時間と温度が永久磁石の安定性に与える影響

永久磁石が外部磁場をサポートできるのは、小さな磁区を所定の位置に「ロック」する磁性材料内の結晶異方性によるものです。初期磁化が確立されると、ロックされた磁区を超える力が加えられるまでこれらの位置は同じままであり、永久磁石によって生成される磁場に干渉するのに必要なエネルギーは材料ごとに異なります。永久磁石は非常に高い保磁力 (Hcj) を生成することができ、高い外部磁場の存在下でもドメインの整列を維持します。

安定性は、磁石の寿命にわたる特定の条件下での材料の繰り返しの磁気特性として説明できます。磁石の安定性に影響を与える要因には、時間、温度、磁気抵抗の変化、逆磁場、放射線、衝撃、応力、振動などがあります。

現代の永久磁石には時間の影響はほとんどなく、着磁直後に変化することが研究でわかっています。「磁気クリープ」として知られるこれらの変化は、熱的に安定した環境であっても、不安定な磁区が熱または磁気エネルギーの変動の影響を受けると発生します。不安定な領域の数が減少するにつれて、この変動は減少します。

希土類磁石は保磁力が非常に高いため、この影響を受ける可能性はほとんどありません。より長い時間と磁束の比較研究では、新たに磁化された永久磁石は時間の経過とともに少量の磁束を失うことが示されています。100,000 時間を超えても、サマリウム コバルト材料の損失は基本的にゼロですが、低透磁率のアルニコ材料の損失は 3% 未満です。

温度の影響は、可逆的損失、不可逆的だが回復可能な損失、不可逆的かつ回復不可能な損失の 3 つのカテゴリに分類されます。

可逆損失: これらは磁石が元の温度に戻ると回復する損失であり、永久磁石の安定化によって可逆損失を取り除くことはできません。以下の表に示すように、可逆損失は可逆温度係数 (Tc) で表されます。Tc は摂氏 1 度あたりのパーセンテージで表され、これらの数値は各材料の特定のグレードによって異なりますが、材料クラス全体を表しています。これは、Br と Hcj の温度係数が大きく異なるため、高温では減磁曲線に「変曲点」が生じるためです。

不可逆的だが回復可能な損失: これらの損失は、高温または低温にさらされたことによる磁石の部分的な減磁として定義され、これらの損失は再着磁によってのみ回復でき、温度が元の値に戻っても磁気は回復できません。これらの損失は、磁石の動作点が減磁曲線の変曲点を下回るときに発生します。効果的な永久磁石の設計には、予想される高温での減磁曲線の変曲点よりも高い透磁率で磁石が動作する磁気回路が必要です。これにより、高温での性能変化が防止されます。

不可逆的、回復不能な損失: 磁石は極度の高温にさらされると、再磁化では回復できない冶金学的変化が生じます。次の表は、さまざまな材料の臨界温度を示しています。 Tcurie は、基本磁気モーメントがランダム化され、材料が消磁されるキュリー温度です。Tmax は、一般カテゴリにおける主材料の最大実用動作温度です。

磁石は、制御された方法で磁石を高温にさらして部分的に消磁することにより、温度が安定します。磁束密度がわずかに減少すると、配向の低いドメインが最初に配向を失うため、磁石の安定性が向上します。このような安定した磁石は、同等以下の温度にさらされた場合でも一定の磁束を示します。さらに、安定した磁石のバッチは、通常の変動特性を持つ釣鐘曲線の上部がバッチの磁束値に近づくため、相互に比較したときにより低い磁束変動を示します。


投稿時間: 2022 年 7 月 7 日