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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf Magnetmaterialien für einen Hochleistungsmagneten
zur Verwendung in einem Elektromotor, einem Magnetsensor, einem
Drehsensor, einem Beschleunigungssensor und dem Drehmomentsensor,
usw. und insbesondere auf einen großen Austauschfeder-Magneten mit
verbesserten Magneteigenschaften, ein hiermit ausgestattetes Gerät und ein
Herstellungsverfahren des großen
Austauschfeder-Magneten.
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Permanentmagnete
weisen Elementarmagnet-Dipole auf, die in einer Richtung ausgerichtet
sind und sich mit äußeren Magnetfeldern
nicht verändern. Daher
haben die Permanentmagnete eine große Eigen-Sättigungsmagnetisierung und
weisen eine rechtwinklige Entmagnetisierungskurve auf, um als exzellenter
Werkstoff zu dienen.
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Als
Permanentmagnete wurden in den letzten Jahren ein chemisch stabiler
Eisenmagnet mit geringen Kosten oder ein seltener Hochleistungs-Erdmagnet
bei der praktischen Anwendung eingesetzt. Unter diesen Permanentmagneten,
die sich in der praktischen Anwendung befanden, weist jedoch sogar
ein Neodymium-Magnet
mit der maximalen Leistung einen Grenzwert bei seinen Eigen-Magneteigenschaften
auf, wobei der Grenzwert in dem maximalen Energieprodukt von 50
MGOe (ca. 4,0 MJ/m3) bleibt.
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Der
Magnet weist eine Struktur auf, die in einem kontinuierlichen Schritt
fein unterteilt werden kann, um schließlich zu Atomgruppen der Avogadrozahlen
zu führen.
Bei einem solchen Maßstab
einer Zwischenebene zwischen einem Mikro-Maßstab und einem Makro-Maßstab, wie
z. B. einer Original-Magnetstruktur, wirken die Atome zusammen,
um eine spezifische Funktion zu erzeugen. Dieser Zwischenbereich
wird mesoskopische Domäne
oder Nanobereich-Domäne
bezeichnet. Ein Austauschfeder-Magnet wurde auf der Basis einer
Eigenschaft, die eine solche Domäne
aufweist, entwickelt und weist eine harte Phase (eine Permanentmagnet-Phase),
die aus einem Material zusammengesetzt ist, das eine hohe Koerzitivkraft
aufweist, und eine weiche Phase (ein weiches magnetisches Material)
auf, die aus einem Material zusammengesetzt ist, das eine hohe magnetische
Flussdichte aufweist, die durch eine Austausch-Interaktion magnetisch
aneinander gekoppelt sind, um einen Magneten mit einem hohen maximalen
Energieprodukt bereitzustellen.
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Im
Allgemeinen ist die Struktur des Austauschfeder-Magneten aus einer
Mehrzahl von mehrschichtigen dünnen
Filmen einer harten und einer weichen Phase oder der weichen Phase
zusammengesetzt, die aus in Basisstrukturen der harten Phase fein
verteilten Körnern
zusammengesetzt ist und als Nano-Verbundstruktur
bezeichnet wird. Die Präsenz der
mehrschichtigen Struktur der dünnen
Filme oder der fein verteilten Struktur der feinen Körner in
einer Makostruktur führt
zu einer reinen Koexistenz der harten Phase und der weichen Phase
in der Magnetstruktur mit einer Entmagnetisierungskurve, die die Magneteigenschaften
repräsentiert,
die einem Schlangenprofil folgt. Wenn jedoch die Nanobereich-Domäne aus der
mehrschichtigen Struktur oder fein verteilten Körnerstruktur zusammengesetzt
ist, ist die Magnetisierung der harten Phase durch die Magnetisierung
der weichen Phase stark eingeschränkt, so dass die Nanobereich-Domäne sich gänzlich so
verhält,
als wäre
sie eine einzige harte Phase. Das heißt, wenn auf den Austauschfeder-Magnet
ein Entmagnetisierungsfeld in einer negativen Richtung aufgebracht
wird, wobei die Magnetisierung in eine Richtung ausgerichtet ist,
findet eine Umkehr der Magnetisierung von einem Zwischenbereich
der weichen Phase statt, wobei die Magnetisierung in der Nähe der magnetischen
Domänen-Wand
zwischen der der harten Phase und der weichen Phase, infolge einer
starken Austausch-Kraft in ihrem ausgerichteten Zustand in positiver
Richtung bleibt. Wenn das Entmagnetisierungsfeld in einem solchen
Zustand freigegeben wird, kehrt die Magnetisierung entlang der Entmagnetisierungskurve
wieder zurück.
Da dieser Vorgang einem Federvorgang ähnelt, wird der Magnet als
Austauschfeder-Magnet bezeichnet. Außerdem wird das Wort „Austausch" als erster Wortbestandteil
verwendet, da seine Theorie auf einer gegenseitigen Austausch-Wechselwirkung
basiert.
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Das
wurde z. B. nachstehend bei einem starken magnetischen Verbund berücksichtigt,
wobei eine Achse der leichten Magnetisierung in eine Richtung ausgerichtet
ist und die harten und weichen Phasen abwechselnd geschichtet sind.
Wenn der Verbund in einer positiven Richtung gesättigt und anschließend das
Entmagnetisierungsfeld auf den Verbund in negativer Richtung aufgebracht
wird, wird die Magnetisierung zuerst an dem Mittelpunkt der weichen
Phase umgekehrt. An den Grenzen zwischen den harten und weichen
Phasen kann die Magnetisierung der weichen Phase schwer umgekehrt
werden, weil die Ausrichtung der Magnetisierung an der weichen Phase
durch die Ausrichtung der Magnetisierung der harten Phase infolge
der Austausch-Wechselwirkung
mit einem magnetischen Moment an der harten Phase eingeschränkt ist.
Während
das magnetische Moment an der harten Phase in der Ausrichtung der
Magnetisierung an den Grenzen zwischen der harten Phase und der
weichen Phase leicht verändert
werden kann, ermöglicht
bei der Magnetisierung der harten Phase die Präsenz des kleineren magnetischen
Feldes als das der Grenzen, worin die Magnetisierung irreversibel
umgekehrt wird, dass das aufgebrachte magnetische Feld, auf einen
Nullzustand zurückgeführt wird,
sodass das System einer Rückfederung
zu seinem Ursprungszustand unterworfen wird. Wenn auf die harte
Phase eine größere Magnetisierung
als das magnetische Feld, das irreversibel umgekehrt wird, aufgebracht wird,
wird die Magnetisierung des gesamten Systems ebenfalls irreversibel
umgekehrt, sodass das System in der negativen Richtung gesättigt wird.
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Welches
maximale Energieprodukt des Magnets begrenzt ist, hängt im Allgemeinen
von der Magnetisierung des Verbundes ab, der als Hauptphase wirkt.
Es hat sich gezeigt, dass der Nanoverbund-Magnet theoretisch die
Obergrenze der Leistung des zurzeit in der Praxis verwendeten Magnets übertrifft, sodass
der Nanoverbund-Magnet den theoretischen Wert des maximalen Energieprodukts
von 120 MGOe (ca. 9,6 MJ/m3) der anisotropen
Mehrfachschichten übertrifft.
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Aus
all diesen verschiedenen Gründen
wurde das Augenmerk auf den Austauschfeder-Magnet als neues magnetisches
Material gerichtet. Der Austauschfeder-Magnet wurde üblicherweise
hauptsächlich
für das
Verbundsystem entwickelt, das aus einer harten Phase, die ein Nd-Fe-B-System
oder ein Sm-Fe-N-System enthält,
und einer weichen Phase zusammengesetzt ist, die Fe-B- oder Fe-Co-Verbindungen
enthält.
Die vorläufige
japanische Patentanmeldung Nr. 2000-208313 offenbart ein Verfahren
zur Gewinnung eines anisotropen Austauschfeder-Magnetpulver in feinerer
Körnung
mit überlegenen
magnetischen Eigenschaften durch wiederholtes Ausführen eines
amorphen Verarbeitungsschritts und eines kristallinen Verarbeitungsschritts.
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Wie
oben erläutert,
neigt der Austauschfeder-Magnet theoretisch dazu, das extrem hohe
maximale Energieprodukt aufzuweisen, obwohl die Durchführung einer
vollkommen dichten Behandlung der Austauschfeder-Magnetpulver bewirkt,
dass die Austauschfeder-Magnetpulver bei einer so hohen Sintertemperatur
von 1000°C,
die bei den Verfahren des Standes der Technik er forderlich ist,
grobkörnig sind,
woraus erheblich verminderte magnetische Eigenschaften (z. B. das
maximale Energieprodukt) resultieren. Daher wird es schwierig, die
Austauschfeder-Magnetpulver
bei Aufrechterhaltung der feineren Korngrößen der Magnetpulver in einen
völlig
dichten Zustand zu verdichten. Um das grobkörnige Kornwachstum dementsprechend
zu verhindern, wurde eine ausführliche
Studie durchgeführt,
um die Austauschfeder-Magnetpulver auf einen so genannten gebondeten
Magneten (mit anderen Worten einen so genannten Plamag, Kunststoffmagnet
oder Gummimagnet) anzuwenden, wobei die Magnetpulver mit Kunststoff-Harz
oder Gummi gemischt werden, gefolgt von einer Verfestigung des Magnets
in ein gewünschtes
Profil.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Jedoch
bleibt die Dichte der Magnetpulver, die im gebondeten Magnet enthalten
sind, bei einem bemerkenswert tieferen Wert als die theoretische Dichte
der Magnetpulver bei dem völlig
dichten Magnet. Dies führt
zur Ausbildung eines Endprodukts mit dem maximalen Energieprodukt,
das viel geringer als dasjenige ist, das beim völlig dichten Magneten erwartet
werden würde.
Das heißt,
da sich das maximale Energieprodukt des Magnets im Verhältnis zum Quadrat
der angereicherten Dichte des Magneten verringert, unter der Annahme
dass die Anreicherungsrate 50% beträgt, fällt das Energieprodukt des gebondeten
Magneten unter 25 Prozent ab, was viel geringer ist als das des
großen
Magneten.
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Die
vorliegende Erfindung erfolgte im Hinblick auf die zuvor genannten
Umstände
und hat die Aufgabe, einen Austauschfeder-Magneten mit einer Dichte bereitzustellen,
die möglichst
nahe an der theoretischen Dichte eines völlig dichten Magnetpulvers liegt,
das zu einem Ganzen geformt ist, ohne Einbußen bei den Magneteigenschaften.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Herstellen eines Austauschfeder-Magneten bereitzustellen, der
verbesserte magnetische Eigenschaften aufweist und der während einer
verringerten Zeitspanne bei einer tieferen Temperatur gesintert
werden kann, als bei den Verfahren des Standes der Technik.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
bereitzustellen, die einen Austauschfeder-Magnet mit den zuvor genannten Magneteigenschaften
einsetzt, wie z. B. einen Elektromotor, einen Magnetsensor, einen
Drehsensor, einen Beschleunigungssensor und einen Drehmomentsensor.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein großer Austauschfeder-Magnet
bereitgestellt, der ein verdichtetes Magnetpulver, das eine harte
Phase und eine weiche Phase umfasst, und Bor-Atome und Sauerstoff-Atome
aufweist, wobei die Bor-Atome und die Sauerstoff-Atome in Grenzbereichen
zwischen den Körnern
des verdichteten Magnetpulvers zusammenhängen.
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Bei
einer solchen Struktur ist die Präsenz der zusammenhängenden
Struktur der Bor-Atome und der Sauerstoff-Atome, die in den Grenzbereichen zwischen
den Körnern
der Magnetpulver liegen, wirkungsvoll, um das Kornwachstum der Magnetpulver einzuschränken. Dies
führt zu
einer erfolgreichen Realisierung überlegener Magneteigenschaften
(z. B. maximales Energieprodukt), die möglichst nahe an denen liegen,
die bei der theoretischen Dichte der Magnetpulver des völlig dichten
Austauschfeder-Magnets erzielt werden.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein großer Austauschfeder-Magnet
bereitgestellt, der ein Vermögen
aufweist, Körner, die
miteinander aus einer harten magnetischen Phase und einer weichen
magnetischen Phase gemischt wurden, und ein Vermögen zur Ausbildung von Grenzbereichen
zwischen den Körnern
der harten und weichen magnetischen Phasen aufzuweisen, um den Bor-Atomen
und Sauerstoff-Atomen zu ermöglichen,
darin zusammenzuhängen.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Herstellen eines großen
Austauschfeder-Magneten mit verdichteten Magnetpulvern bereitgestellt,
die aus einer harten Phase und einer weichen Phase bestehen, und
mit Bor-Atomen und
Sauerstoff-Atomen, die in Grenzbereichen zwischen den Körnern des
verdichteten Magnetpulvers zusammenhängen. Das Verfahren umfasst
das Verdichten der Magnetpulver bei einem Verdichtungsdruck, der
von 300 bis 1200 Mpa reicht, das Erhitzen der Magnetpulver in einem
verdichteten Zustand bei einer Anfangstemperatur, die von 25°C bis zu
einer Halte-Temperatur von 550 bis 800°C bei einer Temperatur-Anstiegsgeschwindigkeit
von 5 bis 40°C/min
reicht, und das Halten der verdichteten Magnetpulver bei der Halte-Temperatur
für eine
Zeitspanne von 0,01 bis 10 min, um dadurch die Magnetpulver zu verdichten.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Herstellen eines großen
Austauschfeder-Magneten bereitgestellt, der verdichtete Magnetpulver,
die aus einer harten Phase und einer weichen Phase zusammengesetzt sind,
und Bor-Atome und Sauerstoff-Atome aufweist, die in Grenzbereichen
zwischen Körnern
der verdichteten Magnetpulver zusammenhängen. Das Verfahren umfasst
das Verdichten der Magnetpulver bei einem Druck, der von 500 bis
1200 Mpa reicht, das Erhitzen der Magnetpulver in einem verdichteten
Zustand bei einer Anfangstemperatur, die von 25°C bis zu einer Halte-Temperatur
von 650 bis 700°C
bei einer Temperatur-Anstiegsgeschwindigkeit von 10 bis 25°C/min reicht,
und Halten der verdichteten Magnetpulver bei der Halte-Temperatur
für eine
Zeitspanne von 0,01 bis 3 min, um dadurch die Magnetpulver zu verdichten.
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Gemäß einem
fünften
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die
mit einem großen
Austauschfeder-Magnet ausgestattet ist, wobei der große Austauschfeder-Magnet verdichtete
Magnetpulver mit einer harten Phase und einer weichen Phase und
Bor-Atome und Sauerstoff-Atome aufweist, wobei die Bor-Atome und
die Sauerstoff-Atome in Grenzbereichen zwischen Körnern der
verdichteten Magnetpulver zusammenhängen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die
Erfindung sowie ihre Aufgaben und Vorzüge kann am besten mit Bezug
auf die folgende Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen
zusammen mit der anliegenden Zeichnung verstanden werden, in der:
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1 eine
schematische Ansicht eines großen
Austauschfeder-Magneten
einer bevorzugten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 ein
Diagramm zur Veranschaulichung eines relativen Werts der magnetischen
Eigenschaften eines großen
Magneten bezüglich
der Veränderungen
der x- und y-Werte bei der NdxFe100-xy-By-Zusammensetzung ist;
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3 ein
Diagramm zur Veranschaulichung der Magneteigenschaften von großen Magneten
mit einer NdxFe100-x-yBy-Zusammensetzung
ist, wobei x = 4 ~ 11 und y = 3 ~ 8 bezüglich des Konzentrationsverhältnisses
der Bor-Atome und Sauerstoff- Atome
ist, die zwischen den Körnern
der Magnetpulver und denen liegen, die in den Körnern der Magnetpulver enthalten
sind;
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4 ein
Diagramm zur Veranschaulichung der Magneteigenschaften eines großen Magneten mit
einer NdxFe100-x-yBy-Zusammensetzung
ist, wobei x = 4 ~ 11 und y = 3 ~ 8 bezüglich einer Dicke eines zusammenhängenden
Bereichs der Bor-Atome und der Sauerstoff-Atome ist, die zwischen
den Körnern der
Magnetpulver liegen;
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5 ein
Diagramm zur Veranschaulichung der Magneteigenschaften eines großen Magneten mit
einer Nd9Dy1Fe77Co5Nb2B6-Zusammensetzung bezüglich der
Korngrößen der
Magnetpulver ist;
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6 ein
Diagramm zur Veranschaulichung der Magneteigenschaften eines großen Magneten mit
einer Nd7Dy1Fe74Co5Cr5B8-Zusammensetzung bezüglich eines
Verdichtungsdrucks ist, der während eines
Sinterschritts aufgebracht wird;
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7 ein
Diagramm zur Veranschaulichung der Magneteigenschaften eines großen Magneten mit
einer Nd4Tb1Fe81Co7Cu3B4-Zusammensetzung bezüglich einer
Veränderung
einer Temperatur-Anstiegsgeschwindigkeit
ist;
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8 ein
Diagramm zur Veranschaulichung der Magneteigenschaften eines großen Magneten mit
einer Nd10Fe76Co8V1B6-Zusammensetzung bezüglich einer
Veränderung
einer Halte-Temperatur während eines
Sinterschrittes ist;
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9 ein
Diagramm zur Veranschaulichung der Magneteigenschaften eines großen Magneten mit
einer Nd8Dy1Fe75Co4V2B7-Zusammensetzung
bezüglich
einer Veränderung
einer Halte-Zeitperiode während eines
Sinterschrittes ist;
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10 ein
Diagramm zur Veranschaulichung der Magneteigenschaften eines großen Magneten
mit einer Nd8Tb2Fe75Co5Nb2B8-Zusammensetzung
bezüglich
einer Veränderung
einer Umfangsgeschwindigkeit einer Walze ist;
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11 ein
Diagramm zur Veranschaulichung der Magneteigenschaften eines großen Magneten
mit einer Nd10Fe75Co8V1B6-Zusammensetzung bezüglich einer
Veränderung
eines Umgebungsdrucks während
eines Sinterschrittes ist; und
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12 eine
schematische Seitenansicht eines Beispiels eines Antriebsmotors
zur Verwendung in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybrid-Elektrofahrzeug
ist, bei dem der große
Magnet der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Mit
Bezug auf 1 ist ein großer Austauschfeder-Magnet 12 einer
bevorzugten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Der große
Austauschfeder-Magnet 12 ist aus verdichteten Magnetpulvern 10,
die eine harte Phase und eine weiche Phase umfassen, und Bor-Atomen und
Sauerstoff-Atomen
zusammengesetzt, die in Grenzbereichen 16 zwischen Körnern 14 der
Magnetpulver 10 zusammenhängen.
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Die
Magnetpulver 10 können
vorzugsweise aus magnetischen Materialien ausgebildet sein, die gewünschte Bestandteilelemente
enthalten, die fast nahe an einem amorphen Zustand ausgebildet sind, wobei
verschiedene Formgebungsverfahren, wie z. B. ein schneller Abschreck-Prozess,
ein mechanischer Beimischungsprozess und ein Atomisierungsprozess,
ebenso wie ein mechanischer Pulverisierungsprozess unter Verwendung
einer Brechmaschine oder einer Mühle,
usw., verwendet werden. Unter diesen Formge bungsprozessen ist vorzugsweise
der schnelle Abschreck-Prozess mit seiner Eigenschaft, eine geeignete
Leistung bei der Bildung der Magnetpulver im amorphen Zustand bereitzustellen,
ein typisches exzellentes Formgebungsverfahren.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung bezeichnet das Wort „Verdichtung" eine Verbesserung
einer Dichte der Magnetpulver durch Ausführung eines Verdichtungs- oder
Sinterschrittes, und das Wort „zusammenhängen" bezeichnet einen
Zustand, bei dem vorgegebene Bestandteile unvollständig sind
und in den Grenzbereichen 16 zwischen den Körnern 14 der Magnetpulver 10 mit
einer größeren Konzentrations-Verteilungsstruktur
zusammenhängen
als diejenigen im Innern der Körnern 14 der
Magnetpulver 10.
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Eine
bevorzugtes Verdichtungsverfahren wird durch Anwendung eines Prozesses
durchgeführt,
wobei die Magnetpulver, die fast im amorphen Zustand ausgebildet
sind, in einer Form angesetzt werden und danach für die Länge eines
vorgegebenen Zeitintervalls in einem verdichteten Zustand erhitzt
werden, um einen Sinterschritt zu vervollständigen. Bei einem solchen Verdichtungsschritt
hängen die
Bor-Atome und die Sauerstoff-Atome an den Korngrenzen der Magnetpulver
zusammen, um einen großen
Austauschfeder-Magneten auszubilden, der eine harte und eine weiche
Phase in der Form von feinen Kristallkörnern mit einer Dichte aufweist, die
ohne einen signifikanten Verlust der Magneteigenschaften möglichst
nahe an einer theoretischen Dichte eines völlig dichten großen Austauschfeder-Magneten
liegt. Das heißt,
dass die Präsenz
der nanokristallinen und Nanoverbundstruktur in dem großen Magneten,
wobei die Bor-Atome und Sauerstoff-Atome in den Grenzbereichen 16 zwischen
den Körnern 14 der
Magnetpulver 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung zusammenhängen,
es erleichtert, dass die Magnetpulver 10 wirksam verdichtet
werden, während
das Kornwachstum der Magnetpulver eingeschränkt wird. Daher ist es möglich, dass
die Magnetpul ver 10 bei einer geringeren Temperatur als bei
dem Magnet-Formgebungsprozess
des Standes der Technik und für
eine kürzere
Zeitspanne als bei diesem gesintert werden, wobei sich daraus eine
Einschränkung
der Ausbildung einer grobkörnigen
kristallinen Struktur ergibt, die ansonsten beim Stand der Technik
ein schwer zu lösendes
Problem verursachen würde.
Demzufolge ist es bei einer solchen Struktur des großen Austauschfeder-Magnets
gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
den großen
Austauschfeder-Magneten mit guten inneren Magneteigenschaften zu
realisieren, die denen des völlig
dichten großen
Austauschfeder-Magneten mit einer theoretischen Dichte nahezu gleichen.
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Besonders
die große
Struktur, bei nicht nur die Bor-Atome, sondern auch die Sauerstoff-Atome gleichzeitig
in den Grenzbereichen 16 zwischen den Körnern 14 de Magnetpulver 10 vorliegen,
ermöglicht es,
dass das Kornwachstum der Magnetpulver 10 mit einer höheren Effizienz
erheblich eingeschränkt
wird als das einer großen
Struktur, bei der nur die Bor-Atome in den Grenzbereichen zwischen
den Körnern
der Magnetpulver vorliegen. Dies kann aus einer thermischen Stabilität einer
B-O-Verbindung resultieren. Darüber hinaus
liegt ein weiterer Vorteil einer solchen großen Struktur der vorliegenden
Erfindung darin, dass die große
Struktur 12 eine verbesserte mechanische Festigkeit aufweist.
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Es
kann zwar möglich
sein, den vorübergehend
vorliegenden Sauerstoff in den Magnetpulvern 10, eine Umgebung
mit hohem Sauerstoffgehalt, in der die Verarbeitung der Magnetpulver
umgesetzt wird, und eine Sauerstoff-Umgebung, in der der Verdichtungsschritt
ausgeführt
wird als Versorgungsquelle des Sauerstoffs, der den Grenzbereichen 16 zwischen
den Körnern 14 der
Magnetpulver 10 zugeführt
wird, zu verwenden, doch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf
beschränkt.
Da jedoch die Präsenz
von lediglich Sauerstoffatomen, die in den Grenzbereichen 16 zwischen
den Körnern 14 der Magnetpulver 10 vorliegen,
die aus seltenen Erdmagnet-Materialien bestehen, generell eine Verschlechterung
der magnetischen Eigenschaften bewirkt, ist es nicht wünschenswert,
nur die Sauerstoffatome in die Grenzbereiche zwischen den Körnern 14 der
Magnetpulver 10 in einer Menge jenseits eines überhöhten Niveaus
einzubringen. Außerdem
können
die Bor-Atome vorher mit geeigneten Mitteln in das Magnetpulver
integriert werden.
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Wie
zuvor bemerkt, ist die harte Phase aus einer permanentmagnetischen
Phase zusammengesetzt, die aus verschiedenen bekannten magnetischen
Materialien mit einer hohen Koerzitivkraft zusammengesetzt ist.
Insbesondere ist die harte magnetische Phase aus Yttrium, das seltene
Erdelemente (z. B. Lanthal, Cer, Praseodym, Samarium, Europium,
Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium,
Luthetium), Eisen und/oder Kobalt und borhaltige Elemente enthält, zusammengesetzt.
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Wie
oben bemerkt, ist die weiche Phase aus einer weichen magnetischen
Phase zusammengesetzt, die aus verschiedenen bekannten Materialien mit
einer hohen magnetischen Flussdichte zusammengesetzt ist. Insbesondere
ist die weiche magnetische Phase aus der Eisen- und/oder Kobaltphase aufgebaut
und ist insbesondere aus einer α-Fe-Phase
und einer α-Fe-Phase
aufgebaut, von der ein Teil durch seltene Erdelemente, die Kobalt,
Bor und Yttrium umfassen, ersetzt ist, um einen Fe-B-Verbund, Fe-Co-Verbund,
usw. bereitzustellen.
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Obwohl
es theoretisch möglich
ist, dass eine harte und weiche Phasenkombination beliebig gewählt werden
kann, ist es wünschenswert,
dass die harte und weiche Phasenkombination derart gewählt wird,
dass sowohl die harten als auch die weichen Pha sen ein hohes Maß an Sättigungsmagnetisierung aufweisen.
Darüber
hinaus kann sich durch Zufall der Fall ergeben, bei dem der Austauschfeder-Magnet außer der
harten und weichen Phase eine Fe3Zr-Phase
als kristalline Phase umfasst.
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Es
besteht keine Einschränkung
bei einer Zusammensetzung der magnetischen Materialien, sofern die
Zusammensetzung eine magnetische Struktur realisiert, bei der die
harten und weichen Phasen gleichzeitig vorliegen und die Bor-Atome
und die Sauerstoff-Atome in den Grenzbereichen zwischen den Körnern der
Magnetpulver zusammenhängen.
In einem Fall, bei dem die Zusammensetzung der magnetischen Materialien
aus 4 bis 11 Atom% Nd, 3 bis 8 Atom% B und der restliche Teil aus Übergangsmetall
zusammengesetzt ist, und in einem noch spezifischeren Fall, bei
dem eine Zusammensetzungsformel der magnetischen Materialien durch
NdxFe100-x-yBy ausgedrückt
wird, wobei x = 4 ~ 11 und y = 3 8 ist, ist es möglich, einen Hochleistungsmagneten
mit einem gewünschten
proportionalen Gleichgewicht der harten und weichen Phasen zu realisieren,
der eine hohe Koerzitivkraft und eine hohe magnetische Flussdichte
bereitstellt. Mit dem Ziel, eine weiter verbesserte Magnetleistung
zu bekommen, ist es noch wünschenswerter,
dass die Zusammensetzung der magnetischen Materialien aus 7,5 bis
10,5 Atom% Nd und 5,5 bis 7,5 Atom% B zusammengesetzt ist und dass
die Zusammensetzungsformel der magnetischen Materialien durch NdxFe100-x-yBy ausgedrückt
wird, wobei x = 7,5 ~ 10,5 und y = 35,5 ~ 7,5 ist. Außerdem kann
das metallische Material Nd teilweise durch Pr und/oder Dy ersetzt
sein, wobei das Übergangsmetall
hauptsächlich aus
Fe-Atomen zusammengesetzt ist, die teilweise durch Co. ersetzt sind.
Um den Zusammenhalt der Bor-Atome und der Sauerstoff-Atome in den Grenzbereichen 16 zwischen
den Körnern 14 der
Magnetpulverr 10 zu begünstigen,
um erhöhte
spezifische Magneteigenschaften bereitzustellen, ist es bevorzugt,
eine kleine Menge von Elementen, wie z. B. Übergangsmetalle hinzuzufü gen. Optimale
Elementbestandteile, die vorzugsweise hinzugefügt werden, enthalten 0,4 bis
5,0 Atom% von mehr als einem Metall, das aus einer Gruppe ausgewählt ist,
die aus V, Nb, Cr, Cu, Zn und Ti besteht. Die Konzentration der hinzugefügten Elementbestandteile
wird ferner mit einer induktiv gekoppelten Plasma-Emissionsspektrometrie
(ICP/OES) analysiert.
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Der
große
Austauschfeder-Magnet der vorliegenden Erfindung weist die Präsenz der
Bor-Atome und der Sauerstoff-Atome auf, die zwischen den feineren
Körnern
des großen
Austauschfeder-Magnets
liegen. Eine Differenz zwischen der Konzentration der Bor-Atome
und der Sauerstoff-Atome, die im Innern der Körner des großen Austauschfeder-Magneten
vorliegen, und der der Bor-Atome
und der Sauerstoff-Atome, die im zusammenhängenden Bereich zwischen den
Körnern
vorliegen, bewirkt einen großen
Einfluss auf die spezifischen Magneteigenschaften. Verschiedene
Testergebnisse haben aufgezeigt, dass das Verhältnis zwischen der Konzentration
der in den Grenzbereichen 16 zwischen den Körnern 14 der
verdichteten Magnetpulver 10 vorliegenden Bor-Atome und
der im Innern der Körner 14 der
Magnetpulver 10 vorliegenden Bor-Atome (d. h. die Konzentration
der Bor-Atome, die in den Grenzbereichen 16 zwischen den
Körnern 14 und
die Konzentration der Bor-Atome, die im Innern der Körner 14 vorliegen),
vorzugsweise größer als
1,2 gewählt
wird, und das Verhältnis
zwischen der Konzentration der in den Grenzbereichen 16 zwischen
den Körnern 14 der verdichteten
Magnetpulver 10 vorliegenden Sauerstoff-Atome und der der
im Innern der Körner 14 der verdichteten
Magnetpulver 10 vorliegenden Sauerstoff-Atome (d. h. die
Konzentration der Sauerstoff-Atome, die in den Grenzbereichen 16 zwischen den
Körnern 14 vorliegen
gegenüber
der Konzentration der Sauerstoff-Atome, die im Innern der Körner 14 vorliegen)
vorzugsweise größer als
1,2 gewählt wird.
Bei einem solchen Konzentrationsverhältnis wird eine gute thermische
Stabilität
der Verbindung zwischen den Körnern 14 aufrechterhalten,
wobei sich eine Verbesserung der Verdichtung eines großen Körpers ergibt.
Darüber
hinaus wird das kristalline Wachstum zwischen den Körnern der
Magnetmaterialien auf zuverlässige
Art und Weise effektiv eingeschränkt.
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Darüber hinaus
spielt eine Dicke jedes Grenzbereichs 16, in dem die Bor-Atome
und die Sauerstoff-Atome zusammenhängen, eine wichtige Rolle bei
der Verbesserung der spezifischen magnetischen Eigenschaften und
wird folglich auf einen Größenwert über 65 nm
eingestellt. Bei einer solchen Einstellung der Dicke der Grenzbereiche
für das
Einfügen
der Bor-Atome und der Sauerstoff-Atome wird die Verdichtung der
Magnetpulver 10 wirksam begünstigt, um eine erhöhte Dichte
des großen
Magnets 12 nach dem Sinterschritt zu erzielen, wodurch die
Herstellung eines Hochleistungsmagneten ermöglicht wird.
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Die
Korngröße der Magnetpulver
wird vorzugsweise derart gewählt,
dass sie ein gewünschtes Korn-Verteilungsmuster
aufweist, damit die Magnetpulver leicht verdichtet werden können. Zu
diesem Zweck sollten die Magnetpulver 10 vorzugsweise eine
Korngröße aufweisen,
die zwischen 20 ~ 500 μm
liegt. Bei der Wahl der Magnetpulver 10 mit einer derartigen
Korngröße ist es
effektiv, einen Anstieg der Oberflächenbereiche der Magnetpulver 10 einzuschränken, um
die Magnetpulver 10 an einer Oxidation zu hindern, um dadurch
die spezifischen magnetischen Eigenschaften zu verbessern, während ermöglicht wird,
dass die Aufladungsrate der Materialien erhöht wird, um den großen Magneten 12 mit
einer erhöhten
Dichte zu realisieren. Damit die Magnetpulver 10 weiter
verdichtet werden können,
ist es weiter bevorzugt, die Magnetpulver 10 mit einer
Korngröße zu verwenden,
die zwischen 80–200 μm liegt.
Es wird angemerkt, dass der Begriff „Korngröße der Magnetpulver" einen Durchschnittswert
der Messergebnisse bei Durchmessern der entsprechenden Körner bezeichnet,
die jeweils die maximale Länge
aufweisen, von Körnern,
von denen mit einem optischen Mikroskop eine Fotografie gemacht
wurde und die in einer Fotografie festgestellt wurden.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Herstellen eines großen
Austauschfeder-Magneten bereitgestellt, der aus verdichteten Magnetpulvern
zusammengesetzt ist, die eine harte und eine weiche Phase enthalten,
mit einer Struktur, die Bor-Atome und Sauerstoff-Atome umfasst,
die in den Grenzbereichen 16 zwischen den Körnern 14 der
Magnetpulver 10 zusammenhängen. Dieses Herstellungsverfahren
wird durch Verdichten von unbearbeiteten Magnetpulvern 10 bei
einem Verdichtungsdruck von 300 ~ 1200 Mpa, um einen verdichteten
Körper
herzustellen, Erhitzen des verdichteten Körpers von einer Anfangstemperatur
in Höhe
von 25°C
auf eine Halte-Temperatur
in Höhe
von 550 ~ 800°C
bei einer Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit
von 5 ~ 40°C,
während
gleichzeitig der verdichtete Körper
auf dem Verdichtungsdruck gehalten wird, Halten des verdichteten
Körpers
auf der Halte-Temperatur für
eine Zeitspanne von 0,01 ~ 10 min und schließlich Sintern des verdichteten
Körpers
der Magnetpulver durchgeführt.
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Während die
Temperatur, bei der der Kompressionsschritt für die unbearbeiteten Magnetpulver 10 durchgeführt wird,
nicht auf einen spezifisch möglichen
Wert beschränkt
ist, ist es für
den Verdichtungsschritt bevorzugt, bei einer Umgebungstemperatur
in einer Arbeitsumgebung durchgeführt zu werden mit den Ziel
einer leichteren Bearbeitung bei geringen Kosten. Was die Arbeitsumgebung
betrifft, ist es darüber
hinaus außerordentlich
bevorzugt, dass bei der Umgebung verschiedene Parameter wie z. B. die
Feuchtigkeit, mit den Ziel beachtet werden, eine Verschlechterung
der magnetischen Eigenschaften des großen Magneten 12 zu
verhindern, die durch Oxidation der unbearbeiteten Magnetpulver 10 verursacht
wird.
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Bei
einem Verdichtungsprozess des großen Austauschfeder-Magneten 12,
den die vorliegende Erfindung einsetzt, ist es höchst empfehlenswert, die Magnetpulver 10,
die in eine Form gefüllt
wurden, in verdichtetem Zustand zu erhitzen. Um diesen Schritt durchzuführen, ist
es möglich,
eine Heißpress-Technik
oder eine Plasma-Ausstoß-Sintertechnik
einzusetzen. Besonders das Plasma-Ausstoß-Sinterverfahren wird wegen
einer leichten Steuer-/Regelbarkeit von steigenden Temperaturen
bevorzugt, um ein präzises
Temperaturprofil zu erzielen. Darüber hinaus besteht keine Beschränkung bei
den Materialien der Form und jedes geeignete Material kann als Material
der Form eingesetzt werden. Als Prozess-Bedingung für die Wärmebehandlung
der Magnetpulver, die beim Verdichtungsschritt durchgeführt werden
soll, sollte der Verdichtungsdruck vorzugsweise auf einem Druck
größer als
300 Mpa gehalten werden, um die Verdichtung der Magnetpulver zu
begünstigen,
um die Magnetleistung zu verbessern, während es ermöglicht wird,
die Magnetpulver mit der theoretischen Dichte von größer als
95% zu verdichten. Je größer die
Verdichtungskraft für
die Magnetpulver ist, desto größer wird
die Förderung
der Verdichtung der Magnetpulver, obgleich der Verdichtungsdruck
der verbesserten Produktivität
wegen entsprechend niedriger als 1200 Mpa gewählt wird.
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Darüber hinaus
wird die Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit
in einem Bereich von 5 ~ 40°C/min
entsprechend festgelegt. Mit einem solchen Bereich ist es möglich, die
zusammenhängenden
Bereiche der in den Grenzbereichen 16 zwischen den Körnern 14 des
Magnets 12 liegenden Bor-Atome und der Sauerstoff-Atome
zu erhöhen, was
zu einer Verbesserung der Verdichtung des Magnets 12 führt. Darüber hinaus
ist es möglich,
dass der große
Magnet 12 während
des Sintervorgangs intern ein gleichmäßiges Temperatur-Verteilungsmuster
aufweist, wodurch ein gleichmäßiger Bulk-Körper erzielt
wird.
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Darüber hinaus
ermöglicht
die Präsenz
der für
entsprechend geeignete Bereiche gewählten Halte-Temperatur und
Halte-Zeitspanne
dem großen Magneten,
ausgezeichnete magnetische Eigenschaften aufzuweisen. Als Ergebnis
einer detaillierten Studie dieser Bedingungen wird die Halte-Temperatur
entsprechend auf einen Wert in Höhe
von 550 ~ 800°C
festgelegt und die Halte-Zeitspanne wird entsprechend auf einen
Wert im Bereich von 0,01 bis 10 min festgelegt. Durch diese Bereiche
wird das Kornwachstum in der harten Phase und der weichen Phase
wünschenswert
eingeschränkt,
wodurch die Magneteigenschaften verbessert werden, während die
Dichte eines gesinterten magnetischen Produkts verbessert wird.
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Um
die Magneteigenschaften weiter zu verbessern, sollten die Magnetpulver
vorzugsweise auch in verschiedenen Schritten unter verschiedenen Bedingungen
behandelt werden: indem der Verdichtungsdruck so gewählt wird,
um in einem Bereich in Höhe
von 500 ~ 1200 Mpa zu bleiben, indem die Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit
mit einen Wert gewählt
wird, der sich von 10 ~ 25°C/min
erstreckt, indem die Halte-Temperatur auf einem Wert in Höhe von 650
~ 700 °C
aufrechterhalten wird und indem die Haltezeit auf einem Wert von
weniger als 3 min aufrechterhalten wird.
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Wenn
bei einem geschmolzenen Gemisch in Form einer Flüssigkeit ein rascher Abschreckprozess als
Herstellungsprozess für
die Magnetpulver angewendet wird, bewirkt eine Umfangsgeschwindigkeit einer
sich schnell drehenden Walze einen signifikanten Einfluss auf die
Qualität
der Magnetpulver während
eines Abschreckschritts. Bei einer solchen Prozess wird ein Strom
eines geschmolzenen Gemischs auf die äußere Oberfläche der Walze geleitet, die
sich mit der Umfangsgeschwindigkeit in Höhe von 10 ~ 50 m/sec dreht,
um einen schnell abgeschreckten dünnen Streifen herzustellen,
um eine hohe Konzentration des amor phen Zustands und eine Verbesserung der
Produktivität
zu gewährleisten.
Darüber
hinaus ist die Präsenz
von im amorphen Zustand gemischten feinen kristallinen Körner außerordentlich
wirksam, um die Magneteigenschaften zu verbessern. Zu diesem Zweck
wird die Umfangsgeschwindigkeit der Walze noch vorteilhafterweise
auf einen Wert in Höhe von
15 ~ 35 m/sec eingestellt.
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Von
den oben genannten verschiedenen Parametern werden die Magnetpulver
während
des Sinterschritts bevorzugterweise im verdichtetem Zustand bei
einem Verdichtungsdruck von 1 × 10–4 ~
9,5 Pa, und noch mehr bevorzugt in einem Bereich von 2 × 10–4 ~
3 Pa gehalten. Das Verdichten der Magnetpulver in einem solchen
Bereich bringt eine verbesserte Verdichtung der Magnetpulver, die
ohne eine Verschlechterung der Magneteigenschaften ausgeführt wird.
Das heißt,
dass eine gewünschte
Menge an Sauerstoff zwischen die Körner der Magnetpulver zugeführt wird,
um die Verdichtung des Bulk-Körpers zu
fördern
und das kristalline Kornwachstum an den Grenzen der Magnetpulver
einzuschränken.
Außerdem
verhindert die Präsenz
des Sauerstoffs, der nur den Grenzbereichen zwischen den Körnern des
Magnetpulvers zugeführt
wird, dass die Sauerstoffatome in die Körner des Magnetpulvers hinein
diffundieren, um dadurch die Magnetpulver mit verbesserten Magneteigenschaften
vor einer Oxidation zu bewahren.
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Obwohl
verschiedene geeignete, oben erläuterte
Bedingungen existieren, ermöglicht
die Präsenz der
zusammenhängenden
Bereiche der zwischen den Körnern
der Magnetpulver liegenden Bor-Atome und
Sauerstoff-Atome die Herstellung des großen Magneten bei einer niedrigeren
potentiellen Betriebstemperatur als der des Sinterprozesses des
Standes der Technik in einer kürzeren
als dessen Zeitspanne, wodurch der große Austauschfeder-Magnet, der eine
Dichte nahe an der theoretischen Dichte des völlig dichten Magnetpulvers
aufweist, ohne Verschlechterung der Magneteigenschaften des großen Austauschfeder-Magnets
hergestellt werden kann.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung,
wie z. B. ein Elektromotor, ein Magnetsensor, ein Drehsensor, ein Beschleunigungssensor
oder ein Drehmomentsensor bereitgestellt, die einen großen Austauschfeder-Magneten mit einer
Struktur einsetzt, die aus verdichteten Magnetpulvern zusammengesetzt
ist, die eine harte Phase und eine weiche Phase, und Bor-Atome und
Sauerstoff-Atome umfassen, die in den Grenzbereichen zwischen den
Körnern
des verdichteten Magnetpulvers zusammenhängen. Mit dem großen Austauschfeder-Magnet
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
einen Hochleistungsmagneten zu realisieren, der bei dem Austauschfeder-Magneten
des Standes der Technik, der als gebondeter Magnet dient, nicht
erreicht werden konnte. Für
den Fall dass ein solcher Magnet 12 mit exzellenter Leistung
bei dem Elektromotor, dem Magnetsensor, dem Drehsensor, dem Beschleunigungssensor
oder dem Drehmomentsensor angewendet wird, wird es möglich, eine
Miniaturisierung und Gewichtsreduzierung von Produkten zu unterstützen, und
wenn diese Produkte als Bauteile eines Automobilfahrzeugs eingesetzt
werden, kann eine erhebliche Reduzierung beim Kraftstoffverbrauch
zuverlässig erreicht
werden.
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Die
Dicke des großen
Austauschfeder-Magneten gemäß der vorliegenden
Erfindung ist nicht auf einen spezifischen, oben erläuterten
Wert beschränkt und
kann in Abhängigkeit
von verschiedenen Verwendungszwecken geeignet eingestellt werden.
Darüber
hinaus kann die Form des großen
Magneten entsprechend eingestellt werden, um den verschiedenen Verwendungen
zu entsprechen, und ist nicht auf eine spezielle Form beschränkt.
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Da
einerseits der seltene Erdmagnet zur Oxidation neigt, kann ein Schutzfilm
auf die Oberfläche des
großen
Austauschfeder-Magneten
aufgebracht werden. Der Schutzfilm ist nicht auf eine bestimmte Struktur
beschränkt
und kann geeignete Zusammensetzungen je nach Magneteigenschaften
aufweisen, sodass die Dicke bestimmt wird, um einen adäquaten Schutzeffekt
zu erzielen. Bei bestimmten Beispielen kann der Schutzfilm einen
metallischen Film, einen anorganischen Verbund-Film oder einen organischen Verbund-Film
umfassen. Der metallische Film kann Ti, Ta, Ca, Mo oder Ni umfassen.
Der anorganische Verbund-Film kann ein Übergangsmetallnitrid wie z. B.
TiN, FeN oder CrN oder einen Übergangsmetalloxyd-Film,
wie z. B. NiO oder FeO umfassen. Der organische Verbund-Film kann
einen Kunstharzfilm, wie z. B. die Epoxydharz, Phenolharz, Polyurethan oder
Polyester umfassen. Wenn der Schutzfilm, der aus dem metallischen
Film oder dem anorganischen Verbund-Film zusammengesetzt ist, eingesetzt
wird, kann der der Schutzfilm vorzugsweise eine Dicke von ca. 0,01
bis 10 μm
aufweisen, und wenn der Schutzfilm aus dem organischen Verbund-Film
zusammengesetzt ist, kann der Schutzfilm vorzugsweise eine Dicke
von ca. 3 bis 10 μm
aufweisen.
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Der
große
Austauschfeder-Magnet kann unter Verwendung von verschiedenen Methoden
des Standes der Technik bearbeitet werden. Das heißt, dass
die Bearbeitung des großen
Magneten durch schleifen (wie z. B. durch Schleifen der äußeren Oberfläche, Schleifen
der inneren Oberfläche, Schleifen
der Oberflächen
oder Schleifen der bearbeiteten Form, usw.), Schneiden (wie z. B.
Schneiden der äußeren Oberfläche oder
Schneiden der inneren Oberfläche,
usw.), Klopfen oder Abfasen durchgeführt werden. Ein Bearbeitungswerkzeug
kann ein Diamantwerkzeug, ein GC-Schneidwerkzeug,
eine Schneidmaschine der inneren und äußeren Umfänge, eine Schleifmaschine der
inneren und äußeren Umfänge, eine
Oberflächen-Schleifemaschine,
ein NC- Bearbeitungswerkzeug,
eine Fräsmaschine
oder ein Bearbeitungszentrum sein.
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BEISPIEL 1
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2 ist
ein Diagramm, das einen relativen Wert der Magneteigenschaften (maximales
Energieprodukt) bezüglich
der Veränderungen
der x- und y-Werte eines großen
Magneten mit einer NdxFe100-x-yBy-Zusammensetzung veranschaulicht, der bei
einer unten aufgeführten
Herstellungsbedingung erreicht wird.
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Zusammensetzung:
NdxFe100-x-yBy,
Herstellungsbedingung der Magnetpulver:
schneller Flüssigkeits-Abschreckprozess
mit einer Umfangsgeschwindigkeit einer
Walze = 20 m/sec,
Korngröße der Magnetpulver:
100 μm,
Sinterbedingung:
Verdichtungsdruck = 800 Mpa, Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit
von 20°C/min,
Halte-Temperatur von 675°C
für eine
Halte-Zeitspanne von 5 min und ein Umgebungsdruck während des
Abschreckprozesses von 2,6 × 10–9 Pa.
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Wie
aus 2 ersichtlich, wird mit x = 4 ~ 11 und y = 3 ~
8 das maximale Energieprodukt des Magnets verbessert und im Falle
von x = 7,5 ~ 10,5 und y = 5,5 ~ 7,5 zeigt sich, das einen bemerkenswerter Effekt
erzielt wird. Es wurde auch bestätigt,
dass in Fällen,
in denen ein Teil durch Pr oder Dr ersetzt wird, in denen ein Teil
Fe durch Co ersetzt wird und in denen den Magnetpulvern als Teil
des Fe oder Co eine kleine Menge von ca. 0,4–5,0 Atom% von mehr als einem
Element (ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus V, Nb, Cr, Cu, Zn, und Ti) hinzugefügt wird, verbesserte
magnetische Eigenschaften in einem ähnlichen Zusammensetzungsbereich
verbessert werden.
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BEISPIEL 2
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3 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den Magneteigenschaften
und Veränderungen
der Bor-Konzentration und Sauerstoff-Konzentration zwischen den
Körnern
eines großen
Magneten, der mit einer NdxFe100-x-yBy-Zusammensetzung hergestellt wurde, veranschaulicht,
wobei bei verschiedenen Herstellungsbedingungen x = 4 ~ 11 und y
= 3 ~ 8 ist, im Vergleich mit denen im Innern der Magnetpulver.
Wie aus 3 ersichtlich, ist in einem Fall,
in dem das Konzentrationsverhältnis
zwischen den Bor-Atomen und den Sauerstoff-Atomen größer als
1,2 ist, zu erkennen, dass die Magneteigenschaften (das maximale
Energieprodukt) verbessert werden.
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BEISPIEL 3
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4 ist
ein Diagramm, das eine Kurve der Magneteigenschaften eines großen Magneten,
der mit einer NdxFe100-x-yBy-Zusammensetzung
hergestellt wurde, veranschaulicht, wobei x = 4 ~ 11 und y = 3 ~
8 in verschiedenen Herstellungsbedingungen ist, die bezüglich der
Dicke des zusammenhängenden
Bereichs der zwischen den Körnern
der Magnetpulver liegenden Bor-Atome und Sauerstoff-Atome gezeichnet
wurde. Wie aus 4 ersichtlich, ist in einen
Fall, in dem der zusammenhängende
Bereich der Bor-Atome und der Sauerstoff-Atome eine Dicke größer als
65 nm aufweist, zu erkennen, dass die Magneteigenschaften (das maximale
Energieprodukt) verbessert werden.
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BEISPIEL 4
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5 ist
ein Diagramm, das eine Kurve der Magneteigenschaften (maximales
Energieprodukt) eines großen
Magneten, der mit einer Nd9Dy1Fe77Co5Nb2B6-Zusammensetzung hergestellt wurde, ver anschaulicht,
die bezüglich
der Korngröße der Magnetpulver
gezeichnet wurde, wobei der große
Magnet unter der nachfolgenden Herstellungsbedingung gefertigt wurde:
Zusammensetzung:
Nd9Dy1Fe77Co5Nb2B6,
Herstellungsbedingung der Magnetpulver:
schneller Flüssigkeits-Abschreckprozess
mit einer Umfangsgeschwindigkeit einer
Walze = 30 m/sec,
Sinterbedingung:
Verdichtungsdruck = 1000 Mpa, Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit
von 24°C/min,
Halte-Temperatur von 650°C
für eine
Halte-Zeitspanne von 3 min und ein Umgebungsdruck von 2, 6 × 10–4 Pa.
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Wie
aus 5 ersichtlich, ist in einem Fall, in dem die Korngröße der Magnetpulver
in einem Bereich von 20 bis 500 μm
bleibt, zu erkennen, dass die Magneteigenschaften verbessert werden,
und wenn die Korngröße in einem
Bereich von 80 bis 200 μm liegt,
weiter verbesserte Magneteigenschaften erzielt werden.
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BEISPIEL 5
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6 ist
ein Diagramm, das eine Kurve der Magneteigenschaften (maximales
Energieprodukt) eines großen
Magneten, der mit einer Nd7Dy1Fe74Co5Cr5B8-Zusammensetzung hergestellt wurde, veranschaulicht,
die bezüglich
des Verdichtungsdrucks gezeichnet wurde, wobei der große Magnet
unter der folgenden Herstellungsbedingung gefertigt wurde:
Zusammensetzung:
Nd7Dy1Fe74Co5Cr5B8,
Herstellungsbedingung der Magnetpulver:
schneller Flüssigkeits-Abschreckprozess
mit einer Umfangsgeschwindigkeit einer
Walze = 15 m/sec,
Sinterbedingung:
Verdichtungsdruck = 1000 Mpa, Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit
von 30°C/min,
Halte-Temperatur von 675°C
für eine
Halte-Zeitspanne von 5 min und ein Umgebungsdruck von 2,6 × 10–9 Pa.
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Wie
aus 6 ersichtlich, ist in einem Fall, in dem der Verdichtungsdruck
in einem Bereich von 300 bis 1200 MPa bleibt, zu erkennen, dass
die Magneteigenschaften verbessert werden, und wenn der Verdichtungsdruck
in einem Bereich von 500 bis 1200 MPa liegt, weiter verbesserte
Magneteigenschaften erzielt werden.
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BEISPIEL 6
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7 ist
ein Diagramm, das eine Kurve der Magneteigenschaften (maximales
Energieprodukt) eines großen
Magneten, der mit einer Nd4Tb1Fe81Co7Cu3B4-Zusammensetzung hergestellt wurde, veranschaulicht,
die bezüglich
der Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit
gezeichnet wurde, wobei der große
Magnet unter der folgenden Herstellungsbedingung gefertigt wurde:
Zusammensetzung:
Nd4Tb1Fe81Co7Cu3B4,
Herstellungsbedingung der Magnetpulver:
schneller Flüssigkeits-Abschreckprozess
mit einer Umfangsgeschwindigkeit einer
Walze = 50 m/sec,
Sinterbedingung:
Verdichtungsdruck = 500 Mpa, Halte-Temperatur von 640°C, eine Halte-Zeitspanne
von 8 min und ein Umgebungsdruck von 2,6 × 10–4 Pa.
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Wie
aus 7 ersichtlich, ist in einem Fall, in dem die Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit
in einem Bereich von 5 bis 40°C/min
bleibt, zu erkennen, dass die Magneteigenschaften verbessert werden,
und wenn die Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit
in einem Bereich von 10 bis 25°C/min
liegt, weiter verbesserte Magneteigenschaften erzielt werden.
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BEISPIEL 7
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8 ist
ein Diagramm, das eine Kurve der Magneteigenschaften (maximales
Energieprodukt) eines großen
Magneten, der mit einer Nd10Fe75Co8V1B6-Zusammensetzung
hergestellt wurde, veranschaulicht, die bezüglich der Halte-Temperatur
gezeichnet wurde, wobei der große
Magnet unter der folgenden Herstellungsbedingung gefertigt wurde:
Zusammensetzung:
Nd10Fe75Co8V1B6
Herstellungsbedingung
der Magnetpulver: schneller Flüssigkeits-Abschreckprozess
mit einer Umfangsgeschwindigkeit einer
Walze = 15 m/sec,
Sinterbedingung:
Verdichtungsdruck = 1000 Mpa, Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit
von 22°C/min,
eine Halte-Zeitspanne von 0 min und einem Umgebungsdruck von 2,6 × 10–4 Pa.
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Wie
aus 8 ersichtlich, ist in einem Fall, in dem die Halte-Temperatur
in einem Bereich von 550 bis 800°C
bleibt, zu erkennen, dass die Magneteigenschaften verbessert werden,
und noch vorteilhafter bei der Halte-Temperatur in einem Bereich
von 650 bis 700°C
weiter verbesserte Magneteigenschaften erzielt werden.
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BEISPIEL 8
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9 ist
ein Diagramm, das eine Kurve der Magneteigenschaften (maximales
Energieprodukt) eines großen
Magneten, der mit einer Nd8Dy1Fe75Co4V2B7-Zusammensetzung hergestellt wurde, veranschaulicht,
die bezüglich
der Halte-Zeitspanne gezeichnet wurde, wobei der große Magnet unter
der folgenden Herstellungsbedingung gefertigt wurde:
Zusammensetzung:
Nd8Dy1Fe75Co4V2B7,
Herstellungsbedingung der Magnetpulver:
schneller Flüssigkeits-Abschreckprozess
bei einer Umfangsgeschwindigkeit einer
Walze = 20 m/sec,
Sinterbedingung:
Verdichtungsdruck = 300 Mpa, Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit
von 10°C/min,
eine Halte-Temperatur von 700°C
und ein Umgebungsdruck von 2,6 × 10–4 Pa.
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Wie
aus 9 ersichtlich, ist in einem Fall, in dem die Halte-Zeitspanne
in einem Bereich von 0 bis 10 min bleibt, zu erkennen, dass die
Magneteigenschaften verbessert werden und noch vorteilhafter für die Halte-Zeitspanne
von 0 bis 3 min weiter verbesserte Magneteigenschaften erzielt werden.
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BEISPIEL 9
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10 ist
ein Diagramm, das eine Kurve der Magneteigenschaften (maximales
Energieprodukt) eines großen
Magneten, der mit einer Nd8Tb2Fe75Co5Nb2B8-Zusammensetzung hergestellt wurde, veranschaulicht,
die bezüglich
der Umfangsgeschwindigkeit der Walze gezeichnet wurde, wobei der
große
Magnet unter der folgenden Herstellungsbedingung gefertigt wurde:
Zusammensetzung:
Nd8Tb2Fe75Co5Nb2B8,
Herstellungsbedingung der Magnetpulver:
schneller Flüssigkeits-Abschreckprozess
Sinterbedingung:
Verdichtungsdruck = 1000 Mpa, Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit
von 25°C/min,
eine Halte-Zeitspanne von 2 min, eine Halte-Temperatur von 680°C und ein
Umgebungsdruck von 2,6 × 10–9 Pa.
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Wie
aus 10 ersichtlich, ist in einem Fall, in dem die
Umfangsgeschwindigkeit der Walze in einem Bereich von 10 bis 60
m/sec bleibt, zu erkennen, dass die Magneteigenschaften verbessert
werden und noch vorteilhafter bei der Umfangsgeschwindigkeit von
15 bis 35 m/sec weiter verbesserte Magneteigenschaften erzielt werden.
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BEISPIEL 10
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11 ist
ein Diagramm, das eine Kurve der Magneteigenschaften (maximales
Energieprodukt) eines großen
Magneten, der mit einer Nd10Fe75Co8V1B6-Zusammensetzung
hergestellt wurde, veranschaulicht, die bezüglich des Umgebungsdrucks während des
Sinterschritts gezeichnet wurde, wobei der große Magnet unter der folgenden
Herstellungsbedingung gefertigt wurde:
Zusammensetzung: Nd10Fe75Co8V1B6,
Herstellungsbedingung
der Magnetpulver: schneller Flüssigkeits-Abschreckprozess
mit der Umfangsgeschwindigkeit der Walze von 20 m/sec,
Sinterbedingung:
Verdichtungsdruck = 1000 Mpa, Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit
von 20°C/min,
eine Halte-Zeitspanne von 0 min und eine Halte-Temperatur von 650°C.
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Wie
aus 11 ersichtlich, ist in einem Fall, in dem der
Umgebungsdruck in einem Bereich von 1 × 10–9 bis
9,5 Pa bleibt, zu erkennen, dass die Magneteigenschaften verbessert
werden und noch vorteilhafter bei dem Umgebungsdruck von 2 × 10–9 bis 3
Pa weiter verbesserte Magneteigenschaften erzielt werden.
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BEISPIEL 11
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12 zeigt
ein Beispiel der Vorrichtung, die aus einem Antriebsmotor 20 besteht,
der den großen Magneten 12 der
vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem Elektrofahrzeug oder
einem Hybrid-Elektrofahrzeug enthält. Insbesondere umfasst der
Antriebsmotor 20 einen Stator 22, der mit Stator- Wicklungen 29 ausgebildet
ist, und einen Rotor 26. Der Rotor 26 umfasst
eine Mehrzahl der großen
Magneten 12, die oben beschrieben wurden. Vergleichstests
zwischen dem Antriebsmotor der vorliegenden Erfindung und dem Antriebsmotor
des Standes der Technik, der die kommerziell verfügbaren gebondeten
Magnete verwendet, haben ergeben, dass der Antriebsmotor der vorliegenden
Erfindung das 1,4 mal größere maximale
Drehmoment als der Antriebsmotor des Standes der Technik aufweist.
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Es
wird auf JP-A-2002-100507 Bezug genommen.
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Obwohl
die Erfindung oben mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die oben
beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt
und wird dem Durchschnittsfachmann angesichts der Lehre einleuchten.
Der Schutzumfang der Erfindung ist mit Bezug auf die nachfolgenden Ansprüche definiert.