JP2014217121A - 永久磁石の特性検査方法および永久磁石の特性検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石の磁気特性を簡便に検査することができる永久磁石の特性検出方法および永久磁石の特性検出装置を提供する。【解決手段】永久磁石１００を形成するための磁石１に外部から磁界を印加して磁性部材の一部を不完全着磁に磁化させ予備着磁領域を形成する予備着磁用電磁石２と、予備着磁領域が形成された磁石１の磁化容易方向と平行に外部から磁界を印加して磁石１を最大磁化まで完全着磁して永久磁石１００を形成する本着磁用電磁石４と、本着磁用電磁石４の着磁中に、磁石１に外部から印加する外部磁界と、磁石１の予備着磁領域の磁化とを同時に測定し、これらの値から永久磁石１００の保磁力および永久磁石１００の角型比を検出する検出手段とを備える。【選択図】図１

Description

この発明は、永久磁石の磁気特性を簡便に検査することができる永久磁石の特性検査方法および永久磁石の特性検査装置に関するものである。

従来の永久磁石の特性検査方法および永久磁石の特性検査装置は、通常測定対象である永久磁石に電磁石で磁界を印加し、被測定物に巻き回したコイルに誘起された電圧を磁界（Ｈ）と磁束密度（Ｂ）とに変換し、ＢＨカーブトレーサ上に描かせることで行っている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

特公昭４６−３７３１６号公報 特開平６−２８９１１２号公報

近年、永久磁石は車載用機器などに広く使用されており、高温での使用環境に耐えるために耐熱性に優れ、高い保磁力を有することが要求されている。
しかしながら、保磁力は、永久磁石内の結晶粒径や組成、熱処理温度など、多くの製造条件に左右されるため、製造バラツキが原因で保磁力、および減磁曲線が変動し、悪化する。

したがって、モータに永久磁石を組み込むためには永久磁石の保磁力、および減磁曲線を検査、測定する必要がある。従来、モータなどの製品に組み込む際には永久磁石を試験片に切り出した後に、ＢＨカーブトレーサで減磁曲線を取得して保磁力を検査したり、永久磁石、または永久磁石をモータに組み込んだ後に永久磁石を加熱、または着磁方向と逆方向に外部から磁界を印加することによって減磁するかどうかを確認する方法が採られている。

しかしながら、このような方法では検査後の永久磁石は切り刻まれたり、減磁したりしているために、検査後に永久磁石を製品に組み込むことができない。したがって、全数検査は不可能であり、磁石の製造ロットの中から抜き取り試験のみになるという問題点があった。また、磁石の耐熱性を知るためには、加熱前後の磁石のフラックス量の測定により減磁率を評価したり、保磁力を測定する方法があるが、測定により磁石は減磁してしまうため、再着磁が必要になる。

そして、磁石が減磁している場合には、再度着磁することにより使用することが可能であるが、一旦着磁された磁石を反対方向に着磁するには、消磁状態から着磁するよりもはるかに大きな磁界が必要になる。そのため、磁極の管理が必要になったり、一度着磁されているために磁気吸引力が働き、取り扱いが煩雑になるという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、着磁工程において、着磁と同時に磁化特性を取得することでき、永久磁石を減磁させることなく磁気特性を評価できる永久磁石の特性検査方法および永久磁石の特性検査装置を提供することを目的とする。

この発明の永久磁石の特性検出方法は、
永久磁石の特性を検出する永久磁石の特性検出方法において、
上記永久磁石を形成するための磁性部材に外部から磁界を印加して上記磁性部材の一部を不完全着磁に磁化させ予備着磁領域を形成する予備着磁工程と、
上記予備着磁領域が形成された上記磁性部材の磁化容易方向と平行に外部から磁界を印加して当該磁性部材を最大磁化まで完全着磁して上記永久磁石を形成する本着磁工程と、
上記本着磁工程中に、上記磁性部材に外部から印加する外部磁界と、上記予備着磁領域の磁化とを同時に測定し、これらの値から上記永久磁石の保磁力および上記永久磁石の角型比を検出するものである。

また、この発明の永久磁石の特性検出装置は、
永久磁石の特性を測定する永久磁石の特性検出装置において、
上記永久磁石を形成するための磁性部材に外部から磁界を印加して上記磁性部材の一部を不完全着磁に磁化させ予備着磁領域を形成する予備着磁手段と、
上記予備着磁領域が形成された上記磁性部材の磁化容易方向と平行に外部から磁界を印加して当該磁性部材を最大磁化まで完全着磁して上記永久磁石を形成する本着磁手段と、
上記本着磁手段の着磁中に、上記磁性部材に外部から印加する外部磁界と、上記磁性部材の上記予備着磁領域の磁化とを同時に測定し、これらの値から上記永久磁石の保磁力および上記永久磁石の角型比を検出する検出手段とを備えたものである。

この発明の永久磁石の特性検査方法および永久磁石の特性検査装置は、上記のように行われて構成されているため、
永久磁石の磁気特性を簡便に検査することができる。

この発明の実施の形態１の永久磁石の特性検査装置の構成を示す図である。 図１に示した永久磁石の特性検出装置における磁化曲線を示した図である。 保磁力と残留磁化との異なる磁石の磁化曲線を示した図である。 保磁力と残留磁化との異なる磁石の着磁時の磁化曲線を示した図である。 図４に示した磁化曲線を規格化して示した図である。 磁石の多磁区、単磁区の状況の変化における磁化曲線を示した図である。 保磁力の異なる磁石の磁化曲線を示した図である。 図７に示した保磁力の異なる磁石の保磁力と屈曲点との関係を示した図である。 一般的な希土類焼結磁石の減磁曲線を示した図である。 特性の異なる磁石の減磁曲線を示した図である。 図１０に示した特性の異なる磁石の磁化曲線を示した図である。 製造工程の異なる磁石の減磁曲線を示した図である。 図１２に示した特性の異なる磁石の磁化曲線を示した図である。 この発明の実施の形態１の永久磁石の特性検査方法を採用する回転子の構成を示した図である。 この発明の実施の形態１の永久磁石の特性検査方法を採用する他の回転子の構成を示した図である。 図１４に示した回転子と予備着磁手段との構成を示した図である。 図１４に示した回転子と本着磁手段との構成を示した図である。 図１４に示した回転子の予備着磁領域の構成を示した図である。 図１４に示した回転子と本着磁手段および検出手段との構成を示した図である。 図１４に示した回転子の本着磁時の磁力線の状態を示した図である。 この発明の実施の形態２の磁石と予備着磁の磁界との関係を示した図である。 磁石の平均的な磁化容易方向と磁界との関係を説明するための図である。 磁石の見かけ上の磁化を説明するための図である。

実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における永久磁石検査装置の構成を示す図、図２は着磁前、および、着磁時に検出する永久磁石の磁化曲線を示す図である。

図において、永久磁石１００の特性を測定する特性検査装置は、永久磁石１００を形成するための磁性部材としての磁石１に外部から磁界を印加して磁石１の一部を不完全着磁（以下、予備着磁として称する場合もある）に磁化させ予備着磁領域を形成する予備着磁手段としての予備着磁用電磁石２と、予備着磁領域が形成された磁石１の磁化容易方向と平行に外部から磁界を印加して磁石１を最大磁化まで完全着磁（以下、本着磁として称する場合もある）して永久磁石１００を形成する本着磁手段としての本着磁用電磁石４と、本着磁中に、磁石１に外部から印加する外部磁界と、磁石１の予備着磁領域の磁化とを同時に測定し、これらの値から永久磁石１００の保磁力および永久磁石１００の角型比を検出する検出手段２０とから構成される。

そして、磁石１は例えばネオジム焼結磁石にて形成される。予備着磁用電磁石２に電流を供給する直流電源３と、本着磁用電磁石４にパルス状の大電流を流すためのコンデンサ５を有する着磁電源６とを有している。検出手段２０には、本着磁用電磁石４により印加される磁界により誘起される電圧を検出する磁界検出コイル７と、本着磁用電磁石４により着磁対象である磁石１の予備着磁領域の磁化により誘起される電圧を検出する磁化検出コイル８と、磁界検出コイル７および磁化検出コイル８からの信号をそれぞれ受信して積分処理を行う信号処理回路部９と、この信号処理回路部９の積分信号を記憶する記憶部１０と、規格品磁化特性データを格納するデータ格納部１１と、記憶部１０の信号と、データ格納部１１の規格品磁化特性データとを比較して永久磁石１００の保磁力および角型比を判定する判定部１２とを備えている。

この検出手段２０においては、着磁対象である磁石１に完全着磁用の磁界が印加されると、磁石１の磁化の値に応じた磁束の時間微分信号、すなわち誘起電圧が磁化検出コイル８に誘起し、この時間微分信号が信号処理回路部９に含まれる積分器により時間積分することにより磁束の値が算出され、記憶部１０に保存される。また、磁界検出コイル７も同様に、完全着磁用の磁界の時間微分信号が磁界検出コイル７に誘起され、信号処理回路部９で時間積分することにより完全着磁時の外部磁界の値が算出され、記憶部１０に保存される。

尚、ここでは、磁石１に不完全着磁を行うために予備着磁用電磁石２を用いる例を示したが、これに限られることはなく、磁石１に不完全着磁を行うことができる予備着磁用の永久磁石を用いて同様に行うことができる。また、予備着磁用電磁石２に電流を流す手段として直流電源３を用いる例を示したが、これに限られることはなく、コンデンサを有するパルス電流を発生する着磁電源を用いても同様に行うことができる。また、完全着磁を行うために本着磁用電磁石４を用いる例を示したが、これに限られることはなく、磁石１を完全着磁することができる本着磁用の永久磁石を用いても同様に行うことができる。

また、本着磁用電磁石４にパルス電流を用いる例を示したが、これに限られることはなく、直流電流によって直流の磁界印加手段を用いてもよい。また、本実施の形態１においては、予備着磁用電磁石２と本着磁用電磁石４とを別々に構成する例を示したが、これに限られることはなく、同一の電磁石にて、電流を流す方向と、電流値を制御することにより不完全着磁と完全着磁との両方を行うように構成してもよい。

次に、上記のように構成された実施の形態１の磁石の着磁と、永久磁石の保磁力の検出方法とについて説明する。消磁状態の永久磁石１００すなわち磁石１の一部を、予備着磁用電磁石２に直流電源３から電流を流すことにより、完全着磁したい磁極（例えば、図１において上方向がＮ極）と逆の磁極（例えば、図１において下方向がＮ極）にわずかに磁化して予備磁化領域を作成する。ここでは、不完全着磁時の外部磁界を３ｋＯｅとする例にて説明する。但し、この外部磁界は３ｋＯｅより大きくても小さくても、完全着磁でなければ同様に行うことは可能である。

次に、本着磁用電磁石４内に磁石１を配置し、完全着磁を施し永久磁石１００を形成する。そして、完全着磁中の磁石１の予備着磁領域の磁化と、磁石１に外部から印加する外部磁界との関係（磁化曲線）が保存され、磁化曲線から保磁力を推定され、これと同時に、着磁が完了する。ここで、磁界検出コイル７および磁化検出コイル８によって検出され、保磁力の検知に用いる磁化曲線は、図２に示すようにＸ軸を外部磁界、Ｙ軸を磁化としたときの第１象限と第４象限のみとなる。尚、図２においては、不完全着時の磁化曲線は点線にて示している。

次に、保磁力の検知の原理と保磁力の検知方法とについて説明する。磁石１のネオジム焼結磁石は、平均粒径が５μｍ程度の多結晶体であり、完全に消磁された状態では粒子一つ一つの中は多数の磁区が存在し、互いの磁極が打ち消しあう多磁区構造を有している。このことにより磁石１の磁化は平均的にゼロになり、消磁状態となっている。完全に消磁された磁石１に外部から磁界を印加すると、外部磁界の方向と平行方向の磁区の体積が増加するため、磁石に磁化が生まれる。さらに大きな磁界を印加すると、粒子一つの中には外部磁界の方向と平行な方向の磁区が一つだけ存在する単磁区状態になり、磁界を取り去っても磁化を保持することになる。

ネオジム焼結磁石の保磁力の機構は核生成型であり、一度単磁区状態となった粒子は、上記磁区の磁化の方向と反対方向に外部磁界を印加し、磁界を増加させていくと、粒子の表面、すなわち粒子の界面から外部磁界の方向と平行な方向であり且つ粒子内の磁区の方向と反対方向の磁区の核が生成され、そこからわずかな磁界の増加で磁区が成長して磁石の磁化が減少する。このとき磁石の磁化がゼロになる外部磁界の値を保磁力と呼び、保磁力の値が大きいほど減磁しにくい。また、磁石の温度が高くなると、保磁力は減少する傾向があり、一般的には−０．４〜０．６％／℃で減少する。すなわち、室温での保磁力が高いものほど高温での保磁力が高い。

例えば、モータのように高温環境などで使用し、且つ、永久磁石に外部から磁界を印加することで駆動する機器に当該永久磁石を搭載する場合には、室温での保磁力が高いものほど高温で減磁がしにくいことになり、保磁力が高い永久磁石ほど、耐熱性が高いことを意味する。また、ネオジム焼結磁石の結晶であるＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ１は結晶磁気異方性を有しているため、理想的な結晶であれば物性値である異方性磁界の大きさまで、外部磁界を増加しなければ磁化は反転しない。但し、ネオジム焼結磁石のように多数の結晶の集合体である場合、結晶の界面である表面は不完全な結晶であるため、見かけの異方性磁界は小さくなり、結晶の界面から結晶内の単一の磁区の方向と反対方向の磁区の核が生成される。

上記に示したように、消磁状態の磁石を着磁する際には、多磁区状態の磁石が徐々に単磁区構造へ変化する過程を表しており、結晶粒が単一の磁区を有しない限りは保磁力とは無関係であるため、組成や熱処理温度などを調整することでさまざまな強さの保磁力を持つ磁石であっても着磁時の磁化曲線は一致する。ここで、図３に一般的なネオジム焼結磁石の減磁曲線を示す。縦軸に磁石の磁化を、横軸に磁石に印加する外部磁界をプロットしたものであり、ＢＨカーブトレーサによって取得されるＢＨカーブの第２象限を抜き出したものである。ここで、磁化がゼロになるときの外部磁界の値を保磁力（Ｈｃｊ）と呼び、外部磁界がゼロになるときの磁石の磁化を残留磁化と呼ぶ。

図３に示すように保磁力と残留磁化との両方が異なる磁石については、図４に示すように着磁時の磁化曲線が異なる。しかしながら、図４において磁化を残留磁化で規格化した場合、すなわち縦軸を「磁化／残留磁化」として図５に示すように磁化曲線を比較すると、本来、各保磁力の異なるのにもかかわらず、着磁時の磁化曲線は一致してしまう。したがって、消磁状態の磁石を着磁する際の磁化特性は、保磁力や減磁曲線とは無関係であり、保磁力や減磁曲線の良し悪しを確認（検査）することができない。

そこで、予め磁石を着磁したい方向と反対方向にわずかに予備着磁（不完全着磁）する。このことで、磁石内の一部の結晶粒が単磁区状態となり、保磁力を有することとなる。一般的な永久磁石の製造方法によれば、保磁力に大きく影響を及ぼす重希土類の量や結晶界面（結晶粒界）の状態は、磁石内部でほぼ均一であるため、磁石の一部を単磁区にすることで、磁石全体の保磁力を代表することが可能である。

次に、保磁力を検知する方法を説明する。これを、多磁区状態の結晶粒を着磁したときの磁化曲線と、単磁区状態の結晶粒を磁区の方向と反対方向に着磁したときの磁化曲線の模式図、および多数の多磁区状態の結晶粒と少数の単磁区状態の結晶粒とが混在した磁石の磁化曲線の模式図をそれぞれ示した図６を用いて説明する。図に示すように、多磁区状態の結晶粒は外部磁界が小さいうちに急峻に磁化が増加し、飽和する（図６（ａ））。また、単磁区状態の結晶粒は外部磁界が小さいうちは磁化が変化せず一定であり、外部磁界を増加させると上記単磁区状態の結晶粒の保磁力以上の外部磁界が印加されると磁化がゼロになり、その後さらに外部磁界を増加させていくと磁化が反転して外部磁界と同じ方向の単一の磁区に変化する（図６（ｂ））。

よって、磁石内部のほとんどが多磁区状態の結晶粒であり、一部が単磁区状態の結晶粒である場合には、一部の単磁区状態の結晶粒が磁化反転するため磁化曲線に屈曲点が生じる（図６（ｃ））。そして、単磁区状態の結晶粒の保磁力が大きい場合には、磁化反転するときの外部磁界の値が大きくなるため、屈曲点が生じる外部磁界の値が大きい方へシフトしていき、逆に保磁力が小さい場合には、屈曲点が生じる外部磁界の値が小さい方へシフトすることになる。

図７は残留磁化が同じで保磁力が異なる３種類の磁石について、実際に予め１．５ｋＯｅの外部磁界により磁石の一部を不完全着磁した後に、この不完全着磁と反対方向の磁界を印加して完全着磁したときの磁化曲線を示す。３種類の比較例としては、比較例１として、残留磁束密度１．３１Ｔ、保磁力１７．７ｋＯｅ、比較例２として残留磁束密度１．３１Ｔ、保磁力１４．１ｋＯｅ、比較例３として残留磁束密度１．３０Ｔ、保磁力１１．７ｋＯｅの磁石である。

図７から保磁力が高いほど、外部磁界に対して磁化の立ち上がりが緩やかになり、特に保磁力が１７．７ｋＯｅと高い磁石（比較例１）は屈曲点が特に明確に生じていることがわかる。図７の磁化曲線を微分し、傾き（すなわち透磁率）を算出すると、透磁率が最も高くなる外部磁界の値が屈曲点が生じる外部磁界の値である。図８に上記比較例１〜比較例３の磁石の磁化曲線において、透磁率が最も高くなる外部磁界、すなわち屈曲点が生じる外部磁界の値を横軸に、比較例１〜比較例３の磁石の保磁力を縦軸に採ると、これら両者の相関関係が得られた。

また、以上のように、予め磁石に磁界を印加して磁石の一部を単磁区状態とした後、前記磁界と反対方向の磁界を印加することにより、磁石を多磁区から単磁区状態へ変化させるとともに、予め単磁区となった磁石の一部の領域については単磁区から多磁区へさらに前記単磁区と反対方向の磁化方向に単磁区状態へ変化させることにより、生じる磁化曲線の屈曲点の位置を検出することで保磁力の違いを検知できる。このように、予め保磁力と屈曲点が生じる外部磁界の関係を取得しておくことで、屈曲点が生じる外部磁界から保磁力を推定することができる。

次に、永久磁石１００の角型比について説明する。図９は一般的な希土類焼結磁石の減磁曲線である。図９において、残留磁化が９０％となるときの外部磁界の値をＨｋと定義し、Ｈｋ／Ｈｃｊを角型比と定義した場合、角型比の小さな磁石ほど外部磁界に対して減磁しやすいことがよく知られている。例えば、保磁力（Ｈｃｊ）が同じ磁石であっても、角型比に差がある場合には、角型比が小さい磁石の方がより減磁しやすい。従来のように、磁石を抜き取り検査によって磁石の熱減磁率を評価する場合には、保磁力と熱減磁率との相関が得られないことがある。

これは磁石の減磁は保磁力以上の外部磁界を磁石に与えたときに起こるのではなく、上記のように保磁力よりも低い外部磁界で磁化が減少し始めるため、実際に磁石が回転電機などに用いられた場合に減磁しやすいかどうかは、保磁力と角型比となどの情報を含んだ減磁曲線を評価する必要がある。本発明によれば、保磁力のみを推定するだけでなく、上記角型比を含む減磁曲線についても推定可能である。

ここで、実施例１として保磁力（Ｈｃｊ）１６．９ｋＯｅ、Ｈｋ１５．７ｋＯｅ、角型比（Ｈｋ／Ｈｃｊ）９３％の磁石、実施例２として保磁力（Ｈｃｊ）１６．８ｋＯｅ、Ｈｋ１３．７ｋＯｅ、角型比（Ｈｋ／Ｈｃｊ）８１％の磁石、実施例３として保磁力（Ｈｃｊ）１７．７ｋＯｅ、Ｈｋ１４．３ｋＯｅ、角型比（Ｈｋ／Ｈｃｊ）８１％の磁石を用意した。このような上記実施例１〜実施例３の減磁曲線を図１０に示す。また、予備着磁磁界３ｋＯｅを上記各実施例１〜実施例３の磁石に印加した後、本着磁したときの磁化特性を図１１に示す。

図１１から明らかなように、実施例１と実施例２は保磁力は同じであるが、角型比が異なるため、角型比の小さい実施例２の磁化曲線は外部磁界に対して磁化の増加が大きいことがわかる。これは実施例１に比較して、実施例２の方が外部磁界に対して磁化の反転（単磁区状態が多磁区に変化し、さらに反対方向の磁化へ単磁区状態に変化する）が起きやすいことを意味し、減磁曲線において角型比が小さい（すなわち実施例１に比べて、実施例２では低い外部磁界で磁化の減少が始まる）ことと一致している。

尚、ここで結晶粒径が大きい磁石の場合は、予備着磁により単磁区状態に変化できなかった粒子が、本着磁により急激に本着磁時の外部磁界と同じ方向に磁化して、単磁区状態に変化していく場合も含まれる。この場合、粒子の大きさが大きいものほど粒子内の欠陥が存在する確率が高くなるため、単磁区状態から多磁区状態へ変化しやすく、粒子の大きさが大きいものほど保磁力が小さいと言える。

また、実施例１に比べて、実施例３の方が角型比は小さいが、保磁力は高い。図１１において、実施例３は外部磁界に対して磁化の増加が大きいが、ある程度外部磁界が大きくなると、実施例１の磁化曲線と交差し、実施例１に比べて、実施例３の磁化の増加が小さくなることがわかる。これは図１１に示す減磁曲線において、実施例３の磁化は外部磁界が低い値で減少が始まるが、外部磁界がある程度大きくなると磁化曲線が実施例１の磁化曲線と交差し、実施例３において磁化がゼロになる外部磁界の値（つまり保磁力）が大きくなることと一致している。

このように、本着磁時に取得した磁化特性から屈曲点が生じる外部磁界の値よりも小さい外部磁界の値のときと、大きい外部磁界の値のときとの磁化を読み取ることで、磁石の減磁曲線（保磁力、角型比）を推定するができる。すなわち、完全着磁時に磁化検出コイル８と磁界検出コイル７とにより磁化特性を取得し、屈曲点が生じる外部磁界の値、および、ある外部磁界のときの磁化の強さを、基準となる正常な磁石の磁化特性と比較することにより、保磁力と減磁曲線とを推定することができ、磁石が減磁しやすいかどうかをより正確に知ることができる。

例えば、図７において、保磁力１７．７ｋＯｅの磁石が正常な保磁力を有する磁石であり仕様を満たしている設定する。この場合、磁化曲線の屈曲点が生じる外部磁界の値、ここでは外部磁界の値１５ｋＯｅのときの磁化が１１ｋＧ以上である磁化曲線となる磁石は保磁力が低いと判断することができ、仕様を満たしていないと判断することができる。また、図１１において、実施例１が正常な保磁力、角型比を有する磁石である場合、磁化曲線の屈曲点（すなわち磁化曲線の傾きが高くなる）の外部磁界の値１５ｋＯｅよりも低い外部磁界の値１０ｋＯｅのときの磁化−４ｋＧ以上の場合は角型比が小さい（悪い）ことを表しており、屈曲点の外部磁界より大きい外部磁界２０ｋＯｅのときの磁化が２０ｋＧ以上の場合は保磁力が低いことがわかり、仕様を満たしていないことがわかる。

上記に示したように、予め正常な保磁力と角型比とを持つ永久磁石の磁化曲線を測定しておき、検査対象の永久磁石の磁化曲線と比較することで永久磁石の保磁力と角型比とを推定することができる。

具体的には、正常とされる磁石の磁化曲線において屈曲点が生じる外部磁界の値と、屈曲点が生じる外部磁界の値よりも大きい外部磁界のときの磁化の値に対して、検査対象の磁石の磁化が大きい場合には、検査対象の磁石は保磁力が正常とされる磁石に比べて低い（悪い）ことが推定できる。また、正常とされる磁石の磁化曲線において、屈曲点が生じる外部磁界の値よりも小さい外部磁界のときの磁化の値に対して、検査対象の磁石の磁化が小さい場合には、検査対象の磁石は角型比が正常とされる磁石に比べて小さい（悪い）ことが推定できる。

次に、本発明における保磁力の検査方法を適用した各実施例について以下に述べる。実施例４として、各製造工程において品質管理基準を満たした磁石とする。また、実施例５として、熱処理工程において熱処理温度が管理基準の５００℃に対して−５０℃ずれた４５０℃で熱処理した磁石とする。図１２は実施例４と実施例５との磁石の減磁曲線の測定結果である。実施例４は、図１２の減磁曲線の測定の結果、保磁力が−１６．８ｋＯｅであり、角型比が９３％であった。一方、実施例５は、図１２の減磁曲線の測定の結果、保磁力が−１６．３ｋＯｅであり、角型比が８１％であった。

実施例４と実施例５との磁石を、予備着磁用電磁石２に挿入して、磁石の磁化容易軸方向に平行であり、且つ着磁したい方向と反対方向に不完全着磁磁界３ｋＯｅを印加した。次に、本着磁用電磁石４にそれぞれを挿入し、磁化容易軸方向に平行且つ着磁方向に完全着磁磁界４０ｋＯｅを印加した。このとき、完全着磁時の磁界と磁石の磁化を磁界検出コイル７および磁化検出コイル８にてそれぞれ検出し、横軸に磁界を、縦軸に磁化を採り、両者をプロットしたグラフを図１３に示す。

実施例４は磁化が約−９ｋＧから徐々に増加し、本着磁磁界が１４．４ｋＯｅ付近で磁化がゼロになり、さらに本着磁磁界が大きくなると本着磁磁界が１４．８ｋＯｅ付近で磁化が約１．１ｋＧから約１１．４ｋＧ（本着磁磁界が１９．５ｋＯｅのとき）まで急激に増加し、さらに本着磁磁界が大きくなると徐々に飽和していることがわかる。また、このとき、図１３において実施例４は本着磁磁界が１６．２ｋＯｅ付近で本着磁磁界に対する磁化の増加率（すなわち透磁率）が最も大きくなり、比透磁率は約３．４であった。

また、実施例５において、磁化が約−９ｋＧから徐々に増加し、本着磁磁界が９．７ｋＯｅ付近で磁化がゼロになり、さらに本着磁磁界が大きくなると、本着磁磁界が１２．５ｋＯｅ付近で磁化が約３ｋＧから約１０ｋＧ（本着磁磁界が１６．６ｋＯｅのとき）まで急激に増加し、さらに本着磁磁界が大きくなると徐々に飽和していることがわかる。

また、このとき、図１３において実施例５は本着磁磁界が１５．４ｋＯｅ付近で本着磁磁界に対する磁化の増加率（すなわち透磁率）が最も大きくなり、比透磁率は約２．１であった。ここで、実施例４が磁石を製品に搭載した際に耐熱性の仕様を満足する磁石であり、実施例５が磁石を製品に搭載した際に耐熱性の仕様を満足しない磁石である。耐熱性の使用を満足しない磁石とは、製品使用時に製品に搭載した磁石が外部から磁界を印加されたり、熱を加えられたりして磁石が大きく減磁してしまうことを表す。

また、実施例４を基準磁石として、実施例５の磁石の耐熱性が仕様を満足するかどうかを検査する場合、透磁率が最も大きくなるときの実施例４の本着磁磁界の値１６．２ｋＯｅに比べて、実施例５では１５．４ｋＯｅと小さいため、実施例５の保磁力は仕様を満足しないと判定することができる。また、透磁率が最も大きくなる本着磁磁界よりも小さい領域では、実施例４の磁化の大きさに比べて、実施例５の磁化の大きさは全体的に正符号の方向へ存在している。ここで、図１３において、本着磁磁界１０ｋＯｅのとき、透磁率が最大となる付近の本着磁磁界１５ｋＯｅ、磁化の増加が飽和し始める２０ｋＯｅのときの磁化を読み取る。

すると、本着磁磁界１０ｋＯｅのときは、実施例４では磁化−３．８ｋＧに対して、実施例５では磁化＋０．５５ｋＧと正符号の方向に存在しており、本着磁磁界１５ｋＯｅのときは実施例４では磁化＋２ｋＧに対して、実施例５では磁化＋７ｋＧと正符号の方向に存在しており、本着磁磁界２０ｋＯｅのときは実施例４では磁化＋１２ｋＧに対して、実施例５では磁化＋１３ｋＧと正符号の方向に存在していることがわかる。したがって、実施例５の磁石は角型性、保磁力が実施例４に比べて劣っており、耐熱性の仕様を満足しないと判定することができる。尚、実施例４および実施例５において、予備着磁後に本着磁する際に磁化が同じ−９ｋＧから始まっている。これは、実施例４および実施例５がほぼ同様の結晶粒径を持つためである。

結晶粒径の異なる磁石に同じ磁界を印加すると、外部磁界と同じ方向の磁区が広がっていくが、結晶粒径が大きいものほど多磁区状態から単磁区状態になるために大きな外部磁界が必要となる。したがって、製造工程の変動により結晶粒径が異なる磁石に、同じ予備着磁を印加すると、結晶粒径が大きい磁石ほど本着磁磁界の開始点の磁化がゼロに近づくことになる。

次に、生産ラインにおいて本発明の永久磁石の特性検出方法（永久磁石の保磁力の検査方法）を適用する場合について述べる。磁石を着磁する場合、電磁石の中に磁石を一つ配置し、電磁石にパルス状の電流を流すことによりパルス状の磁界を磁石に印加することにより着磁が行われる。このとき、磁石内の結晶粒は多磁区状態から単磁区状態へ全て変化し、磁化が飽和していることが必要である。多磁区状態の結晶粒が残っていると外部磁界を取り去った後に、磁石が外部に発生する磁束が小さくなり、回転電機などに磁石を用いる場合には、トルクの低下や固定子の界磁により減磁しやすくなる。このため、完全着磁により完全に磁化させる必要がある。また、磁石を着磁する方法としては、上記のように磁石を一つ一つ着磁する方法以外に、回転子の鉄心に磁石（磁性部材）を装着した状態で、複数の磁石を一度に着磁する方法が行われる。これは、複数の磁石を一度に着磁するため、着磁に要する作業時間を短縮するためである。

図１４に複数の磁石が装着された回転子の平面図を示す。回転軸３３を中心に回転する回転子３０は、鉄心３１と、鉄心３１の外周の周方向に等間隔に複数の磁石３２を備えている。尚、本実施の形態１の磁石３２は鉄心３１の外周に配設されているが、図１５に示すように、鉄心３１の周方向に等間隔に複数の空孔を設けて、当該各空孔内に磁石３２をそれぞれ装着して配設してもよい。このように複数の磁石３２を一度に着磁する場合には、回転子３０の磁極に対向するように回転子３０の外周に電磁石をそれぞれ設けて、パルス磁界を磁石３２に印加することで、複数の磁石３２を一度に着磁する。このとき、回転子３０に配設された磁石３２は、周方向に交互に磁極の向きが変わるように（外周に向かってＮ極とＳ極が交互に変わるように）着磁される。

図１６は本実施の形態の予備着磁時の回転子と予備着磁手段との位置関係を示す平面図、図１７は本実施の形態の本着磁時の回転子と本着磁手段との位置関係を示す平面図である。まず、図１６に示すように、バックヨーク２００に回転子３０の周方向に等間隔に配設された磁石３２と対向する側に予備着磁用電磁石２０１をそれぞれ設置して予備着磁工程を行う。回転子３０の周方向に等間隔に配設された磁石３２と対向する側に磁石３２の周方向の長さよりも短い領域、すなわち磁石３２の一部に予備着磁領域３２ａを形成する。そして、図１８に示すように、回転子３０の外周側から磁石３２を見た場合、予備着磁領域３２ａは磁石３２の周方向よりも小さければよい。また、回転子３０の軸方向に対しては、図１８（ａ）に示すように、磁石３２の全て予備着磁して予備着磁領域３２ａを形成してもよいし、図１８（ｂ）に示すように、磁石３２の一部を予備着磁して予備着磁領域３２ａを形成してもよい。

次に、図１７および図１９に示すように、バックヨーク４００に回転子３０の周方向に等間隔に配設された磁石３２と対向する側に本着磁用電磁石４０１をそれぞれ設置して回転子３０の本着磁工程を行う。このとき、本着磁時に磁石３２の予備着磁領域３２ａの磁化の変化を検出するため、予備着磁領域３２ａの軸方向において合わせた同サイズ（図１８（ｂ）の場合について）の磁化検出コイル８０を設けている。また、本着磁時工程の着磁磁界を計測するための磁界検出コイル７０を設けている。

磁界検出コイル７０は磁化検出コイル８０と同じ位置に設けてもよく、好ましくは図１９に示すように、磁石３２の磁化の変化の影響を受けにくい位置、回転子３０の軸方向の下端に設けることが望ましい。そして、磁化検出コイル８０は回転子３０に配設された複数の磁石３２の一つ一つに対応してそれぞれ設けられている。また、磁界検出コイル７０は磁石３２の一つ一つに対応してそれぞれ設けることも可能であるが、１つの磁石３２に対してのみ設置することも可能である。尚、磁界検出コイル７０は、磁石３２の一つ一つに対応して設置する方が、正確に検出することができる。

そして、本着磁工程時に予備着磁領域３２ａの磁化を磁化検出コイル８０で検出し、本着磁用電磁石４０１により磁石３２に印加される着磁磁界を磁界検出コイル７０で検出し、磁化と外部磁界との関係を取得する。そして、上記にて示したような予備着磁領域３２ａの磁化特性を知ることができる。この際、予備着磁工程により着磁される磁極の方向と、本着磁工程により着磁される磁極の方向は反対方向として形成する。

次に、予備着磁領域３２ａを、磁石３２の回転子３０の周方向の中心部に配置する理由について説明する。図２０は、本着磁時に本着磁用電磁石４０１内に配置された回転子の平面図である。本着磁用電磁石４０から発生する磁力線（図中において太線矢印にて示す）の模式図を併記しているが、一つの電磁石から発生した磁力線は隣接する本着磁用電磁石４０１に向かって流れ込むように発生する。回転電機に用いられる磁石３２は、多くの場合、図２０に示すように磁化容易方向Ｅを持っており、磁化容易方向Ｅと直交する方向にはほとんど着磁できない。

したがって、回転子に配設された磁石の周方向端部（図２０のＡ部）は、磁力線の方向が磁化容易方向Ｄに対して角度θ分だけずれているため、Ｃｏｓθの成分のみが着磁に寄与することになり、着磁磁界が磁石の周方向中心部（図２０のＢ部）に比べて弱くなる。よって、磁石３２の周方向端部は中心部に比べて着磁しにくいことになる。

通常、ネオジム焼結磁石の場合、着磁磁界は約２０〜３０ｋＯｅ必要であることが知られており、一度着磁された磁石（単磁区状態になった磁石）を反対方向に着磁する際には、上記磁石の保磁力に加えて２０〜３０ｋＯｅの着磁磁界が必要になる。着磁器は導線径が数ｍｍの導線を着磁器のヨークに数ターン巻き回し、数ｋＡ〜数十ｋＡの大電流を流す方法が用いられるが、大電流を流すために導線の発熱や導線に電磁力がかかり、あまり大きな電流を流すと導線が引きちぎられたりして着磁器が破損してしまう。したがって、通常、回転子に配設された磁石の数が多く、小径の回転子の場合には、磁石の回転子の周方向端部の領域は２０〜３０ｋＯｅ程度しか流すことはできない。

ここで、保磁力が２０ｋＯｅの磁石を本着磁する場合の磁界解析した結果について述べる。Ｂ部の着磁磁界は５０ｋＯｅ、Ａ部の着磁磁界は４０ｋＯｅであるが、Ａ部はθ＝３７°であった。Ａ部の着磁磁界のおいて、磁石３２の磁化容易方向Ｄと配向な成分は４０×Ｃｏｓ（３７°）＝３３ｋＯｅ程度しかないため、磁石３２の保磁力に加えてＡ部は＋３０ｋＯｅであるが、Ｂ部は＋１３ｋＯｅしかないため、Ｂ部は本着磁により完全に単磁区状態へ着磁することできない。

したがって、本発明のように予備着磁によって磁石の一部を単磁区状態にした後に本着磁する場合、上記のような着磁器により一度に複数の磁石を着磁する手段では着磁しにくい領域は最大磁化まで完全に着磁されないため、予備着磁領域を着磁器からの着磁磁界が大きい磁石の中央部に配置することが望ましい。

上記のように構成され検出された実施の形態１の永久磁石の特性検査方法および永久磁石の特性検査装置によれば、磁石の一部を予め予備着磁した後、反対方向の磁極の向きに本着磁し、本着磁時の着磁磁界を磁界検出コイルで、磁石の磁化を磁化検出コイルにより検出し、本着磁時の磁化特性を取得することできる。また、磁化特性に生じる屈曲点（磁化曲線に現れるひずみ）の位置により、磁石の保磁力を推定することができる。

また、磁石を着磁と同時に保磁力、または減磁曲線を推定することで、着磁と耐熱性の検査の工程を集約することができ、検査工程を新たに設けることがないため、工数が増加することがなく、作業時間が増えることがない。
また、本着磁と同時に保磁力、または減磁曲線を検査するため、検査した磁石は全て使用することができ、磁石を廃棄するなどのムダがない。
さらに、検査した磁石を全て使用できるため、全数検査が可能となり磁石を搭載する製品の品質をより安定化することができる。

また、回転電機などの回転子に複数の磁石を配設した状態で予備着磁後に本着磁することにより、複数の磁石を同時に検査することが可能であるため、複数の磁石を検査する工数を削減することができる。
また、着磁と同時に着磁曲線を取得することで、永久磁石を減磁させることなく保磁力を推定することできる。

実施の形態２．
図２１はこの発明の実施の形態２における予備着磁時の磁石と予備着磁時の磁界との関係を示す。本実施の形態２では、予備着磁工程において、磁石１の磁化容易方向Ｅ（ここで言う、磁化容易方向Ｅとは磁石１全体として平均的に磁化が容易となる方向を言う）に直交する方向に磁界Ｆを印加する例について説明する。予備着磁工程以後の工程については、上記実施の形態１と同様であるため、その説明は適宜省略する。

ネオジム焼結磁石の結晶は、結晶構造に異方性を持っているため、外部磁界によって磁化されやすい磁化容易方向Ｅと、磁化されにくい磁化困難方向Ｆとがある。この磁化困難方向Ｆとは、磁化容易方向Ｅに対して垂直な方向である。また、磁石１を本着磁するときには、磁化容易方向Ｅに平行に磁界を印加する。

ネオジム焼結磁石の製造工程では、微粉砕により得られた磁石粉末に外部磁界を印加しながら圧縮成形することで、磁石粉末の磁化容易方向を一方向に揃え、その後、焼結により多結晶の磁石を作る。しかし、磁石粉末はいびつな形状をしているため、圧縮成形工程で、それぞれの磁石粉末のそれぞれの磁化容易方向が、それぞれ異なる。よって、磁石粉末毎では、外部磁界の方向に対してずれた状態で固着されることとなる。これはＨＤＤＲ法によって作られた磁石においても同様に、多結晶体から構成されため、それぞれの結晶の磁化容易方向はわずかにずれている。

図２２は、磁石の平均的な磁化容易方向Ｅと直交方向に磁界Ｆを印加したときの、磁石の各結晶粒の磁化の様子を示す模式図である。上述した理由により、磁石の中にはＷやＺの結晶粒のように、結晶の磁化容易方向が磁界Ｆと垂直な方向となる結晶粒と、ＸやＹの結晶粒のように結晶の磁化容易方向Ｘ１、Ｙ１が磁界Ｆに垂直な方向からずれている結晶粒とが混在している。よって、ＷやＺの結晶粒は、磁界Ｆが印加されても磁化されない。また、ＸやＹの結晶粒は磁界Ｆが印加されると、その磁界Ｆの磁化容易方向成分により磁化され、その成分がある程度大きいと単磁区状態へ変化する。

そのとき、粒子の磁化容易方向Ｅの磁界Ｆに垂直な方向に対して、どちらの方向に傾いているかで、粒子の磁化の方向が変わる。例えば、Ｘの結晶粒は図の上向きの方向Ｘ２に、Ｙの結晶粒は下向きの方向Ｙ２に磁化された単磁区粒子になる。したがって、磁石の平均的な磁化容易方向Ｅに磁界Ｆが印加された磁石内には、着磁方向とそれと逆方向に磁化された単磁区状態が両方存在することになり、磁石全体では磁化は見かけ上ゼロとなる。

このため、磁石の平均的な磁化容易方向Ｅに磁界Ｆを印加する場合、着磁方向を考慮することなく、単磁区粒子を生成することができる。したがって、上記実施の形態１のように予備着磁時に本着磁と反対の方向に磁界を印加する方法に比べて、着磁前にＮ極とＳ極の管理をしなくてよいという利点がある。

また、本実施の形態２では着磁方向に直流の磁界を印加しているが、着磁前にＮ極とＳ極の管理をしなくてもよいため、交流磁界や交流減衰磁界を印加してもよい。また、このような着磁方向と、それと逆方向に磁化された単磁区状態を両方存在させる方法として、磁化容易軸に平行な方向の磁界を正負交互に減衰するように磁界を印加する（磁石の一方の面の磁極がＮ極とＳ極になるように交互に減衰するように磁界を印加する）方法も採用することができる。

正負交互に減衰する交流減衰磁界を印加する場合について説明する。図２３は磁石の磁化容易方向に平行な方向に正負交互に減衰する交流減衰磁界を印加したときの磁化と外部磁界との関係を示す図である。交流減衰磁界を印加すると、磁石は外部磁界によって磁化を保つが、磁化された方向と逆方向に外部磁界を与えると磁化は減少する。そして、減衰する磁界によって上記を繰り返すと、図に示すように、磁化は徐々に減少し、ゼロに近づいていく。このとき、磁石の中では、本着磁の着磁方向とそれと反対方向に着磁された単磁区状態が両方存在し、平均的には磁石全体ではＮ極とＳ極に着磁された結晶の数がほぼ同数存在し、見かけ上の磁化がほぼゼロになる。このことより、着磁前にＮ極とＳ極の管理をしなくてもよいことを確認することができる。

上記のように構成され検出された実施の形態２の永久磁石の特性検査方法および永久磁石の特性検査装置によれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、予備着磁工程にて印加する磁界の方向と、上記本着磁工程にて印加する磁界の方向とは、直交位置関係と設定するため、予備着磁工程における磁極の管理を行う必要がない。また、そのことにより、予備着磁工程において、交流減衰する磁界を用いることが可能となる。

尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 磁石、２ 予備着磁用電磁石、４ 本着磁用電磁石、２０ 検出手段、
３０ 回転子、３２ 磁石、３２ａ 予備着磁領域、１００ 永久磁石、
２０１ 予備着磁用電磁石、４０１ 本着磁用電磁石。

Claims (12)

1. 永久磁石の特性を検出する永久磁石の特性検出方法において、
   上記永久磁石を形成するための磁性部材に外部から磁界を印加して上記磁性部材の一部を不完全着磁に磁化させ予備着磁領域を形成する予備着磁工程と、
   上記予備着磁領域が形成された上記磁性部材の磁化容易方向と平行に外部から磁界を印加して当該磁性部材を最大磁化まで完全着磁して上記永久磁石を形成する本着磁工程と、
   上記本着磁工程中に、上記磁性部材に外部から印加する外部磁界と、上記予備着磁領域の磁化とを同時に測定し、これらの値から上記永久磁石の保磁力および上記永久磁石の角型比を検出する永久磁石の特性検出方法。
2. 上記本着磁工程中の上記外部磁界と上記磁化との磁化曲線において、屈曲点が生じる時点の当該外部磁界の値、または、上記屈曲点が生じる時点の当該磁化の値から上記永久磁石の保磁力を検出する請求項１に記載の永久磁石の特性検出方法。
3. 上記本着磁工程における上記外部磁界と上記磁化との関係から、上記外部磁界の透磁率を算出し、上記透磁率のピーク値から上記永久磁石の保磁力を検出する請求項１または請求項２に記載の永久磁石の特性検出方法。
4. 上記本着磁工程において、上記磁性部材に印加する磁界の方向は、上記予備着磁工程で印加する磁界の方向と反対方向である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の永久磁石の特性検出方法。
5. 上記予備着磁工程にて印加する磁界の方向と、上記本着磁工程にて印加する磁界の方向とは、直交位置関係である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の永久磁石の特性検出方法。
6. 上記予備着磁工程において印加する磁界は、交流減衰する磁界を用いる請求項５に記載の永久磁石の特性検出方法。
7. 回転電機の回転子の周囲に複数配設された永久磁石の特性を測定する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の永久磁石の特性検出方法において、
   各上記永久磁石を形成するための上記磁性部材は、上記回転子の周囲に複数配設され、
   上記予備着磁工程および上記本着磁工程を、各上記永久磁石を形成するための各上記磁性部材の全てに対して同時に実施し、
   上記本着磁工程中に、上記磁性部材に外部から印加する外部磁界と、各上記磁性部材の各上記予備着磁領域の全ての磁化とを同時に測定し、これらの値から各上記永久磁石の保磁力および各上記永久磁石の角型比の全てを検出する永久磁石の特性検出方法。
8. 請求項７に記載の永久磁石の特性検出方法において、
   上記予備着磁工程において、各上記磁性部材の上記回転子の周囲方向において中央部のみに各上記予備着磁領域をそれぞれ形成する永久磁石の特性検出方法。
9. 請求項７または請求項８に記載の永久磁石の特性検出方法において、
   上記本着磁工程中に、各上記磁性部材の外部磁界の全てをそれぞれ検出する永久磁石の特性検出方法。
10. 永久磁石の特性を測定する永久磁石の特性検出装置において、
    上記永久磁石を形成するための磁性部材に外部から磁界を印加して上記磁性部材の一部を不完全着磁に磁化させ予備着磁領域を形成する予備着磁手段と、
    上記予備着磁領域が形成された上記磁性部材の磁化容易方向と平行に外部から磁界を印加して当該磁性部材を最大磁化まで完全着磁して上記永久磁石を形成する本着磁手段と、
    上記本着磁手段の着磁中に、上記磁性部材に外部から印加する外部磁界と、上記磁性部材の上記予備着磁領域の磁化とを同時に測定し、これらの値から上記永久磁石の保磁力および上記永久磁石の角型比を検出する検出手段とを備えた永久磁石の特性検出装置。
11. 回転電機の回転子の周囲に複数配設された永久磁石の特性を測定する請求項１０に記載の永久磁石の特性検出装置において、
    各上記永久磁石を形成するための上記磁性部材は、上記回転子の周囲に複数配設され、
    上記予備着磁手段および上記本着磁手段は、各上記磁性部材に対応する位置の全てに配設され、
    上記検出手段は、各上記磁性部材の各上記予備着磁領域の磁化の全てをそれぞれ検出する永久磁石の特性検出装置。
12. 上記検出手段は、各上記磁性部材の外部磁界の全てをそれぞれ検出する請求項１１に記載の永久磁石の特性検出装置。

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