KR101180230B1 - 고자력 선재의 자성 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고주파용 철심이나 변압기에 사용되는 전기 강선용 선재의 특성 평가 방법에 관한 것으로서, 포화자속밀도의 측정을 통해 신뢰할 만한 수준으로 총 자성을 측정할 수 있는 고자력 선재의 자성 측정 방법을 제공한다.
이를 실현하기 위하여, 선재 공형압연을 통해 고자력 선재를 제조한 후, 압연방향으로 선재를 절단하고, 가로, 세로 1~5mm, 두께 1mm이하의 정사각형 모양의 분석시편을 제조한 후, VSM을 통해 인가자장을 기록하고 시료에 진동을 가할 때 얻어지는 기전력을 기록함으로써, 시료의 자화 값을 측정하는 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

고자력 선재의 자성 측정 방법{MAGNETIC MEASUREMENT METHOD FOR WIRE OF HIGH MAGNETIZATION}

본 발명은 고주파용 철심이나 변압기에 사용되는 전기 강선용 선재의 특성 평가 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 포화자속밀도의 측정을 통해 신뢰할 만한 수준으로 총 자성을 측정할 수 있는 고자력 선재의 자성 측정 방법에 관한 것이다.

대부분의 중대형 변압기의 철심에 사용되는 재료로는 방향성 또는 무방향성 전기강판이 사용되고 있다. 특히 기존보다도 뛰어난 효율성을 필요로 하면서, 기계 장치의 소형화, 경량화를 위한 다양한 연구 개발의 필요성이 대두되면서, 고급 방향성 전기강판의 개발 및 연구는 매우 필수 불가결한 현실이다. 그러나, 전기강판을 이용한 변압기 제조는, 전기강판 적층 때 야기되는 강판의 슬릿[slit], 전단 또는 휨 등을 억제하기 위해 정밀한 가공이 필요하며, 철심이 비교적 소형인 경우에는 가공 자체가 곤란해진다는 문제점을 가지고 있으며, 철심의 전체 곱에 차지하는 가공에 의한 왜곡 부분의 체적이 상대적으로 커지고, 이로 인해 자기 특성이 현저하게 저하한다는 문제점이 있다.

한편, 일본공개특허공보 JP2001-115241, JP2000-045051, JP2001-131718에는 전자 강재 및 강선에 대한 발명이 개시되어 있다. JP2001-115241에는 고주파용 철심이나 원자로 등에 사용되는 전자 강선용 강재에 대해 개시되어 있으며, 철손에 대한 특성이 기재되어 있다. 또한, JP2000-045051에는 변압기나 원자로 등의 철심에 이용되는 자기 특성, 특히 철손 특성과 가공성이 우수한 전자 강선에 관하여 개시되어 있다. 그리고, JP2001-131718에는 변압기나 원자로 등의 철심 재료에 적합한 고주파 자기 특성 및 가공성이 우수한 전자 강선에 관하여 개시되어 있다. 상기 특허 모두, 자기 특성이 향상된 강재 및 강선으로서, 철손에 대한 측정값 등에 대해 기재되어 있으나, 자성 측정 방법 및 분석 방법에 대한 명확한 방법이 없으며, 포화자속밀도 기술에 관한 내용이 없어, 기술적 문제점을 내포하고 있다. 또한, 자성측정방법에 대한 신뢰도가 증빙되지 않아 자성선재 특성에 대한 명확한 분석이 이루어지지 않은 문제점이 있다.

또한, 종래 기술의 경우, 전기강판 특성 평가를 위한 철손 분석 및 자성 측정이 판재로만 이루어져 있으며, 고자력 선재 제조시 특성 평가 및 포화자속밀도 측정에 관한 명확한 방법 및 이론이 제시되어 있지 않아서, 선재 특성 평가 부분의 기술적 미비성을 내포한다는 단점이 있다.

따라서, 고급 방향성 전기강판의 개발 및 연구를 위해, 자성 선재 특성에 대해 명확한 분석이 가능한 방법의 개발이 필요하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래에는 판재에만 이루어졌던 자성측정방법을, 선재에도 적용될 수 있도록 선재의 자성을 명확하게 분석할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

이를 실현하기 위한 수단으로서 본 발명에 따르는 고자력 선재의 자성 측정 방법은, 선재의 시편을 가로, 세로 1~5mm의 정사각형 형태로, 압연방향의 직각방향으로 두께 1mm이하로 절단하여 제작하고, VSM(Vibration sample magnetometer)을 이용하여 선재의 자성을 측정한다.

상기 자성 측정은 선재 내 고스 조직의 마그네틱 도메인들을 측정함으로써 행하여지는 것이 바람직하다.

본 발명의 고자력 선재의 자성 측정 방법을 사용하면, 종래에는 측정하기 힘들었던 선재의 자성을 명확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에서는 고자력 선재의 특성을 명확하게 분석하는 방법을 제공하기 위하여, 선재 공형압연을 통해 고자력 선재를 제조한 후, 압연방향으로 선재를 절단하고, 가로, 세로 1~5mm, 두께 1mm이하의 정사각형 모양의 분석시편을 제조한 후, VSM을 통해 인가자장을 기록하고 시료에 진동을 가할 때 얻어지는 기전력을 기록함으로써, 시료의 자화 값을 측정하는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 발명자들은 측정이 용이하지 않은 선재의 자성을 측정하기 위해 연구하던 중, 다양한 물질들의 자성을 측정하기 위해 사용되는 VSM (Vibration sample magnetometer)장비를 사용하는 것을 생각하게 되었으며, 시편을 적절한 모양 및 크기로 만들어 적용한다면, 신뢰성 있는 수준으로 고자력 선재의 특성을 분석할 수 있으리라는 생각에 이르게 되었다.

VSM 장비는 패러데이 법칙을 이용하고 있는데, 코일에 자석을 넣으면 코일에 전류가 흐르게 된다는 패러데이 법칙에 따르면 이러한 자속 변화에 의해 유도기전력이 코일에 발생되는 것을 알려주며, VSM 장비는 이때 발생하는 유도기전력을 서치 코일(search coil)에서 검출하여 이 기전력에 의해 시료의 자화 값을 측정하게 된다. 본 발명에서는 이러한 작동원리를 이용한 것으로, 먼저 고자력 선재를 적절한 크기의 시료로 가공하고, 시료에 진동을 가한 후, 진동을 가할 때 발생하는 유도기전력을 검출하여 고자력 선재의 자화값을 측정한다.

종래에는 선재의 경우 자성에 대한 측정이 용이하지 않았다. 또한, 본 발명에서 사용된 VSM장비는 박막재료에 한정하여 사용되어 왔으며, 특히 전기강판 혹은 선재 분야에서 사용하는 경우가 없었으나, 본 발명에서는 이를 활용할 방법을 고안하고, 또한 신뢰할 만한 수준으로 고자력 선재의 특성을 측정 가능하게 하였음에 의미가 있다.

본 발명의 시편은 고스조직의 정확한 자속밀도를 측정하기 위하여 압연방향으로 선재를 절단하여야 한다. 이는 선재 제조공정의 특성상 칼리버롤링에 의한 전방향 스트레인(strain)으로 인하여 선재의 모든 면이 압연방향으로 조직이 연신되면서 고스 조직이 압연방향으로 늘어서게 되므로, 자성측정을 위해서는 상기와 같이 압연방향으로 시편을 절단한 후, 압연방향에 대하여 VSM을 통해 자성을 측정하는 것이 바람직하다.

시편의 크기는 가로, 세로 1~5mm, 두께 1mm이하의 크기로 절단하며, 표면에 크랙이나 불순물이 없도록 가공되어야 한다. 상기와 같이 시편을 가로, 세로 1~5mm의 크기로 만드는 이유는 밀도 측정에 적당한 크기를 가져, 단위밀도당 포화자속밀도를 측정하기에 편리하기 때문이다. 시편의 크기가 너무 큰 경우에는 시편자체의 중량 때문에 VSM장비에 넣어 자성을 측정 시 자성이 잘 측정되지 않을 우려가 있으며, 시편이 클수록 큰 자장을 걸어주어야 하는 단점이 있으므로, 상기와 같은 크기로 시편을 제작한다.

VSM은 다양한 시편의 자성을 측정할 수 있는 장점이 있으나, 시편의 기하학적인 형상에 따른 감자작용(demagnetizing effect)에 의하여 측정 값이 영향을 받는 단점이 있기 때문에 시편의 크기를 최소화하는 것이 필요하며, 따라서, 상기와 같이 시편을 제조함으로써 신뢰할만한 수준으로 자성을 측정하는 것이 가능하게 된다.

특히, 선재의 경우 Si의 함량이 높기 때문에 압연이 될 수 없을 것으로 예측되었기 때문에, 그리고, 시편의 기하학적인 형상에 따른 감자작용(demagnetizing effect)에 의해 측정 값이 영향을 받는 단점 때문에 종래에는 선재에 VSM을 적용하는 것을 생각할 수 없었다.

이에, 본 발명에서는 압연방향으로 시편을 절단하여, 고스 조직이 같는 마그네틱 도메인들을 측정함으로써 선재에도 자성을 측정할 수 있도록 하여, 종래에는 측정할 수 없었던 선재의 자성을 측정할 수 있도록 하였다.

또한, 본 발명에서는 압연방향으로 시편을 절단함으로서, 보다 정확하게 시료와 시료 픽업(pick up) 코일 사이의 거리를 줄이면서 고스조직의 마그네틱 도메인을 측정함으로써 정확하게 자성을 측정할 수 있도록 하였다.

또한, 본 발명의 선재의 자성측정방법은, 종래에 VSM이 적용되어왔던 박막의 자성측정방법과는 상이한 특성을 가지고 있다. 즉, VSM을 박막에 적용하는 경우에는, VSM은 프로브(probe)에 의해서 인가한 자기장을 기록하고 시료의 자화값은 시료에 진동을 가할 때 발생하는 유도기전력을 픽업 코일(pickup coil)에서 검출하기 때문에 박막 표면에 증착된 Co-Ni-Fe등의 박막재료의 진동에 의해서만 기전력이 측정되며, 따라서 모재에서의 자성은 측정이 안되는 반면, 본 발명의 선재의 자성측정방법을 적용하는 경우에는, 선재의 경우 모재 자체까지 자성을 가지고 있으므로, 표면에서뿐만 아니라 모재 자체의 자성도 측정할 수 있는 특성이 있다.

이렇게 제작된 시편을 자성시편분석기를 통해 분석한 후, 포화자속밀도(emu)를 측정하여 총 자성을 구함으로서 고자력 선재의 특성을 분석할 수 있다.

한편, 자장 인가 범위는 최대 2T[tesla]까지 인가할 수 있으며, 고온에서는 조직 변화 선재의 자성 특성이 변화하므로, 2~1273K의 온도범위에서 분석이 가능하다.

본 발명의 시편제조방법과 달리 시편을 제조하는 경우, 즉 크기를 다르게 제조하는 경우에는 자성이 신뢰할만한 수준으로 측정되지 않으며, 압연방향이 아닌 수직방향으로 절단하는 경우에는, VSM을 이용하는 경우에도 자성이 측정되지 않는 경우가 대부분이어서, 본 발명을 통해 기존에는 측정할 수 없었던 선재의 자성을 측정할 수 있게 된 점에서 종래기술과 구별되는 특징이 있다.

Claims (2)

1. 선재의 시편을 가로, 세로 1~5mm의 정사각형 형태로, 압연방향의 직각방향으로 두께 1mm이하로 절단하여 제작하고, VSM(Vibration sample magnetometer)을 이용하여 선재의 자성을 측정하는 방법으로서, 상기 자성 측정은 선재 내 고스 조직의 마그네틱 도메인들을 측정함으로써 행하여지는 것을 특징으로 하는 고자력 선재의 자성 측정 방법.
   
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