大型フェライトリング・マグネット
ネオジム磁石ほど強力ではありませんが、大型のフェライトリング磁石もさまざまな用途でよく使われています。フェライト磁石はセラミック磁石としても知られ、酸化鉄と他の金属元素の組み合わせから作られています。
大型フェライトリング磁石が使用される用途をいくつかご紹介します：
スピーカー：大型のフェライト・リング・マグネットは、ボイスコイルと相互作用して音を出す磁界を作るスピーカーによく見られる。
電気モーターと発電機ファン、ポンプ、家電製品など、さまざまな産業用および家庭用の電気モーターや発電機に使用されている。
マグネットカップリングフェライトリング磁石は、ポンプやミキサーで一般的に使用される、物理的な接触なしで2つの回転シャフト間のトルクを伝達する磁気カップリングに使用することができます。
磁気分離器：大きい亜鉄酸塩リング磁石はまた磁気分離器に食糧、化学薬品および鉱物のような材料から鉄の汚染物を取除くのに使用することができます。
MRI装置（低磁場MRI用）：高磁場MRI装置ではネオジム磁石ほど一般的ではないが、一部の低磁場MRI装置ではフェライト磁石が医療用イメージングに使用されている。
水処理システム：水処理システムで使用され、水から鉄やその他の汚染物質を除去する。
大型のフェライトリング磁石は、一般的にネオジム磁石よりも手頃な価格で、減磁に対する耐性も高いが、磁力も著しく低い。しかし、高い磁力を必要としない多くの用途に適しています。
磁気モーメントと磁束：コイル定数で換算可能
磁気モーメントは、強磁性材料、特に永久磁石材料の磁気強度を表す重要なパラメータです。オープン回路磁気モーメントは、完成した永久大型フェライトリング磁石の工場認定指標の1つです。国内永久磁石工業は磁気モーメントを測定するのに引き抜き方法を使用します。一般に、磁気モーメントを測定するためにこの方法を使用するもう一つの重要な用途は、大型永久磁石の均一性をサンプリングすることです。
この試験は、基本的に風力発電や電気自動車に使用される永久大型フェライトリング磁石に要求されます。我が国は、永久磁石材料の閉磁路磁性を測定するための標準GB3217-2013を策定していますが、上記の要件に適用される開回路磁気モーメント測定のための関連する方法規格はありません。
現在の国際規格はIEC60404-14（強磁性体の磁気双極子モーメント試験のための引っ張りまたは回転法）であり、私の国でもすでに同様の規格を策定中である。
厳密に校正されたコイル定数kのヘルムホルツコイルで開回路試料を測定することにより、磁束値を得ることができ、磁束値から材料の磁気モーメントMを計算することができる。
磁束計とヘルムホルツ・コイルを使って磁石の磁気モーメントを測定する計算式は以下の通り：
M = k * Ф、ここで
Mは磁石の磁気モーメントを表し、単位はWb-cm-1。
kはコイル定数を表し、単位はcm-1（コイル定数が単位変化すると磁気モーメントの単位も変化する）
Фは磁束の値、単位：Wb
製造や取引の過程で、完成品や特殊形状の永久磁石の磁気モーメントを測定する場合、コイルを開放回路で引っ張って測定するのが一般的です。しかし、一般的には企業が独自に測定器を製作し、コイルを受け取っています。校正や操作技術など様々な要因に影響され、測定の再現性は低い。
テストコイルの校正には、ゼロ磁場環境で定常電流を流して磁場の大きさを調べ、テストコイルの定数を求める必要がある。しかし、真のゼロ磁場実験室は世界中に数えるほどしかなく、テストコイルの校正を業界で推進するのは難しい。テストコイルの校正の欠如は、テストの正確性と信頼性に直接影響し、ひいては貿易紛争をもたらす可能性がある。
磁気モーメントと残留磁気：機能的な関係があり、大型フェライトリング磁石のサイズと密接な関係がある。
大型フェライトリング磁石の磁束または磁気モーメントが既知である場合、磁石の形状および寸法が既知であれば、永久磁石材料の透磁率係数Pcを計算することにより、磁石のBr、HcBおよび(BH)max値を求めることができ、その逆も同様である。しかし、形状、寸法、および残留磁束があれば、磁石の磁気モーメントを計算することができます。
透磁率係数 Pc
永久大型フェライトリング磁石は開回路状態で動作します。開回路状態の磁石は減磁界の作用下にあるため、永久磁石の作動状態での磁気誘導強度は閉回路状態のBr点ではなく、Brより低い減磁曲線になります。磁石上のある点を永久磁石の動作点といい、上図のD点などがこれにあたります。
動作点は、減磁曲線の形状と動作条件下での磁石の減磁場の大きさに関係します。動作点Dと原点Oを結ぶ直線を負荷線と呼びます。その傾きは磁石の減磁率に関係します。負荷線の傾きは透磁率とも呼ばれ、Pc（パーミアンス係数）で表されます。
Pc=BD/ HD=μ0(1-1/N)またはPc=1-4π/N
減磁係数は大型フェライトリング磁石の幾何学的形状と密接に関係しているため、Pc値の大小は磁石の形状や大きさと密接に関係している。磁化方向が細長いほど減磁係数は小さくなります。磁化方向が平坦なほど減磁係数は大きくなります。0<N<1 または 0<N<4π.
焼結大型フェライトリング磁石のサイズと残留磁束から、磁気モーメントと磁束を計算するには？
1-形状とサイズから磁石の体積とPc値を計算する。
2- BrとBdiの関係からBdiを計算する。
注：Bdiは固有磁束密度、回復透磁率μrec=Br/HcB（焼結NdFeBでは一般に1.05が推定値として使用されている）を意味する。
3- Bdi=磁気モーメント/体積に従って、磁石の磁気モーメントを逆算する。
4.磁気モーメント M = k * Ф により、コイル定数 k が決まれば磁束 Ф をシミュレートして計算することができます。
ご注意ください：
上記の方法で計算された磁気モーメントは理論上の推定値であり、実測値とは異なることが多い。これは、磁石自体の結晶構造や外部環境、テストコイルである大型フェライトリング磁石の影響によるものです。
インターネットで磁気モーメントの計算機や計算モデルを検索することができます。これらの計算機では、ほとんどの場合、回復透磁率μrecが1.05に設定されており、磁石自体の残留磁化や保磁力を用いて計算されていません。そのため、磁気モーメントは参考程度にしか使えません。
磁気モーメントと磁束の概念は、フェライト磁石や大型フェライトリング磁石を含む磁石の挙動を理解する上で基本的なものである。
磁気モーメント：
磁気モーメント（μ）とは、磁石の磁場の強さと向きを示す尺度である。ベクトル量であり、磁石の磁極の強さと向きの両方を示す。
棒磁石の場合、磁気モーメントは磁石の南極から北極を指す。
物理的な性質としては、磁気モーメントは磁石の磁極の強さと磁極間の距離の積に関係している。
フラックス
磁束(Φ)とは、ある表面を通過する全磁場のこと。スカラー量であり、与えられた面積を貫通する磁力線の合計を表す。
磁束の単位はウェーバー（Wb）。
さて、次は磁気モーメントと残留磁化の関係についてである：
磁気モーメントと残留磁気：
残留磁気は磁石の特性で、磁場を取り除いたときに材料に残る残留磁気誘導を表す。
磁気モーメントと残留磁気は関連しているが、直接比例しているわけではない。残留磁化は、外部磁場が取り除かれたときに磁石が磁化を保持する能力とより密接な関係がある。
磁石は、特定の方向に磁化されると、一定の磁気モーメントを持つ。残留磁気モーメントとは、磁化力が取り除かれた後に、その磁気モーメントがどれだけ残っているかを示す。
ネオジム磁石とフェライト磁石について：
ネオジム磁石は通常、フェライト磁石に比べて残留磁化が高く、磁化された後の磁化をより多く保持する。
ネオジム磁石は一般に、フェライト磁石に比べて磁場が強いため、大きなフェライトリング磁石に比べて磁気モーメントが大きい。
つまり、磁気モーメントが磁石の磁場の強さを表すのに対し、残留磁気モーメントは、外部磁場を取り除いたときに、その磁気モーメントがどれだけ保持されるかを示す。
1.静的消磁
磁石の元の磁化方向とは逆の磁場を加える。この逆磁界の強さは、磁界を取り除いたときに磁性体の磁気誘導強度がゼロになるようにする。その結果得られる磁気的に中性な状態を静磁気的中性状態と呼びます。
ヒステリシス曲線において、第2象限の赤い線分は減磁曲線を表しています。つまり、大型フェライトリング磁石の磁化方向と逆の磁界を印加すると、逆磁化磁界強度が大きくなるにつれて、磁石の磁気誘導強度は減少します。着磁磁界強度が-Hcに達すると、磁石の磁気誘導強度は0に低下し、磁石は磁性を失う。
ヒステリシスループは室温で測定されます。磁石が異なる使用温度で減磁すると、下図のように減磁曲線が異なります。従って、異なる温度条件下で減磁するために印加する逆磁界強度は異なります。
(写真はインターネットから）
2.動的消磁
磁性体に十分な強さの交番磁界をかけ、交番磁界の振幅を徐々に0にする。
この方法の原理は、ワークを交番磁場中に置き、ヒステリシスループを利用して消磁することである。交番磁場の振幅が徐々に減衰するにつれて、ヒステリシスループの軌跡は小さくなっていきます。磁場が徐々に減衰してゼロになると、ワークの残留磁気はゼロに近づきます。
減磁の原理を下図に示す。ここから、減磁時の電流と磁界の方向と大きさの変化は、整流と減衰を同時に行わなければならないことがわかります。
(1) 交流消磁
交流で電磁化されたワークを交流で消磁するもので、パス方式と減衰方式がある。
小・中型ワークの一括脱磁には、トラックとキャリッジを装備した脱磁機にワークを載せるのが最適です。脱磁時は、大型フェライトリング磁石コイルの30cm手前のキャリッジにワークを載せます。コイルが通電しているときは、ワークをトラックに沿って移動させます。 トラックはコイル内をゆっくりと通過し、コイルから1m以上離れたところで非通電になります。脱磁のために脱磁器に載せられない重いワークや大きなワークの場合は、ワークの上にコイルを載せることもできます。通電中はコイルをゆっくり通過させ、ワークから1m以上離して通電を遮断する。
