WO2022177349A1 - 자성코어 및 이를 포함하는 코일부품 - Google Patents

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WO2022177349A1
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coil
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이승은
류지창
이정기
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엘지이노텍 주식회사
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    • H01F17/062—Toroidal core with turns of coil around it

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic core and a coil component.
  • a large current step-down inductor for power factor correction (PFC), a high current step-up inductor, a three-phase line reactor, and the like used in a solar system, a wind power generation system, and an electric vehicle include a coil wound on a magnetic core.
  • the magnetic core included in the high current inductor or high current reactor should improve the DC superposition characteristic at the high current, reduce the core loss at the high frequency, and obtain a stable magnetic permeability.
  • the density of the magnetic core and the particle distribution in the magnetic core may affect the loss and permeability of the magnetic core.
  • An object of the present invention is to provide a magnetic core and a coil component including the same.
  • the magnetic core according to an embodiment of the present invention includes a material made of iron (Fe)-silicon (Si)-boron (B), and the mass percentage of Fe in the first surface, which is the upper surface, is in the second surface, which is the side surface. different from the mass percentage of Fe in the first surface, wherein the ratio of the mass percentage of Fe in the first surface to the difference between the mass percentage of Fe in the first surface and the mass percentage of Fe in the second surface is 6 or greater; less than 21.
  • a ratio of the mass percentage of Fe in the first surface to the difference between the mass percentage of Fe in the first surface and the mass percentage of Fe in the second surface may be 11 or more and 21 or less.
  • a mass percentage of Fe in the first surface may be greater than a mass percentage of Fe in the second surface.
  • the porosity of the first surface may be different from the porosity of the second surface.
  • An average aspect ratio of the Fe-Si-B material of the first surface may be different from an average aspect ratio of the Fe-Si-B material of the second surface.
  • a mass percentage of the resin in the second surface may be higher than a mass percentage of the resin in the first surface
  • the resin may include at least one of zinc (Zn), oxygen (O), aluminum (Al), and carbon (C).
  • a mass percentage of zinc (Zn) and oxygen (O) in the second surface may be greater than a mass percentage of zinc (Zn) and oxygen (O) in the first surface.
  • a difference between the mass percentage of Fe and the mass percentage of Si on the first surface may be different from a difference between the mass percentage of Fe and the mass percentage of Si on the second surface.
  • a difference between the mass percentage of Fe and the mass percentage of Si on the first surface may be greater than a difference between the mass percentage of Fe and the mass percentage of Si on the second surface.
  • the magnetic core may have a toroidal shape.
  • the magnetic core according to another embodiment of the present invention includes a material made of iron (Fe)-silicon (Si)-boron (B), and the mass percentage of Fe in the first surface, which is the upper surface, is in the second surface, which is the side surface. different from the mass percentage of Fe in the second surface, wherein the ratio of the mass percentage of Fe in the second surface to the difference between the mass percentage of Fe in the first surface and the mass percentage of Fe in the second surface is 5 or more; less than 20
  • a ratio of the mass percentage of Fe in the second surface to the difference between the mass percentage of Fe in the first surface and the mass percentage of Fe in the second surface may be 10 or more and 20 or less.
  • a mass percentage of Fe in the first surface may be greater than a mass percentage of Fe in the second surface.
  • a coil component according to an embodiment of the present invention includes a magnetic core and a coil wound on the magnetic core, wherein the magnetic core includes a material made of iron (Fe)-silicon (Si)-boron (B). And, the mass percentage of Fe in the first surface that is the upper surface is different from the mass percentage of Fe in the second surface that is the side surface, and the mass percentage of Fe in the first surface and the mass percentage of Fe in the second surface The ratio of the mass percentage of Fe in the first plane to the inter-interval difference is greater than or equal to 6 and less than or equal to 21.
  • a magnetic core having low loss and high magnetic permeability can be obtained. According to this, the number of turns of the coil can be reduced, and the size of the coil component can be miniaturized. In addition, according to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain a magnetic core capable of satisfying various needs according to application fields and required characteristics.
  • the magnetic core and coil parts according to the embodiment of the present invention can be applied to vehicles and industries such as high current inductors and high current reactors.
  • FIG. 1 is a perspective view of a magnetic core according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a coil component according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is an enlarged view of an upper surface and a side surface of a magnetic core according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 (a) is an SEM photograph of the top surface of the magnetic core according to the comparative example
  • FIG. 4 (b) shows the EDX analysis spectrum from the top surface of the magnetic core according to the comparative example.
  • FIG. 5(a) is an SEM photograph from the side of the magnetic core according to the comparative example
  • FIG. 5(b) shows the EDX analysis spectrum from the side of the magnetic core according to the comparative example.
  • FIG. 6(a) is an SEM photograph from the top surface of the magnetic core according to the embodiment
  • FIG. 6(b) shows the EDX analysis spectrum from the top surface of the magnetic core according to the embodiment.
  • FIG. 7 (a) is an SEM photograph from the side of the magnetic core according to the embodiment, and FIG. 7 (b) shows the EDX analysis spectrum from the side of the magnetic core according to the embodiment.
  • a component when it is described that a component is 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is not only directly connected, coupled or connected to the other component, but also with the component It may also include the case of 'connected', 'coupled' or 'connected' due to another element between the other elements.
  • FIG. 1 is a perspective view of a magnetic core according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a coil component according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an upper surface of the magnetic core according to an embodiment of the present invention and This is an enlarged view of the side.
  • the coil component 100 includes a magnetic core 110 and a coil 120 wound on the magnetic core 110 .
  • the magnetic core 110 may have a toroidal shape, and the coil 120 is wound to be symmetrical to the first coil 122 and the first coil 122 wound on the magnetic core 110 .
  • a second coil 124 may be included.
  • the first coil 122 and the second coil 124 may be wound on the upper surface S1, the outer circumferential surface S2, the lower surface S3, and the inner circumferential surface S4 of the toroidal-shaped magnetic core 110, respectively.
  • a bobbin (not shown) for insulating the magnetic core 110 and the coil 120 may be further disposed between the magnetic core 110 and the coil 120 .
  • the coil 120 may be formed of a conductive wire whose surface is coated with an insulating material.
  • the conductive wire may be made of copper, silver, aluminum, gold, nickel, tin, etc. whose surface is coated with an insulating material, and the cross-section of the conductive wire may have a circular or prismatic shape.
  • the coil component according to the embodiment of the present invention may be variously applied to, for example, an inductor, a choke coil, a transformer, a motor, a transformer for a DCDC converter, EMI shielding, a Power Factor Correction (PFC) inductor, etc., but is not limited thereto. , can be variously applied to vehicles and industries.
  • an inductor for example, an inductor, a choke coil, a transformer, a motor, a transformer for a DCDC converter, EMI shielding, a Power Factor Correction (PFC) inductor, etc.
  • PFC Power Factor Correction
  • the magnetic core 110 includes a material 112 made of iron (Fe)-silicon (Si)-boron (B) as a main material.
  • the magnetic core according to the embodiment of the present invention may include particles 112 made of Fe-Si-B as a main material, and the resin 114 may be filled in the voids between the particles made of Fe-Si-B. can At this time, the resin may serve as insulation, lubrication, and binder.
  • the resin 114 may include at least one of kaolin, zinc stearate, and water glass.
  • Kaolin is hydrous aluminum silicate, and the main component may be Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 , and may be used as an insulating agent.
  • the main component of zinc stearate may be Zn(C 18 H 35 O 2 ) 2 , and may be used as a lubricant.
  • Water glass is an aqueous solution of sodium silicate obtained by melting silicon dioxide and alkali.
  • the main component is Na 2 SiO 3 , and it can be used as a binder.
  • the particles 112 made of Fe-Si-B included in the magnetic core 110 according to an embodiment of the present invention may be crushed powder of an amorphous ribbon made of Fe-Si-B. Accordingly, the particles 112 made of Fe-Si-B may have a flake shape, and the magnetic core 110 may have a form in which flake-shaped particles 112 are stacked. In addition, the particles 112 made of Fe-Si-B included in the magnetic core 110 according to the embodiment of the present invention may have a particle size of 20 ⁇ m to 160 ⁇ m.
  • the D50 of the particles may be 65 ⁇ m to 85 ⁇ m, preferably 70 ⁇ m to 80 ⁇ m, more preferably 72.5 ⁇ m to 77.5 ⁇ m, and the D10 of the particles is 25 ⁇ m to 45 ⁇ m, preferably 30 It may be ⁇ m to 40 ⁇ m, more preferably 32.5 ⁇ m to 37.5 ⁇ m, D90 of the particle may be 110 ⁇ m to 140 ⁇ m, preferably 120 ⁇ m to 135 ⁇ m, more preferably 125 ⁇ m to 130 ⁇ m.
  • D10 means the particle size corresponding to 10% of the passing percentage in the particle size analysis data
  • D50 means the particle size corresponding to 50% of the passing percentage in the particle size analysis data
  • D90 is the particle size corresponding to 90% of the passing percentage in the particle size analysis data. corresponding particle size.
  • D50 may also be used interchangeably with average particle size.
  • the upper surface S1 of the magnetic core 110 and the side surface S2 of the magnetic core 110 will be described.
  • the description of the upper surface S1 of the magnetic core 110 may be equally applied to the lower surface S3 of the magnetic core 110 .
  • the description of the upper surface S1 of the magnetic core 110 may be equally applied to a cross section of the magnetic core 110 cut in a direction parallel to the upper surface S1 of the magnetic core 110 .
  • the description of the side surface S2 of the magnetic core 110 may be equally applied to the inner peripheral surface S4 of the magnetic core 110 .
  • the description of the side surface S2 of the magnetic core 110 may also be applied to a cross section in which the magnetic core 110 is cut in a direction perpendicular to the upper surface S1 of the magnetic core 110 .
  • the particles 112 having a flake shape and made of Fe-Si-B are stacked in a direction parallel to the upper surface S1 or the lower surface S3 of the magnetic core 110, and Fe-Si
  • the voids between the particles 112 made of -B may be filled with the resin 114 .
  • the particle distribution shape of the upper surface S1 of the magnetic core 110 and the particle distribution shape and composition of the side surface S2 of the magnetic core 110 may be different from each other. That is, the upper surface of the particles 112 having a flake shape is mainly disposed on the upper surface S1 of the magnetic core 110, and the side surface of the particles 112 having the flake shape is mainly disposed on the side surface S2 of the magnetic core 110.
  • the particle distribution shape may be expressed as a porosity or an average aspect ratio.
  • the porosity of the side surface S2 of the magnetic core 110 may be greater than the porosity of the upper surface S1 of the magnetic core 110 .
  • the porosity may mean a percentage of the total area excluding the area occupied by the particles 112 made of Fe-Si-B.
  • the porosity of the side surface S2 of the magnetic core 110 is twice or more, preferably 2 times or more, and 2.5 times or less, more preferably 2.2 times the porosity of the upper surface S1 of the magnetic core 110 . It may be more than twice and less than or equal to 2.4 times.
  • the average aspect ratio of the upper surface S1 of the magnetic core 110 may be different from the average aspect ratio of the side surface S2 of the magnetic core 110 .
  • the aspect ratio may mean a ratio of the width to the length of the particle.
  • the average aspect ratio of the upper surface S1 of the magnetic core 110 is 1.1:1 to 1.4:1, preferably 1.2:1 to 1.3:1, and the average of the side surface S2 of the magnetic core 110 is The aspect ratio may be from 4.2:1 to 5.2:1, preferably from 4.5:1 to 5:1, more preferably from 4.7:1 to 4.9:1.
  • the average aspect ratio of the side surface S2 of the magnetic core 110 to the average aspect ratio of the top surface S1 of the magnetic core 110 is 3 times or more, preferably 3.5 times or more, and more preferably 3.75 times or more. may be more than Accordingly, the density in the magnetic core can be maximized, the porosity can be minimized, and accordingly, a magnetic core having low loss and high permeability performance can be obtained.
  • the mass percentage of Fe in the upper surface S1 of the magnetic core 110 is different from the mass percentage of Fe in the side surface S2 of the magnetic core 110 .
  • the mass percentage of Fe in the upper surface S1 of the magnetic core 110 may be greater than the mass percentage of Fe in the side surface S2 of the magnetic core 110 .
  • the mass percentage of Fe in the upper surface S1 of the magnetic core 110 is 1.02 times or more of the mass percentage of Fe in the side surface S2 of the magnetic core 110, preferably 1.05 times to It may be 1.2 times, more preferably 1.1 times to 1.2 times.
  • the difference between the mass percentage of Fe in the upper surface S1 of the magnetic core 110 and the mass percentage of Fe in the side S2 of the magnetic core 110 in the upper surface S1 of the magnetic core 110 The ratio of the mass percentages of Fe in ? may be 6 or more and 21 or less, preferably 11 or more and 21 or less.
  • the ratio of the mass percentage of Fe in the side surface S2 of the magnetic core 110 for the difference between the mass percentage of Fe in the upper surface S1 of the magnetic core 110 and the mass percentage of Fe in the side surface S2 of the magnetic core 110 The ratio of the mass percentage of Fe in
  • the mass percentage of the resin in the upper surface S1 of the magnetic core 110 is different from the mass percentage of the resin in the side surface S2 of the magnetic core 110 .
  • the mass percentage of the resin in the side surface S2 of the magnetic core 110 may be greater than the mass percentage of the resin in the upper surface S1 of the magnetic core 110 .
  • the resin 114 when the resin 114 includes at least one of kaolin, zinc stearate, and water glass, the resin 114 is zinc (Zn), oxygen (O), It may include at least one of aluminum (Al) and carbon (C), and zinc (Zn), oxygen (O), aluminum (Al) and carbon (C) in the side surface S2 of the magnetic core 110 .
  • At least one mass percentage of at least one of zinc (Zn), oxygen (O), aluminum (Al), and carbon (C) in the upper surface S1 of the magnetic core 110 may be greater than a mass percentage of at least one of carbon (C).
  • the mass percentage of zinc (Zn) and oxygen (O) in the side surface S2 of the magnetic core 110 is zinc (Zn) and oxygen ( O) may be greater than the mass percentage.
  • the density in the magnetic core can be maximized, the porosity can be minimized, and accordingly, a magnetic core having low loss and high permeability performance can be obtained.
  • silicon (Si) may not only be included in the particles 112 made of Fe-Si-B, but may also be included in the resin 114 filling the voids between the particles 112 made of Fe-Si-B. Accordingly, the difference between the mass percentage of Fe and the mass percentage of Si in the upper surface S1 of the magnetic core 110 is between the mass percentage of Fe and the mass percentage of Si in the side surface S2 of the magnetic core 110 . It may be different from tea. As described above, the mass percentage of Fe in the upper surface S1 of the magnetic core 110 may be greater than the mass percentage of Fe in the side surface S2 of the magnetic core 110 .
  • the porosity of the side surface S2 of the magnetic core 110 may be greater than the porosity of the upper surface S1 of the magnetic core 110, and the voids between the particles 112 made of Fe-Si-B are resin 114. can be filled with Accordingly, the mass percentage of Si on the side surface S2 of the magnetic core 110 may be similar to the mass percentage of the upper surface S1 of the magnetic core 110 , and as a result, the side surface S2 of the magnetic core 110 . The difference between the mass percentage of Fe and the mass percentage of Si may be smaller than the difference between the mass percentage of Fe and the mass percentage of Si in the upper surface S1 of the magnetic core 110 .
  • the density in the magnetic core can be maximized, the porosity can be minimized, and accordingly, a magnetic core having low loss and high permeability performance can be obtained.
  • the magnetic core according to the comparative example is a crushed powder of an amorphous ribbon containing Fe-Si-B, D10 is 33.9 ⁇ m, D50 is 85.4 ⁇ m, and D90 is 152.5 ⁇ m.
  • the magnetic core according to the embodiment is a crushed powder of an amorphous ribbon containing Fe-Si-B, D10 is 33.9 ⁇ m, D50 is 73
  • the voids between the particles having a D90 of 127.4 ⁇ m were filled with a resin containing kaolin, zinc stearate and water glass, and were molded into a toroidal shape.
  • EDX analysis was performed on one region on the upper surface of the magnetic core and two regions on the side surface of the magnetic core.
  • Table 1 shows the mass percentage of the component according to the EDX analysis result on the upper surface and the side surface of the magnetic core according to the comparative example
  • Table 2 shows the mass percentage of the component according to the EDX analysis result on the upper surface and the side surface of the magnetic core according to the Example
  • Table 3 shows the porosity and aspect ratio on the upper surface and the side surface of the magnetic core according to the comparative example, and the porosity and the aspect ratio on the upper surface and the side surface of the magnetic core according to the embodiment.
  • Figure 4 (a) is a scanning electron microscope (SEM) photograph from the top surface of the magnetic core according to the comparative example
  • Figure 4 (b) shows the EDX analysis spectrum from the top surface of the magnetic core according to the comparative example
  • Figure 5 (a) is a scanning electron microscope (SEM) photograph from the side of the magnetic core according to the comparative example
  • FIG. 5 (b) shows the EDX analysis spectrum from the side of the magnetic core according to the comparative example
  • FIG. It is an SEM photograph from the top surface of the magnetic core
  • FIG. 6(b) is an EDX analysis spectrum from the top surface of the magnetic core according to the embodiment
  • FIG. 7(a) is an SEM photograph from the side surface of the magnetic core according to the embodiment
  • 7(b) shows the EDX analysis spectrum in terms of the magnetic core according to the embodiment.
  • 4(b), 5(b), 6(b), and 7(b) are 250 ⁇ m in FIGS. 4(a), 5(a), 6(a) and 7(a), respectively. * Indicates the average value of the analysis results within the 250 ⁇ m region.
  • the distribution shape of the particles made of Fe-Si-B on the upper surface of the magnetic core is Fe from the side of the magnetic core. It can be seen that the distribution shape of the particles made of -Si-B is different from that of the particles. That is, the porosity of the upper surface of the magnetic core and the porosity of the side surface of the magnetic core are different from each other, and the average aspect ratio of the particles made of Fe-Si-B on the upper surface of the magnetic core is the particle made of Fe-Si-B on the side of the magnetic core.
  • the average aspect ratio of the upper surface S1 of the magnetic core 110 according to the embodiment is 1.1:1 to 1.4:1, and the aspect ratio of the side surface S2 of the magnetic core 110 according to the embodiment is 1.1:1 to 1.4:1. It can be seen that the average aspect ratio is within the range of 4.2:1 to 5.2:1. In addition, it can be seen that the average aspect ratio of the side surface S2 to the average aspect ratio of the upper surface S1 of the magnetic core 110 according to the embodiment is three times or more (4.85/1.24).
  • the porosity of the side surface S2 of the magnetic core 110 is at least 2 times, preferably at least 2 times, and not more than 2.5 times, more preferably at least 2.2 times the porosity of the upper surface S1 of the magnetic core 110 . and 2.4 times or less (0.0010%/0.00043%).
  • the composition of the upper surface of the magnetic core is different from the composition of the side surface of the magnetic core. That is, the mass percentage of Fe on the upper surface of the magnetic core may be 1.02 times or more, preferably 1.05 times to 1.2 times, more preferably 1.1 times to 1.2 times, the mass percentage of Fe on the side surface of the magnetic core.
  • the mass percentage of Zn and O on the side surface is greater than the mass percentage of Zn and O on the top surface of the magnetic core, and the difference between the mass percentages of Fe and Si on the top surface of the magnetic core is greater than the difference between the mass percentages of Fe and Si on the side surface of the magnetic core.
  • the particles made of Fe-Si-B in the magnetic core according to the embodiment of the present invention are stacked at a high density, and low loss and high permeability can be obtained from the magnetic core according to the embodiment of the present invention.
  • the EDX analysis spectrum may be used. 4(b), 5(b), 6(b) and 7(b), it can be seen that the EDX analysis spectrum on the upper surface of the magnetic core is different from the EDX analysis spectrum on the side of the magnetic core. have. That is, it can be seen that the cps/eV of Fe on the upper surface of the magnetic core is different from the cps/eV of Fe on the side of the magnetic core.
  • cps/eV is defined as the number of counts per second per eV, and may mean the number of X-rays emitted when a predetermined energy is applied, and components in the magnetic core can be analyzed using this.
  • cps/eV of X-rays emitted at 6 to 6.8 keV means cps/eV of Fe(K), which may be different from the top and side surfaces of the magnetic core.
  • cps/eV of X-rays emitted at 6 to 6.8keV that is, cps/eV of Fe(K) eV may appear differently in Comparative Examples and Examples.
  • the cps/eV difference between Si and Fe(K) may be different in Comparative Examples and Examples.
  • Table 4 is a table comparing the performance of the magnetic core according to the embodiment of the present invention and the magnetic core according to the comparative example.
  • Example comparative example improvement rate Mold density (g/cc) 5.42 5.25 3% Loss (@65Hz, 50mT) 49.60 60.92 19% L O 44.53 35.60 25% L dc 31.71 29.50 8% initial permeability 55.56 43.10 29% Permeability (@100 Oe) 39.57 35.70 11%
  • the magnetic core according to the embodiment has a higher density than the magnetic core according to the comparative example.
  • the magnetic core according to the embodiment has a lower loss than the magnetic core according to the comparative example under the magnetic field conditions of 65 Hz and 50 mT.
  • the initial inductance (LO ) and the inductance (L dc ) under the conditions of 15.6A which is an actual use current, also have an excellent effect in the Example as compared to the Comparative Example.
  • the permeability (permeability @ 100 Oe) under the initial permeability and the actual use current also has an excellent effect in the example compared to the comparative example.
  • a magnetic core capable of maintaining low loss, high magnetic permeability and high inductance can be obtained, and accordingly, coil components such as inductors and transformers can be miniaturized.
  • the magnetic core according to an embodiment of the present invention may be applied to a large current step-down inductor for Power Factor Correction (PFC), a large current step-up inductor, a three-phase line reactor, etc. used in a solar system, a wind power generation system, an electric vehicle, and the like.
  • PFC Power Factor Correction
  • the magnetic core according to the embodiment of the present invention it is possible to increase the DC superposition characteristic at a large current, reduce the core loss at a high frequency, and obtain a stable magnetic permeability.
  • the magnetic core has been described as an example of a toroidal shape in which the central part of the cylinder is empty, but is not limited thereto, and the edger embodiment of the present invention includes various types such as EER, ER, EE, EQ, PQ It can also be applied to shaped cores.

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 자성코어는 철(Fe)-규소(Si)-붕소(B)로 이루어진 물질을 포함하고, 상면인 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율은 측면인 제2면 내에서 Fe의 질량 백분율과 상이하며, 상기 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율과 상기 제2 면 내에서 Fe의 질량 백분율 간 차에 대한 상기 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율의 비는 6이상이고 21이하이다.

Description

자성코어 및 이를 포함하는 코일부품
본 발명은 자성코어 및 코일부품에 관한 것이다.
태양광 시스템, 풍력 발전 시스템, 전기 자동차 등에 사용되는 PFC(Power Factor Correction)용 대전류 강압용 인덕터, 대전류 승압용 인덕터, 3상 라인 리액터 등은 자성코어 상에 권선된 코일을 포함한다. 대전류 인덕터 또는 대전류 리액터에 포함되는 자성코어는 대전류에서의 직류 중첩 특성을 높이고, 고주파에서의 코어 손실을 줄이며, 안정된 투자율을 얻어야 한다.
한편, 자성코어의 밀도 및 자성코어 내 입자 분포는 자성코어의 손실 및 투자율에 영향을 미칠 수 있다. 저손실 및 고투자율의 자성코어를 얻기 위하여, 최적의 밀도 및 입자 분포를 최적화할 필요가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 자성코어 및 이를 포함하는 코일부품을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 자성코어는 철(Fe)-규소(Si)-붕소(B)로 이루어진 물질을 포함하고, 상면인 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율은 측면인 제2면 내에서 Fe의 질량 백분율과 상이하며, 상기 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율과 상기 제2 면 내에서 Fe의 질량 백분율 간 차에 대한 상기 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율의 비는 6이상이고 21이하이다.
상기 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율과 상기 제2 면 내에서 Fe의 질량 백분율 간 차에 대한 상기 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율의 비는 11 이상이고 21 이하일 수 있다.
상기 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율은 상기 제2면 내에서 Fe의 질량 백분율보다 클 수 있다.
상기 제1면의 공극률은 상기 제2면의 공극률과 상이할 수 있다.
상기 제1면의 상기 Fe-Si-B로 이루어진 물질의 평균 종횡비는 상기 제2면의 상기 Fe-Si-B로 이루어진 물질의 평균 종횡비와 상이할 수 있다.
상기 Fe-Si-B로 이루어진 물질 사이를 채우는 수지를 더 포함하고, 상기 제2면에서 수지의 질량 백분율은 상기 제1면에서 수지의 질량 백분율보다 높을 수 있다.
상기 수지는 아연(Zn), 산소(O), 알루미늄(Al) 및 탄소(C) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2면에서 상기 아연(Zn) 및 상기 산소(O)의 질량 백분율은 상기 제1 면에서 상기 아연(Zn) 및 상기 산소(O)의 질량 백분율보다 클 수 있다.
상기 제1면에서 Fe의 질량 백분율과 Si의 질량 백분율 간 차는 상기 제2면에서 Fe의 질량 백분율과 Si의 질량 백분율 간 차와 상이할 수 있다.
상기 제1면에서 Fe의 질량 백분율과 Si의 질량 백분율 간 차는 상기 제2면에서 Fe의 질량 백분율과 Si의 질량 백분율 간 차보다 클 수 있다.
상기 자성코어는 토로이달 형상일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 자성코어는 철(Fe)-규소(Si)-붕소(B)로 이루어진 물질을 포함하고, 상면인 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율은 측면인 제2면 내에서 Fe의 질량 백분율과 상이하며, 상기 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율과 상기 제2 면 내에서 Fe의 질량 백분율 간 차에 대한 상기 제2면 내에서 Fe의 질량 백분율의 비는 5이상이고 20이하이다.
상기 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율과 상기 제2 면 내에서 Fe의 질량 백분율 간 차에 대한 상기 제2면 내에서 Fe의 질량 백분율의 비는 10 이상이고 20 이하일 수 있다.
상기 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율은 상기 제2면 내에서 Fe의 질량 백분율보다 클 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 코일부품은 자성코어, 그리고 상기 자성코어 상에 권선되는 코일을 포함하며, 상기 자성코어는 철(Fe)-규소(Si)-붕소(B)로 이루어진 물질을 포함하고, 상면인 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율은 측면인 제2면 내에서 Fe의 질량 백분율과 상이하며, 상기 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율과 상기 제2 면 내에서 Fe의 질량 백분율 간 차에 대한 상기 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율의 비는 6이상이고 21이하이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 저손실 및 고투자율을 갖는 자성코어를 얻을 수 있다. 이에 따르면, 코일의 턴수를 감소시킬 수 있고, 코일 부품의 소형화가 가능하다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면 적용 분야 및 요구 특성에 따른 다양한 니즈를 만족시킬 수 있는 자성 코어를 얻을 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 자성코어 및 코일부품은 대전류 인덕터, 대전류 리액터 등 차량 및 산업용으로 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 자성코어의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 코일부품의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 자성코어의 상면 및 측면의 확대도이다.
도 4(a)는 비교예에 따른 자성코어의 상면에서 SEM 사진이며, 도 4(b)는 비교예에 따른 자성코어의 상면에서 EDX 분석 스펙트럼을 나타낸다.
도 5(a)는 비교예에 따른 자성코어의 측면에서 SEM 사진이며, 도 5(b)는 비교예에 따른 자성코어의 측면에서 EDX 분석 스펙트럼을 나타낸다.
도 6(a)는 실시예에 따른 자성코어의 상면에서 SEM 사진이며, 도 6(b)는 실시예에 따른 자성코어의 상면에서 EDX 분석 스펙트럼을 나타낸다.
도 7(a)는 실시예에 따른 자성코어의 측면에서 SEM 사진이며, 도 7(b)는 실시예에 따른 자성코어의 측면에서 EDX 분석 스펙트럼을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 자성코어의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 코일부품의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 자성코어의 상면 및 측면의 확대도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 코일부품(100)은 자성코어(110) 및 자성코어(110) 상에 권선되는 코일(120)을 포함한다. 이때, 자성코어(110)는 토로이달(toroidal) 형상일 수 있으며, 코일(120)은 자성코어(110) 상에 권선되는 제1 코일(122) 및 제1 코일(122)에 대칭하도록 권선되는 제2 코일(124)을 포함할 수 있다. 제1 코일(122) 및 제2 코일(124)은 각각 토로이달 형상의 자성코어(110)의 상면(S1), 외주면(S2), 하면(S3) 및 내주면(S4)에 권선될 수 있다. 자성코어(110)와 코일(120) 사이에는 자성코어(110)와 코일(120)을 절연하기 위한 보빈(미도시)이 더 배치될 수 있다. 코일(120)은 표면이 절연 소재로 피복된 도선으로 이루어질 수 있다. 도선은 표면이 절연 물질로 피복된 구리, 은, 알루미늄, 금, 니켈, 주석 등일 수 있고, 도선의 단면은 원형 또는 각형을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 코일 부품은, 예를 들어 인덕터, 쵸크 코일, 변압기, 모터, DCDC 컨버터용 트랜스포머, EMI차폐, PFC(Power Factor Correction) 인덕터 등에 다양하게 적용될 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 차량용 및 산업용으로 다양하게 적용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자성코어(110)는 철(Fe)-규소(Si)-붕소(B)로 이루어진 물질(112)을 주재료로 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 자성코어는 Fe-Si-B로 이루어진 입자(particle, 112)를 주재료로 포함할 수 있으며, 수지(114)가 Fe-Si-B로 이루어진 입자 사이의 공극에 충진될 수 있다. 이때, 수지는 절연, 윤활 및 바인더의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 수지(114)는 카올린(kaolin), 스테아린산 아연(Zn stearate) 및 물유리(water glass) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 카올린은 함수규산 알루미늄으로, 주성분은 Al2Si2O5(OH)4일 수 있고, 절연제로 사용될 수 있다. 스테아린산 아연의 주성분은 Zn(C18H35O2)2일 수 있으며, 윤활제로 사용될 수 있다. 물유리는 이산화규소와 알칼리를 융해해서 얻은 규산나트륨의 수용액으로, 주성분은 Na2SiO3이며, 바인더로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 자성코어(110)에 포함되는 Fe-Si-B로 이루어진 입자(112)는 Fe-Si-B로 이루어진 비정질 리본의 파쇄 분말일 수 있다. 이에 따라, Fe-Si-B로 이루어진 입자(112)는 플레이크(flake) 형상을 가질 수 있으며, 자성코어(110)는 플레이크 형상의 입자(112)가 적층된 형태일 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따른 자성코어(110)에 포함되는 Fe-Si-B로 이루어진 입자(112)는 20㎛ 내지 160㎛의 입자크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 입자의 D50은 65㎛ 내지 85㎛, 바람직하게는 70㎛ 내지 80㎛, 더욱 바람직하게는 72.5㎛ 내지 77.5㎛일 수 있고, 입자의 D10은 25㎛ 내지 45㎛, 바람직하게는 30㎛ 내지 40㎛, 더욱 바람직하게는 32.5㎛ 내지 37.5㎛일 수 있으며, 입자의 D90은 110㎛ 내지 140㎛, 바람직하게는 120㎛ 내지 135㎛, 더욱 바람직하게는 125㎛ 내지 130㎛일 수 있다. D10은 입도분석자료에서 통과 백분율의 10%에 대응하는 입경을 의미하고, D50은 입도분석자료에서 통과 백분율의 50%에 대응하는 입경을 의미하며, D90은 입도분석자료에서 통과 백분율의 90%에 대응하는 입경을 의미한다. D50은 평균 입자 크기와 혼용될 수도 있다. 본 발명의 실시예에 따른 자성코어(110)에 포함되는 Fe-Si-B로 이루어진 입자(112)가 이러한 형상 및 입자 분포를 가지는 경우, 크기가 큰 입자가 하면으로부터 상면으로 순차적으로 적층되고, 빈 공간을 크기가 작은 입자가 채우므로, 자성코어(110)의 밀도가 높아질 수 있다. 이에 따라, 공극률이 최소화될 수 있으며, 저손실 및 고투자율 성능을 가진 자성코어를 얻을 수 있다.
이하, 자성코어(110)의 상면(S1) 및 자성코어(110)의 측면(S2)에 대하여 설명한다. 자성코어(110)의 상면(S1)에 관한 설명은 자성코어(110)의 하면(S3)에도 동일하게 적용될 수 있다. 그리고, 자성코어(110)의 상면(S1)에 관한 설명은 자성코어(110)를 자성코어(110)의 상면(S1)과 평행한 방향으로 절단한 단면에도 동일하게 적용될 수 있다. 자성코어(110)의 측면(S2)에 관한 설명은 자성코어(110)의 내주면(S4)에도 동일하게 적용될 수 있다. 그리고, 자성코어(110)의 측면(S2)에 관한 설명은 자성코어(110)를 자성코어(110)의 상면(S1)과 수직한 방향으로 절단한 단면에도 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 플레이크 형상을 가지며 Fe-Si-B로 이루어진 입자(112)는 자성코어(110)의 상면(S1) 또는 하면(S3)과 평행한 방향으로 적층되고, Fe-Si-B로 이루어진 입자(112) 간 공극은 수지(114)로 채워질 수 있다. 이에 따라, 자성코어(110)의 상면(S1)의 입자 분포 형상과 자성코어(110)의 측면(S2)의 입자 분포 형상 및 조성은 서로 상이할 수 있다. 즉, 자성코어(110)의 상면(S1)에는 플레이크 형상을 가지는 입자(112)의 상면이 주로 배치되고, 자성코어(110)의 측면(S2)에는 플레이크 형상을 가지는 입자(112)의 측면이 주로 배치될 수 있다. 여기서, 입자 분포 형상은 공극률 또는 평균 종횡비로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 자성코어(110)의 측면(S2)의 공극률은 자성코어(110)의 상면(S1)의 공극률보다 클 수 있다. 여기서, 공극률은 전체 면적에 대하여 Fe-Si-B로 이루어진 입자(112)가 차지하는 면적을 제외한 면적의 백분율을 의미할 수 있다. 예를 들어, 자성코어(110)의 측면(S2)의 공극률은 자성코어(110)의 상면(S1)의 공극률의 2배 이상, 바람직하게는 2배 이상이고 2.5배 이하, 더욱 바람직하게는 2.2배 이상이고 2.4배 이하일 수 있다. 그리고, 자성코어(110)의 상면(S1)의 평균 종횡비는 자성코어(110)의 측면(S2)의 평균 종횡비와 상이할 수 있다. 여기서, 종횡비는 입자의 가로와 세로의 비를 의미할 수 있다. 예를 들어, 자성코어(110)의 상면(S1)의 평균 종횡비는 1.1:1 내지 1.4:1, 바람직하게는 1.2:1 내지 1.3:1이고, 자성코어(110)의 측면(S2)의 평균 종횡비는 4.2:1 내지 5.2:1, 바람직하게는 4.5:1 내지 5:1, 더욱 바람직하게는 4.7:1 내지 4.9:1일 수 있다. 예를 들어, 자성코어(110)의 상면(S1)의 평균 종횡비에 대한 자성코어(110)의 측면(S2)의 평균 종횡비는 3배 이상, 바람직하게는 3.5배 이상, 더욱 바람직하게는 3.75배 이상일 수 있다. 이에 따르면, 자성코어 내 밀도가 최대화되고, 공극률이 최소화될 수 있으며, 이에 따라 저손실 및 고투자율 성능을 가진 자성코어를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 자성코어(110)의 상면(S1) 내에서의 Fe의 질량 백분율은 자성코어(110)의 측면(S2) 내에서의 Fe의 질량 백분율과 상이하다. 예를 들어, 자성코어(110)의 상면(S1) 내에서의 Fe의 질량 백분율은 자성코어(110)의 측면(S2) 내에서의 Fe의 질량 백분율보다 클 수 있다. 예를 들어, 자성코어(110)의 상면(S1) 내에서의 Fe의 질량 백분율은 자성코어(110)의 측면(S2) 내에서의 Fe의 질량 백분율의 1.02배 이상, 바람직하게는 1.05배 내지 1.2배, 더욱 바람직하게는 1.1배 내지 1.2배일 수 있다. 이때, 자성코어(110)의 상면(S1) 내에서 Fe의 질량 백분율과 자성코어(110)의 측면(S2) 내에서 Fe의 질량 백분율 간 차에 대한 자성코어(110)의 상면(S1) 내에서 Fe의 질량 백분율의 비는 6 이상이고 21 이하, 바람직하게는 11 이상이고 21이하일 수 있다. 그리고, 자성코어(110)의 상면(S1) 내에서 Fe의 질량 백분율과 자성코어(110)의 측면(S2) 내에서 Fe의 질량 백분율 간 차에 대한 자성코어(110)의 측면(S2) 내에서 Fe의 질량 백분율의 비는 5 이상이고 20 이하, 바람직하게는 10 이상이고 20이하일 수 있다
이와 함께, 자성코어(110)의 상면(S1) 내에서의 수지의 질량 백분율은 자성코어(110)의 측면(S2) 내에서의 수지의 질량 백분율과 상이하다. 예를 들어, 자성코어(110)의 측면(S2) 내에서의 수지의 질량 백분율은 자성코어(110)의 상면(S1) 내에서의 수지의 질량 백분율보다 클 수 있다. 전술한 바와 같이, 수지(114)가 카올린(kaolin), 스테아린산 아연(Zn stearate) 및 물유리(water glass) 중 적어도 하나를 포함하는 경우, 수지(114)는 아연(Zn), 산소(O), 알루미늄(Al) 및 탄소(C) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 자성코어(110)의 측면(S2) 내에서의 아연(Zn), 산소(O), 알루미늄(Al) 및 탄소(C) 중 적어도 하나의 질량 백분율은 자성코어(110)의 상면(S1) 내에서의 아연(Zn), 산소(O), 알루미늄(Al) 및 탄소(C) 중 적어도 하나의 질량 백분율보다 클 수 있다. 예를 들어, 자성코어(110)의 측면(S2) 내에서의 아연(Zn) 및 산소(O)의 질량 백분율은 자성코어(110)의 상면(S1) 내에서의 아연(Zn) 및 산소(O)의 질량 백분율보다 클 수 있다.
이에 따르면, 자성코어 내 밀도가 최대화되고, 공극률이 최소화될 수 있으며, 이에 따라 저손실 및 고투자율 성능을 가진 자성코어를 얻을 수 있다.
한편, 규소(Si)는 Fe-Si-B로 이루어진 입자(112)에 포함될 뿐만 아니라, Fe-Si-B로 이루어진 입자(112) 간 공극을 채우는 수지(114)에 포함될 수도 있다. 이에 따라, 자성코어(110)의 상면(S1) 내에서의 Fe의 질량 백분율과 Si의 질량 백분율 간 차는 자성코어(110)의 측면(S2) 내에서의 Fe의 질량 백분율과 Si의 질량 백분율 간 차와 상이할 수 있다. 전술한 바와 같이, 자성코어(110)의 상면(S1) 내에서의 Fe의 질량 백분율은 자성코어(110)의 측면(S2) 내에서의 Fe의 질량 백분율보다 클 수 있다. 그리고, 자성코어(110)의 측면(S2)의 공극률은 자성코어(110)의 상면(S1)의 공극률보다 클 수 있고, Fe-Si-B로 이루어진 입자(112) 간 공극은 수지(114)로 채워질 수 있다. 이에 따라, 자성코어(110)의 측면(S2)의 Si의 질량 백분율은 자성코어(110)의 상면(S1)의 질량 백분율과 유사할 수 있으며, 결과적으로 자성코어(110)의 측면(S2) 내에서의 Fe의 질량 백분율과 Si의 질량 백분율 간 차는 자성코어(110)의 상면(S1) 내에서의 Fe의 질량 백분율과 Si의 질량 백분율 간 차보다 작을 수 있다.
이에 따르면, 자성코어 내 밀도가 최대화되고, 공극률이 최소화될 수 있으며, 이에 따라 저손실 및 고투자율 성능을 가진 자성코어를 얻을 수 있다.
이하, 비교예 및 실시예에 따른 자성코어의 EDX(Energy Dispersive X-ray) 분석 결과를 설명한다.
EDX 분석을 위하여, 비교예에 따른 자성코어는 Fe-Si-B를 포함하는 비정질 리본의 파쇄 분말로, D10은 33.9㎛이고, D50은 85.4㎛이며, D90은 152.5㎛인 입자 사이의 공극이 카올린, 스테아린산 아연 및 물유리를 포함하는 수지로 채워지고 토로이달 형상으로 성형하였고, 실시예에 따른 자성코어는 Fe-Si-B를 포함하는 비정질 리본의 파쇄 분말로, D10은 33.9㎛이고, D50은 73㎛이며, D90은 127.4㎛인 입자 사이의 공극이 카올린, 스테아린산 아연 및 물유리를 포함하는 수지로 채워지고 토로이달 형상으로 성형하였다.
자성코어의 상면의 한 영역 및 자성코어의 측면의 두 영역에 대하여 EDX 분석을 실시하였다.
표 1은 비교예에 따른 자성코어의 상면 및 측면에서 EDX 분석 결과에 따른 성분의 질량 백분율을 나타내고, 표 2는 실시예에 따른 자성코어의 상면 및 측면에서 EDX 분석 결과에 따른 성분의 질량 백분율을 나타내고, 표 3은 비교예에 따른 자성코어의 상면 및 측면에서의 공극률 및 종횡비와 실시예에 따른 자성코어의 상면 및 측면에서의 공극률 및 종횡비를 나타낸다. 도 4(a)는 비교예에 따른 자성코어의 상면에서 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진이며, 도 4(b)는 비교예에 따른 자성코어의 상면에서 EDX 분석 스펙트럼을 나타내며, 도 5(a)는 비교예에 따른 자성코어의 측면에서 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진이며, 도 5(b)는 비교예에 따른 자성코어의 측면에서 EDX 분석 스펙트럼을 나타내며, 도 6(a)는 실시예에 따른 자성코어의 상면에서 SEM 사진이며, 도 6(b)는 실시예에 따른 자성코어의 상면에서 EDX 분석 스펙트럼을 나타내며, 도 7(a)는 실시예에 따른 자성코어의 측면에서 SEM 사진이며, 도 7(b)는 실시예에 따른 자성코어의 측면에서 EDX 분석 스펙트럼을 나타낸다. 도 4(b), 도 5(b), 도 6(b) 및 도 7(b)는 각각 도 4(a), 도 5(a), 도 6(a) 도 7(a)에서 250㎛*250㎛ 영역 내의 분석 결과의 평균 값을 나타낸다.
원소 전자껍질 상면(wt%) 측면(wt%)
B K 4.06 2.93
C K 11.22 8.40
O K 15.85 17.64
Al K 0.97 0.95
Si K 7.50 7.77
Fe K 55.26 54.68
Zn L 5.15 7.61
총합(wt%) 100 100
원소 전자껍질 상면(wt%) 측면(wt%)
B K 2.16 3.14
C K 7.52 7.87
O K 13.55 18.15
Al K 1.07 1.05
Si K 8.16 8.04
Fe K 62.34 54.26
Zn L 3.80 7.48
총합(wt%) 100 100
실험번호 위치 공극률 종횡비
비교예 상면 0.00047% 1.41:1
측면 0.0012% 4.09:1
실시예 상면 0.00043% 1.24:1
측면 0.0010% 4.85:1
도 4(a), 도 5(a), 도 6(a) 및 도 7(a)를 참조하면, 자성코어의 상면에서 Fe-Si-B로 이루어진 입자의 분포 형상은 자성코어의 측면에서 Fe-Si-B로 이루어진 입자의 분포 형상과 상이함을 알 수 있다. 즉, 자성코어의 상면의 공극률과 자성코어의 측면의 공극률은 서로 상이하고, 자성코어의 상면에서 Fe-Si-B로 이루어진 입자의 평균 종횡비는 자성코어의 측면에서 Fe-Si-B로 이루어진 입자의 평균 종횡비와 상이함을 알 수 있다. 특히, 표 3을 참조하면, 실시예에 따른 자성코어(110)의 상면(S1)의 평균 종횡비는 1.1:1 내지 1.4:1이고, 실시예에 따른 자성코어(110)의 측면(S2)의 평균 종횡비는 4.2:1 내지 5.2:1의 범위 이내임을 알 수 있다. 또한, 실시예에 따른 자성코어(110)의 상면(S1)의 평균 종횡비에 대한 측면(S2)의 평균 종횡비는 3배 이상(4.85/1.24)임을 알 수 있다. 그리고, 자성코어(110)의 측면(S2)의 공극률은 자성코어(110)의 상면(S1)의 공극률의 2배 이상, 바람직하게는 2배 이상이고 2.5배 이하, 더욱 바람직하게는 2.2배 이상이고 2.4배 이하(0.0010%/0.00043%)임을 알 수 있다.
이에 따라, 표 2에 나타낸 바와 같이, 자성코어의 상면의 조성은 자성코어의 측면의 조성과 상이하다. 즉, 자성코어의 상면에서 Fe의 질량 백분율은 자성코어의 측면에서 Fe의 질량 백분율의 1.02배 이상, 바람직하게는 1.05배 내지 1.2배, 더욱 바람직하게는 1.1배 내지 1.2배일 수 있고, 자성코어의 측면에서 Zn과 O의 질량 백분율은 자성코어의 상면에서 Zn과 O의 질량 백분율보다 크며, 자성코어의 상면에서 Fe와 Si의 질량 백분율 간 차는 자성코어의 측면에서 Fe와 Si의 질량 백분율 간 차보다 클 수 있다. 이는 본 발명의 실시예에 따른 자성코어 내 Fe-Si-B로 이루어진 입자가 높은 밀도로 적층되었음을 의미하는 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 자성코어로부터 저손실 및 고투자율을 얻을 수 있다.
자성코어의 상면과 자성코어의 측면 간 차를 더욱 명확히 이해하기 위하여, EDX 분석 스펙트럼을 이용할 수도 있다. 도 4(b), 도 5(b), 도 6(b) 및 도 7(b)를 참조하면, 자성코어의 상면에서 EDX 분석 스펙트럼은 자성코어의 측면에서 EDX 분석 스펙트럼과 상이함을 알 수 있다. 즉, 자성코어의 상면에서 Fe의 cps/eV는 자성코어의 측면에서 Fe의 cps/eV와 상이함을 알 수 있다. 여기서, cps/eV는 eV당 초당 카운트수로 정의되며, 소정의 에너지를 가했을 때 방출되는 X선의 카운트수를 의미할 수 있으며, 이를 이용하여 자성코어 내 성분을 분석할 수 있다. 예를 들어, 6 내지 6.8keV에서 방출되는 X선의 cps/eV는 Fe(K)의 cps/eV를 의미하고, 이는 자성코어의 상면과 측면에서 상이할 수 있다. 도 4(b), 도 5(b), 도 6(b) 및 도 7(b)에서 도시된 바와 같이, 6 내지 6.8keV에서 방출되는 X선의 cps/eV, 즉 Fe(K)의 cps/eV는 비교예 및 실시예에서 상이하게 나타날 수 있다. 또한, Si와 Fe(K)의 cps/eV 차이는 비교예 및 실시예에서 상이할 수 있다.
표 4는 본 발명의 실시예에 따른 자성코어와 비교예에 따른 자성코어의 성능을 비교한 표이다.
실시예 비교예 개선율
성형 밀도(g/cc) 5.42 5.25 3%
손실(@65Hz, 50mT) 49.60 60.92 19%
LO 44.53 35.60 25%
Ldc 31.71 29.50 8%
초기 투자율 55.56 43.10 29%
투자율(@100 Oe) 39.57 35.70 11%
실시예에 따른 자성코어는 비교예에 따른 자성코어보다 높은 밀도를 가짐을 알 수 있다.
표 4를 참조하면, 65Hz 및 50mT의 자기장 조건 하에서, 실시예에 따른 자성코어는 비교예에 따른 자성코어에 비하여 낮은 손실을 가짐을 알 수 있다. 또한, 초기 인덕턴스(LO) 및 실사용 전류인 15.6A 조건 하에서 인덕턴스(Ldc)도 비교예에 비하여 실시예에서 우수한 효과를 가짐을 알 수 있다. 또한, 초기 투자율 및 실사용 전류 하에서 투자율(투자율 @ 100 Oe)도 비교예에 비하여 실시예에서 우수한 효과를 가짐을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 저손실, 고투자율 및 높은 인덕턴스를 유지할 수 있는 자성코어를 얻을 수 있으며, 이에 따라 인덕터, 트랜스포머 등과 같은 코일 부품의 소형화가 가능하다. 본 발명의 실시예에 따른 자성코어는 태양광 시스템, 풍력 발전 시스템, 전기 자동차 등에 사용되는 PFC(Power Factor Correction)용 대전류 강압용 인덕터, 대전류 승압용 인덕터, 3상 라인 리액터 등에 적용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 자성코어를 적용하면, 대전류에서 직류 중첩 특성을 높이고, 고주파에서 코어 손실을 줄이며, 안정된 투자율을 얻을 수 있다.
본 명세서에서, 자성 코어는 원기둥의 가운데 부분이 비어 있는 토로이달 형상인 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 에 저실시예는 EER, ER, EE, EQ, PQ 등 다양한 형상의 코어에도 적용될 수 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.
[부호의 설명]
100: 코일 부품
110: 자성코어 120: 코일
112: Fe-Si-B 입자 114: 수지

Claims (10)

  1. 철(Fe)-규소(Si)-붕소(B)로 이루어진 물질을 포함하고,
    상면인 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율은 측면인 제2면 내에서 Fe의 질량 백분율과 상이하며,
    상기 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율과 상기 제2 면 내에서 Fe의 질량 백분율 간 차에 대한 상기 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율의 비는 6이상이고 21이하인 자성코어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율과 상기 제2 면 내에서 Fe의 질량 백분율 간 차에 대한 상기 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율의 비는 11 이상이고 21 이하인 자성코어.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1면 내에서 Fe의 질량 백분율은 상기 제2면 내에서 Fe의 질량 백분율보다 큰 자성코어.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1면의 공극률은 상기 제2면의 공극률과 상이한 자성코어.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1면의 상기 Fe-Si-B로 이루어진 물질의 평균 종횡비는 상기 제2면의 상기 Fe-Si-B로 이루어진 물질의 평균 종횡비와 상이한 자성코어.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 Fe-Si-B로 이루어진 물질 사이를 채우는 수지를 더 포함하고,
    상기 제2면에서 수지의 질량 백분율은 상기 제1면에서 수지의 질량 백분율보다 높은 자성코어.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수지는 아연(Zn), 산소(O), 알루미늄(Al) 및 탄소(C) 중 적어도 하나를 포함하는 자성코어.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2면에서 상기 아연(Zn) 및 상기 산소(O)의 질량 백분율은 상기 제1 면에서 상기 아연(Zn) 및 상기 산소(O)의 질량 백분율보다 큰 자성코어.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1면에서 Fe의 질량 백분율과 Si의 질량 백분율 간 차는 상기 제2면에서 Fe의 질량 백분율과 Si의 질량 백분율 간 차와 상이한 자성코어.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1면에서 Fe의 질량 백분율과 Si의 질량 백분율 간 차는 상기 제2면에서 Fe의 질량 백분율과 Si의 질량 백분율 간 차보다 큰 자성코어.
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