KR20230147391A - 할바흐 배열 마그네트 제조 방법 - Google Patents

할바흐 배열 마그네트 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 할바흐 배열 마그네트 어셈블리를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 자석이 붙는 재질의 막대형 제1 지그에 의해 쉽고 견고하게 할바흐 배열 구조를 형성할 수 있고, 특히 'ㄴ'자 막대형 제1 지그에 의해 할바흐 배열 마그네트의 압착 공정 시 자석편이 일측(특히, 제2 그루브를 통해 개방된 측)으로 밀리는 것을 블록킹 할 수 있으며, 또한 제2 지그의 제1 그루브를 통해 마그네트가 붙어있는 제1 지그를 제2 지그에 쉽고 견고하게 안착 및 고정시킬 수 있어 할바흐 배열 마그네트의 압착 및 본딩 과정을 쉽고 편리하게 수행할 수 있고, 또한 제2 지그의 제2 그루브를 통해 마그네트의 양측면이 노출되므로 제1 그루브 내에서 압축 공정 중인 마그네트를 제2 그루브를 통해 모니터링 할 수 있고, 또한 압축/본딩 완료된 할바흐 배열 마그네트를 제2 그루브를 통해 노출된 양측면을 잡고 꺼낼 수 있으므로 보다 쉽게 제2 지그로부터 꺼낼 수 있다.

Description

할바흐 배열 마그네트 제조 방법{Halbach Array Magnet Manufacturing Method}
본 발명은 할바흐 배열 마그네트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일측은 상대적으로 더 큰 자계를 형성하고 타측은 상대적으로 작은 자계를 형성하도록 배열된 할바흐 배열 마그네트 어셈블리를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
여러개의 마그네트(또는 자석이라 칭함)를 사용할 때 각 마그네트(또는 자석편이라 칭함)의 배치에 따라 자계의 세기가 달라지는데, 도 1과 같이 마그네트를 배치하는 것을 할바흐 배열(Halbach array)이라고 한다.
할바흐 마그네트(자석)는 1983년 할바흐에 의해 제안된 마그네트 배열 방식으로 복수의 자석편이 배치되어 이루어진 것으로, 원하는 면에 자속을 집중시키면서 원하지 않는 면에는 자속을 상쇄시킬 수 있다. 즉, 자석을 같은 방향으로 배치하는 것과 비교하였을 때 도 1의 할바흐 배열의 위쪽은 자계가 더 크고 아래쪽은 더 작다. 아래쪽 자계가 감소하는 만큼 위쪽 자계가 증가한다. 이론적으로 자계는 최대 2배 만큼 커질 수 있다.
전술한 바와 같이 할바흐 배열 마그네트(자석)는 일반적으로 착자된 자석편들로 이루어져있다. 다만, 할바흐 배열 마그네트는 자력 증폭 영역의 자석편이 수직 방향으로 밀려 올라가는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 종래에는 제조시 자석편들 사이에 접착제를 도포하는 본딩 공정을 통해 자석편들을 고정시켰다. 그러나, 할바흐 배열 마그네트 자체의 구조상 자석편들 사이에 접착제를 도포하는 것이 쉽지 않기 때문에, 이를 해결하기 위한 노력이 계속되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-2292970호(2021.08.18.)
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 그 목적은 종래와 비교하여 보다 쉽고 편리하게 할바흐 배열 마그네트를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 할바흐 배열 마그네트 제조 방법은, (a) 자석이 붙는 재질의 막대형 제1 지그의 표면상에 복수개의 마그네트를 각 자석편 간에 일정 간격을 갖는 할바흐 배열이 되도록 부착하여 조립하기 위한 단계; (b) 상기 단계 (a)의 결과물인 조립체의 적어도 상부면과 장축 방향의 양측 중 일측 단부면이 노출되도록 형성된 그루브(groove)를 일면에 가진 제2 지그의 상기 그루브 내에 상기 조립체를 안착시키는 단계; (c) 상기 조립체가 상기 제2 지그의 상기 그루브 내에 안착된 상태에서, 판상의 제3 지그를 상기 제2 지그의 상기 일면 상에 조립하여 상기 제3 지그가 상기 조립체의 상기 노출된 상부면을 덮어 고정하도록 하기 위한 단계; (d) 상기 단계 (c)의 상태에서, 상기 조립체의 상기 노출된 일측 단부면을 타측 방향으로 미는 압력을 가하여 상기 제1 지그의 표면상에 부착된 할바흐 배열 마그네트의 각 자석편 간의 간격을 없애기 위한 단계; (e) 상기 단계 (d)의 상태에서, 상기 제3 지그를 제거한 후 상기 간격을 없앤 할바흐 배열 마그네트의 노출된 상면을 본딩(bonding)하기 위한 단계; (f) 상기 단계 (e)의 상태에서, 상기 제1-2 지그로부터 상기 본딩된 할바흐 배열 마그네트를 분리하기 위한 단계; 및 (g) 상기 단계 (f)에서 분리된 할바흐 배열 마그네트의 표면을 비자성체 재질의 외피로 케이싱하기 위한 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제1 지그는 할바흐 배열 마그네트의 측면과 하면이 부착되도록'ㄴ'자 막대형 지그로 형성될 수 있다.
상기 그루브는 상기 조립체가 안착되어 적어도 상부면과 장축 방향의 양측 중 일측 단부면이 노출되도록 형성된 제1 그루브; 및 상기 제1 그루브의 길이 방향 중간부에 상기 제1 그루브와 교차하여 형성되되, 상기 안착된 조립체의 적어도 상부면의 일부와 단축 방향의 양측면의 일부를 노출할 수 있도록 형성된 제2 그루브를 포함할 수 있다.
상기 단계 (f)는, (f-1) 상기 제2 그루브를 통해 상기 노출된 조립체의 양측면 일부를 잡고 상기 제2 지그로부터 상기 조립체를 꺼내는 단계; 및 (f-2) 상기 꺼낸 조립체의 상기 제1 지그로부터 상기 본딩된 할바흐 마그네트를 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계 (g)는, (g-1) 상기 분리된 할바흐 마그네트와 대응하는 홈이 복수개 형성된 비자성체 하판의 상기 홈 내에 상기 분리된 할바흐 마그네트를 각각 삽입하는 단계; (g-2) 상기 비자성체 하판의 상면에 비자성체 상부 시트를 부착하여 상기 복수개의 홈을 밀폐하는 단계; (g-3) 상기 단계 (g-2)의 결과물을 고온에서 열압착하는 단계; 및 (g-4) 상기 단계 (g-3)의 결과물로부터 상기 비자성체 재질의 외피로 케이싱된 할바흐 배열 마그네트 제품을 하나씩 절삭하여 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 비자성체 재질은 고무, 플라스틱, 및 에폭시 중 하나를 포함할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 다양한 측면에 따르면, 종래와 비교하여 적어도 다음의 1)~3)과 같이 보다 쉽고 편리하게 할바흐 배열 마그네트를 제조할 수 있는 효과를 창출한다.
1) 자석이 붙는 재질의 막대형 제1 지그에 의해 쉽고 견고하게 할바흐 배열 구조를 형성할 수 있고, 특히 'ㄴ'자 막대형 제1 지그에 의해 할바흐 배열 마그네트의 압착 공정 시 자석편이 일측(특히, 제2 그루브를 통해 개방된 측)으로 밀리는 것을 블록킹 할 수 있다.
2) 제2 지그의 제1 그루브를 통해 마그네트가 붙어있는 제1 지그를 제2 지그에 쉽고 견고하게 안착 및 고정시킬 수 있어 할바흐 배열 마그네트의 압착 및 본딩 과정을 쉽고 편리하게 수행할 수 있다.
3) 제2 지그의 제2 그루브를 통해 마그네트의 양측면이 노출되므로 제1 그루브 내에서 압축 공정 중인 마그네트를 제2 그루브를 통해 모니터링 할 수 있고, 또한 압축/본딩 완료된 할바흐 배열 마그네트를 제2 그루브를 통해 노출된 양측면을 잡고 꺼낼 수 있으므로 보다 쉽게 제2 지그로부터 꺼낼 수 있다.
도 1은 할바흐 배열 마그네트를 설명하는 도면,
도 2 내지 도 13은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 할바흐 배열 마그네트 제조 방법을 설명하기 위한 제조 공정도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 구체적으로 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하였다. 또한, 본 발명의 실시예에 대한 설명 시 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2 내지 도 13은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 할바흐 배열 마그네트 제조 방법을 설명하기 위한 제조 공정도이다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 자석이 붙는 재질의 막대형 제1 지그(21)를 마련하고, 막대형 제1 지그(21) 위에 복수개의 마그네트(또는 자석편이라 칭함)(23)를 도 1과 같이 각 자석편(23) 간에 일정 간격을 갖는 할바흐 배열이 되도록 부착하여 조립함으로써, 제1 지그(21) 상에 할바흐 배열 마그네트(23)가 부착/조립된 조립체(2)를 형성한다. 이때, 할바흐 배열 마그네트(23)는 조립 시 각 자성편(23) 간의 반자계로 인해 간격이 벌어진 상태로 조립된다.
일 예로, 제1 지그(21)는 도 2에 도시된 바와 같이 할바흐 배열 마그네트(23)의 측면과 하면이 부착되어 (적어도 할바흐 배열 마그네트가 압축 시 측면 후방으로 튀지 않게 블로킹 할 수 있도록) 'ㄴ'자 막대형 지그로 형성되는 것이 바람직하다.
다른 예로, 제1 지그(21)는 ㄴ'자에 한정되지 않고 일자 막대형 또는 'ㄷ'자 막대형 등 할바흐 배열 마그네트(23)의 적어도 일면을 부착할 수 있는 다양한 형태로 형성된 것을 사용할 수 있다.
이어, 도 3에 도시된 바와 같이, 도 2의 조립체(2)가 안착될 수 있는 그루브(groove)(33)가 형성된 제2 지그(31)를 마련하고, 제2 지그(21)의 그루브(33)내에 조립체(2)를 삽입하여 안착시킨다. 이하, 이 상태를 도 3의 조립체(3)라 칭한다.
도 3을 참조하면, 제2 지그(21)의 상면에 형성된 그루브(33)는 제1 그루브(33a)와 제2 그루브(33b)를 포함하여 형성된다.
제1 그루브(33a)는 조립체(2)를 안착시킬 수 있도록 조립체(2)에 대응하는 형태로 형성되되, 안착된 조립체(2)의 적어도 상부면과 그리고 장축 방향의 양측 중 일측(도 3에서는 우측) 단부면이 노출되도록 개방 형성된다.
제2 그루브(33b)는 제1 그루브(33a)의 길이 방향 중간부에 제1 그루브(33a)와 직각으로 교차하여 형성되되, 제1 그루브(33a)내에 안착된 조립체(2)의 적어도 상부면의 일부(중앙부)와 단축 방향의 양측면의 일부(중앙부)가 노출되도록 개방 형성된다.
제1 그루브(33a)의 깊이는 조립체(2)의 높이보다 약간(예컨대, 제1 크기만큼) 작아서 조립체(2)를 제1 그루브(33a) 내에 안착하면 안착된 조립체(2)의 상부가 제2 지그(31)의 상면으로부터 약간(즉, 제1 크기만큼) 돌출된다.
따라서 제1 그루브(33a)의 일측(도 3에서는 좌측) 단부에 접한 제2 지그(31)의 상면으로부터 제1 크기만큼 돌출되고 제1 그루브(33a)의 길이 방향을 따라 일자로 연장된 막대형 돌부(35)를 형성하여, 막대형 돌부(35)의 상면과 제1 그루브(33a) 내에 안착된 조립체(2)의 상면이 동일 높이(즉, 수평)를 형성하도록 한다. 막대형 돌부(35)는 할바흐 배열 마그네트의 압착 시 압착 방향의 반대편을 블로킹하고 또한 판상의 제3 지그(41)를 제2 지그(31) 위에 안전하게(수평을 맞추어) 안착되도록 하는데 일조한다.
이어, 도 4에 도시된 바와 같이 제2 지그(310의 상면에 대응하는 판상의 제3 지그(4)를 마련하고, 도 5에 도시된 바와 같이 그 판상의 제3 지그(41)를 도 3의 조립체(3) 위에 안착시킨다. 이하, 이 상태를 도 5의 조립체(5)라 칭한다.
예를 들어, 도 2의 조립체(2)가 제2 지그(31)의 그루브(33) 내에 안착된 도 3의 조립체(3) 상태에서, 판상의 제3 지그(41)를 제2 지그(31) 상에 안착 조립하여 제3 지그(41)가 도 2의 조립체(2)의 노출된 상부면을 덮어 고정(할바흐 배열 마그네트가 압축 시 위로 튀지 않도록 블로킹)하도록 한다.
도 4-5를 참조하면, 도 2 내지 도 4의 결과인 도 5의 조립체(5) 상태에서는 제1 그루브(33a)를 통하여 도 2의 조립체(2)의 할바흐 배열 마그네트(23)의 길이 방향의 일측 단부가 노출되고(이 노출부로 압축봉이 삽입됨), 제2 그루브(33b)를 통하여 도 2의 조립체(2)의 할바흐 배열 마그네트(23)의 단축 방향의 양측 일부(중앙부)가 노출된다(이 노출부를 통해 할바흐 배열 마그네트(23)의 압축 정도를 모니터링 할 수 있음).
이어, 도 6에 도시된 바와 같이, 도 5의 조립체(5)의 제1 그루브(33a)의 일측으로 개방된 노출부를 통하여 유압 또는 공압 실린더(61)의 압축봉(63)을 삽입하고 도 2의 조립체(2)의 할바흐 배열 마그네트(23)를 길이 방향으로 압축하여 즉, 도 2의 조립체(2)의 노출된 일측 단부면을 타측 방향으로 미는 압력을 가하여 제1 지그(21)에 부착된 할바흐 배열 마그네트(23)의 각 자석편(23) 간의 간격을 강제로 없애도록 한다. 이 과정에서 2 그루브(33b)를 통하여 할바흐 배열 마그네트(23)의 압축 정도를 모니터링 할 수 있다.
이어, 도 7에 도시된 바와 같이, 도 6의 상태에서 제3 지그(41)를 제거한 후 압축되어 간격을 없앤 할바흐 배열 마그네트(23)의 노출된 상측부를 접착제, 접착테이프, 또는 기타 접착수단(71)을 이용하여 본딩(bonding)한다. 다른 예로, 할바흐 배열 마그네트(23)의 노출된 상면과 측면을 본딩할 수 있다. 또 다른 예로, 도 6의 압축 전인 도 2 내지 도 4의 상태에서 도 2의 조립체(2)의 할바흐 배열 마그네트(23)의 각 자성편(23) 간의 반자계로 인한 간격 사이사이에 접착제를 바른 후 도 6의 과정에서 할바흐 배열 마그네트(23)를 압축하여 할바흐 배열 마그네트(23)를 본딩할 수 있다.
이어, 도 7의 상태에서 제2 지그(31)로부터 도 2의 조립체(2)를 꺼내 분리하는데, 예를 들어, 제2 그루브(33b)를 통해 노출된 조립체(2)의 양측면부를 잡고 제2 지그(31)로부터 조립체(2)를 꺼낸 후, 꺼낸 조립체(2)의 제1 지그(21)로부터 압축/본딩된 할바흐 배열 마그네트(23)를 떼어내 분리하도록 한다.
마지막으로, 분리된 할바흐 배열 마그네트(23)를 비자성체 재질의 외피로 케이싱 하는데, 이 과정의 일 실시예에 대해 도 8 내지 도 13을 참조로 설명한다.
먼저, 도 8에 도시된 바와 같이, 도 2 내지 도 7의 과정을 통해 압축/본딩된 할바흐 배열 마그네트(23)에 대응하는 크기 및 형태의 홈(83)이 복수개 형성된 비자성체 하판(81)을 마련하고, 비자성체 하판(81)의 홈(83) 내에 압축/본딩된 할바흐 배열 마그네트(23)를 각각 삽입하여 조립한다. 이하, 이 상태를 도 8의 조립체(8)라 칭한다.
이어, 도 9에 도시된 바와 같이, 도 8의 조립체(8)의 상부를 덮도록 상부 시트(91)를 부착하는데, 예를 들어, 비자성체 하판(81)의 상면에 비자성체 상부 시트(91)를 부착하여 복수개의 홈(83)을 밀폐한다. 이하, 이 상태를 도 9의 조립체(9)라 칭한다.
이어, 도 10에 도시된 바와 같이 도 9의 조립체(9)를 도 10의 화살표 방향으로 고온에서 열압착하고, 도 11에 도시된 바와 같이 CNC 조각기 등을 이용하여 할바흐 배열 마그네트 제품(230)의 모양을 따라 형상 가공한 다음, 도 11의 상태에서 도 12에 도시된 바와 같이 비자성체 재질의 외피로 케이싱된 할바흐 배열 마그네트 제품(230)을 하나씩 분리한다.
도 13은 도 2 내지 도 12의 과정을 통해 제조된 할바흐 배열 마그네트의 완성품(230)의 일부 절개도를 나타내는 것으로, 압축/본딩된 할바흐 배열 마그네트(23)가 비자성체 재질의 외피(81+91)로 케이싱된 제품(230)을 나타내며, 비자성체 재질은 고무, 플라스틱, 및 에폭시 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
21: 제1 지그
23: 할바흐 배열 마그네트
31: 제2 지그
33, 33a, 33b: 그루브
41: 제3 지그
61: 유압 또는 공압 실린더
63: 압축봉
71: 접착수단
81: 비자성체 하판
83: 홈
91: 비자성체 상부 시트
230: 완성품

Claims (6)

  1. (a) 자석이 붙는 재질의 막대형 제1 지그의 표면상에 복수개의 마그네트를 각 자석편 간에 일정 간격을 갖는 할바흐 배열이 되도록 부착하여 조립하기 위한 단계;
    (b) 상기 단계 (a)의 결과물인 조립체의 적어도 상부면과 장축 방향의 양측 중 일측 단부면이 노출되도록 형성된 그루브(groove)를 일면에 가진 제2 지그의 상기 그루브 내에 상기 조립체를 안착시키는 단계;
    (c) 상기 조립체가 상기 제2 지그의 상기 그루브 내에 안착된 상태에서, 판상의 제3 지그를 상기 제2 지그의 상기 일면 상에 조립하여 상기 제3 지그가 상기 조립체의 상기 노출된 상부면을 덮어 고정하도록 하기 위한 단계;
    (d) 상기 단계 (c)의 상태에서, 상기 조립체의 상기 노출된 일측 단부면을 타측 방향으로 미는 압력을 가하여 상기 제1 지그의 표면상에 부착된 할바흐 배열 마그네트의 각 자석편 간의 간격을 없애기 위한 단계;
    (e) 상기 단계 (d)의 상태에서, 상기 제3 지그를 제거한 후 상기 간격을 없앤 할바흐 배열 마그네트를 본딩(bonding)하기 위한 단계;
    (f) 상기 단계 (e)의 상태에서, 상기 제1-2 지그로부터 상기 본딩된 할바흐 배열 마그네트를 분리하기 위한 단계; 및
    (g) 상기 단계 (f)에서 분리된 할바흐 배열 마그네트의 표면을 비자성체 재질의 외피로 케이싱하기 위한 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 할바흐 배열 마그네트 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 지그는 할바흐 배열 마그네트의 측면과 하면이 부착되도록'ㄴ'자 막대형 지그로 형성된 것을 특징으로 하는 할바흐 배열 마그네트 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그루브는 상기 조립체가 안착되어 적어도 상부면과 장축 방향의 양측 중 일측 단부면이 노출되도록 형성된 제1 그루브; 및 상기 제1 그루브의 길이 방향 중간부에 상기 제1 그루브와 교차하여 형성되되, 상기 안착된 조립체의 적어도 상부면의 일부와 단축 방향의 양측면의 일부를 노출할 수 있도록 형성된 제2 그루브를 포함하는 것을 특징으로 하는 할바흐 배열 마그네트 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단계 (f)는,
    (f-1) 상기 제2 그루브를 통해 상기 노출된 조립체의 양측면 일부를 잡고 상기 제2 지그로부터 상기 조립체를 꺼내는 단계; 및
    (f-2) 상기 꺼낸 조립체의 상기 제1 지그로부터 상기 본딩된 할바흐 마그네트를 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 할바흐 배열 마그네트 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 단계 (g)는,
    (g-1) 상기 분리된 할바흐 마그네트와 대응하는 홈이 복수개 형성된 비자성체 하판의 상기 홈 내에 상기 분리된 할바흐 마그네트를 각각 삽입하는 단계;
    (g-2) 상기 비자성체 하판의 상면에 비자성체 상부 시트를 부착하여 상기 복수개의 홈을 밀폐하는 단계;
    (g-3) 상기 단계 (g-2)의 결과물을 고온에서 열압착하는 단계; 및
    (g-4) 상기 단계 (g-3)의 결과물로부터 상기 비자성체 재질의 외피로 케이싱된 할바흐 배열 마그네트 제품을 하나씩 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 할바흐 배열 마그네트 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 비자성체 재질은 고무, 플라스틱, 및 에폭시 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 할바흐 배열 마그네트 제조 방법.
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