영구자석: 종류, 특성 및 선정

자석이 영구적으로 자성을 유지하는 원리는 무엇인가?

영구자석은 자화장이 제거된 후에도 자구가 우선적으로 정렬된 상태를 유지하기 때문에 자화 상태가 보존됩니다. 이러한 용도로 설계된 재료의 일반적인 명칭은 경자성 재료.

특히 중요한 특성은 두 가지입니다. 잔류 자속 밀도(Br) 자화 후 남아 있는 잔류 자속 밀도를 나타냅니다. 보자력 반대 방향의 자기장에 의한 감자에 저항하는 정도를 나타냅니다.

실용적인 영구자석에는 자속을 공급할 수 있는 충분한 잔류 자속 밀도와 사용 환경에서 안정성을 유지할 수 있는 충분한 보자력이 필요합니다. 두 특성 간의 균형이 중요합니다. 잔류 자속 밀도가 높더라도 감자 저항성이 부족한 재료는 짧고 개방된 자기 회로나 고온 환경에서 적합하지 않을 수 있습니다.

영구자석은 어떤 재료로 만들어지는가?

현대의 엔지니어링 분야에서는 주로 네오디뮴 철 붕소, 사마륨 코발트, 페라이트 및 알니코의 네 가지 영구자석 재료군을 사용합니다.

본드 자석과 플렉시블 자석은 보편적인 다섯 번째 기본 소재 계열이라기보다 제조 방식으로 분류하는 것이 더 적절합니다. 페라이트 또는 NdFeB 등의 자성 분말을 폴리머 바인더와 결합하여 유연한 제품, 복잡한 형상 또는 다극 구조를 구현할 수 있습니다. 다만 일반적으로 동급의 고밀도 소재보다 자성 재료 함량이 낮습니다.

보다 폭넓은 분류 체계는 OSENC의 다음 가이드를 참조하세요. 자석의 종류.

네오디뮴 자석

NdFeB은 소형 고성능 제품에 가장 적합한 영구자석 계열입니다. 제한된 설치 공간에서 더 높은 자기 출력을 확보해야 할 때 널리 사용됩니다.

그렇다고 해서 가장 높은 NdFeB 등급이 항상 최선의 선택인 것은 아닙니다. 등급에 따라 잔류자속밀도, 보자력, 최대 에너지적 등의 소재 특성이 달라지지만, 최종 성능은 치수, 자극 방향, 공극, 주변 강재, 온도 및 조립 상태에도 좌우됩니다.

OSENC는 맞춤형 네오디뮴 자석에 사용하면 및 자석 어셈블리에 주력하므로, 이 페이지의 공급업체 관련 안내는 OSENC가 모든 영구자석 계열을 공급한다는 의미가 아니라 NdFeB 프로젝트에 한정됩니다.

동일한 소재로 설명된 두 자석의 성능이 서로 다를 수 있는 이유

소재 계열은 영구자석 사양을 구성하는 첫 번째 요소일 뿐입니다. 단순히 “NdFeB 자석”으로 설명된 두 부품이 반드시 서로 호환되는 것은 아닙니다. 소재 계열명만으로는 등급, 치수, 자화, 온도 여유 또는 부품 주변의 자기 회로가 정의되지 않기 때문입니다.

동일한 명목상 소재 등급 내에서도 자기 특성은 조성, 미세조직 및 가공 공정과 관련이 있습니다. 고성능 영구자석에 관한 소재 연구에 따르면 비교적 작은 구조적 차이도 보자력과 감자 거동을 변화시킬 수 있습니다. 이러한 미세조직과 특성 간의 관계에 대한 배경 자료는 다음 기관의 연구를 참조하세요. Max Planck 지속가능 소재 연구소.

완성 부품에서는 추가 요인도 작용합니다. 형상은 자기 감자계를 변화시키고, 자화 방향은 자계 분포를 변화시키며, 주변 강재는 자기 회로에 영향을 주고, 작동 공극은 실제 적용 환경에서 확보되는 성능을 좌우합니다.

각 영구자석 특성은 어떤 의사결정에 중요합니까?

이러한 구분은 단순한 학술적 문서상의 문제가 아닙니다. 경자성 재료에 관한 IEC 표준은 자속 밀도, 자기 분극, 자기장 세기 및 감자 곡선의 측정 방법을 규정합니다. 참조: IEC 60404-5:2015. ASTM에서도 고보자력 영구 자석 재료용 히스테리시그래프 시험 방법을 다음 문서에 게재하고 있습니다: ASTM A977/A977M.

등급 또는 표면 Gauss 값만으로 영구 자석을 선정할 수 없는 이유

일반적인 RFQ에는 “N52이 필요합니다” 또는 “5,000 gauss가 필요합니다”와 같은 요청이 들어옵니다. 어느 쪽도 완성된 자석을 정의하기에는 충분하지 않습니다.

표면 자기장 측정값은 자석의 형상, 자화 방향, 측정 위치 및 프로브 거리에 따라 달라집니다. 센서나 모터에서 유효한 자기장은 자석 표면이 아니라 실제 작동 거리에서 측정하는 경우가 많습니다.

흡인력도 시험용 자기 회로에 따라 크게 달라집니다. 자석 자체가 동일하더라도 공극, 상대 강재의 두께, 접촉 면적, 표면 조도 및 정렬 상태에 따라 측정된 힘이 달라질 수 있습니다.

재료 데이터는 출발점이지 합격 기준이 아닙니다

재료 데이터시트는 규정된 시험 조건에서 자성 재료가 발휘할 수 있는 성능을 설명합니다. 그러나 실제 적용에서는 자기 회로 내에 조립된 완성 부품을 사용합니다. 따라서 합격 기준은 일반적으로 어셈블리에 필요한 성능, 즉 규정된 위치에서의 자계, 지정된 지그 조건에서의 힘, 규정된 간극에서의 토크 또는 그 밖의 측정 가능한 기능적 결과를 기준으로 설정해야 합니다.

측정 위치에 대한 자세한 설명은 다음을 참조하십시오. 자석 가우스.

온도: 사용 온도는 퀴리 온도가 아닙니다

코어리스 모터의 사용 온도 는 완성 자석이 적용 요건을 계속 충족하면서 견뎌야 하는 온도 범위입니다. 퀴리 온도 는 강자성 배열이 소실되는 재료의 상전이 온도입니다. 두 온도는 서로 바꾸어 사용할 수 있는 개념이 아닙니다.

자석은 퀴리 온도에 도달하기 전에 허용할 수 없는 가역적 또는 비가역적 자력 손실을 겪을 수 있습니다. 이러한 위험은 재료 계열, 등급, 형상, 자석의 동작점 및 외부 자기 회로에 따라 달라집니다.

NdFeB의 경우, 설계가 고온이나 역자계에 노출될 때 고유 보자력이 특히 중요합니다. 더 높은 온도 등급을 적용하면 감자 여유가 향상될 수 있지만, 다른 재료 특성과 비용도 달라질 수 있습니다. 따라서 온도만으로 최종 등급을 결정할 수는 없습니다.

연속 사용 온도, 피크 또는 이상 발생 시 온도, 노출 시간, 인접한 역자계, 자석 형상, 에어 갭 및 열 노출 후 요구 성능을 정의하십시오. OSENC는 다음 항목에 대한 별도의 설명을 제공합니다. 온도가 자석의 자력에 미치는 영향.

영구자석과 전자석

영구 자석은 지속적인 전기 여자 없이도 일정한 자기장을 제공합니다. 전자석은 코일을 통해 흐르는 전류로 자기장을 생성합니다.

어느 한쪽이 모든 경우에 더 우수한 것은 아닙니다. 항상 이용 가능한 자기장과 소형 수동 자기원이 중요할 때는 영구 자석을 사용하십시오. 스위칭이나 능동적인 자기장 제어가 필수적일 때는 전자석을 사용하십시오.

영구자석 응용 분야: 선정에 영향을 미치는 요인은?

영구자석은 모터, 발전기, 센서, 스피커, 마그네틱 커플링, 고정 시스템, 소비자 전자제품 및 산업용 어셈블리에 사용됩니다. 응용 분야명은 기능을 나타내지만 정확한 자석 사양을 정의하지는 않습니다.

따라서 “모터용 자석” 또는 “센서용 자석”만으로는 정확한 사양이 될 수 없습니다. 응용 분야명이 동일한 두 제품이라도 자기 회로와 작동 조건이 다르면 서로 다른 소재 계열, 등급, 치수 및 극 패턴이 필요할 수 있습니다. 이 주제에 대한 자세한 내용은 모터와 영구자석 을 참조하십시오.

엔지니어링 프로젝트용 영구자석 선정 방법

1. 필요한 자기 성능 정의

센서 위치의 자기장, 인장력, 토크, 유지력, 간극 내 자속 또는 기타 측정 가능한 기능 등 자석이 수행해야 할 역할을 명시하십시오.

2. 형상 및 작동 거리 정의

사용 가능한 설치 공간, 공극, 주변 강재, 대상 소재 및 가동 인터페이스 정보를 제공하십시오. 자기장은 거리가 멀어질수록 감소하므로 표면 측정값으로 작동점의 자기 성능을 대신할 수 없습니다.

3. 온도 조건 정의

정상, 최고 및 비정상 온도를 기록하십시오. 큐리 온도를 설계 한계로 사용해서는 안 됩니다.

4. 사용 환경 정의

수분, 염분, 화학물질, 마모 및 조립 공정은 코팅 또는 소재 선택에 영향을 줄 수 있습니다. NdFeB 프로젝트에는 신중한 부식 방지 대책이 필요한 경우가 많습니다. OSENC의 네오디뮴 자석 코팅 가이드에서는 주요 코팅 결정 요인을 다룹니다.

5. 자화 방향 및 극 배열 정의

축 방향, 직경 방향, 방사 방향 및 다극 자화는 외형이 같더라도 매우 다른 자기장 패턴을 형성할 수 있습니다. 도면에 필요한 극 방향 또는 기능상 요구되는 자기장 패턴을 명시해야 합니다. 다음을 참조하십시오. 자기장의 방향.

6. 성능 검증 방법 정의

유효한 사양에는 시험 조건이 명시되어야 합니다. 프로젝트에 따라 치수 검사, 지정된 위치에서의 자기장 측정, 정해진 조건에서의 흡착력 시험 또는 어셈블리 단위의 검증이 필요할 수 있습니다.

자석 선정 시 피해야 할 다섯 가지 지름길

많은 사양 선정 실패는 적용 조건을 고려하지 않고 지름길을 택하는 데서 시작됩니다. 다음 다섯 가지는 특히 위험합니다:

OSENC에 맞춤형 NdFeB 자석 견적 요청 시 제공할 정보

맞춤형 네오디뮴 자석 또는 자석 어셈블리의 경우 설계, 제조 공정, 검증 방법 또는 가격에 영향을 주는 다음 정보를 보내주십시오.

• 도면, 형상 및 치수;
• 조립에 중요한 치수 공차;
• 측정 조건이 명시된 목표 자기장, 힘, 토크 또는 센서 요구사항;
• 작동 거리 또는 공극;
• 해당되는 경우 연속, 피크 및 고장 조건에서의 작동 온도;
• 사용 환경 및 부식 노출 조건;
• 자화 방향 또는 극 배열;
• 결합 상대 강재, 접착제, 하우징 또는 조립 제약조건;
• 시제품 수량 및 예상 양산 수량;
• 필수 검사 또는 합격 판정 시험.

이러한 입력 정보는 재질 등급, 코팅, 공차, 자화 및 검증 방향을 OSENC와 협의하기 위한 실질적인 기준이 됩니다. 설계가 아직 완료되지 않았다면 “가장 강력한” 자석을 추측하기보다 기능 목표와 도면부터 제시하십시오.