연자성 합금 중 적어도 하나에서 X는 붕소(B)이며, Y는 규소(Si)로 구성될 수 있다.
상기 화학식 1에서 a는 84.5~91.2 at%, b는 2.0~9.0 at%, c는 3.0~12.0 at%일 수 있다.
철 원소가 91.0at% 를 초과하고 메탈로이드의 함량이 9at% 미만인 경우 비저항이 30 μΩ·cm 이하로 낮아지고 보자력이 40 Oe이상으로 높아지는 문제가 있으며, 철 원소가84.5at% 미만이고 메탈로이드의 함량이 15.5at%를 초과하는 경우 포화자속밀도가 1.7T 이하로 낮아지며 보자력이 40 Oe이상으로 높아지는 문제가 있다. 비저항이 30 μΩ·cm 이하로 낮아지면, 100kHz 이상의 주파수 대역에서 와전류 손실이 증가하게 된다. 무선 충전 시스템은 100kHz 내지 250kHz 사이의 주파수 대역을 사용하므로, 비저항이 30 μΩ·cm 이하로 낮은 연자성 합금은 무선 충전 시스템에 적합하지 않다. 또한, 포화자속밀도가 1.7T 이하로 낮아지면, 차폐 부재를 박형으로 구현하기 어렵다. 또한, 보자력이 40 Oe이상으로 높아지면 플레이크 형상으로 가공하기 곤란해지며, 이에 따라 면방향 투자율이 낮아지게 된다.
따라서 상기 화학식 1에서 철 원소는 84.5 내지 91.2 at%, 메탈로이드(metalloid) 원소는 9 내지 15.5at%로 포함될 수 있다.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 무선 충전 시스템
100: 전원
200: 무선 전력 송신 장치
300: 무선 전력 수신 장치

Claims (18)

  1. 하기 화학식의 조성을 가지며,
    B/Si(B와 Si의 함량 비율)는 1.4이고, 182.2~199.2emu/g의 포화자화를 가지고, 1.78~1.95T의 포화자속 밀도를 가지며, 45.7~52.6μΩ·cm의 비저항을 가져, 110kHz 내지 250kHz의 주파수 대역에서 사용되는 연자성 합금:
    [화학식]
    FeaBbSic
    여기서, a는 84.5~91.0 at%, b는 5.3~9.0 at%, c는 3.8~6.5 at%이다(a+b+c=100).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연자성 합금은 350℃와 400℃ 사이의 온도에서 어닐링 하는것에 의하여 열처리 되는 연자성 합금.
  7. 무선 충전 시스템의 무선 전력 송신 장치에 있어서,
    연자성 시트, 그리고
    상기 연자성 시트 상에 형성된 송신 코일을 포함하고,
    상기 연자성 시트는 하기 화학식의 조성을 가지며, B/Si(B와 Si의 함량 비율)는 1.4이고, 182.2~199.2emu/g의 포화자화를 가지고, 1.78~1.95T의 포화자속 밀도를 가지며, 45.7~52.6μΩ·cm의 비저항을 가져, 110kHz 내지 250kHz의 주파수 대역에서 사용되는 연자성 합금을 포함하는 무선 전력 송신 장치:
    [화학식]
    FeaBbSic
    여기서, a는 84.5~91.0 at%, b는 5.30~9.0 at%, c는 3.8~6.5 at%이다(a+b+c=100).
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제7항에 있어서,
    상기 연자성 합금은 350℃와 400℃ 사이의 온도에서 어닐링하는것에 의하여 열처리 되는 무선 전력 송신 장치.
  13. 무선 충전 시스템의 무선 전력 수신 장치에 있어서,
    연자성 시트, 그리고
    상기 연자성 시트 상에 형성된 수신 코일을 포함하고,
    상기 연자성 시트는 하기 화학식의 조성을 가지며, B/Si(B와 Si의 함량 비율)는 1.4이고, 182.2~199.2emu/g의 포화자화를 가지고, 1.78~1.95T의 포화자속 밀도를 가지며, 45.7~52.6μΩ·cm의 비저항을 가져, 110kHz 내지 250kHz의 주파수 대역에서 사용되는 연자성 합금을 포함하는 무선 전력 수신 장치:
    [화학식]
    FeaBbSic
    여기서, a는 84.5~91.0 at%, b는 5.3~9.0 at%, c는 3.8~6.5 at%이다(a+b+c=100).
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제13항에 있어서,
    상기 연자성 합금은 350℃와 400℃ 사이의 온도에서 어닐링하는것에 의하여 열처리 되는 무선 전력 수신 장치.
KR1020140160234A 2014-11-17 2014-11-17 연자성 합금, 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치 KR102283168B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140160234A KR102283168B1 (ko) 2014-11-17 2014-11-17 연자성 합금, 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치
EP15194681.1A EP3029690B1 (en) 2014-11-17 2015-11-16 Soft magnetic alloy, wireless power transmitting apparatus, and wireless power receiving apparatus including the same
CN201510792460.7A CN105603305B (zh) 2014-11-17 2015-11-17 软磁合金、包含其的无线电力发射装置和接收装置
US14/943,286 US10594141B2 (en) 2014-11-17 2015-11-17 Soft magnetic alloy, wireless power transmitting apparatus, and wireless power receiving apparatus including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140160234A KR102283168B1 (ko) 2014-11-17 2014-11-17 연자성 합금, 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160058569A KR20160058569A (ko) 2016-05-25
KR102283168B1 true KR102283168B1 (ko) 2021-07-29

Family

ID=54544994

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140160234A KR102283168B1 (ko) 2014-11-17 2014-11-17 연자성 합금, 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10594141B2 (ko)
EP (1) EP3029690B1 (ko)
KR (1) KR102283168B1 (ko)
CN (1) CN105603305B (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106636984A (zh) * 2017-01-25 2017-05-10 青岛云路先进材料技术有限公司 一种铁基非晶合金
CN108123523A (zh) * 2017-12-27 2018-06-05 中惠创智无线供电技术有限公司 一种无线充电的发送装置、接收装置及无线充电系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008248380A (ja) * 2007-03-02 2008-10-16 Nippon Steel Corp 軟磁気特性に優れたFe系非晶質合金

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0515483B1 (en) * 1990-02-13 1996-03-20 AlliedSignal Inc. Amorphous fe-b-si alloys exhibiting enhanced ac magnetic properties and handleability
JP3644062B2 (ja) * 1995-01-13 2005-04-27 Jfeスチール株式会社 軟磁気特性に優れた低ボロンアモルファス合金
DE69943179D1 (de) * 1998-03-27 2011-03-24 Furukawa Electric Co Ltd Transformatorkern mit getrennten teilen
US7106163B2 (en) * 1998-03-27 2006-09-12 The Furukawa Electric Co., Ltd. Core
CN102473500B (zh) * 2009-09-14 2014-10-15 日立金属株式会社 软磁性非晶质合金薄带及其制造方法,以及使用其的磁心
CN102255367A (zh) * 2011-07-26 2011-11-23 宿迁市腾龙电动车制造厂 电动车用无线充电系统
CN202150726U (zh) * 2011-07-26 2012-02-22 宿迁市腾龙电动车制造厂 电动车用无线充电系统
US9252611B2 (en) 2011-12-21 2016-02-02 Amosense Co., Ltd. Magnetic field shielding sheet for a wireless charger, method for manufacturing same, and receiving apparatus for a wireless charger using the sheet
KR101473763B1 (ko) * 2013-02-12 2014-12-18 경북대학교 산학협력단 연자성 비정질 합금 및 이의 제조방법
CN203261137U (zh) 2013-06-03 2013-10-30 邹民 无线充电线圈组件
KR20150128031A (ko) * 2014-05-08 2015-11-18 엘지이노텍 주식회사 연자성 합금, 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치
CN104113120A (zh) * 2014-07-31 2014-10-22 奇瑞汽车股份有限公司 无线充电系统以及电动汽车

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008248380A (ja) * 2007-03-02 2008-10-16 Nippon Steel Corp 軟磁気特性に優れたFe系非晶質合金

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160058569A (ko) 2016-05-25
EP3029690B1 (en) 2020-03-18
US20160141888A1 (en) 2016-05-19
CN105603305B (zh) 2019-08-02
EP3029690A2 (en) 2016-06-08
US10594141B2 (en) 2020-03-17
EP3029690A3 (en) 2016-08-31
CN105603305A (zh) 2016-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9369185B2 (en) Method and apparatus for inductive coupling utilizing an amorphous metal barrier
Aronhime et al. The effects of strain-annealing on tuning permeability and lowering losses in Fe-Ni-based metal amorphous nanocomposites
KR102486116B1 (ko) 연자성 합금
JP5782943B2 (ja) フェライトプレート
US20180233968A1 (en) Wireless Charging Apparatus
US10707013B2 (en) Sheet for shielding electromagnetic waves for wireless charging and method of manufacturing the same
US20150325365A1 (en) Soft magnetic alloy, wireless power transmitting apparatus and wireless power receiving apparatus comprising the same
KR102283168B1 (ko) 연자성 합금, 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치
JP6147558B2 (ja) 磁性体複合シート及び電磁気誘導モジュール
KR102315813B1 (ko) 무선충전 수신장치 모듈용 방열부재, 이를 포함하는 무선충전 수신장치 모듈 및 무선충전 수신장치
US10020671B2 (en) Magnetic sheet for wireless power charging system
Bae et al. Electromagnetic wave shielding materials for the wireless power transfer module in mobile handset
CN108292549B (zh) 软磁合金
Azuma Magnetic materials
JP2019075403A (ja) 一軸磁気異方性バルク磁性材料及びその製造方法
EP3021336B1 (en) Soft magnetic alloy and shielding sheet for antenna comprising the same
KR20160048747A (ko) 연자성 합금, 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치
KR101751119B1 (ko) 무선 충전 시스템용 자성체 시트
US20140145512A1 (en) Contactless power transmission device and method of fabricating the same
KR20150079240A (ko) 무선 전력 송/수신 장치 및 무선 전력 전송 시스템
KR20190110765A (ko) 휴대단말기용 방열 안테나 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right