자석의 퀴리점: 정의, 퀴리 온도 및 설계 한계

실온에서 4N 당김 테스트를 통과한 자석은 한 번 뜨거운 담그면 해당 힘의 10%를 잃을 수 있으며 다시는 되돌릴 수 없습니다. 원인이 퀴리점 자체인 경우는 거의 없습니다. 등급이 실제로 해당 지점 아래에 얼마나 많은 열 마진이 있는지입니다.

자석의 퀴리점(Tc)은 재료가 강자성을 멈추고 상자성이 되는 온도입니다. 교환 결합은 더 이상 정렬된 원자 모멘트를 유지할 수 없으며 자발적인 자화가 사라지고 부품이 강철을 끌어당기지 않습니다. 일반적인 값: 소결 NdFeB 310~360°C, SmCo 700~800°C, 경질 페라이트 약 450°C, 알니코 800~860°C.

모터, 액추에이터 또는 센서에 자석을 지정하는 경우 퀴리점은 타겟이 아니라 백스톱입니다. 설계를 결정하는 숫자는 최대 작동 온도이며, NdFeB 등급의 경우 Tc보다 150~250°C 낮습니다. 이 둘을 혼동하는 것은 자기 부품 조달에서 비용이 많이 드는 실수 중 하나입니다.

자석의 퀴리점이 실제로 의미하는 것

Tc 이하에서는 인접한 원자 모멘트 사이의 교환 상호 작용이 열적 교반보다 강하므로 모멘트가 도메인 내에서 정렬된 상태로 유지되고 재료는 자발적인 자화를 유지합니다. Tc 이상에서는 열 에너지가 결합을 극복하고 정렬된 구조가 붕괴됩니다.

전환은 점진적이 아니라 급격합니다. 그 위에서 감수성은 퀴리-바이스 법칙(χ = C / (T − Tc))을 따르므로 물질은 장에 약하게만 끌립니다. 즉, 작업대에서는 전혀 끌리지 않는 것처럼 보이는 강자성 반응의 작은 부분입니다. 엔지니어링 측면에서는 다음 세 가지 사항이 중요합니다.

• Tc는 합금 조성 및 결정 구조의 특성입니다. 모양, 코팅 및 등급 라벨은 변경되지 않습니다.
• NdFeB의 디스프로슘이나 테르븀과 같이 고유 보자력을 높이는 첨가물은 Tc를 수백도가 아니라 수십도만큼 올립니다.
• Tc 이하로 냉각하면 강자성 질서가 회복되지만 원래의 자화는 회복되지 않습니다. 도메인은 무작위 방향으로 재형성되며 해당 부품은 다시 자화되어야 합니다.

퀴리점과 최대 작동 온도 비교

최대 작동 온도와 해당 온도에서의 감자 곡선에 맞게 설계하십시오. 실제로 어떤 재료를 다루고 있는지 확인하기 위해서만 퀴리점을 사용하십시오.

영구 자석은 세 개의 열 영역을 통과하며 세 번째 영역만 Tc와 관련됩니다. 가역 영역에서 잔류성은 온도 계수(NdFeB의 경우 대략 -0.11%/°C)에 따라 떨어지고 냉각 시 다시 돌아옵니다. 되돌릴 수 없는 영역에서는 작동 점이 고유 곡선의 무릎을 교차하고 일부 영역은 뒤집힌 상태로 유지되며 반복되는 핫 사이클로 인해 손실이 악화됩니다. Tc 근처 및 그 이상의 구조 영역에서 자석은 완전히 자기가 없어지고 차동 팽창으로 인해 코팅이나 접착된 어셈블리가 깨질 수 있습니다.

NdFeB 등급 접미사는 해당 두 번째 영역을 직접 인코딩합니다.

패턴이 포인트입니다. N에서 AH로 이동하면 보자력은 대략 3배가 되고 안전한 작동 온도는 150°C 올라가는 반면 퀴리점은 거의 움직이지 않습니다. 이는 Tc가 NdFeB의 열 성능에 대한 구매 수단이 아니라는 가장 명확한 증거입니다.

일반적인 자석 재료의 퀴리 포인트

물질 계열 전반에 걸쳐 확산이 훨씬 더 넓으며 여기서 퀴리 포인트는 뜨거운 환경에 대한 계열을 선택하는 데 진정으로 도움이 됩니다.

NdFeB는 가장 좁은 열 창에서 가장 높은 에너지 밀도를 제공합니다. SmCo와 AlNiCo는 안정성을 위해 에너지 밀도를 교환합니다. 대략 200°C 이하의 최악의 자석 온도에서는 올바른 NdFeB 접미사가 거의 항상 더 나은 상업적 선택입니다. 연속 약 250°C 이상에서 또는 매우 평평한 토크 곡선이 필요한 경우 SmCo는 킬로그램당 더 높은 비용에도 불구하고 그 자체로 비용을 지불하기 시작합니다.

모터 및 발전기 설계에서 퀴리점이 중요한 이유

퀴리점은 자기 회로의 절대 상한선을 설정합니다. 그 아래의 모든 것은 엔지니어링 마진이며, 그 마진은 데이터시트에 인쇄된 주변 정격이 아닌 부하 라인에 의해 설정됩니다.

견인 모터 로터는 연산을 보여줍니다. 주변 온도 40°C, 연속 권선 상승 110°C, 과도 피크 40°C, 내부 로터 설계의 권선 센서와 회전자 자석 사이에 30~50°C 추가: 자석은 여름 언덕에서 정지된 회전자를 허용하지 않고 190°C를 볼 수 있습니다. N42 로터는 해당 듀티 사이클에서 영구적으로 손상됩니다. UH 또는 EH 등급은 작은 첫 번째 사이클 손실과 이후 안정적인 동작으로 살아남습니다.

세 가지 요소가 결과를 결정합니다.

• 투과 계수(Pc). 얇은 개방 회로 자석은 낮은 Pc와 곡선을 높게 자르는 부하선을 갖습니다. 닫힌 강철 회로의 두꺼운 자석은 훨씬 더 많은 여유를 갖습니다.
• 최악의 경우 자기소거장. 고정자 단락은 일반 자기장의 몇 배를 회전자에 구동할 수 있습니다.
• 열 경로. 로터 자석은 천천히 열을 발산하므로 자석 온도가 권선 판독값보다 훨씬 높게 나타날 수 있습니다.

널리 사용되는 규칙은 최악의 경우 자석 온도를 해당 등급의 정격 최대 온도보다 20~30°C 낮게 유지하고 20°C가 아닌 해당 온도에서 고유 곡선의 작동 지점을 확인하는 것입니다.

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자석이 한계를 초과하면 어떻게 되나요?

대부분의 현장 오류에서 자석은 퀴리점에 절대 접근하지 않습니다. 이는 고온에서 감자 곡선의 무릎을 교차하고 이벤트를 영구적으로 기록합니다.

• 헬름홀츠 코일에서 측정된 플럭스는 열 흡수 후 2~15% 낮게 판독되며 실온에서 회복되지 않습니다.
• 두 번째 담그면 손실이 더 작아집니다. 3~4주기 후에는 값이 안정되고 열적 손상보다는 부분적인 자기소거 현상이 나타납니다.
• 실제로 Tc를 통과한 부품은 자화 방향 자체가 사라졌기 때문에 0에 가깝게 판독되고 그대로 유지됩니다.

재자화는 코팅, 형상 및 접착 또는 적층 어셈블리가 손상되지 않은 경우 가능합니다. 얇은 아크 세그먼트와 분할된 회전자 자석은 예외입니다. 퀴리점 편위 중 열 팽창으로 인해 균열이 발생하고 재자화해도 균열이 복구되지 않습니다.

소결된 NdFeB의 실제 한계는 이 노트에서 더 자세히 다룹니다. 소결된 NdFeB의 작동 온도 .

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핫 애플리케이션에 자석을 지정하는 방법

이 순서대로 작업하세요. 잘 정의된 디자인에서는 약 한 시간이 걸리며 일반적으로 최소한 한 번의 재설계를 방지합니다.

1. 주변 온도가 아닌 자석 온도를 정의합니다. 주변, 권선 또는 코일 상승, 일시적 과부하 및 센서 위치와 자석 사이의 오프셋을 추가합니다.
2. 온도에 따라 Hcj로 등급을 선택합니다. 20°C가 아닌 최악의 온도에서 고유 감자소거 곡선을 읽으십시오.
3. 하중선을 스케치합니다. 투과 계수를 추정하고 작동 점이 여유 있게 무릎 위에 유지되는지 확인합니다.
4. 가역적 손실에 대한 예산을 책정합니다. -0.11%/°C에서 잔류성은 20°C와 150°C 사이에서 약 15% 감소하고 토크는 그에 따릅니다.
5. 기계적인 부분을 확인해보세요. 코팅 접착력, 접착제 선택 및 하우징 확장은 동일한 열 사이클에서 살아남아야 합니다.
6. 열 흡수 자격을 얻습니다. 정격 최대 온도에서 1~2시간 동안 담그고 실온으로 냉각한 후 유속을 측정하고 이를 2회 반복합니다. 평평한 결과는 안정적인 디자인을 의미합니다.
7. 숫자가 정당화되는 경우에만 SmCo로 이동하십시오. 대략 250°C 이상이거나 거의 평평한 토크 곡선이 중요한 경우 SmCo는 대형 NdFeB 설계보다 제품 수명 전반에 걸쳐 더 저렴한 경우가 많습니다.

온도에 따른 감자 곡선은 이 연습의 기본 설계 문서입니다. 참조 세트는 다음에서 사용할 수 있습니다. 감자 곡선 참조 .

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자주 묻는 질문

네오디뮴자석은 어떤 온도에서 자성을 잃나요?

세 가지 임계값이 적용됩니다. 가역적 손실은 약 -0.11%/°C에서 즉시 시작됩니다. 자석이 N 등급의 경우 80°C에서 AH 등급의 경우 약 230°C까지 해당 등급의 최대 작동 온도를 초과하면 비가역적 손실이 시작됩니다. 소결된 NdFeB의 경우 자성이 완전히 사라지는 퀴리점은 310~360°C입니다.

퀴리점은 최대 작동 온도와 동일합니까?

아니요, 격차가 넓습니다. UH 등급 NdFeB 자석의 사용 온도는 180°C이고 퀴리점은 340°C에 가깝습니다. 최대 작동 온도는 보자력, 하중선 및 형상을 반영하는 시스템 등급입니다. 퀴리점은 재료에 내재되어 있습니다.

퀴리점 이상으로 가열된 자석이 회복됩니까?

물질은 냉각되면서 다시 강자성을 띠게 되지만 자화는 저절로 돌아오지 않습니다. 도메인은 무작위 방향으로 재형성되므로 부품은 강한 외부 자기장에서 다시 자화될 때까지 자화되지 않은 자석처럼 동작합니다.

퀴리점이 가장 높은 영구 자석은 무엇입니까?

일반적인 상업용 재료 중에서 AlNiCo는 대략 800~860°C에서 선두이고 SmCo는 700~800°C에서 그 뒤를 따릅니다. 소결 페라이트는 450°C 근처에 있고 NdFeB는 310~360°C에서 가장 낮습니다.

퀴리점은 자석이 뜨거워졌을 때 어떻게 행동하는지, 그리고 멈춰야 할 잘못된 지점을 이해하기 시작하는 올바른 지점입니다. 이를 재료의 절대 한계로 간주한 다음 등급 접미사, 최악의 온도에서의 고유 보자력, 하중선 및 설계가 3주기 동안 지속됨을 입증하는 열 흡수 테스트 등 중요한 설계 작업을 수행합니다.

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