DE60029717T2

DE60029717T2 - Harzgebundener Seltenerdmagnet, Magnetrotor, Magnetmotor und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60029717T2
Application number: DE60029717T
Authority: DE
Inventors: Fumitoshi Ikoma-Shi Yamashita; Yoshikazu Katano-shi YAMAGATA; Hiromichi Neyagawa-shi Fujimoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 2000-10-09
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2020-10-10
Also published as: EP1093133A3; MY119098A; JP2001118710A; EP1093133A2; EP1093133B1; US6387294B1; DE60029717D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen in einem Motor verwendeten harzgebundenen Seltenerdmagneten, dessen Magnetrotor und einen denselben verwendenden Magnetmotor.
Hintergrund der Erfindung
8 ist eine Schnittansicht des Aufbaus eines Motors mit ringförmigem Magneten und einer Leistung von einigen Watt (W) oder darunter. Der Magnetmotor in 8 umfasst eine Basis 1, einen Ankerkern 2 mit einer Mehrzahl von ausgeprägten Polen, eine um jeden ausgeprägten Pol gewickelte Antriebswicklung 3, ein Lager 4, eine Drehachse 5, einen Rotorrahmen 6 und einen ringförmigen Magneten 7. Der ringförmige Magnet 7 ist an der peripheren Innenwandung des Rotorrahmens 6 angebracht. Der ringförmige Magnet 7 besitzt eine Mehrzahl von magnetisierten Polen.
Dieser herkömmliche ringförmige Magnet und der einen solchen herkömmlichen Magneten verwendende herkömmliche Motor werden hierunter erläutert.
Der im herkömmlichen Magnetmotor verwendete ringförmige Magnet war aus einem flexiblen, folienförmigen gebundenen Magneten hergestellt. Der flexible, folienförmige gebundene Magnet besteht aus einer Mischung von magnetischem Ferritpulver und kauschukartigem Harz. Der flexible, folienförmige gebundene Magnet wird in Streifen zerschnitten. Der in Streifen zerschnittene flexible, folienförmige gebundene Magnet wird an der peripheren Innenwandung des Rotorrahmens angebracht, während er zu einem Ring aufgerollt wird. Der ringförmig zerschnittene, flexible folienförmige gebundene Magnet ist der Fläche der ausgeprägten Pole des Ankerkerns gegenüber angeordnet. Das magnetische Ferritpulver ist ein feines Metalloxid mit einer Teilchengrösse von 3 μm oder darunter, und das maximale Energieprodukt [BH]max des flexiblen, folienförmigen gebundenen Magneten, der aus dem magnetischen Ferritpulver und dem kautschukartigen Harz gewonnen wurde, hat einen oberen Grenzwert von etwa 1,4 MGOe. Da seine Magnetkraft klein ist, war daher die Intensität des Magnetfeldes im Raum zwischen dem Magneten und dem Ankerkern die eines verhältnismässig schwachen statischen Magnetfeldes. Wenn der das magnetische Ferritpulver enthaltende flexible, folienförmige gebundene Magnet in Streifen zerschnitten wurde, hatte dementsprechend das am Schnitt liegende magnetische Ferritpulver geringe Auswirkungen auf die Leistung und Zuverlässigkeit des Motors mit ringförmigem Magneten. Um aber den Anforderungen einer höheren Leistung und eines geringeren Stromverbrauchs des Motors mit ringförmigem Magneten zu genügen, ist es nötig, ein starkes statisches Magnetfeld im Raum zwischen dem Magneten und dem Ankerkern, die sich gegenüber stehen, auszubilden. Der Magnet, der ein solches herkömmliches magnetisches Ferritpulver verwendet, konnte kein starkes statisches Magnetfeld im Raum zwischen dem Magneten und dem Ankerkern ausbilden.
Als ein flexibler, folienförmiger gebundener Magnet ist ein flexibler, folienförmiger gebundener Magnet bekannt gewesen, der Seltenerd-Magnetpulver und ein kautschukartiges Harz enthielt.
Die japanische Patentschrift 2 766 746 (japanische Patentoffenlegung 5-55 021) offenbart einen flexiblen, folienförmigen gebundenen Magneten mit einer ersten Gruppe, einer zweiten Gruppe und einer dritten Gruppe. Die erste Gruppe umfasst Nd-Fe-B-Magnetpulver und (Ce, La)-Fe-B-Magnetpulver. Die zweite Gruppe umfasst Naturkautschuk, Isoprenkautschuk, Butadienkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Butylkautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Ethylen-Vinylacetat-Kautschuk, Nitrilkautschuk, Akrylatkautschuk und Urethankautschuk. Die dritte Gruppe umfasst Chloroprenkautschuk, Polyethylenchlorsulfonid und Polyethylenchlorid. Aus jeder Gruppe der ersten, zweiten und dritten Gruppe werden ein oder mehrere Materialien ausgewählt. Das Magnetpulver aus der ersten Gruppe ist in einem Bereich von 92 bis 96 Gewichtsprozent enthalten. Die Dichte dieses flexiblen, folienförmigen gebundenen Magneten beträgt 4,9 bis 5,8 g/cm³. Ein solcher flexibler, folienförmiger gebundener Magnet wird in Streifen zerschnitten, ringförmig aufgerollt und an der peripheren Innenwandung des Rotorrahmens angebracht, um der Oberfläche der ausgeprägten Pole des Ankerkerns gegenüber zu liegen. Ein solcher Magnetmotor ist bekannt gewesen.
Ein Herstellungsverfahren für den flexiblen, folienförmigen gebundenen Magneten, das in der japanischen Patentschrift 2 528 574 (japanische Patentoffenlegung 5-47 576) offenbart wird, umfasst, a) einen Schritt, magnetisches R-Fe-B-Pulver (wobei R = Nd/Pr) und Bindemittel zu kneten, b) einen Schritt, das Gemisch zu mahlen und zu einer Folie zu walzen, und c) einen Schritt, die gewalzte Folie des Magnetmaterials während 60 bis 180 Minuten auf 125 bis 180 °C zu erhitzen.
Der Motor mit einem solchen herkömmlichen flexiblen, folienförmigen gebundenen Magneten weist aber die folgenden Probleme 1, 2 und 3 auf.

1) Da die Dichte des flexiblen, folienförmigen gebundenen Magneten 4,9 bis 5,8 g/cm³ beträgt, besteht eine Grenze für die magnetische Leistungsfähigkeit.
2) Das flexible Bindemittel und das Seltenerd-Magnetpulver befinden sich von Natur aus nicht in einem gegenseitig haftenden Zustand. Durch die magnetische Anziehungskraft eines erregten Ankerkerns bröckelt daher das Seltenerd-Magnetpulver heraus und wird verstreut. Es verursacht daher Geräusch oder Störungen beim Rotieren. Im Ergebnis besteht ein Problem der Zuverlässigkeit des Motors.
3) Das Herstellungsverfahren ist kompliziert, indem es die Schritte umfasst, die Folie mit Epoxidharz zu verarbeiten, zum Vulkanisieren des flexiblen Bindemittels aufzuheizen, den Schnitt erneut zu erhitzen und beim Anbringen des flexiblen, folienförmigen gebundenen Magneten am Rotorrahmen den Schnitt zu verfestigen, um ein Versagen auszuschliessen, und es besteht ein Problem der Zuverlässigkeit im Herstellungsverfahren.

Andererseits ist der folgende ringförmige harzgebundene Magnet gekannt gewesen. Die japanische Patentschrift 6-87 634 (japanische Patentoffenlegung 62-196 057) offenbart einen Motor mit ringförmigem Magneten, in dem ein ringförmiger harzgebundener Magnet verwendet wird, um ein starkes statisches Magnetfeld im Raum gegenüber dem Ankerkern zu erzeugen. Und zwar enthält der ringförmige harzgebundene Magnet isotropes magnetisches R-Fe-B-Pulver (R = Nd/Pr) und Harz bei einem Aussendurchmesser von 25 mm oder darunter. Die Dichte des ringförmigen harzgebundenen Magneten liegt im Bereich von etwa 5 g/cm³ bis etwa 6,3 g/cm³, während ein harzgebundener Magnet mit einer Dichte von mehr als 6,3 g/cm³ nicht erhalten werden kann. Das maximale Energieprodukt [BH]max des ringförmigen Magneten, der isotropes Magnetpulver enthält, beträgt im Höchstfall 11 bis 12 MGOe. Dagegen sinkt bei anisotropem Magnetpulver der Grad der Orientierung des Magnetpulvers mit abnehmendem Durchmesser des ringförmigen Magneten. Im Motor mit ringförmigem Magneten, der einen ringförmigen Magneten verwendet, der anisotropes Magnetpulver enthält, war es dementsprechend schwierig, sowohl eine geringere Grösse als auch eine höhere Leistung zu erbringen.
Zum Beispiel wurden ein flexibler, folienförmiger gebundener Magnet, der magnetisches Sr-Ferritpulver und kautschukartiges Harz enthielt, und ein gepresster ringförmiger Magnet, der R-Fe-B-Magnetpulver (R = Nd/Pr) und Bindemittel enthielt, miteinander verglichen. Der flexible, folienförmige gebundene Magnet wurde in einen Streifen von 1,5 mm Dicke und 7,2 mm Breite zerschnitten, und dieser Streifen des flexiblen, folienförmigen gebundenen Magneten wurde aufgerollt und ringartig an der peripheren Innenwandung eines Rotorrahmens mit 22,5 mm Innendurchmesser angebracht. Das Anlaufdrehmoment des Motors mit ringförmigem Magneten betrug 1,5 mN-m. Im Unterschied dazu wurde der gepresste ringförmige Magnet zu einem Aussendurchmesser von 22,5 mm, einer Dicke von 1,10 mm, einer Höhe von 9,4 mm und einer Dichte von 5,8 g/cm³ zusammengedrückt und gepresst, und der gewonnene gepresste, ringförmige Magnet wurde am Rotorrahmen angebracht. Das Anlaufdrehmoment dieses Motors mit ringförmigem Magneten betrug 20 mN-m.
Die japanische Patentschrift 6-42 409 (japanische Patentoffenlegung 62-263 612) offenbart einen gebundenen Magneten mit isotropem Fe-B-R-Magnetpulver und Bindemittel. Das Bindemittel umfasst ein Oligomer mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe in einer Molekülkette wie Epoxid vom Bisphenol-Typ, das bei Zimmertemperatur fest ist, sowie eine regenerierte Isocyanatform, so dass das R-Fe-B-Magnetpulver (R = Nd/Pr) und das Bindemittel fester aneinander haften und fixiert sind.
Die regenerierte Isocyanatform ist eine Verbindung, die gewonnen wird, indem einer Isocyanatverbindung im Voraus eine aktive Wasserstoffverbindung zugesetzt wird. Durch thermische Dissoziation setzt die regenerierte Isocyanatform Isocyanatgruppen frei, und die freien Isocyanatgruppen reagieren mit alkoholischen Hydroxylgruppen und werden durch Urethanbindungen oder dergleichen vernetzt. Dabei reagiert ein Teil der freien Isocyanatgruppen mit Wasser, das auf der Metalloberfläche wie dem R-Fe-B-Magnetpulver (R = Nd/Pr) adsorbiert ist, und liefert einen Harnstoffsubstituenten. Dieser Harnstoffsubstituent liefert Chelatbindungen mit der Oberflächenschicht des Metalloxids. Er verhindert somit ein Herausbröckeln oder Zerstreuen von Magnetpulver, das im gebundenen Magneten enthalten ist, und die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit des Motors mit ringförmigem Magneten, der einen solchen gebundenen Magneten verwendet, sind gewährleistet.
Daher ist ein solcher isotroper, gepresster ringförmiger Magnet im Stande der Technik am wirkungsvollsten für eine höhere Leistung und einen geringeren Stromverbrauch bei einem kleinen Motor mit ringförmigem Magneten. Wegen der Auslegungsbegrenzungen im Magnetfeld-Pressverfahren ist es allgemein schwierig, einen ringförmigen gepressten Magneten kleinen Durchmessers zu fertigen. Bei der Fertigung kleiner ringförmiger Magneten besteht eine Begrenzung bei der Intensität des in radialer Richtung erzeugten Magnetfeldes. Und zwar ist der Grenzwert der Intensität des in radialer Richtung erzeugten Magnetfeldes sehr viel kleiner als der Grenzwert der Intensität des in axialer Richtung erzeugten Magnetfeldes. Da ausserdem der isotrope harzgebundene R-Fe-B-Magnet im Gehalt des Magnetpulvers im harzgebundenen Magneten bzw. in der Dichte des harzgebundenen Magneten beschränkt ist, hat die magnetische Leistungsfähigkeit des harzgebundenen Magneten eine Obergrenze, und die magnetische Leistungsfähigkeit ist begrenzt. Das in einem solchen harzgebundenen Magneten enthaltene Magnetpulver ist durch ein hitzehärtbares Bindemittel fest haftend und fixiert, sein Recycling ist schwierig.
Die japanische Patentoffenlegung 5-299 221 offenbart einen kleinen Motor, der einen ausgeschnittenen flexiblen, folienförmigen gebundenen Magneten verwendet, der Seltenerd-Eisen-Stickstoff-Magnetpulver und durch Säure denaturiertes Styrolelastomer enthält. Und zwar werden das Seltenerd-Eisen-Stickstoff-Magnetpulver und das durch Säure denaturierte Styrolelastomer geknetet, gewalzt und in kurze Streifen zerschnitten. Die kurzen Streifen werden aufgerollt, und ein ringförmiger Magnet wird gebildet. Dieser ringförmige Magnet wird im kleinen Motor verwendet. Die Dichte dieses ringförmigen Magneten beträgt 5,6 g/cm³, das maximale Energieprodukt [BH]max beträgt 4,4 MGOe. Dieser Seltenerd-Eisen-Stickstoff-Magnetpulver enthaltende flexible, folienförmige gebundene Magnet ist in seiner magnetischen Leistungsfähigkeit dem ringförmigen harzgebundenen Magneten unterlegen, der isotropes R-Fe-B-Magnetpulver (R = Nd/Pr) und Bindemittel enthält (Dichte 6,2 bis 6,3 g/cm³, maximale Energiedichte [BH]max 11 bis 12 MGOe). Daher kann der Motor, der den flexiblen, folienförmigen gebundenen Magneten verwendet, der Seltenerd-Eisen-Stickstoff-Magnetpulver enthält, kein starkes statisches Magnetfeld im Spalt gegenüber dem Ankerkern erhalten.
Das Seltenerd-Eisen-Stickstoff-Magnetpulver vom Pinning-Typ ist ein feines Pulver, das eine einzige Phase der Sm₂Fe₁₇N₃-Magnetphase von einigen μm besitzt. Dementsprechend ist das Magnetpulver vom Pinning-Typ chemisch aktiv. Daher wird das Seltenerd-Eisen-Stickstoff-Magnetpulver am Schnitt des flexiblen, folienförmigen gebundenen Magneten der Atmosphäre ausgesetzt, und eine dauernde Entmagnetisierung wegen Oxidation und Korrosion findet statt. Des Weiteren verringert sich die Haftung zwischen dem Magnetpulver und dem Styrolelastomer, und ein Herausbröckeln und Zerstreuen des Magnetpulvers findet statt.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein harzgebundener Seltenerdmagnet der Erfindung umfasst ein thermoplastisches Harz und/oder ein thermoplastisches Elastomer, Pentaerythrit-tristearat und Seltenerd-Magnetpulver vom R-Fe-B-Typ, worin R = Nd/Pr und worin das Seltenerd-Magnetpulver, das Harz und das Pentaerythrittristearat eine gegenseitig vermischte Harz-Magnet-Zusammensetzung bilden und die Harz-Magnet-Zusammensetzung eine spezielle Gestalt besitzt.
Ein Magnetrotor der Erfindung besitzt den harzgebundenen Seltenerdmagneten. Ein Magnetmotor der Erfindung umfasst den oben erwähnten harzgebundenen Seltenerdmagneten, einen Rotorrahmen, einen Ankerkern, eine Wicklung und einen Rotor, worin der harzgebundene Seltenerdmagnet ringförmig ist und der ringförmige harzgebundene Seltenerdmagnet am Innenumfang des Rotorrahmens angebracht ist.
Ein Herstellungsverfahren für einen harzgebundenen Seltenerdmagneten der Erfindung umfasst:

a) einen Schritt der Bildung eines Gemisch, das ein thermoplastisches Harz und/oder thermoplastisches Elastomer, Seltenerd-Magnetpulver und Pentaerythrit-tristearat enthält, und
b) einen Schritt der Formung eines harzgebundenen Magnetformelements von spezieller Gestalt aus dem Gemisch.

Erfindungsgemäss enthalten 100 Gewichtsteile des Harzes das Pentaerythrit-tristearat in einer Menge von zwei Gewichtsteilen oder darüber.
Vorzugsweise ist das Seltenerd-Magnetpulver im Harz dispergiert und durch Magnetfeldausrichtung in einer speziellen Richtung orientiert.
Vorzugsweise ist die spezielle Gestalt eine Gestalt, die aus einem heissverarbeiteten harzgebundenen Magnetformelement gebildet wird.
Diese Konfiguration liefert die folgenden Wirkungen.
In einem harzgebundenen Seltenerdmagneten, der thermoplastisches Harz oder thermoplastisches Elastomer verwendet, liegt ein harzgebundener Seltenerdmagnet vor, der in der Lage ist, die Füllrate des Seltenerd-Magnetpulvers zu steigern. Ferner liegt ein harzgebundener Seltenerdmagnet vor, der in der Lage ist, den Grad der Orientierung des Seltenerd-Magnetpulvers zu steigern, das im magnetisch orientiertem harzgebundenen Magneten enthalten ist. Weiter liegt ein harzgebundener Seltenerdmagnet vor, der eine magnetische Leistungsfähigkeit besitzt, die der magnetischen Leistungsfähigkeit des harzgebundenen Seltenerdmagneten, der hitzehärtbares Harz verwendet, gleichwertig oder überlegen ist. Ein Magnet wird erhalten, der eine äusserst ausgezeichnete magnetische Leistungsfähigkeit besitzt. Ein Magnet wird erhalten, der über einen praktischen Temperaturbereich in der magnetischen Leistungsfähigkeit stabil ist. Ein Magnet wird erhalten, der ein ausgezeichnetes Recyclingverhalten besitzt. Darüber hinaus kann ein Magnetrotor, der einen solchen harzgebundenen Seltenerdmagneten verwendet, im Spalt gegenüber dem Ankerkern ein starkes statisches Magnetfeld erzeugen. Er stellt einen Magnetrotor von ausgezeichnetem Recyclingverhalten dar. In einem Motor, der einen solchen Magnetrotor verwendet, ist die Leistung erhöht und der Stromverbrauch verringert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm eines Magnetrotors, der einen harzgebundenen Seltenerdmagneten in einer Ausführungsform der Erfindung verwendet.
2 ist ein Kennliniendiagramm, das die Beziehung zwischen Teilchengrösse und Koerzitivkraft für das Seltenerd-Magnetpulver zeigt, das im harzgebundenen Seltenerdmagneten in der Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
3 ist ein Kennliniendiagramm, das die Beziehung zwischen Koerzitivkraft und dem irreversiblen Entmagnetisierungsfaktor des harzgebundenen Seltenerdmagneten in der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
4 ist ein Kennliniendiagranmm, das die Beziehung zwischen Gehalt und Fliessen des im harzgebundenen Seltenerdmagneten enthaltenen Seltenerd-Magnetpulvers zeigt.
5 ist ein Kennliniendiagramm, das die Beziehung zwischen Gehalt und Fliessen des im harzgebundenen Seltenerdmagneten enthaltenen Harzes zeigt.
6 ist eine Entmagnetisierungskurze, die die fliessverbessernde Wirkung des harzgebundenen Seltenerdmagneten in der Ausführungsform der Erfindung und einem Vergleichsbeispiel zeigt.
7 ist eine Entmagnetisierungskurve, die die die magnetische Ausrichtung verbessernde Wirkung des harzgebundenen Seltenerdmagneten in einer anderen Ausführungsform der Erfindung und einem Vergleichsbeispiel zeigt.
8 ist ein Blockdiagramm eines Magnetmotors, der einen herkömmlichen Magneten verwendet.

1: Basis
2: Ankerkern
3: Wicklung
4: Lager
5: Drehachse
6: Rotorrahmen, Stator
7: Magnet

Eingehende Beschreibung der Erfindung
Ein harzgebundener Seltenerdmagnet der Erfindung umfasst ein thermoplastisches Harz und/oder ein thermoplastisches Elastomer, Pentaerythrit-tristearat und Seltenerd-Magnetpulver vom R-Fe-B-Typ, worin R = Nd/Pr und worin das Seltenerd-Magnetpulver, das Harz und das Pentaerythrit-tristearat eine gegenseitig vermischte Harz-Magnet-Zusammensetzung bilden und die Harz-Magnet-Zusammensetzung eine spezielle Gestalt besitzt.
Erfindungsgemäss enthalten 100 Gewichtsteile des Harzes das Pentaerythrit-tristearat in einer Menge von zwei Gewichtsteilen oder darüber.
Vorzugsweise ist das Seltenerd-Magnetpulver im Harz dispergiert und in einer speziellen Richtung orientiert.
Vorzugsweise ist die spezielle Gestalt eine Gestalt, die aus einem heissverarbeiteten harzgebundenen Magnetformelement gebildet wird.
Vorzugsweise ist im harzgebundenen Magnetformelement das Seltenerd-Magnetpulver durch Magnetfeldorientierung der Harz-Magnet-Zusammensetzung in einer speziellen Richtung orientiert.
Vorzugsweise beträgt die Anzahl von Kohlenstoffatomen im Fettsäurerest der Pentaerythrit-tristearatverbindung 17 oder mehr.
Vorzugsweise ist das Seltenerd-Magnetpulver ein dünnes, durch Schmelzspinnen geschmolzener R-Fe-B-Legierung (R = Nd/Pr) gebildetes Stück.
Vorzugsweise hat das Seltenerd-Magnetpulver R-Fe-B-Seltenerd-Magnetpulver (R = Nd/Pr), das durch Gesenkstauchen und/oder Wasserstoffzersetzung und -umkristallisation hergestellt wird.
Vorzugsweise besitzt das R-Fe-B-Seltenerd-Magnetpulver (R = Nd/Pr) bei 20 °C eine Koerzitivkraft HCi von 14 kOe oder darüber.
Vorzugsweise ist das thermoplastische Harz Polyamid 12.
Vorzugsweise ist das thermoplastische Harz Polyamid 12, und der Gehalt an Seltenerd-Magnetpulver in der Harz-Magnet-Zusammensetzung beträgt maximal 96 Gewichtsprozent.
Vorzugsweise ist das thermoplastische Elastomer ein perfektes thermoplastisches Polyurethan-Elastomer.
Vorzugsweise ist das thermoplastische Elastomer ein perfektes thermoplastisches Polyurethan-Elastomer, und der Gehalt an Seltenerd-Magnetpulver in der Harz-Magnet-Zusammensetzung beträgt maximal 94 Gewichtsprozent.
Vorzugsweise besitzt das harzgebundene Magnetformelement einen Prozentgehalt an inneren Poren von zwei Volumenprozent oder darunter.
Vorzugsweise ist die Harz-Magnet-Zusammensetzung ringförmig.
Vorzugsweise ist die Harz-Magnet-Zusammensetzung flexibel und ringförmig aufgerollt.
Ein harzgebundener Seltenerdmagnet der Erfindung enthält thermoplastisches Harz oder Elastomer, Seltenerd-Magnetpulver und Pentaerythrit-tristearat als wesentliche Bestandteile. Ein diese Materialien enthaltendes Gemisch wird durch Heissverarbeitung wie zum Beispiel Spritzgiessen, Strangpressen oder Kalandrieren geformt, und ein harzgebundener Seltenerdmagnet wird erhalten. Das Pentaerythrit-tristearat liefert zum Zeitpunkt der Heissverarbeitung sowohl äussere als auch innere Aktivität.
Ein Magnetrotor der Erfindung besitzt einen Rotorrahmen sowie einen im Rotorrahmen angeordneten ringförmigen Magneten, und der ringförmige Magnet ist ein harzgebundener Seltenerdmagnet, der das Pentaerythrit-tristearat enthält.
Ein Herstellungsverfahren für den ringförmigen Magneten umfasst, a) einen Schritt der Bildung eines Gemischs, das ein thermoplastisches Harz und/oder Elastomer, Seltenerd-Magnetpulver vom R-Fe-B-Typ, worin R = Nd/Pr, sowie Pentaerythrit-tristearat in einer Menge von zwei oder mehr Gewichtsteilen in 100 Gewichtsteilen des Harzes enthält, und b) einen Schritt der Formung eines ringförmigen Magneten aus dem Gemisch.
Vorzugsweise umfasst der Schritt der Formung eines ringförmigen Magneten aus dem Gemisch einen Schritt, aus dem Gemisch einen flexiblen, folienförmigen gebundenen Magneten zu formen, einen Schritt, aus dem flexiblen, folienförmigen gebundenen Magneten ein Magnetform element zu formen, das eine endgültige Gestalt besitzt, und einen Schritt, durch Aufrollen des Magnetformelements einen ringförmigen Magneten zu formen.
Vorzugsweise umfasst der Schritt, ein Magnetformelement der endgültigen Gestalt zu formen, einen Schritt, den zerschnittenen flexiblen, folienförmigen gebundenen Magneten zu schmelzen und erstarren zu lassen, während ein Magnetfeld im Formwerkzeug angelegt wird.
Vorzugsweise umfasst der Schritt, einen ringförmigen Magneten aus dem Gemisch zu formen, einen Schritt, den ringförmigen Magnten direkt aus dem Gemisch zu formen.
Ein Herstellungsverfahren für einen Magnetmotor der Erfindung umfasst einen Schritt, einen harzgebundenen Seltenerdmagneten in einem Rotorrahmen anzubringen. Vorzugsweise umfasst dieser Schritt einen Schritt, den ringförmigen Magneten durch Aufrollen eines flexiblen, folienförmigen gebundenen Magnetformelements am Rotorrahmen zu formen, oder er umfasst einen Schritt, den ringförmigen Magneten zu formen, indem ein Magnetspalt direkt mit der Mischung gefüllt wird und der Magnetspalt des Rotorkerns als Hohlform verwendet wird.
Bei dieser Konfiguration besteht eine sehr geringe Gefahr, dass das im harzgebundenen Seltenerdmagneten enthaltene Seltenerd-Magnetpulver der Atmosphäre direkt ausgesetzt wird. Dementsprechend werden Oxidation und Korrosion des harzgebundenen Seltenerdmagneten verhindert, und eine dauernde Entmagnetisierung durch Oxidation und Korrosion kann vermieden werden. Des Weiteren können ein Herausbröckeln und eine Zerstreuung des im harzgebundenen Seltenerdmagneten enthaltenen Seltenerd-Magnetpulvers verhindert werden. Im Ergebnis erhöht sich die Zuverlässigkeit des Magnetrotors.
Als thermoplastisches Harz wird Nylon 12 (Polyamid 12) bevorzugt. Als Elastomer wird thermoplastisches Polyurethanelastomer bevorzugt. Das thermoplastische Polyurethanelastomer ist ein lineares Polymer, das aus einer Verbindung hergestellt wird, die eine bifunktionelle aktive Wasserstoffgruppe (zum Beispiel Polyester) und eine voll reaktionsfähige Isocyanatgruppe enthält. Diese Art eines thermoplastischen Elastomers existiert gewöhnlich in Pelletform. Das Pulver hat eine Pelletgrösse von 40 mesh oder darunter. Polyurethanelastomere werden in perfekte thermoplastische Elastomere und imperfekte thermoplastische Elastomere unterteilt. Die perfekten thermoplastischen Elastomere besitzen eine geringere Feuchtigkeitsaufnahme als die imperfekten thermoplastischen Elastomere. Daher erfordert ein perfektes thermoplastisches Elastomer keine Nachhärtung, um die Reaktion nach dem Formen zu Ende zu bringen. Des Weiteren besitzen perfekte thermoplastische Elastomere ein ausgezeichnetes Recycling-Verhalten.
In Anbetracht der Materialbilanz der Legierungszusammensetzung bezüglich des Seltenerdelements und des Übergangsmetalls, des eigentlichen magnetischen Potentials des Magnetpulvers und der Eignung für Magnetmotoren werden eine schmelzgesponnene geschmolzene Legierung des Seltenerd-Eisen-Systems oder durch Wasserstoffzersetzung und -umkristallisation (HDDR) verarbeitetes R-Fe-B-Magnetpulver (R = Nd/Pr) als das Seltenerd-Magnetpulver verwendet.
Zum Beispiel werden die folgenden Beispiele von Seltenerd-Magnetpulvern besonders bevorzugt.

a) Ein von J. F. Herbst in „Seltenerd-Eisen-Bor-Materialien: Eine neue Ära in Dauermagneten", Ann. Rev. Sci., Band 16, 1986, offenbartes isotropes Seltenerd-Magnetpulver. Dieses isotrope Seltenerd-Magnetpulver wird in einem Schritt des Schmelzspinnens einer geschmolzenen Legierung, die Nd, Fe und B in einem Verhältnis von etwa 2:14:1 enthält, sowie in einem Schritt hergestellt, wo durch eine geeignete Wärmebehandlung eine Nd₂Fe₁₄B-Phase mit einer Kristallteilchengrösse von 20 bis 50 nm ausgeschieden wird. Die Remanenz Ir beträgt etwa 8 kG, die Koerzitivkraft H_Ci beträgt ≥ 8 kOe.
b) Ein von R. Nakayama, T. Takeshita und Mitautoren in „Magnetische Eigenschaften und Mikrostrukturen von durch Wasserstoffbehandlung hergestelltem Nd-Fe-B-Magnetpulver", J. Appl Phys., Band 70, No. 7, 1991, offenbartes anisotropes Magnetpulver. Dieses anisotrope Magnetpulver wird mit dem Wasserstoffzersetzungs- und -umkristallisationsprozess (HDDR) hergestellt. Die Legierungszusammensetzung dieses anisotropen Magnetpulvers ist Nd_12,3Dy_0,3Fe_64,7Co_12,3B_6,0Ga_0,6Zr_0,1. In dieser Legierung beträgt der Dy-Gehalt zum Beispiel 0,25 Atomprozent oder mehr. Die Remanenz Ir beträgt ≥ 11,5 kG, die Koerzitivkraft H_Ci ≥ 14 kOe.

Eine, zwei oder mehr Arten dieser Magnetpulvermaterialien werden mit einer hohen Fülldichte im thermoplastischen Elastomer dispergiert. Das Magnetpulver wird magnetisch orientiert und im thermoplastischen Elastomer fixiert. Dadurch wird ein anisotroper flexibler Magnet geformt. Das maximale Energieprodukt [BH]max dieses Magneten beträgt 18 MGOe oder mehr. Dieser flexible Magnet wird ringförmig aufgerollt und im Rotorrahmen angebracht. Auf diese Weise wird der Motor mit ringförmigem Magneten der Ausführungsform hergestellt.
Andererseits wird gemäss der japanischen Patentveröffentlichung 6-87 634 ein herkömmlicher harzgebundener ringförmiger Magnet unter Verwendung von isotropem R-Fe-B-Magnetpulver (R = Nd/Pr) und Bindemittel hergestellt. Die Dichte dieses herkömmlichen harzgebundenen ringförmigen Magneten beträgt 5 g/cm³ oder mehr. Ein herkömmlicher Motor mit ringförmigem Magneten wird unter Verwendung dieses ringförmigen harzgebundenen Magneten hergestellt. Der Aussendurchmesser dieses herkömmlichen Motors mit ringförmigem Magneten beträgt 25 mm oder weniger. Der Motor mit ringförmigem Magneten, der den flexiblen Magneten der Ausführungsform verwendet, kann ein statisches Magnetfeld in den Poren erzeugen, das 140 bis 150 % stärker als das des Motors mit ringförmigem Magneten ist, der den herkömmlichen harzgebundenen ringförmigen Magneten verwendet. Daher hat der Motor mit ringförmigem Magneten der Ausführungsform eine höhere Leistung und einen geringeren Stromverbrauch des Magnetmotors.
Das Pentaerythrit-tristearat besitzt eine chemische Struktur, wie sie in der chemischen Formel 1 gezeigt ist, und wird durch Veresterung von einem Mol Pentaerythrit mit drei Molen einer höheren Fettsäure gewonnen. Die Anzahl der Kohlenstoffatome des Fettsäurerests, der in dieser chemischen Struktur enthalten ist, beträgt vorzugsweise 17 oder mehr. Mit steigender Anzahl von Kohlenstoffatomen im Stearat erhöht sich die Temperaturbeständigkeit. Die Heissverarbeitung des thermoplastischen Harzes oder thermoplastischen Elastomers und des Seltenerd-Magnetpulvers verlangt hohe Temperaturen von über 200 °C. Daher kann das Pentaerythrit-tristearat mit 17 oder mehr Kohlenstoffatomen die Verarbeitungstemperatur von mehr als 200 °C aushalten. (Chemische Formel 1)
Ein solches Pentaerythrit-tristearat hat eine chemische Struktur, die aus drei Fettsäureresten mit 17 oder mehr Kohlenstoffatomen und einer alkoholischen Hydroxylgruppe besteht. Daher werden während der Heissverarbeitung der das Seltenerd-Magnetpulver enthaltenden Harzzusammensetzung die Materialien durch physikalische Wirkungen abnehmender Reibung im Inneren dieser Materialien, der Verarbeitungsmaschinen und der Pressform stabilisiert. Dieses Pentaerythrit-tristearat wirkt als Schmiermittel. Allgemein sind Kohlenwasserstoffe, Fettsäureamide, Fettsäureester, höhere Alkohole, Fettsäuren (Stearinsäure) und Fettsäure-Metallsalze als Schmiermittel bekannt (siehe zum Beispiel JP-A-57-054 304).
Die Fettsäuren (Stearinsäure) und die Fettsäure-Metallsalze wirken aber nicht als ein ausgezeichnetes Schmiermittel in einer Harzzusammensetzung, die Seltenerd-Magnetpulver enthält. Bei Zusatz solcher Fettsäuren oder Fettsäure-Metallsalze wurde keine Wirkung einer erhöhten Füllmenge des Seltenerd-Magnetpulvers erkannt. Schmiermittel werden in solche mit einer funktionell starken inneren und solche mit einer starken äusseren Aktivität unterteilt. Im Gemisch von Seltenerd-Magnetpulver und Harz wurde gefunden, dass das Pentaerythrit tristearat sowohl Wirkungen einer inneren Aktivität als auch Wirkungen einer äusseren Aktivität besitzt. Bei Verwendung des Pentaerythrit-tristearats wurden insbesondere die folgenden Wirkungen erzielt.
1) Die Schmelzviskosität wird nicht verringert, 2) das Fliessen des Materials bei der Heissverarbeitung wird erhöht, und 3) die magnetische Orientierung des anisotropen Seltenerd-Magnetpulvers bei Anwendung eines elektrischen Feldes wird verbessert.
Daher wird die Fülldichte des Seltenerd-Magnetpulvers erhöht, das Seltenerd-Magnetpulver lässt sich leichter magnetisch orientieren und die magnetische Leistungsfähigkeit des harzgebundenen Seltenerdmagneten wird gesteigert, während ein Abfall der mechanischen Stabilität des harzgebundenen Seltenerdmagneten unterdrückt wird.
Beispielhafe Ausführungsform
Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird hierunter beschrieben. Es sei jedoch vermerkt, dass die Erfindung nicht auf die veranschaulichte beispielhafte Ausführungsform beschränkt ist.
Der Aufbau eines Magnetmotors in einer Ausführungsform der Erfindung wird in 8 veranschaulicht. In 8 umfasst der Magnetmotor eine Basis 1, einen Ankerkern 2, eine Antriebswicklung 3, ein Lager 4, eine Drehachse 5, einen Rotorrahmen 6 und einen flexiblen Magneten 7. Der Ankerkern 2 ist auf der Basis 1 befestigt. Der Ankerkern 2 besitzt eine Mehrzahl ausgeprägter Pole und ein zentrales Loch. Die Drehachse 5 wird vom Lager 4 drehbar gehalten.
Das obere Ende der Drehachse 5 steht aus dem Ankerkern 2 hervor, und dieses obere Ende der Drehachse 5 ist im zentralen Loch des Rotorrahmens 6 befestigt. Der Rotorrahmen 6 umgibt den Ankerkern 2. Der flexible Magnet 27 hat eine fertig geformte Gestalt ohne Schnitt. Der gepresste flexible Magnet 27 ist aufgerollt und an der peripheren Innenwandung des Rotorrahmens 6 angebracht. Der gepresste flexible Magnet 27 wird also, ohne ausgeschnitten zu werden, aufgerollt und am inneren Umfang des Rotorrahmens 6 angeordnet. Der Magnet 27 besitzt eine Mehrzahl von magnetisierten Polen.
a) Seltenerd-Magnetpulver
Durch Schmelzspinnen einer geschmolzenen Legierung mit der Legierungszusammensetzung Nd₁₂Fe₇₇Co₅B₆ wurde eine kristallisierte isotrope magnetische Legierung „A" hergestellt. In diesem isotropen R-Fe-B-Magnetpulver „A" (mit R = Nd/Pr) hatte die Remanenz Ir bei 20 °C einen Wert von 8,2 kG, die Koerzitivkraft HCi betrug 9,4 kOe.
Andererseits wurden durch Wasserstoffzersetzung und -umkristallisation von Legierungszusammensetzungen Nd-Dy-Fe-Co-B-Ga-Zr und Nd-Fe-Co-B-Ga-Zr anisotrope R-Fe-B-Magnetpulver (R = Nd/Pr) „B1" bis „B5" hergestellt. In diesen Magnetpulvern „B1" bis „B5" betrug die Remanenz Ir bei 20 °C 11,5 bis 12,4 kG.
2 zeigt die Beziehung zwischen der Pulverteilchengrösse und der Koerzitivkraft HCi in den Legierungszusammensetzungen Nd_12,3Dy_0,3Fe_64,6Co_12,3B_6,0Ga_0,6Zr_0,1 und Nd_13,3Fe_62,5Co_17,0B_6,8Ga_0,3Zr_0,1. In den Legierungen „B1" und „B2", die kein Dy enthalten, ist die Koerzitivkraft HCi gering. Der Abfall der Koerzitivkraft HCi ist besonders bedeutsam, wenn die Teilchengrösse des Legierungspulvers 100 μm oder weniger beträgt.
3 zeigt die Beziehung zwischen der Koerzitivkraft HCi und dem irreversiblen Entmagnetisierungsfaktor bei 80 °C und 100 °C × 1 h im flexiblen Magneten Pc-2.2 mit einem Aussendurchmesser von 5 mm. Eine Legierungszusammensetzung mit Dy ist notwendig, damit die anisotropen R-Fe-B-Magnetpulver „B1" bis „B5" (R = Nd/Pr) mindestens den gleichen irreversiblen Entmagnetisierungsfaktor besitzen wie das isotrope R-Fe-B-Magnetpulver „A" (R = Nd/Pr), und die Koerzitivkraft HCi bei 20 °C muss 14 kOe oder mehr betragen.
b) Fliessverhaltensverbesserung bei Harz-Magnet-Zusammensetzungen mit Seltenerd-Magnetpulver
Das isotrope R-Fe-B-Seltenerd-Magnetpulver „A" (R = Nd/Pr) und die anisotropen Seltenerd-Magnetpulver „B1" bis „B5" wurden unter Stickstoff zu einer Teilchengrösse von 105 μm oder darunter grob gemahlen. Die spezifische Oberfläche des Seltenerd-Magnetpulvers „A" betrug 0,05 bis 0,07 g/m², die spezifische Oberfläche der Seltenerd-Magnetpulver „B1" bis „B5" betrug 0,08 bis 0,09 g/m².
Das Seltenerd-Magnetpulver „A" (90 bis 96 Gewichtsprozent) und Nylon 12 oder thermoplastisches Polyurethanelastomer (10 bis 4 Gewichtsprozent), das zu einer Teilchengrösse von 40 mesh oder kleiner gemahlen worden war, wurden eingewogen. Zu 100 Gewichtsteilen des Nylons 12 oder des thermoplastischen Urethanelastomers werden 0 bis 14 Gewichtsteile von 40 mesh-Pentraerythrit-C₁₇-triester (mit 17 Kohlenstoffatomen im Fettsäurerest) hinzugegeben. Diese Materialien werden in einem Henschel-Mischer homogenisiert. Das Gemisch wird geknetet und bei der Schmelztemperatur von 210 bis 230 °C mit einer Strangpresse extrudiert. Die extrudierten, geschmolzenen Stränge werden heiss zerschnitten. So wird die Harz-Magnet-Zusammensetzung, die das Seltenerd-Magnetpulver enthält, in Gestalt von Pellets erhalten. Danach werden 5 g der Harz-Magnet-Zusammensetzung, die das Seltenerd-Magnetpulver enthält, wieder auf 220 °C aufgeheizt, in diesem Zustand mit einer Kraft von 3 Tonnen zusammengedrückt und der Radialfluss gemessen.
4 ist ein Kennliniendiagramm, das die Beziehung zwischen dem Gehalt an Seltenerd-Magnetpulver und dem Fliessen des Gemischs in einem Gemisch zeigt, das Seltenerd-Magnetpulver „A", Harz (Polyurethanelastomer oder Nylon 12) und Pentaerythrit-C₁₇-triester enhält. Die Ordinatenachse gibt das Verhältnis des Fliessens an, während auf der Abszissenachse der Gehalt an Seltenerd-Magnetpulver im Gemisch dargestellt ist. In 100 Gewichtsteilen von Nylon 12 oder thermoplastischem Polyurethanelastomer sind 10 Gewichtsteile Pentaerythrit-C₁₇-triester enthalten. Das Verhältnis des Fliessens ist ein normalisierter Wert des Fliessens auf der Basis von 1,0 ohne Zusatz von Pentaerythrit- C₁₇-triester. Es ist aus 4 ersichtlich, dass die fliessverhaltensverbessernde Wirkung von der Füllmenge des Seltenerd-Magnetpulvers sowie der Art und dem spezifischen Gewicht des Harzes abhängt. Zum Beispiel ist für Nylon 12 (spezifisches Gewicht 1,1) das Volumenverhältnis grösser als für thermoplastisches Urethanelastomer (spezifisches Gewicht 1,23), und der Peak „P1" der Flieessverhaltensverbesserung des Nylon 12 enthaltenden Gemischs findet sich in der Nähe einer Füllmenge von 95 Gewichtsprozent des Seltenerd-Magnetpulvers. Andererseits findet sich Peak 2 der Fliessverhaltensverbesserung des Gemischs, das thermoplastisches Urethanelastomer enthält, schätzungsweise bei einer Füllmenge von 92 Gewichtsprozent des Seltenerd-Magnetpulvers oder darunter. Bei Werten der Füllmenge des Seltenerd-Magnetpulvers, wo das Fliessen signifikant abfällt, ist aber die fliesverhaltensverbessernde Wirkung beider Gemische offensichtlich.
5 ist ein Kennliniendiagramm, in dem das Verhältnis des Fliessens des Gemischs in einer Harzzusammensetzung, die das Seltenerd-Magnetpulver „A" enthält, gegen den Gehalt an Pentaerythrit-C₁₇-triester aufgetragen ist. In 5 beträgt die Füllmenge des Seltenerd-Magnetpulvers „A" im Nylon 12 enthaltenden Gemisch 95 Gewichtsprozent, während die Füllmenge des Seltenerd-Magnetpulvers „A" in dem das thermoplastische Polyurethanelastomer enthaltenden Gemisch 93 Gewichtsprozent beträgt.
Aus dem in 5 gezeigten Vergleich zwischen Nylon 12 und Pentaerythrit-C₁₇-triester erhellt, dass der Trend der fliessverhaltensverbessernden Wirkung des Gehalts an Pentaerythrit-C₁₇-triester von der Art und vom spezifischen Gewicht des Harzes abhängt und für verschiedene Harzarten nicht übereinstimmt. Jedoch ist in beiden Gemischen, dem mit einem Gehalt an Pentaerythrit-C₁₇-triester von zwei Gewichtsteilen und dem mit einem Gehalt von 10 Gewichtsteilen, eine fliessverhaltensverbessernde Wirkung sichtbar; in letzterem Falle beträgt die Verbesserung 140 % oder mehr.
Übrigens konnte ohne einen Zusatz von Pentaerythrit-C₁₇-triester in Gemischen, die Fettsäure (Stearinsäure), Pulver ihrer Metallsalze (Zn-, Ca-, Al-, Mg-, Cu-Stearat), Seltenerd-Magnetpulver und Harz enthielten, das Fliessen der das Seltenerd-Magnetpulver enthaltenden Harz-Magnet-Zusammensetzung nicht um mehr als 120 % verbessert werden.
c) Wirkung der Fliessverhaltensverbesserung der Harz-Magnet-Zusammensetzung auf den Magnetmotor
6 zeigt die Entmagnetisierungskurven für Magnetrotoren, die Harz-Magnet-Zusammensetzungen verwenden, die Pentaerythrit-C₁₇-triester enthalten bzw. nicht enthalten. Jede Harz-Magnet-Zusammensetzung enthält 96 Gewichtsprozent des Seltenerd-Magnetpulvers „A" und 4 Gewichtsprozent Nylon 12. Während die Harz-Magnet-Zusammensetzung in Gestalt von Pellets erhitzt und zusammengepresst wird, wird jede Harz-Magnet-Zusammensetzung direkt in den Magnetspalt des Rotorkerns gegeben. Der Rotorkern besteht aus einer Mehrzahl von laminierten elektromagnetischen Stahlplatten. Auf diese Weise werden die Magnetrotoren als Muster hergestellt. In 6 sind in 100 Gewichtsteilen Nylon 12 zehn Gewichtsteile Pentaerythrit-C₁₇-triester enthalten. Wenn die Harz-Magnet-Zusammensetzung, die das Seltenerd-Magnetpulver „A" enthält, erhitzt und zusammengepresst wird, bildet sich eine dünne Schicht von Pentaerythrit-C₁₇-triester an der Grenzfläche zwischen dem Rotorkern und der Harz-Magnet-Zusammensetzung bzw. dem Seltenerd-Magnetpulver. Dementsprechend verringert sich die Reibung zwischen ihnen. Im Ergebnis tritt kaum eine Pulverisierung des Seltenerd-Magnetpulvers durch Mahlen auf. Wenn die Plattenstärke der laminierten elektromagnetischen Stahlplatten, aus denen der Rotorkern besteht, von dem allgemeinen Wert von 0,5 mm auf 0,35 mm oder weniger verändert wird, tritt keine Deformation im Rotorkern auf. Daher wird ein Magnetrotor mit einer höheren Masshaltigkeit und einem niedrigeren Eisenverlust erhalten.
d) Verbesserung der Magnetfeldorientierung der das Seltenerd-Magnetpulver enthaltenden Harz-Magnet-Zusammensetzung
Ein folienförmiges Harz-Magnet-Zwischenelement von 2 mm Dicke wurde durch Strangpressen einer Harz-Magnet-Zusammensetzung gewonnen, die 93 Gewichtsprozent des Seltenerd-Magnetpulvers „B1". thermoplastisches Polyurethanelastomer und Pentaerythrit-C₁₇-triester enthielt. Nach Zerschneiden dieses folienförmigen Harz- Magnet-Zwischenelements wurde das ausgeschnittene Harz-Magnet-Zwischenelement, während ein Magnetfeld von 15 kOe in axialer Richtung im Formwerkzeug angelegt wurde, wieder auf 220 °C erhitzt, abgekühlt und erstarren lassen. So wurde ein folienförmiges Magnetformelement von 72 mm Länge, 4,9 mm Breite und 0,5 mm Dicke gewonnen. Die inneren Poren in diesem Magnetformelement machten zwei Volumenprozent oder weniger aus.
An dieses Magnetformelement wurde ein gepulstes Magnetfeld von 50 kOe angelegt. 7 zeigt die Entmagnetisierungskurve des magnetisierten Magnetformelements bei 20 °C. Nach 7 betrug das maximale Energieprodukt [BH]max des Pentaerythrit-C₁₇-triester enthaltenden Magnetformelements 18,5 MGOe. Im Gegensatz dazu betrug das maximale Energieprodukt [BH]max des Magnetformelements, das keinen Pentaerythrit-C₁₇-triester enthielt, 14,2 MGOe. So wird durch die innere Aktivierungswirkung des Pentaerythrit-tristearats der Orientierungsgrad des anisotropen Magnetpulvers verbessert, und daher wird die magnetische Leistungsfähigkeit wie zum Beispiel das maximale Energieprodukt erhöht. Im herkömmlichen Verfahren der Verbesserung des Orientierungsgrades des anisotropen Magnetpulvers wurde allgemein die Intensität des Magnetfeldes während der Orientierung des Magnetpulvers erhöht oder der Schmelzindex des Harzes verringert. Im Gegensatz dazu wird in der Ausführungsform der Orientierungsgrad bemerkenswert verbessert, indem die Reibung zwischen dem Seltenerd-Magnetpulver und dem Harz durch die innere Aktivität des in der Harz-Magnet-Zusammensetzung enthaltenen Materials verringert wird.
e) Erhöhte Motorleistung durch den anisotropen harzgebundenen Seltenerdmagneten
Ein folienförmiges Magnetformelement, das 93 Gewichtsprozent des isotropen Seltenerd-Magnetpulvers „A" oder des anisotropen Seltenerd-Magnetpulvers „B" sowie Pentaerythrit-tristearat enthielt, wurde ringförmig aufgerollt und am Innenumfang eines Rotorrahmens mit einem Innendurchmesser von 23 mm angeordnet. So wurde ein Motor „A4" mit einem Magnetrotor „A3", der ein harzgebundenes Magnetformelement „A2" besass, das isotropes Seltenerd-Magnetpulver „A" enthielt, hergestellt, wie in 1 gezeigt, und ferner wurde ein Motor „B4" mit einem Magnetrotor „B3", der ein harzgebundenes Magnetformelement „B2" besass, das anisotropes Seltenerd-Magnetpulver „B" enthielt, hergestellt. Ein Gemisch aus 95 Gewichtsprozent Seltenerd-Magnetpulver „A", Epoxidharz und Pentaerythrit-tristearat wurde zusammengepresst und geformt, und ein ringförmiges Formelement „C2" wurde erhalten. Das erhaltene ringförmige Formelelent „C2" wurde am Innenumfang des Rotorrahmens angeordnet, und ein Motor „B4" mit einem Magnetrotor „B3" wurde erhalten. In diesen Motoren „A4", „B4" und „C4" wurden die Anlaufdrehmomente mit einem 12-Volt-Antrieb gemessen. Im Ergebnis betrug das Anlaufdrehmoment des Motors „C" 21,57 mN-m. Im Gegensatz dazu betrug das Anlaufdrehmoment des Motors „A4" 97 % des Anlaufdrehmoments des Motors „C". Das Anlaufdrehmoment des Motors „B4" betrug 140 % des Anlauf drehmoments des Motors C.
Wenn in einem Motor mit dem Aufbau, wie er in 1 gezeigt wird, der Abstand zwischen dem ringförmigen Magneten und dem Rotorrahmen variiert, können diese Abstandsschwankungen Vibrationen hervorrufen. Es ist aber ein Vorteil dieser Ausführungsform, dass das folienförmige Magnetformelement homogen auf den Rotorrahmen aufgerollt werden kann. Daher läuft bei gleichem Magnetpulver A und gleicher Motorleistung ein Motor, der den Magneten der Ausführungsform benutzt, ruhig. Der Motor mit anisotropem Magneten, in dem das anisotrope Magnetpulver B verwendet wird, ist des Weiteren in seiner Leistung ausgezeichnet.
Somit wird durch die Konfiguration der Erfindung ein harzgebundener Seltenerdmagnet realisiert, der ausgezeichnete Merkmale wie zum Beispiel ein maximales Energieprodukt von 18 MGOe bei 20 °C, ausgezeichnete magnetische Stabilität über den praktischen Temperaturbereich und ausgezeichnetes Recycling-Verhalten besitzt. Der Magnetrotor, der einen solchen harzgebundenen Seltenerdmagneten verwendet, kann ein starkes statisches Magnetfeld im Raum um den Ankerkern erzeugen. Des Weiteren hat der Motor, der einen solchen Magnetrotor verwendet, eine erhöhte Leistung und einen geringeren Stromverbrauch.

Claims

Harzgebundener Seltenerdmagnet mit einem thermoplastischen Harz und/oder einem thermoplastischen Elastomerharz, Pentaerythrit-tristearat und Seltenerd-Magnetpulver, dadurch gekennzeichnet, dass das Seltenerd-Magnetpulver, das Harz und das Pentaerythrit-tristearat eine gegenseitig vermischte Harz-Magnet-Zusammensetzung bilden und die Harz-Magnet-Zusammensetzung eine vorbestimmte Gestalt besitzt.
Harzgebundener Seltenerdmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Seltenerd-Magnetpulver im Harz dispergiert und durch Magnetfeldausrichtung in einer vorbestimmten Richtung ausgerichtet ist und die vorbestimmte Gestalt eine Gestalt ist, die aus einem heissverarbeiteten harzgebundenen Magnetformelement gebildet wird.
Harzgebundener Seltenerdmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Kohlenstoffatomen im Fettsäurrest der Pentaerythrit-tristearatverbindung 17 oder mehr beträgt.
Harzgebundener Seltenerdmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Seltenerd-Magnetpulver ein dünnes, durch Schmelzspinnen geschmolzener R-Fe-B-Legierung gebildetes Stück ist, wobei R = Nd/Pr.
Harzgebundener Seltenerdmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Seltenerd-Magnetpulver R-Fe-B-Seltenerd-Magnetpulver umfasst, das durch Gesenkstauchen und/oder Wasserstoffzersetzung und -umkristallisation hergestellt wird, wobei R = Nd/Pr.
Harzgebundener Seltenerdmagnet nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das R-Fe-B-Seltenerd-Magnetpulver bei 20 °C eine Koerzitivkraft HCi von 14 kOe oder darüber besitzt.
Harzgebundener Seltenerdmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Harz Polyamid-12 ist und der in der Harz-Magnet-Zusammensetzung vorhandene Gehalt an Seltenerd-Magnetpulver maximal 96 Gewichtsprozent beträgt.
Harzgebundener Seltenerdmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Elastomer ein perfektes thermoplastisches Polyurethan-Elastomer ist und der in der Harz-Magnet-Zusammensetzung vorhandene Gehalt an Seltenerd-Magnetpulver maximal 94 Gewichtsprozent beträgt.
Magnetrotor mit dem harzgebundenen Seltenerdmagneten nach Anspruch 1 und einem Rotorrahmen, dadurch gekennzeichnet, dass der harzgebundene Seltenerdmagnet ringförmig ist, der ringförmige harzgebundene Seltenerdmagnet am Innenumfang des Rotorrahmens angeordnet ist und der ringförmige harzgebundene Seltenerdmagnet ein gerolltes Formelement des aus der Harz-Magnet-Zusammensetzung geformten folienförmigen, harzgebundenen Seltenerdmagneten ist.
Magnetrotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige harzgebundene Seltenerdmagnet ein Formelement ist, das durch Spritzguss oder Strangpressen der Harz-Magnet-Zusammensetzung direkt am Rotorrahmen geformt wird.
Magnetmotor mit dem harzgebundenen Seltenerdmagneten nach Anspruch 1, einem Rotorrahmen, einem Ankerkern, einer Windung und einem Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass der harzgebundene Seltenerdmagnet ringförmig ist und der ringförmige harzgebundene Seltenerdmagnet am Innenumfang des Rotorrahmens angebracht ist.
Magnetmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige harzgebundene Seltenerdmagnet ein gerolltes Formelement des aus der Harz-Magnet-Zusammensetzung geformten folienförmigen, harzgebundenen Seltenerdmagneten ist.
Magnetmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige harzgebundene Seltenerdmagnet ein Formelement ist, das durch Spritzguss oder Strangpressen der Harz-Magnet-Zusammensetzung direkt am Rotorrahmen geformt wird.
Herstellungsverfahren für einen harzgebundenen Seltenerdmagneten nach Anspruch 1, die Schritte umfassend: a) Bildung eines Gemisch, das ein thermoplastisches Harz und/oder Elastomerharz, Seltenerd-Magnetpulver vom R-Fe-B-Typ, worin R = Nd/Pr, sowie Pentaerythrit-tristearat umfasst, wobei das Pentaerythrit-tristearat je nach der Art und dem spezifischen Gewicht des Harzes in einer geeigneten Menge von zwei oder mehr Gewichtsteilen in 100 Gewichtsteilen des Harzes enthalten ist, und b) Formung eines harzgebundenen Magnetformelements von vorbestimmter Gestalt aus dem Gemisch.
Herstellungsverfahren für einen harzgebundenen Seltenerdmagneten nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (b) einen Schritt umfasst, aus dem Gemisch ein harzgebundenes ringförmiges Magnetformelement zu bilden.
Herstellungsverfahren für einen harzgebundenen Seltenerdmagneten nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (b) umfasst: einen Schritt, aus dem Gemisch einen gebundenen Magneten in Gestalt einer flexiblen Folie zu bilden, einen Schritt, aus dem gebundenen Magneten in Gestalt einer flexiblen Folie ein harzgebundenes Magnetzwischenelement zu bilden, und einen Schritt, durch Rollen des harzgebundenen Magnetzwischenelements ein harzgebundenes ringförmiges Magnetformelement zu bilden.
Herstellungsverfahren für einen harzgebundenen Seltenerdmagneten nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, ein harzgebundenes Magnetzwischenelement zu bilden, einen Schritt umfasst, den gebundenen Magneten in Gestalt einer flexiblen Folie in einem Formwerkzeug zu schmelzen und erstarren zu lassen, während ein Magnetfeld angelegt ist.
Herstellungsverfahren für einen harzgebundenen Seltenerdmagneten nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (b) einen Schritt umfasst, das harzgebundene Magnetformelement vorbestimmter Gestalt direkt aus dem Gemisch zu bilden.
Herstellungsverfahren für einen harzgebundenen Seltenerdmagneten nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (b) einen Schritt umfasst, das Gemisch zu erhitzen, während ein Magnetfeld an das Gemisch angelegt wird, und es abzukühlen, und das im harzgebundenen Magnetformelement enthaltene Seltenerd-Magnetpulver dadurch im Harz dispergiert und in einer vorbestimmten Richtung ausgerichtet wird.
Herstellungsverfahren für einen harzgebundenen Seltenerdmagneten nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Pentaerythrit-tristearat in einer Menge von zwei oder mehr Gewichtsteilen in 100 Gewichtsteilen des Harzes enthalten ist, und Schritt (b) einen Schritt umfasst, das Gemisch zu erhitzen, während ein Magnetfeld an das Gemisch angelegt wird, und es abzukühlen, und das im harzgebundenen Magnetformelement enthaltene Seltenerd-Magnetpulver dadurch im Harz dispergiert und in einer vorbestimmten Richtung ausgerichtet wird.