Soft Magnetic Composites: Basics and Methods to Minimize Core Loss
저자
Min-Sun Jang ; Bonuk Koo ; Jong-Min Park ; Hea-Ran Kim ; Young-Tae Kwon ; Sangsun Yang ; Jae Won Jeong
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2021
작성언어
English
자료형태
학술저널
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수록면
185-185(1쪽)
제공처
Soft magnetic composite (SMC) which can produce an innovative 3-dimensional core has been much attraction as the potential in various electrical machinery fields because of their superior soft magnetic properties such as a high magnetic permeability and a low core loss at a high frequency range. In general, SMC is composed of Fe-based ferromagnetic particles, and the surface of the iron particles is covered with an inorganic or organic insulation layer. It is possible to improve the surface resistance and thus form an insulated space between them, which can remarkably reduce the eddy-current losses. SMC is generally used as a part of a machine, but in the case of some electric machines, the need for developing high-strength SMC parts is being raised against the material is damaged by fatigue due to exposure to continuous vibration or external shock. There is a method to develop high-strength SMC by the densification of the surface insulating materials through annealing at high temperature (600 °C~1000 °C). However, in general, there is a disadvantage in that insulation is weakened after annealed at high temperature, so an evaluation is necessary to secure both strength characteristics and insulation coating layer retention. Herein, SMC with different inorganic coating materials which is well-known to withstand at high temperature; SiO₂, MgO, and PO₄ and stacking layer; mono or double parameters have been considered for magnetic characterization. All of the coated iron particles were prepared by a chemical sol-gel method, and the thickness of the formed coating layer was confirmed to be 500-600 nm on average through a scanning electron microscope and an energy dispersive X-ray spectrometer. Based on the excellent insulating layer condition (i.e. mono-layers and double-layers, @SiO₂@MgO and @MgO@SiO₂), the core loss evaluation were conducted at high temperature (> 600 °C). Toroidal cores with an outer/inner diameter of 25/15 mm and a thickness of 3 mm were manufactured by cold pressing under a pressure of 500 MPa and then annealed for 1 h at 600 °C, 700 °C, 800 °C, and 900 °C, respectively, in Ar atmosphere to figure out the retention of insulation layer. As a result, as the annealing temperature increased, the core loss with phosphating layer rapidly increased at 1 kHz and 1T because it was carbonized and lost above 650 °C. As compared to the phosphating layer, on the other hand, the SMCs coated with SiO₂ or MgO or double layers annealed at 800 °C exhibited higher retained flux density as well as a significantly low increasing rate of core loss as the frequency and external magnetic field strength increased (at 0.05~1 kHz and 0.3~1 T). This work might be offered a noticeable ideal to design inorganic insulation layer for SMC applications under the high temperature atmospheres.
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