Two axial flux permanent magnet (AFPM) machines using soft magnetic composite (SMC) and lamination steel are studied. Generally stator cores of AFPM machines are manufactured using SMC because AFPM machines need 3 dimensional core structures. However, SMC cores have very disadvantages in magnetic properties. Especially permeability value is much lower than that of lamination steel, so magnetic field density is also lower. In terms of core losses, SMC cores have much larger loss values than lamination steel cores because SMC core can't be laminated. In this study, AFPM machine was designed using laminated steel, and iron losses in two machines using SMC and laminated steel were studied. Simulations were carried out by a commercial 3-D FEM tool.
Iron-based soft magnetic materials are widely used as cores, such as transformer transformers, motors, and generators. Reducing losses generated from soft magnetic materials of these applications results in improving energy conversion efficiency. Recently, the new P/M soft magnetic material realized an energy loss of 68 W/kg with a drive magnetic flux of 1 T, at a frequency of 1 kHz, rivaling general-purpose electromagnetic steel sheet in the low frequency range of 200 Hz to 1 kHz. In this research, the effect of rolling parameters on soft magnetic properties of Fe-based powder cores was investigated. The Fe-based soft magnetic plates were produced by the hot powder rolling process after both pure Fe and Fe-4%Si powders were canned, evacuated, and sealed in Cu can. The soft magnetic properties such as energy loss and coercive power were measured by B-H curve analyzer. The soft magnetic properties of rolled sheets were measured under conditions of a magnetic flux density of 1 T at a frequency of 200 kHz. It was found that rolling reduction ratio is the most effective parameter on reducing both energy loss and coercivity because of increasing aspect ratio with reduction ratio. By increasing aspect ratio from 1 to 9 through hot rolling of pure Fe powder, a significant loss reduction of one-third that of SPS sample was achieved.
Ribbon type nanocrystalline alloy cores have shown excellent soft magnetic properties in the high frequency range because of small crystalline anisotropy and nearly zero magnetostriction[1]. In present, however ribbon alloys gives some limit in applications such as a large inductor and reactors of PFC circuit, which are required good DC bias property and low loss in the high frequency. Powder alloys with ultra fine grain structure can be an important way to overcome this kind of disadvantage, and to improve the high frequency soft magnetic properties in conventional metallic powder cores[2]. (omitted)
본 논문에서는 전기 자동차 응용을 위해 연자성 분말 코어가 있는 새로운 축방향 자속 영구자석 모터를 제안한다. 권선 및 연자성 분말 코어는 매우 조밀한 구조를 형성하도록 설계할 수 있으므로 토크 밀도를 크게 향상시킨다. 우수한 자속 집중 능력을 얻기 위해 두 대의 토로이드형 내부 고정자형 모터가 설계 및 분석되었으며, 설계된 모터에는 고성능 전기자동차 애플리케이션 적용을 위해 네오디움 자석이 사용되었다. 3차원 유한 요소 방법은 전자기 매개변수 및 성능을 분석하는 데 사용되었으며, 성능 비교를 위해 상용 축방향 자속 영구자석 모터가 사용되었다. 제안된 모터는 기존 구동모터에 비해 약 5.8% 무게가 가벼워지고 약 8Nm 정도 높은 토크를 생성하였다.
Effects of stainless steel-making dusts and binder content on compacting $density(\rho)$ and magnetic properties were evaluated. Cores compacted with the mixture of pure Fe powders, $5wt.\%$ dusts and $0.25wt.\%$ binder showed good AC magnetic properties. For example, permeability$({\mu}a)$ and core loss(P) of the cores containing $5wt.\%$ dusts at 500 kHz were 62 and $4008\;{\mu}W/cm^3$, respectively. These properties are almost equivalent to those of competitor's products (i.e, Ancorsteel TC 80 produced by $H\ddot{o}gan\ddot{a}s$ Corp.). The powdered cores obtained from the present work are expected to apply for high-performance soft magnetic components such as normal mode choke filter and pulse transformer.
순털 코아의 소결밀도와 자기특성에 미치는 분진의 첨가량과 소결온도의 영향을 조사하였다. 1350 $^{\circ}C$에서 1시간동안 소결한 경우 최고의 자기특성을 나타내었으며, 분진의 첨가량이 증가할수록 자기특성은 열악해지나 10 wt.%까지는 양호하였다. 한 예로 10 Wt.%의 분진 첨가로 얻어진 직류자기특성은, 자속밀도(B$_{15}$), 보자력(H$_{c}$)과 최대투자율($\mu$$_{max}$)이 각각 9.8~10.9 kG, 2.2~2.3 Oe, 1950~2050로 나타났다. 이 값은 Hoganas사에서 제조된 순철 분말(Ancorsteel)의 자기특성과 동등한 수준이며, 본 연구에서 얻어진 우수한 특성의 소결코아는 자동차, DC 모터의 고정자 등에 활용이 기대된다.
한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part2
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pp.796-797
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2006
SMC(Soft Magnetic Composite) materials which we have newly developed were studied for their applying effects. It shows almost the same motor output power as the laminated Si-steels of 0.35mm in thickness, although core loss of SMC is about 1.5 times that of the laminations. As shown in the results, the SMC motor core is sufficient for real use as a motor core. Furthermore, a 3-D shaped motor core made of SMC can improve approximately 20% of the output compared with the same size motor made of laminations.
Iron-based amorphous powder attracts increasing attention because of its excellent soft magnetic properties and low iron loss at high frequencies. The development of an insulating layer on the surface of the amorphous soft magnetic powder is important for minimizing the eddy current loss and enhancing the energy efficiency of high-frequency devices by further increasing the electrical resistivity of the cores. In this study, a hybrid insulating coating layer is investigated to compensate for the limitations of monolithic organic or inorganic coating layers. Fe2O3 nanoparticles are added to the flexible silicon-based epoxy layer to prevent magnetic dilution; in addition TiO2 nanoparticles are added to enhance the mechanical durability of the coating layer. In the hybrid coating layer with optimal composition, the decrease in magnetic permeability and saturation magnetization is suppressed.
Moon, Sun Gyu;Kim, Ji Seung;Sohn, Keun Yong;Park, Won-Wook
Journal of Magnetics
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제21권2호
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pp.192-196
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2016
The Fe-Si-B-Nb-Cu alloys containing Ca and Al were rapidly solidified to thin ribbons by melt-spinning. The ribbons were ball-milled to make powders, and then mixed with 1 wt.% water glass and 1.5 wt.% lubricant. The mixed powders were burn-off, and then compacted to form toroidal-shaped cores, which were heat treated to crystallize the nano-grain structure and to remove residual stress of material. The characteristics of the powder cores were analyzed using a differential scanning calorimetry (DSC) and a B-H meter. The microstructures were observed using transmission electron microscope (TEM). The optimized soft magnetic properties (${\mu}_i$ and $P_{cv}$) of the powder cores were obtained from the Ca and Al containing alloys after annealing at $530^{\circ}C$ for 1 h. The core loss of Fe-Si-B-Nb-Cu-based powder cores was reduced by the addition of Ca element, and the initial permeability increased due to the addition of Al element.
한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part2
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pp.1183-1184
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2006
Core loss of soft magnetic powder cores have been focused on to achieve high efficiency of power supplies. In this study the effects of crystal grain size on core loss were investigated by changing heat treatment conditions. It was found that core loss is influenced by crystal grain size because eddy current loss decreased and hysteresis loss increased by making crystal grain size smaller, and it is also influenced by particle size.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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