コバルト磁化の説明: 飽和、キュリー点、モーター磁石の選択

コバルト磁化のおかげで、永久磁石は 200℃ のトラクション モーター内で何時間も全磁束を供給し続けることができますが、安価な材料では磁界の一部が静かに放出されてしまいます。磁石のオプションを比較するエンジニアやバイヤーにとって、この単一の材料特性は、どのカタログ ページよりも見積リストについて詳しく説明します。ほとんどの人が最初に抱く質問に対する直接の答えは「はい」です。コバルトは室温では強い強磁性を持っています。飽和磁化は立方センチメートルあたり約 1,440 エミュ (1.44 MA/m に相当) に達し、原子あたり約 1.7 個のボーア磁子を運び、古典的な 3 つの強磁性要素の中で最も高いキュリー温度である約 1115℃ まで自発磁化を保持します。

この商業的な状況を複雑にしているのは、磁石として純粋なコバルトを購入する人がほとんどいないことです。その値は、サマリウム - コバルト磁石、アルニコ グレード、コバルト - 鉄積層、および経験豊富な ネオジム鉄B 磁石メーカーがモーターが高温になるときに調整するコバルト変性 NdFeB 配合物の内部に現れます。コバルトがどのように磁化するのか、またその磁化を制限するものは何なのかを理解すれば、それらの各製品がどこに適合するのか、そして部品表の実際のコストがどこに使われるのかがわかります。

このガイドでは、コバルト磁化を定義する数値、その背後にある原子物理学、磁化を上昇または下降させる要因、それに基づいて構築された市販の磁石ファミリー、モーターの選択方法、仕様とテストのガイダンス、および詳細な FAQ について説明します。磁石を購入、設計、供給する人々にとってその不動産が何を意味するかということは、全体を通して実践的な点に重点が置かれています。

コバルトは強磁性で、飽和磁化が 1,440emu/cm3 近く、キュリー温度が約 1115 °C であり、これら 2 つの数値が市場にあるすべての高温磁石の基礎となっています。

工学数値におけるコバルト磁化の意味

飽和磁化、自発磁化、残留磁化

どの教科書でも M と書かれている磁化は、材料の単位体積に詰め込まれた正味の磁気モーメントです。サプライヤーは、CGS システムのエミュ/cm3 または SI 単位のメートルあたりのアンペアで見積もっており、1 エミュ/cm3 は 1,000 A/m に等しいため、2 つのスケールは直接変換されます。磁石のサプライヤーが材料をどれだけ強く磁化できるかについて話すとき、関連する上限は飽和磁化、つまりすべての原子モーメントが同じ方向を向いたときに到達する値です。コバルトの場合、その上限は 1,440 エミュ/cm3 付近にあり、これは約 1.8 テスラの飽和分極に相当します。鉄は約 1,715 エミュ/cm3 と高くなり、ニッケルは約 485 エミュ/cm3 とはるかに低くなり、コバルトは実用的な元素の中で 2 番目になりますが、熱耐久性では 1 位になります。

自発磁化という言葉は、コバルトを通常の磁性を発する物質から分離するものであるため、正確な定義に値します。キュリー温度以下では、コバルトは外部磁場を加えずに純粋に内部量子力によってその原子モーメントを隣の原子モーメントと平行に整列させます。このように並んだ各領域はドメインであり、材料を磁石の近くに置いたかどうかに関係なく、ドメイン内の磁化が存在します。外部磁場が変化するのは磁区内の磁化ではなく、ピース全体の磁区の配置であり、その区別が磁石の製造方法と故障の原因の両方を決定します。

残留磁束密度 (データシートでは Br と略されます) は、購入者が実際に支払う 3 番目の数値です。これは、強い磁場が除去された後に残る磁束密度であり、磁区構造が部分的に緩和して戻るため、磁束密度は常に飽和値を下回ります。 1.4 テスラの NdFeB アークと 1.1 テスラの Sm2Co17 アークを比較する場合、飽和値ではなく残留磁束密度の値を比較していることになります。材料の飽和磁化とその達成可能な残留磁化の間のギャップは、微細構造が磁化状態をどの程度適切に固定するかを測定します。

各コバルト原子は、原子物理学が提供する基本磁石の数である約 1.7 ボーア磁子分のモーメントに寄与します。以下の表は、設計レビュー中に手元に置いておく価値のある値をまとめたものです。

これらの番号のうち 2 つが商業的な仕事のほとんどを行っています。高い飽和磁化により、コバルト含有合金は鉄が豊富な組成と競合するために必要な生の磁束が得られ、記録的なキュリー温度により、その磁束はモーターの温度に耐えることができます。どちらの数字だけでも永久磁石を作ることはできません。そのため、次のセクションではその基礎となる物理学について説明します。

コバルトの飽和磁化は鉄に次ぐものですが、熱に耐えられない磁束はモーターではほとんど価値がないため、その 1115 °C のキュリー温度が真の商業的利点となります。

コバルトが磁化する理由: 電子殻、交換相互作用、ドメイン

不対3次元電子と交換相互作用

部分的に満たされた 3D 電子殻を備えたコバルトの電子構造では、原子ごとに数個の不対電子が残り、各不対電子は磁気モーメントを運びます。ほとんどの元素も不対電子を持っていますが、原子モーメントがランダムな方向を向いて打ち消し合うため、非磁性のままです。鉄、コバルト、ニッケルでは、交換相互作用と呼ばれる量子力学的効果により、隣接する原子モーメント間の平行配列が最低エネルギー状態になります。コバルトの交換相互作用は 3 つの中で最も強く、その 1 つの事実が最高のキュリー温度と、加熱中に磁化を保持する能力に連鎖します。これは、コバルトの磁化が強いだけでなく頑固である理由に対する原子レベルの答えです。

磁区とコバルト部分が磁化される仕組み

磁化されていないコバルトのブロックはドメインでいっぱいで、内部では飽和するまで磁化されていますが、異なる方向に配向されているため、外部の正味の磁場はほぼゼロになります。ドメインは、外部漂遊磁界エネルギーを低減するために存在します。ピースを磁化するということは、それらの方向を強制的に一致させることを意味し、それは一度にではなく段階的に行われます。

1. 弱い磁場では、ドメインの壁は単純に移動します。すでに磁場と一致しているドメインは、隣接するドメインを犠牲にして成長します。
2. 中程度の磁場では、壁運動がなくなり、残りの磁区内の磁化が結晶の異方性に抗して磁場に向かって回転します。
3. 高い磁場では、回転が完了し、磁化が飽和磁化に達します。
4. フィールドが除去されると、壁は部分的に戻り、ピースを永久磁石にする残留状態を残します。

製品の磁化はまさにこのシーケンスに従い、1 メートルあたり数千キロアンペアの磁場を供給するコンデンサ放電設備によってミリ秒に圧縮されます。欠陥、粒界、析出物が磁壁を新しい位置に固定するため、磁石はプロセスを記憶します。ピン止め強度は、データシート上の保磁力値で測定されるものであり、飽和できる材料と飽和したままの材料の違いです。

六角形の異方性: 内蔵コンパス

室温ではコバルトは六方最密構造で結晶化し、その構造では磁化は 1 つの結晶方向、つまり c 軸を強く好みます。他の場所を指すことによるエネルギーペナルティは、異方性定数によって表され、hcp コバルトの場合はおよそ 0.4 ～ 0.5 MJ/m3 であり、鉄よりも 1 桁大きい値です。異方性は両刃の贈り物です。磁化を容易軸から外すにはエネルギーがかかるため、コバルトが減磁しにくくなりますが、ランダムに配向したコバルトの塊は磁石としては不十分であることも意味します。市販の磁石は、焼結前に磁場中で粉末粒子を整列させ、整列方向に沿ってのみ最大限の性能が現れる異方性磁石を生成することでこの問題を解決しています。このため、磁化方向は着磁段階で無造作に選択されるのではなく、設計図面上で指定されます。

コバルトは、不対三次元電子と強力な交換相互作用によってその原子モーメントが整列するため強く磁化され、六角形の異方性と固定された磁壁がコバルトを元に回転させようとするあらゆる試みに抵抗するため、磁化されたままになります。

コバルトの磁化を変えるもの: 温度、構造、磁場、合金

コバルト含有部品が使用中に実際にどれだけの磁化をもたらすかは、温度、結晶構造、印加磁場、合金レシピの 4 つの変数によって決まります。それぞれの数値がどのように変化するかを理解しているバイヤーは、見出しのグレード名を受け入れる代わりに、サプライヤーのデータシートを批判的に読むことができます。

温度とキュリー点

熱は交換相互作用と直接戦います。温度が上昇するにつれて、熱運動により整列した原子モーメントがますます乱され、自発磁化はよく特徴付けられた曲線に沿って、最初はゆっくりと、その後キュリー点に近づくにつれて急激に低下します。 1115 °C を超えると、コバルトのモーメントは完全に整列を失い、材料は常磁性になり、磁場に弱くしか反応せず、磁場を保持することはありません。この記事の後半で説明する回路上の理由により、キュリー点のずっと前に永久磁石の有用な磁気出力が崩壊するため、いかなる設計もその制限に近いところで動作すべきではありません。

高温磁石におけるコバルトの評判のほとんどは、キュリー温度という数字で説明されます。以下の棒グラフは、純粋なコバルト、鉄、ニッケル、およびこれらの元素を中心に構築された磁石ファミリーのキュリー点を比較しています。各バーは、自発磁化が崩壊し、材料が常磁性になる温度を示します。コバルトは他の 2 つの元素よりはるかに上に位置し、コバルトに依存する合金はそのヘッドルームの一部を引き継ぎます。高温環境用の磁石グレードを最終候補リストに掲載する際の最初のフィルターとしてこのチャートを使用してください。

約 1115 °C のコバルトと 770 °C の鉄の間のギャップは、紙の上では控えめに見えますが、実際の機器内でどの磁石ファミリーが生き残るかはこの差によって決まります。ニッケルは約 354 °C であり、モーターでの使用にはまったく役に立たないため、合金元素としてのみ磁石に使用されます。アルニコは、一般的なグレードでは質量の約 4 分の 1 がコバルトであり、約 850 °C まで有用な磁化を維持します。 Sm2Co17 は、コバルト副格子とサマリウム - コバルト化合物自体の両方から約 800 ～ 850 °C のキュリー点を受け継ぎます。コバルトをまったく含まないハードフェライトは 450 °C 付近で頭打ちになりますが、残留磁気が低いため、コスト重視の用途に使用できます。 NdFeB のキュリー温度はおよそ 310 ～ 320 °C であり、室温の NdFeB がチャート上の他のすべてのものを磁化するにもかかわらず、未改質グレードが高温で動作できない理由が説明されています。設計者は、キュリー点の近くで安全に動作する磁石はないことにも注意する必要があります。その限界に達するずっと前に、減磁曲線に曲がりが生じ、負荷がかかると磁束が不可逆的に低下します。実際の連続定格は、ファミリーと磁気回路に応じて、キュリー温度の約 40 ～ 65% の間に収まります。これが、800 ～ 850 °C のキュリー点が 300 ～ 350℃ の Sm2Co17 サービス定格をサポートする理由であり、1000 °C の磁石を誰も販売しない理由です。また、コバルトの添加により NdFeB 評価が上昇する理由も説明されています。コバルトが数パーセントごとにキュリー点を押し上げ、設計マージンを獲得するからです。サプライヤーのデータシートを比較するときは、どちらかの数値だけを信頼するのではなく、キュリー温度と定格動作温度を並べて確認してください。

417 °C 付近での hcp-fcc 遷移

およそ 417 ～ 422 °C の間で、純粋なコバルトは結晶構造を最密六方晶から面心立方晶に変化させます。磁化自体の大きさはほとんど変化しませんが、六方晶相の強い一軸異方性は立方晶相では弱くなり、温度における磁場に対する材料の反応が変化します。磁石製造の場合、移行は主に熱処理と焼結ウィンドウで重要であり、プロセス制御により微細構造が設計者が指定した状態に維持されます。エンドユーザーにとって、これは、400 °C を循環するコバルト含有部品については、数千時間の動作時間にわたる相の安定性と微細構造のドリフトについてサプライヤーと話し合う価値があることを思い出させるものです。

合金と不純物: 磁化の調整

合金化により、コバルトの生の磁化がエンジニアリング材料に変わります。これをほぼ同量の鉄と組み合わせると、実用的な合金の中で最も高い飽和磁束密度が 2.4 テスラ近くのコバルト鉄合金が生成されます。そのため、航空宇宙や高出力密度の機械のモーターの積層板やポールピースで高い評価が得られます。ニッケルを添加すると磁化が弱まります。クロムまたはマンガンを添加すると、強磁性が急速に抑制されます。炭素、窒素、硫黄などの格子間不純物は磁化と加工性の両方を劣化させます。薄膜では、コバルトの六方晶異方性が意図的に利用され、コバルト-プラチナ合金が従来のすべてのハードディスクプラッタ上のビットを保存し、コバルト-鉄-ボロン層が最新の磁気メモリセルの状態を切り替えます。これらすべてにおいて、コバルトは調整要素です。コバルトは彩度を高め、温度耐性を高め、設計者が実際に構築できる異方性を提供します。

コバルト磁化に対する主な脅威は温度であり、主な防御策は合金レシピです。これが、高温磁石に関する真剣な議論はすべてキュリー温度から始まり、組成シートで終わる理由です。

商用磁石内部のコバルト: SmCo、アルニコ、およびコバルト変性 NdFeB

純粋なコバルトは高価であり、それ自体は作動中のモーター内で耐えられるほど磁気的に硬くないため、業界はそれを単独で販売することはありません。代わりに、コバルトの飽和磁化と熱耐久性が他の元素の保磁力と組み合わされます。 3 つの家族がこれを意図的に行っており、4 番目の NdFeB は少量でそのトリックを借りています。

サマリウム コバルト: 熱のために作られた磁化

サマリウム コバルト磁石は、コバルトの高飽和磁化とサマリウム副格子の巨大な結晶磁気異方性を組み合わせます。 1:5 相の SmCo5 は、約 0.8 ～ 0.9 テスラの残留磁気、どの系の中で最も高い保磁力、および 250 ～ 300℃ 近くの最大使用温度を提供します。 2:17 相 Sm2Co17 は、残留磁化を 1.0 ～ 1.15 テスラに押し上げ、エネルギー製品を 25 ～ 32 MGOe に押し上げ、同時に使用温度を 300 ～ 350 °C まで拡張します。どちらも NdFeB よりもはるかに優れた耐腐食性を備えているため、コーティングの要件が軽減されます。これらは、ダウンホールツール内の磁石、航空宇宙用アクチュエーター、産業用モータープログラムの最もホットなスロットです。

コバルトの磁化はサマリウム - コバルトで最も商業的な形態に達し、2:17 系が主力製品です。以下のドーナツ チャートは、典型的な Sm2Co17 焼結磁石のおおよその重量組成を示しています。コバルトがレシピの大部分を占めるため、これらの磁石が要素の熱弾性を利用できるようになります。サマリウムは、コバルトだけでは永久磁石に提供できない強い副格子異方性を提供します。少量の鉄、銅、ジルコニウムが微細構造を調整し、磁化が加工や長時間の熱サイクルに耐えられるようにします。

約 65 重量パーセントのコバルトは Sm2Co17 の構造的骨格であり、その飽和磁化の主な源です。サマリウムは質量の約 4 分の 1 であり、キログラム当たりでは高価に見えますが、保磁力と温度安定性を高めることでその地位を獲得します。サマリウム副格子は巨大な結晶磁気異方性をもたらし、高温の逆磁場ストレス下でドメインの回転を阻止します。 5%近くの鉄は、温度クラスを犠牲にすることなく飽和磁化を押し上げます。 2 ～ 3% の銅は、スローエージング処理中にセル境界に偏析し、ドメイン壁が属する場所に固定されます。 1 ～ 2% のジルコニウムはセルの微細構造を改善し、生産バッチ間で保磁力を一定に保ちます。この組成が、Sm2Co17 の処理に単一の焼結ステップではなく、制御された熱処理に数日かかる理由です。その成果は、1.0 ～ 1.15 テスラの残留磁気、300 °C でほとんどひるむことのない保磁力、および多くの場合厚いメッキを必要としない腐食挙動を備えた磁石です。これを NdFeB と比較してください。NdFeB では、コバルトは数パーセントの補助的な役割しか果たしません。 SmCo の見積りでは、サマリウムとコバルトという 2 つの揮発性金属が 1 つではなく追跡されているため、このレシピでは調達リスクについても説明されています。構成を理解している購入者は、各要素がどの物件を購入するかを正確に知っているため、交渉がうまくいきます。確立されたメーカーであれば、要求に応じて組成範囲とその結果として得られる磁性値を共有します。データシートのこれら 2 行には、グレード名以上のことが記載されています。

アルニコ: オリジナルのコバルト主力製品

アルニコは 1930 年代に遡り、コバルトがどのような役割を果たしているかを示す教科書的な事例として残っています。一般的なグレードには約 8 ～ 35 パーセントのコバルトが含まれており、有名なアルニコ 5 には約 24 パーセント含まれています。コバルトはキュリー温度を約 850 °C まで上昇させ、磁化を安定させ、最大約 1.3 テスラの残留磁気と、業界最高の 1 ℃あたり -0.02 パーセント近くの残留磁気温度係数を生み出します。このファミリーの弱点は保磁力です。アルニコは、その磁界形状や外部磁界に対して容易に消磁するため、設計者は負荷線を尊重し、敵対的な回路条件から遠ざける必要があります。機器、センサー、および高温機械では、安定性が強度を上回る場合に、今でもそれが指定されています。

NdFeB へのコバルトの添加

NdFeB の磁性主力相である Nd2Fe14B のキュリー温度はわずか約 312 °C であり、未修飾グレードでは中程度の温度で限界を迎えます。鉄の数パーセントをコバルトに置き換えると、キュリー温度が上昇し、耐食性が向上し、残留磁気がわずかに減少しますが、これはメーカーが意図的に行っていることです。重希土類の添加と粒界エンジニアリングを組み合わせることで、コバルト改質 NdFeB グレードは 150 ～ 230 °C の連続定格に達します。磁石サプライヤーがモーター プログラムの SH、UH、または EH グレードを見積もる場合、あなたが購入するものの一部は、レシピの残りの部分と一緒に調整されたまさにこのコバルト レバーです。

SmCo は、300 °C を超えても磁化を維持するコバルト主体の化学反応、コバルトで安定化された安定性によるアルニコ、および室温のチャンピオンをモーターグレードの領域に引き上げる少量の添加によるコバルト改質 NdFeB によってその価格を獲得しています。

コバルト着磁を高温モータの磁石選定に応用

モーターは、コバルト磁化が解決するすべての課題に集中しています。銅と鉄の損失がローターを加熱し、電機子磁界が磁石を押し返し、コンパクトな形状で余裕がほとんどありません。したがって、選択は固定の順序で実行されます。最初に温度、2 番目に減磁、3 番目に磁化パターン、そして最後にコストです。

温度クラスが最優先

設置場所の周囲温度ではなく、マシン内の最悪のホットスポットから開始します。電気自動車のトラクション モーター、ハブ モーター、サーボおよびロボットのジョイント モーター、空調用コンプレッサー モーター、エレベーターのトラクション マシン、ソーラー ポンプ ドライブでは、磁石は冷却剤の温度より数十度高い場合があり、磁石自体の内部の渦電流によりさらに温度が高くなります。 2 つの異なる損失を心の中で区別する必要があります。可逆損失は高温時に磁束を減少させ、冷却すると回復するため、予測可能であり、それに合わせて設計できます。温度で磁石を減磁曲線の膝よりも下で駆動することによって生じる不可逆的な損失は、永久的に出力を低下させ、再磁化することによってのみ修正できます。以下の評価表は、各家庭の実質的な上限がどこにあるかを示しています。

キュリー温度は理論上の限界を設定しますが、購入の決定は最大動作温度に基づいて行われます。以下の縦棒グラフは、これまで説明した主要な磁石ファミリーの実際のサービス上限を比較しています。各列は、一般的な回路設計において永久的な磁束損失が発生せずにファミリーが動作する最高連続温度を反映しています。アルニコがリードしているのは、そのコバルトが豊富な格子がモーターの鉄の温度で磁化を失わないためです。 NdFeB がリストの最後に残りましたが、最新の高温グレードは 10 年前には不可能だったレベルに達しています。

一般的な磁気回路におけるおおよその最大連続動作温度。実際の評価は、グレード、形状、作業点によって異なります。

アルニコの 525 °C の天井には引っ掛かりがあります。保磁力が非常に低いため、スチール製の器具の横で不注意に取り扱うと部分的に磁化する可能性があります。 Sm2Co17 は定格温度約 350 °C で、ローターが実際に高温になる場合にほとんどのモーター設計者が選択するファミリーです。 SmCo5 は、特定の設計において、そのヘッドルームのおよそ 100 °C をより単純な冶金と若干低い原材料強度と引き換えに使用します。ハードフェライトは 300 °C 付近で驚くほど高い定格を維持します。これは、残留磁気が弱いにもかかわらず、家電製品や自動車モーターでの耐久性を説明しています。 NdFeB 高温グレードは、重希土類、コバルト添加、粒界工学によって安定化されており、現在 200 ～ 230 °C に達します。重要なニュアンスは、これらの定格が実用的な磁気動作点を想定しているということです。低負荷ライン回路の薄い磁石は、そのファミリーの定格温度の半分で故障する可能性があります。パーミアンス係数、磁石の形状、および電機子の反力はすべて動作点を決定するため、一緒にチェックする必要があります。グラフ全体のパターンに注目してください。250 °C を超えると評価されたすべてのファミリーは、コバルトのおかげでその地位を占めています。これは偶然ではなく、コバルトの磁化とその 1115 °C のキュリー点の直接的な結果です。購入者にとって、このチャートは近道です。まず最悪の場合のホットスポット温度を指定し、価格交渉が始まる前にそれによってファミリーを排除します。有能なメーカーは、室温のデータシートから引用するのではなく、実際のピーク温度で減磁計算を実行します。

永久磁石モーター用 NdFeB アーク磁石 DC、BLDC、サーボ モーター ローター用の湾曲した NdFeB セグメント。モーターの磁石が高温になる場合は、適切な勾配とアーク形状を選択することで動作点を膝より上に保ち、温度による永久的な磁束損失を回避します。 製品を見る→

減磁曲線と膝

ヒステリシス ループの第 2 象限は、永久磁石の設計が重要な部分です。動作点が曲線の上部の直線上にある限り、温度における磁束損失は小さく、可逆的です。曲線が曲がる部分、つまり膝部分では、さらなる応力によって磁区の配列が永久に外れ、磁石は完全な再磁化によってのみ回復できる磁束を失います。動作温度での保磁力は調べるべき数値です。NdFeB は摂氏 1 度あたり約 0.5 パーセントで固有保磁力を失いますが、SmCo はその割合の約 3 分の 1 を失います。磁石の長さと直径の比が自己保護荷重ラインを設定するため、形状も同様に重要です。厚くてずんぐりしたアークは、同じグレードの薄いディスクを平らにしてしまうような減磁に抵抗します。そのため、ローターの磁石の形状は、カタログから選択するのではなく、モーターの設計者と磁石のメーカーの間で交渉されます。

着磁方向と着磁治具

異方性磁石は配列方向に沿ってのみ定格性能を発揮するため、磁化方向は後付けではなく設計仕様になります。モーターのアーク磁石は通常、半径方向に磁化されているため、磁界はエアギャップを通過するか、平行に磁化されており、固定費が安価で、多くの場合適切です。ブラシレス ローターおよびセンサー用のリング磁石には多極パターンがあり、極数に応じた形状の固定具によって円周上に交互の極が形成されます。組み立て前または組み立て後の磁化は、真のエンジニアリング上の決定です。磁化された部品は破片を引き寄せるため、慎重な取り扱いが必要ですが、磁化されていないアセンブリでは、完成したモーターでは許可されない可能性のある治具へのアクセスが必要になります。コバルト自身の六角形の磁化容易軸は、この分野全体の原子スケールの祖先であり、すべての永久磁石が結晶物理学からその方向性を受け継いでいることを思い出させます。

多極着磁NdFeBリング磁石 ネオジム リング磁石は、スピーカー、センサー、発電機、自動車用途に供給されています。リング ローターとセンサーは指定されたラジアル磁化パターンまたは多極磁化パターンに依存するため、この範囲はアライメント方向がどのように組み込まれているかを示します。 製品を見る→

高温モーター用にコバルト変性 NdFeB と SmCo のどちらを選択するか

どちらの家族も普遍的に勝つことはありません。正直な方法は、価格について議論する前に、機械が必要とする真のピーク温度と磁束密度を書き留め、それら 2 つの数値でファミリを選択することです。

最初に最悪の場合のホットスポット温度を指定し、その温度で動作点が減磁曲線の屈曲点よりも上にあることを確認します。これら 2 つのチェックにより、モーターの磁化損失に起因するほぼすべての界磁故障が防止されます。

コバルト含有量が重要な磁石の購入と指定

コバルトは不安定な商品であり、電池業界が世界の供給量の大部分を消費しているため、磁石の購入者は、SmCoの相場に直接コバルトによる価格変動を感じ、さらに穏やかに、高温のNdFeBでも価格変動を感じています。コバルト含有量を固定の与えられたものではなく設計変数として扱う調達戦略により、一貫してコストが向上し、リードタイムが短縮されます。また、誰から購入するかも重要です。在庫形状を再販する卸売業者が温度に関する質問にデータで答えることはめったにありませんが、独自の焼結、研削、磁化、試験を行っているメーカーは答えられます。

見積依頼書に記入する内容

1. 障害または過渡状態を含む、磁石の位置での連続およびピーク動作温度。
2. 減磁曲線は室温だけでなく温度でも変化するため、膝の位置を回路の負荷ラインに対してチェックできます。
3. 磁化方向または多極パターン。フィクスチャの期待値が明示的に記載されています。
4. 精密研磨された円弧は一般にプラスまたはマイナス 0.02 ～ 0.05 mm の範囲の公差を保持するため、極の表面が研磨されているかどうかに注意する寸法公差クラス。
5. NdFeBの場合はニッケル-銅-ニッケルめっき、SmCoの場合はリン酸塩不動態化など、環境に合わせた表面処理が可能です。
6. 測定方法とサンプリングレベル。たとえば、バッチごとのヒステリシスグラフ証明書や安全性が重要な部品の完全な検査など。
7. コバルト市場が変動する場合には、成分のバッチ追跡可能性が不可欠となり、サプライヤーを代替品に誘導します。

項目 2 と 3 は、コバルト磁化の専門知識が発揮される部分です。コバルト改質グレードの膝が 20 °C ～ 200 °C の間でどのように動くかを説明でき、指定されたパターンに社内で磁化できるサプライヤーがパートナーです。グレード名のみを引用するサプライヤーは再販業者です。

カスタム特殊形状ネオジム磁石 NdFeB 磁石は、コネクタや非標準部品向けに、くさび形、段付き、中空、その他のカスタム形状を描画するために作られています。カタログ外の形状の場合は、磁化後に Br、HcJ、磁束を仕様に照らして検証できるサプライヤーが必要です。 製品を見る→

出荷前の着磁確認

3 つの手段が検証チェーンをカバーします。ヒステリシスグラフは、閉回路で完成した磁石の完全な減磁曲線を測定し、グレード仕様に対する Br、HcJ、およびエネルギー積を報告します。材料研究所の VSM である振動サンプル磁力計は、閉回路の固定具では到達できない小さなサンプルや粉末の磁化曲線を測定します。ヘルムホルツまたは治具コイルを備えた磁束計は、磁化された部品の総磁束を大量のチェックに十分な速さで測定します。磁化されたアセンブリの場合、ガウスメーター マッピングにより、磁化治具が刻印するはずの磁極パターンが検証されます。測定されたことのない磁化は仕様ではなく噂であるため、サプライヤーがこれらのうちどれを社内で運用しているのか、またどのようなサンプリング レートで運用しているのかを尋ねてください。

コバルトに関するコストと供給リスクの管理

3 つの実用的なレバーにより、パフォーマンスを犠牲にすることなくコバルトの曝露を削減します。まず、過度に仕様を指定しないでください。180 °C に達することのない部品の 350 °C 性能にお金を支払うと、合金プレミアムと設計マージンの 2 回、お金が無駄になります。次に、コバルト修飾 NdFeB がフラックスを運び、SmCo が最も高温のゾーンにのみ現れるハイブリッド設計を検討します。第三に、組成とテストの要件を長期契約に固定することで、コバルト価格の高騰によって箱に届くものがひっそりと変更されることがなくなります。柔軟なカスタム形状に対応できるメーカーは、4 番目のレバーを追加します。これは、より高価なグレードで解決が求められていた熱の問題が、より適切な形状の磁石によって解決されることが多いためです。

最悪の場合の温度、その温度での減磁曲線、および磁化パターンをすべての RFQ に記入してください。これらの 3 行により、実際のコバルト磁化制御を備えたメーカーとグレード名を引用する再販業者が区別されるからです。

コバルト磁化に関するよくある質問

サプライヤーがパンフレットの言葉ではなく測定データを使ってこれら 6 つの質問に答えることができれば、そのコバルト磁化制御は本物であると言えます。

コバルト磁化は、鉄に次ぐ飽和磁化、競合他社が近づけない約 1115 °C のキュリー温度、磁化を置かれた場所に向け続ける六方晶異方性という珍しい組み合わせによって、磁石工学の中心的な位置を獲得しています。純粋なコバルトが製品になることはほとんどありませんが、SmCo、アルニコ、コバルト鉄積層、およびコバルト変性 NdFeB はすべて同じ原子源から高温の​​信頼性を引き出します。モーター プログラムの場合、実際の手順はプロジェクト全体で同じです。つまり、最悪の温度を固定し、その温度での減磁曲線を検証し、磁化方向をロックして、コストと供給を最適化します。

仕様に約 150 °C を超える連続使用が含まれる場合は、コバルト含有量、粒子の配列、磁化治具をカタログの列としてではなく、制御および測定するプロセス変数として扱う磁石メーカーと協力してください。これが、室温でデータシートを満たしている磁石と、高温のローター内で 1 年間もデータシートを満たしている磁石との違いです。

関連リソース

コバルトの 2 番目の飽和磁化とその記録的な 1115 °C キュリー温度は、250 °C 以上の温度でも耐えられるすべての磁石ファミリーがコバルトで構築されている 2 つの理由です。