DE102013201370A1

DE102013201370A1 - Permanentmagnet und Motor und Stromgenerator, der diesen verwendet

Info

Publication number: DE102013201370A1
Application number: DE102013201370A
Authority: DE
Inventors: Shinya Sakurada; Yosuke Horiuchi; Keiko Okamoto; Masaya Hagiwara; Makoto Matsushita; Tsuyoshi Kobayashi; Masaki Endo
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2013-10-02
Also published as: CN103368282B; JP5586648B2; US20130257209A1; CN103368282A; JP2013211327A; US9299486B2

Abstract

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Permanentmagnet einen Magnethauptkörper (2) und einen Oberflächenbereich (3), der auf einer Oberfläche des Magnethauptkörpers (2) vorgesehen ist. Der Magnethauptkörper hat eine Zusammensetzung, dargestellt durch die Zusammensetzungsformel 1: R(Fep1Mq1Cur1Co1-p1-q1-r1)z1. Der Oberflächenbereich (3) hat eine Zusammensetzung, ausgedrückt durch die Zusammensetzungsformel 2: R(Fep2Mq2Cur2Co1-p2-q2-r2)z2. In den Zusammensetzungsformeln (1) und (2) ist R zumindest ein Element, ausgewählt aus Seitenerdelementen, M zumindest ein Element, ausgewählt aus Ti, Zr und Hf, p1 und p2 sind 0,25 bis 0,45, q1 und q2 sind 0,01 bis 0,05, r1 und r2 sind 0,01 bis 0,1, z1 ist 6 bis 9 und z2 erfüllt 0,8 ≤ z2/z1 ≤ 0,995.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung basiert und beansprucht den Vorteil der Priorität von der japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-079182 , angemeldet am. 30, März 2012; der gesamte Inhalt davon wird hierin durch Bezugnahme eingefügt.
GEBIET DER ERFINDUNG
Hierin offenbarte Ausführungsbeispiele betreffen im allgemeinen einen Permanentmagneten und einen Motor und einen Stromgenerator, der diesen verwendet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Als Permanentmagnet mit hoher Leistung sind Seltenerdmagnete wie ein Magnet auf Sm-Co-Basis und ein Magnet auf Nd-Fe-B-Basis bekannt. Wenn ein Permanentmagnet für einen Motor eines elektrischen Hybridfahrzeuges (HEV) oder eines elektrischen Fahrzeuges (EV) verwendet wird, muss der Permanentmagnet eine Wärmeresistenz haben. In einem Motor für HEV oder EV wird ein Permanentmagnet verwendet, dessen Wärmeresistenz durch Dysprosium (Dy) verstärkt wird, das einen Teil von Neodymium (Nd) des Magneten auf Nd-Fe-B-Basis substituiert. Weil Dy ein Element von Seltenerdelementen ist, gibt es ein Bedürfnis für einen Permanentmagneten, dessen Wärmeresistenz ohne Verwendung von Dy verstärkt wird. Zur Verbesserung der Effizienz eines Motors und eines Stromgenerators gibt es weiterhin ein Bedürfnis für die Verbesserung einer Koerzitivkraft und einer Magnetflussdichte des Permanentmagneten.
Es ist bekannt, dass, weil der Magnet auf Sm-Co-Basis eine hohe Curie-Temperatur hat, dieser eine ausgezeichnete Wärmeresistenz entfaltet, ohne dass Dy verwendet wird. Der Magnet auf Sm-Co-Basis erregt Aufmerksamkeit als Permanentmagnet, der eine gute Motoreigenschaft unter hohen Temperaturen realisieren kann. Ein Magnet vom Sm₂Co₁₇-Typ unter den Magneten auf Sm-Co-Basis wird als Permanentmagnet erwartet, der für einen Motor und einen Stromgenerator verwendet wird, weil er eine hohe Koerzitivkraft und hohe Magnetflussdichte aufweist. Jedoch wird klar, dass dann, wenn ein konventioneller Magnet vom Sm₂Co₁₇-Typ in einem Motor und einem Stromgenerator verwendet wird, eine Demagnetisierung in einem Oberflächenbereich des Magneten zum Zeitpunkt des Betriebs unter hoher Temperatur auftreten kann. Daher gibt es ein Bedürfnis für einen Magneten vom Sm₂Co₁₇-Typ, worin die Hochtemperatur-Demagnetisierung im Oberflächenbereich unterdrückt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittansicht, die einen Permanentmagneten gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt.
2 zeigt eine Ansicht, die einen Permanentmagnetmotor eines Ausführungsbeispiels zeigt.
3 ist eine Ansicht, die einen variablen Magnetflussmotor eines Ausführungsbeispiels zeigt.
4 ist eine Ansicht, die einen Stromgenerator eines Ausführungsbeispiels zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Permanentmagnet zur Verfügung gestellt, umfassend: einen Magnethauptkörper; und einen Oberflächenbereich, der auf einer Oberfläche des Magnethauptkörpers vorgesehen ist. Der Magnethauptkörper hat eine Zusammensetzung, ausgedrückt durch die folgende Zusammensetzungsformel 1. Der Oberflächenbereich hat eine Zusammensetzung, ausgedrückt durch die folgende Zusammensetzungsformel 2. R(Fe_p1M_q1Cu_r1Co_1-p1-q1-r1)_z1 Zusammensetzungsformel 1 worin. R zumindest ein Element ist, ausgewählt aus Seltenerdelementen, M zumindest ein Element ist, ausgewählt aus Ti, Zr und Hf, p1 eine Zahl ist, die 0,25 ≤ p1 ≤ 0,45 (Atomverhältnis) erfüllt, q1 eine Zahl ist, die 0,01 ≤ q1 ≤ 0,05 (Atomverhältnis) erfüllt, r1 eine Zahl ist, die 0,01 ≤ r1 ≤ 0,1 (Atomverhältnis) erfüllt und z1 eine Zahl ist, die 6 ≤ z1 ≤ 9 (Atomverhältnis) erfüllt. R(Fe_p2M_q2Cu_r2Co_1-p2-q2-r2)_z2 Zusammensetzungsformel 2 worin R zumindest ein Element ist, ausgewählt aus Seltenerdelementen, M zumindest ein Element ist, ausgewählt aus Ti, Zr und Hf, p2 eine Zahl ist, die 0,25 ≤ p2 ≤ 0,45 (Atomverhältnis) erfüllt, q2 eine Zahl ist, die 0,01 ≤ q2 ≤ 0,05 (Atomverhältnis) erfüllt, r2 eine Zahl ist, die 0,01 ≤ r2 ≤ 0,1 (Atomverhältnis) erfüllt und z2 eine Zahl ist, die 0,8 ≤ z2/z1 ≤ 0,995 (Atomverhältnis) erfüllt.
Nachfolgend wird der Permanentmagnet des Ausführungsbeispiels detailliert beschrieben. 1 ist eine Querschnittansicht, die eine Struktur des Permanentmagneten des Ausführungsbeispiels zeigt. Der Permanentmagnet 1, der in 1 gezeigt ist, umfasst einen Magnethauptkörper (2) und einen Oberflächenbereich (3), der auf einer Oberfläche des Magnethauptkörpers (2) vorgesehen ist. Der Magnethauptkörper (2) hat die Zusammensetzung, die durch die genannte Zusammensetzungsformel 1 ausgedrückt ist. Der Oberflächenbereich (3) hat die Zusammensetzung, die durch die oben genannte Zusammensetzungsformel 2 ausgedrückt ist.
In der Zusammensetzungsformel (1) und der Zusammensetzungsformel (2) wird als Element R zumindest ein Element verwendet, ausgewählt aus Seltenerdelementen, umfassend Yttrium (Y). Das Element R verursacht eine große magnetische Anisotropie und gibt dem Permanentmagneten eine hohe Koerzitivkraft. Als Element R ist mindestens ein Element, ausgewählt aus Samarium (Sm), Cer (Ce), Neodymium (Nd) und Praseodymium (Pr) bevorzugt, und die Verwendung von Sm ist besonders wünschenswert. Wenn 50 Atom% oder mehr des Elementes R Sm ist, ist es möglich, die Leistung, insbesondere die Koerzitivkraft des Permanentmagneten mit guter Reproduktionsfähigkeit zu verstärken. Weiterhin sind zumindest 70 Atom% oder mehr des Elementes R wünschenswert Sm.
Eisen (Fe) ist hauptsächlich verantwortlich für die Magnetisierung des Permanentmagneten. Durch Vermischen einer großen Menge Fe ist es möglich, eine Sättigungsmagnetisierung des Permanentmagneten zu erhöhen. Wenn der Gehalt von Fe übermäßig groß ist, erniedrigt sich die Koerzitivkraft aufgrund des Ausfallens einer α-Fe-Phase und dergleichen. Jeder der Gehalte p1, p2 von Fe in der Zusammensetzungsformel (1) und der Zusammensetzungsformel (2) fällt innerhalb eines Bereiches von 0,25 bis 0,45. Das Einstellen der Gehalte p1, p2 von Fe auf 0,25 oder mehr macht es möglich, die Sättigungsmagnetisierung des Permanentmagneten zu verstärken. Die Gehalte p1, p2 von Fe fallen bevorzugt innerhalb eines Bereiches von 0,28 bis 0,40 und mehr bevorzugt innerhalb eines Bereiches von 0,30 bis 0,36.
Als Element M wird zumindest ein Element verwendet, ausgewählt aus Titan (Ti), Zirkonium (Zr) und Hafnium (Hf). Das Vermischen des Elementes M macht es möglich, dass eine große Koerzitivkraft entfaltet wird, selbst wenn die Fe-Konzentration der Zusammensetzung hoch. Jeder der Gehalte q1, q2 des Elementes M in der Zusammensetzungsformel (1) und der Zusammensetzungsformel (2) fällt innerhalb eines Bereiches von 0,01 bis 0,05. Wenn q1 und q2 mehr als 0,05 sind, erniedrigt sich die Magnetisierung stark. Wenn q1 und q2 weniger als 0,01 sind, ist die Wirkung der Erhöhung der Fe-Konzentration klein. Die Gehalte q1, q2 des Elementes M fallen bevorzugt innerhalb eines Bereiches von 0,01 bis 0,03 und mehr bevorzugt innerhalb eines Bereiches von 0,015 bis 0,25.
Das Element M kann irgendeines von Ti, Zr und Hf sein, umfasst bevorzugt aber zumindest Zr. Insbesondere wenn 50 Atom% oder mehr des Elementes M Zr ist, ist es möglich, die Wirkung der Verstärkung der Koerzitivkraft des Permanentmagneten zu verbessern. Auf der anderen Seite ist Hf in dem Element M besonders teuer, und daher ist, selbst wenn Hf verwendet wird, die verwendete Menge bevorzugt klein. Der Gehalt von Hf wird bevorzugt auf weniger als 20 Atom% des Elementes M eingestellt.
Kupfer (Cu) ist ein Element, das essentiell ist, um zu verursachen, dass ein Permanentmagnet auf Sm-Co-Basis eine hohe Koerzitivkraft entfaltet. Jeder Gehalt r1, r2 von Cu in der Zusammensetzungsformel (1) und fällt innerhalb eines Bereiches von 0,01 bis 0,1. Wenn r1 und r2 über 0,1 sind, erniedrigt sich die Magnetisierung stark, und wenn r1 und r2 niedriger als 0,01 sind, ist es schwierig, eine hohe Koerzitivkraft zu erhalten. Die Gehalte r1, r2 von Cu fallen bevorzugt innerhalb eines Bereiches von 0,03 bis 0,07 und mehr bevorzugt innerhalb eines Bereiches von 0,04 bis 0,06.
Kobalt (Co) ist ein Element, das nicht nur für die Magnetisierung des Permanentmagneten verantwortlich ist, sondern auch notwendig ist, um die Entfaltung einer hohen Koerzitivkraft zu bewirken, Wenn eine große Menge an Ca enthalten ist, wird eine Curie-Temperatur hoch, was die thermische Stabilität des Permanentmagneten verbessern kann. Wenn der Co-Gehalt zu klein ist, ist es nicht möglich diese Wirkungen ausreichend zu erhalten. Wenn der Gehalt an Ca übermäßig groß ist, erniedrigt sich ein Verhältnis des Fe-Gehaltes verhältnismäßig, was die Magnetisierung verschlechtern kann. Daher wird der Gehalt von Co unter Berücksichtigung der Gehalte des Elementes R, des Elementes M und Cu so eingestellt, dass die Gehalte p1, p2 von Fe in der Zusammensetzungsformel (1) und (2) den oben genannten Bereich erfüllen.
Ein Teil von Ca kann durch zumindest ein Element A substituiert sein, ausgewählt aus Nickel (Ni), Vanadium (V), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Aluminium (Al), Silizium (Si), Gallium (Ga), Niobium (Nb), Tantal (Ta) und Wolfram (W). Die Substitution des Elementes A durch Ca kann bei der Zusammensetzungsformel (1) oder der Zusammensetzungsformel (2) oder bei beiden angewandt werden Das Substitutionselement A trägt zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaft, beispielsweise der Koerzitivkraft, bei. Jedoch kann eine übermäßige Substitution des Elementes A durch Co eine Verschlechterung der Magnetisierung verursachen, und daher ist die Menge der Substitution durch das Element A bevorzugt 20 Atom% Co oder weniger. Es ist möglich, dass das Material des Magneten des Ausführungsbeispiels unvermeidbare Verunreinigungen, wie ein Oxid, enthält.
In der Zusammensetzungsformel (1) fällt ein Atomverhältnis des Elementes R und der anderen Elemente (Fe, M, Cu, Co) innerhalb eines Bereiches von 1:6 bis 1:9. D. h. ein Wert (Atomverhältnis) von z1 in der Zusammensetzungsformel (1) wird auf einen Bereich von 6 bis 9 eingestellt. Wenn der Wert von z1 weniger als 6 ist, mit anderen Worten, wenn ein Verhältnis des Gehaltes des Elementes R zu groß ist, erniedrigt sich die Magnetisierung stark und eine ausreichende Magnetflussdichte kann nicht erhalten werden. Wenn der Wert von z1 über 9 ist, mit anderen Worten, wenn das Verhältnis des Gehaltes des Elementes R zu klein ist, fällt eine große Menge der α-Fe-Phase aus, und eine ausreichende Koerzitivkraft kann nicht erhalten werden. Der Wert von z1 wird bevorzugt auf einen Bereich von 7,5 bis 8,5 und mehr bevorzugt 7,7 bis 8,3 eingestellt. Ein Atomverhältnis des Elementes R und der anderen Elemente (Fe, M, Cu, Co) in der Zusammensetzungsformel (2) wird detailliert später beschrieben.
Der Permanentmagnet (1) des Ausführungsbeispiels wird beispielsweise zu einer rechteckigen Parallelepiped-Form verarbeitet und danach in einem Zustand verwendet, dass er in einem Motor oder einem Stromerzeuger verborgen ist. Wenn der Motor oder der Stromerzeuger hohen Temperaturen ausgesetzt ist, kann die Magnetisierungsumkehrung von dem Oberflächenbereich des Permanentmagneten auftreten, wo sich ein demagnetisierendes Magnetfeld konzentriert. Wenn eine solche Hochtemperatur-Demagnetisierung auftritt, erniedrigt sich die Leistung des Motors oder des Stromerzeugers stark. Insbesondere weil der Magnet auf Sm-Co-Basis hoch flüchtiges Sm enthält, verdampft Sm von der Oberfläche des Magneten während der später beschriebenen Herstellungsschritte oder dergleichen des Permanentmagneten, was dazu führen kann, dass die Sm-Konzentration in dem Oberflächenbereich kleiner gemacht wird als im Inneren des Magneten. Der Magnet auf Sm-Co-Basis gelangt, wenn die Sm-Konzentration des Oberflächenbereiches sich erniedrigt, in einen Zustand, der für die Hochtemperatur-Demagnetisierung nachteilig ist.
Diese Erfinder haben festgestellt, dass die Hochtemperatur-Demagnetisierung eines konventionellen Magneten auf Sm-Co-Basis der oben beschriebenen Verminderung der Konzentration des Elementes R wie Sm in dem Oberflächenbereich zuzuschreiben ist. Daher wird in dem Permanentmagneten (1) des Ausführungsbeispiels der Oberflächenbereich (3) mit der Zusammensetzung, ausgedrückt durch die Zusammensetzungsformel (2), auf der Oberfläche des Magnethauptkörpers (Magnetinneres) (2) mit der Zusammensetzung, ausgedrückt durch die Zusammensetzungsformel 1, vorgesehen. Die Zusammensetzung in dem Oberflächenbereich (3) ist gekennzeichnet durch einen Wert von z2, der das Atomverhältnis der anderen Elemente (Fe, M, Cu, Co) zum Element R darstellt. Der Wert z2 in der Zusammensetzungsformel 2 wird so eingestellt, dass er 0,8 ≤ z2/z1 ≤ 0,995 erfüllt. Durch Vorsehen des Oberflächenbereiches (3) mit einer Zusammensetzung, worin z2 erfüllt ist, auf der Oberfläche des Magnethauptkörpers (2) ist es möglich, die Hochtemperatur-Demagnetisierung im Oberflächenbereich des Permanentmagneten (1) auf Sm-Co-Basis zu unterdrücken.
Dass das Verhältnis (z2/z1) des Wertes von z2 in der Zusammensetzungsformel 2 zum Wert von z1 in der Zusammensetzungsformel 1 weniger als 1 ist, bedeutet, dass in der Zusammensetzungsformel 2 das Atomverhältnis der anderen Elemente (Fe, M, Cu, Co) als dem Element R kleiner ist als in der Zusammensetzungsformel 1. D. h. im Vergleich zu dem Magnethauptkörper (Magnetinneres) (2) hat der Oberflächenbereich (3) eine Zusammensetzung, worin das Verhältnis des Elementes R groß ist, mit anderen Worten, eine Zusammensetzung, worin die Konzentration des Elementes R hoch ist. Indem die Konzentration des Elementes R in dem Oberflächenbereich (3) höher gemacht wird als im Magnethauptkörper (Magnetinneres) (2), ist es möglich, die Magnetisierungsumkehrung in dem Oberflächenbereich (3) zum Zeitpunkt des Betriebes unter hohen Temperaturen zu unterdrücken und davon ausgehend ist es möglich, eine Verminderung beim Magnetfluss zu unterdrücken. D. h., es ist möglich, die Hochtemperatur-Demagnetisierung des Permanentmagneten (1) zu unterdrücken. Daher ist es möglich, den Permanentmagneten (1) zu erzeugen, der eine gute Eigenschaft aufrechterhalten kann, selbst wenn er in einem Motor oder einem Stromerzeuger zusammengebaut wird, die unter hohen Temperaturen betrieben werden.
Für den Erhalt der Wirkung, dass die Konzentration des Elementes R in dem Oberflächenbereich (3) höher gemacht wird als in dem Magnethauptkörper (2), wird der Wert z2 in der Zusammensetzungsformel 2 so eingestellt, dass das Verhältnis z2/z1 0,995 oder weniger wird. Durch Einstellen des Verhältnisses z2/z1 auf 0,995 oder weniger ist es möglich, die Hochtemperatur-Demagnetisierung des Permanentmagneten (1) effektiv zu unterdrücken. Um effektiver die Wirkung des Unterdrückens der Hochtemperatur-Demagnetisierung zu erhalten, ist das Verhältnis z2/z1 bevorzugt 0,95 oder weniger. Wenn jedoch das Verhältnis z2/z1 zu niedrig ist, wird die Konzentration des Elementes R in dem Oberflächenbereich (3) zu groß, was stark die Magnetisierung des Oberflächenbereiches (3) verschlechtert. Als Ergebnis erniedrigt sich die Magnetflussdichte des gesamten Permanentmagneten (1) und die Magneteigenschaft verschlechtert sich. Daher wird das Verhältnis z2/z1 auf 0,8 oder mehr eingestellt. Das Verhältnis z2/z1 ist bevorzugt 0,85 oder mehr.
Um nur den Einfluss durch Verdampfung des Elements R wie Sm von der Oberfläche des Magneten bei den Herstellungsschritten usw. des Permanentmagneten zu eliminieren, ist es nur notwendig, den Oberflächenbereich des Permanentmagneten zu polieren, wenn er verwendet ist, und einen Bereich zu entfernen, bei dem die Konzentration des Elementes R niedrig ist. Übermäßiges Polieren des Permanentmagneten erniedrigt jedoch die Ausbeuten, was zu einer Erhöhung der Herstellungskosten des Permanentmagneten führt. Darüber hinaus ist es nur durch Polieren des Oberflächenbereiches des Permanentmagneten nicht möglich, die Konzentration des Elements R in dem Oberflächenbereich höher zu machen als im Inneren. In Bezug auf ein solches Problem ist das vorheriges Vorsehen des Oberflächenbereiches (3), wo die Konzentration des Elementes R höher ist als im Inneren (Magnethauptkörper) (2), möglich, die Hochtemperatur-Demagnetisierung des Permanentmagneten (1) mit guter Reproduzierbarkeit zu unterdrücken. Weiterhin ist es möglich, eine Poliermenge des Oberflächenbereiches des Permanentmagneten zu reduzieren, was zu einer Reduktion der Herstellungskosten führt.
Im Oberflächenbereich (3), bei dem die Konzentration des Elementes R höher ist als im Magnethauptkörper (2) ist es weiterhin bevorzugt, dass die Konzentration des Elementes M niedriger ist als im Magnethauptkörper (2). D. h., ein Wert von q2 in der Zusammensetzungsformel 2 erfüllt bevorzugt 0,5 ≤ q2/q1 ≤ 0,95. Indem die Konzentration des Elementes M im Oberflächenbereich (3) niedriger gemacht wird als im Magnethauptkörper (2) wird es möglich, die Wirkung der Unterdrückung der Hochtemperatur-Demagnetisierung des Permanentmagneten (1) weiter zu verstärken. Ein Bereich mit der Zusammensetzung, bei der die Konzentration des Elementes M niedriger ist als im Magnethauptkörper (2), kann auf dem gesamten Oberflächenbereich (3) oder auf einem Teil des Oberflächenbereiches (3) vorgesehen sein. Es ist bevorzugt, dass zumindest ein Teil des Oberflächenbereiches die Zusammensetzung aufweist, bei der der Wert von q2 in der Zusammensetzungsformel 2 0,5 ≤ q2/q1 ≤ 0,95 erfüllt.
Um die Wirkung der Unterdrückung der Hochtemperatur-Demagnetisierung zu erhalten, indem die Konzentration des Elementes M in dem Oberflächenbereich (3) niedriger gemacht wird als in dem Magnethauptkörper (2), wird der Wert von q2 in der Zusammensetzungsformel 2 bevorzugt so eingestellt, dass das Verhältnis q2/q1 0,95 oder weniger wird. Das Einstellen des Verhältnisses q2/q1 auf 0,95 oder weniger, macht es möglich, die Wirkung der Unterdrückung der Hochtemperatur-Demagnetisierung des Permanentmagneten (1) zu verstärken. Um weiter die Wirkung der Unterdrückung der Hochtemperatur-Demagnetisierung zu verstärken, ist das Verhältnis q2/q1 mehr bevorzugt 0,9 oder weniger. Wenn jedoch das Verhältnis q2/q1 zu niedrig ist, fällt die α-Fe-Phase an dem Oberflächenbereich (3) aus, was die Koerzitivkraft erniedrigen kann. Daher ist das Verhältnis q2/q1 bevorzugt 0,5 oder mehr und mehr bevorzugt 0,7 oder mehr.
In dem Permanentmagneten (1) dieses Ausführungsbeispiels werden der Magnethauptkörper (Magnetinneres) (2) und der Oberflächenbereich (3) wie folgt definiert. Zunächst wird die Zusammensetzung im Inneren und im Oberflächenbereich eines Querschnittes, der an einem zentralen Bereich der längsten Seite in einer Oberfläche mit der größten Fläche des Permanentmagneten geschnitten ist, senkrecht zu der Seite gemessen (senkrecht zu einer Tangente des zentralen Bereiches im Fall einer Kurve). Die Messpunkte sind wie folgt. Referenzlinien 1, gezogen von 1/2 Positionen der jeweiligen Seiten in dem genannten Querschnitt als Ausgangspunkte bis zu den Endbereichen in Richtung zu einer inneren Seite, die senkrecht zu den Seiten steht, und Referenzlinien 2, gezogen von den Mitten der jeweiligen Ecken als Ausgangspunkte bis zu Endbereichen in Richtung zur inneren Seite bei 1/2 Positionen der inneren Winkel der Eckbereiche werden vorgesehen, und 1% Positionen der Längen der Referenzlinien von den Ausgangspunkten dieser Referenzlinien 1, 2 werden als Oberflächenbereich (3) und 40% Positionen als Inneres 2 definiert. Wenn die Eckbereiche eine Krümmung haben wegen einer Schräge oder dergleichen, werden Punkte der Kreuzung von Extensionen von benachbarten Seiten als Endbereiche der Seiten (Zentren der Eckbereiche) definiert. Die Messpunkte sind Positionen, die nicht auf der Basis der Punkte der Kreuzung, sondern auf der Basis von Portionen in Kontakt mit den Referenzlinien bestimmt sind.
Wenn die Messpunkte wie oben eingestellt werden ist in einem Ball, wenn der Querschnitt beispielsweise ein Viereck ist, die Zahl der Referenzlinien insgesamt acht, wobei vier Referenzlinien 1 und vier Referenzlinien 2 existieren, und die Zahl der Messpunkte ist acht in jedem des Oberflächenbereiches (3) und des Inneren (2). In diesem Ausführungsbeispiel haben die acht Punkte in jedem des Oberflächenbereiches (3) und des Inneren (2) bevorzugt alle den oben genannten Zusammensetzungsbereich, aber zumindest vier Punkte oder mehr in jedem von dem Oberflächenbereich (3) und dem Inneren (2) müssen den oben genannten Zusammensetzungsbereich haben. In diesem Fall wird eine Beziehung zwischen dem Oberflächenbereich (3) und dem Inneren (2) einer Referenzlinie nicht definiert. Die Zusammensetzungsanalyse wird beispielsweise mit SEM-EDX (energiedispersives Röntgenbeugungs-Spektroskopieverfahren) durchgeführt.
Der Permanentmagnet dieses Ausführungsbeispiels umfasst bevorzugt eine metallische Struktur, umfassend eine Phasentrennstruktur, gebildet durch Auferlegung des Alterns einer TbCu₇-Kristallphase (Kristallphase mit TbCu₇-Struktur/1-7-Phase), die eine Hochtemperaturphase ist, als Vorläufer. Die Phasentrennstruktur umfasst eine Zellphase mit einem Th₂Zn₁₇-Kristallphase (Kristallphase mit einer Th₂Zn₁₇-Struktur/2-17-Phase) und eine Zellwandphase, gebildet unter Umrundung einer Peripherie der Zellphase und mit einer CaCu₅-Kristallphase (Kristallphase mit einer CaCu₅-Struktur/1-5-Phase). Die metallische Struktur des Permanentmagneten kann eine andere Kristallphase als die 2-17-Phase und die 1-5-Phase oder eine amorphe Phase enthalten.
Eine Domänen-Wandenergie der 1-5-Phase (Zellwandphase), die an Korngrenzen der 2-17-Phase (Zellphase) ausfällt, ist größer als die Domänen-Wandenergie der 2-17-Phase und dieser Unterschied in der Domänen-Wandenergie wird eine Sperre für eine Domänen-Wandverschiebung. Es wird überlegt, dass, weil in dem Magneten vom Sm₂CO₁₇-Typ die 1-5-Phase oder dergleichen, die eine große Domänen-Wandenergie hat, als Pinning-Stelle fungiert, die Koerzitivkraft vom Domänen-Wandpinning-Typ entfaltet wird. Es wird überlegt, dass der Unterschied in der Domänen-Wandenergie hauptsächlich durch den Unterschied in der Cu-Konzentration verursacht wird. Es wird überlegt, dass die Koerzitivkraft entfaltet wird, wenn die Cu-Konzentration in der Zellwandphase höher ist als die Cu-Konzentration in der Zellphase. Daher hat die Zellwandphase bevorzugt eine Cu-Konzentration, die das 1,2-Mache oder Mehrfache der Cu-Konzentrationen in der Zellphase ist. Dies ermöglicht, dass die Zellwandphase vollständig als Pinning-Stelle der Domänenwand fungiert, was es möglich macht, eine ausreichende Koerzitivkraft zu erhalten.
Ein typische Beispiel der Zellwandphase, die existiert, um die Zellphase zu umgeben, ist die oben genannte 1-5-Phase, aber die Zellwandphase ist nicht hierauf beschränkt. Wenn die Zellwandphase eine Cu-Konzentration hat, die das 1,2-fache oder Mehrfache der Cu-Konzentration der Zellphase ist, kann die Zellwandphase ausreichend als Pinning-Stelle fungieren, was es möglich macht, eine hohe Koerzitivkraft zu erhalten. Daher muss die Zellwandphase nur die oben genannte Cu-reiche Phase sein. Neben der 1-5-Phase sind Beispiele der Zellwandphase die 1-7-Phase, die die Hochtemperaturphase ist (Struktur vor der Phasentrennung) und eine Vorläuferphase der 1-5-Phase, die in einer anfänglichen Stufe der Zweiphasentrennung der 1-7-Phase erzeugt ist.
Eine Form des Permanentmagneten des Ausführungsbeispiels ist nicht notwendigerweise beschränkt, aber der Permanentmagnet ist bevorzugt ein gesinterter Magnet. Der Permanentmagnet des Ausführungsbeispiels umfasst bevorzugt den Magnethauptkörper (Magnetinneres) (2), der aus einem Sinterkompakt mit der Zusammensetzung mit der Zusammensetzungsformel 1 erzeugt ist, und den Oberflächenbereich (3), der auf der Oberfläche des Magnethauptkörpers (2) (Sinterkompakt) vorgesehen ist. Der Oberflächenbereich (3) kann zur gleichen Zeit gebildet sein, wenn der Sinterkompakt als Magnethauptkörper (2) gebildet ist oder kann durch eine später beschriebene Wärmebehandlung oder dergleichen nach Bildung des Sinterkompaktes gebildet sein. Ein Verfahren zur Bildung des Oberflächenbereiches (3) ist nicht besonders beschränkt, und es ist nur notwendig, dass der Oberflächenbereich (3) sich bezüglich der Konzentration des Elementes R und der Konzentration des Elements M von dem Magnethauptkörper (Magnetinneres) (2) unterscheidet.
Der Permanentmagnet dieses Ausführungsbeispiels wird beispielsweise wie folgt hergestellt. Zunächst wird ein Legierungspulver, umfassend die bestimmten Mengen der Elemente, hergestellt. Das Legierungspulver wird hergestellt durch Mahlen eines Legierungsbarrens, erhalten durch Gießen von geschmolzenem Metall, beispielsweise durch Bogenschmelzverfahren oder Hochfrequenzschmelzverfahren. Das Legierungspulver kann durch Herstellen eines dünnen Legierungstreifens in Schüppchenform durch ein Streifengussverfahren und anschließendes Mahlen des dünnen Legierungsstreichens hergestellt werden. Das Legierungspulver oder die Legierung vor dem Mahlen kann zur Homogenisierung, falls erforderlich, wärmebehandelt werden. Eine Strahlmühle, Kugelmühle oder dergleichen wird zum Mahlen des Schüppchens oder des Barrens verwendet. Das Mahlen wird bevorzugt in einer Inertgasatmosphäre oder einem organischen Lösungsmittel durchgeführt, um die Oxidation des Legierungspulvers zu verhindern.
Dann wird das Legierungspulver in eine Form gefüllt, die in einem Elektromagneten oder dergleichen installiert ist, und wird pressgeformt, während ein Magnetfeld auferlegt wird, wodurch ein komprimierter Pulverkörper hergestellt wird, dessen Kristallachsen orientiert sind. Durch Sintern dieses komprimierten Pulverkörpers unter angemessenen Bedingungen ist es möglich, einen dichten gesinterten Kompakt zu erhalten. Eine Sintertemperatur fällt bevorzugt innerhalb eines Bereiches von 1.100 bis 1.300°C, und die Sinterzeit fällt bevorzugt innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 15 Stunden. Zur Verhinderung der Oxidation wird das Sintern des komprimierten Pulverkörpers bevorzugt in einer Vakuumatmosphäre oder einer Inertgasatmosphäre aus Argongas durchgeführt.
Dann werden eine Lösungsbehandlung und Altern mit dem erhaltenen Sinterkompakt zum Steuern der Kristallstruktur durchgeführt. Die Lösungsbehandlung ist eine Behandlung, unter Erhalt der 1-7-Phase, die der Vorläufer der Phasentrennstruktur ist, und wird bevorzugt durchgeführt, indem eine Temperatur, die innerhalb eines Bereiches von 1.110 bis 1.200°C fällt, für 0,5 bis 8 Stunden gehalten wird. Das Altern ist eine Behandlung zum Steuern der Kristallstruktur zur Verstärkung der Koerzitivkraft des Magneten. Beim Altern ist es bevorzugt, dass nach Halten der Temperatur bei 700 bis 900°C für 0,5 bis 80 Stunden die Temperatur graduell auf 400 bis 650°C bei einer Kühlrate von 0,2°C/Minute bis 2°C/Minute und anschließend auf Raumtemperatur vermindert wird. Zur Verhinderung der Oxidation werden die Lösungsbehandlung und das Altern bevorzugt in der Vakuumatmosphäre oder in einer Inertgasatmosphäre aus Ar-Gas oder dergleichen durchgeführt.
Der Permanentmagnet (Sintermagnet), erhalten durch das oben beschrieben Herstellungsverfahren, hat eine einzelne Zusammensetzung, die ähnlich wie bei einem konventionellen Magneten auf Sm-Co-Basis ist. Nachfolgend werden Verfahren zur Erzeugung des Magnethauptkörpers (Inneres) (2) und des Oberflächenbereichs (3), die bezüglich der Konzentrationen des Elementes R und des Elementes M verschieden sind, beschrieben. Als Verfahren für den Erhalt des Konzentrationsunterschiedes des Elementes R ist ein Verfahren zum Diffundieren des Elementes R durch Wärmebehandlung nach Niederschlagen des Elementes R auf einer Oberfläche des genannten Sinterkompaktes wirksam. Wenn Sm als Element R verwendet wird, ist es durch Erwärmen in einem Zustand, dass Pulver mit einer hohen Sm-Konzentration in der Nähe des Sinterkompaktes angeordnet ist, möglich, Sm auf der Oberfläche des Sinterkompaktes niederzuschlagen, weil Sm unter hohen Temperaturen einen hohen Dampfdruck hat. Alternativ kann das Element R durch die Wärmebehandlung nach Auftragen eines Verbindungspulvers aus einem Fluorid, Oxid oder dergleichen, umfassend das Element R, auf der Oberfläche des Sinterkompaktes diffundiert werden.
Die Wärmebehandlung, die nach dem Niederschlagen des Elementes R oder der Auferlegung des Verbindungspulvers, umfassend das Element R, durchgeführt wird, wird bevorzugt unter solchen Bedingungen durchgeführt, dass das Element R ausreichend von der Oberfläche des Sinterkompaktes diffundiert, und eine Verbindung, worin die Konzentration des Elementes R hoch ist, wird erzeugt. Die Wärmebehandlung wird bevorzugt unter Bedingungen beispielsweise einer Temperatur von 500 bis 1.000°C und 0,1 bis 10 Stunden durchgeführt. Anschließend kann der Oberflächenbereich (3) mit der Zusammensetzung, bei der das Verhältnis z2/z1 innerhalb des Bereiches von 0,8 bis 0,995 fällt, auf der Oberfläche des Magnethauptkörpers (2) aus dem Sinterkompakt erzeugt werden. Wenn die Wärmebehandlungstemperatur und die Wärmbehandlungszeit unzureichend sind, kann die Diffusion des Elementes R und die Erzeugung der Verbindung nicht vollständig ablaufen, so dass das Verhältnis z2/z1 in dem Oberflächenbereich (3) nicht auf den bestimmten Bereich gesteuert werden kann.
Ein Beispiel eines Verfahrens für den Erhalt des Unterschiedes der Konzentration des Elementes M ist ein Verfahren, bei dem eine Vielzahl von Legierungspulvern mit unterschiedlicher Konzentration des Elementes M aufeinanderfolgend in eine Form gegeben und in dem Schritt der Herstellung des komprimierten Pulverkörpers pressgeformt werden. Beispielsweise wird ein Legierungspulver (1), bei dem der Gehalt des Elementes M auf einen bestimmten Bereich eingestellt ist, und Legierungspulver (2), bei dem der Gehalt des Elementes M niedriger ist als im Legierungspulver (1), hergestellt. Zunächst wird das Legierungspulver (2) in die Form gegeben, dann wird das Legierungspulver (1) darin gegeben und das Legierungspulver (2) wird schließlich erneut zugegeben. Durch Pressformen in. diesem Zustand wird der komprimierte Pulverkörper, in dessen oberen und unteren Oberflächen Bereiche mit einer niedrigen Konzentration des Elementes M vorgesehen sind, erhalten. Durch Sintern eines solchen komprimierten Pulverkörpers ist es möglich, den Sinterkompakt zu erhalten, worin der Oberflächenbereich (3) mit einer niedrigen Konzentration des Elements M auf der Oberfläche des Magnethauptkörpers (2) mit der bestimmten Konzentration des Elementes M vorgesehen ist.
Der Sinterkompakt mit dem Konzentrationsunterschied des Elementes R und dem Konzentrationsunterschied des Elementes M kann erhalten werden durch Anwenden der Kombination der oben beschriebenen Verfahren. Durch Einstellen der Bedingungen der Wärmebehandlung, durchgeführt nach dem Niederschlag des Elements R oder der Auftragung des Verbindungspulvers, umfassend. das Element R, ist es auch möglich, den Konzentrationsunterschied des Elementes R und den Konzentrationsunterschied des Elementes M gleichzeitig zu erzielen. Die hierin beschriebenen Verfahren sind Beispiele, und irgendwelche Verfahren können verwendet werden, vorausgesetzt, dass der Sinterkompakt den Konzentrationsunterschied des Elementes R zwischen dem Inneren und dem Oberflächenbereich aufweist und dass weiterhin der Sinterkompakt mit dem Konzentrationsunterschied des Elementes M erhalten werden kann. Durch Durchführen der genannten Lösungsbehandlung und des Alterns mit einem solchen Sinterkompakt ist es möglich, den Permanentmagneten (1) mit dem Magnethauptkörper (Inneres) (2) und dem Oberflächenbereich (3) zu erhalten, die sich bezüglich der Zusammensetzung unterscheiden, während eine hohe Koerzitivkraft und hohe Magnetflussdichte aufrechterhalten sind. Die Lösungsbehandlung kann vor dem Verfahren für den Erhalt des Konzentrationsunterschiedes des Elementes R und des Elementes M durchgeführt werden.
Der Permanentmagnet dieses Ausführungsbeispiels ist in verschiedenen Arten von Motoren und Stromerzeugern verwendbar. Der Permanentmagnet des Ausführungsbeispiels ist ebenfalls als stationärer Magnet und als variabler Magnet eines variablen Magnetflussmotors und eines variablen Magnetflussstromerzeugers verwendbar. Verschiedene Arten von Motoren und Stromerzeugern sind strukturiert durch Verwendung des Permanentmagneten dieses Ausführungsbeispiels. Wenn der Permanentmagnet dieses Ausführungsbeispiels für einen variablen Magnetflussmotor verwendet wird, ist der Stand der Technik, offenbart in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen 2008-29148 und 2008-43172 als Struktur und Antriebssystem des variablen Magnetflussmotors anwendbar.
Nachfolgend wird ein Motor und ein Stromgenerator der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. 2 zeigt einen Permanentmagnetmotor gemäß einem Ausführungsbeispiel. In dem Permanentmagnetmotor (11), dargestellt in 2, ist ein Rotor. (Rotierteil) (13) in einem Stator (stationärer Teil) (12) angeordnet. In einem Eisenkern (14) des Rotors (13) sind die Permanentmagneten (15) des Ausführungsbeispiels angeordnet. Auf der Basis der Eigenschaften usw. der Permanentmagneten des Ausführungsbeispiels ist es möglich, eine Effizienzverstärkung, Größenverkleinerung, Kostenreduzierung usw. beim Permanentmagnetenmotor (11) zu realisieren.
3 zeigt einen variablen Magnetflussmotor gemäß einem Ausführungsbeispiel. In dem variablen Magnetflussmotor (21), der in 3 gezeigt ist, ist ein Rotor (rotierendes Teil) (23) in einem Stator (stationärer Teil) (22) angeordnet. In einem Eisenkern (24) des Rotors (23) sind die Permanentmagneten der Ausführungsbeispiele als stationäre Magneten (25) und variable Magneten (26) angeordnet. Die Magnetflussdichte (Flussquantum) der variablen Magnete (26) ist variabel. Die variablen Magnete (26) werden nicht durch einen Q-Achsen-Strom beeinflusst, weil deren Magnetisierungsrichtung orthogonal zu einer Q-Achsenrichtung ist, und kann von einem D-Achsenstrom magnetisiert werden. In dem Rotor (23) ist eine Magnetisierwicklung (nicht dargestellt) vorgesehen. Wenn ein Strom durch die magnetisierte Wicklung von einem magnetisierenden Schaltkreis geleitet wird, reagiert dessen Magnetfeld direkt auf die variablen Magneten (26).
Gemäß dem Permanentmagneten des Ausführungsbeispiels ist es möglich, beispielsweise die stationären Magneten (25) zu erhalten, deren Koerzitivkraft über 500 kA/m ist, und die variablen Magneten (26) zu erhalten, deren Koerzitivkraft 500 kA/m oder weniger ist, indem die verschiedenen Bedingungen des oben genannten Herstellungsverfahrens geändert werden. In dem variablen Magnetflussmotor (21), gezeigt in 3, sind die Permanentmagneten des Ausführungsbeispiels als stationäre Magneten (25) und als variable Magneten (26) verwendbar, aber die Permanentmagneten des Ausführungsbeispiels können als einer der Magneten verwendet werden. Der variable Magnetflussmotor (21) ist in der Lage ein großes Drehmoment mit einer kleinen Vorrichtungsgröße abzugeben und ist somit geeignet für Motoren für Hybridfahrzeuge, elektrische Fahrzeuge und dergleichen, deren Motoren eine hohe Leistung und eine kleine Größe haben müssen.
4 zeigt einen Stromerzeuger gemäß einem Ausführungsbeispiele Der in 4 gezeigte Stromerzeuger (31) umfasst einen Stator (stationäres Teil) (32) unter Verwendung des Permanentmagneten des Ausführungsbeispiels. En Rotor (rotierendes Teil) (33), das im Inneren des Stators (32) (stationäres Teil) angeordnet ist, ist über einen Schaft (35) mit einer Turbine (34) verbunden, die an einem Ende des Stromerzeugers (31) vorgesehen ist. Die Turbine (34) rotiert beispielsweise durch ein extern zugeführtes Fluid. Anstelle der Turbine (34), die durch das Fluid rotiert, ist es übrigens auch möglich, den Schaft (35) durch Transmission der dynamischen Rotation, wie regenerative Energie des Fahrzeuges, zu rotieren. Als Stator (32) und Rotor (33) sind verschiedene Arten von allgemein bekannten Strukturen anwendbar.
Der Schaft (35) steht mit einem Kommutator (nicht dargestellt) in Kontakt, angeordnet auf dem Rotor (33) entgegengesetzt zur Turbine (34), und eine elektromotive Kraft, erzeugt durch die Rotation des Rotors (33), wird zur Systemspannung, die als Leistung des Stromerzeugers (31) über einen isolierten Phasenbus und einen Traktionstransformer (nicht dargestellt) transmittiert wird, verstärkt. Der Stromerzeuger (31) kann ein normaler Stromerzeuger oder ein variabler Magnetflussstromerzeuger sein. Der Rotor (33) ist elektrisch geladen aufgrund eines axialen Stroms, die die statische Elektrizität von der Turbine (34) und der Stromerzeugung begleitet. Daher umfasst der Stromerzeuger (31) eine Bürste (36) zum Entladen der geladenen Elektrizität des Rotors (33).
Nachfolgend werden Beispiele und deren Auswertungsergebnisse beschrieben.
(BEISPIELE 1 BIS 8)
Nach Wiegen und Mischen von Ausgangsmaterialien mit bestimmten Verhältnissen wurden die resultierenden Mischungen in einer Ar-Gasatmosphäre bogengeschmolzen, wodurch Legierungsbarren hergestellt wurden. Nach grobem Mahlen der Legierungsbarren wurden diese durch eine Strahlmühle fein gemahlen, wodurch Legierungspulver hergestellt wurden. Nachdem die Legierungspulver in einem Magnetfeld zu komprimierten Pulverkörpern pressgeformt waren, wurden sie in einer Ar-Gasatmosphäre bei 1.200°C für 2 Stunden gesintert und anschließend einer Lösungsbehandlung unterworfen, während sie 3 Stunden bei 1.130°C gehalten wurden, wodurch Sinterkompakte erzeugt wurden.
Nachdem Sm auf Oberflächen der erhaltenen Sinterkompakte niedergeschlagen war, wurden diese in der Ar-Gasatmosphäre bei 700°C für 1 Stunde zur Wärmebehandlung gehalten, wodurch Sm von den Oberflächen diffundiert wurde, unter Erhalt eines Unterschiedes der Sm-Konzentration zwischen dem Inneren und der Oberflächenbereiche. Die Niederschlagung von Sm auf den Oberflächen der Sinterkompakte wurde durch ein physikalisches Dampfniederschlagsverfahren durchgeführt, worin Sm-Metallpulver, dessen Korndurchmesser 250 μm oder weniger war, durch Erwärmen verdampft wird, und dieser Sm-Dampf wurde auf den Oberflächen der Sinterkompakte adsorbiert. Die Sinterkompakte, die jeweils den Sm-Konzentrationsunterscheid zwischen dem Inneren und dem Oberflächenbereich aufwiesen, wurden in der Ar-Gasatmosphäre bei 790°C für 4 Stunden gehalten und anschließend graduell auf 400°C gekühlt und weiterhin auf Raumtemperatur gekühlt. Somit erhaltene Sintermagneten wurden der später beschriebenen Auswertung der physikalischen Eigenschaften unterworfen.
(VERGLEICHSBEISPIEL 1)
Ein Sintermagnet wurde auf die gleiche Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass der Niederschlag auf Sm auf der Oberfläche des Sinterkompaktes und die spätere Wärmbehandlung nicht durchgeführt wurden. Der erhaltene Sintermagnet wurde der später beschriebenen Auswertung der physikalischen Eigenschaft unterworfen.
(VERGLEICHSBEISPIEL 2)
Ein Sintermagnet wurde auf die gleiche Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass nach Niederschlag von Sm auf der Oberfläche des Sinterkompaktes dieser in einer Ar-Gasatmosphäre bei 400°C für 1 Stunde zur Wärmbehandlung gehalten wurde. Der erhaltene Sintermagnet wurde deren später beschriebenen Auswertung der physikalischen Eigenschaft unterworfen.

Die Zusammensetzungen im Inneren und dem Oberflächenbereich eines jeden Sintermagneten der Beispiele 1 bis 8 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 2 wurden durch das oben genannte Verfahren gemessen. Die Zusammensetzungsanalyse wurde für vier Stellen im Inneren und vier Stellen im Oberflächenbereich durchgeführt, und die Durchschnittswerte davon sind in Tabelle 1 als Zusammensetzung im Inneren und Zusammensetzung im Oberflächenbereich angegeben. Die Magneteigenschaften eines jeden gesinterten Magneten bei Raumtemperatur wurden durch durch ein BH-Tracer bewertet und eine Koerzitivkraft und restliche Magnetisierung wurden gemessen. Weiterhin wurde jeder Sintermagnet in einem IPM-Motor verborgen und ein Demagnetisierungszustand bei 150°C wurde untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. In den Ausführungsergebnissen des Demagnetisierungszustandes bei 150°C sind solche, worin ein Bereich mit einer Demagnetisierung von mehr als 5% bestätigt wurde, mit ”nicht gut” dargestellt, solche, worin ein Bereich mit einer Demagnetisierung von mehr als 5% nicht bestätigt wurde, mit ”gut” dargestellt, und solche, worin ein Bereich mit einer Demagnetisierung von mehr als 1% nicht bestätigt wurde, als ”sehr gut” bezeichnet sind. TABELLE 1

	Zusammensetzung des Magneten (Atomverhältnis)
	Zusammensetzung im Inneren	Zusammensetzung im Oberflächenbereich
Beispiel 1	Sm(Fe_0,30Zr_0,017Cu_0,057Co_bal.)_7,88	Sm(Fe_0,30Zr_0,017Cu_0,057Co_bal.)_7,77
Beispiel 2	Sm(Fe_0,33Zr_0,020Cu_0,063Co_bal.)_7,82	Sm(Fe_0,32Zr_0,020Cu_0,060Co_bal.)_7,22
Beispiel 3	Sm(Fe_0,34Zr_0,019Cu_0,055Co_bal.)_7,95	Sm(Fe_0,34Zr_0,020Cu_0,057Co_bal.)_7,72
Beispiel 4	(Sm_0,92Ce_0,08)(Fe_0,28Zr_0,022Cu_0,055Co_bal.)_8,08	(Sm_0,92Ce_0,08)(Fe_0,31Zr_0,022Cu_0,056Co_bal.)_7,25
Beispiel 5	(Sm_0,97Nd_0,03)(Fe_0,29Zr_0,018Cu_0,056Co_bal.)_7,73	(Sm_0,97Nd_0,03)(Fe_0,28Zr_0,019Cu_0,055Co_bal.)_7,44
Beispiel 6	(Sm_0,96Pr_0,04)(Fe_0,32Zr_0,019Cu_0,058Co_bal.)_7,91	(Sm_0,96Pr_0,04)(Fe_0,32Zr_0,019 Cu_0,056Co_bal.)_7,32
Beispiel 7	Sm(Fe_0,34(Zr_0,95Hf_0,05)_0,020Cu_0,058Co_bal.)_7,82	Sm(Fe_0,33(Zr_0,95Hf_0,05)_0,020Cu_0,058Co_bal.)_7,77
Beispiel 8	Sm(Fe_0,30(Zr_0,97Ti_0,03)_0,016Cu_0,054Co_bal.)_7,95	Sm(Fe_0,29(Zr_0,97Ti_0,03)_0,017Cu_0,052Co_bal.)_7,80
Vergleichsbespiel 1	Sm(Fe_0,30Zr_0,017Cu_0,057Co_bal.)_7,89	Sm(Fe_0,30Zr_0,017Cu_0,056Co_bal.)_7,98
Vergleichsbeispiel 2	Sm(Fe_0,30Zr_0,017Cu_0,057Co_bal.)_7,86	Sm(Fe_0,32Zr_0,018Cu_0,055 Co_bal.)_6,22

TABELLE 2

	z2/z1	Koerzitivkraft [kA/m]	Restliche Magnetisierung [T]	Demagnetisierungszustand
Beispiel 1	0,986	1.450	1,202	sehr gut
Beispiel 2	0,923	1.410	1,215	sehr gut
Beispiel 3	0,971	1.355	1,221	gut
Beispiel 4	0,897	1.510	1,207	sehr gut
Beispiel 5	0,962	1.330	1,210	gut
Beispiel 6	0,925	1.265	1,218	gut
Beispiel 7	0,994	1.400	1,217	gut
Beispiel 8	0,981	1.405	1,208	sehr gut
Vergleichsbeispiel 1	1,011	1.415	1,208	nicht gut
Vergleichsbeispiel 2	0,791	1.450	1,177	sehr gut

Wie aufgrund von Tabelle 2 ersichtlich ist, sind die Sintermagneten der Beispiele 1 bis 8 ausgezeichnet bezüglich magnetischen Eigenschaften und das Auftreten der Hochtemperatur-Demagnetisierung wird auch darin unterdrückt. Auf der anderen Seite wurde bei dem Sintermagneten von Vergleichsbeispiel 1 das Auftreten des Bereiches mit etwa 5% Demagnetisierung in einem Eckbereich bestätigt. In dem Sintermagneten von Vergleichsbeispiel 2 verschlechterte sich die restliche Magnetisierung, obwohl das Auftreten der Hochtemperatur-Demagnetisierung unterdrückt wurde, weil die Sm-Konzentration im Oberflächenbereich zu groß wurde, aufgrund der unzureichenden Wärmebehandlungsbedingung nach dem Niederschlagen. von Sm.
(BEISPIELE 9 BIS 13)
Nach Wiegen und Mischen der Ausgangsmaterialien bei vorbestimmten Verhältnissen wurden die resultierenden Mischungen in einer Ar-Gasatmosphäre bogengeschmolzen, wodurch Legierungsbarren erzeugt wurden. Nachdem die Legierungsbarren grob gemahlen waren, wurden sie durch eine Strahlmühle fein gemahlen, wodurch Legierungspulver (1) hergestellt wurden. Weiterhin wurden Legierungspulver (2) mit jeweils einer niedrigen Zr-Konzentration auf gleiche Weise hergestellt. Die Legierungspulver (2) wurden jeweils in eine Form gegeben, und dann wurden die Legierungspulver (1) jeweils darin gegeben und nachdem die Legierungspulver (2) jeweils erneut zugegeben waren, wurden die resultierenden Mischungen wurden in einem Magnetfeld zu komprimierten Pulverkörpern pressgeformt. Die komprimierten Pulverkörper wurden gesintert, während sie in einer Ar-Gasatmosphäre bei 1.200°C für 2 Stunden gehalten wurden, und anschließend wurden sie bei 1.130°C für 3 Stunden gehalten, wodurch Sinterkompakte hergestellt wurden.
Nachdem Sm auf den Oberflächen der erhaltenen Sinterkompakte niedergeschlagen war, wurden diese in der Ar-Gasatmosphäre bei 900°C für 1 Stunde zur Wärmebehandlung gehalten, wodurch Sm von den Oberflächen diffundierte, unter Erhalt von Unterschieden der Sm-Konzentration zwischen dem Inneren und den Oberflächenbereichen. Das Niederschlagen von Sm auf den Oberflächen der Sinterkompakte wurde durchgeführt durch ein physikalisches Dampfniederschlagsverfahren, worin das Sm-Metallpulver, dessen Korndurchmesser 250 μm oder weniger war, durch Erwärmen verdampft wurde, und dieser Sm-Dampf wurde auf den Oberflächen der Sinterkompakte adsorbiert. Die Sinterkompakte hatten jeweils die Unterschiede der Sm-Konzentration und der Unterschied der Zr-Konzentration zwischen dem Inneren und dem Oberflächenbereich wurden in der Ar-Gasatmosphäre bei 790°C für 4 Stunden gehalten und auf 400°C graduell gekühlt und wurden weiterhin auf Raumtemperatur gekühlt. Die somit erhaltene Sintermagneten wurden der Auswertung der physikalischen Eigenschaft unterworfen.

Die Zusammensetzungen im Inneren und dem Oberflächenbereich eines jeden Sintermagneten der oben beschriebenen Beispiele 9 bis 13 wurden durch das oben beschriebene Verfahren gemessen. Die Zusammensetzungsanalyse wurde für vier Stellen im Inneren und vier Stellen im Oberflächenbereich durchgeführt, und die Durchschnittswerte davon sind in Tabelle 3 als Zusammensetzung im Inneren und Zusammensetzung im Oberflächenbereich gezeigt. Die Magneteigenschaften eines jeden Sintermagneten bei Raumtemperatur wurden durch ein BH-Tracer bewertet und eine Koerzitivkraft und die restliche Magnetisierung wurden gemessen. Jeder Sintermagnet wurde in einem IPM-Motor verborgen und ein Demagnetisierungszustand bei 150°C wurde untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. Die Auswertungsergebnisse des Demagnetisierungszustandes bei 150°C basieren auf den gleichen Auswertungskriterien wie bei Tabelle 1. TABELLE 3

	Zusammensetzung des Magneten (Atomverhältnis)
	Zusammensetzung im Inneren	Zusammensetzung im Oberflächenbereich
Beispiel 9	Sm(Fe_0,30Zr_0,017Cu_0,057Co_bal.)_7,88	Sm(Fe_0,30Zr_0,015Cu_0,058Co_bal.)_7,73
Beispiel 10	Sm(Fe_0,33Zr_0,021Cu_0,063Co_bal.)_7,83	Sm(Fe_0,32Zr_0,016Cu_0,060Co_bal.)_7,41
Beispiel 11	(Sm_0,92Ce_0,08)(Fe_0,28Zr_0,022Cu_0,055Co_bal.)_8,05	(Sm_0,92Ce_0,08)(Fe_0,30Zr_0,020Cu_0,056Co_bal.)_7,33
Beispiel 12	(Sm_0,97Nd_0,03)(Fe_0,29Zr_0,019Cu_0,056Co_bal.)_7,76	(Sm_0,97Nd_0,03)(Fe_0,28Zr_0,018Cu_0,055Co_bal.)_7,44
Beispiel 13	Sm(Fe_0,34(Zr_0,95Hf_0,05)_0,021Cu_0,058Co_bal.)_7,92	Sm(Fe_0,33(Zr_0,95Hf_0,05)_0,017Cu_0,058Co_bal.)_7,76

TABELLE 4

	z2/z1	q2/ql	Koerzitivkraft [kA/m]	Restliche Magnetisierung [T]	Demagnetisierungszustand
Beispiel 9	0,981	0,882	1.505	1,204	sehr gut
Beispiel 10	0,946	0,762	1.430	1,218	sehr gut
Beispiel 11	0,911	0,909	1.510	1,212	sehr gut
Beispiel 12	0,959	0,947	1.415	1,212	sehr gut
Beispiel 13	0,980	0,810	1.420	1,218	sehr gut

Während bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, sind diese Ausführungsbeispiele lediglich als Beispiele dargestellt und sollen nicht den Umfang dieser Erfindung beschränken. Die beschriebenen neuen Ausführungsbeispiele können in einer Vielzahl von anderen Formen vorgestellt werden; weiterhin können verschiedene Weglassungen, Substitutionen und Änderungen der Form der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele durchgeführt werden, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen. Die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente sollen solche Formen oder Modifikationen umfassen, die innerhalb des Umfangs dieser Erfindung fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2012-079182 [0001]
JP 2008-29148 [0039]
JP 2008-43172 [0039]

Claims

Permanentmanget, umfassend: einen Magnethauptkörper (2) mit einer Zusammensetzung, dargestellt durch die Zusammensetzungsformel 1 R(Fe_p1M_q1Cu_r1Co_1-p1-q1-r1)_z1 worin R zumindest ein Element ist, ausgewählt aus Seltenerdelementen, M zumindest ein Element ist, ausgewählt aus Ti, Zr und Hf, p1 eine Zahl ist, die erfüllt 0,25 ≤ p1 ≤ 0,45 (Atomverhältnis), q1 eine Zahl ist, die erfüllt 0,01 ≤ q1 ≤ 0,05 (Atomverhältnis), r1 eine Zahl ist, die erfüllt 0,01 ≤ r1 ≤ 0,1 (Atomverhältnis) und z1 eine Zahl ist, die erfüllt 6 ≤ z1 ≤ 9 (Atomverhältnis); und einen Oberflächenbereich (3), vorgesehen auf einer Oberfläche des Magnethauptkörpers (2), mit einer Zusammensetzung, dargestellt durch die Zusammensetzungsformel 2: R(Fe_p2M_q2Cu_r2Co_1-p2-q2-r2)_z2 worin R zumindest ein Element ist, ausgewählt aus Seltenerdelementen, M zumindest ein Element ist, ausgewählt aus Ti, Zr und Hf, p2 eine Zahl ist, die erfüllt 0,25 ≤ p2 ≤ 0,45 (Atomverhältnis), q2 eine Zahl ist, die erfüllt 0,01 ≤ q2 ≤ 0,05 (Atomverhältnis), r2 eine Zahl ist, die erfüllt 0,01 ≤ r2 ≤ 0,1 (Atomverhältnis) und z2 eine Zahl ist, die erfüllt 0,8 ≤ z2/z1 ≤ 0,995 (Atomverhältnis).
Permanentmagnet gemäß Anspruch 1, worin zumindest ein Teil des Oberflächenbereiches (3) eine Zusammensetzung hat, worin q2 in der Zusammensetzungsformel 2 0,5 ≤ q2/q1 ≤ 0,95 erfüllt.
Permanentmagnet gemäß Anspruch 1 oder 2, worin der Magnethauptkörper (2) eine metallische Struktur umfasst, umfassend eine Zellphase mit einer Th₂Zn₁₇-Kristallphase und eine Zellwandphase, die die Zellphase umgibt.
Permanentmagnet gemäß Anspruch 3, worin der Magnethauptkörper (2) mit einem Sinterkompakt versehen ist, umfassend die metallische Struktur.
Permanentmagnet gemäß Anspruch 1, der mit einem Sinterkompakt versehen ist, umfassend eine metallische Struktur, umfassend eine Zellphase mit einer Th₂Zn₁₇-Kristallphase, und eine Zellwandphase, die die Zellphase umgibt, worin der Sinterkompakt als Oberflächenbereich eine Diffusionsschicht mit dem Element R umfasst, das von einer Oberfläche des Sinterkompaktes diffundiert ist, so dass eine Konzentration des Elementes R in dem Oberflächenbereich (3) höher ist als im Magnethauptkörper (2).
Permanentmagnet gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, worin 50% oder mehr des Elementes R in der Zusammensetzungsformel 1 und in der Zusammensetzungsformel 2 Sm ist.
Permanentmagnet gemäß Anspruch 1, worin 50% oder mehr des Elementes M in der Zusammensetzungsformel 1 und der Zusammensetzungsformel 2 Zr ist.
Permanentmagnet gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, worin 20 Atom% oder weniger Co in zumindest einer der Zusammensetzungsformel 1 und der Zusammensetzungsformel 2 durch zumindest ein Element A substituiert ist, ausgewählt aus Ni, V, Cr, Mn, Al, Ga, Nb, Ta und W.
Motor, umfassend den Permanentmagneten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
Stromerzeuger, umfassend den Permanentmagneten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.