JP2013140993A - 永久磁石およびそれを用いたモータおよび発電機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態の永久磁石は、組成式:R(FepMqCurCo1-p-q-r)zOz’(RはYを含む希土類元素から選ばれる少なくとも1種の元素、MはTi、ZrおよびHfから選ばれる少なくとも1種の元素、p、q、rおよびzはそれぞれ原子比で0.25≦p≦0.6、0.005≦q≦0.1、0.01≦r≦0.1、6≦z≦9、0.003≦z’≦0.6を満足する数である)で表される焼結体を有する。焼結体はRを含む酸化物の凝集体を有する。凝集体の酸素濃度は焼結体の母相の酸素濃度に比べて大きい。
【選択図】図2
Description
組成式:R(FepMqCurCo1-p-q-r)zOz’ ・・・(1)
(式中、RはYを含む希土類元素から選ばれる少なくとも1種の元素、MはTi、ZrおよびHfから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、p、q、rおよびzはそれぞれ原子比で0.25≦p≦0.6、0.005≦q≦0.1、0.01≦r≦0.1、6≦z≦9、0.003≦z’≦0.6を満足する数である)
で表される焼結体を有する。この焼結体は前記Rを含む酸化物の凝集体がほぼ一様に分散していることが好ましい。
上記の組成式(1)において、Rとしてはイットリウム(Y)を含む希土類元素から選ばれる少なくとも1種の元素が使用される。Rはいずれも磁石材料に大きな磁気異方性をもたらし、高い保磁力を付与するものである。
Feは主として永久磁石の磁化を担うものである。Feを多量に配合することによって、永久磁石の飽和磁化を高めることができる。ただし、Feの含有量が過剰になりすぎると、α−Fe相が析出したり、また2−17型結晶相と銅リッチ相(1−5型結晶相等)との二相組織が得られにくくなる。これらによって、永久磁石の保磁力が低下する。Feの配合量は元素R以外の元素(Fe、Co、Cu、M、O)の総量の5〜60原子%(0.05≦p≦0.6)の範囲とする。なお、Feの配合量は0.26≦p≦0.5とすることがより好ましく、0.28≦p≦0.48とすることがさらに好ましい。
Mとしては、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)およびハフニウム(Hf)から選ばれる少なくとも1種の元素が用いられる。Mを配合することによって、高い鉄濃度の組成で大きな保磁力を発現させることができる。
Cuは永久磁石に高い保磁力を発現させるため配合する。Cuの含有量はR以外の元素(Fe、M、Cu、Co)の総量の1〜15原子%(0.01≦r≦0.15)の範囲とする。r値が0.15を超えると磁化の低下が著しく、またr値が0.01未満であると高い保磁力を得ることが困難となる。なお、Cuの配合量は0.02≦r≦0.1とすることがより好ましく、0.03≦r≦0.08とすることがさらに好ましい。
Coは永久磁石の磁化を担うと共に、高い保磁力を発現させるために重要な元素である。Coを多く含有するとキュリー温度が高くなり、永久磁石の熱安定性も向上する。Coの配合量が少ないとこれらの効果が小さくなる。しかしながら、過剰にCoを含有させると相対的にFeの含有量が減るため、磁化の低下を招くおそれがある。Coの含有量はp、q、rで規定される範囲(1−p−q−r)とする。
焼結体とは、磁性体粉末を磁場中で加圧成形することで成形体を得て、その成形体を焼結することによって作製されるものである。この焼結体は、例えば以下のようにして作製される。
また、焼結時間が0.5時間未満の場合には、焼結体の密度が不均一になるおそれがある。一方、焼結時間が15時間を超えると、Sm等のRが蒸発して良好な磁気特性が得られない。なお、焼結時間は1〜10時間の範囲とすることがより好ましく、さらに好ましくは1〜4時間の範囲である。また、成形体の焼結は酸化を防止するために、真空中やアルゴンガス等の不活性雰囲気中で行うことが好ましい。
また、本実施形態の永久磁石はDyを使用せずSm−Co系をベースとしていることから耐熱性も良好である。
ところで、上述のように酸化した磁性体粉末は焼結体において保磁力、磁化といったいわゆる磁石特性を劣化させてしまう。この酸化物はおもにSm等のRの酸化物で形成される場合が多い。具体的には、Sm2O、SmO、Sm2O3等である。
本実施形態の永久磁石は、式(1)で表される焼結体を有し、この焼結体は、Rを含む酸化物の凝集体がほぼ一様に分散していることが好ましい。また、凝集体は、平均径が10μm以下であってもよい。
式(2)においてMsとは飽和磁化を示し、1200〜1600kA/mの磁界を印加した際に得られる最大の磁化である。Mrとは残留磁化を示し、1200〜1600kA/mの磁界を印加した後に磁界を取り除いた際に残留する磁化である。
各種原料をArガス雰囲気においてアーク溶解して得られた合金に1170℃、1時間の熱処理を施した。この合金を粗粉砕した後、ジェットミルを行い、粒径の比率が異なる3種の磁性体粉末を得た。
各種原料をArガス雰囲気においてアーク溶解して得られた合金を石英製のノズルに装填し、高周波誘導加熱で溶融した後、溶湯を周速0.6mm/秒で回転する冷却ロールに傾注し、連続的に凝固させた薄帯を作製した。この薄帯を粗粉砕した後、ジェットミルにより粉砕して磁性体粉末を得た。
実施例1の合金において、粒径の比率が異なる以外は実施例1〜3の条件にて永久磁石を得た。表2に磁性体粉末の粒子サイズの構成比率、および得られた永久磁石の酸素濃度、凝集体の平均径、密度、配向度、磁化、保磁力を示す。
実施例7の合金において、粒径の比率が異なる以外は実施例4〜9の条件にて永久磁石を得た。表2に磁性体粉末の粒子サイズの構成比率、および得られた永久磁石の酸素濃度、凝集体の平均径、密度、配向度、磁化、保磁力を示す。表2の磁性体粉末の構成比率を見ると、3μm以下の粒径の割合が50%以下、3μm〜10μmの粒径の割合が残部の50%以上、であると、配向度が80%以上となる。そのときの酸素濃度は0.01〜1.3wt%であり、酸化物凝集体の平均径は10μm以下である知見を得た。
Claims (9)
- 組成式:R(FepMqCurCo1-p-q-r)zOz’
(式中、RはYを含む希土類元素から選ばれる少なくとも1種の元素、MはTi、ZrおよびHfから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、p、q、rおよびzはそれぞれ原子比で0.25≦p≦0.6、0.005≦q≦0.1、0.01≦r≦0.1、6≦z≦9、0.003≦z’≦0.6を満足する数である)
で表される焼結体を有する永久磁石であって、
前記焼結体は前記Rを含む酸化物の凝集体を有し、前記凝集体の酸素濃度が前記焼結体の母相の酸素濃度に比べて大きいことを特徴とする永久磁石。 - 前記凝集体は、平均径が10μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の永久磁石。
- 前記焼結体は、密度が8g/cm3以上、配向度が80%以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の永久磁石。
- 前記焼結体は、磁性体粉末から製造され、
前記磁性体粉末の50%以上が粒径3μm以下であり、その残部の50%以上が粒径3μm以上10μm以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の永久磁石。 - 前記組成式中のRは、50原子%以上がSmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の永久磁石。
- 前記組成式中のCoは、20原子%以下がNi、V、Cr、Mn、Al、Ga、Nb、Ta、Wのいずれかで置換されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の永久磁石。
- 前記組成式中のMは、50原子%以上がZrであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の永久磁石。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の永久磁石を具備することを特徴とする可変磁束モータ。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の永久磁石を具備することを特徴とする可変磁束発電機。
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