モーター用マグネット

モーター内の磁石

中国で作られるネオジムおよび亜鉄酸塩モーター磁石
限られる中国の希土類磁石は焼結させた及び担保付きのネオジムの磁石、亜鉄酸塩及び陶磁器の磁石、アルニコの磁石、電気モーター、PM モーター、AC モーター、DC モーター、線形モーター、ステップ・モータ、ブラシレス モーター等のような異なった永久マグネット モーターで回転子か固定子として使用することができるサマリウムのコバルトの磁石（smco）を含むモーター磁石を製造します。

焼結ネオジム磁石とSmCo磁石は、モーターに最も一般的に使用される2つの磁性材料である。焼結されたネオジム磁石は強い磁気特性を示し、ローターやステーターに大きな推力を発生させることができます。焼結NdFeBグレードのH、SH、EH、およびUHラインは、磁性を失うことなく100～200℃までの使用温度に耐えることができるため、よく好まれています。

しかし、多くのタイプのモーターはより高い温度で動作しなければならないため、焼結ネオジムN35グレードと同様の磁気強度を持ち、最大動作温度範囲が250～300 °CであるSmCo磁石が好まれている。

ボンドネオジムは、製造可能な形状や着磁方向が多様なため、モーターに広く使用されています。例えば、直径30ミリのボンドネオジム磁石を16極に、幅32極に着磁しましたが、これは他の焼結永久磁石では不可能です。

限られる中国の希土類磁石は顧客の要求があればモーターで使用するために亜鉄酸塩、アルニコおよび他の固定磁石を変えることができます。

最も一般的なモーター磁石の形状と着磁方向は、直径を介して着磁リングとアークセグメントです。中国希土類磁石有限公司は、お客様からの具体的な要件や図面に応じて、ブロック、ディスク、ウェッジ、異形などのさまざまなモーター磁石の形状を提供することができます。

NiCuNi、Zn、エポキシ、リン酸塩、不動態化、その他のコーティングが可能。

永久磁石付きエンジン
同期機のローターには、ネオジム-ボロン-鉄、サマリウム-コバルト、またはフェライトから成る固体磁石が磁界を作るために使用されることがある。これらの磁石は、磁場が空隙を横切って半径方向に流れるように、接着剤を使ってモーターに固定されることもある。他のバージョンでは、磁石をローターコアの表面直下の穴に入れたり、表面に埋め込んだりしている。永久磁石モータの別の設計では、半径方向に配置された円周方向の磁石を使用して鉄極に磁束を供給し、これにより空隙に半径方向の磁界が形成される。

永久磁石モーターは主に可変速ドライブで使用され、ステーターは周波数と電圧が変更可能な電気的に調整された電源から給電される。これらのドライブには、速度と位置を正確に調整する能力があります。また、ロータでの電力損失がないため、誘導モータ・ドライバよりもはるかに効率的です。

安定した電圧と周波数の電源から同期速度で永久磁石モーターの運転が可能です。ダンパ巻線は、始動能力を持たせるためにロータ表面の隙間に配置され、磁石はロータ鉄に挿入される。しかし、このような発電機ではローターの力率を制御することはできない。

ヒステリシス用モーター
同期モーターは、速度と供給周波数の間に特別な関係があることが特徴である。このため、多くのユニークな種類の同期モーターが、時計、カセットプレーヤー、蓄音機などのガジェットに広く使われている。ヒステリシス・モーターは、ローターが高炭素鋼のような帯状の半永久磁石物質でできており、最も広く使われているもののひとつである。このモーターは、最大出力時には永久磁石同期機として作動する。ステータ界磁により、ロータ材料はそのヒステリシス・ループを周期的に磁化され、その結果、ロータ界磁はステータ界磁に数度遅れ、ロータを同期から引き離すことによって回転数を下げればトルクを発生し続ける。

これらのエンジンは非常に静かで、リップルがほとんどなく、初動パワーに優れている。効率が悪いため、用途は低出力に限られる。
不本意なエンジン
横断面リラクタンスエンジン
抵抗モーターの仕組みの背景にある考え方は、磁束を帯びた鉄の棒を互いに整列させようとする圧力が生じるというものだ。画像は、リラクタンス・モーターの一種の横断面を示している。4本の鉄の棒がローターを構成し、ローターには電気的な巻線がない。ステーターの6つの点にはそれぞれ電気を流すコイルがある。図に示すシナリオでは、コイルaとa′に電流が流れ、ロータに2つの極をa-a′のステータの極と一致させる力が生じている。

コイルaとa′は電流がオフになり、コイルbとb′は電流がオンになります。ロータに発生する回転力の結果、2つのロータ極がステータ極bとb′に整列する。その後、ロータのコイルaとa′が使用され、コイルcとc′でこの手順を繰り返す。コイル電流の大きさは力を決定するが、その向きは関係ない。コイルに通電する順序を変えることで、回転の向きを変えることができる。リラクタンス・モーターの他の極配置には、8つの固定子極と6つの回転子極がある。

通常、ステーターコイルを直接電圧源につなぐ半導体スイッチがコイル内の電流を調整する。スイッチは、モーターシャフト上に設置された位置モニターからの信号を用いて適切なタイミングで作動する。ホール効果を利用した磁気モニターがよく使われる。(ホール効果とは、半導体材料に電流を流し、電流に垂直な磁界の中に置くと、半導体材料に横電界が発生することである）。装置全体は自己同期モーター駆動と呼ばれる。様々な制御速度で機能する。

リラクタン ス・モーターの別の設計では、誘導モーターに似たステー ターを使用し、三相の調整可能な電源から電力を供給する。鉄の縦積層と非磁性ギャップがローターを構成する。ステーターからの磁束に対するラミネーションの抵抗は、ラミネーションを挟むよりも、ラミネーションに沿う方がはるかに低い。

リラクタンス・モーターは、一定の周波数源から一定のペースで回転するように作ることができる。ローターのサリエントロッドには界磁巻線がない。円形ローターの三相巻線は誘導機の巻線を思わせる。機械の回転面には、誘導機として始動できるようにダンパー巻線が取り付けられている。ローターがステーターの回転界磁と同期すれば、同期モーターとして機能する。

磁気方向

何かに引き寄せたりくっつけたりするとき、磁石は蓄積されたエネルギーの一部を放出し、人がそれを遠ざけるために使うエネルギーを蓄えたり節約したりする。

磁石の対向する両端には、北を向く面と南を向く面がある。磁石の北面は常に

永久磁石モーター

ニッケル・銅・ニッケルの3重被覆により、磁石は光沢のあるメタリックな外観を呈し、耐錆性に優れています。科学実験、小型発電機部品、自動車部品に最適です。
取り扱いのアドバイス焼結材料は NdFeB の磁石を作成するのに使用されます。主な特徴は壊れやすいことです。適切な取り扱いをお願いします。スライドオフ/オンのみ可能です。磁石やマグネットの近くに鉄分を含むものを置かないでください。固いものの上にこぼさないでください。

可変周波数ドライブ(VFD)は通常、交流モーターの速度を調整するために使用されます。回転磁界は、多くの状況で固定子巻線を持つ誘導モータとVFDによって頻繁に生成されますが、正確な速度制御は、VFDの基準として速度または位置フィードバック装置を使用することによっても達成できます。

フィードバック装置を使わなくても、同等の速度制御が可能な場合がある。そのためには「高周波信号注入法」と永久磁石（PM）発電機が使われる。

誘導機械

交流モーターは、交流誘導発電機（IM）の別名である。固定子コイルは回転力を発生させる。回転磁界によってローターに電流が発生する。

発電するためには、タービンと磁場が異なる速度で動く必要がある。推進力は、磁場と電流が相互作用することによって生み出される。交流誘導装置は、その結果、可変速ドライバーで使用される最も一般的なモーターである。

エンジンPM
ローターの表面に埋め込まれた、または貼り付けられた磁石を使用する交流モーターは、PMモーターとして知られている。誘導モータのようにロータに接続してステータ界磁を作る必要がない代わりに、磁石を使って連続的なモータ磁束を作る。ラインスタートPM（LSPM）モータと呼ばれる第4のモータでは、両モータの特徴が組み合わされている。LSPMモータは、シリンダー内のPMモータの磁石とリスケージ・モータの磁石を組み合わせたものである。

磁束、磁束接続、磁束
PMモータの仕組みを理解するためには、まず磁束、磁束結合、磁束の考え方を理解することが重要である。

磁束：導線に電流が流れると磁界が発生する。単位空間あたりの特性の移動速度は磁束によって定義される。特定の導体断面を通る電流の移動速度は、磁束電流として知られている。

フラックス・リンケージ：磁場がワイヤのコイルを通過するときのように、磁場が物質と反応するとき、磁束連鎖が起こる。巻線と磁束の量、ここで磁束は記号で示される時間変化する磁束の即時値であり、磁束結合を定義する。磁束結合の基準を以下に示す。

永久磁石式DCモーター

磁束：磁場が特定の導体断面を通過する速度は磁束として知られている。永久磁石発電機の内部または表面にある永久磁石は、磁束場を生成する。

インダクタは、導電性ワイヤーで構成された回路部品で、一般的にらせん状をしている。一定の電流を流す導体によって、連続的な磁界が発生する。磁界とそれを作り出した電流の間には、直線的な関係を示すことができる。隣接する導体は、磁界の変化に応じて、磁界を発生させた電流の変化率に比例した電圧の変化を経験する。次の計算で導体の電圧が決まります：

インダクタンス（L）は、磁界を作るために電流が時間と共に変化する割合によって誘起される電圧の間のつながりを確立する比例定数である。インダクタンスとは、簡単に言えば、単位電流あたりの磁束結合のことである。インダクタンスは非活性成分であり、もっぱら幾何学的特徴であるため、明示しなければならない。アンペアあたりのウェーバー・ターン（またはヘンリーズ、H）は、インダクタンスを表すのに使われる単位である。

dとqのベクトルは、それぞれ同じ角速度で動く3つの異なる正弦波位相変数によって生じる磁束を単相で表したものである。界磁巻線は、直線軸とも呼ばれるd軸に沿った流れを発生させる。

トルクはqラインに沿って発生し、直交軸としても知られる。直交軸は、デフォルトでは常に電子的に直交軸の90度前方にある。簡単に言えば、主要な磁束方向はd軸に沿い、主要な力発生方向はq軸に沿う。

透磁率：電磁気学では、物質がそれ自身の中で磁場の発生を維持する能力を透磁率と呼ぶ。その結果、印加された磁場に反応して物質が獲得する磁化のレベルを指す。

永久磁石モーターを表現するために使用できる様々なモーターモデルがいくつかあります。d-qモータのパラダイムは、最も一般的なアプローチの1つです。

PM モーターの d 軸および q 軸インダクタンス：磁束経路が磁極に対してローターを通過する際に記録されるインダクタンスは、d軸およびq軸インダクタンスとして知られている。磁束が磁極を通過する際に検出されるインダクタンスは、d 軸インダクタンスとして知られる。流れが磁極間を移動するときに測定されるインダクタンスは、q 軸インダクタンスとして知られています。

誘導機のd軸とq軸の間の回転磁束結合は一定になる。しかし、永久磁石機械の磁石では、磁束結合に使用できる鉄の量が制限される。磁石の空隙率は空気の空隙率に似ています。従って、磁石は空気空間と考えることができる。

磁束の経路はd面を移動する際に磁石を通過する。q平面を通過する磁束ルートには磁石は存在しない。その結果、より多くの鉄をq軸磁束ルートに接続することができ、インダクタンスが増加する。磁石が埋め込まれたモーターのq軸インダクタンスはd軸インダクタンスよりも大きくなります。表面実装型磁石はローターの外側にあり、ステーター界磁で結ばれる鉄の量を制限しないため、これらの磁石を使用したモーターはq軸とd軸のインダクタンスがほぼ等しくなります。

サリエンス（salience）またはサリエンシー（saliency）とは、何かが周囲との関係で突出している状態や特徴のことである。

ローターの主要な磁束を発生するインダクタンス（d軸）と主要なトルクを発生するインダクタンス（q軸）の間の接続は、磁気顕著性として知られている。最大の磁気顕著性は一次磁束軸（d軸）から電気的に90度の位置にあるが、ローターがステーター・フィールドに対してどの位置にあるかによって変化する（図1参照）。(図1参照）。

ロータ中心に磁気の流れを発生させるのに必要なステータ巻線の電流は、励磁電流として知られている。永久磁石モータの磁石はすでに既存の磁界を生成しているため、永久磁石モータはステータ回路に励磁電流を必要としない。

エンジンの牽引力を発生させるために必要な電流は二次電流と呼ばれ、「トルク発生電流」とも呼ばれる。トルク生成電流は、永久磁石発電機の電流の大部分を占める。

Ndfebマグネット価格

プルイン電流：モーション・コントロール用に作られたアンプとサーボ・マッチングの組み合わせとは異なり、一般的なVFDはモーターのローター磁極の位置を知りません。磁極の位置がわからない限り、ステータに磁界を発生させてトルクを向上させることはできません。そのためVFDは、磁界をあるポイントに固定するために直流電力を供給することがある。プルイン電流」とは、ローターを回路に取り込むために必要な電流量のことである。

高周波インジェクションは、永久磁石モータの磁極位置を決定するために使用されるインバータ技術です。このプロセスは、インバータが高周波の低電圧パルスを任意のチャンネルからモータに送ることで開始される。その後、インバータは刺激角度を変更します。

ローターのインピーダンスは入力位置によって変化する。永久磁石モータ内部の端子抵抗は、磁極軸（d軸）と高周波信号注入軸が平行、つまり0度のときに減少する。最大抵抗は90°の位置に存在する。ドライブはこの機能を利用して、IPMモータに高周波の交流電圧/電流を注入することにより、パルスエンコーダを使用せずにロータの位置を決定することができる。さらに、モータの逆起電力電圧レベルが低すぎるため、低速領域での全負荷トルク管理は通常困難である。このシナリオでは、この領域の速度を評価するために高周波信号注入アプローチを利用することができます。

逆起電力波形
逆起電力は逆起電力の略で逆起電力とも呼ばれる。逆起電力とは、電気モーターにおいて、ローターとステーターの磁界が相対的に動くときに生じるエネルギーのことである。逆起電力波形の構造は、ローターの幾何学的特性によって決まる。三角形、正弦波、台形、またはこれらのパターンの組み合わせが使用できる。

逆起電力波はPMと誘導機の両方で発生する。誘導機では固定子磁界がないため、残留回転子磁界が徐々に低下し、逆起電力波形を退化させる。しかしPM機では、モーターが自ら磁界を発生する。

その結果、ローターが回転するたびに、ステーター巻線に電荷が蓄積する可能性がある。バックエンフ電圧は、速度に比例して直線的に増加するため、最高運転速度を決定する重要な要素となります。

PMにおけるマシンフォースの特定
磁気トルクとリラクタンストルクは、電子機械の牽引力を構成する2つの要素です。リラクタン スを最小にするために主磁束に整列しようとする磁性体に作用する力」をリラクタンストルクと呼ぶ。回転子の軸が固定子の磁束磁界と一直線になるときに生じる力をリラクタンストルクという。磁力は、磁石の磁束場と固定子巻線の電流との相互作用によって発生する。

リラクタンストルク：発生する力はリラクタンストルクとして知られています。

北ステーターポールから南ステーターポールへの所望の直線移動をプッシュすることにより、ローターアライメントが得られる。

永久磁石はローターに磁界を発生させ、磁気トルクをもたらす。ローターの磁界とステーターが作る磁界は合体する。ローター磁界に対するステーター磁界の向きが変わると、ローターが移動します。磁気トルクはこの相互作用の結果である。

PMモーターには、主に表面永久磁石モーター（SPM）と内部永久磁石モーター（IPM）の2種類がある。図3はこれを表している。どちらのタイプのエンジンにもローターロッドはない。固体磁石を内蔵または連結しているため、どちらのタイプも磁束を発生する。

SPMモーターのマグネットはローターの外面に取り付けられている。この機械的接続のため、機械的強度はIPMモーターより低い。機械的強度が低いため、モータの最大安全機械速度が制限される。さらに、これらのモーターは磁気サリエンシー（Ld Lq）が非常に低い。

ローター端子で測定されるインダクタンス値は、ローターの向きに関係なく一定である。サリエンシー比が1に近いため、SPMモーター設計は、牽引力を提供するために、完全ではないにせよ、磁気トルク成分に大きく依存している。

永久磁石は、実際にはIPMモーターのローターの構成要素である。IPMモーターはSPMモーターよりも機械的な健全性が高く、永久磁石の配置により非常に高速で機能することができます。

これらのモーターは、磁気的な顕著性の比率がかなり高い（Lq > Ld）ことでさらに識別されます。磁気顕著性のため、IPMモータの磁気トルク成分とリラクタンストルク成分がトルクを生み出す可能性があります。図4はこれを示しています。

PMドライブシステム
PMモーターの設計には、外部型と内部型の2種類がある。それぞれのグループにはサブカテゴリーがあります。表面型PMモータの磁石は、設計の耐久性を高めるために、ロータ表面に配置したり、ロータ表面にはめ込んだりすることができます。内部永久磁石発電機の配置と構造は大幅に異なる場合があります。IPMモータの磁石は、1つの大きなブロックとして設置することも、中心に向かって千鳥状に配置することもできます。

別の方法として、スポークデザインに組み込むこともできる。

PMモーターの静電容量は負荷によって変化する
トルクを発生させるために鉄製品に連結できるフラックスの量は限られている。

鉄は最終的に飽和し、もはや磁束を付着させることができなくなる。その結果、磁界の経路のインダクタンスが低下する。負荷電流が増加すると、PM機のd軸とq軸のインダクタンス値は低下する。

SPM モータの軸インダクタンスはほぼ同等です。磁石はロータの外部にあるため、q 軸インダクタンスは d 軸インダクタンスと同じ割合で減少します。

一方、IPM モータのインダクタンスの減少は異なります。磁石は磁束経路にあり、誘導特性を提供しないため、定義上、d 軸インダクタンスは小さくなります。

d軸に飽和する鉄が少ないため、q軸に対する磁束降下はかなり減少する。

PMモータの磁束悪化／激化
磁束は永久磁石発電機の磁石によって生成される。与えられた磁束磁路は、昇圧または抵抗することができます。フラックス・フィールドを昇圧または上昇させることで、エンジンは一時的にトルク出力を増加させることができる。フラックス・フィールドに逆らうことで、モータの現在の磁界は消滅する。

逆起電力が低下すると、磁界が減少し、発生する力が制限されます。逆起電力電圧を下げると、モーターを高出力で動かすためのエネルギーが確保されます。どちらの状況でも、装置を動かすにはより多くの電力が必要となる。

d軸を横切るモーター電流のコースをモーターコントローラーが提供することで、予想される出力が決定される。

刺激の角度
励振角度は、d軸に対してアクチュエータに刺激されるd軸とq軸の波形のベクトル和として定義される。磁石は常にd平面に平行に観察される。最大の磁束は、d軸から90電子度離れたq軸上で観測される。

その結果、励起角のソースの大半は、d軸とq軸の間の90度の揺らぎをすでに考慮している。

トルクと位相比
磁力が最大になるのは、ステータ界磁がd軸から電気角で90度モータ・ロータを励磁するときである。(モーター磁石の位置）。抵抗トルクは、q線から電気角で45度過ぎたところにピークがあり、別の経路をとります。最大磁気トルクは、エンジンの磁気トルクとリラクタンストルクの両方を利用します。q軸から離れると磁気トルクは減少しますが、抵抗トルクの増加がそれを補って余りあります。磁気トルクとリラクタンストルクを合わせた値が最大になるのは、q軸から電気角で約45度の位置ですが、正確な角度は特性によって異なります。

IPMアクチュエータの電力効率
PMモータがどれだけの電力を生み出すことができるかは、モータ・マグネットの構成とその結果としてのモータ・サリエンシーによって決まります。高いサリエンシー比(Lq > Ld)を持つモータは、モータのリラクタンストルクを使用することで、より多くの電力を生成し、より効果的に機能することができます。インバータを使用してd軸に対する刺激の角度を変更し、モータの磁気トルクとリラクタンストルクを増加させることができます。

各種PMモーター用マグネット
現在、電気エンジンに採用できるほど安定した磁石材料は多くない。それぞれの金属には長所と短所がある。

永久磁石の減磁
永久磁石には、長持ちすることはほとんどないにもかかわらず、いくつかの限界がある。これらの材料を減磁するには、特定の圧力を使用することができる。

永久磁石モーター

言い換えれば、永久磁石材料の磁気的性質が失われる可能性がある。永久磁石材料は、大きなひずみ、高温、または大きな電気的障害を受けると、その磁気特性を失う可能性がある。

そもそも、永久磁石に圧力を加えるには、物理的な手段を利用することが多い。磁性体に激しい衝突や落下が加わると、磁力が弱まったり、減磁したりすることもある。磁気特性は鉄系物質に固有のものである。一方、これらの磁気特性はさまざまな方向に放射することができる。強磁性体を磁化する一つの方法は、物質に強い磁場をかけ、磁気双極子を整列させることである。この双極子の配列により、物質の磁場はある一定の解に制限される。

激しい衝突の後、物質の磁区は原子配列を失い、予想される磁場の強さが低下するかもしれない。

第二に、気候が静止磁石に影響を与えることがある。温度変動は、静止磁石の磁性成分の攪拌を引き起こす。磁気双極子はある程度の温度変動には耐えることができる。常温であっても、継続的な動きは磁石のパワーを制限する可能性がある。すべての磁性体には「キュリー温度」があり、熱攪拌の結果、物質が完全に減磁する温度を決定する。磁性材料がその強さを保持する能力は、保磁力や保持率といった用語を用いて定義される。