マグネットについて ４

こんばんは。今日はマグネットの続編です。
各マグネットについて個別にお話を進めたいところですが、その前にマグネットの減磁について説明をしておく必要があります。というのがマグネットについて非常に重要なポイントである減磁は、各マグネットによって事情がかなり違うので、先に説明しておいた方が話が分かりやすいのです。

さて減磁とは何かですが、これは名前のとおりマグネットの磁力が減っていく（弱くなっていく）現象です。そもそもマグネットとは永久磁石とも呼ばれるように、一度着磁をして磁力を与えると、その磁力が半永久的に持続するものですが、実はいろいろなタイプの減磁という現象が存在します。

減磁には現象面で大きく分けると下記の３つになります。

１）可逆変化
　状態によって磁束が変化するもので、一度減磁しても状態が元に戻れば磁束も復帰するもの。これは減磁の中では、あまり大きな問題にはなりません。ある範囲内での温度差による変化などがこれになりますが、詳しくは各マグネットの項目で説明することにします。

２）不可逆変化
　これは一度減磁するとそのままでは元には戻らないので厄介ですが、再着磁をすれば元の磁束に復帰します。ただ一般の使用事例では再着磁というのは難しいので、設計的に一番考慮しないといけないのはこれになります。これにあたるのは着磁後の経年変化や高温減磁、低温減磁、パワー減磁などがありますが、経年変化以外の３点は設計的には慎重に検討する必要があります。

３）永久減磁
　これは一度減磁すると、その名のとおり永久に元に戻らない減磁で、例としてはアルニコマグネットの熱処理温度以上の温度（500～600℃）に対してマグネットを構成する組成や組織が物理的または化学的に変化してしまうために起こるものなどです。ただ実際での使用環境ではあまり考えられないので、ユニットの設計上ではあまりこれを考慮することはないと思います。


次に上記の中で一番注意しなければいけない不可逆減磁について、少し個別に話を進めたいと思います。

２-１）経年変化
　マグネットは着磁した状態で室温で放置しておいても時間とともに減磁していきます。その変化は時間の対数に対して直線的に起こることが知られています。経年減磁は、マグネットの種類や磁気回路の状態などによって変化率が変わりますが、たまに見かける「アルニコマグネットは未使用の状態でも10年間に5%以上減磁する」などということはありません。アルニコである減磁は殆どがパワー減磁であって、それと経年変化がごっちゃにされている悪い例ですね。
ちなみに古い資料ではありますがアルニコの経年変化についてちょっと変化率を計算してみましたが、１０年で0.17％、２０年で0.18％くらいでしたので、実用上大きく問題になることはないと思います。もし実際に数％も自然放置で経年変化しているとしたら、それはその磁気回路の設計がよほどまずくてパーミアンスが異常に低いというような場合ではと思いますが、実際の製品ではまず無いのではと思います。私自身、長年ユニットの設計をやっていますが、この経年変化で何か設計上問題になったということはあまり記憶がありません。

2-2）高温減磁
　これはネオジムマグネットに多く見られる減磁で、ネオジムの最大の欠点と言えます。ネオジムは温度によってＢＨカーブが大きく変わりますが、温度が高くなるとカーブが立ってきて屈曲点が上に上がってくるので、磁気回路のパーミアンス係数を予想される最高使用温度でも動作点がその温度での屈曲点よりも下にならないようにしておかないとその温度になった時に大きく減磁が起こり、元に戻れなくなります。
う～ん分かり難い説明ですよね。まぁ簡単に言うと、ネオジムは実際に使われる最高の温度の時（ボイスコイルの温度上昇なども考慮して）のＢＨカーブで設計をしておかないと、減磁するということです。ウーファーでネオジムの使用例が少ないのはこのためです。

分かり難いので、実際のＢＨカーブを見ながら説明しましょう。



上の図は、ネオジムマグネットのＢＨカーブの例ですが、温度によってＢＨカーブが大きく変わっていることが分かります。ここで20℃の時に最大効率となるように動作点Ａ点（Ｐ＝0.4）で磁気回路を設計したとすると、この磁気回路が100℃まで上がるとその時の動作点はＢＨカーブが変化することにより、Ａ点→Ｂ点に移動します。この時のＢ点は、屈曲点よりもかなり下になっているので、温度が20℃になっても磁束は元に戻れなくなり、減磁が起こります。この例で言えば、例えば100℃まで動作保証をしようとすると、動作点は100℃での屈曲点よりも上にもっていかないとだめなので、動作点はＣ点（Ｐ＝2.5）以上に設定する必要があります。

2-3）低温減磁
　ネオジムとは逆にフェライトマグネットは温度が下がるとＢＨカーブが立ってきます。そのため、フェライトでは低温になると減磁が起こることがあります。ただ低温といっても－40℃以下というようなレベルなので、カーオーディオ用など特殊な用途を除けばよほどパーミアンスが低くなければ、低温減磁の発生はあまりないと思います。実際のユニット設計でも、ホーム用ではあまり低温減磁については心配しなくてもよいと思います。ちなみにスピーカーは動作するとボイスコイルの温度上昇で自然に温度が上がるので、その点でも低温減磁は起き難いと言えます。

こちらも実際のＢＨカーブで説明しましょう。



フェライトの場合はネオジムと逆で、低温の方がカーブが立ってきます。そのため、例えば20℃の最大効率を狙って動作点をＡ点（Ｐ＝0.3）で設計すると、この磁気回路が-100℃まで温度が下がると動作点はＢＨカーブの変化に伴いＡ点→Ｂ点に移動するので、やはり屈曲点より大幅に下になるので減磁が起こります。この場合-100℃まで保証するのであれば、動作点はＣ点（Ｐ＝3.5）くらいまで上げておく必要があります。

2-4）パワー減磁
　実際のユニット（特に古いモデル）で発生している減磁で一番多いのはこれでしょう。これはボイスコイルに大入力が入った時に発生する逆磁界が磁気回路に影響し、動作点を下に移動させることにより発生する減磁で、もともとＢＨカーブが立っているアルニコマグネットに一番多く見られます。アルニコは温度特性は非常に安定しているのですが、このパワー減磁の弱さが一番の弱点と言えます。これを防ぐためには、パーミアンスを余裕をもって高くしておくのがベストですが、それは言い換えれば効率を落として大きな（高さのある）マグネットを使うということで、コスト的には非常に不利なので、昔の効率最優先のユニットでは結構厳しいものが散見されます。

以上駆け足で説明しましたが、ちょっと今回の説明は分かり難かったですかねぇ。本当は各ＢＨカーブの実例を見ながら説明すれば少しは分かりやすいのですが、なかなか転載ＯＫのデータが見つからず今回は文章だけの説明となってしまいました。次回は各マグネットの説明をして、一応このシリーズは完結させたいと思いますので、もう少しだけ我慢してくださいね。では今日はこの辺で。