家庭用電化製品用のネオジム焼結磁石: 磁気強度とサイズのバランスを選択してバランスをとる方法

スマートフォン、ワイヤレス ヘッドセット、スマート ウェアラブルなどの家庭用電化製品の設計と製造において、「永久磁石の王様」として知られる焼結 NdFeB 磁石は、音声再生、磁気充電、精密位置決めなどの機能で重要な役割を果たしています。しかし、家庭用電化製品に適した NdFeB 焼結磁石はどのように選択すればよいのでしょうか?そして、デバイスの小型化が進む中、磁力の強さとサイズのバランスをどのようにとればよいのでしょうか?この記事では、これらの中核問題に関する実践的なガイドを提供します。

家庭用電化製品への NdFeB 焼結磁石の適合性を決定するコアパラメータは何ですか?

のパフォーマンス 家庭用電化製品に使用される焼結 NdFeB 磁石 選択中に優先順位を付ける必要がある、いくつかの交渉不可能なコアパラメータに依存します。 1 つ目は最大エネルギー積 ((BH)max) で、磁石の単位体積あたりに蓄えられる磁気エネルギーを直接反映します。薄さと軽さを追求する家電製品では、（BH）maxが大きいほど、より小さな体積でより強い磁力が得られることを意味します。家庭用電化製品の一般的なグレードは N35 から N52 まであります。N52 (最大エネルギー積 52 MGOe) はワイヤレス急速充電コイルなどの高電力シナリオに最適ですが、N35 は折りたたみ式携帯電話のヒンジなどの低負荷アプリケーションに十分です。

2 番目は保磁力 (HcJ) で、減磁に対する磁石の抵抗を測定します。これは、さまざまな温度で使用される電子機器にとって重要な懸念事項です。ラップトップのスピーカーなどの家電製品は熱が蓄積する可能性があるため、中程度から高い保磁力の磁石が推奨されます。たとえば、H グレードの磁石 (HcJ 12 ～ 20 kOe) は 120°C で安定性を維持しますが、SH グレード (20 ～ 25 kOe) は CPU 冷却ファンなどの熱源の近くにあるデバイスに適しています。

3 番目は耐食性です。焼結 NdFeB は酸化に対する固有の脆弱性により、磁気減衰を引き起こす可能性があります。湿気の多い環境（運動中に着用するスマートウォッチなど）では、メッキ保護が不可欠です。従来のニッケル - 銅 - ニッケルメッキは基本的な耐食性を提供しますが、超音波低圧コールドスプレーアルミニウムコーティングなどの高度なオプションは 350 時間の中性塩水噴霧耐性を提供します。これはハイエンドの防水デバイスに最適です。

最後に、寸法公差は組み立て精度にとって重要です。家庭用電化製品では、±0.05 mm 以内の磁石公差が必要な場合が多く、特にワイヤレス ヘッドセット ドライバー ユニットなどのコンポーネントでは、わずかな偏差でもオーディオの歪みや組み立て不良が発生する可能性があります。

さまざまな家庭用電化製品のシナリオにより、磁石のグレードと性能要件がどのように決まるのでしょうか?

焼結 NdFeB 磁石は「万能」なソリューションではありません。その選択は、特定のデバイスの機能と動作環境に合わせて行う必要があります。オーディオ デバイス (TWS ヘッドセット スピーカーなど) では、磁石には強力な磁束密度と安定した周波数応答の両方が必要です。ここでは、軸方向磁化を備えた N45 ～ N50 グレードの磁石が推奨されます。その高い (BH)max によりクリアなサウンドの再生が保証され、そのコンパクトなサイズは厚さ 5 mm のイヤホンに収まります。

磁気充電モジュール (スマートフォンのワイヤレス充電器など) の場合、焦点は均一な磁場分布と温度安定性に移ります。ここでは、50W 急速充電中に発生する熱による減磁を回避しながら、コストとパフォーマンスのバランスをとるため、M グレードの磁石 (保磁力が中程度) が一般的に使用されます。さらに、その形状は、充電コイルの円形レイアウトに合わせて薄いディスクまたはリングにカスタマイズされることがよくあります。

精密位置決めコンポーネント (スマートウォッチの回転ベゼルなど) では、低い磁気ヒステリシスと機械的耐久性が優先されます。寸法公差が厳しい小型で高精度のブロック磁石 (多くの場合 N40 グレード) により、磁気による「固着」のないスムーズな回転が保証され、亜鉛メッキにより汗に対する耐食性が提供されます。

磁性の強さとサイズの間には本質的なトレードオフはありますか?このバランスを最適化する方法はありますか?

内部スペースが重要視される家庭用電化製品では、磁気の強さとサイズが「体積効率」のトレードオフになることがよくありますが、これは単純な妥協ではなく科学的な設計によって最適化できます。基本原則は、スペースに制約のあるシナリオではグレードのアップグレードを優先し、コスト重視のアプリケーションではサイズを最適化することです。

デバイスの厚さが厳しく制限されている場合（たとえば、折りたたみ式携帯電話のヒンジの磁石スペースが 2 mm しかない場合）、サイズを大きくするよりも、より高品質の磁石にアップグレードする方が効果的です。例えば、N38磁石（Φ5×3mm）を同寸法のN52磁石に交換すると磁力が36％向上し、N38磁石の厚みを2mmにすると磁力は30％削減されます。このアプローチは、磁石の厚さがデバイスの薄さに直接影響する折りたたみ式スクリーンで広く採用されています。

コスト重視のデバイス (エントリーレベルのワイヤレス マウスなど) の場合、中級グレードの磁石 (N40 など) と最適化されたサイズの組み合わせにより、低コストで必要なパフォーマンスを実現します。たとえば、4×4×2mm N40 磁石は 3×3×2mm N50 と同等の力を発揮しますが、コストは 40% 低くなります。ただし、これには、より大きなサイズが回路基板やバッテリーなどの隣接するコンポーネントに干渉しないことを確認する必要があります。

もう 1 つの重要な戦略は、磁化方向の最適化です。磁石の磁化方向をデバイスの力の要件（円形充電コイルの半径方向磁化など）に合わせることで、サイズやグレードを変えることなく磁気効率を 20 ～ 30% 向上させることができます。

小型磁石の性能リスクを防ぐ製造および品質チェックは何ですか?

家電製品の磁石の小型化（Φ1×1mm 程度のものもあります）により、製造欠陥の影響が増大するため、対象を絞った品質チェックが不可欠になっています。まずは焼結後の加工精度です。小型化された磁石の研削誤差により磁力が最大 15% 低下する可能性があるため、メーカーは寸法精度を ±0.02 mm 以内に維持するために、従来の研削ではなくダイヤモンド ワイヤ切断を使用する必要があります。

2つ目はめっきの完全性検査です。メッキのピンホール欠陥 (肉眼では見えない) は、腐食による減磁を引き起こす可能性があります。ハイエンドの用途では、サプライヤーに塩水噴霧試験レポートの提供を要求する必要があります。家庭用電子機器では、少なくとも 96 時間の中性塩水噴霧耐性が標準です。防水フィットネス トラッカーなどのデバイスの場合、コールド スプレー アルミニウム コーティング (耐塩水噴霧性 350 時間) は、電気めっきのより信頼性の高い代替品です。

3つ目は磁気均一性試験です。複数の磁石のアセンブリ (ワイヤレス充電器の 12 個の磁石アレイなど) では、個々の磁石間の磁力が一貫していないため、充電ホットスポットが発生する可能性があります。磁束計を使用したサンプリング検査では、バッチ全体の磁束の変動が 5% を超えないことを確認する必要があります。

最後に、環境適応性の検証が重要です。たとえば、車載ワイヤレス充電器の磁石は、HcJ の安定性を確保するために 150°C (夏の車室内の温度に一致) で高温減磁テストを受ける必要がありますが、スマートウォッチの磁石は -20°C ～ 60°C の温度サイクル テストが必要です。

家庭用電化製品用のネオジム焼結磁石の選択でよくある落とし穴を回避するにはどうすればよいですか?

パラメーターをチェックしたとしても、実際の選択はデバイスのパフォーマンスを損なう誤解に陥ることがよくあります。よくある落とし穴の 1 つは、キュリー温度 (Tc) を見落とすことです。家庭用電化製品が極端な温度に達することはほとんどありませんが、穏やかな熱に長時間さらされると (たとえば、暑い日にポケットに入れたスマートフォンなど)、磁力が徐々に低下する可能性があります。このようなシナリオでは、磁石合金に 2 ～ 3% のジスプロシウム (Dy) を添加すると、Tc が 10 ～ 15°C 上昇し、長期的な減磁が防止されます。

もう一つの間違いは、磁化の方向を無視することです。軸方向に磁化された磁石 (2 つの平面上の磁極) は、モーター ローターのような半径方向の磁場要件には効果がありません。これらを使用すると、40% の力の損失が発生します。購入する前に、デバイスにアキシャル、ラジアル、または多極着磁が必要かどうかを必ず確認してください。

3 番目の落とし穴は、コストのために腐食保護を犠牲にすることです。メッキなしまたは単層亜鉛メッキの磁石は経済的であるように見えますが、汗や湿気にさらされたデバイスでは 3 か月以内に白錆が発生し、磁気の減衰につながり、薄片が PCB に落ちた場合にはショートする可能性があります。ニッケル-銅-ニッケルめっきや高度なコールドスプレーコーティングに投資すると、高価なアフターセールス問題を回避できます。