ボンド・ネオジム・マグネット
圧縮ボンド磁石としても知られるネオジム磁石は、ネオジム鉄ボロン磁性粉末とポリマーバインダーの混合物から作られる永久磁石の一種です。焼結によって作られる従来のネオジム磁石とは異なり、ボンド磁石は磁性粉末を高圧下で所望の形状に圧縮することによって形成されます。
ボンドネオジム磁石のポイントは以下の通りです：製造工程：製造工程では、ネオジム鉄ボロン（NdFeB）磁性粉末をエポキシやナイロンなどの高分子バインダーと混合し、金型を使って目的の形状に圧縮します。
圧縮後、材料を硬化させてバインダーを固め、接着ネオジム磁石を形成する。特性：ボンドネオジム磁石は、一般的に焼結ボンドネオジム磁石に比べて磁気特性が低い。磁気強度や保磁力（減磁に対する抵抗力）が低いことが多いが、複雑な形状や厳しい公差での製造が可能である。用途ボンドネオジム磁石は、特有の特性が有利な様々な用途に使用されています。
これには、小型モーター、センサー、磁気カップリング、民生用電子機器、自動車部品、医療機器、産業機器の磁気アセンブリなどが含まれる。利点複雑な形状：ボンド磁石は、焼結磁石では困難または不可能な複雑な形状の製造が可能です。
耐食性：ポリマーバインダーは腐食に対してある程度の保護を提供するため、ボンド磁石は特定の環境に適しています。費用対効果：ネオジムボンド磁石の製造工程は、焼結磁石の製造よりも安価であり、特に中小規模の生産に適しています。
制限事項磁気特性の低下：ボンドネオジム磁石は、一般的に焼結磁石に比べて磁力と保磁力が低い。温度感受性：ボンド磁石に使用される高分子バインダーは高温に弱く、使用できる温度に制限があります。
概要：ネオジム永久磁石風力タービンは、高い磁気性能を持つ焼結ネオジム鉄ボロン永久磁石を使用している。保磁力は、磁石が高温で磁性を失うのを防ぐのに十分なほど高い。磁石の寿命は、母材と表面の防錆処理に依存する。NdFeB磁石の防錆は製造から始める必要があります。
キーワード：永久磁石風力タービン、高性能焼結ネオジム、磁石の信頼性
I.はじめに
ダイレクトドライブ永久磁石風力タービンは、ファンのインペラを直接駆動して発電機を回転させるため、従来の交流励磁二重給電非同期風力タービンで必要だった増速ギアボックスが不要となり、運転中のギアボックスの故障やメンテナンスを回避できる。
同時に、ネオジム永久磁石風力タービンは永久磁石励磁を採用し、界磁巻線がなく、ローターにコレクターリングやブラシがないため、構造がシンプルで信頼性の高い運転が可能です。1993年にドイツのEnercon GmbHが初の大型直接駆動永久磁石風力タービンを開発してから、2008年には新疆金風科技有限公司が数百台の1.5MW直接駆動永久ボンドネオジム磁石風力タービンを生産した。風力タービンと永久磁石風力タービンの開発は上昇傾向にある。中国の永久磁石風力タービンの全体的なレベルは、世界の最前線にある。
風力タービンの作業環境は非常に厳しい。高温、厳しい寒さ、風や砂、湿度、さらには塩水噴霧にも耐えなければならない。風力タービンの設計寿命は一般的に20年である。現在、小型風力タービンもメガワット級の永久磁石風力タービンも、ネオジム磁石を接合した焼結ネオジム磁石を使用しています。そのため、NdFeB永久磁石の磁気パラメータの選択と磁石の耐食性に対する要求は非常に重要である。
2.永久磁石風力タービンに使用されるNdFeB焼結体の代表的な磁気特性
NdFeB永久磁石は、第3世代の希土類永久ボンドネオジム磁石と呼ばれ、これまでで最も高い磁気性能を持つ永久磁石材料である。焼結NdFeB合金の主相は金属間化合物Nd2Fe14Bであり、その飽和磁気分極強度（Js）は1.6Tである。
焼結NdFeB永久磁石合金は、主相Nd2Fe14Bと粒界相で構成され、Nd2Fe14B結晶粒の配向はプロセス条件によって制限されるため、磁石の現在の最大残留磁束は1.5Tに達することができる。
ドイツの真空製錬会社（Vacuumschmelze GmbH）は、最大磁気エネルギー積（BH）57MGOeのNdFeB磁石を生産している。国内のNdFeBメーカーは、最大磁気エネルギー積53MGOeのN50グレード磁石を生産できる（編集部注：この記事は2010年に掲載されたものです。現在、技術の発展に伴い、最大磁気エネルギー積53MGOeのN54グレードの磁石が市場に出回っている。55MGOe）。
合金の主相の割合を増やし、結晶粒の方位と磁石の密度を増やすことで、磁石の最大磁気エネルギー積を増加させることができますが、単結晶Nd2Fe14Bの最大磁気エネルギー積の理論値64MGOeを超えることはありません。
NdFeBの室温での減磁曲線はほぼ直線である。そのため、永久磁石モータを設計する際には、高いエアギャップ磁気密度を得るために、高品位のNdFeB（すなわち、BH maxが高い材料）が選択されることが多い。
モーター運転時には、交番減磁界の存在や負荷急変時の瞬間的な大電流による減磁作用により、保磁力が十分に高いネオジム磁石を選定する必要があります。
合金にジスプロシウム（テルビウム）などの元素を加えると、ネオジム磁石の固有保磁力（jHc）は増加するが、それに伴って磁石の残留磁化（Br）も低下する。そのため、風力タービン用の高性能NdFeB磁石は、保磁力と残留磁化の両方を考慮する必要があります。
3.NdFeB 永久磁石ボンドネオジムの温度安定性
風力発電機は大自然の中で活動するため、暑さ寒さが厳しく、同時にモーター損失によりモーター温度も上昇します。上表の焼結NdFeBボンドネオジム磁石は120℃で使用可能である。NdFeB永久磁石合金のキュリー温度は約310℃である。
磁石の温度がキュリー点を超えると強磁性から常磁性に変化する。キュリー温度以下では、NdFeBの残留磁化は温度の上昇とともに減少し、その残留磁化温度係数α (Br)は-0.095~-0.105%/℃である。
NdFeBの保磁力も温度が上昇するにつれて低下し、保磁力温度係数β (jHc)は-0.54~-0.64%/℃です。モータ設計の最高使用温度でもボンドネオジム磁石の保磁力が十分高くなるように保磁力を選定してください。
NdFeB永久磁石材料の残留磁束と保磁力は相補的である。重希土類元素であるジスプロシウム(Dy)とテルビウム(Tb)を合金に添加すると、磁石の保磁力を大幅に増加させることができます。保磁力が増加すると、それに伴って残留磁化と最大磁気エネルギー積が減少します。明らかに、風力タービン用の高保磁力磁石の選択は、残留磁気と最大磁気エネルギー積を犠牲にしなければなりません。
4.風力発電用ネオジム磁石の磁気特性の一貫性
NdFeBボンドネオジム磁石は、保護雰囲気または真空下で主要な製造工程が完了する特殊な粉末冶金プロセスを使用して製造されています。NdFeBグリーンボディは、非常に強い（～1.5T）磁場中でプレスされる。NdFeB磁石のサイズは、この特殊なプロセス条件によって制限される。
大型永久磁石風力タービンは通常、数千個のネオジム磁石を使用し、ローターの各磁極は多数の磁石片で構成される。ローター磁極の整合性には、寸法公差と磁気特性の整合性を含む磁性鋼の整合性が必要です。いわゆる磁気特性の整合性には、個体間の磁気特性の偏差が小さいこと、1個の磁石の磁気特性が均一であることが含まれます。
磁性鋼の磁性には、見かけの磁性と固有の磁性の2種類がある。磁性鋼のいわゆる見かけの磁性は、ネオジム磁石を接合した開回路磁束と表面磁界強度を測定することができます。磁性鋼の見かけの磁性は、磁性鋼の形状と磁化状態に関連しています。磁性鋼の本質的な特性は、試料の減磁曲線を測定することによってテストされます。
減磁曲線はヒステリシスループの一部であり、永久磁石材料の再着磁特性を反映しています。磁性鋼サンプルの減磁曲線を測定するには、測定前にサンプルを飽和磁化する必要があります。
単一の磁石の磁性が均一であるかどうかをテストするには、磁石をいくつかの小片に切断し、それらの減磁曲線を測定する必要があります。製造工程では、ボンドネオジム磁石鋼の炉の磁性が一定であるかどうかをテストするために、焼結炉のさまざまな部分から磁石鋼をサンプルとして抽出し、サンプルの減磁曲線を測定する必要があります。測定装置は非常に高価であり、測定される全ての磁石鋼材を確実に揃えることはほとんど不可能だからです。そのため、完全な製品検査はできない。NdFeBの磁気特性の一貫性は、生産設備と工程管理によって保証されなければならない。
5.NdFeBの耐食性
NdFeB合金は活性希土類元素を含み、酸化しやすく錆びやすい。NdFeB が封入され、空気や水から隔離されていなければ、NdFeB の表面防錆処理が必要である。一般的な防錆処理には、ネオジム磁石を接着した電子ニッケルめっき、電気泳動亜鉛めっき、電気泳動エポキシ樹脂などがある。表面リン酸塩処理は、比較的乾燥した環境において、短期間でネオジム鉄の腐食を防止することができる。
希土類金属間化合物は、ある圧力と温度で水素と反応することができる。NdFeBは水素を吸収した後、熱を放出して破砕する。NdFeBの製造工程における水素の破砕は、NdFeBボンドネオジム磁石のこの特性を利用している。使用上の観点からは、ネオジム磁石の水素破壊は有害である。厳密に言えば、ネオジム磁石の腐食は加工工程から始まる。切削・研削後の脱脂、電気メッキ前の酸洗、電気メッキ工程はすべてネオジム表面層に影響を与える。不適切な処理は、不適格なコーティング品質（ピンホールなど）やNdFeB表面層とコーティングの間の弱い結合をもたらす可能性があります。
異なる製造業者によって製造された同一ブランドのネオジムボンド磁石の磁気特性は基本的に同じであるが、合金の組成、特にボンドネオジム磁石の微細構造の違いがあることは注目に値する。優れた性能と優れた耐食性を持つ磁性鋼は、結晶粒が細かく均一で、磁石密度が高いという特徴を持っています。下の2枚の焼結ネオジム磁石の金属組織写真では、左の磁石は結晶粒が細かく均一であるのに対し、右の磁石は結晶粒が大きく不均一である。
6.NdFeBボンドネオジム磁石の信頼性試験
風力発電機の設計寿命は20年であるため、電磁鋼板は20年間、磁気性能の著しい減衰がなく、電磁鋼板の著しい腐食がないことが要求される。風力発電用電磁鋼板のメーカーやユーザーは、以下の試験・検出方法を用いて、電磁鋼板の評価・検査を行うことができます。
重量減少試験：10mm×10mm×12mmの長方形の黒色片を試料とし（高さ12mmが磁化方向）、標準雰囲気2気圧、湿度100%、温度120℃の環境下に置く。48時間後に取り出し、酸化膜を除去する。除去時の重量減少は0.2mg/cm2以下である。
熱減磁試験：120℃×4hr、開回路磁束損失3%以下。
高温および低温衝撃試験：40℃から120℃までの高温と低温を3サイクル繰り返した後、開回路磁束損失は3%以下である。
塩水噴霧試験や温湿度試験は、電気メッキやその他の防錆コーティングを評価する方法である。
熱膨張係数、熱伝導率、抵抗率、機械的強度など、その他の物理的特性はすべて、磁性鋼の使いやすさと信頼性にさまざまな度合いで影響する。
