JP2013245958A - 磁束密度分布測定装置、及び磁束密度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】保磁力が大きなＮｄ系などの磁性材料でも、小規模な設備により低コストで且つ簡便に磁性材料の着磁状態を評価し、磁束密度分布が劣性な磁性材料を容易に判別可能な磁束密度分布測定装置を提供する。
【解決手段】本発明の磁束密度測定装置は、磁性材料によって構成される環状部材と、環状部材の内周の１面からその対向する面に向かって延設された、磁性材料によって構成される第１のコア部材であって、その一方の端面が開放面となっている第１のコア部材と、第１のコア部材の開放端面に取り付けられたホール素子アレイと、を有する。環状部材と第１のコア部材によって、磁束が閉磁路内に形成される。そして、ホール素子アレイは、当該ホール素子アレイから離間して設置される強磁性材料からの磁束によって得られる電圧値を出力し、当該電圧値の分布を前記強磁性材料の磁束密度の分布として出力する。
【選択図】図３

Description

本発明は、強磁性材料の磁束密度分布を測定するための磁束密度分布測定装置、及び磁束密度測定方法に関する。

自動車などに使用される高出力モータでは、Ｎｄ系などの保磁力の大きい強磁性体（永久磁石）を用いてモータの出力増加を図ることが一般的になってきている。強磁性体をモータに用いる場合、強磁性体に１５ｋガウス以上の大きな磁界を印加して着磁する必要がある。着磁は、強磁性体をモータに組み込む前に行っても、組み込んだ後に行っても構わない。

モータに用いられる強磁性体としては、Ｎｄ系の強磁性体が用いられる。このＮｄ系の強磁性体の着磁には大きな印加磁界が必要であるので、着磁に必要な磁界が確保できない場合は、強磁性体の着磁が不完全となり、モータの出力が低下してしまう。また、希土類元素の供給不足からジスプロシウムを低減させた磁石の開発が進んでいるが、この場合磁石の特性が不安定になりやすい。このため、モータの特性ばらつきが懸念され、強磁性体の着磁状態を管理することが、きわめて重要になる。また、Ｎｄ系磁石などの保磁力の大きい強磁性体は、熱により磁気特性が劣化しやすいことが知られている。例えば、モータ内に強磁性体を組み込んでモータを駆動し、モータ駆動中にモータ内部に発生する渦電流により、強磁性体の温度が上昇し、磁気特性が非可逆的に劣化した部位が発生する。これにより、モータの出力が劣化してしまう。

図１は、Ｎｄ系磁石焼結体の着磁後の断面構造の一例を示す図である。強磁性体の磁石焼結体の材料あるいは着磁状態が悪いと、図１に示すように、着磁されていない多磁区状態の部位が存在する。このような強磁性体が熱により温度が上昇すると、多磁区部位を起点に多磁区部位が伝播し磁化特性が劣化する。このため、磁気特性がモータに使用に適切なものであるか評価する必要があり、不適なもの（多磁区部位の多い強磁性）を製品から取り除く（スクリーニングする）ことが、製品の磁気特性の品質を向上させるための重要な因子となる。

この点、例えば、特許文献１には、強磁性体の磁気特性評価の例に関して記載されている。特許文献１では、図２に示されるようにして、永久磁石等の強磁性材料の被測定物２０５の磁気特性を測定している。具体的には、コイル２０３に電流を流して発生させた磁束２０８を被測定物２０５に注入し、Ｂコイル２０１とＨコイル２０２により、被測定物に生じるＢ−Ｈ特性を測定する。この場合、電磁石の磁極２０７と被測定物２０５の間に空隙があると、被測定物２０５の界面に発生した磁極の反磁界により、測定に誤差を生じる。この空隙を極力小さくするため、特許文献１の磁気特性測定装置では、被測定物と磁極との接する面上に厚さの薄い圧力センサのひずみゲージを設置し、ひずみゲージの出力をひずみ測定器と変換器を介して検出した検出信号を駆動用モータにフィードバックして被測定物に加わる圧力を自動的に制御している。

特許文献２は、磁石の着磁状態を定量化するため、磁束密度分布を測定する方法について開示している。より具体的には、磁石の磁束密度分布を測定する場合、高精度な３軸方向のホール素子センサを保持し、磁石保持ステージ上の磁石をホール素子と相対的に移動させることによって、磁石面内の磁束密度分布を測定する。また、測定能率の向上のため、ホール素子をマトリックス状に配置して磁石の面内磁束密度分布を一括して測定するようにしている。

また、特許文献３は、天秤の一方のさおに吊り下げられた試料に空芯の電磁石により、一定時間磁場を印加して磁気力を作用させ、磁場が消滅した後の天秤の自由振動の振幅をレーザ微小距離計により検出し、印加した磁界強度との関係から、試料の磁化率を測定する、Ｂ−Ｈ特性以外の測定方法について開示している。

特開平６−２８９１１２号公報 特開２００５―１８９２００号公報 特開平４−３４１０８７号公報 特開平９−１０１３５９号公報 特２０００−９７９１７号公報 特２０１０−８５１９１号公報

しかしながら、特許文献１のようなＢ−Ｈ特性による磁石の磁気特性測定方法では、保磁力の大きなＮｄ系などの磁性材料を測定する場合、大きな磁界を発生する電磁石が必要になるため、大掛かりな設備が必要になる。また、測定前の調整に時間が掛かるので、低コストで簡易な測定には不向きである。

また、特許文献２による方法では、磁石が大きくなるとホール素子の移動距離が長くなるため、測定時間が増大してしまうという課題がある。さらに、特許文献２では、ホール素子は入力と出力で合計４本の配線が必要であるが、アレイ状に配置して全素子を独立して配線する場合、チャンネル数に応じた制御システムが必要となり高額な装置になってしまうという課題もある。この点に関し、特許文献４乃至６は、配線の一部を共有してリレーで切り替えることにより、配線を簡素化し、特許文献２の上記課題を解決しようとしている。しかし、特許文献３乃至５による方法を用いると、リレー切り替えに伴って発生するノイズをアンプで増幅するため、測定値のばらつきを大きくしてしまう。また、被測定物に合わせて予めマトリックス構造の寸法諸元を決めて作製する必要があるので、測定物の形状が変わった場合ホール素子アレイを作製し直す必要があり、任意形状の測定に対応しにくいという課題もある。

さらに、特許文献３に記載の方法は、外部磁界が無いときは磁性を持たず、磁界を印加するとその方向に弱く磁化する常磁性材料の磁気特性の測定には適している。しかし、永久磁石など常に内部が磁化された状態になっている強磁性材料では測定できないという課題がある。

ところで、ホール素子などの磁気センサは、１２０℃以上の高温で使用することができないという特徴がある。一方、Ｎｄ系磁石は、温度上昇に伴い、磁気特性が１００度近傍から熱減磁が発生し、キュリー温度である約３００度で強磁性体から常磁性体に変化する。近年の材料開発の結果、加熱により熱減磁が開始する温度がより高温側になってきており、この熱減磁現象を、ホール素子どの磁気センサで直接測定することが難しくなってきている。従って、熱の影響を受けないような磁気特性を測定する方法が望まれている。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、保磁力が大きなＮｄ系などの磁性材料でも、小規模な設備により低コストで且つ簡便に磁性材料の着磁状態を評価し、局所的な磁束密度分布が劣性な部位を判別するための磁束密度測定装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明の磁束密度測定装置は、磁性材料によって構成される環状部材と、環状部材の内周の１面からその対向する面に向かって延設された、磁性材料によって構成される第１のコア部材であって、その一方の端面が開放面となっている第１のコア部材と、第１のコア部材の開放端面に取り付けられたホール素子アレイと、を有する。環状部材と第１のコア部材によって、磁束が閉磁路内に形成される。そして、ホール素子アレイは、当該ホール素子アレイから離間して設置される強磁性材料からの磁束によって得られる電圧値を出力し、当該電圧値の分布を前記強磁性材料の磁束密度の分布として出力する。

本発明によれば、保磁力が大きな磁性材料でも、小規模な設備により低コストで且つ簡便に磁束密度分布を測定できる。このため、磁性材料を用いるモータなどの電動部品の品質及び信頼性の向上に寄与できる。

本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本発明の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。

本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本発明の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではないことを理解する必要がある。

強磁性材料断面を示す模式図である。 従来の磁気特性測定装置の装置構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態による磁束密度測定装置の構成例を示す図である。 本発明による磁束密度の測定結果を示す図である。 本発明の第１の実施形態による磁束密度測定装置の別の構成例を示す図である。 本発明による磁束密度分布測定結果表示例を示す図である。 本発明によるホール素子アレイの配線構成例を示す図である。 本発明による測定シーケンスを説明するための図である 本発明による磁気センサ群の構成例を示す図である。 本発明による測定処理を説明するためのフローチャートの１例である。 本発明の第２の実施形態による磁束密度分布測定装置の構成例を示す図である。 本発明の第２の実施形態による磁束密度分布測定装置の別の構成例を示す図である。 強磁性材料のＢ-Ｈループの一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態による磁束密度分布測定装置の構成例を示す図である。 本発明に第３の実施形態による磁束密度分布測定装置の別の構成例を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施形態と実装例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。

本実施形態では、当業者が本発明を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本発明の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。

（１）第１の実施形態
第１の実施形態は、ホール素子をマトリックス状に配列してなるホール素子アレイを用いて、簡易かつ高精度に磁石の磁束密度分布を測定する装置を関するものである。

＜磁束密度分布測定装置の構成＞
図３（ａ）は、本発明例の第１の実施形態による、強磁性材料の磁束密度分布を簡易に測定する磁束密度分布測定装置の概略構成（基本構成）を示す図である。磁束密度分布測定装置１００は、ホール素子アレイ１０２と、コア（軟磁性材料）１０３と、筐体（軟磁性材料）１０４と、ハンドル１０５と、を有する。当該磁束密度分布測定装置１００では、着磁済の磁石１０１がホール素子アレイ１０２に対面するように載置され、磁束１０６が筐体１０４内に生成されるようになっている。図３（ａ）に示されるように、本実施形態では、コア１０３および筐体１０４に軟磁性材料を用いて、測定する磁石１０１が発する磁束で閉磁路を形成するようになっている。これにより、磁石端面から発する磁界を面内の磁束分布を維持しコア１０３面内に転写する。また、磁石１０１とホール素子アレイ１０２の間の距離はハンドル１０５で調整可能な構造になっている。

次に、磁石１０１とコア１０３の間にホール素子アレイ１０２を設置して、磁石面内の磁束密度分布を測定する。コア１０３によって閉磁路を形成しているので、磁束１０６を磁石面内の分布を保持したまま引き出すことができる。これにより、ホール素子アレイ１０２と磁石１０１の間に空間があっても、精度よく磁石の面内分布を測定することが可能になる。したがって、ホール素子アレイ１０２をコア１０３と磁石１０１間の任意の位置に設置して磁束密度分布を高精度に測定することが可能になる。なお、磁石１０１は、着磁済の強磁性材料であり、本実施形態ではネオジム、鉄、ボロンを主成分とし、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂを主相とする、いわゆるＮｄ系磁石を使用しているが、他の主相のＮｄ系磁石、あるいは、Ｓｍ-Ｃｏ系磁石、アルニコ磁石、Ｆｅ-Ｃｒ-Ｃｏ系磁石、フェライト磁石、フェライトボンド磁石などでも良い。但し、コア１０３を利用した場合のホール素子アレイ１０２と磁石１０1の測定間隔は、磁束密度が磁石の種類、大きさに依存するので、適正化する必要がある。このため、ホール素子アレイ１０２と磁石１０1の測定間隔は、予め磁石の中心位置の磁束密度を簡易計算にて算出して決定する。

図３（ｂ）は、別の装置構成例を示す図である。図３（ｂ）の構成では、コア１０３は磁石１０１の片面にのみ、つまりホール素子アレイ１０２の背面側にのみ配置されている。この場合でも、コア１０３により磁石１０１の磁束分布を転写し、ホール素子アレイ１０２で当該磁束分布を測定することが可能になる。したがって、この場合もホール素子アレイ１０２と磁石１０１間の距離を正確に位置決めしなくても高精度で簡易に磁石面内の磁束密度分布を測定できる。また、本実施形態では、コア１０３をホール素子アレイ１０２側背面に配置したが、コア１０３を磁石背面に設置しても良い。

＜閉磁路を形成することのメリット＞
図４は、磁着からの距離と磁束密度との関係を示す図である。図４は、例として、大きさが５０ｍｍ×５０ｍｍで厚みが１０ｍｍのネオジム磁石の面内中心位置での磁束密度と磁石から遠ざかった位置での磁束密度の関係を簡易計算した結果を示している。

図４の曲線は、コア１０３及び筐体によって閉磁路を形成する構成の場合（ａ）と閉磁路を形成しない構成（例えば、図５）の場合（ｂ）の結果を示す。なお、図５において、磁束密度測定装置は、ホール素子アレイ１０２と、測定対象の磁石１０１を載置するための被測定物載置台５０１と、コントローラ５０２と、電圧測定器（測定ユニット）５０３と、を有しており、図５に示されるように発生する磁束は閉磁路を形成しない。

図４を再度参照すると、コア１０３及び筐体１０４によって閉磁路を形成する場合の磁石表面の磁束密度は、閉磁路を形成しない場合のそれと比較して約２倍に増幅され、約１５ｍｍ離れた位置でも閉磁路を形成しない場合の磁石表面の磁束密度を同等になることがわかる。

従って、この場合は、コア１０３及び筐体１０４を用いて閉磁路を形成することにより、磁石１０１とホール素子アレイ１０２を１５ｍｍ離しても、閉磁路を形成しない場合の磁石表面と同程度の大きさの磁束密度を測定することが可能になる。

図６は、磁石１０１とホール素子アレイ１０２を１５ｍｍ離して測定した場合で、コア１０３及び筐体１０４で閉磁路を形成する構成を用いた磁束密度分布（ａ）と、閉磁路を形成しない構成を用いた磁束密度分布（ｂ）の一例を示す図である。濃度の濃さが磁束密度を示しており、閉磁路を形成する構成を用いることにより、磁石１０１とホール素子アレイ１０２を離しても、磁束密度分布を測定することが可能になることがわかる。

＜ホール素子アレイの構成＞
図７は、本発明の実施形態で使用されるホール素子アレイ１０２の回路構成を示す図である。

ホール素子アレイ１０２は、入力電源７０１と、入力側リレースイッチ７０２と、出力側リレースイッチ７０３と、複数のモジュール７０４と、を有している。

各モジュール７０４は、ホール素子７０４１と差動アンプ７０４２の組を配線して構成される。このモジュール７０４が複数個基板に組み込まれ、ホール素子７０４１が基板の一端面に設置する構造を採っている。また、モジュール７０４において、複数のホール素子７０４１は、電気的に独立した配線となっている。さらに、ホール素子アレイ１０２では、複数枚の基板を積層し、入力側リレースイッチ７０２及び出力側リレースイッチ７０３によってモジュール単位で順次測定回路を切り替えて磁束密度分布が測定できるようになっている。

図８は、リレースイッチを切り替えるタイミングチャートの一例を示す図である。図８（ａ）において、参照番号８０１は入力側リレースイッチ７０２のオン／オフ、参照番号８０２はノイズを示している。また、図８（ｂ）において、８０３は出力側リレースイッチ７０３のオン／オフを示している。

入力側スイッチ７０２をオン状態にしてホール素子を駆動し、リレー切り替えにより発生するノイズ８０２を避けて、出力側リレースイッチ８０３をオンにして測定を行う。より具体的には、図示しないコントローラが、入力側リレースイッチ７０２をオンにした後、図示しないタイマーにより時間を計測し、ノイズ発生タイミングを過ぎた段階で出力側リレースイッチ７０３をオンにする。尚、入力リレー切り替えによるノイズが発生しても、ホール素子７０４１と差動アンプ７０４２を１対１で配線しているため、測定値のばらつきは極めて小さい。出力側リレースイッチ７０３より先の制御回路は、各モジュールに配置したホール素子７０４１数分の配線数があればよいので制御チャンネル数を大幅に削減し、高額な制御装置は不要となる。更に、被測定物（磁石）の寸法に合わせて積層枚数を決めることができるので任意の測定寸法に変更できる。

＜磁気センサ群＞
図９は、本発明による磁気センサ群の構成例を示す図である。磁気センサ群は、上記ホール素子アレイ１０２に相当するものであり、複数のモジュール７０４と、入力側リレースイッチ７０２及び出力側リレースイッチ７０３を含むリレー回路９０１と、によって構成される。図９に示すホール素子アレイの例では、ホール素子と差動アンプを１対１で配線した複数のモジュールを一枚の基板に組み込み、ホール素子は基板の一端面に設置する構造をとり、且つ、複数枚の基板を積層してリレー回路９０１に組み込んで、ホール素子アレイを形成している。各モジュールの複数のホール素子は電気的に独立した配線がでなされており、リレー回路９０１によりモジュール単位で測定回路を切り替えて測定する。

＜一列配列構造のホール素子アレイを用いた磁束密度測定装置＞
図７に示されるようなモジュール７０４を複数個用いてホール素子アレイ１０２を構成して測定装置に用いるのではなく、１つのモジュール７０４（ホール素子７０４１を一列に配列した１つの単位）によってホール素子アレイを構成し、ホール素子アレイ１０２を制御ステージに搭載し、ホール素子の配列間隔を補間測定することにより、磁石面内方向の分解能を向上させるようにしても良い。このとき、制御ステージを駆動することによって、一列分のホール素子７０４１を有するホール素子アレイを移動（磁石表面を走査）させながら、被測定物面内全域の磁束密度分布を測定する（ホール素子アレイ走査型構成）。これによれば、配線の簡素化と測定器チャンネル数の低減によりより簡易で安価な磁束密度分布測定装置を構成することができる。

ホール素子アレイ走査型構成は、図３で示される閉磁路を形成する構成に適用しても良いし、図５に示される通常の構成に適用しても良い。ここでは、図５に適用した場合について説明することとする。

一列に配列した構造のモジュールからなるホール素子アレイ１０２を制御ステージ（コントローラ）に搭載して測定する場合、制御ステージを有するコントローラ５０２によって、ホール素子アレイ１０２の位置を制御する。磁束密度は、コントローラ５０２の信号に基づき、測定ユニット５０３を用いて測定される。なお、被測定物載置台５０１の位置をコントローラ５０２により制御し、被測定物（磁石）１０１とホール素子アレイ１０２の位置関係を相対的に制御しても良い。

図１０は、ホール素子アレイ走査型構成を採用する場合の測定時の処理を説明するフローチャートを示している。被測定物１０１の磁束密度分布を測定するため、予め所定のピッチと測定回数を設定する。この設定値に基づき、制御ステージをコントローラによって駆動して、被測定物（磁石）１０１の表面を走査しながら、磁束密度を測定する（Ｓ１００１及びＳ１００３）移動が設定回数ｎに達した後測定を終了する（Ｓ１００３）。これにより、被測定物面内の磁束密度分布を簡易に測定することができる。

（２）第２の実施形態
第２の実施形態は、磁石を加熱するためのヒータ、ホール素子アレイを冷却する機構を有する磁束密度測定装置に関する。

＜ヒータを有する構成＞
図１１は、第２の実施形態による磁束密度測定装置の構成を示す図である。図１１に示される磁束密度測定装置は、図３の構成に加えて、磁石１０１を加熱するヒータ１１０１をさらに有している。

図１１（ａ）に示されるように、磁束密度測定装置１００は、ヒータ１１０１により、加熱した状態で磁石１０１の磁束密度分布を測定する。前述のように、Ｎｄ系磁石は１００度近傍から残留磁束密度が減少する熱減磁現象が発生し、キュリー温度である約３００度で強磁性体から常磁性体に変化する。一方、ホール素子などの磁気センサは、１２０℃以上の高温では使用することができない。従来のホール素子アレイによる磁石面内の磁束密度分布を測定する場合、ホール素子を磁石に近接させて測定する必要がある。このため、磁石の温度上昇に伴い、ホール素子アレイの温度も上昇してしまう。

しかし、本発明による磁束密度測定装置においては、前述したように、ホール素子アレイ１０２を磁石１０１から遠ざけた状態でも磁束密度分布を測定できる。よって、磁石１０１を加熱してもホール素子アレイ１０２自体が１００℃以上の高温に加熱されることなく、磁束密度分布の測定が可能になる。

本実施形態では、磁石１０１とホール素子アレイ１０２の間隔を１ｍｍ以上にすることにより、ホール素子の断熱が可能である。このため、ヒータ１１０１によって磁石１０１を加熱しても磁石１０１の熱減磁特性を高精度かつ簡易に測定することが可能になる。また、本発明では、閉磁路を形成する装置構成になっているので、磁石１０１とホール素子アレイ１０２の間隔や、磁石１０１とヒータ１１０１の間隔を高精度に制御する必要がなく、簡易で低コストな磁束密度分布測定器を提供できる。

図１１（ｂ）は、本実施形態による別の装置構成を示す図である。これは、図３（ｂ）の構成に加えて、磁石１０１を加熱するヒータ１１０１を有している。他の構成は図３（ｂ）と同じであるため、詳細な説明は省略する。

＜冷却機構を有する構成＞
図１２は、ヒータ及び冷却機構を有する磁束密度測定装置の構成例を示す図である。当該磁束密度測定装置は、磁石１０１を加熱する上述のヒータ１１０１に加えて、ホール素子アレイ１０２を冷却する機構を有している。当該冷却機構は、冷却ファン１２０１と、測定部カバー１２０２を含んでいる。

当該磁束密度測定装置において、測定用の磁石１０１は、ヒータ１１０１上に保持される。そして、ホール素子アレイ１０２が内在する測定部カバー１２０２が、磁石１０１上に設置もしくは磁石１０１との距離をハンドル１０５によって所定の寸法に固定される。測定部カバー１２０２の内部では、測定部カバー１２０２とホール素子アレイ１０２の間に隙間があり、ホール素子アレイ１０２の両端に具備した冷却ファン１２０１により、冷却される。具体的には、左右の冷却ファン１２０１は回転方向が逆になるように設置されており、測定部筐体とホール素子アレイの隙間の測定部外部の空気を流入、流出させることができる。この状態で、ヒータ１１０１により磁石１０１を過熱しても、ホール素子アレイ１０２が空冷されるので、耐熱温度以下に保持することができる。
ここでは、冷却ファン１２０１による冷却方法を開示しているが、同等の冷却効果を有する手段により代替しても構わない。

（３）第３の実施形態
図１には着磁後磁石の断面構造が示されているが、前述したように、着磁後の磁石であっても、局部的に磁化されていない粒子が存在すると、熱減磁現象が発生しやすくなる。このため、着磁過程測定することにより、熱減磁し易さを簡易に定量化できることになる。

図１３は、磁石の磁化ループ（Ｂ−Ｈループ）の一例を示す図である。磁化ループＡは、通常の磁石の磁化ループを示している。これに対して、磁化ループＢは、磁石の場合、印加磁界に対して磁化反転しにくいことを示している。したがって、このような磁石の場合、着磁が終了した時点でも局所的に着磁後も磁化されない粒子が存在し、加熱により磁化されていない粒子を起点に熱減磁しやすくなる。一方、磁化ループＣで示される磁石の場合は、逆に印加磁界に対して磁化されやすいことを示している。すなわち、このような磁石の粒子は磁化反転しやすいので、加熱によって熱減磁もしやすい。着磁前磁石に磁界を印加した場合に、磁石の着磁過程を観察し、磁化ループの偏差が大きい磁石は潜在的に熱減磁しやすいといえる。以上の理由から、着磁前磁石に磁界を印加し磁束密度分布の変化を観察し局所的に磁化の変化率が違う磁石を選別することにより熱減磁しやすい磁石をスクリーニングすることが可能になる。

そこで、第３の実施形態は、着磁前の磁石の特性を評価するための磁束密度測定装置について提案する。図１４は、本発明の第３の実施形態による磁束密度分布測定装置の概略構成を示す図である。当該測定装置は、第１の実施形態の構成に加えて、電磁石１４０１を有し、着磁前の磁石に対して、着磁後の熱減磁特性が検証可能なようにしている。

本実施形態による磁束密度測定装置では、第１の実施形態の構成（図３）と同様に、電磁石が発生する磁束１０６はコア１０３と筐体１０４により閉磁路を形成する。この磁束１０６により、着磁前磁石１０１’が磁化される。また、着磁前磁石１０１’の面内磁化分布は磁石に対抗して配置されたホール素子アレイ１０２により測定される。この場合、電磁石１４０１に印加する電流を変化させることにより磁束密度を変えて着磁前磁石１０１’の磁束密度分布の変化を測定することができる。

図１４は、本実施形態による別の装置構成を示す図である。図１４に示されるように、着磁前磁石の磁束密度分布を測定する磁束密度測定装置では、磁束を供給する手段として、電磁石１４０１の代わりに永久磁石１５０１を用いている。図１３に示される構成と同様に、永久磁石１５０１を用いてコア１０３と筐体１０４により閉磁路が形成される。この閉磁路に、着磁前磁石１０１’とホール素子アレイ１０２を磁束１０６の中に挿入することで、磁界を磁石１０１’に印加し、磁束密度分布を測定する。この場合、閉磁路と着磁前磁石１０１’との距離を変化させることにより磁界の強度を変化させることができるので、磁束密度を変えながら着磁前磁石の１０１’の磁束密度分布の変化を測定することができる。

（４）まとめ
（i）本発明による磁束密度測定装置（磁気特性測定装置）は、環状の筐体（矩形、多角形、円形の環状部材）と、筐体の内周の１面から対向面に向かって延設されたコア部材（筐体の接続面ではない面が開放端となっている）によって構成されている。また、このコア部材の開放端面にはホール素子アレイが取り付けられている。環状の筐体とコア部材によって、測定対象の磁石から発生される磁束（着磁前の磁石の場合には永久磁石や電磁石によって生成された磁束）は、閉磁ループを構成する。そして、ホール素子アレイは、当該ホール素子アレイから離間して設置される磁石からの磁束によって得られる電圧値を出力し、当該電圧値の分布を磁石の磁束密度の分布として出力（例えば、図示しない表示装置によって表示）する。図３（ｂ）のように、１つのコア部材が筐体の１面から延びるように構成しても良いし、図３（ａ）のように、対向面からもう１つのコア部材を延設し、２つのコア部材の開放端面を対向するようにしても良い。このようにコア部材と筐体によって閉磁ループを形成するので、磁石からの磁束を分散させずに揃えることができ、より正確に磁石の磁束密度を測定することができると共に、ホール素子アレイと測定対象の磁石との距離を接近させる必要がなくなる。よって、例えば、１ｍｍ程度ホール素子アレイと磁石を離間させれば、磁石を加熱しても熱の影響をホール素子アレイに与えることがなく磁束密度を測定することができるようになる。なお、各実施形態では筐体の形状を環状にしているが、閉磁路を形成できれば、筐体は部分的に切断されていても良い。つまり、例えば、コの字形状、Ｃの字形状や扇形形状の軟磁性体材料を組み合わせて筐体部分を構成しても良い。

ホール素子アレイは、複数のモジュールを接続して、各モジュールからの出力を順次切り替えながら測定電圧値を出力するように構成される。各モジュールは、直列接続された複数のホール素子と、各ホール素子の出力を増幅する増幅器と、によって構成される。つまり、複数のホール素子（磁気センサ）がマトリックス状に配列され、ホール素子アレイ（磁気センサアレイ）が構成される。また、各モジュールでは、１対のホール素子（磁気センサ）と磁気センサの出力を増幅するアンプが複数対設けられており、ホール素子アレイ（磁気センサアレイ）は、アンプ実装面と磁気センサ実装面が直交するモジュールを複数枚積層することにより構成され、各モジュール出力を切り替えるリレースイッチを設けている。このような構成を採用することにより、制御チャンネル数をホール素子数分にすることができるので、高価な制御装置を必要とせず、装置コストを削減することができるようになる。

また、上記磁束密度分布測定装置は、測定対象の磁石を加熱する手段（ヒータ等）を有するようにしても良い。これにより、磁石の熱減磁特性を高精度、簡易、かつ低コストで測定することが可能になる。なお、この場合、念のために、ホール素子アレイを冷却する冷却機構を設けても良い。これにより、ホール素子アレイに対する熱の影響をさらに確実に除去することが可能となる。

１０１・・・着磁後磁石
１０１’・・・着磁前磁石
１０２・・・ホール素子アレイ
１０３・・・コア
１０４・・・筐体
１０５・・・ハンドル
１０６・・・磁束
７０４・・・モジュール
７０４１・・・ホール素子
７０４２・・・差動アンプ
１１０１・・・ヒータ
１２０１・・・冷却ファン
１２０２・・・測定部カバー
１４０１・・・電磁石
１５０１・・・永久磁石

Claims (10)

1. 強磁性材料の磁束密度分布を測定するための磁束密度分布測定装置であって、
   磁性材料によって構成される環状部材と、
   前記環状部材の内周の１面からその対向する面に向かって延設された、磁性材料によって構成される第１のコア部材であって、その一方の端面が開放面となっている第１のコア部材と、
   前記第１のコア部材の開放端面に取り付けられたホール素子アレイと、を有し、
   前記環状部材と前記第１のコア部材によって、磁束が閉磁路内に形成され、
   前記ホール素子アレイは、当該ホール素子アレイから離間して設置される前記強磁性材料からの磁束によって得られる電圧値を出力し、当該電圧値の分布を前記強磁性材料の磁束密度の分布として出力することを特徴とする磁束密度分布測定装置。
2. 請求項１において、
   さらに、前記対向する面から、前記第１のコア部材が取り付けられた前記環状部材の面に対して延説された、磁性材料によって構成される第２のコア部材であって、その一方の端面が開放端となっている第２のコア部材を有し、
   前記第２のコア部材の開放端面は、前記第１のコア部材の開放端面と対向するように配置され、
   前記環状部材と前記第１及び第２のコア部材によって、磁束が閉磁路内に形成されることを特徴とする磁束密度分布測定装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記ホール素子アレイは、複数のモジュールと、各モジュールからの出力順次切り替えながら提供するためのスイッチと、を有し、
   前記複数のモジュールのそれぞれは、直列接続された複数のホール素子と、各ホール素子の出力を増幅する増幅器と、を有することを特徴とする磁束密度分布測定装置。
4. 請求項１又は２において、
   さらに、前記強磁性材料を加熱するヒータを有することを特徴とする磁束密度分布測定装置。
5. 請求項４において、
   さらに、前記ホール素子アレイを冷却する冷却機構を有することを特徴とする磁束密度分布測定装置。
6. 請求項１又は２において、
   前記強磁性材料は、着磁前の強磁性材料であり、
   さらに、前記閉磁路内に磁束を発生させる電磁石又は永久磁石を有することを特徴とする磁束密度分布測定装置。
7. 請求項１又は２において、
   前記ホール素子アレイは、直列接続された複数のホール素子と、各ホール素子の出力を増幅する増幅器とを有し、
   さらに、前記ホール素子アレイ又は前記強磁性材料を所定方向に移動させることにより、前記強磁性材料の測定対象面の全域を走査する制御部を有することを特徴とする磁束密度分布測定装置。
8. 請求項３において、
   前記スイッチは、電源を前記各モジュールに供給するための入力側スイッチと、各モジュールからの出力を選択的に提供するための出力側スイッチと、を含み、
   前記入力側スイッチによって前記複数のホール素子を駆動し、リレー切り替えにより発生するノイズを避けて、前記出力側スイッチをオンすることを特徴とする磁束密度分布測定装置。
9. 請求項３において、
   前記ホールアレイ素子では、前記ホール素子が前記複数のモジュールのそれぞれの基板の端面に配置されていることを特徴とする磁束密度分布測定装置。
10. 強磁性材料の磁束密度分布を測定する磁束密度分布測定方法であって、
    閉磁路形成部材を提供する工程と、
    前記閉磁路形成部材によって形成される閉磁路内に測定対象の前記強磁性材料を設置する工程と、
    ホール素子アレイを用いて、当該ホール素子アレイから空間的に離間して設置された前記強磁性材料からの磁束によって得られる電力値を測定する工程と、
    前記強磁性材料の表面の前記電力値の分布を前記強磁性材料の磁束密度の分布として出力する工程と、を有し、
    前記閉磁路形成部材は、磁性材料によって構成される環状部材と、当該環状部材の内周の１面からその対向する面に向かって延設された、磁性材料によって構成される第１のコア部材であって、その一方の端面が開放面となっている第１のコア部材と、によって構成され、
    前記ホール素子アレイは、前記第１のコア部材の開放端面に取り付けられていることを特徴とする磁束密度分布測定方法。

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