CN102792176B - 矫顽力分布磁铁的矫顽力确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供如下的矫顽力分布磁铁的矫顽力确定方法：可以不切碎矫顽力分布磁铁等，精度良好地确定该矫顽力分布磁铁内部的每个部位的矫顽力，而且能够实现精度良好的质量保证。本发明的矫顽力确定方法由以下步骤组成：针对矫顽力分布磁铁的任意平面虚拟地设定多个平面分割区域，把矫顽力分布磁铁设置在带反向磁场装置中，并且在各平面分割区域配备固有的检测器来生成退磁曲线的步骤；根据退磁曲线确定最低矫顽力和平均矫顽力的步骤；利用3个假定事项来生成矫顽力分布图的步骤；和利用按每个平面分割区域确定的矫顽力分布图，来确定矫顽力分布磁铁内的平面内的任意位置处的矫顽力的步骤。

Description

矫顽力分布磁铁的矫顽力确定方法

技术领域

本发明涉及例如用于精度良好地确定被应用于IPM电动机等的磁铁且是具有矫顽力分布的矫顽力分布磁铁的任意部位的矫顽力的矫顽力分布磁铁的矫顽力确定方法。

背景技术

在确定构成车辆用驱动电动机、例如IPM电动机的永久磁铁的退磁状态时，以往，用高斯计等读取磁铁表面的希望部位的磁通量密度，根据该读取值，确定磁铁内部的退磁状态或者剩余磁通量密度。另外，在专利文献1中公开了一种可以进行比较大型的磁铁的磁测定的磁化测定装置。

在实际上撤掉了一个永久磁铁的情况下，自不必说，按永久磁铁的每个部位，其内部的磁化状态、例如退磁的状态和剩余磁通量密度的状态不同。并且，在所谓的矫顽力分布磁铁中，除了磁通量密度，作为重要的磁铁的性能要素的该矫顽力也的确按每个部位呈现了不同的分布。

从保证矫顽力分布磁铁的质量的观点出发，精度良好地确定该矫顽力分布磁铁内部的矫顽力分布、即内部任意部位的矫顽力是极其重要的。

例如，在上述IPM电动机用转子内埋设的矫顽力分布磁铁中，起因于来自定子侧的磁通量的流动，有时进行使该定子侧侧面部位的磁特性相对良好那样的最佳设计。

此时，在开始提供使用前的矫顽力分布磁铁和开始提供使用后的某个阶段的矫顽力分布磁铁中，精度良好地确定其内部的每个部位的矫顽力，按每个希望部位精度良好地保证成为特定对象的矫顽力分布磁铁的质量，对于今后的磁铁开发以及对于磁铁厂商和磁铁使用厂商的信用都是极其重要的。

但是，目前只不过应用了将矫顽力分布磁铁切碎成为分割片来确定其矫顽力的方法。

因此，对于一个矫顽力分布磁铁，在该领域内正在摸索用于不切碎磁铁便精度良好地确定其内部的矫顽力分布和其内部的任意部位处的矫顽力的有效方法，来取代将磁铁切碎而确定每个部位的矫顽力的以往的确定方法。

专利文献1：日本特开2006-64419号公报

发明内容

本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于，提供不切碎矫顽力分布磁铁等便能够精度良好地确定该矫顽力分布磁铁内部的任意部位处的矫顽力，而且可以以高精度保证质量的矫顽力分布磁铁的矫顽力确定方法。

为了实现上述目的，本发明涉及的矫顽力分布磁铁的矫顽力确定方法是如下的矫顽力分布磁铁的矫顽力确定方法：对矫顽力分布磁铁中的如下的矫顽力分布磁铁确定在沿着易磁化方向的方向上进行截断而形成的平面上的任意部位的矫顽力，该矫顽力分布磁铁在该平面内矫顽力不同，且在该平面内呈现越从其中心趋向外周侧则矫顽力越大的矫顽力分布，该矫顽力分布磁铁的矫顽力确定方法包括以下4个步骤：第1步骤，对矫顽力分布磁铁的上述平面，虚拟地设定在易磁化方向延伸的多个平面分割区域，把该矫顽力分布磁铁设置在反向磁场提供装置中，并且在与各个上述平面分割区域相对应的位置上配置检测器，根据各个检测器的测定结果，生成在各平面分割区域内固有的退磁曲线；第2步骤，根据所生成的各个上述退磁曲线，确定最低矫顽力Hr_min和平均矫顽力Hcj，并且把平面分割区域的中心位置设为x1，设定从中心位置到左右的外周侧的想要确定矫顽力的位置±x2、±x3；第3步骤，利用以下(1)～(3)的假定事项，在把从平面分割区域的中心向外周侧离开的距离设为X轴，把各距离位置的矫顽力设为Y轴的坐标系中，生成矫顽力分布图：(1)在矫顽力分布图中，把中心位置x1的矫顽力H_x1设为最低矫顽力Hr_min；(2)在把位置±x2、±x3各自的矫顽力设为H_-x2、H_+x2、H_-x3、H_+x3时，设(H_-x3+H_-x2+H_x1+H_+x2+H_+x3)/5＝平均矫顽力Hcj；(3)设H_+x2-H_x1＝H_+x3-H_+x2；第4步骤，利用按每个上述平面分割区域所确定的上述矫顽力分布图，确定矫顽力分布磁铁内的上述平面内的任意位置的矫顽力。

本发明的矫顽力确定方法涉及如下的矫顽力确定方法：在把矫顽力分布磁铁配置于以易磁化方向截断时的平面、即以当把该磁铁配置于转子槽内时与该槽轴正交的方向截断磁铁时的断面(平面)中，可以精致地确定矫顽力分布磁铁的平面内的任意位置的矫顽力，该矫顽力分布磁铁的矫顽力呈现为从其中心向外周侧变大的矫顽力分布。

关于俯视为矩形的矫顽力分布磁铁，在上述的平面中，其一侧成为定子侧的侧面，与其对置的另一侧成为转子中央侧的侧面。

一般情况下，由于对于烧结而形成的永久磁铁，镝、铽等提高磁铁矫顽力的重稀土类元素从其表面向中心进行晶间扩散，所以成为矫顽力从磁铁的外周向中心降低的矫顽力分布磁铁。

因此，即使是长方体形状的永久磁铁，也可以说通过以高度方向的任意高度截断永久磁铁而形成的平面的矫顽力的分布状态以哪个高度截断都表示大致相同程度的倾向、即矫顽力从平面的中心向外周侧以同心状变高的倾向。

鉴于此，还能够在把晶间扩散了镝等而形成的矫顽力分布磁铁以某个高度水平截断而成的平面中，确定该平面内的矫顽力分布，通过将其在磁铁的高度方向上展开，来确定3维的任意位置(任意高度的平面内的任意位置)处的矫顽力。

首先，在第1步骤中，对于矫顽力分布磁铁的上述平面，虚拟地设定在易磁化方向延伸的多个平面分割区域，把该矫顽力分布磁铁设置在反向磁场提供装置中，并且在与各个上述平面分割区域相对应的位置上配置检测器，根据各个检测器的测定结果生成各个平面分割区域固有的退磁曲线。

例如，通过针对俯视为矩形的磁铁平面虚拟地设定沿着易磁化方向的带状的平面分割区域，来把该磁铁平面虚拟分割为多个带状区域。该易磁化方向例如是如已述那样，在把该矫顽力分布磁铁设置于转子槽内时，从转子中心侧朝向定子侧的方向。

反向磁场提供装置可以使用例如软磁性材料评价试验装置(TRF(直流自动记录磁通量计)、或脉冲励磁型磁特性测定装置)等，能够对作为被确定对象的矫顽力分布磁铁施加外部的反向磁场而使其退磁，并使用由检测线圈等构成的检测器，在由矫顽力坐标和剩余磁通量密度(磁化)坐标构成的坐标系(的第二象限)生成退磁曲线(也称为I-H曲线、4πI-H曲线)。

在本发明的确定方法中，按每个上述被虚拟分割的平面分割区域设置检测器，生成与各检测器相对应的平面分割区域的退磁曲线。

其中，若例示在上述的平面中形成了5个平面分割区域的情况，则表示其中央的分割区域的矫顽力低，与此邻接的上下的平面分割区域其矫顽力以同样程度变高，进而与这些区域邻接的上下的平面分割区域矫顽力同样以相同程度进一步变高的倾向。即，在把中央的平面分割区域设为BA1，把与之邻接的上下的平面分割区域设为BA2、3，把进而与这些区域邻接的上下的平面分割区域设为BA4、5时，矫顽力的大小为BA1＜BA2＝BA3＜BA4＝BA5。

因此，在该实施方式中，只要在与中央的平面分割区域相对应的位置(BA1)、和例如与之邻接的上方的平面分割区域(BA2)、以及进而与其邻接的上方的平面分割区域(BA4)合计3个部位设置检测器即可(BA3、BA5的退磁曲线分别可以使用BA2、BA4的退磁曲线)。

接着，作为第2步骤，根据所生成的各个上述退磁曲线确定最低矫顽力Hr_min和平均矫顽力Hcj，并且把平面分割区域的中心位置设为x1，设定要在其左右的外周侧确定矫顽力的位置±x2、±x3。更具体而言，从中心位置x1向其定子侧设定+x2、+x3，并且从中心位置x1向转子中央侧也同样地设定-x2、-x3，在各平面分割区域中设定5个部位的平面位置(x1、±x2、±x3)。

这里，可以根据所生成的退磁曲线，把剩余磁通量密度降低的变曲点(或者从最大磁通量密度退磁几％的时间点)的矫顽力设为最低矫顽力，可以将进一步退磁、该退磁曲线与矫顽力坐标相交的点作为平均矫顽力。

例如在用3个检测器生成了3个平面分割区域的退磁曲线的情况下，按各个退磁曲线每一个设定最低矫顽力和平均矫顽力。

当然，中心位置x1处的矫顽力最小，朝向位置±x2、±x3和平面分割区域的左右的外周侧矫顽力变大。

接着，作为第3步骤，利用以下(1)～(3)的假定事项，在把从平面分割区域的中心向外周侧的距离设为X轴，把各距离位置的矫顽力作为Y轴的坐标系中生成矫顽力分布图。这里，3个假定事项由以下3项组成：(1)在矫顽力分布图中，把中心位置x1的矫顽力H_x1设为最低矫顽力Hr_min；(2)在把位置±x2、±x3各自的矫顽力设为H_-x2、H_+x2、H_{- x3}、H_+x3时，设(H_-x3+H_-x2+H_x1+H_+x2+H_+x3)/5＝平均矫顽力Hcj；(3)设H_+x2-H_x1＝H_+x3-H_+x2。

这里，由于H_-x3、H_+x3、H_-x2和H_+x2是处于距离中心位置相同距离的矫顽力，所以各自的值相等。

因此，实质上变量为H_+x2和H_+x3，根据上式(2)、(3)来确定H_+x2和H_+x3。

另外，考虑到由(1)设定的中心位置x1处的矫顽力H_x1＝Hr_min，可以在把从平面分割区域的中心向外周侧的距离设为X轴，把各距离位置的矫顽力设为Y轴的X-Y坐标系中，生成一次函数(例如H＝kx+Hr_min(x是距离中心的距离))的矫顽力分布图。

这里，上式(3)基于在平面分割区域中从其中心向外周侧矫顽力线性增加这一假定，该假定的精度对本发明的确定方法的确定结果的精度影响很大。当设定该假定时，本发明者们把实际的基于切碎法的矫顽力实测值和以基于(1)～(3)的假定事项的本发明的确定方法所确定的矫顽力值进行比较，得到其误差为5％程度的验证结果，在上式(3)表示的矫顽力以线性增加的假定是妥当的见解下，提出本发明的矫顽力确定方法。

从以上的说明可以理解，根据本发明的矫顽力分布磁铁的矫顽力确定方法，可以不切碎磁铁而精致地确定矫顽力分布磁铁的任意位置处的矫顽力和其内部的矫顽力分布。

附图说明

图1是说明本发明的矫顽力分布确定方法的流程图。

图2(a)是说明矫顽力分布磁铁和易磁化方向及被设置于转子内时的方向的图，(b)是图2a的b-b向视图、是说明矫顽力的分布的图。

图3是说明在反向磁场提供装置内设置矫顽力分布磁铁，在与虚拟的平面分割区域相对应的位置设置了检测器的状态的俯视图。

图4(a)是一个平面分割区域的退磁曲线，(b)是与离基于假定事项(1)、(3)的平面分割区域的中心的距离和矫顽力相关的图。

图5(a)和(b)都是以切碎法实测的矫顽力映射图。

图6是说明以本发明的矫顽力确定方法确定处的矫顽力(解析值)和利用切碎法确定处的矫顽力(实测值)的差异的图。

符号说明：10...矫顽力分布磁铁；A1、A2、A3、A4、A5...矫顽力区域；BA1、BA2、BA3、BA4...虚拟的平面分割区域；P...反向磁场提供装置；C1、C2、C3、C4...检测器(检测线圈)。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。图1是说明本发明的矫顽力分布确定方法的流程图，图2a是说明矫顽力分布磁铁和易磁化方向以及设置于转子内时的方向的图，图2b是图2a的b-b向视图、是说明矫顽力的分布的图。另外，图3是说明在反向磁场提供装置内设置了矫顽力分布磁铁，在与虚拟的平面分割区域相对应的位置设置了检测器的状态的俯视图。

被测定对象的矫顽力分布磁铁10例如是被埋设在构成混合动力车、电动汽车等的驱动用IPM电动机的转子内的磁铁，由向钕中加入铁和硼的3种成分系的钕磁铁、钐和钴的2种成分系的合金所组成的钐钴磁铁、以铁氧化物粉末作为主要原料的铁氧体磁铁、以铝、镍、钴等作为原料的铝镍钴合金磁铁等构成。

这里，图示的矫顽力分布磁铁10在如图2a所示那样被设置于转子槽(rotor slot)内时，朝向成为定子侧的方向规定了易磁化方向(Z方向)。而且，镝、铽等提高磁铁矫顽力的重稀土类元素从其表面进行晶间扩散，因此，如图2b所示那样，呈现了从磁铁的内部中心向其外周侧矫顽力以同心状(R方向)增加的矫顽力分布。

其中，在图2b中，从中心的矫顽力区域A1向外周侧，按照矫顽力区域A2、A3、A4、A5的顺序，矫顽力渐增。

另外，虽然矫顽力按每个部位不同，但由于矫顽力分布磁铁由同样的原材料形成其整体，所以无论在哪个部位，剩余磁通量密度(Br)、反冲相对导磁率、拖曳相对导磁率都为大致相同值。

返回到图1，概括说明本发明的矫顽力确定方法。

首先，针对矫顽力分布磁铁的任意平面虚拟设定多个平面分割区域(步骤S1)。

这里，任意平面是沿着易磁化方向的方向、即在图1a所示的磁铁10的任意高度水平上截断而形成的平面，在该任意平面中，如图3所示那样，将在易磁化方向上延伸的多个平面分割区域从其中央开始按顺序设定为虚拟的平面分割区域BA1、BA2、BA3、BA4。此外，在平面分割区域BA1的下方也同样地设定了多个平面分割区域，可以认为这些平面分割区域呈现与平面分割区域BA2、BA3、BA4同样的矫顽力分布。

如图3所示那样，将矫顽力分布磁铁10配置到软磁性材料评价试验装置(TRF等)的反向磁场提供装置P，在与各平面分割区域BA1、BA2、BA3、BA4相对应的位置分别配置固有的检测线圈C1、C2、C3、C4(步骤S2)。

通过针对矫顽力分布磁铁10施加外部的反向磁场使其退磁，可以在由矫顽力坐标和剩余磁通量密度(磁化)坐标构成的坐标系(的第二象限)中，生成图4a所示那样的退磁曲线(I-H曲线)(步骤S3)。

上述的步骤S1～S3成为本发明的矫顽力确定方法的第1步骤。

接着，使用按每个平面分割区域生成的退磁曲线，确定其最低矫顽力和平均矫顽力，设定要从其中央位置x1向左右(易磁化方向)确定矫顽力的位置+x2、+x3和-x2、-x3，还设定与这些位置对应的5个虚拟小区域(步骤S4)。这成为本发明的矫顽力确定方法的第2步骤。

这里，当确定最低矫顽力和平均矫顽力时，如图4a所示那样，可以将最大剩余磁通量密度：Br退磁几％时的矫顽力(图中是退磁2％时的矫顽力：Hr_0.98)设为各平面分割区域的最低矫顽力：Hr_min，将退磁曲线与矫顽力坐标交差的点确定为平均矫顽力：H_cj。

该退磁曲线可以按各平面分割区域BA1、BA2、BA3、BA4每一个生成，分别确定固有的最低矫顽力：Hr_min和平均矫顽力：H_cj。

接着，进行每个平面分割区域的矫顽力分布图的生成(步骤S5)。

当生成该矫顽力分布图时，应用以下的3个假定事项。

(1)在矫顽力分布图中，将中心位置：x1处的矫顽力：H_x1设为最低矫顽力：Hr_min。

(2)当将位置±x2、±x3各自的矫顽力设为H_-x2、H_+x2、H_{- x3}、H_+x3时，(H_-x3+H_-x2+H_x1+H_+x2+H_+x3)/5＝平均矫顽力：Hcj。

(3)H_+x2-H_x1＝H_+x3-H_+x2。

这里，关于上述(2)的假定事项，还包含这样的假定：与平面分割区域的中心：x1相等距离的±x2、±x3的各位置处的矫顽力H_{-x 2}和H_+x2以及H_-x3和H_+x3分别是相同值。

另外，上述(3)的假定事项意味着按H_x1、H_+x2、H_+x3的顺序，矫顽力线性增加。

因此，实质上变量为H_+x2和H_+x3，根据上述(2)、(3)来确定H_{+ x2}和H_+x3。

而且，考虑到上述(1)的假定事项、即中心位置：x1处的矫顽力：H_x1＝Hr_min，在将从平面分割区域的中心向外周侧的距离设为X轴，将各距离中的矫顽力设为Y轴的X-Y坐标系中，生成如图4b所示那样的一次函数(例如H＝kx+Hr_0.98(x是距离中心的距离))的矫顽力分布图。

上述的步骤S5成为本发明的矫顽力确定方法的第3步骤。

由于该矫顽力分布图按各平面分割区域每一个生成，所以通过对平面分割区域BA1、BA2、BA3、BA4分别利用固有的矫顽力分布图，能够确定所关注的磁铁平面上的任意部位(2维平面内的任意部位)的矫顽力(步骤S6)。

上述的步骤S6成为本发明的矫顽力确定方法的第4步骤。

其中，通过使成为测定对象的平面(磁铁的高度位置)错移，配置于反向磁场提供装置，并同样地反复进行上述的步骤S1～步骤S6，可以确定另外的平面内的任意位置处的矫顽力。

因此，通过按多个高度水平每一个获得各平面内的矫顽力分布图，还能够容易地实施矫顽力分布磁铁的任意的3维位置处的矫顽力的确定。

此外，对于该退磁曲线的生成、基于3个假定事项的矫顽力分布图的生成，可以考虑以下那样的未图示的计算机内的处理。

即，向计算机内发送检测器的退磁曲线数据，上述3个假定事项作为数据被内置，计算作为变量的H_+x2和H_+x3，生成并蓄积线性的矫顽力分布图。

在计算机的画面上，平面分割区域BA1、BA2、BA3、BA4各自的矫顽力分布图被显示在同一画面上，若管理者输入了任意的2维坐标，则显示该输入坐标处的矫顽力。

另外，如上述那样，通过在多个高度水平的各平面中生成矫顽力分布图，并蓄积到计算机内，在管理者输入了任意的3维坐标时，也能够显示该输入坐标处的矫顽力。

[验证了以本发明的矫顽力确定方法确定的矫顽力值的精度的实验和其结果]

本发明者们为了验证以本发明涉及的矫顽力确定方法确定的矫顽力值的精度，应用本发明的矫顽力确定方法求出与成为试样的矫顽力分布磁铁相关的矫顽力值(解析值)，并且通过实际上将该试样切碎来得到各切碎片的矫顽力实测值，验证了解析值和实测值双方的差异、解析值相对实测值的误差。

图5a是以数值表示了实测值的矫顽力映射图，图5b是其等高线(contour)图。

根据图5b，在对象平面中可看出矫顽力从其中心开始以大致同心圆状增加的矫顽力分布倾向。

图6是绘制了解析值和实测值双方的值的验证结果。

对于双方的差异完全一致的图中的实线，解析值相对实测值具有微小的误差，具体而言，矫顽力值在7kOe～9kOe的范围内成为±0.5kOe的误差，解析值的误差稳定在大约5％程度。

根据该验证结果，证明了本发明的矫顽力确定方法的妥当性，更具体而言，证明了构成该确定方法的3个假定事项的妥当性。

根据以上的解析及实验的结果，不用切碎磁铁，通过应用本发明的矫顽力确定方法而保证了高精度的磁铁内部的矫顽力的确定。

以上，使用附图详述了本发明的实施方式，但具体的构成不限定于该实施方式，不脱离本发明主旨的范围内的设计变更等也是本发明包含的内容。

Claims (2)

1.一种矫顽力分布磁铁的矫顽力确定方法，其中，

对矫顽力分布磁铁中的如下的矫顽力分布磁铁确定在沿着易磁化方向的方向上进行截断而形成的平面上的任意部位的矫顽力，该矫顽力分布磁铁在该平面内矫顽力不同，且在该平面内呈现越从其中心趋向外周侧则矫顽力越大的矫顽力分布，该矫顽力分布磁铁的矫顽力确定方法包括以下4个步骤：

第1步骤，对矫顽力分布磁铁的上述平面，虚拟地设定在易磁化方向延伸的多个平面分割区域，把该矫顽力分布磁铁设置在反向磁场提供装置中，并且在与各个上述平面分割区域相对应的位置上配置检测器，根据各个检测器的测定结果，生成在各平面分割区域内固有的退磁曲线；

第2步骤，根据所生成的各个上述退磁曲线，确定最低矫顽力Ｈｒ_ｍｉｎ和平均矫顽力Ｈｃｊ，并且把平面分割区域的中心位置设为ｘ1，设定从中心位置到左右的外周侧的想要确定矫顽力的位置±ｘ2、±ｘ3；

第3步骤，利用以下（1）～（3）的假定事项，在把从平面分割区域的中心向外周侧离开的距离设为Ｘ轴，把各距离位置的矫顽力设为Ｙ轴的坐标系中，生成矫顽力分布图：

（1）在矫顽力分布图中，把中心位置ｘ1的矫顽力Ｈ_ｘ1设为最低矫顽力Ｈｒ_ｍｉｎ；

（2）在把位置±ｘ2、±ｘ3各自的矫顽力设为Ｈ_－ｘ2、Ｈ_＋ｘ2、Ｈ_{－ ｘ3}、Ｈ_＋ｘ3时，设（Ｈ_－ｘ3＋Ｈ_－ｘ2＋Ｈ_ｘ1＋Ｈ_＋ｘ2＋Ｈ_＋ｘ3）／5＝平均矫顽力Ｈｃｊ；

（3）设Ｈ_＋ｘ2－Ｈ_ｘ1＝Ｈ_＋ｘ3－Ｈ_＋ｘ2；

第4步骤，利用按每个上述平面分割区域所确定的上述矫顽力分布图，确定矫顽力分布磁铁内的上述平面内的任意位置的矫顽力。

2.一种矫顽力分布磁铁的矫顽力确定方法，其中，

通过对与在沿着易磁化方向的方向上进行截断而形成的平面正交的方向且是矫顽力分布磁铁的高度方向的任意高度的该平面，应用权利要求1所述的矫顽力确定方法，来确定该矫顽力分布磁铁的任意平面位置及高度位置的矫顽力分布。

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