JP2016111312A - 分割型および不完全分割型非着磁永久磁石の製造方法、並びに不完全分割型非着磁永久磁石 - Google Patents

Abstract

【課題】分割型および不完全分割型非着磁永久磁石の製造方法、並びに不完全分割型非着磁永久磁石を提供する。
【解決手段】磁化決定方向（ｚ軸方向）が一定に整列された異方性ブロックを製造する段階Ｓ１１０と、ブロック１を磁化決定方向に対して垂直方向（ｘ軸方向）に切断する第１切断段階Ｓ１２０と、分割されたブロック１を粒界拡散させる段階Ｓ１３０と、第１切断段階において切断した面を再度接着する段階Ｓ１４０と、ブロック１を磁化決定方向および第１切断段階Ｓ１２０における切断方向に対して垂直方向（ｙ軸方向）に切断する第２切断段階Ｓ１５０と、を含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、分割型および不完全分割型非着磁永久磁石の製造方法、並びに不完全分割型非着磁永久磁石に係り、より詳しくは、渦電流損を低減することができる分割型および不完全分割型非着磁永久磁石の製造方法、並びに不完全分割型非着磁永久磁石に関する。

従来、電気自動車や電動車の駆動源として永久磁石電動機が用いられている。永久磁石電動機は、その構造の一例として、コイルが設置された固定子と、駆動軸に連結され、永久磁石が設置されたロータ（回転子）とにより構成することができる。かかるロータに交流電流を供給しながら極性を交互に変えることで電動機が回転することができる。

しかし、電動機の回転駆動の際に、コイルによって発生する強い磁束が永久磁石を貫通することで永久磁石に大きい渦電流が発生し、発生した渦電流によって永久磁石に発熱が生じて電気の損失が大きくなる。

その対策として、永久磁石の母材を分割、絶縁した複数個の永久磁石の断片を組み合わせて、発生する渦電流を各永久磁石の断片の内部に閉じ込めることで、永久磁石に発生する渦電流量を低減することができる。

図１および図２に示すように、渦電流による損失、すなわち、渦電流損は、永久磁石のそれぞれの大きさに比例する。そのため、分割型永久磁石を量産して、より高効率な電動機を作製するための技術が必要である。

これとともに、永久磁石の磁性をより増大するための粒界拡散技術が開発されている。しかし、図３および図４に示すように、従来の粒界拡散を利用した非着磁永久磁石の製造方法は、量産が不可能であるという問題があった。図３は永久磁石ブロック１を製造Ｓ３１０し、分割および再接着Ｓ３２０した後、完成品の大きさに切断Ｓ３３０して粒界拡散Ｓ３４０する過程を示す図である。このような工程は、粒界拡散の際にブロックの拡散性を高めるために加熱によって分割されたブロック１を接着する接着剤が劣化して接着性を失う問題がある。図４は永久磁石ブロック１を製造Ｓ４１０し、最終の大きさに切断Ｓ４２０してから粒界拡散Ｓ４３０させ、１枚を分割および接着Ｓ４４０する方法を示しているが、すべての１枚を分割してから接着することは、工程時間が幾何級数的に増加するため、量産に困難があった。

したがって、粒界拡散と分割および接着をすべて適用することができる新たな永久磁石の作製方法が求められている。

特開２００３−７０２１４号公報

本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、渦電流損を低減するとともに粒界拡散を適用することができる分割型および不完全分割型非着磁永久磁石の製造方法、並びに不完全分割型非着磁永久磁石を提供することにある。

このような目的を達成するための、本発明の一実施例による分割型非着磁永久磁石の製造方法は、磁化決定方向（ｚ軸方向）が一定に整列された異方性ブロックを製造する段階と、前記ブロックを磁化決定方向に対して垂直方向（ｘ軸方向）に切断する第１切断段階と、分割されたブロックを粒界拡散させる段階と、前記第１切断段階において切断した面を再度接着する段階と、前記ブロックを磁化決定方向（ｚ軸方向）および前記第１切断段階における切断方向（ｘ軸方向）に対して垂直方向（ｙ軸方向）に切断する第２切断段階とを含むことを特徴とする。

前記ブロックを製造する段階において、一定の方向の磁場が形成された環境下で前記ブロックをプレス成形し、且つ前記ブロックの磁化決定方向（ｚ軸方向）の厚さを７ｍｍ以下に製造することを特徴とする。

前記第２切断段階において、前記ブロックが１５ｍｍ以上の幅を有するように切断することを特徴とする。

本発明の一実施例による不完全分割型非着磁永久磁石の製造方法は、磁化決定方向（ｘ軸方向）が一定に整列された異方性ブロックを製造する段階と、前記ブロックを磁化決定方向に対して平行方向（ｘ軸方向）に厚さの９０％以下をワイヤカットする段階と、前記ブロックを磁化決定方向に対して垂直方向（ｙ軸方向）に切断する段階と、分割したブロックを粒界拡散させる段階とを含むことを特徴とする。

前記切断する段階において、前記ブロックが磁化決定方向に７ｍｍ以下の幅を有するように切断することを特徴とする。

前記ワイヤカットする段階および前記切断する段階において、ワイヤカット方向に対して垂直方向（ｙ軸方向）に長く形成された未切断部と、前記未切断部からワイヤカット方向および切断方向に対して垂直方向（ｚ軸方向）に延びて形成された切断部とが構成されるように前記ブロックを切断することを特徴とする。

本発明の一実施例による不完全分割型非着磁永久磁石は、磁化決定方向が整列されたブロックを含み、前記ブロックは、磁化決定方向に対して垂直方向に隙間が形成され、前記隙間によって分割されていない未切断部と、前記未切断部から前記隙間方向に延びて形成された切断部とを有することを特徴とする。

本発明による分割型および不完全分割型非着磁永久磁石の製造方法、並びに不完全分割型非着磁永久磁石によれば、次のような効果がある。

第一に、渦電流損を低減して、電動機の効率を高めることができる。

第二に、大量生産が可能なことから、量産に適する。

永久磁石に発生する渦電流の流れを示す図である。 永久磁石の大きさに応じて発生する渦電流の大きさを比較したグラフである。 従来の分割／接着後、粒界拡散させる工程を示す図である。 従来の粒界拡散後、分割／接着する工程を示す図である。 分割型非着磁永久磁石の製造方法の一実施例による工程を示す図である。 不完全分割型非着磁永久磁石の製造方法の一実施例による工程を示す図である。

ここで用いられる専門用語は、単に特定の実施例を言及するためのものであって、本発明を限定することを意図しない。ここで用いられる単数形態は、文句がこれとは明らかに相反する意味を有していない限り、複数形態をも含む。明細書で用いられる「含む」とは、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分を具体化し、他の特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素、成分および／または群の存在や付加を除外するものではない。

他に定義してはいないが、ここで用いられる技術用語および科学用語を含むすべての用語は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が一般的に理解している意味と同じ意味を有する。一般的に用いられる辞書に定義された用語は、関連技術文献と現在開示された内容に適合する意味を有するものと追加解釈され、定義されていない限り、理想的または非常に公式的な意味に解釈されない。

以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施例による分割型および不完全分割型非着磁永久磁石の製造方法、並びに不完全分割型非着磁永久磁石について説明する。

図５に示すように、分割型非着磁永久磁石の製造方法は、磁化決定方向１０が一定に整列された異方性ブロック１を製造する段階（Ｓ１１０）と、ブロック１を磁化決定方向１０に対して垂直方向に切断する第１切断段階（Ｓ１２０）と、分割されたブロック１を粒界拡散させる段階（Ｓ１３０）と、第１切断段階（Ｓ１２０）において切断した面を再度接着する段階（Ｓ１４０）と、ブロック１を磁化決定方向１０および第１切断段階における切断方向２０に対して垂直方向３０に切断する第２切断段階（Ｓ１５０）と、を含む。

磁化決定方向１０に沿って粒界拡散させなければならない工程の特性上、ブロック１の磁化決定方向１０の厚さは、粒子の拡散を容易にするために薄く切断しなければならない。従来は、ブロック１を製造した後、磁化決定方向１０に対して垂直方向に切断することで厚さを制御したが、本発明は、ブロック１の製造過程において、磁化決定方向１０の厚さを薄く成形することを特徴とする。製造されたブロック１を磁化決定方向１０に対して垂直方向２０に切断してから粒界拡散させるが、粒界拡散の前に接着させないことから接着剤の劣化損失を防止することができる。粒界拡散が終了すると、ブロック１の切断した面を再度接着するが、これに用いられる接着剤の一例として、一般的なエポキシ系の接着剤を用いてもよい。接着されたブロック１を磁化決定方向１０と第一の切断方向２０の両方に対して垂直方向３０に切断することで分割型非着磁永久磁石を完成することができる。

ブロックを製造する段階（Ｓ１１０）において、一定の方向の磁場が形成された環境下でブロック１をプレス成形し、且つブロック１の磁化決定方向１０の厚さを７ｍｍ以下に製造することが好ましい。

これは、厚さが７ｍｍを超える場合、ブロック１の中心部にまで粒界拡散が十分に行われないことから、ブロック１の表面と内部の物性が異なりうるためである。

第２切断段階（Ｓ１５０）において、前記ブロックが１５ｍｍ以上の幅を有するように切断することが好ましい。

本発明により製造される非着磁永久磁石は、通常、電動機などの他の部品の内部に設置される。この際、大きさが一定値以下の場合には、部品の組立が困難となり、生産性が低下するため、本発明におけるＸ軸方向の長さは、１５ｍｍに制限する。

粒界拡散させる段階（Ｓ１３０）において、ブロック１の磁化決定方向１０に対して垂直の面にジスプロシウムおよびテルビウムを塗布してブロック１の内部に拡散させるが、ブロック１を６００℃に加熱して拡散性を高め、拡散終了の際に常温に冷却することが好ましい。かかる粒界拡散を利用した永久磁石の製造方法は、発明の背景技術に説明しているように公知の技術であるため、より詳細な説明は省略する。

図６に示すように、不完全分割型非着磁永久磁石の製造方法は、磁化決定方向１０が一定に整列された異方性ブロック１を製造する段階（Ｓ２１０）と、ブロック１を磁化決定方向１０に対して平行方向１０に厚さの９０％以下をワイヤカットする段階（Ｓ２２０）と、ブロック１を磁化決定方向１０に対して垂直方向３０に切断する段階（Ｓ２３０）と、分割されたブロック１を粒界拡散させる段階（Ｓ２４０）と、を含む。

上述の分割型非着磁永久磁石の製造方法とは異なり、不完全分割型非着磁永久磁石の製造方法におけるブロック１は、製造段階（Ｓ２１０）において磁化決定方向１０の厚さを薄くする必要がない。これは、従来技術と同様に、磁化決定方向１０に対して垂直の面に切断する過程（Ｓ２３０）があるためである。本発明と従来技術との相違点は、ブロック１を磁化決定方向１０に対して平行に切断する際に、ブロック１を完全に切断することなく一部分を連結された状態に維持する点である。この際、ブロック１の低い強度を考慮して、衝撃や振動によって破損することを防止するためにワイヤカットによりブロック１を切断する。切断する厚さを全体の９０％以下にすると、最小限の連結強度を維持しながら渦電流損を低減することができる。また、ワイヤカットによって切断した隙間２に遮蔽物と補強材の役割をする接着剤を挿入する。この接着剤は、一例として、通常のエポキシ系接着剤を用いてもよい。

切断する段階（Ｓ２３０）において、前記ブロックが７ｍｍ以下の幅を有するように切断することが好ましい。上述の分割型非着磁永久磁石の製造方法に関する説明と同様に、厚さが７ｍｍを超える場合、ブロック１の中心部にまで粒界拡散が十分に行われないことから、ブロック１の表面と内部の物性が異なりうるためである。

ワイヤカットする（Ｓ２２０）段階および切断する段階（Ｓ２３０）において、ワイヤカット方向に対して垂直方向（ｙ軸方向）に長く形成された未切断部３と、前記未切断部３から前記ワイヤカット方向及び切断方向に対して垂直方向（ｚ軸方向）に延びて形成された切断部とが構成されるように前記ブロックを切断することが好ましい。

このように不完全な切断により形成されるブロック１は、一部分に亀裂が形成された板材のような形状に形成される。磁化決定方向と薄い厚さ方向が一致して粒界拡散が容易に行われることができ、磁化決定方向に対して垂直の面の一部が切断されて渦電流が発生しうる面積を減少することで、渦電流損を低減することができる。

図６に示すように、不完全分離型非着磁永久磁石は、磁化決定方向が整列されたブロック１により構成される。ブロック１は、磁化決定方向に対して垂直方向に隙間２が形成され、隙間２によって分割されていない未切断部３と、未切断部３から隙間２方向に延びて形成された切断部４とを有するものである。

これに関する詳細な説明は、上述の製造方法の説明で代替する。

以上、添付の図面を参照して本発明の実施例について説明したが、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態に実施することができるということを理解することができる。

したがって、以上で記述した実施例は、すべての面において例示的なものであって、限定的なものではないと理解すべきである。本発明の範囲は、前記詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味および範囲、またその均等概念から導き出されるすべての変更または変更された形態が本発明の範囲に含まれると解釈すべきである。

本発明は、渦電流損を低減することができる分割型および不完全分割型非着磁永久磁石の製造方法、並びに不完全分割型非着磁永久磁石の分野に適用できる。

１ ブロック
２ 隙間
３ 未切断部
４ 切断部
１０ 磁化決定方向
２０ 磁化決定方向に対する切断方向
３０ 磁化決定方向に対する他の垂直方向

Claims (7)

1. 磁化決定方向（ｚ軸方向）が一定に整列された異方性ブロックを製造する段階と、
   前記ブロックを磁化決定方向に対して垂直方向（ｘ軸方向）に切断する第１切断段階と、
   分割された前記ブロックを粒界拡散させる段階と、
   前記第１切断段階において切断した面を再度接着する段階と、
   前記ブロックを磁化決定方向（ｚ軸方向）および前記第１切断段階における切断方向（ｘ軸方向）に対して垂直方向（ｙ軸方向）に切断する第２切断段階とを含むことを特徴とする分割型非着磁永久磁石の製造方法。
2. 前記ブロックを製造する段階において、一定の方向の磁場が形成された環境下で前記ブロックをプレス成形し、且つ前記ブロックの磁化決定方向（ｚ軸方向）の厚さを７ｍｍ以下に製造することを特徴とする請求項１に記載の分割型非着磁永久磁石の製造方法。
3. 前記第２切断段階において、前記ブロックが１５ｍｍ以上の幅を有するように切断することを特徴とする請求項２に記載の分割型非着磁永久磁石の製造方法。
4. 磁化決定方向（ｘ軸方向）が一定に整列された異方性ブロックを製造する段階と、
   前記ブロックを磁化決定方向に対して平行方向（ｘ軸方向）に厚さの９０％以下をワイヤカットする段階と、
   前記ブロックを磁化決定方向に対して垂直方向（ｙ軸方向）に切断する段階と、
   分割されたブロックを粒界拡散させる段階とを含むことを特徴とする不完全分割型非着磁永久磁石の製造方法。
5. 前記切断する段階において、前記ブロックが磁化決定方向に７ｍｍ以下の幅を有するように切断することを特徴とする請求項４に記載の不完全分割型非着磁永久磁石の製造方法。
6. 前記ワイヤカットする段階および前記切断する段階において、前記ワイヤカット方向に対して垂直方向（ｙ軸方向）に長く形成された未切断部と、前記未切断部から前記ワイヤカット方向および切断方向に対して垂直方向（ｚ軸方向）に延びて形成された切断部とが構成されるように前記ブロックを切断することを特徴とする請求項５に記載の不完全分割型非着磁永久磁石の製造方法。
7. 磁化決定方向が整列されたブロックを含み、
   前記ブロックは、磁化決定方向に対して垂直方向に隙間が形成され、前記隙間によって分割されていない未切断部と、前記未切断部から前記隙間方向に延びて形成された切断部とを有することを特徴とする不完全分割型非着磁永久磁石。

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