CN110678943A - 磁铁的制造方法及磁铁的磁化方法 - Google Patents

磁铁的制造方法及磁铁的磁化方法 Download PDF

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Abstract

一种磁铁的制造方法，所述制造方法包括：(1)准备易磁化轴在预定方向上取向的3个以上的未磁化磁铁素材，使各个未磁化磁铁素材相互粘结，以构成组装体的步骤；以及(2)对所述组装体施加曲线形的脉冲磁场，以使所述组装体磁化的步骤，其中，通过所述(2)的步骤，各个未磁化磁铁素材成为磁铁块，并且至少1组相邻的所述磁铁块彼此的磁化方向形成的角度θ(其中，0≤θ≤180°)在30°～120°的范围内。

Description

磁铁的制造方法及磁铁的磁化方法
技术领域
本发明涉及一种磁铁的制造方法及磁铁的磁化方法。
背景技术
在机床、车辆、飞机以及风力原动机等设备中使用将从发动机等传递来的机械动能转换成电能的发电机、或者相反地将电能转换成机械动能的马达(电动机)等。
近年来，在该类马达等设备中所使用的永久磁铁中，为了进一步提高磁特性，提出了所谓的海尔贝克(Halbach)磁铁。
海尔贝克磁铁是通过以被称为海尔贝克阵列的阵列来组合多个永久磁铁块而构成的磁铁。在海尔贝克磁铁中，通过优化各个永久磁铁块的磁极方向，从而能够提高特定方向上的磁场强度。
<现有技术文献>
<专利文献>
专利文献1：日本特开2016-029880号公报
发明内容
<本发明要解决的问题>
然而，为了构造海尔贝克磁铁，需要在多个永久磁铁块彼此排斥和/或吸引的状态下对其进行接合。因此，传统的海尔贝克磁铁的制造方法中存在生产率较低、且难以批量生产的问题。另外，在传统的制造方法中，由于上述排斥和/或吸引的影响，使得组装的精度趋于降低，并且有可能在所获得的海尔贝克磁铁中无法获得期望的特性。
需要说明的是，作为应对该类问题的方法，考虑预先使未磁化的磁铁块排列以形成组装体，并针对该组装体后续进行磁化处理，来代替使用预先被磁化的永久磁铁块的方式。
然而，根据专利文献1的报告，在该类方法中，例如在相邻的未磁化的磁铁块之间，无法以使磁化方向相差90°的方式进行磁化(专利文献1)。这是因为：通常磁场具有连续性，因此在原理上不可能针对以使易磁化轴的取向方向不同的方式相邻布置的未磁化的磁铁块施加沿着易磁化轴的取向方向的磁场。
这样一来，在传统的方法中，存在难以以较高的生产率来制造海尔贝克磁铁的问题。
鉴于该背景，本发明的目的在于提供一种与以往相比生产率较高的海尔贝克磁铁的制造方法、以及一种与以往相比生产率较高的未磁化磁铁的磁化方法。
<用于解决问题的方案>
在本发明中，提供一种磁铁的制造方法，所述制造方法包括：(1)准备易磁化轴在预定方向上取向的3个以上的未磁化磁铁素材，使各个未磁化磁铁素材相互粘结，以构成组装体的步骤；以及(2)对所述组装体施加曲线形的脉冲磁场，以使所述组装体磁化的步骤，其中，通过所述(2)的步骤，各个未磁化磁铁素材成为磁铁块，并且至少1组相邻的所述磁铁块彼此的磁化方向形成的角度θ(其中，0≤θ≤180°)在30°～120°的范围内。
另外，在本发明中，提供一种磁化方法，包括：(1)准备易磁化轴在预定方向上取向的3个以上的未磁化磁铁素材，使各个未磁化磁铁素材相互粘结，以构成组装体的步骤；以及(2)对所述组装体施加曲线形的脉冲磁场，以使所述组装体磁化的步骤，其中，通过所述(2)的步骤，各个未磁化磁铁素材成为磁铁块，并且相邻的所述磁铁块彼此的磁化方向形成的角度θ(其中，0≤θ≤180°)在30°～120°的范围内。
<发明的效果>
在本发明中，能够提供一种与以往相比生产率较高的海尔贝克磁铁的制造方法、以及一种与以往相比生产率较高的未磁化磁铁的磁化方法。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的一个实施方式中的海尔贝克磁铁的制造方法的流程的示例的图。
图2是示意性地示出未磁化磁铁素材的一个形态的立体图。
图3是示意性地示出本发明的一个实施方式中的组装体的一个结构示例的立体图。
图4是示意性地示出本发明的一个实施方式中的另一种组装体的结构示例的立体图。
图5是示意性地示出本发明的一个实施方式中的又一种组装体的结构示例的立体图。
图6是示意性地示出本发明的一个实施方式中的又一种组装体的结构示例的立体图。
图7是示意性地示出可用于组装体的磁化处理的磁化装置的结构示例的剖面图。
图8是示意性地示出通过使用图7所示的磁化装置进行磁化处理而得到的磁化体的磁化方向的一个示例的图。
图9是示意性地示出磁化方向角度差θ为90°的磁化体的结构示例的图。
图10是示意性地示出可用于组装体的磁化处理的另一种磁化装置的结构示例的剖面图。
图11是示意性地示出通过使用图10所示的磁化装置进行磁化处理而得到的磁化体的磁化方向的一个示例的图。
图12是示意性地示出在示例1中进行磁化后得到的海尔贝克磁铁的形态的立体图。
图13是示意性地示出在示例6中进行磁化后得到的海尔贝克磁铁的形态的立体图。
图14是示意性地示出亥姆霍兹线圈装置的结构的图。
图15是示出在亥姆霍兹线圈装置中得到的样本的移动距离与感应电压V之间的关系的示例的曲线图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。
(本发明的一个实施方式中的海尔贝克磁铁的制造方法)
参照图1～图9对本发明的一个实施方式中的海尔贝克磁铁的制造方法的示例进行说明。
图1示意性地示出了本发明的一个实施方式中的海尔贝克磁铁的制造方法(第一制造方法)的流程。
如图1所示，第一制造方法包括：
(1)准备易磁化轴在预定方向上取向的3个以上的未磁化磁铁素材，使各个未磁化磁铁素材相互粘结，以构成组装体的步骤(步骤S110)；以及
(2)对所述组装体施加曲线形的脉冲磁场，以使所述组装体磁化的步骤(步骤S120)。
需要说明的是，步骤S120中的“曲线形的(脉冲)磁场”是指穿过组装体(被磁化体)内部的磁力线的方向为曲线形而非直线形的(脉冲)磁场。
另外，作为易磁化轴在预定方向上取向的未磁化磁铁素材，例如可以举出易磁化轴在一个方向上排列的并行取向的未磁化磁铁素材。在此，并行取向是指例如在进行磁化时获得最大的表面磁通密度的面上的对角线被4等分后的3点处的易磁化轴的取向方向之差为15°以内的取向。
以下，对各步骤进行说明。
(步骤S110)
首先，准备3个以上的未磁化磁铁素材。
图2中示出了未磁化磁铁素材的一个形态。
如图2所示，该未磁化磁铁素材110具有大致长方体形状。在未磁化磁铁素材110中，磁铁颗粒的易磁化轴140在预定方向上取向。例如，在图2所示的示例中，在未磁化磁铁素材110中，易磁化轴140在铅锤方向(图2的Z方向)上取向。
但是，其仅为示例，未磁化磁铁素材的易磁化轴的取向方向基于后面制造的海尔贝克磁铁的海尔贝克阵列来确定。例如，未磁化磁铁素材110的易磁化轴140可以在与图2中的Z轴平行的方向上取向，也可以相对于Z轴形成预定角度(例如30°、45°或90°)。
在未磁化磁铁素材110为大致长方体的情况下，未磁化磁铁素材110的最短边的长度例如在1mm～6mm的范围内。最短边的长度优选在2mm～4mm的范围内。另一方面，未磁化磁铁素材110的最长边的长度例如在5mm～50mm的范围内。
未磁化磁铁素材110例如可以是未磁化状态的稀土类烧结磁铁。另外，稀土类烧结磁铁可以是钕铁硼系合金。
需要说明的是，由于非磁化磁铁素材110的制造方法对于本领域技术人员显而易见，因此在此省略进一步的说明。
接着，将多个未磁化磁铁素材相互粘结，构成组装体。
图3示意性地示出了组装体的一个结构示例。
如图3所示，组装体160为大致长方体形，并且具有顶面162、底面164、以及4个侧面166。
组装体160通过使第一未磁化磁铁素材110A、第二未磁化磁铁素材110B以及第一未磁化磁铁素材110A这3个未磁化磁铁素材以该顺序排列成一列而构成。以下将各个未磁化磁铁素材的排列方向(图3中的X方向)也称作“(未磁化磁铁素材的)排列方向”。
需要说明的是，尽管为了清楚起见未在图3中示出，但是实际上在相邻的第一未磁化磁铁素材110A与第二未磁化磁铁素材110B之间设置有粘结剂，并且第一未磁化磁铁素材110A和第二未磁化磁铁素材110B经由该粘结剂被彼此粘结。
第一未磁化磁铁素材110A具有第一顶面112A、第一底面114A、以及4个第一侧面116A。需要说明的是，将第一未磁化磁铁素材110A的6个面之中的与第二未磁化磁铁素材110B接合的面特别地称作“第一被接合面”。
第二未磁化磁铁素材110B具有第二顶面112B、第二底面114B、以及4个第二侧面116B。需要说明的是，将第二未磁化磁铁素材110B的6个面之中的与第一未磁化磁铁素材110A接合的面特别地称作“第二被接合面”。
按照该标记，通过以使第一未磁化磁铁素材110A的第一被接合面(第一侧面116A之中的一个)与第二未磁化磁铁素材110B的第二接合面(第二侧面116B之中的一个)彼此面对的方式使未磁化磁铁素材110A、110B排列，并重复该过程，从而构成组装体160。
组装体160的顶面162由2个第一未磁化磁铁素材110A的第一顶面112A和1个第二未磁化磁铁素材110B的第二顶面112B形成。同样地，组装体160的底面164由2个第一未磁化磁铁素材110A的第一底面114A和1个第二未磁化磁铁素材110B的第二底面114B形成。
在此，在以组装体160的方式使顶面162和底面164彼此相对的情况下，将顶面162与底面164之间的距离称作“厚度”。在图3所示的示例中，组装体160的厚度方向与Z方向平行。
组装体160的厚度在1mm～10mm的范围内，更优选在1mm～6mm的范围内，进一步优选在大于等于1.5mm且小于6mm的范围内。
另一方面，组装体160的沿排列方向的长度(以下称为“排列长度”)优选在10mm～40mm的范围内。
需要说明的是，在通常情况下，将第一未磁化磁铁素材110A的Z方向的尺寸设为与第二未磁化磁铁素材110B的Z方向的尺寸。由此，能够使组装体160的厚度一致，并且能够省略或简化用于使后面所制造的海尔贝克磁铁的厚度一致的研磨步骤。
再次参照图3，第一未磁化磁铁素材110A以使易磁化轴140A平行于组装体160的厚度方向的方式被布置在组装体160内。另外，第二未磁化磁铁素材110B以使易磁化轴140B平行于各个未磁化磁铁素材110A、110B的排列方向的方式被布置在组装体160内。
因此，在组装体160中的相邻的未磁化磁铁素材110A、110B中，由易磁化轴140A和易磁化轴140B形成的角度α(以下称为“易磁化轴的角度差α”)为90°(其中，0°≤α≤90°)。
需要说明的是，实际上，在未磁化磁铁素材中，易磁化轴的角度包括大约±5°的偏差。因此，在本申请中，易磁化轴的角度差α的值包括±5°的范围。因此，易磁化轴的角度差α为90°是指α＝85°～90°的范围。未磁化磁铁素材的易磁化轴的方向可以利用电子背散射衍射法(Electron-Backscatter-Diffraction)来测量。即，在利用电子背散射衍射法所获得的易磁化轴的极坐标图中，频率最高的方向可以为该分析点处的易磁化轴的方向。作为分析点，在对进行磁化时获得最大的表面磁通密度的面中的对角线进行4等分后的3点处进行分析，将该3点处的易磁化轴的方向的平均值作为该未磁化磁铁素材的取向方向、即易磁化轴的方向140。
另外，在图3所示的示例中，通过使总共3个未磁化磁铁素材110A、110B接合成一列(排列方向)而构成组装体160。然而，需要注意此形态仅为示例。即，在组装体中，要组合的未磁化磁铁素材的总数只要为3个以上，则对其并无限定。
另外，在组装体中，所使用的各个未磁化磁铁素材的易磁化轴的取向方向并不一定需要与图3所示的易磁化轴140A、140B的方向相同。
以下，参照图4～图6对组装体的另外的结构进行说明。
图4～图6示意性地示出了组装体的另外的结构。
在图4所示的示例中，组装体260通过沿排列方向(X方向)布置总共5个未磁化磁铁素材210A、210B、210C、210D以及210A而构成。需要说明的是，在组装体260中，可以在左端和右端如图4所示布置相同的未磁化磁铁素材210A。
各个未磁化磁铁素材210A～210D具有沿彼此不同的方向取向的易磁化轴240A～240D。
因此，在该组装体260的结构中，在相邻的未磁化磁铁素材组中，易磁化轴240的角度差α均为45°。
另外，在图5所示的示例中，组装体360通过沿排列方向(X方向)布置总共5个未磁化磁铁素材310A、310B、310C、310D以及310A而构成。需要说明的是，在组装体360中，可以在左端和右端如图5所示布置相同的未磁化磁铁素材310A。
各个未磁化磁铁素材310A～310D具有沿彼此不同的方向取向的易磁化轴340A～340D。
在此，在组装体360中，与图4所示的组装体260同样，在相邻的未磁化磁铁素材组中，易磁化轴340A～340D的角度差α均为45°。但是，与组装体260不同，组装体360在左端和右端具有易磁化轴340在与排列方向平行的方向上取向的未磁化磁铁素材310A。
另外，在图6所示的示例中，组装体460通过沿排列方向(X方向)布置总共7个未磁化磁铁素材410A、410B、410C、410D、410E、410F以及410A而构成。需要说明的是，在组装体460中，可以在左端和右端如图6所示布置相同的未磁化磁铁素材410A。
各个未磁化磁铁素材410A～410F具有沿彼此不同的方向取向的易磁化轴440A～440D。
因此，在该组装体460的结构中，在相邻的未磁化磁铁素材组中，易磁化轴440的角度差α均为30°。
如上所述，在组装体中，只要未磁化磁铁素材的相邻组中的易磁化轴的角度差α在30°～120°的范围内，则对其并无特别限定。同样地，需要注意，只要组装体中包括的未磁化磁铁素材的个数为3个以上，则对其并无特别限定。
(步骤S120)
接着，对上述步骤中所构成的组装体进行磁化处理。
图7示意性地示出了可用于组装体的磁化处理的磁化装置的剖面。
如图7所示，磁化装置700具有壳体702。壳体702具有收容部704，并且在该收容部704中布置有包括被磁化体Q、即组装体的组装体保持箱720。
另外，壳体702具有在俯视图中沿图7的Y方向(垂直于纸面的方向)平行地形成的2个线圈收容空间708A、708B。
在各个线圈收容空间708A、708B中分别收容有线圈710A、710B。在线圈收容空间708A和708B的间隙中填充有非磁性的树脂。
在使用该类磁化装置700对组装体进行磁化处理的情况下，组装体保持箱720被设置在壳体702的收容部704中。在组装体保持箱720内，设置有被磁化体Q。被磁化体Q例如可以是上述图5所示的组装体360。
需要说明的是，被磁化体Q不一定需要被收容在组装体保持箱720内来使用。例如，被磁化体Q可以直接被收容在壳体702的收容部704中。
接着，在此状态下，对壳体702内的线圈710A、710B通上电流(通电)。
在此，如图7所示，假定在线圈710A中电流从纸面的表面侧流到背面侧，在线圈710B中电流从纸面的背面侧流到表面侧。需要说明的是，壳体702由磁性材料构成，并起到磁轭的作用。
通过这样的通电，从而由线圈710A产生环形磁场B1。如图7所示，环形磁场B1在线圈710A的周围沿大致顺时针方向产生。同样地，通过通电，从而由线圈710B产生环形磁场B2。如图7所示，环形磁场B2在线圈710B的周围沿大致逆时针方向产生。
在此，针对线圈710A和线圈710B的通电通过预先对连接至线圈710A和线圈710B的电容器进行充电，并对该电容器中所充电的电荷进行放电来进行。在此情况下，环形磁场B1和环形磁场B2是由脉冲电流产生的脉冲磁场。
在该类方法中，能够在不使线圈710A和线圈710B损伤的情况下，由线圈710A和线圈710B稳定地产生较大的环形磁场B1和B2。
脉冲电流的脉冲宽度例如在0.3毫秒～100毫秒的范围内，优选为0.5毫秒～10毫秒。通过设定为上述范围，从而能够在抑制线圈发热的同时施加较强的磁场。最大电流例如在8kA～20kA的范围内。需要说明的是，针对线圈710A和线圈710B进行的脉冲电流的施加可以进行多次。
利用这些环形磁场B1、B2对被磁化体Q施加脉冲磁场。由此，被磁化体Q中所包括的各个未磁化磁铁素材被磁化，得到磁化体。
例如，在对图5所示在组装体360进行了磁化处理的情况下，各个未磁化磁铁素材310A～310D在图8所示的磁化方向上被磁化。
在此，如图8所示，在磁化体742中，按照沿着X方向的顺序，各个被磁化的磁铁为磁铁块760A、磁铁块760B、磁铁块760C、磁铁块760D以及磁铁块760E。另外，各个磁铁块760A～760E中的磁化方向分别为761A～761E。
在磁化体742中，由相邻的磁铁块组的磁化方向形成的角度θ为磁化方向角度差θ(其中，θ在0°～180°的范围内)。在图8所示的示例中，任意一组的磁化方向角度差θ均为45°。
需要说明的是，实际上，磁铁块的磁化方向包括大约±5°的偏差。因此，在本申请中，磁化方向角度差θ的值包括±5°的范围。因此，磁化方向角度差为45°是指θ＝40°～50°的范围。其他的磁化方向角度差的值也同样。磁化方向是在易磁化轴的方向之中具有N极磁极的方向。
在此，作为示例，图8示出了在磁化体742中磁化方向角度差θ为45°的情况。然而，这仅为示例，在磁化体中，关于磁化方向角度差θ，可以选择30°～120°的范围内的任意值。
例如，在图7所示的磁化装置700中，在使2个线圈收容空间708A、708B之间的距离接近的情况下，能够得到磁化方向角度差θ更大的磁化体。
例如，在使用以使易磁化轴的角度差α为90°的方式布置有3个未磁化磁铁素材的组装体并进行了磁化处理的情况下，能够得到图9所示的磁化方向角度差θ为90°的磁化体842。
通过以上步骤，能够制造磁化体742、即海尔贝克磁铁。需要说明的是，在图8所示的磁化体742中，底面748是获得最大的表面磁通密度的面(以下称为“(海尔贝克磁铁的)主表面”)。同样地，在图9所示的磁化体842中，底面848是主表面。
在垂直于磁化体742的主表面、即垂直于底面748的方向上的尺寸(磁化体742的“厚度”)例如在1mm～10mm的范围内，更优选在1mm～6mm的范围内，进一步优选在大于等于1.5mm且小于6mm的范围内。通过将厚度设为大于等于1.5mm，从而能够进一步增大磁化体742的主表面上的表面磁通密度的最大值，通过将厚度设为小于6mm(更优选为小于等于5mm，进一步优选为小于等于4mm)，从而能够进一步提高构成磁化体742的各磁铁块的磁化率(例如95％以上)。通过使磁化率为95％以上，从而能够提高直角度(squareness)，并且使磁铁块的去磁难以发生。
如上所述，传统上认为在相邻的未磁化的磁铁块组中难以以使磁化方向相差较大的方式进行磁化。这是因为：通常磁场具有连续性，因此在原理上不可能针对以使易磁化轴的取向方向不同的方式相邻布置的未磁化的磁铁块施加沿着易磁化轴的方向的磁场。
对此，本申请的发明人发现：通过如上所述使用图7所示的磁化装置700向被磁化体Q施加脉冲磁场，从而即使对于在相邻的未磁化磁铁素材组中磁化方向相差较大的情况，也能够进行磁化。迄今为止完全未设想过利用这种后续进行磁化的方法来制造海尔贝克磁铁的示例，本申请的结果令人惊讶。
因此，在第一制造方法中，能够通过后续对被磁化体Q进行磁化处理来制造海尔贝克磁铁。在第一制造方法中，无需如传统方法那样在多个永久磁铁块彼此排斥和/或吸引的状态下对其进行接合。因此，在第一制造方法中，能够以与传统方法相比明显更高的生产率来制造海尔贝克磁铁。
另外，在第一制造方法中，能够避免因如上所述的磁铁块的排斥和/或吸引的影响而导致组装精度降低的问题，并且能够比较容易地制造具有期望特性的海尔贝克磁铁。
(本发明的一个实施方式中的另一种海尔贝克磁铁的制造方法)
接着，对本发明的一个实施方式中的另一种海尔贝克磁铁的制造方法(以下称为“第二制造方法”)进行说明。
第二制造方法包括：
(1)准备易磁化轴在预定方向上取向的3个以上的未磁化磁铁素材，使各个未磁化磁铁素材相互粘结，以构成组装体的步骤(步骤S210)；以及
(2)对所述组装体施加环形的脉冲磁场，以使所述组装体磁化的步骤(步骤S220)。
第二制造方法与上述第一制造方法基本相同。但是，在第二制造方法中，在步骤S220中，使用与在第一制造方法中使用的磁化装置700不同的磁化装置。
因此，以下对在第二制造方法的步骤S220中使用的磁化装置进行说明。
图10示意性地示出了可在第二制造方法的步骤S220中使用的磁化装置(第二磁化装置)的剖面。
如图10所示，第二磁化装置900具有壳体902。壳体902在上部具有框架部件903，并且通过该框架部件903而在壳体902的上部形成收容部904。在收容部904中布置有包括被磁化体、即组装体的组装体保持箱920。
另外，在框架部件903及收容部904的正下方，在俯视图中沿图10的Y方向(垂直于纸面的方向)相互平行地形成有线圈收容空间908A、908B、以及908C。
在线圈收容空间908A及908C中分别收容有线圈910A及910C。另一方面，在中央的线圈收容空间908B中收容有2组线圈910B1(左侧的上下4根线圈)及线圈910B2(右侧的上下4根线圈)。
需要说明的是，由于线圈910B1与线圈910B2之间为空气层、且相对磁导率较低，因此在此处磁通较难穿过。需要说明的是，实际上在线圈收容空间908B的间隙中填充有非磁性的树脂。对于线圈收容空间908A及908C也同样。
在使用该类磁化装置900对组装体进行磁化处理的情况下，组装体保持箱920被设置在壳体902的收容部904中。在组装体保持箱920内，设置有被磁化体Q。被磁化体Q例如可以是上述图4所示的组装体260。
需要说明的是，被磁化体Q不一定需要被收容在组装体保持箱920内来使用。例如，被磁化体Q可以直接被收容在壳体902的收容部904中。
接着，在此状态下，对壳体902内的线圈910A、910B1、910B2、以及910C通上电流(通电)。
在此，如图10所示，假定在线圈910A及910C中电流从纸面的背面侧流到表面侧，在线圈910B1及910B2中电流从纸面的表面侧流到背面侧。需要说明的是，壳体902由磁性材料构成，并起到磁轭的作用。
通过这样的通电，从而由线圈910A产生环形磁场B1。如图10所示，环形磁场B1在线圈910A的周围沿大致逆时针方向产生。另外，通过通电，从而由线圈910B1、910B2产生环形磁场B2。如图10所示，环形磁场B2在2组线圈910B1、910B2的周围沿大致顺时针方向产生。同样地，通过通电，从而由线圈910C产生环形磁场B3。如图10所示，环形磁场B3在线圈910C的周围沿大致逆时针方向产生。
在此，如上所述，针对线圈910A、910B1、901B2、以及线圈910C的通电通过使用高充电容量的电容器产生脉冲电流来进行。即，环形磁场B1～B3为脉冲磁场。
在该类方法中，能够在不使线圈910A、910B1、901B2、以及910C损伤的情况下，由该些线圈稳定地产生较大的环形磁场B1～B3。
如上所述，脉冲电流的脉冲宽度例如在0.3毫秒～100毫秒的范围内，优选在0.5毫秒～10毫秒的范围内。最大电流例如在8kA～20kA的范围内。需要说明的是，针对线圈910A、910B1、901B2、以及910C进行的脉冲电流的施加可以进行多次。
利用这些环形磁场B1～B3对被磁化体Q施加脉冲磁场。由此，被磁化体Q中所包括的各个未磁化磁铁素材被磁化，得到磁化体。
例如，在对图4所示在组装体260进行了磁化处理的情况下，各个未磁化磁铁素材210A～210D各自成为在图11所示的磁化方向上被磁化的磁铁。
在此，如图11所示，在磁化体942中，按照沿着X方向的顺序，各个被磁化的磁铁为磁铁块960A、磁铁块960B、磁铁块960C、磁铁块960D以及磁铁块960E。另外，各个磁铁块960A～960E中的磁化方向分别为961A～961E。
在磁化体942中，由相邻的磁铁块组的磁化方向形成的角度、即磁化方向角度差θ在任意一组中均为45°。需要说明的是，如上所述，该磁化方向角度差θ包括大约±5°的偏差。
在图11所示的磁化体942中，底面948是获得最大的表面磁通密度的面(即海尔贝克磁铁的主表面)。
在垂直于磁化体942的主表面的方向上的尺寸(磁化体942的“厚度”)例如在1mm～10mm的范围内，更优选在1mm～6mm的范围内，进一步优选在1.5mm～4mm的范围内。通过将厚度设为大于等于1.5mm，从而能够增大磁化体942的主表面上的表面磁通密度的最大值，通过将厚度设为小于等于4mm，从而能够将构成磁化体942的各磁铁的磁化率设为95％以上。通过使磁化率为95％以上，从而能够提高直角度，并且使磁铁的去磁难以发生。
另外，与上述图8所示的磁化体742不同，磁化体942被构成为底面具有2个磁极(磁铁960A及磁铁960E)。
在此，作为示例，图11示出了在磁化体942中磁化方向角度差θ为45°的情况。然而，这仅为示例，在磁化体中，关于磁化方向角度差θ，可以选择30°～120°的范围内的任意值。
例如，在图10所示的磁化装置900中，在使3个线圈收容空间908A、908B、908C之间的距离接近的情况下，能够得到磁化方向角度差θ更大的磁化体。或者，在使3个线圈收容空间908A、908B、908C之间的距离远离的情况下，能够得到磁化方向角度差θ更小的磁化体。
通过以上步骤，能够制造磁化体942、即海尔贝克磁铁。
对于本领域技术人员显而易见的是，该第二制造方法也能够获得与上述第一制造方法同样的优点。
以上以第一制造方法和第二制造方法为例对本发明的结构和特征进行了说明。但是，上述记载仅是示例，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在第一制造方法和第二制造方法中对各个步骤进行修改或改变。
例如，通过对磁化装置的结构进行适当改变，例如对图6所示的组装体460进行磁化处理，从而能够形成磁化方向角度差θ为大约30°的磁化体。
需要说明的是，本申请所示的海尔贝克磁铁的制造方法的至少一部分也可以用作针对未磁化的磁铁的磁化方法。
[实施例]
接着，对本发明的实施例进行说明。
(示例1)
利用以下方法制造海尔贝克磁铁。
首先，准备磁铁颗粒的易磁化轴在一个方向上取向的3个烧结钕磁铁(Neomag株式会社制造)。
通过对该些磁铁进行加热以使其脱磁，然后将其加工成预定尺寸，以获得第一未磁化磁铁素材～第三未磁化磁铁素材。
第一未磁化磁铁素材为大致长方体形状，并且具有长7mm×宽6.7mm×高2mm的尺寸。在第一未磁化磁铁素材中，磁铁颗粒的易磁化轴沿高度方向(与2mm的边平行的方向)取向。第二未磁化磁铁素材具有与第一未磁化磁铁素材相同的尺寸。但是，在第二未磁化磁铁素材中，磁铁颗粒的易磁化轴沿水平方向(与6.7mm的边平行的方向)取向。需要说明的是，第三未磁化磁铁素材与第一未磁化磁铁素材相同。
接着，按照第一未磁化磁铁素材、第二未磁化磁铁素材以及第三未磁化磁铁素材的顺序以使7mm×2mm的面为被接合面的方式将各个未磁化磁铁素材排列成一列。另外，通过环氧树脂将各个未磁化磁铁素材粘结，形成组装体。
在组装体中，各个未磁化磁铁素材中的易磁化轴的取向为上述图3所示的形态。
接着，使用图10所示的第二磁化装置900对组装体进行磁化处理。所使用的电容器的容量为1000μF，充电电压为1400V。通过被充电到电容器中的电荷的放电，向线圈910A～910C通上脉冲宽度为0.7ms以下且最大为14.1kA的脉冲电流。由此，在线圈910A～910C的周围产生环形的脉冲磁场，组装体被磁化。
图12示意性地示出了进行磁化后得到的海尔贝克磁铁的形态。
如图12所示，海尔贝克磁铁1100由3个磁铁块1110、1120以及1130构成。
左端的磁铁块1110的磁化方向为Z轴的正方向，中央的磁铁块1120的磁化方向为X轴的正方向，右端的磁铁块1130的磁化方向为Z轴的负方向。因此，磁化方向角度差θ为90°(其中，0°≤θ≤180°)。
海尔贝克磁铁1100在底面1105上表现出最大的表面磁通密度，因此底面1105为主表面。
这样一来，制造了在主表面上具有2个磁极的海尔贝克磁铁1100。
(示例2)
利用与示例1同样的方法，制作海尔贝克磁铁。
但是，在该示例2中，将各个未磁化磁铁素材的尺寸改变为长7mm×宽6.7mm×高3mm。其他制作条件与示例1相同。
(示例3)
利用与示例1同样的方法，制作海尔贝克磁铁。
但是，在该示例3中，将各个未磁化磁铁素材的尺寸改变为长7mm×宽6.7mm×高3.5mm。其他制作条件与示例1相同。
(示例4)
利用与示例1同样的方法，制作海尔贝克磁铁。
但是，在该示例4中，将各个未磁化磁铁素材的尺寸改变为长7mm×宽6.7mm×高6mm。其他制作条件与示例1相同。
(示例5)
利用与示例1同样的方法，制作海尔贝克磁铁。
但是，在该示例5中，粘结5个未磁化磁铁素材，构成组装体。另外，各个未磁化磁铁素材的尺寸为长15mm×宽4mm×高4mm。
在组装体中，各个未磁化磁铁素材中的易磁化轴的取向为上述图5所示的形态。
接着，使用图7所示的磁化装置700对组装体进行磁化处理。所使用的电容器的容量为1000μF，充电电压为1400V。通过被充电到电容器中的电荷的放电，向线圈910A～910C通上脉冲宽度为0.7ms以下且最大为14.1kA的脉冲电流。由此，在线圈710A～710B的周围产生环形的脉冲磁场，组装体被磁化。
在进行了磁化后，制造出了具有上述图8所示的磁化方向的海尔贝克磁铁。
(示例6)
利用与示例5同样的方法，制作海尔贝克磁铁。
但是，在该示例6中，在组装体中，各个未磁化磁铁素材中的易磁化轴的取向为上述图4所示的形态。
通过使用第二磁化装置900对组装体进行磁化处理，从而得到图13所示的海尔贝克磁铁。
如图13所示，海尔贝克磁铁1200由5个磁铁块1210、1220、1230、1240以及1250构成。
左端的磁铁块1210的磁化方向为Z轴的正方向，之后，各个磁铁块的磁化方向沿着排列方向在顺时针方向上逐个改变45°。右端的磁铁块1250的磁化方向为Z轴的负方向。因此，在该海尔贝克磁铁1200中，磁化方向角度差θ为45°(其中，0°≤θ≤180°)。
海尔贝克磁铁1200在底面1205上表现出最大的表面磁通密度，因此底面1205为主表面。
这样一来，在示例6中制造了在主表面上具有2个磁极的海尔贝克磁铁1200。
(示例7)
利用与示例1同样的方法，制作海尔贝克磁铁。
但是，在示例7中，第一未磁化磁铁素材和第三未磁化磁铁素材是7mm长×8.0mm宽×4mm高，第二未磁化磁铁素材是7mm长×4.0mm宽×4mm高。即，各磁铁片的宽度方向(水平方向)的长度之比为2：1：2。其他制作条件与示例1相同。
(示例8)
利用与示例1同样的方法，制作海尔贝克磁铁。
但是，在示例8中，第一未磁化磁铁素材和第三未磁化磁铁素材是7mm长×8.0mm宽×6mm高，第二未磁化磁铁素材是7mm长×4.0mm宽×6mm高。即，各磁铁片的宽度方向(水平方向)的长度之比为2：1：2。其他制作条件与示例1相同。
(示例9)
利用与示例1同样的方法，制作海尔贝克磁铁。
但是，在示例9中，第一未磁化磁铁素材和第三未磁化磁铁素材是7mm长×5.0mm宽×4mm高，第二未磁化磁铁素材是7mm长×10.0mm宽×4mm高。即，各磁铁片的宽度方向(水平方向)的长度之比为1：2：1。其他制作条件与示例1相同。
(示例10)
利用与示例1同样的方法，制作海尔贝克磁铁。
但是，在示例10中，第一未磁化磁铁素材和第三未磁化磁铁素材是7mm长×5.0mm宽×6mm高，第二未磁化磁铁素材是7mm长×10.0mm宽×6mm高。即，各磁铁片的宽度方向(水平方向)的长度之比为1：2：1。其他制作条件与示例1相同。
(示例11)
利用与示例1同样的方法，制作海尔贝克磁铁。
但是，在示例11中，第一未磁化磁铁素材和第三未磁化磁铁素材是7mm长×5.0mm宽×8mm高，第二未磁化磁铁素材是7mm长×10.0mm宽×8mm高。即，各磁铁片的宽度方向(水平方向)的长度之比为1：2：1。其他制作条件与示例1相同。
(示例12)
利用与示例1同样的方法，制作海尔贝克磁铁。
但是，在示例12中，第一未磁化磁铁素材和第三未磁化磁铁素材是7mm长×5.0mm宽×10mm高，第二未磁化磁铁素材是7mm长×10.0mm宽×10mm高。即，各磁铁片的宽度方向(水平方向)的长度之比为1：2：1。其他制作条件与示例1相同。
(示例21)
利用与示例1同样的方法，制作海尔贝克磁铁。
但是，在示例21中，将各个未磁化磁铁素材的尺寸改变为长7mm×宽6.7mm×高8mm。其他制作条件与示例1相同。
(示例22)
利用与示例1同样的方法，制作海尔贝克磁铁。
但是，在示例22中，第一未磁化磁铁素材和第三未磁化磁铁素材是7mm长×8.0mm宽×8mm高，第二未磁化磁铁素材是7mm长×4.0mm宽×8mm高。即，各磁铁片的宽度方向(水平方向)的长度之比为2：1：2。其他制作条件与示例1相同。
(示例23)
利用与示例1同样的方法，制作海尔贝克磁铁。
但是，在示例23中，第一未磁化磁铁素材和第三未磁化磁铁素材是7mm长×8.0mm宽×10mm高，第二未磁化磁铁素材是7mm长×4.0mm宽×10mm高。即，各磁铁片的宽度方向(水平方向)的长度之比为2：1：2。其他制作条件与示例1相同。
(评价)
在各个示例中所制造的海尔贝克磁铁中，去除粘结剂并将组成的磁铁块分离。另外，使用得到的磁铁块(称为“分离磁铁”)对磁化率进行评价。
需要说明的是，分离磁铁的磁化率是使用亥姆霍兹线圈装置通过以下方法来测量的。
图14示意性地示出了亥姆霍兹线圈装置的结构。
如图14所示，亥姆霍兹线圈装置1300包括上侧的第一线圈1310、以及下侧的第二线圈1320。第一线圈1310和第二线圈1320以具有相同的中心轴C的方式彼此平行地布置。
第一线圈1310和第二线圈1320的直径均为70mm，第一线圈1310和第二线圈1320的匝数均为50次。另外，两线圈1310、1320之间的距离d为35mm。
在进行测量时，在第一线圈1310和第二线圈1320的中心轴C上的第一线圈1310与第二线圈1320之间的中间位置处配置有被测量体(分离磁铁)S。另外，被测量体的易磁化轴的取向方向被布置为平行于中心轴C。
在此状态下，使被测量体S沿中心轴C在箭头方向上移动，并以横穿过由第二线圈1320所构成的平面的方式将其拉出。通过该操作，在第一线圈1310和第二线圈1320中产生感应电压V。
图15示意性地示出了通过被测量体S的拉出动作而在第一线圈1310和第二线圈1320中产生的感应电压V。在图15中，横轴为拉出被测量体S时的时间变化，纵轴为感应电压V。
根据由感应电压V的曲线和横轴所围出的面积(图15中的阴影部)，测量出被测量体S的总磁通量R1。
接着，沿被测量体S的易磁化轴的取向方向向被测量体S施加足够的外部磁场，使被测量体S完全磁化(full magnetization)。在本申请中，施加了7T的外部磁场。使用该完全磁化的被测量体S，进行同样的感应功率V的测量，以求出完全磁化状态下的总磁通量R2。根据获得的结果，利用以下的公式(1)，求出磁化率R。
磁化率R(％)＝(R1/R2)×100公式(1)
需要说明的是，在本申请中，总磁通量R1和总磁通量R2是3次测量结果的平均值。
下表1中总结性地示出了从在各个示例中所制造的海尔贝克磁铁收集的各个分离磁铁中的磁化率R的测量结果。
[表1]
Figure BDA0002287093470000231
需要说明的是，在各个示例中，“平均”栏中示出了在从海尔贝克磁铁收集的各个分离磁铁中获得的磁化率R的平均值。
从表1的结果可以看出，在示例1～示例12中，在任意示例中，分离磁铁均获得了较高的磁化率R。特别地，在示例5、示例7、示例9～示例10中，分离磁铁的平均磁化率R为98％以上，获得了极高的值。
这样一来，确认出：在应用本发明的一个实施方式中的方法的情况下，即使当相邻的磁铁块之间的磁化方向相差较大，诸如磁化方向角度差θ超过45°时，也能够适当地制造海尔贝克磁铁。
磁化率不仅对磁力的强度有很大影响，而且对代表抗去磁性的直角度也有很大的影响。如果磁化率低于95％时则直角度会大幅降低，因此用于形成海尔贝克磁铁的各个磁铁块的磁化率优选超过95％。
另外，磁化的容易性不仅会受到磁铁的厚度的影响，而且也会受到各个未磁化磁铁素材的宽度方向上的长度(例如图12及图13中的X方向上的尺寸)之比的较大影响。
更具体来说，易磁化轴在与获得最大的表面磁通密度的表面垂直的方向上取向的磁铁块的宽度方向的长度(称为“W1”)与易磁化轴在与获得最大的表面磁通密度的表面垂直的方向上取向的磁铁块的宽度方向的长度(称为“W2”)之比W1：W2优选在1：2～2：1的范围内。
其原因在于，如果易磁化轴在与获得最大的表面磁通密度的表面垂直的方向上取向的磁铁块的宽度方向的长度W1的比例过高，则与获得最大的表面磁通密度的表面相对的面的表面磁通密度会变大，因此会产生磁通泄露的问题。其原因在于，如果易磁化轴在与获得最大的表面磁通密度的表面平行的方向上取向的磁铁块的宽度方向的长度W2的比例过高，则会产生在获得最大的表面磁通密度的表面上的最大磁通密度降低的问题。
例如，在海尔贝克磁铁的厚度超过6mm(例如最大为10mm)的情况下，易磁化轴在与获得最大的表面磁通密度的表面平行的方向上取向的磁铁块的宽度方向的长度W2相对于易磁化轴在与获得最大的表面磁通密度的表面垂直的方向上取向的磁铁块的宽度方向的长度W1之比，即W2/W1可以在大于1且小于等于2的范围内。
或者，在海尔贝克磁铁的厚度为6mm以下的情况下，易磁化轴在与获得最大的表面磁通密度的表面垂直的方向上取向的磁铁块的宽度方向的长度W1与易磁化轴在与获得最大的表面磁通密度的表面平行的方向上取向的磁铁块的宽度方向的长度W2之比W1：W2可以在2：1～1：1的范围内。
在此情况下，在各个磁铁块中，能够获得超过95％的较高的磁化率R，并且能够获得98％以上的平均磁化率。
例如，在示例10的情况下，左端的磁铁块的宽度方向的长度W1与中央的磁铁块的宽度方向的长度W2之比均为1：2。在该情况下，与示例4中的W1：W2＝1：1的情况相比，能够获得明显更高的磁化率。
本申请以2017年5月26日提交的日本发明专利申请第2017-104929号作为要求优先权的基础，并在此援引该日本申请的全部内容。
符号说明
110 未磁化磁铁素材
110A 第一未磁化磁铁素材
110B 第二未磁化磁铁素材
112A 第一顶面
112B 第二顶面
114A 第一底面
114B 第二底面
116A 第一侧面
116B 第二侧面
140、140A、140B 易磁化轴
160 组装体
162 顶面
164 底面
166 侧面
210A～210D 未磁化磁铁素材
240A～240D 易磁化轴
260 组装体
310A～310D 未磁化磁铁素材
340A～340D 易磁化轴
360 组装体
410A～410F 未磁化磁铁素材
440A～440F 易磁化轴
460 组装体
700 磁化装置
702 壳体
704 收容部
708A、708B 线圈收容空间
710A、710B 线圈
720 组装体保持箱
742 磁化体
748 底面
760A～760E 磁铁块
761A～761E 磁化方向
842 磁化体
848 底面
900 第二磁化装置
902 壳体
903 框架部件
904 收容部
908A～908C 线圈收容空间
910A、910B1、910B2、910C 线圈
920 组装体保持箱
942 磁化体
948 底面
960A～960E 磁铁块
961A～961E 磁化方向
1100 海尔贝克磁铁
1105 底面
1110～1130 磁铁块
1200 海尔贝克磁铁
1205 底面
1210～1250 磁铁块
1300 亥姆霍兹线圈装置
1310 第一线圈
1320 第二线圈
Q 被磁化体
S 被测量体

Claims (10)

1.一种磁铁的制造方法，所述制造方法包括：
(1)准备易磁化轴在预定方向上取向的3个以上的未磁化磁铁素材，使各个未磁化磁铁素材相互粘结，以构成组装体的步骤；以及
(2)对所述组装体施加曲线形的脉冲磁场，以使所述组装体磁化的步骤，
其中，通过所述(2)的步骤，各个未磁化磁铁素材成为磁铁块，并且至少1组相邻的所述磁铁块彼此的磁化方向形成的角度θ(其中，0≤θ≤180°)在30°～120°的范围内。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述角度θ在45°～90°的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，各个未磁化磁铁素材为大致长方体形状。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其中，在所述(1)的步骤中，各个未磁化磁铁素材呈直线状排列。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其中，在包括所述至少1组磁铁块的连续的3个相邻磁铁块中，两端的各个磁铁块彼此的磁化方向形成的角度θ(其中，0≤θ≤180°)在90°～180°的范围内。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的制造方法，其中，
当将所述未磁化磁铁素材的排列方向称为宽度方向时，
在所述(2)的步骤之后获得的磁铁的、易磁化轴在与获得最大的表面磁通密度的表面垂直的方向上取向的磁铁块的所述宽度方向的长度W1、与易磁化轴在与获得最大的表面磁通密度的所述表面平行的方向上取向的磁铁块的所述宽度方向的长度W2之比W1：W2在1：2～2：1的范围内。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其中，
当将所述未磁化磁铁素材的排列方向称为宽度方向时，
在所述(2)的步骤之后获得的磁铁的、易磁化轴在与获得最大的表面磁通密度的表面平行的方向上取向的磁铁块的所述宽度方向的长度W2相对于易磁化轴在与获得最大的表面磁通密度的所述表面垂直的方向上取向的磁铁块的所述宽度方向的长度W1在大于1且小于等于2的范围内，
与获得最大的表面磁通密度的所述表面垂直的方向上的尺寸为10mm以下。
8.根据权利要求6所述的制造方法，其中，
当将所述未磁化磁铁素材的排列方向称为宽度方向时，
在所述(2)的步骤之后获得的磁铁的、易磁化轴在与获得最大的表面磁通密度的表面垂直的方向上取向的磁铁块的所述宽度方向的长度W1、与易磁化轴在与获得最大的表面磁通密度的所述表面平行的方向上取向的磁铁块的所述宽度方向的长度W2之比W1：W2在2：1～1：1的范围内，
与获得最大的表面磁通密度的所述表面垂直的方向上的尺寸为6mm以下。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的制造方法，其中，所述磁铁在获得最大的表面磁通密度的所述表面上具有至少2个磁极。
10.一种磁化方法，包括：
(1)准备易磁化轴在预定方向上取向的3个以上的未磁化磁铁素材，使各个未磁化磁铁素材相互粘结，以构成组装体的步骤；以及
(2)对所述组装体施加曲线形的脉冲磁场，以使所述组装体磁化的步骤，
其中，通过所述(2)的步骤，各个未磁化磁铁素材成为磁铁块，并且相邻的所述磁铁块彼此的磁化方向形成的角度θ(其中，0≤θ≤180°)在30°～120°的范围内。
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