(57)【要約】【課題】磁石素材を着磁した後の磁石の磁気特性を着磁前の磁石素材の段階で予測するに際して、磁石素材の面内での磁気特性分布を予測することにより、磁石素材の選別やランク分けができる手段を提供する。また、選別した磁石素材で構成され、高品質、低コストな永久磁石モータを提供する。【解決手段】着磁前の磁石素材に磁場を印加したときの磁石素材を透過した磁束密度分布と、磁場印加後の磁石素材の残留磁束密度分布を測定することにより磁石素材の着磁後の磁石の磁気特性を予測する。【選択図】図３
2015208196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
着磁前の磁石素材に磁場を印加したときの磁石素材を透過した磁束密度分布と、前記磁場印加後の前記磁石素材の残留磁束密度分布を測定することにより前記磁石素材の着磁後の磁石の磁気特性を予測することを特徴とする磁石素材の着磁後磁気特性予測方法。
【請求項２】
請求項１に記載の磁石素材の着磁後磁気特性予測方法を用いて磁石素材の選別を行う磁石素材の選別方法であって、
前記測定した磁束密度分布及び残留磁束密度分布のそれぞれの値の変化から前記磁石素材の選別を行うことを特徴とする磁石素材の選別方法。
【請求項３】
請求項２に記載の磁石素材の選別方法であって、
前記測定した磁束密度分布及び残留磁束密度分布のそれぞれを閾値に基づき判定した結果から前記磁石素材の選別を行うことを特徴とする磁石素材の選別方法。
【請求項４】
請求項３に記載の磁石素材の選別方法であって、
さらに、前記磁場印加前の前記磁石素材の磁束密度分布を測定し、
該磁場印加前の磁石素材の磁束密度分布の磁束密度が第１の閾値よりも大きいときにＮＧ、小さいときにＯＫと判定する第1の判断処理と、
前記磁場印加時の測定した磁束密度分布の磁束密度が第２の閾値よりも大きいときにＮＧ、小さいときにＯＫと判定する第２の判断処理と、
前記測定した残留磁束密度分布の磁束密度が第３の閾値よりも小さいときにＮＧ、大きいときにＯＫと判定する第３の判断処理と、
前記第２の判断処理結果と前記第３の判断処理結果を比較し異なっている場合は再判断する第４の判断処理を有し、
前記第1、第２、第３、第４の判断処理結果により前記磁石素材の選別を行うことを特徴とする磁石素材の選別方法。
【請求項５】
請求項２に記載の磁石素材の選別方法によって選別された磁石素材を用いた永久磁石モータであって、
前記選別した磁石素材を着磁した永久磁石を組み込んで構成されたことを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項６】
請求項３に記載の磁石素材の選別方法によって選別された磁石素材を用いた永久磁石モータであって、
前記選別した磁石素材を着磁した永久磁石を組み込んで構成されたことを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項７】
請求項４に記載の磁石素材の選別方法によって選別された磁石素材を用いた永久磁石モータであって、
前記選別した磁石素材を着磁した永久磁石を組み込んで構成されたことを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項８】
請求項２に記載の磁石素材の選別方法を用いた永久磁石モータの製造方法であって、
前記選別した前記磁石素材をローターに挿入し、
該ローターに磁場を加えて前記磁石素材を着磁し永久磁石とし、
前記ローターと他の部品とを組み合わせて永久磁石モータとすることを特徴とする永久磁石モータの製造方法。
【請求項９】
請求項３に記載の磁石素材の選別方法を用いた永久磁石モータの製造方法であって、
前記選別した前記磁石素材をローターに挿入し、
該ローターに磁場を加えて前記磁石素材を着磁し永久磁石とし、
前記ローターと他の部品とを組み合わせて永久磁石モータとすることを特徴とする永久磁石モータの製造方法。
【請求項１０】
請求項４に記載の磁石素材の選別方法を用いた永久磁石モータの製造方法であって、
前記選別した前記磁石素材をローターに挿入し、
該ローターに磁場を加えて前記磁石素材を着磁し永久磁石とし、
前記ローターと他の部品とを組み合わせて永久磁石モータとすることを特徴とする永久磁石モータの製造方法。
【請求項１１】
磁場発生装置と、
該磁場発生装置に近接させ着磁前の磁石素材を移動可能に配置させる移動手段と、
前記磁場発生装置から磁石素材に磁場を印加したときの前記磁石素材を透過した磁束密度及び前記磁場印加前の前記磁石素材の磁束密度及び前記磁場印加後の前記磁石素材の残留磁束密度を測定する磁気センサと、
該磁気センサで検出した信号を処理する信号処理回路とを有し、
前記信号処理回路は、前記測定した磁束密度及び残留磁束密度のそれぞれの値の変化から判定して前記磁石素材の選別を行うことを特徴とする磁石素材の選別装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の磁石素材の選別装置であって、
前記信号処理回路は、前記測定した磁束密度及び残留磁束密度のそれぞれを閾値に基づき判定して前記磁石素材の選別を行うことを特徴とする磁石素材の選別装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の磁石素材の選別装置であって、
前記信号処理回路は、前記磁場印加前の磁石素材の磁束密度分布の磁束密度が第１の閾値よりも大きいときにＮＧ、小さいときにＯＫと判定する第1の判断処理と、前記磁場印加時の測定した磁束密度分布の磁束密度が第２の閾値よりも大きいときにＮＧ、小さいときにＯＫと判定する第２の判断処理と、前記測定した残留磁束密度分布の磁束密度が第３の閾値よりも小さいときにＮＧ、大きいときにＯＫと判定する第３の判断処理と、前記第２の判断処理結果と前記第３の判断処理結果を比較し異なっている場合は再判断する第４の判断処理を有し、前記第1、第２、第３、第４の判断処理結果に基づき判定して前記磁石素材の選別を行うことを特徴とする磁石素材の選別装置。
【請求項１４】
磁石素材を着磁することで構成された永久磁石であって、
前記磁石素材の着磁後磁気特性予測による選別を行った永久磁石の痕跡として、
前記永久磁石の着磁面の磁束密度分布において、前記着磁面の所定方向の両側端部のうち、一端の磁束密度の大きさが他端の磁束密度の大きさよりも大きい形状の磁束密度分布を有することを特徴とする永久磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石モータ及びその製造方法に係り、特に、それに用いられる永久磁石の着磁前の磁石素材の選別方法、選別装置、磁気特性予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などに使用される高出力モータでは、Ｎｄ-Ｆｅ-Ｂ系などの保磁力の大きい強磁性体（永久磁石）を用いてモータの出力増加を図ることが一般的になってきている。強磁性体をモータに用いる場合、強磁性体に１５ｋガウス以上の大きな磁界を印加して着磁して使う必要がある。着磁は、強磁性体をモータに組み込む前に行っても、組み込んだ後に行っても構わないが、前述のように、Ｎｄ-Ｆｅ-Ｂ系の強磁性体の着磁には大きな印加磁界が必要であるので、着磁に必要な磁界が確保できない場合は、強磁性体の着磁が不完全となり、モータの出力が低下してしまう現象が生じる。また、磁石の着磁特性は、磁石の成分や製造方法の影響を受けやすい。
【０００３】
従来、磁石素材は日本製が主流であったが、近年、ハイブリッド自動車、電気自動車及び風力発電等のエネルギー設備で使用するモータに高効率なＮｄ-Ｆｅ-Ｂ系磁石モータが使用されるようになり、需要が増加している。供給量の増加に伴い、磁石素材は海外製が主流になってきている。しかし、海外製磁石素材は、磁石の品質ばらつきが大きいという問題がある。また、希土類元素の供給不足からジスプロシウムを低減させた磁石の開発が進んでいるが、このような磁石の特性は品質が不安定になりやすい。このため、磁石素材の特性ばらつきが懸念され、強磁性体の着磁状態を管理することが、きわめて重要になる。
【０００４】
本技術分野の背景技術として、特開平５−１１９１３８号公報（特許文献１）がある。特許文献１では、着磁前の磁石素材と吸引力発生用磁石とを近接させて近接時における磁石素材の被吸引力の大きさを測定することにより、磁石素材の被吸引力の大小と着磁後の磁石の磁気特性の良否とが反対の関係にあることを利用して磁石素材を着磁した後の磁石の磁気特性を磁石素材の段階で予測することを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１１９１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１においては、未着磁磁石と吸引力発生用磁石の相対する面に生じる吸引力は、吸引力の定義から、吸引用磁石の磁化と相対面の面積の積に比例する値であるので、平均値しかわからない。また、着磁前素材の部分箇所による磁気特性変化は吸引力に反映しづらく、磁石素材の面内での磁気特性分布が不明で、磁気特性の良否判断がしにくいという欠点があった。よって、磁石素材の面内での磁気特性分布のばらつきが大きいと、それを用いたモータの脈動が大きくなってしまう等の問題がある。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、磁石素材を着磁する前に磁気特性を予測するに際して、磁石素材の面内での磁気特性分布を予測することにより、磁石素材の選別やランク分けができる手段を提供する事にある。そして、本発明は、選別した磁石で構成され、高品質、低コストな永久磁石モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、着磁前の磁石素材に磁場を印加したときの磁石素材を透過した磁束密度分布と、磁場印加後の磁石素材の残留磁束密度分布を測定することにより磁石素材の着磁後の磁石の磁気特性を予測する。
【発明の効果】
【０００９】
永久磁石モータに磁石素材を搭載する前に磁石品質を高精度で予測し不良品を排除することで品質の高いモータを低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施例で磁気特性を選別した永久磁石モータの構成図の例である。
【図２】本実施例に係る磁石素材の磁場Ｈと磁化Ｊの関係を示す特性図である。
【図３】実施例１の永久磁石の磁気特性を着磁前の磁石素材を用いて予測し選別する装置構成図である。
【図４】実施例１の磁気センサの構成図と測定した磁束密度分布を示す図である。
【図５】実施例１の測定した低磁場印加前の磁束密度分布の一例である。
【図６】実施例１の測定した低磁場印加中の磁束密度分布の一例である。
【図７】実施例１の測定した低磁場印加後の磁束密度分布の一例である。
【図８】実施例１の磁気特性を選別した永久磁石の磁束密度分布の例である。
【図９】実施例１の磁気特性を選別する信号処理のフローチャートである。
【図１０】実施例１の磁気特性を選別した永久磁石モータの製造工程の例である。
【図１１】実施例２の永久磁石の磁気特性を着磁前の磁石素材を用いて予測し選別する装置構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１２】
本実施例では、着磁前の磁石素材の着磁面を磁場発生装置に近接させ、磁場発生装置から着磁前の磁石素材に磁場を印加したときの磁石素材を透過した磁束密度と磁場印加後の磁石素材の残留磁束密度を測定し、その磁束密度分布及び残留磁束密度分布の変化から前記磁石素材の着磁後の磁石の磁気特性を予測し、選別した磁石を組み込んで構成された永久磁石モータについて説明する。
【００１３】
図1は、本実施例で着磁後の磁石の磁気特性を予測し選別した磁石を組み込んだ永久磁石モータの構成図の例を示す。１１は本実施例で選別した永久磁石、１５はステーター、３１はコイル、３２は鉄芯、２１はブラシ、２２は整流子、１０は永久磁石１１表面の磁束密度分布である。図１に示すモータは永久磁石１１がコイル３１と鉄芯３２からなるローターを挟んで対向している２極型である。電流を流すとローターに磁界が発生し、回転する。なお、永久磁石１１を組み込んだ構成のモータであれば、３極以上のローター、或いは永久磁石をローターに電機子巻線をステーターに設けた回転界磁形モータや、リニアモータなど永久磁石を用いているものであれば良い。
【００１４】
本実施例で選別した永久磁石１１は、図１に模式的に示すように、磁束密度分布１０のカーブが均一ではなく、永久磁石１１の磁界の方向に垂直方向の磁石端から反対側の端にかけて増加或いは下降するカーブを描くことが特徴である。永久磁石１１の取り付ける配置は、ローターの回転方向に対して、磁束密度分布１０のカーブの形を合わせた構成である。図の例では、ローターの回転方向に対して、永久磁石１１端から反対側の端へ連続して上昇したカーブを有する磁束密度分布１０で配置した構成である。又、ローターの回転方向に対して、永久磁石１１端から反対側の端へ連続して下降したカーブでの磁束密度分布を有する永久磁石１１の構成でも良く、その場合は加速度制御を重視しトルク重視のモータとなる。また、磁石同士の干渉状態を考慮した配置も可能であり、モータの特性に合わせて磁束密度分布の特性を組み込んだ構成であれば良い。
【００１５】
次に本実施例の永久磁石１１を選別した磁気特性を予測する方法を説明する。図２は、磁石素材の磁場Ｈと磁化Ｊの関係の例を示す。４０ｈは保磁力（Ａ/ｍ）が大きい磁石素材、４０ｓは保磁力（Ａ/ｍ）が小さい磁石素材である。保磁力が小さい磁石素材４０ｓは、保磁力が大きい磁石素材４０ｈに比べ、磁石素材内の磁化は変化しやすい、すなわち、磁化の向きが回転しやすい。このため、図２に示すように、磁石素材が着磁前の磁化０（磁場Ｈ＝０、磁化Ｊ＝０）の状態から低磁場である磁場Ｈ1を加えたときの磁化は、保磁力が小さい磁石素材４０ｓの方が、保磁力が大きい磁石素材４０ｈに比べ磁化Ｊ（Ａ/ｍ）が大きい。その磁場Ｈ1のときの保磁力が大きい磁石素材４０ｈの磁化をＪＬ1、保磁力が小さい磁石素材４０ｓの磁化をＪＳ1とすると、ＪＳ1＞ＪＬ1の関係となる。
【００１６】
前記磁場Ｈ1から磁場をさらに大きく磁石素材に加えていくと、磁石素材の磁化の方向が決定され、完全に着磁した磁石（永久磁石）となる。その完全に着磁した磁石に印加した磁場を０に戻すと、その磁石には残留磁化Ｊｒが残る。このときの磁石の磁化の大きさが、一般に使用している永久磁石と呼ぶ磁石の磁力の大きさとなる。そして、磁石素材の保磁力の違いは残留磁化の大きさに影響を与え、保磁力が小さい磁石素材４０ｓの方が、保磁力が大きい磁石素材４０ｈに比べ、残留磁化Ｊｒは小さい。このため、高効率あるいは高品質のモータの提供には、保磁力が高い磁石素材の使用が重要で、そのためには永久磁石の残留磁化Ｊｒが大きいものを選択する。
【００１７】
一方、前記、低磁場の磁場Ｈ1を加えた磁石素材を完全に着磁しないで、磁場Ｈ1から元の磁界０に戻すと、磁石素材には永久磁石の残留磁化Ｊｒに比べ小さいが、同様に残留磁化が残る。保磁力が小さい磁石素材４０ｓの残留磁化をＪＳ0、保磁力が大きい磁石素材４０ｈの残留磁化をＪＬ0とすると、図２に示すように保磁力が小さい磁石素材４０ｓの残留磁化の方が、保磁力が大きい磁石素材４０ｈに比べ小さく、ＪＳ0＜ＪＬ0の関係となる。
【００１８】
このように、本実施例では永久磁石での磁化特性で保磁力を判断しなくても、低磁場Ｈ1で印加したときの磁化Ｊ1とその磁場を磁界０に戻したときの残留磁化Ｊ０の大きさで、永久磁石の保磁力の状態を予測できる。さらに、低磁界Ｈ1での磁化Ｊ1の大小と、それを磁界０に戻したときの残留磁化Ｊ０の大小で、保磁力の大小が逆転する関係に着目し、永久磁石の磁気特性を高精度に予測できる。そして、本実施例で選別した永久磁石を組み込んだ高品質のモータを提供できる。
【００１９】
図３は本実施例による永久磁石の磁気特性を着磁前の磁石素材を用いて予測し選別する装置構成の例を示す。３１はコイル、３２は鉄芯、３３は移動レール、４５は磁場の流れである。１２は着磁前の磁石素材であり、磁石素材が移動レールに沿って移動し、１２aは低磁場印加前の磁石素材、１２ｂは低磁場印加中の磁石素材、１２ｃは低磁場印加後の磁石素材を示している。５０は磁石表面の磁束密度を測定する磁気センサであって、５０aは低磁場印加前の磁気センサ、５０ｂは低磁場印加中の磁気センサ、５０ｃは低磁場印加後の磁気センサである。３５は磁気センサ５０で検出した信号を処理する信号処理部３５で、３５aは低磁場印加前の信号処理部、３５ｂは低磁場印加中の信号処理部、３５ｃは低磁場印加後の信号処理部である。３６は３５a〜３５cの信号をまとめて処理する信号処理部である。信号処理部３５，３６は、まとめて信号処理回路としてハードウエアで構成しても良いし、ＣＰＵを用いたソフトウエア処理でも良い。
【００２０】
コイル３１と鉄芯３２で磁場発生装置を構成しており、コイル３１に電流を流すことで鉄芯３２の先から低磁場４５が発生する。磁場発生装置に近接させ着磁前の磁石素材を移動可能に配置させる移動手段として移動レール３３を用い、着磁前の磁石素材１２は低磁場４５の影響が及ばない箇所（低磁場印加前a）から移動レール３３に沿って移動し、図に示すように低磁場４５の中（低磁場印加中ｂ）を通過し、低磁場４５の影響が無い箇所（低磁場印加後ｃ）へと移動する。低磁場印加前a、低磁場印加中ｂ及び低磁場印加後ｃのそれぞれの箇所には磁石素材１２表面の磁束密度を検出する磁気センサ５０a、５０ｂ、５０ｃが配置している。各々の箇所で検出した磁束密度の信号は、各々の信号処理部３５とそれらの信号処理をまとめた信号処理部３６で処理する。これらの信号処理では、例えば磁石素材１２の磁化の状態を判別し、永久磁石の保磁力を予測、判定する。尚、本実施例では低磁場印加前a、低磁場印加中ｂと低磁場印加後ｃの３箇所それぞれに磁気センサ５０と信号処理部３５を配置したが、磁気センサを一つとし、磁石素材の移動に合わせて磁気センサ５０も追従し、低磁場印加前、中と後の３箇所で磁気特性を検出する形態でも良い。
図４（a）は磁気センサ５０の構成と磁束密度の検出の様子の一例を示し、図３の低磁場印加中の装置構成を紙面の横方向からみたものである。図４（b）は磁気センサ５０で検出した磁束密度分布の一例を示す。４６は磁束密度の等高線、５１は基板、５２はホール素子、５３はアンプ、５５は各ホール素子５２で測定された磁束密度のグラフ。５６は磁石表面の配置箇所、５７は磁石表面の磁束密度分布のグラフである。
【００２１】
ホール素子５２は基板５１の端部に一列に配列して設置され、基板５１に内蔵されたアンプ５３を介して測定信号を取得できる。コイル３１に電流を流すと鉄芯３２の先から磁場４５が発生する。発生した磁場４５は例えば図に示す磁束密度４６のような等高線の分布となる。その磁場４５を着磁前の磁石素材１２が紙面上の奥から手前へと移動して通過すると、磁石素材１２内部の磁化の向きが変化し、磁束密度が影響を受ける。影響を受けた磁束密度を磁石素材１２表面上にある各々のホール素子５２で測定する。このことは、ある大きさの磁場に対して磁石素材の磁化が変化し、その変化を磁束密度で測定していることになり、結果として、磁石素材の磁化の状態を計測していることとなる。これは、完全に着磁する大きな磁場でなくても良く、磁束密度が計測でき評価できるのであれば、低磁場でも良い。
【００２２】
図４（a）の例のように、ホール素子５２は一列に一定の間隔で配置し、そのホール素子５２毎の磁束密度が計測される。その磁束密度のグラフの一例が図４（a）に示すような形のグラフ５５で計測される。このグラフ５５は磁場４５を通過中の磁石素材１２断面の磁束密度分布を表す。直方体の磁石素材の場合、磁束密度は角に集まりやすく、磁石素材１２断面の左右の両端が最も磁束密度が大きくなる形を示す。
【００２３】
本実施例では、磁気センサ５０は図３の紙面に対して垂直方向にホール素子５２が配列して配置されているので、それと直交する方向（図３の紙面上の左右方向）に着磁前の磁石素材１２を直線移動しながら磁化測定をすることで、着磁前の磁石素材１２表面の面内の磁束密度分布を測定することができる。その磁束密度分布の一例を図４（ｂ）グラフ５７に示す。磁石表面の位置関係は点線で示す箇所５６である。この測定方法では、ホール素子５２の測定タイミングと着磁前磁石１２の移動量を同期させることで高精度な磁束密度分布を得ることができる。なお、同期しない場合でも相対的に磁石素材の磁束密度分布を評価することができる。
【００２４】
本実施例で示すように、同一電流で発生する同一磁場が着磁前の磁石素材１２を透過した後の磁化を磁気センサ５０で測定するプロセスは、着磁前の磁石素材１２を透過した磁場の磁化の状態を測定することとなる。このことは、個々の磁石素材内部の磁壁移動や磁化反転などの磁化特性を各ホールセンサ５２で検出した磁束密度の大小で測定することになる。従って、本測定方法で着磁前の磁石１２表面の磁束密度分布を測定することで、着磁後の磁石である永久磁石の磁化特性を予測できる。
【００２５】
次に、低磁場印加前a、低磁場印加中ｂと低磁場印加後ｃの着磁前の磁石素材１２表面の磁束密度を測定した一例を、図５から図７に示す。
【００２６】
図５（a）は低磁場印加前aの着磁前の磁石素材１２a表面の磁束密度分布の一例を示し、Ａ−Ａ’面の磁束密度を図５（b）に示す。着磁前の磁石素材１２aの磁束密度分布は特に異常がなければ、実線６１のように、ほぼ０に近い値で測定される。一方、磁石素材を製造する工程で、例えば磁石素材内に材料のムラ又は、磁化分布のムラがあると破線６２のように、ムラが測定される。よって、破線６２のような測定が得られた着磁前の磁石素材は、例えば、高い品質を求めるモータの製造に組み込まない判断を行うことが出来る。
【００２７】
図６（a）は低磁場印加中ｂの着磁前の磁石素材１２ｂ表面の磁束密度分布の一例を示し、Ａ−Ａ’面の磁束密度を図６（b）に示す。低磁場印加中ｂの磁束密度分布は、図に示すように４角の位置の磁束密度が最も大きく、次に側面の位置の磁束密度が大きい。そして磁石表面の面内中央付近の位置が小さい磁束密度となる。個々の磁石素材にもよるが、一般的な磁石素材は、図６（a）に示すようにｘｙ面内で対称性がある磁束密度分布の形状を得る。図６（b）の破線４０ｓは、保磁力が小さい着磁前の磁石素材１２ｂの磁束密度のグラフ、実線４０ｈは、保磁力が大きい着磁前の磁石素材１２ｂの磁束密度のグラフである。保磁力が小さい着磁前の磁石素材１２ｂは、保磁力が大きいものに比べ磁化が変化しやすい。従って、図６（b）のグラフのように、保磁力が大きい磁石素材４０ｈに比べ、保磁力が小さい磁石素材４０ｓの方が磁束密度は大きい値を示す。よって、例えば、磁束密度の閾値を設けておき、その閾値を超えた磁束密度の着磁前の磁石素材１２ｂは保磁力が小さいと判定し、高い保磁力を要求しているモータの製造にはその磁石素材は組み込まない判断を行うことが出来る。
【００２８】
図７（a）は低磁場印加後ｃの着磁前の磁石素材１２ｃ表面の磁束密度分布の一例を示し、Ａ−Ａ’面の磁束密度を図７（b）に示す。低磁場印加後ｃの着磁前の磁石素材１２ｃの磁束密度分布は、完全に着磁した永久磁石の残留磁束密度に比べ小さいが、同様に測定される。低磁場で印加して着磁前の磁石素材１２の段階で選別する理由の一つは、磁力が強力な永久磁石の段階で選別するのに比べ、磁力が僅かな低磁場印加後の磁石素材の方がモータへの組み込みが容易なためである。この容易さは、モータ組立ての精度と生産コストの抑制に影響し、モータの製造にとって重要な要素である。
【００２９】
図７（a）に示すように、低磁場印加後ｃの磁束密度分布は、低磁場印加中ｂの磁束密度分布のように、ｘｙ面に対して対称性を持った分布形状とならない。着磁前の磁石素材を移動しながら低磁場を印加する方法では、残留磁束密度分布の形状はｙ軸方向には対象性を有しているが、ｘ軸方向には、対称性が無くなる。低磁場印加時の磁石移動方向の後ろ側の箇所が前側の箇所に比べ、残留磁束密度分布が大きくなることが特徴である。その理由は、低磁場で局所的に磁石素材を印加する過程が関係している。以下詳細に説明する。
【００３０】
一般的な磁石の着磁方法（永久磁石にする方法）は、磁石全体に一度に磁場を加えて着磁する。このため、着磁後の残留磁束密度分布は、図６（a）に示す形状を参考に説明すると、磁石表面の角が最も大きくなるような磁束密度分布で、ｘｙ面に対称性のある形状を有する。一方、本実施例のように低磁場を局所的に印加する方法では、磁石の面に行き渡るようにすると、磁石素材１２の端から順番に磁場を加え、磁石素材１２を移動しながら面全体に行き渡るように進み、反対側の端へと磁石素材１２を移動する方法をとる。この場合、磁場が透過する磁石内部の箇所では磁化が変化し、その箇所の変化に伴って磁場の影響が少ない箇所も磁化の変化が伴う。例えば、磁石素材の移動が左から右へと移動し、中間に狭い範囲の磁場があるとした場合を考える。磁場が当たる範囲の箇所は磁化の変化を受ける。そして磁化が変化した箇所の近辺で磁場の影響が少ない箇所も、磁石内部の変化に影響し、磁化が変化する。さらに磁石素材が右へ移動すると今まで磁場の影響を直接受けていなかったが、磁石内部の磁化の影響で磁化が変化した箇所も、磁場の影響を直接受けるため、さらに磁化の変化を受ける。このように、移動に伴って、磁場が直接受けるときの磁化の変化と、周囲の磁化の影響による磁化の変化が加わり、移動に伴いながら累積し、後半の箇所の方が磁化が大きくなると考えられる。なお、磁石移動方向の後ろ側の箇所の残留磁束密度分布の大きさは、移動速度に反比例し、速度が遅いほど後ろ側の残留磁束密度分布の大きさは大きくなる。
【００３１】
図７（b）において、Ａ−Ａ’面の磁束密度のグラフについて、破線４０ｓは保磁力が小さい着磁前磁石１２ｃの磁束密度のグラフ、実線４０ｈは保磁力が大きい着磁前磁石１２ｃの磁束密度のグラフを示す。保磁力が小さい磁石素材４０ｓは、保磁力が大きい磁石素材４０ｈに比べて磁化が変化しやすい。そのため、低磁場で印加した後の残留磁束密度の大きさは、保磁力が大きい磁石素材４０ｈに比べ、保磁力が小さい磁石素材４０ｓの方が小さい。よって、例えば、磁束密度の閾値を設けておき、その閾値より低い磁束密度の着磁前磁石１２ｃは保磁力が小さいと判定し、高い保磁力を要求しているモータの製造にはその着磁前磁石は組み込まない判断を行うことが出来る。
【００３２】
本実施例で選別した磁石素材は選別後、永久磁石にするための着磁を実施し、モータを組み立てる。図８（a）に本実施例で選別した永久磁石の残留磁束密度分布の一例を示す。Ｂ−Ｂ’面の磁束密度を図８（b）に示す。図８（a）に示すように、完全に着磁した永久磁石の残留磁束密度の大きさは、低磁場で選別した磁石素材の残留磁束密度に比べ、全体が大きな分布を有する。図８（b）は永久磁石になる前の低磁場で印加した磁石素材の移動方向に向きを合わせ、それに平行なＢ−Ｂ’面の永久磁石の残留磁束密度のグラフを示す。そのグラフの形は低磁場で印加したときの磁石の移動に対し、後半の方が大きい。一方、本実施例のように着磁前の磁石素材の段階で選別しない、通常の永久磁石の磁束密度は、例えば長方体の場合、４角がほぼ同様の高さで揃うため、図８（ｂ）のような形にはならない。このため、図８（ｂ）のグラフの形には、図７に示す低磁場で印加したときの残留磁化の跡が残っていると言える。すなわち、磁石素材の着磁後磁気特性予測による選別を行った永久磁石の痕跡として、永久磁石の着磁面の磁束密度分布において、着磁面の所定方向の両側端部のうち、一端の磁束密度の大きさが他端の磁束密度の大きさよりも大きい形状の磁束密度分布を有している。
【００３３】
図９は、図３に示す信号処理部３５と３６による磁気特性選別のフローチャートの一例を示す。着磁前の磁石素材１２を図３に示す装置構成に投入すると、磁石素材１２の移動に伴い、各々の箇所の磁気センサ５０によって、磁石素材１２表面の磁束密度を検出する。始めは低磁場印加前aの磁束密度を検出し、信号処理部３５aで処理を行う（Ｓ1）。着磁前磁石１２aに異常が無ければ、磁束密度分布はほぼ０の値を示す。着磁前の磁石素材１２aに何らかのムラがあった場合、磁気センサ５０aで検出した信号を信号処理３５aで磁束密度のムラの程度を判断し、適用するモータへの組み込み可否を判定する（Ｓ４）。すなわち、所定の閾値と比較して閾値よりも大きいときにＮＧ、小さいときにＯＫと判定する。
着磁前の磁石素材１２は次に、低磁場の磁界の中へ移動する。そして、低磁場印加中ｂの磁束密度を検出し、信号処理部３５ｂで処理を行う（Ｓ２）。例えば、素性として保磁力が小さい磁石素材の場合、信号処理部３５ｂでは閾値より大きな磁束密度が計測され、保磁力が小さいと判断し、適用するモータへの組み込みをＮＧと判定する。すなわち、測定した磁束密度が所定の閾値よりも大きいときにＮＧ、小さいときにＯＫと判定する。この閾値の設定は各磁石の種類、形状、適用モータ、或いはモータの適用する製品によって異なる。又、閾値の計算は、磁気センサの測定方法で異なり、本実施例で示す直方体の磁石表面の磁束密度の大きさで判定する場合は、得られた磁束密度の平均値、或いは磁束密度が高くなる４角の箇所の磁束密度の大きさで判定することが考えられる。
【００３４】
次に、着磁前の磁石素材１２は低磁場の磁化を抜けて磁場の影響がないところへ移動する。そして、低磁場印加後ｃの残留磁束密度を検出し、信号処理部３５ｃで処理を行う（Ｓ３）。例えば、素性として保磁力が小さい磁石素材の場合、閾値より小さい残留磁束密度が計測され、保磁力が小さいと判断し、適用するモータへの組み込みをＮＧと判断する。すなわち、測定した残留磁束密度が所定の閾値よりも小さいときにＮＧ、大きいときにＯＫと判定する。信号処理部３５ｂと同様に、この閾値の設定は各磁石の種類、形状、適用モータ、或いはモータを適用する製品によって異なる。又、閾値の計算は、磁気センサの測定方法と磁石の形状或いは計測する面で異なる。本実施例で示す直方体の磁石素材で、直方体表面の残留磁束密度の大きさで判定する場合は、得られた残留磁束密度の平均値、或いは残留磁束密度が大きい分布を示す箇所として、低磁場印加中の磁石移動方向の後ろ側の角２箇所の磁束密度の大きさを用いて判定するなどの方法が考えられる。
【００３５】
信号処理部３５ｂと信号処理部３５ｃは、磁場の印加中か印加後かで異なるが、共に同じ被測定物の磁束密度を測定し、そして保磁力の優劣の判定を行っている。しかし保持力の大小と得られた信号の大きさの大小の判定が逆なため、信号処理部３５ｂと信号処理部３５ｃの評価を組み合わせることで、より高精度な判定をすることができる。  
例えば、磁気センサ５０で得られた測定値は、信号処理部に信号が入る段階で、周囲からのノイズが配線を通して多少なりとも含まれる。実際には、このノイズの影響を考慮したうえで判定を行うため、閾値は品質に厳しい側に振った設定となる。信号処理部３５ｂと信号処理部３５ｃは判定が逆に生じるため、このノイズの悪影響を抑制することができる。例えば、素性として保磁力が大きい磁石素材を測定する場合を考える。そして、磁気センサ５０ｂと磁気センサ５０ｃの周囲には共通のノイズが生じており、配線にそのノイズの影響で、測定値が＋側にドリフトしたケースである。信号処理部３５ｂではノイズが生じていなければ、判定はＯＫ（保持力が大きく問題ない）となるはずが、ノイズの影響で測定値は+側に振れるため、信号処理部３５ｂの判定は、磁束密度全体が大きくなる値となって保磁力が小さいと判断し、NG判定になる。一方、信号処理部３５ｃでは、ノイズの影響で測定値が＋側に振れ、残留磁束密度全体が大きい値を示し、保磁力がさらに大きいと判断して判定はＯＫとなる。このようなケースのように、信号処理部３５ｂでＮＧ、信号処理部３５ｃでＯＫと、判定が異なった場合は信号処理部３６で、再び選別の判定を行う。前記ケースの場合の信号処理部３６では、信号処理部３５ｂと信号処理部３５ｃのそれぞれの判定時の数値を比較する。例えば閾値からの大きさが共に+側に値があり、特に信号処理部３５ｃが閾値から大きく＋側に乖離している場合は、もともと高い品質の箇所で閾値があるはずなのに、通常よりさらに大きい品質の保持力が測定されることは考えにくいため、この場合、ノイズによる＋側の振れと分析し、最終的にＯＫと判定を行うことができる。このように、磁石品質を高精度で予測し磁石素材の選別やランク分けができるので、永久磁石モータの品質の向上とコストの抑制が得られる。
【００３６】
図１０は本実施例による、永久磁石をローターに設けた永久磁石（ＰＭ）モータの製造プロセスの一例を示す。着磁前磁石素材を準備し、本実施例による方法で磁石素材の磁気特性（保磁率、磁化分布）を予測し選別する（Ｓ１０）。本実施例による方法で選別した磁石素材をローターに挿入し接着剤などで固着する（Ｓ１１）。ローターに挿入する際、製造するモータの種類によっては、選別時に行った低磁場印加時の磁石素材の移動方向を揃えて組み込む。この磁石素材の取り付ける向き、或いはその向きのと取り付ける向きのパターンは、製造するモータの種類、仕様などで決定する。又、モータの種類、仕様によっては、低磁場印加時の磁石素材の移動した向きに対してモータへの組み込む向きを規定しないでローターに組み込む方法でも良い。選別した磁石素材はローターに組み込んだ後、ローターのバランスを調整する。
【００３７】
そして、ローター全体に大きな磁場を加えて磁石素材を完全に着磁し永久磁石にする（Ｓ１２）。その後、他の部品と組み合わせて、モータを組み立てる（Ｓ１３）。最後に出荷試験（Ｓ１４）を経てモータは完成する（Ｓ１５）。本実施例の場合、ローターに挿入する前に個々の磁石の品質が選別されているため、ローター挿入後の磁化特性のバラツキによる品質低下は解消されている。又、着磁する前の磁石で磁化特性を選別しているため、ローターに組み込む際の煩雑な取り扱いが無くなり、組み込み後のバランス調整も容易で、モータの精度が出しやすい。
【００３８】
以上のように、本実施例は、着磁前の磁石素材に磁場を印加したときの磁石素材を透過した磁束密度分布と、磁場印加後の磁石素材の残留磁束密度分布を測定することにより磁石素材の着磁後の磁石の磁気特性を予測する。
【００３９】
また、測定した磁束密度分布及び残留磁束密度分布のそれぞれの値の変化から磁石素材の選別を行う。言い換えれば、測定した磁束密度分布及び残留磁束密度分布のそれぞれを閾値に基づき判定した結果から磁石素材の選別を行う。
【００４０】
また、さらに、磁場印加前の磁石素材の磁束密度分布を測定し、磁場印加前の磁石素材の磁束密度分布の磁束密度が第１の閾値よりも大きいときにＮＧ、小さいときにＯＫと判定する第1の判断処理と、磁場印加時の測定した磁束密度分布の磁束密度が第２の閾値よりも大きいときにＮＧ、小さいときにＯＫと判定する第２の判断処理と、磁場印加後の測定した残留磁束密度分布の磁束密度が第３の閾値よりも小さいときにＮＧ、大きいときにＯＫと判定する第３の判断処理と、第２の判断処理結果と第３の判断処理結果を比較し異なっている場合は再判断する第４の判断処理を有し、第1、第２、第３、第４の判断処理結果により磁石素材の選別を行う。
【００４１】
また、本実施例の磁石素材の選別方法によって選別された磁石素材を用い、選別した磁石素材を着磁した永久磁石を組み込んで構成された永久磁石モータを提供できる。
【００４２】
また、本実施例の磁石素材の選別方法を用いた永久磁石モータの製造方法であって、選別した磁石素材をローターに挿入し、該ローターに磁場を加えて磁石素材を着磁し永久磁石とし、該ローターと他の部品とを組み合わせて永久磁石モータとする永久磁石モータの製造方法を提供できる。
【００４３】
また、選別装置としては、磁場発生装置と、磁場発生装置に近接させ着磁前の磁石素材を移動可能に配置させる移動手段と、磁場発生装置から磁石素材に磁場を印加したときの磁石素材を透過した磁束密度及び磁場印加前の磁石素材の磁束密度及び磁場印加後の磁石素材の残留磁束密度を測定する磁気センサと、磁気センサで検出した信号を処理する信号処理回路とを有し、信号処理回路は、測定した磁束密度及び残留磁束密度のそれぞれの値の変化から判定して磁石素材の選別を行う構成とする。
【００４４】
また、信号処理回路は、測定した磁束密度及び残留磁束密度のそれぞれを閾値に基づき判定して磁石素材の選別を行うように構成する。
【００４５】
また、信号処理回路は、磁場印加前の磁石素材の磁束密度分布の磁束密度が第１の閾値よりも大きいときにＮＧ、小さいときにＯＫと判定する第1の判断処理と、磁場印加時の測定した磁束密度分布の磁束密度が第２の閾値よりも大きいときにＮＧ、小さいときにＯＫと判定する第２の判断処理と、磁場印加後の測定した残留磁束密度分布の磁束密度が第３の閾値よりも小さいときにＮＧ、大きいときにＯＫと判定する第３の判断処理と、第２の判断処理結果と第３の判断処理結果を比較し異なっている場合は再判断する第４の判断処理を有し、第1、第２、第３、第４の判断処理結果により磁石素材の選別を行うように構成する。
【００４６】
また、磁石素材を着磁することで構成された永久磁石は、磁石素材の着磁後磁気特性予測による選別を行った永久磁石の痕跡として、永久磁石の着磁面の磁束密度分布において、着磁面の所定方向の両側端部のうち、一端の磁束密度の大きさが他端の磁束密度の大きさよりも大きい形状の磁束密度分布を有している。
【００４７】
以上のように、本実施例によれば、永久磁石モータに磁石素材を搭載する前に磁石品質を高精度で予測し不良品を排除することで品質の高いモータを低コストで提供することができる。
【実施例２】
【００４８】
本実施例では、直方体の磁石素材だけでなく、弧の形状の磁石素材も行える磁石の磁気特性を選別する装置構成の例を示す。図１１は、本実施例における磁石の磁気特性を選別する装置構成の例である。図３に示す磁気特性を選別する装置構成のうち、既に説明した図３に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
【００４９】
図１１において、着磁前の磁石素材１２には、永久磁石をローターに表面に組み込むＰＭ形のモータに代表される磁石素材を用い、磁石素材１２の断面の形はローターに組み込むため、代表的な弧の形である。本実施例では、それぞれの磁気センサ５０に、高さ調整機構部７１を設けている。そのため、本実施例のように低磁場印加前ａ、低磁場印加中ｂと低磁場印加後ｃの各々の磁石素材１２表面の磁束密度を測定する場合、磁石素材１２を移動しながら表面からの一定の高さを測定することができる。
【００５０】
図１１に示す弧の断面形状を有する磁石素材１２を低磁場で印加して、その透過した磁束密度を測定する場合、鉄芯３２から流れる磁界４５の中を磁石素材１２が移動するため、磁石素材１２と鉄芯からの距離が弧の形状に沿って変わる。その距離が近い場合は測定される磁束密度は高く、その距離が遠い場合は磁束密度は小さくなる。そのため、弧の形状に代表される測定面の表面の高さが変わる場合、磁石素材１２表面の磁束密度分布は、その距離の反比例に応じた分布形状が基本となる。従って、その距離との関係を把握しておけば、実施例１で述べた判別方法と同じ考え方で、磁石素材１２の磁気特性を選別することができる。同様に、低磁場印加後ｃの残留磁束密度及び着磁後の永久磁石の残留磁束密度分布も、印加時の磁石素材１２から鉄芯までの距離を考慮して磁束密度分布を分析すると、実施例１で述べた磁束密度分布に変換することができる。そのため、実施例１で述べたものと同様に、低磁場で印加した後の残留磁束密度分布には、低磁場印加時の磁石素材の移動方向の影響が反映されており、その影響が、完全に着磁した影響磁石の残留磁束密度にも記されている。
【００５１】
従って、前記に示すように、低磁場印加時の鉄芯と磁石素材の高さを考慮することによって、複雑な形状の磁石素材であっても、同様に実施例１で述べた判別方法で、磁石素材を選別することができ、選別した永久磁石には、実施例１と同様な残留磁束密度分布の特徴が有している。そして、実施例１と同様の永久磁石モータの提供できる。
【００５２】
以上、実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１０：永久磁石の磁束密度分布
１１：永久磁石
１２：着磁前の磁石素材
１２ａ：低磁場印加前の磁石素材
１２ｂ：低磁場印加中の磁石素材
１２ｃ：低磁場印加後の磁石素材
１３：コイル
１４：鉄芯
１５：ステーター
２１：ブラシ
２２：整流子
３１：コイル
３２：鉄芯
３３：移動レール
３５、３６：信号処理部
３５ａ：低磁場印加前の信号処理部
３５ｂ：低磁場印加中の信号処理部
３５ｃ：低磁場印加後の信号処理部
４０s：保磁力が小さい磁石素材
４０h：保磁力が大きい磁石素材
４５：磁場の流れ
４６：磁束密度の等高線
５０：磁気センサ
５０ａ：低磁場印加前の磁気センサ
５０ｂ：低磁場印加中の磁気センサ
５０ｃ：低磁場印加後の磁気センサ
５１：基板
５２：ホール素子
５３：アンプ
５５：各ホール素子５２で測定された磁束密度のグラフ
５６：磁石表面の配置箇所
５７：磁石表面の磁束密度分布のグラフ
６１：磁束密度にムラが見られない着磁前の磁石素材１２aの磁束密度グラフ
６２：磁束密度にムラが見られる着磁前の磁石素材１２aの磁束密度グラフ
７１：高さ調整機構部
ａ：低磁場印加前
ｂ：低磁場印加中
ｃ：低磁場印加後
Ｈ1：低磁場
Ｊ1：磁化
Ｊ0：残留磁化
Ｊs1：磁場Ｈ1のときの保磁力が小さい磁石素材４０sの磁化
ＪL1：磁場Ｈ1のときの保磁力が大きい磁石素材４０hの磁化
Ｊs0：磁場Ｈ0のときの保磁力が小さい磁石素材４０sの残留磁化
ＪL0：磁場Ｈ0のときの保磁力が大きい磁石素材４０hの残留磁化
【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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