영구자성 재료는 두 가지 뚜렷한 특징을 가지고 있습니다. 하나는 외부 자기장의 작용으로 강하게 자화될 수 있다는 것이고, 다른 하나는 히스테리시스, 즉 외부 자기장을 제거한 후에도 자성을 유지하는 현상입니다. 외부 자기장의 변화와 영구자석의 자성 변화 사이의 관계는 히스테리시스 루프(BH 곡선)와 고유 감자 곡선(JH 곡선)이라는 두 곡선으로 나타낼 수 있습니다.
히스테리시스 루프
자기장이 Hs → Hc → o → – Hc → – Hs → – Hc → o → Hc → Hs 순서로 변화할 때, 이에 대응하는 자기 유도 B는 닫힌 곡선 s-hcsHCS를 따라 변화하는데, 이 곡선을 B~H 곡선(히스테리시스 루프)이라고 합니다.
1. 초기 자화 곡선
그림에서 원점 0은 자화 전 강자성 물질이 자기적으로 중성 상태, 즉 B = H = 0임을 나타냅니다. 자기장 H가 0에서 증가함에 따라 자기 유도 B는 서서히 증가하다가 H에 따라 급격히 증가하고, 다시 서서히 증가합니다. h가 HS에 도달하면 B는 포화 값 BS에 도달합니다. 이 점선 곡선을 초기 자화 곡선이라고 합니다.
2. 히스테리시스
자기장이 HS에서 0으로 점차 감소할 때, 자기 유도 B는 초기 자화 곡선을 따라 “0” 지점으로 되돌아가지 않고 새로운 곡선 ab를 따라 감소합니다. 선 oa와 ab를 비교해 보면 h가 감소함에 따라 b도 그에 상응하여 감소하지만, B의 변화는 H의 변화보다 뒤처집니다. 이러한 현상을 히스테리시스라고 합니다. 히스테리시스의 뚜렷한 특징은 h=0일 때 B가 0이 아니라 잔류 자화 br을 유지한다는 것입니다.
3. 탈자 곡선
역자기장이 0에서 -Hc로 점차 변함에 따라 자성 유도 B는 0으로 감소하는데, 이는 잔류자성을 제거하기 위해서는 역자기장을 가해야 함을 나타냅니다. HC는 보자력이라고 하며, 자성 물질이 잔류자성 상태를 유지하는 능력을 나타냅니다. 선 BC는 감자 곡선이라고 합니다.
고유 탈자 곡선
외부 자기장 H의 변화가 자기 유도 B의 변화를 일으키면 자기 분극 J 또한 변화합니다. 이러한 관계를 J-H 곡선으로 나타낼 수 있습니다. 이 곡선은 영구 자석 재료의 고유한 자기적 특성을 반영하는 것으로, 고유 감자 곡선 또는 고유 곡선이라고 합니다. 고유 감자 곡선에서 자기 분극 J가 0일 때의 자기장 세기를 고유 보자력 Hcj라고 합니다.
1. 무릎 포인트 Hk
그림에서 알 수 있듯이, 외부 자기장의 세기가 증가함에 따라 자석의 자화는 매우 느리게 감소하지만, 외부 자기장이 특정 값보다 커지면 자화는 급격히 감소합니다. 일반적으로 감자 곡선에서 Ji = 0.9Br 지점을 감자 곡선의 변곡점 또는 무릎점이라고 하며, 이때의 자기장을 HK라고 하고 이를 무릎 보자력이라고도 합니다. 외부 자기장이 HK보다 커지면 자석의 성능이 돌이킬 수 없이 저하되므로 HK 값이 중요한 것입니다.
2. 탈자 곡선의 사각형도 Q
우리는 감자 곡선의 사각형도 Q를 나타내기 위해 HK와 Hcj의 비율(Hk/Hcj)을 사용합니다. Q 값의 범위는 0에서 1 사이이며, Q 값이 1에 가까울수록 감자 곡선이 사각형에 가깝습니다. 일반적으로 사각형도 Q > 0.9인 제품을 합격 제품으로 간주합니다.
3. 다양한 온도에서의 탈자 곡선
일반적으로 영구 자석 재료 제조업체는 아래 그림과 같이 다양한 브랜드 제품의 여러 온도에서의 감자 곡선을 제공합니다. 복잡해 보이지만, 핵심은 여러 감자 곡선과 고유 특성 곡선을 하나의 그래프에 나타내는 것입니다.
