CN107408854B - 稀土类永磁体和具有稀土类永磁体的旋转机 - Google Patents

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Abstract

提供一种在永磁体埋入型电动马达那样的旋转机中、即使带来消磁作用的外部磁场作用于所埋入的永磁体也不产生性能降低的永磁体。公开一种稀土类永磁体形成用烧结体、稀土类永磁体以及埋入有该磁体的旋转机。稀土类永磁体形成用烧结体被划分成宽度方向的中央区域以及位于该中央区域的两侧的第1端部区域和第2端部区域。在中央区域中,该中央区域所含有的磁体材料粒子的易磁化轴在相对于沿着宽度方向延伸的烧结体部分的一表面实质上呈直角的方向上取向,在第1端部区域和第2端部区域的一个或两个中,该区域所含有的磁体材料粒子在以易磁化轴指向该一表面的磁体材料粒子的密度比中央区域中的磁体材料粒子的密度高的方式会聚的方向上取向。

Description

稀土类永磁体和具有稀土类永磁体的旋转机
技术领域
本发明涉及稀土类永磁体和具有稀土类永磁体的电动马达或发电机那样的旋转机。另外,本发明涉及稀土类永磁体形成用烧结体,该稀土类永磁体形成用烧结体具有含有稀土类物质的磁体材料粒子烧结成一体的结构,通过使该磁体材料粒子磁化,能够形成稀土类永磁体。
背景技术
通过例如日本特开平8-331783号公报(专利文献1)公知有一种永磁体埋入型电动马达,在具备定子和转子的电动马达中,构成为,通过将永磁体埋入转子芯内,除了能够利用磁体扭矩之外,还能够利用磁阻扭矩。这种马达以隔着气隙与具有多个磁极的定子相对的方式配置转子芯。并且,在该转子芯的周向等间隔的多个位置形成有永磁体插入用的槽,该槽的宽度方向两端部位于接近转子芯的周面的位置。因而,插入该槽的永磁体也配置于其宽度方向两端部比宽度方向中央部接近转子芯的周面的位置。
在日本特开2000-50543号公报(专利文献2)中,指出了如下情况:在这种马达中,存在如下问题:为了使马达小型化,在针对定子的齿部进行了高密度的集中绕组的情况下,齿部的磁力变高,在相邻的齿间流动的磁通达到转子芯的永磁体的位置,由于该磁通,永磁体产生消磁。根据专利文献2,该消磁作用特别是在永磁体的端部产生。在专利文献2中提倡如下内容:为了应对该问题,在被埋入转子芯的永磁体的端部与转子芯外周之间设置非磁性部。作为非磁性部的具体的例子,专利文献2教导了延长槽两端部而在永磁体的两端部设置空隙部。若如此地设置非磁性部,来自定子的磁通通过该非磁性部,能够抑制被埋入转子芯的永磁体的消磁。作为公开用于应对该消磁的另一方法的文献,日本特开平10-271722号公报(专利文献3)提倡将永磁体的两端部设为顽磁力较高的磁性材料。
在上述的专利文献2和3中,永磁体为铁氧体磁体,但认为这些专利文献所指出的消磁的问题在使用稀土类磁体的马达中也同样产生。日本特许第5444630号公报(专利文献4)公开了一种在永磁体埋入型马达中使用Nd-Fe-B系磁体作为永磁体的马达。在该专利文献4中,永磁体形成为具有两个主面的平板状,从转子芯中心看来,朝外面成为相对于转子芯呈磁极的磁极面,朝内面成为反磁极面。在埋入转子芯内的状态下,磁体的宽度方向端部位于比中间部靠近气隙的位置,被称为接近部,中间部位于比该接近部距气隙远的位置,被称为远方部。在该专利文献4公开了一种用于应对在永磁体的宽度方向端部产生的消磁的问题的结构。即、永磁体以截面成为大致梯形的方式在端部形成有斜面,在比该永磁体的端部靠宽度方向外侧的位置,在转子芯形成有空隙部。说明了如下内容:该空隙部存在增大磁体的端部与转子部分之间的磁阻的效果,该转子部分隔着该空隙部与该磁体相对。在具体的例子中,空隙部以相对于磁体所埋入的转子芯内的槽倾斜地向气隙的方向弯曲的方式形成。
在专利文献4还具有针对永磁体中的易磁化轴的取向的记载。即、在磁体的长度方向中央部,磁体材料的易磁化轴朝向转子的半径方向,在远离该中央部的位置,在远方部和接近部中的任一者,易磁化轴也向中央部的方向倾斜,其倾斜角从中央部朝向端部逐渐增加。
国际公开WO2007/119393号(专利文献5)公开一种钕磁体中的易磁化轴的取向控制的方法。在该专利文献5记载有一种方法,在该方法中,对磁体粒子和结合剂的复合物进行压缩成形,使所形成的结合剂的交联分子机械地延伸,利用延伸后的垂直各向异性薄板磁体的塑性变形将各向异性的方向转换成径向。在此所教导的方法使用由磁体粒子、固定该磁体粒子的网眼状高分子、线状高分子、以及根据需要使用的添加剂构成的复合物。上述的高分子由磁体粒子固定相A和流动相B构成,相B的一部分与相A化学结合,将固定相A的群固定成网眼状,利用相B的剪断流动和伸长流动产生变形。而且,对利用随着相B的流动而产生的变形制造成的磁体进行热处理,使交联反应进行,使相B的流动性消失,从而使磁体的机械强度和耐热性提高。根据该方法,磁体粒子的易磁化轴的取向被上述的流动变形控制。根据该专利文献5所制造的磁体不是钕磁体粒子被烧结的烧结磁体,而在磁体内直接残留有高分子材料,可理解为粘结磁体的一种。作为结合剂的高分子材料介于磁体材料粒子之间,磁体材料粒子的含有比例变低,因此,粘结磁体存在残留磁通密度降低这样的缺点。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平8-331783号公报
专利文献2:日本特开2000-50543号公报
专利文献3:日本特开平10-271722号公报
专利文献4:日本特许第5444630号公报
专利文献5:国际公开WO2007/119393号
发明内容
发明要解决的问题
本发明应该解决的课题在于,提供一种在永磁体埋入型旋转机中解决所埋入的永磁体所遇到的消磁的问题的方案。
另外,本发明的另一课题在于提供一种稀土类磁体和用于形成稀土类磁体的烧结体,其中,能够在埋入旋转机时不产生消磁的问题、或者使消磁大幅度地缓和。
用于解决问题的方案
为了达成上述课题,本发明在其一形态中提供一种稀土类磁体形成用烧结体。该烧结体含有磁体材料粒子,该磁体材料粒子含有稀土类物质。该烧结体具有:第1表面,其沿着长度方向延伸;第2表面,其位于在厚度方向上与该第1表面隔开间隔的位置,并沿着长度方向延伸;以及长度方向两端部的端面,该烧结体是该磁体材料粒子一体地烧结成形成具有通过该两端面分别从该第1表面的长度方向端部向长度方向外方倾斜而使该第1表面的长度比所述第2表面的长度短的长度方向横截面形状的预定的立体形状而成的。该烧结体至少划分成长度方向的中央区域以及位于该中央区域的两侧的第1端部区域和第2端部区域,在该中央区域中,该中央区域所含有的磁体材料粒子成为其易磁化轴在相对于沿着烧结体的长度方向延伸的烧结体部分的第1表面实质上呈直角的方向上取向的并行取向。该端部区域各自所含有的磁体材料粒子设为以如下方式进行会聚的取向:在与该端面相邻的位置处,以沿着该端面的倾斜相对于第1表面倾斜的角度指向该第1表面,在与该中央区域相邻的位置处,以成为相对于该第1表面实质上呈直角的方向的方式指向该第1表面,在该端面与该中央区域之间,以从该端面朝向该中央区域逐渐减少的倾斜角指向该第1表面。在优选的一形态中,该第1端部区域和第2端部区域各自的端面设为以该端面的延长线与所述第1表面之间的角度处于45°~80°的范围内的方式相对于该第1表面倾斜的形状,更优选设为以该角度处于55°~80°的范围内的方式相对于该第1表面倾斜的形状。在本发明的另一优选的形态中,稀土类磁体形成用烧结体以中央区域的长度方向尺寸P与第1表面的长度方向尺寸L之比P/L是0.05~0.8、更优选的是0.2~0.5、进一步优选是0.3~0.4的方式确定该中央区域。而且,在本发明中,优选磁体材料是Nd-Fe-B系磁体材料。
本发明在另一形态中提供一种通过对上述的稀土类永磁体形成用烧结体进行磁化而形成的稀土类永磁体。
本发明在又一形态中提供一种电动马达或发电机那样的旋转机。该旋转机是如下结构:具有以隔着具有与旋转轴平行的中心轴线的大致圆筒状的气隙与定子相对的方式旋转自如地配置于该定子内的转子芯。在该转子芯的沿着周向隔开间隔的多个位置,以沿着轴向延伸的方式形成有多个具有长度方向尺寸和厚度方向尺寸的长度方向截面形状的槽,分别在该槽内配置有上述的稀土类永磁体。在优选的形态的旋转机中,该槽分别具有比配置于该槽内的稀土类永磁体的长度方向尺寸大的长度方向尺寸,在配置于该槽内的所述稀土类永磁体的两端部利用该槽形成空隙部。优选的是,该空隙部相对于收容磁体的槽部分向气隙的方向倾斜。
发明的效果
本发明的稀土类磁体形成用烧结体是磁体材料粒子一体地烧结成形成具有长度方向截面形状的预定的立体形状而成的,该长度方向截面形状具有长度方向和厚度方向,通过该长度方向的两端部分别从该第1表面的长度方向端部向长度方向外方倾斜,该第1表面的长度比所述第2表面的长度短,该烧结体至少划分成长度方向的中央区域、以及位于该中央区域的两侧的第1端部区域和第2端部区域,在该中央区域中,该中央区域所含有的磁体材料粒子的其易磁化轴在相对于沿着烧结体的长度方向延伸的烧结体部分的第1表面实质上呈直角的方向上取向的并行取向。并且,该第1端部区域和第2端部区域各自所含有的磁体材料粒子的易磁化轴设为以如下方式进行会聚的取向:在与该端面相邻的位置处,以沿着该端面的倾斜角的方式相对于第1表面倾斜而指向该第1表面,在与中央区域相邻的位置处,以成为相对于第1表面实质上呈直角的方向的方式指向该第1表面,在该端面与该中央区域之间,以从该端面朝向该中央区域逐渐增加的倾斜角指向该第1表面。通过将磁体材料粒子的易磁化轴设为这样的取向,在对该烧结体进行磁化而形成了稀土类永磁体时,对于由该磁体形成的磁通密度,在作为两端部的第1端部区域和第2端部区域中的该磁通密度比中央区域中的磁通密度高。因此,在将该磁体使用到永磁体埋入型马达等旋转机械时,即使带来消磁作用的外部磁场作用于该磁体的端部区域,也在该端部区域生成充分的密度的磁通,充分地确保作为旋转机械的性能。
此外,本发明的上述结构如果与上述的专利文献4所记载的消磁对策一起使用,则更加提高效果。即、在埋入有本发明的稀土类磁体的电动马达等旋转机中,通过在磁体的长度方向两端部设置专利文献4所记载的空隙部那样的空隙部,能够更加提高消磁抑制效果。
附图说明
图1是以横截面表示本发明的一实施方式的稀土类磁体形成用烧结体的一个例子的剖视图,(a)表示整体,(b)表示端部区域的一部分的剖视图。
图2是表示设置于埋入有由本发明形成的磁体的电动马达的转子芯的磁体插入用槽的一个例子的转子部分的剖视图。
图3是表示永磁体埋入图2所示的转子芯的状态的转子部分的端面图。
图4是能够适用本发明的永磁体的电动马达的横剖视图。
图5是表示由图1所示的实施方式的烧结体形成的稀土类永磁体中的磁通密度的分布的图。
图6的(a)是表示装入有本发明的一实施方式的稀土类磁体的电动马达中的并行率对磁体的最小磁化和马达的平均扭矩的影响的图。(b)是表示装入有本发明的一实施方式的稀土类磁体的电动马达中的端面倾斜角对磁体的最小磁化和马达的平均扭矩的影响的图。(c)是针对使用了与(b)不同的并行率的永磁体的电动马达的与(b)同样的图。(d)是针对使用了与(b)和(c)不同的并行率的永磁体的电动马达的与(b)、(c)同样的图。(e)是针对使用了具有与(b)不同的端面倾斜角和磁体长度的永磁体的电动马达的与(b)同样的图。(f)是针对使用了具有与(e)不同的端面倾斜角和磁体长度的永磁体的电动马达的与(e)同样的图。
图7是表示图1所示的永磁体形成用烧结体的制造工序的概略图,(a)~(d)表示直到生片形成为止的各阶段。
图8是表示本实施方式中的磁体材料粒子的易磁化轴取向处理的加工用薄片的剖视图,(a)是磁场施加时的薄片的截面形状,(b)表示在磁场施加后实施了变形处理后的烧结处理用薄片的截面形状。
图9是表示预烧处理中的优选的升温速度的图表。
图10(a)是表示在本发明的实施例1中所使用的成形用模具的模腔形状的图,表示在外部磁场施加时所使用的模具。
图10(b)是表示在本发明的实施例1中所使用的成形用模具的模腔形状的图,表示中间成形用模具。
图10(c)是表示在本发明的实施例1中所使用的成形用模具的模腔形状的图,表示最终成形用模具。
图11是表示进行了由实施例1获得的烧结体中的易磁化轴的取向角度测定的位置的图。
图12是表示用于烧结体中的易磁化轴的取向角度测定的坐标轴的图,(a)是立体图、(b)是端面图。
图13是表示实施例1中的易磁化轴的取向角度的相对于设计值的偏离的图表。
具体实施方式
以下,针对附图说明本发明的实施方式。在图1~图4中示出本发明的一实施方式的稀土类磁体形成用烧结体和装入有由该烧结体形成的永磁体的电动马达的一个例子。在本实施例中,稀土类永磁体1含有Nd-Fe-B系磁体材料作为磁体材料。典型而言,Nd-Fe-B系磁体材料以27wt%~40wt%的比例含有Nd,以0.8wt%~2wt%的比例含有B,以60wt%~70wt%的比例含有Fe(电解铁)。以提高磁特性为目的,该磁体材料也可以少量含有Dy、Tb、Co、Cu、Al、Si、Ga、Nb、V、Pr、Mo、Zr、Ta、Ti、W、Ag、Bi、Zn、Mg等其他元素。
参照图1的(a),本实施方式的磁体形成用烧结体1是上述的磁体材料的微细粒子一体地烧结成形而成的,并具有彼此平行的上边2、下边3、以及左右两端的端面4、5,该端面4、5形成为相对于上边2和下边3倾斜的倾斜面。上边2是与本发明的第1表面的截面相对应的边,下边3是与本发明的第2表面的截面相对应的边。端面4、5的倾斜角定义为该端面4、5的延长线4a、5a与上边2之间的角度θ。在优选的形态中,倾斜角θ是45°~80°,更优选的是55°~80°。其结果,磁体形成用烧结体1形成为具有上边2比下边3短的梯形的长度方向截面的形状。
磁体形成用烧结体1在沿着上边2和下边3的长度方向上具有被划分成预定的长度的中央区域6和两端部侧的端部区域7、8的多个区域。在中央区域6中,该区域6所含有的磁体材料粒子的易磁化轴成为相对于上边2和下边3实质上呈直角的、与厚度方向平行地取向的并行取向。与此相对,在端部区域7、8中,该区域7、8所含有的磁体材料粒子的易磁化轴相对于厚度方向从下朝向上而取向方向向中央区域6的方向倾斜,其倾斜角在与端面4、5相邻的位置处是沿着该端面4、5的倾斜角θ的角度,在与中央区域6相邻的位置处相对于该上边2呈大致直角,随着从与端面4、5相邻的位置向中央区域6靠近而逐渐变大。对于这样的易磁化轴的取向,在图1的(a)中以箭头9表示中央区域6的并行取向,以箭头10表示端部区域7、8的倾斜取向。关于端部区域7、8的倾斜取向,若进行别的表述,这些区域所含有的磁体材料粒子的易磁化轴以从上边2与端面4、5交叉的角部朝向中央部向与端部区域7、8的长度方向尺寸相对应的预定的长度的区域会聚的方式被取向。该取向的结果,在端部区域7、8中,易磁化轴指向上边2的磁体材料粒子的密度比中央区域6中高。在本发明的优选的形态中,以与中央部6相对应的上边2的长度方向的尺寸、即、并行长P与上边2的长度方向尺寸L之比、即、并行率P/L成为0.05~0.8、更优选成为0.2~0.5的方式,确定中央区域6和端部区域7、8的长度。
针对端部区域7在图1的(b)中夸张地表示上述的端部区域7、8中的磁体材料的易磁化轴的取向。在图1的(b)中,磁体材料粒子各自的易磁化轴C在与端面4相邻的部分大致沿着该端面4倾斜该端面4的倾斜角θ而被取向。并且,该倾斜角随着从端部靠近中央部而逐渐增加。即、磁体材料粒子的易磁化轴C的取向从下边3的侧朝向上边2会聚,易磁化轴C指向上边2的磁体材料粒子的密度与并行取向的情况相比变高。
图2是放大地表示适于埋入通过使具有上述的易磁化轴的取向的磁体形成用烧结体1磁化而形成的稀土类磁体来使用的电动马达20的转子芯部分的剖视图。转子芯21以其周面21a隔着气隙22与定子23相对的方式旋转自如地配置于该定子23内。定子23具备沿着周向隔开间隔地配设的多个齿23a,在该齿23a卷绕有励磁线圈23b。上述的气隙22形成于各齿23a的端面与转子芯21的周面21a之间。在转子芯21形成有磁体插入用槽24。该槽24具有直线状中央部分24a和从该中央部分24a的两端部向转子芯21的周面21a的方向倾斜地延伸的一对倾斜部分24b。如从图2可知那样,倾斜部分24b的末端部位于与转子芯21的周面21a相接近的位置。
在图3中示出将通过使具有上述的易磁化轴的取向的磁体形成用烧结体1磁化而形成的稀土类磁体30插入到图2所示的转子芯21的磁体插入用槽24后的状态。如图3所示,稀土类永磁体30以其上边2朝向外侧、即朝向定子23侧的方式插入到在转子芯21形成的磁体插入用槽24的直线状中央部分24a。在比所插入的磁体30的两端靠外侧的位置,槽24的直线状中央部分24a的一部分和倾斜部分24b残留为空隙部。在图4中以横剖视图表示通过如此地将永磁体插入转子芯21的槽24而形成的电动马达20的整体。
图5是表示利用上述的实施方式形成的稀土类永磁体30中的磁通密度的分布的图。如图5所示,磁体30的两侧端部区域7、8中的磁通密度A比中央区域6中的磁通密度B高。因此,在将该磁体30埋入电动马达20的转子芯21而使该磁体30工作时,即使来自定子23的磁通作用于磁体30的端部,磁体30的端部的消磁也被抑制,在磁体30的端部,在消磁后也残留充分的磁通,防止马达20的输出降低的情况。
对于如图4所示那样安装到电动马达20的永磁体30,随着电动马达30的旋转,由于作用于该永磁体30的外部磁场的影响,其磁化在1次旋转中产生变化。将1次旋转中的磁化成为最小的状态下的永磁体30的磁化称为“最小磁化”。并且,在永磁体单体观察时,该最小磁化在该永磁体的长度方向两端部区域产生。
一般而言,在埋入有永磁体的电动马达中,在将各永磁体的磁体量设为相同来进行比较的情况下,磁体的长度L越大,马达的平均扭矩越大,但呈现磁体的最小磁化降低的倾向。如上所述,本发明的发明人等在具有磁体材料的易磁化轴被并行取向了的中央区域6和被倾斜取向了的端部区域7、8的稀土类永磁体中对并行率P/L与最小磁化以及马达的平均扭矩之间的关系进行了研究。其结果可知:马达的平均扭矩与并行率P/L的增加大致成比例地增加,但磁体的最小磁化随着并行率P/L的增加而以指数函数减少。针对长度L是25mm且倾斜角θ是70°的磁体将其代表性的例子表示在图6的(a)中。如图6的(a)所示,在并行率P/L比0.05大的范围内,与并行率是0的情况相比,马达的平均扭矩变高,最小磁化稍微减少。不过,若并行率P/L超过0.8,则最小磁化的降低无法忽视。即、埋入马达的永磁体在马达的工作中暴露于高温,但永磁体具有越是在高温、越在较低的外部磁场的作用下产生磁化反转的磁化特性。因而,若最小磁化过低,则在马达产生的温度上升的作用下,永磁体有可能产生磁化反转。对永磁体的长度L处于20mm~26mm的范围的情况进行了研究,该倾向在任一长度时都没有改变。因而,优选将并行率P/L设为0.8以下。根据该观点考虑,优选将并行率P/L设为0.05~0.8的范围,根据马达的平均扭矩的观点考虑,更优选将并行率P/L设为0.2~0.8的范围。此外,作为平均扭矩比较高、且最小磁化的降低比较微小的并行率P/L的范围,最优选是0.3~0.4。
而且,发明人等除了进行上述研究之外,还对永磁体的最小磁化以及马达的平均扭矩与磁体端面4、5的倾斜角θ之间的关系进行了研究。针对磁体长度L是25mm且中央区域6的长度是9mm的磁体,将研究结果表示在图6的(b)中。如从图可知那样,最小磁化随着端面倾斜角θ从40°变大而成比例地变大到表示极大值的角度,若超过表示该极大值的角度,则随着倾斜角的增加而以指数函数减少。对于最小磁化,在比表示该极大值的端面倾斜角θ小的倾斜角范围内,最小磁化在端部区域7、8内在接近了中央区域6的永磁体的第2表面3附近的部位产生,在端面倾斜角θ比表示极大值的端面倾斜角θ大的范围内,在端面4、5附近的部位产生最小磁化。
针对长度是25mm的磁体,在图6的(c)、(d)中示出将中央区域6的长度P分别设为13mm和21mm的情况下的、端面倾斜角θ对永磁体的最小磁化与马达的平均扭矩之间的关系带来的影响。根据这些图所示的结果可知:在磁体的长度L是25mm的情况下,在端面倾斜角θ是约70°时最小磁化变得最大。与此相对,对于马达的平均扭矩,在中央区域6的长度是9mm的磁体中以二次函数变化,在倾斜角θ是约75°时成为极大。并且,如图6的(c)所示,在中央区域6的长度P是13mm的磁体中,马达的平均扭矩的变化倾向与图6的(b)所示的变化倾向相同,但该平均扭矩整体上比中央区域6是9mm的平均扭矩高。另外,如图6的(d)所示,在中央区域6的长度P是21mm的磁体中,马达的平均扭矩的变化倾向与图6的(b)所示的变化倾向不同,随着端面倾斜角θ的变化而产生的变化率变小,但该平均扭矩整体上比中央区域6是9mm和13mm的平均扭矩高。由此,可知:在长度L是25mm的永磁体的情况下,优选端面倾斜角θ是约70°。
图6的(e)、(f)是表示永磁体的长度L对端面倾斜角θ与最小磁化之间的关系带来的影响进行研究的结果的图表,图6的(e)表示长度L是26mm、且中央区域6的长度是2mm的永磁体的例子,图6的(f)表示长度L是20mm、且中央区域6的长度是8mm的永磁体的例子。如图6的(e)所示,在磁体的长度L是26mm、且中央区域6的长度是2mm的磁体的情况下,最小磁化在端面倾斜角θ是约55°时成为极大。图6的(f)表示在磁体长度L是20mm、且中央区域6的长度P是8mm的磁体的情况下、最小磁化在端面倾斜角θ是约65°时成为极大。并且,针对磁体长度L是25mm的磁体的图6的(b)、(c)、(d)所示的结果表示在端面倾斜角θ是70°时最小磁化成为极大。因而,能够认为最小磁化成为极大的端面倾斜角θ处于55°~70°的范围内。基于这些结果,若将最小磁化成为极大的端面倾斜角θ±10°设为有效的范围来确定端面倾斜角θ的下限值和上限值,则能够说成端面倾斜角θ的范围优选是45°以上且80°以下。若考虑图6的(e)所示的结果中的、马达的平均扭矩,则可以说更优选的是,端面倾斜角θ处于55°~80°的范围。
[稀土类永磁体形成用烧结体的制造方法]
接着,参照图7对图1所示的实施方式的稀土类磁体形成用烧结体1的制造方法进行说明。图7是表示本实施方式的永磁体形成用烧结体1的制造工序的概略图。
首先,利用铸造法制造由预定比率的Nd-Fe-B系合金构成的磁体材料的锭。代表性地,钕磁体所使用的Nd-Fe-B系合金具有以Nd是30wt%、作为电解铁的优选的Fe是67wt%、B是1.0wt%的比例含有的组成。接下来,使用捣碎机或破碎机等公知的手段将该锭粗粉碎成200μm左右的大小。作为代替,将锭溶解,利用带铸法制作薄片,利用氢破碎法进行粗粉化。由此,获得粗粉碎磁体材料粒子115(参照图7的(a))。
接下来,利用由珠磨机116进行的湿式法或使用了气流粉碎机的干式法等对粗粉碎磁体材料粒子115进行微粉碎。例如,在由珠磨机116进行的使用了湿式法的微粉碎中,在溶剂中将粗粉碎磁体粒子115微粉碎成预定范围的粒径(例如0.1μm~5.0μm),使磁体材料粒子向溶剂中分散(参照图7的(b))。之后,利用真空干燥等手段使湿式粉碎后的溶剂所含有的磁体粒子干燥,将干燥后的磁体粒子取出(未图示)。在此,用于粉碎的溶剂的种类并没有特别限制,能够使用异丙醇、乙醇、甲醇等醇、乙酸乙酯等脂类、戊烷、己烷等低级烃类、苯、甲苯、二甲苯等芳香族类、酮类、它们的混合物等有机溶剂,或能够使用液化氩等无机溶剂。在该情况下,优选使用溶剂中不含有氧原子的溶剂。
另一方面,在由气流粉碎机进行的使用干式法的微粉碎中,在(a)氧含量实质上为0%的由氮气、Ar气体、He气体等非活性气体构成的气氛中,或在(b)氧含量是0.0001%~0.5%的由氮气、Ar气体、He气体等非活性气体构成的气氛中,利用气流粉碎机对粗粉碎后的磁体材料粒子115进行微粉碎,成为具有例如0.7μm~5.0μm这样的预定范围的平均粒径的微粒子。在此,氧浓度实质上为0%并不限定于氧浓度完全为0%的情况,是指也可以含有在微粉的表面极其细微地形成氧化覆膜的程度的量的氧。
接着,将被珠磨机116等微粉碎了的磁体材料粒子成形成所期望形状。为了该磁体材料粒子的成形,准备将如上述那样微粉碎后的磁体材料粒子115和粘合剂混合而成的混合物。作为粘合剂,优选使用树脂材料,在粘合剂使用树脂的情况下,优选使用在构造中不含有氧原子、且具有解聚合性的聚合物。另外,为了能够对在如后述那样将磁体粒子和粘合剂的混合物成形成例如梯形形状那样的所期望形状之际产生的混合物的残余物进行再利用、且能够以对混合物进行加热而软化后的状态进行磁场取向,优选使用热塑性树脂。具体而言,恰当地使用包括由以下的一般式(1)所示的单体形成的1种或两种以上的聚合物或共聚物的聚合物。
[化1]
(其中,R1和R2表示氢原子、低级烃基、苯基或乙烯基)
作为符合上述条件的聚合物,存在例如作为异丁烯的聚合物的聚异丁烯(PIB)、作为异戊二烯的聚合物的聚异戊二烯(异戊橡胶、IR)、作为1,3-丁二烯的聚合物的聚丁二烯(丁二烯橡胶、BR)、作为苯乙烯的聚合物的聚苯乙烯、作为苯乙烯和异戊二烯的共聚物的苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物(SIS)、作为异丁烯和异戊二烯的共聚物的丁基橡胶(IIR)、作为苯乙烯和丁二烯的共聚物的苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)、作为苯乙烯和乙烯、丁二烯的共聚物的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS)、作为苯乙烯和乙烯、丙烯的共聚物的苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物(SEPS)、作为乙烯和丙烯的共聚物的乙烯-丙烯共聚物(EPM)、使二烯单体与乙烯、丙烯一起共聚而成的EPDM、作为乙烯的聚合物的聚乙烯、作为丙烯的聚合物的聚丙烯、作为2-甲基-1-戊烯的聚合物的2-甲基-1-戊烯聚合树脂作为2-甲基-1-丁烯的聚合物的2-甲基-1-丁烯聚合树脂、作为α-甲基苯乙烯的聚合物的α-甲基苯乙烯聚合树脂等。另外,作为用于粘合剂的树脂,也可以设为将含有氧原子、氮原子的单体的聚合物或共聚物(例如、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯等)少量含有的构成。而且,也可以是不符合上述一般式(1)的单体的一部分共聚。即使是在该情况下,也可达成本发明的目的。
此外,作为用于粘合剂的树脂,为了恰当地进行磁场取向,期望的是使用在250℃以下软化的热塑性树脂、更具体而言玻化温度或流动开始温度是250℃以下的热塑性树脂。
为了使磁体材料粒子向热塑性树脂中分散,期望的是适量添加分散剂。作为分散剂,期望的是添加醇、羧酸、酮、醚、脂、胺、亚胺、酰亚胺、酰胺、氰、磷系官能团、磺酸、具有双键、三键等不饱和键的化合物、液状饱和烃化合物中的、至少一种。也可以混合使用多种。并且,如后述那样,在对磁体材料粒子和粘合剂的混合物施加磁场而对该磁体材料进行磁场取向时,以对混合物进行加热而粘合剂成分软化后的状态进行磁场取向处理。
作为与磁体材料粒子混合的粘合剂,通过使用满足上述的条件的粘合剂,能够使残存于烧结后的稀土类永磁体形成用烧结体内的碳量和氧量减少。具体而言,能够使在烧结后残存于磁体形成用烧结体内的碳量为2000ppm以下,更优选为1000ppm以下。另外,能够使在烧结后残存于磁体形成用烧结体内的氧量为5000ppm以下,更优选为2000ppm以下。
对于粘合剂的添加量,在对浆或加热熔融后的复合物进行成形的情况下,为了提高作为成形的结果获得的成形体的厚度精度,设为能够恰当地填充磁体材料粒子间的空隙的量。例如粘合剂相对于磁体材料粒子和粘合剂的合计量的比例设为1wt%~40wt%,更优选设为2wt%~30wt%,进一步优选设为3wt%~20wt%。
在以下的实施例中,在将混合物暂且成形成产品形状以外的状态下施加磁场而进行磁场磁体材料粒子的取向,之后进行烧结处理,从而成为例如图1所示的梯形形状那样的、所期望的产品形状。尤其是,在以下的实施例中,在将由磁体材料粒子和粘合剂构成的混合物即复合物117暂且成形成片形状的未烧结(日文:グリーン)成形体(以下称为“生片”)之后,成为用于取向处理的成形体形状。在将混合物特别成形成片形状的情况下,能够采用由在对例如磁体材料粒子和粘合剂的混合物即复合物117进行了加热之后成形成片形状的热熔涂布进行的成形、或、由通过将含有磁体材料粒子、粘合剂以及有机溶剂的浆涂布在基材上、成形成片状的浆涂布等进行的成形。
以下,特别对使用了热熔涂布的生片成形进行说明,但本发明并不限定于那样的特定的涂布法。
如已述那样,通过将粘合剂与由珠磨机116等进行微粉碎后的磁体材料粒子混合,制作由磁体材料粒子和粘合剂构成的粘土状的混合物即复合物117。在此,作为粘合剂,能够如上述那样使用树脂、分散剂的混合物。例如,作为树脂,优选使用由在构造中不含有氧原子、且具有解聚合性的聚合物构成的热塑性树脂,另一方面,作为分散剂,优选添加醇、羧酸、酮、醚、脂、胺、亚胺、酰亚胺、酰胺、氰、磷系官能团、磺酸、具有双键、三键等不饱和键的化合物中的、至少一种。另外,对于粘合剂的添加量,如上述那样添加后的复合物117中的粘合剂相对于磁体材料粒子和粘合剂的合计量的比例成为1wt%~40wt%,更优选成为2wt%~30wt%,进一步优选成为3wt%~20wt%。
在此,优选根据磁体材料粒子的粒径决定分散剂的添加量,推荐的是:磁体材料粒子的粒径越小,添加量越多。作为具体的添加量,相对于磁体材料粒子设为0.1份~10份,更优选设为0.3份~8份。在添加量较少的情况下,分散效果较小,取向性有可能降低。另外,在添加量较多的情况下,有可能污染磁体材料粒子。添加到磁体材料粒子的分散剂附着于磁体材料粒子的表面,使磁体材料粒子分散,成为粘土状混合物,并且,在后述的磁场取向处理中,以辅助磁体材料粒子的转动的方式起作用。其结果,在施加了磁场之际容易地进行取向,使磁体粒子的易磁化轴方向在大致相同方向上一致、即、能够提高取向度。尤其是,在磁体材料粒子与粘合剂混合的情况下,粘合剂存在于粒子表面,因此,磁场取向处理时的摩擦力变高,因此,粒子的取向性有可能降低,添加分散剂的效果更加提高。
优选磁体材料粒子和粘合剂的混合在由氮气、Ar气体、He气体等非活性气体构成的气氛下进行。磁体材料粒子和粘合剂的混合通过将例如磁体材料粒子和粘合剂分别投入搅拌机、利用搅拌机进行搅拌来进行。在该情况下,也可以为了促进混炼性,进行加热搅拌。而且,期望的是磁体材料粒子和粘合剂的混合也在氮气、Ar气体、He气体等非活性气体构成的气氛下进行。另外,特别是在以湿式法对磁体粒子进行了粉碎的情况下,也可以是,不从用于粉碎的溶剂取出磁体粒子,将粘合剂向溶剂中添加而进行混炼,之后使溶剂挥发,获得复合物117。
接下来,通过将复合物117成形成片状,制作前述的生片。在采用热熔涂布的情况下,通过对复合物117进行加热,使该复合物117熔融,在成为具有流动性的状态之后,涂布于支承基材118上。之后,通过散热使复合物117凝固,而在支承基材118上形成纵长片状的生片119。在该情况下,将复合物117加热熔融之际的温度由于所使用的粘合剂的种类、量不同而不同,通常设为50℃~300℃。但是,需要设为比所使用的粘合剂的流动开始温度高的温度。此外,在使用浆涂布的情况下,使磁体材料粒子、粘合剂、和任意但有助于取向的添加剂向大量的溶剂中分散,将浆涂布于支承基材118上。之后,进行干燥而使溶剂挥发,从而在支承基材118上形成纵长片状的生片119。
在此,优选熔融后的复合物117的涂布方式使用狭缝式模具方式或压延辊方式等层厚控制性优异的方式。尤其是,为了实现较高的厚度精度,特别期望的是使用层厚控制性优异的、即、能够在基材的表面涂布高精度的厚度的层的方式即模具方式、逗号涂布方式。例如,在狭缝式模具方式中,利用齿轮泵加压输送加热而成为具有流动性的状态的复合物117而向模具注入,从模具喷出,从而进行涂布。另外,在压延辊方式中,以控制后的量将复合物117向加热后的两根辊的夹持间隙送入,一边使辊旋转,一边在支承基材118上涂布利用辊的热量熔融后的复合物117。作为支承基材118,优选使用例如有机硅处理聚酯膜。而且,优选的是,通过使用消泡剂或进行加热真空脱泡,以所涂布且展开的复合物117的层中不残留气泡的方式充分地进行脱泡处理。或者、不在支承基材118上进行涂布,而是一边利用挤压成型、注塑成形将熔融后的复合物117成型成片状一边向支承基材118上挤出,从而也能够在支承基材118上成形生片119。
在图7所示的实施方式中,使用狭缝式模具120来进行复合物117的涂布。期望的是,在该狭缝式模具方式的生片119的形成工序中,对涂布后的生片119的片材厚度进行实测,通过基于其实测值的反馈控制,对狭缝式模具120与支承基材118之间的夹持间隙进行调节。在该情况下,使向狭缝式模具120供给的流动性复合物117的量的变动尽量降低,抑制成例如±0.1%以下的变动,进一步期望的是,也使涂布速度的变动尽量降低,抑制成例如±0.1%以下的变动。利用这样的控制,能够使生片119的厚度精度提高。此外,所形成的生片119的厚度精度相对于例如1mm这样的设计值设为±10%以内、更优选设为±3%以内、进一步优选设为±1%以内。在压延辊方式中,同样地基于实测值对压延条件进行反馈控制,能够对向支承基材118转印的复合物117的膜厚进行控制。
期望的是生片119的厚度设定于0.05mm~20mm的范围内。若使厚度比0.05mm薄,则为了达成需要的磁体厚度,必须层叠多层,因此,生产率降低。
接着,从利用上述的热熔涂布在支承基材118上形成的生片119制作被切割出与所期望的磁体尺寸相对应的尺寸的加工用薄片123。在本实施方式中,如图8的(a)所示,加工用薄片123是具有与成为最终产品的稀土类永磁体形成用烧结体1中的中央区域6相对应的长度方向长度的直线状区域6a以及与该直线状区域6a的两端连续的圆弧状区域7a、8a的截面形状。该加工用薄片123具有与图的纸面呈直角的方向的宽度尺寸,截面的尺寸和宽度尺寸以估计后述的烧结工序中的尺寸的缩小而在烧结工序后获得预定的磁体尺寸的方式确定。
沿着与直线状区域6a的表面呈直角的方向对图8的(a)所示的加工用薄片123施加平行磁场121。由于该磁场施加,如在图8的(a)中以箭头122所示那样,加工用薄片123所含有的磁体材料粒子的易磁化轴与磁场的方向即厚度方向平行地被取向。具体地说明,加工用薄片123收容于具有与该加工用薄片123相对应的形状的模腔的磁场施加用模具内(未图示),通过进行加热,使加工用薄片123所含有的粘合剂软化。详细而言,将加工用薄片123加热、并使粘合剂软化直到加工用薄片123内所含有的粘合剂的粘度成为1Pa·s~1500Pa·s、更优选成为1Pa·s~500Pa·s为止。由此,磁体材料粒子能够在粘合剂内转动,能够使其易磁化轴在沿着平行磁场121的方向上取向。
在此,用于对加工用薄片123进行加热的温度和时间由于所使用的粘合剂的种类和量的不同而不同,成为例如40℃~250℃,且0.1分钟~60分钟。不管怎样,为了使加工用薄片123内的粘合剂软化,加热温度都需要设为所使用的粘合剂的玻化温度或流动开始温度以上的温度。作为用于对加工用薄片123进行加热的手段,存在由例如热板进行的加热、或将有机硅油那样的热介质用于热源的方式。磁场施加时的磁场的强度设为5000[Oe]~150000[Oe]、优选的是能够设为10000[Oe]~120000[Oe]。其结果,如图8的(a)所示,加工用薄片123所含有的磁体材料结晶的易磁化轴与沿着平行磁场121的方向平行地被取向。也能够设为在该磁场施加工序中对多个加工用薄片123同时施加磁场的结构。为此,使用具有多个模腔的模具、或者、排列多个模具而同时施加平行磁场121即可。对加工用薄片123施加磁场的工序既可以与加热工序同时进行,也可以在进行了加热工序之后且在加工用薄片123的粘合剂凝固之前进行。
接着,将通过图8的(a)所示的磁场施加工序使磁体材料粒子的易磁化轴如箭头122所示那样平行取向后的加工用薄片123从磁场施加用模具取出,移向具有图8的(b)所示的细长的长度方向尺寸的梯形模腔124的最终成形用模具内,成形成烧结处理用薄片125。通过该成形,加工用薄片123成为两端的圆弧状区域7a、8a相对于中央的直线状区域6a呈直线状连续的形状,同时,在两端部形成倾斜面125a、125b。在通过该成形工序形成的烧结处理用薄片125中,中央的直线状区域6a所含有的磁体材料粒子的易磁化轴维持成沿着厚度方向平行地取向的状态,在两端的区域7a、8a中,朝上凸起的形状变形成与中央的直线状区域连续的直线形状,结果如图8的(b)所示,易磁化轴成为向各自的对应区域中的上边会聚的取向。
将磁体材料粒子的易磁化轴如此被取向的取向后的烧结处理用薄片125在调节成大气压、或者、比大气压高的压力或低的压力(例如、1.0Pa或1.0MPa)的非氧化性气氛中以粘合剂分解温度保持几小时~几十小时(例如5小时),从而进行预烧处理。在该处理中,推荐使用氢气气氛或氢与非活性气体的混合气体气氛。在基于氢气气氛进行预烧处理的情况下,预烧中的氢的供给量设为例如5L/min。通过进行预烧处理,粘合剂所含有的有机化合物由于解聚合反应、其他的反应而分解成单体,并能够使其飞散而去除。即、进行使残存于烧结处理用薄片125的碳的量减少的处理即脱碳处理。另外,期望的是预烧处理以残存于烧结处理用薄片125内的碳的量为2000ppm以下、更优选的是1000ppm以下的条件进行。由此,能够利用之后的烧结处理使烧结处理用薄片125的整体致密地烧结,能够抑制残留磁通密度和顽磁力的降低。此外,在将进行上述的预烧处理之际的加压条件设为比大气压高的压力的情况下,期望的是将压力设为15MPa以下。在此,只要加压条件设为比大气压高的压力、更具体而言设为0.2MPa以上,就特别能够期待残存碳量减轻的效果。
粘合剂分解温度能够基于粘合剂分解生成物和分解残渣的分析结果决定。具体而言,推荐选择如下温度范围:对粘合剂的分解生成物进行捕集,不生成单体以外的分解生成物,且在残渣的分析中也没有检测到由残留的粘合剂成分的副反应形成的生成物。粘合剂分解温度由于粘合剂的种类的不同而不同,但优选的是200℃~900℃,更优选的是400℃~600℃,设为例如450℃即可。
在上述的预烧处理中,与一般的稀土类磁体的烧结处理相比较,优选减小升温速度。具体而言,通过将升温速度设为2℃/min以下、例如1.5℃/min,能够获得优选的结果。因而,在进行预烧处理的情况下,如图9所示那样以2℃/min以下的预定的升温速度进行升温,在达到预先设定好的设定温度(粘合剂分解温度)之后,以该设定温度保持几小时~几十小时,从而进行预烧处理。如此地在预烧处理中减小升温速度,从而烧结处理用薄片125内的碳不会被急剧地去除,而被阶段性地去除,因此,能够使残量碳减少到充分的水平,使烧结后的永磁体形成用烧结体的密度上升。即、通过使残留碳量减少,能够使永磁体中的空隙减少。只要如上述那样将升温速度设为2℃/min左右,就能够使烧结后的永磁体形成用烧结体的密度为98%以上(7.40g/cm3以上),能够期待在磁化后的磁体中达成较高的磁体特性。
接下来,进行烧结处理,在该烧结处理中,对由预烧处理预烧后的烧结处理用薄片125进行烧结。作为烧结处理,也能够采用真空中的无加压烧结法,但在本实施方式中,优选采用于在沿着与图的纸面呈直角的方向上进行了单轴加压的状态下对烧结处理用薄片125进行烧结的单轴加压烧结法。在该方法中,向具有与在图8的(b)中以附图标记“124”表示的形状相同的形状的模腔的烧结用模具(未图示)内装填烧结处理用薄片125,合模,一边在与图的纸面呈直角的方向上进行加压一边进行烧结。详细地说明,使用单轴加压烧结,在该单轴加压烧结中,在将由烧结处理用薄片125形成的稀土类永磁体收容到图2所示的磁体插入用槽24时,在成为与转子芯21的轴向同方向的方向上、于在与图的纸面呈直角的方向上对烧结处理用薄片125进行了加压的状态下进行烧结。作为该加压烧结技术,也可以采用例如热压烧结、热等静压(HIP)烧结、超高压合成烧结、气体加压烧结、放电等离子体(SPS)烧结等公知的技术中的任一种。尤其是,优选使用能够沿着单轴方向进行加压且通过通电烧结执行烧结的SPS。此外,在以SPS进行烧结的情况下,优选的是,将加压压力设为例如0.01MPa~100MPa,在几Pa以下的真空气氛中以3℃/分~30℃/分、例如10℃/分的升温速度使温度上升到900℃~1000℃、例如940℃,之后,保持到加压方向的每10秒的变化率变成0为止。该保持时间通常是5分钟左右。接下来进行冷却,再次进行热处理:升温成300℃~1000℃而保持在该温度两个小时。这样的烧结处理的结果,对于烧结处理用薄片125,本发明的稀土类永磁体形成用烧结体1被制造。如此,根据于在与图的纸面呈直角的方向上对烧结处理用薄片125进行了加压的状态下进行烧结的单轴加压烧结法,不用担心对烧结处理用薄片125内的磁体材料粒子赋予的易磁化轴的取向变化。
该稀土类永磁体形成用烧结体1以未磁化的状态插入图2所示的转子芯21的磁体插入用槽24内。之后,对插入到该槽24内的稀土类永磁体形成用烧结体1沿着其中所含有的磁体材料粒子的易磁化轴即C轴进行磁化。具体地说明,以N极和S极沿着转子芯21的周向交替配置的方式对插入到转子芯21的多个槽24的多个稀土类永磁体形成用烧结体1进行磁化。其结果,能够制造永磁体1。此外,稀土类永磁体形成用烧结体1的磁化也可以使用例如磁化线圈、磁化磁轭、电容器式磁化电源装置等公知的手段中的任一者。另外,稀土类永磁体形成用烧结体1也可以在插入槽24之前进行磁化而形成稀土类永磁体,将该磁化后的磁体插入槽24。
之后,通过将定子(未图示)和旋转轴(未图示)等马达构成构件组装于转子,制造所期望的电动马达、例如IPM马达。
如以上详细地说明那样,在本实施方式的稀土类永磁体形成用烧结体1的制造方法中,将磁体材料粉碎成磁体材料的微细粒子,将粉碎后的磁体材料粒子和粘合剂进行混合,从而生成复合物117。并且,将所生成的复合物117成形成片状而制作生片119。之后,将成形后的生片119切割成预定尺寸的薄片,并成形成所期望形状而形成加工用薄片123,通过在厚度方向上对该加工用薄片123施加平行磁场,使磁体材料粒子的易磁化轴在平行磁场的作用下取向,通过使取向处理后的加工用薄片123变形成预定的形状,而成形成产品形状而形成烧结处理用薄片125。之后,在非加压状态下,或在与图的纸面直角的方向的1轴加压状态下进行烧结,从而制造稀土类永磁体形成用烧结体1。在通过对如此获得的永磁体形成用烧结体1进行磁化而制造的稀土类永磁体中,在端部区域中,以易磁化轴指向其表面的磁体材料粒子的密度比中央区域中的磁体材料粒子的密度高的方式会聚。因而,在作为比中央区域易于消磁的区域的端部区域中,能够使磁通密度比中央区域的磁通密度高,因此,即使带来消磁作用的外部磁通作用于磁体,也能够保持所需要的充分的表面磁通密度。其结果,能够防止随着旋转电机的使用而旋转电机的扭矩或发电量降低。另外,只要能够较高地维持耐消磁特性,在保持了需要的耐消磁特性的状态下也能够减少磁体体积,能够实现永磁体的小型化和制造成本的削减。通过使磁体体积减少到例如能够确保需要的耐消磁特性的下限值,能够将永磁体的性能和制造成本的平衡保持在最佳。
另外,不是以永磁体1的整体、而是仅以需要消磁对策的端部区域为对象,易磁化轴以向该区域的表面会聚的方式被取向,因此,能够提高端部区域的磁通密度,另外能够消除由使易磁化轴会聚导致的弊端、例如在远离消磁对象区域的部位产生磁通密度的降低这样的弊端。而且,在除了易磁化轴以向表面会聚的方式被取向后的端部区域以外的区域中,使易磁化轴沿着径向、并行方向取向,因此,能够实现与使用永磁体的旋转电机的种类相应的恰当的取向。
另外,在上述说明的实施方式的方法中,通过对作为混合磁体材料粒子和粘合剂而成的混合物的复合物进行成形,能以易磁化轴朝向期望消磁对策的端部区域的表面恰当地会聚的方式进行取向,因此,在磁化后能够使磁通恰当地集中,能够确保耐消磁性、并且也防止磁通密度的偏差。而且,对与粘合剂的混合物进行成形,因此,与使用压粉成形等的情况相比较,在取向后磁体粒子也不会转动,能够使取向度提高。根据对磁体材料粒子和粘合剂的混合物施加磁场而进行取向的方法,能够适当增加供用于磁场形成的电流流通的绕组的匝数,因此,能够确保进行磁场取向之际的磁场强度较大,且能够以静磁场实施长期的磁场施加,因此,能够实现偏差较少的较高的取向度。并且,只要在取向后对取向方向进行校正,就能够确保高取向且偏差较少的取向。
这样地,能够实现偏差较少的高取向度与由烧结导致的收缩的偏差的降低有关系。因而,能够确保烧结后的产品形状的均匀性。其结果,减轻对烧结后的外形加工的负担,能够期待大幅度地提高量产的稳定性。另外,在进行磁场取向的工序中,对作为磁体粒子和粘合剂的混合物施加磁场,并且,通过使被施加了磁场的混合物变形成成形体,来对易磁化轴的方向进行操作而进行磁场取向,因此,通过使暂且被磁场取向后的混合物进行变形,对取向方向进行校正,能以使易磁化轴向消磁对象区域恰当地会聚的方式进行取向。其结果,能以高取向达成偏差较少的取向。将混合物成形成加工用薄片,在对该加工用薄片施加了磁场之后,使该加工用薄片变形而形成烧结处理用薄片,因此,能够与该变形工序同时地对取向方向进行校正,其结果,能够以单一的工序进行永磁体的成形工序和取向工序,能够使生产率提高。另外,如已述那样,在配置有通过对烧结体1进行磁化而形成的永磁体的旋转电机中,即使赋予消磁作用的外部磁场作用于永磁体1的端部,也能够防止扭矩或发电量降低这样的不良情况。例如,在上述的实施方式中,将永磁体形成用烧结体1的截面设为梯形的形状,但也能够根据所使用的用途而设为其他的形状、例如弓型形状、半圆(日文:蒲鉾)型形状。而且,所实现的磁通密度分布的形状能够根据永磁体的形状或用途适当变更。
另外,本发明也能够适用于将永磁体配置于不是在转子侧、而是在定子侧形成的插入部的旋转电机。而且,并不限于上述的内转子型的旋转电机,也能够适用于外转子型的旋转电机。本发明的永磁体也能够适用于表面磁体型的旋转电机和将永磁体配置成平面状的线性马达。另外,本发明的永磁体除了适用于马达以外,也能够适用于发电机、磁减速器等各种旋转电机、进而也能够适用于除了旋转电机以外的使用永磁体的各种装置。
实施例
〔实施例1〕
按照以下的顺序制作了图1所示的形状的稀土类烧结磁体。
<粗粉碎>
在室温下使氢吸藏于由带铸法获得的、合金组成A(含有Nd:23.00wt%、Pr:6.75wt%、B:1.00wt%、Ga:0.10wt%、Nb:0.2wt%、Co:2.0wt%、Cu:0.10wt%、Al:微量、剩余部分Fe、其他不可避免的杂质)的合金,在0.85MPa下保持了1天。之后,一边以液化Ar进行冷却,一边在0.2MPa下保持1天,从而进行氢破碎而获得了合金粗粉。
<微粉碎>
向100重量份的氢破碎后的合金粗粉混合1.5kg的Zr珠并投入罐容量为0.8L的球磨机(产品名:アトライタ0.8L、NIPPON COKE&ENGINEERING.CO.,LTD制),以500rpm的转速粉碎了两个小时。作为粉碎时的粉碎助剂,添加10重量份的苯,另外,使用了液化Ar作为溶剂。
<混练>
针对100重量份的粉碎后的合金粒子,添加6.7重量份的1-十八炔和57重量份的聚异丁烯(PIB)B150的甲苯溶液(7重量%),利用混合器(装置名:TX-0.5、井上制作所制)在70℃的减压加热搅拌条件下将甲苯去除之后、进而,进行两个小时的混练,制作了粘土状的复合材料。
<磁场取向>
将在该混练工序制作成的复合材料收纳于具有与图12的(a)所示的形状相同的形状的模腔的不锈钢(SUS)制的模具,在形成了第1成形体之后,通过利用超导电磁体线圈(装置名:JMTD-12T100、JASTEC制)从外部施加平行磁场,进行了取向处理。一边施加12T的外部磁场、一边以80℃进行10分钟该取向处理,以与作为最短的边方向的梯形的厚度方向平行的方式施加了外部磁场。在保持于取向处理的温度的状态下,从电磁体线圈取出复合材料,之后,通过施加反向磁场,实施了脱磁处理。一边使强度从-0.2T变化到+0.18T、进一步变化到-0.16T,一边递减到零磁场,从而进行了反向磁场的施加。
<变形工序>
在取向处理后,从取向处理用的模具将成形好的复合材料的成形加工用片材取出,更换成图10(a)所示的、具有比端部圆弧形状浅的端部圆弧形状的模腔的不锈钢(SUS)制的中间成形用模具(图10(b)),一边加温成60℃一边加压,进行了变形处理。进而,将成形好的该成形加工用片材取出,更换成具有图10(c)所示的形状的模腔的不锈钢(SUS)制的最终成形模具,一边加温成60℃一边进行加压,进行了变形。在变形后,将复合材料的片材从SUS模具取出,插入到具有与图10(c)相同形状的模腔的石墨模具。石墨模具的模腔的宽度方向尺寸、即、与图10(c)的纸面正交的方向上的尺寸比成型好的梯形形状复合物的宽度方向尺寸大20mm左右,以位于模腔的中央部的方式插入了复合材料。在石墨模具预先涂敷有BN(氮化硼)粉末作为起模材料。
<脱油工序>
在真空气氛下对插入到石墨模具的复合物进行脱油处理。作为排气泵,使用旋转式泵,以0.9℃/min的升温速度从室温升温到100℃,在100℃的温度下保持40h。利用该工序,能够通过挥发将取向润滑剂、增塑剂那样的油成分去除。
<预烧(脱碳)工序>
在0.8Mpa的氢加压气氛下对变形后的成形加工用片材进行了脱碳处理。在该处理中,以6.3℃/min的升温速度从室温升温到400℃,在400℃的温度下保持两个小时。该处理中的氢流量是2L/min~3L/min。
<烧结>
在脱碳工序后,将具有与图10(c)相同的截面形状的石墨制的压模插入石墨模具,通过对该压模施加加压力,进行了真空气氛下的加压烧结。加压方向是与易磁化轴的取向方向垂直的方向、即、与复合材料片材的宽度方向平行的方向。在进行烧结之际,一边施加50kgf的加压力作为初始载荷,一边以22.7℃/min的升温速度升温到700℃,之后,在50kgf的加压下,以8.3℃/min的升温速度升温到作为最终烧结温度的950℃,在950℃的温度下保持5min。
<退火>
在花费0.5小时将利用烧结工序获得的烧结体从室温升温到500℃之后,以500℃保持1小时,之后进行骤冷,从而进行退火,获得了稀土类磁体形成用烧结体。
<取向轴角度的测定>
在利用SiC纸的研磨、抛光轮的研磨、以及铣削对烧结体的表面实施了表面处理后,利用具备EBSD检测器(装置名:AZtecHKL EBSD NordlysNano Integrated、OxfordInstruments制)的SEM(装置名:JSM-7001F、日本电子制)测定了所获得的烧结体中的易磁化轴的取向轴角度。作为替代,该测定也能够使用具备EDAX社制的EBSD检测器(HikariHigh Speed EBSD Detector)的扫描电子显微镜(ZEISS社制SUPRA40VP)。此外,以35μm的视角、0.2μm间距进行了EBSD的分析。为了使分析精度提高,对具有至少30个烧结粒子的区域进行了分析。
在实施例1中,将作为烧结体的梯形磁体在宽度方向的中央切断,在作为其截面的长度方向截面中进行测定。将测定部位表示在图11中。沿着该截面的厚度方向的中央,在左侧距长度方向中央12mm的位置(a)、左侧距长度方向中央10mm的位置(b)、左侧距长度方向中央8mm的位置(c)、左侧距长度方向中央6mm的位置(d)、左侧距长度方向中央4mm的位置(e)、左侧距长度方向中央2mm的位置(f)、长度方向中央的位置(g)、右侧距长度方向中央2mm的位置(h)、右侧距长度方向中央4mm的位置(i)、右侧距长度方向中央6mm的位置(j)、右侧距长度方向中央8mm的位置(k)、右侧距长度方向中央10mm的位置(l)、右侧距长度方向中央的12mm的位置(m)合计12处进行了测定。
在各测定位置处,将易磁化轴即结晶C轴(001)以最高频度朝着的方向设为该位置处的取向轴角度。如图12所示,在梯形底面设定由A2轴和与其正交的A3轴向构成的正交坐标,将包括该正交坐标在内的面设为基准面,在厚度方向上设定与该A2轴和A3轴正交的A1轴,求出来从A1轴向A3轴方向的取向轴的偏离角α、以及从A1轴向A2轴方向的取向轴的偏离角θ+β。
在包括A1轴和A2轴在内的平面中,在任一分析位置处,易磁化轴的预定的取向方向都位于包括该A1轴和A2轴在内的平面内。因而,倾斜角α成为相对于易磁化轴的预定的取向方向的位移量、即“偏离角”。另外,与角β相关联地使用的角θ是任意的分析位置处的、设计好的易磁化轴的取向方向与A1轴之间的角度,因而,角β是该分析位置处的相对于取向轴的预定取向方向的位移量、即“偏离角”。将所获得的实施例1的评价结果表示在表1中。
[表1]
在中央区域(测定部位e、f、g、h、i)中,该中央区域所含有的磁体材料粒子的易磁化轴在相对于沿着宽度方向延伸的烧结体部分的一表面实质上呈直角的方向上取向,在第1端部区域和第2端部区域的一者或两者中,该区域所含有的磁体材料粒子的易磁化轴在以指向该一表面的磁体材料粒子的密度比中央区域的该密度高的方式进行会聚的方向上取向(测定部位a、b、c、d、j、k、l、m)。
可知:作为相对于作为取向轴角度的设计值的θ的“偏离角”的β在任一测定位置都小,成为设计那样的取向轴角度(图13)。
稀土类永磁体形成用烧结体中的、中央区域的长度方向尺寸P与所述第1表面的长度方向尺寸L之比P/L为0.32。另外,长度方向端面与第1表面之间的角度为70°,在与长度方向两端面相邻的位置处易磁化轴以沿着端面的倾斜角的方式相对于该第1表面倾斜。
另外,通过对稀土类永磁体形成用烧结体的端面进行研磨,也能够使与端面相邻的位置处的易磁化轴的倾斜角与端面的倾斜角实质上相同。
附图标记的说明
1、101、稀土类永磁体形成用烧结体;2、102、上边;3、103、下边;4、5、104、105、端面;6、106、中央区域;7、8、107、108、端部区域;20、电动马达;21、转子芯;21a、周面;22、气隙;23、定子;23a、齿;23b、励磁线圈;24、磁体插入用槽;24a、直线状中央部分;24b、倾斜部分;30、稀土类磁体;117、复合物;118、支承基材;119、生片;120、狭缝式模具;123、加工用薄片;125、烧结处理用薄片;C、易磁化轴;θ、倾斜角。

Claims (10)

1.一种稀土类永磁体形成用烧结体,其含有磁体材料粒子,该磁体材料粒子含有稀土类物质,该稀土类永磁体形成用烧结体具有:第1表面,其沿着长度方向延伸;第2表面,其位于在厚度方向上与该第1表面隔开间隔的位置,并沿着长度方向延伸;以及长度方向两端部的端面,该稀土类永磁体形成用烧结体是该磁体材料粒子一体地烧结成形成具有通过该两端面分别从该第1表面的长度方向端部向长度方向外方倾斜而使该第1表面的长度比所述第2表面的长度短的长度方向截面形状的预定的立体形状而成的,该稀土类永磁体形成用烧结体的特征在于,
该稀土类永磁体形成用烧结体被至少划分成长度方向的中央区域、以及位于该中央区域的两侧的第1端部区域和第2端部区域,
在所述中央区域中,该中央区域所含有的所述磁体材料粒子成为其易磁化轴在相对于沿着所述长度方向延伸的烧结体部分的所述第1表面实质上呈直角的方向上取向的并行取向,
所述第1端部区域和所述第2端部区域各自所含有的所述磁体材料粒子的易磁化轴设为以如下方式进行会聚的取向:在与所述端面相邻的位置处,以沿着所述端面的倾斜角的方式相对于所述第1表面倾斜而指向所述第1表面,在与所述中央区域相邻的位置处,以成为相对于所述第1表面实质上呈直角的方向的方式指向该第1表面,在所述端面与所述中央区域之间,以从所述端面朝向所述中央区域逐渐增加的倾斜角指向所述第1表面,
将所述中央区域的长度方向尺寸设为P,将所述第1表面的长度方向尺寸设为L,尺寸P和尺寸L之比P/L是0.05~0.8。
2.根据权利要求1所述的稀土类永磁体形成用烧结体,其特征在于,
所述第1端部区域和所述第2端部区域各自的所述端面以该端面的延长线与所述第1表面之间的角度处于45°~80°的范围内的方式相对于该第1表面倾斜。
3.根据权利要求1所述的稀土类永磁体形成用烧结体,其特征在于,
所述第1端部区域和所述第2端部区域各自的所述端面以该端面的延长线与所述第1表面之间的角度处于55°~80°的范围内的方式相对于该第1表面倾斜。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的稀土类永磁体形成用烧结体,其特征在于,
所述比P/L是0.2~0.5。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的稀土类永磁体形成用烧结体,其特征在于,
所述比P/L是0.3~0.4。
6.根据权利要求1~3中任一项所述的稀土类永磁体形成用烧结体,其特征在于,
所述磁体材料是Nd-Fe-B系磁体材料。
7.一种稀土类永磁体,其是使权利要求1~6中任一项所述的稀土类永磁体形成用烧结体磁化而形成的。
8.一种旋转机,其具有以隔着具有与旋转轴平行的中心轴线的大致圆筒状的气隙与定子相对的方式旋转自如地配置于所述定子内的转子芯,其特征在于,
在所述转子芯的沿着周向隔开间隔的多个位置,以沿着轴向延伸的方式形成有多个具有长度方向尺寸和厚度方向尺寸的长度方向截面形状的槽,在各所述槽内配置有权利要求7所述的稀土类永磁体。
9.根据权利要求8所述的旋转机,其特征在于,
所述槽分别具有比配置于该槽内的所述稀土类永磁体的长度方向尺寸大的长度方向尺寸,在配置于该槽内的所述稀土类永磁体的两端部利用该槽形成有空隙部。
10.根据权利要求9所述的旋转机,其特征在于,
所述空隙部相对于收容所述磁体的槽部分向所述气隙的方向倾斜。
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