センサーや磁気アセンブリにおいて、リング磁石はどのように使用されるのか？

磁気センサーを扱った経験があれば、磁石が単なる部品以上の存在であることにすぐに気づくでしょう。磁石は、長期間にわたって精度を維持できるセンサーと、わずか数千回のサイクルでドリフトし始めるセンサーを分ける決定的な要素なのです。

リング型磁石はこれらの用途でよく使われる選択肢であり、それには正当な理由があります。しかし、特に量産用の調達においては、適切なものを選ぶには、データシートからサイズを選ぶだけでは不十分です。

エンジニアが紙の上で完璧なリング磁石を設計したものの、磁化パターンがセンサーの読み取りロジックと一致しなかったために統合上の問題に直面するのを見てきました。センサー用リングマグネットソリューション

 

クイックテイク

エンコーダーや位置センサーに最適
精密な磁化制御が必要
寸法はシステムの精度に影響を与える
多くの場合、組み立て用に特注される

 

センサーにリング磁石が使用される理由

一見すると、リング型磁石は単純な構造に見える。しかし、中央の空洞がすべてを変えるのだ。

安定した磁場

構造と表現を変えつつ、元の意味を維持した言い換え版を以下に示します。

固体円盤磁石と比較して、リング磁石は磁場の制御性と予測性に優れています。中央の穴によって磁束分布が均一になるため、安定した再現性のある出力が求められるホール効果センサーや磁気抵抗素子にとって不可欠な特性となります。

例えば、ロータリーエンコーダでは、多極リング磁石がその円周上に交互に北極と南極を生成します。センサーはこの変化を読み取​​り、角度位置を検出します。磁場が不均一だと、エンコーダの精度が低下します。

コンパクトインテグレーション

センサーアセンブリでは、常にスペースが限られています。リングマグネットを使用すれば、シャフトに直接取り付けることができ、内部に他の部品を配置するスペースも確保できます。単に余分な材料を追加するのではなく、マグネットを機械構造に組み込むことができるのです。

まさにそれが、リングマグネットが自動車のスロットルポジションセンサーから産業用サーボモーターまで、あらゆる場所で使用されている理由です。リングマグネットは、アセンブリ全体の設計変更を必要とせずに、配置の問題を解決します。

限られたスペースで信頼性の高い性能が求められる用途では、センサー用のリング磁石ソリューションが最も実用的な選択肢となることが多い。

一般的な用途

リング型磁石は、多くの人が想像する以上に様々な場所で使われています。ここでは、その仕様が実際に重要となるいくつかの例をご紹介します。

エンコーダー

磁気エンコーダでは、リング磁石が回転運動をデジタル信号に変換する役割を担います。通常、磁石は複数の極対で磁化されており、センサーは磁石の回転に伴う変化をカウントします。

ここでの課題は磁化精度です。磁極の間隔が均等でない場合、エンコーダの分解能が低下します。高精度な用途では、既製品ではなく、特注の磁化治具が必要になります。

自動化システム

自動化された組立ラインでは、リング磁石は位置フィードバックシステム、ロボット関節、さらには磁気安全スイッチなどに使用されています。これらの環境は過酷です。振動、温度変化、近隣機器からの迷走磁場など、あらゆる要因が性能に影響を与える可能性があります。

溶接装置の近くでシステムを安定させるために、標準のリング磁石を高保磁力のものに交換したお客様もいらっしゃいます。これは試作段階では気づかない点ですが、量産段階では非常に重要になるのです。

より単純な軸方向磁場要件が関係する場合、円筒形磁石の応用これらは、特にリング構成が不要な小型センサーで頻繁に使用されます。

主な仕様

センサー用リング磁石について語る場合、3つの次元が他のどの次元よりも重要になります。

外径／内径／厚さ

外径は磁性材料の量を決定します。内径は磁石がシャフトにどのように取り付けられるかに影響します。そして、厚みはセンサーの検出距離における磁場強度に影響します。

問題となるのは公差です。内径がわずかにずれたリングマグネットは、シャフトに正しく装着できません。緩すぎると振れが生じ、きつすぎると組み立て中にマグネットが割れる恐れがあります。当社では通常、精密用途向けに±0.05mmまでの公差を指定し、生産承認前にノギスでサンプルを検査しています。

磁化

エンジニアリングの労力の大部分はここに注ぎ込まれている。

リング磁石は、さまざまな方法で磁化することができます。
- 軸方向: 平面上に極がある
- 直径の方向：直径を横切る南北方向
-多重極円周に沿って交互に配置された極

エンコーダの場合、多極磁化が標準です。ただし、極数はセンサーの分解能と一致している必要があります。ファームウェアや信号処理を調整しない限り、32極リングは1回転あたり16回の遷移を想定するセンサーでは動作しません。

磁化方向がセンサーの向きとずれていたためにプロジェクトが遅延したケースも見てきました。これは些細なことですが、寸法や引張力にばかり気を取られていると見落としがちです。

 

製造上の考慮事項

センサーアセンブリ用のリングマグネットを発注するのは、製造現場用の保持マグネットを調達するのとは全く異なる作業だ。許容誤差ははるかに厳しく、失敗した場合のコストも著しく高くなる傾向がある。

実際の作業環境下での試作品

磁石サンプルは、実際のセンサーハウジングと実際の読み出し回路に組み込んでテストすることをお勧めします。ベンチ上では問題なく動作するリング磁石でも、スチール製の取り付けプレートや電源ケーブルの近くに設置すると、動作が異なる場合があります。

磁化パターンを明確に指定する

寸法入りの図面だけでは不十分です。極数、極の向き、許容角度誤差を明確に定義する必要があります。これらが明記されていないと、解釈の余地が生まれ、そこで不一致が発生します。

早い段階で温度を考慮する

標準的なリングマグネットは、環境温度が80℃を超えると、一般的にN35SHなどの高温対応グレードに切り替わります。センサーがモーターの近くやエンジンルームに設置されている場合、試作段階では十分だったN42マグネットでは、量産レベルの負荷に耐えられず故障する可能性があります。

適切な質問をしましょう

優れた磁石サプライヤーは、センサーの種類、取り付け方法、動作環境について必ず質問してきます。もし質問してこない場合は、要注意です。以前、メーカーから「ただのリング磁石です」と言われたことがありますが、用途を詳しく聞いてみると、±2度の精度で多極磁化が必要だと分かったのです。

 

注意すべき点

取り扱いと保管
リング型磁石、特に直径の大きいものは、驚くほど強力です。数フィート離れたところからでもパチンとくっつき、磁石自体だけでなく周囲の人にも損傷を与えることがあります。量産する場合は、組み立て後の取り扱い方法や磁化方法を事前に計画しておくことが重要です。

コーティングの選択肢
ニッケルメッキは一般的な選択肢ですが、センサーアセンブリが湿気、塩水噴霧、または洗浄剤にさらされる場合は、エポキシ樹脂またはゴムコーティングが必要になるでしょう。私たちは、屋外の自動化環境でわずか6か月使用しただけで腐食した部品を交換した際に、このことを発見しました。

組み立て後の磁化
多極リングの場合、磁石をアセンブリに取り付けた後に磁化する方が良い場合があります。こうすることで、輸送中の位置ずれを防ぎ、センサーに対して磁極が正確な位置にあることを保証できます。

 

最後に

リング磁石はセンサーアセンブリの小さな部品ですが、決して安価なものではありません。センサーが確実に動作するか、現場で故障するかは、多くの場合、磁石の仕様がどれだけ適切に決定されていたか、そして製造工程が設計どおりの製品を実際に製造できたかどうかにかかっています。

生産用の部品を調達する場合は、時間をかけて磁化パターンをテストし、寸法を確認し、動作環境に合った磁石のグレードを選定してください。事前の努力は、最初の出荷で現場での不具合が発生しなかったときに必ず報われます。