CN1988065B - 压粉磁铁及使用压粉磁铁的回转机械 - Google Patents

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Abstract

过去，高电阻磁铁成形时必须将成形温度加热到800℃附近并加压，因此存在成本高的问题。对此，本发明以在包括室温的低温下对高电阻磁铁进行成形为课题。本发明所采用的磁铁的结构为：具有磁铁粉、硬度比所述磁铁粉小的非磁性金属粉、和层状的高阻层，所述磁铁粉的体积比所述金属粉的体积大。尤其采用的结构为：所述层状的高阻层含有氟化合物，且配置在所述磁铁粉和所述非磁性金属粉之间。

Description

压粉磁铁及使用压粉磁铁的回转机械
技术领域
本发明涉及稀土类磁铁及其制造方法和使用该磁铁的磁回路或回转机械，尤其涉及其中带有高阻层的磁铁及其制造方法。
背景技术
过去，含有氟化合物的稀土类烧结磁铁在下述的专利文献1中有所记载。在专利文献1中，氟化合物是粒状的晶界相，晶界相粒子的大小为数μm。另外，在下述专利文献2中记载了磁损少的稀土类磁铁及其制造方法，并选择氧化物系，氮化物，氟化物的粉末作为高阻材料。这些现有的例子都是将高阻材料在粉末状态下与作为母相的磁铁粉相混合，之后进行成形。因此其特征在于：为了使磁铁整体的电阻增加，有必要提高粉末的添加率，并经过800℃以上的高温成形过程。
专利文献1：日本国专利特开2003-282312号公报
专利文献2：日本国专利特开2003-86414号公报
在上述现有技术中，如专利文献2的表3所记载，以3％的体积率添加Al2O3-SiO2-Y2O3时NdFeB成形体的电阻大约是未添加时的100倍，为1×10-4Ωm。此时的磁能积表现为45MGOe的高性能。为了得到这样的加热成形体，如实施例所述，要在800℃下进行热压(hot press)。这样的加热成形工序包括成形室的真空排气、惰性气体置换(抗氧化)、升温降温工序、加压工序，使得成形工序在参数、时间管理等方面的工序成本增加。因此，即使能得到45MGOe的高磁特性，在热压工序的时间和参数管理上成本增加。所以，在工序管理上，希望尽可能地在低温下成形，通过低温化使工序中的氧化被抑制，可缩短工序时间。不能实现工序温度低温化的原因是磁铁粉为难变形的金属间化合物，因此为了得到高密度的成形体有必要加热到800℃。
发明内容
为解决这样的问题，本发明的目的是：公开一种即使在包括室温这样的低温下也可以成形并且具有高电阻的磁铁的构成。
为了达到所述目的，采用的磁铁的结构是，具有磁铁粉、硬度比所述磁铁粉小的非磁性金属粉、及层状的高阻层，所述磁铁粉的体积比所述金属粉的体积大。在此，通过维氏硬度试验测定“硬度”。作为这样的金属粉，有Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Ir、Pt、Au及其它们的合金。这些金属或合金在室温下易变形，其变形能大于NdFeB系磁粉、SmCo系磁粉、或SmFeN系磁粉等其他金属间化合物系磁粉。因此，通过混合上述金属粉和该磁粉，利用金属粉的变形可以成形磁粉。但是单纯地使上述金属粉和该磁粉进行混合，即使成形也形成不了高电阻的高密度成形体。这是因为上述金属为导体。在上述金属中，有时其表面氧化，而自然形成有薄的绝缘层，但由于变形容易破坏氧化膜，所以很难提高成形体的电阻。为了提高成形体的电阻，金属粉和磁粉之间需要有高电阻层。高电阻层有氧化物、氮化物、氟化物、硼化物等，但无论哪一种粉末在室温或800℃以下都难以变形。
因此，由金属粉或磁粉的任一方、或者金属粉和磁粉的任一方层状地形成这样的高电阻层，之后，对这些形成了高电阻层的粉进行混合成形。因高电阻层形成为层状，所以相比于经过为了形成高电阻层而和高电阻体粉末混合的工序的情况，可以减少高电阻体粉末的体积率。另外，从700℃以下到室温均可成形。通过提高成形温度，即使在这样的温度范围，高温时磁粉的体积率也能够提高，也能够提高磁性能。作为高电阻层，通过从上述物质中选择采用氟化合物，可以得到高可靠性的磁铁。氟化合物有LiF、MgF2、CaF2、ScF3、VF2、VF3、CrF2、CrF3、MnF2、MnF3、FeF2、FeF3、CoF2、CoF3、NiF2、ZnF2、AlF3、GaF3、SrF2、YF3、ZrF3、NbF5、AgF、InF3、SnF2、SnF4、BaF2、LaF2、LaF3、CeF2、CeF3、PrF2、PrF3、NdF2、NdF3、SmF2、SmF3、EuF2、EuF3、GdF3、TbF3、TbF4、DyF2、DyF3、HoF2、HoF3、ErF2、ErF3、TmF2、TmF3、YbF3、YbF2、LuF2、LuF3、PbF2、BiF3，它们的混台物、或在它们的氟化合物上结合了氧后生成的氧氟化合物、或含有氮、碳的氟化合物也是有效的。在将这些氟化合物和上述金属粉一起使用时，只要不改变氟化合物的晶体结构即使在氟化合物中混入了所使用的金属原子，也没有问题。由于这些氟化合物表现出高电阻的特性，即使和磁粉发生反应也不会使磁粉的磁性能产生大幅度的恶化，所以，在使用金属粉进行加热成形时也可以使用这些氟化物。在磁粉表面形成稀土类氟化合物时，使REF3在400℃以下的热处理中生长，在1×10-4Torr以下的真空度、在500℃～800℃加热保持，保持时间为30分钟。在该热处理过程中，磁粉的氧向氟化合物扩散，同时磁粉中的稀土类元素也扩散，生成REF2或REOF。这些氟化合物或氧氟化合物的结晶结构为面心立方晶格，其晶格常数为0.54～0.60mm。这些氟化合物或氧氟化合物的生长通过将磁粉中的氧除去，具有残留磁通密度增加、顽磁力增加、去磁曲线的角型性提高、热去磁性能提高、磁化性能提高、各向异性提高、耐腐蚀性提高等效果。在金属粉或磁粉上形成高阻层，磁粉的电阻通过测定磁铁电极所夹的磁粉的I-V特性而确认。之后混合金属粉和磁粉。在室温(20℃)成形时为了使密度在95％以上，有必要使金属粉的体积率在10％以上，通过提高成形温度可以使金属粉的体积率减少。氟化合物可以在20℃～1000℃的成形温度下维持高电阻，因且不会使磁性能恶化，所以在应用上比氧化物优选。成形时在模具中插入混合粉，之后通过冲头加压成形。模具在回转机械的情况下利用转子所使用的积层钢板或压粉铁，可以对制作转子的材料成形。在成形前或成形中从外部施加磁场，可以使磁粉具有各向异性，还能制造具有径向各向异性或极向各向异性等的各向异性的转子。
通过利用本发明，在包括室温的低温下可以成形高电阻磁铁。
附图说明
图1是压粉磁铁电机的径向剖面形状；
图2是压粉磁铁电机的径向剖面形状；
图3是溅射装置内线圈配置图；
图4是溅射装置概略图。
图中：
1-永磁铁；2-定子；3-转子轴；4-齿；5-磁心背部(core back)； 6-定子铁心；7-槽(slot)；8-电枢绕组；9-轴孔；10-转子插入孔；22-轴；101-线圈；102-保护壳；103-变换器(inverter)；104-基板；105-冷却室；106-标靶
具体实施方式
以下表示本发明的实施方式。
实施例1
NdFeB合金是实施了氢化脱氢处理的粒径约为1～1000μm的粉，该粉末在室温时的顽磁力为12kOe。以下说明在该NdFeB(主相是Nd2Fe14B)粉末形成作为高阻层的SiO2的方法。通过施加磁场使如NdFeB粉末这样的强磁性粉末沿磁场进行排列。通过改变所施加磁场的方向和磁场的强度可以使强磁性粉末移动。通过在溅射装置等膜形成装置内使强磁性粉末进行移动，能够使从标靶材飞出的原子堆积在强磁性粉末表面。为了对强磁性粉末施加磁场，在膜形成装置内配置线圈101，通过在线圈中流通电流而在线圈周围产生磁场。通过对线圈101施加高频电流，可以改变磁场的极性，强磁性粉由于磁场极性的变化而移动。另外，配置有多个线圈，通过对各个线圈施加个别的电流波形，强磁性粉从磁场强的线圈向其他的线圈附近移动。线圈可以平行于标靶面而配置，也可以配置在垂直于标靶面的方向上。在溅射装置的与标靶106对应的一侧，设置有多个线圈101、和保护线圈不受溅射粒子作用的由非磁性材料制成的保护壳102。在多个线圈中，流通由各个变换器103等控制的具有多个电流波形的电流，从而在线圈附近产生磁场。磁场的大小为1～10kOe。在溅射装置的膜形成装置内插入NdFeB粉末，通过对线圈施加电流，使强磁性磁粉聚集在线圈附近。通过施加磁场，强磁性粉沿磁力线排列，在对膜形成室内进行真空排气时NdFeB粉末难以向排气口移动。真空排气是通过低温泵，油扩散泵，涡轮分子泵等来进行的，在排气到真空度为1×10-4Torr以下后，将氩气等惰性气体导入膜形成室内。在膜形成室内的上部配置标靶，在下部配置线圈101和插入了的NdFeB粉末，氩离子撞击标靶106，其结果是原子从标靶106飞出。通过使用SiO2作为在冷却室105被冷却了的标靶106，对SiO2利用Ar或Ar+O2的混合气体的等离子体，使Si及氧原子从标靶 飞出，从而堆积在基板104上的NdFeB粉末表面。基板104最好采用与标靶106同样的材料。通过改变线圈101的电流波形，线圈附近的磁场的极性和强度发生变化，使SiO2堆积在移动中的NdFeB粉表面。线圈101的电流波形被设定为频率50～100Hz、可施加1～10kOe的磁场的大小的电流值，在多个线圈中流通不同波形的电流。通过在与标靶面垂直的方向上设置多个线圈、并流通不同波形的电流，使得NdFeB磁粉易于旋转，SiO2在不定形或者是扁平形状的NdFeB粉表面上均匀堆积。为了使SO2 不在线圈表面上堆积而设置了石英制的保护壳102，从线圈处观察NdFeB粉在保护壳102的外侧沿磁场移动。SiO2膜厚可在1nm～1000μm的范围内堆积。用搅拌器(mixer)等将SiO2膜厚是100nm的NdFeB粉和粒径1～100μm的Cu粉相混合，并压缩成形。成形压力为1000MPa。成形温度为室温。成形后的密度约为95％，成形体的电阻在Cu5％时为1.5mΩcm。该值约是NdFeB烧结磁铁的10倍，能使高频磁场中的磁铁部发热量降低为1/10。
通过溅射法或者表面处理法，在NdFeB(主相是Nd2Fe14B)粉形成各种平均膜厚为100nm的高阻层，添加混合Cu合金或Al，在50℃以下的温度，以10t/cm2的荷重进行加压压缩成形。其磁性能的结果如表1所示。
表1
 主相     高阻层   添加金属 添加金属体积率(％)  电阻(mΩcm)     Br(T)     iHc(kOe)  BHmax(MGOe)
 Nd<sub>2</sub>Fe<sub>14</sub>B     无   Cu合金     5     0.1     11.8     12.3     24.8
 Nd<sub>2</sub>Fe<sub>14</sub>B     SiO<sub>2</sub>   Cu合金     5     1.5     11.6     12.2     24.2
 Nd<sub>2</sub>Fe<sub>14</sub>B     Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   Cu合金     10     5.5     11.3     12.4     23.7
 Nd<sub>2</sub>Fe<sub>14</sub>B     BN   Cu合金     5     1.2     11.5     12.4     24.3
 Nd<sub>2</sub>Fe<sub>14</sub>B     MgO   Cu合金     10     3.5     11.2     12.7     23.5
 Nd<sub>2</sub>Fe<sub>14</sub>B     CaF<sub>2</sub>   Cu合金     5     1.8     11.5     12.6     24.2
 Nd<sub>2</sub>Fe<sub>14</sub>B     CaF<sub>2</sub>   Cu合金     10     8.5     11.2     12.7     23.5
 Nd<sub>2</sub>Fe<sub>14</sub>B     CaF<sub>2</sub>   Al     1     1.1     11.7     12.4     21.3
 Nd<sub>2</sub>Fe<sub>14</sub>B     CaF<sub>2</sub>   Al     3     3.5     11.5     12.5     24.2
 Nd<sub>2</sub>Fe<sub>14</sub>B     CaF<sub>2</sub>   Al     5     5.2     11.3     12.4     23.1
 Nd<sub>2</sub>Fe<sub>14</sub>B     CaF<sub>2</sub>   Al     10     9.5     11.1     12.4     22.4
 Sm<sub>2</sub>Co<sub>17</sub>     SiO<sub>2</sub>   Cu合金     5     0.2     9.6     15.8     20.2
 Sm<sub>2</sub>Co<sub>17</sub>     Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   Cu合金     10     0.8     9.3     15.6     19.5
 Sm<sub>2</sub>Co<sub>17</sub>     BN   Cu合金     5     0.5     9.7     15.7     20.4
 Sm<sub>2</sub>Co<sub>17</sub>     MgO   Cu合金     10     1.2     9.2     15.5     19.2
 Sm<sub>2</sub>Co<sub>17</sub>     CaF<sub>2</sub>   Cu合金     5     1.1     9.6     15.4     20.1
 Sm<sub>2</sub>Co<sub>17</sub>     CaF<sub>2</sub>   Cu合金     10     2.5     9.1     15.7     19.1
 Sm<sub>2</sub>Co<sub>17</sub>     CaF<sub>2</sub>   Al     1     0.6     9.8     16.2     20.5
 Sm<sub>2</sub>Co<sub>17</sub>     CaF<sub>2</sub>   Al     3     1.8     9.5     16.5     20.1
 Sm<sub>2</sub>Co<sub>17</sub>     CaF<sub>2</sub>   Al     5     2.9     9.4     16.8     19.8
 Sm<sub>2</sub>Co<sub>17</sub>     CaF<sub>2</sub>   Al     10     5.4     9     17.1     18.9
通过形成高阻层，即使添加Cu或Al也可以得到高电阻的成形体。顽磁力(iHc)的值与没有高阻层时相同，如果是提高了顽磁力的磁粉则可以得到具有更高的顽磁力且高电阻的成形体。Sm2Co17的情况下也同样， 没有因高阻化而引起顽磁力的减少。但是因为若增大添加金属的体积率，则残留磁通密度(Br)下降，磁能积(BHmax)也有降低的倾向，所以，为了保持高磁能积，添加金属的量有必要限制在10％以下。这些高阻磁铁的磁性能的温度依存性与所使用的磁粉的温度依存性相同，在使用温度为150℃以上时，使用磁性能的温度系数小的SmCo系，更易于设计磁回路。
实施例2
SmCo合金是粒径约为1～1000μm的粉，该粉末在室温时的顽磁力为16kOe。以下说明在该SmCo(主相是Sm2Co17)粉末形成作为高阻层的CaF2的方法。通过施加磁场使如SmCo粉末这样的强磁性粉末沿磁场进行排列。通过改变所施加磁场的方向和磁场强度，可以使强磁性粉末移动。通过在溅射装置等膜形成装置内使强磁性粉末进行移动，能够使从标靶材飞出的原子堆积在强磁性粉末表面。为了对强磁性粉末施加磁场，在膜形成装置内配置线圈101，通过在线圈中流通电流，而在线圈周围产生磁场。通过对线圈101施加高频电流，可以改变磁场的极性，强磁性粉由于磁场极性的变化而移动。另外，配置有多个线圈，通过对各个线圈施加个别的电流波形，强磁性粉从磁场强的线圈向其他的线圈附近移动。线圈可以平行于CaF2的标靶面而配置，也可以配置在垂直于标靶面的方向上。在溅射装置的与标靶106对应的一侧，设置有多个线圈101、和保护线圈不受溅射粒子作用的由非磁性材料制成的保护壳102。在多个线圈中，流通由各个变换器103等控制的具有多个电流波形的电流，从而在线圈附近产生磁场。磁场的大小为0.1～10kOe。在溅射装置的膜形成装置内的基板104上插入SmCo粉末，通过对线圈施加电流，使强磁性磁粉聚集在线圈附近。通过施加磁场，强磁性粉沿磁力线排列，在对膜形成室内进行真空排气时SmCo粉末难以向排气口移动。真空排气是通过低温泵，油扩散泵，涡轮分子泵等来进行的，在排气到真空度为1×10-4Torr以下后，将氩气等惰性气体导入膜形成室内。在膜形成室内的上部配置标靶，在下部配置线圈101和插入了的NdFeB粉末，氩离子撞击标靶106，其结果是原子从标靶106飞出。通过使用CaF2作为在冷却室105被冷却了的标靶106，对CaF2 利用Ar或Ar+N2的混合气体的等离子体，使Ca及氟原子从标靶飞出，从而堆积在基板104上的SmCo粉末表面。基板104最好采用与标靶106 同样的CaF2材料。通过改变线圈101的电流波形，线圈附近的磁场的极性和强度发生变化，使CaF2堆积在移动中的SmCo粉表面。线圈101的电流波形被设定为频率50～100Hz、可施加0.1～10kOe的磁场的大小的电流值，在多个线圈中流通不同波形的电流。通过在与标靶面垂直的方向上设置多个线圈、并流通不同波形的电流，使得SmCo磁粉易于旋转，CaF2 在不定形或者是扁平形状的SmCo粉表面均匀地堆积。为了使CaF2不在线圈表面上堆积而设置了石英制的保护壳102，从线圈处观察SmCo粉在保护壳102的外侧沿磁场移动。CaF2膜厚可在1nm～1000μm的范围内堆积。用搅拌器等将CaF2膜厚是100nm的SmCo粉和粒径1～100μm的Cu粉相混合，并压缩成形。成形压力为1000MPa。成形温度为室温。为了使成形后的密度增加，成形温度还可以加热至800℃。成形后的密度约为95％，成形体的电阻在Cu5％时为1.1mΩcm。该值约是SmCo烧结磁铁的10倍，能使高频磁场中的磁铁部发热量降低为1/10。
实施例3
NdFeB合金是实施了急冷处理的粒径约为1～1000μm的扁平状粉，该粉末在室温时的顽磁力为10kOe。以下说明在该NdFeB(主相是Nd2Fe14B)粉末形成作为高阻层的CsF2的方法。通过施加磁场使如NdFeB粉末这样的强磁性粉末沿磁场进行排列。通过改变所施加磁场的方向和磁场的强度可以使强磁性粉末移动。通过在溅射装置等膜形成装置内使强磁性粉末进行移动，能够使从标靶材飞出的原子堆积在强磁性粉末表面。为了对强磁性粉末施加磁场，在膜形成装置内配置线圈101，通过在线圈中流通电流而在线圈周围产生磁场。通过对线圈101施加高频电流，可以改变磁场的极性，强磁性粉由于磁场极性的变化而移动。另外，配置有多个线圈，通过对各个线圈施加个别的电流波形，强磁性粉从磁场强的线圈向其他的线圈附近移动。线圈可以平行于标靶面而配置，也可以配置在垂直于标靶面的方向上。在溅射装置的与标靶106对应的一侧，设置有多个线圈101、和保护线圈不受溅射粒子作用的由非磁性材料制成的保护壳102。在多个线圈中，流通由各个变换器103等控制的具有多个电流波形的电流，从而在线圈附近产生磁场。磁场的大小为1～10kOe。在溅射装置的膜形成装置内插入NdFeB粉末，通过对线圈施加电流，使强磁性磁粉聚集在 线圈附近。通过施加磁场，强磁性粉沿磁力线排列，在对膜形成室内进行真空排气时NdFeB粉末难以向排气口移动。真空排气是通过低温泵，油扩散泵，涡轮分子泵等来进行的，在排气到真空度为1×10-4Torr以下后，将氩气等惰性气体导入膜形成室内。在膜形成室内的上部配置标靶，在下部配置线圈101和插入了的NdFeB粉末，氩离子撞击标靶106，其结果是原子从标靶106飞出。通过使用CaF2作为在冷却室105被冷却了的标靶106，对CaF2利用Ar或Ar+N2的混合气体的等离子体，使Ca及氟原子从标靶飞出，从而堆积在基板104上的NdFeB粉末表面。基板104最好采用与标靶106同样的CaF2材料。通过改变线圈101的电流波形，线圈附近的磁场的极性和强度发生变化，使CaF2堆积在移动中的NdFeB粉表面。线圈101的电流波形被设定为频率50～100Hz、可施加1～10kOe的磁场的大小的电流值，在多个线圈中流通不同波形的电流。通过在与标靶面垂直的方向上设置多个线圈、并流通不同波形的电流，使得NdFeB磁粉易于旋转，CaF2在不定形或者是扁平形状的NdFeB粉表面上均匀地堆积。为了使CaF2不在线圈表面上堆积而设置了石英制的保护壳102，从线圈处观察NdFeB粉在保护壳102的外侧沿磁场移动。CaF2膜厚可在1nm～1000μm的范围内堆积。以同样的方法在Fe粉表面形成CaF2。Fe粉的粉末平均粒径比NdFeB粉的平均粒径小，目的是提高密度、确保机械强度。Fe粉使用Fe-Si，Fe-C，FeCo合金，Fe-Ni合金等Fe系磁粉，这些合金粉在室温下表示出强磁性。在接近室温的温度下，在显示出强磁性的粉的表面上，可以使用如图3及图4所示的装置，使与标靶材接近的物质堆积在粉末表面。通过在室温下对Fe粉和NdFeB粉的混合粉进行成形，可以形成软磁性和硬磁性的复合材料。Fe粉的混合量在不足1体积％时，密度难以达到90％以上，如果混合量在1％以上，只要以100MPa以上的成形压力进行压缩成形就可以确保密度在90％以上。另外，如果在压缩成形时进行加热，NdFeB也易于变形，有可能在减少Fe粉的添加量的情况下使密度达到95％以上，能形成电阻为0.5mΩcm以上的成形体，顽磁力是和使用的NdFeB磁粉相同的值。加热温度的上限为1000℃。如果在该温度以上，则在粉末表面形成的氟化合物与NdFeB发生反应，即使达到高密度也不能满足电阻和磁性能的要求。
实施例4
对其他实施例进行说明。是通过表面处理在具有1μm～100μm的平均粒径的Fe粉表面形成氟化合物，将该Fe粉作为粘合剂而对NdFeB粉进行成形的方法。
形成镝氟化物涂敷膜的处理液用以下方法制成。
(1)在大约100ml的水中，加入4g溶解度高的盐即醋酸镝、或者硝酸镝，用振荡器或超声波搅拌器使之完全溶解。
(2)按生成DyF3的化学反应的当量，慢慢地加入稀释成约10％的氢氟酸。
(3)用超声波搅拌器对生成了溶液状沉淀的DyF3的溶液搅拌1小时以上。
(4)以4000r.p.m的转速进行离心分离后，除去上面澄清的液体并加入大致同量的甲醇。
(5)对含有溶胶状的DyF3的甲醇溶液进行搅拌至完全成为悬浊液后，用超声波搅拌器搅拌1小时以上。
(6)重复四次(4)和(5)的操作，直到不再检测出醋酸离子或硝酸离子等阴离子为止。
(7)变为稍稍悬浊的溶胶状的DyF3。作为处理液，使用DyF3为1g/15ml的甲醇溶液。
使用Fe合金粉末作为磁粉。Fe合金粉是Fe-Si合金，Fe-Co合金，Fe-Al合金，Fe-C合金，Fe-M-半金属(M是过渡性金属元素，半金属是Si、B、Al、Ga、P)合金。将稀土类氟化合物或碱土金属氟化合物涂敷膜形成为稀土类磁铁用磁粉的工序，是按以下方法实施的。
(1)在平均粒径为10μm的情况下，对100g的Fe合金粉添加15ml的DyF3涂敷膜形成处理液，进行混合直到可以确认Fe合金粉被溶液润湿。
(2)将(1)的DyF3涂敷膜形成处理Fe合金石粉，在2～5Torr的减压下进行作为溶剂的甲醇的除去。
(3)将(2)的除去了溶剂的Fe合金粉移入石英舟，在1×10-5Torr的减压下，进行200℃、30分钟和400℃、30分钟的热处理。
(4)对于在(3)已进行了热处理的磁粉，在移入容器之后，在1× 10-5Torr的减压下，进行400～800℃的热处理。
(5)对在(4)实施了热处理后的Fe合金粉的磁性能进行研究。
在Fe粉表面上如上所述形成DyF3的情况下，为了使DyF3在界面附近生长，进行400℃、30分钟～1小时的热处理。通过在室温下对这样制作的Fe粉和NdFeB粉的混合粉进行成形，可以形成软磁性和硬磁性的复合材料。Fe粉的混合量在不足1体积％时，密度难以达到90％以上，如果混合量在1％以上，只要以100MPa以上的成形压力进行压缩成形就可以确保密度在90％以上。另外，如果在压缩成形时进行加热，NdFeB也易于变形，有可能在减少Fe粉的添加量的情况下使密度达到95％以上，能形成电阻为0.5mΩcm以上的成形体，顽磁力是和使用的NdFeB磁粉相同的值。加热温度的上限为1000℃。如果在该温度以上，则在粉末表面形成的氟化合物与NdFeB发生反应，即使达到高密度也不能满足电阻和磁性能的要求。
实施例5
图1表示本发明的高电阻磁铁电机的径向剖面形状。在图1中，高电阻磁铁电机的定子2是由以下各部分所构成的，即：由齿4和磁心背部(coreback)5构成的定子铁心6；和在齿4之间的槽(slot)7内以围绕齿4的方式卷绕安装的集中卷的电枢绕组8(由三相绕组的U相绕组8a、V相绕组8b、和W相绕组8c构成)。在此，因高电阻磁铁电机是4极6槽，所以槽间距以电角计，为120℃。转子插入轴孔9或转子插入孔10中，在转子轴3的外周表面配置有永磁铁1。定子是使用panewel公司制的METGLAS2605TCA，厚度约为25μm的FeSiB的非结晶材料，对非结晶的薄带进行冲裁后涂敷树脂，为了提高占空系数而冲压成形。在占空系数为80％时，非结晶叠层体的饱和磁通密度是1.25T。由于定子2使用非结晶材料，在1000rpm以上的高速旋转中，其效率比使用硅钢板(0.15mmt)时有所提高。因为非结晶材料的磁滞损耗和涡电流损耗比硅钢板小，所以适用于要求高效率的空调等家电电机、分散电源用发电机、和HEV驱动电机等。高电阻磁铁的电阻范围是0.2～100mΩcm，通过对NdFeB系磁粉进行溶液处理或使用了溅射装置的膜形成，在含有氟化合物的层局部绝缘。此时的氟化合物是至少含有如下的一种以上的稀土类或碱土类元素的 氟化合物，如MgF2、CeF2、PrF3、NdF3、SmF3、GdF3、TbF3、DyF3、HoF3、ZrF4、HfF4YbF3、YF3等。此外，在这些氟化合物中即使混入氧、碳或氮，只要其绝缘性没有大幅恶化则仍可作为绝缘层使用。磁铁是使用添加10％的Cu合金粉作为粘合剂，在室温下加压成形的。这样加压成形的磁铁将转子轴3作为模具的一部分使用从而有可能与转子轴3成为一体。通过使用这样的高电阻磁铁能够降低磁铁的涡电流损耗。
实施例6
在图2中，压粉磁铁电机的定子2是由以下各部分构成的：即：由齿4和磁心背部5构成的定子铁心6；和在齿4之间的槽7内以围绕齿4的方式卷绕安装的集中卷的电枢绕组8(由三相绕组的U相绕组8a、V相绕组8b、和W相绕组8c构成)。在此，因高电阻磁铁电机是4极6槽，所以槽间距以电角计，为120℃。转子插入轴孔9或转子插入孔10中，在转子轴3的外周侧配置有永磁铁1。在图2中，定子使用硅钢板(或电磁钢板)，定子铁心6使用的是冲裁了硅钢板的叠层体。在转子的外周侧配置有环状的永磁铁1。转子轴22是铁系材料，永磁铁1是径向各向异性的磁铁。定子铁心6和永磁铁1都可以用压粉工序制成，也可以是三维形状。在图2的压粉磁铁电机中，因为可以减小永磁铁1的涡电流损耗，所以在转子和定子之间的间隙处即使产生高磁通也能减小损耗，这对提高转矩是有利的。通过改变永磁铁1的磁能积可以改变间隙磁通密度，对高电阻磁铁和通常的烧结磁铁进行比较并研究损耗之差。其结果为：损耗减小效果在磁通密度为0.2T以上的情况下被确认，磁通密度越高，基于高电阻磁铁的降低率越大。此时永磁铁1的比电阻是1.5mΩcm，在更大电阻的情况下损耗也能减小。这样的损耗减小效果在极数或槽数多时更为显著。
工业实用性
本发明可以抑制R-Fe-B(R是稀土类元素)系或RCo系磁铁的磁铁损耗减小，可以应用在高频磁场中，并用于可得到高转矩的磁铁电机中。这样的磁铁电机包括：混合动力汽车的驱动用电机、起动装置用电机、及电动动力转向装置用电机。

Claims (16)

1.一种磁铁，具有：
NdFeB系或SmCo系的磁铁粉、
硬度比所述磁铁粉小的非磁性金属粉即Al、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Ir、Pt、Au及其它们的合金、和
处于所述磁铁粉和所述非磁性金属粉之间的层状的高阻层，
所述磁铁粉的体积比所述非磁性金属粉的体积大，
其中所述高阻层采用氟化合物，所述氟化合物有LiF、MgF2、CaF2、ScF3、VF2、VF3、CrF2、CrF3、MnF2、MnF3、FeF2、FeF3、CoF2、CoF3、NiF2、ZnF2、AlF3、GaF3、SrF2、YF3、ZrF3、NbF5、AgF、InF3、SnF2、SnF4、BaF2、LaF2、LaF3、CeF2、CeF3、PrF2、PrF3、NdF2、NdF3、SmF2、SmF3、EuF2、EuF3、GdF3、TbF3、TbF4、DyF2、DyF3、HoF2、HoF3、ErF2、ErF3、TmF2、TmF3、YbF3、YbF2、LuF2、LuF3、PbF2、BiF3，它们的混合物、或在它们的氟化合物上结合了氧后生成的氧氟化合物、或含有氮、碳的氟化合物。
2.如权利要求1所述的磁铁，其中，所述层状的高阻层的厚度在1nm以上、100nm以下。
3.如权利要求1所述的磁铁，其中，所述金属粉的平均粒径比所述磁铁粉的平均粒径小。
4.如权利要求1所述的磁铁，其中，通过所述层状的高阻层提高所述磁铁粉间的电阻。
5.如权利要求1所述的磁铁，其中，所述金属粉作为连接所述磁铁粉彼此之间的粘合剂发挥作用。
6.一种回转机械，其具有：转子、定子、以及绕组，
所述绕组的电流磁场通过所述转子及所述定子，
所述转子具有如权利要求1所述的磁铁。
7.一种磁回路或回转机械，其使用如权利要求1所述的磁铁，减少涡电流损耗。
8.一种磁铁，其是对NdFeB系或SmCo系的磁铁粉、硬度比所述磁铁粉小的非磁性金属粉即Al、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Ir、Pt、Au及其它们的合金、和处于所述磁铁粉和所述非磁性金属粉之间且呈层状的高阻层进行混合而成形的，
所述磁铁粉的体积比所述非磁性金属粉的体积大，
其中所述高阻层采用氟化合物，所述氟化合物有LiF、MgF2、CaF2、ScF3、VF2、VF3、CrF2、CrF3、MnF2、MnF3、FeF2、FeF3、CoF2、CoF3、NiF2、ZnF2、AlF3、GaF3、SrF2、YF3、ZrF3、NbF5、AgF、InF3、SnF2、SnF4、BaF2、LaF2、LaF3、CeF2、CeF3、PrF2、PrF3、NdF2、NdF3、SmF2、SmF3、EuF2、EuF3、GdF3、TbF3、TbF4、DyF2、DyF3、HoF2、HoF3、ErF2、ErF3、TmF2、TmF3、YbF3、YbF2、LuF2、LuF3、PbF2、BiF3，它们的混合物、或在它们的氟化合物上结合了氧后生成的氧氟化合物、或含有氮、碳的氟化合物。
9.如权利要求8所述的磁铁，其中，
所述非磁性金属粉在1体积％以上且小于50体积％。
10.如权利要求9所述的磁铁，其中，所述层状的高阻层的厚度在1nm以上、100nm以下。
11.如权利要求8所述的磁铁，其中，所述金属粉的平均粒径比所述磁铁粉的平均粒径小。
12.如权利要求8所述的磁铁，其中，通过所述层状的高阻层提高所述磁铁粉间的电阻。
13.如权利要求8所述的磁铁，其中，所述金属粉作为连接所述磁铁粉彼此之间的粘合剂发挥作用。
14.如权利要求8所述的磁铁，其中，通过所述非磁性金属粉的变形被压缩成形。
15.一种回转机械，其具有：转子、定子、以及绕组，
所述绕组的电流磁场通过所述转子及所述定子，
所述转子具有如权利要求8所述的磁铁。
16.一种磁回路或回转机械，其使用如权利要求8所述的磁铁，减少涡电流损耗。
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