KR20230053391A - 영구자석 와전류 손실 측정장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영구자석 와전류 손실 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 가우스미터(60)에서 측정된 자속밀도를 제어장치(70)로 피드백하여 자동으로 전원장치(80)를 조정함으로써 실험을 효율적으로 진행할 수 있고, 비자성 및 비전도성의 측정지그(30)에 의해 영구자석 시료(40)에서 발생하는 열이 철심(10)으로 전도되는 것이 차단됨에 따라 영구자석 시료(40)에서 발생하는 와전류 손실을 보다 정확하게 측정할 수 있도록 된 것이다.

Description

영구자석 와전류 손실 측정장치 및 방법{APPATUS AND METHOD FOR MEASURING EDDY CURRENT LOSS OF MAGNET}
본 발명은 영구자석 시료에서 발생하는 와전류 손실을 보다 정확하게 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 기술이다.
영구자석의 와전류 손실 평가 장치의 목적은 구동모터 동작시 모터 내부 영구자석의 와전류 손실에 의한 온도상승 환경을 모사하여 영구자석 단품 상태의 와전류 손실을 측정하는 데에 있다.
종래의 장치는 철심사이의 공극에 영구자석 시료를 안착시키지 않은 상태에서, 공극을 영구자석 시료의 높이에 맞게 조절하고, 전원공급장치에서 임의의 전류를 계자코일로 투입하고, 가우스미터 프루브를 공극 중심에 위치시켜서 가우스미터로 자속밀도 값을 측정하고, 공극 중심에서 측정된 자속밀도가 원하는 값이 되도록 전원공급장치에서 전류를 조정하고, 그때의 전류를 전류계로 측정하고 기록한다.
그리고, 공극 중심에서 가우스미터 프루브를 제거한 후 공극에 시험할 영구자석 시료를 삽입하여 안착시키고, 기록한 전류값이 되도록 전원공급장치의 전류를 설정하여 영구자석 시료의 온도 상승을 관찰하게 된다.
전술한 종래의 방법이 유효하기 위해서는 철심사이의 공극에 영구자석 시료가 착자(magnetization)된 상태에서 시험이 이루어져야 하는데, 실제 실험 상황에서는 안전상의 이유로 영구자석 시료가 착자되지 않은 상태로 시험이 이루어지게 된다.
착자되지 않은 영구자석 시료는 자성체로 작동하기 때문에 계자코일에 동일한 전류가 투입될 때 영구자석 시료가 없는 경우보다 영구자석 시료가 있는 경우에 자속밀도가 크게 높아진다.
따라서 종래의 시험방법과 같이 영구자석 시료가 없는 상태에서 공극에 원하는 자속밀도를 공급하기 위한 계자코일 전류를 결정하더라도, 이후에 공극으로 무착자 영구자석 시료를 삽입하여 안착시키면 자속밀도가 영구자석 시료가 없는 상태 대비 높아지게 되는 바, 이로 인해 정확한 와전류 손실의 측정이 불가능한 단점이 있다.
특히, 공극으로 영구자석 시료가 삽입된 상태에서는 가우스미터 프루브를 삽입할 공간이 없으므로 자속밀도의 측정이 불가능하며, 또한 영구자석 시료에서 발생한 열이 철심으로 전도되어 온도 측정에도 영향을 받게 됨으로써 와전류 손실을 정확하게 측정할 수 없는 단점이 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
대한민국공개특허공보 10-2000-0057320호
본 발명은, 원하는 자속밀도를 실시간으로 측정하여 계자코일의 전류를 결정하고, 영구자석 시료의 열이 철심으로 전도되지 않도록 함으로써, 영구자석 시료에서 발생하는 와전류 손실을 보다 정확하게 측정할 수 있는 영구자석 와전류 손실 측정장치 및 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 영구자석 와전류 손실 측정장치는, 가동부와 고정부로 구성되고, 가동부와 고정부사이에 공극을 형성하는 철심; 상기 공극에 위치하도록 철심에 결합된 측정지그; 및 상기 공극의 중심부에 위치하도록 측정지그에 결합된 영구자석 시료를 포함하고; 상기 측정지그는 영구자석 시료에서 발생한 열이 철심으로 전도되는 것을 방지하는 재질로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 철심에 감겨지게 설치되고, 전류인가시 공극으로 자속밀도를 공급하는 계자코일; 상기 공극의 자속밀도 값을 측정하는 가우스미터; 상기 가우스미터의 측정값을 인식하여 공극에 일정한 자속밀도가 공급되도록 계자코일로 투입되는 전류를 자동으로 조정하는 제어장치; 및 상기 제어장치에서 전달받은 전류와 주파수를 계자코일로 공급하는 전원공급장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 공극에 영구자석 시료가 있는 상태에서 계자코일로 전류를 인가하여 공극으로 자속밀도를 공급하고; 상기 가우스미터는 공극에 영구자석 시료가 있는 상태에서 공극의 자속밀도 값을 측정하고; 상기 제어장치는 가우스미터에서 전달된 신호를 기반으로 실시간으로 전원공급장치의 작동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 측정지그는 상부지그 및 하부지그로 구성되고; 상기 상부지그와 하부지그는 공극에서 서로 마주 대하도록 철심의 가동부 및 고정부에 각각 물리적으로 끼워져서 고정된 것을 특징으로 한다.
상기 영구자석 시료는 상부지그와 하부지그사이에서 공극의 중심부에 위치하도록 상부지그 또는 하부지그에 물리적으로 끼워져서 고정된 것을 특징으로 한다.
상기 측정지그는 일체화된 1개의 지그로 구성되고; 상기 영구자석 시료는 1개의 측정지그에 결합되어서 공극의 중심부에 위치하도록 고정된 것을 특징으로 한다.
상기 측정지그는 비자성 및 비전도성의 엔지니어링 플라스틱으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 공극의 자속밀도는 가우스미터 프루브를 통해 측정하고; 상기 측정지그에는 가우스미터 프루브를 삽입할 수 있는 측정공간이 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 측정지그에는 다수개의 홀센서가 구비되고; 상기 홀센서를 통해 공극의 자속밀도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 영구자석 시료의 와전류 손실은 영구자석 시료의 발열로 나타나며, 영구자석 시료의 발열은 측정지그에 연결된 온도센서를 통해 제어장치로 전달되어서 와전류 손실로 환산되는 것을 특징으로 한다.
상기 철심은 상하로 높이조절이 가능한 베이스지그에 설치되고; 상기 베이스지그의 작동시 철심의 가동부가 상하로 이동함에 따라 공극의 높이조절이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 영구자석 와전류 손실 측정방법은, 상기 공극으로 공급될 자속밀도를 결정하는 결정단계; 상기 공극에 영구자석 시료가 있는 상태에서 결정된 자속밀도에 의해 환산된 전류를 계자코일로 공급하는 공급단계; 상기 공극의 자속밀도를 측정하는 측정단계; 상기 측정된 공극의 자속밀도가 원하는 값이 될 때까지 계자코일로 공급되는 전류를 조정하는 조정단계; 상기 공극의 자속밀도가 원하는 값으로 만족되면 영구자석 시료의 온도를 기록하는 기록단계; 및 상기 영구자석 시료가 온도포화 조건에 만족하면 측정값들을 기록하고 시험을 종료하는 종료단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기록단계에서 영구자석 시료의 온도를 기록하는 동안 제어로직은 측정단계로 반복적으로 피드백되어서 공극의 자속밀도를 수시로 측정하여 공극의 자속밀도가 원하는 값으로 유지되는지 확인하게 되고, 공극의 자속밀도가 원하는 값으로 유지되지 않을 때에는 공극의 자속밀도가 원하는 값이 될 때까지 계자코일로 공급되는 전류를 조정하는 조정단계를 반복해서 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 결정단계에서 종료단계까지의 진행은 제어장치에 의해 자동으로 진행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 영구자석 와전류 손실 측정장치 및 방법에 의하면, 영구자석 시료가 무착자 상태라도 가우스미터가 공급하는 자속밀도의 실시간 측정과 조정으로 정확한 와전류 손실을 측정할 수 있는 효과가 있다.
특히, 가우스미터에서 측정된 자속밀도를 제어장치로 피드백하여 자동으로 전원장치를 조정함으로써 실험을 효율적으로 진행할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 실시예는, 비자성 및 비전도성의 엔지니어링 플라스틱으로 형성된 측정지그에 의해 영구자석 시료에서 발생하는 열이 철심으로 전도되는 것이 차단됨에 따라 실험의 정확도를 더욱 높일 수 있으며, 이를 통해 영구자석 시료에서 발생하는 와전류 손실을 보다 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 영구자석 와전류 손실 측정장치를 설명하기 위한 도면,
도 2는 도 1에서 철심부위를 확대한 도면,
도 3은 도 2에서 공극부위를 확대한 도면,
도 4는 본 발명에 따라 측정지그의 측정공간으로 삽입된 가우스미터 프루브를 이용하여 공극의 자속밀도를 측정하는 것을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명에 따라 측정지그가 일체화된 1개의 지그로 구성된 실시예의 도면,
도 6은 본 발명에 따라 측정지그에 구비된 홀센서를 이용해서 공극의 자속밀도를 측정하는 실시예의 도면,
도 7은 공극에 영구자석 시료가 없는 무착자 상태에서 계좌코일에 전류를 공급하였을 때의 실험결과 도표,
도 8는 본 발명에 따른 영구자석 와전류 손실 측정방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예를 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시 된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어부(제어기)는 차량의 다양한 구성 요소의 동작을 제어하도록 구성된 알고리즘 또는 상기 알고리즘을 재생하는 소프트웨어 명령어에 관한 데이터를 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리(도시되지 않음) 및 해당 메모리에 저장된 데이터를 사용하여 이하에 설명되는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서(도시되지 않음)를 통해 구현될 수 있다. 여기서, 메모리 및 프로세서는 개별 칩으로 구현될 수 있다. 대안적으로는, 메모리 및 프로세서는 서로 통합된 단일 칩으로 구현될 수 있다. 프로세서는 하나 이상의 프로세서의 형태를 취할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 영구자석 와전류 손실 측정장치 및 방법에 대해 살펴보기로 한다.
본 발명에 따른 영구자석 와전류 손실 측정장치는 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 가동부(11)와 고정부(12)로 구성되고, 가동부(11)와 고정부(12)사이에 공극(20)을 형성하는 철심(10); 상기 공극(20)에 위치하도록 철심(10)에 결합된 측정지그(30); 상기 공극(20)의 중심부에 위치하도록 측정지그(30)에 결합된 영구자석 시료(40); 상기 철심(10)에 감겨지게 설치되고, 전류인가시 공극(20)으로 자속밀도를 공급하는 계자코일(50); 상기 공극(20)의 자속밀도 값을 측정하는 가우스미터(60); 상기 가우스미터(60)의 측정값을 인식하여 공극(20)에 일정한 자속밀도가 공급되도록 계자코일(50)로 투입되는 전류를 자동으로 조정하는 제어장치(70); 및 상기 제어장치(70)에서 전달받은 전류와 주파수를 계자코일(50)로 공급하는 전원공급장치(80);를 포함한다.
철심(10)은 상하로 높이조절이 가능한 베이스지그(90)에 설치된다.
베이스지그(90)도 가동부와 고정부를 구비하고 있고, 핸들(91)의 작동을 통해 가동부가 고정부에 대해 상하로 이동하도록 구성된다.
베이스지그(90)의 가동부에 철심(10)의 가동부(11)가 결합되고, 베이스지그(90)의 고정부에 철심(10)의 고정부(12)가 결합되며, 따라서 베이스지그(90)의 작동시 철심(10)의 가동부(11)는 상하로 이동하는 구성이고, 이를 통해 영구자석 시료(40)의 두께에 맞도록 철심(10)사이의 공극(20)의 높이조절이 가능하게 된다.
본 발명에 따른 실시예는, 공극(20)에 영구자석 시료(40)가 있는 상태에서 계자코일(50)로 전류를 인가하여 공극(20)으로 자속밀도를 공급하고, 가우스미터(60)는 공극(20)에 영구자석 시료(40)가 있는 상태에서 공극(20)의 자속밀도 값을 측정하고, 제어장치(70)는 가우스미터(60)에서 전달된 신호를 기반으로 실시간으로 전원공급장치(80)의 작동을 제어하는 구성이다.
영구자석 시료(40)의 와전류 손실 평가 장치의 목적은 구동모터 동작시 모터 내부 영구자석의 와전류 손실에 의한 온도상승 환경을 모사하여 영구자석 단품상태의 와전류 손실을 측정하는 데에 있다.
구동모터 동작시 모터에 인가되는 입력전류와 공극(20)의 자속밀도를 제어장치(70)를 활용해서 FFT(Fast Fourier Transformer) 분석하여 영구자석 시료(40)의 단품 평가에 필요한 전류 및 주파수로 환산한 후 전원공급장치(80)로 전달한다.
전원공급장치(80)에서는 제어장치(70)에서 전달받은 전류와 주파수를 계자코일(50)에 인가하게 되고, 계자코일(50)에서는 측정에 필요한 자속밀도를 공극(20)으로 공급하게 된다.
이 과정에서 측정지그(30)에 삽입 되어있는 가우스미터 프루브(61)가 공극(20)의 자속밀도 값을 측정하게 되고, 이 값은 가우스미터(60)를 통해 제어장치(70)로 입력된다.
측정지그(30)에 영구자석 시료(40)를 삽입하고, 위와 동일한 방식으로 영구자석 시료(40)에 자속밀도를 공급한다. 이때 영구자석 시료(40)는 무착자 되어있는 상태로 공극(20)상태일 때와 동일한 전류를 공급하더라도 더 큰 자속밀도가 인가되므로, 공극(20)상태일 때 제어장치(70)에 입력해 두었던 자속밀도 값이 될 때까지 전원공급장치(80)에서 전류를 조절하여 영구자석 시료(40)에 동일한 자속밀도가 공급될 수 있게 한다.
영구자석 시료(40)의 와전류 손실은 영구자석 시료(40)의 발열로 나타나며 다음과 같은 (식1)로 표현된다.
(식1) Peddy=cvd(dT/dt)
Peddy는 와전류 손실, c는 영구자석 비열, v는 영구자석 부피, d는 영구자석 밀도, dT/dt는 시간에 따른 온도 변화량이다.
영구자석 시료(40)의 발열은 온도센서(Thermocouple)를 통해 제어장치(70)로 전달되어서 상기 식1에 의해 와전류 손실로 환산된다.
따라서, 본 발명에 따른 실시예는 영구자석 시료(40)가 무착자 상태라도 가우스미터(60)가 공급하는 자속밀도의 실시간 측정과 조정으로 정확한 와전류 손실을 측정할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 측정지그(30)는 영구자석 시료(40)에서 발생한 열이 철심(10)으로 전도되는 것을 방지하는 재질로 형성되며, 구체적으로 측정지그(30)는 비자성 및 비전도성의 엔지니어링 플라스틱(engineering plastics)으로 형성되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
측정지그(30)에 의해 영구자석 시료(40)에서 발생하는 열이 철심(10)으로 전도되는 것이 차단됨에 따라 실험의 정확도를 더욱 높일 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 측정지그(30)는 도 2 내지 도 4의 제1실시예와 같이 상부지그(31) 및 하부지그(32)로 분리되어서 구성될 수 있고, 상부지그(31)와 하부지그(32)는 공극(20)에서 서로 마주 대하도록 철심(10)의 가동부(11) 및 고정부(12)에 각각 물리적으로 끼워져서 고정된 구조로 설치된다.
도면을 참고하면 상부지그(31)의 윗면과 하부지그(32)의 밑면에 각각 홈이 형성되어서, 상부지그(31)의 홈과 하부지그(32)의 홈에 각각 철심(10)의 가동부(11)의 단부 및 고정부(12)의 단부가 끼워져서 물리적으로 결합되어 고정된 구조가 된다.
또한, 영구자석 시료(40)는 상부지그(31)와 하부지그(32)사이에서 공극(20)의 중심부에 위치하도록 상부지그(31) 또는 하부지그(32)에 물리적으로 끼워져서 고정된 구조로 설치된다.
도면을 참고하면 상부지그(31)의 밑면에 홈이 형성되어서, 상부지그(31)의 홈에 영구자석 시료(40)의 윗부분이 끼워져서 물리적으로 결합되어 고정된 구조가 된다.
영구자석 시료(40)가 공극(20)의 중심부에 위치하도록 설치됨에 따라 측정결과의 보다 높은 정확도를 기대할 수 있는 장점이 있다.
제2실시예의 측정지그(30)는 도 5와 같이 일체화된 1개의 지그로 구성될 수 있으며, 이 경우 영구자석 시료(40)는 1개의 측정지그(30)에 결합되어서 공극(20)의 중심부에 위치하도록 고정된다.
본 발명에 따라 공극(20)의 자속밀도는 가우스미터(60)와 전기적으로 연결된 가우스미터 프루브(61)를 통해서 측정되며, 이 경우 측정지그(30)에는 가우스미터 프루브(61)를 삽입할 수 있는 측정공간(33)이 구비된다.
따라서, 공극(20)에 측정지그(30) 및 영구자석 시료(40)가 있는 상태에서도 공극(20)의 자속밀도를 효과적으로 측정할 수 있으며, 이를 통해 가우스미터(60)가 공급하는 자속밀도의 실시간 측정과 조정으로 정확한 와전류 손실을 측정할 수 있게 된다.
다른 예로 도 6과 같이 측정지그(30)에 다수개의 홀센서(100, Hall IC)가 구비될 수 있으며, 이 경우 홀센서(100)를 통해 공극(20)의 자속밀도를 측정할 수 있게 되고, 측정된 자속밀도는 가우스미터(60)를 통해 제어장치(70)로 전달된다.
홀센서(100)는 자속밀도의 분포까지 측정할 수 있는 장점이 있다.
도 7의 [표1]은 1P(1Piece), 2P(2Piece), 3P(3Piece) 무착자 영구자석 시료(40)에 대하여 계자코일(50)에 동일한 전류를 투입하였을 때의 실험결과이다.
실험에 사용된 영구자석 시료(40)는 Xwt%RE-Ywt%B-Zwt%TM-Bal.Bal.wt%Fe(여기서 RE=희토류원소, TM=3d 천이원소, X=28∼35, Y=0.5∼1.5, Z=0∼15)조성의 소결체를 제조한 후, a=45mm, b=15mm, c=6mm 크기의 자석으로 가공하였다. 이번 실험에는 영구자석의 자기적 특성이 아닌 분할 유무에 따른 와전류 손실에 대한 평가를 진행하므로 추가적인 중희토류 입계확산 공정은 실시하지 않았다. 평가에 사용된 영구자석 소결체의 특성은 Br=13.9kG, Hcj=17.0kOe로 측정되었다. 1piece 영구자석은 가공 후 그대로 사용하였으며, 2piece 영구자석은 b=7.5mm가 되도록 bc면에 평행하게 2등분하여 1액형 에폭시계 접착제로 접착하였고, 3piece 영구자석은 b=5mm가 되도록 bc면에 평항하게 3등분하여 1액형 에폭시계로 접착하였다.
이론적으로 분할수가 많을수록 와전류 손실과 온도상승이 감소해야 하는데, 오히려 반대의 결과가 측정되었다. 이것은 동일한 전류가 투입되더라도 각 영구자석 시료(40)의 투자율에 따라 동일한 공극 자속밀도를 공급하지 못한 결과로 판단된다.
도 7의 [표2]는 측정지그(30)에 가우스미터 프루브(61)를 삽입하고 영구자석 시료(40)의 투자율에 상관없이 공극(20)의 자속밀도를 동일하게 맞추기 위하여 계자코일(50)의 전류를 조정하여 측정한 결과이며, 3P의 영구자석 시료(40)의 온도상승이 크게 낮아졌음을 알 수 있다. 이를 통해 무착자된 영구자석 시료(40)의 와전류 손실을 정확하게 측정하기 위해서는 반드시 시험 중에 공극자속밀도를 측정해야 함을 알 수 있다.
본 발명에 따른 영구자석 와전류 손실 측정방법은 도 8에 도시된 바와 같이, 공극(20)으로 공급될 자속밀도를 결정하는 결정단계(단계 S1); 상기 공극(20)에 영구자석 시료(40)가 있는 상태에서 결정된 자속밀도에 의해 환산된 전류를 계자코일(50)로 공급하는 공급단계(단계 S2); 상기 공극(20)의 자속밀도를 측정하는 측정단계(단계 S3); 상기 측정된 공극의 자속밀도가 원하는 값이 될 때까지 계자코일(50)로 공급되는 전류를 조정하는 조정단계(단계 S4); 상기 공극(20)의 자속밀도가 원하는 값으로 만족되면 영구자석 시료(40)의 온도를 기록하는 기록단계(단계 S5); 상기 영구자석 시료(40)가 온도포화 조건에 만족하면 측정값들을 기록하고 시험을 종료하는 종료단계(단계 S6);를 포함한다.
상기 공급단계는 제어장치(70)의 제어에 의해 전원공급장치(80)에서 진행되고, 상기 측정단계는 가우스미터(60)를 통해 진행되며, 상기 결정단계에서 종료단계까지의 진행은 모두 제어장치(70)에 의해서 자동으로 진행된다.
본 발명에 따라 기록단계에서 영구자석 시료(40)의 온도를 기록하는 동안 제어로직은 측정단계로 반복적으로 피드백되어서 공극(20)의 자속밀도를 수시로 측정하여 공극(20)의 자속밀도가 원하는 값으로 유지되는지 확인하게 되고, 공극(20)의 자속밀도가 원하는 값으로 유지되지 않을 때에는 공극(20)의 자속밀도가 원하는 값이 될 때까지 계자코일(50)로 공급되는 전류를 조정하는 조정단계를 반복해서 수행한다.
본 발명에 따른 실시예는, 가우스미터(60)에서 측정된 자속밀도를 제어장치(70)로 피드백하여 자동으로 전원장치(80)를 조정함으로써 실험을 효율적으로 진행할 수 있는 장점이 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는, 영구자석 시료(40)가 무착자 상태라도 가우스미터(60)가 공급하는 자속밀도의 실시간 측정과 조정으로 정확한 와전류 손실을 측정할 수 있는 장점이 있다.
특히, 가우스미터(60)에서 측정된 자속밀도를 제어장치(70)로 피드백하여 자동으로 전원장치(80)를 조정함으로써 실험을 효율적으로 진행할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따른 실시예는, 비자성 및 비전도성의 엔지니어링 플라스틱으로 형성된 측정지그(30)에 의해 영구자석 시료(40)에서 발생하는 열이 철심(10)으로 전도되는 것이 차단됨에 따라 실험의 정확도를 더욱 높일 수 있으며, 이를 통해 영구자석 시료(40)에서 발생하는 와전류 손실을 보다 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 - 철심 11 - 가동부
12 - 고정부 20 - 공극
30 - 측정지그 31 - 상부지그
32 - 하부지그 33 - 측정공간
40 - 영구자석 시료 50 - 계자코일
60 - 가우스미터 61 - 가우스미터 프루브
70 - 제어장치 80 - 전원공급장치
90 - 베이스지그 91 - 핸들
100 - 홀센서

Claims (14)

  1. 가동부와 고정부로 구성되고, 가동부와 고정부사이에 공극을 형성하는 철심;
    상기 공극에 위치하도록 철심에 결합된 측정지그; 및
    상기 공극의 중심부에 위치하도록 측정지그에 결합된 영구자석 시료를 포함하고;
    상기 측정지그는 영구자석 시료에서 발생한 열이 철심으로 전도되는 것을 방지하는 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 영구자석 와전류 손실 측정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 철심에 감겨지게 설치되고, 전류인가시 공극으로 자속밀도를 공급하는 계자코일;
    상기 공극의 자속밀도 값을 측정하는 가우스미터;
    상기 가우스미터의 측정값을 인식하여 공극에 일정한 자속밀도가 공급되도록 계자코일로 투입되는 전류를 자동으로 조정하는 제어장치; 및
    상기 제어장치에서 전달받은 전류와 주파수를 계자코일로 공급하는 전원공급장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 와전류 손실 측정장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 공극에 영구자석 시료가 있는 상태에서 계자코일로 전류를 인가하여 공극으로 자속밀도를 공급하고;
    상기 가우스미터는 공극에 영구자석 시료가 있는 상태에서 공극의 자속밀도 값을 측정하고;
    상기 제어장치는 가우스미터에서 전달된 신호를 기반으로 실시간으로 전원공급장치의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 영구자석 와전류 손실 측정장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정지그는 상부지그 및 하부지그로 구성되고;
    상기 상부지그와 하부지그는 공극에서 서로 마주 대하도록 철심의 가동부 및 고정부에 각각 물리적으로 끼워져서 고정된 것을 특징으로 하는 영구자석 와전류 손실 측정장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 영구자석 시료는 상부지그와 하부지그사이에서 공극의 중심부에 위치하도록 상부지그 또는 하부지그에 물리적으로 끼워져서 고정된 것을 특징으로 하는 영구자석 와전류 손실 측정장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정지그는 일체화된 1개의 지그로 구성되고;
    상기 영구자석 시료는 1개의 측정지그에 결합되어서 공극의 중심부에 위치하도록 고정된 것을 특징으로 하는 영구자석 와전류 손실 측정장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정지그는 비자성 및 비전도성의 엔지니어링 플라스틱으로 형성된 것을 특징으로 하는 영구자석 와전류 손실 측정장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 공극의 자속밀도는 가우스미터 프루브를 통해 측정하고;
    상기 측정지그에는 가우스미터 프루브를 삽입할 수 있는 측정공간이 구비된 것을 특징으로 하는 영구자석 와전류 손실 측정장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정지그에는 다수개의 홀센서가 구비되고;
    상기 홀센서를 통해 공극의 자속밀도를 측정하는 것을 특징으로 하는 영구자석 와전류 손실 측정장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 영구자석 시료의 와전류 손실은 영구자석 시료의 발열로 나타나며, 영구자석 시료의 발열은 측정지그에 연결된 온도센서를 통해 제어장치로 전달되어서 와전류 손실로 환산되는 것을 특징으로 하는 영구자석 와전류 손실 측정장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 철심은 상하로 높이조절이 가능한 베이스지그에 설치되고;
    상기 베이스지그의 작동시 철심의 가동부가 상하로 이동함에 따라 공극의 높이조절이 가능한 것을 특징으로 하는 영구자석 와전류 손실 측정장치.
  12. 청구항 2의 장치를 이용해서 영구자석의 와전류 손실을 측정하기 위한 방법으로,
    상기 공극으로 공급될 자속밀도를 결정하는 결정단계;
    상기 공극에 영구자석 시료가 있는 상태에서 결정된 자속밀도에 의해 환산된 전류를 계자코일로 공급하는 공급단계;
    상기 공극의 자속밀도를 측정하는 측정단계;
    상기 측정된 공극의 자속밀도가 원하는 값이 될 때까지 계자코일로 공급되는 전류를 조정하는 조정단계;
    상기 공극의 자속밀도가 원하는 값으로 만족되면 영구자석 시료의 온도를 기록하는 기록단계; 및
    상기 영구자석 시료가 온도포화 조건에 만족하면 측정값들을 기록하고 시험을 종료하는 종료단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 와전류 손실 측정방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 기록단계에서 영구자석 시료의 온도를 기록하는 동안 제어로직은 측정단계로 반복적으로 피드백되어서 공극의 자속밀도를 수시로 측정하여 공극의 자속밀도가 원하는 값으로 유지되는지 확인하게 되고, 공극의 자속밀도가 원하는 값으로 유지되지 않을 때에는 공극의 자속밀도가 원하는 값이 될 때까지 계자코일로 공급되는 전류를 조정하는 조정단계를 반복해서 수행하는 것을 특징으로 하는 영구자석 와전류 손실 측정방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 결정단계에서 종료단계까지의 진행은 제어장치에 의해 자동으로 진행되는 것을 특징으로 하는 영구자석 와전류 손실 측정방법.
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