磁気カップリングのための磁石とは？完全ガイド

磁気カップリングは、物理的な接触なしに駆動・従動部品間でトルクを伝達する独創的な装置です。これにより、ポンプで送られる液体やガスは密閉されたまま、封じ込められたバリアを通して動力を伝達することができます。

磁気カップリングの心臓部には、逆極性に配置された永久磁石がある。磁石が回転すると、同期した磁界が発生し、互いに回転力を及ぼし合う。これにより、駆動部品と被駆動部品が機械的ではなく磁気的に結合される。

しかし、どのような磁石が磁気カップリングに最適なのだろうか？また、そもそもなぜ磁石の選択が重要なのでしょうか？

この完全ガイドでは、プロフェッショナルとして 磁気カップリングメーカーここでは、マグネット・カップリング用の磁石の選び方について、必要な知識をすべてご紹介します：

• 磁気カップリングにおける磁石の役割
• 主な磁石の特性と性能
• 一般的なカップリング用磁石材料
• 設計とエンジニアリングに関する考察
• 磁気回路のテストと検証

そのほかにもたくさん。さあ、始めよう！

磁気カップリングで磁石が重要な理由

永久磁石は、磁気カップリングの機能の中心に位置しています。その特性は、磁気トルク伝達の性能と信頼性を本質的に決定します。

同期した磁場を発生させることで、磁石は入力部品から出力部品への回転力の非接触伝達を容易にする。

磁気カップリング用の磁石は、熱、腐食、振動、衝撃荷重を伴う厳しい環境においても、一貫した強度と安定性を提供する必要があります。

減磁は性能を著しく低下させます。そのため、磁石は磁性を失うことなく長時間の使用条件に耐えなければなりません。

最適な磁性材料を選択し、堅牢なマグネット・アセンブリを設計することで、メーカーは磁気カップリング・システムの効率、耐久性、信頼性を高めることができます。

磁気カップリングのための磁石の主要特性

磁石が磁気カップリングの用途でどの程度うまく機能するかは、いくつかの重要な要素によって決まります：

1.磁気強度と安定性

これは永久磁石がどれだけ強く磁界を発生させることができるかを示しています。磁束強度が大きい高強度磁石は、弱い磁石に比べてエアギャップを介してより大きなトルクを伝達することができます。

磁気安定性とは、熱、振動、腐食などの使用条件下での減磁に対する耐性を指します。製品寿命を通じて安定した磁性は、一貫した磁気カップリング性能を保証します。

2.温度定格

これによって動作温度範囲が決まる。磁石は最大動作点を超えると強度が低下します。そのため、より高い温度定格は、減磁の問題を伴わずに熱を伴う用途に対してより広い窓を提供します。

3.耐食性

磁石は、性能を低下させることなく使用環境に耐えなければなりません。ポンプカップリングは、湿気、酸、その他の化学薬品にさらされることがよくあります。適切なコーティングや耐食性材料は、これを達成するのに役立ちます。

4.機械的強度

セラミックのような脆性材料は、磁気強度は高いが機械的耐久性は低い。そのため、機械的ストレスに耐えるための支持構造が必要です。高い機械的強度を持つように設計された磁気回路は、破壊の問題を防ぎます。

適切な材料選択とエンジニアリングによってこれらのパラメータを最適化することで、磁石は磁気カップリング製品の寿命まで卓越した性能を発揮することができます。

磁気カップリングのための磁石とは：いくつかのタイプ

様々な永久磁石材料が、動作要件やコストに応じて磁気カップリングアセンブリに使用されています。

1.フェライト磁石

酸化鉄と炭酸ストロンチウムまたは炭酸バリウムを組み合わせたこのセラミック磁石は、250℃以上の高温を伴わない低～中程度のエネルギー用途に適しています。

キー・プロパティ

• 0.4テスラまでの中程度の磁束密度
• 250℃以下の取り扱い温度
• 低コスト
• 湿潤環境での腐食保護が必要

一般的な構成には、磁気回路に組み立てられたロッド、ディスク、ブロック、リング形状がある。

2.サマリウム・コバルト磁石

減磁に対する高い耐性と350℃までの熱安定性を提供するサマリウムコバルトは、過酷な環境での信頼性においてフェライトやアルニコ磁石を凌駕します。

キー・プロパティ

• 高い磁力
• 350℃までの温度定格
• 優れた耐食性
• 振動と衝撃荷重に耐える

1:5と2:17のグレードはコバルト含有量が高い。しかし、低コバルトの5:3グレードは、よりコスト重視の用途に適している。

3.ネオジム鉄ホウ素磁石

現在市販されている永久磁石の中で最も強力なネオジム磁石は、より高いトルク密度を実現する磁気カップリングの小型化を可能にします。その優れた価格性能比により、広く普及しています。

キー・プロパティ

• 1.4テスラを超える超高磁束密度
• 約180℃の温度定格（エンジニアリングにより温度上昇可能）
• コーティングしないと腐食しやすい
• 構造的な支えを必要とする脆い素材

ネオジム磁石には、腐食を防ぐためにニッケル銅ニオブやエポキシコーティングが施されていることが多い。また、ステンレス製の筐体は、湿った環境での劣化からマグネットアセンブリを保護します。

4.アルミニウムニッケルコバルトマグネット

減磁に強く、500℃まで安定した性能を発揮するアルニコ磁石は、航空宇宙用磁気カップリングなどの高温用途に適しています。外部コーティングなしで動作する能力は、極端な熱に耐えるために価値があることを証明しています。

キー・プロパティ

• 最高550℃まで対応
• 減磁に強い
• セラミック磁石やフェライト磁石よりもコストが高い
• 0.7テスラ前後の低磁束密度

必要な形状に鋳造されたアルニコマグネットは、カップリングのトルク伝達に必要な磁束密度を供給するためにクラスターに組み立てられる。

5.フレキシブルマグネット

ビニールやプラスチックのような柔軟な樹脂マトリックスにフェライト粉末やネオジム粉末を結合させたフレキシブル磁石材料は、組み立てを容易にし、磁石層を薄くすることでカップリングの小型化を可能にする。

キー・プロパティ

• シートまたは押出プロファイルで入手可能
• 機械的に堅牢
• 比較的低い磁力
• 補強なしでは減磁しやすい

フレキシブルボンド磁石のエネルギー密度は限られているため、厚みを増すか構造的な裏付けがない限り、要求の厳しい用途には適さない。

磁気カップリング設計の考慮点

エンジニアは、磁気カップリングの設計中に、以下のようないくつかのパラメータを考慮する：

動作条件： これは、磁石が遭遇すると予想される温度、湿度、振動レベル、衝撃荷重、化学物質への暴露をカバーします。保護メカニズムは、それに応じて磁気回路に組み込まれます。

トルク要件： 負荷特性はトルク伝達の必要性を決定する。高負荷では、十分な回転力を得るために、より強力な磁場とポールシューのような増幅機構が必要となる。

エアギャップ寸法： スペースの制約により、磁石の厚さや磁極の寸法などが決まります。エアギャップの最小化は磁気カップリングの効率を高めます。しかし、最小ギャップは機械的なクリアランスのために必須であることがわかります。

渦電流の最小化： 導電性の金属要素で作られた従来の格納容器は、回転磁界下で渦電流を発生させ、カップリングを加熱する傾向があります。適切な非導電性材料は、このエネルギーの浪費を防ぎます。

磁気回路の最適化： などの要因がある。 透過率 係数と漏れ磁束は、与えられたスペース、材料、コストの制約の中で磁気結合効率を最大にするように微調整される。

磁石の性能試験

マグネット・サプライヤーやマグネット・カップリング・メーカーは、製品開発や品質保証において様々なテストを行っています：

コンピュータ・シミュレーション： 有限要素解析ソフトウェアは、磁場分布と漏れ磁束を可視化し、磁石の形状や組み立て方法の改善点を特定するのに役立ちます。

磁気強度試験： ガウスメーターは磁石の表面磁束密度を測定し、一貫性と仕様への適合性を保証します。

温度テスト： 磁石は、熱安定性を検証するために保証された高温への長期暴露を含む、使用温度範囲にわたる試験を受けます。

トルク測定： テストベンチの配置は、トルク出力、剛性、その他のパラメータを室温と動作温度帯の両方で特性評価し、予想されるフィールド性能を定量化するのに役立ちます。

このような特性評価と改良により、磁気カップリングの磁石アセンブリは、製品寿命を通じて卓越した磁場性能を発揮します。

結論として

このガイドでは、磁気カップリングに使用される一般的な磁石の選択肢、探すべき重要な特性、設計上の注意点、および試験について説明します。ネオジム磁石を使用したカップリングは、その効率と信頼性がますます向上しており、産業用オートメーションシステムで重要な位置を占めています。

お客様の特定の要件に適合する最適な磁気カップリング・ソリューションを決定するには、設計段階の早い段階で専門家によるエンジニアリング・チームにご相談いただき、適切なご提案とカスタマイズ・サポートを受けてください。