JP2015213146A

JP2015213146A - 永久磁石および可変磁束モータ

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Publication number: JP2015213146A
Application number: JP2014200111A
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Inventors: 田中　大介; Daisuke Tanaka; 大介田中; 靖榎戸; Yasushi Enokido
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Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2014-04-15
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2015-11-26
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Abstract

【課題】高残留磁束密度かつ低保磁力を具備し、小さな外部磁界により磁力を可逆的に変化させることが可能である、可変磁束モータ用の可変磁束磁石として好適な永久磁石を提供する。【解決手段】Ｒ（但し、ＲはＲ内比率で７５ａｔ％以上のＮｄと、２５ａｔ％以下のＹ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕから選択された少なくてもひとつの元素）とＦｅとＢを主成分とし、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ結晶構造の主相で構成され、全構成元素に対するＲ元素の割合が１１．８ａｔ％≰Ｒ≰１２．２ａｔ％であり、かつ、前記主相よりもＲ濃度の高い副相の全磁石構成組織に対する断面積比Ａｒｅが０％＜Ａｒｅ≰１．３％であり、なおかつ、前記主相の全磁石構成組織に対する断面積比Ａｍａが９７％≰Ａｍａであることを特徴とする永久磁石を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石およびそれを用いたモータに関し、特に、可変磁束に適した永久磁石およびそれを用いたモータに関する。

近年、環境・エネルギー問題が世界規模で顕在化しており、各種システムに対する省エネルギー化の要求が高まっている。モータドライブシステムにおいても多機能、高性能化かつ省エネルギー化が求められており、可変速運転化が進んでいる。この技術の一つとして永久磁石の磁化を直接的に変化させる可変磁束モータが考え出されている（特許文献１）。

可変磁束モータにおいては、固定磁束磁石と可変磁束磁石の２種類の磁石が使用されている。固定磁束磁石は従来の永久磁石同期モータと同様に、高トルクでインバータ電流により減磁しない高残留磁束密度、高保磁力の性質が求められる。一方、可変磁束磁石は、モータの高速回転時には回転制御の妨げとなる逆起電力の増加を抑制するために電流磁界により減磁させ、トルクが必要な運転状況のときに再び電流磁界により着磁させる。このように、可変磁束磁石では減磁作用と増磁作用があるが、磁化状態を制御する際に小さな外部磁場で制御することができれば、可変磁束モータのさらなる低消費電力化が実現できると期待される。また、可変磁束モータの高出力化および高効率化のためには、可変磁束磁石から固定磁束磁石と同等の磁束を取り出せることが求められる。すなわち、低保磁力と高残留磁束密度という磁気的性質が可変磁束磁石には要求される。

可変磁束磁石としては、従来、例えばＳｍ−Ｃｏ系永久磁石が開示されている（特許文献２）。固定磁束磁石として負荷電流により減磁しないように保磁力の高いＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石とを組み合わせた構成により、モータ効率の改善が得られるとしている。

特開２０１３−３４３１７号公報特開２０１０−３４５２２号公報

しかしながら、可変磁束磁石としてＳｍ−Ｃｏ系永久磁石を用いる場合、その残留磁束密度Ｂｒ（１０ｋＧ程度）は固定磁束磁石である従来のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石のＢｒ（１３ｋＧ程度）に及ばず、モータ出力および効率の低下の原因となるという問題があった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、固定磁束磁石と同等のＢｒを有し、かつ磁化状態の制御の際に必要な外部磁界が小さい高性能な可変磁束用の永久磁石およびそれを用いた高効率な可変磁束モータを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の永久磁石は、Ｒ（但し、ＲはＲ内比率で７５ａｔ％以上のＮｄと、２５ａｔ％以下のＹ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕから選択された少なくてもひとつの元素）とＦｅとＢを主成分とし、Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ結晶構造の主相で構成され、全構成元素に対するＲ元素の割合が１１．８ａｔ％≦Ｒ≦１２．２ａｔ％であり、かつ、前記主相よりもＲ濃度の高い副相の全磁石構成組織に対する断面積比Ａｒｅが０％＜Ａｒｅ≦１．３％であり、なおかつ、前記主相の全磁石構成組織に対する断面積比Ａｍａが９７％≦Ａｍａであることを特徴とする。

係る構成をとることによって、主相よりもＲ濃度の高いＲ−ｒｉｃｈ相による磁気分離の影響を低減し、Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂの主相が高い割合で存在せしめ、従来のＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石と比較して、可変磁束モータに好適な、低保磁力かつ高残留磁束密度の可変磁束磁石が得られる。

また、本発明は、上述の永久磁石を可変磁束磁石として備えた可変磁束モータを提供する。本発明の可変磁束モータは、上述の特徴を有する可変磁束磁石と高残留磁束密度かつ高保磁力の固定磁束磁石を備えるため、高出力、高効率を有する。

本発明によれば、小さな外部磁界により磁力を可逆的に変化させることが可能である可変磁束磁石およびこれを備える可変磁束モータを提供することが可能となる。

以下、本発明を実施するための形態（実施形態）につき、場合により図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。また、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせても良いし、適宜選択して用いてもよい。

先ず、本実施形態に係る好適な永久磁石について説明する。本実施形態に係る永久磁石は、ＲとＦｅとＢを主成分とし、Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ結晶構造の主相で構成される。本実施形態において、Ｒは、希土類元素のうち、Ｎｄと、Ｙ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕから選択された少なくてもひとつの元素を含む。ここで、Ｒとしては、原料に由来する不純物、又は製造時に混入する不純物としての他の成分を含んでもよい。Ｒ中のＮｄの割合は、Ｒ内比率で７５ａｔ％以上であることが好ましい。Ｎｄの含有量が７５％未満となると、残留磁束密度が低下する傾向にある。Ｎｄ以外の元素としてはＹ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕから選択された少なくてもひとつをＲ内比率で２５ａｔ％以下を含有してよいが、残留磁束密度を低下させず、保磁力を低下させることから、Ｃｅ、Ｙ、Ｌａが好ましい。

本実施形態に係る永久磁石は、前記Ｒ元素を１１．８ａｔ％〜１２．２ａｔ％含有する。これにより、高い残留磁束密度を保つために十分な主相と、高保磁力を抑制するようなＲ−ｒｉｃｈ相をバランスよく生成することができる。Ｒの量が１１．８ａｔ％未満であると、永久磁石の主相となるＲ_２Ｆｅ_１４Ｂ相の生成が十分ではなくなる。一方、Ｒが１２．２ａｔ％を超えるとＲ−ｒｉｃｈ相が増加し、保磁力が増加してしまう。

本実施形態に係る永久磁石は、Ｂを５〜８ａｔ％含有する。Ｂが５ａｔ％未満の場合には永久磁石の主相となるＲ_２Ｆｅ_１４Ｂ相の生成が十分ではなくなる。一方で、Ｂが８ａｔ％を超えると残留磁束密度が低下する傾向がある。したがって、Ｂの上限を８ａｔ％とする。高い残留磁束密度を保つために十分な主相と、高保磁力を抑制するようなＲ−ｒｉｃｈ相の生成ために、Ｂは５．２〜６．２ａｔ％であることが好ましい。Ｂはその一部をＣで置換してもよい。Ｃの置換量はＢに対して１０原子％以下とすることが好ましい。

本実施形態に係る永久磁石は、Ｆｅを７３〜８３％含有する。Ｆｅの量が７３ａｔ％未満であると、残留磁束密度が低下する傾向がある。一方、Ｆｅが８３ａｔ％を超えると永久磁石の主相となるＲ_２Ｆｅ_１４Ｂ相の生成が十分ではなくなる。Ｆｅはその一部をＣｏで置換してもよい。Ｃｏの置換量はＦｅに対して１５ａｔ％以下とすることが好ましい。ＣｏはＦｅと同様の相を形成するが、Ｃｏ置換量１５ａｔ％以下において、キュリー温度の向上、保磁力の低下に効果がある。

本実施形態に係る永久磁石は、他の元素の含有を許容する。例えば、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｖ、Ａｇ、Ｇｅ等の元素を適宜含有させることができる。

本実施形態に係る永久磁石は、Ｃを１．０〜３．５ｍｇ／ｇ含有する。これにより、残留磁束密度を維持したまま、保磁力を低下させることができる。これはＣが主相粒子表面または界面でＲと化合物を形成し、主相の逆磁区の起点となる欠陥が生成しやすくなることに起因すると発明者らは考える。しかしながら、Ｃが１．０ｍｇ／ｇより少ない場合には、Ｃ含有化合物は殆ど無く、保磁力を低下させるような主相の欠陥が生成しない。Ｃを３．５ｍｇ／ｇより多く含有する場合には、Ｃ含有化合物の増加によって残留磁束密度が低下してしまう。また、このとき、主相の平均粒子径を１．０〜２．５μｍとすることで、上記効果はより実現され易くなる。これは主相粒子の表面積が増大し、主相粒子とＣが接触しやすくなることに起因すると発明者らは考える。

本実施形態に係る永久磁石は、磁石本体の表面に保護膜を形成してもよい。本実施形態に係る保護膜は特に限定されないが、特に電解めっきによる保護膜を用いるのが好ましい。電解めっきの材質としては、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ａｌのいずれかを用いることができる。電解めっきによる保護膜は本実施形態に係る典型的な形態であるが、他の手法による保護膜を設けることもできる。他の手法による保護膜としては、無電解めっき、クロメート処理をはじめとする化成処理及び樹脂塗装膜のいずれか又は組み合せが実用的である。保護膜の厚さは、希土類焼結磁石本体のサイズ、要求される耐食性のレベル等によって変動させる必要があるが、１〜１００μｍの範囲で適宜設定すればよい。望ましい保護膜の厚さは１〜５０μｍである。

次に、本実施形態に係る永久磁石の好適な製造方法について説明する。本実施形態の永久磁石の製造においては、まず、所望の組成を有するＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石が得られるような原料合金を準備する。原料合金は、真空又は不活性ガス、望ましくはＡｒ雰囲気中でストリップキャスト法、その他公知の溶解法により作製することができる。ストリップキャスト法は、原料金属をＡｒガス雰囲気などの非酸化雰囲気中で溶解して得た溶湯を回転するロールの表面に噴出させる。ロールで急冷された溶湯は、薄板または薄片（鱗片）状に急冷凝固される。冷却ロールの周速は、０．３〜１５ｍ／秒の範囲であることが好ましく、より好ましくは０．５〜１２ｍ／秒の範囲である。極端に遅い場合はα―Ｆｅや合金の不均一が生じやすく、また極端に速い場合には結晶粒が小さく等軸状のチル晶が発生し、良好な磁気特性が得られない。急冷凝固された合金は、０．１〜１ｍｍ程度の厚みの薄板となり、結晶粒径が１〜５０μｍの均質な組織を有している。原料合金は、ストリップキャスト法に限らず、高周波誘導溶解等の溶解法によって得ることができる。なお、溶解後の偏析を防止するため、例えば水冷銅板に傾注して凝固させることができる。また、還元拡散法によって得られた合金を原料合金として用いることもできる。

本発明においてＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石を得る場合、原料合金として、１種類の合金から焼結磁石を作製するいわゆる一合金法の適用を基本とする。Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ結晶粒を主体とする合金（低Ｒ合金）と、低Ｒ合金よりＲを多く含む合金（高Ｒ合金）とを用いるいわゆる二合金法は、粒界に高Ｒの粒界相を生成しやすく、保磁力の増加を引き起こすため、不適である。

原料合金は粉砕工程に供される。粉砕工程には、粗粉砕工程と微粉砕工程とがある。まず、原料合金を、粒径数百μｍ程度になるまで粗粉砕する。粗粉砕は、スタンプミル、ジョークラッシャー、ブラウンミル等を用い、不活性ガス雰囲気中にて行なうことが望ましい。粗粉砕に先立って、原料合金に水素を吸蔵させた後に放出させることにより粉砕を行なうことが効果的である。水素放出処理は、希土類焼結磁石として不純物となる水素を減少させることを目的として行われる。水素吸蔵のための加熱保持の温度は、２００℃以上、望ましくは３５０℃以上とする。保持時間は、保持温度との関係、原料合金の厚さ等によって変わるが、少なくとも３０分以上、望ましくは１時間以上とする。水素放出処理は、真空中又はＡｒガスフローにて行う。なお、水素吸蔵処理、水素放出処理は必須の処理ではない。この水素粉砕を粗粉砕と位置付けて、機械的な粗粉砕を省略することもできる。

粗粉砕工程後、微粉砕工程に移る。微粉砕には乾式粉砕として主にジェットミルが用いられ、粒径数百μｍ程度の粗粉砕粉末を、平均粒径１〜６μｍ、望ましくは３〜５μｍとする。ジェットミルは、高圧の不活性ガスを狭いノズルより開放して高速のガス流を発生させ、この高速のガス流により粗粉砕粉末を加速し、粗粉砕粉末同士の衝突やターゲットあるいは容器壁との衝突を発生させて粉砕する方法である。粉砕用不活性ガスとしてはＨｅ、Ｎ２、Ａｒなどを選択することができる。また、粉砕時の粉末の凝集防止や流動性向上、成形時の潤滑や配向性の向上、Ｃ量の調整のために滑剤を添加することができる。滑剤としては、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、パラフィン、ナフタレンなどを選択することができる。添加量としては粉砕投入粗粉砕粉末に対し、０．０１〜０．５ｗｔ％が好適である。

微粉砕には湿式粉砕を用いても良い。湿式粉砕にはボールミルや湿式アトライタなどが用いられ、粒径数百μｍ程度の粗粉砕粉末を、平均粒径０．１〜５μｍ、望ましくは２〜４．５μｍとする。湿式粉砕では適切な分散媒の選択によりスラリーを生成し、磁石粉が酸素に触れることなく粉砕が進行するため、酸素濃度が低い微粉末が得られる。分散媒としてはイソプロピルアルコール、エタノール、メタノール、酢酸エチル、リン酸エステル、ペンタン、ヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、アセトン、メチルエチルケトンなどを選択することができる。スラリー濃度としては１〜５０ｗｔ％、好ましくは２０〜４５ｗｔ％とする。

上記微粉は磁場中成形に供される。磁場中成形における成形圧力は０．３〜３ｔｏｎ／ｃｍ２（３０〜３００ＭＰａ）の範囲とすればよい。成形圧力は成形開始から終了まで一定であってもよく、漸増または漸減してもよく、あるいは不規則変化してもよい。成形圧力が低いほど配向性は良好となるが、成形圧力が低すぎると成形体の強度が不足してハンドリングに問題が生じるので、この点を考慮して上記範囲から成形圧力を選択する。磁場中成形で得られる成形体の最終的な相対密度は、通常、４０〜６０％である。

印加する磁場は、１０〜２０ｋＯｅ（９６０〜１６００ｋＡ／ｍ）程度とすればよい。印加する磁場は静磁場に限定されず、パルス状の磁場とすることもできる。また、静磁場とパルス状磁場を併用することもできる。

次いで、成形体を真空又は不活性ガス雰囲気中で焼結する。焼結温度は、組成、粉砕方法、平均粒径と粒度分布の違い等、諸条件により調整する必要があるが、１０００〜１２００℃で１時間〜２０時間焼結する。焼結時間が１時間未満であると、十分に緻密化できない。また、２０時間以上焼成すると、異常粒成長や異相の形成が進み、磁気特性に悪影響を与えるからである。

焼結後、得られた焼結体に５００〜９００℃で時効処理を施すことができる。この時効処理工程は保磁力を調整するのに有効な工程であるが、通常の高保磁力を目指したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の場合と異なり、時効処理工程にて可変磁束モータ用の可変磁束磁石として好適な保磁力へと減ずることは困難である。

以上の処理を経た焼結体は、所定寸法・形状に切断される。焼結体の表面の加工方法は特に限定されるものではないが、機械加工を行うことができる。機械的な加工としては、例えば砥石を用いた研磨処理等が挙げられる。

さらに、必要により焼結体表面に保護膜を形成してもよい。保護膜の形成は、保護膜の種類に応じて公知の手法に従って行なえばよい。例えば、電解めっきの場合には、脱脂、水洗、エッチング（例えば硝酸）、水洗、電解めっきによる成膜、水洗、乾燥という常法を採用することができる。脱脂処理、酸による化学エッチングを施し、焼結体の表面を清浄化することができる。Ｎｉの電解めっきに用いるめっき浴としては、塩化ニッケルを含有しないワット浴（すなわち、硫酸ニッケルおよびほう酸を主成分とする）、スルファミン酸浴、ほうフッ化浴、臭化ニッケル浴などが挙げられる。ただし、この場合、陽極の溶解が少なくなるため、ニッケルイオンを浴に補充することが好ましい。ニッケルイオンは、硫酸ニッケルあるいは臭化ニッケルの溶液として補充するのが好ましい。

次に、本実施形態に係る可変磁束モータについて説明する。図１は本発明に係る好適な可変磁束モータの一実施形態を示す断面図である。図１に示す可変磁束モータ１において、ステータ（固定子）２内にはロータ（回転子）３が配置されている。ロータ３内の鉄心４中には、高磁束密度かつ高保磁力の永久磁石を用いた固定磁束磁石５と、実施形態の高保磁力かつ低保磁力の永久磁石を用いた可変磁束磁石６とが配置されている。ロータ３には磁化巻線（図示せず）が設けられ、この磁化巻線に磁化回路から電流を流すことで、その磁界が直接に可変磁束磁石６に作用し、磁束密度（磁束量）が可変する構造となっている。

以下、本発明の内容を実施例及び比較例を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
原料合金の組成は、Ｒが１１．８ａｔ％、Ｂが５．４ａｔ％、残部がＦｅを基本とし、ＲはＮｄとした。純度９９．９％のＮｄ、Ｆｅ、ＦｅＢを前記組成となるように配合し、ストリップキャスト法により原料合金薄板を溶解、鋳造した。

得られた原料合金薄板を水素粉砕し、粗粉砕粉末を得た。この粗粉砕粉末に、潤滑剤として、オレイン酸アミドを０．１ｗｔ％添加した。次いで、気流式粉砕機（ジェットミル）を使用し、高圧窒素ガス雰囲気中で微粉砕を行い、微粉砕粉末を得た。得られた微粉末の粒径を粒度分布計にて測定したところ、Ｄ５０値で４μｍであった。

続いて、作製した微粉砕粉末を１５ｋＯｅの磁場中で１４０ＭＰａの圧力で成形を行い、２０ｍｍ×１８ｍｍ×１３ｍｍの成形体を得た。磁場方向はプレス方向と垂直な方向である。得られた成形体を１０３０℃で６時間焼成した。続いて６００℃で１時間の時効処理を行い、焼結体を得た。

得られた焼結体の磁気特性をＢ−Ｈトレーサーにて測定した。まず、焼結体が磁気的に飽和に至る十分な外部磁界を正負方向に印加し、磁化−磁界曲線（フルループ）を測定し、残留磁束密度Ｂｒ、保磁力ＨｃＪを求めた。次いで、負方向に所定の磁界を印加した後に、正方向に飽和に至る磁界を印加し、磁化−磁界曲線（マイナーループ）を測定した。負方向に印加する所定の磁界を漸増させながら、複数回の測定をおこなうことにより、残留磁束密度Ｂｒが０となる外部磁界Ｈｅｘを求めた。この結果を表１に示す。

得られた焼結体はＸ線回折法によって主たる生成相が正方晶Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ構造であることを確認した。

また、焼結体をエポキシ系樹脂に埋め込み、その断面を研磨した。研磨には市販の研磨紙を使い、番手の低い研磨紙から高い研磨紙へ変えながら研磨した。最後にバフとダイヤモンド砥粒を用いて研磨した。この際、粒界相成分が腐食することを避けるため、水などをつけずに研磨を行った。

ＦＥ−ＳＥＭ（電界放射型走査型電子顕微鏡）を用いて樹脂埋め研磨した焼結体の断面の反射電子像を観察した。また、ＦＥ−ＳＥＭに付属するＥＤＳ（エネルギー分散形Ｘ線分光器）を用いて、構成相の組成を確認した。得られた焼結体は正方晶Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ構造の主相以外に主相よりもＲ濃度の高いＲ−ｒｉｃｈ相が存在することを確認した。この構成相をＦＥ−ＳＥＭの反射電子像の濃淡で閾値を設けて分類し、磁石断面における全磁石構成組織に対する主相の比率ＡｍａおよびＲ−ｒｉｃｈ相の比率Ａｒｅを画像解析法で求めた。ここで、全磁石構成組織とは主相、主相以外の副相および空孔を指す。結果は表１に示す通りであった。

（実施例２）
原料合金の組成をＲが１２．０ａｔ％とする以外は、実施例１と同様に永久磁石を作製した。そして、実施例１と同様にＢ−Ｈトレーサーの測定結果からＢｒ、ＨｃＪ、Ｈｅｘを求めた。その後、実施例１と同様に得られた焼結体は正方晶Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有する主相およびＲ−ｒｉｃｈ相からなることを確認した後、ＦＥ−ＳＥＭ、ＥＤＳの結果からＡｍａおよびＡｒｅを求めた。結果は表１に示す通りであった。

（実施例３）
原料合金の組成をＲが１２．２ａｔ％とする以外は、実施例１と同様に永久磁石を作製した。そして、実施例１と同様にＢ−Ｈトレーサーの測定結果からＢｒ、ＨｃＪ、Ｈｅｘを求めた。その後、実施例１と同様に得られた焼結体は正方晶Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有する主相およびＲ−ｒｉｃｈ相からなることを確認した後、ＦＥ−ＳＥＭ、ＥＤＳの結果からＡｍａおよびＡｒｅを求めた。結果は表１に示す通りであった。

（比較例１）
原料合金の組成をＲが１１．２ａｔ％とする以外は、実施例１と同様に永久磁石を作製した。そして、実施例１と同様にＢ−Ｈトレーサーの測定結果からＢｒ、ＨｃＪ、Ｈｅｘを求めた。その後、実施例１と同様に得られた焼結体の構成相を確認したところ、実施例１〜３と異なり、主たる生成相のＲ_２Ｆｅ_１４Ｂ構造以外にα−Ｆｅの構造が確認された。さらに、ＦＥ−ＳＥＭ、ＥＤＳの結果からＡｍａおよびＡｒｅを求めた。結果は表１に示す通りであった。

（比較例２）
原料合金の組成をＢが６．４ａｔ％とする以外は、実施例３と同様に永久磁石を作製した。そして、実施例１と同様にＢ−Ｈトレーサーの測定結果からＢｒ、ＨｃＪ、Ｈｅｘを求めた。その後、実施例１と同様に得られた焼結体は正方晶Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有する主相およびＲ−ｒｉｃｈ相からなることを確認した後、ＦＥ−ＳＥＭ、ＥＤＳの結果からＡｍａおよびＡｒｅを求めた。結果は表１に示す通りであった。

（比較例３）
原料合金の組成をＲが１２．６ａｔ％とする以外は、実施例１と同様に永久磁石を作製した。そして、実施例１と同様にＢ−Ｈトレーサーの測定結果からＢｒ、ＨｃＪ、Ｈｅｘを求めた。その後、実施例１と同様に得られた焼結体は正方晶Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有する主相およびＲ−ｒｉｃｈ相からなることを確認した後、ＦＥ−ＳＥＭ、ＥＤＳの結果からＡｍａおよびＡｒｅを求めた。結果は表１に示す通りであった。

（比較例４）
原料合金の組成をＲが１３．３ａｔ％とする以外は、実施例１と同様に永久磁石を作製した。そして、実施例１と同様にＢ−Ｈトレーサーの測定結果からＢｒ、ＨｃＪ、Ｈｅｘを求めた。その後、実施例１と同様に得られた焼結体は正方晶Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有する主相およびＲ−ｒｉｃｈ相からなることを確認した後、ＦＥ−ＳＥＭ、ＥＤＳの結果からＡｍａおよびＡｒｅを求めた。結果は表１に示す通りであった。

（比較例５）
原料合金の組成をＲが１４．３ａｔ％とする以外は、実施例１と同様に永久磁石を作製した。そして、実施例１と同様にＢ−Ｈトレーサーの測定結果からＢｒ、ＨｃＪ、Ｈｅｘを求めた。その後、実施例１と同様に得られた焼結体は正方晶Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有する主相およびＲ−ｒｉｃｈ相からなることを確認した後、ＦＥ−ＳＥＭ、ＥＤＳの結果からＡｍａおよびＡｒｅを求めた。結果は表１に示す通りであった。

（実施例４）
原料合金の組成をＲが１２．０ａｔ％とし、Ｒの構成をＲ内比率でＮｄ７５ａｔ％−Ｃｅ２５％とする以外は、実施例１と同様に永久磁石を作製した。そして、実施例１と同様にＢ−Ｈトレーサーの測定結果からＢｒ、ＨｃＪ、Ｈｅｘを求めた。その後、実施例１と同様に得られた焼結体は正方晶Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有する主相およびＲ−ｒｉｃｈ相からなることを確認した後、ＦＥ−ＳＥＭ、ＥＤＳの結果からＡｍａおよびＡｒｅを求めた。結果は表１に示す通りであった。

（比較例６）
原料合金の組成をＲが１２．０ａｔ％とし、Ｒの構成をＲ内比率でＮｄ７０ａｔ％−Ｃｅ３０％とする以外は、実施例１と同様に永久磁石を作製した。そして、実施例１と同様にＢ−Ｈトレーサーの測定結果からＢｒ、ＨｃＪ、Ｈｅｘを求めた。その後、実施例１と同様に得られた焼結体は正方晶Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有する主相およびＲ−ｒｉｃｈ相からなることを確認した後、ＦＥ−ＳＥＭ、ＥＤＳの結果からＡｍａおよびＡｒｅを求めた。結果は表１に示す通りであった。

（比較例７）
原料合金の組成をＲが１２．０ａｔ％とし、Ｒの構成をＲ内比率でＮｄ５０ａｔ％−Ｃｅ５０％とする以外は、実施例１と同様に永久磁石を作製した。そして、実施例１と同様にＢ−Ｈトレーサーの測定結果からＢｒ、ＨｃＪ、Ｈｅｘを求めた。その後、実施例１と同様に得られた焼結体は正方晶Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有する主相およびＲ−ｒｉｃｈ相からなることを確認した後、ＦＥ−ＳＥＭ、ＥＤＳの結果からＡｍａおよびＡｒｅを求めた。結果は表１に示す通りであった。

（実施例５）
原料合金の組成をＲが１２．０ａｔ％とし、Ｒの構成をＲ内比率でＮｄ７５ａｔ％−Ｙ２５％とする以外は、実施例１と同様に永久磁石を作製した。そして、実施例１と同様にＢ−Ｈトレーサーの測定結果からＢｒ、ＨｃＪ、Ｈｅｘを求めた。その後、実施例１と同様に得られた焼結体は正方晶Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有する主相およびＲ−ｒｉｃｈ相からなることを確認した後、ＦＥ−ＳＥＭ、ＥＤＳの結果からＡｍａおよびＡｒｅを求めた。結果は表１に示す通りであった。

（比較例８）
原料合金の組成をＲが１２．０ａｔ％とし、Ｒの構成をＲ内比率でＮｄ７０ａｔ％−Ｙ３０％とする以外は、実施例１と同様に永久磁石を作製した。そして、実施例１と同様にＢ−Ｈトレーサーの測定結果からＢｒ、ＨｃＪ、Ｈｅｘを求めた。その後、実施例１と同様に得られた焼結体は正方晶Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有する主相およびＲ−ｒｉｃｈ相からなることを確認した後、ＦＥ−ＳＥＭ、ＥＤＳの結果からＡｍａおよびＡｒｅを求めた。結果は表１に示す通りであった。

（比較例９）
原料合金の組成をＲが１２．０ａｔ％とし、Ｒの構成をＲ内比率でＮｄ５０ａｔ％−Ｙ５０％とする以外は、実施例１と同様に永久磁石を作製した。そして、実施例１と同様にＢ−Ｈトレーサーの測定結果からＢｒ、ＨｃＪ、Ｈｅｘを求めた。その後、実施例１と同様に得られた焼結体の相を確認したところ、実施例１と同様に得られた焼結体は正方晶Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有する主相およびＲ−ｒｉｃｈ相であることを確認した後、ＦＥ−ＳＥＭ、ＥＤＳの結果からＡｍａおよびＡｒｅを求めた。結果は表１に示す通りであった。

（実施例６）
原料合金の組成をＲが１２．０ａｔ％とし、Ｒの構成をＲ内比率でＮｄ７５ａｔ％−Ｌａ２５％とする以外は、実施例１と同様に永久磁石を作製した。そして、実施例１と同様にＢ−Ｈトレーサーの測定結果からＢｒ、ＨｃＪ、Ｈｅｘを求めた。その後、実施例１と同様に得られた焼結体は正方晶Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有する主相およびＲ−ｒｉｃｈ相からなることを確認した後、ＦＥ−ＳＥＭ、ＥＤＳの結果からＡｍａおよびＡｒｅを求めた。結果は表１に示す通りであった。

（比較例１０）
原料合金の組成をＲが１２．０ａｔ％とし、Ｒの構成をＲ内比率でＮｄ７０ａｔ％−Ｌａ３０％とする以外は、実施例１と同様に永久磁石を作製した。そして、実施例１と同様にＢ−Ｈトレーサーの測定結果からＢｒ、ＨｃＪ、Ｈｅｘを求めた。その後、実施例１と同様に得られた焼結体は正方晶Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有する主相およびＲ−ｒｉｃｈ相からなることを確認した後、ＦＥ−ＳＥＭ、ＥＤＳの結果からＡｍａおよびＡｒｅを求めた。結果は表１に示す通りであった。

（比較例１１）
原料合金の組成をＲが１２．０ａｔ％とし、Ｒの構成をＲ内比率でＮｄ５０ａｔ％−Ｌａ５０％とする以外は、実施例１と同様に永久磁石を作製した。そして、実施例１と同様にＢ−Ｈトレーサーの測定結果からＢｒ、ＨｃＪ、Ｈｅｘを求めた。その後、実施例１と同様に得られた焼結体は正方晶Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有する主相およびＲ−ｒｉｃｈ相からなることを確認した後、ＦＥ−ＳＥＭ、ＥＤＳの結果からＡｍａおよびＡｒｅを求めた。結果は表１に示す通りであった。

表１の実施例１〜３、および比較例１〜５を比較すると、１１．８ａｔ％≦Ｒ≦１２．２ａｔ％でかつ、０％＜Ａｒｅ≦１．３％および９７％≦Ａｍａを満たす範囲において、可変磁束磁石として好適であるＨｃＪ≦５ｋＯｅかつＢｒ≧１３ｋＯｅの磁気特性を得ることができた。これは、この範囲において、従来のＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石にみられるＲ−ｒｉｃｈ相による磁気分離の影響が低減されＨｃＪが低下し、かつ、Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂの主相が極めて高い割合で存在することで、高いＢｒが維持されたことによると考えられる。Ｒ量が１１．８ａｔ％未満ではＢｒ、ＨｃＪ共に大きく低下し、可変磁束磁石として好適な磁気特性を達成できない。これは、Ｒが小さく、主相であるＲ_２Ｔ_１４Ｂ構造の生成が十分でなくなったためであると考えられる。また、Ｒ量が１２．２ａｔ％より多い場合には、Ｒ−ｒｉｃｈ相が多くなり、磁気分離が促進するため、ＨｃＪが５ｋＯｅより大きく、Ｈｅｘも１０ｋＯｅ以上になるため、実際の使用環境において、着磁状態を制御するには印加磁界が高く難しいため、可変磁束磁石には適さない。

また、Ｒ量が１２．０ａｔ％と一定かつＲの構成をＮｄ１００％からＮｄをＣｅで置換した実施例２、４および比較例６、７を比較すると、ＮｄをＣｅで置換する量が増えるに従い、ＨｃＪを更に低下させることができた。しかし、Ｂｒも同時に減少する傾向にあり、Ｃｅ５０％置換では可変磁束磁石として好適である１３ｋＧ以上のＢｒを得ることはできなかった。よって、Ｃｅ置換量が２５％以下の範囲で、高残留磁束密度かつ低保磁力を有する可変磁束モータ用の可変磁束磁石として好適である永久磁石を得ることができることがわかった。Ｎｄを置換する希土類元素をＣｅからＹ、Ｌａ、に変えた実施例５〜６および比較例８〜１１についても同様の傾向を示した。また、Ｎｄを前記の希土類元素かつ前記範囲で置換した実施例４〜６の場合、ＨｃＪに対するＨｅｘの比がＮｄ１００％の実施例２に比べて小さく、外部磁界による着磁状態の制御が容易であり、可変磁束モータ用の可変磁石としてより好適である永久磁石が得られた。

以上のように、本発明に係る永久磁石は、高い残留磁束密度を具備し、かつ小さな外部磁界により磁力を可逆的に変化させることが可能であるため、民生・産業・輸送機器などの可変速が必要とされるドライブシステムにおいて高い効率を得ることができる、可変磁束モータ用の可変磁束磁石として好適である。

本発明に係る可変磁束モータの実施形態を示す断面図である。

１…可変磁束モータ、２…ステータ、３…ロータ、４…鉄心、５…固定磁束磁石、６…可変
磁束磁石。

Claims

Ｒ（但し、ＲはＲ内比率で７５ａｔ％以上のＮｄと、２５ａｔ％以下のＹ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕから選択された少なくてもひとつの元素）とＦｅとＢを主成分とし、Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ結晶構造の主相で構成され、全構成元素に対するＲ元素の割合が１１．８ａｔ％≦Ｒ≦１２．２ａｔ％であり、かつ、前記主相よりもＲ濃度の高い副相の全磁石構成組織に対する断面積比Ａｒｅが０％＜Ａｒｅ≦１．３％であり、なおかつ、前記主相の全磁石構成組織に対する断面積比Ａｍａが９７％≦Ａｍａであることを特徴とする永久磁石。
請求項１に記載の永久磁石を可変磁束磁石として備える可変磁束モータ。