制造海尔贝克磁铁阵列体的方法以及海尔贝克磁铁阵列体

摘要

提供能够容易地制造表面和背面的磁通密度之比大的海尔贝克磁铁阵列体的方法。一种海尔贝克磁铁阵列体的制造方法，依次包含：(a)将至少1个第1磁性体片和至少1个第2磁性体片在与第1方向平行的方向上进行起磁的步骤；和(b)将第3磁性体片在与垂直于第1方向的第2方向平行的方向上进行起磁的步骤。第1磁性体片和第2磁性体片夹着第3磁性体片而在第2方向上交替地配置。第1磁性体片各自经由厚度t1的非磁性层而与相邻的第3磁性体片接合，第2磁性体片各自经由厚度t2的非磁性层而与相邻的第3磁性体片接合，t1和t2满足t1t2。

说明书

技术领域

本发明涉及制造海尔贝克磁铁阵列体的方法以及海尔贝克磁铁阵列体。

背景技术

在专利文献1中记载了一种包含多个永久磁铁的海尔贝克(Halbach)磁路，所述永久磁铁具有在互相不同的方向上被磁化了的多个区域。

如图1所示，海尔贝克磁路120一般包含在一个方向上排列的多个永久磁铁，相邻的永久磁铁101的磁化方向构成规定的角度(例如90°)。通过这样的排列，海尔贝克磁路120的一面(表面)具有高的表面磁通密度，相反面(背面)具有低的表面磁通密度或理想地表面磁通密度为零。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-092988号公报

发明内容

在将磁化了的多个磁铁接合来制造海尔贝克磁路的情况下，由于磁铁间的排斥，难以进行准确的位置控制，需要大的外力。因此，这样的制造方法不适合于量产工艺。另一方面，在将未起磁的多个磁性体接合之后，将各磁性体在规定的方向上磁化来制造海尔贝克磁路的情况、以及如专利文献1那样在1个永久磁铁中形成在互相不同的方向上被磁化了的多个区域来制造海尔贝克磁路的情况下，具有海尔贝克磁路的表面和背面的磁通密度之比小的倾向。

因此，提供能够容易地制造表面和背面的磁通密度之比大的海尔贝克磁铁阵列体的方法、以及采用该方法制造的海尔贝克磁铁阵列体。

按照本发明的一方式，提供一种制造海尔贝克磁铁阵列体的方法，该方法依次包含：

a)将至少1个第1磁性体片和至少1个第2磁性体片在与第1方向平行的方向上进行起磁的步骤，

其中，所述至少1个第1磁性体片和所述至少1个第2磁性体片夹着第3磁性体片而在与所述第1方向垂直的第2方向上交替地配置，

所述至少1个第1磁性体片各自经由厚度t1的非磁性层而与相邻的所述第3磁性体片接合，

所述至少1个第2磁性体片各自经由厚度t2的非磁性层而与相邻的所述第3磁性体片接合，

所述厚度t1和所述厚度t2满足t1

所述至少1个第1磁性体片和所述至少1个第2磁性体片具有与所述第1方向平行的易磁化轴，

所述第3磁性体片具有与所述第2方向平行的易磁化轴，

所述至少1个第1磁性体片的起磁方向和所述至少1个第2磁性体片的起磁方向相差180°；和

b)以使得所述第3磁性体片具有与相邻的所述第1磁性体片相对的S极和与相邻的所述第2磁性体片相对的N极的方式将所述第3磁性体片在与所述第2方向平行的方向上进行起磁的步骤。

按照本发明的一方式，提供一种海尔贝克磁铁阵列体，该海尔贝克磁铁阵列体具有：

具有与第1方向平行的磁化(magnetization)的至少1个第1磁性体片；

具有与所述第1磁性体片的磁化方向相差180°的方向的磁化的至少1个第2磁性体片；和

具有与垂直于所述第1方向的第2方向平行的磁化的至少1个第3磁性体片，

所述至少1个第1磁性体片和所述至少1个第2磁性体片夹着第3磁性体片而在所述第2方向上交替地配置，

所述第3磁性体片具有与相邻的所述第1磁性体片相对的S极和与相邻的所述第2磁性体片相对的N极，

所述至少1个第1磁性体片各自经由厚度t1的非磁性层而与相邻的所述第3磁性体片接合，

所述至少1个第2磁性体片各自经由厚度t2的非磁性层而与相邻的所述第3磁性体片接合，

所述厚度t1和所述厚度t2满足t1

根据本发明的制造方法，能够容易地制造表面和背面的磁通密度之比大的海尔贝克磁铁阵列体。

附图说明

图1是示意性地示出以往的海尔贝克磁路的一例的图。

图2是实施方式涉及的制造方法的流程图。

图3是示意性地示出向将第1磁性体片进行起磁的步骤提供的阵列体的一例的图。

图4是示意性地示出由实施方式涉及的制造方法制造的海尔贝克磁铁阵列体的一例的图。

图5是示出实施例1、2以及比较例1～4的试验体的表面的磁通相对于表面和背面的磁通之和的比以及背面的磁通相对于表面和背面的磁通之和的比的图。

附图标记说明

1：第1磁性体片；2：第2磁性体片；3：第3磁性体片；5：非磁性层；10：阵列体；20：海尔贝克磁铁阵列体。

具体实施方式

以下，适当参照附图来说明实施方式。本发明不限于以下的实施方式，能够在不脱离权利要求书所记载的本发明的精神的范围内进行各种的设计变更。再者，在以下的说明中参照的附图中，对相同的构件或具有同样的功能的构件标注相同的标记，有时省略重复的说明。另外，为了便于说明，有时附图的尺寸比率与实际的比率不同、构件的一部分在附图中被省略等等。另外，在本申请中，使用符号“～”表示的数值范围包含在符号“～”的前后记载的数值来分别作为下限值以及上限值。在本申请中，所谓垂直意味着实质上垂直，所谓平行意味着实质上平行。

海尔贝克磁铁阵列体的制造方法，如图2所示，包含将第1磁性体片以及第2磁性体片进行起磁的步骤(S1)和将第3磁性体片进行起磁的步骤(S2)。

a)第1磁性体片以及第2磁性体片的起磁

首先，准备至少1个未起磁的第1磁性体片、至少1个未起磁的第2磁性体片以及至少1个未起磁的第3磁性体片。第1磁性体片、第2磁性体片以及第3磁性体片包含永久磁铁材料。作为永久磁铁材料，可举出例如Nd-Fe-B系磁铁材料、Sm-Co系磁铁材料、Sm-Fe-N系磁铁材料、铁氧体系磁铁材料、Al-Ni-Co系磁铁材料。第1磁性体片、第2磁性体片以及第3磁性体片具有磁各向异性。即，第1磁性体片、第2磁性体片以及第3磁性体片分别具有易磁化轴和难磁化轴。第1磁性体片、第2磁性体片以及第3磁性体片可以具有任意的形状。例如，各磁性体片可以具备具有大致矩形形状(尤其是大致正方形)或大致部分圆环状的底面的柱状的形状。另外，第1磁性体片、第2磁性体片以及第3磁性体片的形状以及尺寸可以相同。在第1磁性体片、第2磁性体片以及第3磁性体片具有相同尺寸的、具有大致矩形形状的底面的柱状(即长方体状)的形状的情况下，第1磁性体片以及第2磁性体片的易磁化轴可以与垂直于底面的面之中的互相平行的一组面垂直，第3磁性体片的易磁化轴可以与垂直于底面的面之中的互相平行的另一组面垂直。另外，在第1磁性体片、第2磁性体片以及第3磁性体片具有相同尺寸的、具有大致部分圆环状的底面的柱状的形状的情况下，第1磁性体片以及第2磁性体片的易磁化轴可以与部分圆环的径向平行，第3磁性体片的易磁化轴可以与部分圆环的周向平行。第1磁性体片、第2磁性体片以及第3磁性体片能够采用一般已知的制造方法来制造。作为第1磁性体片1、第2磁性体片以及第3磁性体片也可以使用市售的磁性体片。

如图3所示，将第1磁性体片1、第2磁性体片2以及第3磁性体片3在规定的方向(图3中的X方向)上排列而得到阵列体10。再者，在图3中示出了直线状的阵列体10，但在第1磁性体片1、第2磁性体片2以及第3磁性体片3具备具有大致部分圆环状的底面的柱状的形状的情况下，能够通过将规定的数量的第1磁性体片1、第2磁性体片2以及第3磁性体片3在它们的周向上排列来形成圆环状的阵列体10。在阵列体10中，第1磁性体片1和第2磁性体片2夹着第3磁性体片3而交替地配置。第1磁性体片1的各自经由厚度t1的非磁性层5而与相邻的第3磁性体片3接合，第2磁性体片2经由厚度t2的非磁性层5而与相邻的第3磁性体片3接合，t1

非磁性层5可以具有0.5W/m·K以下、尤其是0.2W/m·K以下的热导率。由此，在第1磁性体片1以及第2磁性体片2具有比第3磁性体片3高的温度的条件下将第1磁性体片1以及第2磁性体片2进行起磁的情况下，从第1磁性体片1以及第2磁性体片2向第3磁性体片3的传热被抑制。其结果，能够有效地抑制第3磁性体片3因用于将第1磁性体片以及第2磁性体片进行起磁的磁场而被起磁。同样，在后续的将第3磁性体片进行起磁的步骤中，在第3磁性体片3具有比第1磁性体片1以及第2磁性体片2高的温度的条件下将第3磁性体片3进行起磁的情况下，从第3磁性体片3向第1磁性体片1以及第2磁性体片2的传热被抑制。其结果，在第3磁性体片3的起磁中能够有效地抑制用于将第3磁性体片3进行起磁的磁场对第1磁性体片1以及第2磁性体片2的剩余磁化造成影响。另外，非磁性层5通常具有0.01W/m·K以上的热导率，但不限定于此。

在图3中，2个第1磁性体片1以及1个第2磁性体片2夹着第3磁性体片3而交替地配置，但如果能够将第1磁性体片1和第2磁性体片2交替地配置，则阵列体10也可以包含比2个多或少的第1磁性体片1，也可以包含比1个多的第2磁性体片2，也可以包含比2个多或少的第3磁性体片3。

在阵列体10中，第1磁性体片1以及第2磁性体片2的易磁化轴(在图3中，用空白箭头表示)与第1方向(图3的Z方向)平行，第3磁性体片3的易磁化轴(在图3中，用空白箭头表示)与第2方向(图3的X方向)平行。在此，第1方向和第2方向互相垂直。另外，第2方向与第1磁性体片1、第2磁性体片2以及第3磁性体片3的排列方向平行。

接着，将阵列体10的第1磁性体片1以及第2磁性体片2在与第1方向平行的方向上进行起磁。第1磁性体片1和第2磁性体片2的磁化方向相差180°。

第1磁性体片1以及第2磁性体片2能够使用任意的磁化器来进行起磁。例如，能够通过将第1磁性体片1以及第2磁性体片2置于起磁磁轭产生的磁场(外部磁场)中来将第1磁性体片1以及第2磁性体片2进行起磁。

也可以在第1磁性体片1以及第2磁性体片2具有比第3磁性体片3高的温度的条件下将第1磁性体片1以及第2磁性体片2进行起磁。由此，能够抑制第3磁性体片3因用于将第1磁性体片1以及第2磁性体片2进行起磁的磁场而被起磁、并且对第1磁性体片1以及第2磁性体片2赋予充分大的剩余磁化。这是因为：起磁时的磁性体片的温度越高，则磁性体片的剩余磁化率(即，剩余磁化相对于饱和剩余磁化之比)通常越高。再者，磁性体片的剩余磁化率的温度依赖性一般依赖于作为主成分包含于磁性体片的磁铁材料的种类、磁铁材料中的元素置换的有无以及置换元素的种类、以及磁性体片的组织(例如晶体粒径)等。

例如，可以一边加热第1磁性体片1以及第2磁性体片2一边将第1磁性体片1以及第2磁性体片2进行起磁。也可以在其基础上或者代替其而一边将第3磁性体片3冷却一边将第1磁性体片1以及第2磁性体片2进行起磁。第1磁性体片1以及第2磁性体片2能够使用任意的加热单元(例如热板电阻加热器以及橡胶加热器)来加热。也可以使用附有加热器的起磁磁轭来进行第1磁性体片1以及第2磁性体片2的加热以及起磁。第3磁性体片3能够使用任意的冷却单元(例如水冷块)来冷却。

b)第3磁性体片的起磁

接着，以使得第3磁性体片3具有与相邻的第1磁性体片1相对的S极和与相邻的第2磁性体片2相对的N极的方式将第3磁性体片3进行起磁。

第3磁性体片3能够使用任意的起磁器来进行起磁。例如，能够通过将第3磁性体片3置于起磁磁轭产生的磁场(外部磁场)中来将第3磁性体片3进行起磁。

也可以在第3磁性体片3具有比第1磁性体片1以及第2磁性体片2高的温度的条件下将第3磁性体片3进行起磁。由此，能够抑制用于将第3磁性体片3进行起磁的磁场对第1磁性体片1以及第2磁性体片2的剩余磁化造成影响、并且对第3磁性体片3赋予充分大的剩余磁化。例如，也可以一边加热第3磁性体片3一边将第3磁性体片3进行起磁。也可以在其基础上或者取代其而一边冷却第1磁性体片1以及第2磁性体片2一边将第3磁性体片3进行起磁。第3磁性体片3能够使用任意的加热单元(例如热板电阻加热器以及橡胶加热器)来加热。也可以使用附有加热器的起磁磁轭来进行第3磁性体片3的加热以及起磁。第1磁性体片1以及第2磁性体片2能够使用任意的冷却单元(例如水冷块)来冷却。

这样地制造出如图4所示的海尔贝克磁铁阵列体20。海尔贝克磁铁阵列体20具备：具有与第1方向(图4的Z方向)平行的磁化的第1磁性体片1、具有与第1磁性体片1的磁化方向相差180°的方向的磁化的第2磁性体片2、和具有与垂直于第1方向的第2方向(图4的X方向)平行的磁化的第3磁性体片3。第1磁性体片1和第2磁性体片2夹着第3磁性体片3而在第2方向上交替地配置。第3磁性体片3具有与相邻的第1磁性体片1相对的S极和与相邻的第2磁性体片2相对的N极。第1磁性体片1各自经由厚度t1的非磁性层5而与相邻的第3磁性体片3接合，第2磁性体片2经由厚度t2的非磁性层5而与相邻的第3磁性体片3接合，厚度t1和厚度t2满足t1

在采用实施方式涉及的制造方法得到的海尔贝克磁铁阵列体20中，彼此相邻的第2磁性体片2和第3磁性体片3之间的非磁性层5的厚度t2比彼此相邻的第1磁性体片1和第3磁性体片3之间的非磁性层5的厚度t1大。由此，如后述的实施例中所示，海尔贝克磁铁阵列体20的表面和背面的磁通密度之比变大。另外，在实施方式涉及的制造方法中，由于在将未起磁的多个磁性体片接合之后将各磁性体片在规定的方向上磁化，因此在将磁性体片接合时没有产生磁性体片间的排斥力。因此，在将磁性体片接合时，不需要用于对抗磁性体片间的排斥力的大的外力，另外，磁性体片的准确的位置控制也容易。

实施例

以下，利用实施例来具体地说明本发明，但本发明不被这些实施例限定。

实施例1、2以及比较例1～3

准备了5mm×5mm×7mm的长方体的、具有与5mm×7mm的面垂直的易磁化轴的5个磁性体片(钕磁铁烧结体)。将磁性体片之中的2个作为第1磁性体片、1个作为第2磁性体片、2个作为第3磁性体片。

以使第1磁性体片和第2磁性体片的易磁化轴与第1方向平行的方式将第1磁性体片和第2磁性体片在与第1方向垂直的第2方向上交替地配置。以使第3磁性体片的易磁化轴与第2方向平行的方式在彼此相邻的第1磁性体片和第2磁性体片之间配置了第3磁性体片。再者，第1磁性体片、第2磁性体片以及第3磁性体片以使各自的5mm×5mm的面与第1方向以及第2方向均平行的方式配置。将彼此相邻的第1磁性体片和第3磁性体片、以及彼此相邻的第2磁性体片和第3磁性体片利用作为非磁性体的接合剂(热导率为0.2W/m·K)进行了接合。第1磁性体片与第3磁性体片之间的接合剂的层厚度t1以及第2磁性体片与第3磁性体片之间的接合剂的层厚度t2记载于表1。其中，在表1中，S

一边将第1磁性体片以及第2磁性体片加热为65℃，一边利用与第1方向平行的外部磁场将第1磁性体片以及第2磁性体片进行起磁。此时，第1磁性体片的起磁方向设为与第2磁性体片的起磁方向相差180°的方向。

接着，一边将第3磁性体片加热为65℃，一边利用与第2方向平行的外部磁场以使得第3磁性体片具有与相邻的第1磁性体片相对的S极和与相邻的第2磁性体片相对的N极的方式将第3磁性体片进行起磁。

由此，得到了具有图4所示那样的海尔贝克阵列的试验体。

比较例4

准备了与实施例1同样的具有磁各向异性的5个磁性体片(钕磁铁烧结体)。将各磁性体片在其易磁化轴的方向上进行了起磁。接着，将磁性体片之中的2个作为第1磁性体片、1个作为第2磁性体片、2个作为第3磁性体片，与实施例1同样地配置，将彼此相邻的第1磁性体片和第3磁性体片、以及彼此相邻的第2磁性体片和第3磁性体片利用作为非磁性体的接合剂进行了接合。第1磁性体片与第3磁性体片之间的接合剂的层厚度t1以及第2磁性体片与第3磁性体片之间的接合剂的层厚度t2记载于表1。由此，得到了具有图4所示那样的海尔贝克阵列的试验体。

表1

评价

利用磁通计测定了各试验体的与第1方向垂直的2个面中的磁通。将2个面之中的磁通大的面作为表面、磁通小的面作为背面，求出各面的磁通相对于表面和背面的磁通之和的比。将结果示于图5。

如图5所示，t1t2的比较例2的试验体中的哪一个相比，表面的磁通比都大。

再者，实施例1、2的试验体的表面的磁通比比比较例4的试验体的表面的磁通比小，但比较例4的试验体是将进行了起磁的磁性体片接合而制作的，该制作方法不适合于量产。