专利名称：稀土类磁体的磁化方法及稀土类磁体的制作方法
技术领域：
本发明涉及稀土类磁体的磁化方法，特别涉及适合固定于旋转机的定子上使用的稀土类磁体的磁化方法。
特别是稀土类·铁·硼系磁体(以下，称作“R-T-(M)-B系磁体”。R是包括Y的稀土类元素，T是Fe或者Fe与Co和/或Ni的混合物，M是添加元素(例如，Al、Ti、Cu、V、Cr、Ni、Ga、Zr、Nb、Mo、In、Sn、Hf、Ta、W的至少一种)，B是硼或者硼和碳的混合物。)，在各种磁体中，显示出最高的最大磁能积，价格也比较便宜，因此在各种电子设备中被积极地采用。
例如，为了得到高的能量效率，或者以达到小型轻量化等为目的，在各种旋转机(电动机等)中使用稀土类磁体。例如，在特开2000-41372号公报中公开了如图5所示的可动磁体型直流转矩电动机10。
该直流转矩电动机10具有在以轴3为中心的圆柱状的铁心(例如软铁)4的周围圆筒状地固定着永久磁体5和6的转子1；以及呈大致コ字状、在其端部形成分别与转子1保持规定的空隙而对置的第1磁极部7、第2磁极部8、并在基部(图中上方)卷绕线圈9的定子2。在此，定子2，例如是叠合饱和磁密度1.6T(特斯拉)以上的电磁钢带的定子。
在上述公报中公开的永久磁体5和6分别是半圆筒形(弓形)的永久磁体，即在相互相反方向磁化。例如，磁体5，表面(外周面)侧是N极，背面(内面)侧周围S极，另一方面，磁体6，表面(外周面)侧是S极，背面(内面)侧作为N极。也可以使用一体形成的圆筒状磁体(未图示)来代替磁体5和6。
已经知道，在将上述电动机10的转子中所使用的磁体5和6配置成圆筒状的状态下进行磁化，或者，在使一体形成的圆筒状的磁体进行磁化时，如目前这样，如果在径向方向施加一次磁场进行磁化，就存在不能充分磁化在相互相反方向磁化的区域(相当于图5的磁体5和6)的边界部分的问题。这样的不完全磁化的磁体，或平均磁通密度降低，或得到所希望的表面磁通密度的角度范围变窄。进而，在表面磁通密度的角度分布(轴周围)中，在边界部分的附近产生极值，表面磁通密度的变化的线性降低，结果，难以精度良好地调整旋转机的角度，往往不能充分发挥旋转机的性能。
本发明的稀土类磁体的磁化方法包括准备以形成圆筒的方式配置的稀土类磁体的工序；通过在上述稀土类磁体上施加第一外部磁场、形成从上述圆筒的内侧向外侧磁化的第一区域和从外侧向内侧磁化的第二区域的第一磁化工序；在上述第一区域和上述第二区域的边界、以施加与在上述第一磁化工序中施加的外部磁场成分的方向呈超过0°不到50°的角度的方向的施加磁场成分的方式、施加第二外部磁场的第二磁化工序。由此达到上述目的。
在优选的实施方式中，上述稀土类磁体，以上述圆筒的轴为中心、相对于磁路可相对地旋转地被支持，以相对上述磁路的相对位置为第一位置实施上述第一磁化工序，使上述稀土类磁体以上述轴为中心、相对于上述磁路进行上述相对地旋转后，实施上述第二磁化工序。
在优选的实施方式中，沿上述圆筒的圆周形成具有上述第一区域和上述第二区域各一个的二极磁体。
在上述第一区域和上述第二区域的边界，在上述第一磁化工序中施加的外部磁场成分的方向和在上述第二磁化工序中施加的外部磁场成分的方向形成的角度，优选为20°以上40°以下，更优选为25°以上35°以下。
上述第一外部磁场和上述第二外部磁场的强度，优选为实质上相互相等。例如，优选使用相同磁路、以相同条件产生第一外部磁场和第二外部磁场，仅改变相对于稀土类磁体的磁路的相对位置(轴周围的角度)。作为磁路，可以使用公知的各种磁路。
上述稀土类磁体优选为径向取向各向异性烧结磁体。
本发明的稀土类磁体，由于使用上述任一种磁化方法进行磁化，所以具有优异的磁特性。
本发明的稀土类磁体，是圆筒状的稀土类磁体，具有从圆筒的内侧向外侧磁化的第一区域和从外侧向内侧磁化的第二区域，在上述第一区域和上述第一区域的边界，表面磁通密度不选取极值连续地发生变化。
在优选的实施方式中，在上述第一区域或者上述第二区域，表面磁通密度选取最大值的角度为120°以上140°以下。
在优选的实施方式中，表面磁通密度从零点至选取最大值的角度范围为20°以上30°以下。
本发明的旋转机，由于具备用上述制造方法制造的稀土类磁体，所以具有优异的特性，适合用于阀门开度控制装置等中。
图2是表示为了实施本发明的实施方式的磁化方法所使用的磁化装置100的示意图。
图3(a)～(c)是表示径向环状磁体的表面磁通密度Bg的角度依存性的曲线图，(a)表示目前的磁化方法，(b)和(c)表示本发明的磁化方法。
图4是用于说明由旋转角θ产生的径向环状磁体的磁性差异的曲线图。
图5是表示适合使用本发明的稀土类磁体的公知旋转机的图。
具体实施例方式
以下，参照
本发明的稀土类磁体的磁化方法的实施方式，但本发明不受以下的实施方式的限制。
本发明的稀土类磁体的磁化方法，如图1(a)和(b)所示，包括至少2次磁化工序。
首先，准备以形成圆筒22a的方式配置的稀土类磁体(为了简单起见，磁化前的也称作“磁体”)22。稀土类磁体22既可以是一体地形成的稀土类磁体，也可以是在圆柱状的转子的表面固定数个弓形磁体的稀土类磁体(工序(a))。
接着，通过在稀土类磁体22上施加第一外部磁场H1，形成从圆筒22a的内侧向外侧磁化的第一区域R1和从外侧向内侧磁化的第二区域R2(工序(b))。此时，稀土类磁体22的第一区域R1和第二区域R2的边界部分BR的磁化方向是不稳定的。特别是，在径向取向的各向异性稀土类烧结磁体中，晶粒沿径向取向，因此边界部分BR的晶粒承受着垂直于其取向方向的方向(即，相对于圆筒22a的切线方向)的磁化磁场，而不能被良好地磁化。目前，仅实施该磁化工序。
本发明的磁化方法，在第一区域R1和第二区域的边界部分BR中，以施加与在第一磁化工序中施加的外部磁场成分的方向(在此以H1代表)呈超过0°不到50°角度的方向的外部磁场成分(在此以H2代表)的方式施加第二外部磁场H2(工序(c))。利用该第二外部磁场H2，使边界部分BR的晶粒的磁化方向稳定。第一外部磁场H1和第二外部磁场H2的强度，优选实质上相等。再者，该第一磁化工序和/或第二磁化工序可以实施数次。根据所使用的稀土类磁体，适当地设定外部磁场H1和H2的强度，但在径向取向R-T-(M)-B系磁体的情况下，设定成2T～4T。
在图1(a)和(b)中，为了简单起见，表示在稀土类磁体22的全体上施加相同方向的外部磁场H1或H2的情况，但这不一定是必要的。例如，在边界部分BR与各区域R1和R2的中心附近，也可以施加不同方向的外部磁场成分。
以下说明使用磁性优异的、表面磁通密度(最大值)的平坦性优异的、径向取向的R-T-(M)-B系各向异性烧结磁体的例子。在此使用的径向环状磁体(参照图2的符号112)，例如以下那样制作。
首先，采用薄带铸造法(参照美国专利5383987号的说明书)等的急冷法(冷却速度102～104℃/sec)制作稀土类合金粉末。该粉末在型腔内的磁场强度为0.4MA/m以上的取向磁场下进行压制成型，制作密度为3.5g/cm3以上的成型体。将所得到的成型体烧结(在Ar气氛下、1000℃～1100℃，2～5小时)，再通过实施时效处理(400℃～600℃，3～7小时)，制作径向环状磁体。该径向环状磁体的形状，例如是外径29mm、内径25mm、高12mm。再者，由于采用公知的方法制造径向环状磁体，所以在此省略其制造方法的详细说明(例如，参照特开2001-192705号公报)。径向环状磁体也可以通过将数个弓形磁体(成型体)粘结成环状(圆筒状)而形成。不言而喻，即使在此场合，最终得到的径向环状磁体中的磁粉的取向也设定成径向取向，烧结磁体从环的中心沿半径方向具有磁各向异性。
在本实施方式中，使用图2所示的磁化装置100进行磁化。
磁化装置100具有固定在轴103上的圆柱状的转子110；对转子110产生外部磁场的磁路120(120a和120b)。轴103被支持台130以可旋转的方式支持着。如后所述，为了使被磁化的径向环状磁体112和磁路120的相对位置，以轴103为中心以规定的旋转度(θ)发生变更，例如，可以设置将以规定的角度设置的沟夹紧的旋转机构132。这样通过设置阶段性地按每规定的角度旋转的机构，能够容易且再现性良好地实行旋转角θ的控制。
磁路120具有轭体122(112a和122b)，在轭体122上卷绕与电容器电源(未图示)连接的线圈124(124a和124b)。在圆柱状的转子110的外周配置圆筒状的径向环状磁体112。磁路120a和120b，对径向环状磁体112产生规定方向的外部磁场(例如，图1中的H1和H2)。作为磁路120，也可以使用空心线圈等其它公知的磁路。另外，通过适当地变更磁路的磁极的形状，也能够使4极以上的径向环状磁体进行磁化。
首先，径向环状磁体112以相对于轴103处于第一位置的状态，从磁路120a和120b施加规定的外部磁场(约3T)。第一位置也可以是任意的位置。
仅通过实施该第一磁化工序得到的径向环状磁体112的表面磁通密度Bg(T特斯拉)的角度依存性，使用具备霍尔元件测头的高斯计进行测定，其结果示于图3(a)中。测定角度，以通过所得到的径向环状磁体112的N极区域(朝向外周进行磁化的区域R1)和S极区域(朝向内周进行磁化的区域R2)的边界线(与连接N区域的中心S区域的中心的线垂直的线等价)和径向环状磁体112的中心轴的方向作为0°。
接着，在实施第一磁化工序后，相对第一位置，在使径向环状磁体112围绕轴103仅旋转一定的角度θ的第二位置，施加与第一磁化工序相同的外部磁场。在使旋转角θ达到20°和40°时所得到的径向环状磁体11 2的表面磁通密度Bg的角度依存性示于图3(b)中(在20°和40°成为相同的结果)。另外，在使旋转角θ为30°时所得到的径向环状磁体112的表面磁通密度Bg的角度依存性示于图3(c)中。
如图3(a)～(c)所示，沿径向环状磁体的圆周的表面磁通密度Bg，在第一区域R1和第二区域R2的边界部分BR(参照图1)中，其值选取零，此后，在第一区域R1和第二区域R2的各自中，其值(绝对值)增大，选取最大值，然后，经过平坦区域，在边界部分BR中再变为零。如果严格地说，第一区域R1和第二区域R2的各自中的最大值是极大值，平坦区域中的表面磁通密度Bg的值成为比最大值(极大值)稍微小的值。在此，将第一区域R1和第二区域R2的各自中的2个极大值间的平坦区域称为表面磁通密度B选取最大值的“最大值区域”。
首先，由图3(a)的曲线可知，仅一次的磁化工序，第一区域R1和第二区域R2的边界部分BR(参照图1)不能充分地被磁化，因此表面磁通密度Bg取最大值的最大值区域的角度范围(50°～150°和220°～330°)狭窄，并且，平均磁通密度也低。而且，在边界部分BR附近，表面磁通密度Bg也不连续地发生变化，选取极值(极大值和极小值)。另外，在边界部分BR附近，表面磁通密度Bg从零点至选取最大值的角度范围超过30°。
这样，如果仅在第一磁化工序中进行磁化，表面磁通密度Bg的最大值区域的角度范围，在第一区域R1和第二区域R2的各自中，比较狭小，不到120°，而且，第一区域R1和第二区域R2的边界部分BR中的表面磁通密度Bg的变化中出现极值，因此使用具有这样特性的径向环状磁体122，例如如果构成旋转机，不仅能量效率低，而且产生大的振动。而且，使用这样的径向环状磁体，制作精密的位置(角度)传感器是困难的。
与此相反，使用本发明的磁化方法得到的径向环状磁体的特性，如图3(b)和(c)所示可知，与图3(a)相比，表面磁通密度Bg选取最大值的角度范围宽，平均磁通密度也变高。最大区域的角度范围，在图3(b)所示的例子中，是30°～150°和210°～330°，在图3(c)所示的例子中，是20°～150°和195°～330°。
另外，在第一区域R1和第二区域R2的边界部分BR附近，表面磁通密度单调地增加或者减少，不存在在图3(a)中看到的极值(极大值或极小值)。特别是，将图3(c)所示的旋转角θ变为30°时的径向环状磁体112，选取最大值的角度范围宽，平均磁通密度也高。而且还知道，在第一区域R1和第二区域R2的边界部分BR附近的表面磁通密度Bg的变化也是非常平滑的。
这样，通过实施第一磁化工序和第二磁化工序，就能够得到表面磁通密度Bg的最大区域的角度范围是120°以上140°以下、表面磁通密度Bg从零点至选取最大值的角度范围是20°以上30°以下的径向环状磁体。另外，该径向环状磁体的表面磁通密度Bg，在第一区域R1和第二区域R2的边界部分BR附近，不选取极值单调地增加或者减少，表面磁通密度Bg变化的线性高。
在图4中表示相对旋转角θ将变化旋转角θ得到的各种径向环状磁体112的表面磁通密度Bg选取最大值的角度范围和表面磁通密度选取最大值一半以上的值的角度范围分别除以360度的值进行绘图的结果。旋转角θ＝0°表示仅实施第一磁化工序，在使旋转角θ为50°时，得到与θ＝0°时大致相同的结果。
由图4的曲线可知，通过采用本发明的磁化方法并使旋转角θ超过0°不到50°，表面磁通密度Bg选取最大值的角度范围和选取最大值一半的值的角度范围，比目前的磁化方法(相当于图4中的旋转角θ＝0°)增加。而且，通过使旋转角θ为20°以上40°以下的范围，如图3(b)所示，第一区域R1和第二区域R2的边界部分BR中的表面磁通密度Bg的变化中不出现极值，连续、平滑地进行变化。而且，通过使旋转角θ为30°±5°以内，边界部分BR中的表面磁通密度Bg的变化更变得平滑。在旋转角θ是约30°时，如图3(c)所示，表面磁通密度B最平滑地变化。
这样，如果使用本发明的磁化方法，就能得到在相互相反方向进行磁化的区域(第一区域R1和第二区域R2)的边界部分BR比目前更可靠地被磁化的径向环状磁体。如果使用这样的径向环状磁体构成图5所示的旋转机，就得到能量效率高、振动发生少的旋转机。这样的旋转机，例如适合使用于如特开2000-41372号公报中所公开那样的、要求以高精度控制节流阀控制装置等的角度的用途中。
产业上的可利用性根据本发明，可提供一种在对以形成相互相反方向磁化的区域的方式配置成圆筒状的磁体进行磁化时，使区域的边界附近比目前更可靠地向规定方向进行磁化的磁化方法。另外，通过使用以这样的磁化方法磁化的磁体，可提供高性能的旋转机。如果使用本发明的稀土类磁体，电动机或驱动器等的转矩波动降低，而且能量效率也提高。
尤其是，通过使用本发明的磁化方法使径向取向的R-T-(M)-B系烧结磁体磁化而得到的磁体，适合用于高性能的旋转机或高精度位置(角度)检测用的传感器。不用说，本发明中也不限于稀土类烧结磁体，也用于粘结磁体等各种稀土类磁体的磁化。
权利要求
1.一种稀土类磁体的磁化方法，其特征在于包括准备以形成圆筒的方式配置的稀土类磁体的工序；通过在所述稀土类磁体上施加第一外部磁场、形成从所述圆筒的内侧向外侧磁化的第一区域和从外侧向内侧磁化的第二区域的第一磁化工序；和在所述第一区域和所述第二区域的边界、以施加与在所述第一磁化工序中施加的外部磁场成分的方向呈超过0°不到50°的角度的方向的施加磁场成分的方式、施加第二外部磁场的第二磁化工序。
2.根据权利要求1所述的稀土类磁体的磁化方法，其特征在于以所述圆筒的轴为中心、相对于磁路可相对旋转地支持所述稀土类磁体，以相对于所述磁路的相对位置为第一位置实施所述第一磁化工序，使所述稀土类磁体以所述轴为中心、相对于所述磁路进行所述相对地旋转之后，实施所述第二磁化工序。
3.根据权利要求1或2所述的稀土类磁体的磁化方法，其特征在于沿所述圆筒的圆周形成具有所述第一区域和所述第二区域各一个的二极磁体。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的稀土类磁体的磁化方法，其特征在于在所述第一区域和所述第二区域的边界，在所述第一磁化工序中施加的外部磁场成分的方向和在所述第二磁化工序中施加的外部磁场成分的方向形成的角度为20°以上40°以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的稀土类磁体的磁化方法，其特征在于所述第一外部磁场和所述第二外部磁场的强度实质上是相互相等的。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的稀土类磁体的磁化方法，其特征在于所述稀土类磁体是径向取向各向异性烧结磁体。
7.一种包括使用权利要求1～6中任一项所述的磁化方法实施的磁化工序的稀土类磁体的制造方法。
8.一种由权利要求7的制造方法制造的稀土类磁体。
9.一种圆筒状的稀土类磁体，其特征在于具有从圆筒的内侧向外侧磁化的第一区域和从外侧向内侧磁化的第二区域，在所述第一区域和所述第二区域的边界，表面磁通密度不选取极值而连续地变化。
10.根据权利要求9所述的稀土类磁体，其特征在于在所述第一区域或所述第二区域，表面磁通密度选取最大值的角度范围是120°以上140°以下。
11.根据权利要求9或10所述的稀土类磁体，其特征在于表面磁通密度从零点至选取最大值的角度范围是20°以上30°以下。
12.一种具备权利要求8～11中任一项所述的稀土类磁体的旋转机。
13.一种具备权利要求12所述的旋转机的阀门开度控制装置。
全文摘要
本发明包括准备以形成圆筒(22a)的方式配置的稀土类磁体(22)的工序；通过在稀土类磁体(22)上施加第一外部磁场(H1)、形成从圆筒(22a)的内侧向外侧磁化的第一区域(R1)和从外侧向内侧磁化的第二区域(R2)的第一磁化工序；在第一区域(R1)和第二区域(R2)的边界、以施加与在第一磁化工序中施加的外部磁场成分的方向呈超过0°不到50°的角度的方向的施加磁场成分的方式、施加第二外部磁场(H2)的第二磁化工序。
文档编号H02K15/03GK1463447SQ02802080
公开日2003年12月24日 申请日期2002年7月29日 优先权日2001年7月30日
发明者坂口英二, 森本仁 申请人:住友特殊金属株式会社