“자석의 자력”이란 무엇을 의미할까요?

자석 강도 측정기를 선택하기 전에, 해당 용도에 있어 중요한 측정 결과를 명확히 정의해야 합니다.

한 항목에서 점수가 높다고 해서 다른 항목에서도 반드시 더 좋은 결과를 얻는 것은 아닙니다.

예를 들어, 표면 가우스 수치가 높다고 해서 특정 인력이 보장되는 것은 아닙니다. 마찬가지로, 벤치 테스트에서 강한 인력이 측정되었다고 해서 자석이 에어 갭을 통해 필요한 센서 자기장을 제공할 것이라는 것을 증명하는 것은 아닙니다.

어떤 자석 강도 테스트를 사용해야 할까요?

측정 기기가 아니라 공학적 문제부터 시작하십시오.

실제 요구 사항이 작동 거리에서의 성능인 경우, 표면 측정만으로는 대개 충분하지 않습니다. 측정 지점은 제품에서 중요한 위치와 일치해야 합니다.

가우스계로 자석을 어떻게 측정하나요?

가우스 측정기는 홀 프로브를 사용하여 프로브의 감지 영역에서 자기 플럭스 밀도를 측정합니다. 측정 결과는 일반적으로 가우스 또는 테슬라 단위로 표시됩니다.

NIST 변환식은 다음과 같습니다:

1 가우스 = 0.0001 테슬라이며, 10,000 가우스 = 1 테슬라입니다.

출처: NIST의 SI 변환 계수 안내서

프로브의 위치가 왜 중요한가요?

영구 자석 주변의 자기장은 균일하지 않습니다. 프로브를 표면에서 멀리 떨어뜨리거나, 가장자리 쪽으로 이동시키거나, 기울이거나, 다른 자기장 성분 쪽으로 돌릴 경우 측정값이 변할 수 있습니다.

홀 센서도 프로브 본체 내부에 위치해 있습니다. 프로브의 물리적 외부 표면이 항상 정확한 감지면과 일치하는 것은 아닙니다.

레이크 쇼어(Lake Shore)의 가우스미터 설명서에서는 프로브 정렬, 온도, 제로 조정, 기기 정확도 및 반복 가능한 위치 설정을 중요한 측정 변수로 명시하고 있습니다. 또한, 자기장 벡터가 홀 센서 대비 올바른 방향을 향할 때 최대 응답이 발생한다고 설명하고 있습니다.

출처: 레이크 쇼어 모델 475 가우스미터 사용 설명서

제어된 가우스 측정 워크플로우

이는 일반적인 비교 작업 절차입니다. 장비 제조사의 절차와 프로젝트 검사 계획이 우선 적용됩니다.

1. 필드 구성 요소와 측정 위치를 정의하십시오.
2. 올바른 프로브 유형과 감지 방향을 확인하십시오.
3. 제조업체의 지침에 따라 기기와 프로브가 안정화될 때까지 기다리십시오.
4. 지정된 방법을 사용하여 프로브를 초기화하십시오.
5. 자석을 일정한 방향으로 배치하십시오.
6. 사소한 위치 변화가 결과에 영향을 미칠 수 있는 경우에는 고정 장치를 사용하십시오.
7. 프로브를 지정된 좌표와 간격에 맞춰 배치하십시오.
8. 프로브의 각도를 변경하지 않은 상태에서 측정값을 기록하십시오.
9. 검사 계획에 따라 측정을 반복하십시오.
10. 필요에 따라 개별 측정값, 측정 범위, 평균값 또는 합격/불합격 결과를 보고하십시오.

명시된 목적이 최대 자기장을 찾아내는 것인 경우가 아니라면, 가장 큰 수치가 나타날 때까지 단순히 프로브를 이리저리 움직이지 마십시오.

가우스 테스트 기록에는 무엇이 포함되어야 할까요?

다음 내용을 최소한 기록하십시오:

• 자석 도면 또는 부품 식별.
• 자화 방향.
• 기둥을 측정하고 있다.
• 프로브 유형 및 감지 방향.
• 측정 좌표.
• 프로브와 피스 간의 간격.
• 부품 및 프로브의 방향.
• 계기의 측정 범위 및 단위.
• 영점 조정 방법.
• 필요한 경우 온도를 측정하십시오.
• 측정 횟수.
• 개별 값 및 허용 범위.

이 정보가 없으면, 두 공급업체가 비슷한 자석을 테스트하더라도 서로 다른 가우스 값을 보고할 수 있습니다.

인장력 시험은 어떻게 수행하나요?

인발력 시험은 자석이나 자석 어셈블리를 결합 표면에서 분리하는 데 필요한 힘을 측정하는 시험입니다.

시험 조건이 명확히 정의된 경우에만 그 결과가 의미가 있습니다. 강재의 재질, 두께, 표면 처리 상태, 접촉 면적, 고정 장치의 정렬 상태, 공기 틈새, 하중 방향, 시험 속도 등은 모두 결과에 영향을 미칠 수 있습니다.

ASTM 작업 항목 WK70439는 영구자석 어셈블리에 대한 인장 시험 방법을 제안하고 있습니다. 이는 아직 공식적으로 발표된 ASTM 표준이 아닌, 제안된 작업 항목 단계에 머물러 있습니다. ASTM은 독자적인 시험 방법을 사용할 경우 측정값에 큰 차이가 발생할 수 있다고 지적하고 있습니다.

출처: ASTM 자석 인출력 측정

제어된 인장력 비교 워크플로우

다음 워크플로는 반복 가능한 비교를 지원합니다. 이는 보편적인 표준 절차는 아닙니다.

1. 이 시험이 자석 단독에 적용되는지, 아니면 전체 조립체에 적용되는지 확인하십시오.
2. 결합 플레이트의 재질, 두께, 치수 및 표면 상태를 명시하십시오.
3. 접촉면을 청소하고 점검하십시오.
4. 코팅, 스페이서, 접착층 또는 의도적으로 형성된 공기층을 모두 제어하십시오.
5. 자석과 힘 측정기를 지정된 당김 방향에 맞춰 정렬하십시오.
6. 제어 가능한 고정 장치를 통해 하중을 가하십시오.
7. 사전에 합의된 테스트 동작을 사용하여 자석을 분리하십시오.
8. 합의된 보고 방식에 따라 최대 힘을 기록하십시오.
9. 필요에 따라 테스트를 반복하십시오.
10. 결과와 함께 실험 장치 및 시험 조건을 보고하십시오.

단순히 “50 kg 인장력”이라고만 명시된 결과는 불완전합니다. 해당 수치가 킬로그램-힘을 의미하는지, 조립체를 어떻게 시험했는지, 그리고 어떤 결합면을 사용했는지를 명확히 밝혀야 합니다.

힘은 가급적 뉴턴 단위로 표기해야 합니다. 킬로그램-힘 단위를 함께 사용할 경우, 질량 단위인 ‘킬로그램’으로 줄여 쓰지 말고 단위를 명확히 표기해야 합니다.

인장력은 전단력과 같은 것인가요?

아닙니다. 일반적인 인장 시험에서는 자석을 결합면에 수직 방향으로 분리합니다. 전단 하중이나 미끄러짐 하중은 표면과 평행한 방향으로 작용합니다.

미끄럼 저항은 마찰, 표면 질감, 고무 코팅, 기계적 멈춤 장치, 진동 및 하중 방향의 영향을 받습니다. 특정 용도에 대한 평가 없이 일반적인 인장력 결과를 전단 정격으로 사용해서는 안 됩니다.

정격 인장력은 안전 작업 하중과 같은 것인가요?

아닙니다. 벤치 인장 시험 결과는 자동으로 최종 제품의 안전 작업 하중으로 간주되어서는 안 됩니다.

실제 애플리케이션에서는 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다:

• 공기 틈.
• 얇거나 투과성이 낮은 결합 재료.
• 곡면이나 울퉁불퉁한 표면.
• 전단 하중.
• 충격 또는 진동.
• 온도 변화.
• 정렬 불량.
• 접착제 또는 하우징 결함.
• 자석의 파손 또는 깨짐.

담당 제품 엔지니어는 실제 적용 환경에 필요한 설계 여유를 설정해야 합니다. 이 글에서는 보편적으로 적용할 수 있는 안전 계수를 제시하지 않습니다.

인장 시험 안전

강력한 자석은 갑자기 움직이거나, 손가락이 끼이거나, 고정 장치나 결합판에 부딪혔을 때 파손될 수 있습니다.

안전 장치가 갖춰진 실험 설비를 사용하고, 손이 물체의 이동 경로 안으로 들어가지 않도록 주의하며, 작업장 위험 평가 및 개인 보호 장비(PPE) 관련 요건을 준수하십시오. 이 글은 실험실 안전 절차의 전부를 다루는 것은 아닙니다.

또한 특정 자석 재료 및 취급 조건에 대해서는 NdFeB 안전 데이터 시트를 참조해야 합니다.

가우스 미터로 자석의 등급을 확인할 수 있나요?

표면 가우스 측정값만으로는 완성된 자석이 N42, N52 또는 다른 등급인지 확인할 수 없습니다.

등급은 자화 또는 감자 곡선에서 도출된 제어된 재료 특성과 관련이 있습니다. 중요한 특성으로는 다음이 포함될 수 있습니다:

• Br: 자화장이 제거된 후의 잔류 자속 밀도.
• HcB: 자기 플럭스 밀도와 관련된 강제 자기장 강도.
• HcJ: 자기 분극과 관련된 고유 보자력.
• BHmax: 자화 제거 곡선에서 도출된 최대 에너지 산물.

IEC 60404-5:2015는 영구자석 재료의 자속 밀도, 자기 분극, 자기장 강도, 감자 곡선 및 반동선에 대한 측정 방법을 규정하고 있다.

출처: IEC 60404-5:2015

ASTM A977/A977M 표준은 히스테리시스 기록기를 이용한 고자속 영구자석 재료의 측정 방법을 규정하고 있습니다. 이 표준은 단순한 완제품 표면 자기장 검사가 아닌, 재료 특성 측정에 적용됩니다.

출처: ASTM A06.01 위원회 표준

완성된 자석의 가우스 수치는 다음 요인의 영향을 받기도 합니다:

• 자석의 치수.
• 형상과 길이 대 직경 비율.
• 자화 상태.
• 자화 방향.
• 탐침 위치.
• 가장자리 효과.
• 주변에 있는 강철 또는 자성 부품.
• 공기 틈.

표면 전계 시험은 동일한 제어된 조건 하에서 완제품을 비교하는 데 유용할 수 있습니다. 다만, 이는 해당 등급에 대한 문서나 제어된 재료 특성 시험을 대체해서는 안 됩니다.

특정 고등급 요건을 검토 중인 독자들은 OSENC의 확인된 내용을 참고할 수도 있습니다. N52 네오디뮴 자석 페이지, 단, 최종 성적 선정은 여전히 지원서에 따라 결정된다는 점을 염두에 두어야 합니다.

가우스를 직접 인장력으로 변환할 수 있나요?

단일 가우스 측정값을 인장력으로 직접 변환하는 보편적인 공식은 없습니다.

이 두 양은 완전히 정의된 자기 시스템 내에서 서로 관련될 수 있지만, 타당한 힘 예측을 위해서는 다음 정보도 필요합니다:

• 자석의 크기와 모양.
• 등급 및 자화 상태.
• 극면적 및 극 배치.
• 교배용 재료.
• 강판 두께.
• 작동 에어 갭.
• 코팅 또는 스페이서.
• 접촉 형상.
• 당기는 방향.
• 인근의 자기 부품들.

예를 들어, 두 자석이 한 프로브 위치에서 비슷한 자기장 수치를 보일 수 있지만, 극의 면적, 두께 또는 자기 회로가 다르기 때문에 인장력은 서로 다르게 나타날 수 있습니다.

반대의 경우도 가능합니다. 두 어셈블리는 유사한 직접 접촉 인장력을 발생시킬 수 있지만, 몇 밀리미터 떨어진 곳에 위치한 센서에서는 매우 다른 자기장 강도를 나타낼 수 있습니다.

특정 위치에서의 자기장이 중요한 경우에는 가우스 시험을 사용하십시오. 제어된 분리력이 중요한 경우에는 인발력 시험을 사용하십시오.

자석을 단독으로 테스트해야 할까요, 아니면 최종 조립 상태에서 테스트해야 할까요?

엔지니어링 요구 사항을 가장 잘 나타내는 객체를 테스트하십시오.

인근에 있는 강재는 자속을 다른 방향으로 돌릴 수 있습니다. 하우징은 작동 간극을 변경할 수 있습니다. 접착제 두께, 코팅 및 조립 공차 역시 자석과 결합 부품 사이의 거리를 변화시킬 수 있습니다.

센서나 인코더의 경우, 센서가 설치된 위치에서 자기장을 측정하십시오. 자석 홀더의 경우, 결합 대상 재료 및 표면 상태에 맞춰 테스트하십시오. 커플링이나 로터의 경우, 가능한 한 실제 작동 간극 및 정렬 조건을 적용하십시오.

자기 시뮬레이션을 통해 시편을 제작하기 전에 자기장, 힘, 토크 또는 극 배열의 거동을 예측할 수 있습니다. 그러나 시뮬레이션은 설계 예측일 뿐, 측정된 결과는 아닙니다.

실용적인 개발 경로는 다음과 같습니다:

1. 작동 조건을 정의하십시오.
2. 필요한 경우 성능을 모델링하거나 추정하십시오.
3. 대표성 있는 표본을 구성하십시오.
4. 통제된 조건 하에서 자석 또는 조립품을 검증하십시오.

OSENC는 도면, 샘플, 스케치 및 적용 요구 사항을 바탕으로 맞춤형 자석 및 자석 조립체에 대한 상담을 지원해 드립니다. 제공 가능한 프로젝트 지원 서비스에는 자기장 평가, 시뮬레이션, 조립 검토 및 테스트가 포함될 수 있으며, 이는 프로젝트 요구 사항 및 제조 검토 결과에 따라 달라질 수 있습니다.

서로 다른 공급업체의 자석 테스트 보고서를 어떻게 비교하나요?

두 공급업체 모두 동일한 시험 조건을 적용했는지 확인하기 전까지는 주요 수치를 비교해서는 안 됩니다.

보고서는 다른 자격을 갖춘 사람이 측정된 내용을 이해할 수 있도록 해야 하며, 가능한 경우 해당 비교 결과를 재현할 수 있도록 해야 한다.

기업의 품질 관리 페이지에는 공급업체의 일반적인 검사 방식이 소개되어 있을 수 있지만, 이는 프로젝트별 시험 방법이나 인수 기록을 대체할 수는 없습니다. OSENC의 품질 관리 정보 현재 확정된 전반적인 범위에 대해서는.

자석 강도 견적 요청서(RFQ)에는 무엇을 포함해야 할까요?

유용한 견적 요청서(RFQ)는 측정값을 명시하기 전에 요구되는 기능을 명확히 기술해야 합니다.

자석 또는 조립 정보

다음 내용을 제공해 주십시오:

• 그림 그리기와 수정.
• 치수 및 공차.
• 자성체 또는 제안된 등급.
• 자화 방향 및 극 배치.
• 코팅.
• 하우징, 강철 부품, 접착제 및 기타 조립 부품.
• 권장 작동 온도.
• 해당되는 경우 환경 조건.

지원 요건

자석이 다음 중 어느 것을 제공해야 하는지 명시하십시오:

• 유지력.
• 센서의 필드.
• 감지 거리.
• 토크.
• 결합 출력.
• 위치 결정력.
• 분리 성능.
• 배치 간 일관성.

시험 조건

정의:

• 자석 본체 또는 최종 조립품.
• 측정 위치.
• 작업 간격.
• 탐침 방향.
• 가공 재료 및 두께.
• 당기는 방향 또는 하중 방향.
• 경기 일정 요건.
• 시험 온도.
• 필요한 측정 횟수.

수락 기준

다음 사항을 명시하십시오:

• 목표값.
• 최소 또는 허용 범위.
• 단위.
• 표본 추출 요건.
• 개별 판독이 필요한지 여부.
• 해당 요건이 시제품, 양산품, 또는 둘 모두에 적용되는지 여부.

명확하게 정의된 견적 요청서(RFQ)는 기술적으로는 정확하지만 실제 적용과 관련된 의문에 대한 답을 제공하지 못하는 시험 보고서를 받게 될 위험을 줄여줍니다.

자주 묻는 질문

가우스계는 자력 측정기와 같은 것인가요?

가우스 측정기는 자석 강도 측정기의 한 종류이지만, “자석 강도 측정기”라는 표현은 구체적이지 않습니다.

이는 가우스계, 테슬라계, 인장력 측정기, 자속계, 히스테리시스 기록계, 토크 고정구 또는 특정 용도에 맞춘 시험 시스템을 의미할 수 있습니다. 해당 장비가 어떤 자기량을 측정하는지 확인하십시오.

스마트폰으로 자석의 자력을 측정할 수 있을까요?

스마트폰에 자력계가 내장되어 있다면 주변 자기장의 변화를 표시할 수 있습니다. 안드로이드 문서에 따르면, 호환되는 센서는 X, Y, Z 축의 자기장 성분을 마이크로테슬라 단위로 보고합니다.

그러나 센서의 측정 범위, 보정, 설치 위치, 기기 간 간섭 및 재현성 등이 자석 수락 시험에 적합하지 않을 수 있습니다.

출처: Android SensorEvent 문서

휴대폰은 대략적인 참고용으로만 사용하십시오. 교정된 가우스 측정기나 공급업체 인수 검사 도구로 간주하지 마십시오.

자석의 자력은 얼마나 자주 측정해야 할까요?

모든 자석 프로젝트에 적용되는 보편적인 검사 주기는 없습니다.

검사 계획에는 다음 사항이 반영되어야 합니다:

• 신청 관련 위험.
• 생산 안정성.
• 고객 요구 사항.
• 표본 크기.
• 프로세스 변경 사항.
• 공급업체 변경.
• 합의된 수락 방법.

중요 프로젝트의 경우, 중요도가 낮은 상용 애플리케이션과는 다른 통제 조치가 필요할 수 있습니다.