JP2003153477A - 希土類磁石装置 - Google Patents

希土類磁石装置

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JP2003153477A
JP2003153477A JP2001345131A JP2001345131A JP2003153477A JP 2003153477 A JP2003153477 A JP 2003153477A JP 2001345131 A JP2001345131 A JP 2001345131A JP 2001345131 A JP2001345131 A JP 2001345131A JP 2003153477 A JP2003153477 A JP 2003153477A
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rare earth
earth magnet
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soft magnetic
earth element
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JP2001345131A
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Inventor
Norio Yamaguchi
憲隆 山口
Yoichi Nakahara
洋一 中原
Minoru Nakajima
稔 中島
Akiyoshi Shimada
明吉 嶋田
Takehiro Imamura
健広 今村
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気的損失が少なく、希土類磁石と軟磁性体
との間に生じる熱応力を緩和することができるのは勿論
のこと、接合面積の大きな希土類磁石に対しても同等の
効果が得られる希土類磁石装置を提供する。 【解決手段】 希土類磁石3と軟磁性体1とを中間部材
2を介して互いに接合し、それらの接合部の少なくとも
一方をろう付けとした希土類磁石装置であり、中間部材
2をステンレス系の発泡金属とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばモータの
ロータやステータなどに用いられる希土類磁石装置に係
り、特に、希土類磁石とその支持体である軟磁性体との
間に生じる熱応力や磁気損失を軽減する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】希土類磁石は優れた磁気的特性を有して
いるため、近年、モータ用の永久磁石として重要な位置
を占めている。一方、希土類磁石は硬くて脆いため、こ
れをロータのヨークに固定するに際しては、機械加工を
必要とするボルト締め等による固定は難しい。また、樹
脂または金属の円環を希土類磁石の外周に被せて磁石を
固定する技術や、希土類磁石の外周にケブラー繊維を巻
き付けるという技術があるが、このような技術ではエア
ギャップを増加させて磁束が減少するとともに、製造コ
ストも割高となって好ましくない。また、希土類磁石と
軟磁性体とを接着剤によって接合することも行われた
が、接着剤では高温時の接着強度に限界がある。
【0003】特開平8−78231号公報には、希土類
磁石と銅を主成分とする接合部材とを接触させて加熱す
ることで、接合部材を半溶融状態にして拡散接合し、接
合部材と軟磁性体とを銀ろうで接合する技術が開示され
ている。この技術によれば、希土類磁石と接合部材を接
合することができるとともに、銅を主体とする接合部材
により、軟磁性体と希土類磁石の熱膨張の差による熱応
力を軽減することができるとされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような技術においては、銅を主体とする接合部材と銀ろ
うの磁気的特性が良くないため磁気的損失が発生する。
また、接合部材を半溶融状態にして拡散するのでその接
合面積に限界があり、たとえば10mm角程度の大きさ
の希土類磁石しか接合できない。さらに、接合面積のよ
り大きな希土類磁石に対しては、希土類磁石と軟磁性体
との線膨張率の差による応力を緩和することができず、
熱応力によって磁石が破損する恐れがある。
【0005】したがって、本発明は、磁気的損失が少な
く、希土類磁石と軟磁性体との間に生じる熱応力を緩和
することができるのは勿論のこと、接合面積の大きな希
土類磁石に対しても同等の効果が得られる希土類磁石装
置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の希土類磁石装置
は、希土類磁石と軟磁性体とを中間部材を介して互いに
接合し、それらの接合部の少なくとも一方をろう付けと
した希土類磁石装置であって、中間部材をステンレス系
の発泡金属としたことを特徴としている。
【0007】上記構成の希土類磁石装置にあっては、中
間部材が発泡金属であるためにヤング率が小さい。この
ため、希土類磁石と軟磁性体の熱膨張の差を中間部材が
変形することで吸収するから、両者に生じる熱応力を軽
減することができ、希土類磁石の破損を未然に防止する
ことができる。また、発泡金属がステンレス系の材料の
ため、弾性限界および強度が高い。このため、大きな変
形が生じても破損し難い。
【0008】ステンレス系の発泡金属は、磁性材料であ
ることが望ましい。ステンレス系の磁性材料としては、
フェライト系およびマルテンサイト系(SUS400番
台)がある。これらの材料からなる中間部材が希土類磁
石と同等の磁気的性質を備えることにより、磁束が増え
てモータ出力の向上に寄与する。また、ステンレス系の
発泡金属の気孔率は、計算上では50〜90%であるこ
とが望ましい。気孔率が50%未満ではヤング率が高
く、希土類磁石と軟磁性体の熱膨張の差を吸収し得なく
なる。また、気孔率が90%を超えると強度が不充分と
なる。
【0009】ここで、希土類磁石は、高温下に曝される
と金属組織が変化して磁石特性が影響を受けるといった
性質を有している。このため、ろう付けに用いるろう材
としては、液相発生温度が比較的低いろう材を用いるこ
とが望ましい。そのようなろう材としては、希土類元素
REの含有量がRE≧50原子%、Cuの含有量が18
原子%≦Cu<40原子%および他の合金元素AEの含
有量がAE≦20原子%であり、合金元素AEがFe、
Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、A
g、Au、Zn、B、Al、Ga、In、C、Si、G
e、Sn、Pb、P、SbおよびBiから選択される一
種または二種以上とした希土類合金ろう材が好適であ
る。
【0010】希土類元素RE、Cuおよび合金元素AE
の含有量を前記のように特定すると、加熱下において希
土類元素REと、Cuおよび合金元素AEとが共晶反応
を行うため、希土類合金ろう材の液相発生温度が比較的
低くなる。そして、希土類合金ろう材より生じた液相は
高活性であることから、液相状態または固液共存状態の
希土類合金ろう材は希土類磁石に対し良好な濡れ性を発
揮して拡散現象を現出する。また希土類合金ろう材は、
加熱下において固相状態でも種々の材質の被接合部材に
対して良好な拡散性を発揮する。このような希土類合金
ろう材を用いることによって、比較的低温下で希土類磁
石と中間部材とを強固にろう付けすることが可能であ
る。また、Cuを含有する希土類合金は、例えば液体急
冷法の適用下で非晶質化し、薄板への成形性とプレス打
抜き加工性が向上するので、希土類アモルファス合金ろ
う材を用いるのがより好適である。
【0011】本発明では、希土類磁石、軟磁性体および
中間部材どうしの接合部の少なくとも一方がろう付けで
あれば良く、他方の接合手段は任意である。たとえば、
希土類磁石を圧粉成形する際にボルト孔を成形してお
き、ボルト孔を挿通させたボルトを中間部材に螺合させ
ても良い。同様に、中間部材を軟磁性体にボルト固定す
ることも可能である。いずれの接合手段もろう付けとす
ることもできる。その他、焼き嵌めや冷し嵌め、溶接な
ども適用可能である。
【0012】希土類磁石と中間部材とのろう付けおよび
/または中間部材と軟磁性体とのろう付けは、1または
複数箇所において部分的に行うことができる。このよう
なろう付けを行うことにより、中間部材の熱膨張が希土
類磁石や軟磁性体にあまり影響しなくなり、それらに作
用する熱応力をさらに軽減することができる。このよう
な部分的にろう付けする構成は、中間部材の線膨張率が
軟磁性体に近く、中間部材と希土類磁石との線膨張率の
差が大きい場合に効果的である。したがって、中間部材
と希土類磁石または軟磁性体との線熱膨張率の差が小さ
いときは、全面をろう付けしても問題はない。また、以
上の構成において、中間部材をろう材に合わせて1また
は複数箇所に配置し、各中間部材と希土類磁石や軟磁性
体をろう付けすることもできる。ただし、この場合に
は、磁性材料である中間部材の面積が小さくなるので、
希土類磁石や軟磁性体の形状を工夫して磁気特性を補正
する必要がある。
【0013】本発明の希土類磁石装置は、特に、高速回
転により大きな遠心力が作用するとともに昇温と冷却を
繰り返すモータのロータに用いて好適であり、そのよう
なロータは、本発明の特徴の一つでもある。
【0014】
【発明の実施の形態】図1(A)〜(C)は、希土類磁
石装置の実施形態であるロータを軸方向から見た図であ
る。図1(A)は、軟磁性体としてのヨーク1の外周の
円周方向に沿った4箇所を平坦に形成し、その平坦部に
希土類磁石3を発泡金属2を介して積層したものであ
り、それらの接合にはろう材4を用いている。図1
(B)は、ヨーク1の外周の円周方向に沿った4箇所に
凹部を形成し、その凹部に希土類磁石3を図1(A)と
同様にして積層したものである。これら希土類磁石装置
は、一般にSPM(Surface Permanent Magnet)と呼ば
れている。図1(C)は、ヨーク1の内部の円周方向に
沿った4箇所に空間を形成し、その空間に希土類磁石3
を図1(A)と同じ積層順序で固定したものであり、一
般にIPM(Inner Permanent Magnet)と呼ばれてい
る。
【0015】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。S35Cからなる軟磁性体(線膨張係数:1
1.7×10−6/℃、ヤング率:21000kgf/
mm)を縦21mm、横mm、厚さ25mmの寸法に
加工した。この軟磁性体に、縦16mm、横16mm、
厚さ0.1mmのアモルファス合金ろう材(Nd70
Cu70−Al、)を2枚重ね合わせ、その上に、縦
17mm、横17mm、厚さ0.69mmのSUS41
0L製発泡金属(線膨張係数:17.3×10−6
℃、ヤング率:500kgf/mm、気孔率:84.
8%、引張強度:約0.79kgf/mm)を重ね合
わせた。この発泡金属の上に、上記と同じアモルファス
合金ろう材を2枚重ね合わせ、その上に、縦41mm、
横34mm、厚さ6.2mmに加工しエッチング処理し
た(メッキ無し)希土類アモルファス磁石(線膨張係
数:−0.8×10−6/℃、ヤング率:16000k
gf/mm、引張強度:7.5kgf/mm)を重
ね合わせた。図2は、このような積層体を示すもので、
符号1は軟磁性体、2は発泡金属、3は希土類アモルフ
ァス磁石、4はアモルファス合金のろう材である。
【0016】次に、上記積層体を真空炉に装入し、内部
を10−4torrになるまで真空排気した。なお、真空排
気の前に真空炉内を1000℃で5時間保持し、内壁に
付着している不純物を遊離させてろう材の酸化を防止し
た。次いで、真空炉の加熱速度を設定して、図2に示す
ように、炉内温度を520℃まで60分間で昇温させ、
かつ、その温度で40分間保持したのち、真空炉の降温
速度を適宜設定して徐冷することにより、図3に示す降
温曲線で炉内温度を降温した。
【0017】図4は、以上のようにして軟磁性体1、発
泡金属2、および希土類アモルファス磁石3をろう材4
で互いに接合した試料の断面の顕微鏡写真である。真空
炉内の降温の過程で、軟磁性体1と希土類アモルファス
磁石3との線膨張係数の差による熱応力が生じるが、ヤ
ング率の低い発泡金属2の存在により、熱応力が緩和さ
れ、その結果、希土類アモルファス磁石3の界面付近に
クラックは一切認められなかった。
【0018】次に、上記のような試料を図5に示す治具
に装着して引張強度を測定した。この引張強度試験で
は、接合面積(発泡金属およびろう材の面積)を約29
0mm (希土類アモルファス磁石の面積の20%)と
し、3つの試料を用いた。この引張強度試験では、全て
発泡金属において破断した。図6(A)は希土類アモル
ファス磁石側の破断面、図6(B)は軟磁性体側の破断
面を示す平面写真であり、これら破断面には発泡金属が
固着している。
【0019】図7は、3つの試料の引張強度を示すグラ
フである。前述のとおり発泡金属自体の引張強度は0.
79kgf/mmであり、試料の引張強度は0.47
〜0.75kgf/mmであった。モータのロータの
マグネットの接合部に最小限要求される引張強度は0.
14kgf/mmであることから、この実施例では要
求を遙かに上回ることが確認された。
【0020】図8は、モータのロータの回転数とそれに
要求される引張強度を示すグラフである。電気自動車や
内燃機関とモータを組み合わせたハイブリッド自動車に
用いるモータのロータに要求される回転数は6000r
pmであり、その回転数でマグネットの固定を保証する
にはロータには0.14kgf/mmの引張強度が必
要である。本実施例では、引張強度が0.47〜0.7
5kgf/mmであるから、計算上は10900〜1
3750rpmの回転数を達成できることになる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
磁気的損失が少なく、希土類磁石と軟磁性体との間に生
じる熱応力を緩和することができるのは勿論のこと、接
合面積の大きな希土類磁石に対しても同等の効果を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (A)〜(C)は本発明の実施形態のロータ
を軸方向から見た図である。
【図2】 本発明の実施例の希土類磁石装置を示す斜視
図である。
【図3】 本発明の実施例の実施例における希土類磁石
装置をろう付けする際の温度曲線を示すグラフである。
【図4】 本発明の実施例の希土類磁石装置の断面を示
す顕微鏡写真である。
【図5】 本発明の実施例の希土類磁石装置の引張強度
を測定する方法を説明する斜視図である。
【図6】 本発明の実施例の希土類磁石装置の破断面を
示す写真である。
【図7】 本発明の実施例の希土類磁石装置の引張強度
を示すグラフである。
【図8】 ロータの回転数とそれに必要な引張強度を示
すグラフである。
【符号の説明】
1 軟磁性体 2 発泡金属 3 アモルファス希土類磁石 4 ろう材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 稔 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 嶋田 明吉 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 今村 健広 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 Fターム(参考) 5H622 AA03 CA02 CA10 CA13 CB05 DD02 PP19

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 希土類磁石と軟磁性体とを中間部材を介
    して互いに接合し、それらの接合部の少なくとも一方を
    ろう付けとした希土類磁石装置であって、上記中間部材
    をステンレス系の発泡金属としたことを特徴とする希土
    類磁石装置。
  2. 【請求項2】 前記ステンレス系の発泡金属は磁性材料
    からなることを特徴とする請求項1に記載の希土類磁石
    装置。
  3. 【請求項3】 前記ろう付けを希土類合金ろう材を用い
    て行うことを特徴とする請求項1または2に記載の希土
    類磁石装置。
  4. 【請求項4】 前記希土類磁石装置はモータ用のロータ
    であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載
    の希土類磁石装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011088540A1 (de) * 2011-12-14 2013-06-20 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektrische Maschine sowie Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine
CN103312064A (zh) * 2012-03-16 2013-09-18 西门子公司 具有永磁激励的转子,具有转子的电机和转子制造方法
US20220314353A1 (en) * 2019-02-01 2022-10-06 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Method for pre-treating stainless steel substrates before soldering using nanocrystalline solder foils

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DE102011088540A1 (de) * 2011-12-14 2013-06-20 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektrische Maschine sowie Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine
CN103312064A (zh) * 2012-03-16 2013-09-18 西门子公司 具有永磁激励的转子,具有转子的电机和转子制造方法
US20220314353A1 (en) * 2019-02-01 2022-10-06 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Method for pre-treating stainless steel substrates before soldering using nanocrystalline solder foils

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