우리 삶의 질을 좌우하는 전자기 기기의 고기능화, 자동화, 소형화 추이에 따라 사용량이 급격히 증가하고 있는 연자성 소재로서 가장 널리 사용되고 있는 전기강판과 에너지 고효율화라는 시대의 요구에 따라 새롭게 부상되고 있는 연자성 복합 분말 소재에 대해 각 연자성 소재 분야에서 철손 제어 인자 및 이들 인자들의 제어 방안에 대해 문헌을 고찰했다. 전기강판에서는 히스테리시스 손실을 낮추기 위해 정련공정을 통해 자구이동을 방해하는 결함을 제거하고 결정립의 크기를 최적화하고 있으며, 와전류 손실의 감소를 위해 합금첨가원소를 통해 비저항을 높이고 판재의 두께를 박판화하고 있다. 이와 동시에 코팅을 통해 자구의 이동이 용이하도록 응력의 방향 및 크기를 제어하며, 압연기술과 열처리 기술을 통해 집합조직을 최적화하여 고투자율 및 저철손을 동시에 충족시켜 나가고 있다. 연자성 복합 분말 소재의 경우, 분말 표면의 복합화를 통해 철계 조성, 코팅, 윤활재 및 바인더, 성형 및 열처리 조건 등에 복합적으로 의존하는 연자성 코어의 최종 자기특성을 제어하고 있다. 온간 및 다단 성형과 같은 새로운 성형공정, 2단 소둔/자성 열처리와 같은 소둔 조건, 나노결정질, 비정질 및 벌크 비정질 등과 같은 새로운 조성, 적절한 코팅층의 변수들을 최적화할 경우, 연자성 복합 소재의 자성특성은 향상될 것으로 기대된다.
우리 삶의 질을 좌우하는 전자기 기기의 고기능화, 자동화, 소형화 추이에 따라 사용량이 급격히 증가하고 있는 연자성 소재로서 가장 널리 사용되고 있는 전기강판과 에너지 고효율화라는 시대의 요구에 따라 새롭게 부상되고 있는 연자성 복합 분말 소재에 대해 각 연자성 소재 분야에서 철손 제어 인자 및 이들 인자들의 제어 방안에 대해 문헌을 고찰했다. 전기강판에서는 히스테리시스 손실을 낮추기 위해 정련공정을 통해 자구이동을 방해하는 결함을 제거하고 결정립의 크기를 최적화하고 있으며, 와전류 손실의 감소를 위해 합금첨가원소를 통해 비저항을 높이고 판재의 두께를 박판화하고 있다. 이와 동시에 코팅을 통해 자구의 이동이 용이하도록 응력의 방향 및 크기를 제어하며, 압연기술과 열처리 기술을 통해 집합조직을 최적화하여 고투자율 및 저철손을 동시에 충족시켜 나가고 있다. 연자성 복합 분말 소재의 경우, 분말 표면의 복합화를 통해 철계 조성, 코팅, 윤활재 및 바인더, 성형 및 열처리 조건 등에 복합적으로 의존하는 연자성 코어의 최종 자기특성을 제어하고 있다. 온간 및 다단 성형과 같은 새로운 성형공정, 2단 소둔/자성 열처리와 같은 소둔 조건, 나노결정질, 비정질 및 벌크 비정질 등과 같은 새로운 조성, 적절한 코팅층의 변수들을 최적화할 경우, 연자성 복합 소재의 자성특성은 향상될 것으로 기대된다.
The use of soft magnetic materials have been increasing in the various industrial fields according to the increasing demand for high performance, automatic, miniaturing equipments in the recent our life. In this study, we investigated the effect of factors on the core loss and magnetic properties of...
The use of soft magnetic materials have been increasing in the various industrial fields according to the increasing demand for high performance, automatic, miniaturing equipments in the recent our life. In this study, we investigated the effect of factors on the core loss and magnetic properties of electrical steel and soft magnetic composites. Furthermore, we reviewed the major efforts to reduce the core loss and improve the soft magnetic properties in the two main soft magnetic materials. Domain purification which results from reduced density of defects in cleaner electrical steels is combined with large grains to reduce hysteresis loss. The reduced thickness and the high electrical conductivity reduce the eddy current component of loss. Furthermore, the coating applied to the surface of electrical steel and texture control lead to improve high permeability and low core loss. There is an increasing interest in soft magnetic composite materials because of the demand for miniaturization of cores for power electronic applications. The SMC materials have a broad range of potential applications due to the possibility of true 3-D electromagnetic design and higher frequency operation. Grain size, sintering temperature, and the degree of porosity need to be carefully controlled in order to optimize structure-sensitive properties such as maximum permeability and low coercive force. The insulating coating on the powder particles in SMCs eliminates particle-to-particle eddy current paths hence minimizing eddy current losses, but it reduces the permeability and to a small extent the saturation magnetization. The combination of new chemical composition with optimum powder manufacturing processes will be able to result in improving the magnetic properties in soft magnetic composite materials, too.
The use of soft magnetic materials have been increasing in the various industrial fields according to the increasing demand for high performance, automatic, miniaturing equipments in the recent our life. In this study, we investigated the effect of factors on the core loss and magnetic properties of electrical steel and soft magnetic composites. Furthermore, we reviewed the major efforts to reduce the core loss and improve the soft magnetic properties in the two main soft magnetic materials. Domain purification which results from reduced density of defects in cleaner electrical steels is combined with large grains to reduce hysteresis loss. The reduced thickness and the high electrical conductivity reduce the eddy current component of loss. Furthermore, the coating applied to the surface of electrical steel and texture control lead to improve high permeability and low core loss. There is an increasing interest in soft magnetic composite materials because of the demand for miniaturization of cores for power electronic applications. The SMC materials have a broad range of potential applications due to the possibility of true 3-D electromagnetic design and higher frequency operation. Grain size, sintering temperature, and the degree of porosity need to be carefully controlled in order to optimize structure-sensitive properties such as maximum permeability and low coercive force. The insulating coating on the powder particles in SMCs eliminates particle-to-particle eddy current paths hence minimizing eddy current losses, but it reduces the permeability and to a small extent the saturation magnetization. The combination of new chemical composition with optimum powder manufacturing processes will be able to result in improving the magnetic properties in soft magnetic composite materials, too.
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문제 정의
본 논문에서는 현재까지 널리 사용되고 있는 전기강판의 철손저감 인자들의 영향 및 제어방안을 기초로 하여 연자성 복합 분말 소재분야에서 에너지효율 향상을 위해 수행하고 있는 최근의 연구동향을 소개하고자 한다.
전기강판에서 주요 연구개발 목표는 동일한 재료에서 철손 및 투자율을 동시에 최적화 하는 것이다. 일반적으로 높은 투자율을 얻기 위해서는 합금첨가 원소의 함량을 낮추고 결정립을 작게 하는 것이 필요하지만, 낮은 철손을 만족시키기 위해서는 높은 합금원소 함량 및 큰 결정립이 요구된다.
가설 설정
에폭시, 아크릴, 폴리에스테르, 폴리우레탄 등과 같은 열가소성 대신 열경화성 수지를 선택하면 연자성 복합재의 자기적 특성 및 기계적 특성이 온도에 따라 변하는 것을 최소화할 수 있는데, 1) 분말을 즉시 사용할 수 있고, 2) 제조 공정에서 분말 손실이 적고, 3) 작업자에게 덜 유해하며, 4) 우수한 절연층 제조가 가능하고, 5) 적은 투자비용이 소요된다는 장점이 있다.
후속연구
연자성 복합화의 개념은 철계 연자성 분말의 조성, 코팅, 윤활재 및 바인더, 성형 및 열처리 조건 등에 복합적으로 의존하는 연자성 코어의 최종 특성을 제어하는데 매우 유연하다. 온간 및 다단 성형과 같은 새로운 성형공정, 2단 소둔/자성 열처리와 같은 소둔 조건, 나노결정질, 비정질 및 벌크 비정질 등과 같은 새로운 조성, 적절한 코팅층의 변수들을 최적화 할 경우, 연자성 복합 소재의 자성특성은 향상될 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
연자성 복합 분말 소재란 무엇인가?
전자기 소자에 사용되는 연자성 복합 분말 소재(SMC; soft magnetic composites)는 전기적 절연막에 의해 둘러싸인 철계 자성분말로 정의될 수 있다. 연자성 분말코어 부품들은 일반적으로 2단 성형, 온간 성형, 상대적으로 낮은 온도에서 열처리에 의한 다단 및 자성 소둔 등과 같은 새로운 기술과 기존의 분말 성형 기술을 결합시켜 제조되고 있다.
방향성 및 무방향성 전기강판의 단점은 무엇인가?
65 mm의 판재형태로 제조되는데, 기지인 Fe에 Si을 첨가하면 전기저항이 증가하여 교류 자화 조건에서 사용할 경우 철손이 감소한다. 그러나 Si 첨가에 따라 자기변형 및 결정 자기이방성이 감소한 반면에 포화자화가 감소하고 취성이 발생하는 단점이 있다.
전기강판에서 자성 소재의 손실에 기여하는 인자에는 무엇이 있는가?
전기강판에서 언급한 바와 같이 전통적으로, 자성 소재의 손실에 기여하는 인자들은 세 가지로 분류되는데, 1) 히스테리시스 손실, 2) 와전류 손실, 3) 잔류 손실 등이 있다. 잔류 손실은 매우 적어서 무시할 정도인데, 단지 매우 낮은 유도 수준 또는 매우 높은 주파수에서만 중요하기 때문에 전력응용분야에서는 무시된다.
참고문헌 (9)
A. J. Moses, Interdisciplinary Science Reviews 22, 100 (2002).
H. Shokrollahi and K. Janghorban, J. Mater. Process. Technol. 189, 1 (2007).
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