CN102754316A - 烧结磁铁及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供相比于以往的分割磁铁，可以格外降低涡流损耗、可以随机应对多种多样的形状和尺寸变化、具有所希望的矫顽力、同时可以使制造成本格外廉价的烧结磁铁及其制造方法。烧结磁铁10将相同形状的单个或不同形状的多个基本磁铁1，在形成平面的纵向和横向及与该平面正交的高度方向的各个方向并列设置多个，至少以邻接的基本磁铁1，1彼此之间的磁力来保持基本磁铁1，1间的接合，所述基本磁铁1是一边长度为1～10mm范围的长方体或立方体。

Description

烧结磁铁及其制造方法

技术领域

本发明涉及嵌入到例如构成磁铁嵌入型电机的转子内的烧结磁铁及其制造方法。

背景技术

在转子内部嵌入永久磁铁而成的磁铁嵌入型电机(IPM电机)除了由线圈和永久磁铁的吸引力/斥力引起的磁转矩，还可以得到磁阻转矩，因此相比于将永久磁铁贴合于转子外周面而成的表面磁铁型电机(SPM电机)，是高转矩且高效率。因此，该磁铁嵌入型电机用于要求高输出性能的混合动力车、电动汽车的驱动用电机等。

另外，通过在定子齿上集中卷绕或分布卷绕绕线而形成线圈，通过在线圈中通入电流来产生磁通量，在与由永久磁铁产生的磁通量之间产生磁转矩和磁阻转矩。该分布卷绕线圈的情况下，相比于集中卷绕线圈的情况，磁极数也变多，因而转子旋转时，从齿侧进入转子的永久磁铁的磁通量(或者磁通量的变化)相对地具有连续性。因此，转子旋转时的磁通密度的变化相对少。与此相对，集中卷绕线圈的情况下，磁通密度的变化相对变大，因此，永久磁铁中容易产生涡电流，通过涡电流的产生，使得永久磁铁发热，导致不可逆的热退磁，从而使得永久磁铁自身的磁特性下降。

就近来的混合动力汽车、电动汽车中使用的驱动用电机而言，为了追求电机的输出性能提高，谋求例如其转数、极数的增加，该转数的增加等使得作用于磁铁的磁场的波动率变大，作为其结果，产生容易发生上述涡电流，由发热导致的磁铁的热退磁使得电机性能反而下降，电机的耐久性随之下降的问题。

为了防止上述涡电流的发生以及由其引起的热退磁，采取在IPM电机中由多个分割片形成该永久磁铁，捆扎该分割片并插入设置于转子槽的对策，例如，在专利文献1、2中公开了具备分割磁铁的IPM电机。

另一方面，在该IPM电机中，在其电流相位控制时，流过负的d轴电流，由该电流产生的反磁场作用于永久磁铁，因为该反磁场大时永久磁铁发生不可逆退磁，所以使用能对抗该不可逆退磁的矫顽力大的永久磁铁。

基于图7说明该退磁作用。图7是每1极配设有2个永久磁铁M、M的情形，该2个永久磁铁M、M以从转子A的旋转轴向定子B侧扩展的俯视大致呈V字形的方式嵌入。已知在IPM电机中退磁作用大的部分是永久磁铁M、M的转子铁心外周侧的角a、b、c、d，尤其是d轴侧的角b、c。另外，在永久磁铁M、M之间的转子心部A1，磁通量容易短路，由此也使得在永久磁铁M、M的角b、c处反磁场变大。

另外，作为上述永久磁铁，一般使用稀土类磁铁。该稀土类磁铁通过加入晶体磁各向异性高的元素镝(Dy)、铽(Tb)来提高其矫顽力，另一方面，这些元素稀少且昂贵，为了增加永久磁铁的矫顽力而添加镝等直接导致永久磁铁的制造成本高涨。

但是，在用于以往的磁铁嵌入型电机用转子的永久磁铁中，用于得到上述在转角部要求的矫顽力的镝等在永久磁铁的整体中使用，因此转子制造成本高涨。进而，关于作为永久磁铁的性能的与矫顽力同样重要的残留磁通密度，存在随着矫顽力的增加而减少的趋势，因此，为了解决因增加矫顽力而减少的磁通密度，需要更多的磁铁，由此，也使得转子制造成本高涨。因此，如何可以便宜地制造具备对上述反磁场具有所希望的矫顽力的永久磁铁的转子成为了对于混合动力车等的量产极其重要的课题之一。

专利文献1：日本特开2000-324736号公报

专利文献2：日本特开2007-166888号公报

发明内容

专利文献1、2没有明确公开分割磁铁的尺寸规定，仍旧是希望通过由多个分割磁铁构成一个永久磁铁来降低涡电流。

但是，由本发明的发明人等确定了像以往的分割磁铁那样脱离规定的小尺寸范围，仅使用大尺寸的分割磁铁，涡流损耗降低效果极低，还确定了在专利文献1、2公开的分割磁铁中，由那些实施例中记载的磁铁整体的尺寸和该分割数估计的大小的分割磁铁也不能充分地期待涡流损耗降低效果。

另外，这些分割磁铁无法解决上述的另一个课题，即，用添加了等量的镝等的分割磁铁来制造整体的磁铁导致其制造成本高涨的课题。

本发明是鉴于上述问题而进行的，目的在于提供相比于以往的分割磁铁，可以格外降低涡流损耗、可以随机应对多种多样的形状和尺寸变化、具有所希望的矫顽力的同时可以使制造成本格外廉价的烧结磁铁及其制造方法。

为了达成上述目的，根据本发明的烧结磁铁将相同形状的单一或不同形状的多个基本磁铁在形成平面的纵向和横向及与该平面正交的高度方向的各个方向并列设置多个，至少以邻接的基本磁铁彼此之间的磁力保持基本磁铁间的接合，所述基本磁铁是一边长度为1～10mm范围的长方体或立方体。

本发明的烧结磁铁是组装一边长度为1～10mm范围的长方体或立方体的、单一尺寸和单一形状的基本磁铁、即一种基本磁铁而成的烧结磁铁，或者组装一边长度为1～10mm范围的长方体或立方体、但其尺寸、形状有变化的基本磁铁而成的烧结磁铁。

在这里，“相同形状”意味着形状和尺寸相同；“不同形状”意味着平面形状和其尺寸相同且仅高度不同的情形、平面形状和高度均不同的情形等上述“相同形状”以外的方式。

关于该基本磁铁的尺寸规定，本发明的发明人等因以下理由而规定其下限值，所述理由包括：极难制造一边小于1mm的大小的烧结磁铁；一边小于1mm的磁铁的情况下，由研磨加工、切割加工等制造小尺寸的烧结磁铁的过程中作用的外力而产生的、内部应力或内部应变对磁铁整体的影响极大，基本磁铁表面的矫顽力极端降低。

另一方面，如果像上述以往的公知技术那样，一边超过10mm，则实际上涡流损耗极端上升，因此，实际上难以充分得到作为分割磁铁的优点，鉴于该理由，规定了其上限值。

此外，为了给该基本磁铁赋予高矫顽力而适用使镝(Dy)、铽(Tb)进行晶界扩散的制造方法时，从使这些原料在基本磁铁整体中均匀扩散的观点考虑，更优选一边为1～3mm的长方体或立方体的基本磁铁。

另外，因为是一边为1～10mm的立方体或长方体，所以该六面体的尺寸变化是多样的。其中，适用该烧结磁铁时，从尽可能降低涡流损耗方面考虑，形成磁通量直接入射的面的2条边在该边长范围具有尽可能短的长度更有效。

根据本发明的烧结磁铁，除了像这样由以往不能存在的小尺寸的基本磁铁组装而成以外，相互组装的基本磁铁彼此之间的接合至少以预先磁化而成的磁铁彼此之间的磁力来保持也是其特征构成之一。

例如，设想在IPM电机的转子内插入固定该烧结磁铁的情况下，如果将其插入转子槽内，并且例如用固定用树脂等进行固定，则可以保持烧结磁铁整体的形状。

从这样的观点考虑，通过有效利用基本磁铁彼此之间的磁力接合，无需使用高耐热的粘接剂等，即可将小尺寸的基本磁铁彼此容易地且以适度的接合强度组装成所希望的形状。

另外，提供使用后，想检查该烧结磁铁的任意部位的矫顽力时，也可以通过例如升高温度而使其退磁的方法、施加反磁场而使其退磁的方法等容易地解除基本磁铁彼此之间的接合，检查所希望部位的基本磁铁的矫顽力状态。

在这里，作为成为本发明的对象的烧结磁铁，可以举出包括稀土类磁铁、铁素体磁铁、铝铁镍钴磁铁等的永久磁铁，进而作为该稀土类磁铁，可以举出在钕中加入了铁和硼的3成分系的钕磁铁、由钐与钴的2成分系的合金构成的钐钴磁铁、钐铁氮磁铁、镨磁铁等。其中，在要求高输出的混合动力车等的驱动用电机中适用该烧结磁铁时，相比于铁素体磁铁、铝铁镍钴磁铁，优选最大能积(BH)_max高的稀土类磁铁。

根据上述本发明的烧结磁铁，将仅形状相同的基本磁铁进行组装的方式、将多个不同尺寸和形状的基本磁铁进行组装的方式中的任一方式均可得到多种整体形状的烧结磁铁。

另外，在本发明的烧结磁铁的优选实施方式中，所述基本磁铁包含矫顽力不同的多种基本磁铁，所述烧结磁铁由多个矫顽力不同的该基本磁铁形成。

容易理解根据烧结磁铁的用途，必要矫顽力分布可以不同，例如，IPM电机用转子的情况下，如图7所示，在反磁场相对大的定子侧的转角部设置相对大的矫顽力区域，相对减小其他部位的矫顽力的镝等的使用方法关系到制造成本的降低。

因此，在该实施方式中，制作多个矫顽力不同的基本磁铁，根据用途，在需要相对大的矫顽力的区域最佳地配置矫顽力大的基本磁铁，在不太需要矫顽力的区域最佳地配置矫顽力小的基本磁铁，从而可以得到尽可能廉价、而且充分保持了矫顽力性能的烧结磁铁。

另外，根据本发明的烧结磁铁的制造方法包括：将磁粉进行烧结而形成一边长度为1～10mm范围的长方体或立方体的烧结体，将该烧结体磁化，制造相同形状的单个或不同形状的多个基本磁铁的第1工序；在形成平面的纵向和横向及与该平面正交的高度方向的各个方向并列设置所述基本磁铁，以邻接的基本磁铁彼此之间的磁力将基本磁铁之间接合而制造规定形状的烧结磁铁的第2工序。

根据该制造方法，可以将极小尺寸的基本磁铁彼此容易且高效率地组装成所希望的形状，即使是相比于以往的分割磁铁，基本磁铁的尺寸格外小的本制造方法，也可以有效地抑制制造时间的长期化。

另外，通过适用在上述第1工序中制造矫顽力不同的多种所述基本磁铁、在上述第2工序中由多个矫顽力不同的该基本磁铁制造电机用磁铁的制造方法，可以得到具有最佳的矫顽力分布、且尽可能便宜的烧结磁铁。

在这里，作为矫顽力不同的基本磁铁的制造方法，有在将烧结体压制成型的步骤的磁粉中使用矫顽力不同的材料的方法；用一样的材料将烧结体压制成型后，使镝等进行晶界渗透时，调整其扩散量的方法等。

由以上的说明可以理解，本发明的烧结磁铁或利用制造方法得到的烧结磁铁相比于以往公知的分割磁铁，可以期待涡流损耗格外降低的效果，可制造的规定范围的小尺寸基本磁铁至少以磁铁彼此之间的磁力这样极简易的接合方式组装，从而是廉价且高品质而且形状变化丰富的烧结磁铁。另外，将矫顽力不同的多个基本磁铁分别根据必要矫顽力配置在适当位置，从而成为具有最佳的矫顽力分布、且尽可能廉价的烧结磁铁。

附图说明

图1是表示本发明的烧结磁铁的一个实施方式的立体图。

图2是说明由本发明的发明人等确定的、分割磁铁的边长(分割磁铁的尺寸)、残留磁通密度和涡流损耗的关系的相关曲线图。

图3是表示本发明的烧结磁铁的其它实施方式的立体图。

图4是表示本发明的烧结磁铁的又一其它实施方式的立体图。

图5是表示本发明的烧结磁铁的又一其它实施方式的立体图。

图6是本发明的烧结磁铁的制造方法的一个实施方式的流程图。

图7是说明在以往的IPM电机的永久磁铁中，由负的d轴电流引起的反磁场发挥作用的状况的示意图。

符号说明

1、1’、1”、1a、1b、1c…基本磁铁，10、10A、10B、10C…烧结磁铁

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。应予说明，由基本磁铁组装而成的烧结磁铁的形状当然不限于图示例。

图1、3、4、5分别是说明烧结磁铁的实施方式的立体图。

首先，图1所示的烧结磁铁10由相同形状的单个基本磁铁形成，纵边的长度：a、横边的长度：b、高度：c均为相同尺寸的立方体形状的基本磁铁1在纵向、横向和高度方向分别并列设置有多个，基本磁铁1、1彼此之间仅以它们具有的磁力来接合。

在这里，基本磁铁1的边长：a、b、c的长度在1mm～10mm的范围内设定。参照图2说明该边长范围的设定根据。

图2所示的曲线图是基于本发明的发明人等的经验法则来说明分割磁铁的边长(分割磁铁的尺寸)与残留磁通密度及涡流损耗的关系的相关曲线图。

适用分割磁铁的最大理由之一是降低能在磁铁内产生的涡流损耗。因此，从分割磁铁的各边长和涡流损耗的相关来看，确定了边长为10mm左右时出现涡流损耗的拐点，超过10mm时极端增加。

就该趋势而言，例如，关于图1所示的烧结磁铁10，磁通量以箭头G方向进入图示的前面时，重要的是至少其纵边长：a和横边长：b双方为10mm以下，任意一方超过10mm时，涡流损耗降低效果大大降低。

另一方面，关于作为磁铁性能的重要因素的残留磁通密度，可以确定基本磁铁的边长为1mm左右时出现拐点，在1mm以上时具有渐增的趋势，小于1mm时，残留磁通密度极端降低。

这是因为进行在基本磁铁的制造过程中适用的研磨加工、切割加工等时，通过作用于该基本磁铁的外力而产生的内部应力、内部应变给基本磁铁整体带来的影响变得极大。

这也意味着基本磁铁的制造困难性，从该观点考虑，将基本磁铁的边长规定为1mm以上。

图3所示的烧结磁铁10A由不同形状的多种基本磁铁形成，由平面尺寸按照前段、中段、后段的顺序逐渐增大的基本磁铁1、1’、1”构成。

例如，磁通量从箭头G方向进入时，该磁通量G直接入射的前面的基本磁铁1的尺寸为相对小的尺寸，更具体而言，前段的边长：a、b均为1mm～10mm的范围，并且为相对小的尺寸(中段为边长：a’、b’，后段为边长：a”、b”时，a、b＜a’、b’＜a”、b”)，从而可以尽可能减小涡流损耗。

在该方式中，通过将磁通量的影响比较少的后段的基本磁铁1”的尺寸相对地增大，也使得加工性随之提高。

不过在图1所示的烧结磁铁10的情况下，由于仅制造一种基本磁铁1，将它们进行组装而制造所希望形状的烧结磁铁10，因此，即使基本磁铁全部是尽可能小尺寸的烧结磁铁10，其制造效率性也高。

图4所示的烧结磁铁10B与图1所示的烧结磁铁10同样是由立方体形状的一种基本磁铁形成，呈现为根据烧结磁铁10B的每个区域必要的矫顽力而配置了矫顽力不同的基本磁铁的结构。

例如，在IPM电机用转子内嵌入该烧结磁铁10B，磁通量从未图示的定子侧以箭头G方向进入的方式中，如参照图7说明了以往的IPM电机的永久磁铁中的反磁场那样，在该定子侧的转角部有大的退磁作用。

因此，在形成转角部列的基本磁铁1b中含有相对大量的镝、铽而提高其矫顽力；形成其周边列的基本磁铁1a相比于基本磁铁1b，镝等的含量相对少；在几乎没有或完全没有退磁作用的区域，配置镝等的含量极少或不含有镝等的基本磁铁1。

通过制造像这样根据每个区域的必要矫顽力而配置了矫顽力不同的基本磁铁1、1a、1b的烧结磁铁10B，可以担保必要且充分的矫顽力性能，同时使其制造成本格外地低廉。

另外，图5所示的烧结磁铁10C组装相同形状的基本磁铁1、1，使得其平面形状呈现多级状。应予说明，烧结磁铁的形状除了图1、3、4、图5以外还存在多种，通过变化基本磁铁的形状、或者变化其组装方式，可以得到形状变化丰富的烧结磁铁。

接着，选取每个区域的矫顽力不同、存在矫顽力分布的图4所示的烧结磁铁10B，参照图6的制造流程，概述其制造方法。

首先，在步骤S100中，制作基本磁铁用烧结体。即，生成稀土类磁铁用磁粉，将该磁粉加压成型，制作基本磁铁用烧结体。

接着，根据必要的矫顽力，调整镝、铽等的扩散量，按各基本磁铁1、1a、1b，使调整了添加量的镝等进行晶界扩散，从而制成具有矫顽力的烧结体(步骤S200)。

将步骤S200中制作的、矫顽力不同的3种具有矫顽力的烧结体载置于磁场内，使其磁化，从而制作3种基本磁铁1、1a、1b(步骤S300)。

应予说明，除了图示的流程以外，也可以采用一并进行烧结体的加压成型和磁化的方法，即，实施磁场中成型，磁场中成型后，使镝等进行晶界扩散的方法。

最后，以成为图4所示的配设方式的方式，即，根据每个区域的必要矫顽力配置矫顽力不同的基本磁铁1、1a、1b，进行基本磁铁彼此之间的组装。

在这里，基本磁铁彼此之间的接合仅通过各个基本磁铁1、1a、1b所具有的磁力来进行，完全不需要使用耐热性粘接剂等。不过，没有完全排除粘接剂等的使用，可以根据需要使用所希望的粘接剂。

通过利用磁力将基本磁铁彼此之间接合，使得其组装效率极高，相比于以往结构的分割磁铁，即使是基本磁铁的尺寸极小的烧结磁铁10B，其制造效率也不会下降。

另外，如果例示将该烧结磁铁10B嵌入到IPM电机用转子的方式，则即使是仅以磁力将基本磁铁彼此之间接合、仅以磁力来担保整体形状的烧结磁铁10B，由于实际上以将其插入磁铁槽内的姿势由固定用树脂等来保障该槽内固定，因此，该接合方式可充分发挥烧结磁铁10B的性能。

以上，利用附图对本发明的实施方式进行了详细叙述，但是具体的构成不限于该实施方式，即使有在不脱离本发明的主旨的范围内的设计变更等，这些也包含于本发明。

Claims (5)

1.一种烧结磁铁，其中，相同形状的单一基本磁铁或不同形状的多个基本磁铁在形成平面的纵向和横向以及与该平面正交的高度方向的各个方向并列设置多个，至少以邻接的基本磁铁彼此之间的磁力来保持基本磁铁间的接合，所述基本磁铁是一边长度为1～10mm范围的长方体或立方体。

2.根据权利要求1所述的烧结磁铁，其中，所述基本磁铁包括矫顽力不同的多种磁铁，所述烧结磁铁由多个矫顽力不同的该基本磁铁形成。

3.根据权利要求1或2所述的烧结磁铁，其中，所述烧结磁铁被嵌入到构成IPM电机的转子的内部。

4.一种烧结磁铁的制造方法，其中，包括：

第1工序，将磁粉烧结而形成一边长度为1～10mm范围的长方体或立方体的烧结体，将该烧结体磁化，制造相同形状的单一基本磁铁或不同形状的多个基本磁铁；

第2工序，在形成平面的纵向和横向以及与该平面正交的高度方向的各个方向并列设置所述基本磁铁，

以邻接的基本磁铁彼此之间的磁力将基本磁铁之间接合而制造规定形状的烧结磁铁。

5.根据权利要求4所述的烧结磁铁的制造方法，其中，在所述第1工序中，制造矫顽力不同的多种所述基本磁铁，

在所述第2工序中，根据烧结磁铁的每个区域的必要矫顽力，配置矫顽力不同的基本磁铁。

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