CN101529265B

CN101529265B - 磁化分析方法和磁化分析装置

Info

Publication number: CN101529265B
Application number: CN2007800396308A
Authority: CN
Inventors: 岛村秀成; 枣田充俊
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2027-10-31
Also published as: JP4915419B2; WO2008053921A1; CN101529265A; US8169213B2; EP2098880A4; EP2098880B1; EP2098880A1; US20100060266A1; JPWO2008053921A1

Abstract

能够考虑不完全磁化区域的磁化状态而进行高精度的磁化分析。磁化分析装置通过采用与磁化器相关的磁化器参数和与磁体材料相关的磁体参数进行磁场分析来计算施加于磁体材料的各部位的磁化磁场(S17)，基于磁化磁场的计算结果和与不完全磁化区域相关的预先测量的退磁曲线，来计算作为与待分析的永磁体的不完全磁化区域相关的区域参数的回复相对导磁率和矫顽力(S18)，通过使用区域参数的计算结果进行磁场分析，来计算表示待分析的永磁体的磁化状态的状态参数(S19)。

Description

磁化分析方法和磁化分析装置

技术领域

本发明涉及对用磁化器磁化磁体材料而获得的永磁体的磁化状态进行分析的磁化分析方法、磁化分析装置以及具有计算机程序的记录介质。

背景技术

在本说明书中，永磁体是指向磁体材料施加磁场而被磁化的物体，磁体材料是指磁化前的物体。

以往，为了计算表示使磁体材料磁化而获得的永磁体的磁化状态的参数(磁化分析)，提出了各种方法和装置等(参照专利文献1、2)。

在专利文献1中公开了这样的磁化分析装置：在显示屏上显示进行磁化分析时所需的第1参数的多种候选，并从所显示的候选中确定所需的第1参数，还要求输入确定第1参数特性的多个第2参数，并基于所输入的第1参数和第2参数来计算表示永磁体的磁化状态的磁场分布。

在专利文献2中公开了这样的磁化分析装置：基于所设定的固有参数和磁体材料的特性来计算与包括磁化器和磁体材料的***对应的参数，基于所设定的固有参数和与***对应的参数来计算流向磁化器的电流波形，并基于计算出的电流波形来计算表示永磁体的磁化状态的磁场分布。

专利文献1：特开2000-346919号公报

专利文献2：特开2002-329624号公报

发明内容

在采用永磁体的拾音器、电动机等机器的设计中，需要考虑永磁体的磁化状态。

然而，在常规的磁化分析方法中，由磁化分析得到的磁化状态有时与实际测量的磁化状态相差较大。因此，设计时预定的机器的特性与实际生产的机器的特性不同，可能得不到所需要的特性。

为了防止永磁体的磁化状态的分析结果与实际测量结果相背离，发明者们已经将注意力集中于永磁体的不完全磁化区域(不能磁化至饱和永磁体的区域。例如，位于被多极磁化的永磁体中的磁极之间的中性区)。

以往，在不考虑永磁体的不完全磁化区域的情况下进行磁化分析。即，在磁化分析时，不考虑不完全磁化区域，或考虑不充分，例如假定永磁体的整个部分为完全磁化区域(即磁化率为100％)，或假定不完全磁化区域为未磁化区域(即磁化率为0％)。

此外，在专利文献1、2中，完全未提及关于存在不完全磁化区域，因此在分析过程中，完全不考虑不完全磁化区域的存在。

本发明是鉴于上述问题而提出的，主要目的在于提供磁化分析方法，采用通过预先实际测量不完全磁化区域的各部位而获得的并与所施加的磁化磁场对应的退磁曲线，能够考虑不完全磁化区域的磁化状态。

本发明的另一目的在于提供磁化分析方法、磁化分析装置以及将计算机用作磁化分析装置的计算机程序。所述磁化分析方法、磁化分析装置通过采用与不完全磁化区域相关的区域参数来计算表示待分析的永磁体的磁化状态的状态参数，能够反映不完全磁化区域的磁化状态，同时高精度地进行磁化分析。所述与不完全磁化区域相关的区域参数是基于施加于磁体材料上的磁化磁场的计算结果和由预先实际测量不完全磁化区域的各部位而获得的、并与所施加的磁化磁场对应的退磁曲线计算出来的。

本发明的另一目的在于提供磁化分析方法，通过采用回复相对导磁率(リユイル比透磁率，recoil ratio permeability)和矫顽力作为与不完全磁化区域相关的区域参数而能够反映不完全磁化区域的退磁特性，同时高精度地进行磁化分析。

本发明第一方面的磁化分析方法对用磁化器磁化磁体材料而获得的永磁体的磁化状态进行分析，其特征在于，在分析磁化状态时，采用通过预先实际测量永磁体的不完全磁化区域的各部位而获得的与所施加的磁化磁场对应的退磁曲线，计算与待分析的永磁体的不完全磁化区域相关的区域参数。

本发明第二方面的磁化分析方法的特征在于，通过采用与前述磁化器相关的磁化器参数和与磁体材料相关的磁体参数进行磁场分析来计算施加于前述磁体材料的各部位的磁化磁场，并基于该磁化磁场的计算结果和前述退磁曲线来计算关于前述各部位的前述区域参数，通过采用前述区域参数的计算结果进行磁场分析来计算表示前述待分析的永磁体的磁化状态的状态参数。

本发明第三方面的磁化分析方法的特征在于，采用近似表示不完全磁化区域的退磁特性的回复相对导磁率和矫顽力作为前述区域参数。

本发明第四方面的磁化分析装置对用磁化器磁化磁体材料而获得的永磁体的磁化状态进行分析，其特征在于，所述装置包括：磁化磁场计算装置，采用与前述磁化器相关的磁化器参数和与磁体材料相关的磁体参数进行磁场分析来计算施加于前述磁体材料的各部位的磁化磁场；参数计算装置，基于该磁化磁场计算装置的计算结果和预先实际测量永磁体的不完全磁化区域的各部位而获得的与所施加的磁化磁场对应的退磁曲线，对前述各部位计算与待分析的永磁体的不完全磁化区域相关的区域参数；磁化状态计算装置，通过采用该参数计算装置的计算结果进行磁场分析来计算表示前述待分析的永磁体的磁化状态的状态参数。

本发明第五方面的计算机程序使计算机对用磁化器磁化磁体材料而获得的永磁体的磁化状态进行分析，其特征在于，所述计算机程序执行如下步骤：在计算机中采用与前述磁化器相关的磁化器参数和与磁体材料相关的磁体参数而进行磁场分析来计算施加于前述磁体材料的各部位的磁化磁场；在计算机中基于前述所述磁化磁场的计算结果和所给出的退磁曲线来对前述各部位计算与待分析的永磁体的不完全磁化区域相关的区域参数；在计算机中通过采用前述区域参数的计算结果进行磁场分析来计算表示前述待分析的永磁体的磁化状态的状态参数。

在本发明第一方面中，当进行磁化状态分析时，采用与不完全磁化区域相关的预先实际测量的退磁曲线，即通过预先实际测量永磁体的不完全磁化区域的各部位而获得的与所施加的磁化磁场对应的退磁曲线，计算与待分析的永磁体的不完全磁化区域相关的区域参数。

区域参数是例如基于与磁化磁场对应的退磁曲线所求出的回复相对导磁率和矫顽力等。

以往，基于例如与完全磁化区域相关的退磁曲线，将与不完全磁化区域相关的退磁曲线定义为与该完全磁化区域相关的退磁曲线相似的形状。但是，由于这样的退磁曲线有时与实际的退磁曲线差别较大，因此在采用上述退磁曲线分析磁化状态的情况下，磁化状态的分析结果与实际的磁化状态有时差别较大。

另一方面，在采用与不完全磁化区域相关的预先实际测量的退磁曲线分析退磁状态的情况下，由于从该退磁曲线能够得到反映实际磁化状态的区域参数，因此作为分析结果的磁化状态与实际的磁化状态大体上一致。

虽然与材料、等级等种类不同的永磁体相关的退磁曲线不同，但是对于相同种类的永磁体能够利用相同的退磁曲线而与形状、尺寸等无关，因此对于形状、尺寸等不同的各永磁体，不需要重新准备实际测量的退磁曲线。

在本发明第二方面、第四方面和第五方面中，基于与待分析的永磁体的不完全磁化区域相关的区域参数来计算表示待分析的永磁体的磁化状态的状态参数。

例如，通过将本发明第五方面的计算机程序安装到个人电脑、服务器等而作为本发明第四方面的磁化分析装置，采用该磁化分析装置来实施本发明第二方面的磁化分析方法。

磁化器参数是指与磁化器相关的空芯线圈的匝数和电阻值、电容器的静电电容值和磁化电压以及磁化器的内部电阻值等。磁体参数是指与磁体材料相关的电阻率和初始磁化曲线等。此外，状态参数表示永磁体的磁化状态。

下面以磁化分析装置的作用为例来进行详细说明。

首先，磁化磁场计算装置采用与向磁体材料施加磁场而磁化的磁化器相关的线圈形状、电源电路等磁化器参数以及与磁体材料相关的初始磁化曲线、电阻率等磁体参数，根据有限元法、积分元法等进行磁场分析。由此，磁化磁场计算装置计算施加于磁体材料的各部位的磁化磁场。当然，在磁场分析时需要考虑涡电流。

接下来，参数计算装置基于磁化磁场计算装置的计算结果和与不完全磁化区域相关的预先实际测量的退磁曲线，来计算关于磁体材料的各部位的与待分析的永磁体的不完全磁化区域相关的区域参数。

由于采用与不完全磁化区域相关的预先实际测量的退磁曲线，因此与计算出的不完全磁化区域相关的区域参数反映不完全磁化区域的磁化状态。

最后，磁化状态计算装置采用参数计算装置的计算结果(即，反映不完全磁化区域的磁化状态的区域参数)，并根据有限元法、积分元法等进行磁场分析。由此，磁化状态计算装置计算表示待分析的永磁体的磁化状态的状态参数。

如上所述，在考虑不完全磁化区域的磁化状态的同时，高精度地分析永磁体的磁化状态。

此外，根据有限元法、积分元法等进行的磁场分析可按照与常规顺序大体相同的顺序简单地进行。

在本发明第三方面中，与不完全磁化区域相关的区域参数是回复相对导磁率和矫顽力。由此，例如本发明第四方面的磁化分析装置所包括的参数计算装置计算作为区域参数的回复相对导磁率和矫顽力。

基于与不完全磁化区域相关的预先实际测量的退磁曲线来容易地计算每一回复相对导磁率和矫顽力，并近似地表示不完全磁化区域的退磁特性。换句话说，所计算出的各回复相对导磁率和矫顽力反映不完全磁化区域的磁化状态。

在采用本发明第一方面的磁化分析方法的情况下，通过采用与不完全磁化区域相关的预先实际测量的退磁曲线来分析永磁体的磁化状态，能够得到反映不完全磁化区域的磁化状态的分析结果。

因此，能够防止磁化状态的分析结果与实际测量的磁化状态相背离，而且对于基于永磁体的磁化状态的分析结果而设计的设备，使设计时预定的设备的特性与实际生产的设备的特性大体一致。

在采用本发明第二方面的磁化分析方法、第四方面的磁化分析装置和第五方面的计算机程序的情况下，采用反映不完全磁化区域的磁化状态的区域参数，能够按照简易的顺序容易地实施考虑不完全磁化区域的磁化状态的高精度的磁化分析。

在采用本发明第三方面的磁化分析的情况下，回复相对导磁率和矫顽力近似地表示与不完全磁化区域相关的退磁特性，从而能够容易且高精度地对永磁体的磁化状态进行磁化分析。

附图说明

通过以下参照附图进行的详细描述，本发明的上述及其他目的和特征将变得更加显而易见。

图1所示的是本发明的实施方式1涉及的磁化分析装置结构的方块图。

图2所示的是待成为本发明的实施方式1涉及的磁化分析方法的分析对象的永磁体的磁体材料的模式立体图。

图3所示的是磁化器的主要部分的电路图，该磁化器向作为本发明的实施方式1涉及的磁化分析方法的分析对象的永磁体的磁体材料施加磁场来进行磁化。

图4所示的是本发明的实施方式1涉及的磁化分析方法中使用的永磁体的初始磁化曲线的特性图。

图5所示的是表示本发明的实施方式1涉及的磁化分析方法中使用的退磁曲线的特性图。

图6所示的是采用常规方法以完全磁化区域的退磁曲线的相似图形表示的不完全磁化区域的退磁曲线的特性图。

图7所示的是表示分别与本发明的实施方式1涉及的完全磁化区域和不完全磁化区域相关的磁化磁场与矫顽力之间的关系的特性图。

图8所示的是表示分别与本发明的实施方式1涉及的完全磁化区域和不完全磁化区域相关的磁化磁场与回复相对导磁率之间的关系的特性图。

图9所示的是表示本发明的实施方式1涉及的磁化分析装置的CPU所实施的磁化分析处理顺序的流程图。

图10所示的是表示与用本发明的实施方式1涉及的磁化分析装置计算出的不完全磁化状态的永磁体的第1关注部位对应的分析结果的特性图。

图11所示的是表示与用本发明的实施方式1涉及的磁化分析装置计算出的不完全磁化状态的永磁体的第2关注部位对应的分析结果的特性图。

图12所示的是表示与用本发明的实施方式1涉及的磁化分析装置计算出的不完全磁化状态的永磁体的第3关注部位对应的分析结果的特性图。

图13所示的是用本发明的实施方式1涉及的磁化分析装置计算出的磁化率为44％的永磁体的分析结果的特性图。

图14所示的是用本发明的实施方式1涉及的磁化分析装置计算出的磁化率为50％的永磁体的分析结果的特性图。

图15所示的是用常规磁化分析方法计算出的完全磁化状态的永磁体的分析结果的特性图。

图16所示的是用常规磁化分析方法计算出的不完全磁化状态的永磁体的分析结果的特性图。

图17所示的是待制成作为本发明的实施方式2涉及的磁化分析方法的分析对象的永磁体的磁体材料的模式立体图。

图18所示的是表示本发明的实施方式2涉及的磁化分析方法中使用的永磁体的初始磁化曲线的特性图。

图19所示的是本发明的实施方式2涉及的磁化分析方法中使用的退磁曲线的特性图。

图20所示的是表示分别与本发明的实施方式2涉及的完全磁化区域和不完全磁化区域相关的磁化磁场与矫顽力之间的关系的特性图。

图21所示的是表示分别与本发明的实施方式2涉及的完全磁化区域和不完全磁化区域相关的磁化磁场与回复相对导磁率之间的关系的特性图。

图22所示的是用本发明的实施方式2涉及的磁化分析装置计算出的永磁体在第1磁化条件下的分析结果的特性图。

图23所示的是用本发明的实施方式2涉及的磁化分析装置计算出的永磁体在第2磁化条件下的分析结果的特性图。

图24所示的是用本发明的实施方式2涉及的磁化分析装置计算出的永磁体在第3磁化条件下的分析结果的特性图。

图25所示的是表示具有永磁体的电动机的空载感应电压的特性图，永磁体分别在第1、第2和第3磁化条件下被磁化。

具体实施方式

下面将基于本实施方式的附图详细描述本发明。

实施方式1

图1所示的是本发明的实施方式1涉及的磁化分析装置1的结构的方块图。

磁化分析装置1通过采用例如个人电脑而构成，包括CPU 10、ROM 11、RAM 12、显示单元13、操作单元14、辅助存储单元15和外部存储单元16。装置的各单元通过总线、信号线等适当地连接。

显示单元13采用例如液晶显示器构成，由CPU 10控制，显示表示磁化分析装置1的运行状态的消息及表示对用户的各种指示的消息等。

操作单元14采用例如键盘和鼠标构成。

磁化分析装置1的用户通过监控显示单元13的同时操作操作单元14，完成例如将所需数据输入磁化分析装置1，并使其实施磁化分析处理(参照图9)。

辅助存储单元15通过采用例如硬盘而构成，并通过CPU 10进行各种计算机程序、数据等的读写。

此外，外部存储单元16采用例如CD-ROM驱动器构成，并由CPU10控制以从便携式记录介质(例如记录本实施方式的计算机程序的CD-ROM2)读入计算机程序、数据等。将所读入的计算机程序、数据等写入辅助存储单元15。

CPU 10是磁化分析装置1的控制中心，使用RAM 12作为工作区域，按照存储在ROM 11和/或辅助存储单元15的计算机程序、数据等控制该装置的各单元，实施各种处理。

更具体地，CPU 10按照本实施方式的包括磁化磁场计算步骤、参数计算步骤、磁化状态计算步骤等的计算机程序，通过实施包括磁化磁场计算处理(参照后述图9所示的S17)、参数计算处理(参照S18)、磁化状态计算处理(参照S19)等的磁化分析处理，使个人电脑作为本实施方式的磁化分析装置1。

下面将说明本实施方式中的磁化分析方法。

图2是表示要作为本发明的实施方式1涉及的磁化分析方法的分析对象的永磁体3的磁体材料30的示意性的立体图，图3所示的是向磁体材料30施加磁场进行磁化的磁化器4的主要部分的电路图。

图4所示的是在本发明的实施方式1涉及的磁化分析方法中使用的永磁体3的初始磁化曲线的特性图，横轴表示磁场H[kA/m]，纵轴表示磁通密度B[T]。

在本实施方式中，使磁化器4的磁体材料30成为磁化方向为图2所示的中空箭头方向的永磁体3，将永磁体3的表面各部分(具体如图2所示的第1、第2和第3关注部位3a、3b和3c)用图中未示出的测量设备(例如高斯计)实际测量的磁体表面的磁通密度分布(即实际测量结果)与用磁化分析装置1计算出的磁体表面的磁通密度分布(即分析结果)进行比较。

以下将磁体表面的磁通密度分布称为磁通分布。

如图2所示，磁体材料30(以及磁化该磁体材料30而获得的永磁体3)的形状为纵向长度L是10[mm]、横向宽度B是10[mm]、厚度D是4[mm]的长方体。

永磁体3的关注部位3a、3b、3c与永磁体3的纵向长度L×横向宽度B的表面相关，为从纵向长度L方向的一端(例如图10所示的0[mm]的位置)至另一端(10[mm]的位置)连续延伸的直线部分，更具体地，第1关注部位3a位于永磁体3的横向宽度B方向的中心位置，第3关注部位3c位于永磁体3的横向宽度B方向的一端，第2关注部位3b位于第1关注部位3a与第3关注部位3c的中间部位。

此外，磁体材料30是包含稀土元素的各向异性磁性体，并且磁体材料30的电阻率为144×10^-8[Ω·m]。

此外，磁体材料30的磁化特性是非线性的，采用如图4所示的初始磁化曲线作为表示该磁化特性的数据。

虽然本实施方式中的初始磁化曲线是预先实际测量要成为分析对象的永磁体3的磁体材料30而获得的与所施加的磁化磁场相对应的起始磁化曲线，但是对于与磁体材料30相同种类的磁体材料而言采用实际测量的初始磁化曲线也没有问题。

如下所述，在磁场分析处理(参照图9所示的S17和/或S19)时以磁体材料30的材料、电阻率和初始磁化曲线作为磁体材料30的固有磁体参数(下文称为磁体特性)。

如图3所示，磁化器4与具有所需尺寸的空芯线圈41、开关42和大电容的电容器43串联连接。

电源装置44和开关45分别与电容器43并联连接，电容器43通过由电源装置44供电来储存大量电荷。

此外，在空芯线圈41内部的中心位置配置有要成为永磁体3的磁体材料30。

断开开关42，接通开关45，使电容器43储存大量电荷，然后通过使开关42、45的极性同时反转，大的脉冲电流从电容器43流向空芯线圈41，此时空芯线圈41处产生的巨大磁场被施加于磁体材料30上，因此磁体材料30被磁化而成为永磁体3。

空芯线圈41的匝数为45[匝]，空芯线圈41的电阻值为45.28[mΩ]，电容器43的静电电容为3375[μF]，电容器43的两端电压(即磁化电压)为500V，磁化器4的内部电阻值为72[mΩ]。

如下所述，在磁化分析时采用空芯线圈41的匝数和电阻值、电容器43的静电电容和磁化电压以及磁化器4的内部电阻值作为磁化器4的固有磁化器参数(下文称为电路条件)。

能够采用有限元法、积分元法等各种方法进行磁化分析。例如在有限元法的情况下，生成网格划分模型来进行瞬态响应分析。

在该情况下生成与空芯线圈41的形状和尺寸对应的网格划分模型，并且生成与磁体材料30(进而为永磁体3)的形状和尺寸对应的网格划分模型(参照图2)。

如下所述，在磁化分析时采用空芯线圈41的形状和尺寸、磁体材料30的形状和尺寸(即，永磁体3的形状和尺寸)以及这些网格划分模型(下文称为模型形状)。

图5所示的是分别表示采用本发明的实施方式1涉及的磁化分析方法的退磁曲线50-56的特性图，并分别表示与完全磁化区域相关的退磁曲线50和与不完全磁化区域相关的预先实际测量的退磁曲线51-56的特性图。

此外，图6是用常规方法以与完全磁化区域的退磁曲线60相似的图形表示不完全磁化区域的退磁曲线61-66的特性图。

图5和图6的各横轴表示磁场H[kA/m]，纵轴表示磁通密度B[T]。

图5所示的退磁曲线51-56分别为采用待制成作为分析对象的永磁体3的磁体材料30进行实际测量而获得的退磁曲线。具体地，退磁曲线51-56是对向磁体材料30施加1257、1019、859、700、533或366[kA/m]的磁化磁场(即，由磁化器4施加的磁场)得到的不完全磁化状态的永磁体进行实际测量而获得的、并与所施加的磁化磁场相对应退磁曲线。

然而，采用与磁体材料30相同种类的磁体材料来进行实际测量的退磁曲线也没有问题，在该情况下能够得到与退磁曲线51-56各自大致相同的退磁曲线。

此外，图5和图6所示的退磁曲线50、60均为与向磁体材料30施加2777[kA/m]的磁化磁场而获得的永磁体的完全磁化区域相关的退磁曲线，并且退磁曲线50、60一致。

基于如上所述的退磁曲线计算矫顽力H_cb和回复相对导磁率μ。在图5和图6中，图示出与退磁曲线54、64相关的矫顽力H_cb(更准确地说，为矫顽力的负数“-H_cb”)和回复相对导磁率μ。

矫顽力的负数“-H_cb”是退磁曲线与横轴的交点的值，回复相对导磁率μ是退磁曲线的斜率。回复相对导磁率μ和矫顽力H_cb是近似地表示退磁特性的参数。

图7表示的是分别与完全磁化区域和不完全磁化区域相关的磁化磁场H与矫顽力H_cb之间的关系的特性图，横轴表示磁化磁场H[kA/m]，纵轴表示矫顽力H_cb[kA/m]。

此外，图8是示出与完全磁化区域和不完全磁化区域分别相关的磁化磁场H与回复相对导磁率μ之间的关系的特性图，横轴表示磁化磁场H[kA/m]，纵轴表示回复相对导磁率μ。

在图7和图8各图中，用图示(黑色正方形标记)和实线表示的图与基于图5所示的实际测量的退磁曲线的定义对应，用双点划线表示的图与图6所示的常规方法的定义对应。

如图5所示，实际测量的各退磁曲线51、52、53、54、55、56被定义为具有下述的非线性特性：斜率(即，回复相对导磁率μ)随着磁化磁场H大小的减少而增大，与横轴的截距(即，矫顽力的负数“-H_cb”)的值随着磁化磁场H大小的减少而增大。

因此，如图7所示，随着磁化磁场H大小的增大，与0[kA/m]至1592[kA/m]之间的磁化磁场H对应的矫顽力H_cb(即，与不完全磁化区域相关的矫顽力H_cb)急剧增加，与1592[kA/m]以上的磁化磁场H对应的矫顽力H_cb(即，与完全磁化区域相关的矫顽力H_cb)缓慢增加。

此外，如图8所示，随着磁化磁场H大小的增大，与0[kA/m]至1592[kA/m]之间的磁化磁场H对应的回复相对导磁率μ(即，与不完全磁化区域相关的回复相对导磁率μ)急剧减少，与1592[kA/m]以上的磁化磁场H对应的回复相对导磁率μ(即，与完全磁化区域相关的回复相对导磁率μ)大致恒定。

另一方面，如图6所示，用常规方法定义的各退磁曲线61、62、63、64、65、66被定义为具有下述的线性特性，具有与退磁曲线60的斜率相同的斜率，与横轴的截距(即，矫顽力的负数“-H_cb”)的值随着磁化磁场H大小的减少而增加，与图5所示的实际测量的退磁曲线51-56差别较大。

因此，如图7所示，随着磁化磁场H大小的增加，矫顽力H_cb成正比例地增加。此外，如图8所示，即使磁化磁场H的大小增加，回复相对导磁率μ也是恒定的。

基于图5所示的退磁曲线51-56，即基于与不完全磁化区域相关的预先实际测量的退磁曲线51-56计算出的矫顽力H_cb和回复相对导磁率μ近似地表示不完全磁化区域的退磁特性，并反映不完全磁化区域的磁化状态。

因此，在本实施方式中，将这样的矫顽力H_cb和回复相对导磁率μ用作与永磁体3的不完全磁化区域相关的区域参数。

下面将说明磁化分析装置1的具体计算顺序。

图9是表示磁化分析装置1的CPU 10实施的磁化分析处理的顺序的流程图。

CPU 10使显示单元13显示催促操作者输入所需数据的输入画面(S11)。

随后，CPU 10接收模型形状的数据(S12)，接收磁体特性的数据(S13)，接收退磁曲线的数据(S14)，接收电路条件的数据(S15)，以及接收非线性重复计算条件等分析条件的数据(S16)。与S12-S15相关，CPU 10将接收到的各种数据，即由操作者输入的数据存储在辅助存储单元15中。

在用CPU 10实施磁化分析处理前，操作者采用磁体材料30进行实际测量操作来准备初始磁化曲线的数据和退磁曲线的数据，或者准备预先实际测量得到的初始磁化曲线的数据和退磁曲线的数据。

接下来，操作者制备与空芯线圈41的形状和尺寸对应的网格划分模型，并制备与磁体材料30的形状和尺寸对应的网格划分模型。

操作者将制备的这些网格划分模型的数据、空芯线圈41的形状和尺寸的各数据和永磁体3的形状和尺寸的各数据作为模型形状的数据输入磁化分析装置1中。

此外，磁化分析装置1也可以不从外部输入网格划分模型的数据，而是在磁化分析装置1中根据空芯线圈41的形状和尺寸、磁体材料30的形状和尺寸等产生相应的网格划分模型的数据。

接下来，操作者将作为磁体材料30的固有磁体参数的磁体材料30的材料的数据、电阻率的数据和初始磁化曲线的数据作为磁体特性数据输入磁化分析装置1中。

此外，操作者将实际测量的退磁曲线的数据输入到磁化分析装置1中。

操作者还将作为磁化器4的固有磁化器参数的空芯线圈41的匝数和电阻值的各数据、电容器43的静电电容和磁化电压的各数据以及磁化器4的内部电阻值的数据作为电路条件的数据输入到磁化分析装置1中。

然后，操作者将非线性重复计算条件等输入磁化分析装置1中。

上述的各种数据的输入是操作者利用操作单元14进行手动操作输入，或者使外部存储单元16读取存储数据的存储介质而输入。此外，磁化分析装置1也可以构成为选择预先存储在辅助存储单元15中的数据、通过从图中未示出的网络下载数据等方式输入数据。

在分别用S12-S16完成各种数据的接收的情况下，在所接收的数据中，CPU 10适当地采用磁化器4的固有磁化器参数和磁体材料30的固有磁体参数的各数据、网格划分模型的数据等通过有限元法进行磁场分析，来计算施加于磁体材料30的网格划分模型的各网格元的磁化磁场(S17)。在S17中的磁场分析的顺序与常规磁场分析的顺序大致相同，计算出的磁化磁场存储在辅助存储单元15中。

接下来，CPU 10基于与在S17计算出的各网格元相关的磁化磁场的计算结果和在S14接收的退磁曲线的数据，对各网格元计算与永磁体3的不完全磁化区域相关的区域参数(S18)。具体地，在S18计算出的区域参数是基于与施加于各网格元的磁化磁场对应的退磁曲线而求出的回复相对导磁率μ和矫顽力H_cb，计算出的区域参数存储在辅助存储单元15中。

此外，CPU 10通过采用与在S18求出的各网格元相关的回复相对导磁率μ和矫顽力H_cb来进行磁场分析，计算表示永磁体3的磁化状态的状态参数(S19)。在S19计算出的状态参数是网格划分模型的各网格元的磁通密度B、磁场H等，计算出的状态参数存储在辅助存储单元15中。此外，S19中的磁场分析顺序与常规磁场分析顺序大致相同。

最后，CPU 10在显示单元13中显示将在S19计算出的状态参数编辑为预定格式所得到的输出画面(S20)，然后结束磁化分析处理。

在S20中，CPU 10以在S19计算出的状态参数为基础，计算第1、第2和第3关注部位3a、3b和3c中的各磁通密度B，并显示与关注部位3a、3b和3c各自相关的磁通分布的曲线图。在本实施方式中，该磁通分布是分析结果。

将与第1、第2和第3关注部位3a、3b和3c的各部位相关的实际测量的磁通分布的数据(即，实际测量结果)预先存储到辅助存储单元15中，通过同时在输出画面上显示该数据，可以将分析结果与实际测量结果进行比较。

在如上所述的磁化分析处理中，磁化分析装置1通过向磁体材料30施加磁场而磁化的磁化器4，对使磁体材料30磁化而获得的永磁体3的磁化状态进行分析。

此外，在S17中，CPU 10通过采用与磁化器4相关的磁化器参数以及与磁体材料30相关的磁体参数来进行磁场分析，从而起到计算施加于磁体材料30的各部位的磁化磁场的磁化磁场计算装置的作用。

此外，在S18中，CPU 10基于磁化磁场计算装置的计算结果和预先实际测量永磁体的不完全磁化区域的各部位而获得的与所施加的磁化磁场对应的退磁曲线，来起到计算磁体材料30的各部位的与作为分析对象的永磁体3的不完全磁化区域相关的区域参数的参数计算装置的作用。CPU 10采用近似地表示不完全磁化区域的退磁特性的回复相对导磁率μ和矫顽力H_cb，作为与待分析的永磁体3的不完全磁化区域相关的区域参数。

此外，在S19中，CPU 10采用参数计算装置的计算结果来进行磁场分析，从而起到计算表示作为分析对象的永磁体3的磁化状态的状态参数的磁化状态计算装置的作用。

图10、图11和图12与通过调节磁化磁场的大小而有意地不完全磁化的永磁体3相关，是表示与用磁化分析装置1计算出的与不完全磁化状态的永磁体3的第1、第2和第3关注部位3a、3b和3c相对应的分析结果的特性图。在图9所示的S20中，上述的特性图显示在输出画面上。

图10、图11和图12的各横轴表示关注部位3a、3b和3c上的位置(具体地，从永磁体3的一端开始的距离[mm])，纵轴表示磁通密度B[mT]。0[mm]的位置是所述的一端，10[mm]的位置是永磁体的另一端。

在图10、图11和图12的各图中，用块状图(黑色正方形标记)和实线表示的曲线图是分析结果，用实线表示的曲线图是实际测量的结果。

如图10、图11和图12的各图所示，作为用磁化分析装置1计算出的分析结果的磁通分布与实际测量的磁通分布大致一致。特别地，与距离为2[mm]至8[mm](即，永磁体的中央部)之间对应的分析结果与实际测量结果非常一致。

然而，与中央部位相比，对应于距离为1[mm]前后和距离为9[mm]前后(即，永磁体3的一端和另一端的各附近)的分析结果与实际测量结果的差异较大。上述误差的原因被认为是：按照回复相对导磁率μ和矫顽力H_cb对不完全磁化状态的退磁特性进行近似化处理，以及不完全磁化状态的永磁体不稳定从而物理性质易受影响等。因此，还可以考虑通过利用不完全磁化状态的退磁特性作为实际测量得到的退磁曲线的数据进行处理，来进一步提高精度。

图13和图14是表示用磁化分析装置1计算出的磁化率44％和磁化率50％的各永磁体的分析结果的特性图。例如，磁化率为44％是指能够得到被完全磁化的永磁体中的总磁通量的44％的磁通量的不完全磁化的状态。

与图10、图11和图12的各图同样，图13和图14的各横轴表示例如关注部位3a上的位置，纵轴表示磁通密度B[mT]。此外，用块状图(黑色正方形标记)和实线表示的曲线图是分析结果，用实线表示的曲线图是实际测量的结果。

如图13和图14所示，即使在永磁体的磁化率不同的情况下，作为用磁化分析装置计算出的分析结果的磁通密度与实际测量的磁通密度分布大致一致。

图15是表示用图6所示的常规磁化分析方法计算出的完全磁化状态(磁化率为100％)的永磁体的分析结果的特性图。此外，图16是表示用常规磁化分析方法计算出的不完全磁化状态(磁化率为44％)的永磁体的分析结果的特性图。

图15和图16的各横轴表示例如如图2所示的关注部位3a那样的永磁体表面的关注部位的位置(具体地，离永磁体的一端的距离[mm])，纵轴表示磁通密度B[mT]。0[mm]的位置是所述的一端，10[mm]的位置是永磁体的另一端。

在图15和图16图的各图中，用块状图(黑色正方形标记)和实线表示的曲线图是分析结果，实线表示的曲线图是实际测量的结果。图16中所示的实际测量结果与图13所示的实际测量结果相同。

如图15所示，即使采用常规磁化分析方法，完全磁化状态的永磁体的分析结果与实际测量的结果大致一致。

然而，在采用常规磁化分析方法的情况下，如图16所示，不完全磁化状态的永磁体的分析结果与实际测量结果差异较大。特别是，距离为2[mm]至8[mm](即，永磁体的中央部)之间所对应的分析结果和实际测量的结果偏离较大。

考虑到在如上所述永磁体的不完全磁化区域内，按照高精度地分析磁化状态的本实施方式的磁化分析方法，并通过采用磁化分析装置 1进行磁化分析处理，能够使所述误差减小(参照图13)。

然而，由于采用磁体材料30实际测量的初始磁化曲线和退磁曲线能够用到通过磁化与磁体材料30相同种类的磁体材料而获得的永磁体的磁化分析处理中，因此如果是对相同种类但不同形状、尺寸等的永磁体进行磁化分析时，不需要每次都实际测量求出初始磁化曲线和退磁曲线。即能够随意使用初始磁化曲线和退磁曲线，由此可提高分析操作的方便性。

此外，在本实施方式中，本发明的计算机程序被存储在便携式记录介质(CD-ROM2)中并进行分配，但是不限于此，也可以通过通信网络来进行通信。或者，计算机程序也可以预先存储在包括通过采用计算机结构而形成的磁化分析装置的程序存储装置(例如ROM)中。

上述的计算机程序可以在被安装到易失性或非易失性存储装置(例如RAM或硬盘)后实施，也可以从记录介质或分配器中读取从而直接被实施。

上述计算机程序通过采用计算机的硬件部件，以在软件中实现磁化磁场计算装置、参数计算装置和磁化状态计算装置。

此外，在本实施方式中，虽然例示了作为稀土类磁体且被单极磁化的磁体的永磁体3，但是不限于此，即使对于除稀土类磁体以外种类的磁体或多极磁化的磁体，本发明也可以适用。

此外，在本实施方式中虽然例示了长方体形状的永磁体3，但是并不限于此，对于环状、筒状等形状不同的永磁体也能够适用本发明。

实施方式2

图17是示出要成为本发明的实施方式2涉及的磁化分析方法的分析对象的永磁体32的磁体材料31的示意性立体图。此外，图18是表示在该磁化分析方法中使用的永磁体32的初始磁化曲线的特性图，横轴表示磁场H[kA/m]，纵轴表示磁通密度B[T]。

在本实施方式中对将用相当于实施方式1的图3所示磁化器4使磁体材料31磁化而获得的永磁体32作为分析对象的磁化分析方法进行了说明。然而，本实施方式的磁化器4包括与空芯线圈41不同的磁化线圈。

本实施方式涉及的磁化分析装置1具有与实施方式图1所示的磁化分析装置1大致相同的构成。

此外，与实施方式1对应的部分采用相同的符号并省略这些符号的说明。

如图17所示，永磁体32为圆筒状，并安装在电动机轴SH的外周，用于形成转子。

更具体地，永磁体32是外径为36.45[mm]、内径为30.45[mm]、轴长方向的长度为21[mm]的Nd-Fe-B系各向异性烧结磁体，是通过将圆筒状的磁体材料31交替地倾斜磁化为不同磁极而获得。永磁体32的倾斜角相对于轴长方向为13.3[°]。这样被磁化的永磁体32成为一体环，其中沿周向交替地形成外周面侧N极32a和外周面侧S极32b。即，永磁体32的磁化方向为径向。

这样被多极磁化(具体地，6极磁化)的永磁体32的极间部分具有不完全磁化区域(中性区)。在常规磁化分析方法中，根据经验来确定不完全磁化区域(例如1[mm])，将不完全磁化区域作为未磁化区域、将其它区域作为完全磁化区域来进行分析。

在本实施方式中，与永磁体32的轴向中央部的外周面间隔1[mm]，且将沿着周向的位置作为关注部位3d(参照图17)，将用图中未示出的测量设备所实际测量的关注部位3d的磁通密度分布(即，实际测量结果)与用磁化分析装置1计算出的关注部位3d的磁通密度分布(即，分析结果)进行比较。

下面将关注部位3d的磁通密度分布称为磁通分布。此外，在下述的图22-24的各图中，图示出从外周面侧N极32a的圆周方向一端至与该外周面侧N极32a相邻的外周面侧S极32b的圆周方向另一端连续的120°的圆弧形关注部位3d的磁通分布。此外，将外周面侧N极32a的圆周方向的一端设定为0[°]的位置。

此外，磁体材料31是含有稀土元素的各向异性磁性体，磁体材料31的电阻率为144×10^-8[Ω·m]，残留磁通密度为1.23[T]以及矫顽力为1671[kA/m]以上。

此外，磁体材料31的磁化特性是非线性，采用如图18所示的初始磁化曲线作为示出该磁化特性的数据。该初始磁化曲线是通过预先实际测量作为分析对象的永磁体32的磁体材料31而获得的与所施加的磁化磁场相对应的初始磁化曲线。

进行磁场分析时，采用磁体材料31的材料、电阻率和初始磁化曲线作为磁体材料31的固有磁体参数(即磁体特性)。

磁体材料31配置在磁化器4包括的磁化线圈的内部中心位置并被倾斜磁化，从而成为永磁体32。

磁化线圈的匝数为6[匝]，磁化线圈的电阻值为24.6[mΩ]，电容器43的静电电容为4000[μF]，电容器43两端的电压(即磁化电压)为1000至3000[V]，磁化器4的内部电阻值为44[mΩ]。

在进行磁化分析时，采用磁化线圈的匝数和电阻值、电容器43的静电电容和磁化电压以及磁化器4内部电阻值作为磁化器4的固有磁化器参数(即电路条件)。在本实施方式中，将注意力集中于作为电路条件之一的电容器43的磁化电压，在第1条件(1000[V])、第2条件(2000[V])和第3条件(3000[V])的三种条件下进行磁化分析。下面将这三种条件称为磁化条件。

在本实施方式的磁化分析中采用有限元法，并生成网格划分模型来进行瞬态响应分析。在这种情况下生成与磁化线圈的形状和尺寸对应的网格划分模型，并生成与磁体材料31(进而为永磁体32)的形状和尺寸对应的网格划分模型。

在磁化分析时，使用磁化线圈的形状和尺寸，磁体材料31的形状和尺寸(即永磁体32的形状和尺寸)以及这些网格划分模型(即模型形状)。

图19是表示采用本发明的实施方式2涉及的磁化分析方法中使用的各退磁曲线500-560的特性图，也就是与完全磁化区域相关的退磁曲线500和与不完全磁化区域相关的预先实际测量的各退磁曲线510-560的特性图。图19的横轴表示磁场H[kA/m]，纵轴表示磁通密度B[T]。

图19所示的各退磁曲线510-560是使用要成为分析对象的永磁体 32的磁体材料31进行实际测量而获得的退磁曲线。具体地，上述退磁曲线是通过对向磁体材料31施加1405、1015、834、661、484或306[kA/m]的磁化磁场而获得的不完全磁化状态的永磁体进行实际测量而获得并与所施加的磁化磁场相对应的退磁曲线。

此外，如图19所示的退磁曲线500为与向磁体材料31施加5570[kA/m]的磁化磁场而获得的永磁体的完全磁化区域相关的退磁曲线。

基于上述的退磁曲线来计算矫顽力H_cb和回复相对导磁率μ。在图19中图示出与退磁曲线相关的矫顽力H_cb和回复相对导磁率μ。

矫顽力的负数“-H_cb”是退磁曲线与横轴的交点的值，回复相对导磁率μ是退磁曲线的斜率。回复相对导磁率μ和矫顽力H_cb是近似地表示退磁曲线的参数。

图20是表示与完全磁化区域和不完全磁化区域分别相关的磁化磁场H与矫顽力H_cb之间的关系的特性图，横轴表示磁化磁场H[kA/m]，纵轴表示矫顽力H_cb[kA/m]。此外，图21是表示与完全磁化区域和不完全磁化区域分别相关的磁化磁场H与回复相对导磁率μ之间的关系的特性图，横轴表示磁化磁场H[kA/m]，纵轴表示回复相对导磁率μ。图20和图21的分别与基于图19所示的实际测量的退磁曲线的定义相对应。

由于上述图19、图20和图21的各特性图相当于实施方式1的图5、图7和图8的各特性图，因此省略了关于这些图的详细说明。

采用本实施方式的磁化分析装置1的磁化分析处理的顺序与实施方式1的图9所示的磁化分析处理的顺序相同。

因此，磁化分析装置1中的CPU 10在通过实施S11-S16的处理完成各种数据的接收后，在接收到的数据中，通过适当地采用电路条件、磁体特性和模型形状等的数据，并利用有限元法进行磁场分析，来计算施加于磁体材料31的网格划分模型的各网格元的磁化磁场(S17的处理)。

接下来，CPU 10基于与在S17求出的各网格元相关的磁化磁场的计算结果和退磁曲线的数据，来为各网格元计算回复相对导磁率μ与矫顽力H_cb(S18的处理)。

此外，CPU 10通过采用与S18求出各网格元相关的回复相对导磁率μ与矫顽力H_cb来进行磁场分析，来计算表示永磁体32的磁化状态的状态参数(S19的处理)。

最后，CPU 10在显示单元13中显示以预定的格式编辑在S19计算出的状态参数而获得的输出画面(S20的处理)，并结束磁化分析处理。

在S20中，CPU 10以在S19计算出的状态参数为基础计算图17所示的关注部位3d中的磁通密度B，并表示出与关注部位3d相关的磁通分布的曲线图。在本实施方式中，该磁通分布是分析结果。

图22、图23和图24是示出用本发明的实施方式2涉及的磁化分析装置1计算出的永磁体32的与第1、第2和第3磁化条件下的关注部位3d相关的分析结果的特性图，在S20的处理中，将这样的特性图显示在输出画面上。各特性图的横轴表示关注部位3d上的位置[°]，纵轴表示磁通密度B[T]。横轴的0[°]的位置是圆周方向的一端，120[°]的位置是圆周方向的另一端。此外，用实线表示的曲线图是分析结果，用虚线表示的曲线图是实际测量的结果。

如图22、图23和图24所示，对任意磁化条件而言，作为用磁化分析装置1计算出的磁通分布的分析结果和实际测量的磁通分布的峰值磁通密度较一致，此外，60[°]附近的过零点部分的磁通密度分布的趋势也一致。即，在本发明的磁化分析方法中，通过磁化分析得到的磁化状态与实际测量的磁化状态较一致。其原因是：通过采用基于实际测量得到的退磁曲线，可以充分考虑永磁体32的不完全磁化区域(中性区)。

图25是示出包括在第1、第2和第3磁化条件下磁化而获得的永磁体32的电动机的空载感应电压的特性图，横轴表示磁化电压[V]，纵轴表示空载感应电压[V/krpm]。

在图25中，在各磁化条件下磁化而获得的具有永磁体32的电动机的空载感应电压的实际测量值仅以块状图(黑色圆圈标记)表示。此外，基于用磁化分析装置1计算出的各磁化条件下的分析结果求出的空载感应电压的计算值用块状图(白色圆圈标记)和实线表示。此外，基于采用常规的磁化分析方法计算出的各磁化条件下的分析结果求出的空载感应电压的计算值(12.1[V/krpm])用虚线表示。

如图25所示，实际测量值与基于与本发明的磁化分析方法相关的分析结果求出的空载感应电压的计算值较一致，但基于与常规磁化分析方法相关的分析结果求出的空载感应电压的计算值与实际测量值的差值较大，特别是磁化电压越低时该差值就趋向于越大。

从图25所示的特性图可知，在采用常规磁化分析方法的情况下，设计时预定的设备的特性与实际生产时设备的特性不同，有时得不到所需的特性，但是在采用本发明的磁化分析方法的情况下，设计时预定的设备特性与实际生产时的设备特性大致一致，因此能够容易地得到所需特性。

此外，本实施方式1、2中记载的各种数值(例如永磁体3，32的各尺寸)是示例性的，并不限于此。

由于本发明可以以多种形式实施而不背离其实质特征的精神，因此本实施方式是示意性的而非限制性的。由于本发明的范围由所附的权利要求来限定而并非由其前面的说明书来限定，并且落在权利要求的边界内的所有变化和及其边界的等同都包含在权利要求的范围之内。

Claims

1.磁化分析方法，对用磁化器磁化磁体材料而获得的永磁体的磁化状态进行分析，包括以下步骤：

组织退磁曲线，所述退磁曲线是通过预先实际测量永磁体的不完全磁化区域的各部位而获得的并且与所施加的磁化磁场对应；

利用所述退磁曲线计算与待分析的永磁体的不完全磁化区域相关的区域参数；以及

利用所述区域参数的计算结果分析所述永磁体的磁化状态，

其中，所述方法进一步包括以下步骤：采用与所述磁化器相关的磁化器参数和与磁体材料相关的磁体参数进行磁场分析，计算施加于所述磁体材料的各部位的磁化磁场；以及通过采用所述区域参数的计算结果进行磁场分析，计算表示所述待分析的永磁体的磁化状态的状态参数；

其中，在计算所述区域参数的步骤中，基于所述磁化磁场的计算结果和所述退磁曲线，计算关于所述各部位的所述区域参数；以及

在分析所述永磁体的磁化状态的步骤中，利用所述状态参数的计算结果分析所述磁化状态。

2.根据权利要求1所述的磁化分析方法，其中，采用近似表示不完全磁化区域的退磁特性的回复相对导磁率和矫顽力作为所述区域参数。

3.磁化分析装置，对用磁化器磁化磁体材料而获得的永磁体的磁化状态进行分析，其中所述装置包括：

磁化磁场计算装置，采用与所述磁化器相关的磁化器参数和与磁体材料相关的磁体参数进行磁场分析，计算施加于所述磁体材料的各部位的磁化磁场；

参数计算装置，基于该磁化磁场计算装置的计算结果和预先实际测量永磁体的不完全磁化区域的各部位而获得的与所施加的磁化磁场对应的退磁曲线，计算所述各部位的与待分析的永磁体的不完全磁化区域相关的区域参数；

磁化状态计算装置，采用该参数计算装置的计算结果进行磁场分析，计算表示所述待分析的永磁体的磁化状态的状态参数，其中基于所述状态参数的计算结果分析所述永磁体的磁化状态。

4.磁化分析装置，对用磁化器磁化磁体材料而获得的永磁体的磁化状态进行分析，所述装置包括：

施加的磁化磁场计算单元，其通过采用与所述磁化器相关的磁化器参数和与所述磁体材料相关的磁体参数进行磁场分析，计算施加于所述磁体材料的各部位的磁化磁场；

参数计算单元，其基于由所述施加的磁化磁场计算单元计算出的所施加的磁化磁场以及基于通过预先实际测量永磁体的不完全磁化区域的各部位而获得的与所施加的磁化磁场对应的退磁曲线，计算与待分析的永磁体的不完全磁化区域的各部位相关的区域参数；以及

磁化状态计算单元，其通过采用由所述参数计算单元计算出的区域参数进行磁场分析，计算表示所述待分析的永磁体的磁化状态的状态参数；

其中，基于计算出的状态参数分析所述永磁体的磁化状态。

5.磁化分析装置，对用磁化器磁化磁体材料而获得的永磁体的磁化状态进行分析，所述装置包括能够执行以下操作的控制器：

采用与所述磁化器相关的磁化器参数和与磁体材料相关的磁体参数进行磁场分析，计算施加于所述磁体材料的各部位的磁化磁场；

基于所计算出的施加的磁化磁场以及基于通过预先实际测量永磁体的不完全磁化区域的各部位而获得的与所施加的磁化磁场对应的退磁曲线，计算与待分析的永磁体的每个不完全磁化区域相关的区域参数；

通过采用由所述参数计算单元计算出的区域参数进行磁场分析，计算表示所述待分析的永磁体的磁化状态的状态参数；以及基于计算出的状态参数分析所述永磁体的磁化状态。