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着磁器

・着磁機のおはなし
 はじめに  着磁機は永久磁石の応用機器には必ず必要となる設備です。最近のマグネットの性能向上に伴い着磁機もさらに強力な着磁力を要求され、とくにワーク組み立て状態での着磁はなかなかうまくいかないケースも多々あるようです。 さて、このページでは、はじめにフェライトマグネット用の着磁機から話を始めます。フェライトマグネット(一寸高性能なものも含んで)の着磁は比較的簡単で、磁路も適当な低炭素鋼で十分な結果が期待できます。着磁の型には・ワイス型・ビッター型・サイクロトロン型などがあり磁路とポールビースの配置で分類されます。ポール数は対向2極、四極、・・・ とマグネットの配置、磁化パターンなどで色々なバリエーションが製作されます。
 着磁電源は低圧直流電源を使う場合と、コンデンサに充電した電荷を一気に放出するコンデンサ電源タイプがあ
ります。前者を使用する着磁器は磁路が飽和しない限り着磁コイルの巻数とそこに流れる電流で着磁力が決まりま
す。後者を使用する着磁器は、等価回路で考えると、L,C,Rの直列回路となりまから、コンデンサに蓄えられたエ
ネルギーを如何に有効に着磁コイルに送り込み、着磁する空間に高密度な磁場を発生できるかで着磁力が決まります。  
 ここで、着磁機の磁路、ポールピースの材料と形状について少し述べます。 一般に鉄材として一般構造用圧延鋼材(いわゆるSS材)や機械構造用炭素鋼材が市場性、価格でリーズナブルです。そこで、よく使われる材料としてSS400が挙げられます。 但し、SS材は含有元素の保障がありません。鉄の磁気特性は含まれる元素に大きく影響され、特に炭素には大変敏感です。従って、少し高性能を期待したい磁路形成にはSS材よりなるべく低炭素材、たとえはS10Cを使用します。さら高性能を求める場合は電磁軟鋼や純鉄に近い鋼材を選定します。コンデンサ電源を用いる場合は鉄損に配慮しなければなりません。とくに、通電時間が短い磁路では積層構造とし積層間に絶縁層を設けるなどして渦電流損に配慮が必要です。渦電流は磁気エネルギーの損失はもちろんですがジュール熱を発生し特性の低下につながります。(水冷却などて有効鉄心断面積を減ずる以前にジュール熱を抑えることが重要です) 
 着磁器の設計には磁気解析、FEMが必須?と思いがちですが、ここでよく考えると実は磁路は飽和領域で実際3次元
で尚かつワーク形状に会わせた非常に複雑な形状(ワークの磁路も含んで)となりますから、通常の知識を持っていれ
ばそれほど有効な手段でないと想像がつきます。例えば、境界条件を適性に設定することはかなり難しく、計算は正
しいけど???? となります。(勿論それなりに工数を掛ければ期待通りの結果も得られますが着磁機の製作条件に合い
ません)。  着磁機を製作した経験をお持ちの方なら"フル着までもう一寸"と歯痒い思いを少なからず経験しているかと思います。このような状況は着磁曲線の微分係数がフル着に近づくに従って限りなく小さくなることによります。ですから必要な着磁力は磁束の不足分の数パーセントの向上ではなく20%,50%という大きな問題ということになります。残念ですがこのような場合、着磁機の作り直ししか解決が無いようです。  後日、続く

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