2006年10月21日

マグネット(磁石)

マグネットはモータにおいて主要部品のひとつです。体積,重さ,コストなどその占める割合は他の部品と比べても大きいです。

マグネットには材質(磁粉)と製法により種類が分類されます。主なマグネットの材質の種類としては、フェライト系と希土類系に大きく分けられます。

フェライト系とはその名の通りフェライト(酸化鉄Fe2O3)を主成分とするマグネットです。希土類系とは希土類金属のネオジウム(Nd)サマリウム(Sm)コバルト(Co)などを含んだマグネットで、一般にフェライト系よりも強い磁力を持ちます。


また、材料を焼き固めたものを焼結マグネット,樹脂材に磁粉を含ませて射出成型・圧縮成型したものをボンドマグネットと言い製法によってもその特性が変化します。マグネットメーカーは製法や磁粉・添加物質の改良を行い特性の向上を目指しているようです。


さらに、マグネットの特性に対して大きく影響する要因として配向が挙げられます。配向とはマグネットの成型工程を磁界中で行うことにより、磁力に方向性を持たせることです。配向方向は磁力が強くなるため特性の向上には効果的となります。

配向の処理がされているマグネットを異方性マグネットと呼び、配向の処理のされていないマグネットを等方性マグネットと呼びます。マグネットの材質によらず、異方性,等方性それぞれ提供されている場合が多いです(ネオジウム焼結マグネットは異方性が普通です)。


現在モータ用途として市場に流通しているマグネットについてその特徴を以下にまとめます。

フェライト焼結マグネット
・フェライト(FeO3)と炭酸ストロンチウム(SrCO3)の混合材を圧縮成型し焼結したマグネットです。
・小型モータの使用量は圧倒的にフェライト焼結マグネットが多く、単価も非常に安いです。
・焼結加工のため、収縮が起こるため最終工程で研磨を行い形状を作ります。したがって、研磨の工数がコストに影響します。
・ベンダーとしては、国内ではTDK,東京フェライト製造,NEOMAXなど。ローカルでは、ニッポーマグネス,ジャパンマグネット(代理店)など。中国ローカルメーカーは多数有。
・製法により乾式と湿式があり、乾式ではBHmax3〜5MOe程度,湿式ではBHmax5〜9MOe程度のエネルギー積となります。


フェライトボンドマグネット
・樹脂材にフェライト材などを混ぜ,射出・圧縮成型したマグネットです。同様の工程で樹脂材の変わりにゴムを使用したラバーマグネットもあります。
・小型モータを中心に制御用の小出力DCモータなどに使われています。
・ベンダーとしては、大日本インキ工業,マグエックスなどがあります。
・配向については等方性が一般的。特性はBHmax1〜2MOe程度のエネルギー積となります。
・一般にプラスチックマグネット,プラマグなどとも呼ばれます。


ネオジウム焼結マグネット
・ネオジウム(Nd)鉄(Fe)ボロン(B)などの主成分を磁界中で圧縮成型し焼結したマグネットです。
・自動車用のSPM(表面磁石型)・IPM(磁石埋込型)モータに多く使われるほか、モータ以外にもリニアモータ,医療機器のMRI,光ピックアップのアクチュエータなどにも使われる。
・熱により不可逆減磁が起こるため、高温の環境下では注意が必要となります。
・ベンダーとしては、NEOMAX,TDK,信越化学工業など。
・2014年まで組成の基本特許はNEOMAXおよびマグネクエンチ社が有効となるため、ライセンスを受けていないローカルメーカーのマグネットは使用できない。
・特性はBHmax30〜55MOe程度のエネルギー積で各種マグネットの中でも最大となります。


ネオジウムボンドマグネット
・ネオジウム鉄ボロンなどの主成分を樹脂材に混ぜ、圧縮・射出成型したマグネットです。
・HDD・DVDなどのスピンドルモータに使われています。
・値段の下落により、小型のDCモータにも用いられるようになってきている。
・ベンダーとしては、ダイドー電子,TDK,NEOMAXなど。
・等方性が一般的ですが、NEOMAX及びダイドー電子ではラジアル異方性のネオジウムボンドマグネットを開発しています。
・特性は等方性でBHmax6〜12MOe程度,異方性でBHmax30〜43MOe程度のエネルギー積で各種マグネットの中でも最大となります。


他にもサマリウムコバルト(Sm-Co)マグネット,アルニコ(Al-Ni-Co)マグネット,サマ鉄窒素(Sm-Fe-N)マグネットなどがあります。
しかしながら、産業用・民生品としては、フェライトとネオジウムが大部分を占めています。


posted by 研究員 at 21:38 | モータの機械設計と部品
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