(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重希土類元素を磁石表面から導入して主相外殻部に拡散させた磁石又は重希土類元素を内部に拡散させた磁石における磁力特性を求める方法において、
磁石表面からの深度に対する重希土類元素拡散による保磁力の増加量の分布を示す深度−保磁力増加量特性情報、及び、重希土類元素導入量に対する拡散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を予め記憶しておき、
記憶してある深度−保磁力増加量特性情報及び導入量−保磁力増加量特性情報から、深度に対する重希土類元素の導入量分布を示す深度−導入量特性情報を求める第１ステップ、
前記磁石の大きさ及び形状を示す形状情報を受け付ける第２ステップ、
受け付けた形状情報に対応し、重希土類元素が導入された１又は複数の面を示す導入面情報を受け付ける第３ステップ、
受け付けた形状情報及び導入面情報、並びに求めてある深度−導入量特性情報に基づき、前記１又は複数の面毎に、該面から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４ステップ、
第４ステップで面毎に求めた導入量分布から、前記磁石全体における導入量分布を求める第５ステップ、並びに、
第５ステップで求めた前記磁石全体における導入量分布と、記憶してある導入量−保磁力増加量特性情報とに基づき、前記磁石内における拡散による保磁力増加量の分布を求める第６ステップ
を含むことを特徴とする磁力特性算出方法。
【請求項２】
第４ステップでは、
前記深度に対する重希土類元素の導入量分布における前記磁石の重希土類元素を導入する面から裏面までの距離を超える深度に対する導入量分布を、裏面を対称面として折り返し加算し、導入量分布の差が無くなるまで繰り返すこと
を特徴とする請求項１に記載の磁力特性算出方法。
【請求項３】
前記深度−保磁力増加量特性情報又は深度−導入量特性情報は、
保磁力増加量が深度の指数関数の近似式で表わされてあること
を特徴とする請求項１又は２に記載の磁力特性算出方法。
【請求項４】
重希土類元素拡散前の磁化曲線と、異なる保磁力に対する磁石の温度変化による保磁力変化量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６ステップで求め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求める第７ステップと、
求めた磁化曲線、及び記憶してある前記温度係数の情報に基づき、所定の第２温度における磁化曲線を算出する第８ステップと、
第８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９ステップと
を更に含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁力特性算出方法。
【請求項５】
第６ステップで求め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求める第１０ステップと、
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１１ステップと
を更に含むことを特徴とする請求項４に記載の磁力特性算出方法。
【請求項６】
磁力特性算出装置の演算部が、磁石の形状情報と、磁石のいずれの面からＤｙを導入するかの情報とを入力又は選択させる画面を作成してインターフェースを介してディスプレイに出力するステップＳ１と、
前記演算部が、キーボード及びマウスによる磁石の形状情報の入力、Ｄｙ導入面の選択をインターフェースを介して受け付けるステップＳ２と、
前記演算部が、記憶部に記憶してあるＤｙ導入面からの深度δに対する保磁力増加量ΔＨｃＪの分布を示す深度δ−ΔＨｃＪデータベース及びＤｙ導入量−ΔＨｃＪデータベースを読み出すステップＳ３と、
前記演算部が、深度δとＤｙ導入量との対応を示す深度δ−Ｄｙ導入量情報を算出するステップＳ４と、
前記演算部が、前記ステップＳ２で受け付けた形状情報、及びＤｙ導入面の情報に基づき、１つの導入面を選択し、選択した導入面に対する深度δの限界である裏面までの厚みＤを特定するステップＳ５と、
前記演算部が、特定した厚みＤまでのＤｙ導入量の分布を、前記ステップＳ４で算出した深度δ−Ｄｙ導入量情報に基づき、ノイマン型境界条件を考慮して算出するステップＳ６と、
前記演算部が、全ての導入面を選択し、Ｄｙ導入量の分布を算出したか否かを判断するステップＳ７と、
前記演算部が、全ての導入面についてＤｙ導入量の分布を算出したと判断した場合、全ての導入面に対するＤｙ導入量の分布を足し合わせ、磁石内におけるＤｙ導入量の分布を算出するステップＳ８と、
前記演算部が、前記ステップＳ８で算出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Ｓ９と
を含むことを特徴とする磁力特性算出方法。
【請求項７】
前記ステップＳ６では、
前記深度に対する重希土類元素の導入量分布における前記磁石の重希土類元素を導入する面から裏面までの距離を超える深度に対する導入量分布を、裏面を対称面として折り返し加算し、導入量分布の差が無くなるまで繰り返すこと
を特徴とする請求項６に記載の磁力特性算出方法。
【請求項８】
前記深度δ−保磁力増加量ΔＨｃＪの情報又は深度δ−Ｄｙ導入量の情報は、保磁力増加量ΔＨｃＪが深度δの指数関数の近似式で表わされてあることを特徴とする請求項６又は７に記載の磁力特性算出方法。
【請求項９】
前記演算部が、拡散前の磁石の磁石特性と、前記ステップＳ９で求めた保磁力増加量ΔＨｃＪとに基づき、常温でのＤｙ拡散後の保磁力ＨｃＪ分布を算出するステップＳ１０と、
前記演算部が、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するステップＳ１１と、
前記演算部が、前記磁石の温度が減磁評価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、常温に戻した場合の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Ｓ１２と、
前記演算部が、前記ステップＳ１１及び前記ステップＳ１２の算出結果に基づき、減磁評価温度における減磁率を算出するステップＳ１３と
を更に含むことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の磁力特性算出方法。
【請求項１０】
重希土類元素を磁石表面から導入して主相外殻部に拡散させた磁石又は重希土類元素を内部に拡散させ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、
磁石表面からの深度に対する重希土類元素拡散による保磁力の増加量の分布を示す深度−保磁力増加量特性情報、及び、重希土類元素導入量に対する拡散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を記憶しておく手段と、
記憶してある深度−保磁力増加量特性情報及び導入量−保磁力増加量特性情報から、深度に対する重希土類元素の導入量分布を示す深度−導入量特性情報を求める手段と、
前記磁石の大きさ及び形状を示す形状情報を受け付ける手段と、
前記形状情報に対応し、重希土類元素が導入された１又は複数の面を示す導入面情報を受け付ける手段と、
受け付けた形状情報及び導入面情報、並びに求めてある深度−導入量特性情報に基づき、前記１又は複数の面毎に、該面から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と、
面毎に求めた導入量分布から、前記磁石全体における導入量分布を求める手段と、
求めた全体における導入量分布、及び、記憶してある導入量−保磁力増加量特性情報に基づき、前記磁石内における拡散による保磁力増加量の分布を算出する手段と
を備えることを特徴とする磁力特性算出装置。
【請求項１１】
重希土類元素拡散前の磁化曲線と、異なる保磁力に対する磁石の温度変化による保磁力変化量を示す温度係数の情報を予め記憶しておき、
記憶してある磁化曲線と、求めた前記磁石における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求める手段と、
求めた磁化曲線、及び記憶してある前記温度係数の情報に基づき、所定の第２温度における磁化曲線を算出する手段と、
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と
を更に備えることを特徴とする請求項１０に記載の磁力特性算出装置。
【請求項１２】
演算部を有する磁力特性算出装置において、
前記演算部は、
磁石の形状情報と、磁石のいずれの面からＤｙを導入するかの情報とを入力又は選択させる画面を作成してインターフェースを介してディスプレイに出力する手段と、
キーボード及びマウスによる磁石の形状情報の入力、Ｄｙ導入面の選択をインターフェースを介して受け付ける手段と、
記憶部に記憶してあるＤｙ導入面からの深度δに対する保磁力増加量ΔＨｃＪの分布を示す深度δ−ΔＨｃＪデータベース及びＤｙ導入量−ΔＨｃＪデータベースを読み出す手段と、
深度δとＤｙ導入量との対応を示す深度δ−Ｄｙ導入量情報を算出する手段と、
受け付けた形状情報、及びＤｙ導入面の情報に基づき、１つの導入面を選択し、選択した導入面に対する深度δの限界である裏面までの厚みＤを特定する手段と、
特定した厚みＤまでのＤｙ導入量の分布を、算出した深度δ−Ｄｙ導入量情報に基づき、ノイマン型境界条件を考慮して算出する手段と、
全ての導入面を選択し、Ｄｙ導入量の分布を算出したか否かを判断する手段と、
全ての導入面についてＤｙ導入量の分布を算出したと判断した場合、全ての導入面に対するＤｙ導入量の分布を足し合わせ、磁石内におけるＤｙ導入量の分布を算出する手段と、
算出した磁石内におけるＤｙ導入量の分布を、Ｄｙ導入量−ΔＨｃＪデータベースに基づき、磁石内の保磁力増加量ΔＨｃＪ分布に変換する手段と
を備えることを特徴とする磁力特性算出装置。
【請求項１３】
前記演算部は、
拡散前の磁石の磁石特性と、求めた保磁力増加量ΔＨｃＪとに基づき、常温でのＤｙ拡散後の保磁力ＨｃＪ分布を算出する手段と、
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する第１算出手段と、
前記磁石の温度が減磁評価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、常温に戻した場合の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第２算出手段と、
前記第１算出手段及び前記第２算出手段の算出結果に基づき、減磁評価温度における減磁率を算出する手段と
を更に備えることを特徴とする請求項１２に記載の磁力特性算出装置。
【請求項１４】
記憶手段を備えるコンピュータに、重希土類元素を磁石表面から導入して主相外殻部に拡散させた磁石又は重希土類元素を内部に拡散させ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磁石表面からの深度に対する重希土類元素拡散による保磁力の増加量の分布を示す深度−保磁力増加量特性情報、及び、重希土類元素導入量に対する拡散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、
記憶してある深度−保磁力増加量特性情報及び導入量−保磁力増加量特性情報から、深度に対する重希土類元素の導入量分布を示す深度−導入量特性情報を求める第１ステップ、
前記磁石の大きさ及び形状を示す形状情報を受け付ける第２ステップ、
前記形状情報に対応し、重希土類元素が導入された１又は複数の面を示す導入面情報を受け付ける第３ステップ、
受け付けた形状情報及び導入面情報、並びに求めてある深度−導入量特性情報に基づき、前記１又は複数の面毎に、該面から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４ステップ、
面毎に求めた導入量分布から、前記磁石全体における導入量分布を算出する第５ステップ、並びに、
算出した前記磁石全体における導入量分布、及び、記憶してある導入量−保磁力増加量特性情報に基づき、前記磁石内における拡散による保磁力増加量の分布を求める第６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。
【請求項１５】
重希土類元素拡散前の磁化曲線と、異なる保磁力に対する磁石の温度変化による保磁力変化量を示す温度係数の情報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６ステップで求め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求める第７ステップ、
求めた磁化曲線、及び記憶してある前記温度係数の情報に基づき、所定の第２温度における磁化曲線を算出する第８ステップ、並びに、
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９ステップ
を更に実行させることを特徴とする請求項１４に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１６】
記憶手段を備えるコンピュータに、重希土類元素を磁石表面から導入して主相外殻部に拡散させた磁石又は重希土類元素を内部に拡散させ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磁石表面からの深度に対する重希土類元素拡散による保磁力の増加量の分布を示す深度−保磁力増加量特性情報、及び、重希土類元素導入量に対する拡散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、
磁石の形状情報と、磁石のいずれの面からＤｙを導入するかの情報とを入力又は選択させる画面を作成してインターフェースを介してディスプレイに出力するステップＳ１と、
キーボード及びマウスによる磁石の形状情報の入力、Ｄｙ導入面の選択をインターフェースを介して受け付けるステップＳ２と、
前記記憶手段に記憶してあるＤｙ導入面からの深度δに対する保磁力増加量ΔＨｃＪの分布を示す深度δ−ΔＨｃＪデータベース及びＤｙ導入量−ΔＨｃＪデータベースを読み出すステップＳ３と、
深度δとＤｙ導入量との対応を示す深度δ−Ｄｙ導入量情報を算出するステップＳ４と、
前記ステップＳ２で受け付けた形状情報、及びＤｙ導入面の情報に基づき、１つの導入面を選択し、選択した導入面に対する深度δの限界である裏面までの厚みＤを特定するステップＳ５と、
特定した厚みＤまでのＤｙ導入量の分布を、前記ステップＳ４で算出した深度δ−Ｄｙ導入量情報に基づき、ノイマン型境界条件を考慮して算出するステップＳ６と、
全ての導入面を選択し、Ｄｙ導入量の分布を算出したか否かを判断するステップＳ７と、
全ての導入面についてＤｙ導入量の分布を算出したと判断した場合、全ての導入面に対するＤｙ導入量の分布を足し合わせ、磁石内におけるＤｙ導入量の分布を算出するステップＳ８と、
前記ステップＳ８で算出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Ｓ９と
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。
【請求項１７】
重希土類元素拡散前の磁化曲線と、異なる保磁力に対する磁石の温度変化による保磁力変化量を示す温度係数の情報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、
拡散前の磁石の磁石特性と、前記ステップＳ９で求めた保磁力増加量ΔＨｃＪとに基づき、常温でのＤｙ拡散後の保磁力ＨｃＪ分布を算出するステップＳ１０と、
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するステップＳ１１と、
前記磁石の温度が減磁評価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、常温に戻した場合の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Ｓ１２と、
前記ステップＳ１１及び前記ステップＳ１２の算出結果に基づき、減磁評価温度における減磁率を算出するステップＳ１３と
を更に実行させることを特徴とする請求項１６に記載のコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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を磁石の主相外殻部に拡散させたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石、その他磁石表面からジスプロシウムなどの重希土類元素を内部に拡散させ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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開２００７／１０２３９１号パンフレット
【特許文献２】国際公開２００６／４３３４８号パンフレット
【特許文献３】特許第４２２８６４９号公報
【特許文献４】特開２００４−２５７８７９号公報
【特許文献５】国際公開２００８／１２３２５１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ジスプロシウムを磁石表面より内部へ粒界を通じて拡散させ、主相外殻部に偏在させたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石、その他ジスプロシウムなどの重希土類元素を磁石表面から磁石内へ拡散させた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。【０００８】
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。【０００９】
本発明は斯かる知見に基づきなされたものであり、重希土類元素を拡散させて主相外殻部に偏在させたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石、その他磁石表面から重希土類元素を拡散させ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を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る磁力特性算出方法は、重希土類元素を磁石表面から導入して主相外殻部に拡散させた磁石又は重希土類元素を内部に拡散させた磁石における磁力特性を求める方法において、磁石表面からの深度に対する重希土類元素拡散による保磁力の増加量の分布を示す深度−保磁力増加量特性情報、及び、重希土類元素導入量に対する拡散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を予め記憶しておき、記憶してある深度−保磁力増加量特性情報及び導入量−保磁力増加量特性情報から、深度に対する重希土類元素の導入量分布を示す深度−導入量特性情報を求める第１ステップ、前記磁石の大きさ及び形状を示す形状情報を受け付ける第２ステップ、受け付けた形状情報に対応し、重希土類元素が導入された１又は複数の面を示す導入面情報を受け付ける第３ステップ、受け付けた形状情報及び導入面情報、並びに求めてある深度−導入量特性情報に基づき、前記１又は複数の面毎に、該面から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４ステップ、第４ステップで面毎に求めた導入量分布から、前記磁石全体における導入量分布を求める第５ステップ、並びに、第５ステップで求めた前記磁石全体における導入量分布と、記憶してある導入量−保磁力増加量特性情報とに基づき、前記磁石内における拡散による保磁力増加量の分布を求める第６ステップを含むことを特徴とする。【００１１】
本発明に係る磁力特性算出方法は、第４ステップでは、前記深度に対する重希土類元素の導入量分布における前記磁石の重希土類元素を導入する面から裏面までの距離を超える深度に対する導入量分布を、裏面を対称面として折り返し加算し、導入量分布の差が無くなるまで繰り返すことを特徴とする。【００１２】
本発明に係る磁力特性算出方法は、前記深度−保磁力増加量特性情報又は深度−導入量特性情報は、保磁力増加量が深度の指数関数の近似式で表わされてあることを特徴とする。【００１３】
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、異なる保磁力に対する磁石の温度変化による保磁力変化量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６ステップで求め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求める第７ステップと、求めた磁化曲線、及び記憶してある前記温度係数の情報に基づき、所定の第２温度における磁化曲線を算出する第８ステップと、第８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９ステップとを更に含むことを特徴とする。【００１４】
本発明に係る磁力特性算出方法は、第６ステップで求め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求める第１０ステップと、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１１ステップとを更に含むことを特徴とする。【００１５】
本発明に係る磁力特性算出装置は、重希土類元素を磁石表面から導入して主相外殻部に拡散させた磁石又は重希土類元素を内部に拡散させ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、磁石表面からの深度に対する重希土類元素拡散による保磁力の増加量の分布を示す深度−保磁力増加量特性情報、及び、重希土類元素導入量に対する拡散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を記憶しておく手段と、記憶してある深度−保磁力増加量特性情報及び導入量−保磁力増加量特性情報から、深度に対する重希土類元素の導入量分布を示す深度−導入量特性情報を求める手段と、前記磁石の大きさ及び形状を示す形状情報を受け付ける手段と、前記形状情報に対応し、重希土類元素が導入された１又は複数の面を示す導入面情報を受け付ける手段と、受け付けた形状情報及び導入面情報、並びに求めてある深度−導入量特性情報に基づき、前記１又は複数の面毎に、該面から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と、面毎に求めた導入量分布から、前記磁石全体における導入量分布を求める手段と、求めた全体における導入量分布、及び、記憶してある導入量−保磁力増加量特性情報に基づき、前記磁石内における拡散による保磁力増加量の分布を算出する手段とを備えることを特徴とする。【００１６】
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、異なる保磁力に対する磁石の温度変化による保磁力変化量を示す温度係数の情報を予め記憶しておき、記憶してある磁化曲線と、求めた前記磁石における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求める手段と、求めた磁化曲線、及び記憶してある前記温度係数の情報に基づき、所定の第２温度における磁化曲線を算出する手段と、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とを更に備えることを特徴とする。
【００１７】
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、重希土類元素を磁石表面から導入して主相外殻部に拡散させた磁石又は重希土類元素を内部に拡散させ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磁石表面からの深度に対する重希土類元素拡散による保磁力の増加量の分布を示す深度−保磁力増加量特性情報、及び、重希土類元素導入量に対する拡散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、記憶してある深度−保磁力増加量特性情報及び導入量−保磁力増加量特性情報から、深度に対する重希土類元素の導入量分布を示す深度−導入量特性情報を求める第１ステップ、前記磁石の大きさ及び形状を示す形状情報を受け付ける第２ステップ、前記形状情報に対応し、重希土類元素が導入された１又は複数の面を示す導入面情報を受け付ける第３ステップ、受け付けた形状情報及び導入面情報、並びに求めてある深度−導入量特性情報に基づき、前記１又は複数の面毎に、該面から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４ステップ、面毎に求めた導入量分布から、前記磁石全体における導入量分布を算出する第５ステップ、並びに、算出した前記磁石全体における導入量分布、及び、記憶してある導入量−保磁力増加量特性情報に基づき、前記磁石内における拡散による保磁力増加量の分布を求める第６ステップを実行させることを特徴とする。【００１８】
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、異なる保磁力に対する磁石の温度変化による保磁力変化量を示す温度係数の情報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６ステップで求め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求める第７ステップ、求めた磁化曲線、及び記憶してある前記温度係数の情報に基づき、所定の第２温度における磁化曲線を算出する第８ステップ、並びに、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９ステップを更に実行させることを特徴とする。【００１９】
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から、求めておいた導入面からの深度に対する導入量分布に基づき、算出対象の磁石の構成に応じた重希土類元素の導入量の分布が求められる。求めら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。【００２０】
本発明では、上述の発明にて、磁力特性の算出対象の磁石の各導入面からの導入量分布を求めるに際し、予め求めてある深度に対する重希土類元素の導入量分布の深度は無限長に対応するが、実際の磁石の前記導入面からの距離は有限であって、境界面内側では導入される重希土類元素の内部への反射が推定されることから、前記導入面から裏面までの距離を超える深度に対する導入量分布を前記裏面内における導入量分布へ折り返すように加算して導入量分布が求められる。これにより、磁石内における重希土類元素の導入量の分布を精度よく求めることができ、求められる保磁力変化量の分布の精度も向上する。【００２１】
本発明では、磁石の深度に対する保磁力増加量の分布を、異なる深度毎の保磁力増加量の情報ではなく、深度をパラメータとする指数関数で近似した数式が記憶されて使用される。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等の処理が不要となる。【００２２】
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保磁力の温度変化量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。
好ましくは、温度係数の情報を、保磁力の２次関数として近似して記憶しておくことにより、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重希土類元素の拡散後の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。【００２３】
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）における負荷時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の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。
【発明の効果】
【００２４】
本発明による場合、ジスプロシウムなどの重希土類元素を拡散させて磁石の主相外殻部に偏在させたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石、又はその他、磁石内に重希土類を拡散させ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。【００２５】
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Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結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。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】δ−ΔＨｃＪデータベースの内容例を示す説明図である。
【図４】Ｄｙ導入量−ΔＨｃＪデータベースの内容例を示す説明図である。
【図５】δ−ΔＨｃＪデータベース及びＤｙ導入量−ΔＨｃＪデータベースから算出される深度δとＤｙ導入量の対応を示す説明図である。
【図６】本実施の形態における磁力特性算出装置の演算部が算出した１つの導入面に対応する厚みＤまでのＤｙ導入量の分布の例を示すグラフである。
【図７】演算部が、導入面毎に求められたＤｙ導入量分布から磁石全体のＤｙ導入量の分布を求める例を示す説明図である。
【図８】本実施の形態における磁力特性算出装置の演算部が算出した磁石内におけるＤｙ導入量分布と変換された保磁力増加量ΔＨｃＪ分布を示す説明図である。
【図９】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。
【図１０】磁石上面の中央部Ｃにおける深度（距離）δに対する保磁力増加量ΔＨｃＪ分布の算出結果及び測定結果を示すグラフである。
【図１１】磁石上面の中央部Ｃと周縁部Ｒとの夫々における深度（距離）δに対する保磁力増加量ΔＨｃＪ分布の測定結果を示すグラフである。
【図１２】Ｊ−Ｈカーブの修正例を示すグラフである。
【図１３】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。
【図１４】実施例１〜３の磁石Ｍ１〜Ｍ３の母材の磁力特性を示すグラフである。
【図１５】実施例１〜３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。
【図１６】実施例１のＳＰＭモータの略示上方斜視図である。
【図１７】実施例１の磁石の深度δ−ΔＨｃＪの対応関係の実測値を示すグラフである。
【図１８】実施例１の磁石についてのδ−ΔＨｃＪの実測値と算出結果との比較結果を示すグラフである。
【図１９】実施例１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。
【図２０】図１９に示したΔＨｃＪ分布を有する実施例１の磁石を用いたＳＰＭ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。
【図２１】図１９に示したΔＨｃＪ分布を有する実施例１の磁石が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２２】実施例２のＩＰＭモータの略示上方斜視図である。
【図２３】実施例２の磁石の深度δ−ΔＨｃＪの対応関係の実測値を示すグラフである。
【図２４】実施例２の磁石についてのδ−ΔＨｃＪの実測値と算出結果との比較結果を示すグラフである。
【図２５】実施例２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。
【図２６】図２５に示したΔＨｃＪ分布を有する実施例２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。
【図２７】図２５に示したΔＨｃＪ分布を有する実施例２の磁石が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２８】実施例３のＩＰＭモータの略示上方斜視図である。
【図２９】実施例３の磁石の深度δ−ΔＨｃＪの対応関係の実測値を示すグラフである。
【図３０】実施例３の磁石についてのδ−ΔＨｃＪの実測値と算出結果との比較結果を示すグラフである。
【図３１】実施例３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。
【図３２】図３１に示したΔＨｃＪ分布を有する実施例３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。
【図３３】図３１に示したΔＨｃＪ分布を有する実施例３の磁石が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。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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δ−ΔＨｃＪデータベース（深度−保磁力増加量特性情報）１１１及び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が記憶されている。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
演算部１０は、磁石の形状情報と、磁石のいずれの面からＤｙを導入するかの情報と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に出力する（ステップＳ１）。演算部１０は、キーボード１５及びマウス１６による磁石の形状情報の入力、Ｄｙ導入面の選択をＩ／Ｆ１７を介して受け付ける（ステップＳ２）。
【００３７】
ステップＳ２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Ｄｙ導入面の情報とは、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。
【００３８】
演算部１０は、記憶部１１に記憶してあるＤｙ導入面からの深度δに対する保磁力増加量ΔＨｃＪの分布を示すδ−ΔＨｃＪデータベース１１１、及び、Ｄｙ導入量−ΔＨｃＪデータベース１１２を読み出し（ステップＳ３）、深度δとＤｙ導入量との対応を示すδ−Ｄｙ導入量情報を算出する（ステップＳ４）。
【００３９】
演算部１０は、ステップＳ２で受け付けた形状情報、及びＤｙ導入面の情報に基づき、１つの導入面を選択し、選択した導入面に対する深度δの限界即ち裏面までの厚みＤを特定する（ステップＳ５）。演算部１０は、特定した厚みＤまでのＤｙ導入量の分布を、ステップＳ４で算出したδ−Ｄｙ導入量情報に基づき、ノイマン型境界条件を考慮して算出する（ステップＳ６）。ノイマン型境界条件については後述する。
【００４０】
次に演算部１０は、全ての導入面を選択し、Ｄｙ導入量の分布を算出したか否かを判断する（ステップＳ７）。演算部１０は、全ての導入面についてのＤｙ導入量の分布を算出していないと判断した場合（Ｓ７：ＮＯ）、ステップＳ５へ処理を戻し、他の導入面に対するＤｙ導入量の分布を算出する。
【００４１】
演算部１０は、全ての導入面についてＤｙ導入量の分布を算出したと判断した場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、全ての導入面に対するＤｙ導入量の分布を足し合わせ、磁石内におけるＤｙ導入量の分布を算出する（ステップＳ８）。
【００４２】
演算部１０は、ステップＳ８で算出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１１２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Ｓ９）。
【００４３】
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Ｓ９で求めた保磁力増加量ΔＨｃＪとに基づき、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Ｓ１０）。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Ｓ１１）、磁石の温度が減磁評価温度の１００℃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、常温（２０℃）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Ｓ１２）。演算部１０は、ステップＳ１１及びステップＳ１２の算出結果に基づき、減磁評価温度の１００℃における減磁率を算出し（ステップＳ１３）、処理を終了する。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。
【００４４】
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及びステップＳ４におけるδ−ΔＨｃＪデータベース１１１、及びＤｙ導入量−ΔＨｃＪデータベース１１２に基づく深度δとＤｙ導入量との対応の算出について説明する。
【００４５】
図３は、δ−ΔＨｃＪデータベース１１１の内容例を示す説明図である。図３の説明図では、Ｄｙの導入面からの深度（距離）δに対する保磁力増加量ΔＨｃＪをグラフによって示している。δ−ΔＨｃＪデータベース１１１は具体的には、例えば０．５ミリメートル毎の保磁力増加量ΔＨｃＪの情報でもよいし、図３の説明図に示されている曲線を指数関数等で近似した数式であってもよい。δ−ΔＨｃＪデータベース１１１では図３に示すように、深度δが深くなるほど保磁力増加量ΔＨｃＪは減少する関係にある。
【００４６】
図４は、Ｄｙ導入量−ΔＨｃＪデータベース１１２の内容例を示す説明図である。図４の説明図では、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１１２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（所定の導入量の単位で標準化されてある）でもよいし、図４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。
【００４７】
ステップＳ４では、図３及び図４に示した関係にあるδ−ΔＨｃＪデータベース１１１及びＤｙ導入量−ΔＨｃＪデータベース１１２を用いて、深度δに対するＤｙ導入量の分布を算出する。
【００４８】
図５は、δ−ΔＨｃＪデータベース１１１及びＤｙ導入量−ΔＨｃＪデータベース１１２から算出される深度δとＤｙ導入量の対応を示す説明図である。図５の説明図では、深度δに対するＤｙ導入量の分布をグラフによって示している。図５に示すように、深度δが深いほどＤｙ導入量は減少する。ステップＳ４にて算出される深度δとＤｙ導入量の対応は、異なる複数の深度δ、例えば０．５ミリメートル毎のＤｙ導入量の数値でもよいし、図５の説明図に示されている曲線を指数関数等で近似した数式であってもよい。
【００４９】
次に、ステップＳ６におけるＤｙ導入量分布の算出処理の詳細を説明する。ノイマン型境界条件とは、境界面で物理量の勾配がゼロとなる境界条件である。深度δに対するＤｙ導入量は磁石の導入面から指数関数的に減少するが、Ｄｙは裏面を抜けて分布することはなく、裏面の磁石外部との境界面で反射することが考慮されるべきである。
【００５０】
深度δに対するＤｙ導入量の分布は、ノイマン型境界条件を考慮し、図５に示した分布のグラフを厚みＤに等しい深度δで折り返して重ね合わせられるようにして算出される。演算部１０は、求めてある深度δに対するＤｙ導入量分布を用い、Ｄｙ導入面から裏面までの距離（厚み）Ｄを超過した分の深度δに対するＤｙ導入量のグラフが折り返され、各深度におけるＤｙ導入量を夫々加算されるように演算する。更に、演算部１０は、折り返されたグラフが深度δ＝０にて更に折り返され、これが繰り返されて加算されるように演算する。
【００５１】
図６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が算出した１つの導入面に対応する厚みＤまでのＤｙ導入量の分布の例を示すグラフである。演算部１０は上述のように、Ｄｙ導入面から裏面までの距離（厚み）Ｄを超過した分の深度δに対するＤｙ導入量（図６中Ｂ部分）が、破線Ｃに示すように裏面を対称面として折り返されて加算されるように求めた。このときの演算は、折り返し加算による差がなくなるまで繰り返す。その結果、図６に示すように、図５に示した深度δに対するＤｙ導入量の分布から１つの導入面に対応するＤｙ導入量分布（図６中太い実線Ａ）が得られる。
【００５２】
次に、ステップＳ８における各導入面からのＤｙ導入量分布に基づくＤｙ導入量算出処理の詳細を説明する。図７は、演算部１０が、導入面毎に求められたＤｙ導入量分布から磁石全体のＤｙ導入量の分布を求める例を示す説明図である。図７の左上部に磁力特性の算出対象である磁石の例を示している。図７における磁石は扁平な直方体形状であり、３つの導入面から夫々Ｄｙを導入させる。１つは上面の扁平面、他の２つは対向する側面である。
【００５３】
図７では、上面扁平面、対向する２つの側面をいずれも通って磁石を等分する断面図にて、Ｄｙ導入量の分布を示す。図７の左上部の磁石の下方に、上面の扁平面を導入面とした場合（１）、断面図における右側の側面を導入面とした場合（２）、及び左側の側面を導入面とした場合（３）の夫々におけるＤｙ導入量の分布のイメージを示す。
【００５４】
上面扁平面を導入面とした場合、上面が最もＤｙ導入量が多く、深度δ即ち下部へ深くなるにつれてＤｙ導入量は減少する。減少のしかたは図６に示すような曲線を描く。右側の側面を導入面とした場合、右側側面が最もＤｙ導入量が多く、深度δ即ち左側の側面への幅が広くなるにつれてＤｙ導入量は減少する。減少のしかたは、図６に示すような曲線を描く。左側の側面を導入面とした場合は、右側の側面を導入面とした場合と対称的である。
【００５５】
図７の右側には、各面を導入面とした場合の深度δに対するＤｙ導入量分布を足し合わせた場合の断面図を示す。図７に示すように、上面及び２つの対向する側面からＤｙが導入された場合、Ｄｙ導入量はエッジ部分で最も多くなり、上面及び両側面からの距離が長いほどＤｙ導入量は少ない。
【００５６】
図８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が算出した磁石内におけるＤｙ導入量分布と変換された保磁力増加量ΔＨｃＪ分布を示す説明図である。図８の左側には、磁石内のＤｙ導入量分布の内、１つの導入面からの深度δに対するＤｙ導入量分布を示し、右側に変換後の深度δに対する保磁力増加量ΔＨｃＪの分布を示している。記憶部１１のＤｙ導入量−ΔＨｃＪデータベース１１２に、Ｄｙ導入量と保磁力増加量ΔＨｃＪとの対応関係が記憶されているから、演算部１０が図８の左側に示す縦軸のＤｙ導入量を保磁力増加量ΔＨｃＪの分布に変換して得られる。このように、各導入面からの深度δに対する保磁力増加量ΔＨｃＪの分布を足し合わせるのではなく、一旦各導入面からのＤｙ導入量分布を求める構成とする。これにより、図４に示したＤｙ導入量−ΔＨｃＪの非線形性が考慮され、保磁力増加量ΔＨｃＪの分布を精度よく推定することができる。
【００５７】
ここで、深度δに対する保磁力増加量ΔＨｃＪ分布の算出の精度についての検証結果を示す。図９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４７．５ｍｍ、横が３２．５ｍｍ、そして厚みが２．５ｍｍ又は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（４７．５ｍｍ）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９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（Inductively Coupled Plasma）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（Vibrating Sample Magnetometer）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。
【００５８】
図１０は、磁石上面の中央部Ｃにおける深度（距離）δに対する保磁力増加量ΔＨｃＪ分布の算出結果及び測定結果を示すグラフである。図１０の横軸に深度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）」単位で示す。図１０中、実線により厚みが９．５ｍｍである磁石の深度δに対する保磁力増加量ΔＨｃＪの実測値の分布を示している。図１０中、×印にて厚みが２．５ｍｍである磁石の深度δに対する保磁力増加量ΔＨｃＪ分布の算出結果を示し、白丸にて厚みが２．５ｍｍである磁石の保磁力増加量ΔＨｃＪ分布の実測結果を示す。
【００５９】
図１０中実線で示される厚みが９．５ｍｍである磁石（境界条件δ＝９．５）の深度δに対する保磁力増加量ΔＨｃＪの実測値の分布（δ−保磁力増加量ΔＨｃＪの実測対応関係）に基づき、厚みが２．５ｍｍである磁石について、つまり境界条件をδ＝２．５ｍｍとした場合の保磁力増加量ΔＨｃＪ分布を、図６及び図８に示した拡散境界モデルで算出した（×印）。深度δが０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、及び２．０ｍｍであるときの算出結果（×印）と、夫々の深度δにおける保磁力増加量ΔＨｃＪの実測結果（白丸）とは、境界条件が９．５ｍｍであるときの分布とは十分に異なって得られ、且つ精度よく合致している。
【００６０】
このように、深度δ−ΔＨｃＪデータベース１１１及びＤｙ導入量−ΔＨｃＪデータベース１１２を用い、任意の形状の磁石に対し、図６及び図８に示した拡散境界モデルで保磁力増加量ΔＨｃＪの分布を精度よく求めることができる。
【００６１】
なお、扁平直方体形状の磁石において上面からの拡散効果と上面よりも面積が狭い側面からの拡散効果とでは、異なる可能性がある。そこで、単純に各面からの導入量分布を足し合わせて保磁力増加量ΔＨｃＪ分布へ変換してもよいか否かを検証した。このため、導入面である側面から２．０ｍｍにおける保磁力増加量ΔＨｃＪと、導入面上面から深さ２．０ｍｍにおける保磁力増加量ΔＨｃＪとを実測して比較した。
【００６２】
図１１は、磁石上面の中央部Ｃと周縁部Ｒとの夫々における深度（距離）δに対する保磁力増加量ΔＨｃＪ分布の測定結果を示すグラフである。図１１中、白丸にて中央部Ｃにおける深度δに対する保磁力増加量ΔＨｃＪの分布を示し、白三角にて周縁部Ｒにおける深度δに対する保磁力増加量ΔＨｃＪの分布を示す。図１１に示すように、中央部Ｃにおける深度δ＝２．０ｍｍにおける保磁力増加量ΔＨｃＪは約７５（ｋＡ／ｍ）であった。そして、側面から２．０ｍｍである周縁部Ｒにおける最も深度δが大きい箇所（上面からの影響が少ない箇所）における保磁力増加量ΔＨｃＪは約９５（ｋＡ／ｍ）であった。つまり、側面から２．０ｍｍにおける保磁力増加量ΔＨｃＪと、導入面上面から深さ２．０ｍｍにおける保磁力増加量ΔＨｃＪとは大きくは変わらず、上面からの拡散効果と側面からの拡散効果とではほぼ同等である。
【００６３】
これにより、図２のフローチャートに示したように、各面からの導入量分布を足し合わせてＤｙ導入量分布を求め、保磁力増加量ΔＨｃＪ分布へ変換しても精度が維持されることが推測される。したがって、扁平直方体形状の磁石にＤｙを拡散させた場合の磁力特性の算出工程では、上面からの拡散効果と側面からの拡散効果とを区別することなく、夫々からのＤｙ導入量分布を足し合わせて、保磁力増加量ΔＨｃＪ分布を精度よく求めることが可能である。
【００６４】
次に、ステップＳ１１及びＳ１２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。
【００６５】
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、高温時（例えば１００℃）の磁力特性を得る。
【００６６】
磁石が１００℃に加熱されて負荷がかかった後に、常温（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１２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１２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。
【００６７】
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１２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）により下にあるため、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１２中の太い破線にて示されている。
【００６８】
Ｊ−Ｈカーブにて磁化Ｊがゼロの時の磁場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１２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１２中の太い実線にて示されている。
【００６９】
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。
【００７０】
図１３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１３では、横軸に保磁力（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１３中の白丸に示す温度変化係数の２０℃〜１４０℃での実測値から、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。
【００７１】
図２のフローチャートのステップＳ１１及びＳ１２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かかり、減磁が発生した場合の減磁率をステップＳ１３にて算出することができる。なおステップＳ１３における算出処理では、演算部１０は、ステップＳ１２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。
【００７２】
なお、ステップＳ１１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Ｓ１２にて求めることにより、１００℃における減磁率を求めたが、ステップＳ１１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。異なる温度による減磁率を複数算出し、減磁率が特定の値以下となる温度を特定して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温度は、非常に有用である。
【００７３】
上述したように算出される磁力特性の例として、３つの種類のモータに用いられるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石（実施例１〜３）の減磁特性を夫々算出し、実測減磁特性と比較した結果を以下に示す。
【００７４】
以下に説明する実施例１〜３では夫々、母材として以下を用いる。なお、形状は実施例１〜３夫々で異なる形状である。
ＮＭＸ−Ｓ５２（日立金属株式会社製、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石）
残留磁束密度  Ｂｒ  ：１．４６（Ｔ）
保磁力        ＨｃＪ：９０１（ｋＡ／ｍ）
【００７５】
図１４は、実施例１〜３の磁石Ｍ１〜Ｍ３の母材の磁力特性を示すグラフである。図１４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１４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。
【００７６】
図１５は、実施例１〜３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、実例は、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１５に示すように対応するＤｙ導入量−ΔＨｃＪデータベース１１２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。
【００７７】
（実施例１）
実施例１として、セグメント磁石型ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）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率を算出し、実測値と比較した。ＳＰＭモータは例えば、ＥＶ（Electric Vehicle）の一部、また電動パワーステアリングなどの車産業分野、又はサーボモータ等のＦＡ（Factory Automation）の用途に多く用いられている。
【００７８】
図１６は、実施例１のＳＰＭモータの略示上方斜視図である。図１６中の３は、実施例１のＳＰＭモータであり、Ｍ１は、ＳＰＭ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。ＳＰＭモータ３は、６極９スロットのモータであり、磁石Ｍ１が６つ、ロータの外周に円周方向に沿って等間隔に配列されている。実施例１では、磁石Ｍ１は夫々、ロータの外周に沿うように弓型形状をなし、外周即ちロータとの接着面とは反対の面、及びロータの軸方向に沿う側面がＤｙ導入面である。
【００７９】
実施例１では、磁石Ｍ１として、方形形状の磁石で厚さ１０ｍｍの拡散条件の異なる２つの拡散材Ａ及び拡散材Ｂを特許文献１に記載の方法で製作し、夫々の磁力特性（減磁率）を算出し、実測結果と比較した。拡散材Ａは、処理温度を９００℃とし、０．２５時間Ｄｙを供給、拡散させて製作した。拡散材Ｂは、処理温度を９００℃とし、１．０時間Ｄｙを供給、拡散させて製作した。
【００８０】
まず、拡散材Ａ及びＢ夫々の場合の磁石Ｍ１の深度δ−ΔＨｃＪの対応関係が必要である。図１７は、実施例１の磁石Ｍ１の深度δ−ΔＨｃＪの対応関係の実測値を示すグラフである。横軸に深度（距離）δを示し、縦軸に保磁力増加量ΔＨｃＪを示している。ここで、深度δ毎の保磁力ＨｃＪの測定は、測定ピッチが０．５ｍｍとなるように拡散材Ａ及びＢを夫々複数準備し、夫々の磁石を２．８ｍｍ×２．８ｍｍ×１．０ｍｍの個片に切断し、部位毎にＶＳＭにて測定した。なお、磁石Ｍ１の上面からみた拡散面（側面）からの個片の位置を深度δとした。なお、図１７中の丸は拡散材Ａの磁石Ｍ１の深度δ−ΔＨｃＪの対応関係を示し、三角は拡散材Ｂの磁石Ｍ１の深度δ−ΔＨｃＪの対応関係を示している。実線は夫々の近似曲線であり、いずれも以下の近似式（１）で表わす。
【００８１】
ΔＨｃＪ（δ）＝ａ・ＥＸＰ（ｂ・δ）…（１）
【００８２】
実施例１では、δ−ΔＨｃＪデータベース１１１に対応する内容として、拡散材Ａ及びＢ夫々についての近似曲線を表す近似式（１）の係数ａ及びｂを同定して記憶しておく。拡散材Ａはａ＝７３０、ｂ＝−２．０９８であり、拡散材Ｂはａ＝８４１、ｂ＝−０．８９２であった。
【００８３】
図１７に示したグラフでは、深度δ＝１０ｍｍまでの実測値によって近似式の係数を同定できた。しかしながら、薄い形状の磁石を用いる場合には十分な深度δに対する保磁力増加量ΔＨｃＪを実測できないときがある。その場合は、厚み分までの保磁力増加量ΔＨｃＪを測定した後、それらの測定値を図６に示したようにノイマン型境界条件に基づく拡散モデルに当てはめ、近似式（１）の係数ａ及びｂを求めればよい。
【００８４】
図１８は、実施例１の磁石Ｍ１についてのδ−ΔＨｃＪの実測値と算出結果との比較結果を示すグラフである。横軸に深度（距離）δを示し、縦軸に保磁力増加量ΔＨｃＪを示している。白丸によって拡散材Ａの磁石Ｍ１の各深度δにおける保磁力変化量ΔＨｃＪの実測値を示し、黒丸によって拡散材Ａの磁石Ｍ１に対する近似式（１）（ａ＝７３０、ｂ＝−２．０９８）によって得られる保磁力増加量ΔＨｃＪの算出結果を示す。また、白三角によって拡散材Ｂの磁石Ｍ１の各深度δにおける保磁力増加量ΔＨｃＪの実測値を示し、黒三角によって拡散材Ｂの磁石Ｍ１に対する近似式（１）（ａ＝８４１、ｂ＝−０．８９２）によって得られる保磁力増加量ΔＨｃＪの算出結果を示す。
【００８５】
図１８に示すように、近似式（１）は実測値を十分に再現するから、多数の磁石厚みに対してδ−ΔＨｃＪ特性を実測せずとも、十分な深度δに対するδ−ΔＨｃＪデータベース１１１を用いることで、磁石厚みに対するδ−ΔＨｃＪの特性を精度よく得ることができる。
【００８６】
図１９は、実施例１の磁石Ｍ１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。左側に拡散材Ａ、右側に拡散材ＢのΔＨｃＪ分布の例を示す。いずれも、磁石Ｍ１をＳＰＭモータ３の軸に垂直な面で等分するように切断した場合の断面図にて分布を示している。上述したように、磁石Ｍ１はロータとの接着面と反対側の面（図１９中における上面）及び軸方向の側面（図１９中における両側面）がＤｙ導入面である。したがって磁石Ｍ１内における保磁力増加量ΔＨｃＪは、上部及び両側部ほど大きく、ロータとの接着面の中心へ向かって減少する分布を有する。
【００８７】
図２０は、図１９に示したΔＨｃＪ分布を有する実施例１の磁石Ｍ１を用いたＳＰＭ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。なお、減磁率はトルクの減少率により算出した。図２０の横軸は、減磁率を評価するための温度（℃）を示し、縦軸は減磁率（％）を示す。白丸は、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、黒丸は同算出値である。白三角は、拡散材Ａの磁石Ｍ１の減磁率の実測値、黒三角は同算出値である。白四角は、拡散材Ｂの磁石Ｍ１の減磁率の実測値、黒四角は同算出値である。
【００８８】
なお、減磁率は、磁石Ｍ１を用いたＳＰＭ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、負荷をかけ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２０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ＳＰＭモータ３を回転させた。
【００８９】
図２０に示した減磁率の算出結果及び実測結果の内、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９１℃、算出結果は８８℃であり、誤差はマイナス３℃であった。拡散材Ａを用いた磁石Ｍ１の減磁率が２％となる温度は、実測値は９８℃、算出結果は９６℃であり、誤差はマイナス２℃であった。拡散材Ｂを用いた磁石Ｍ１の減磁率が２％となる温度は、実測値は１２２℃、算出結果は１２２℃であり、誤差はゼロであった。なお、Ｄｙ拡散によって磁石Ｍ１の減磁耐熱性が向上していることが分かる。これにより、十分な精度で減磁特性が解析できていると言える。
【００９０】
図２１は、図１９に示したΔＨｃＪ分布を有する実施例１の磁石Ｍ１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２１の左上に母材、左下に拡散材Ａ、右下に拡散材Ｂの例を示す。いずれも図１９同様に、磁石Ｍ１をＳＰＭモータ３の軸に垂直な面で切断した場合の断面図にて分布を示している。上述したように母材は８８℃で減磁率が２％となる。母材は保磁力の分布が均質であるが、減磁率は分布を有しＳＰＭモータ３の外側ほど減磁率が高く、Ｂｒ減少率が高い傾向がある。拡散材Ａ及び拡散材Ｂは夫々９６℃及び１２２℃で減磁率が２％となることが計算により得られた。このときのＢｒ減少率は、図１９に示す保磁力の増加量が大きい部位の減磁率が低く、保磁力の増加量が小さい部位の減磁率が高い傾向である。なおここで、減磁率の算出は拡散材Ａ及び拡散材Ｂを夫々９６℃及び１２２℃に加熱し、減磁界を印加した後、室温（約２０℃）に戻したときのＢｒの減少量から求めた。
【００９１】
（実施例２）
実施例２として、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet Motor）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率を算出し、実測と比較した。ＩＰＭモータは、ＥＶ（Electric Vehicle）及びＨＥＶ（Hybrid EV）、エアコン、産業用大型モータ、及び電車用モータ等に適用されている。
【００９２】
図２２は、実施例２のＩＰＭモータの略示上方斜視図である。図２２中の４は、実施例２のＩＰＭモータであり、Ｍ２は、ＩＰＭモータ４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４は、６極９スロットのモータであり、平板状の磁石Ｍ２が６つ、モータ軸を中心に、回転対称にロータに嵌め込まれている。実施例２では磁石Ｍ２は夫々平板形状をなし、ＩＰＭモータ４の外周面及びモータの軸方向に沿う側面がＤｙ導入面である。
【００９３】
実施例２では、磁石Ｍ２として拡散条件の異なる２つの拡散材Ｃ及びＤを特許文献１に記載の方法により製作し、夫々の磁力特性（減磁率）を算出し、実測結果と比較した。拡散材Ｃは処理温度を９００℃とし、２．０時間Ｄｙを供給拡散させて製作した。拡散材Ｄは処理温度を９００℃とし、４．０時間Ｄｙを供給拡散させて製作した。
【００９４】
まず、拡散材Ｃ及びＤ夫々の場合の磁石Ｍ２の深度δ−ΔＨｃＪの対応関係が必要である。図２３は、実施例２の磁石Ｍ２の深度δ−ΔＨｃＪの対応関係の実測値を示すグラフである。横軸に深度（距離）δを示し、縦軸に保磁力増加量ΔＨｃＪを示している。保磁力ＨｃＪの測定は実施例１と同様である。丸は拡散材Ｃの磁石Ｍ２の深度δ−ΔＨｃＪの対応関係を示し、三角は拡散材Ｄの磁石Ｍ２の深度δ−ΔＨｃＪの対応関係を示している。実線は夫々の近似曲線であり、いずれも上述の近似式（１）で表わされる。
【００９５】
実施例２では、δ−ΔＨｃＪデータベース１１１に対応する内容として、拡散材Ｃ及びＤを夫々用いた場合についての近似曲線を表す近似式（１）の係数ａ及びｂを同定して記憶しておく。拡散材Ｃを用いた場合はａ＝５０７、ｂ＝−１．３２６であり、拡散材Ｄを用いた場合はａ＝７６３、ｂ＝−０．８８８であった。ここでも実施例１同様に、十分な深度δに対する保磁力増加量ΔＨｃＪが実測できないときは図６に示したようにノイマン型境界条件に基づく拡散モデルに当てはめ、結果得られる曲線を近似した近似式（１）の係数ａ及びｂを求めればよい。
【００９６】
図２４は、実施例２の磁石Ｍ２についてのδ−ΔＨｃＪの実測値と算出結果との比較結果を示すグラフである。横軸に深度（距離）δを示し、縦軸に保磁力増加量ΔＨｃＪを示している。白丸によって拡散材Ｃの磁石Ｍ２の各深度δにおける保磁力増加量ΔＨｃＪの実測値を示し、黒丸によって拡散材Ｃの磁石Ｍ２に対する近似式（１）（ａ＝５０７、ｂ＝−１．３２６）によって得られる保磁力増加量ΔＨｃＪの算出結果を示す。また、白三角によって拡散材Ｄの磁石Ｍ２の各深度δにおける保磁力増加量ΔＨｃＪの実測値を示し、黒三角によって拡散材Ｄの磁石Ｍ２に対する近似式（１）（ａ＝７６３、ｂ＝−０．８８８）によって得られる保磁力増加量ΔＨｃＪの算出結果を示す。実施例２でも、近似式（１）は実測値を十分に再現する。
【００９７】
図２５は、実施例２の磁石Ｍ２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。左側に拡散材Ｃ、右側に拡散材ＤのΔＨｃＪ分布の例を示す。いずれも、磁石Ｍ２をＩＰＭモータ４の軸に垂直な面で等分するように切断した場合の断面図にて分布を示している。上述したように、磁石Ｍ２はＩＰＭモータ４の外側の広面（図２５における上面）、及び、軸方向の側面（図２５中における両側面）がＤｙ導入面である。したがって、磁石Ｍ２内における保磁力増加量ΔＨｃＪは、上部及び両側部ほど大きく、ＩＰＭモータ４の中心側へ向かって減少する分布を有すると算出されている。
【００９８】
図２６は、図２５に示したΔＨｃＪ分布を有する実施例２の磁石Ｍ２を用いたＩＰＭモータ４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。なお、減磁率はトルクの減少率により算出した。実施例１の磁石Ｍ１を用いたＳＰＭモータを用いた場合と同様である。図２６の横軸は、減磁率を評価するための温度（℃）を示し、縦軸は減磁率（％）を示す。白丸は、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、黒丸は同算出値である。白三角は、拡散材Ｃの磁石Ｍ２の減磁率の実測値、黒三角は同算出値である。白四角は、拡散材Ｄの磁石Ｍ２の減磁率の実測値、黒四角は同算出値である。減磁率の測定方法は、実施例１と同様であるから詳細な説明を省略する。
【００９９】
実施例１同様に、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９３℃、算出結果は９１℃であり、誤差はマイナス２℃であった。拡散材Ｃの磁石Ｍ２の減磁率が２％となる温度は、実測値は１０７℃、算出結果は１０２℃であり、誤差はマイナス５℃であった。拡散材Ｄの磁石Ｍ２の減磁率が２％となる温度は、実測値は１１４℃、算出結果は１１７℃であり、誤差はプラス３℃であった。これにより、十分な精度で減磁特性が解析できていると言える。また、実施例２でも、Ｄｙ拡散によって磁石Ｍ２の減磁耐熱性が向上していることが分かる。
【０１００】
図２７は、図２５に示したΔＨｃＪ分布を有する実施例２の磁石Ｍ２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２７の左上に母材、左下に拡散材Ｃ、右下に拡散材Ｄの例を示す。いずれも図２５同様に、磁石Ｍ２をＩＰＭモータ４の軸に垂直な面で切断した場合の断面図にて分布を示している。上述したように母材は９１℃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、減磁率は分布を有しＩＰＭモータ４の外側の角部分が最も減磁率が高く、Ｂｒ減少率が高い。拡散材Ｃ及び拡散材Ｄは夫々１０２℃及び１１７℃で減磁率が２％となることが計算により得られた。Ｄｙ拡散後の磁石Ｍ２のＢｒ減少率は、図２５に示した保磁力の増加量が大きい部位の減磁率が低く、保磁力の増加量が小さい部位の減磁率が高い傾向である。実施例２においても、実施例１と同様にして求めた。
【０１０１】
（実施例３）
実施例３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率を算出し、実測と比較した。実施例３におけるモータは、実施例２と比較して、磁石がＶ字型に配置されることが特徴である。以下、この配置による磁力特性の変化を算出し、実測と比較した例について説明する。
【０１０２】
図２８は、実施例３のＩＰＭモータの略示上方斜視図である。図２８中の５は、実施例３のＩＰＭモータであり、Ｍ３は、ＩＰＭモータ５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５は、実施例２のＩＰＭモータ４における磁石Ｍ２を夫々モータ軸に平行な直線で２等分し、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Ｍ３夫々は平板形状をなす。Ｄｙ導入面は、磁石Ｍ３，Ｍ３，…夫々のＩＰＭモータ５の外周面及び軸方向に沿う側面である。
【０１０３】
実施例３では磁石Ｍ３として、特許文献１に記載の方法で拡散材Ｅを、処理温度９００℃とし、４．０時間Ｄｙを供給拡散させて製作した。実施例１及び２同様にまず、拡散材Ｅの磁石Ｍ３の深度δ−ΔＨｃＪの対応関係が必要である。図２９は、実施例３の磁石Ｍ３の深度δ−ΔＨｃＪの対応関係の実測値を示すグラフである。横軸に深度（距離）δを示し、縦軸に保磁力変化量ΔＨｃＪを示している。保磁力ＨｃＪの測定は実施例１と同様である。丸によって拡散材Ｅの磁石Ｍ３の深度δ−ΔＨｃＪの対応関係を示す。実線は近似曲線であり、上述の近似式（１）で表わされる。
【０１０４】
実施例３では、δ−ΔＨｃＪデータベース１１１に対応する内容として、磁石Ｍ３の近似曲線を表す近似式（１）の係数ａ及びｂを実測値から同定して記憶しておく。実施例３における磁石Ｍ３の場合は、ａ＝７０５、ｂ＝−１．１２０であった。ここでも実施例１同様に、十分な深度δに対する保磁力増加量ΔＨｃＪが実測できないときは図６に示したようにノイマン型境界条件に基づく拡散モデルに当てはめ、近似式（１）の係数ａ及びｂを求めればよい。
【０１０５】
図３０は、実施例３の磁石Ｍ３についてのδ−ΔＨｃＪの実測値と算出結果との比較結果を示すグラフである。横軸に深度（距離）δを示し、縦軸に保磁力増加量ΔＨｃＪを示している。白丸によって拡散材Ｅの磁石Ｍ３の各深度δにおける保磁力増加量ΔＨｃＪの実測値を示し、黒丸によって拡散材Ｅの磁石Ｍ３に対する近似式（１）（ａ＝７０５、ｂ＝−１．１２０）によって得られる保磁力増加量ΔＨｃＪの算出結果を示す。実施例３でも、近似式（１）は実測値を十分に再現する。
【０１０６】
図３１は、実施例３の磁石Ｍ３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３１に示す例では、２つの磁石Ｍ３，Ｍ３の対をＩＰＭモータ５の軸に垂直な面で等分するように切断した場合の断面図に分布を示している。上述したように磁石Ｍ３，Ｍ３は夫々、ＩＰＭモータ５の外周面（図３１における上面）及び軸方向の側面（図３１における各両側面）がＤｙ導入面である。したがって、磁石Ｍ３における保磁力増加量ΔＨｃＪは、磁石Ｍ３夫々のＩＰＭモータ５の外周面側及び軸方向の側面側ほど大きく、ＩＰＭモータ５の中心側にて減少する分布を有すると算出されている。
【０１０７】
図３２は、図３１に示したΔＨｃＪ分布を有する実施例３の磁石Ｍ３を用いたＩＰＭモータ５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。なお、減磁率はトルクの減少率により算出した。図３２の横軸は、減磁率を評価するための温度（℃）を示し、縦軸は減磁率（％）を示す。白丸は、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、黒丸は同算出値である。白三角は、拡散材Ｅの磁石Ｍ３の減磁率の実測値、黒三角は同算出値である。減磁率の測定方法は、実施例１と同様であるから詳細な説明を省略する。
【０１０８】
実施例１及び２同様に、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１００℃、算出結果は９２℃であり、誤差はマイナス８℃であった。拡散材Ｅを用いた磁石Ｍ３の減磁率が２％となる温度は、実測値は１２２℃、算出結果は１１３℃であり、誤差はマイナス９℃であった。これにより、十分な精度で減磁特性が解析できていると言える。また、実施例３でも、Ｄｙ拡散によって磁石Ｍ３の減磁耐熱性が向上していることが分かる。
【０１０９】
図３３は、図３１に示したΔＨｃＪ分布を有する実施例３の磁石Ｍ３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３３の左側に母材、右側に拡散材Ｅの磁石Ｍ３の例を示す。図３１同様に、磁石Ｍ３をＩＰＭモータ５の軸に垂直な面で切断した場合の断面図にて分布を示している。上述したように、母材は９２℃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、減磁率は分布を有しＩＰＭモータ５の外側の角部分が最も減磁率が高く、Ｂｒ減少率が高い。拡散材Ｅの磁石Ｍ３は１１３℃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３２に示した保磁力の増加量が大きい部位の減磁率が低く、保磁力の増加量が小さい部位の減磁率が高い傾向にある。なお、実施例３においても、減磁率の測定は拡散材Ｅを１１３℃に加熱し、室温（２０℃）に戻してから行なった。
【０１１０】
実施例１〜３に示したように、本実施の形態における磁力特性算出装置１の磁力特性算出プログラム１Ｐ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。
【０１１１】
実施の形態及び実施例１〜３では、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広く適用され得る。
【０１１２】
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。
【符号の説明】
【０１１３】
１  磁力特性算出装置
１０  演算部
１１  記憶部
１１１  δ−ΔＨｃＪデータベース（深度−保磁力増加量特性情報）
１１２  Ｄｙ導入量−ΔＨｃＪデータベース（導入量−保磁力増加量特性情報）
１Ｐ  磁力特性算出プログラム
２Ｐ  磁力特性算出プログラム
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３  磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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