JP2009142081A - 永久磁石とその製造方法、およびロータとｉｐｍモータ - Google Patents

Abstract

【課題】極めて簡易な方法で、主相のサイズを小さくすることなく、かつ、粒界相の被覆を破ることがなく、さらに、製造コストを安価にすることのできる永久磁石の製造方法と、該製造方法によって製造された永久磁石、該永久磁石を備えたロータと、該ロータを備えたＩＰＭモータを提供する。
【解決手段】この永久磁石の製造方法は、永久磁石１を製作する第１の工程と、永久磁石１を割断して２以上の割断片１３を形成する第２の工程と、隣接する割断片１３，１３の割断面同士を嵌め合わせて永久磁石を復元する第３の工程と、からなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁石埋め込み型モータ用ロータのスロット内に挿入される永久磁石の製造方法と、該製造方法によって製造される永久磁石、および該永久磁石を備えたロータと、該ロータを備えたＩＰＭモータに関するものである。

ブラシレスＤＣモータをはじめとする各種のモータの中で、ロータコア内部に複数の永久磁石が埋め込まれてなる永久磁石埋込型のロータを具備するモータ（以下、ＩＰＭモータという）はよく知られるところである。例えば、ハイブリット車両用のモータには、上記するＩＰＭモータが使用されている。

ところで、ステータティースには巻線が集中巻き若しくは分布巻きされることによってコイルが形成されており、コイルに電流を印加することによって磁束を生じさせ、永久磁石による磁束との間でマグネットトルクおよびリラクタンストルクを発生させている。この分布巻きコイルの場合には、集中巻きコイルの場合に比して磁極数も多くなり、したがって、ロータ回転時にティース側からロータの永久磁石に入ってくる磁束（または磁束の変化）は相対的に連続性がある。そのため、ロータ回転時の磁束密度の変化は相対的に少ない。それに対し、集中巻きコイルの場合には、磁束密度の変化が相対的に大きくなることから永久磁石には渦電流が生じ易く、渦電流の発生によって永久磁石は発熱し、不可逆な熱減磁が招来されることで永久磁石自体の磁気特性が低下することとなる。

近時のハイブリッド自動車や電気自動車で使用される駆動用モータに関して言えば、モータの出力性能アップが追求されている中でたとえばその回転数や極数の増加が図られており、この回転数の増加等によって磁石に作用する磁界の変動率が大きくなり、その結果として上記渦電流が発生し易く、発熱によって齎される磁石の熱減磁によってモータ性能が逆に低下し、モータの耐久性の低下に繋がるといった課題が生じている。

上記する渦電流の発生およびそれに起因する熱減磁の招来を防止するために、ＩＰＭモータにおいては、該永久磁石を複数の分割ピースから形成しておき、この分割ピースを束ねてロータスロットに挿入設置する方策が講じられている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２００５−１９８３６５号公報 特開２００４−９６８６８号公報 特開２００６−２３８５６５号公報

永久磁石に生じ得る渦電流の発生を効果的に抑止するために、たとえば上記特許文献１〜３に開示のごとく、永久磁石を複数の分割ピースから製造するのは有効な方法である。ところで、これら各特許文献に開示の永久磁石を構成する分割ピースはいずれも、各分割ピースを別体で製造するか、永久磁石が挿入されるべきロータスロットの内空形状および内空寸法に成形された永久磁石を複数の分割片に機械加工（切断）する方法でおこなわれるものである。製造効率や製造コストの観点からすれば、後者の加工方法でおこなわれるのが一般的といえる。

上記する機械加工では、たとえば超鋼円盤の外周側にダイヤモンドチップを付着させた高価な切断刃具が必要であるが、この切断刃具は消耗品であることから定期的な交換が必須であること、分割数の増大に伴って刃具交換頻度が増すこと、などにより、メンテナンス手間と製造コストの高騰が大きな問題となっている。

さらに、上記機械加工によって永久磁石を切断する方法は次のような問題を抱えている。すなわち、永久磁石であるネオジム磁石等の希土類磁石やフェライト磁石は、該磁石の組織を拡大した図９に示すように、磁化に寄与する主相Ｓと、保磁力に寄与する粒界相Ｒからなる金属組織を有している。この永久磁石を機械加工によって分割すると、同図のＬ１ラインで示す切断ラインに沿って分割片が形成される。図からも明らかなように、このＬ１ラインは主相Ｓを切断分割しながら形成されるものであるために、切断された主相Ｓは切断前に比して小サイズとなり、このことは切断前に比して残留磁束密度：Ｂｒを低下させる原因となる。

さらに、粒界相Ｒは、これが被覆する主相Ｓに対して保磁力を発現するものであるが、切断面に接する主相Ｓには粒界相Ｒの被覆が破られているために外部磁場に対して容易に磁化反転を起こし易くなり、この磁化反転相が起点となって磁石全体の保磁力を低下させることになる。

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、極めて簡易な方法で、主相のサイズを小さくすることなく、かつ、粒界相の被覆を破ることがなく、さらに、製造コストを安価にすることのできる永久磁石の製造方法と、該製造方法によって製造された永久磁石、該永久磁石を備えたロータと、該ロータを備えたＩＰＭモータを提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による永久磁石の製造方法は、磁石埋め込み型モータ用ロータのスロット内に挿入される永久磁石を製造する方法であって、永久磁石用の磁粉を成形型内で加圧成形し、前記スロットの内空形状および内空寸法と略同形状で略同寸法の永久磁石を製作する第１の工程と、前記永久磁石を割断して２以上の割断片を形成する第２の工程と、隣接する割断片の割断面同士を嵌め合わせて前記永久磁石を復元する第３の工程と、からなるものである。

ここで、本発明の製造方法が対象としている永久磁石は、希土類磁石やフェライト磁石、アルニコ磁石等を包含するものであり、磁化に寄与する主相と保磁力に寄与する粒界相からなる金属組織を有していれば特に限定されるものではない。また、本発明でいう「永久磁石」とは、着磁後の前記希土類磁石等のほかに、着磁前の焼結体やただの圧粉体をも含む意味である。希土類磁石としては、ネオジムに鉄とボロンを加えた３成分系のネオジム磁石、サマリウムとコバルトとの２成分系の合金からなるサマリウムコバルト磁石、サマリウム鉄窒素磁石、プラセオジム磁石などを挙げることができる。中でも、希土類磁石はフェライト磁石やアルニコ磁石に比して最大エネルギー積（ＢＨ）_ｍａｘが高いことから、高出力が要求されるハイブリッド車等の駆動用モータへの適用に好適である。

本発明の永久磁石の製造方法は、ＩＰＭモータ用のロータに形成されたロータスロット内に挿入される永久磁石の製造方法にかかり、特に、複数に分割された永久磁石を製造する方法に関する。

まず、所定のキャビティ空間を有するダイスとパンチ等からなる成形型を用意し、この成形型内に永久磁石用の磁粉を投入し、常温雰囲気にて加圧成形する（第１の工程）。なお、この加圧成形は、たとえば縦磁場または横磁場内での磁場中成形であってもよい。この加圧成形により、たとえば、ロータスロットの内空形状および内空寸法を有する、またはこれに近似した形状および寸法を有する永久磁石を形成する。すなわち、本発明において略同形状、略同寸法とは、同一形状および同一寸法のほか、形状および寸法が近似したものを含む意味であるが、実際には、割断された割断片がモールド樹脂等で一体とされた永久磁石がロータスロット内に挿入固定されることから、永久磁石の寸法はロータスロットよりも若干小寸法に成形される。

次に、成形された所定形状および寸法の加圧成形体を焼結し、形成された焼結体を所定数に分割する。ここで、本発明の製造方法では、従来の刃具による機械切断ではなく、焼結体（永久磁石）の所定部位を押圧することによって割断するものである（第２の工程）。

上記するように、その金属組織が主相と粒界相とからなる永久磁石においては、所定部位にて割断することにより、相対的に低強度の粒界相に沿って磁石が分割されること（いわゆる、粒界破断）が本発明者等によって特定されている。この割断加工を採用することにより、上記する機械切断が有する課題、すなわち、残留磁束密度の低下と磁化反転による保磁力の低下、さらには刃具交換によるメンテナンス手間と製造コストの高騰のすべてを解消することが可能となる。

永久磁石を所定の分割数に割断した後に隣接する割断片の割断面同士を嵌め合わせることにより、ロータスロット内に挿入される永久磁石が復元される（第３の工程）。

また、上記割断をより効率的におこなうとともに割断部位を想定範囲内に収めるために、成形された永久磁石表面の所定箇所に切欠きを設けておくのが好ましい。

この切欠きの形成方法は、第１の工程における加圧成形の際に、ダイスのキャビティ内面に切欠き形成用の突起を設けておくことで成形型から取り出された永久磁石に切欠きが同時に形成される方法や、永久磁石の成形後にその所定箇所に切欠きを後加工する方法などがある。

さらに、永久磁石表面に切欠きを形成する場合には、この切欠きを酸洗いした後に永久磁石を割断するのが好ましい。ここで、酸洗いとは、塩酸や硫酸等によって少なくとも切欠き表面を酸化させ、該表面に位置する主相を形成する粒界を露出させることにより、主相間の粒界相に沿う割断を促すものである。あるいは、表面の粒界が高強度の酸化物となることにより、その間の粒界相の強度が相対的にさらに低下し、該粒界相に沿う割断の促進に繋がる。

また、本発明による永久磁石の製造方法の他の実施の形態において、前記第１の工程においては、成形型内における加圧成形を多段階に分けて順次おこなうことにより、小加圧成形体が順次積層された姿勢で加圧成形されることで前記永久磁石が成形されるものであり、少なくとも隣接する前記小加圧成形体が異種素材の磁粉から成形されるものである。

本実施の形態は複数の小加圧成形体を順次加圧成形しながら積層することで一つの永久磁石を成形するものであり、少なくとも隣接する小加圧成形体の素材磁粉を異種材料とすることにより、これらの界面にて容易に割断させようとするものである。

プレス段階数に応じた量の磁粉を成形型内に投入して加圧成形することによって小加圧成形体を成形し、先行してプレス加工された小加圧成形体とは異種材料の磁粉を成形型内に投入して加圧成形し、２つの小加圧成形体がプレスされた成形体を形成する。これをプレス段階数だけ繰り返して永久磁石用の寸法の加圧成形体を成形し、これを脱型して焼結炉に載置した後に割断するものである。なお、小加圧成形体の間に、該小加圧成形体よりも低強度の樹脂層、たとえば、ポリエチレンやポリプロピレン、ポリスチレンなどから形成された樹脂層を形成しておいてもよい。

この焼結の際に、異種材料からなる小加圧成形体の界面では、双方の焼結時の収縮量の相違によって残留応力が生じ、割断時の弱部となるものである。また、この界面はプレス面となっていることから、界面における付着力は各小加圧成形体内の主相および粒界相間の接合強度よりも低くなっており、割断され易い面となっている。

また、本発明による永久磁石の製造方法の他の実施の形態は、前記第２の工程および第３の工程において、樹脂が充填された容器内に前記永久磁石を収容し、次いで該容器内で永久磁石を割断することにより、割断片同士が該樹脂にて接着され、もしくは割断片同士が該樹脂にてモールドされること、または、前記第２の工程および第３の工程において、容器内に前記永久磁石を収容し、次いで該容器内で永久磁石を割断すると同時に容器内に樹脂を充填することにより、割断片同士が該樹脂にて接着され、もしくは割断片同士が該樹脂にてモールドされることを特徴とするものである。

実際に永久磁石を割断し、割断片同士を嵌め合わせて永久磁石を復元した後は、各割断片の磁力によって磁石配置が崩れないように着磁前に割断片同士を接着もしくはモールドしておく必要があるが、一つ一つの割断片同士を接着等させる作業は手間と時間を要する。さらに、割断片が紛失した際には永久磁石を形成することができなくなり、結果として製造歩留まりを低下させる原因にもなる。

本実施の形態は上記する課題を解消するためのものであり、たとえば、ロータスロットと同寸法および同形状の内空を有する容器内に所定量の樹脂を充填しておき、この容器内で永久磁石を割断することにより、たとえば割断と同時に割断片間に樹脂を効果的に浸透させることができるものである。なお、割断の際に容器内に樹脂を同時注入する方法であってもよい。また、容器内を所望の減圧雰囲気とすることで、樹脂の浸透効果を一層高めることができる。

ここで、上記する樹脂としては、エポキシ樹脂やＢＭＣ樹脂などを挙げることができ、たとえば２００℃程度の耐熱性能を有するものがよい。なお、ＢＭＣ樹脂とは、不飽和ポリエステル樹脂を主成分にガラス繊維の短冊が補強剤として混連されてなる成形樹脂のことである。

また、本発明による永久磁石の製造方法の他の実施の形態は、前記第２の工程において、前記永久磁石を５ｍ／秒以下の割断速度で割断することを特徴とするものである。

本発明者等は、たとえば切欠きを跨いでその左右の永久磁石に割断速度を変化させながら該永久磁石を割断する実験をおこなった。その結果、割断速度が遅くなるほど、粒界破断面積が増加することが特定されている。より具体的には、５ｍ／秒程度の割断速度が変曲点となり、その際の粒界破断面積は割断面積全体の３０％程度であり、１ｍ／秒程度の割断速度で粒界破断面積は７０％程度、０．１／秒程度の割断速度で粒界破断面積は８０％程度になることが実証されている。この実験結果より、本実施の形態では、割断速度を５ｍ／秒以下に規定したものである。

また、本発明による永久磁石の製造方法の他の実施の形態は、前記第２の工程において前記永久磁石が少なくとも４つ以上に割断される場合であって該永久磁石に少なくとも３以上の切欠きが形成されている場合に、対応する各切欠きに入り込む複数の先鋭部材と、中央に位置する先鋭部材以外の先鋭部材を永久磁石の端部側に押出す押出し部材と、を備えた割断装置を使用し、割断時に先鋭部材を切欠きに押圧した際に押出し部材が対応する先鋭部材を押出しながら永久磁石が割断されることを特徴とするものである。

永久磁石を割断し、これを復元する方法において、必要数の割断を一気に実行できることは製造効率の面から望ましいことである。たとえば、一つの永久磁石に３つ以上の切欠きを形成して４つ以上の割断片を形成しようとした場合に、端部の割断片は容易に割断される一方で、中央付近では割断がし難いことが本発明者等によって特定されている。一気に全ての割断片を形成しようとする場合には、たとえば各切欠きにそれぞれ先鋭部材を差込み、同時にこれらを押すことで理論上は全ての割断片が形成できる。しかし、実際には、端部の切欠きに先鋭部材が差し込まれることにより、永久磁石の両端側から中央に向って圧縮力が作用する結果、中央部位では先鋭部材の差込み力よりも左右からの圧縮力による磁石部材強度が勝ってしまい、割断が成され難くなることがその理由である。

そこで、本実施の形態では、複数の切欠きに対応する複数の先鋭部材を共通する押込み面に備え、かつ、中央付近の切欠きに対応する先鋭部材以外の先鋭部材にはバネ等の押出し部材を備えた割断装置を使用する。押込み面を押圧することによって各先鋭部材が対応する切欠きを押圧することで永久磁石を割断すると同時に、形成された割断片を押出し部材が永久磁石の端部側に押出すことにより、永久磁石の中央側への圧縮力の発生を抑止して、中央付近の割断を実行ならしめるものである。なお、永久磁石の端部側の先鋭部材の長さを中央側に比して長くしておくことにより、一気に押込み面を押し込んだ際に、まず端部側が割断されて外側に割断片が押出され、次いで中央側の割断が実行されるような形態であってもよい。

上記する本発明による製造方法によって製造された永久磁石やこれを備えたロータ、さらにはこのロータを備えたＩＰＭモータは、近時その量産が盛んになっており、かつ高い出力性能が期待されるハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用モータに好適である。

以上の説明から理解できるように、本発明の永久磁石の製造方法によれば、より簡易な方法で、かつ、より安価な製造コストにて、磁気特性に優れた永久磁石を製造することができ、本製造方法によって製造された永久磁石を備えることで、出力性能に優れたＩＰＭモータを得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の永久磁石の製造方法を説明した図であって、図１ａは成形型内に磁粉を投入している状況を説明した図であり、図１ｂは縦磁場プレス成形している状況を説明した図である。図２は図１に続いて、本発明の永久磁石の製造方法を説明した図であって、図２ａ〜図２ｄの順に、成形型内から取り出された永久磁石を割断装置内で割断している状況を説明した図である。図３は永久磁石の組織内の割断ラインを説明した図であり、図４は永久磁石の割断方法の他の実施の形態を説明した図であり、図４ａは割断装置内に永久磁石を位置決めしている状況を説明した図であり、図４ｂは永久磁石を割断している状況を説明した図である。図５は永久磁石の割断と割断片の接合を同時に実施する方法を説明した図であり、図６は割断片が復元された永久磁石をロータスロット内に挿入している状況を説明した図である。

図１は、永久磁石製造用の成形型を示している。この成形型は、上下に開口を備えたダイス５０と、この上下開口を介してダイス５０内に入り、該ダイス５０内で摺動する上パンチ２０および下パンチ３０と、この上下パンチ２０，３０周りに形成されたコイル４０，４０とから大略構成されている。なお、図示する成形型は、コイルによって形成される磁界方向がパンチの摺動方向と平行に形成される縦磁場プレス用成形型であるが、この他にも、ダイスの外側側方にＮ極とＳ極を形成するコイルを配置し、パンチプレス方向と直交する方向に磁界を形成する横磁場プレス用成形型を適用してもよい。

ダイス５０の内周面、上下パンチ２０，３０の各端面にてキャビティＣが形成されており、特に下パンチ３０の端面には、磁粉Ｇが加圧成形されてできる永久磁石の一側面の所定箇所に所定数の切欠きを形成するための切欠き形成用突起３１が設けられている。なお、永久磁石の両側面に切欠きを形成する場合には、上パンチ２０の端面において、下パンチ３０端面の突起３１に対応する位置に同様の切欠き形成用突起が設けられたパンチを適用すればよい。

図１ａのごとく、キャビティＣ内に一つの永久磁石を形成するに要する磁粉Ｇを投入し、次いで、図１ｂのごとく、プレス方向（図中のＺ方向）に平行な方向に磁界Ｍを形成した状態で上パンチ２０を下方に押し込むことにより、縦磁場プレス成形が実施される。

なお、図示を省略するが、上記方法以外のプレス方法として、たとえば上下パンチのいずれの端面にも切欠き形成用突起を具備しない成形型を使用し、磁粉投入量をたとえば３等分して順次加圧成形する多段プレス加工方法もある。この方法では、第１投入分と第３投入分の磁粉に同素材の磁粉を使用し、第２投入分の磁粉に異種素材の磁粉を使用して、各投入分ごとにプレス加工をおこなうことで小加圧成形体を順次成形し、第１〜第３投入磁粉による各小加圧成形体が積層された姿勢で一つの永久磁石をプレス成形する製造方法である。

上記形態の加圧成形によって製造された永久磁石を次工程である焼結炉内で焼結した際に、隣接する小加圧成形体間の界面においては双方の熱膨張差に起因した残留応力が生じており、さらには、多段プレスによって形成された各プレス面がこの界面となることから、この界面で容易に割断が実行される。

図１に示す縦磁場プレス成形の後に成形型から取り出した永久磁石を図２ａに示している。図２ａに示す永久磁石１は、３箇所に切欠き１１が形成されており、想定割断ライン１２を目標として３箇所で割断し、４つの割断片を形成しようとする実施の形態である。なお、上記するように、この永久磁石１の上面にも下面の切欠き１１に対応する位置に同様の切欠きが形成されていてもよい。さらに、４以上の適宜の数量の切欠きが形成されていてもよい。

ここで、永久磁石１を割断する前に、各切欠き１１を塩酸や硫酸等で酸洗いするのがよい。この酸洗いによって切欠き表面を酸化させ、該表面に位置する主相を形成する粒界を露出させることにより、主相間の粒界相に沿う割断を促すことができる。

次に、図２ｂに示すように、この永久磁石１を、割断装置１００を構成する上パンチ６０と下パンチ７０の間に位置決めする。ここで、上パンチ６０の端面には想定割断ラインに対応する位置に折れ線６１，６２，６３が設けられていて、突状の多角形面を形成している。同様に下パンチ７０の端面の対応する位置にも折れ線７１，７２，７３が設けられており、上記する多角形面に嵌め合いされる凹状の多角形面が形成されている。

図２ｃのごとく上パンチ６０を下方へ押し込むことにより、たとえば図示のごとく永久磁石の中央が割断し、さらに上パンチ６０を押し込むことで図２ｄのごとく側方部位も割断して４つの割断片１３が形成される。

上記のごとく永久磁石を割断すると、永久磁石の組織内を拡大した図３で示すような割断ラインＬ２が形成される。ここで、永久磁石の金属組織は、磁化に寄与する主相Ｓ間を保磁力に寄与する粒界相Ｒが介在することで形成されている。従来方法のごとくこれを機械切断すると、図９のごとく主相Ｓを分断するような切断ラインＬ１となる一方で、永久磁石を割断することにより、主相Ｓに対して相対的に低強度の粒界相Ｒに沿って割断ラインＬ２が形成されるため、主相Ｓは当初の大きさを保持しながらその外周を粒界相Ｒで保護された姿勢で割断片が形成されることになる。

図４は、他の形態の割断装置を使用して永久磁石を割断する方法を説明した図である。なお、同図では、永久磁石の両側の対応する位置に切欠き１１，１１が形成された永久磁石１Ａを割断対象としている。この割断装置１００Ａは、上下に押込み面１０１，１１１を備え、それらの対向する各側面の各切欠き１１に対応する位置に、複数の先鋭部材１０５，１０６，１０７、１１５，１１６，１１７を備えている。さらに、中央の切欠き１１，１１に対応する先鋭部材１０５，１１５以外の先鋭部材１０６，１０７、１１６，１１７には、バネ１０４，１１４とこれに繋がれた断面が三角形のスライド材１０３，１１３が固着されており、このスライド材１０３，１１３の端面に先鋭突起１０６，１１６が固着している。スライド材１０３，１１３の傾斜面には押込み面１０１，１１１から突出した突起１０２，１１２が当接しており、この押込み面１０１，１１１が押し込まれることによって突起１０２，１１２がスライド材１０３，１１３をバネ１０４，１１４の付勢に抗して永久磁石の端部側へスライドさせ、スライド材１０３，１１３のスライドに応じてこれらに固着した先鋭突起１０６，１１６等も上下方向（割断方向）に移動しながら側方にスライドすることになる。

図４ａの位置決め姿勢から図４ｂのごとく両押込み面１０１，１１１を相手側へ押込むと（図中のＸ方向）、突起１０２，１１２がスライド材１０３，１１３をＸ１方向に押込むことでスライド材１０３，１１３はＹ１方向へ押出される。対応する上下の先鋭部材１０６，１１６等によって永久磁石１Ａは割断されるとともに、その端部の割断片は対応する先鋭部材のスライドに応じて永久磁石端部側へ押出されることにより、中央部位においても効果的に割断が実行されることになる。

図５は、一つの開口を備えた容器８０と、この開口に嵌め合いされる蓋９０とから構成される割断装置１００Ｂを示している。

容器８０の底面には永久磁石１に形成された切欠き１１に対応する位置に突起８１，８２，８３を備えており、容器８０に蓋９０が嵌め合いされた姿勢で形成される内空形状および内空寸法は、この永久磁石１が挿入されるロータスロットの内空形状および内空寸法に略一致している。

容器８０内に永久磁石１を載置する前に、この容器８０内には所定量の割断片接着用の樹脂Ｐを投入しておく。

次いで容器８０内に永久磁石１を収容し、上から蓋９０を嵌め合わせた姿勢で、この蓋９０を下方へ押し込むことにより、割断装置１００Ｂ内では、永久磁石１が割断されて４つの割断片ができると同時に、樹脂Ｐが割断片間に浸透する。この浸透樹脂の硬化を待って復元された永久磁石が形成されるものである。

この割断装置１００Ｂを使用すれば、永久磁石の割断と割断片同士の接着の双方をほぼ同時に実行することができることに加えて、割断片の紛失を防止でき、割断片同士の接着手間を廃することが可能となる。

なお、樹脂浸透をより促進させるために、図示する割断装置内を減圧雰囲気とするための吸引装置さらに備えた割断装置であってもよい。

図６に示すように、割断装置１００〜１００Ｂにて割断され、接着されて復元された永久磁石１（各割断ラインをＫで示している）を、たとえば、電磁鋼板を積層してなるＩＰＭモータ用ロータ１０００のロータスロット１１００内に挿入して固定する。

[残留磁束密度、保磁力、渦損失に関する各比較実験とその結果]
本発明者等は、永久磁石のテストピースを用意し、これを分割せずにロータ内に固定してなるＩＰＭモータ（比較例１）と、これを切断刃具にて機械分割して復元し、ロータ内に固定してなるＩＰＭモータ（比較例２）と、これを本発明の割断方法によって割断して復元し、ロータ内に固定してなるＩＰＭモータ（実施例）と、をそれぞれ用意した。テストピースの寸法は、断面が６．５ｍｍ×９．９ｍｍであり、長さが５７ｍｍである。また、分割または割断を１４箇所でおこなって１５の分割片または割断片を形成し、それらを復元している。

上記各テストピースを使用して、比較例１，２、実施例の各磁気特性である残留磁束密度（Ｂｒ）と保磁力（Ｈｃｊ）を測定し、測定結果を比較した。さらに、割断による永久磁石が、従来の機械分割による永久磁石と渦損失の点で遜色ないことを証明すべく、比較例２と実施例で渦損失を測定し、測定結果を比較した。

この比較結果を図７ａ〜ｃにそれぞれ示している。なお、図７ａ，ｂでは、比較例１の測定値を１００とし、他のテストピースの測定値をこれに対する比率で示している。また、図７ｃでは、実施例の測定値を１００としている。

図７ａより、永久磁石を分割してなる比較例２の値：９７．６に対し、割断してなる実施例では９９．３と１．７ポイント上昇している。残留磁束密度に関するこの上昇値はモータの磁気特性にとって極めて大きなものであり、この結果は、上記するように、永久磁石を構成する主相が分断され、小サイズになっていないことに起因するものであると特定できる。

また、図７ｂより、比較例２の値：９７．０に対し、実施例では９９．５と２．５ポイント上昇している。保磁力に関するこの上昇値も残留磁束密度と同様にモータの磁気特性としては極めて大きなものである。この結果も上記するように、割断することによって主相周りの粒界相の被覆が破られないことで磁化反転が起こらなかったためであると特定することができる。

さらに、図７ｃより、実施例の渦損失は比較例２のそれとほぼ同程度であり、永久磁石を割断することによっても機械切断の場合と遜色のない渦損効果を期待できることが分かった。

[割断速度と粒界破断面積との関係に関する実験とその結果]
本発明者等はさらに、一条の切欠きが永久磁石の中央に形成されたテストピースを用意し、この永久磁石を左右の下端の２点で支持し、この切欠きを跨ぐようにして切欠き左右で同程度の押圧荷重で、かつ一定の押圧速度（割断速度）で押圧した際の、割断面における粒界破断面積の割合を計測した。この割断速度を多様に変化させ、各割断速度の際の粒界破断面積の計測結果を図８に示している。

同図より、割断速度が５ｍ／秒程度が変曲点となり、その際の粒界破断面積は割断面積全体の３０％程度であり、これよりも遅い割断速度で割断することで粒界破断面積の割合が急増し、割断速度が１ｍ／秒程度で７０％、割断速度が０．１ｍ／秒程度で８０％程度となることが特定された。この実験結果より、５ｍ／秒程度以下の割断速度で割断するのが好ましく、１ｍ／秒程度以下の割断速度で割断するのが望ましい。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

本発明の永久磁石の製造方法を説明した図であって、（ａ）は成形型内に磁粉を投入している状況を説明した図であり、（ｂ）は縦磁場プレス成形している状況を説明した図である。 図１に続いて、本発明の永久磁石の製造方法を説明した図であって、（ａ）〜（ｄ）の順に、成形型内から取り出された永久磁石を割断装置内で割断している状況を説明した図である。 永久磁石の組織内の割断ラインを説明した図である。 永久磁石の割断方法の他の実施の形態を説明した図であり、（ａ）は割断装置内に永久磁石を位置決めしている状況を説明した図であり、（ｂ）は永久磁石を割断している状況を説明した図である。 永久磁石の割断と割断片の接合を同時に実施する方法を説明した図である。 割断片が復元された永久磁石をロータスロット内に挿入している状況を説明した図である。 分割無しの永久磁石を備えたＩＰＭモータ（比較例１）と、機械分割された永久磁石を備えたＩＰＭモータ（比較例２）と、本発明の製造方法による割断された永久磁石を備えたＩＰＭモータ（実施例）に関し、（ａ）はそれぞれの残留磁束密度に関する測定結果を比較した図であり、（ｂ）はそれぞれの保磁力に関する測定結果を比較した図であり、（ｃ）は比較例２と実施例の渦損失に関する測定結果を比較した図である。 割断速度と粒界破断面積との関係に関する実験結果を示したグラフである。 従来の機械分割された場合における、永久磁石の組織内の分割ラインを説明した図である。

符号の説明

１，１Ａ…永久磁石、１１…切欠き、１２…想定割断ライン、１３…割断片、２０…上パンチ、３０…下パンチ、３１…切欠き形成用突起、４０…コイル、５０…ダイス、６０…上パンチ、７０…下パンチ、８０…容器、９０…蓋、１００，１００Ａ，１００Ｂ…割断装置、１０００…ロータ、１１００…ロータスロット、Ｇ…磁粉、Ｐ…樹脂、Ｋ…割断ライン、Ｌ１…分割ライン、Ｌ２…割断ライン

Claims (15)

1. ＩＰＭモータ用ロータのスロット内に挿入される永久磁石を製造する方法であって、
   永久磁石用の磁粉を成形型内で加圧成形し、前記スロットの内空形状および内空寸法と略同形状で略同寸法の永久磁石を製作する第１の工程と、
   前記永久磁石を割断して２以上の割断片を形成する第２の工程と、
   隣接する割断片の割断面同士を嵌め合わせて前記永久磁石を復元する第３の工程と、からなる永久磁石の製造方法。
2. 前記第１の工程において、加圧成形の際に永久磁石に切欠きが形成されることを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石の製造方法。
3. 前記第２の工程において、前記永久磁石を割断する前に切欠きを形成することを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石の製造方法。
4. 請求項２または３に記載の永久磁石の製造方法において、
   前記切欠きを酸洗いした後に永久磁石を割断することを特徴とする永久磁石の製造方法。
5. 前記第１の工程においては、成形型内における加圧成形を多段階に分けて順次おこなうことにより、小加圧成形体が順次積層された姿勢で加圧成形されることで前記永久磁石が成形されるものであり、
   少なくとも隣接する前記小加圧成形体が異種素材の磁粉から成形されるものである、請求項１〜４のいずれかに記載の永久磁石の製造方法。
6. 請求項５に記載の永久磁石の製造方法において、
   前記小加圧成形体の間に、該小加圧成形体よりも低強度の樹脂層が形成される永久磁石の製造方法。
7. 前記第２の工程および第３の工程において、樹脂が充填された容器内に前記永久磁石を収容し、次いで該容器内で永久磁石を割断することにより、割断片同士が該樹脂にて接着され、もしくは割断片同士が該樹脂にてモールドされることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の永久磁石の製造方法。
8. 前記第２の工程および第３の工程において、容器内に前記永久磁石を収容し、次いで該容器内で永久磁石を割断すると同時に容器内に樹脂を充填することにより、割断片同士が該樹脂にて接着され、もしくは割断片同士が該樹脂にてモールドされることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の永久磁石の製造方法。
9. 前記第２の工程において、前記永久磁石を５ｍ／秒以下の割断速度で割断することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の永久磁石の製造方法。
10. 前記第２の工程において前記永久磁石が少なくとも４つ以上に割断される場合であって該永久磁石に少なくとも３以上の切欠きが形成されている場合に、
    対応する各切欠きに入り込む複数の先鋭部材と、中央に位置する先鋭部材以外の先鋭部材を永久磁石の端部側に押出す押出し部材と、を備えた割断装置を使用し、
    割断時に先鋭部材を切欠きに押圧した際に押出し部材が対応する先鋭部材を押出しながら永久磁石が割断されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の永久磁石の製造方法。
11. 前記永久磁石は多数の主相と主相間に介在する粒界相とから構成されるものであり、前記永久磁石の割断が該粒界相に沿って形成されるものである、請求項１〜１０のいずれかに記載の永久磁石の製造方法。
12. 前記永久磁石が希土類磁石である、請求項１〜１１のいずれかに記載の永久磁石の製造方法。
13. 請求項１〜１２に記載の永久磁石の製造方法によって製造されることを特徴とする永久磁石。
14. 請求項１３に記載の永久磁石をそのスロット内に備えてなるＩＰＭモータ用ロータ。
15. 請求項１４に記載のロータを少なくとも備えてなるＩＰＭモータ。

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