軸方向磁化、半径方向磁化、多極磁化：適切なパターンを選択する方法

簡単な回答：ネオジムリング磁石の場合、軸方向磁化は単純な保持および結合用途に適しています。ラジアル（内径から外径）磁化は、磁力線がエアギャップを横切る必要があるBLDCモータおよびPMSMモータの標準です。多極ラジアル磁化（8～72極）は、精密モータおよびエンコーダの標準です。ラジアル磁化の利用率は、軸方向磁化よりも15～20%高くなります。極数は、最小極弧幅（通常3mm）と磁化治具の能力によって制限されます。

この記事は、実際の生産データに基づいており、Fullzen Technologyの磁化ワークショップでは、磁化方向の選択における根本的な問題を解決するのに役立ちます。

4つの磁化モード（軸方向、直径方向、半径方向、多極）における磁場分布の違い（定義だけでなく、定量的な比較も含む）

モータータイプと磁化モードの決定マトリックス：BLDC/PMSM/ステッピングモーター/エンコーダーのどれを選択するか

極数選択の定量的根拠：極数とトルク密度、コギングトルク、効率の関係

磁化治具のコストと工程リードタイムに関する実データ

磁化後の標準品質検査手順

磁化の基礎知識：リング磁石において方向が重要な理由

磁化方向は製造後の選択ではなく、プレス工程で決定されるため、後から変更することはできません。この点を事前に理解しておくことで、高額な設計変更を回避できます。

製造工程における磁化の設定方法

多くの人は、磁化の方向は磁化工程で決定されると考えていますが、実際はそうではありません。焼結ネオジムリング磁石の場合、磁区の配向方向は、加圧工程で外部磁場を印加することによって固定されます。これが異方性材料の決定的な特徴です。

以下に全プロセスを示します。

プレス段階：金型内に配向磁場を印加することで、Nd₂Fe₁₄B粒子の容易磁化軸を目標方向に整列させる。

焼結段階：高温での緻密化によって、結晶方位がブランク材に「固定」される。

磁化段階：パルス状の強力な磁場によって、すべての配向ドメインが正しい位置に反転されます。配向と磁化方向が一致すれば、最適な磁気性能が得られます。

そのため、注文時に磁化方向を指定する必要があります。プレス金型の向きはお客様のご要望に合わせてカスタマイズされるため、焼結が完了すると向きを変更することはできません。

異方性 vs 等方性：設計におけるその意味とは

磁化モードを選択する前に、基本的な材料分類を理解しておく必要があります。

異方性焼結NdFeB：磁気特性は配向軸に沿って最適であり、30°を超えると性能が急激に低下します。軸方向、半径方向、直径方向、その他の方向の磁化に適しています。

等方性結合NdFeB：特定の配向方向はなく、どの方向にも磁化可能ですが、最大エネルギー積は焼結体よりも30～40%低くなります。多極磁化や複雑な磁化パターンに適しています。

等方性射出成形NdF​​eB：磁気性能は最も低いものの、複雑な形状への射出成形が可能で、後磁化にも対応しています。特殊な形状に適しています。

Fullzen Technologyでは、月間出荷されるリング磁石の85%以上が異方性焼結NdFeB磁石です。これは、モーターの顧客が最高の磁気性能を求めているためです。接着磁石は主に多極エンコーダーリングに使用されます。

について学ぶネオジムリング磁石標準構成およびカスタム構成（サイズ、公差、材質の選択については、寸法ガイドを参照してください）に対応しています。

リング磁石の4つの磁化パターン

リング磁石は4つの異なる磁化パターンをサポートしており、それぞれが根本的に異なる磁場分布を生み出すため、どの用途に効果的に使用できるかが決まる。

軸方向磁化（単軸厚み方向）

磁場はリング磁石の軸方向（厚み方向）に沿って発生し、一方の端面にN極、もう一方の端面にS極が配置されます。これは最もシンプルで低コストな磁化方法です。

特徴：

磁場は厚み方向全体に及び、磁束線は一方の端面から他方の端面まで伸びている。

最もシンプルな磁化治具は、2枚の平行な板で十分です。

圃場の方向制御が容易なため、収量は98%以上となる。

表面電界の均一性が良好で、均一な吸引力が求められるシナリオに適しています。

代表的な用途：磁気カップリング、保持治具、磁気ドアロック、簡易センサーなどに用いられる。軸方向の磁場がエアギャップを効果的に通過してローターを回転させることができないため、モーターにはほとんど使用されない。

直径方向の磁化（断面）

磁場はリング磁石の直径方向に沿って発生し、片側にN、反対側にSが存在します。注：これはリング磁石では比較的まれで、円筒形／円盤形磁石でより一般的です。

特徴：

磁場は断面を横切るように流れ、磁束線はリングの一方の側から反対側へと伸びている。

専用の直径方向磁化治具が必要で、軸方向磁化治具の3～5倍のコストがかかる。

リング磁石においては、直径方向の磁化は、半径方向の磁化よりも磁場利用効率が低い。

リング磁石では、直径方向の磁化はほとんど使用されません。断面全体に磁場が必要な場合は、通常、半径方向の磁化（内径から外径）の方が適しています。直径方向の磁化は、主に円筒形磁石で使用されます。

放射状磁化（内径から外径方向）

磁場は、内径（ID）から外径（OD）へ、または外径から内径へと放射状に広がります。これは、モーター用途におけるリング磁石の最も一般的な磁化方法です。

特徴：

磁束線はボアから出て、エアギャップを横切り、外面に到達する。これはモーターの磁気回路構造と完全に一致する。

放射状磁化は、磁場の方向がエアギャップの磁束経路と一致するため、軸方向磁化よりも15～20%高い磁気エネルギー利用率を実現します。

内径から外径への磁化専用の治具が必要で、内径に挿入された内側の極芯と、外径を覆う外側の極スリーブを備えている。

磁化の難易度とコストは軸方向磁化よりも高い（治具の複雑さは5～20倍）。

代表的な用途：BLDCモーター、PMSMモーター、サーボモーター、発電機、磁気カップリング。Fullzen Technologyでは、モーター顧客からの注文の70%以上がラジアル磁化です。

放射状に磁化されたリング磁石の完全な仕様と容量情報については、当社のモーター用途向け放射状磁化リング磁石.

多極磁化（NS交互磁化）

リング磁石の円周に沿ってN極とS極が交互に配置され、複数の極対を形成します。これは、高精度モーターやエンコーダーの標準的な選択肢です。

特徴：

円周上にはNSNS...というように交互に配置されたポールがあり、2対（4本）から36対（72本）まであります。

極数が増えると、エアギャップ磁界周波数が高くなり、トルクリップルが低減し、エンコーダの分解能が向上します。

極数ごとに専用の磁化治具が必要となる。極数が増えるほど、治具の設計と製造はより複雑になる。

多極放射状磁化（内径-外径交互）または多極軸方向磁化（端面交互）として実装できます。

代表的な用途：BLDC/PMSMモーターローター磁気エンコーダ、トルクモーター、ダイレクトドライブモーターなど。Fullzenでは、多極リングマグネットの一般的な極数は8/10/12/14/16/24/32/48/64/72極です。

磁化パターン比較：性能数値

以下の表は、エンジニアが用途に適した磁化パターンを選択する際に比較する必要のある主要な性能パラメータをまとめたものです。

パラメータ	軸方向	正対	放射状（単極対）	マルチポールラジアル
方向	厚さ（N面→S面）	断面	ID → OD	円周方向に交互に南北方向
磁気エネルギーの利用	ベースライン（100％）	約80～85％	軸方向より15～20％高い	放射状と同様だが、わずかな多極損失がある。
器具の複雑さ	最低（平行板）	中型（直径プレート）	高（内径－外径極芯）	最高（多極コア）
備品コストレベル	$	$$	$$-$$$	$$$-$$$$
収率	98%以上	95%以上	93%以上	90%以上（ポールが増えるにつれて低下）
標準的なポール数	1組（2本）	1組（2本）	1組（2本）	4～36対（8～72本のポール）
リードタイム（治具を含む）	標準	+3～5日	+5～7日	+7～14日
モーターの適合性	低い	低（指輪には不向き）	高い	最高
エンコーダの適合性	不適切	不適切	低解像度	高解像度

 

これらのデータから、重要な事実が一つ明らかになります。それは、放射状磁化（多極磁化を含む）は治具コストが高く納期も長くなるものの、磁気エネルギーの利用効率とモーターとの互換性において軸方向磁化をはるかに凌駕するということです。そのため、Fullzenのモーター顧客のうち70%以上が放射状磁化または多極磁化を選択しています。

【注記】記載されている照明器具の価格は目安です。実際の価格は、リングの外径、肉厚、極数によって異なります。外径30mmの8極マルチポール照明器具は約800～1,200ドル、外径60mmの24極照明器具は約2,500～4,000ドルです。

モーターの種類 → 磁化パターン：決定マトリックス

このマトリックスは、Fullzen Technology社の製造データに基づき、最も一般的なモーターアーキテクチャとそれに対応する最適な磁化パターンをマッピングしたものです。

これは、競合他社がほとんど提供していない、直接参照できる分かりやすい意思決定マトリックスです。モーターのアーキテクチャによって磁化モードの要件は全く異なるため、誤った選択をすると性能が低下するだけでなく、そもそも動作しなくなります。

BLDCインランナーモーター

インランナーBLDCモーター：外側にステータ、内側で回転するローター（磁石）がある。

推奨磁化モード：多極放射状磁化（内径から外径方向、交互の南北方向）

一般的なポール数：8/10/12/14ポール（4～7対のポール）

理由：放射状磁界はエアギャップを直接横切り、固定子巻線によって生成される回転磁界と同期する。極数が多いほど、トルクリップルは小さくなる。

Fullzenの出荷シェア：インランナーBLDCモーターの顧客のうち、95%が多極ラジアル磁化を選択しています。

BLDCアウトランナーモーター

アウターローターBLDCモーター：ローター（磁石）が外側で回転し、ステーターが内側にある。ドローンや低速ダイレクトドライブ用途でよく見られる。

推奨磁化モード：多極放射状磁化（外径から内径方向、NSは交互に変化 ― インランナーとは逆方向）

一般的なポール数：12/14/16/24ポール（6～12ポールペア）

理由：アウターローターの磁石はステーターを取り囲んでおり、放射状の磁場は外径から内径に向かって伸び、これもまたエアギャップの磁束経路と一致している。

注：アウトランナーは直径が大きいため、より多くのポールを収容できるため、通常、インランナーよりもポール数が2～4本多くなります。

PMSMとサーボモーター

推奨磁化モード：多極放射状磁化（ハイエンド用途ではハルバッハ配列が使用される場合がある）

一般的なポール数：8/10/12本のポール

ハルバッハ配列：片側の磁場を増強し、もう片側の磁場を打ち消す特殊な磁化配置を採用。極めて高いトルク密度が要求されるサーボモーターに適しています。

Fullzenの機能：ハルバッハ配列磁化に対応し、最小外径25mm、最大外径120mmまで対応します。

ステッピングモーター

推奨磁化モード：多極放射状磁化

標準的なポール数：ハイブリッドステッピングモーターの構造では、50歯（100極）が標準です。

注記：ステッピングモーターのローター構造は非常に特殊で、通常は単純なリング磁石ではなく、歯付きの爪型ポール構造を採用しています。ただし、一部のハイエンド永久磁石ステッピングモーターでは、多極リング磁石が使用されています。

磁気エンコーダと位置センサ

推奨磁化モード：多極放射状磁化（または結合型NdFeB多極リング）

一般的なポール数：32/64/128/256極 ― 極数はエンコーダの分解能を直接決定します。

材料の選択：高極数エンコーダリングでは、一般的に等方性ボンディングNdFeBが使用されます。これは、ボンディング材料は射出成形が可能で、プレス時の方向の制約を受けずに自由に磁化できるためです。

主要パラメータ：極間角度精度＜0.5°、磁場波形正弦波純度＞99%。

【注記】エンコーダリングの精度要件は、モーターマグネットの精度要件よりもはるかに高いです。フルゼンでは、エンコーダリングは専用の生産ラインで製造され、極ピッチ公差は±0.02mm以内に管理されています。

軸方向磁束モータ（新たな応用分野）

推奨磁化モード：軸方向磁化または多極軸方向磁化

説明：軸方向磁束モーター（ディスクモーター）は、放射状磁束モーターとは磁気回路の方向が異なり、磁界がエアギャップを横切って軸方向に流れます。これらのモーターは、新エネルギー車やロボット分野で急速に普及が進んでいます。

現在の状況:Fullzen社は、外径40～200mmの軸方向多極リング磁石のサンプルを、軸方向磁束モーターの顧客向けに供給開始しました。

ポール数の選択：実際に必要なポール数は？

極数はトルク密度、コギングトルク、エンコーダ分解能に直接影響しますが、リング径と最小極弧幅に基づく物理的な限界があります。

多極リングにおいて、極数が多いほど必ずしも優れているとは限りません。極数の選択には、トルク密度、コギングトルク、および物理的な限界という3つの要素のバランスを取る必要があります。

極数とトルク密度の関係

極数増加がトルク密度に及ぼす影響：

4極→8極：トルク密度は約12～18%増加する

8極→16極：トルク密度は約8～12%増加する

16極 → 24極：トルク密度は約5～8%増加する

24ポール以上：改善は横ばいになり、収穫逓減が始まる。

傾向は明らかだ。最大の効果は、ポール数を減らすことから増やすことで得られる。8本のポールは4本のポールよりも格段に優れているが、24本のポールは16本のポールよりもわずかに優れているに過ぎない。

極数とコギングトルクの関係

コギングトルク（モーターが無負荷状態のときに発生するトルク変動）は、低速時に振動や騒音を直接引き起こします。極数を増やすとコギングトルクは低減されます。

4本のポール：最高のコギングトルク。滑らかさの要求が低い用途に適しています。

8～12本のポール：コギングトルクが大幅に低減され、ほとんどのBLDCアプリケーションに対応します。

16本以上のポール：極めて低いコギングトルク。高精度サーボや低速ダイレクトドライブに適しています。

極数がコギングトルクに与える影響は、トルク密度に与える影響よりも顕著です。そのため、多くの顧客はモーターの滑らかさを最適化する際に極数を増やすことを選択します。

最大極数制限

ポール数を任意に増やすことはできません。以下の3つの物理的な制約が適用されます。

最小ポールアーク幅：各極には、少なくとも3mmの円弧幅が必要です（焼結NdFeBの場合）。この値より小さいと、磁化が不均一になり、磁場強度が不安定になります。

OD制約:極数 × 極弧幅 ≤ π × 外径。例えば、外径30mmのリングの外周は約94mmで、最大で約31極まで設置可能ですが、極間の隙間を考慮すると、実際の限界は20～24極となります。

磁化治具の精度：ポール数が増えるほど、照明器具内の各ポールコアの位置精度が高くなります。24ポールを超えると、照明器具のコストが急激に増加します。

Fullzen Technologyでは、外径30mm未満の場合は8～16本、30～60mmの場合は12～24本、60～100mmの場合は16～32本のポールを推奨しています。32本を超えるポールが必要な場合は、個別に実現可能性の評価が必要です。

【注記】極数の上限は壁厚にも影響されます。薄肉リング（壁厚3mm未満）では、極間磁束漏れが増加するため、極数の上限が低くなります。具体的な計算については、弊社のエンジニアリングチームまでお問い合わせください。

磁化プロセス：舞台裏で何が起こっているのか

磁化工程は、リング磁石製造における最終段階であり、最も不可逆的な工程です。ここでは、当社の工場で行われる工程と、それがお客様の納期とコストにどのように影響するかについて説明します。

磁化治具の設計とコスト

磁化治具は、磁化プロセスにおいて最も重要な構成要素です。磁化方法によって、治具の構造は異なります。

軸方向磁化治具：2枚の平行な銅板 ― 最もシンプルな構造で、コストも最も低い（100～300ドル）。汎用性が高く、同じサイズの異なるグレードの照明器具でも共有できる。

放射状磁化治具：内極コアと外極スリーブの構造で、高い同心度（0.05mm未満）が求められます。価格：600ドル～2,000ドル（サイズによって異なります）。

多極磁化治具：各ポールは独立したポールコアに対応しており、ポールの数が増えるほど複雑になります。8ポール照明器具：800～1,200ドル、24ポール：2,500～4,000ドル、48ポール以上：5,000～8,000ドル以上。

治具は一度限りの投資です。もしご注文で同じ極数の製品を継続的に生産する必要がある場合、治具の費用は償却されて1個あたりのコストは非常に低くなります。試作段階では、磁気回路設計の妥当性を検証するために、まずは極数の少ない製品から始めることをお勧めします。

パルス磁化パラメータ

磁化とは、瞬間的に強い磁場を用いてすべての磁気ドメインを目的の向きに反転させるプロセスです。主なパラメータ：

フィールドの強さ：完全な磁化を実現するには、材料固有の保磁力（Hcj）を超える必要があります。N42では955 kA/m以上、42SHでは1,710 kA/m以上が必要です。

パルス幅：磁石の体積と材質によって異なりますが、通常は0.5～5ミリ秒です。

飽和基準：磁化後の磁束を測定し、標準値からの偏差が3%を超える場合は、磁化が不十分であり、パルスエネルギーを増加させる必要がある。

Fullzen Technologyの磁化工場では、5,000V/1,000,000μFのパルス磁化装置を使用しており、N35から50EHまでの磁化等級、および2極から72極までの磁化要件に対応可能です。

焼結リング、接着リング、射出成形リングの磁化の違い

磁化プロセスは、3種類の材料間で大きく異なる。

焼結NdFeB（異方性）：完全な磁化には極めて強力なパルス磁場（3T以上）が必要です。配向方向はプレス時に確立されるため、磁化方向は配向方向と一致させる必要があります。磁化後は不可逆です。

ボンドNdFeB（等方性）：特定の配向方向はなく、どの方向にも磁化可能。磁化に必要な磁場強度は低く（>1.5 T）、多極磁化により複雑なパターンを容易に実現できる。ただし、最大エネルギー積は焼結体よりも30～40%低い。

射出成形NdF​​eB（等方性）：磁気性能は最も低い（BHmax ≈5～10 MGOe）が、複雑な形状に射出成形でき、後から磁化することができる。不規則な形状や極薄の多極リングに適している。

磁化リングの材質選びは、用途における磁気性能と磁化パターンの複雑さのどちらを優先するかによって決まります。高性能を求めるなら焼結材、複雑なパターンを求めるなら接着材を選びましょう。

磁化後の品質検査

磁化されたリングはすべて出荷前に検査に合格する必要があります。ここでは、Fullzen Technologyが採用している3つの標準的な検査方法と、それぞれの検査で確認する内容をご紹介します。

ヘルムホルツコイル測定（全磁束）

ヘルムホルツコイルは磁石の全磁束を測定するもので、完全な磁化を確認するための最も基本的な方法である。

原理：磁石をヘルムホルツコイルの中に置き、誘導電圧を測定し、総磁束を計算する。

目的：磁化が飽和状態に達していること、および磁束値が許容範囲内（通常は±5%）であることを確認してください。

制限：総磁束しか測定できず、磁場分布が均一であるかどうか、あるいは極間対称性が存在するかどうかを判断することはできない。

Fullzenの磁石はすべて、出荷前にヘルムホルツコイル試験に合格する必要があります。これは、当社の標準的な品質管理プロセスにおける最初のステップです。

ホールプローブスキャン（磁場分布）

ホールプローブスキャンは、磁石表面全体の磁場分布を測定するものであり、特に多極リング磁石にとって重要である。

原理：ホールプローブが回転しながら磁石の表面を走査し、各角度位置における磁場強度を記録する。

目的：多極リングにおける極間対称性、磁場波形（正弦波／方形波の純度）、および極間隔の一貫性を検証する。

主要指標：隣接する極間の磁界偏差は±3%を超えてはならない。エンコーダリングの場合は±1%が許容範囲である。

エンコーダの顧客は通常、ホールプローブスキャンレポートを要求します。Fullzenでは、これはエンコーダリングの標準的な品質管理項目です。

鉄粉法（簡単な目視確認）

鉄粉法は最も直感的な定性検査方法である。磁石の表面に鉄粉を撒くと、鉄粉が磁力線に沿って並び、磁場分布を直接的に明らかにする。

目的：磁化方向が正しいこと、極数が正しいこと、明らかな磁化欠陥がないことを迅速に検証します。

制限：定性的な情報のみを提供し、数値は得られません。精度はホールプローブスキャンに比べてはるかに劣ります。

鉄粉法は、通常、生産ラインにおける初回品検査や迅速な選別に用いられます。出荷時の品質管理には適していませんが、受入検査や磁化後の迅速な確認には最適です。

よくある質問

質問：リング磁石は、最初に磁化された後、別の方向に再磁化することはできますか？

A：いいえ。焼結NdFeBリング磁石の場合、磁化方向はプレス工程で決定されます。一度磁化されると、磁区が既に整列しているため、異なる方向に再磁化しても効果はありません。磁化方向を変更する必要がある場合は、プレス前に正しい磁化方向を指定して新しい磁石を注文する必要があります。Fullzen Technologyでは、この問題を回避するため、図面レビュー段階で磁化方向を確認しています。

Q：外径30mmのリング型磁石は、いくつの極を持つことができますか？

A：外径30mmのリングマグネットは、壁厚と最小極弧幅にもよりますが、通常16～20極まで対応可能です。最小極弧幅が3mmの場合、外周は約31極まで対応できますが、着磁治具の精度、壁厚、極間磁束漏れといった実際的な制約により、ほとんどの設計は16～20極に制限されます。治具をご注文いただく前に、弊社のエンジニアリングチームに極数をご確認いただくことをお勧めします。

Q：なぜ放射状磁化は軸方向磁化よりも高価なのですか？

A：ラジアル磁化には、内径から外径まで強力なラジアル磁場を発生させる特注治具が必要となり、単純な軸方向プレート治具よりも設計と製造が複雑になります。ラジアル治具のコストは、通常、軸方向治具の5～20倍（リングサイズと極数によって600～6,000ドル以上）になります。さらに、ラジアル磁化は、より高い磁場強度と高い位置合わせ精度が求められるため、歩留まりが低くなります（通常90～95%に対し、軸方向は98%以上）。

Q：BLDCモーターに最適な磁化パターンは何ですか？

A：ほとんどのBLDCモーターでは、多極ラジアル磁化が標準的な選択肢です。インランナー型BLDCモーターは通常8～14極、アウトランナー型モーターは12～24極を使用します。ラジアル磁界の方向（内径から外径）はエアギャップ磁束経路と一致するため、軸方向磁化よりも15～20%高い利用率を実現します。Fullzen Technologyでは、モーターのお客様からのご注文の70%以上で多極ラジアル磁化が指定されています。

Q：多極リング磁石の最大動作温度は何度ですか？

A：多極リング磁石は、標準リング磁石と同じ温度制限に従います。N35～N45グレードは80℃まで、SHグレードは150℃まで、UHグレードは180℃まで対応します。ただし、多極リング磁石は極部分が薄いため自己消磁抵抗が低く、高温では消磁リスクが高くなります。120℃を超えるモーター用途には、標準のN42ではなく、38SHまたは40UHグレードの使用をお勧めします。