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磁石

磁石

磁石には大きく分類して2種類の形態があります。一つは永久磁石、もう一つは電磁石です。
永久磁石とは外部エネルギが無い状態で磁場を発生することができる物質で、電磁石とは電気エネルギ(電流)を利用して磁場を発生させるものです。
さらにそれぞれの磁石には主に以下のような種類があります。

永久磁石

1 ネオジウム磁石
ネオジム、鉄、ホウ素などを主成分とした永久磁石で、永久磁石の中で最も大きな磁力を発生すること出来ます。
しかし、温度特性(温度変化による磁力変化)が良くないため、高温環境下での使用には適しません。

2 サマリウムコバルト磁石
サマリウム、コバルトなどを主成分とした永久磁石で、ネオジウム磁石に次ぐ磁力を持っています。ネオジウム磁石よりも温度特性は良好ですが、機械的な特性が良くない(脆い、割れやすい)という欠点があります。

3 フェライト磁石
鉄の焼結により形成された永久磁石で、非常に安価であるという特長があります。一般に目にする黒っぽい磁石がそれに値し、非常に多くの分野で使用されています。機械的に非常に脆い、割れやすいという欠点があります。

4 アルニコ磁石
アルミニウム、ニッケル、コバルトなど主成分とした永久磁石で、ネオジウム磁石、サマリウムコバルト磁石には劣りますが、比較的大きな磁力を持っています。温度特性は非常に良好ですが、保磁力があまり大きないため自己減磁が起きやすく、形状に制限があります。

 

電磁石

1 空心電磁石(コイル)
巻いた電線(コイル)に電流を流すことにより磁場を発生させる磁石です。電流の大きさ、流す方向を制御することで発生させる磁場の大きさ、極性の制御が可能で、磁場の大きさはコイルのターン数と流れる電流の積に比例します。後述の鉄心電磁石と比較した場合、入力に対する発生磁場の大きさはあまり大きくないのですが、電流を流さない場合には磁場をゼロにすることができるのが大きな特徴です。ソレノイドコイル、ヘルムホルツコイル等の種類があります。

 2 鉄心電磁石
コイル内に磁性材である鉄を配置した電磁石で、比較的大きな磁場を得ることができます。発生磁場の大きさは、コイルのターン数と流れる電流の条件のほかに心材(鉄など)の透磁率とその断面積にも関係しており、それぞれ大きいほど有利になります。ワイス型、ダブルヨーク型等の種類があります。

3 超伝導電磁石
電磁石の発生磁場はコイルのターン数と流れる電流の積により決定されますので、非常に大きな磁場を得ようとしますと、電線(巻き線)のターン数を増やし、尚且つ大電流が必要となります。

ですが、ターン数を増やすと電線の抵抗が大きくなり大電流を印可することが難しくなり、また発熱による抵抗上昇が生じ、さらに電流を流し辛くなるという悪循環になってしまいます。

このジレンマを解決するために電線に超伝導体を採用し、抵抗ゼロの超伝導状態で大電流を印可するような電磁石が開発され、これが超伝導電磁石です。

主に医療用のMRI、加速器用などの用途で導入されていて、最大で20T(テスラ)を超えるような巨大磁場を発生させるようなものが存在しますが、極低温下環境が必要なために他の電磁石に比較して取り扱いや設置に制限があります。

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