WO2012157637A1 - 磁力特性算出方法、磁力特性算出装置及びコンピュータプログラム - Google Patents

磁力特性算出方法、磁力特性算出装置及びコンピュータプログラム Download PDF

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WO2012157637A1
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coercive force
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棗田　充俊
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日立金属株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/038—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using permanent magnets, e.g. balances, torsion devices
    • G01R33/0385—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using permanent magnets, e.g. balances, torsion devices in relation with magnetic force measurements
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    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0253—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets
    • H01F41/0293—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets diffusion of rare earth elements, e.g. Tb, Dy or Ho, into permanent magnets

Definitions

  • the present invention relates to a method for storing magnet information and calculating the magnetic force characteristics of the magnet by a calculation means, and in particular, the magnetic force characteristics inside the magnet introduced by diffusing heavy rare earth elements such as dysprosium from the surface of the magnet.
  • the present invention relates to a magnetic force characteristic calculation method, a magnetic force characteristic calculation device, and a computer program that can accurately calculate a demagnetization characteristic.
  • Nd—Fe—B based sintered magnets are used in various devices, particularly hard disk drives or various motors.
  • the Nd—Fe—B based sintered magnet When the Nd—Fe—B based sintered magnet is exposed to a high temperature or a demagnetizing field is applied, the residual magnetic flux density may decrease (demagnetization).
  • This demagnetization includes “reversible demagnetization” that recovers when the temperature is returned to room temperature and “irreversible demagnetization” that does not recover.
  • the temperature of the usage environment varies, and it is required that irreversible demagnetization does not occur even when a demagnetizing field is applied at a high temperature.
  • Patent Document 1 discloses a technique for diffusing heavy rare earth elements such as dysprosium from the magnet surface into the magnet. Thereby, it is possible to manufacture a high-performance permanent magnet with improved coercive force while suppressing a decrease in the residual magnetic flux density of the entire permanent magnet.
  • Patent Documents 3 to 5 disclose methods for evaluating demagnetization of permanent magnets.
  • the coercive force of the Nd-Fe-B sintered magnet in which a heavy rare earth element such as dysprosium is introduced from the surface and diffused into the outer shell or inside of the main phase, is particularly high near the surface of the magnet. And heterogeneous.
  • the coercive force changes nonlinearly with respect to the temperature change, and the demagnetizing field is different at each part. Therefore, the demagnetizing factor is different at each part. Therefore, in order to accurately determine the demagnetization factor of a Nd—Fe—B sintered magnet in which heavy rare earth elements are unevenly distributed from the magnet surface to the main phase outer shell, the demagnetization factor is different for each part having a different coercive force inside the magnet. Need to get.
  • Each of the techniques disclosed in Patent Documents 3 to 5 is a method for obtaining the demagnetization factor for each part in the magnet, but the initial value is calculated from the magnetic flux density and demagnetization factor of the whole magnet measured in bulk. It was the composition to do.
  • the inventor estimated the distribution of the coercive force in the magnet after the diffusion treatment using information on the known increase in coercive force of the magnet in which dysprosium was diffused, and as a result, the measured value could be reproduced with high accuracy. I got the knowledge. If the coercive force distribution before demagnetization in the Nd—Fe—B based sintered magnet in which the heavy rare earth element is diffused can be estimated, it is possible to accurately calculate the demagnetization factor in different portions in the subsequent magnet.
  • the present invention has been made on the basis of such knowledge, and accurately calculates the distribution of the coercive force increase amount inside the magnet introduced by diffusing heavy rare earth elements from the surface to the inside, and the magnetic force characteristics inside the magnet, particularly the demagnetization characteristics. It is an object of the present invention to provide a magnetic property calculation method, a magnetic property calculation device, and a computer program that can be performed.
  • the magnetic force characteristic calculation method is a method for obtaining magnetic force characteristics in a magnet introduced by diffusing heavy rare earth elements from the surface to the inside.
  • Information on the introduction amount-coercivity increase amount characteristic indicating the diffusion condition information including the diffusion coefficient, diffusion flux and processing time in the diffusion of heavy rare earth elements is stored in advance, and the size and shape of the magnet are determined.
  • the first step of receiving the shape information shown the second step of receiving the introduction surface information corresponding to the received shape information, the diffusion equation based on the stored diffusion condition information, Third step of calculating the introduction amount distribution in the magnet, the calculated introduction amount distribution, and the stored introduction amount-coercivity increasing amount characteristic information
  • the basis characterized in that it comprises a fourth step of calculating the distribution of the coercive force increase due to the introduction to diffuse the heavy rare earth elements in said magnet.
  • the magnetic characteristic calculation method according to the present invention is characterized in that the diffusion coefficient is expressed as a function of concentration dependency of the introduced heavy rare earth element.
  • the magnetic characteristic calculation method prestores and stores a magnetization curve before heavy rare earth element diffusion and temperature coefficient information indicating a coercivity change rate with respect to a temperature change of a magnet different for each coercive force.
  • the method further includes a seventh step of calculating a demagnetization factor at the predetermined first temperature after demagnetization is applied.
  • the magnetic characteristic calculation method includes an eighth step of calculating demagnetization characteristics at different temperatures of the magnet based on the distribution of the coercive force increase calculated in the fourth step, and the demagnetization factor of the magnet is predetermined.
  • the method further includes a ninth step of specifying a demagnetization temperature that is equal to or less than the ratio.
  • the magnetic characteristic calculation apparatus is a magnetic characteristic calculation apparatus for obtaining magnetic characteristics in a magnet introduced by diffusing heavy rare earth elements from the surface to the inside.
  • Storage means for storing introduction amount-coercivity increase amount characteristic information indicating the characteristics of the amount, and diffusion condition information including diffusion coefficient, diffusion flux and processing time in diffusion of heavy rare earth elements, size of the magnet Means for accepting shape information indicating the shape and shape, means for accepting introduction surface information corresponding to the accepted shape information, introduced using a diffusion equation based on information on the diffusion conditions stored in the storage means Means for calculating the introduction amount distribution of heavy rare earth elements in the magnet, and the calculated introduction amount distribution and the introduction amount stored in the storage means ⁇
  • the magnetic force increment characteristic information characterized in that it comprises a coercive force increase amount distribution calculating means for calculating a distribution of the coercive force increase due to the heavy rare earth element has been introduced by diffusion in the inside magnet.
  • the magnetic characteristic calculation apparatus stores in advance a magnetization curve before heavy rare earth element diffusion and temperature coefficient information indicating a coercivity change rate with respect to a temperature change of a magnet different for each coercive force, And means for calculating a magnetization curve at a predetermined first temperature of the magnet based on the magnetization curve and the distribution of the coercive force increase calculated by the coercive force increase distribution calculating means, And means for calculating a magnetization curve at a predetermined second temperature based on the stored information of the temperature coefficient, and a different demagnetizing field is applied to each part at the second temperature based on the calculated magnetization curve.
  • the apparatus further comprises means for calculating a demagnetizing factor at the predetermined first temperature after magnetizing.
  • the magnetic force characteristic calculation apparatus includes means for calculating demagnetization characteristics at different temperatures of the magnet based on the distribution of coercive force increase calculated by the coercive force increase distribution calculating means, and The apparatus further includes means for specifying a demagnetization temperature at which the demagnetization factor is equal to or lower than a predetermined rate.
  • the computer program according to the present invention diffuses and introduces the magnetic characteristics of the magnet introduced by diffusing heavy rare earth elements from the surface into the computer with the storage means with respect to the introduction amount of the heavy rare earth elements stored in the storage means.
  • the amount of coercivity increase due to the introduction-coercivity increase amount characteristic information, and the diffusion condition information including the diffusion coefficient, diffusion flux and processing time in the diffusion of heavy rare earth elements are calculated.
  • a computer program comprising: a first step of acquiring shape information indicating the size and shape of the magnet; a second step of acquiring introduction surface information corresponding to the shape information; and the stored diffusion
  • a fourth step of calculating is executed.
  • the computer program according to the present invention further uses a storage means that stores a magnetization curve before diffusion of the heavy rare earth element and information on a temperature coefficient indicating a coercivity change rate with respect to a temperature change of a magnet different for each coercivity, A fifth step of calculating a magnetization curve at a predetermined first temperature of each part of the magnet based on the magnetization curve stored in the computer and the distribution of the increase in coercive force calculated in the fourth step; And a sixth step of calculating a magnetization curve at a predetermined second temperature based on the stored magnetization coefficient and the stored temperature coefficient information, and a second curve based on the magnetization curve calculated in the sixth step.
  • a seventh step of calculating a demagnetization factor at the predetermined first temperature after a different demagnetizing field is applied to each part and demagnetized is further performed.
  • the computer program according to the present invention includes an eighth step of calculating demagnetization characteristics of the magnet at different temperatures based on the distribution of the coercive force increase calculated in the fourth step, and a demagnetizing factor of the magnet.
  • a ninth step of specifying a demagnetization temperature at which the value becomes a predetermined rate or less is further performed.
  • a diffusion equation is used based on information on diffusion conditions (diffusion coefficient, diffusion flux, and processing time) corresponding to information on the shape of a magnet for which magnetic properties are calculated and information on the introduction surface of a heavy rare earth element such as dysprosium.
  • diffusion coefficient diffusion coefficient
  • diffusion flux diffusion flux
  • processing time processing time
  • the distribution of the introduction amount of heavy rare earth elements in the magnet is calculated.
  • the distribution of the increase in coercive force due to diffusion of heavy rare earth elements in the magnet is obtained.
  • the diffusion coefficient which is one of the diffusion conditions is indicated by a function having the concentration of the introduced heavy rare earth element as a parameter, and is used in the diffusion equation when calculating the distribution of the introduced amount.
  • a predetermined first temperature at each part of the magnet after diffusion is obtained.
  • a magnetization curve at for example, room temperature
  • each of the magnets after diffusion is determined based on the temperature coefficient information indicating the coercivity change rate with respect to the temperature change stored for each different coercivity from the obtained magnetization curve.
  • a magnetism curve at a predetermined second temperature (for example, a heating temperature) at a part is obtained, and further, after the magnetic field returns to the first temperature (normal temperature) after a different demagnetizing field is applied at the predetermined second temperature
  • the magnetization curve (magnetic force characteristic) of each part is obtained. Thereby, it becomes possible to calculate the demagnetization factor of the whole magnet with high accuracy.
  • a predetermined first temperature for example, room temperature
  • the demagnetization factor of the entire magnet at the first temperature when demagnetization is applied by applying different demagnetization fields at a plurality of second temperatures having different coercive forces, and the demagnetization temperature that is not more than a predetermined rate is specified.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a relationship between a Dy introduction amount and a coercive force increase amount, which is an example of the contents of a Dy introduction amount- ⁇ HcJ database. It is a graph which shows the example of correction of a JH curve.
  • DELTA coercive force increase amount
  • the magnetic property calculation method is executed by a computer to operate as a magnetic property calculator, and dysprosium (hereinafter referred to as Dy) is diffused as a heavy rare earth element.
  • Dy dysprosium
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the magnetic force characteristic calculation apparatus 1 in the present embodiment.
  • a personal computer is used for the magnetic force characteristic calculation apparatus 1 in the present embodiment.
  • the magnetic characteristic calculation device 1 controls the operation of each component and performs a calculation, a storage unit 11 that stores various information, a temporary storage unit 12 that is used for processing of the calculation unit 10,
  • a reading unit 13 that reads information from the portable recording medium 2 and an input / output device such as a display 14, a keyboard 15, a mouse 16, and an operation unit 10 are provided.
  • the calculation unit 10 uses a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro Processing Unit), or the like.
  • the computing unit 10 reads and executes the magnetic property calculation program 1P stored in the storage unit 11. Thereby, the arithmetic unit 10 executes each process for calculating the magnetic property of the Nd—Fe—B based sintered magnet used for the design.
  • the storage unit 11 uses an external storage device such as a hard disk or a solid state drive.
  • the storage unit 11 stores the above-described magnetic force characteristic calculation program 1P, and the Dy introduction amount- ⁇ HcJ database (introduction amount), which will be described later, so that the calculation unit 10 can refer to it when calculating the magnetic force characteristic.
  • -Coercive force increase amount characteristic information 111 and diffusion condition database (information on diffusion conditions including diffusion coefficient, diffusion bundle, and processing time in diffusion processing of heavy rare earth elements such as Dy) 112 are stored.
  • the temporary storage unit 12 uses a volatile random access memory such as DRAM (Dynamic Random Access Memory), SRAM (Static RAM) or the like.
  • the temporary storage unit 12 temporarily stores various information generated by the processing of the calculation unit 10 such as the magnetic force characteristic calculation program 1P read from the storage unit 11.
  • the reading unit 13 can read data from the portable recording medium 2 such as a DVD, a CD-ROM, or a flexible disk.
  • a magnetic property calculation program 2P for operating the computer as the magnetic property calculation device 1 is recorded.
  • the magnetic property calculation program 1P stored in the storage unit 11 may be a copy of the magnetic property calculation program 2P read from the portable recording medium 2 by the reading unit 13 by the calculation unit 10.
  • the I / F 17 is a process for outputting image information output by the calculation unit 10 to the display 14 as described later, a process for detecting information input by the keyboard 15 and notifying the calculation unit 10, and an input by the mouse 16.
  • the process etc. which detect the information to be notified and notify to the calculating part 10 are performed.
  • An operator (engineer) who operates the magnetic force characteristic calculation device 1 to design a magnet and a product using the magnet uses the keyboard 15 and the mouse 16 to input information about the magnet used by the operator for the design. It is possible to cause the calculation unit 10 to calculate the characteristics of the magnet.
  • a demagnetization factor due to heat and a demagnetizing field is calculated as a magnetic characteristic of an Nd—Fe—B based sintered magnet that diffuses heavy rare earth elements such as Dy.
  • the process of specifying the maximum temperature (demagnetization temperature) that is equal to or lower than the demagnetization factor will be described.
  • Dy will be described as an example of the diffused rare earth element.
  • the arithmetic unit 10 obtains the distribution of the increase amount ( ⁇ HcJ) of the coercive force (HcJ) after Dy diffusion in the magnet whose characteristics are to be calculated.
  • the calculation unit 10 obtains the coercive force (HcJ) distribution in the magnet based on the coercive force of the base material before diffusion, identifies the JH curve in each part, and determines the predetermined temperature ( When used at a predetermined second temperature, for example, 100 ° C., the demagnetization factor after returning to normal temperature (the predetermined first temperature, for example, 20 ° C.) is calculated. Furthermore, the calculating part 10 specifies the demagnetization temperature which becomes below a predetermined demagnetization factor.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure in which the calculation unit 10 of the magnetic force characteristic calculation apparatus 1 according to the present embodiment calculates the magnetic force characteristic of the magnet after Dy diffusion.
  • the calculation unit 10 creates a screen for inputting or selecting shape information indicating the size and shape of the magnet, and outputs the screen to the display 14 via the I / F 17, and the magnet shape information is input to the I / F using the keyboard 15 and the mouse 16. Accept through F17 (step S1).
  • the calculation unit 10 creates a screen for inputting or selecting introduction surface information indicating from which surface of the magnet the Dy is diffused and introduced, and outputs the screen to the display 14 via the I / F 17, and the keyboard 15 and the mouse 16.
  • the introduction surface information is received via the I / F 17 (step S2).
  • the magnet shape information received in step S1 is, for example, mesh information (node / element information) of the finite element method.
  • the introduction surface information received in step S2 is information that specifies the number of introduction surfaces corresponding to the shape information and each of the introduction surfaces.
  • the calculation unit 10 reads information on the stored diffusion conditions (diffusion coefficient, diffusion bundle, processing time) from the diffusion condition database 112 in correspondence with the received shape information and introduction surface information.
  • the arithmetic unit 10 uses the diffusion equation that is Fick's diffusion equation (second law) based on the information on the read diffusion conditions (diffusion coefficient, diffusion bundle, processing time) for the received shape information and introduction surface information. Then, the Dy introduction amount distribution in the magnet is calculated (step S3).
  • the diffusion equation and diffusion conditions (diffusion coefficient, diffusion bundle, processing time) will be described later.
  • the computing unit 10 calculates the coercive force increase amount ⁇ HcJ distribution in the magnet based on the Dy introduction amount- ⁇ HcJ database 111 based on the Dy introduction amount distribution calculated in step S3 (step S4).
  • the computing unit 10 performs Dy diffusion at the first temperature (for example, normal temperature (20 ° C.)) based on the magnet characteristics of the magnet before diffusion, that is, the base material of the magnet, and the coercive force increase amount ⁇ HcJ calculated in step S4.
  • the subsequent coercive force HcJ distribution is calculated (step S5).
  • the calculation unit 10 considers different temperature coefficients based on the calculated coercive force HcJ distribution, and calculates the JH curve when the magnet temperature rises to the second demagnetization evaluation temperature (for example, 100 ° C.).
  • Step S6 and after demagnetization has occurred by applying a load to which a demagnetizing field is applied in a state where the temperature of the magnet has increased to the second demagnetization evaluation temperature, the temperature is returned to the first temperature.
  • the JH curve is calculated based on the stored temperature coefficient (step S7).
  • the computing unit 10 calculates the demagnetization factor at the second temperature of the demagnetization evaluation temperature based on the calculation results of step S6 and step S7 (step S8).
  • the demagnetization rate the torque reduction rate of the motor characteristic using the magnet to be evaluated at normal temperature before and after reaching the demagnetization evaluation temperature is used.
  • the calculation unit 10 determines whether or not the second temperature at which the demagnetization factor is calculated in step S8 is the maximum second temperature that is equal to or lower than a predetermined demagnetization factor (step S9). If it is not the maximum second temperature (S9: NO), the process returns to step S6, another temperature is set as the second temperature, and the processes of steps S6-S8 are repeated. On the other hand, when the calculation unit 10 determines that the maximum second temperature is reached (S9: YES), the second temperature is specified as a demagnetization temperature at which the demagnetization factor of the magnet is equal to or less than a predetermined rate, and processing Exit.
  • step S3 the calculation process of the Dy introduction amount distribution in step S3 will be described.
  • Fick's diffusion equation (second law) is used as the diffusion equation. This Fick's diffusion equation is used in a non-steady state diffusion process where time is not considered infinite, that is, when the concentration in diffusion changes over time.
  • boundary conditions Neumann boundary conditions or Dirichlet boundary conditions are set on the magnet surface.
  • the diffusion coefficient is a coefficient representing the ease of Dy diffusion
  • the diffusion bundle is the amount of Dy that passes through the unit area of the diffusion surface per unit time
  • the processing time is the time when Dy diffusion is performed.
  • the diffusion coefficient is a Dy concentration-dependent coefficient.
  • Such a diffusion coefficient is identified by determining a diffusion coefficient (function) considering the concentration dependence.
  • the function indicating the diffusion coefficient is determined so as to coincide with the actually measured coercive force ⁇ HcJ.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the concentration and the diffusion coefficient, which is an example of the contents of the diffusion condition database 112.
  • the diffusion coefficient D with respect to the concentration C is shown by a graph.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure in which the arithmetic unit 10 identifies the diffusion coefficient.
  • the diffusion coefficient D decreases exponentially as the concentration C increases.
  • the calculation unit 10 defines the following expression (1) as an approximate expression of the diffusion coefficient D in consideration of concentration dependency (step S31).
  • D k1 ⁇ EXP ( ⁇ k2 ⁇ C) + k3 (1)
  • C Concentration k1, k2, k3: Coefficient
  • the calculation unit 10 sets the values of the coefficients k1, k2, and k3, and calculates the diffusion coefficient D according to the above equation (1) (step S32).
  • the computing unit 10 calculates the Dy introduction amount distribution using the diffusion equation based on the calculated diffusion coefficient D (step S33).
  • the computing unit 10 converts the calculated distribution of the Dy introduction amount in the magnet into a coercive force increase amount ⁇ HcJ distribution in the magnet based on the Dy introduction amount- ⁇ HcJ database 111 (step S34).
  • the calculation unit 10 compares the converted coercive force increase amount ⁇ HcJ distribution with the actually measured coercive force increase amount ⁇ HcJ distribution, and determines whether or not the difference is within a predetermined range (step S35). If the arithmetic unit 10 determines that it is not within the predetermined range (S35: NO), it returns the process to step S32, sets different values for the coefficients k1, k2, and k3, and recalculates the diffusion coefficient D. Thereafter, the processes in steps S33 to S35 are repeated.
  • the calculation unit 10 determines that the difference falls within the predetermined range (S35: YES)
  • the calculation unit 10 identifies the diffusion coefficient D using the values of the coefficients k1, k2, and k3 at that time (step S35). S36), the process is terminated.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the Dy introduction amount and the coercive force increase amount, which is an example of the contents of the Dy introduction amount- ⁇ HcJ database 111.
  • the coercivity increase amount ⁇ HcJ relative to the Dy introduction amount is shown by a graph. Show.
  • the Dy introduction amount- ⁇ HcJ database 111 may be information on the coercive force increase amount ⁇ HcJ for each of a plurality of different Dy introduction amounts, or a mathematical formula approximating the curve shown in the explanatory diagram of FIG. Also good.
  • the JH curve is important information for specifying the magnetic characteristics representing the relationship between the magnetization J (T) and the magnetic field H (A / m) in the magnetization curve of the magnet.
  • the storage unit 11 of the magnetic property calculation device 1 stores information on the magnetic properties of the magnet that is the base material before diffusion.
  • the magnetic characteristic information includes a magnetization curve (JH curve, BH curve).
  • the calculation unit 10 uses the magnetization curve of the base material to obtain the coercive force HcJ for each part from the coercive force increase amount ⁇ HcJ due to diffusion, and calculates the JH curve for each part from the obtained coercive force HcJ.
  • the calculated JH curve is corrected using the stored temperature coefficient for each coercive force, and magnetic properties at normal temperature (first temperature, eg 20 ° C.), high temperature (second temperature, eg 100 ° C.) ) Magnetic properties.
  • FIG. 6 is a graph showing a modification example of the JH curve.
  • the horizontal axis represents the magnetic field H, and the vertical axis represents the magnetization J.
  • a thin broken line in FIG. 6 shows a JH curve at an arbitrary portion in the magnet after diffusion at 20 ° C. and 100 ° C.
  • a permeance coefficient Pc ′ (line i in FIG. 6) on the JH curve at no load is calculated.
  • the permeance coefficient here is a permeance coefficient on the JH curve, and the same applies to the following description.
  • the no-load permeance coefficient Pc ′ is determined by the shape and magnetic circuit structure of the magnet for which magnetic characteristics are to be calculated.
  • the operating point at 20 ° C. when no load is applied is the intersection of line i and the JH curve at 20 ° C. It becomes (A).
  • the calculation unit 10 calculates the operating point B when a load is applied at 20 ° C., translates the line i so as to overlap the operating point B, and sets the line ii, thereby calculating the applied demagnetizing field Hd. To do.
  • the computing unit 10 calculates the operating point C when the demagnetizing field Hd is applied at 100 ° C., using the JH curve at 100 ° C. and the line ii. Since the operating point C is below the bend (knic) of the JH curve at 100 ° C., irreversible demagnetization has occurred.
  • An equivalent JH curve when demagnetization occurs when a demagnetizing field Hd is applied at 100 ° C. is shown by a thick broken line in FIG.
  • the magnetic field H when the magnetization J is zero is the coercive force HcJ
  • the magnetization J when the magnetic field H is zero is the residual magnetic flux density Br.
  • the arithmetic unit 10 calculates the JH curve at 20 ° C. after irreversible demagnetization at 100 ° C. as the equivalent JH curve when the demagnetization field Hd is applied at 100 ° C. (thick in FIG. 6). HcJ and Br on the broken line are calculated based on the stored temperature coefficient information.
  • the JH curve at 20 ° C. after irreversible demagnetization occurs at 100 ° C. is shown by the thick solid line in FIG.
  • the coercive force of the Dy diffused magnet is not uniform within the magnet, and the coercive force differs from site to site. Therefore, since the degree of decrease in the residual magnetic flux density Br varies from part to part, in order to accurately obtain the demagnetization characteristic of the magnet, the difference in temperature change of the coercive force must be taken into account for each part. Therefore, temperature coefficients corresponding to different coercive forces (absolute values) are necessary.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of the content of the temperature coefficient of the coercive force stored in advance in the storage unit 11.
  • the horizontal axis represents the coercive force HcJ (kA / m)
  • the vertical axis represents the change rate ⁇ (% / ° C.) of the coercive force with respect to the temperature change.
  • a quadratic approximate expression is calculated for the coercive force HcJ from the measured value of the temperature change coefficient indicated by the white circle in FIG.
  • a temperature coefficient can be used for the magnetic force HcJ. By doing so, it is possible to accurately calculate the magnetic property of the Nd—Fe—B sintered magnet after Dy diffusion having different coercive force values for each part, that is, having a coercive force distribution. .
  • step S8 the demagnetization factor when the load is applied in a state where the magnet after diffusion is heated to 100 ° C. and demagnetization occurs can be calculated in step S8.
  • the calculation unit 10 converts the JH curve calculated for each part in step S7 into a BH curve, and is based on an existing program for calculating the demagnetization factor of the entire magnet. Calculate by processing.
  • step S6 a JH curve at 100 ° C. is calculated, and a JH curve when the magnetic field is reduced to 20 ° C. after demagnetizing at 100 ° C. is calculated in step S7.
  • the demagnetization factor at 100 ° C. has been calculated, it is of course possible to calculate the demagnetization factor at different temperatures by setting the temperature in step S 6 to a temperature other than 100 ° C.
  • step S8 a plurality of different demagnetization factors are calculated for each coercive force, and in step S9, a temperature (demagnetization temperature) at which the demagnetization factor is equal to or lower than a predetermined rate is specified and obtained as the demagnetization characteristic of the magnet after Dy diffusion. be able to.
  • Nd—Fe—B based sintered magnets used in motors are often used at high temperatures due to the rotation of the motor, the environment around the motors, etc., and the degree of decrease in residual magnetic flux density due to temperature is important. That is, it is necessary to know information such as how much temperature is not demagnetized even if it is continuously used. Therefore, the demagnetization factor or demagnetization temperature accurately obtained by the magnetic force characteristic calculation apparatus 1 in the present embodiment is very useful.
  • the magnetic force characteristic of the magnet used in the IPM motor in particular, the demagnetization characteristic (demagnetization factor) with respect to temperature, Compared.
  • the calculation result and the comparison result will be described.
  • FIG. 8 is a schematic top perspective view of the IPM motor of this embodiment.
  • 3 is the IPM motor of this embodiment
  • M is an Nd—Fe—B based sintered magnet used in the IPM motor 3 and subjected to Dy diffusion.
  • the IPM motor 3 is configured to be fitted into the rotor so as to be arranged in a V shape.
  • Each of the magnets M has a flat plate shape.
  • the Dy introduction surface is a magnet M, M,..., An outer peripheral surface of each IPM motor 3 and a surface perpendicular to the outer peripheral surface.
  • NMX-S52 manufactured by Hitachi Metals, Ltd., Nd-Fe-B sintered magnet
  • FIG. 9 is a graph showing the magnetic properties of the base material of the magnet M of this example.
  • FIG. 9 shows magnetization curves at 20 ° C., 60 ° C., 100 ° C., and 140 ° C., with the horizontal axis indicating the magnetic field H (kA / m) and the vertical axis indicating the magnetization B or J (T).
  • the upper curve is the JH curve
  • the lower curve is the BH curve.
  • FIG. 10 is a graph showing the correspondence between the Dy introduction amount and the coercive force increase amount ⁇ HcJ for the base material of this example.
  • the horizontal axis represents the Dy introduction amount (mass%)
  • the vertical axis represents the coercive force increase amount ⁇ HcJ (kA / m)
  • the measured values are indicated by white circles
  • the approximate expression is indicated by the solid line.
  • the Dy diffused base material is cut into individual samples of 2.8 mm ⁇ 2.8 mm ⁇ 1.0 mm, and the amount of Dy introduced is measured by using an ICP (Inductively-Coupled-Plasma) analysis method. Obtained.
  • ICP Inductively-Coupled-Plasma
  • ⁇ HcJ was determined from the difference in coercive force HcJ of the base material from the coercive force HcJ of the sample measured with a VSM (Vibrating Sample Magnetometer). As shown in FIG. 10, by storing the corresponding Dy introduction amount- ⁇ HcJ database 111 in the storage unit 11, the calculation unit 10 can calculate the ⁇ HcJ distribution in the magnet as described above.
  • the magnet M was manufactured by the method described in Patent Document 1 by setting the processing temperature to 900 ° C. and supplying Dy for 4.0 hours and then diffusing.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing magnet shape information used for verifying the calculation accuracy of the coercive force increase amount ⁇ HcJ distribution.
  • magnets with different thicknesses of a flat rectangular parallelepiped shape having a length of 42.5 mm, a width of 32.5 mm, and a thickness of 2.5 mm or 9.5 mm are described in Patent Document 1 under the same conditions.
  • the coercive force increase amount ⁇ HcJ at the center portion C and the peripheral portion R of the upper surface of the magnet was measured.
  • the upper surface peripheral edge is a portion having a distance of 2.0 mm from the long side (42.5 mm) and a distance from the short side (32.5 mm) of about 24 mm.
  • Dy was diffused from the top surface and the four side surfaces to the magnet in the same manner.
  • the ICP analysis method was used for the measurement of the Dy concentration.
  • the coercive force HcJ was measured using a VSM after cutting out a magnet at each measurement site of 2.8 mm ⁇ 2.8 mm ⁇ 1.0 mm.
  • the ICP analysis method and the VSM measurement pitch were measured with a plurality of magnets manufactured under the same conditions so that the measurement pitch could be 0.5 mm.
  • FIG. 12 shows the calculation of the coercive force increase amount ⁇ HcJ distribution at the depth (distance) ⁇ in the central portion C (FIG. 12A) and the peripheral portion R (FIG. 12B) of a magnet having a thickness of 9.5 mm. It is a graph which shows a result and an actual measurement result.
  • the horizontal axis indicates the depth ⁇ in “mm (millimeter)” units
  • the vertical axis indicates the coercive force increase amount ⁇ HcJ in “kA / m (kiloampere per meter)” units.
  • the calculation results (marked with ⁇ ) and the measurement results (marked with ⁇ ) every 0.5 mm within a depth (distance) ⁇ in the range of 0.5 mm to 5.0 mm are the central part and the peripheral part. Both match with high accuracy.
  • FIG. 13 shows the coercive force increase amount ⁇ HcJ distribution at the depth (distance) ⁇ in the central portion C (FIG. 13A) and the peripheral portion R (FIG. 13B) of the 2.5 mm thick magnet. It is a graph which shows the calculation result and actual measurement result. The horizontal and vertical axes in FIG. 13 are the same as those in FIG. As shown in FIG. 13, the calculation result ( ⁇ mark) and the measurement result ( ⁇ mark) every 0.5 mm within the range of depth (distance) ⁇ from 0.5 mm to 2.0 mm are the central part and the peripheral part. Both match with high accuracy.
  • FIG. 14 is a schematic diagram schematically showing an example of the ⁇ HcJ distribution calculated for the magnet M of this example.
  • ⁇ HcJ distribution is shown in the axial center section and the width direction center section of the magnet M.
  • the outer peripheral surface of the IPM motor 3 and the surface perpendicular to the outer peripheral surface are Dy introduction surfaces. Accordingly, the coercive force increase amount ⁇ HcJ in the magnet M is calculated to have a distribution that increases on the outer peripheral surface side of the IPM motor 3 and on the surface side perpendicular to the outer peripheral surface of each magnet M and decreases on the center side of the IPM motor 3. ing.
  • FIG. 15 is a graph showing an example in which the calculation result and the measurement result of the demagnetization characteristic of the IPM motor 3 using the magnet M of the present embodiment having the ⁇ HcJ distribution shown in FIG. 14 are compared.
  • the horizontal axis in FIG. 15 represents the demagnetization evaluation temperature (° C.) for evaluating the demagnetization factor, and the vertical axis represents the demagnetization factor (%).
  • a circle indicates an actual measurement value of a demagnetization factor with respect to different temperatures of the base material before Dy diffusion treatment, a solid line indicates a calculated value of the demagnetization factor of the base material, and a triangle mark indicates a demagnetization factor of the magnet M in which Dy is diffused. The actually measured value and the broken line are calculated values of the demagnetization factor of the magnet M.
  • the demagnetization factor is obtained by operating the IPM motor 3 using the magnet M in a thermostatic chamber in which the temperature is set, returning the temperature to room temperature, measuring the torque in the room temperature state, and at normal temperature before the load is applied. The reduction rate with respect to the torque was calculated and obtained. As shown in FIG. 15, the temperature of the thermostatic bath was set every 10 ° C. from 50 to 140 ° C., and the IPM motor 3 was rotated at each set temperature.
  • the temperature at which the demagnetization factor of the base material was 2% was 101 ° C. in the actual measurement value, 100 ° C. in the calculated value, and the error was plus 1 ° C.
  • the temperature at which the demagnetizing factor of the magnet M in which Dy was diffused was 2% was 122 ° C. in the actual measurement value, 124 ° C. in the calculated value, and the error was plus 2 ° C.
  • the analysis error is 10 ° C. or less, and the demagnetization characteristics can be analyzed with sufficient accuracy. It can be seen that the demagnetization heat resistance of the magnet M is improved by Dy diffusion.
  • FIGS. 16 and 17 are schematic diagrams schematically showing calculation results of the distribution of the Br decrease rate at a temperature when the magnet M of the present example having the ⁇ HcJ distribution shown in FIG. 14 is demagnetized by 2%.
  • FIG. 16 shows an example of a base material
  • FIG. 17 shows an example of a diffusing material (a magnet M in which Dy is diffused).
  • the distribution of the base material and the magnet M in the central cross section in the axial direction and the central cross section in the width direction is shown.
  • the base material is calculated to have a demagnetization factor of 2% at 100 ° C.
  • the base metal has a uniform coercive force distribution, but the Br reduction rate has a distribution, and the outer corner portion of the IPM motor 3 has the highest Br reduction rate. It has been calculated by calculation that the magnet M in which Dy is diffused has a demagnetization factor of 2% at 124 ° C., and the Br reduction rate at this time is the Br at the portion where the increase in the coercive force shown in FIG. There is a tendency that the reduction rate of Br is low at a portion where the reduction rate is low and the increase in the coercive force is small.
  • the Br reduction rate was calculated from the amount of Br decrease when the magnet M was heated to a temperature at which demagnetization evaluation was performed, a demagnetizing field was applied, and the temperature was returned to room temperature (20 ° C.).
  • the demagnetization factor can be obtained with high accuracy.
  • the example which uses Dy as a heavy rare earth element was demonstrated.
  • the present invention is not limited to this, and can be widely applied to the calculation of the magnetic properties of magnets obtained by diffusing heavy rare earth elements such as Tb.
  • the example which uses the flat shape for the shape of a magnet was demonstrated.
  • the present invention is not limited to this, and can be widely applied to the calculation of magnetic characteristics of arcuate, ring, and bar-shaped magnets.
  • the motor is not limited to the IPM motor but can be applied to an SPM motor.

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Abstract

　予め記憶してあるδ（深度）―ΔＨｃＪ（保磁力増加量）の対応を示すデータベース及びＤｙ拡散条件（Ｄｙ拡散における拡散係数と拡散束と処理時間）の情報を示すデータベースを用い、磁石の形状情報及びＤｙ導入面情報から磁石内のＤｙ導入量の分布を算出し、Ｄｙ導入量の分布から磁石内でのΔＨｃＪの分布を算出する。保磁力が均質でなく分布を有する磁石について、算出したΔＨｃＪの分布を用いてＪ－Ｈカーブを算出し、温度係数を用いて所定の温度での減磁率を算出する。

Description

磁力特性算出方法、磁力特性算出装置及びコンピュータプログラム
　本発明は、磁石の情報を記憶しておき演算手段により磁石の磁力特性を算出する方法に関し、特に、磁石表面よりジスプロシウムなどの重希土類元素を内部に拡散させ導入した磁石内部の磁力特性、特に減磁特性を精度よく算出することができる磁力特性算出方法、磁力特性算出装置及びコンピュータプログラムに関する。
　高性能な永久磁石として、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁石は、多様な機器、特にハードディスクドライブ、又は各種モータに使用されている。
　Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁石は、高温に晒されたり減磁界が印加された場合、残留磁束密度が減少することがある（減磁）。この減磁には、常温に戻したときに回復する「可逆減磁」と、回復しない「不可逆減磁」とがある。上述したような多様な機器では、使用環境の温度も様々であり、高温下で減磁界が印加された場合でも不可逆減磁が発生しないことが求められる。従来より、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁石にジスプロシウム（Ｄｙ）などの重希土類元素を添加することによって磁石の主相中のＮｄを重希土類元素で置換し、高い保磁力を得ることで高温下で減磁界が印加された場合でも不可逆減磁が発生しない磁石を製作する技術が利用されている。以降、当明細書では「不可逆減磁」を単に減磁と表現する。
　しかしながら、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁石におけるＮｄを重希土類元素で置換する方法では、保磁力が増加すると残留磁束密度が依然として低下する。また、重希土類元素は希少資源であるため、耐熱性は維持しつつも使用する重希土類元素の量を削減することが望ましい。そこで、ジスプロシウムなどの重希土類元素を拡散源から磁石表面へ供給し、粒界拡散を主体とした熱拡散によって磁石の主相外殻部に重希土類元素の濃度が高い層をつくる技術が提案されている（特許文献１）。特許文献２には、磁石表面からジスプロシウムなどの重希土類元素を磁石内へ拡散させる技術が開示されている。これにより、永久磁石全体の残留磁束密度の低下を抑制しつつ、保磁力を向上させた高性能の永久磁石を製造することができる。
　磁石がモータなどに使用される場合、磁石を適切に設計するために、また、モータの特性などの仕様を決定するために、磁石の磁力特性、特に、熱などによる減磁率を知ることが重要である。特許文献３から５には、永久磁石の減磁評価を行なう方法が開示されている。
国際公開２００７／１０２３９１号パンフレット 国際公開２００６／４３３４８号パンフレット 特開２００４－１２７０５６号公報 特開２００４－２５７８７９号公報 国際公開２００８／１２３２５１号パンフレット
　ジスプロシウムなどの重希土類元素を表面から導入して主相外殻部又は内部に拡散させたＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁石の保磁力は磁石の表面近傍にて特に高く、深さ方向に対して不均質である。そして保磁力は温度変化に対して非線形の変化をし、減磁界も各部位で異なるので、各部位で減磁率も異なる。したがって、重希土類元素を磁石表面より主相外殻部に偏在させたＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁石の減磁率を精度よく求めるためには、磁石内部の保磁力が異なる部位毎に減磁率を得る必要がある。
　特許文献３から５に開示されている技術はいずれも、磁石内の部位毎に減磁率を求める方法であるが、初期的な値はバルクで測定された磁石全体の磁束密度、減磁率から算出する構成であった。これに対し、発明者は、拡散処理後の磁石内の保磁力の分布を、ジスプロシウムを拡散させた磁石の既知の保磁力増加量の情報を用いて推定した結果、実測値を精度よく再現できるという知見を得た。重希土類元素を拡散したＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁石内の減磁前の保磁力分布を推定できれば、その後の磁石内での異なる部分における減磁率を精度良く算出することが可能である。
　本発明は斯かる知見に基づきなされたものであり、重希土類元素を表面から内部に拡散させ導入した磁石内部の保磁力増加量の分布、磁石内部の磁力特性、特に減磁特性を精度よく算出することができる磁力特性算出方法、磁力特性算出装置及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。
　本発明に係る磁力特性算出方法は、重希土類元素を表面から内部に拡散させ導入した磁石における磁力特性を求める方法において、重希土類元素導入量に対する拡散させ導入したことによる保磁力の増加量の特性を示す導入量－保磁力増加量特性情報、及び、重希土類元素の拡散における拡散係数と拡散束と処理時間とを含む拡散条件の情報を予め記憶しておき、前記磁石の大きさと形状とを示す形状情報を受け付ける第１ステップ、受け付けた形状情報に対応させて、導入面情報を受け付ける第２ステップ、記憶してある前記拡散条件の情報に基づき拡散方程式を用いて、導入した重希土類元素の前記磁石内における導入量分布を算出する第３ステップ、並びに、算出した導入量分布と、記憶してある前記導入量－保磁力増加量特性情報とに基づき、前記磁石内における重希土類元素を拡散させ導入したことによる保磁力増加量の分布を算出する第４ステップを含むことを特徴とする。
　本発明に係る磁力特性算出方法は、前記拡散係数は、導入される重希土類元素の濃度依存性の関数で表されてあることを特徴とする。
　本発明に係る磁力特性算出方法は、重希土類元素拡散前の磁化曲線と、保磁力毎に異なる磁石の温度変化に対する保磁力変化率を示す温度係数の情報とを予め記憶しておき、記憶してある磁化曲線と、第４ステップで算出した保磁力増加量の分布とに基づき、前記磁石の各部位の所定の第１温度における磁化曲線を算出する第５ステップ、算出した磁化曲線と、記憶してある前記温度係数の情報とに基づき、所定の第２温度における磁化曲線を算出する第６ステップ、及び、第６ステップで算出した磁化曲線に基づき、第２温度で各部位に異なる減磁界が印加され減磁した後の前記所定の第１温度で減磁率を算出する第７ステップを更に含むことを特徴とする。
　本発明に係る磁力特性算出方法は、第４ステップで算出した保磁力増加量の分布に基づき、前記磁石の異なる温度における減磁特性を算出する第８ステップ、及び、前記磁石の減磁率が所定の率以下となる減磁温度を特定する第９ステップを更に含むことを特徴とする。
　本発明に係る磁力特性算出装置は、重希土類元素を表面から内部に拡散させ導入した磁石における磁力特性を求める磁力特性算出装置において、重希土類元素導入量に対する拡散させ導入したことによる保磁力の増加量の特性を示す導入量－保磁力増加量特性情報、及び、重希土類元素の拡散における拡散係数と拡散束と処理時間とを含む拡散条件の情報を記憶しておく記憶手段、前記磁石の大きさと形状とを示す形状情報を受け付ける手段、受け付けた形状情報に対応させて、導入面情報を受け付ける手段、前記記憶手段に記憶してある前記拡散条件の情報に基づき拡散方程式を用いて、導入した重希土類元素の前記磁石内における導入量分布を算出する手段、並びに、算出した導入量分布と、前記記憶手段に記憶してある前記導入量－保磁力増加量特性情報とに基づき、前記磁石内における重希土類元素を拡散させ導入したことによる保磁力増加量の分布を算出する保磁力増加量分布算出手段を備えることを特徴とする。
　本発明に係る磁力特性算出装置は、重希土類元素拡散前の磁化曲線と、保磁力毎に異なる磁石の温度変化に対する保磁力変化率を示す温度係数の情報とを予め記憶しておく手段、記憶してある磁化曲線と、前記保磁力増加量分布算出手段にて算出した保磁力増加量の分布とに基づき、前記磁石の所定の第１温度における磁化曲線を算出する手段、算出した磁化曲線と、記憶してある前記温度係数の情報とに基づき、所定の第２温度における磁化曲線を算出する手段、及び、算出した磁化曲線に基づき、第２温度で各部位に異なる減磁界が印加され減磁した後の前記所定の第１温度で減磁率を算出する手段を更に備えることを特徴とする。
　本発明に係る磁力特性算出装置は、前記保磁力増加量分布算出手段にて算出した保磁力増加量の分布に基づき、前記磁石の異なる温度における減磁特性を算出する手段、及び、前記磁石の減磁率が所定の率以下となる減磁温度を特定する手段を更に備えることを特徴とする。
　本発明に係るコンピュータプログラムは、記憶手段を備えるコンピュータに、重希土類元素を表面から内部に拡散させ導入した磁石における磁力特性を、前記記憶手段に記憶させてある重希土類元素導入量に対する拡散させ導入したことによる保磁力の増加量の特性を示す導入量－保磁力増加量特性情報、及び、重希土類元素の拡散における拡散係数と拡散束と処理時間とを含む拡散条件の情報を用いて算出させるコンピュータプログラムであって、コンピュータに、前記磁石の大きさと形状とを示す形状情報を取得する第１ステップ、形状情報に対応させて、導入面情報を取得する第２ステップ、記憶してある前記拡散条件の情報に基づき拡散方程式を用いて、導入した重希土類元素の前記磁石内における導入量分布を算出する第３ステップ、並びに、算出した導入量分布と、記憶してある前記導入量－保磁力増加量特性情報とに基づき、前記磁石内における重希土類元素を拡散させ導入したことによる保磁力増加量の分布を算出する第４ステップを実行させることを特徴とする。
　本発明に係るコンピュータプログラムは、重希土類元素拡散前の磁化曲線と、保磁力毎に異なる磁石の温度変化に対する保磁力変化率を示す温度係数の情報とを記憶してある記憶手段を更に用い、前記コンピュータに、記憶してある磁化曲線と、第４ステップで算出した保磁力増加量の分布とに基づき、前記磁石の各部位の所定の第１温度における磁化曲線を算出する第５ステップ、算出した磁化曲線と、記憶してある前記温度係数の情報とに基づき、所定の第２温度における磁化曲線を算出する第６ステップ、及び、第６ステップで算出した磁化曲線に基づき、第２温度で各部位に異なる減磁界が印加され減磁した後の前記所定の第１温度で減磁率を算出する第７ステップを更に実行させることを特徴とする。
　本発明に係るコンピュータプログラムは、前記コンピュータに、第４ステップで算出した保磁力増加量の分布に基づき、前記磁石の異なる温度における減磁特性を算出する第８ステップ、及び、前記磁石の減磁率が所定の率以下となる減磁温度を特定する第９ステップを更に実行させることを特徴とする。
　本発明では、磁力特性を算出する対象である磁石の形状及びジスプロシウムなどの重希土類元素の導入面の情報に対応した拡散条件（拡散係数と拡散束と処理時間）の情報に基づき拡散方程式を用いて、磁石内における重希土類元素の導入量の分布が算出される。算出された導入量の分布から磁石内における重希土類元素の拡散による保磁力増加量の分布が求められる。求められた保磁力増加量の分布を用いることにより、拡散前の均質な保磁力から、拡散後の部位毎に異なる保磁力を精度よく推定することが可能となる。
　本発明では、拡散条件の一つである拡散係数は、導入された重希土類元素の濃度をパラメータとする関数で示されており、導入量の分布の算出の際に拡散方程式に使用される。これにより、算出精度を維持しつつも、記憶しておく情報量を削減することができると共に補完処理が不要となる。
　本発明では、拡散前の均質な磁石（母材）の磁化曲線と、上述の発明にて求めた保磁力増加量の分布とに基づき、拡散後の磁石の各部位での所定の第１温度（例えば常温）における磁化曲線が求められ、更に、求めた磁化曲線から、異なる保磁力毎に記憶してある温度変化に対する保磁力変化率を示す温度係数の情報に基づき、拡散後の磁石の各部位での所定の第２温度（例えば加熱温度）における磁化曲線が求められ、更に、所定の第２温度で異なる減磁界が印加された後の第１温度（常温）に戻った後の磁石内の各部位の磁化曲線（磁力特性）が求められる。これにより、磁石全体としての減磁率を精度よく算出することが可能となる。
　本発明では、拡散前の均質な磁石（母材）の磁化曲線と、上述の発明にて求めた保磁力増加量の分布とに基づき、拡散後の磁石の所定の第１温度（例えば常温）の磁化曲線が精度よく求められ、更に、異なる保磁力毎に記憶してある保磁力の温度変化量を示す温度係数の情報に基づき、異なる複数の第２温度での磁石内における各部位での保磁力の異なる複数の第２温度で異なる減磁界が印加されて減磁した場合の第１温度における磁石全体の減磁率が求められ、所定の率以下となる減磁温度が特定される。これにより、重希土類元素を拡散したＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁石の磁力特性として、高温下での減磁特性を精度よく算出することが可能である。
　本発明による場合、重希土類元素を表面から内部に拡散させ導入した磁石内での部位毎に異なる保磁力の分布を計算により精度よく推定することが可能となるので、磁石全体としての磁力特性を精度よく算出することができる。
　特に、モータのような高温下での使用が想定される磁石では、不可逆的な残留磁束密度の低下率所謂不可逆減磁率を精度よく算出することが必要であるが、重希土類元素を拡散させた磁石において拡散及び温度に対する保磁力の変化が分布を有していても減磁率も精度よく算出することができる。
本実施の形態における磁力特性算出装置の構成を示すブロック図である。 本実施の形態における磁力特性算出装置の演算部が実行する磁力特性算出処理の一例を示すフローチャートである。 拡散条件データベースの内容例である濃度と拡散係数との関係を示す説明図である。 拡散係数の同定処理の一例を示すフローチャートである。 Ｄｙ導入量－ΔＨｃＪデータベースの内容例であるＤｙ導入量と保磁力増加量との関係を示す説明図である。 Ｊ－Ｈカーブの修正例を示すグラフである。 記憶部に予め記憶されている保磁力の温度係数の内容例を示すグラフである。 本実施例のＩＰＭモータの略示上方斜視図である。 本実施例の磁石の母材の磁力特性を示すグラフである。 本実施例の母材に対するＤｙ導入量と保磁力増加量ΔＨｃＪとの対応を示すグラフである。 保磁力増加量ΔＨｃＪ分布の算出精度の検証に用いた磁石の形状情報を示す説明図である。 本実施例の磁石（厚さ９．５ｍｍ）における深度δでの保磁力増加量ΔＨｃＪ分布の算出結果と実際の実測結果とを示すグラフである。 本実施例の磁石（厚さ２．５ｍｍ）における深度δでの保磁力増加量ΔＨｃＪ分布の算出結果と実際の実測結果とを示すグラフである。 本実施例の磁石について算出されたΔＨｃＪ分布の例を模式的に示す模式図である。 本実施例の磁石を用いたＩＰＭモータの減磁特性の算出結果及び実測結果を比較した例を示すグラフである。 本実施例の磁石（母材）が２％減磁したときの温度におけるＢｒ減少率の分布の算出結果を模式的に示す模式図である。 本実施例の磁石（Ｄｙ拡散材）が２％減磁したときの温度におけるＢｒ減少率の分布の算出結果を模式的に示す模式図である。
　以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
　なお、以下の実施の形態では、本発明に係るコンピュータプログラムに基づき、磁力特性算出方法をコンピュータに実行させて磁力特性算出装置として動作させ、重希土類元素としてジスプロシウム（以下Ｄｙと表記する）を拡散させたＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁石の磁力特性を算出する例を説明する。
　図１は、本実施の形態における磁力特性算出装置１の構成を示すブロック図である。本実施の形態における磁力特性算出装置１には、パーソナルコンピュータが用いられる。磁力特性算出装置１は、各構成部による動作を制御し、演算を実行する演算部１０と、各種情報を記憶する記憶部１１と、演算部１０の処理に利用される一時記憶部１２と、可搬型記録媒体２から情報を読み出す読取部１３と、ディスプレイ１４、キーボード１５、マウス１６等の入出力装置及び演算部１０の間を中継するインタフェース（Ｉ／Ｆ）１７とを備える。
　演算部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）などを用いる。演算部１０は、記憶部１１に記憶されている磁力特性算出プログラム１Ｐを読み出して実行する。これにより、演算部１０は設計に利用するＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁石の磁力特性を算出する各処理を実行する。
　記憶部１１は、ハードディスク（Hard Disk）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等の外部記憶装置を用いる。記憶部１１は、上述した磁力特性算出プログラム１Ｐが記憶されるほか、演算部１０が磁力特性を算出する処理の際に参照することができるように、後述するＤｙ導入量－ΔＨｃＪデータベース（導入量－保磁力増加量特性情報）１１１及び拡散条件データベース（Ｄｙなどの重希土類元素の拡散処理における拡散係数と拡散束と処理時間とを含む拡散条件の情報）１１２が記憶されている。
　一時記憶部１２は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、ＳＲＡＭ（Static RAM）等の揮発性のランダムアクセスメモリを用いる。一時記憶部１２は、記憶部１１から読み出される磁力特性算出プログラム１Ｐなど、演算部１０の処理によって発生する各種情報が一時的に記憶される。
　読取部１３は、ＤＶＤ、ＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク等の可搬型記録媒体２からデータを読み出すことが可能である。可搬型記録媒体２には、コンピュータを磁力特性算出装置１として動作させるための磁力特性算出プログラム２Ｐが記録されている。記憶部１１に記憶されている磁力特性算出プログラム１Ｐは、演算部１０が読取部１３によって可搬型記録媒体２から読み出した磁力特性算出プログラム２Ｐを複製したものであってもよい。
　Ｉ／Ｆ１７は、後述するように演算部１０によって出力される画像情報などをディスプレイ１４へ出力する処理、キーボード１５により入力される情報を検知して演算部１０へ通知する処理、マウス１６により入力される情報を検知して演算部１０へ通知する処理等を行なう。磁力特性算出装置１を操作し、磁石及び磁石を用いた製品を設計しようとするオペレータ（技術者）は、キーボード１５及びマウス１６を利用し、オペレータが設計に利用する磁石についての情報を入力し、当該磁石についての特性を演算部１０に算出させることが可能である。
　上述のように構成される磁力特性算出装置１において、Ｄｙなどの重希土類元素を拡散させるＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁石の磁力特性として、熱及び減磁界による減磁率が算出され、所定の減磁率以下となる最高温度（減磁温度）が特定される過程について説明する。ここで、拡散される重希土類元素としてＤｙを例に挙げて説明する。まず、演算部１０は、特性の算出対象の磁石内におけるＤｙ拡散後の保磁力（ＨｃＪ）の増加量（ΔＨｃＪ）の分布を求める。そして演算部１０は、拡散前の母材の保磁力に基づいて磁石内の保磁力（ＨｃＪ）分布を求め、各部位におけるＪ－Ｈカーブを特定し、磁石全体の磁力特性として所定の温度（所定の第２温度、例えば１００℃）で使用された場合に常温（所定の第１温度、例えば２０℃）に戻った後の減磁率を算出する。更に演算部１０は、所定の減磁率以下となる減磁温度を特定する。
　図２は、本実施の形態における磁力特性算出装置１の演算部１０が、Ｄｙ拡散後の磁石の磁力特性を算出する処理手順の一例を示すフローチャートである。
　演算部１０は、磁石の大きさと形状とを示す形状情報を入力又は選択させる画面を作成してＩ／Ｆ１７を介してディスプレイ１４に出力し、キーボード１５及びマウス１６により磁石の形状情報をＩ／Ｆ１７を介して受け付ける（ステップＳ１）。演算部１０は、磁石のいずれの面からＤｙを拡散させ導入するかを示す導入面情報を入力又は選択させる画面を作成してＩ／Ｆ１７を介してディスプレイ１４に出力し、キーボード１５及びマウス１６により導入面情報をＩ／Ｆ１７を介して受け付ける（ステップＳ２）。ステップＳ１で受け付ける磁石の形状情報とは例えば、有限要素法のメッシュ情報（節点・要素情報）である。同様にステップＳ２で受け付ける導入面情報とは、形状情報に対応する導入面の数と導入面夫々を特定する情報である。
　演算部１０は、受け付けた形状情報及び導入面情報に対応させて、記憶してある拡散条件（拡散係数、拡散束、処理時間）の情報を、拡散条件データベース１１２から読み出す。演算部１０は、受け付けた形状情報及び導入面情報について、読み出した拡散条件（拡散係数、拡散束、処理時間）の情報に基づき、フィックの拡散方程式（第２法則）である拡散方程式を用いて、磁石内におけるＤｙ導入量分布を算出する（ステップＳ３）。なお、拡散方程式、拡散条件（拡散係数、拡散束、処理時間）については後述する。
　演算部１０は、ステップＳ３で算出した磁石内におけるＤｙ導入量分布を、Ｄｙ導入量－ΔＨｃＪデータベース１１１に基づき、磁石内の保磁力増加量ΔＨｃＪ分布を算出する（ステップＳ４）。
　次に演算部１０は、拡散前の磁石即ち磁石の母材の磁石特性と、ステップＳ４で算出した保磁力増加量ΔＨｃＪとに基づき、第１温度（例えば常温（２０℃））でのＤｙ拡散後の保磁力ＨｃＪ分布を算出する（ステップＳ５）。演算部１０は、算出した保磁力ＨｃＪ分布に基づき、異なる温度係数を考慮し、減磁評価温度の第２温度（例えば１００℃）まで磁石の温度が上昇した場合のＪ－Ｈカーブを磁力特性として算出し（ステップＳ６）、磁石の温度が減磁評価温度の第２温度まで上昇した状態で減磁界が印加されるような負荷を与えて減磁が発生した後、第１温度に戻した場合のＪ－Ｈカーブを、記憶してある温度係数に基づいて算出する（ステップＳ７）。演算部１０は、ステップＳ６及びステップＳ７の算出結果に基づき、減磁評価温度の第２温度における減磁率を算出する（ステップＳ８）。なおここで減磁率は、減磁評価温度になる前後の常温における評価対象の磁石を用いたモータ特性のトルクの減少率を用いる。
　次に演算部１０は、ステップＳ８で減磁率を算出した第２温度が所定の減磁率以下となる最大の第２温度であるか否かを判断する（ステップＳ９）。最大の第２温度でない場合には（Ｓ９：ＮＯ）、ステップＳ６へ処理を戻し、第２温度に別の温度を設定して、ステップＳ６－Ｓ８の処理を繰り返す。一方、演算部１０は、最大の第２温度であると判断した場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、その第２温度を、磁石の減磁率が所定の率以下となる減磁温度として特定して、処理を終了する。
　以下、図２のフローチャートに示した各処理について詳細を説明する。まず、ステップＳ３におけるＤｙ導入量分布の算出処理について説明する。
　拡散方程式として、フィックの拡散方程式（第２法則）を用いる。このフィックの拡散方程式は、時間を無限と見なさない非定常状態における拡散処理、すなわち、拡散における濃度が時間の経過とともに変化する際に使用される。なお、境界条件は、ノイマン境界条件またはディリクレ境界条件を磁石表面に設定する。
　拡散係数は、Ｄｙ拡散のし易さを表した係数であり、拡散束は、単位時間当たりに拡散面の単位面積を通過するＤｙ量であり、処理時間は、Ｄｙ拡散を施した時間である。本実施の形態では拡散係数を、Ｄｙ濃度依存性の係数とする。濃度依存性を考慮した拡散係数（関数）を決定することにより、このような拡散係数は同定される、なお、拡散係数を示す関数は、保磁力増加量ΔＨｃＪ実測値と一致するように決定される。図３は、拡散条件データベース１１２の内容例である濃度と拡散係数との関係を示す説明図であり、図３では、濃度Ｃに対する拡散係数Ｄをグラフによって示している。
　以下に、拡散係数の同定処理（関数の決定処理）について説明する。図４は、演算部１０が拡散係数を同定する処理手順の一例を示すフローチャートである。
　図３から理解されるように、濃度Ｃが高くなるにつれて拡散係数Ｄは指数関数的に減少する。まず、演算部１０は、濃度依存性を考慮した拡散係数Ｄの近似式として下記（１）式を定義する（ステップＳ３１）。
　　Ｄ＝ｋ１・ＥＸＰ（－ｋ２・Ｃ）＋ｋ３　　　…（１）
　　　　　　Ｃ：濃度
　　　　　　ｋ１，ｋ２，ｋ３：係数
　演算部１０は、係数ｋ１，ｋ２，ｋ３の値を設定して、上記（１）式に従って拡散係数Ｄを計算する（ステップＳ３２）。演算部１０は、計算した拡散係数Ｄに基づき拡散方程式を用いて、Ｄｙ導入量分布を計算する（ステップＳ３３）。次に、演算部１０は、計算した磁石内におけるＤｙ導入量の分布を、Ｄｙ導入量－ΔＨｃＪデータベース１１１に基づき、磁石内の保磁力増加量ΔＨｃＪ分布に変換する（ステップＳ３４）。
　演算部１０は、変換された保磁力増加量ΔＨｃＪ分布と実測された保磁力増加量ΔＨｃＪ分布とを比較し、その差が所定範囲内に入っているか否かを判断する（ステップＳ３５）。演算部１０は、所定範囲内に入っていないと判断した場合（Ｓ３５：ＮＯ）、ステップＳ３２へ処理を戻し、係数ｋ１，ｋ２，ｋ３に別の値を設定してあらためて拡散係数Ｄを計算した後、ステップＳ３３－Ｓ３５の処理を繰り返す。
　一方、演算部１０は、前記差が所定範囲内に入っていると判断した場合（Ｓ３５：ＹＥＳ）、そのときの係数ｋ１，ｋ２，ｋ３の値を用いて拡散係数Ｄを同定して（ステップＳ３６）、処理を終了する。
　次に、ステップＳ４におけるＤｙ導入量－ΔＨｃＪデータベース１１１について説明する。図５は、Ｄｙ導入量－ΔＨｃＪデータベース１１１の内容例であるＤｙ導入量と保磁力増加量との関係を示す説明図であり、図５では、Ｄｙ導入量に対する保磁力増加量ΔＨｃＪをグラフによって示している。Ｄｙ導入量－ΔＨｃＪデータベース１１１は具体的には、複数の異なるＤｙ導入量毎の保磁力増加量ΔＨｃＪの情報でもよいし、図５の説明図に示されている曲線を近似した数式であってもよい。
　次に、ステップＳ５、Ｓ６及びＳ７におけるＪ－Ｈカーブの算出処理について詳細を説明する。Ｊ－Ｈカーブは、磁石の磁化曲線の内、磁化Ｊ（Ｔ）と磁場Ｈ（Ａ／ｍ）との関係を表した磁力特性を特定するための重要な情報である。
　磁力特性算出装置１の記憶部１１には、拡散前の母材となる磁石の磁力特性の情報が記憶されてある。磁力特性の情報には、磁化曲線（Ｊ－Ｈカーブ、Ｂ－Ｈカーブ）が含まれる。演算部１０は、母材の磁化曲線を用い、拡散による保磁力増加量ΔＨｃＪにより、部位毎の保磁力ＨｃＪを求め、求めた保磁力ＨｃＪから、部位毎にＪ－Ｈカーブを算出する。算出されたＪ－Ｈカーブを、記憶してある保磁力毎の温度係数を用いて修正し、常温時（第１温度、例えば２０℃）の磁力特性、高温時（第２温度、例えば１００℃）の磁力特性を得る。
　磁石が１００℃に加熱されて負荷が印加された後に、常温（第１温度、例えば２０℃）に戻った場合のＪ－Ｈカーブの修正方法について説明する。図６は、Ｊ－Ｈカーブの修正例を示すグラフである。横軸に磁場Ｈ、縦軸に磁化Ｊを示す。図６中の細い破線にて、２０℃及び１００℃での拡散後の磁石内の任意の部位におけるＪ－Ｈカーブを示している。
　演算部１０の処理により、無負荷時のＪ－Ｈカーブ上のパーミアンス係数Ｐｃ´（図６中ラインｉ）が算出される。なお、ここでいうパーミアンス係数はＪ－Ｈカーブ上のパーミアンス係数であり、以下の説明でも同様である。無負荷時のパーミアンス係数Ｐｃ´は、磁力特性算出対象の磁石の形状及び磁気回路構造により決まり、無負荷時の２０℃での動作点は、ラインｉと２０℃のＪ－Ｈカーブとの交点（Ａ）になる。演算部１０は、２０℃で負荷が印加されたときの動作点Ｂを計算し、ラインｉを動作点Ｂと重なるように平行移動させてラインｉｉとし、これにより印加された減磁界Ｈｄを算出する。演算部１０は、１００℃のＪ－Ｈカーブとラインｉｉとにより、１００℃で減磁界Ｈｄが印加された場合の動作点Ｃを算出する。動作点Ｃは、１００℃のＪ－Ｈカーブの偏曲部（クニック）より下にあるため、不可逆減磁が発生した状態である。１００℃で減磁界Ｈｄが印加され減磁が発生したときの等価的なＪ－Ｈカーブは、図６中の太い破線にて示されている。
　Ｊ－Ｈカーブにて磁化Ｊがゼロのときの磁場Ｈが保磁力ＨｃＪであり、磁場Ｈがゼロのときの磁化Ｊが残留磁束密度Ｂｒである。演算部１０は、１００℃で不可逆減磁した後の２０℃でのＪ－Ｈカーブを、１００℃で減磁界Ｈｄが印加され減磁したときの等価的なＪ－Ｈカーブ（図６中太い破線）のＨｃＪとＢｒとを、記憶してある上述の温度係数の情報に基づき算出する。１００℃で不可逆減磁が発生した後の２０℃でのＪ－Ｈカーブは、図６中の太い実線にて示されている。
　なお上述したように、Ｄｙ拡散した磁石の保磁力は、磁石内で均一ではなく部位毎に保磁力が異なる。したがって残留磁束密度Ｂｒの低下の程度も部位毎に異なるから、磁石の減磁特性を精度よく求めるには、部位毎に保磁力の温度変化の違いを考慮しなければならない。したがって、異なる保磁力（絶対値）に応じた温度係数が必要である。
　図７は、記憶部１１に予め記憶されている保磁力の温度係数の内容例を示すグラフである。図７では、横軸に保磁力ＨｃＪ（ｋＡ／ｍ）を示し、縦軸に温度変化に対する保磁力の変化の割合β（％／℃）を示している。図７中の白丸に示す温度変化係数の実測値から、実線に示すように保磁力ＨｃＪについて例えば２次の近似式を算出しておき、Ｄｙ拡散後の磁石内の部位毎に異なる任意の保磁力ＨｃＪに対して温度係数を使用できるようにする。このようにすることにより、異なる保磁力の値を部位毎に有する、即ち保磁力分布を有するＤｙ拡散後のＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁石の磁力特性を精度よく算出することが可能となる。
　図２のフローチャートのステップＳ６及びＳ７にて、温度上昇による減磁特性を、Ｊ－Ｈカーブの温度係数による修正にて求めた。これによって、拡散後の磁石が１００℃に加熱された状態で負荷が印加され、減磁が発生した場合の減磁率をステップＳ８にて算出することができる。なおステップＳ８における算出処理では、演算部１０は、ステップＳ７にて部位毎に算出したＪ－ＨカーブをＢ－Ｈカーブに変換し、磁石全体の減磁率を算出するための既存のプログラムに基づく処理によって算出する。
　なお、ステップＳ６では１００℃におけるＪ－Ｈカーブを算出し、１００℃にて減磁界が印加され減磁した後に２０℃に低下したときのＪ－ＨカーブをステップＳ７にて算出することにより、１００℃における減磁率を算出したが、ステップＳ６における温度を１００℃以外の温度にすることにより、異なる温度での減磁率をも算出することが可能であることは勿論である。ステップＳ８にて保磁力毎に異なる減磁率を複数算出し、ステップＳ９にて減磁率が所定の率以下となる温度（減磁温度）を特定してＤｙ拡散後の磁石の減磁特性として求めることができる。モータに用いるＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁石は、モータの回転、モータ周辺の環境等によって高温下での使用が多く、温度による残留磁束密度の低下度合いが重要である。つまり、どれほどの温度までであれば、継続的に使用しても減磁しないのかなどの情報が必要となる。したがって、本実施の形態における磁力特性算出装置１によって精度よく求まる減磁率または減磁温度は、非常に有用である。
　上述したように算出される磁力特性の例（本発明の実施例）として、ＩＰＭモータに用いられる磁石の磁力特性、特に温度に対する減磁特性（減磁率）を算出し、実測した減磁特性と比較した。以下、この算出結果、比較結果について説明する。
　図８は、本実施例のＩＰＭモータの略示上方斜視図である。図８中の３は、本実施例のＩＰＭモータであり、Ｍは、ＩＰＭモータ３に用いられるＤｙ拡散がされたＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁石である。ＩＰＭモータ３は、Ｖ字に配置されるようにロータに嵌めこんだ構成である。磁石Ｍ夫々は平板形状をなす。Ｄｙ導入面は、磁石Ｍ，Ｍ，…夫々のＩＰＭモータ３の外周面及び外周面に垂直な面である。
　本実施例では、磁石Ｍの母材として以下を用いる。
　ＮＭＸ－Ｓ５２（日立金属株式会社製、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁石）
　図９は、本実施例の磁石Ｍの母材の磁力特性を示すグラフである。図９は、２０℃、６０℃、１００℃及び１４０℃における磁化曲線であり、横軸に磁場Ｈ（ｋＡ／ｍ）、縦軸に磁化Ｂ又はＪ（Ｔ）を示している。上側の曲線がＪ－Ｈカーブであり、下側の曲線がＢ－Ｈカーブである。磁力特性算出装置１の記憶部１１に、図９に示す母材の磁化曲線を記憶しておくことにより、演算部１０は上述したようにＤｙ拡散後のＪ－Ｈカーブ及び温度変化後のＪ－Ｈカーブを算出することが可能である。
　図１０は、本実施例の母材に対するＤｙ導入量と保磁力増加量ΔＨｃＪとの対応を示すグラフである。横軸にＤｙ導入量（mass％）、縦軸に保磁力増加量ΔＨｃＪ（ｋＡ／ｍ）をとって、白丸にて実測値を示し実線にて近似式を示している。なお、本実施例は、Ｄｙ拡散させた母材を２．８ｍｍ×２．８ｍｍ×１．０ｍｍの個片試料に切り出し、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）分析法を用いてＤｙ導入量を測定することにより得た。また、ΔＨｃＪは、ＶＳＭ（Vibrating Sample Magnetometer）で測定した試料の保磁力ＨｃＪからの母材の保磁力ＨｃＪの値の差により求めた。図１０に示すように対応するＤｙ導入量－ΔＨｃＪデータベース１１１を記憶部１１に記憶しておくことにより、演算部１０は上述したように磁石内におけるΔＨｃＪ分布を算出することが可能である。
　本実施例では、磁石Ｍとして、特許文献１に記載の方法で、処理温度を９００℃とし、４．０時間Ｄｙを供給後、拡散させて製作した。
　ここで、拡散係数を同定するために、実測した深度δにおける保磁力増加量ΔＨｃＪ分布への拡散方程式の算出の精度について検証した結果を示す。深度δは、拡散した表面からの距離を指す。図１１は、保磁力増加量ΔＨｃＪ分布の算出精度の検証に用いた磁石の形状情報を示す説明図である。検証には、縦が４２．５ｍｍ、横が３２．５ｍｍ、そして厚さが２．５ｍｍまたは９．５ｍｍである扁平直方体形状の厚みが異なる磁石を用い、夫々に同条件で特許文献１に記載の方法を用いてＤｙ拡散を行なった後に、磁石の上面中央部Ｃ及び周縁部Ｒにおける保磁力増加量ΔＨｃＪを測定した。なお、上面周縁部は、長辺（４２．５ｍｍ）からの距離２．０ｍｍであって短辺（３２．５ｍｍ）からの距離が約２４ｍｍの部分である。そして図１１の白矢印に示すように、上面及び４つの側面夫々から同様に磁石へＤｙを拡散させた。ここで、Ｄｙ濃度の測定にはＩＣＰ分析法を用いた。保磁力ＨｃＪの測定は、磁石を２．８ｍｍ×２．８ｍｍ×１．０ｍｍの測定部位毎に切り出し、ＶＳＭを用いて行なった。なお、ＩＣＰ分析法及びＶＳＭの測定ピッチをいずれも０．５ｍｍにて測定できるよう、同一条件で製作した複数の磁石で測定した。
　磁石中央部の磁石の深度δにおける保磁力増加量ΔＨｃＪの実測値の分布に基づき、拡散方程式に使用する拡散係数を同定した。この際、拡散束を１．０×１０-7（mass％）、処理時間を１４４００（sec）の固定条件とした。また、拡散係数を前述した式（１）のＤ＝ｋ１・ＥＸＰ（－ｋ２・Ｃ）＋ｋ３（Ｃ：濃度、ｋ１，ｋ２，ｋ３：係数）と近似して、図４のフローチャートに従って、これらの係数ｋ１，ｋ２，ｋ３の値を求めた。求めた係数を用いて、具体的に拡散係数Ｄを下記（２）のように同定した。
　　　Ｄ＝５．０×１０-11 ・ＥＸＰ（－７．０・Ｃ）＋１．１×１０-11   …（２）
　図１２は、厚さ９．５ｍｍの磁石の中央部Ｃ（図１２の（ａ））及び周縁部Ｒ（図１２の（ｂ））における深度（距離）δにおける保磁力増加量ΔＨｃＪ分布の算出結果と実際の実測結果とを示すグラフである。図１２では、横軸に深度δを「ｍｍ（ミリメートル）」単位で、縦軸に保磁力増加量ΔＨｃＪを「ｋＡ／ｍ（キロアンペア　パー　メートル）」単位で示している。図１２に示すように、深度（距離）δが０．５ｍｍ～５．０ｍｍの範囲内で０．５ｍｍおきの算出結果（●印）と実測結果（○印）とは、中央部及び周縁部ともに精度良く合致している。
　また、図１３は、厚さ２．５ｍｍの磁石の中央部Ｃ（図１３の（ａ））及び周縁部Ｒ（図１３の（ｂ））における深度（距離）δにおける保磁力増加量ΔＨｃＪ分布の算出結果と実際の実測結果とを示すグラフである。図１３の横軸、縦軸は、図１２と同じである。図１３に示すように、深度（距離）δが０．５ｍｍ～２．０ｍｍの範囲内で０．５ｍｍおきの算出結果（●印）と実測結果（○印）とは、中央部及び周縁部ともに精度良く合致している。
　図１４は、本実施例の磁石Ｍについて算出されたΔＨｃＪ分布の例を模式的に示す模式図である。図１４に示す例では、磁石Ｍの軸方向中央断面と幅方向中央断面とにおけるΔＨｃＪ分布を示している。上述したように磁石Ｍは、ＩＰＭモータ３の外周面及び外周面に垂直な面がＤｙ導入面である。したがって、磁石Ｍにおける保磁力増加量ΔＨｃＪは、磁石Ｍ夫々のＩＰＭモータ３の外周面側及び外周面に垂直な面側ほど大きく、ＩＰＭモータ３の中心側にて減少する分布を有すると算出されている。
　図１５は、図１４に示したΔＨｃＪ分布を有する本実施例の磁石Ｍを用いたＩＰＭモータ３の減磁特性の算出結果及び実測結果を比較した例を示すグラフである。図１５の横軸は、減磁率を評価するための減磁評価温度（℃）を示し、縦軸は減磁率（％）を示す。○印はＤｙ拡散処理前の母材の異なる温度に対する減磁率の実測値、実線は該母材の減磁率の算出値であり、また、△印はＤｙが拡散された磁石Ｍの減磁率の実測値、破線は該磁石Ｍの減磁率の算出値である。
　なお、減磁率は、磁石Ｍを用いたＩＰＭモータ３を温度が設定された恒温槽中で動作させた後に常温に戻し、常温状態でのトルクを測定し、負荷が印加される前の常温におけるトルクに対する減少率を算出して求めた。なお恒温槽の温度は、図１５に示したように、５０～１４０℃まで１０℃おきに設定され、夫々の設定温度にてＩＰＭモータ３を回転させた。
　図１５に示した減磁率の実測結果及び算出結果の内、減磁率が２％となるときの設定温度に着目すると、以下のようになる。母材の減磁率が２％となる温度は、実測値では１０１℃、算出値では１００℃であり、誤差はプラス１℃であった。Ｄｙが拡散された磁石Ｍの減磁率が２％となる温度は、実測値では１２２℃、算出値では１２４℃であり、誤差はプラス２℃であった。これにより、解析誤差が１０℃以下であり、十分な精度で減磁特性が解析できていると言える。Ｄｙ拡散によって磁石Ｍの減磁耐熱性が向上していることが分かる。
　図１６及び図１７は、図１４に示したΔＨｃＪ分布を有する本実施例の磁石Ｍが２％減磁したときの温度におけるＢｒ減少率の分布の算出結果を模式的に示す模式図である。図１６に母材の例、図１７に拡散材（Ｄｙが拡散された磁石Ｍ）の例を示す。図１４と同様に、母材及び磁石Ｍの軸方向中央断面と幅方向中央断面とにおける分布を示している。上述したように、母材は１００℃で減磁率が２％となると算出されている。母材は保磁力の分布が均質であるが、Ｂｒ減少率は分布を有し、ＩＰＭモータ３の外側の角部分が最もＢｒ減少率が高い。Ｄｙが拡散された磁石Ｍは１２４℃で減磁率が２％となることが計算により得られており、このときのＢｒ減少率は、図１４に示した保磁力の増加量が大きい部位のＢｒ減少率が低く、保磁力の増加量が小さい部位のＢｒ減少率が高い傾向にある。なお、Ｂｒ減少率の算出は、磁石Ｍを減磁評価を行なう温度まで加熱し、減磁界を印加した後、室温（２０℃）に戻したときのＢｒの減少量から求めた。
　本実施例に示したように、磁力特性算出装置１の磁力特性算出プログラム１に基づく処理によって、Ｄｙなどの重希土類元素を拡散して得られるＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁石の磁石内での部位毎に異なる保磁力増加量ΔＨｃＪの分布についての算出結果から、減磁率を精度よく求めることができる。
　なお、重希土類元素としてＤｙを用いる例を説明した。しかしながら本発明はこれに限らないし、Ｔｂ等の重希土類元素を拡散して得られる磁石の磁力特性の算出にも広く適用され得る。また、磁石の形状は平板形状を用いる例を説明した。しかしながら、本発明は、これに限らず、弓形形状、リング形状、棒形状の磁石の磁力特性の算出にも広く適用され得る。また、モータは、ＩＰＭモータに限らず、ＳＰＭモータにも適用され得る。
　なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
　１　磁力特性算出装置
　１０　演算部
　１１　記憶部
　１１１　Ｄｙ導入量－ΔＨｃＪデータベース（導入量－保磁力増加量特性情報）
　１１２　拡散条件データベース（重希土類元素の拡散における拡散係数と拡散束と処理時間とを含む拡散条件の情報）
　１Ｐ　磁力特性算出プログラム
　２Ｐ　磁力特性算出プログラム
　Ｍ　磁石

Claims (10)

  1. 　重希土類元素を表面から内部に拡散させ導入した磁石における磁力特性を求める方法において、
    　重希土類元素導入量に対する拡散させ導入したことによる保磁力の増加量の特性を示す導入量－保磁力増加量特性情報、及び、重希土類元素の拡散における拡散係数と拡散束と処理時間とを含む拡散条件の情報を予め記憶しておき、
    　前記磁石の大きさと形状とを示す形状情報を受け付ける第１ステップ、
    　受け付けた形状情報に対応させて、導入面情報を受け付ける第２ステップ、
    　記憶してある前記拡散条件の情報に基づき拡散方程式を用いて、導入した重希土類元素の前記磁石内における導入量分布を算出する第３ステップ、並びに、
    　算出した導入量分布と、記憶してある前記導入量－保磁力増加量特性情報とに基づき、前記磁石内における重希土類元素を拡散させ導入したことによる保磁力増加量の分布を算出する第４ステップ
    　を含むことを特徴とする磁力特性算出方法。
  2. 　前記拡散係数は、導入される重希土類元素の濃度依存性の関数で表されてあることを特徴とする請求項１に記載の磁力特性算出方法。
  3. 　重希土類元素拡散前の磁化曲線と、保磁力毎に異なる磁石の温度変化に対する保磁力変化率を示す温度係数の情報とを予め記憶しておき、
    　記憶してある磁化曲線と、第４ステップで算出した保磁力増加量の分布とに基づき、前記磁石の各部位の所定の第１温度における磁化曲線を算出する第５ステップ、
    　算出した磁化曲線と、記憶してある前記温度係数の情報とに基づき、所定の第２温度における磁化曲線を算出する第６ステップ、及び、
    　第６ステップで算出した磁化曲線に基づき、第２温度で各部位に異なる減磁界が印加され減磁した後の前記所定の第１温度で減磁率を算出する第７ステップ
    　を更に含むことを特徴とする請求項１または２に記載の磁力特性算出方法。
  4. 　第４ステップで算出した保磁力増加量の分布に基づき、前記磁石の異なる温度における減磁特性を算出する第８ステップ、及び、
    　前記磁石の減磁率が所定の率以下となる減磁温度を特定する第９ステップ
    　を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の磁力特性算出方法。
  5. 　重希土類元素を表面から内部に拡散させ導入した磁石における磁力特性を求める磁力特性算出装置において、
    　重希土類元素導入量に対する拡散させ導入したことによる保磁力の増加量の特性を示す導入量－保磁力増加量特性情報、及び、重希土類元素の拡散における拡散係数と拡散束と処理時間とを含む拡散条件の情報を記憶しておく記憶手段、
    　前記磁石の大きさと形状とを示す形状情報を受け付ける手段、
    　受け付けた形状情報に対応させて、導入面情報を受け付ける手段、
    　前記記憶手段に記憶してある前記拡散条件の情報に基づき拡散方程式を用いて、導入した重希土類元素の前記磁石内における導入量分布を算出する手段、並びに、
    　算出した導入量分布と、前記記憶手段に記憶してある前記導入量－保磁力増加量特性情報とに基づき、前記磁石内における重希土類元素を拡散させ導入したことによる保磁力増加量の分布を算出する保磁力増加量分布算出手段
    　を備えることを特徴とする磁力特性算出装置。
  6. 　重希土類元素拡散前の磁化曲線と、保磁力毎に異なる磁石の温度変化に対する保磁力変化率を示す温度係数の情報とを予め記憶しておく手段、
    　記憶してある磁化曲線と、前記保磁力増加量分布算出手段にて算出した保磁力増加量の分布とに基づき、前記磁石の所定の第１温度における磁化曲線を算出する手段、
    　算出した磁化曲線と、記憶してある前記温度係数の情報とに基づき、所定の第２温度における磁化曲線を算出する手段、及び、
    　算出した磁化曲線に基づき、第２温度で各部位に異なる減磁界が印加され減磁した後の前記所定の第１温度で減磁率を算出する手段
    　を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の磁力特性算出装置。
  7. 　前記保磁力増加量分布算出手段にて算出した保磁力増加量の分布に基づき、前記磁石の異なる温度における減磁特性を算出する手段、及び、
    　前記磁石の減磁率が所定の率以下となる減磁温度を特定する手段
    　を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の磁力特性算出装置。
  8. 　記憶手段を備えるコンピュータに、重希土類元素を表面から内部に拡散させ導入した磁石における磁力特性を、前記記憶手段に記憶させてある重希土類元素導入量に対する拡散させ導入したことによる保磁力の増加量の特性を示す導入量－保磁力増加量特性情報、及び、重希土類元素の拡散における拡散係数と拡散束と処理時間とを含む拡散条件の情報を用いて算出させるコンピュータプログラムであって、
    　コンピュータに、
    　前記磁石の大きさと形状とを示す形状情報を取得する第１ステップ、
    　形状情報に対応させて、導入面情報を取得する第２ステップ、
    　記憶してある前記拡散条件の情報に基づき拡散方程式を用いて、導入した重希土類元素の前記磁石内における導入量分布を算出する第３ステップ、並びに、
    　算出した導入量分布と、記憶してある前記導入量－保磁力増加量特性情報とに基づき、前記磁石内における重希土類元素を拡散させ導入したことによる保磁力増加量の分布を算出する第４ステップ
    　を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
  9. 　重希土類元素拡散前の磁化曲線と、保磁力毎に異なる磁石の温度変化に対する保磁力変化率を示す温度係数の情報とを記憶してある記憶手段を更に用い、
    　前記コンピュータに、
    　記憶してある磁化曲線と、第４ステップで算出した保磁力増加量の分布とに基づき、前記磁石の各部位の所定の第１温度における磁化曲線を算出する第５ステップ、
    　算出した磁化曲線と、記憶してある前記温度係数の情報とに基づき、所定の第２温度における磁化曲線を算出する第６ステップ、及び、
    　第６ステップで算出した磁化曲線に基づき、第２温度で各部位に異なる減磁界が印加され減磁した後の前記所定の第１温度で減磁率を算出する第７ステップ
    　を更に実行させることを特徴とする請求項８に記載のコンピュータプログラム。
  10. 　前記コンピュータに、
    　第４ステップで算出した保磁力増加量の分布に基づき、前記磁石の異なる温度における減磁特性を算出する第８ステップ、及び、
    　前記磁石の減磁率が所定の率以下となる減磁温度を特定する第９ステップ
    　を更に実行させることを特徴とする請求項９に記載のコンピュータプログラム。
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