[논문]강자성체의 효율적인 탈자 기법 연구

주혜선; 정현주; 박관수

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주혜선 (부산대학교) , 정현주 (국방과학연구소) , 박관수 (부산대학교)

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문제 정의

선형적인 전류 감소특성을 가지는 Anhysteresis Deperm과 지수함수의 전류 감소특성을 가지는 Deperm ME 프로토콜에 따른 탈자 해석 결과를 제시하였다. 강자성체의 히스테리시스 현상과 탈자 결과간의 상관관계를 유추 하여 이를 반영한 효율적인 강자성체의 탈자기법 정립에 대한 연구를 수행하였다.

제안 방법

또한 수치적인 비교를 위해 탈자 대상체의 중심부로부터 수직으로 16cm 이격된 x축 범위가 -1m∼+1m인 거리 내에서의 수평 자기장 성분인 Bx와 수직 자기장 성분인 Bz의 Peak값을 비교한다.
따라서 본 연구에서는 Preisach 모델을 이용하여 강자성체의 자기적 특성을 표현하고, 2차원 유한요소해석을 수행하였다. 그리고 탈자기법의 구성요소에 따른 내부 자화량 분포 해석을 통해, 강자성체의 자기적 특성을 반영하는 탈자기법을 새롭게 제안하였다.
따라서 본 연구에서는 Preisach 모델을 이용하여 강자성체의 자기적 특성을 표현하고, 2차원 유한요소해석을 수행하였다. 그리고 탈자기법의 구성요소에 따른 내부 자화량 분포 해석을 통해, 강자성체의 자기적 특성을 반영하는 탈자기법을 새롭게 제안하였다.
탄소강 재질의 SM45C 재질을 이용한 탈자 해석을 통해 탈자 대상체의 내부 자화분포를 비교분석한다. 선형적인 전류 감소특성을 가지는 Anhysteresis Deperm과 지수함수의 전류 감소특성을 가지는 Deperm ME 프로토콜에 따른 탈자 해석 결과를 제시하였다.
탄소강 재질의 SM45C 재질을 이용한 탈자 해석을 통해 탈자 대상체의 내부 자화분포를 비교분석한다. 선형적인 전류 감소특성을 가지는 Anhysteresis Deperm과 지수함수의 전류 감소특성을 가지는 Deperm ME 프로토콜에 따른 탈자 해석 결과를 제시하였다. 강자성체의 히스테리시스 현상과 탈자 결과간의 상관관계를 유추 하여 이를 반영한 효율적인 강자성체의 탈자기법 정립에 대한 연구를 수행하였다.

데이터처리

3) 강자성체의 착자를 위해, 솔레노이드에 착자 전류를 인가하고 2차원 유한요소 해석을 수행한 후 수평방향의 Mx값의 분포를 ColorMap으로 비교한다.
5) 탈자 후 결과비교를 위해 수평방향의 Mx값의 분포를 ColorMap으로 비교한다. 또한 수치적인 비교를 위해 탈자 대상체의 중심부로부터 수직으로 16cm 이격된 x축 범위가 -1m∼+1m인 거리 내에서의 수평 자기장 성분인 Bx와 수직 자기장 성분인 Bz의 Peak값을 비교한다.

이론/모형

자기이방성이 강한 재료의 특성만을 고려한다는 가정하에 자화용이축 방향의 한 성분만을 취급하는 Scalar Preisach 모델을 사용하였다. 해석 프로그램은 Preisach 모델링 기법과 유한요소해석을 결합한 2D simulation tool로서 탈자 과정에 따라 변화하는 히스테리시스 특성을 반영한 전자기 해석을 수행한다.
자기이방성이 강한 재료의 특성만을 고려한다는 가정하에 자화용이축 방향의 한 성분만을 취급하는 Scalar Preisach 모델을 사용하였다. 해석 프로그램은 Preisach 모델링 기법과 유한요소해석을 결합한 2D simulation tool로서 탈자 과정에 따라 변화하는 히스테리시스 특성을 반영한 전자기 해석을 수행한다. 탈자 기법에 따른 내부 자화량 분포 해석을 위한 탈자 해석 과정은 다음과 같다.
2) 강자성체의 재질 특성을 표현하기 위해, 아래와 같은 Gaussian 분포함수인 식을 이용하여Preisach 평면도 상의 보자력 밀도를 표현한다.

성능/효과

탈자 대상체로의 중심부로부터 수직으로 16cm 이격된 x축 범위가 -1m∼+1m인 거리 내에서 탈자 후 자기장을 비교하면, Anhysteretic Deperm보다 Deperm-ME의 탈자 성능이 더 우수하였으며, 이는 반자장의 영향으로 탈자대상체에 인가되는 전체자기장의 선형성과 연관이 있다.
반면 지수함수의 감소특성을 가지는 Deperm-ME의 은 선형적으로 감소하며 Shots 후반에 Anhysteretic Deperm에 비해 탈자 전류의 감소량이 적다. 따라서 작은 전류 감소량으로 인해 자구의 개수가 많아져서 탈자 성능이 효율적임을 확인하였다.

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