KR101311206B1 - 선형 자기력을 갖는 마그넷, 마그넷 제작방법 및 마그넷 제작장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그넷 제작방법, 제작장치 및 마그넷에 관한 것으로, 이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 마그넷 제작방법은 상기 마그넷의 길이 방향으로 상기 마그넷의 양쪽 말단 부분 각각에 상기 마그넷의 극성과 동일한 극성을 갖는 감자장치를 위치시키는 단계 및 상기 마그넷을 상기 마그넷의 길이 방향을 회전축방향으로 회전시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 본 발명에 의하면, 마그넷 포화착자 시 길이방향 양끝단의 자기력을 감쇠시켜 마그넷의 중간부의 자기력 변화를 최소화하고, 마그넷 양끝단의 자기력의 선형성을 개선한 마그넷, 마그넷 제작 장치 및 마그넷 제작 방법을 제공할 수 있다.

Description

선형 자기력을 갖는 마그넷, 마그넷 제작방법 및 마그넷 제작장치{Magnet with Linear Magnetic Force, Manufacturing Method and Apparatus thereof}

본 발명은 선형의 자속밀도를 갖는 마그넷, 마그넷 제작방법 및 마그넷 제작장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 마그넷의 길이방향으로 자기력이 선형으로 증가하는 것을 특징으로 하는 마그넷과 마그넷 제작방법 및 제작장치에 관한 것이다.

자석 (磁石 magnet)은 철가루를 끌어당기는 자기력을 지닌 물체로, 공업적으로 만들어지는 강한 자석을 영구자석이라고 하는데, 일반적으로는 단순히 자석이라 부르는 경우가 많다.자석 옆에 놓인 쇳조각은 자석에 끌어당겨진다. 이와 같이 자기력의 영향을 받는 공간을 자기장이라고 한다. 바꾸어 말하면 자석은 자기장을 만든다고 할 수 있다. 자기장의 모양을 보기 위해 사용하는 방법이 철가루 무늬로, 자석 위에 두꺼운 백지를 얹고 그 위에다가 철가루를 골고루 뿌리면 자기력선 무늬가 나타난다. 작은 자침을 얹으면 이 자기력선에 따르는 방향을 가리키며, 자기력선이 자석의 N극에서 나와서 S극으로 들어가는 방향이다.2극 사이의 힘은 거리의 제곱에 반비례하고 자기극의 세기에 비례하는 쿨롱의 법칙에 따른다. 자기극의 세기와 2극 사이의 거리의 곱을 자기모멘트라고 정의한다. 자기극은 동일한 세기의 N극과 S극이 반드시 1쌍으로 되어 있으므로 자기극의 세기보다도 자기모멘트 쪽이 본질적인 물리량이라고 생각된다. 자기모멘트는 그 방향을 생각하여 S극으로부터 N극으로 향하는 벡터로 나타낸다. 2개의 자기모멘트 사이의 힘을 계산하면 거리의 4제곱에 반비례한다. 이것은 2개의 자석 사이의 인력이, 접근되어 있을 때에는 강하고 떨어지면 급속히 약해지는 이유 때문이다.자화는 자기구역의 모양레蝸》방향 등이 바뀜으로써 진행된다. 이들이 변하기 어려운 구조를 지닌 것은, 일단 자화되면 자기장을 0으로 해도 원래대로 돌아가지 않고 자기모멘트가 남는다. 이 잔류자화(殘留磁化)가 큰 것이 영구자석이다.자속 (磁束 magnetic flux)은 자속밀도 또는 자기유도를 그 방향에 수직인 단면적에 대하여 적분한 양이며, 자기력선속(磁氣力線束)이라고도 한다. 단위는 CGS단위계에서는 맥스웰(기호 Mx)이며, MKS단위계 또는 SI단위계에서는 웨버(기호 )이다. 코일 속을 통과하는 자속이 시간에 따라 변화하면 그 변화 비율에 비례하는 전압이 코일의 양끝 사이에 생긴다(패러데이의 전자기유도법칙). 이 전압의 방향은 전류에 의해 생기는 자기장이 자속의 변화를 방해하는 방향이다. 이를 렌츠의 법칙이라 한다. 자속은 영구자석 또는 코일에 흐르는 전류에 의해 만들어진다.자기장을 검출하는 방법에 따라 검출 센서의 종류는 여러 가지가 있으나 아마도 가장 널리 알려진 센서는 홀 센서일 것이다. 홀 센서의 동작은 반도체(홀 소자)의 전극에 전류를 흐르게 한 후 수직 방향으로 자기장을 인가하면 전류의 방향과 자기장 방향에 수직하게 전위차(electric potential)가 발생한다.통상적으로 가장 간단한 거리를 측정하는 장치로서 영구자석과 자속을 검출하는 센서를 사용하여 영구자석으로부터 거리가 멀어지고 가까워짐에 따라 자속밀도가 변화되는 것을 측정하여 센서에서 발생되는 전위차로 거리를 측정하는 것이다. 이와 관련된 기술은 대한민국 등록특허 제10-0660564호에 게시되어 있다.

한편, 도 1a 및 도 2a는 종래의 마그넷 제작방법을 도시한 것이다.

도 1a를 참조하면, 마그넷에 착자(着磁)하기 위해 착자장비의 코일에 화살표 방향의 강한 전류를 흘려, 마그넷에 포화착자 시킨다. 다음으로 도 1b를 참조하면, 마그넷에 포화착자된 자기력은 마그넷의 중심으로부터 거리에 비례하는 선형이 아니라 곡선의 형태를 나타내어, 이상적인 선형 자기력 선과 D1만큼의 편차를 발생시킨다.

이러한 곡선 형태의 자기력을 선형으로 변환하기 위해 도 2a와 같이, 포화착자된 마그넷에 일정한 역전류를 가해 자기력을 감쇠시킨다. 이렇게 자기력이 감쇠된 마그넷은 도 2b와 같은 자기력 곡선을 나타내며, 이상적인 선형 자기력 선과 D2만큼의 편차를 발생시켜, 편차가 줄어들게 된다.

이와 같이 포화착자된 마그넷에 일정 역전류를 가해 이상적 선형 자기력 선과 편차가 줄어들긴 하지만 여전히 마그넷에서 생성되는 자속밀도가 거리에 따라 선형적으로 형성되지 않는다. 또한, 자기력 특성곡선의 전반적인 감소로 편차의 감소도가 작다.

그러므로 이러한 마그넷이 내장된 센서 등은 효과적으로 거리를 측정할 수 없고, 이러한 문제를 해결하기 위해 센서 등에 비선형성을 보상하는 별도의 프로그램이나 전자회로를 구비해야 하는 또 다른 문제점이 발생한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 마그넷 포화착자 시 길이방향 양끝단의 자기력을 감쇠시켜 마그넷의 중간부의 자기력 변화를 최소화하고, 마그넷 양끝단의 자기력의 선형성을 개선한 마그넷, 마그넷 제작 장치 및 마그넷 제작 방법을 제공하는 것이다.

이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 마그넷 제작방법은 상기 마그넷의 길이 방향으로 상기 마그넷의 양쪽 말단 부분 각각에 상기 마그넷의 극성과 동일한 극성을 갖는 감자장치를 위치시키는 단계; 및 상기 마그넷을 상기 마그넷의 길이 방향을 회전축방향으로 회전시키는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따른 또 다른 마그넷 제작방법은 상기 마그넷의 길이 방향으로 상기 마그넷의 양쪽 말단 부분 각각에 상기 마그넷의 극성과 동일한 극성을 갖는 감자장치를 위치시키는 단계; 및 상기 감자장치를 상기 마그넷의 길이 방향을 회전축방향으로 상기 마그넷의 둘레를 따라 회전이동시키는 단계;를 포함한다.

또한, 상기 마그넷의 길이 방향으로 분포하는 자기력을 센싱하는 단계; 및

상기 센싱된 자기력에 기초하여 상기 감자장치의 위치를 변경하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 마그넷 제작장치는 마그넷을 고정하는 고정부; 상기 마그넷의 길이 방향으로 상기 마그넷의 양쪽 말단에 각각 위치하며, 상기 마그넷의 극성과 동일한 극성을 갖는 한 쌍의 감자부; 상기 고정부와 기계적으로 연결되어, 상기 고정부를 상기 마그넷의 길이 방향을 회전축방향으로 회전시키는 회전부; 및

상기 회전부를 제어하는 제어부;를 포함한다.

본 발명에 따른 또 다른 마그넷 제작장치는 마그넷을 고정하는 고정부; 상기 마그넷의 길이 방향으로 상기 마그넷의 양쪽 말단에 각각 위치하며, 상기 마그넷의 극성과 동일한 극성을 갖는 한 쌍의 감자부; 상기 감자부와 기계적으로 연결되어, 상기 감자부를 상기 마그넷의 길이 방향을 회전축방향으로 상기 마그넷의 둘레를 따라 회전시키는 회전부; 및 상기 회전부를 제어하는 제어부;를 포함한다.

또한, 상기 마그넷의 길이 방향으로 분포하는 자기력을 센싱하여 생성된 자기력 정보를 상기 제어부에 전달하는 자기력 센서; 및 상기 감자부와 기계적으로 연결되어 상기 감자부를 이동시키는 이동부;를 포함하되, 상기 제어부는 상기 자기력 정보에 따라 상기 이동부의 위치를 이동시키기 위해 상기 이동부 및 상기 자기력 센서를 제어할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 마그넷은 상기 마그넷 제작방법에 의해 제작된다.

본 발명에 의하면, 마그넷 포화착자 시 길이방향 양끝단의 자기력을 감쇠시켜 마그넷의 중간부의 자기력 변화를 최소화하고, 마그넷 양끝단의 자기력의 선형성을 개선한 마그넷, 마그넷 제작 장치 및 마그넷 제작 방법을 제공할 수 있다.

도 1a 및 도 2a는 종래의 마그넷 제작과정을 나타내는 도면.
도 1b 및 도 2b는 종래의 마그넷 제작과정의 자력곡선 변화를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 마그넷 제작방법의 순서를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 마그넷 제작과정의 자력곡선 변화를 나타내는 도면.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 다른 마그넷 제작장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 마그넷 제작방법의 순서를 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 먼저 원통 또는 육면체 형상의 포화착자된 마그넷을 제작한다. 상기 포화착자된 마그넷의 제작 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식 가진 자에게 널리 알려진 것으로 본 명세서에서는 자세한 설명을 생략한다.

마그넷의 길이 방향으로 자기력이 선형적으로 정밀하게 분포하는 마그넷을 제작하기 위해, 제작과정에서 마그넷이 진동하지 않도록 마그넷을 고정부에 고정시킨다.

도 4의 자력변화곡선을 참조하면, 일반적으로 최초 제작되어 포화착자된 마그넷의 자기력 분포는 도 4의 기존 자기력 곡선 1과 같이 마그넷의 양단 끝 부분의 자기밀도가 높게 나타나 3차 곡선의 형태를 이룬다. 이렇듯 마그넷의 양단 부분의 높은 자기력을 낮추기 위해서, 마그넷의 양단 부분에 상기 마그넷과 동일한 극성을 갖는 감자장치를 위치시킨다(S310). 상기 감자장치는 서로 다른 극성의 동일한 크기의 자기력을 가지며 한 쌍의 전자석 또는 영구자석으로 구성될 수 있다.

상기 각각의 감자장치는 마그넷의 중앙으로부터 마그넷의 길이 방향으로 동일한 거리만큼 떨어진 곳에 위치한다. 또한, 각 감자장치와 마그넷은 서로 접해있지 않으며, 각 감자장치와 마그넷은 동일한 거리만큼 떨어져 있다.

다음으로, 마그넷의 자기력을 선형으로 변형시키기 위해서 감자장치 또는 마그넷을 회전시킨다(S320). 더욱 상세하게 마그넷이 고정된 고정부를, 회전부의 동력을 이용하여 마그넷의 길이 방향을 회전축 방향으로 하여 회전시켜, 동일한 극성을 갖는 감자장치로 하여금 마그넷 양단의 자기력 밀도를 낮춘다.

동일한 극성을 갖는 둘 이상의 자기체가 서로의 자기장이 미치는 공간에 오랜 시간 위치하는 경우, 자기체의 자기력이 감쇠된다. 이와 관련된 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식 가진 자에게 널리 알려진 것으로 본 명세서에서는 자세한 설명을 생략한다.

앞선 설명한 바와 같이 마그넷을 회전시키는 것 대신, 감자장치를 마그넷의 길이 방향을 회전축방향으로 하여 상기 마그넷의 둘레를 따라 회전이동시켜, 마그넷의 자기력 밀도를 낮출 수 있다(S320).

마그넷 또는 감자장치를 회전시키는 동안 자기력 센서를 통해 마그넷의 자기력이 마그넷의 중심부로부터 거래에 비례하여 선형으로 형성되는지 지속적으로 센싱하여, 선형이면 제작을 종료한다(S330).

만약 마그넷 또는 감자장치를 충분히 회전시켰음에도 마그넷의 자기력 곡선이 도 4의 자기력 곡선 2와 같이 여전히 곡선의 형태를 나타내면 감자장치를 마그넷 쪽으로 이동시킨다(S340). 이처럼 감자장치와 마그넷이 좀 더 가까워진 상태에서 마그넷 또는 감자장치를 회전시켜 마그넷의 자기력 곡선이 도 4의 선형 곡선과 같은 형태가 되도록 한다(S320).

이후 다시 마그넷의 자기장을 센싱하여 자기장이 선형으로 형성되어 있는지 판단하고 선형인 경우이면 종료하고, 선형이 아닌 경우이면 종전의 마그넷과 감자장치 간의 거리보다 더 짧은 거리를 갖도록 감자장치의 위치를 변경한다(S340).

마그넷의 자기력 곡선이 도 4의 선형 곡선과 같은 형태를 갖도록 상기 과정을 반복하고, 선형으로 센싱하는 경우에는 마그넷 제작을 종료한다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 마그넷 제작장치(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 5a를 참조하면, 본 발명에 따른 마그넷 제작장치(100)는 마그넷(10)의 길이 방향으로 선형으로 자기력 밀도를 갖는 마그넷(10)을 제작하기 위해 고정부(30), 감자부(20), 회전부(40) 및 제어부(50)를 포함하여 구성된다.

먼저 고정부(30)는 마그넷(10)의 길이 방향으로 자기력이 선형적으로 정밀하게 분포하는 마그넷(10)을 제작하기 위해, 제작과정에서 마그넷(10)이 진동하지 않도록 마그넷(10)을 고정시키는 역할을 한다. 고정부(30)는 마그넷(10)을 수납할 수 있는 공간을 갖는 하우징(미도시)이나 마그넷(10)을 고정시킬 수 있는 지그(미도시) 등이 될 수 있다.

감자부(20)는 도 5a에서 보는 바와 같이, 감자시킬 대상인 마그넷(10)의 길이 방향으로 마그넷(10)의 양쪽 말단 근처에 나뉘어 배치되며, 각각의 감자부(20)는 상기 마그넷(10) 양단의 극성과 동일한 극성을 갖는 것으로 최초 제작 시 포화감자된 마그넷(10)의 양단 부분에 높은 자기력을 낮추는 역할을 한다.

더욱 상세하게 한 쌍의 감자부(20)는 마그넷(10)의 중앙으로부터 마그넷(10)의 길이 방향으로 동일한 거리만큼 떨어진 곳에 위치하며, 각 감자부(20)와 마그넷(10)은 접해있지 않으며, 각 감자부(20)와 마그넷(10)은 동일한 거리만큼 떨어져 있다. 이처럼 각 감자부(20)와 마그넷(10)은 접하지 않아서, 선형의 자기력을 갖는 마그넷(10)을 제작하기 위해 감자부(20) 또는 마그넷(10)을 회전시키는 동안 발생하는 마찰력을 줄일 수 있다.

또한, 각각의 감자부(20)는 서로 다른 극성의 동일한 크기의 자기력을 갖는 전자석 또는 영구자석으로 구성될 수 있다.

회전부(40)는 마그넷(10)의 자기력을 선형으로 변형시키기 위해서, 고정부(30) 또는 감자부(20)와 기계적으로 연결되어 감자부(20) 또는 마그넷(10)을 회전시키는 역할을 하며, 모터 등으로 구성될 수 있다. 회전부(40)는 마그넷(10) 또는 감자부(20)를 회전시킬 수 있는 구성이면 족하며, 도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이 고정부(30) 또는 감자부(20)와 연결될 필요는 없다.

자기력 센서(60)는 마그넷(10)의 길이 방향으로 자기력 밀도가 형성되었는지 판단하기 위해, 자기력을 측정하고 본 정보를 제어부(50)에 전달하는 역할한다. 자기력 센서(60)로는 일반적인 홀 센서(Hall Sensor) 등 다양한 자기력 센서(60) 중 하나가 사용될 수 있다.

이동부(70)는 감자부(20)와 기계적으로 연결되고, 제어부(50)의 명령에 따라 상기 감자부(20)를 이동시키는 역할을 한다. 더욱 상세하게, 마그넷(10)의 자기력을 선형으로 변형하는 과정에서 자기력 센서(60)에 의해 측정된 자기력 분포가 도 4의 자기력 곡선 1과 같은 모양을 보이면 제어부(50)로부터 명령을 받아 감자부(20)를 마그넷(10) 방향으로 이동시키는 역할을 한다.

제어부(50)는 회전부(40), 자기력 센서(60) 및 이동부(70)를 제어하는 역할을 한다. 더욱 상세하게, 제어부(50)는 마그넷(10)을 고정부(30)에 고정시키거나 마그넷(10)의 자기력 선형 형성을 위해서 사용자의 제어에 따라 회전부(40)를 멈추게 하거나 동작시킬 수 있으며 회전 속도를 조절할 수 있다. 또한, 자기력 센서(60)로부터 형성 중인 마그넷(10)의 자기력 분포에 따라 감자부(20)를 마그넷(10) 방향으로 이동시키도록 이동부(70)를 제어할 수 있다.

이하 본 발명의 일 실시 예에 따른 마그넷(10)의 제작방법을 설명한다.

먼저 마그넷(10)을 고정부(30)에 고정한다. 다음으로, 마그넷(10)의 길이 방향으로 상기 마그넷(10)의 양쪽 말단 부분 각각에 상기 마그넷(10)의 극성과 동일한 극성을 갖는 감자부(20)를 위치시킨다. 이후 회전부(40)를 이용해서 상기 마그넷(10)을 상기 마그넷(10)의 길이 방향을 회전축방향으로 하여 회전시킨다. 마그넷(10)을 회전시키면서 동시에 자기력 센서(60)를 이용하여 상기 마그넷(10)의 길이 방향으로 분포하는 자기력을 센싱한다. 제어부(50)가 마그넷(10)의 자기력이 선형적으로 분포된 것으로 판단하면, 감자부(20)를 마그넷(10)의 반대 방향으로 이동시키고, 회전부(40)의 동작을 멈추도록 제어하여 마그넷(10) 제작을 완료한다.

본 발명에 의하면, 마그넷 포화착자 시 길이 방향 양끝단의 자기력을 감쇠시켜 마그넷의 중간부의 자기력 변화를 최소화하고, 마그넷 양끝단의 자기력의 선형성을 개선한 마그넷, 마그넷 제작 장치 및 마그넷 제작 방법을 제공할 수 있다. 이러한 마그넷이 내장된 센서 등은 효과적으로 거리를 측정할 수 있고, 이러한 문제를 해결하기 위해 센서 등에 비선형성을 보상하는 별도의 프로그램이나 전자회로를 구비해야 하는 문제점을 해결할 수 있다.

100 : 마그넷 제작장치 10 : 마그넷
20 : 감자부 30 : 고정부
40 : 회전부 50 : 제어부
60 : 자기력 센서 70 : 이동부

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 마그넷의 길이 방향으로 선형 자기력이 분포하는 마그넷을 제작하는 장치에 있어서,
   마그넷을 고정하는 고정부;
   상기 마그넷의 길이 방향으로 상기 마그넷의 양쪽 말단에 각각 위치하며, 상기 마그넷의 극성과 동일한 극성을 갖는 한 쌍의 감자부;
   상기 고정부와 기계적으로 연결되어, 상기 고정부를 상기 마그넷의 길이 방향을 회전축방향으로 회전시키는 회전부; 및
   상기 회전부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그넷 제작 장치.
   
   
5. 마그넷의 길이 방향으로 선형 자기력이 분포하는 마그넷을 제작하는 장치에 있어서,
   마그넷을 고정하는 고정부;
   상기 마그넷의 길이 방향으로 상기 마그넷의 양쪽 말단에 각각 위치하며, 상기 마그넷의 극성과 동일한 극성을 갖는 한 쌍의 감자부;
   상기 감자부와 기계적으로 연결되어, 상기 감자부를 상기 마그넷의 길이 방향을 회전축방향으로 상기 마그넷의 둘레를 따라 회전시키는 회전부; 및
   상기 회전부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그넷 제작 장치.
   
   
6. 제4 항 또는 제5 항에 있어서,
   상기 마그넷의 길이 방향으로 분포하는 자기력을 센싱하여 생성된 자기력 정보를 상기 제어부에 전달하는 자기력 센서; 및
   상기 감자부와 기계적으로 연결되어 상기 감자부를 이동시키는 이동부;를 포함하되,
   상기 제어부는 상기 자기력 정보에 따라 상기 이동부의 위치를 이동시키기 위해 상기 이동부 및 상기 자기력 센서를 제어하는 것을 특징으로 하는 마그넷 제작 장치.
   
   
7. 삭제

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