JFE 슈퍼 코어 15JNSF / 10JNRF / 10JNEX900 / 10JNHF600

6.5% Si강은 저항률이 3% Si강보다 거의 2배 높고 와전류 손실이 적어 발열이 적기 때문에 고주파 응용 분야에 우수한 핵심 재료입니다. 한편, 3 % Si 강은 비자 성 원소 인 Si 함량이 적기 때문에 6.5 % Si 강에 비해 포화 플럭스 밀도가 높다는 장점이 있습니다.

기존 기술로는 3% Si강과 거의 동일한 높은 포화 플럭스 밀도와 6.5% Si강과 동일한 수준의 고주파에서 낮은 철 손실을 모두 만족시킬 수 없었습니다. 따라서 JFE Steel은 고주파에서 높은 포화 플럭스 밀도와 낮은 철 손실을 모두 만족하는 신소재 Gradient Si Super CoreTM JNSF를 개발했습니다1, 2).

그림 1 직류 자화 곡선

그림 1은 개발된 강판 15JNSF950(두께 0.15mm)과 Si 6.5% 강판 10JNEX900(두께 0.1mm)의 직류 자화 곡선을 나타낸 것입니다. 15JNSF950은 박판 두께의 중심에서 Si의 농도가 낮기 때문에 포화 플럭스 밀도는 3 % Si 강과 거의 동일한 높은 값 (약 2.0 T)을 나타냅니다.

그림 2 재료의 철 손실

그림 2는 15JNSF950 및 10JNEX900의 철 손실과 6.5% Si 강의 분진 코어를 보여줍니다. 분진 코어는 바인더로 순철 분말 또는 Si강 분말을 성형하여 제조되며, 본 연구에서는 분진 코어 중에서도 우수한 성능을 보이는 6.5% Si-Fe 분말의 분진 코어를 비교 재료로 사용하였다. 50Hz 주파수의 자기 여기 조건에서 비교했을 때 15JNSF950의 철 손실은 10JNEX900보다 크지만 먼지 코어와 비교하면 상당히 작았습니다. 한편, 10kHz에서는 15JNSF950과 10JNEX900의 철 손실의 차이가 감소하고, 20kHz에서는 15JNSF950이 재료 두께가 두꺼울수록 철 손실이 가장 낮습니다. 이는 판두께 방향의 급격한 Si 농도 구배로 인해 와전류 손실이 감소하기 때문이며, 이 효과는 와전류 손실이 철 손실의 제어 요소인 고주파 여기(highfrequency excitation)에서 현저해집니다(1).

즉, 15JNSF950은 3 % Si 강과 거의 동일한 높은 포화 플럭스 밀도와 6.5 % Si 강과 동일한 수준의 고주파에서 낮은 철 손실을 모두 만족하는 재료입니다.

에어컨, 태양광 발전 시스템용 파워 컨디셔너, 하이브리드 전기 자동차(HEV)용 온보드 전원 공급 장치 및 이와 유사한 애플리케이션에 사용되는 고주파 원자로에서 전류에는 수 킬로헤르츠에서 수십 킬로헤르츠에 이르는 고주파가 포함됩니다. 따라서 반응기에서 발열을 피하기 위해 심재에서 고주파에서 낮은 철 손실이 요구됩니다. 또한, 전류가 증가하고 코어 재료의 플럭스 밀도가 포화에 가까워지면 반응기 인덕턴스가 급격히 떨어지고 전기 장치가 손상될 위험이 있습니다. 이러한 이유로 심재에도 높은 포화 플럭스 밀도가 요구되고 있습니다.15JNSF950은 포화 플럭스 밀도가 높고 고주파에서 철 손실이 적어 이러한 유형의 용도에 적합하며 원자로의 소형화 및 고효율에 유리한 소재입니다.

그림 3 테스트 반응기의 직류 바이어스 특성

동일한 유형의 반응기는 10JNEX900 및 15JNSF950을 사용하여 생산되었으며, 그림 3은 직류 바이어스 특성을 보여줍니다. 전반적으로 15JNSF950이 더 높은 인덕턴스를 나타낸다는 것을 이해할 수 있습니다. 15JNSF950의 높은 포화 플럭스 밀도로 인해 고전류 영역의 인덕턴스 감소는 보통입니다. 일부 원자로는 정격 값보다 높은 전류 영역에서 높은 인덕턴스가 필요합니다. 15JNSF950은 이러한 애플리케이션에 매우 적합한 것으로 간주됩니다. 15JNSF950은 도 2에서 볼 수 있듯이 시판 주파수에서 15JNSF950의 철 손실이 분진 코어(6.5% Si)에 비해 극히 적기 때문에 상용 교류가 고주파에 중첩되는 교류 반응기에도 적합한 코어 소재로 간주됩니다.

JFE Steel이 개발한 15JNSF950은 Si강 3%와 거의 동일한 높은 포화 플럭스 밀도와 6.5% Si강과 동일한 수준의 고주파 철 손실을 모두 만족하는 소재입니다. 15JNSF950은 고주파 반응기 등의 핵심 재료에 사용하기에 적합합니다. 고주파를 향한 추세가 진행되고 있는 전력 전자 분야에서의 응용도 향후 기대된다.