CN1771650A - 应用于 4磁极电机的各向异性粘结磁铁和使用了该磁铁的电机、以及应用于 4磁极电机的各向异性粘结磁铁的磁场定向处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是实现一种既不使输出转矩性能下降，又能降低顿转扭矩特性的各向异性粘结磁铁。为了实现上述目的，本发明提出了由各向异性稀土类磁性体粉末组成、用树脂成形为中空圆筒形状、可应用于4磁极电机的各向异性粘结磁铁。在垂直于各向异性粘结磁铁的轴的断面上，本发明所提出的上述4磁极电机的各向异性粘结磁铁的磁场定向分布为，在磁极周期的主要区间，各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向是指向中空圆筒形状的圆筒侧面的法线方向；在磁极磁场指向变化区间，随着接近中立点(磁极磁场指向变化区间的中立点)，各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向由上述圆筒回转侧面的法线方向逐渐指向圆筒回转侧面的切线方向，而在中立点，各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向恰好指向圆筒回转侧面的切线方向，另一方面，随着远离上述中立点，各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向由上述圆筒回转侧面的切线方向逐渐指向上述圆筒回转侧面的法线方向。

Description

应用于4磁极电机的各向异性粘结磁铁和使用了该磁铁的电机、 以及应用于4磁极电机的各向异性粘结磁铁的磁场定向处理装置

                         技术领域

本发明是关于可应用于电机中的具有中空圆筒形状的4磁极各向异性粘结磁铁和使用了该粘结磁铁的电机、以及制造可应用于电机中的具有中空圆筒状的4磁极各向异性粘结磁铁时所采用的磁场定向处理装置的技术发明。

                         背景技术

众所周知，作为应用于电机的永久磁铁，广泛采用了成形为中空圆筒形状的各向异性粘结磁铁。该粘结磁铁由于是在所定的磁场分布状态下实施成形所得到，所以在其磁性粉末磁化容易的轴向实施磁场定向。就与圆筒状粘结磁铁的轴相垂直的断面上的磁场定向图形而言，主要有轴向磁场定向、径向磁场定向和各磁极磁场定向。轴向磁场定向是在断面中指向1个轴方向进行磁场定向的方法；径向磁场定向是从断面中心为始点呈辐射状，即在圆周的法线方向进行磁场定向的方法。

                         发明内容

【本发明将解决的课题】

近年来，大幅度提高了对电机的小型化、轻量化的要求。通常使用的，用非磁性金属模具成形、实施了轴向磁场定向的2磁极环状磁铁，由于转矩太小，不能满足电机的小型化、轻量化的要求。此外，虽说还有作为轴向磁场定向的发展改进型，在非磁性金属模具中埋设磁材料，在2个磁极实施径向磁场定向；在磁极间的部分，实施轴向磁场定向的磁场定向部或者不进行磁场定向的各向同性部所构成的2磁极环状磁铁(请参考下述的专利文献)，但是仍还存在其转矩太小的问题，同样不能满足电机的小型化、轻量化的要求。

为了满足大幅度提高1～300W级别的DC有电刷电机的小型化、轻量化的要求，近几年来，有使用了14MGOe以上的各向异性粘结磁铁的4磁极电机的提案(例如，日本专利第3480733号)。使用的磁铁是4个磁极实施了径向磁场定向的磁铁，并且其磁铁厚度大约是0.7～2.5mm。

在这种情况下，相对于上述的2磁极电机来说，虽然可以满足大转矩化的要求，但是存在了顿转扭矩太大的问题。此时顿转扭矩过大的原因，是因为磁场定向仅在全部周长的半径方向，若对该磁铁进行4个磁极的磁化，其磁极间邻接部的表面磁通量密度将急剧减少。为了降低顿转扭矩特性，在磁极间邻接部(因为该部分是相邻两磁极的磁场指向变换的部分，以下称为「磁极磁场指向变换区间」)中，随着机械角的推移，需要供给渐增、渐减的定向磁场和磁化磁场。即，对磁极磁场指向变化区间来说，随着机械角的推移，如果分布了能渐增或渐减的定向磁场和磁化磁场，就可以防止磁极磁场指向变化区间上表面磁通量密度急剧减少的现象。并且，为了使该各向异性粘结磁铁具有较高的顽磁力，其定向磁场需要在0.5T以上。但是，对上述各磁场定向方法来说，需要在定向磁场很小的磁极磁场指向变化区间中进行，很难供给0.5T的磁场。

此外，对应用于电机4个磁极的磁铁来说，有对使用于2个磁极电机中所采用的2个磁极的磁铁的轴向磁场定向方法进行发展改良，使之实现4个磁极化的提案(请参考专利文献1)。但是，与2个磁极的磁铁相比，由于4个磁极的磁铁的磁场定向金属模具中的定向轭部所利用的空间很小，所以在磁极磁场指向变化区间中，也存在很难供给充分的定向磁场的问题。

再者，在一般的情况下，就形成粘结磁铁外周面、作为金属模具一部分的模环来说，使用的材质是非磁性材料。有时为了提高金属模具的寿命，采用了能反复使用多次的非磁性超硬材料。由于模环所使用的材料为非磁性材料，并且磁场定向金属模具和装置的大小为一定，仅由轭部的尺寸大小来决定最大供给磁场(或者说轭部的尺寸大小决定了最大供给磁场)，所以即使简单地增加所施加的磁场，也不能达到提高最大供给磁场的效果。

以下，对轭部间的圆周方向的距离调整进行分析讨论。

在金属模具的内腔中，如果加大了径向磁场定向区间的角度范围，就自然增大轭部的角度范围，使磁性体的轭部间的圆周方向的距离过于接近，这样将导致轭部磁极间的磁通量产生短路。其结果，内腔中的磁极磁场指向变化区间上将不能产生有效的磁场。为此，磁极磁场指向变化区间上的定向磁场强度大大下降。此外，为了减少磁极磁场指向变化区间的内腔外泄漏的磁场，即，为了防止轭部磁极间的短路现象，还有在与环模相接的轭部内周面在半径方向上，尽量将轭部远离环模，这样可以扩大各轭部磁极在圆周方向上的距离的提案。但是，上述提案增大了各轭部的磁极到内腔的距离，自然减少了发生在内腔部的径向磁场定向的磁通量。另一方面，如果轭部相对于内腔不后退，为了防止轭部磁极间的磁通量的遗漏(短路)，将不得不减小轭部的角度宽度，此时虽说在定向轭部和内腔之间能供给充分的磁场，但是减少了磁场定向部的面积。综上所述，轭部磁极间的距离离得太远，将导致磁极磁场指向变化区间的定向磁场下降，将在粘结磁铁的磁极磁场指向变化区间形成无法进行磁场定向的各向同性的死空间。其结果，导致了转矩下降，因而得不到大转矩、低顿转扭矩特性的磁铁。

如果将具有如上所述那样的磁场定向的磁铁应用于2个磁极的DC有电刷电机，得到的电机具有下述的特性。对使用了轴向磁场定向的粘结磁铁的电机来说，相对于机械角的变化，其法线方向的表面磁通密度分布变化为正弦波，虽说顿转扭矩小，但是输出转矩也小。另一方面，对使用了径向定向的粘结磁铁的电机来说，相对于机械角的变化，其法线方向的表面磁通密度分布变化大约为方波性，虽说提高了输出转矩，但是也导致了顿转扭矩的增大。

下述专利文献1公示了，在磁极间的磁极磁场指向变化区间中实施轴向磁场定向的2个磁极的磁铁。但是，用它构成4个磁极的粘结磁铁的时候，上述的磁极磁场指向变化区间的实际角度很窄，在磁极磁场指向变化区间实施磁场定向很困难。此外，专利文献1，没有叙述关于在磁极磁场指向变化区间中逐渐变化各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向方向的思想和方法，并且，专利文献1中所记载的金属模具的构造，也不能实现关于在磁极磁场指向变化区间中逐渐变化各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向。

下述专利文献2、3公示了，具有在磁极和磁极之间的磁极磁场指向变化区间，磁场磁化后的表面磁通密度的法线方向成分随着机械角的变化而逐渐减少、又逐渐增加的特性的粘结磁铁。与实施径向磁场定向的情况相比，虽说专利文献2、3中实现了上述公示的磁化分布，降低了顿转扭矩，但是，电机输出转矩仍然很小。

如图11所示，专利文献2、3中叙述的金属模具，具有软磁性体的模芯52和内腔55、非磁性材料的圆环53、以及由软磁性体组成的导向件51a、51b，此外还具有由非磁性材料组成的嵌入块54a、54b。上述构成的金属模具，为了提高内腔55的外侧的耐磨损能力，使用了由非磁性的超硬材料组成的圆环53。为此，在磁极磁场指向变化区间A，内腔外侧法线方向的磁路，由非磁性材料的环形53和非磁性材料的嵌入块54a、54b所构成，因为上述各构件都是由非磁性材料所构成的，所以在内腔55的磁极磁场指向变化区间A中，不可能得到下述的磁场定向分布，即，随着接近中立点(磁极磁场指向变化区间A的中立点)，磁场定向由圆筒回转侧面的法线方向逐渐指向圆筒侧面的回转切线方向；而在中立点，磁场定向恰好指向圆筒回转侧面的切线方向；另一方面，随着远离中立点，磁场定向由圆筒回转侧面的切线方向逐渐指向圆筒回转侧面的法线方向。并且，对使用各向异性稀土类磁性体粉末来说，其磁场定向需要很大强度的磁场。因为上述的原因，就专利文献2、3所述的方法，得到的磁极磁场指向变化区间A周围的定向磁场成分不大，或者还达不到使磁场定向得以充分完成的磁场强度。换句话说，在磁极磁场指向变化区间A，磁场定向不完全，得到的是等方性定向。上述的原因就是导致电机输出低下，不及使用实施了径向磁场定向的各向异性粘结磁铁的原因。

以下，就成形金属模具来讨论磁场定向的方法。上述以前技术，磁极磁场指向变化区间的磁铁外径一侧的金属模具全部使用非磁性材料，为了提高金属模具的寿命有时也使用非磁性超硬材料。磁极磁场指向变化区间的磁铁外径一侧的材质为非磁性材料，就是意味着内腔的磁极磁场指向变化区间不能进行磁场定向。

如果，与上述相反的考虑方法，简单地将上述磁极磁场指向变化区间的磁铁外径一侧的材质全部置换为与上述具有相反机能的，如铁等磁性材料，此时可以认为有磁通量穿过(流入)了磁性材质部分，这是以前完全没有过的构想。

因此，本发明的发明者经过深入研究讨论提出了下述的构想，即将磁性材料使用于磁极磁场指向变化区间的磁铁外径一侧，此外对于金属模具的材质来说，使用具有一定强度的材料，并且尽可能减薄其厚度，这样主动地使磁性材料达到磁饱和，与使用非磁性材料的情况相比，对同一内腔来说，可以缩短磁性回路上的空气间隙。其结果，随着机械角的推移，可以在磁极磁场指向变化区间供给既能逐渐递增、也能逐渐下降的定向磁场。

进一步讲，沿着同样的磁场定向图形进行磁化，在磁极磁场指向变化区间内部，伴随着机械角的推移，可以得到逐渐递增或逐渐下降的分布，这样就能有效地发挥以前的死空间的功能。并且，磁极磁场指向变化区间的表面磁通量随着机械角的推移形成了逐渐递增或逐渐下降的分布，可以防止表面磁通量的急剧的减少，也就是说可以连续维持大转矩，而且还可以大幅度减少顿转扭矩。

综上所述，本发明的目的是旨在提出能实现输出转矩大，顿转扭矩低的电机用粘结磁铁。以上本说明书的叙述中引用的专利文献如下：

专利文献1：日本特开平6-86484号

专利文献2：日本特开2004-23085号

专利文献3：日本特开2004-56835号

【本发明为了解决课题而采取的手段】

为了解决上述课题，本发明权利要求1中所记载的是一种应用于4磁极电机的各向异性粘结磁铁，该磁铁使用树脂将各向异性稀土类磁性体粉末成形为中空圆筒形状，其最大能量积在14MGOe以上。上述应用于4磁极电机使用的各向异性粘结磁铁是具有下述磁场定向分布，并在其磁场定向的方向进行磁化而得到的磁铁。上述磁场定向分布为，在垂直于上述各向异性粘结磁铁的轴的断面上，其磁极周期的主要区间中的磁场定向是指向上述中空圆筒形状的圆筒回转侧面的法线方向；其磁极指向的变化区间的磁场定向是，随着接近中立点(上述磁极指向变化区间的中立点)而逐渐指向上述圆筒回转侧面的切线方向，而在上述中立点恰好处于指向圆筒回转侧面的切线方向，另一方面，随着远离上述中立点而逐渐指向上述圆筒回转侧面的法线方向。

并且，本发明权利要求2中所记载的发明是，对本发明权利要求1中所记载的应用于4磁极电机的各向异性粘结磁铁来说，具有在0.5T以上的定向磁场下，对磁极磁场指向变化区间上的各向异性稀土类磁性体粉末实施磁场定向的特点。

以上即是说，为了保证在树脂中的各向异性稀土类磁性体粉末得到充分的磁场定向，必须施加0.5T以上磁场强度的磁场。特别是，对于Nd-Fe-B系各向异性稀土类磁性体粉末，如果施加的磁场强度不足0.5T，那么将得不到95％的磁场定向度。此外，对于Nd-Fe-B系各向异性稀土类磁性体粉末来说，要充分完成97％以上的磁场定向，需要0.70T以上磁场强度的磁场，最好是0.8T以上磁场强度的磁场。因此，本发明所提出的在内腔中的磁极磁场指向变化区间的磁场强度为0.5T以上。上述所提到的磁场定向度，是通过对具有相同形状的工件，实施1.5T的定向磁场后再施加4.0T的磁场强度进行磁化时所得到的表面磁通量Brmax，与实施某一磁场强度的定向磁场后再施加4.0T的磁场强度进行磁化时所得到的表面磁通量Br的百分率来求得。再者，图8中表示了内腔中磁场强度的测量位置(以后将叙述其详细内容)。

本发明权利要求3中所记载的是，对本发明权利要求1或者权利要求2中所记载的的应用于4磁极电机的各向异性粘结磁铁来说，具有下述的特点，即，对各向异性粘结磁铁实施磁化后，在磁极周期的主要区间的法线方向上的表面磁通密度分布的最大值和最小值的差与该主要区间的平均值的比在0.2以下。

本发明权利要求4中所记载的各向异性粘结磁铁是，使用了权利要求1到权利要求3的任何一项中所记载的应用于4磁极电机的各向异性粘结磁铁的电机。

本发明采用的各向异性稀土类粘结磁铁，是使用本发明的申请人所提出的、以日本公开号码p2001-76917A和登记号码第2816668号所公示的制造方法所制造出的磁铁，例如，用树脂成形由Nd-Fe-B组成的磁粉、在1个轴方向实施强磁化的方法制造出的磁铁。该磁铁所得到的最大能量积(BHmax)是以前的烧结铁氧体磁铁的4倍以上。

并且，因为上述各向异性稀土类粘结磁铁是用树脂成形所得到的，所以可以很容易实现高的形状精度。因此，使用上述磁铁，可以使配置在电机筐体内周部的永久磁铁得到很高的中空圆筒形状精度。即，可以使由永久磁铁产生的电机内部磁场具有良好的回转对称精度。因为，电机内部磁场的回转对称精度高，可以使处于中央部的电磁回转体产生均匀的旋转转矩，所以，可以降低以前的由于转矩不均匀所产生的噪音，可以说本发明还是一种低噪音、非常肃静的电机装置。同时，使用树脂成形的具有中空圆筒形状的各向异性稀土类粘结磁铁，安装于电机筐体内也比较容易，没有必要象以前那样由分离的4个电极分别安装。所以说，本发明也具有制造工序非常简单容易的优点。

本发明还具有，各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向方向分布在与呈中空圆筒形状且有4个电极的各向异性稀土类粘结磁铁的轴相垂直的断面上(象各向异性稀土类磁性体粉末的磁化容易轴指向由外部施加的定向磁场那样，各向异性稀土类磁性体粉末在使其转动后指向磁化容易轴)的特点。即，当机械角作为变量表示磁极周期变化的时候，上述断面上的在产生转矩的相对应的机械角领域，其各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向方向是指向法线方向。并且，如图1所示，在磁极方向变化的磁极磁场指向变化区间，各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向方向分布是，随着接近中立点M而逐渐指向圆筒回转侧面的回转切线方向；而在中立点M恰好指向圆筒回转侧面的切线方向；随着远离中立点M而逐渐指向圆筒回转侧面的法线方向。

本发明中所提出的使各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向方向具有如上述分布特点的4磁极各向异性稀土类粘结磁铁，更进一步讲，还是可以在磁场定向方向进行磁化得到很大磁力矩的4磁极的各向异性稀土类粘结磁铁。上述磁化后的4磁极各向异性稀土类粘结磁铁的表面磁化向量的分布与磁场定向分布相似，仅是大小不同而已。此外，对各向异性粘结磁铁来说，最大能量积最好在14MGOe以上。当然最为理想的是在17MGOe以上。当最大能量积超过上述值，可以充分发挥本发明所提出的磁场定向的优点，可以有效地提高电机的输出转矩，同时可以降低顿转扭矩。

还有，为了解决上述课题，权利要求5中所记载的本发明的构成是，用金属模具成形制造由树脂成形的各向异性稀土类磁性体粉末，使之成为具有中空圆柱形状的可应用于4个磁极电机的各向异性粘结磁铁的磁场定向装置。该磁场定向装置具有下述构成：

设置在金属模具的成形空间内，由磁性体所组成的圆柱形状的模芯；

在模芯周围形成圆筒形状，在其中充填各向异性粘结磁铁原料的宽度为0.7mm～3mm的内腔；

由磁性体所组成的被分为4部分，配设在上述内腔的外周部且指向模芯的中心，在内腔的法线方向形成定向磁场的第1环模；

由磁性体所组成的被分为4部分，对应于上述粘结磁铁的磁极磁场指向变化区间，与上述第1环模间相邻接且配设在上述内腔的外周部且指向模芯的中心的第2环模；

向4个上述第1环模供给磁通量的线圈；

构成内腔的外周面，由磁性体组成的薄壁圆筒状的磁通量感应件。

上述模芯可以使用纯铁、SS400等强磁性软铁；第1环模可以使用纯铁、SS400等强磁性体；磁通量感应件可以使用磁性超硬合金、粉末高速钢、高速钢等材质的强磁性体；第2环模可以使用SUS304、析出硬化形不锈钢等非磁性材料。

本发明权利要求6中所记载的发明是，在本发明权利要求5中所记载的磁场定向装置中，其磁通量感应件的厚度为1.0～3.5mm。

本发明权利要求7中所记载的发明是，在本发明权利要求5或权利要求6中所记载的磁场定向装置中，其磁通量感应件是由超硬材料所组成。

本发明权利要求8中所记载的发明是，在本发明权利要求5到权利要求7的任何一项中所记载的磁场定向装置中，其内腔中的第2环模所在区域的定向磁场是将感应产生0.5T以上磁通量的磁场。

本发明权利要求9中所记载的发明是，在本发明权利要求5到权利要求8的任何一项中所记载的磁场定向装置中，具有配置在模芯外周面而构成内腔内周面，并且由薄壁圆筒状的磁性超硬材质所组成的圆环。

【本发明的效果】

各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向分布如图1所示。同时，表面磁化向量分布如图2所示。因为，在磁极磁场指向变化区间，各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向分布为：随着接近中立点而逐渐指向圆筒回转侧面的切线方向；而在中立点恰好处于指向圆筒回转侧面的切线方向；随着远离中立点而逐渐指向圆筒回转侧面的法线方向，所以，其后实施磁场磁化，可以增大上述磁极磁场指向变化区间的磁化向量。其结果，可以得到与仅实施径向磁场定向时同样大的电机的输出转矩，同时，与仅实施径向磁场定向的情况相比，大幅度降低了顿转扭矩。

并且，因为有被分成4部分的第1环模和模芯的存在，所以在内腔的法线方向可以形成磁场。另一方面，在磁极的方向变化的磁极磁场指向变化区间，因为有由非磁性材料组成的第2环模的存在，很难在法线方向形成磁场。此外，由于配置了构成内腔外周面、并且由磁性体组成的磁通量感应件，各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向可以实现下述的分布，即，随着接近中立点而逐渐指向圆筒回转侧面的切线方向；而在中立点恰好处于指向圆筒回转侧面的切线方向；随着远离中立点而逐渐指向圆筒回转侧面的法线方向。同时，在内腔磁极磁场指向变化区间以外的主要产生转矩的区间，可以实现各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向指向于法线方向。

如上所述，将其各向异性稀土类磁性体粉末半径向磁场定向的粘结磁铁实施磁化得到的应用于4磁极电机的磁铁，可以构成输出转矩大并且顿转扭矩小的小型电机。并且，本发明提出的制造装置，可以很容易地制造得到具有上述磁场定向的4磁极各向异性稀土类粘结磁铁。

                           附面说明

[图1]是表示与本发明的具体实施形态相关的粘结磁铁中，其各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向的横断面图。

[图2]是表示与实施形态相关的粘结磁铁的法线方向表面磁通密度和回转角度的关系的特性图。

[图3]是表示与本发明的实施形态相关的半径向磁场定向的粘结磁铁和仅进行径向磁场定向的粘结磁铁的法线方向表面磁通密度和回转角度的关系，以及磁场定向和磁化向量的关系的特性图。

[图4]是表示与本发明的实施形态相关的粘结磁铁的磁场定向处理装置的横断面图。

[图5]是表示与本发明的实施形态相关的粘结磁铁的磁场定向处理装置的纵断面图。

[图6]是表示本发明的磁场定向处理装置中的金属模具内详细构成的的横断面图。

[图7]是表示与本发明的实施形态相关的磁场定向分布的说明图。

[图8]是表示本发明的金属模具的内腔中定向磁场测量点的说明图。

[图9]是将本发明的定向磁场的大小特性和以前事例的磁场定向特性表示在一起的特性图。

[图10]是将使用本发明的粘结磁铁的电机的转矩和转速的关系和以前事例特性表示在一起的特性图。

[图11]是表示与以前事例的磁场定向装置的粘结磁铁的轴相垂直的剖面图。

符号说明

10各向异性粘结磁铁

11轴

12外周的厚度部分

30金属模具

32模芯

34第1圆环

35内腔

36第2圆环

38a、38b、38c、38d第1环模

40a、40b、40c、40d第2环模

44a、44b、44c、44d空间

46a、46b、46c、46d线圈

51a、51b导向件

54a、54b嵌入块

55内腔

                            具体实施方式

以下，根据具体的实施形态来说明本发明。当然，本发明不限定于下述的实施形态。

本发明采用的各向异性稀土类粘结磁铁，是使用本发明的申请人所提出的、以日本公开号码p2001-76917A和登记号码第2816668号所公示的制造方法所制造的磁铁，例如，用树脂成形由Nd-Fe-B组成的磁粉、在1个轴方向实施强磁化的方法制造出的磁铁。该磁铁所得到的最大能量积(BHmax)是以前的烧结铁氧体磁铁的4倍以上。

并且，因为上述各向异性稀土类粘结磁铁是用树脂成形所得到的，所以可以很容易实现高的形状精度。因此，使用上述磁铁，可以使配置在电机筐体内周部的永久磁铁得到很高的中空圆筒形状的精度。即，可以使由永久磁铁产生的电机内部磁场具有良好的回转对称精度。因为，电机内部磁场的回转对称精度高，可以使处于中央部的电磁回转体产生均匀的旋转转矩，所以，可以降低以前的由于转矩不均匀所产生的噪音，可以说本发明是一种噪音低、非常肃静的电机装置。同时，使用树脂成形的具有中空圆筒形状的各向异性稀土类粘结磁铁，安装于电机筐体内也比较容易，没有必要象以前那样由分离的4个电极分别安装。所以说，本发明也具有制造工序非常简单容易的优点。

此外，本发明的制造装置是具有，使各向异性稀土类磁性体粉末在中空圆筒形状的且有4个电极的各向异性稀土类粘结磁铁的轴的垂直断面上呈现磁场定向方向(像各向异性稀土类磁性体粉末的磁化容易轴指向由外部施加的定向磁场那样，各向异性稀土类磁性体粉末在使其转动后指向磁化容易轴)的特点的制造装置。使用本发明的制造装置，可以使当机械角作为变量表示磁极的周期变化的时候，在上述断面上产生的与转矩相对应的机械角领域，各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向方向是指向法线方向。另一方面，如图1所示，在磁极方向变化的磁极磁场指向变化区间，可以使各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向方向成为，随着接近中立点而逐渐指向圆筒回转侧面的切线方向；而在中立点恰好处于指向圆筒回转侧面的切线方向；随着远离中立点而逐渐指向圆筒回转侧面的法线方向。

对各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向方向具有如上述分布特点的4磁极各向异性稀土类粘结磁铁来说，更进一步讲，还是可以在磁场定向方向进行磁化得到具有很大磁力矩的4磁极各向异性稀土类粘结磁铁。上述磁化后的4磁极各向异性稀土类粘结磁铁的表面磁化向量的分布与磁场定向分布相似，仅是大小不同而已。此外，对各向异性粘结磁铁来说，最大能量积最好在14MGOe以上。当然最为理想的是在17MGOe以上。当最大能量积超过上述值，可以充分发挥本发明所提出的磁场定向的优点，可以有效地提高电机的输出转矩，同时可以降低顿转扭矩。

【第1实施例】

图1表示了与本发明的具体实施形态相关的粘结磁铁的构成。对粘结磁铁10而言，作为一个示例，使用了Nd-Fe-B系的各向异性稀土类粘结磁铁。粘结磁铁10是以轴11为中心，在其周围具有一定厚度的外周壁12并呈中空圆筒形状。图1正是与轴11相垂直的横断图。

并且，图1还表示了具有一定厚度的外周壁12上的各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向方向。机械角(实际回转角)大约为67.5度的区间B是发生主要转矩的区间。另一方面，机械角大约为22.5度的区间A是磁极变化的磁极磁场指向变化区间。但是，磁极磁场指向变化区间仅是具有表示磁极的指向是从法线方向朝圆周的切线方向开始变化的一个大致区域的意义，并不是表示以这个境界为临界，不是表示磁化向量的旋转切线成分在此产生转换。在区间B中，各向异性稀土类磁性体粉末定向于圆筒回转侧面的法线方向。而在磁极磁场指向变化区间A中，如图所示，随着机械角的推移，各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向方向进行了平滑的反转。即，各向异性稀土类磁性体粉末的磁场指向是，随着接近中立点M而逐渐指向圆筒回转侧面的切线方向；在中立点M恰好处于指向圆筒回转侧面的切线方向；随着远离中立点M而逐渐指向圆筒回转侧面的法线方向。

为了使磁性体粉末进行磁场定向而向其施加定向磁场，并进行压缩成形后，磁化为具有4个磁极的各向异性粘结磁铁。图2表示了，在机械角90度的范围内，磁化后的法线方向上的表面磁通密度的变化特性。如图2所示，在区间B中，法线方向上的表面磁通密度大体是一定的大小，而在磁极磁场指向变化区间，随着机械角θ的增加，法线方向上的表面磁通密度的绝对值实现了平滑地递减或递增。

再者，与粘结磁铁10的轴11相平行的纵断面图上所表示的法线方向上的表面磁通密度的分布是沿着轴11的方向。但是，沿着轴11的方向最好不要实施磁场磁化。

另一方面，作为比较例，制造了仅实施径向磁场定向的粘结磁铁。大小尺寸与上述实施例中所述的粘结磁铁一样。图3表示了，在机械角90度的范围内，仅实施径向磁场定向，再进行磁化得到的粘结磁铁在其法线方向上的表面磁通密度的变化特性。如图3所示，对仅实施径向磁场定向的粘结磁铁来说，其表面磁通密度呈现了以下的特性，即，在磁极磁场指向变化区间A中的表面磁通密度变化为急剧的上升和急剧的下降，在急剧上升的附近出现了峰值P1，在急剧下降的附近出现了峰值P2，并且在区间B的中央部(机械角为π/4)出现了谷值V1。如图7所述，上述现象可以认为是由于各向异性粘结磁铁的表面出现了磁量(磁化)的有限分布，在区间B中央部产生了最大的反向磁场的影响所致。

与仅实施径向磁场定向的粘结磁铁相比，本实施例所述的实施半径向磁场定向的粘结磁铁，其磁极磁场指向变化区间中的表面磁通密度的急剧的上升和急剧的下降现象得到了很大程度的缓和，急剧的上升附近的峰值S1和急剧的下降附近的峰值S2，比仅径向实施磁场定向的粘结磁铁小了很多。另一方面，区间B中央部(机械角为π/4)的谷值U1，比仅实施径向磁场的粘结磁铁增大了许多。根据上述的分析可知，在本实施例所述的实施半径向磁场定向的情况下，其粘结磁铁的表面磁通密度分布的峰值和谷值的差(S1-U2)，比仅实施径向磁场定向时的峰值和谷值的差(P1-V1)小。此外，在机械角π/2的范围内，如果将上述峰值和谷值的差与图3中所示的表面磁通密度的平均值Bav的比值定义为脉动率的话，即仅径向实施磁场定向的粘结磁铁的脉动率为27％，而本实施例所述的实施半径向磁场定向的粘结磁铁的脉动率为11％。并且，如果将4磁极电机的考虑方法应用于2磁极电机，作为轴向磁场定向的发展改进型来说，上述脉动率可以达到10.4％。

此外，对各种磁场定向中所述的表面磁通密度的平均值BAV而言，如果仅实施径向磁场定向的情况为100，那么本实施例的半磁场定向的情况为103。而对将4磁极电机的考虑方法应用于2磁极电机，作为轴向磁场定向的发展改进型来说，上述平均值BAV为95。脉动率越大，说明表面磁通密度的急剧上升和急剧下降越剧烈，表明顿转扭矩越大。作为顿转扭矩较小的范围来说，其脉动率最好在20％以下。

另一方面，图3曲线E表示了上述日本专利文献2、3所记载的各向异性粘结磁铁磁化后的法线方向的表面磁通密度分布特性。从图3曲线E可以看出，如上述关于以前技术中说明的那样，由于没有进行充分的磁场定向，即使对其实施磁场磁化，得到的磁化向量也比较小，这可以认为是造成磁极磁场指向变化区间中的表面磁通密度很小的原因。

如上所述，在机械角π/2范围内出现了两个峰值的特性，可以认为是在各向异性粘结磁铁表面由于产生了磁量(磁化)而造成的反向磁场的影响所致。在机械角π/2的有效范围内，磁量(磁化)呈一样的分布的时候，因为磁量(磁化)分布的对称性，在机械角π/2区间的中央部反向磁场的影响最大，所以如图7所示，机械角π/2区间的中央部的表面磁通密度最小。然而，对本实施例中所采用的半径向磁场定向来说，在磁极磁场指向变化区间，由于各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向方向指向随着接近中立点M而逐渐指向回转的切线方向，所以出现在粘结磁铁表面的磁量(磁化)也就随着指向中立点M而逐渐变小。其结果，如图7所示，与仅进行径向磁场定向的情况相比，本发明的半径向磁场定向在机械角π/2的区间的端部所出现的反向磁场和，在机械角π/2的区间的中央部所出现的反向磁场均变小，两端的峰值也变小，作为中央部的谷值变大(表面磁通密度的值变大)来说，可以认为是峰值和谷值的差变小了。

【第2实施例】

下面，就对与本发明的具体实施例相关的粘结磁铁的磁场定向处理装置进行详细的说明。上述粘结磁铁的磁场定向，是在压缩成形时进行实施的。以下，将由本实施例的方法所制造得到的粘结磁铁称为A型磁铁。图4表示了上述磁场定向处理装置的平面(横向)断面图，图5表示了上述磁场定向处理装置的纵向断面图。图6表示了包含金属模具30的内腔35的详细断面图。圆筒形状的金属模具30，在中心部，配设了由软磁性体组成、外径为26mm的模心32，并且在模心32的周围配设了具有圆筒形状、由强磁性体组成的超硬材质所构成的内径为26mm；外径为30mm；厚度为2mm的第1圆环34。此外，在与第1圆环34之间保持一定的设定间隙，再配设具有圆筒形状、由强磁性体组成的超硬材质所构成的内径为33mm；外径为37mm；厚度为2mm的第2圆环36。第2圆环36的厚度为2mm，饱和磁通量密度为0.3T。这样，在第1圆环34和第2圆环36之间，形成了为了树脂成形而需要的厚度为1.5mm的内腔。向该内腔中供给由磁性体粉末和树脂粉末构成了的粘结磁铁原料。

在第2圆环36的外侧，设置了被分割为4部分、具有扇形形状且由强磁性体组成的第1环模38a、38b、38c、38d，并且，在第1环模相互之间配设了具有扇形形状且由不锈钢等的非磁性材料组成的第2环模40a、40b、40c、40d。这些部件形成了金属模具30。第2圆环36和被分割为4部分、具有扇形形状且由强磁性体组成的第1环模38a、38b、38c、38d的各接合面的轴向垂直的断面的圆弧长度大约是23mm。另一方面，第2圆环36和被分割为4部分、具有扇形形状且由强磁性体组成的第2环模40a、40b、40c、40d的各接合面的轴向垂直的断面的圆弧长度大约是6mm。

此外，在金属模具30的外侧，还配设了圆形极片42。在圆形极片42中，具有4个区域43a、43b、43c、43d，各区域之间形成了旋绕线圈的空间44a、44b、44c、44d。邻接的两个空间，例如，44a和44b之间所形成的区域43a中，旋绕了线圈46a。

在上述构成中，如果向线圈46a通以电流，就可以在圆形极片42的区域43a的表面上产生作为N极的磁通量；如果向线圈46b通以电流，就可以在圆形极片42的区域43b的表面上产生作为S极的磁通量；如果向线圈46c通以电流，就可以在圆形极片42的区域43c的表面上产生作为N极的磁通量；如果向线圈46d通以电流，就可以在圆形极片42的区域43d的表面上产生作为S极的磁通量。

因为，圆形极片42和4个第1环模38、第2圆环36、第1圆环34、以及模芯32是磁性回路中磁性阻抗非常小的部分，所以，定向磁场将集中指向这些部分。此外，由于第1环模38比第1环模40的导磁率大得多。所示形成了如图6所示的定向磁场分布。如图8中，表示了内腔35的法线方向的磁场成分Br和旋转切线方向的磁场成分Bθ。此时，由于设置了磁性体的第2圆环36，定向磁场的一部分将沿着第2圆环36被感应，绕过非磁性材料的第2环模40，其中一部分磁通量将泄漏向内腔35。即，在内腔35的磁极磁场指向变化区间中形成了随圆环圆周切线方向分布的定向磁场Bθ。这样的结果，可以得到其磁极磁场指向变化区间的各向异性稀土类磁性体粉末具有下述的磁场定向分布的4磁极的粘结磁铁，即上述磁极磁场指向变化区间的各向异性稀土类磁性体粉末的磁场定向分布为，随着接近中立点而逐渐指向圆筒回转侧面的切线方向；而在中立点恰好处于指向圆筒回转侧面的切线方向；随着远离中立点而逐渐指向圆筒回转侧面的法线方向。并且，定向磁场的绝对值B呈现了如图9所示的曲线w1的特性。即可以理解为得到了0.5T以上的定向磁场。另一方面，如果第2圆环36使用上述日本专利文献2、3中所示的非磁性体，其内腔中的磁场绝对值B呈现了如图9所示的曲线w2的特性。从图9中曲线w1和曲线w2的比较可知，上述的日本专利文献2、3所示的方法，其磁极磁场指向变化区间磁场的绝对值B明显比本发明低，也就是说，上述的日本专利文献2、3所示的方法将不能得到象本发明中所述的具有0.5T以上的定向磁场的各向异性粘结磁铁。当然，在图8所示的测定点R4，可以得到0.5T定向磁场。再者，从轴方向的两侧特别施加磁场，同时又实施径向磁场定向，可以得到具有如图9所示的曲线w3的分布特性的定向磁场，即此时可理解为在全机械角领域，可以得到一定的定向磁场B。

还有，在上述的构成中，以轴11为中心，圆弧状的第2环模40a、40b、40c、40d分别所占的角度为大约22.5度，与图1中所示的磁极磁场指向变化区间A相当。另一方面，以轴11为中心，第1环模38a、38b、38c、38d分别所占的角度为大约67.5度，与图1中所示的区间B相当。如上述的构成，可以得到如图1所示的各向异性稀土类磁性粉末的磁场定向。如果对具有上述磁场定向的粘结磁铁实施磁化，就可以在法线方向得到如图2所示那样的表面磁通密度分布。

对各向异性稀土类粘结磁铁10来说，可以说它是塑料磁铁，因为它是由Nd-Fe-B系的磁铁粉末和树脂材料混合而成的。经过本发明申请人的不断努力，近几年终于实现了批量生产。例如，上述的各向异性稀土类粘结磁铁10，是由日本公开号码p2001-76917A和登记号码第2816668号所公示的制造方法所制造得到。现在制造得到的上述各向异性稀土类粘结磁铁，其最大能量积为10MGOe～28MGOe。

作为其他的可以组成各向异性稀土类粘结磁铁的材料，除Nd-Fe-B以外，可以是Nd-Fe-B系材料，例如含有Nd和Nd以外的稀土类元素和含有其他的添加元素的材料。Nd以外的稀土族元素的材料，有诸如Sm-Fe-N系材料、SmCo系材料、或者Nd-Fe-B系材料和上述的这些材料的混合物质。上述磁铁，其最大能量积为以前的烧结铁氧体磁铁的4倍以上，即，相对于标准的烧结铁氧体磁铁23的3.5MGOe的最大能量积(BHmax)，本发明的上述磁铁具有上述磁铁最大能量积的4倍，14MGOe以上的最大能量积(BHmax)。从另一种意义上说，如果所要求的电机转矩与以前一样(转矩一样的条件)的话，使用本发明的上述磁铁作为电机的永久磁铁，可以缩小永久磁铁的大约1/4的厚度。

上述本发明的磁铁中磁铁粉末的粒径等，可以使用已经被公布且大家熟知的粒径。例如，铁氧体系的平均粒直径约为1μm左右；稀土族系大约是l～250μm左右。并且，上述本发明的磁铁中的树脂，也可以使用已经被公布且大家熟知树脂，例如，尼龙12、尼龙6等聚酰胺系合成树脂；聚氯乙烯、醋酸乙烯等的聚合物；由MMA、PS、PPS、PE、PP等单独或者聚合构成的乙烯树脂系合成树脂；氨基甲酸乙酯、硅酮、聚碳酸脂、PBT、PET、PEEK、CPE、氯磺化聚乙烯合成橡胶、氯丁橡胶、SBR、NBR等的热可塑性树脂；或者环氧系、石炭酸系等的热可硬化性树脂等。磁铁粉末和合成树脂的配合比例，可以使用已经被公布且大家熟知的配合比例。例如，可以是40～90vol％。此外，在上述磁铁中，还可以根据不同的目的使用其他的添加物，比如，可塑剂、润滑剂、抗氧化剂、表面处理剂等。

对本发明的制造而言，可以采用以下的制造条件。本实施例中使用了热硬化性树脂(当然，也可以使用热塑性树脂)。此外，本实施例虽说使用了压缩成形，但是也可用其他的已经被公布且大家熟知的成形方法。并且在本实施例中，为了使磁场定向和压缩成形同时进行，使用了在磁场中进行加热压缩的成形方法。首先，就成形条件来说，金属模具的温度为120℃、成形压力为3.0t/cm²、成形为15sec、磁极周期的主要区间的定向磁场为0.80T、磁极变化的磁极磁场指向变化区间A的定向磁场(图8中测量点R4的值)为0.70T。并且，在图8所示的位置上测定磁极磁场指向变化区间A中的定向磁场强度。如图8中所示，内腔35的圆周旋转方向的中心线为L1、第2环模40a的中心线为L3、第2环模40a的角点R3的法线为L2，法线为L2和中心线L1的交点为R3、法线为L3和中心线L1的交点为R1。这样，在中心线L1上的点R1和R3、以及中点R4，使用霍尔元件测量磁场。图9中所示的特性是中点R4的角度位置为39.375度时的特性；图2中所示的特性是中点R4的角度位置为84.375度时的特性。

其次，在第2圆环36的厚度为2mm、饱和磁通密度为1.6T、内腔35的宽度为1.5mm的条件下，制造了各向异性粘结磁铁。以后，将该粘结磁铁成为B型磁铁。在这种情况下，图8中点R4的定向磁场为0.8T。

本实施例中使用的磁场定向方法如前所述。而磁场磁化是按下述的方法来实施，作为磁化轭部，在圆筒形状的粘结磁铁的内侧部，配置了软磁性的型心，在外侧部配置了软磁性的轭部。磁化磁场和定向磁场一样，即，在与圆筒形状的粘结磁铁的轴相垂直的方向作用平行磁场。磁化方法使用了脉冲磁场。磁化磁场强度大约是4T。

对于A型粘结磁铁来说，制造了两种各向异性粘结磁铁，分别是最大能量积BHmax为22MGOe、顽磁力为14kOe的各向异性粘结磁铁和，最大能量积BHmax为21MGOe、顽磁力为17kOe、实施了半径向磁场定向的各向异性粘结磁铁。

再者，作为比较例，是在第2圆环36的厚度为4mm、饱和磁通密度为0.30T、内腔35的宽度为1.5mm的条件下制造的各向异性粘结磁铁。如图8所示，点R4的定向磁场仅为较低的0.45T。即，上述的结果可以理解为，虽然第2圆环36用磁性体来构成，但是第2圆环36的厚度作得太厚，使内腔的磁极磁场指向变化区间A的磁场变小了。

同样，在用非磁性材料构成第2圆环36的条件下制造了以前技术中所述的粘结磁铁。此时，与第2圆环36相对应的非磁性圆环的厚度为2mm、饱和磁通密度为0T、内腔35的宽度为1.5mm，其定向磁场强度如图8所示，点R4的定向磁场为0.48T。另一方面，与第2圆环36相对应的非磁性圆环的厚度为2mm、饱和磁通密度为0T、内腔35的宽度为1.5mm，并从轴方向施加磁场进行径向磁场定向，此时得到的定向磁场强度如图8所示，点R4的定向磁场为0.8T。在此，需要说明的是，上述的磁场定向是为了保证在产生转矩的主要区间B中的内腔35的磁场强度为0.80T的情况下，来决定施加磁场的大小。

将上述A型粘结磁铁和仅实施径向磁场磁化的粘结磁铁分别用于励磁磁铁，制造了DC有电刷电机。两电机的大小尺寸完全一样。对两种电机，分别测量了它们的电机输出转矩和顿转扭矩。在将使用仅实施径向磁场磁化的粘结磁铁的DC有电刷电机的电机输出转矩为100％和顿转扭矩为100％的情况下，使用本实施例的半径向磁场磁化的粘结磁铁的DC有电刷电机的电机输出转矩为99.6％、顿转扭矩为52.0％。

从以上的比较结果可知，相对于使用仅实施径向磁场磁化的粘结磁铁的DC有电刷电机，使用了本实施例的半径向磁场磁化的粘结磁铁的DC有电刷电机的输出转矩为99.6％，基本上没有变化，而顿转扭矩下降到52.0％。所以，本实施例的半径向磁场磁化的粘结磁铁的DC有电刷电机实现了高输出转矩和低顿转扭矩特性的两立，非常有效地改善了电机的性能。

表1中展示了，使用了与本实施例的A型磁铁相关的4磁极各向异性稀土类粘结磁铁的4磁极DC有电刷电机的大小尺寸和特性值。同时，在表1中也展示了仅实施径向磁场磁化的以往例的各项数值。磁铁的大小尺寸为，内径30mm、外径33mm、厚度1.5mm、长度30mm，外背轭部内径33mm、外径37mm、厚度2mm、长度37mm。并且外背轭部的材质为SPCC，电枢转子的材质为硅钢板，线圈的旋绕方法为分布绕绕，额定电流值是4.6A。

[表1]

最大能量积       MGOe顽磁力           kOe		2214	2214	2117	2117
						磁场定向方法		径向	半径向	径向	半径向
磁极数		4
						磁铁尺寸	径(mm)	33-30
厚度(mm)	1.5

	长度(mm)	30
						外背轭部	径(mm)	37-33
厚度(mm)	2
					长度(mm)		37(磁通环高度)
电枢转子的积层厚度	(mm)	29.6
						转矩因数(mN·m/A)		32.5	32.3	30.1	30.3
电机体积(cm3)		50
						电机重量(g)		280
性能指数(mN·m/A·cm3)		0.65	0.65	0.60	0.61
						电磁旋转体直径(mm)		29
槽数		10

此外，图10中表示使用了本发明的粘结磁铁的电机的转矩和转速的关系。同时，图10中也表示了仅实施径向磁场磁化的以往例的电机的特性。根据图10的比较可知，与使用仅实施径向磁场磁化的粘结磁铁的电机相比较，使用了本实施例的半径向磁场磁化的粘结磁铁的电机没有出现性能低下现象。

并且，由于上述各向异性稀土类粘结磁铁10是采用树脂成形的方法来制造得到的，所以可以得到高精度的中空圆筒形状精度。因此，可以高精度地对各向异性稀土类粘结磁铁10实施对称磁化。其结果，在电机内部可以对称产生高精度的磁场。

上述实施例中，将机械角大约3π/8的范围B作为主要是产生转矩的机械角区间，机械角大约π/8的范围A作为磁极变化的磁极磁场指向变化区间。此外，作为磁极变化的磁极磁场指向变化区间的机械角，也可以使用大约30度的范围或大约15度的范围等，余下的就是作为主要产生转矩的机械角区间。

综上所述，本发明的粘结磁铁和使用本发明提出的磁场定向处理装置所制造的各向异性粘结磁铁，可以应用于DC有电刷电机的励磁磁铁。并且，本发明的上述磁铁，既可使用于电机的定子，也可使用于转子。此外，对应用电机的种类而言，既可以应用于DC有电刷电机，也可以应用于无电刷电机、同步电机等。

产业上利用的可能性

本发明的4磁极各向异性粘结磁铁、以及使用本发明提出的磁场定向处理装置所制造的4磁极各向异性粘结磁铁，可以应用于既不使输出转矩性能下降，又能降低顿转扭矩特性的电机。

Claims (9)

1.本发明为一种可应用于4磁极电机的各向异性粘结磁铁，由各向异性稀土类磁性体粉末所组成，并用树脂成形为中空圆筒形状，而且最大能量积在14MGOe以上，

上述本发明所提出的上述应用于4磁极电机使用的各向异性粘结磁铁的具有下述磁场定向分布，并在其磁场定向的方向进行磁化而得到的磁铁。上述磁场定向分布为，在垂直于上述各向异性粘结磁铁的轴的断面上，其磁极周期的主要区间中的磁场定向是指向上述中空圆筒形状的圆筒侧面的法线方向；其磁极磁场指向变化区间的磁场定向是，随着接近中立点(上述磁极磁场指向变化区间的中立点)磁场定向由上述圆筒回转侧面的法线方向逐渐指向上述圆筒回转侧面的切线方向，而在上述中立点恰好处于上述圆筒回转侧面的切线方向，另一方面，随着远离上述中立点磁场定向由上述圆筒回转侧面的切线方向逐渐指向上述圆筒回转侧面的法线方向。

2.权利要求1中所述的应用于4磁极电机的各向异性粘结磁铁，具有在0.5T以上的定向磁场下，对上述磁极磁场指向变换区间上的各向异性稀土类磁性体粉末实施磁场定向的特点。

3.权利要求1中或权利要求2所述的应用于4磁极电机的各向异性粘结磁铁，具有对各向异性粘结磁铁实施磁化后，在磁极周期的主要区间的法线方向上的表面磁通密度分布的最大值和最小值的差与该主要区间的平均值的比在0.2以下的特点。

4.本发明为一种使用了权利要求1～权利要求3的任何一项中所述的应用于4磁极电机的各向异性粘结磁铁的电机。

5.本发明为一种用金属模具成形制造由树脂成形的各向异性稀土类磁性体粉末，使之成为具有中空圆柱形状的可应用于4个磁极电机的各向异性粘结磁铁的磁场定向装置。该磁场定向装置具有下述构成：

设置在上述金属模具的成形空间内，由磁性体所组成的圆柱形状的模芯；

在上述模芯周围形成圆筒形状，在其中充填各向异性粘结磁铁原料的宽度为0.7mm～3mm的内腔；

由磁性体所组成的被分为4部分，配设在上述内腔的外周部且指向模芯的中心，在内腔的法线方向形成定向磁场的第1环模；

由磁性体所组成的被分为4部分，对应于上述粘结磁铁的磁极磁场指向变化区间，与上述第1环模间相邻接且配设在上述内腔的外周部且指向模芯的中心的第2环模；

向4个上述第1环模供给磁通量的线圈；

构成内腔的外周面，由磁性体组成的薄壁圆筒状的磁通量感应件。

6.权利要求5中所述的磁场定向装置具有其上述磁通量感应件的厚度为1.0～3.5mm的特点。

7.权利要求5中或权利要求6所述的磁场定向装置具有其上述磁通量感应件是由超硬材料所组成的特点。

8.权利要求5～权利要求7的任何一项中所述的磁场定向装置具有其上述内腔中的上述第2环模所在区域的定向磁场是将感应产生0.5T以上磁通量的磁场的特点。

9.权利要求5～权利要求8的任何一项中所述的磁场定向装置，具有配置在上述模芯外周面而构成上述内腔内周面，并且由薄壁圆筒状的磁性超硬材质所组成的圆环的特点。

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