CN108696015A - 电动机 - Google Patents

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CN108696015A CN201810292317.5A CN201810292317A CN108696015A CN 108696015 A CN108696015 A CN 108696015A CN 201810292317 A CN201810292317 A CN 201810292317A CN 108696015 A CN108696015 A CN 108696015A
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岩崎信
日高彻也
加藤英治
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Abstract

本发明提供一种包含永久磁铁的电动机，并设定为位于电动机的内部且成为高温的高温部分的高温侧永久磁铁部分的矫顽力比位于电动机的内部且温度比高温侧永久磁铁部分低的低温部分的低温侧永久磁铁部分的矫顽力高。

Description

电动机
技术领域
本发明涉及电动机。
背景技术
作为使用了永久磁铁的电动机中的永久磁铁，可得到较高的磁特性，因此，广泛使用稀土永久磁铁。特别是广泛使用R-T-B系永久磁铁。
但是，当驱动使用了永久磁铁的电动机时，在永久磁铁内产生涡电流，由于由涡电流产生的焦耳热，永久磁铁的温度上升。而且，稀土永久磁铁、特别是R-T-B系永久磁铁的矫顽力的温度系数较大，因此，高温下容易退磁。因此，在作为永久磁铁使用稀土永久磁铁、特别是R-T-B系永久磁铁的情况下，涡电流的产生引起的电动机的性能的降低较大。
通过使用矫顽力较高的永久磁铁，能够提高电动机的性能。但是，为了得到矫顽力较高的永久磁铁，需要采用增大原料费或工程负荷等的方法，导致永久磁铁的成本增加，进而电动机的成本增加。
作为解决上述问题的方法，例如，专利文献1中记载有一种方法，通过分割永久磁铁，并在永久磁铁彼此之间夹入绝缘层，从而抑制涡电流的产生，以降低焦耳热的产生。另外，专利文献2中记载有一种设计冷却电动机内部的制冷剂的路径从而强化冷却的方法。
专利文献1：日本特开2000-324736号公报
专利文献2：日本特开2016-12979号公报
发明内容
鉴于这种实际状况，本发明的目的在于，得到一种高性能且低成本的电动机。
用于解决技术问题的方案
为了达成上述目的，本发明提供一种电动机，其特征在于，该电动机包含永久磁铁，且设定为位于上述电动机的内部且成为高温的高温部分的高温侧永久磁铁部分的矫顽力比位于所述电动机的内部且温度比上述高温侧永久磁铁部分低的低温部分的低温侧永久磁铁部分的矫顽力高。
本发明的电动机通过具有上述的特征，从而成为低成本且高性能的电动机。
本发明的电动机可以为，上述高温侧永久磁铁部分的矫顽力与上述低温侧永久磁铁部分的矫顽力之差为80kA/m以上。
本发明的电动机可以为，上述永久磁铁在一个个体内具有矫顽力分布。
本发明的电动机可以为，上述高温侧永久磁铁部分及上述低温侧永久磁铁部分包含于同一个体的永久磁铁。
本发明的电动机可以为，在使用时在上述永久磁铁内产生5℃以上的温度差。
本发明的电动机可以为，上述永久磁铁为稀土磁铁。
本发明的电动机可以为，上述永久磁铁为R-T-B系磁铁。
本发明的电动机可以为，具有冷却上述电动机的内部的冷却机构，上述冷却机构具有制冷剂，存在上述制冷剂与上述永久磁铁的距离成为10mm以内的部位。
本发明的电动机可以为，上述制冷剂为油。
本发明的电动机也可以是IPM电动机。
附图说明
图1A是本发明的一个实施方式所涉及的IPM电动机的概略图；
图1B是从与图1A的旋转轴的轴向垂直的方向观察的转子的概略图以及表示永久磁铁的温度分布及矫顽力分布的图表；
图1C是本发明的一个实施方式的SPM电动机的概略图；
图1D是从与图1C的旋转轴的轴向垂直的方向观察的转子的概略图；
图2A是实施例1中的IPM电动机的概略图；
图2B是从与图2A的旋转轴的轴向垂直的方向观察的转子的概略图以及表示永久磁铁的温度分布及矫顽力分布的图表；
图3是实施例2的烧结体的概略图；
图4是实施例2的永久磁铁的50mm×21mm的面的概略图；
图5是实施例3的成型体的概略图；
图6是实施例3的永久磁铁的50mm×21mm的面的概略图；
图7是实施例4的烧结体的概略图；
图8是实施例4的永久磁铁的50mm×21mm的面的概略图。
符号说明
1……IPM电动机；2……转子；2a……转子铁芯；
2b……转子表面；3……定子；3a……定子铁芯；4……旋转轴；
5……永久磁铁；5a……低矫顽力磁铁；5b……高矫顽力磁铁；
6……线圈；7……转子与定子之间的空隙；8……制冷剂路径；
8a……形成于转子内部的制冷剂路径；
8b……形成于转子表面的制冷剂路径；
10……烧结体；15……烧结体；15a……低稀土区域；
15b……高稀土区域；15a1、15b1……矫顽力测定部分；
20……成型体；20a……微粉A区域；20b……微粉B区域；
20a1、20b1……矫顽力测定部分；30……烧结体；
30a……低稀土区域；30b……高稀土区域；
30a1、30b1……矫顽力测定部分；100……SPM电动机；
具体实施方式
以下，基于图1A及图1B所示的实施方式说明本发明。
本实施方式的电动机1是由转子2、定子3及旋转轴4构成的电动机。
转子2具备转子铁芯2a，在转子铁芯2a内部的槽(未图示)中埋入有永久磁铁5。在转子2的两端具有端板(未图示)，构成转子表面2b。转子2的槽利用端板密封。此外，如果永久磁铁的固定强度充分，则密封槽的端板不是必需的。
定子3具备定子铁芯3a及线圈6。转子2和定子3经由转子与定子之间的空隙7配置。此外，也可以如后述那样，使制冷剂通过转子与定子之间的空隙7。
转子2通过由冷却机构供给的制冷剂进行冷却。另外，定子3也与转子2同样进行冷却。
冷却机构也可以是配置于电动机外部的散热器等的热交换器。在该情况下，从热交换器供给的制冷剂通过形成于后述的转子表面的制冷剂路径8b、形成于转子与定子之间的空隙7和/或后述的转子内部的制冷剂路径8a，由此，冷却电动机内部，并再次向电动机外部的热交换器输运。
制冷剂的种类没有特别限制，只要选定对转子2及定子3发挥适当的冷却功能的制冷剂即可。例如可以是油，具体而言，可以使用冷却油。例如，可以使用矿物油、化学合成油等。另外，制冷剂不仅为液体，也可以将空气等的气体用作制冷剂。
为了进一步提高冷却效果，优选在转子2的内部在不对IPM电动机1的特性造成影响的范围内设置制冷剂通过的制冷剂路径8(形成于转子内部的制冷剂路径8a)，在转子2的表面在不对IPM电动机1的特性造成影响的范围内设置制冷剂通过的制冷剂路径8(形成于转子表面的制冷剂路径8b)。另外，制冷剂路径8优选在可以的范围内接近永久磁铁5。通过制冷剂路径8的制冷剂与永久磁铁5的距离变近，冷却效率变高。更优选以制冷剂路径8与永久磁铁5之间的距离成为10mm以内的方式进行设计。
另外，制冷剂和永久磁铁也可以不经由制冷剂路径8而直接接触。在该情况下，能够进一步提高冷却效果。另外，设置制冷剂路径的部位不仅限定于转子内部及转子表面，也可以在旋转轴内部设置制冷剂路径，也可以设为从旋转轴内部的制冷剂路径向形成于转子内部的制冷剂路径8a及形成于转子表面的制冷剂路径8b供给制冷剂的结构。
永久磁铁5通过树脂(未图示)等固定于转子铁芯2a内部的槽(未图示)中。固定的方法不仅限定于树脂。例如，也可以通过永久磁铁本身的磁力或焊接进行固定。
从冷却效率的观点来看，优选树脂的厚度较薄，也可以低于1mm，也可以低于100μm。树脂的种类没有特别限定，但为了提高后述的冷却效果，优选选择热传导率更高的树脂。室温下的热传导率可以超过0.2[W/m·K]，例如可举出使填料分散得到的环氧树脂等。另外，为了抑制后述的涡电流，树脂的电阻率优选为1×105[Ω·m]以上。
作为分散的填料，优选热传导率较高的物体。室温下的热传导率可以超过1[W/m·K]，例如具有二氧化硅、氧化铝等。另外，在室温下，热传导率可以超过100[W/m·K]，例如有碳、Al等。
固定于转子铁芯2a内部的槽中的永久磁铁5的配置没有特别限制，根据期望的电动机特性决定即可。为了得到更良好的电动机特性，优选以永久磁铁5配置于容易被冷却的部位的方式设计转子铁芯2a。
转子铁芯2a的材质没有特别限制，但优选由硅钢板构成。在使用硅钢板的情况下，可以通过在硅钢板设置成为槽的孔并重叠多张，由此，能够制作转子铁芯2a。此时的硅钢板的每一张的厚度也没有特别限制，从容易进行温度控制的观点出发，优选设为0.25mm以上且0.50mm以下。另外，热传导率优选越高越好，可以超过10[W/m·K]。
可以对永久磁铁5实施表面处理。例如可以通过镀敷、树脂包覆、氧化处理或化成处理等形成覆膜。此时的覆膜优选热传导率较高，热传导率可以为0.2[W/m·K]以上。覆膜的厚度可以为0.1μm以上且500μm以下。覆膜的厚度越厚，越提高永久磁铁5的耐腐蚀性，有抑制永久磁铁5的腐蚀的倾向。另一方面，覆膜的厚度越薄，越能够防止覆膜对热传导的阻碍，处于能够适当地维持由冷却机构产生的永久磁铁的冷却效果。即，如果是具有充分的耐腐蚀性的永久磁铁，则考虑提高冷却效率，有时也优选进一步减薄覆膜，有时也优选没有覆膜。
例如，在形成于转子内部的制冷剂路径8a与永久磁铁5之间介设转子铁芯2a(或端板)、树脂等的永久磁铁固定部件和/或形成于永久磁铁5的表面的覆膜等。在该情况下，当将转子内部的制冷剂路径8a与永久磁铁5之间的热的传递容易度设为X，将转子铁芯2a的热传导率设为A1[W/m·K]，将存在于制冷剂路径8a与永久磁铁5之间的转子铁芯2a的厚度设为a1[m]，将永久磁铁固定部件的热传导率设为A2[W/m·K]，将永久磁铁固定部件的厚度设为a2[m]，将形成于永久磁铁5的表面的覆膜的热传导率设为A3[W/m·K]，将形成于永久磁铁5的表面的覆膜的厚度设为a3[m]时，X以下述式(1)表示。
1/X＝(a1/A1)+(a2/A2)+(a3/A3)……式(1)
X的单位为[W/m2·K]。此外，A1、A2、A3、a1、a2及a3未必必须根据上述的定义，能够利用存在于形成在转子内部的冷却路径8a与永久磁铁5之间的介设物而适宜设定。在存在上述以外的介设物的情况下，将其厚度和热传导率的商作为(a4/A4)，(a5/A5)，……进行添加。相反，在介设物的数目较少的情况下，有时也为1/X＝(a1/A1)，有时也为1/X＝(a1/A1)+(a2/A2)。
另外，在形成于转子表面的制冷剂路径8b与永久磁铁5之间，在转子与定子之间的空隙7和永久磁铁5之间，同样也可以算出上述X。
本实施方式中，从提高冷却效率的观点出发，优选X≥1000[W/m2·K]的部位至少有一处以上。
本实施方式中，如以下方式能够兼得高电动机特性和低成本。
通常，向形成于转子表面的制冷剂路径8b供给制冷剂，因此，IPM电动机1中，制冷剂路径8b的附近成为近似于制冷剂温度的温度。通常以制冷剂的温度成为20℃以上且80℃以下的程度的方式利用热交换器(散热器等)进行控制。另一方面，根据使用用途不同，IPM电动机1的内部且距制冷剂路径8b的距离较大的部分有时温度上升至100℃以上且200℃以下的程度。即，距制冷剂路径8b的距离较大，因此，存在IPM电动机1的内部且成为高温的高温部分和温度比上述高温部分低的低温部分。
在此，永久磁铁5中存在位于IPM电动机1的内部且成为高温的高温部分的高温侧永久磁铁部分、位于温度比上述高温侧永久磁铁部分低的低温部分(本实施方式中，制冷剂路径8b的附近)的低温侧永久磁铁部分。低温侧永久磁铁部分中的永久磁铁5的温度比高温侧永久磁铁部分中的永久磁铁5的温度低。在此，通常温度越高，永久磁铁5的矫顽力越降低。即，在使用现有的永久磁铁5制作IPM电动机1的情况下，在使用IPM电动机1时，靠近制冷剂路径8b的低温侧永久磁铁部分的矫顽力变高。
但是，即使靠近制冷剂路径8b的部分，即低温侧永久磁铁部分的矫顽力较高，对IPM电动机1的电动机特性造成的影响也较小。因此，对于低温侧永久磁铁部分，即使置换为更低矫顽力的永久磁铁，也能够较高地维持IPM电动机1的电动机特性。在此，通常永久磁铁的矫顽力越低，成本也越低。因此，在永久磁铁5中的低温侧永久磁铁部分，通过置换为更低的矫顽力的永久磁铁，从而能够实现高电动机特性且低成本的IPM电动机1。
在较高地维持IPM电动机1的电动机特性的状态下，能够将永久磁铁5置换为低矫顽力的磁铁的比例可以通过在使用IPM电动机1时，埋入转子2的内部的永久磁铁5中产生的温度分布来进行决定。具体而言，能够在永久磁铁5中温度更低的部分，置换成更低矫顽力(低成本)的磁铁。因此，在使用IPM电动机1时，在永久磁铁5中产生较大的温度差的情况下，即高温侧永久磁铁部分与低温侧永久磁铁部分的温度差较大的情况下，容易更低成本化。
另外，矫顽力和剩余磁通密度通常是相反的特性。即，矫顽力越高则剩余磁通密度处于越低的倾向。相反，矫顽力越低则剩余磁通密度处于越高的倾向。因此，将永久磁铁5的低温侧永久磁铁部分进行低矫顽力化，相对应作为永久磁铁5的整体能够高剩余磁通密度化。而且，通过永久磁铁5的矫顽力分布的设计，可以提高IPM电动机1的输出，并得到更高的电动机特性。
在使用IPM电动机1时，优选在永久磁铁5的高温侧永久磁铁部分与低温侧永久磁铁部分之间产生至少5℃以上的温度差，更优选产生10℃以上的温度差。根据设计的磁导率，在使用IPM电动机时，在低温侧永久磁铁部分的温度比高温侧永久磁铁部分低5℃的部分，能够使用于低温侧永久磁铁部分的永久磁铁的室温下的矫顽力比能够使用于高温侧永久磁铁部分的永久磁铁的室温下的矫顽力可以降低大致80kA/m。
此外，对设置于转子铁芯2a的一个槽插入的永久磁铁5可以由一个个体的永久磁铁构成，也可以由多个个体的永久磁铁构成。
对设置于转子铁芯2a的一个槽插入的永久磁铁5仅由一个个体的永久磁铁构成的情况下，必须在该永久磁铁的一个个体内存在矫顽力分布。优选该矫顽力分布成为与在使用IPM电动机1时产生的温度分布相同的分布。
在一个个体的永久磁铁内部施加矫顽力分布的方法没有限制，例如只要选定成本最小的方法即可。例如可举出如下方法，即，通过使重稀土元素(例如Dy，Tb等)在永久磁铁中进行晶界扩散，从而提高晶界扩散的部分的矫顽力。另外，作为其它例子，可举出如下方法，即，准备在成型前矫顽力不同的多种磁性粉末，向设为低矫顽力的部分(低温侧永久磁铁部分)填充低矫顽力的磁性粉末，向设为高矫顽力的部分(高温侧永久磁铁部分)填充高矫顽力的磁性粉末进行成型并烧结。另外，作为其它例子，可举出如下方法，即，通过实施长时间烧结，使稀土成分液相化，通过表面张力的作用等，在永久磁铁内部产生组成的偏差，制作具有矫顽力分布的永久磁铁。
在永久磁铁5由多个个体的永久磁铁构成的情况下，将多个个体的永久磁铁插入一个槽中。相邻地插入一个槽内的永久磁铁间的电阻为了防涡电流对策而优选设为1Ω以上。
优选以矫顽力分布成为与在使用IPM电动机1时产生的温度分布相同的分布的方式，配置矫顽力相互不同的多个个体的永久磁铁。另外，也可以通过在各永久磁铁间夹持绝缘层，从而实施防涡电流对策。
用作永久磁铁5的永久磁铁的种类没有特别限制。如果考虑特性和成本的平衡，则优选使用稀土磁铁，其中，优选使用R-T-B系永久磁铁。其中，R为1种以上的稀土元素，T为以Fe或Fe和Co为必须的1种以上的过渡金属元素，B为硼。另外，也可以将硼的一部分置换成碳。
以下，说明作为用作本实施方式的永久磁铁5的R-T-B系永久磁铁的一种的R-T-B系烧结磁铁的制造方法，对于没有特别说明的事项，使用公知的方法即可。另外，R-T-B系烧结磁铁的制造方法不限定于下述的方法。
本实施方式的R-T-B系烧结磁铁可通过通常的粉末冶金法进行制造，该粉末冶金法具有：制备原料合金的制备工序；粉碎上述原料合金而得到原料微粉末的粉碎工序；将上述原料微粉末进行成型而制作成型体的成型工序；烧结上述成型体而得到烧结体的烧结工序；及对上述烧结体实施时效处理的热处理工序。
制备工序是制备具有本实施方式的稀土磁铁所包含的各元素的原料合金的工序。首先，准备具有规定的元素的原料金属等，使用这些原料金属进行薄带连铸法等。由此，能够制备原料合金。作为原料金属等，例如可举出：稀土金属或稀土合金、纯铁、硼铁合金、碳、或它们的合金。使用这些原料金属等，制备可得到具有期望的组成的稀土磁铁那样的原料合金。
作为制备方法的一例，说明薄带连铸法。薄带连铸法中，将熔融金属流入中间包，从中间包进一步向内部被水冷的旋转的铜辊上流动使上述原料金属等熔解后的熔融金属，使其冷却凝固，凝固时的冷却速度可通过调节熔融金属的温度、供给量、冷却辊的转速来控制至期望的范围。上述凝固时的冷却速度优选根据要制作的稀土磁铁的组成等的条件进行适宜设定，优选可以以500℃/秒以上且11000℃/秒以下进行。
粉碎工序是将制备工序中得到的原料合金进行粉碎而得到原料微粉末的工序。该工序优选通过粗粉碎工序及微粉碎工序的两个阶段进行，也可以设为仅微粉碎工序的一个阶段。
粗粉碎工序能够使用例如捣碎机、颚式破碎机、布朗研磨机等，在惰性气体氛围中进行。也可以进行氢吸附粉碎。氢吸附粉碎是在使原料合金吸附氢之后进行脱氢的粉碎方法。粗粉碎工序中，将原料合金粉碎至成为粒径D50为数百μm以上且数mm以下程度的粗粉末。
微粉碎工序将粗粉碎工序中得到的粗粉末(在省略粗粉碎工序的情况下为原料合金)进行微粉碎，制备粒径D50为数μm程度的原料微粉末。原料微粉末的平均粒径只要考虑烧结后的晶粒的生长程度进行设定即可。微粉碎能够使用例如气流粉碎机来进行。
在微粉碎之前可以添加粉碎助剂。通过添加粉碎助剂，改善粉碎性，从而使成型工序中的磁场取向变得容易。粉碎助剂的种类没有特别限制。例如可举出油酸酰胺、月桂酸酰胺等。粉碎助剂的添加量也没有特别限制。例如可设为0.05wt％以上且0.2wt％以下。
成型工序是将原料微粉末在磁场中成型而制作成型体的工序。具体而言，通过将原料微粉末填充至配置于电磁铁中的模具内之后，通过电磁铁施加磁场，一边使原料微粉末的结晶轴进行取向，一边对原料微粉末进行加压，从而进行成型，由此，制作成型体。该磁场中的成型在例如1000kA/m以上且1600kA/m以下的磁场中以30MPa以上且300MPa以下的压力进行即可。
烧结工序是烧结成型体而得到烧结体的工序。上述磁场中的成型后，将成型体在真空或惰性气体气氛中烧结，能够得到烧结体。烧结条件根据成型体的组成、原料微粉末的粉碎方法、粒度等的条件适当设定即可。
热处理工序是将烧结体进行时效处理的工序。热处理只要在500℃以上900℃以下的温度范围内进行即可，可以分成两个阶段进行。另外，热处理后的冷却速度没有特别限制。另外，后述的晶界扩散时的热处理也可以兼备上述热处理工序。
本实施方式中，也可以具有使重稀土元素相对于上述烧结体进行晶界扩散的工序。特别是在插入一个槽的永久磁铁5仅由一个永久磁铁构成的情况下，在一个永久磁铁中施加矫顽力分布时，使重稀土元素进行晶界扩散是有效的。
晶界扩散首先可根据需要在实施了前处理的烧结体的表面附着重稀土元素。前处理的内容没有特别限制。例如可举出用公知的方法实施蚀刻后，进行清洗、干燥的前处理。
重稀土元素的附着对提高矫顽力的部分及其附近进行。附着重稀土元素的方法没有特别限制。例如有使用：蒸镀、溅射、电沉积、喷雾涂布、毛刷涂布、分配器(dispenser)、喷嘴、丝网印刷、刮胶印刷(squeegee printer)、片材加工法等的方法。
通过在附着重稀土元素后进行热处理，可以实施晶界扩散。由此，能够进一步提高最终得到的R-T-B系烧结磁铁的矫顽力，特别是附着了重稀土元素的部位的矫顽力。
晶界扩散时的热处理条件没有特别限制。通常在真空或惰性气体中实施热处理。热处理温度及热处理时间也没有特别限制。例如只要以800℃以上且1000℃以下进行12小时以上且100小时以下的热处理即可。另外，也可以在热处理后以400℃以上且700℃以下进行1小时以上且6小时以下的时效处理。
通过以上的工序得到的R-T-B系烧结体也可以实施镀敷或树脂覆膜或氧化处理、化成处理等的表面处理。
本实施方式的IPM电动机1的制造方法没有特别限制，能够使用公知的方法。
另外，本实施方式的R-T-B系永久磁铁不限定于通过进行烧结而制造的R-T-B系烧结磁铁。例如，也可以是替代烧结，进行热成型及热加工而制造的R-T-B系永久磁铁。
对于通过在室温下将原料粉末进行成型而得到的冷成型体，在热的情况下加压进行热成型时，残存于冷成型体的气孔减少，不管烧结均能够致密化。另外，对于通过热成型而得到的成型体，通过作为热加工进行热挤压加工，由此，能够得到具有期望的形状且具有磁各向异性的R-T-B系永久磁铁。
另外，本实施方式的IPM电动机1的用途没有特别限制。例如除了空调等的压缩机以外，也能够用于汽车(特别是HV、HEV、FCV等)的压缩机。
以上，说明了图1A及图1B所示的IPM电动机1的情况，但本发明不限定于IPM电动机。例如也可以是SPM电动机、线性电动机、永久磁铁直流电动机、音圈电动机、振动电动机等的电动机，如果电动机内具有温度分布，则能够应用。
上述的电动机中，对于SPM电动机，一边使用附图与IPM电动机比较一边进行说明。没有特别记载的事项与本实施方式的IPM电动机一样。
图1C所示的SPM电动机100的永久磁铁5的位置与图1A所示的IPM电动机1的永久磁铁5的位置不同。IPM电动机1中，成为永久磁铁5埋入于转子2的内部的形式，与之相对，SPM电动机100中，成为永久磁铁5贴附于转子2的外侧的形式。
另外，如图1C及图1D所示，即使是SPM电动机100，也与IPM电动机1一样，利用形成于转子表面的制冷剂路径8b、转子与定子之间的空隙7及形成于转子内部的制冷剂路径8a进行转子2的冷却。
IPM电动机1特别适用于要求较高的转速的用途。例如，特别适用于空调的压缩机及汽车的驱动用电动机等。与之相对，SPM电动机100特别适用于要求较精密的动作的用途。例如，特别适用于助力转向装置、伺服电动机等。
实施例
以下，参照实施例及比较例更详细地说明本发明的内容，但本发明不限定于这些实施例。
(实验例1)
制作图2A及图2B所示的IPM电动机1。在转子内部设置有多个制冷剂路径8a，在转子表面也设置有制冷剂路径8b。作为冷却机构，使用了散热器(热交换器)。散热器设置于IPM电动机1的外部。IPM电动机1的永久磁铁5通过从散热器供给的制冷剂，由形成于转子表面的制冷剂路径8b、转子与定子之间的空隙7及形成于转子内部的制冷剂路径8a进行冷却。作为制冷剂，使用了冷却油。IPM电动机1的使用中，以冷却油的温度总是成为50℃附近的方式，利用散热器进行控制。冷却油通过泵进行循环，从散热器移动至IPM电动机1的冷却油通过转子与定子之间的空隙7及制冷剂路径8(形成于转子内部的制冷剂路径8a及形成于转子表面的制冷剂路径8b)，在冷却IPM电动机1的内部后，再次送入散热器，冷却至50℃附近并再次向IPM电动机1传送。
永久磁铁5的大小为50mm×21mm×3mm。永久磁铁5通过以碳为填料的环氧树脂固定于槽(未图示)。另外，后述的多个个体的永久磁铁间也通过树脂进行固定。
实验例1中，永久磁铁5与制冷剂的距离最小的部分是形成于转子表面的制冷剂路径8b与永久磁铁5之间的部分，其距离为0.9mm。
实验例1的该部分中，计算式1的X时，约为4800W/m2·K。
实施例1中，作为永久磁铁5，采用了特性优异且低成本的R-T-B系烧结磁铁。考虑到将永久磁铁5插入时的容易度，转子2的槽的大小设为50mm×21.3mm×3.3mm。即，对于永久磁铁5的21mm的部分及3mm的部分，大0.3mm地设计。50mm的方向为与IPM电动机1的旋转轴4水平的方向，如图2A所示，3.3mm的方向为朝向定子3的方向。此外，该3.3mm的方向成为永久磁铁5的磁化方向。
即使改变该R-T-B系烧结磁铁的矫顽力，R-T-B系烧结磁铁的电导率及热传导率也不会大幅变化。因此，即使在实验例1那样，将多个永久磁铁插入同一槽中的情况下，也基本上能够将多个永久磁铁看作一个永久磁铁5进行模拟。为了选定R-T-B系烧结磁铁的矫顽力，预先利用计算机模拟IPM电动机1的温度分布。使电动机的转速以8000rpm驱动时的永久磁铁5的中央部的最高温度为200℃。另外，槽的50mm方向的一个最外部(永久磁铁5在转子表面2b露出的部分)最高温度为60℃。以槽的50mm方向的最外部为原点(0mm)时，分析为沿着旋转轴4朝向槽的进深的方向上的10mm部分最高温度为140℃，20mm部分最高温度为190℃。25mm部分(磁铁的中央部分)最高温度为200℃，以后30mm部分为190℃，40mm部分为140℃，50mm部分(永久磁铁2的另一个的最外部)为60℃。具体而言，成为图2B所示的温度变化。这表示，与来自形成于转子内部的制冷剂路径8a的冷却相比，来自形成于转子表面的制冷剂路径8b的冷却的冷却效果较大。制冷剂路径8a与永久磁铁5的距离最短为大致30mm。利用该值，在制冷剂路径8a与永久磁铁5之间计算X时，约为750W/m2·K，成为比在冷却路径8b与永久磁铁5之间的X＝约4800W/m2·K低的值。
根据该结果，逆运算用作永久磁铁5的R-T-B系烧结磁铁所需要的室温矫顽力。其结果，从一个最外部(0mm)到10mm，及从40mm到另一个最外部(50mm)采用了矫顽力1790kA/m的R-T-B系烧结磁铁(以后，称为低矫顽力磁铁5a)。从10mm到40mm采用了矫顽力2007kA/m的R-T-B系烧结磁铁(以后，称为高矫顽力磁铁5b)。此外，低矫顽力磁铁5a的剩余磁通密度为1357mT，高矫顽力磁铁5b的剩余磁通密度为1312mT。
对于矫顽力为1790kA/m、剩余磁通密度为1357mT的低矫顽力磁铁5a，将成为表1所示的组成的合金α通过薄带连铸法进行制作，并实施了氢粉碎。添加0.1wt％的油酸酰胺后，在氧量为100ppm以下的氛围下利用气流粉碎机进行微粉碎，得到粒径D50为3μm的微粉α。将微粉α填充至模具中，通过1500kA/m的磁场进行磁场中成型。将该成型体以1050℃烧结5小时，利用加工机进行加工，得到了两个10mm×21mm×3mm的烧结磁铁。此外，磁场中成型中的磁场的方向设为与最终得到的烧结磁铁的3mm的边平行的方向。此外，在制造烧结磁铁后，测定矫顽力及剩余磁通密度，确认到矫顽力为1790kA/m，剩余磁通密度为1357mT。
对于矫顽力为2007kA/m、剩余磁通密度为1312mT的高矫顽力磁铁5b，将成为表1所示的组成的合金β通过薄带连铸法进行制作，并实施了氢粉碎。添加0.1wt％的油酸酰胺后，在氧量为100ppm以下的氛围下利用气流粉碎机进行微粉碎，得到了粒径D50为3μm的微粉β。将微粉β填充至模具中，通过1500kA/m的磁场进行磁场中成型。将该成型体以1050℃烧结5小时，利用加工机进行加工，由此，得到30mm×21mm×3mm的烧结磁铁。此外，磁场中成型中的磁场施加方向设为与最终得到的烧结磁铁的3mm的边平行的方向。此外，制造烧结磁铁后，测定矫顽力及剩余磁通密度，并确认到矫顽力为2007kA/m、剩余磁通密度为1312mT。
此外，确认微粉α及微粉β的稀土量，结果，合金α和微粉α中，稀土量大致一致，合金β和微粉β中，稀土量大致一致。
将低矫顽力磁铁5a及高矫顽力磁铁5b插入槽中，并利用转子2和永久磁铁5(低矫顽力磁铁5a及高矫顽力磁铁5b)通过树脂进行固定。
现实中难以测定驱动IPM电动机1的时候的IPM电动机1的实际的内部温度。因此，使实施例1的IPM电动机、除了将实施例1的10mm×21mm×3mm的低矫顽力磁铁5a全部设为高矫顽力磁铁5b的点以外其它与实施例1同样地制造的比较例1的IPM电动机、以及除了将实施例1的30mm×21mm×3mm的高矫顽力磁铁5b设为低矫顽力磁铁5a的点以外其它与实施例1同样地制造的比较例2的IPM电动机以8000rpm连续地旋转，通过是否观察到驱动时间引起的输出的降低，确认了是否产生热退磁。根据模拟，从试验开始起30分钟，永久磁铁5的温度达到8000rpm下的最高温度。此外，此时的输出以角速度×扭矩表示。
对于实施例1的IPM电动机1，将试验开始之后的输出设为1时的输出相对于时间的变化的结果示于表2中。
【表1】
Nd Pr Tb Co Al Cu Zr Ga B Fe
(wt％) (wt％) (wt％) (wt％) (wt％) (wt％) (wt％) (wt％) (wt％)
合金α 24.03 7.00 0.30 2.00 0.40 0.30 0.20 0.50 0.83 余部
合金β 24.01 6.99 1.01 2.00 0.40 0.30 0.20 0.50 0.83 余部
合金A 24.00 7.00 0.30 2.00 0.40 0.30 0.20 0.50 0.83 余部
合金B 24.00 7.00 1.00 2.00 0.40 0.30 0.20 0.50 0.83 余部
合金C 24.10 7.01 1.00 2.00 0.40 0.30 0.20 0.50 0.83 余部
30a1 23.91 6.95 0.99 2.00 0.40 0.29 0.20 0.50 0.83 余部
30b1 24.50 7.14 1.01 2.00 0.40 0.32 0.20 0.52 0.83 余部
【表2】
实施例1和比较例1相对于时间的经过，输出未实质性地降低。仅比较例2中，相对于时间的经过，看到显著的输出的降低。即，认为仅比较例2的永久磁铁进行了热退磁。另外，比较例1中虽然未发现输出相对于时间的经过的降低，但相对于实施例1输出变小。这是由于，比较例1中使用的磁铁的一部分成为相对于实施例1中使用的磁铁较低的剩余磁通密度，比较例1的磁通量比实施例1的磁通量小。
R-T-B系烧结磁铁根据原材料的价格变动等而成本进行变化，但通常矫顽力越高，成本越高。因此，相对于将所有的R-T-B系烧结磁铁设为高矫顽力磁铁5b的比较例1，将一部分R-T-B系烧结磁铁设为低矫顽力磁铁5a的实施例1成为低成本。
另外，通常矫顽力和剩余磁通密度是相反的特性。因此，相对于将所有的R-T-B系烧结磁铁设为高矫顽力磁铁5b的比较例1，将一部分R-T-B系烧结磁铁设为低矫顽力磁铁5a的实施例1的永久磁铁5成为高剩余磁通密度。其结果，磁通量增大，IPM电动机1的输出提高，IPM电动机1的性能提高。
(实验例2)
实验例2中，使用晶界扩散法制作在内部具有矫顽力分布的R-T-B系烧结磁铁。然后，将在内部具有矫顽力分布的一个个体的R-T-B系烧结磁铁设为永久磁铁5，与实验例1同样地制作IPM电动机1。以下，详细表示在内部具有矫顽力分布的R-T-B系烧结磁铁的制造方法。
通过薄带连铸法制作成为表1所示的组成的合金A，并实施氢粉碎。添加0.1wt％的油酸酰胺后，在氧量为100ppm以下的氛围下利用气流粉碎机进行微粉碎，得到粒径D50为3μm的微粉A。
确认微粉A的稀土量，结果，合金A和微粉A中，稀土量大致一致。
将微粉A填充至模具中，在1500kA/m的磁场中进行磁场中成型。将该成型体以1050℃烧结5小时，得到图3所示的50mm×21mm×40mm的烧结体10。此外，磁场施加方向成为与40mm的边平行的方向。
将得到的烧结体10利用加工机进行切片加工，以成为50mm×21mm×3mm的10片永久磁铁。然后，如图4所示，从50mm×21mm的面的长边方向(50mm方向)的一端到10mm～40mm的范围设定Tb氢化物附着部分15b，并附着了Tb氢化物(TbH2)。然后，以900℃实施24小时的扩散处理。扩散后，以500℃进行1小时的时效处理。实施了扩散处理的烧结体15通过扩散处理的效果具有图4所示的低稀土区域15a及高稀土区域15b。
为了确认，从低稀土区域15a及高稀土区域15b分别切出3mm×3mm×3mm的部分，进行采样。具体而言，将图4所示的矫顽力测定部分15a1及15b1进行采样。利用脉冲励磁型磁特性测定装置测定矫顽力，结果，从低稀土区域15a切出的样品的矫顽力为1779kA/m，从高稀土区域15b切出的样品的矫顽力为2005kA/m。此外，从低稀土区域15a切出的样品的剩余磁通密度为1361mT，从高稀土区域15b切出的样品的剩余磁通密度为1350mT。
此外，图4中，在低稀土区域15a和矫顽力测定部分15a1变更了阴影线，但实质上没有作为物体的不同。同样在高稀土区域15b和矫顽力测定部分15b1变更了阴影线，但实质上没有作为物体的不同。
将通过上述的方法得到的R-T-B系烧结磁铁设为图2的永久磁铁5，与实验例1同样地装入IPM电动机1，并实施与实施例1相同的试验。得到表2所示的良好的结果。
正如从表2也可知，实施例2的输出相对于实施例1较高是由于同等的矫顽力下剩余磁通密度较高。认为同等的矫顽力下，剩余磁通密度变高是使用了晶界扩散法的效果。
(实验例3)
使用在内部具有矫顽力分布的永久磁铁5，与实施例1同样地制作IPM电动机1。以下，详细地表示用作永久磁铁5的R-T-B系烧结磁铁的制作方法。通过薄带连铸法制作成为表1所示的组成的合金A和合金B，并实施了氢粉碎。接着，向各合金中分别添加0.15wt％油酸酰胺。添加油酸酰胺后，在氧量为100ppm以下的气氛下利用气流粉碎机进行微粉碎，得到粒径D50＝3μm的微粉A和粒径D50＝3μm的微粉B。
确认了微粉A及微粉B的稀土量，结果，合金A和微粉A中稀土量大致一致，合金B和微粉B中，稀土量大致一致。
将微粉A及微粉B分别以图5所示的方式填充至模具中，进行磁场中成型。此外，图5的较粗的箭头α表示成型方向，较细的箭头β表示磁场施加方向。得到的成型体成为具有图6所示那样由微粉A形成的区域(以下，称为微粉A区域)20a和由微粉B形成的区域(以下，称为微粉B区域)20b的成型体。对该成型体以1050℃进行5小时烧结，并以500℃进行1小时的时效处理，得到了烧结体。将图5所记载的50mm×21mm×40mm的烧结体利用加工机进行切片加工，以成为50mm×21mm×3mm的10片永久磁铁。此时，如图6所示，以从永久磁铁的50mm方向的一端到另一端成为微粉A区域20a、微粉B区域20b、微粉A区域20a的方式进行加工。
为了确认，从微粉A区域20a及微粉B区域20b分别切出3mm×3mm×3mm的部分，并进行采样。具体而言，采样图6所示的矫顽力测定部分20a1及20b1。利用脉冲励磁型磁特性测定装置测定矫顽力，结果，从微粉A区域20a切出的样品的矫顽力为1781kA/m，从微粉B区域20b切出的样品的矫顽力为2001kA/m。此外，从微粉A区域20a切出的样品的剩余磁通密度为1360mT，从微粉B区域20b切出的样品的剩余磁通密度为1316mT。
此外，图6中，在微粉A区域20a和矫顽力测定部分20a1变更了阴影，但实质上没有作为物体的不同。同样在微粉B区域20b和矫顽力测定部分20b1中变更了阴影，但实质上没有作为物体的不同。
将通过上述的方法得到的R-T-B系烧结磁铁设为图2B的永久磁铁5，与实验例1同样地装入IPM电动机1，并实施与实施例1同样的试验。得到表2所示的良好的结果。
(实验例4)
使用通过进行长时间烧结在永久磁铁内部产生组成的偏差且具有矫顽力分布的永久磁铁5，与实施例1同样地制作IPM电动机1。以下，详细表示用作永久磁铁5的R-T-B系烧结磁铁的制作方法。通过薄带连铸法制作成为表1所示的组成的合金C，并实施氢粉碎。接着，向合金中添加0.15wt％的油酸酰胺。添加油酸酰胺后，在氧量为100ppm以下的氛围下利用气流粉碎机进行微粉碎，得到粒径D50＝3μm的微粉C。
确认微粉C的稀土量，结果，合金C和微粉C中稀土量大致一致。
将微粉C以图7所示的方式填充至模具中，通过1500kA/m的磁场进行磁场中成型。此外，图7的较粗的箭头α表示成型方向，较细的箭头β表示磁场施加方向。将该成型体以1050℃烧结24小时，并以500℃进行1小时的时效处理，得到烧结体30。当分析得到的烧结体30的组成时，如后所述，成为稀土量朝向烧结体中心变高的烧结体。为了便于说明，如图7所示，从永久磁铁(烧结体30)的50mm方向的一端到另一端，定义为低稀土区域30a、高稀土区域30b、低稀土区域30a。
为了确认，从低稀土区域30a及高稀土区域30b分别切出3mm×3mm×3mm的部分，并进行采样。具体而言，采样图8所示的矫顽力测定部分30a1及30b1。利用脉冲励磁型磁特性测定装置测定了矫顽力，结果，从低稀土区域30a切出的样品的矫顽力为1952kA/m，从高稀土区域30b切出的样品的矫顽力为2032kA/m。此外，从低稀土区域30a切出的样品的剩余磁通密度为1326mT，从高稀土区域30b切出的样品的剩余磁通密度为1310mT。
进行矫顽力测定部分30a1及30b1的组成分析，结果，如表1所示，任意矫顽力测定部分均成为稀土量与合金C不同的结果。这是由于，通过长时间的烧结而成为液相的稀土成分的一部分通过表面张力向烧结体中央部进行了移动。
将通过上述的方法得到的R-T-B系烧结磁铁设为图2B的永久磁铁5，与实验例1一样，装入IPM电动机1，并实施与实施例1相同的试验。得到了表2所示的良好的结果。

Claims (10)

1.一种电动机，其特征在于，
所述电动机包含永久磁铁，
并设定为高温侧永久磁铁部分的矫顽力比低温侧永久磁铁部分的矫顽力高，
其中，所述高温侧永久磁铁部分位于所述电动机的内部且成为高温的高温部分，所述低温侧永久磁铁部分位于所述电动机的内部且温度比所述高温侧永久磁铁部分低的低温部分。
2.根据权利要求1所述的电动机，其中，
所述高温侧永久磁铁部分的矫顽力与所述低温侧永久磁铁部分的矫顽力之差为80kA/m以上。
3.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，
所述永久磁铁在一个个体内具有矫顽力分布。
4.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，
所述高温侧永久磁铁部分及所述低温侧永久磁铁部分包含于同一个体的永久磁铁。
5.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，
在所述电动机的使用中，在所述永久磁铁内产生5℃以上的温度差。
6.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，
所述永久磁铁为稀土磁铁。
7.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，
所述永久磁铁为R-T-B系磁铁。
8.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，
具有冷却所述电动机的内部的冷却机构，
所述冷却机构具有制冷剂，
存在所述制冷剂与所述永久磁铁的距离成为10mm以内的部位。
9.根据权利要求8所述的电动机，其中，
所述制冷剂为油。
10.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，
所述电动机为IPM电动机。
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