DE112012002129T5

DE112012002129T5 - Verfahren zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien, Vorrichtung zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien und Computerprogramm

Info

Publication number: DE112012002129T5
Application number: DE112012002129.0T
Authority: DE
Inventors: Mitsutoshi Natsumeda
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2032-05-16
Also published as: US9547051B2; CN103620434B; JP6003887B2; DE112012002129B4; WO2012157637A1; CN103620434A; JPWO2012157637A1; US20140046608A1

Abstract

Eine vorab gespeicherte Datenbank, welche eine Korrespondenz δ (Tiefe)/ΔHcJ (Koerzitivkraftanstieg) angibt, und eine vorab gespeicherte Datenbank, welche Informationen hinsichtlich der DY-Diffusionsbedingungen (Diffusionskoeffizient, Diffusionsfluss und Verarbeitungszeit im Hinblick auf die Dy-Diffusion) angibt, werden verwendet, um die Verteilung der Dy-Einbringmenge in einem Magneten aus den Forminformationen des Magneten und den Informationen über die Dy-Einbringseite und die Verteilung von ΔHcJ in dem Magneten aus der Verteilung der Dy-Einbringmenge zu berechnen. Für einen Magneten mit einer Koerzitivkraft, die nicht gleichmäßig verteilt ist, wird unter Verwendung der berechneten ΔHcJ-Verteilung eine J/H-Kurve berechnet, und ein Entmagnetisierungsfaktor bei einer vorbestimmten Temperatur wird unter Verwendung eines Temperaturkoeffizienten berechnet.

Description

Verfahren zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien, Vorrichtung zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien und Computerprogramm
[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur vorab erfolgenden Speicherung von Informationen über einen Magneten und zum Berechnen einer Magnetkraftkennlinie eines Magneten mittels einer Operationseinrichtung, und insbesondere ein Verfahren zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien, eine Vorrichtung zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien, und ein Computerprogramm, das in der Lage ist, eine Magnetkraftkennlinie, insbesondere eine Entmagnetisierungskennlinie des Inneren eines Magneten, welcher durch das Einbringen und Diffundieren eines schweren Seltenerdenelements, wie Dysprosium, von der Oberfläche des Magneten in das Innere des Magneten gebildet ist, mit großer Genauigkeit zu berechnen.
[Stand der Technik]
Ein gesinterter Nd-Fe-B-Magnet dient als Hochleistungs-Permanentmagnet für verschiedene Vorrichtungen, insbesondere für Festplattenlaufwerke oder verschiedene Arten von Motoren.
Die Remanenz eines gesinterten Nd-Fe-B-Magneten verringert sich manchmal (Entmagnetisierung), wenn der Magnet hohen Temperaturen ausgesetzt oder ein Entmagnetisierungsfeld aufgebracht wird. Eine solche Entmagnetisierung umfasst die ”reversible Entmagnetisierung”, bei welcher sich die Remanenz erholt, wenn die Temperatur auf eine normale Temperatur zurückgeht, und die ”irreversible Entmagnetisierung”, bei welcher sich die Remanenz nicht wieder erholt. Da die verschiedenen zuvor genannten Vorrichtungen bei verschiedenen Temperaturen verwendet werden, besteht die Notwendigkeit, dass eine irreversible Entmagnetisierung nicht auftritt, selbst wenn ein Entmagnetisierungsfeld bei einer hohen Temperatur aufgebracht wird. Ein herkömmlicherweise verwendetes Verfahren besteht in der Substitution von Nd in der Hauptphase eines gesinterten Nd-Fe-B-Magneten durch ein schweres Seltenerdenelement, wie Dysprosium (Dy), indem das schwere Seltenerdenelement dem Magneten hinzugefügt wird, um so einen Magnet mit einer hohe Koerzitivkraft herzustellen, bei welchem keine irreversible Entmagnetisierung auftritt, selbst wenn ein Entmagnetisierungsfeld bei einer hohen Temperatur aufgebracht wird. Die ”irreversible Entmagnetisierung” wird im Folgenden in der vorliegenden Beschreibung einfach als ”Entmagnetisierung” bezeichnet.
Bei dem Verfahren des Substituierens von Nd in einem gesinterten Nd-Fe-B-Magnet durch ein schweres Seltenerdenelement nimmt die Remanenz jedoch dennoch ab, wenn die Koerzitivkraft zunimmt. Ferner ist es erforderlich, die Menge des schweren Seltenerdenelements bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Wärmebeständigkeit zu verringern, da schwere Seltenerdenelemente ein knapper Rohstoff sind. Daher wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem ein schweres Seltenerdenelement, wie Dysprosium, von einer Diffusionsquelle auf die Oberfläche eines Magneten aufgebracht wird und eine Schicht aus Seltenerdenelementen mit hoher Dichte auf dem Außenumfang der Hauptphase des Magnets durch thermische Diffusion gebildet wird, die hauptsächlich durch Korngrenzendiffusion gebildet ist (Patentdokument 1). Das Patentdokument 2 offenbart ein Verfahren zum Diffundieren eines schweren Seltenerdenelements, wie Dysprosium, von der Oberfläche eines Magneten in den Magneten hinein. Dies erlaubt die Herstellung eines Hochleistungs-Permanentmagneten mit verbesserter Koerzitivkraft, während die Verringerung der Remanenz des gesamten Permanentmagneten vermieden wird.
Wird ein Magnet für einen Motor oder dergleichen verwendet, ist es wichtig, die Magnetkraftkennlinie des Magneten zu kennen, insbesondere den Faktor der durch Wärme und dergleichen verursachten Entmagnetisierung, um einen Magneten in geeigneter Weise erstellen und über Spezifikationen wie die Charakteristiken eines Motors entscheiden zu können. Die Patentdokumente 3 bis 5 offenbaren Verfahren zum Auswerten der Entmagnetisierung eines Permanentmagneten.
[Dokumente des Standes der Technik]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] WO 2007/102391
[Patentdokument 2] WO 2006/43348
[Patentdokument 3] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2004-127056
[Patentdokument 4] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2004-257879
[Patentdokument 5] WO 2008/123251

[Überblick über die Erfindung]
[Durch die Erfindung zu lösende Probleme]
Bei einem gesinterten Nd-Fe-B-Magneten, der durch das Einbringen eines schweren Seltenerdenelements, wie Dysprosium, von der Oberfläche eines Magneten und durch Diffundieren desselben in den Außenumfangsbereich der Hauptphase oder das Innere des Magneten hergestellt wird, ist die Koerzitivkraft in der Nähe der Oberfläche des Magneten besonders groß und in Tiefenrichtung ungleichmäßig. Ferner verändert sich die Koerzitivkraft nicht-linear mit der Änderung der Temperatur und ein Entmagnetisierungsfeld verändert sich zudem je nach der Position, und daher variiert auch der Entmagnetisierungsfaktor je nach der Position. Es besteht daher ein Bedarf daran, einen Entmagnetisierungsfaktor an jeder Position innerhalb eines Magneten mit unterschiedlicher Koerzitivkraft zu erhalten, um einen Entmagnetisierungsfaktor mit einem hohen Grad an Genauigkeit hinsichtlich eines gesinterten Nd-Fe-B-Magneten, der durch das Diffundieren eines schweren Seltenerdenelements von der Oberfläche eines Magneten in den Außenumfangsbereich der Hauptphase gebildet ist, zu erreichen, um eine nicht gleichmäßige Verteilung desselben zu bewirken.
Bei sämtlichen Verfahren, die in den Patentdokumenten 3 bis 5 offenbart sind, handelt es sich um Verfahren zum Erhalten eines Entmagnetisierungsfaktors für jede Position in einem Magneten, wobei ein Ausgangswert aus einer Magnetflussdichte und einem Entmagnetisierungsfaktor des gesamten Magneten, der durch Messung des Großteils des Magneten, berechnet wird. Die vorliegenden Erfinder haben im Gegensatz hierzu jedoch festgestellt, dass es möglich ist, einen tatsächlich gemessenen Wert als Ergebnis der Schätzung der Verteilung der Koerzitivkraft in einem Magneten nach der Diffusionsbehandlung mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu reproduzieren, indem Informationen über einen bekannten Anstieg der Koerzitivkraft in einem mit Dysprosium diffundierten Magneten verwendet werden. Wenn die Koerzitivkraftverteilung vor der Entmagnetisierung in einem gesinterten Nd-Fe-B-Magneten, der durch das Diffundieren eines schweren Seltenerdenelements gebildet ist, geschätzt werden kann, so ist es auch möglich, einen Entmagnetisierungsfaktor an einem anderen Teil des Magneten mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu berechnen.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts dieser Erkenntnis entwickelt, und es ist ihre Aufgabe, ein Verfahren zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien, eine Vorrichtung zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien und ein Computerprogramm zu schaffen, das in der Lage ist, die Verteilung eines Koerzitivkraftanstiegs im Inneren eines Magneten, welcher durch das Einbringen und Diffundieren eines schweren Seltenerdenelements von der Oberfläche des Magneten in das Innere des Magneten gebildet ist, und eine Magnetkraftkennlinie, insbesondere eine Entmagnetisierungskennlinie, mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu berechnen.
[Mittel zur Lösung der Probleme]
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien ist ein Verfahren zum Erhalten einer Magnetkraftkennlinie in einem Magneten, welcher durch das Einbringen eines schweren Seltenerdenelements von der Oberfläche des Magneten und das Diffundieren des schweren Seltenerdenelements in das Innere des Magneten gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist: das vorab erfolgende Speichern von Einbringmengen-/Koerzitivkraftanstiegskennlinieninformationen, die eine Kennlinie des durch das Einbringen und das Diffundieren bewirkten Anstiegs der Koerzitivkraft bezogen auf die Einbringmenge eines schweren Seltenerdenelements angeben, und von Informationen bezüglich der Diffusionsbedingungen, welche einen Diffusionskoeffizienten, einen Diffusionsfluss und die Verarbeitungszeit betreffend die Diffusion eines schweren Seltenerdenelements enthalten; einen ersten Schritt des Annehmens von Forminformationen, welche die Abmessungen und die Form des Magneten angeben; einen zweiten Schritt des Annehmens von Einbringseiteninformationen entsprechend den angenommenen Forminformationen; einen dritten Schritt des Berechnens der Verteilung der Einbringmenge des eingebrachten schweren Seltenerdenelements in den Magneten unter Verwendung einer Diffusionsgleichung auf der Basis der gespeicherten Diffusionsbedingungsinformationen; und einen vierten Schritt des Berechnens der Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs aufgrund des Einbringens und der Diffusion eines schweren Seltenerdenelements in den Magneten basierend auf der berechneten Einbringmengenverteilung und den gespeicherten Einbringmengen-/Koerzitivkraftanstiegskennlinieninformationen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien ist dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusionskoeffizient durch eine Funktion der Abhängigkeit von der Konzentration des eingebrachten schweren Seltenerdenelements ausgedrückt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien ist dadurch gekennzeichnet, dass es ferner aufweist: das vorab erfolgende Speichern einer Magnetisierungskurve vor der Diffusion eines schweren Seltenerdenelements und von Informationen, die eine durch Temperaturänderung bewirkte Koerzitivkraftänderung gegenüber anderen Koerzitivkräften angeben; einen fünften Schritt des Berechnens einer Magnetisierungskurve bei einer ersten vorbestimmten Temperatur an jeder Position des Magneten, basierend auf der gespeicherten Magnetisierungskurve und der im vierten Schritt berechneten Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs; einen sechsten Schritt des Berechnens einer Magnetisierungskurve bei einer zweiten vorbestimmten Temperatur, basierend auf der berechneten Magnetisierungskurve und den gespeicherten Informationen über einen Temperaturkoeffizienten; und einen siebten Schritt des Berechnens eines Entmagnetisierungsfaktors bei der ersten vorbestimmten Temperatur, basierend auf der im sechsten Schritt berechneten Magnetisierungskurve, nachdem verschiedene, eine Entmagnetisierung verursachende Entmagnetisierungsfelder bei der zweiten vorbestimmten Temperatur auf jeweilige Positionen aufgebracht wurden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien ist dadurch gekennzeichnet, dass es ferner aufweist: einen achten Schritt des Berechnens einer Entmagnetisierungskennlinie des Magneten bei unterschiedlichen Temperaturen, basierend auf der Verteilung eines in dem vierten Schritt berechneten Koerzitivkraftanstiegs; und einen neunten Schritt des Spezifizierens einer Entmagnetisierungstemperatur, bei welcher ein Entmagnetisierungsfaktor des Magneten gleich oder geringer als ein vorbestimmter Faktor wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien ist eine Magnetkraftkennlinienberechnungsvorrichtung zum Erhalten einer Magnetkraftkennlinie in einem Magneten, welcher durch das Einbringen eines schweren Seltenerdenelements von der Oberfläche des Magneten und das Diffundieren des schweren Seltenerdenelements in das Innere des Magneten gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist: eine Speichereinrichtung zum vorab erfolgenden Speichern von Einbringmengen-/Koerzitivkraftanstiegskennlinieninformationen, die eine Kennlinie des durch das Einbringen und das Diffundieren bewirkten Anstiegs der Koerzitivkraft bezogen auf die Einbringmenge eines schweren Seltenerdenelements angeben, und von Informationen bezüglich der Diffusionsbedingungen, welche einen Diffusionskoeffizienten, einen Diffusionsfluss und die Verarbeitungszeit betreffend die Diffusion eines schweren Seltenerdenelements enthalten; eine Einrichtung zum Annehmen von Forminformationen, welche die Abmessungen und die Form des Magneten angeben; eine Einrichtung zum Annehmen von Einbringseiteninformationen entsprechend den angenommenen Forminformationen; eine Einrichtung zum Berechnen der Verteilung der Einbringmenge des eingebrachten schweren Seltenerdenelements in den Magneten unter Verwendung einer Diffusionsgleichung auf der Basis der in der Speichereinrichtung gespeicherten Diffusionsbedingungsinformationen; und eine Koerzitivkraftanstiegsverteilungsberechnungseinrichtung zum Berechnen der Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs aufgrund des Einbringens und der Diffusion eines schweren Seltenerdenelements in den Magneten basierend auf der berechneten Einbringmengenverteilung und den in der Speichereinrichtung gespeicherten Einbringmengen-/Koerzitivkraftanstiegskennlinieninformationen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner aufweist: eine Einrichtung zum vorab erfolgenden Speichern einer Magnetisierungskurve vor der Diffusion eines schweren Seltenerdenelements und von Informationen, die eine durch Temperaturänderung bewirkte Koerzitivkraftänderung gegenüber anderen Koerzitivkräften angeben; eine Einrichtung zum Berechnen einer Magnetisierungskurve bei einer ersten vorbestimmten Temperatur an jeder Position des Magneten, basierend auf der gespeicherten Magnetisierungskurve und der in der Einrichtung zum Berechnen der Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs berechneten Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs; eine Einrichtung zum Berechnen einer Magnetisierungskurve bei einer zweiten vorbestimmten Temperatur, basierend auf der berechneten Magnetisierungskurve und den gespeicherten Informationen über einen Temperaturkoeffizienten; und eine Einrichtung zum Berechnen eines Entmagnetisierungsfaktors bei der ersten vorbestimmten Temperatur, basierend auf der im sechsten Schritt berechneten Magnetisierungskurve, nachdem verschiedene, eine Entmagnetisierung verursachende Entmagnetisierungsfelder bei der zweiten vorbestimmten Temperatur auf jeweilige Positionen aufgebracht wurden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner aufweist: eine Einrichtung zum Berechnen einer Entmagnetisierungskennlinie des Magneten bei unterschiedlichen Temperaturen, basierend auf der Verteilung des mittels der Einrichtung zum Berechnen der Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs berechneten Koerzitivkraftanstiegs; und eine Einrichtung zum Spezifizieren einer Entmagnetisierungstemperatur, bei welcher ein Entmagnetisierungsfaktor des Magneten gleich oder geringer als ein vorbestimmter Faktor wird.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist ein Computerprogramm, welches einen mit einer Speichereinrichtung versehenen Computer veranlasst, eine Magnetkraftkennlinie in einem Magneten, welcher durch das Einbringen eines schweren Seltenerdenelements von der Oberfläche des Magneten und das Diffundieren des schweren Seltenerdenelements in das Innere des Magneten gebildet ist, zu berechnen, indem es Einbringmengen-/Koerzitivkraftanstiegskennlinieninformationen, die eine Kennlinie des durch das Einbringen und das Diffundieren bewirkten Anstiegs der Koerzitivkraft bezogen auf die Einbringmenge eines schweren Seltenerdenelements angeben, und Informationen bezüglich der Diffusionsbedingungen, welche einen Diffusionskoeffizienten, einen Diffusionsfluss und die Verarbeitungszeit betreffend die Diffusion eines schweren Seltenerdenelements enthalten, verwendet, welche in der Speichereinrichtung gespeichert sind, dadurch gekennzeichnet, dass es den Computer veranlasst, folgende Schritte durchzuführen: einen ersten Schritt des Erhaltens von Forminformationen, welche die Abmessungen und die Form des Magneten angeben; einen zweiten Schritt des Erhaltens von Einbringseiteninformationen entsprechend den Forminformationen; einen dritten Schritt des Berechnens der Verteilung der Einbringmenge des eingebrachten schweren Seltenerdenelements in den Magneten unter Verwendung einer Diffusionsgleichung auf der Basis der gespeicherten Diffusionsbedingungsinformationen; und einen vierten Schritt des Berechnens der Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs aufgrund des Einbringens und der Diffusion eines schweren Seltenerdenelements in den Magneten basierend auf der berechneten Einbringmengenverteilung und den gespeicherten Einbringmengen-/Koerzitivkraftanstiegskennlinieninformationen.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass es eine Speichereinrichtung verwendet, welche eine Magnetisierungskurve vor der Diffusion eines schweren Seltenerdenelements und Informationen, die eine durch Temperaturänderung bewirkte Koerzitivkraftänderung gegenüber anderen Koerzitivkräften angeben, speichert und ferner den Computer zur Durchführung der folgenden Schritte veranlasst: einen fünften Schritt des Berechnens einer Magnetisierungskurve bei einer ersten vorbestimmten Temperatur an jeder Position des Magneten, basierend auf der gespeicherten Magnetisierungskurve und der im vierten Schritt berechneten Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs; einen sechsten Schritt des Berechnens einer Magnetisierungskurve bei einer zweiten vorbestimmten Temperatur, basierend auf der berechneten Magnetisierungskurve und den gespeicherten Informationen über einen Temperaturkoeffizienten; und einen siebten Schritt des Berechnens eines Entmagnetisierungsfaktors bei der ersten vorbestimmten Temperatur, basierend auf der im sechsten Schritt berechneten Magnetisierungskurve, nachdem verschiedene, eine Entmagnetisierung verursachende Entmagnetisierungsfelder bei der zweiten vorbestimmten Temperatur auf jeweilige Positionen aufgebracht wurden.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist dadurch gekennzeichnet, dass es ferner den Computer veranlasst, die folgenden Schritte durchzuführen: einen achten Schritt des Berechnens einer Entmagnetisierungskennlinie des Magneten bei unterschiedlichen Temperaturen, basierend auf der Verteilung eines in dem vierten Schritt berechneten Koerzitivkraftanstiegs; und einen neunten Schritt des Spezifizierens einer Entmagnetisierungstemperatur, bei welcher ein Entmagnetisierungsfaktor des Magneten gleich oder geringer als ein vorbestimmter Faktor wird.
In der vorliegenden Erfindung wird die Verteilung einer Einbringmenge eines schweren Seltenerdenelements in einem Magneten unter Verwendung einer Diffusionsgleichung, basierend auf Informationen über die Diffusionsbedingungen (Diffusionskoeffizient, Diffusionsfluss und Verarbeitungszeit) entsprechend Informationen über die Form eines Magneten, dessen Magnetkraftkennlinie zu berechnen ist, und über die Seite, auf welcher das schwere Seltenerdenelement eingebracht wird, berechnet. Die Verteilung eines Koerzitivkraftanstiegs aufgrund der Diffusion eines schweren Seltenerdenelements in einem Magneten wird aus der berechneten Verteilung einer Einbringmenge ermittelt. Die Verwendung der ermittelten Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs ermöglicht das Schätzen einer mit der Position variierenden Koerzitivkraft nach der Diffusion mit einem hohen Grad an Genauigkeit aus der gleichmäßigen Koerzitivkraft vor der Diffusion.
Bei der vorliegenden Erfindung wird der Diffusionskoeffizient, welcher eine der Diffusionsbedingungen darstellt, durch eine Funktion der Konzentration des eingebrachten schweren Seltenerdenelements als ein Parameter erhalten und zum Zeitpunkt der Berechnung der Einbringmengenverteilung in der Diffusionsgleichung verwendet. Dies ermöglicht eine Verringerung der zu speichernden Informationsmenge und das Eliminieren der Notwendigkeit einer Interpolationsverarbeitung, während die Berechnungsgenauigkeit gewahrt bleibt.
Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Magnetisierungskurve bei einer ersten vorbestimmten Temperatur (beispielsweise der Normaltemperatur) an jeder Position des Magneten nach der Diffusion basierend auf einer Magnetisierungskurve eines homogenen Magneten (Basismaterial) vor der Diffusion und der zuvor beschriebenen erfindungsgemäß ermittelten Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs erhalten. Darüber hinaus wird eine Magnetisierungskurve bei einer zweiten vorbestimmten Temperatur (beispielsweise einer Erwärmungstemperatur) an jeder Position des Magneten nach der Diffusion basierend auf der erhaltenen Magnetisierungskurve und auf Informationen über einen für jede der verschiedenen Koerzitivkräfte gespeicherten Temperaturkoeffizienten, welcher das Änderungsverhältnis der Koerzitivkraft gegenüber der Temperaturänderung angibt, erhalten. Ferner wird eine Magnetisierungskurve (Magnetkraftkennlinie) an jeder Position in dem Magneten ermittelt, nachdem ein anderes Entmagnetisierungsfeld zunächst bei der zweiten vorbestimmten Temperatur aufgebracht und die Temperatur sodann auf die erste Temperatur (Normaltemperatur) zurückgeführt wurde. Dies ermöglicht das Berechnen eines Entmagnetisierungsfaktors für den gesamten Magneten mit einem hohen Grad an Genauigkeit.
Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Magnetisierungskurve bei der ersten vorbestimmten Temperatur (beispielsweise der Normaltemperatur) eines Magneten nach der Diffusion mit einem hohen Grad an Genauigkeit basierend auf einer Magnetisierungskurve eines homogenen Magneten (Basismaterial) vor der Diffusion und der wie zuvor beschrieben erfindungsgemäß ermittelten Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs erhalten. Ferner wird ein Entmagnetisierungsfaktor des gesamten Magneten bei der ersten Temperatur erhalten, und zwar basierend auf Informationen über einen für jede der verschiedenen Koerzitivkräfte gespeicherten Temperaturkoeffizienten, welcher die Temperaturveränderungen der Koerzitivkraft angibt, wenn ein anderes Entmagnetisierungsfeld bei mehreren zweiten Temperaturen, welche verschiedenen Koerzitivkräften entsprechen, an jeder Position in dem Magneten bei mehreren unterschiedlichen zweiten Temperaturen angelegt wird, wodurch eine Entmagnetisierung bewirkt wird, und es wird eine Entmagnetisierungstemperatur spezifiziert, bei welcher der Entmagnetisierungsfaktor gleich oder niedriger als ein vorbestimmter Wert wird. Dies ermöglicht das hochgenaue Berechnen einer Entmagnetisierungskennlinie für eine hohe Temperatur als eine Magnetkraftkennlinie für einen gesinterten Nd-Fe-B-Magneten, der durch das Diffundieren eines schweren Seltenerdenelements gebildet ist.
[Wirkungen der Erfindung]
Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, die Verteilung der Koerzitivkraft, welche je nach Position variiert, in einem durch Einbringen und Diffundieren eines schweren Seltenerdenelements von der Oberfläche in das Innere gebildeten Magneten mit einem hohen Grad an Genauigkeit durch Berechnen zu schätzen, und es ist daher möglich, eine Magnetkraftkennlinie für den gesamten Magneten mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu berechnen.
Insbesondere ist es bei einem Magneten, der zur Verwendung bei hohen Temperaturen in einem Motor oder dergleichen vorgesehen ist, erforderlich, eine irreversible Remanenzverringerungsrate, oder einen sogenannten irreversiblen Entmagnetisierungsfaktor, mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu berechnen. Es ist ebenfalls möglich, einen Entmagnetisierungsfaktor mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu berechnen, selbst wenn die Diffusion und die temperaturbezogene Koerzitivkaftverteilung in einem durch Diffusion eines schweren Seltenerdenelements gebildeten Magneten verteilt sind.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
1 ist ein Blockdiagram zur Darstellung des Aufbaus einer Vorrichtung zum Berechnen einer Magnetkraftkennlinie gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
2 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Beispiels für einen Vorgang zur Berechnung einer Magnetkraftkennlinie, welcher durch eine Operationseinheit der Vorrichtung zum Berechnen einer Magnetkraftkennlinie gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durchgeführt wird.
3 ist ein erklärendes Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Konzentration und dem Diffusionskoeffizienten als Beispiel für den Inhalt einer Diffusionsbedingungsdatenbank.
4 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Beispiels für eine Identifizierungsverarbeitung eines Diffusionskoeffizienten.
5 ist ein erklärendes Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Dy-Einbringmenge und dem Koerzitivkraftanstieg als Beispiel für eine Dy-Einbringmenge-/ΔHcJ-Datenbank.
6 ist eine Grafik zur Darstellung eines Korrekturbeispiels für eine J/H-Kurve.
7 ist eine Grafik zur Darstellung eines Beispiels für den Inhalt eines Temperaturkoeffizienten einer Koerzitivkraft, der vorab in einer Speichereinheit gespeichert wurde.
8 ist eine schematische Draufsicht auf einen IPM-Motor in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
9 ist eine Grafik zur Darstellung einer Magnetkraftkennlinie eines Basismaterials eines Magneten in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
10 ist eine Grafik zur Darstellung der Entsprechung zwischen einer Dy-Einbringmenge und einem Koerzitivkraftanstieg ΔHcJ in Bezug auf ein Basismaterial in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
11 ist ein erklärendes Diagramm zur Darstellung von Forminformationen bezüglich eines Magneten, welche zur Prüfung der Genauigkeit der Berechnung der Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs ΔHcJ verwendet wird.
12 ist eine Grafik zur Darstellung des Berechnungsergebnisses und des tatsächlichen Messergebnisses der Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs ΔHcJ in der Tiefe δ eines Magneten (mit einer Dicke von 9,5 mm) in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
13 ist eine Grafik zur Darstellung des Berechnungsergebnisses und des tatsächlichen Messergebnisses der Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs ΔHcJ in der Tiefe δ eines Magneten (mit einer Dicke von 2,5 mm) in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
14 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung eines Beispiels für eine ΔHcJ Verteilung, wie sie für einen Magneten gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel berechnet wurde.
15 ist eine Grafik zur Darstellung eines Beispiels für einen Vergleich zwischen dem Berechnungsergebnis und dem tatsächlichen Messergebnis für die Entmagnetisierungskennlinie eines mit einem Magneten versehenen IPM-Motors gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
16 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung eines Berechnungsergebnisses hinsichtlich der Verteilung einer Br-Verringerungsrate bei einer Temperatur, bei welcher der Magnet (Basismaterial) in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel um 2% entmagnetisiert wird.
17 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung eines Berechnungsergebnisses hinsichtlich der Verteilung einer Br-Verringerungsrate bei einer Temperatur, bei welcher der Magnet (mit Dy diffundiertes Element) in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel um 2% entmagnetisiert wird.
[Beschreibung von Ausführungsbeispielen]
Die nachfolgende Beschreibung dient der konkreten Erläuterung der Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen, welche die Erfindung darstellen.
Das nachfolgende Ausführungsbeispiel wird anhand eines Beispiels erläutert, welches einen Computer veranlasst, ein Verfahren zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien auf der Grundlage eines erfindungsgemäßen Computerprogramms durchzuführen und als Vorrichtung zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien zu arbeiten, um so eine Magnetkraftkennlinie eines gesinterten Nd-Fe-B-Magneten zu berechnen, der durch das Diffundieren von Dysprosium (im Folgenden als ”Dy” angegeben) als schweres Seltenerdenelement gebildet ist.
1 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung des Aufbaus einer Vorrichtung 1 zum Berechnen einer Magnetkraftkennlinie gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die Magnetkraftkennlinienberechnungsvorrichtung 1 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist durch einen Personalcomputer gebildet. Die Magnetkraftkennlinienberechnungsvorrichtung 1 weist auf: eine Operationseinheit 10 zum Steuern der Operationen der jeweiligen Komponenten und zum Durchführen einer Operation; eine Speichereinheit 11 zum Speichern verschiedener Arten von Informationen; eine Zwischenspeichereinheit 12, welche für die Verarbeitung seitens der Operationseinheit 10 verwendet wird; eine Leseeinheit 13 zum Auslesen von Informationen aus einem tragbaren Aufzeichnungsmedium 2; und ein Interface (I/F) 17 zum Durchführen von Relaisfunktionen zwischen der Operationseinheit 10 und Eingabe-/Ausgabevorrichtungen wie einem Display 14, einer Tastatur 15 und einer Maus 16.
Als Operationseinheit 10 wird eine CPU (Central Processing Unit), eine MPU (Micro Processing Unit) oder dergleichen verwendet. Die Operationseinheit 10 liest ein Magnetkraftkennlinienberechnungsprogramm 1P aus, das in der Speichereinheit 11 gespeichert ist, und führt das Programm aus. Dies veranlasst die Operationseinheit 10 zur Durchführung jeweiliger Prozesse für die Berechnung einer Magnetkraftkennlinie eines gesinterten Nd-Fe-B-Magneten zur Verwendung bei dessen Erstellung.
Als Speichereinheit 11 wird eine externe Speichervorrichtung, beispielsweise eine Festplatte oder ein SSD (Solid State Drive) verwendet. Die Speichereinheit 11 speichert zusätzlich zu dem Magnetkraftkennlinienberechnungsprogramm 1P eine Dy-Einbringmenge/ΔHcJ-Datenbank (Einbringdatenmengen-/Koerzitivkraftanstiegskenlinieninformationen) 111 und eine Diffusionsbedingungsdatenbank (Informationen über Diffusionsbedingungen, einschließlich eines Diffusionskoeffizienten, eines Diffusionsflusses und einer Verarbeitungszeit für die Diffusionsverarbeitung eines Seltenerdenelements wie Dy) 112, die im Folgenden noch beschrieben werden, so dass die Operationseinheit 10 bei dem Prozess des Berechnens einer Magnetkraftkennlinie darauf zurückgreifen kann.
Als Zwischenspeichereinheit 12 dient ein flüchtiger Direktzugriffsspeicher wie in DRAM (Dynamic Random Access Memory) oder ein SRAM (Static RAM). Die Zwischenspeichereinheit 12 speichert vorab verschiedene Arten von Informationen, welche seitens der Operationseinheit 10 durch Verarbeitung, beispielsweise des in der Speichereinheit 11 gespeicherten Magnetkraftkennlinienberechnungsprogramms 1P generiert werden.
Die Leseeinheit 13 kann Daten aus dem tragbaren Aufzeichnungsmedium, beispielsweise einer DVD, einer CD-ROM oder einer flexiblen Diskette, auslesen. Auf dem tragbaren Aufzeichnungsmedium 2 ist ein Magnetkraftkennlinienberechnungsprogramm 2P aufgezeichnet, um einen Computer zu veranlassen, als Magnetkraftkennlinienberechnungsvorrichtung 1 zu arbeiten. Das in der Speichereinheit 11 gespeicherte Magnetkraftkennlinienberechnungsprogramm 1P kann durch Kopieren des Magnetkraftkennlinienberechnungsprogramms 2P erhalten werden, das aus dem tragbaren Aufzeichnungsmedium 2 durch die Operationseinheit 10 mittels der Leseeinheit 13 ausgelesen wird.
Die I/F 17 führt aus: einen Prozess des Ausgebens von Bildinformationen der dergleichen, welche wie im Folgenden noch beschrieben von der Operationseinheit 10 ausgegeben werden, an das Display 14; einen Prozess des Erkennens von Informationen, welche über die Tastatur 15 einzugeben sind, und des Sendens einer Nachricht an die Operationseinheit 10; einen Prozess des Erkennens von Informationen, die über die Maus 16 einzugeben sind, und des Sendens einer Nachricht an die Operationseinheit 10; und dergleichen. Ein Bediener (technisches Personal), der die Magnetkraftkennlinienberechnungsvorrichtung 1 bedient, um einen Magneten und ein mit einem Magneten versehenes Produkt zu entwerfen, kann die Tastatur 15 und die Maus 16 verwenden, um Informationen über einen Magneten einzugeben, den er oder sie für die Entwicklung verwendet, und um die Operationseinheit 10 zu veranlassen, Kennlinien des Magneten zu berechnen.
Im Folgenden wird der mit der Magnetkraftkennlinienberechnungsvorrichtung 1, welche die zuvor beschriebene Struktur aufweist, durchgeführte Prozess des Berechnens eines auf Wärme und ein Entmagnetisierungsfeld zurückzuführenden Entmagnetisierungsfaktors als Magnetkraftkennlinie eines gesinterten Nd-Fe-B-Magneten, der durch das Diffundieren eines schweren Seltenerdenelements wie Dy gebildet ist, und des Spezifizierens einer Höchsttemperatur (Entmagnetisierungstemperatur), bei welcher ein Entmagnetisierungsfaktor des Magneten gleich oder geringer als ein vorbestimmter Wert wird, beschrieben. Die Erklärung erfolgt anhand eines Beispiels, bei welchem Dy als das zu diffundierende schwere Seltenerdenelement verwendet wird. Zuerst berechnet die Operationseinheit 10 die Verteilung des Anstiegs (ΔHcJ) einer Koerzitivkraft (HcJ) nach der Diffusion von Dy in einen Magneten, der eine zu berechnende Kennlinie aufweist. Die Operationseinheit 10 berechnet sodann die Verteilung der Koerzitivkraft (HcJ) in dem Magneten auf der Basis der Koerzitivkraft eines Basismaterials vor der Diffusion, spezifiziert eine J/H-Kurve an jeder Position und berechnet einen Entmagnetisierungsfaktor, nachdem der Magnet zunächst bei einer vorbestimmten Temperatur (einer zweiten vorbestimmten Temperatur von beispielsweise 100°C) verwendet wurde und die Temperatur auf eine Normaltemperatur (eine erste vorbestimmte Temperatur von beispielsweise 20°C) zurückgefahren wurde, als Magnetkraftkennlinie des gesamten Magneten. Die Operationseinheit 10 spezifiziert ferner eine Entmagnetisierungstemperatur, bei welcher der Entmagnetisierungsfaktor des Magneten gleich oder geringer als ein vorbestimmter Wert wird.
2 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Beispiels für den Prozessablauf der Operationseinheit 10 der Magnetkraftkennlinienberechnungsvorrichtung 1 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Berechnung einer Magnetkraftkennlinie eines Magneten nach der Dy-Diffusion.
Die Operationseinheit 10 erzeugt einen Bildschirm für die Annahme einer Eingabe oder die Auswahl von Forminformationen, welche die Größe und die Form eines Magneten angeben, und gibt den Bildschirm über das I/F 17 an das Display 14 aus und nimmt die Forminformationen zu einem Magneten unter Verwendung der Tastatur 15 und der Maus 16 über das I/F 17 an (Schritt S1). Die Operationseinheit 10 erzeugt einen Bildschirm für die Annahme der Eingabe oder der Auswahl von Einbringseiteninformationen, welche eine beliebige Einbringseite unter den Seiten eines Magneten angeben, der durch das Einbringen und Diffundieren von Dy gebildet ist, und gibt den Bildschirm 14 über das I/F 17 an das Display 14 aus und nimmt die Einbringseiteninformationen unter Verwendung der Tastatur 15 und der Maus 16 über das I/F 17 an (Schritt S2). Die im Schritt S1 anzunehmenden Forminformationen zu einem Magneten sind beispielsweise Gitterinformationen (Knoten- und Elementinformationen) einer Finite-Elemente-Methode. In ähnlicher Weise handelt es sich bei den im Schritt S2 anzunehmenden Einbringseiteninformationen um Informationen zur Spezifizierung der Anzahl von Einbringseiten und der jeweiligen Einbringseiten entsprechend den Forminformationen.
Die Operationseinheit 10 liest gespeicherte Informationen über die Diffusionsbedingungen (Diffusionskoeffizient, Diffusionsfluss und Verarbeitungszeit), die den angenommenen Forminformationen und Einbringseiteninformationen entsprechen, aus der Diffusionsbedingungsdatenbank 112 aus. Die Operationseinheit 10 berechnet unter Berücksichtigung der angenommenen Forminformationen und Einbringseiteninformationen, basierend auf den ausgelesenen Informationen die Diffusionsbedingungen (Diffusionskoeffizient, Diffusionsfluss und Verarbeitungszeit), die Verteilung der Dy-Einbringmenge in einem Magneten unter Verwendung der Fick'schen Diffusionsgleichung (zweites Fick'sches Gesetz) als Diffusionsgleichung (Schritt S3). Die Diffusionsgleichung und die Diffusionsbedingungen (Diffusionskoeffizient, Diffusionsfluss und Verarbeitungszeit) werden im Übrigen nachfolgend beschrieben.
Die Operationseinheit 10 berechnet die Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs ΔHcJ in dem Magneten aus der im Schritt S3 berechneten Verteilung der Dy-Einbringmenge, basierend auf der Dy-Einbringmenge/ΔHcJ-Datenbank 111 (Schritt S4).
Die Operationseinheit 10 berechnet sodann die Verteilung der Koerzitivkraft HcJ nach der Dy-Diffusion bei einer ersten Temperatur (beispielsweise einer Normaltemperatur (20°C)), basierend auf einer Magnetkraftkennlinie eines Magneten vor der Diffusion, d. h. eines Basismaterials eines Magneten und des im Schritt S4 berechneten Koerzitivkraftanstiegs ΔHcJ (Schritt S5). Die Operationseinheit 10 berechnet, basierend auf der berechneten Koerzitivkraftverteilung HcJ in Bezug auf einen anderen Temperaturkoeffizienten, eine J/H-Kurve als Magnetkraftkennlinie für einen Fall, in dem die Temperatur des Magneten auf eine zweite Temperatur, die Entmagnetisierungsauswertungstemperatur (beispielsweise 100°C), ansteigt (Schritt S6), und berechnet, basierend auf einem gespeicherten Temperaturkoeffizienten, eine J/H-Kurve für einen Fall, in dem eine Last, wie das Aufbringen eines Entmagnetisierungsfeldes, zunächst in einem Zustand aufgebracht wird, in dem die Temperatur des Magneten auf die zweite Temperatur, die Entmagnetisierungsauswertungstemperatur, ansteigt (Schritt S7). Die Operationseinheit 10 berechnet einen Entmagnetisierungsfaktor bei der zweiten Temperatur, der Entmagnetisierungsauswertungstemperatur, basierend auf den Berechnungsergebnissen der Schritte S6 und S7 (Schritt S8). Der hier verwendete Entmagnetisierungsfaktor ist die Drehmomentverringerungsrate der Kennlinie eines mit einem auszuwertenden Motor versehenen Magneten bei Normaltemperatur vor und nach dem Erreichen der Entmagnetisierungsauswertungstemperatur.
Anschließend beurteilt die Operationseinheit 10, ob die zweite Temperatur, bei welcher der Entmagnetisierungsfaktor im Schritt S8 berechnet wurde, eine maximale zweite Temperatur ist, bei welcher der Entmagnetisierungsfaktor gleich oder geringer als ein vorbestimmter Faktor ist (Schritt S9). Falls die zweite Temperatur nicht die maximale zweite Temperatur ist (S9: NEIN), kehrt der Prozess zum Schritt S6 zurück und eine andere Temperatur wird als die zweite Temperatur eingestellt, und der Prozess der Schritte S6 bis S8 wird wiederholt. Falls jedoch die Operationseinheit 10 feststellt, dass die zweite Temperatur die maximale zweite Temperatur ist (S9: JA), wird die zweite Temperatur als die Entmagnetisierungstemperatur spezifiziert, bei welcher der Entmagnetisierungsfaktor eines Magneten gleich oder geringer als der vorbestimmte Faktor ist. Sodann wird der Prozess beendet.
Die nachfolgende Beschreibung erläutert die jeweiligen Prozesse, welche in dem Flussdiagramm der 2 dargestellt sind, in konkreten Zusammenhängen. Zunächst erfolgt eine Erläuterung der Prozesse des Berechnens der Verteilung der Dy-Einbringmenge im Schritt S3.
Die Fick'sche Diffusionsgleichung (zweites Fick'sches Gesetz) dient als die Diffusionsgleichung. Die Fick'sche Diffusionsgleichung wird in einem Diffusionsprozess im instabilen Zustand verwendet, wobei die Zeit nicht als unbegrenzt angesehen wird, oder anders ausgedrückt: sie wird verwendet, wenn die Konzentration der Diffusion mit dem Ablauf der Zeit variiert. Ferner ist die Neumann-Randbedingung oder die Dirichlet-Randbedingung als Randbedingung an der Oberfläche eines Magneten gegeben.
Der Diffusionskoeffizient ist ein Koeffizient zur einfacheren Dy-Diffusion. Der Diffusionsfluss ist die Menge an Dy, die durch eine Flächeneinheit einer Diffusionsfläche pro Zeiteinheit fließt. Die Verarbeitungszeit ist die zur Durchführung der Dy-Diffusion erforderlich ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Dy-Koeffizient als von der Dy-Konzentration abhängiger Koeffizient erachtet. Der Diffusionskoeffizient wird basierend auf der Bestimmung des Diffusionskoeffizienten (Funktion) in Bezug auf die Konzentrationsabhängigkeit identifiziert. Die den Diffusionskoeffizienten angebende Funktion wird derart bestimmt, dass sie dem tatsächlichen Messergebnis des Koerzitivkraftanstiegs ΔHcJ entspricht. 3 ist ein erläuterndes Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Konzentration und dem Diffusionskoeffizienten als Beispiel für den Inhalt einer Diffusionsbedingungsdatenbank 112. In 3 ist der Diffusionskoeffizient D in Bezug auf die Konzentration C als Kurve dargestellt.
Der Prozess zur Identifizierung eines Diffusionskoeffizienten (Bestimmungsprozess einer Funktion) wird im Folgenden beschrieben. 4 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Beispiels eines von der Operationseinheit 10 durchgeführten Prozesses zur Identifizierung eines Diffusionskoeffizienten.
Der Diffusionskoeffizient D nimmt mit der Zunahme der Konzentration C exponentiell ab, wie aus 3 ersichtlich. Zunächst definiert die Operationseinheit 10 die folgende Formel (1) als Annäherungsformel für den Diffusionskoeffizienten D im Hinblick auf die Konzentrationsabhängigkeit (Schritt S31). D = k1·EXP(–k2·C) + k3 (1)

C:: Konzentration
k1,: k2, k3: Koeffizient

Die Operationseinheit 10 stellt die Koeffizientenwerte k1, k2 und k3 ein, und berechnet sodann den Diffusionskoeffizienten D nach der vorgenannten Formel (1) (Schritt S32). Die Operationseinheit 10 verwendet die Diffusionsgleichung basierend auf dem berechneten Diffusionskoeffizienten D, um die Verteilung der Dy-Einbringmenge zu berechnen (Schritt S33). Anschließend wandelt die Operationseinheit 10, basierend auf der Dy-Einbringmenge/ΔHcJ-Datenbank 111, die berechnete Verteilung der Dy-Einbringmenge in dem Magneten in die Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs ΔHcJ in dem Magneten um (Schritt S34).
Die Operationseinheit 10 vergleicht die umgewandelte Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs ΔHcJ mit der tatsächlich gemessenen Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs ΔHcJ, um zu beurteilen, ob die Differenz in einen vorbestimmten Bereich fällt oder nicht (Schritt S35). Falls die Operationseinheit 10 feststellt, dass die Differenz nicht in den vorbestimmten Bereich fällt (S35: NEIN), kehrt der Prozess zum Schritt S32 zurück. Nachdem andere Werte als Koeffizienten k1, k2 und k3 neu eingestellt werden und der Diffusionskoeffizient D berechnet wurde, werden die Schritte S33 bis S35 des Prozesses wiederholt.
Wenn die Operationseinheit 10 jedoch feststellt, dass die Differenz in den vorbestimmten Bereich fällt (S35: JA), werden die Koeffizientenwerte k1, k2 und k3 zu dieser Zeit verwendet, um den Diffusionswert D zu identifizieren (Schritt S36), und der Prozess wird anschließend beendet.
Im Folgenden wird die Dy-Einbringmenge/ΔHcJ-Datenbank 111 von Schritt S4 erläutert. 5 ist ein erklärendes Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Dy-Einbringmenge und dem Koerzitivkraftanstieg als Beispiel für den Inhalt der Dy-Einbringmenge/ΔHcJ-Datenbank 111. In 5 ist der Koerzitivkraftanstieg ΔHcJ in Bezug auf die Dy-Einbringmenge als Kurve dargestellt. Insbesondere kann die Dy-Einbringmenge/ΔHcJ-Datenbank 111 aus Informationen über den Koerzitivkraftanstieg ΔHcJ für eine Vielzahl verschiedener Dy-Einbringmengen bestehen, oder sie kann aus numerischen Formeln bestehen, die durch Annäherung an die in dem erläuternden Diagramm in 5 dargestellte Kurve erhalten wird.
Nachfolgend wird der Prozess zur Berechnung einer J/H-Kurve gemäß den Schritten S5, S6 und S7 detailliert beschrieben. Die J/H-Kurve ist eine wichtige Information unter den Magnetisierungskurven eines Magneten, die zur Spezifizierung einer Magnetkraftkennlinie dient, die eine Beziehung zwischen der Magnetisierungsintensität J(T) und einem Magnetfeld H (A/m) repräsentiert.
Informationen über eine Magnetkraftkennlinie eines Magneten, der vor der Diffusion ein Basismaterial ist, werden in der Speichereinheit 11 der Magnetkraftkennlinienberechnungsvorrichtung 1 gespeichert. Die Informationen über eine Magnetkraftkennlinie beinhalten Magnetisierungskurven (J/H-Kurve und B/H-Kurve). Die Operationseinheit 10 verwendet eine Magnetisierungskurve eines Basismaterials, um, basierend auf einem durch Diffusion verursachten Koerzitivkraftanstieg ΔHcJ, eine Koerzitivkraft HcJ an jeder Position zu erhalten, und berechnet eine J/H-Kurve für jede Position aus der erhaltenen Koerzitivkraft HcJ. Die berechnete J/H-Kurve wird unter Verwendung eines gespeicherten Temperaturkoeffizienten für jede Koerzitivkraft korrigiert, so dass eine Magnetkraftkennlinie bei einer Normaltemperatur (erste Temperatur, beispielsweise 20°C) und eine Magnetkraftkennlinie bei einer hohen Temperatur (zweite Temperatur, beispielsweise 100°C) berechnet werden.
Es folgt eine Erläuterung eines Verfahrens zur Korrektur einer J/H-Kurve für den Fall, dass ein Magnet auf 100°C erwärmt und belastet wird und die Temperatur anschließend auf eine Normaltemperatur (erste Temperatur, beispielsweise 20°C) zurückgeführt wird. 6 ist eine Grafik zur Darstellung eines Korrekturbeispiels einer J/H-Kurve. Das Magnetfeld H ist auf der Abszisse aufgetragen, während die Magnetisierungsintensität 3 auf der Ordinate aufgetragen ist. Die dünnen gestrichelten Linien in 6 dienen dazu, J/H-Kurven an einer beliebigen Position in einem Magneten nach der Diffusion bei 20°C und bei 100°C wiederzugeben.
Ein Permeanzkoeffizient Pc' (Linie ”i” in 6) auf einer J/H-Kurve in einem unbelasteten Zustand wird durch die Verarbeitung seitens der Operationseinheit 10 berechnet. Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei einem Permeanzkoeffizienten vorliegend um den Permeanzkoeffizienten auf einer J/H-Kurve handelt, und dass dies auch im Folgenden gilt. Der Permeanzkoeffizient Pc' im unbelasteten Zustand ist durch die Form eines Magneten, der eine zu berechnende Magnetkraftkennlinie aufweist, und die Magnetkreisstruktur bestimmt, und ein Betriebspunkt bei 20°C im unbelasteten Zustand wird zu dem Schnittpunkt (A) zwischen der Linie ”i” und einer J/H-Kurve bei 20°C. Die Operationseinheit 10 berechnet einen Betriebspunkt B für den Fall, dass eine Last die 20°C aufgebracht wird, bewegt die Linie ”i”, so dass sie sich mit dem Betriebspunkt B überlagert, um so eine Linie ”ii” zu erhalten, und berechnet ein Entmagnetisierungsfeld Hd aus der Linie ”ii”. Die Operationseinheit 10 berechnet einen Betriebspunkt C für den Fall, dass ein Entmagnetisierungsfeld Hd bei 100°C angelegt wird, basierend auf einer J/H-Kurve und der Linie ”ii” bei 100°C. Da der Betriebspunkt C unterhalb eines Biegepunktes (Kniepunkts) der J/H-Kurve bei 100°C existieret, ist klar, dass eine irreversible Entmagnetisierung eingetreten ist. Eine äquivalente J/H-Kurve für den Fall, dass ein Entmagnetisierungsfeld bei 100°C abgelegt wurde, so dass eine Entmagnetisierung auftritt, ist durch die fette gestrichelte Linie in 6 dargestellt.
Ein Magnetfeld H, das einer Magnetisierungsintensität J entspricht, welche auf einer J/H-Kurve 0 ist, ist eine Koerzitivkraft HcJ, und eine Magnetisierungsintensität J, welche einem Magnetfeld H entspricht, das null ist, ist eine Remanenz Br. Die Operationseinheit 10 berechnet eine J/H-Kurve bei 20°C nach der irreversiblen Entmagnetisierung bei 100°C, basierend auf den gespeicherten Informationen über einen zuvor beschriebenen Temperaturkoeffizienten, der HcJ und Br der äquivalenten J/H-Kurve (fette gestrichelte Linie in 6) für den Fall wiedergibt, in dem ein Entmagnetisierungsfeld Hd bei 100°C aufgebracht wird, so dass eine Entmagnetisierung eintritt. Die J/H-Kurve bei 20°C nach der irreversiblen Entmagnetisierung bei 100°C ist durch die fette durchgezogene Linie in der 6 dargestellt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Koerzitivkraft eines mit Dy diffundierten Magneten in einem Magneten nicht gleichmäßig ist und jeweilige Positionen unterschiedliche Koerzitivkräfte aufweisen, wie zuvor beschrieben. Dementsprechend weisen jeweilige Positionen auch unterschiedliche Grade der Verringerung der Remanenz Br auf, und es ist daher erforderlich, einen Unterschied der temperaturbedingten Schwankung der Koerzitivkraft für jede Position zu berücksichtigen, um eine Entmagnetisierungskennlinie eines Magneten mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu erhalten. Dementsprechend ist ein Temperaturkoeffizient erforderlich, welcher einer anderen Koerzitivkraft (Absolutwert) entspricht.
7 ist eine Grafik zur Darstellung eines Beispiels des Inhalts eines Temperaturkoeffizienten einer Koerzitivkraft, der in der Speichereinheit 11 vorab gespeichert ist. In der 7 ist die Koerzitivkraft HcJ (kA/m) auf der Abszisse aufgetragen, während die Rate β (%/°C) der Veränderung der Koerzitivkraft in Bezug auf die Temperaturänderung auf der Ordinate aufgetragen ist. Beispielsweise wird eine quadratische Annäherungsformel vorab für eine Koerzitivkraft HcJ, wie durch die durchgezogene Linie dargestellt, aus tatsächlichen Messwerten eines Temperaturänderungskoeffzienten, die in 7 durch die weißen Kreise angegeben sind, berechnet, so dass ein Temperaturkoeffizient für eine beliebige Koerzitivkraft HcJ verwendet werden kann, die sich in einem Magneten nach der Dy-Diffusion mit der jeweiligen Position verändert. Es ist somit möglich, eine Magnetkraftkennlinie eines gesinterten Nd-Fe-B-Magneten nach der Dy-Diffusion mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu berechnen, dessen Koerzitivkraftwert je nach Position variiert, das heißt, der eine Koerzitivkraftverteilung aufweist.
In den Schritten S6 und S7 in dem Flussdiagramm von 2 wird eine durch einen Temperaturanstieg verursachte Entmagnetisierungskennlinie durch die Korrektur einer J/H-Kurve unter Verwendung eines Temperaturkoeffizienten erhalten. Auf diese Weise kann im Schritt S8 ein Entmagnetisierungsfaktor für einen Fall berechnet werden, in dem eine Last in einem Zustand aufgebracht wird, in dem ein Magnet nach der Diffusion auf 100°C erwärmt wird, so dass eine Entmagnetisierung auftritt. In dem Berechnungsvorgang im Schritt S8 sei darauf hingewiesen, dass die Operationseinheit 10 die im Schritt S7 für jede Position berechnete J/H-Kurve in eine B/H-Kurve umwandelt und einen Entmagnetisierungsfaktor des gesamten Magneten durch einen Prozess basierend auf einem existierenden Programm zum Berechnen des Entmagnetisierungsfaktors berechnet.
Es sei darauf hingewiesen, dass es offensichtlich ist, dass ein Magnetisierungsfaktor bei einer anderen Temperatur auch berechnet werden kann, indem die Temperatur im Schritt S6 auf eine von 100°C verschiedene Temperatur eingestellt wird, obwohl ein Entmagnetisierungsfaktor bei 100°C durch das Berechnen einer J/H-Kurve bei 100°C im Schritt S6 und durch das Berechnen einer J/H-Kurve für den Fall, dass ein Entmagnetisierungsfeld bei 100°C angelegt wird, so dass Entmagnetisierung auftritt, und anschließend die Temperatur auf 20°C sinkt, wie im Schritt S7 beschrieben, erhalten wird. Mehrere Entmagnetisierungsfaktoren, die unterschiedlichen Koerzitivkräften entsprechen, können im Schritt S8 berechnet werden, und eine Temperatur (Entmagnetisierungstemperatur), bei welcher ein Entmagnetisierungsfaktor gleich oder geringer als ein vorbestimmter Faktor wird, kann im Schritt S9 spezifiziert werden und als Entmagnetisierungskennlinie eines Magneten nach der Dy-Diffusion erhalten werden. Der Grad der Verringerung der Remanenz aufgrund der Temperatur ist wichtig, da ein gesinterter Nd-Fe-B-Magnet zur Verwendung in einem Motor oft bei aufgrund der Motordrehung, der Umgebung des Motors oder dergleichen hohen Temperaturen eingesetzt wird. Das heißt, dass es erforderlich ist, Informationen über die Temperaturgrenze zu erhalten, bei welcher selbst bei einer durchgehenden Verwendung des Magneten keine Entmagnetisierung auftritt. Dementsprechend sind ein Entmagnetisierungsfaktor oder eine Entmagnetisierungstemperatur, die durch eine erfindungsgemäße Magnetkraftkennlinienberechnungsvorrichtung 1 mit einem hohen Grad an Genauigkeit erhalten werden sollen, eine extrem nützliche Information.
Als Beispiel (das vorliegende Ausführungsbeispiel) für eine wie zuvor beschrieben zu berechnende Magnetkraftkennlinie wurde eine Magnetkraftkennlinie eines Magneten zur Verwendung in einem IPM-Motor, insbesondere eine Entmagnetisierungskennlinie (ein Entmagnetisierungsfaktor) desselben berechnet. Die berechnete Entmagnetisierungskennlinie und eine tatsächlich gemessene Entmagnetisierungskennlinie wurden miteinander verglichen. Dieses berechnete Ergebnis und das Vergleichsergebnis werden in der nachfolgenden Beschreibung beschrieben.
8 ist eine schematische perspektivische Draufsicht auf einen IPM-Motor in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. In 8 ist mit dem Bezugszeichen 3 ein IPM-Motor nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bezeichnet, und mit dem Bezugszeichen M sind mit Dy diffundierte gesinterte Nd-Fe-B-Magnete zur Verwendung in dem IPM-Motor 3 bezeichnet. Der IPM-Motor 3 ist eine Einlage-Struktur, bei welcher die Magnete M in V-Form in einen Rotor eingesetzt sind. Die Magnete M weisen jeweils die Form einer flachen Platte auf, und die Außenumfangsseiten des IPM-Motors 3 und die zu den Außenumfangsplatten des IPM-Motors 3 senkrechten Seiten sind Dy-Einbringseiten der jeweiligen Magneten M.
Der folgende Magnet dient in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Basismaterial des Magneten M:
NMX-S52 (hergestellt von Hitachi Metals, Ltd., gesinterter Nd-Fe-B-Magnet)
9 ist eine Grafik zur Darstellung einer Magnetkraftkennlinie eines Basismaterials des Magneten M in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. 9 weist Magnetisierungskurven bei 20°C, 60°C, 100°C und 140°C auf. Das Magnetfeld H (kA/m) ist auf der Abszisse aufgetragen, während die Magnetisierungsintensität B oder J(T) auf der Ordinate aufgetragen ist. Die oberen Kurven sind J/H-Kurven, während die unteren Kurven B/H-Kurven sind. Durch das vorab erfolgende Speichern der in 9 dargestellten Magnetisierungskurven eines Basismaterials in der Speichereinheit 11 der Magnetkraftkennlinienberechnungsvorrichtung 1 kann die Operationseinheit 10 wie zuvor beschrieben eine J/H-Kurve nach der Dy-Diffusion und eine J/H-Kurve nach einer Temperaturveränderung berechnen.
10 ist eine Grafik zur Darstellung der Entsprechung zwischen einer Dy-Einbringmenge und eines Koerzitivkraftanstiegs ΔHcJ in Bezug auf ein Basismaterial bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die Dy-Einbringmenge (Masse%) ist auf der Abszisse aufgetragen, während der Koerzitivkraftanstieg ΔHcJ (kA/m) auf der Ordinate aufgetragen ist. Die weißen Kreise dienen der Angabe tatsächlicher Messwerte und die durchgezogene Linie gibt eine Annäherungsformel wieder. Es sei darauf hingewiesen, dass die Darstellungen erhalten wurden, indem ein Dy-diffundiertes Basismaterial zu einem Probenstreifen mit den Abmessungen 2,8 mm × 2,8 mm × 1,0 mm geschnitten wurde und die Dy-Einbringmenge mittels einer ICP-Analyse (Inductively Coupled Plasma) gemessen wurde. Ferner wurde ΔHcJ aus der Differenz zwischen dem Wert der mittels eines VSM (Vibrating Sample Magnetometer) gemessenen Koerzitivkraft HcJ einer Probe und dem Wert der Koerzitivkraft HcJ des Basismaterials erhalten. Wie in 10 dargestellt kann die Operationseinheit 10 die ΔHcJ-Verteilung in einem Magneten wie zuvor beschrieben berechnen, indem eine entsprechende Dy-Einbringmenge/ΔHcJ-Datenbank 111 vorab in der Speichereinheit 11 speichert.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde ein diffundierter Magnet als Magnet M gemäß einem in dem Patentdokument 1 beschriebenen Verfahren hergestellt. Der diffundierte Magnet wurde hergestellt, indem die Behandlungstemperatur auf 900°C eingestellt und Dy für 4,0 Stunden zugeführt und diffundiert wurde.
Vorliegend wird ein Prüfergebnis bezüglich der Genauigkeit der Berechnung durch die Diffusionsgleichung in Bezug auf die Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs ΔHcJ gegenüber der tatsächlich gemessenen Tiefe δ zur Identifizierung des Diffusionskoeffizienten dargestellt. Die Tiefe δ bezieht sich auf den Abstand von der diffundierten Fläche. 11 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Forminformationen über einen Magneten darstellt, der zur Prüfung der Genauigkeit der Berechnung der Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs ΔHcJ dient. Für die Überprüfung wurden flache rechteckige quaderförmige Magneten mit einer Länge von 42,5 mm, einer Breite von 32,5 mm und einer Dicke von 2,5 mm oder 9,5 mm verwendet. Eine Dy-Diffusion wurde mit den jeweiligen Magneten unter Verwendung eines in dem Patentdokument 1 beschriebenen Verfahrens unter den selben Bedingungen durchgeführt, und anschließend wurde der Anstieg der Koerzitivkraft ΔHcJ in einem Mittelbereich C und einem Randbereich R der Oberseite der Magnete gemessen. Es sei darauf hingewiesen, dass der Randbereich der Oberseite 2,0 mm von einer langen Seite (42,5 mm) und ungefähr 24 mm von einer kurzen Seite (32,5 mm) entfernt angeordnet ist. Wie durch die weißen Pfeile in 11 dargestellt, wurde Dy von der Oberseite und den jeweiligen vier Seitenflächen aus auf die gleiche Weise in jeden Magneten diffundiert. Hierbei wurde ein ICP-Analyseverfahren zur Messung der Dy-Konzentration verwendet. Eine Koerzitivkraft HcJ wurde durch Ausschneiden eines Magneten für jede Messstelle von 2,8 mm × 2,8 mm × 1,0 mm und unter Verwendung eines VSM gemessen. Es sei darauf hingewiesen, dass mehrere unter den selben Bedingungen hergestellte Magnete für die Messung verwendet wurden, um so eine Messung durch das ICP-Messverfahren und in dem VSM mit einem Messabstand von 0,5 mm durchführen zu können.
Der in der Diffusionsgleichung zu verwendende Diffusionskoeffizient wurde auf der Grundlage der Verteilung tatsächlicher Messwerte eines Koerzitivkraftanstiegs ΔHcJ in Bezug auf die Tiefe δ im Mittelteil eines Magneten bestimmt. Als feste Bedingungen waren hierbei der Diffusionsfluss auf 1,0 × 10^–7 (Masse%) und die Verarbeitungszeit auf 14400 (Sek.) eingestellt. Ferner erfolgte eine Annäherung an den Diffusionskoeffizienten mittels der zuvor genannten Formel (1): D = k1·EXP(–k2·C) + k3 (C: Konzentration; k1, k2, k3: Koeffizienten), und diese Koeffizientenwerte k1, k2 und k3 wurden entsprechend dem in 4 dargestellten Flussdiagramm enthalten. Der Diffusionskoeffizient D wurde spezifisch durch die nachfolgende Formel (2) identifiziert, indem die erhaltenen Koeffizientenwerte verwendet wurden. D = 5,0 × 10^–11·EXP(–7,0·C) + 1,1 × 10^–11 (2)
12 ist eine Grafik zur Darstellung des Berechnungsergebnisses und des tatsächlichen Messergebnisses der Koerzitivkraftanstiegsverteilung ΔHcJ in der Tiefe (dem Abstand) δ jeweils im Mittelbereich C (12(a)) und dem Randbereich R (12(b)) eines Magneten mit einer Dicke von 9,5 mm. In 12 ist die in der Einheit ”mm (Millimeter)” ausgedrückte Tiefe δ auf der Abszisse aufgetragen, während der in der Einheit ”kA/m (Kiloampere pro Meter)” ausgedrückte Koerzitivkraftanstieg auf der Ordinate aufgetragen ist. In 12 entsprechen das Berechnungsergebnis (Markierungen ”•”) und das tatsächliche Messergebnis (Markierungen ”o”) der Koerzitivkraftanstiegsverteilung ΔHcJ in der Tiefe δ in dem Bereich von 0,5 mm bis 5,0 mm, mit einem Intervall von 0,5 mm, im Mittelbereich und im Randbereich einander mit höherer Genauigkeit.
13 ist eine Grafik zur Darstellung des Berechnungsergebnisses und des tatsächlichen Messergebnisses der Koerzitivkraftanstiegsverteilung ΔHcJ in der Tiefe (dem Abstand) δ jeweils im Mittelbereich C (13(a)) und dem Randbereich R (13(b)) eines Magneten mit einer Dicke von 2,5 mm. Die Abszisse und die Ordinate sind in 13 gleich denen in 12. In 13 entsprechen das Berechnungsergebnis (Markierungen ”•”) und das tatsächliche Messergebnis (Markierungen ”o”) der Koerzitivkraftanstiegsverteilung ΔHcJ in der Tiefe δ in dem Bereich von 0,5 mm bis 2,0 mm, mit einem Intervall von 0,5 mm, im Mittelbereich und im Randbereich einander mit höherer Genauigkeit.
14 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung eines Beispiels einer ΔHcJ-Verteilung, die für den Magneten M nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel berechnet wurde. In dem in 14 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die ΔHcJ-Verteilung in einem Mittelbereich in axialer Richtung und in einem Mittelbereich in Breitenrichtung des Magneten M dargestellt. Wie zuvor beschrieben handelt es sich bei einer Außenumfangsseite des IPM-Motors 3 und der zu der Außenumfangsseite senkrechten Seite um Dy-Einbringseiten des Magneten M. Die Berechnung zeigt dementsprechend, dass der Koerzitivkraftanstieg ΔHcJ in dem Magneten M derart verteilt ist, dass er an den beiden Seitenbereichen der Außenumfangsseite und der zu der Außenumfangsseite senkrechten Seite stark ist und zur Mitte des IPM-Motors 3 hin abnimmt.
15 ist eine Grafik zur Darstellung eines Beispiels für einen Vergleich zwischen dem Berechnungsergebnis und dem tatsächlichen Messergebnis der Entmagnetisierungskennlinie des in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit dem Magneten M versehenen IPM-Motors 3, wobei der Magnet die in der 14 dargestellte ΔHcJ-Verteilung aufweist. In 15 ist die Entmagnetisierungsauswertungstemperatur (°C) für die Auswertung eines Entmagnetisierungsfaktors auf der Abszisse aufgetragen, während der Entmagnetisierungsfaktor (%) auf der Ordinate aufgetragen ist. Die Markierungen ”o” dienen der Angabe tatsächlich gemessener Werte eines Entmagnetisierungsfaktors in Bezug auf verschiedene Temperaturen eines Basismaterials vor der Dy-Diffusionsbehandlung, und die durchgezogene Linie dient der Angabe berechneter Werte desselben. Die Markierungen ”Δ” dienen der Angabe tatsächlich gemessener Werte eines Entmagnetisierungsfaktors des durch Dy-Diffusion gebildeten Magneten M, und die gestrichelte Linie dient der Angebe berechneter Werte desselben.
Es sei darauf hingewiesen, dass ein Entmagnetisierungsfaktor erhalten wurde, indem der mit einem Magneten M versehene IPM-Motor 3 in einem thermostatischen Bad bei einer voreingestellten Temperatur betrieben wurde, die Temperatur auf eine Normaltemperatur zurückgeführt wurde, ein Drehmoment im Normaltemperaturzustand gemessen wurde und die Verringerungsrate gegenüber einem vor dem Aufbringen einer Last erhaltenen Drehmoment bei einer Normaltemperatur berechnet wurde. Es sei darauf hingewiesen, dass die Temperatur des thermostatischen Bades, wie in 15 dargestellt, auf jede 10°C zwischen 50° und 140°C eingestellt wurde und der IPM-Motor 3 bei den jeweiligen eingestellten Temperaturen gedreht wurde.
Die folgende Tatsache wird verständlich, wenn man sich auf eine eingestellte Temperatur konzentriert, bei welcher der Entmagnetisierungsfaktor nach dem Berechnungsergebnis und dem tatsächlichen Messergebnis für einen Entmagnetisierungsfaktor nach der Darstellung in 15 2% betrug. Der tatsächlich gemessene Wert der Temperatur, bei welcher der Entmagnetisierungsfaktor eines Basismaterials 2% betrug, war 101°C und das Berechnungsergebnis hierzu betrug 100°C, was einer Abweichung von +1°C entspricht. Der tatsächlich gemessene Wert der Temperatur, bei welcher ein Entmagnetisierungsfaktor des durch Dy-Diffusion gebildeten Magneten M 2% wurde, betrug 122°C und das diesbezügliche Berechnungsergebnis betrug 124°C, was eine Abweichung von +2°C darstellt. Dementsprechend liegt der Analysefehler unter 10°C, was zeigt, dass eine Entmagnetisierungskennlinie mit einem zufriedenstellenden Grad an Genauigkeit analysiert werden konnte. Es wird deutlich, dass die Wärmebeständigkeit des Magneten M hinsichtlich seiner Entmagnetisierung durch die Dy-Diffusion verbessert wurde.
Die 16 und 17 sind schematische Diagramme zur schematischen Darstellung eines Ergebnisses der Berechnung der Br-Verringerungsrate bei einer Temperatur, bei welcher ein Magnet M nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, welcher die in 14 dargestellte ΔHcJ-Verteilung aufweist, um 2% entmagnetisiert wird. Ein Beispiel für ein Basismaterial ist in 16 dargestellt, und in 17 ist ein Beispiel des diffundierten Elements (durch Dy-Diffusion hergestellter Magnet M) dargestellt. In sämtlichen Fällen ist die Verteilung in einem Mittelabschnitt in axialer Richtung und in einem Mittelabschnitt in Breitenrichtung des Basismaterials und des Magneten M dargestellt, wie dies in der 14 der Fall ist. Wie zuvor beschrieben, ist der Entmagnetisierungsfaktor des Basismaterials derart berechnet, dass er bei 100°C 2% beträgt. Zwar weist ein Basismaterial eine gleichmäßige Verteilung der Koerzitivkraft auf, jedoch weist die Br-Verringerungsrate eine derartige Verteilung auf, dass die Br-Verringerungsrate im Eckbereich der Außenseite des IPM-Motors 3 am höchsten ist. Der Entmagnetisierungsfaktor des durch Dy-Diffusion hergestellten Magneten M ist derart berechnet, dass er bei 124°C 2% beträgt. Im Hinblick auf die Br-Verringerungsrate zu diesem Zeitpunkt gilt, dass die Br-Verringerungsrate an einer Position mit einem starken Anstieg der Koerzitivkraft dazu neigt, gering zu sein, wie in 14 dargestellt, und an einer Position mit einem geringen Koerzitivkraftanstieg dazu neigt, hoch zu sein. Es sei hier darauf hingewiesen, dass die Br-Verringerungsrate aus einer Br-Verringerungsmenge berechnet wurde, die durch Erwärmen des Magneten M auf die Temperatur, bei welcher die Entmagnetisierungsauswertung erfolgt, Aufbringen eines Entmagnetisierungsfeldes, und anschließendes Zurückführen der Temperatur auf Raumtemperatur (ungefähr 20°C) erhalten wurde.
Wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dargelegt ermöglicht es die auf dem Magnetkraftkennlinienberechnungsprogramm P1 basierende Verarbeitung seitens der Magnetkraftkennlinienberechnungsvorrichtung 1 einen Entmagnetisierungsfaktor mit einem hohen Grad an Genauigkeit aus einem Berechnungsergebnis der Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs ΔHcJ zu erhalten, der mit der Position in einem gesinterten Nd-Fe-B-Magneten variiert, welcher durch das Diffundieren eines schweren Seltenerdenelements wie Dy gebildet ist.
Ein Beispiel, bei welchem Dy als schweres Seltenerdenelement verwendet wird, wurde vorliegend beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt und kann allgemein auf die Berechnung der Magnetkraftkennlinie eines Magneten angewendet werden, der durch Diffusion eines schweren Seltenerdenmaterials wie Tb gebildet ist. Darüber hinaus wurde ein Beispiel beschrieben, bei welchem ein flacher plattenförmiger Magnet angenommen wurde. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt und kann allgemein auf die Berechnung einer Magnetkraftkennlinie eines bogenförmigen, ringförmigen oder stabförmigen Magneten angewendet werden. Ferner ist der Motor nicht auf einen IPM-Motor begrenzt, sondern kann auch ein SPM-Motor sein.
Es sei darauf hingewiesen, dass das offenbarte Ausführungsbeispiel in jeder Hinsicht illustrativ und nicht einschränkend ist. Der Rahmen der vorliegenden Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die ihnen vorangehende Beschreibung definiert, und sämtliche Änderungen, die in den Rahmen der Ansprüche oder in die Äquivalente des Rahmens derselben fallen, gelten daher als von den Ansprüchen abgedeckt.
Bezugszeichenliste

1: Magnetkraftkennlinienberechnungsvorrichtung
10: Operationseinheit
11: Speichereinheit
111: Dy-Einbringmenge/ΔHcJ-Datenbank (Einbringmenge/Koerzitivkraftanstiegskennlinieninformationen)
112: Diffusionsbedingungsdatenbank (Diffusionskoeffizient, Diffusionsfluss und Verarbeitungszeit bezüglich der Diffusion des Seltenerdenelements)
1P: Magnetkraftkennlinienberechnungsprogramm
2P: Magnetkraftkennlinienberechnungsprogramm
M: Magnet

Claims

Verfahren zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien zum Erhalten einer Magnetkraftkennlinie in einem Magneten, welcher durch das Einbringen eines schweren Seltenerdenelements von der Oberfläche des Magneten und das Diffundieren des schweren Seltenerdenelements in das Innere des Magneten gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist: das vorab erfolgende Speichern von Einbringmengen-/Koerzitivkraftanstiegskennlinieninformationen, die eine Kennlinie des durch das Einbringen und das Diffundieren bewirkten Anstiegs der Koerzitivkraft bezogen auf die Einbringmenge eines schweren Seltenerdenelements angeben, und von Informationen bezüglich der Diffusionsbedingungen, welche einen Diffusionskoeffizienten, einen Diffusionsfluss und die Verarbeitungszeit betreffend die Diffusion eines schweren Seltenerdenelements enthalten; einen ersten Schritt des Annehmens von Forminformationen, welche die Abmessungen und die Form des Magneten angeben; einen zweiten Schritt des Annehmens von Einbringseiteninformationen entsprechend den angenommenen Forminformationen; einen dritten Schritt des Berechnens der Verteilung der Einbringmenge des eingebrachten schweren Seltenerdenelements in den Magneten unter Verwendung einer Diffusionsgleichung auf der Basis der gespeicherten Diffusionsbedingungsinformationen; und einen vierten Schritt des Berechnens der Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs aufgrund des Einbringens und der Diffusion eines schweren Seltenerdenelements in den Magneten basierend auf der berechneten Einbringmengenverteilung und den gespeicherten Einbringmengen-/Koerzitivkraftanstiegskennlinieninformationen.
Verfahren zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusionskoeffizient durch eine Funktion der Abhängigkeit von der Konzentration des eingebrachten schweren Seltenerdenelements ausgedrückt wird.
Verfahren zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner aufweist: das vorab erfolgende Speichern einer Magnetisierungskurve vor der Diffusion eines schweren Seltenerdenelements und von Informationen, die eine durch Temperaturänderung bewirkte Koerzitivkraftänderung gegenüber anderen Koerzitivkräften angeben; einen fünften Schritt des Berechnens einer Magnetisierungskurve bei einer ersten vorbestimmten Temperatur an jeder Position des Magneten, basierend auf der gespeicherten Magnetisierungskurve und der im vierten Schritt berechneten Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs; einen sechsten Schritt des Berechnens einer Magnetisierungskurve bei einer zweiten vorbestimmten Temperatur, basierend auf der berechneten Magnetisierungskurve und den gespeicherten Informationen über einen Temperaturkoeffizienten; und einen siebten Schritt des Berechnens eines Entmagnetisierungsfaktors bei der ersten vorbestimmten Temperatur, basierend auf der im sechsten Schritt berechneten Magnetisierungskurve, nachdem verschiedene, eine Entmagnetisierung verursachende Entmagnetisierungsfelder bei der zweiten vorbestimmten Temperatur auf jeweilige Positionen aufgebracht wurden.
Verfahren zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner aufweist: einen achten Schritt des Berechnens einer Entmagnetisierungskennlinie des Magneten bei unterschiedlichen Temperaturen, basierend auf der Verteilung eines in dem vierten Schritt berechneten Koerzitivkraftanstiegs; und einen neunten Schritt des Spezifizierens einer Entmagnetisierungstemperatur, bei welcher ein Entmagnetisierungsfaktor des Magneten gleich oder geringer als ein vorbestimmter Faktor wird.
Vorrichtung zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien zum Erhalten einer Magnetkraftkennlinie in einem Magneten, welcher durch das Einbringen eines schweren Seltenerdenelements von der Oberfläche des Magneten und das Diffundieren des schweren Seltenerdenelements in das Innere des Magneten gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist: eine Speichereinrichtung zum vorab erfolgenden Speichern von Einbringmengen-/Koerzitivkraftanstiegskennlinieninformationen, die eine Kennlinie des durch das Einbringen und das Diffundieren bewirkten Anstiegs der Koerzitivkraft bezogen auf die Einbringmenge eines schweren Seltenerdenelements angeben, und von Informationen bezüglich der Diffusionsbedingungen, welche einen Diffusionskoeffizienten, einen Diffusionsfluss und die Verarbeitungszeit betreffend die Diffusion eines schweren Seltenerdenelements enthalten; eine Einrichtung zum Annehmen von Forminformationen, welche die Abmessungen und die Form des Magneten angeben; eine Einrichtung zum Annehmen von Einbringseiteninformationen entsprechend den angenommenen Forminformationen; eine Einrichtung zum Berechnen der Verteilung der Einbringmenge des eingebrachten schweren Seltenerdenelements in den Magneten unter Verwendung einer Diffusionsgleichung auf der Basis der in der Speichereinrichtung gespeicherten Diffusionsbedingungsinformationen; und eine Koerzitivkraftanstiegsverteilungsberechnungseinrichtung zum Berechnen der Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs aufgrund des Einbringens und der Diffusion eines schweren Seltenerdenelements in den Magneten basierend auf der berechneten Einbringmengenverteilung und den in der Speichereinrichtung gespeicherten Einbringmengen-/Koerzitivkraftanstiegskennlinieninformationen.
Vorrichtung zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner aufweist: eine Einrichtung zum vorab erfolgenden Speichern einer Magnetisierungskurve vor der Diffusion eines schweren Seltenerdenelements und von Informationen, die eine durch Temperaturänderung bewirkte Koerzitivkraftänderung gegenüber anderen Koerzitivkräften angeben; eine Einrichtung zum Berechnen einer Magnetisierungskurve bei einer ersten vorbestimmten Temperatur an jeder Position des Magneten, basierend auf der gespeicherten Magnetisierungskurve und der in der Einrichtung zum Berechnen der Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs berechneten Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs; eine Einrichtung zum Berechnen einer Magnetisierungskurve bei einer zweiten vorbestimmten Temperatur, basierend auf der berechneten Magnetisierungskurve und den gespeicherten Informationen über einen Temperaturkoeffizienten; und eine Einrichtung zum Berechnen eines Entmagnetisierungsfaktors bei der ersten vorbestimmten Temperatur, basierend auf der im sechsten Schritt berechneten Magnetisierungskurve, nachdem verschiedene, eine Entmagnetisierung verursachende Entmagnetisierungsfelder bei der zweiten vorbestimmten Temperatur auf jeweilige Positionen aufgebracht wurden.
Vorrichtung zum Berechnen von Magnetkraftkennlinien nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner aufweist: eine Einrichtung zum Berechnen einer Entmagnetisierungskennlinie des Magneten bei unterschiedlichen Temperaturen, basierend auf der Verteilung des mittels der Einrichtung zum Berechnen der Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs berechneten Koerzitivkraftanstiegs; und eine Einrichtung zum Spezifizieren einer Entmagnetisierungstemperatur, bei welcher ein Entmagnetisierungsfaktor des Magneten gleich oder geringer als ein vorbestimmter Faktor wird.
Computerprogramm, welches einen mit einer Speichereinrichtung versehenen Computer veranlasst, eine Magnetkraftkennlinie in einem Magneten, welcher durch das Einbringen eines schweren Seltenerdenelements von der Oberfläche des Magneten und das Diffundieren des schweren Seltenerdenelements in das Innere des Magneten gebildet ist, zu berechnen, indem es Einbringmengen-/Koerzitivkraftanstiegskennlinieninformationen, die eine Kennlinie des durch das Einbringen und das Diffundieren bewirkten Anstiegs der Koerzitivkraft bezogen auf die Einbringmenge eines schweren Seltenerdenelements angeben, und Informationen bezüglich der Diffusionsbedingungen, welche einen Diffusionskoeffizienten, einen Diffusionsfluss und die Verarbeitungszeit betreffend die Diffusion eines schweren Seltenerdenelements enthalten, verwendet, welche in der Speichereinrichtung gespeichert sind, dadurch gekennzeichnet, dass es den Computer veranlasst, folgende Schritte durchzuführen: einen ersten Schritt des Erhaltens von Forminformationen, welche die Abmessungen und die Form des Magneten angeben; einen zweiten Schritt des Erhaltens von Einbringseiteninformationen entsprechend den Forminformationen; einen dritten Schritt des Berechnens der Verteilung der Einbringmenge des eingebrachten schweren Seltenerdenelements in den Magneten unter Verwendung einer Diffusionsgleichung auf der Basis der gespeicherten Diffusionsbedingungsinformationen; und einen vierten Schritt des Berechnens der Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs aufgrund des Einbringens und der Diffusion eines schweren Seltenerdenelements in den Magneten basierend auf der berechneten Einbringmengenverteilung und den gespeicherten Einbringmengen-/Koerzitivkraftanstiegskennlinieninformationen.
Computerprogramm nach Anspruch 8, ferner dadurch gekennzeichnet, dass es eine Speichereinrichtung verwendet, welche eine Magnetisierungskurve vor der Diffusion eines schweren Seltenerdenelements und Informationen, die eine durch Temperaturänderung bewirkte Koerzitivkraftänderung gegenüber anderen Koerzitivkräften angeben, speichert und ferner den Computer zur Durchführung der folgenden Schritte veranlasst: einen fünften Schritt des Berechnens einer Magnetisierungskurve bei einer ersten vorbestimmten Temperatur an jeder Position des Magneten, basierend auf der gespeicherten Magnetisierungskurve und der im vierten Schritt berechneten Verteilung des Koerzitivkraftanstiegs; einen sechsten Schritt des Berechnens einer Magnetisierungskurve bei einer zweiten vorbestimmten Temperatur, basierend auf der berechneten Magnetisierungskurve und den gespeicherten Informationen über einen Temperaturkoeffizienten; und einen siebten Schritt des Berechnens eines Entmagnetisierungsfaktors bei der ersten vorbestimmten Temperatur, basierend auf der im sechsten Schritt berechneten Magnetisierungskurve, nachdem verschiedene, eine Entmagnetisierung verursachende Entmagnetisierungsfelder bei der zweiten vorbestimmten Temperatur auf jeweilige Positionen aufgebracht wurden.
Computerprogramm nach Anspruch 9, das ferner den Computer veranlasst, die folgenden Schritte durchzuführen: einen achten Schritt des Berechnens einer Entmagnetisierungskennlinie des Magneten bei unterschiedlichen Temperaturen, basierend auf der Verteilung eines in dem vierten Schritt berechneten Koerzitivkraftanstiegs; und einen neunten Schritt des Spezifizierens einer Entmagnetisierungstemperatur, bei welcher ein Entmagnetisierungsfaktor des Magneten gleich oder geringer als ein vorbestimmter Faktor wird.