永久磁石モーター
永久磁石モーターは、動作に必要な磁界を発生させるために永久磁石モーターを使用する電気モーターである。電線のコイルに電流を流すことで作られる電磁石を使用する従来の電気モーターとは異なり、永久磁石モーターは構造内に磁石が埋め込まれている。
私たちは主に、NdFeBのような永久磁石モーター材料の磁気の発生と保存を利用しています。磁性材料の最も基本的な機能ニーズはこれです。では、磁石の磁気を発生・維持する能力はどのように定量化できるのでしょうか。残留磁束Br、保磁力Hcb、固有保磁力Hcj、そして最大磁気エネルギー積BH（max）が、私たちが通常利用する4つの指標です。
前述の症状を完全に理解するためには、まず減磁曲線を理解する必要があります。着磁された永久磁石モータートは、永久磁石材料が最初に着磁されなければならないため、動作中に磁性に有害ないくつかの要素の影響に耐えることができなければなりません。磁石の全性能は減磁曲線によって正確に表すことができます。
永久磁石のヒステリシスループの例を上の画像に示します。磁化曲線は第1象限、減磁曲線は第2象限、逆減磁曲線は第3象限の永久磁石モーターに位置しています。
印加磁界強度Hは横軸で、磁気分極強度Jと磁気誘導強度Bは縦軸で示されている。
つまり、磁石の内部磁界は磁気分極強度Jで表され、磁石の外部磁界と内部磁界が加算されて磁気誘導強度Bとなる。
減磁曲線は、4つの磁気性能パラメータ（残留磁化、保磁力、固有保磁力、最大磁気エネルギー積）の源である。
上図の青線はB-H減磁曲線（磁気誘導強度Bと外部磁界Hの変化曲線）、赤線はJ-H減磁曲線（磁気分極強度Jと外部磁界Hの変化曲線）として知られ、固有減磁曲線永久磁石モーターとも呼ばれる。
各磁区は小さな箱で表されている。磁石は多数の磁区から構成されており、矢印は自発的に起こる磁化の方向のC軸を表している。
磁区を概念化する1つの方法は、小さな磁石を 矢印は磁区の自発磁化の方向のC軸を表し、多数の磁 区から構成される。図1に示すように、磁気的に中性な状態の永久磁石、つまり基本的に磁化されていない磁石は、磁区のほとんどが同じ座標の永久磁石モーターにあるが、その方向は互いに打ち消し合うため、外界からは見えない。
磁化方向に沿って磁場を印加すると、図2と図3に示すように、磁区は磁区壁を介して徐々に移動・回転し、C軸方向が同じ方向を向くようになる。これが磁化曲線である。
飽和磁化と呼ばれるときの磁石の対応する磁気分極強度値が飽和磁気分極強度Jsである。
磁石が飽和して磁化されると、外部磁場は取り除かれる。図からわかるように、ほとんどの磁区は依然として同じ方向を保っている。図4から、ほとんどの磁区が同じ方向を保っていることがわかります。少数の磁区はわずかに回転しますが、主な方向は図4に示すように変わりません。このようにして、磁石の磁気誘導強度と磁気分極 強度は高い値を維持します。
この値は残留磁気誘導強度Brまたは残留磁気分極強度Jrと呼ばれる。直感的に理解できるのは、外部磁界が着磁された飽和永久磁石モーターから取り除かれた後である、
外部磁界を印加したときに、磁石に残る磁気誘導強度Bまたは磁気分極強度J。Hが0のとき、Br=Jrとなり、Brで表すことが多く、これを残留磁気と呼ぶことが最も多く、単位はGsまたはT。
印加される外部磁界が逆方向に増加すると、図5に示すように、磁石の磁区が徐々に移動して回転します。磁界強度がある値に達すると、磁石の磁気誘導強度Bは0に低下します。
単純に理解すると、磁石の内部に保持された磁界の強さと印加された逆磁界の強さは打ち消し合う。このとき、対応する磁界の強さの値を保磁力Hcb（bHcとも書く）といい、単位はOeまたはkA/mです。
保磁力HcbはJ-H減磁曲線の傾きと密接な関係があります。磁石の磁区が短時間に移動したり回転したりしにくい場合、J-H線は非常に直線になるので、数値的にはHcbはBrとHcbの上限値に限りなく近くなります。Br、Hcb=Brである。
これは理想的な状態であり、逆磁界強度がBr数値永久磁石モーターに到達する前に磁区が逆転する傾向がないことを意味します。このように、磁石は非常に安定しており、つまり磁石は逆磁界に対して数値的に敏感である。初期状態での減磁抵抗はBr以下では非常に強い。
逆磁場が増加し続けると臨界値に達し、逆磁区が急激に出現するため、図6に示すように、磁石内部に保持される磁場強度が一気に0に低下することが簡単に理解できる。
対応する磁場強度の値は固有保磁力Hcj（jHcとも書く）と呼ばれ、単位はOeまたはkA/mである。
固有保磁力は、磁石が減磁に抵抗する能力を反映する物理量である。固有保磁力が大きいほど、減磁に抵抗する力が強いことを意味します。正確には、完全な減磁永久磁石モーターに抵抗する能力が強いほど、です。
ここで特に注意が必要なのは、HcjとHcbの違いである。HcjがBrより数値的に大きい場合、Hcbの限界値はBrとなり、HcjがBrより数値的に小さい場合、Hcbの限界値はHcjとなる。
B-H減磁曲線上の任意の点に対応するBとHの積を磁気エネルギー積と呼ぶ。最大値は最大磁気エネルギー積(BH)maxである。理論的には、最大磁気エネルギー積(BH)max=1/2 Br²。
最大磁気エネルギー積は残留磁気を考慮します。また、保磁力は磁石に含まれる磁気エネルギーを表し、J-H線の初期傾斜をGOeまたはj/m³の単位で表すことができます。
上記の4つのパラメータがまだ理解しにくい場合は、単純に磁石を水の入ったコップと考えることができ、磁化は加熱、残留磁気は加熱を停止した後の水の熱、減磁は水を冷却するようなもので、Hcbは周囲の低温がHcbの値に達したときです。 値が高い場合、水の熱を相殺し、永久磁石モーター全体として熱を反射しません。
以下は、ヒステリシスループの第2象限図を簡略化したもので、関連する概念の理解を深めるのに役立ちます。
上記の磁気パラメーターについては、実用上、以下の点に注意する必要がある：
1.強力な磁界を必要とする磁石の場合、通常はできるだけ残留磁束を大きくして磁気を逃がす必要があります。しかし、これは減磁永久磁石モーターを使用しない場合であることに注意する必要があります。
減磁がある場合、単純に残留磁束を大きくするだけでは効果がなく、減磁を抑えるためにHcjを大きくする必要があります。最も単純な例として、D10*1の円盤型磁石の場合、54Hの方がN54より表面磁性が高い。
その理由は、54HのHcjが高く、Brを十分に発揮させることができるからである。 しかし、N54のHcjは非常に低く、非消磁状態を維持することができない。いくらBrが高くても磁性を十分に発揮できない。
2.強い減磁耐性と安定性が要求される磁石では、通常Hcjを大きくする必要があり、またHcbの値をBrにできるだけ近づける必要がある。
3.同じHcjのNdFeB永久磁石の保磁力温度係数はほとんど変わらないので、良好な耐熱性が要求される磁石では、通常Hcjを大きくすることを選択します。Hcjを大きくする最も直接的な効果は、B-H線の変曲点をできるだけ遅くすることです。
温度安定性の要求が厳しい永久磁石モータの場合は、Hcbの要求も考慮しなければならず、磁石の不可逆減衰振幅を小さくするためにB-H線の傾きをできるだけ小さくする必要があります。
