KR20020071285A - 대전류 직류중첩특성이 우수한 역률개선용 복합금속분말및 그 분말을 이용한 연자성 코아의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 주로 스위칭 전원공급장치(Switching Mode Power Supply : SMPS)의 2차측 직류 회로에서 전자노이즈의 억제 또는 평활용 쵸크 코일에 사용되는 직류중첩특성이 우수한 복합금속분말 및 그 분말을 이용한 연자성 코아의 제조방법에 관한 것으로, 직류중첩특성이 우수한 Si 5∼8 wt%, 잔여량이 Fe인 조성으로 이루어진 규소강 분말에 샌더스트, MPP, High Flux 분말중에서 선택된 1종 이상을 10∼70wt% 범위 내에서 변화시켜가면서 첨가 혼합하여 복합금속분말을 제조하고, 이 복합금속에 윤활제를 첨가하여 혼합 후 코아로 성형하며 성형된 코아를 열처리하여 연자성 코아를 제조토록 한 것이다.
본 발명에 따르면, 연자성 코아는 연성 금속으로 인하여 성형성 및 성형강도가 향상되며 대전류에서의 직류중첩특성을 우수하게 해줌으로써 스위칭 전원 공급장치용 평활 쵸크 코아에 필수적인 매우 우수한 대전류 직류중첩특성을 제공한다.
Description
본 발명은 스위칭 전원공급장치(Switching Mode Power Supply:SMPS)(이하 "SMPS"라 함)의 2차측 직류 회로의 인덕터로서 전자노이즈의 억제 또는 평활용 쵸크코일에 사용되는 대전류 직류중첩특성이 우수한 복합금속분말 및 그 분말을 이용한 연자성 코아의 제조방법에 관한 것이다.
전자노이즈의 억제 또는 평활용 쵸크 코일에 사용되는 연자성 코아는 통상 순철, Fe-Si-Al합금(이하 "샌더스트(Sendust)"라 함), Ni-Fe-Mo계 퍼멀로이(이하 "MPP"라 하), Fe-Ni계 퍼멀로이(이하 "High Flux"라 함) 등의 금속분말을 소재로 하여 이들 자성 금속 분말에 세라믹 절연체를 코팅한 후 성형 윤활제를 첨가하여 가압 성형하고 열처리하여 제조하였다.
종래에는 이와 같은 연자성 코아 제조시 분말과 분말 사이에 절연층을 형성하여 에어갭(Air Gap)을 균일하게 분산시킴으로써 고주파에서 급격하게 증가하는와전류 손실(Eddy Current Loss)을 최소화하고 전체적으로 에어갭을 유지시켜 대전류에서의 직류중첩특성을 양호하게 하였다.
예컨대, 순철 분말 코아의 경우 스위칭 주파수 50 KHz 이하의 SMPS의 쵸크 코일에서 고주파 전류가 중첩하는 전자 노이즈의 억제에 사용되며, 샌더스트 코아는 스위칭 주파수 100 KHz∼1 MHz 범위의 스위칭전원 공급장치의 2차측 평활 쵸크 코일용 코아 및 노이즈 억제용 코아로 사용되고 있다.
MPP와 High Flux 코아도 샌더스트 코아와 동등한 주파수 범위에서 사용되며 샌더스트 코아보다 우수한 직류중첩특성과 낮은 코아손실 특성을 갖고 있지만 가격이 비싸다는 단점이 있다.
최근 상기 용도에 사용되는 연자성 코아는 스위칭전원 공급장치의 소형화, 집적화, 고신뢰성화의 경향에 따라 그 요구 특성이 더욱더 까다로워지고 있다.
SMPS의 평활 쵸크 코일용 코아에 요구되는 특성은 적절한 인덕턴스(L), 높은 품질계수(Q), 낮은 코아손실 및 우수한 직류중첩특성 등이다.
여기서, 직류중첩특성이란 전원장치의 교류 입력을 직류로 변환하는 과정에서 발생하는 미약한 교류에 직류가 중첩된 파형에 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 비율(μ%)로써 직류중첩특성을 평가한다.
순철 분말로 제조된 코아는 가격이 저렴한 이점은 있지만, 상대적으로 코아 손실이 매우 커서 작동시 과열되고 높은 직류전류가 중첩되면 투자율이 크게 낮아지는 단점이 있다.
반면, MPP 코아는 100 KHz∼1 MHz 주파수 범위에서 양호한 주파수 특성을 가지며 코아 손실이 금속 분말 코아 중에서 가장 작고 높은 직류 전류의 중첩시에도 투자율의 감소가 적은 장점이 있으나 가격이 매우 높아서 채용이 곤란한 문제가 있으며, High Flux 코아는 100 KHz∼1 MHz 주파수 범위에서 양호한 주파수 특성을 가지며 코아 손실이 낮고 금속 분말 코아 중에서 높은 직류 전류의 중첩시에 투자율의 감소가 가장 적은 장점이 있다.
또한, 샌더스트 코아는 순철에 비해 매우 낮은 코아 손실값을 나타내며 주파수 특성은 MPP나 High Flux 코아와 동등한 수준이고 가격은 MPP나 High Flux 코아에 비해 약 1/2 수준으로 저렴한 장점이 있으나 대전류에서의 직류중첩특성이 MPP나 High Flux 코아에 비해 상대적으로 낮아서 가혹한 조건에서의 채용이 제한을 받아왔다.
따라서, SMPS용 평활 쵸크 코아용으로는 가격, 코아 손실, 직류중첩특성, 코아 크기 등을 감안하여 용도별로 다양하게 채용되고 있는 현실이다.
본 발명은 상기와 같이 종래 사용하던 코아 소재의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 대전류에서 우수한 직류중첩특성을 가지는 규소강 분말을 샌더스트, MPP 또는 High Flux에 첨가 혼합함으로써 주파수 특성과 대전류에서의 직류중첩특성이 우수하고 코아 손실도 양호한 역률개선용 복합금속분말 및 그 분말을 이용한 연자성 코아의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 목적인 대전류 직류중첩특성이 우수한 역률개선용 복합금속분말은, 직류중첩특성이 우수한 Si:6.5wt%와 잔부 Fe로 이루어진 규소강 분말 30~90wt%; 고투자율 및 저손실 특성을 가지는 Si:9.6wt%, Al:5.4wt%l 및 잔부 Fe로 이루어진 샌더스트 분말 10∼70wt%로 혼합구성함에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 복합금속분말은 직류중첩특성이 우수한 Si:6.5wt%와 잔부 Fe로 이루어진 규소강 분말 30~90wt%; Mo:2wt%, Ni:80wt% 및 잔부 Fe로 이루어진 MPP 10∼70wt%로 혼합구성함에 의해서도 달성된다.
또한, 본 발명의 복합금속분말은 직류중첩특성이 우수한 Si:6.5wt%와 잔부 Fe로 이루어진 규소강 분말 30~90wt%; 연성이 좋고 투자율이 높은 Ni:50wt%와 잔부 Fe로 이루어진 High Flux 10∼70wt%로 혼합구성함에 의해서도 달성된다.
또한, 본 발명의 복합금속분말은 직류중첩특성이 우수한 Si:6.5wt%와 잔부 Fe로 이루어진 규소강 분말 40~90wt%; 연성이 좋고 투자율이 높은 Ni:50wt%와 잔부 Fe로 이루어진 High Flux 5~30wt%; Mo:2wt%, Ni:80wt% 및 잔부 Fe로 이루어진 MPP 5∼30 wt%로 혼합구성함에 의해서도 달성된다.
또한, 본 발명의 복합금속분말은 직류중첩특성이 우수한 Si:6.5wt%와 잔부 Fe로 이루어진 규소강 분말 30~85wt%; 고투자율 및 저손실 특성을 가지는 Si:9.6wt%, Al:5.4wt% 및 잔부 Fe로 이루어진 샌더스트 분말 5~20wt%; 연성이 좋고 투자율이 높은 Ni:50wt%와 잔부 Fe로 이루어진 High Flux 5~20wt%; Mo:2wt%, Ni:80wt% 및 잔부 Fe로 이루어진 MPP 5∼20wt%로 혼합구성함에 의해서도 달성된다.
아울러, 본 발명의 연자성 코아 제조방법은 상술한 조성에 의해 제조된 복합금속분말에 Zn, ZnS, 스테아린산 중에서 선택된 어느 하나의 윤활제를 첨가혼합한 후; 18 Ton/cm2의 압력으로 환형코아를 고압성형하고; 성형된 코아를 760℃의 질소분위기 하에서 1시간동안 열처리하여 잔류응력 및 변형을 제거한 후; 폴리에스테르 혹은 에폭시수지를 코아의 표면에 코팅처리하여 이루어진다.
이하에서는, 양호한 실시예와 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 가격이 저렴하면서도 대전류 직류중첩특성이 우수한 연자성 코아를 제조하기 위해 일정 성분조성을 갖는 규소강 분말과, 상기 규소강 분말에 기존의 연자성 코아 재료인 샌더스트, MPP, HIGH FLUX 중에서 선택된 어느 하나 혹은 2 이상의 혼합에 의해 형성된 혼합분말을 구비하여 복합금속분말을 만들고, 이어 고체 윤활제를 첨가하여 코아로 성형하며, 성형된 코아를 열처리하여 이루어진다.
예컨대, 규소강 분말 30~90wt%에 샌더스트 10~70wt%를 첨가 혼합하여 제조할 수 있는 바, 샌더스트를 규소강 분말에 첨가하는 이유는 규소강의 단점인 낮은 투자율과 높은 코아손실을 보상하기 위한 것이며, 10wt% 이하 첨가시에는 규소강의 단점을 극복할 수 없고 70wt% 이상 첨가시에는 가격이 순수 샌더스트로 코아를 제조할 때 소요되는 비용 대비 절감효과가 전혀 없어 실익이 없기 때문에 10~70wt%로 한정함이 바람직하다.
또한, 규소강 분말 30~90wt%에 MPP 10~70wt%를 첨가 혼합하여도 상기 샌더스트 첨가 혼합시와 동일한 장점을 획득할 수 있으며, 이때 MPP를 10~70wt%로 한정첨가하는 이유도 상기 샌더스트의 경우와 동일하다.
뿐만 아니라, 규소강 분말 30~90wt%에 HIGH FLUX 10~70wt%를 첨가 혼합하여도 상기 샌더스트 첨가 혼합시와 동일한 장점을 획득할 수 있으며, 이때 HIGH FLUX를 10~70wt%로 한정 첨가하는 이유도 상기 샌더스트의 경우와 동일하다.
또한, 규소강 분말 40~90wt%에 MPP 5~30wt%, HIGH FLUX 5~30wt%를 첨가 혼합하여도 상기 샌더스트 첨가 혼합시와 동일한 장점을 획득할 수 있으며, 이때 MPP 및 HIGH FLUX의 첨가양을 상기와 같이 한정하는 이유도 상기 샌더스트의 경우와 동일하다.
아울러, 규소강 분말 30~85wt%에 샌더스트 5~20wt%, MPP 5~20wt%, HIGH FLUX 5~20wt%를 첨가 혼합하여도 상기 샌더스트 첨가 혼합시와 동일한 장점을 획득할 수 있으며, 이때 샌더스트, MPP 및 HIGH FLUX의 첨가양을 상기와 같이 한정하는 이유도 상기 샌더스트의 경우와 동일하다.
상기 규소강 분말은 6.5 wt% Si와 잔여량 Fe의 조성이 되도록 Fe, Si를 용융한 후 N2, He, Ne, Ar, Xe 및 Rn 가스 중에서 한가지 혹은 두 가지 이상을 혼합한 가스로 분사하여 얻어진 분말을 880℃의 수소, 질소 또는 수소와 질소의 혼합가스 분위기 하에서 8시간 동안 열처리한 후 사별하여 -140 mesh(100㎛이하) 크기의 입경을 갖는 분말을 준비하고, 이어 1.0∼2.0 wt% 혼합 세라믹을 습식 절연코팅 또는 글라스 프리츠로 건식 절연 코팅하여 얻는다.
여기에서, Si를 6.5wt% 조성을 갖도록 하는 이유는 Si가 6.5wt% 함유될 때결정자기이방성 상수(K)와 자왜상수(λ)가 0(제로)에 가까워져 가장 낮은 코아 총손실을 나타내기 때문이다.
상기 샌더스트 분말은 고투자율 및 저손실 특성을 가지는 조성의 9.6wt%의 Si와 5.4wt%의 Al 및 잔여량 Fe로 이루어진 샌더스트 잉고트(INGOT)를 죠크러셔(JAW CRUSHER), 로터리크러셔, 헤머밀 등으로 분쇄한 후 1시간의 볼밀을 실시하고, 800℃ 온도에서 수소와 질소의 혼합가스 분위기로 8시간 동안 열처리한 후 1.0∼2.0 wt% 절연 세라믹을 습식 절연코팅 또는 글라스 프리츠(Glass Frits)로 건식 절연 코팅하여 얻는다.
샌더스트의 경우에는 Si:9.6wt%, Al:5.4wt% 및 잔부 Fe 조성일때 결정자기이방성 상수(K)와 자왜상수(λ)가 0(제로)에 가까워져 가장 높은 인덕턴스(L)와 가장 낮은 코아손실(CL)을 나타내므로 Si와 Al 및 Fe의 조성을 상기와 같이 한정함이 바람직하다.
Ni와 Fe 또는 Ni와 Fe, Mo로 이루어진 High Flux와 MPP 분말은 수분사법이나 가스분사법으로 제조한 후 0.5 ∼ 3.0 wt%의 혼합 세라믹을 가하여 절연코팅을 실시하여 얻으며, 이때 혼합 세라믹은 수산화마그네슘, 카올린, 활석 및 물유리(Sodium Silicate)를 혼합한 것을 사용함이 바람직하다.
상기와 같이 얻어진 분말들(MPP, High Flux, SENDUST)을 규소강 분말에 상술한 예시와 같이 총중량비로 10∼70 wt%의 범위 내에서 첨가 혼합하여 복합금속분말을 제조한다.
특히, 상기 분말들을 제조할 때 열처리를 하는 이유는 볼밀에서 받은 스트레스(응력)을 풀어주기 위한 것으로 분말열처리 온도가 800℃이하일 경우에는 인덕터스가 낮게 나타나고, 800℃ 를 현저히 초과하게 되면 코아손실이 높게 나타나기 때문에 800℃ 부근이 바람직하고, 열처리 분위기는 열처리 산화를 방지하기 위해 실시한다.
이어서 Zn, ZnS 또는 스테아린산(Stearate)과 같은 윤활제를 적당량 첨가하여 혼합한 후에 환형 코아로 성형한다.
성형은 성형 다이(Die)에서 파워 프레스(Power Press)를 사용하여 실시하는데, 윤활제는 성형 다이와 밀집된 성형체 사이의 마찰력 및 분말 입자 사이의 마찰을 감소시키기 위한 것이다.
이때의 성형압력이 낮은 경우에는 저밀도 성형에 따른 인덕턴스(L)값의 저하가, 높은 경우에는 금형의 파손이 발생하므로, 18 Ton/cm2의 성형압력이 바람직하다.
이어서, 잔류 응력(Residual Stress)과 변형(Strain)을 제거하기 위하여 성형된 코아를 760℃의 질소 분위기 하에서 1시간 동안 열처리하여 코아를 완성한다.
이와 같은 과정을 통해 제조된 연자성 코아는 습기, 대기로부터 코아의 특성을 보호하기 위해 상기 코아의 표면에 폴리에스테르 혹은 에폭시 수지 등으로 코팅 처리함으로써 최종적인 연자성 복합금속분말 코아가 완성된다.
[실시예 1]
고투자율 및 저손실 특성을 가지는 조성의 중량 %로 9.6% Si와 5.4% Al, 및잔여량의 Fe로 이루어진 샌더스트 잉고트를 분쇄하여 -300 mesh(50 ㎛이하) 크기의 샌더스트 분말에 1.0 wt% 의 혼합 세라믹을 습식 절연코팅 또는 글라스 프리츠로 건식 절연 코팅하여 샌더스트 분말을 준비하였다.
또한, 6.5% Si과 잔여량의 Fe의 조성으로 이루어진 규소강 합금분말은 가스분사법으로 -140 mesh(100㎛이하) 크기의 분말로 제조한 후 혼합 세라믹 또는 글라스 프리츠 1.0 wt%로 습식 또는 건식 절연 코팅한 후 총 중량비로 표 1에 나타낸 바와 같이 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%까지 샌더스트 분말에 혼합하였다.
이어서, 성형 윤활제를 첨가한 후 18 Ton/cm2의 성형 압력으로 외경 27mm, 내경 14.7mm, 높이 11.2mm의 환형 코아를 고압 성형하며, 760℃의 질소 분위기 하에서 1시간 동안 열처리하여 코아를 완성하였다.
자성특성의 평가는 열처리된 코아의 표면에 에폭시수지로 절연코팅을 실시한 후 에나멜 동선으로 36회 권선한 다음에 LCR 미터를 사용하여 인덕턴스(L)를 측정한 후 환형 코아(Toroidal Core)의 관계식,
L=(0.4πμN
2
A ×10
-2
)/ℓ (μH)
(여기에서, N:권선수, A:코아단면적(cm
2
), ℓ:코아평균자로(cm)이다)
에 의하여 투자율(μ)을 구하고, 품질계수(Q)값을 측정한다.
측정조건은 주파수 100 KHz, 교류전압 1V, 직류를 중첩시키지 않은 상태(IDC = 0 A)에서 측정하였다.
또한, 직류전류를 변화시키며 투자율의 변화를 측정하여 직류중첩특성을 검사하는데, 이때 측정조건은 100 KHz, 교류전압 1V이며, 측정자화강도는 HDC=0.4πNI/ℓ 수식에서의 전류계산이다.
코아 손실은 B-H 분석기(Aanlyzer)에서 측정하며, 1차와 2차 권선을 20회 하여 주파수 50 KHz, 자속밀도 1000Gauss에서 측정하였다.
비교재는 규소강 분말만을 사용하여 제조한 연자성 코아이다.
제조된 연자성 코아의 인덕턴스(L), 품질계수(Q), 코아손실 및 직류중첩특성을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
| 시험재 | 조 성(wt%) | 인덕턴스(μH) | 투자율(μ) | 품질계수(Q) | 코아손실(mW/cc) | 직류중첩특성(%μ) |
| 비교재1 | 규소강 | 78 | 48 | 60 | 586 | 92 |
| 비교재2 | SENDUST | 106 | 65 | 100 | 340 | 71 |
| 발명재1 | 규소강+10%S | 80 | 49 | 64 | 561 | 90 |
| 발명재2 | 규소강+20%S | 83 | 51 | 68 | 530 | 87 |
| 발명재3 | 30%S | 86 | 53 | 72 | 506 | 85 |
| 발명재4 | 규소강+40%S | 89 | 55 | 76 | 480 | 83 |
| 발명재5 | 규소강+50%S | 92 | 57 | 81 | 451 | 81 |
| 발명재6 | 규소강+60%S | 95 | 58 | 84 | 424 | 78 |
| 발명재7 | 규소강+70%S | 98 | 60 | 89 | 410 | 76 |
※ S : SENDUST
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이 발명재 7의 경우는 직류중첩특성이 비교재와 비교시 92%에서 76%까지 감소되었지만 샌더스트(Fe-Si-Ai) 합금 분말의 첨가량이 증가함에 따라 인덕턴스(투자율)는 78μΗ(48μ)에서 98μH(60μ)로 증가하고 코아 손실은 586mW/cc에서 410mW/cc로 감소하는 복합금속분말 연자성 코아를 얻을수 있었다.
위의 결과로부터, 규소강 합금분말에 첨가되는 샌더스트 합금분말의 함량을 적절하게 조절함으로써 다양한 전·자기적 특성을 가지는 쵸크 코일용 연자성 코아를 저렴한 가격에 제조할 수 있음을 확인하였다.
[실시예 2]
수분사 또는 가스 분사법으로 제조된 Mo : 2%, Ni : 80%, 잔여량이 Fe인 분말(MPP)을 제조하여 -300 mesh(50 ㎛이하) 크기의 분말로 만들어 혼합세라믹 1.0wt%로 습식 절연 코팅하여 MPP 분말을 준비하였다.
또한, 상기의 실시예 1에 나타낸 것과 같이 규소강 분말을 준비하고 총 중량비로 표 2에 나타낸 바와 같이 10∼70% 규소강 분말에 혼합하였다.
이어서, 성형 윤활제를 첨가한 후 18 Ton/cm2의 성형 압력으로 외경 27mm, 내경 14.7mm, 높이 11.2mm의 환형 코아를 고압 성형하며, 760℃의 질소 분위기 하에서 1시간 동안 열처리하여 코아를 완성하였다.
그 후, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 인덕턴스(L), 품질계수(Q), 코아 손실 및 직류중첩특성을 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
비교재는 규소강 분말만을 사용하여 제조한 연자성 코아이다.
이하의 표 2의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 규소강 분말만으로 제조된 비교재에 비해 규소강 분말에 MPP를 70 wt% 첨가한 발명재 14의 경우 직류중첩특성이 92%에서 85%까지 약간 감소하지만, MPP 분말의 첨가량이 증가함에 따라 투자율은 78μH(48μ)에서 105μH(66μ)로 증가하고 코아 손실은 586mW/cc에서 282 mW/cc로 감소하는 연자성 코아를 얻을 수 있었다.
| 시험재 | 조 성(wt%) | 인덕턴스(μH) | 투자율(μ) | 품질계수(Q) | 코아손실(mW/cc) | 직류중첩특성(%μ) |
| 비교재1 | 규소강 | 78 | 48 | 60 | 586 | 92 |
| 비교재2 | MPP | 104 | 64 | 120 | 180 | 82 |
| 발명재8 | 규소강+10%M | 89 | 54 | 64 | 542 | 91 |
| 발명재9 | 규소강+20%M | 91 | 56 | 67 | 499 | 90 |
| 발명재10 | 규소강+30%M | 93 | 58 | 70 | 456 | 88 |
| 발명재11 | 규소강+40%M | 95 | 60 | 74 | 413 | 87 |
| 발명재12 | 규소강+50%M | 98 | 61 | 80 | 372 | 86 |
| 발명재13 | 규소강+60%M | 102 | 64 | 86 | 330 | 86 |
| 발명재14 | 규소강+70%M | 105 | 66 | 90 | 282 | 85 |
※ M : MPP
[실시예 3]
수분사 또는 가스 분사법으로 제조된 Ni : 50% 잔여량이 Fe인 분말(High Flux)을 제조하여 -300 mesh(50 ㎛이하) 크기의 분말로 만들어 혼합세라믹 1.0 wt%로 절연 코팅하여 High Flux 분말을 준비하였다.
또한, 상기의 실시예 1에 나타낸 것과 같이 규소강 분말을 준비하고 총 중량비로 표 3에 나타낸 바와 같이 10∼70% 규소강 분말에 혼합하였다.
이어서, 성형 윤활제를 첨가한 후 18 Ton/cm2의 성형 압력으로 외경 27mm, 내경 14.7mm, 높이 11.2mm의 환형 코아를 고압 성형하며, 760℃의 질소 분위기 하에서 1시간 동안 열처리하여 코아를 완성하였다.
그 후, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 인덕턴스(L), 품질계수(Q), 코아 손실 및 직류중첩특성을 측정하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.
비교재는 규소강 분말만을 사용하여 제조한 연자성 코아이다.
| 시험재 | 조 성(wt%) | 인덕턴스(μH) | 투자율(μ) | 품질계수(Q) | 코아손실(mW/cc) | 직류중첩특성(%μ) |
| 비교재 | 규소강 | 78 | 48 | 60 | 586 | 92 |
| 비교재 | High Flux | 102 | 63 | 84 | 302 | 88 |
| 발명재8 | 규소강+10%H | 85 | 52 | 61 | 557 | 92 |
| 발명재9 | 규소강+20%H | 89 | 54 | 62 | 530 | 91 |
| 발명재10 | 규소강+30%H | 91 | 56 | 63 | 501 | 91 |
| 발명재11 | 규소강+40%H | 94 | 57 | 65 | 473 | 91 |
| 발명재12 | 규소강+50%H | 96 | 60 | 67 | 445 | 91 |
| 발명재13 | 규소강+60%H | 98 | 61 | 68 | 417 | 90 |
| 발명재14 | 규소강+70%H | 102 | 64 | 70 | 384 | 90 |
※ H : HIGH FLUX
표 3으로부터 알 수 있듯이, 발명재 14의 경우는 직류중첩특성이 비교재와 비교시 92%에서 90%까지 감소되었지만 High Flux 합금 분말의 첨가량이 증가함에 따라 인덕턴스(투자율)는 78μH(48μ)에서 102μH(64μ)로 증가하고 코아 손실은 586mW/cc에서 384mW/cc로 감소하는 복합금속분말 연자성 코아를 얻을 수 있었다.
위의 결과로부터, 규소강 합금분말에 첨가되는 High Flux 합금분말의 함량을 적절하게 조절함으로써 다양한 전·자기적 특성을 가지는 쵸크 코일용 연자성 코아를 제조할 수 있음을 확인하였다.
[실시예 4]
실시예 2, 3에서 준비한 MPP와 High Flux분말을 상기의 실시예 1에서와 같이 준비된 규소강 분말과 총 중량비로 표 4에 나타낸 바와 같이 10∼60% 규소강 합금분말에 혼합하였다.
이어서, 성형 윤활제를 첨가한 후 18 Ton/cm2의 성형 압력으로 외경 27mm, 내경 14.7mm, 높이 11.2mm의 환형 코아를 고압 성형하며, 760℃의 질소 분위기 하에서 1시간 동안 열처리하여 코아를 완성하였다.
그 후, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 인덕턴스(L), 품질계수(Q), 코아 손실 및 직류중첩특성을 측정하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.
비교재는 규소강 분말만을 사용하여 제조한 연자성 코아이다.
| 시험재 | 조 성(wt%) | 인덕턴스(μH) | 투자율(μ) | 품질계수(Q) | 코아손실(mW/cc) | 직류중첩특성(%μ) |
| 비교재 | 규소강 | 78 | 48 | 60 | 586 | 92 |
| 발명재15 | 규소강+5%H+5%M | 86 | 53 | 64 | 550 | 91 |
| 발명재16 | 규소강+5%H+10%M | 88 | 54 | 65 | 520 | 91 |
| 발명재17 | 규소강+10%H+5%M | 90 | 55 | 64 | 525 | 91 |
| 발명재18 | 규소강+10%H+10%M | 93 | 58 | 68 | 480 | 90 |
| 발명재19 | 규소강+10%H+15%M | 97 | 60 | 73 | 455 | 90 |
| 발명재20 | 규소강+15%H+10%M | 100 | 62 | 71 | 430 | 89 |
| 발명재21 | 규소강+20%H+20%M | 102 | 63 | 76 | 380 | 89 |
| 발명재22 | 규소강+30%H+30%M | 106 | 65 | 80 | 350 | 88 |
※ M : MPP, H : HIGH FLUX
표 4으로부터 알 수 있듯이, 발명재 22의 경우는 직류중첩특성이 비교재와 비교시 92%에서 88%까지 다소 감소되었지만 MPP와 High Flux 합금 분말의 첨가량이 증가함에 따라 인덕턴스(투자율)는 78μH(48μ)에서 106μH(65μ)로 증가하고 코아 손실은 586mW/cc에서 350mW/cc로 감소하는 복합금속분말 연자성 코아를 얻을 수 있었다.
위의 결과로부터, 규소강 합금분말에 첨가되는 MPP와 High Flux 합금분말의 함량을 적절하게 조절함으로써 다양한 전·자기적 특성을 가지는 쵸크 코일용 연자성 코아를 제조할 수 있음을 확인하였다.
[실시예 5]
실시예 1, 2, 3에서 준비한 MPP와 High Flux, SENDUST 분말을 상기의 실시예 1에서와 같이 준비된 규소강 분말과 총 중량비로 표 4에 나타낸 바와 같이 10∼60% 규소강 합금분말에 혼합하였다.
이어서, 성형 윤활제를 첨가한 후 18 Ton/cm2의 성형 압력으로 외경 27mm, 내경 14.7mm, 높이 11.2mm의 환형 코아를 고압 성형하며, 760℃의 질소 분위기 하에서 1시간 동안 열처리하여 코아를 완성하였다.
그 후, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 인덕턴스(L), 품질계수(Q), 코아 손실 및 직류중첩특성을 측정하여 그 결과를 표 5에 나타내었다.
비교재는 규소강 분말만을 사용하여 제조한 연자성 코아이다.
표 5으로부터 알 수 있듯이, 발명재 35의 경우는 직류중첩특성이 비교재와비교시 92%에서 76%까지 감소되었지만 MPP와 High Flux 합금 분말의 첨가량이 증가함에 따라 인덕턴스(투자율)는 78μH(48μ)에서 108μH(66μ)로 증가하고 코아 손실은 586 mW/cc에서 345mW/cc로 감소하는 복합금속분말 연자성 코아를 얻을 수 있었다.
위의 결과로부터, 규소강 합금분말에 첨가되는 MPP와 High Flux 합금분말의 함량을 적절하게 조절함으로써 다양한 전·자기적 특성을 가지는 쵸크 코일용 연자성 코아를 제조할 수 있음을 확인하였다.
| 시험재 | 조 성(wt%) | 인덕턴스(μH) | 투자율(μ) | 품질계수(Q) | 코아손실(mW/cc) | 직류중첩특성(%μ) |
| 비교재 | 규소강 | 78 | 48 | 60 | 586 | 92 |
| 발명재23 | 규소강+5%H+5%M+5%S | 84 | 52 | 66 | 545 | 90 |
| 발명재24 | 규소강+5%H+10%M+5%S | 87 | 52 | 68 | 540 | 89 |
| 발명재25 | 규소강+10%H+5%M+5%S | 88 | 54 | 71 | 542 | 90 |
| 발명재26 | 규소강+5%H+5%M+10%S | 86 | 52 | 75 | 546 | 86 |
| 발명재27 | 규소강+10%H+10%M+5%S | 94 | 58 | 74 | 470 | 87 |
| 발명재28 | 규소강+10%H+5%M+10%S | 92 | 57 | 75 | 474 | 86 |
| 발명재29 | 규소강+5%H+10%M+10%S | 91 | 56 | 74 | 460 | 85 |
| 발명재30 | 규소강+10%H+10%M+10%S | 104 | 65 | 78 | 410 | 83 |
| 발명재31 | 규소강+10%H+10%M+15%S | 103 | 64 | 84 | 408 | 80 |
| 발명재32 | 규소강+15%H+10%M+10%S | 102 | 63 | 82 | 403 | 82 |
| 발명재33 | 규소강+10%H+15%M+10%S | 104 | 65 | 83 | 390 | 81 |
| 발명재34 | 규소강+15%H+15%M+15%S | 106 | 65 | 90 | 360 | 78 |
| 발명재35 | 규소강+20%H+20%M+20%S | 108 | 66 | 96 | 345 | 76 |
※M : MPP, H : HIGH FLUX, S : SENDUST
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 복합금속분말 및 그 분말을 이용한 연자성 코아의 제조방법은 가격이 저렴한 규소강(Fe-Si) 합금 분말과 샌더스트, MPP 및 High Flux의 복합 금속분말을 이용하여 가격이 저렴하고 대전류에서 우수한 직류중첩특성 및 낮은 코아 손실을 나타내는 복합금속분말 연자성 코아를 제조함으로써 스위칭 전원 공급장치(SMPS)용 평활 쵸크 코아에 광범위하게 활용될 수 있는 장점을 제공한다.
Claims (6)
- 직류중첩특성이 우수한 Si:6.5wt%와 잔부 Fe로 이루어진 규소강 분말 30~90wt%;고투자율 및 저손실 특성을 가지는 Si:9.6wt%, Al:5.4wt%l 및 잔부 Fe로 이루어진 샌더스트 분말 10∼70wt%로 혼합구성된 대전류 직류중첩특성이 우수한 역률개선용 복합금속분말.
- 직류중첩특성이 우수한 Si:6.5wt%와 잔부 Fe로 이루어진 규소강 분말 30~90wt%;Mo:2wt%, Ni:80wt% 및 잔부 Fe로 이루어진 MPP 10∼70wt%로 혼합구성된 대전류 직류중첩특성이 우수한 역률개선용 복합금속분말.
- 직류중첩특성이 우수한 Si:6.5wt%와 잔부 Fe로 이루어진 규소강 분말 30~90wt%;연성이 좋고 투자율이 높은 Ni:50wt%와 잔부 Fe로 이루어진 High Flux 10∼70wt%로 혼합구성된 대전류 직류중첩특성이 우수한 역률개선용 복합금속분말.
- 직류중첩특성이 우수한 Si:6.5wt%와 잔부 Fe로 이루어진 규소강 분말 40~90wt%;연성이 좋고 투자율이 높은 Ni:50wt%와 잔부 Fe로 이루어진 High Flux 5~30wt%;Mo:2wt%, Ni:80wt% 및 잔부 Fe로 이루어진 MPP 5∼30 wt%로 혼합구성된 대전류 직류중첩특성이 우수한 역률개선용 복합금속분말.
- 직류중첩특성이 우수한 Si:6.5wt%와 잔부 Fe로 이루어진 규소강 분말 30~85wt%;고투자율 및 저손실 특성을 가지는 Si:9.6wt%, Al:5.4wt% 및 잔부 Fe로 이루어진 샌더스트 분말 5~20wt%;연성이 좋고 투자율이 높은 Ni:50wt%와 잔부 Fe로 이루어진 High Flux 5~20wt%;Mo:2wt%, Ni:80wt% 및 잔부 Fe로 이루어진 MPP 5∼20wt%로 혼합구성된 대전류 직류중첩특성이 우수한 역률개선용 복합금속분말.
- 선행항들중 어느 하나의 항에 의해 제조된 복합금속분말에 Zn, ZnS, 스테아린산 중에서 선택된 어느 하나의 윤활제를 첨가혼합한 후;18 Ton/cm2의 압력으로 환형코아를 고압성형하고;성형된 코아를 760℃의 질소분위기 하에서 1시간동안 열처리하여 잔류응력 및 변형을 제거한 후;폴리에스테르 혹은 에폭시수지를 코아의 표면에 코팅처리하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대전류 직류중첩특성이 우수한 역률개선용 복합금속분말을 이용한 연자성 코아의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2001-0011346A KR100374292B1 (ko) | 2001-03-06 | 2001-03-06 | 대전류 직류중첩특성이 우수한 역률개선용 복합금속분말및 그 분말을 이용한 연자성 코아의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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