KR101976552B1 - 자성체 특성 분석시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 자성체 특성 분석 시스템 및 방법이 제공된다. 일부 실시 예에 따른 자성체 특성 분석 시스템은, 시편이 배치되는 공간이 마련되는 코일 어셈블리, 상기 시편이 움직임에 따라 상기 코일 어셈블리에 유도되는 기전력으로부터 상기 시편의 자기모멘트를 측정하는 측정기, 및 상기 자기모멘트로부터 상기 시편의 자화 세기를 산출하는 분석장치를 포함한다.
이때, 상기 측정기는 상기 시편으로서 단일 자석과, 복수의 단일 자석을 서로 연결시킨 결합 자석 각각의 자기모멘트를 측정하고, 상기 분석장치는 상기 단일 자석의 자화 세기와 상기 결합 자석의 자화 세기를 서로 비교함으로써, 상기 단일 자석의 특성 변화를 검출한다.

Description

자성체 특성 분석시스템 및 방법{Magnetic substance character analysis system and method}
본 발명은 자성체 특성 분석시스템 및 방법에 관한 것이다.
전동기, 발전기, 차량용 모터, 릴레이, 솔레노이드 밸브 등의 제품을 개발하기 위해서는 그 내부에 탑재되는 자석 또는 영구자석의 특성을 먼저 파악해야 한다.
자석은 B와 H의 특성으로 해석할 수 있는데, 이때 자속 밀도(Flux Density)와 자력(Magnetizing Force)의 관계를 표시하는 그래프인 BH 커브 혹은 히스테리시스 루프(Hysteresis loop)가 사용된다.
BH 커브 트레이서는 BH 커브 및 자성체 특성을 측정하는 장비로서 강자성체 측정용과 연자성체 측정용으로 구분된다.
그러나 BH 커브 트레이서는 매우 고가이고 자기장을 인가하면서 BH 커브를 측정하게 되므로 운영 및 사용방법이 어렵다는 단점이 있다.
이러한 이유 때문에 실제 다수의 자석 제조업체 및 자석 사용업체들은 헬름홀츠 코일을 이용하여 BH 커브를 측정하는 방식을 선호하며, 해당 방식을 통해 자석 등 자성체의 품질을 관리하고 있다.
도 1은 헬름홀츠 코일의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
헬름홀츠 코일(Helmholtz coil, 10)은 동일한 권선수(N turn)와 반지름(R)을 가지되, 중심점 간에 그 반지름(R)만큼의 거리(W)를 두고 나란히 배치되는 2개의 원형 코일(11, 12)을 포함할 수 있다.
2개의 원형 코일(11, 12) 사이에 특성을 확인해야 하는 대상 시료(자성체)가 위치하고, 대상 시료의 움직임으로 인해 기전력이 유도된다.
유도되는 기전력을 통해 BH 커브를 측정할 수 있게 되는데, 이러한 내용은 https://www.lakeshore.com/Documents/Measuring%20Perm%20Magnets%20App%20Note.pdf에서 확인할 수 있다.
도 2를 참고하여 BH 커브의 일반적인 내용에 관하여 좀더 설명하기로 한다. 도 2는 자석에 인가되는 자기장 H의 세기를 변화시키면서 그로 인해 유도되는 자기장 B의 세기를 측정함으로써 도시된 BH 커브이다.
외부에서 가해진 자력(자기장, 자기력)에 의해 자석과 같은 자성체가 자성을 가지게 되는 자화(Magnetization; 磁化) 과정은 도 2에 나타난 것처럼 선형 구간뿐만 아니라 비선형 구간도 존재한다.
H의 세기를 0에서 양(+)의 방향으로 증가시키면 B의 세기는 stage 1에서 점선을 따라 stage 2(포화)로 나타나게 된다. 즉 일정 세기 이상의 자력을 가하게 되면 자성체의 자속 밀도는 더 증가하지 않고 포화되게 된다.
H의 세기를 감소시키면 B의 세기는 stage 2에서 실선을 따라 stage 3으로 나타나게 된다. 즉 외부 자력이 0인 지점에서도 자성체에는 일정 자속 밀도가 잔류하게 되고, 이를 잔류 자속 밀도라고 한다.
잔류 자속 밀도를 stage 4처럼 제거하기 위해서는 음(-)의 방향으로 자력을 가해주어야 하는데, 이를 항자력 혹은 보자력이라 한다.
H의 세기를 음(-)의 방향으로 지속적으로 증가시키면 B의 세기는 stage 4에서 stage 5(역포화)로 나타나게 된다.
이처럼 자성체가 제품 내에 탑재되어 선형 구간에서 작동할 수 있도록 BH 커브에 따른 자성체 특성을 파악해야 한다.
한편, 상술한 헬름홀츠 코일을 이용하여 BH 커브를 측정하는 방식은 BH 커브 상에서 오직 한 지점에서의 값에 의해 시료의 자화 세기를 측정하는데, 이로 인해 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다.
도 3은 서로 다른 2개의 자석에 관한 BH 커브의 제2 사분면을 나타낸 도면이다.
실선으로 나타낸 그래프 ①이 제1 자석에 관한 BH 커브이고, 점선으로 나타낸 그래프 ②가 제2 자석에 관한 BH 커브이다.
제1 자석과 제2 자석의 길이가 무한하다면 자기 감자 Hd가 0이기 때문에, 도 3의 (0)번 지점에서 알 수 있는 것처럼 제1 자석의 B 세기는 1.2[T]이고, 제2 자석의 B 세기는 1.0[T]이다.
먼저 자기 감자 Hd에 관해 간략히 설명하기로 한다.
임의의 자석에 대해 강한 자기장(H)이 인가되면, 그 자석은 균일한 크기 M과 균일한 방향으로 자화 된다. 맥스웰 법칙에 따르면 자기장은 연속적이어야 하므로, N극에서 나온 자기장은 S극으로 돌아가야 한다. 이때 일부 자기장은 자석 외부의 경로를 통해 S극으로 돌아가지만, 일부 자기장은 자석 내부의 경로를 통해 S극으로 돌아가고 이러한 자기장을 자기 감자(self-demagnetization) Hd라고 부른다.
유도되는 자기장(B)은 아래 수식처럼 나타낼 수 있다.
Figure 112018054497710-pat00001
여기서, Hd는 비례상수 Nd와 자화 세기(M)의 곱으로 표현되고, 비례상수 Nd는 유한요소 해석 기법을 이용하여 계산될 수 있다.
예를 들어, 실린더 형상의 자석인 경우 비례상수 Nd는 아래 수식처럼 표현된다.
Figure 112018054497710-pat00002
여기서, m은 실린더의 길이와 지름의 비율을 나타내는데(m=d/R), 만일 자석의 길이가 무한하다면 비례상수 Nd는 0이고, 유도되는 자기장 B=μ0M이 되는 것을 알 수 있다.
그러나 도 3에서 제1 자석과 제2 자석의 길이는 무한할 수 없으므로, 임의의 자기 감자 Hd가 발생하고, 제1 자석의 B 세기는 그래프 ①에 따라 1.2[T]보다 작게 나타나고, 제2 자석의 B 세기는 그래프 ②에 따라 1.0[T]보다 작게 나타난다.
이때, (1)번 지점에 해당하는 자기 감자 Hd가 발생한다면 제1 자석과 제2 자석은 자화 세기에 따라 구분될 수 있지만, (2)번 지점에 해당하는 자기 감자 Hd가 발생한다면 서로 다른 BH 커브를 가지고 있음에도 불구하고 제1 자석과 제2 자석은 자화 세기에 따라 구분될 수 없다.
따라서 헬름홀츠 코일을 이용하여 BH 커브를 측정하는 방식이 가지는 이러한 한계를 극복할 수 있는 방법에 관한 연구가 필요한 실정이었다.
본 발명의 일부 실시 예는 별도의 장비가 필요한 자기장 인가방식이나 BH 커브 트레이서를 사용하지 않고도 각 자성체의 특성을 간단하면서도 정확하게 분석할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일부 실시 예는 예측하기 어려운 자기 감자 Hd의 크기와 상관없이 각 자성체의 특성을 분석하고 특성 변화 여부를 신속하고 효율적으로 검출할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 데에 다른 목적이 있다.
다만, 본 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 일부 실시 예에 따른 자성체 특성 분석 시스템은, 시편이 배치되는 공간이 마련되는 코일 어셈블리, 상기 시편이 움직임에 따라 상기 코일 어셈블리에 유도되는 기전력으로부터 상기 시편의 자기모멘트를 측정하는 측정기, 및 상기 자기모멘트로부터 상기 시편의 자화 세기를 산출하는 분석장치를 포함한다.
이때, 상기 측정기는 상기 시편으로서 단일 자석과, 복수의 단일 자석을 서로 연결시킨 결합 자석 각각의 자기모멘트를 측정하고, 상기 분석장치는 상기 단일 자석의 자화 세기와 상기 결합 자석의 자화 세기를 서로 비교함으로써, 상기 단일 자석의 특성 변화를 검출한다.
또한, 상기 코일 어셈블리는 동일한 권선수와 반지름을 가지되, 중심점 간에 상기 반지름만큼의 거리를 두고 나란히 배치되는 2개의 원형 코일을 포함하고, 초기에 상기 시편은 상기 2개의 원형 코일 가운데에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 시편이 막대 형상의 자석 또는 실린더 형상의 자석인 경우, 상기 측정기는 상기 시편이 초기에 배치되는 위치로부터 상기 원형 코일의 축과 평행한 방향으로 이동하는 시편의 자기모멘트를 측정할 수 있고, 상기 시편이 아크(arc) 형상의 자석인 경우, 상기 측정기는 상기 시편이 초기에 배치되는 위치에서 회전하는 시편의 자기모멘트를 측정할 수 있다.
또한, 상기 시편의 위치를 조정하거나 상기 시편을 회전시키는 조정장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 화면 상에 상기 분석장치의 산출결과를 BH 커브 상에서 출력하는 디스플레이 장치를 더 포함할 수 있으며, 상기 디스플레이 장치는 상기 BH 커브의 제2 사분면 상에서 상기 단일 자석의 자화 세기와 상기 결합 자석의 자화 세기를 동시에 출력하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 분석장치는 상기 단일 자석의 자화 세기와 상기 결합 자석의 자화 세기 간 차이가 미리 설정된 기준을 초과하는 경우 알람 신호를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 일부 실시 예에 따른 자성체 특성 분석방법은, 코일 어셈블리의 소정 공간에 시편을 위치시킨 상태에서 상기 시편의 자기모멘트를 측정하는 측정기를 초기화하는 단계, 상기 시편의 종류에 따라 상기 시편을 일 방향으로 이동시키거나 상기 시편을 제자리에서 회전시킨 후 상기 코일 어셈블리에 유도되는 기전력으로부터 상기 시편의 자기모멘트를 측정하는 단계, 및 상기 자기모멘트로부터 상기 시편의 자화 세기를 산출하여 상기 시편의 특성을 분석하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 측정하는 단계는 상기 시편으로서 단일 자석과, 복수의 단일 자석을 서로 연결시킨 결합 자석 각각의 자기모멘트를 측정하고, 상기 분석하는 단계는 상기 단일 자석의 자화 세기와 상기 결합 자석의 자화 세기를 서로 비교함으로써, 상기 단일 자석의 특성 변화를 검출할 수 있다.
또한, 상기 코일 어셈블리는 동일한 권선수와 반지름을 가지되, 중심점 간에 상기 반지름만큼의 거리를 두고 나란히 배치되는 2개의 원형 코일을 포함하고, 상기 초기화하는 단계는 상기 2개의 원형 코일 가운데에 상기 시편을 위치시킨 상태에서 상기 측정기를 초기화하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 측정하는 단계는 상기 시편이 막대 형상의 자석 또는 실린더 형상의 자석인 경우 상기 시편을 일 방향으로 이동시킨 후 측정하고, 상기 시편이 아크(arc) 형상의 자석인 경우 상기 시편을 제자리에서 회전시킨 후 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 화면 상에 상기 시편의 자화 세기를 산출한 결과를 BH 커브 상에서 출력하는 단계를 더 포함하고, 상기 출력하는 단계는 상기 BH 커브의 제2 사분면 상에서 상기 단일 자석의 자화 세기와 상기 결합 자석의 자화 세기를 동시에 출력하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 단일 자석의 자화 세기와 상기 결합 자석의 자화 세기 간 차이가 미리 설정된 기준을 초과하는 경우 알람 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시 예에 따르면, BH 커브 트레이서 등과 같은 고가의 장비를 구비하기 어려운 소규모 개발 업체에서도 손쉽게 자성체의 특성 변화를 검출 및 분석할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 일부 실시 예에 따르면, 단일 자석의 자화 세기뿐만 아니라 결합 자석의 자화 세기를 추가적으로 측정하는 간단한 방식을 적용시킴으로써, 해당 단일 자석의 특성 변화를 보다 빠르고 명확하게 검출할 수 있다.
또한, 일부 실시 예에 따르면, 소정 제품에 측정된 단일 자석을 적용시키는 것이 적합한지 여부에 대한 의사결정을 신속하게 할 수 있어, 생산성 향상에도 도움이 될 수 있다.
도 1은 헬름홀츠 코일의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 자석에 인가되는 자기장 H의 세기를 변화시키면서 그로 인해 유도되는 자기장 B의 세기를 측정함으로써 도시된 BH 커브이다.
도 3은 서로 다른 2개의 시료에 관한 BH 커브의 제2 사분면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일부 실시 예에 따른 자성체 특성 분석 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일부 실시 예에 따른 자성체 특성 분석방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 소정 시료에 관한 BH 커브의 제2 사분면을 예시적으로 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우 및 "통신 가능하도록 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일부 실시 예에 따른 자성체 특성 분석 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
일부 실시 예에 따른 자성체 특성 분석 시스템(100)은 별도의 장비가 필요한 자기장 인가방식이나 BH 커브 트레이서를 사용하지 않고도 각 자성체의 특성을 정확하게 분석하고 특성 변화 여부를 신속하고 효율적으로 검출할 수 있다.
일부 실시 예에 따른 자성체 특성 분석 시스템(100)은 코일 어셈블리(110), 조정장치(120), 측정기(130), 분석장치(140), 디스플레이 장치(150)를 포함할 수 있다.
코일 어셈블리(110)는 시편이 배치되는 공간을 마련하고, 헬름홀츠 코일(Helmholtz coil) 또는 그 밖의 코일 구조로 구현될 수 있다.
코일 어셈블리(110)는 헬름홀츠 코일로 구현된 경우 도 1에 도시된 것처럼 동일한 권선수(N turn)와 반지름(R)을 가지되, 중심점 간에 그 반지름(R)만큼의 거리(W)를 두고 나란히 배치되는 2개의 원형 코일(11, 12)을 포함할 수 있다.
초기에 시편(S)은 2개의 원형 코일(11, 12) 가운데(중앙)에 배치된다.
조정장치(120)는 시편(S)의 위치를 상, 하, 좌, 우 중 적어도 어느 하나의 방향으로 조정하거나 시편(S)을 시계방향 혹은 반시계 방향으로 회전시킬 수 있다.
조정장치(120)는 시편(S)의 종류에 맞추어 시편 위치를 조정하거나 시편을 회전시킬 수 있다.
예를 들어, 시편(S)이 막대 형상의 자석 또는 실린더 형상의 자석인 경우, 조정장치(120)는 시편(S)이 초기에 배치되는 위치로부터 원형 코일(11, 12)의 축과 평행한 방향으로 이동하도록 위치를 조정할 수 있다.
또한, 시편(S)이 아크(arc) 형상의 자석인 경우, 조정장치(120)는 시편(S)이 초기에 배치되는 위치에서(제자리에서) 회전하도록 작동할 수 있다.
측정기(130)는 시편(S)이 움직임에 따라 코일 어셈블리(110)에 유도되는 기전력으로부터 시편(S)의 자기모멘트를 측정할 수 있고, 적분기 혹은 플럭스 미터(fluxmeter)로 구현될 수 있다.
또한, 측정기(130)는 시편에 해당하는 단일 자석의 자기모멘트와, 복수의 단일 자석을 서로 연결시킨 결합 자석의 자기모멘트를 각각 측정할 수 있다.
여기서, 복수의 단일 자석은 모두 실질적으로 동일한 형상, 크기, 재질 등을 가지며, 단일 자석의 개수는 2개 이상이면 특별히 제한되지 않는다.
구체적으로, 시편(S)이 막대 형상의 자석 또는 실린더 형상의 자석인 경우, 측정기(130)는 시편(S)이 초기에 배치되는 위치로부터 원형 코일(11, 12)의 축과 평행한 방향으로 이동하는 시편의 자기모멘트를 측정할 있다.
또한, 시편(S)이 아크(arc) 형상의 자석인 경우, 측정기(130)는 시편(S)이 초기에 배치되는 위치에서 회전하는 시편의 자기모멘트를 측정할 수 있다.
분석장치(140)는 측정기(130)에서 측정된 자기모멘트로부터 시편(S)의 자화 세기 혹은 자기 분극 정도를 산출할 수 있다.
또한, 분석장치(140)는 단일 자석의 자화 세기와 결합 자석의 자화 세기를 서로 비교함으로써, 단일 자석의 특성 변화를 검출할 수 있다.
또한, 분석장치(140)는 단일 자석의 자화 세기와 결합 자석의 자화 세기 간 차이가 미리 설정된 기준을 초과하는 경우 알람 신호를 생성할 수도 있다.
예를 들어 알람 신호는 사용자에게 시각적으로 혹은 청각적으로 기준 초과를 알리기 위한 신호일 수 있다.
디스플레이 장치(150)는 화면 상에 분석장치(140)의 산출결과를 시편(S)에 대한 BH 커브 상에서 출력할 수 있고, 측정기(130)의 측정결과 역시 출력할 수 있다.
또한, 디스플레이 장치(150)는 BH 커브의 제2 사분면 상에서 단일 자석의 자화 세기와 결합 자석의 자화 세기를 동시에 출력할 수 있다.
참고로, 측정기(130), 분석장치(140), 디스플레이 장치(150)는 별도의 구성으로 도시되었지만, 통합된 하나의 구성으로 구현될 수 있으며, 화면을 구비하고 데이터 처리를 위한 어플리케이션 또는 실행 프로그램이 설치된 컴퓨터나 휴대용 단말기로 구현될 수 있다. 컴퓨터는 예를 들어, 웹 브라우저(WEB Browser)가 탑재된 노트북, 데스크톱(desktop), 랩톱(laptop), 태블릿 PC, 슬레이트 PC 등을 포함하고, 휴대용 단말기는 휴대성과 이동성이 보장되는 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있다.
지금까지 설명한 자성체 특성 분석 시스템(100)을 이용하면 자성체의 특성 변화 여부를 신속하고 효율적으로 검출하는 것이 가능하다.
이하에서는 도 5을 참고하여 자성체 특성을 분석하는 과정에 대해 좀더 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일부 실시 예에 따른 자성체 특성 분석방법을 나타낸 순서도이다.
우선 S100 단계에서는 코일 어셈블리의 소정 공간에 시편을 위치시킨다.
이때, 코일 어셈블리는 헬름홀츠 코일로 구현된 경우 도 1에 도시된 것처럼 동일한 권선수(N turn)와 반지름(R)을 가지되, 중심점 간에 반지름(R)만큼의 거리(W)를 두고 나란히 배치되는 2개의 원형 코일(11, 12)을 포함할 수 있다.
S200 단계에서는 시편(S)이 초기 위치로부터 움직이지 않은 상태에서 시편(S)의 자기모멘트를 측정하는 측정기가 초기화된다.
헬름홀츠 코일이 이용되는 경우, S100 단계는 초기 위치인 2개의 원형 코일 가운데(중앙)에 시편(S)을 위치시킬 수 있으며, 그 이후에 S200 단계에서 측정기 초기화가 이루어진다.
S300 단계에서는 시편(S)의 종류에 따라 시편(S)을 일 방향으로 이동시키거나 시편(S)을 제자리에서 회전시킨다.
예를 들어, 시편(S)이 막대 형상의 자석 또는 실린더 형상의 자석인 경우, S300 단계에서는 시편(S)을 원형 코일(11, 12)의 축과 평행한 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 시편(S)이 아크(arc) 형상의 자석인 경우 시편(S)을 제자리에서 회전시킬 수 있다.
그로 인해 시편(S)이 위치해있던 코일 어셈블리 내부에는 자기장의 변화가 일어나고, 패러데이 법칙에 의해 자기장의 변화에 따라 전압이 유도된다.
Figure 112018054497710-pat00003
S400 단계에서는 시편(S)의 움직임에 의해 코일 어셈블리에 유도되는 기전력으로부터 시편(S)의 자기모멘트를 측정한다.
측정기는 아래 수식처럼 유도된 전압 v(t)를 적분함으로써, 자기모멘트 M을 측정할 수 있다.
Figure 112018054497710-pat00004
측정기는 아래 수식처럼 유도된 전압 v(t)를 적분함으로써, 자기모멘트 M을 측정할 수 있다.
여기서, k는 헬름홀츠 코일 상수로 코일 제작자로부터 얻을 수 있는 값이다.
또한, S400 단계에서는 시편(S)이 막대 형상의 자석 또는 실린더 형상의 자석인 경우 시편(S)을 일 방향으로 이동시킨 후 측정할 수 있고, 시편(S)이 아크(arc) 형상의 자석인 경우 시편(S)을 제자리에서 회전시킨 후 측정할 수 있다.
S500 단계에서는 S400 단계에서 측정된 자기모멘트로부터 시편(S)의 자화 세기 Bp를 산출하여 시편(S)의 특성을 분석한다.
Figure 112018054497710-pat00005
자화 세기 Bp는 테슬라[T] 단위를 사용하고, V는 시편(S)의 부피(cm3)를 의미한다.
S400 단계에서 시편(S)으로서 단일 자석과, 복수의 단일 자석을 서로 연결시킨 결합 자석 각각의 자기모멘트가 측정되면, S500 단계에서 단일 자석의 자화 세기와 결합 자석의 자화 세기를 서로 비교함으로써, 단일 자석의 특성 변화가 검출될 수 있다.
S600 단계에서는 화면 상에 시편(S)의 자화 세기를 산출한 결과를 BH 커브 상에서 출력한다.
도 6은 소정 시료에 관한 BH 커브의 제2 사분면을 예시적으로 나타낸 도면이다.
동일한 치수를 가진 막대 형상의 N개의 단일 자석이 준비된다.
앞서 설명한 과정을 통해 각각의 단일 자석의 자화 세기가 Bp,1, Bp,2,…, Bp,n 으로 산출된다.
또한 N개의 단일 자석을 N극, S극 순서로 서로 연결시킨 결합 자석의 자화 세기가 Bp,total 로 산출된다.
도 6을 참고하면 단일 자석의 경우 BH 커브 상의 (1)번 지점에서 임의의 자기 감자 Hd에 의해 자화 세기 Bp,i가 나타난다(i=1, 2, …, n).
결합 자석의 경우 BH 커브 상의 (2)번 지점에서 자화 세기 Bp,total 이 나타난다.
결합 자석은 N개의 단일 자석을 연결시켜 그 길이가 N배로 증가하였기 때문에, 자기 감자 Hd는 감소하는 반면, 자화 세기 B는 BH 커브를 따라 증가하게 된다.
본 발명의 일부 실시 예에서는 단일 자석의 자화 세기 Bp,i와 결합 자석의 자화 세기 Bp,total을 같이 측정하여 그 값을 서로 비교할 수 있고, 이를 통해 단일 자석의 특성 변화를 측정할 수 있다.
또한, 화면을 통해 BH 커브의 제2 사분면 상에서 자화 세기 Bp,i와 Bp,total을 동시에 출력할 수 있다.
나아가, 단일 자석의 자화 세기 Bp,i와 결합 자석의 자화 세기 Bp,total 간 차이가 미리 설정된 기준을 초과하는 경우, 알람 신호가 생성되어 사용자에게 해당 단일 자석에 대한 정밀 조사가 필요하다는 것을 알릴 수 있다.
상술한 도 5의 과정을 거쳐 지름 1cm, 높이 1cm인 실린더 형상의 네오디뮴(Nd) 자석을 선정하여 그 특성 변화를 분석 및 해석해보았다.
단일 자석의 부피는 0.785cm3로 동일하며, 3개의 단일 자석 각각의 자기모멘트 및 자화 세기는 아래 표와 같다.
시편1 시편2 시편3
자기모멘트 [mV·s] 0.194 0.195 0.196
자화 세기 [T] 0.247 0.248 0.248
3개의 단일 자석을 연결시킨 결합 자석의 자기모멘트는 0.616[mV·s]이고, 부피는 2.356[cm3]이며, 자화 세기는 0.261[T]이다.
단일 자석의 자화 세기와 결합 자석의 자화 세기를 서로 비교해보면, BH 커브 트레이서와 같은 고가의 별도 장비 없이도 약 5% 이상 증가하였다는 것이 손쉽게 확인된다.
즉 단일 자석의 자화 세기뿐만 아니라 결합 자석의 자화 세기를 추가적으로 측정하는 간단한 방식을 적용시킴으로써, 해당 단일 자석의 특성 변화를 보다 명확하게 검출하고, 소정 제품에 측정된 단일 자석을 적용시키는 것이 적합한지 여부에 대한 의사결정을 고가의 장비 없이도 빠르게 할 수 있다.
한편, 본 발명의 일부 실시 예는 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 실행하도록 하는 프로그램 또는 상술한 자성체 특성 분석방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 가독형 기록매체(컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체)의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 가독형 기록매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 가독형 기록매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
지금까지 본 발명의 장치, 방법 및 시스템은 특정 실시 예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍처를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 자성체 특성 분석 시스템에 있어서,
    동일한 권선수와 반지름을 가지되, 중심점 간에 상기 반지름만큼의 거리를 두고 나란히 배치되는 2개의 원형 코일을 포함하는 코일 어셈블리;
    초기에 상기 2개의 원형 코일 가운데에 배치된 시편이 일 방향으로 이동하거나 제자리에서 회전함에 따라 상기 원형 코일에 유도되는 기전력으로부터 상기 시편의 자기모멘트를 측정하는 측정기; 및
    상기 자기모멘트로부터 상기 시편의 자화 세기를 산출하는 분석장치를 포함하고,
    상기 시편으로서, 단일 자석과, 상기 단일 자석을 복수 개 서로 연결시켜 전체 길이가 상기 단일 자석의 길이의 복수 배인 결합 자석 각각에 대하여,
    상기 측정기는 상기 단일 자석의 자기모멘트와 상기 결합 자석의 자기모멘트를 개별적으로 측정하고,
    상기 분석장치는 상기 단일 자석의 자기모멘트로부터 산출된 자화 세기와 상기 결합 자석의 자기모멘트로부터 산출된 자화 세기를 서로 비교하고, 그 비교결과를 이용하여 상기 단일 자석의 특성 변화를 검출하는 자성체 특성 분석 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 시편이 막대 형상의 자석 또는 실린더 형상의 자석인 경우, 상기 측정기는 상기 시편이 초기에 배치되는 위치로부터 상기 원형 코일의 축과 평행한 방향으로 이동함에 따라 상기 원형 코일에 유도되는 기전력으로부터 상기 시편의 자기모멘트를 측정하고,
    상기 시편이 아크(arc) 형상의 자석인 경우, 상기 측정기는 상기 시편이 초기에 배치되는 위치에서 회전함에 따라 상기 원형 코일에 유도되는 기전력으로부터 상기 시편의 자기모멘트를 측정하는 것을 특징으로 하는 자성체 특성 분석 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 시편의 위치를 조정하거나 상기 시편을 회전시키는 조정장치를 더 포함하는 자성체 특성 분석 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    화면 상에 상기 분석장치의 산출결과를 BH 커브 상에서 출력하는 디스플레이 장치를 더 포함하고,
    상기 디스플레이 장치는 상기 BH 커브의 제2 사분면 상에서 상기 단일 자석의 자화 세기와 상기 결합 자석의 자화 세기를 동시에 출력하는 것을 특징으로 하는 자성체 특성 분석 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 분석장치는 상기 단일 자석의 자화 세기와 상기 결합 자석의 자화 세기 간 차이가 미리 설정된 기준을 초과하는 경우 알람 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 자성체 특성 분석 시스템.
  7. 자성체 특성 분석방법에 있어서,
    동일한 권선수와 반지름을 가지되, 중심점 간에 상기 반지름만큼의 거리를 두고 나란히 배치되는 2개의 원형 코일을 포함하는 코일 어셈블리 내에, 시편을 상기 2개의 원형 코일 가운데에 위치시킨 상태에서 상기 시편의 자기모멘트를 측정하는 측정기를 초기화하는 단계;
    상기 시편의 종류에 따라 상기 시편을 일 방향으로 이동시키거나 상기 시편을 제자리에서 회전시킨 후 상기 원형 코일에 유도되는 기전력으로부터 상기 시편의 자기모멘트를 측정하는 단계; 및
    상기 자기모멘트로부터 상기 시편의 자화 세기를 산출하여 상기 시편의 특성을 분석하는 단계를 포함하고,
    상기 시편으로서, 단일 자석과, 상기 단일 자석을 복수 개 서로 연결시켜 전체 길이가 상기 단일 자석의 길이의 복수 배인 결합 자석 각각에 대하여,
    상기 측정하는 단계는 상기 단일 자석의 자기모멘트와 상기 결합 자석의 자기모멘트를 개별적으로 측정하고,
    상기 분석하는 단계는 상기 단일 자석의 자기모멘트로부터 산출된 자화 세기와 상기 결합 자석의 자기모멘트로부터 산출된 자화 세기를 서로 비교하고, 그 비교결과를 이용하여 상기 단일 자석의 특성 변화를 검출하는 자성체 특성 분석방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 측정하는 단계는
    상기 시편이 막대 형상의 자석 또는 실린더 형상의 자석인 경우 상기 2개의 원형 코일 가운데에 위치한 시편을 상기 원형 코일의 축과 평행한 방향으로 이동시킨 후 측정하고,
    상기 시편이 아크(arc) 형상의 자석인 경우 상기 2개의 원형 코일 가운데에 위치한 시편을 제자리에서 회전시킨 후 측정하는 것을 특징으로 하는 자성체 특성 분석방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    화면 상에 상기 시편의 자화 세기를 산출한 결과를 BH 커브 상에서 출력하는 단계를 더 포함하고,
    상기 출력하는 단계는 상기 BH 커브의 제2 사분면 상에서 상기 단일 자석의 자화 세기와 상기 결합 자석의 자화 세기를 동시에 출력하는 것을 특징으로 하는 자성체 특성 분석방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 단일 자석의 자화 세기와 상기 결합 자석의 자화 세기 간 차이가 미리 설정된 기준을 초과하는 경우 알람 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자성체 특성 분석방법.
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