恒久的な磁石製品の一般的な磁気回路設計：技術概要

永久磁石は、高効率モーターや正確なセンサーから洗練された自動化システムまで、さまざまなエンジニアリング分野の基本的なコンポーネントです。永久磁石材料の固有の特性は潜在能力を決定しますが、磁気回路設計は実際のアプリケーションでのパフォーマンスのロックを本当に解き放ちます。効果的磁気回路設計フラックスの使用率を最大化し、磁場を指示し、望ましいパフォーマンス特性を達成することに最重要です。このブログ投稿では、恒久的な磁石製品で採用されている標準の磁気回路設計の技術的概要を提供し、その原則、利点、制限、および典型的なアプリケーションに関する洞察を提供します。 AIC Magneticsでは、磁気回路設計に関する深い専門知識を活用して、現代の産業の進化する需要を満たす最適化されたソリューションをエンジニアリングします。

1。閉じた磁気回路

•基本原則：閉じた磁気回路は、高透過性経路内に磁束を閉じ込めるように設計されており、漏れを最小限に抑え、定義されたエアギャップでフラックス密度を最大化します。電流が閉ループに流れる電気回路に類似しているのは、閉回路の磁束を主に強磁性材料内に流れ、磁気が低い磁気材料を流します。
•構造：通常、閉じた磁気回路は、鉄、鋼、フェライトなどの柔らかい強磁性材料を利用して、磁束用の閉ループパスを作成します。永久磁石はこのループ内に配置され、多くの場合、エアギャップで磁束を集中させます。標準構成には、U字型コア、C字型コア、リングコアが含まれます。

利点

•エアギャップにおける高磁束密度：閉じた回路は、強力な磁場を必要とするアプリケーションにとって重要な不本意を最小限に抑えることにより、エアギャップで高磁束密度を達成します。
•効率的なフラックス利用：フラックス漏れが最小化され、永久磁石によって生成された磁束のほとんどが意図した作業領域で効果的に使用されるようにします。
•外部迷走場の削減：強磁性コアは磁場を大きく閉じ込めて、迷走場を減らし、周囲の成分との干渉を最小限に抑えます。

短所

•より高い材料コストと重量：オープンサーキットと比較して、強磁性コアを使用すると、材料コストと全体の体重が増加します。
•飽和の懸念：強磁性材料は高磁束密度で飽和し、達成可能な磁場強度を制限し、潜在的に非線形挙動につながる可能性があります。
•より複雑なアセンブリ：閉じた磁気回路の製造とアセンブリは、複数のコンポーネントと正確なアライメント要件により、より複雑になる可能性があります。

典型的なアプリケーション

•電気モーター：閉じた磁気回路は、DCモーター、サーボモーター、同期モーターなど、ほとんどの電気モーター設計の基本です。ローターとステーターの間のエアギャップにおける高磁束密度は、トルクの生成に不可欠です。
•磁気センサー：ホールエフェクトセンサーとフラックスゲート磁力計は、しばしば閉じた磁気回路を使用して磁束を集中させ、外部磁場に対する感度を高めます。
•磁気結合とクラッチ：閉じた磁気回路は、カップリングとクラッチに強力で効率的な磁気結合を提供し、信頼できる電力伝達またはエンゲージメント/解放メカニズムを可能にします。
•磁気セパレーター：高勾配の磁気セパレーターは、閉じた磁気回路を利用して強い磁場を生成し、磁気材料の効率的な分離を可能にします。

2。磁気回路を開きます

•基本原則：対照的に、開いた磁気回路は、強磁性材料内の磁束を完全に限定しないでください。磁束経路のかなりの部分には、磁気が抵抗する空気が含まれます。
• 構造：開いた磁気回路は、通常、分離して使用される永久磁石で構成されています。例には、強磁性キーパーのないロッド、ブロック、馬蹄形の磁石が含まれます。

利点

•シンプルさと低コスト：オープンサーキットは通常、設計と製造が簡単で、コンポーネントが少なく、材料が少ないため、コストと体重が減少します。
•磁場のアクセシビリティ：磁場は、磁石を囲むオープンスペースで容易にアクセスできます。これは、特定のアプリケーションにとって有利です。
•飽和の問題はありません：強磁性コアがなければ、飽和は開いた磁気回路の制限要因ではありません。

短所

•低フラックス密度と非効率性：AIRの不本意が高いため、オープンサーキットは作業領域で低い磁束密度を示し、効率の低いフラックス利用を示します。磁束の大部分は周囲の空間に漏れます。
•大きな漂流磁場：オープンサーキットは、かなりの迷走磁場を生成します。これにより、近くの電子部品との干渉を引き起こしたり、特定の環境で安全性の懸念を引き起こしたりします。
•エアギャップのバリエーションに影響を受けやすいパフォーマンス：開いた磁気回路内のエアギャップの変化は、磁場分布と強度に大きく影響する可能性があります。

典型的なアプリケーション

•磁気チャックと保持デバイス：開いた磁気回路は、磁石が強磁性ワークピースを直接引き付ける磁気チャックと保持デバイスで使用されます。ここでは、シンプルさと直接フィールドアクセスが重要な利点です。
•磁気セパレーター：低勾配の磁気セパレーターは、厳しい分離タスクのために開いた磁気回路を使用できます。
•磁気共鳴画像（MRI）：抵抗性MRIシステムは、歴史的に大きな開回路電磁石を使用していました。閉じた回路の超伝導磁石が現在支配的である一方で、開いた回路は基本概念を示しています。
•単純な磁気ラッチとキャッチ：基本的な磁気ラッチとキャッチは、実装が簡単で低コストであるため、多くの場合、単純な開いた磁気回路を使用します。

3。ハイブリッド磁気回路

基本原則：ハイブリッド磁気回路は、永久磁石と軟質強磁性材料（および時には電磁コイル）の両方の利点を組み合わせて、最適化された磁気性能を実現します。彼らは戦略的に強磁性材料を使用して、永久磁石によって生成された磁束を形作り、指示します。
構造：ハイブリッド回路は、永久磁石を主要な磁場ソースとして組み込み、強磁性成分を利用してフィールド分布を調整したり、特定の領域でフラックス密度を高めたり、フラックスパスを提供したりします。これらの設計は、閉じたまたはオープンサーキットの比較的単純な変更から、非常に複雑な構成にまで及びます。一部のハイブリッド設計には、フィールド制御または変調を可能にする電磁コイルも組み込まれており、ハイブリッド励起システムが作成されています。

利点

•カスタマイズされた磁場分布：ハイブリッドサーキットは、閉じたまたは開いた回路よりも磁場の形成においてより大きな柔軟性を提供します。強磁性コンポーネントは、必要に応じてフラックスを焦点を合わせたり、シールドしたり、導くように設計したりすることができます。
•パフォーマンスメトリックの強化：フラックスパスを最適化し、漏れを最小化することにより、ハイブリッド設計は、より単純な回路と比較して、フラックス密度、フィールドの均一性、効率のバランスを改善できます。
•設計の柔軟性：さまざまな磁気材料とコンポーネントを組み合わせることで、特定のアプリケーション要件を満たすために、より幅広い設計可能性が可能になります。

短所

•設計の複雑さの向上：効果的なハイブリッド磁気回路には、永久磁石と強磁性材料間の相互作用を最適化するために、より洗練された分析とシミュレーションツールが必要です。
•潜在的に高いコストと製造の複雑さ：設計によっては、ハイブリッドサーキットは、基本的な閉じたまたはオープンサーキットよりも高価で複雑になる可能性があります。
•パフォーマンスパラメーターのトレードオフ：1つのパフォーマンスパラメーター（たとえば、フラックス密度）を最適化すると、他のパラメーター（たとえば、フィールドの均一性または迷走場）を侵害する場合があります。

典型的なアプリケーション

•高性能モーター：内部永久磁石同期モーター（IPMSM）は、ハイブリッド回路の代表的な例であり、ローターコアに永久磁石を埋め込み、トルクを活用して効率を向上させます。
•高度なセンサー：高精度エンコーダーや磁気共鳴センサーなどの洗練された磁気センサーは、多くの場合、ハイブリッド回路を使用して正確なフィールドシェーピングと高感度を実現します。
•磁気ベアリング：ハイブリッド磁気ベアリングは、受動的な浮揚またはバイアス場のための永久磁石を、積極的な制御と安定化のための電磁コイルと組み合わせます。
•専門のアクチュエーター：ハイブリッド磁気回路設計は、特定のバルブや磁気グリッパーなど、カスタマイズされた力分散特性または高度に焦点を絞った磁場を必要とするアプリケーションの恩恵を受ける可能性があります

4。特別な磁気回路

•基本原則：このカテゴリには、基本的な閉じた、オープン、ハイブリッド構成を超えて、高度で特殊な磁気回路設計が含まれ、一意の磁場特性を実現します。例には、Halbachアレイ、磁気焦点構造、磁気濃縮構造が含まれます。これらの設計は、多くの場合、特定の磁石配置または幾何学を利用して磁場を革新的に操作します。

•構造と例:

Halbachアレイ

以前のブログ投稿で詳述されているようにHalbachアレイ、Halbachアレイは、片側に磁束を集中させながら、もう片方にキャンセルするように設計された磁石のユニークな配置です。彼らは、磁化の空間的に回転するパターンを通じてこれを達成します。

磁気焦点構造

これらの設計は、磁束を小さな定義された領域に集中させて、その領域で非常に高いフラックス密度を達成することを目的としています。彼らはしばしば形状の強磁性極ピースを採用し、戦略的に配置された永久磁石を使用します。例には、粒子ビームフォーカスと特殊な磁気センサーの磁気レンズが含まれます。

磁気濃縮構造

集中構造と同様に、濃縮構造はフラックス密度を高めることを目的としていますが、多くの場合、広い領域または体積にわたってです。これらは、テーパーのポールピースまたは特定の磁石の配置を利用して、目的の領域に磁気フラックスを「ファンネル」します。磁気チャックと種類の磁気結合は、集中構造を使用できます。

利点

•高度にカスタマイズされた磁場：特別な回路は、基本的な回路タイプでは達成できない一意で正確に制御された磁場プロファイルを作成できます。
•極端なパフォーマンス機能：Halbachアレイのような設計は、モータートルク密度やセンサーの感度の向上など、特定のアプリケーションで大幅に向上した性能を提供できます。
•革新的なソリューション：特別な磁気回路により、新しい機能とアプリケーションが以前は非現実的または不可能になります。

短所

•複雑な設計と最適化：これらの回路を設計するには、高度な磁気モデリング、シミュレーション、および最適化技術が必要です。
•専門の製造：特別な磁気回路の製造には、複雑な磁石の形状、正確なアセンブリ許容範囲、および特殊な磁化プロセスが含まれる場合があります。
•潜在的に高いコスト：設計と製造の複雑さにより、特別な磁気回路は、よりシンプルなデザインよりも高価になる可能性があります。

典型的なアプリケーション

•高性能モーターと発電機：Halbachアレイは、特定のサイズと重量のトルクまたは出力を最大化することが重要である高出力密度モーター、発電機、および風力タービン発電機で使用されます。
•粒子加速器とビームライン：磁気焦点構造は、科学的研究施設での粒子ビームステアリングと焦点を合わせるために不可欠です。
•高度な医療機器：特殊な磁気回路は、正確に制御され、局所的な磁場を必要とする高度な医療画像、治療、および薬物送達システムで使用されます。
•最先端の研究開発：特別な磁気回路の設計は、磁気浮揚、冷凍、融合エネルギーなどの新興技術のために絶えず調査および開発されています。

磁気回路設計におけるAIC磁気専門知識

AIC Magneticsでは、磁気回路の原理を深く理解し、さまざまなさまざまなデザインと製造の経験を持っています永久磁石アセンブリ。当社のエンジニアリングチームは、磁石材料、磁気シミュレーション、高度な製造技術の専門知識を組み合わせて、クライアントの特定のニーズに合わせた最適化された磁気回路ソリューションを提供します。最先端を利用しています有限要素分析（FEA）磁気回路をモデル化およびシミュレートするソフトウェアを使用して、正確なパフォーマンスの予測と設計の最適化を確保します。当社のエンジニアは、単純な開回路、複雑なハイブリッドシステム、特殊なハルバッハアレイなど、革新的で効果的な磁気回路設計を提供できます。私たちは、最初のコンセプトから最終生産までクライアントと提携し、包括的なエンジニアリングサポートを提供し、磁気製品アプリケーションの成功を確保することに取り組んでいます。

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投稿時間：2月13日 - 2025年