JP2018153008A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】システム制御が簡易であり、磁石の磁力を変化させるために一時停止する必要がないモータを得る。【解決手段】 磁石およびコイルを有するモータである。磁石において、Ｔ１（℃）における残留磁束密度をＢｒ１（ｍＴ）、Ｔ２（℃）における残留磁束密度をＢｒ２（ｍＴ）、Ｔ３（℃）における残留磁束密度をＢｒ３（ｍＴ）とする。Ｔ１＝２０，Ｔ２＝１００，Ｔ３＝２２０とする。基準温度をＴ１（℃）とし、対象温度をＴ２（℃）とした場合の温度係数をα２（％／℃）、基準温度をＴ１（℃）とし、対象温度をＴ３（℃）とした場合の温度係数をα３（％／℃）とした場合において、α２＝［｛（Ｂｒ２−Ｂｒ１）／Ｂｒ１｝／（Ｔ２−Ｔ１）］×１００≧−０．１１、α３＝［｛（Ｂｒ３−Ｂｒ１）／Ｂｒ１｝／（Ｔ３−Ｔ１）］×１００≦−０．１３である。【選択図】 図１

Description

本発明は、モータに関する。

特許文献１には、モータ中の磁石の磁力を変化させる可変磁束ドライブシステムが開示されている。このシステムにより、システム全体の効率を向上させ、広い速度範囲に対応できる。

しかし、特許文献１に記載されているシステムは制御が複雑である。さらに、磁石の磁力を変化させるために一定以上の磁場が必要であり、それに対応する電流をコイルに流すことになる。そのためには、コイルに対する磁石の位置を決定させる目的で、モータを一度停止させる必要がある。また、磁石の磁化を変化させるためには大きな磁場が必要であり、そのためのコイルや電源も大がかりなものとなる。

特開２００８−０２９１４８号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、システム制御が簡易であり、磁石の磁力を変化させるために一時停止する必要がないモータを得ることである。

上記目的を達成するために、本発明に係るモータは、
磁石およびコイルを有するモータであり、
前記磁石において、Ｔ１（℃）における残留磁束密度をＢｒ１（ｍＴ）、Ｔ２（℃）における残留磁束密度をＢｒ２（ｍＴ）、Ｔ３（℃）における残留磁束密度をＢｒ３（ｍＴ）とし、
Ｔ１＝２０，Ｔ２＝１００，Ｔ３＝２２０とし、
基準温度をＴ１（℃）とし、対象温度をＴ２（℃）とした場合の温度係数をα２（％／℃）、基準温度をＴ１（℃）とし、対象温度をＴ３（℃）とした場合の温度係数をα３（％／℃）とした場合において、
α２＝［｛（Ｂｒ２−Ｂｒ１）／Ｂｒ１｝／（Ｔ２−Ｔ１）］×１００≧−０．１１
α３＝［｛（Ｂｒ３−Ｂｒ１）／Ｂｒ１｝／（Ｔ３−Ｔ１）］×１００≦−０．１３
であることを特徴とする。

本発明に係るモータは上記の構成を有することで、システム制御が簡易であり、磁石の磁力を変化させるために一時停止する必要がない。

前記磁石がＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石であり、
Ｒが１種以上の希土類元素であり、ＴがＦｅまたはＦｅおよびＣｏを必須とする１種以上の遷移金属元素であり、Ｂがホウ素であり、
さらにＣを含有し、
前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石全体を１００質量％とした場合において、
Ｒの含有量が２９質量％以上３２質量％以下、
Ｂの含有量が０．８０質量％以上０．９５質量％以下、および、
Ｃの含有量が０．０５質量％以上０．２０質量％以下であることが好ましい。

Ｂの含有量およびＣの含有量の合計が０．８８質量％以上１．１０質量％以下であることが好ましい。

前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石がさらにＯおよびＮを含有し、
Ｏの含有量が０．０３質量％以上０．１５質量％以下、および、
Ｎの含有量が０．０３質量％以上０．１０質量％以下であることが好ましい。

前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石におけるＳｉの含有量が０質量％以上０．４質量％以下であることが好ましい。

Ｂｒ１≧１３００ｍＴであることが好ましい。

Ｂｒ２≧１２００ｍＴであることが好ましい。

Ｂｒ３≦１０５０ｍＴであることが好ましい。

本発明に係るモータはＩＰＭモータであることが好ましい。

本実施形態に係るＩＰＭモータの概略図である。

以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るモータであるＩＰＭモータ１は、回転子４，固定子５およびシャフト６からなる。ＩＰＭとは、Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔの略であり、ＩＰＭモータとは磁石埋込構造を有するモータのことである。

ＩＰＭモータ１では、永久磁石２が回転子鉄心４ａ内部のスロット（図示せず）に埋め込まれた回転子４と、固定子鉄心５ａおよびコイル３を有する固定子５とが、固定子と回転子との間の空隙７を介して配置されている。

本実施形態では、スロットとは永久磁石２を回転子鉄心４ａに埋め込むために回転子鉄心４ａに設けられる空間を指す。回転子４は永久磁石２と回転子鉄心４ａとを含み、固定子５はコイル３および固定子鉄心５ａを含む。

また、熱制御の観点からは、永久磁石２と回転子鉄心４ａとの間にエアギャップを設けることが好ましい。しかし、永久磁石２と回転子鉄心４ａとを全く接触させないことは困難である。

また、永久磁石２を回転子鉄心４ａに固定することが好ましい。永久磁石２を回転子鉄心４ａに固定しない場合には、モータの使用時に永久磁石２が動いてしまう。この場合、永久磁石２と回転子鉄心４ａとの接触の態様が変化する。これにより永久磁石２と回転子鉄心４ａとの間の抵抗が変化してしまい、後述する渦電流にバラツキが生じてしまう。そして、渦電流による発熱にバラツキが生じ、磁石温度を制御しにくくなる。永久磁石２の回転子鉄心４ａへの固定方法に特に制限はないが、永久磁石２と回転子鉄心４ａとの間の空間に樹脂を充填して固定することが好ましい。また、永久磁石２と回転子鉄心４ａとの間の抵抗は１０Ω以下とすることが好ましい。この場合には、後述する渦電流を積極的に発生させ、磁石温度を適切に制御しやすくなる。

永久磁石２の配置には特に制限はなく、モータ特性により決定すればよい。温度制御の観点からは、比較的温度が低くなる部分に永久磁石２を設置することが好ましい。例えばシャフト６側から冷却する場合には、シャフト６に近い部分に永久磁石２を配置することが好ましい。固定子５側から冷却する場合には、固定子５に近い部分に永久磁石２を配置することが好ましい。また、図１に図示するように回転子４の内部で永久磁石２をＶ字に配置すると、永久磁石２に生じた熱がシャフト６および固定子５の両方に伝わりやすくなるため好ましい。

また、回転子鉄心４ａに設けられる１つのスロットに挿入される永久磁石２は１個でなくともよい。複数個の永久磁石２を１つのスロットに挿入してもよい。１つのスロット内に隣接して挿入されている永久磁石２間の抵抗は１０Ω以下とすることが好ましい。この場合には、後述する渦電流を積極的に発生させ、磁石温度を適切に制御しやすくなる。また、永久磁石２の形状には特に制限はないが、複数の磁石が互いに接する面積を広くすることができる形状が好ましい。さらにコストの面も考慮すると、直方体が好ましい。

また、回転子鉄心４ａは珪素鋼板からなることが好ましい。珪素鋼板を用いる場合には、珪素鋼板にスロットとなる穴を設けて複数枚を重ねあわせることにより回転子鉄心４ａを作製することができる。この場合の珪素鋼板の厚さは１枚あたり０．２５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることが温度制御を容易にする観点から好ましい。

従来、永久磁石の磁化によるマグネットトルクに加えて回転子鉄心の磁化によるリラクタンストルクを利用することが出来るＩＰＭモータでは、マグネットトルクは低速回転の場合には有用だが、高速回転の場合には逆にトルク低下の原因となってしまう。これは、高速回転時には、永久磁石の磁力が固定子のコイルに発生させる逆起電力が大きくなってしまうためである。さらに、逆起電力を打ち消すためには逆磁界をかける必要が生じる。この逆磁界によりモータの効率が低下する。

しかし、以下に示す本実施形態に係るＩＰＭモータでは、広い温度範囲および回転数範囲において、トルクおよび効率を向上させることができる。

本実施形態に係るＩＰＭモータ１は、永久磁石２として残留磁束密度の温度係数が所定の範囲内にあるＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石を用いることで、トルクおよび効率を向上させることができる。

具体的には、以下の関係を有する永久磁石２を用いる。

Ｔ１（℃）における永久磁石２の残留磁束密度をＢｒ１（ｍＴ）、Ｔ２（℃）における永久磁石２の残留磁束密度をＢｒ２（ｍＴ）、Ｔ３（℃）における永久磁石２の残留磁束密度をＢｒ３（ｍＴ）とする。そして、Ｔ１＝２０，Ｔ２＝１００，Ｔ３＝２２０とする。基準温度をＴ１（℃）、対象温度をＴ２（℃）とした場合の永久磁石２の温度係数をα２（％／℃）とする。基準温度をＴ１（℃）、対象温度をＴ３（℃）とした場合の前記磁石の温度係数をα３（％／℃）とする。この場合において、
α２＝［｛（Ｂｒ２−Ｂｒ１）／Ｂｒ１｝／（Ｔ２−Ｔ１）］×１００≧−０．１１
α３＝［｛（Ｂｒ３−Ｂｒ１）／Ｂｒ１｝／（Ｔ３−Ｔ１）］×１００≦−０．１３
を満たす永久磁石２を用いる。

ここで、永久磁石２は、α２≧−０．１１であるので、１００℃での温度特性が優れており低温での通常の用途に用いる場合でも優れている磁石である。しかし、永久磁石２はα３≦−０．１３であるので、２０℃での残留磁束密度と比較して２２０℃での残留磁束密度の低下幅が大きい。

このような永久磁石２を用いることで、本実施形態に係るＩＰＭモータ１は、低温（１００℃）かつ低速での使用時のみならず、高温（２２０℃）かつ高速での使用時においてもトルクおよび効率が優れたＩＰＭモータ１となる。すなわち、上記のような永久磁石２を用いることで、幅広い温度および回転数でトルクおよび効率が優れたＩＰＭモータ１となる。

また、Ｂｒ１≧１３００ｍＴであることが好ましい。Ｂｒ２≧１２００ｍＴであることが好ましい。Ｂｒ３≦１０５０ｍＴであることが好ましい。さらに、Ｔ３での比透磁率μｒが１．０３以上であることが本発明の効果を、実際のモータの動作点で発揮させることができるため、好ましい。なお比透磁率μｒは、磁石特性を磁場に対する磁束の減磁曲線において、ｃｇｓ単位系で表したときの第２象限での傾きである。

本願では、低速とは回転数が最高回転数の５０％以下である場合を指し、高速とは回転数が最高回転数の８０％以上である場合を指す。なお、ＥＶ用モータおよびＨＥＶ用モータとしては、最高回転数が６０００ｒｐｍ以上２００００ｒｐｍ以下のモータがよく用いられている。また、洗濯機用モータとしては、最高回転数が２０００ｒｐｍ前後のモータがよく用いられている。

上記の構成を有する永久磁石２を用いることで、幅広い温度範囲および回転数範囲でトルクおよび効率が向上するメカニズムは以下に示すメカニズムであると本発明者らは考えている。

まず、ＩＰＭモータ１では永久磁石２に起因するマグネットトルクと磁気回路設計に起因するリラクタンストルクとを使用して回転子４を回転させる。低速回転時においては、後述する逆起電力が小さいため、マグネットトルクが高いほど全体のトルクが高くなる。しかし、高速回転時においては、マグネットトルクが高いほど、永久磁石２の磁力が固定子５のコイル３に発生させる逆起電力が大きくなってしまい、リラクタンストルクが低下する。リラクタンストルクが低下するため、全体のトルクが低くなってしまう。この逆起電力を打ち消すために逆磁界をかける必要があり、この逆磁界によりＩＰＭモータ１の効率が低下してしまう。

またＩＰＭモータ１の回転子４を高速回転させると永久磁石２に渦電流が発生し、ジュール熱により発熱して高温になる。この発熱により永久磁石２の残留磁束密度Ｂｒが低下する。この際に、本実施形態では、α３≦−０．１３であり本実施形態に係る永久磁石２を用いるため、発熱による残留磁束密度Ｂｒの低下が大きくなる。そして、永久磁石２の磁束量の低下が大きくなる。磁束量の低下により、マグネットトルクが低くなることで、逆起電力が低下する。そのため、リラクタンストルクが高くなり、高温および高速での使用時におけるＩＰＭモータ１の全体のトルクが高くなる。さらに、高温および高速での使用時における逆起電力も低下するため、必要な逆磁界の強さも低下し、効率が向上する。

また、ＩＰＭモータ１を高速回転から低速回転に切り替える場合には、永久磁石２の温度を低下させることが好ましい。ＩＰＭモータ１の回転数に応じて永久磁石２の温度を制御する方法に制限はなく、例えばセンサを用いてＩＰＭモータ１の回転数をモニタリングし、回転数に応じて冷却機構（空冷、水冷、油冷など）を作動させることで永久磁石２の温度を制御することができる。

永久磁石２の温度が低下することで、永久磁石２の残留磁束密度Ｂｒが上昇する。そして、永久磁石２の磁束量が大きくなり、マグネットトルクが大きくなる。低速回転ではマグネットトルクが高いほど全体のトルクが高くなる。本実施形態では、低温での残留磁束密度が大きい永久磁石２、すなわち、α２≧−０．１１である永久磁石２を用いるため、低速回転でのトルクが向上し、低速回転での効率が向上する。また、ＩＰＭモータ１は、単に温度を変化させることで磁石の磁力を大きく変化させることができるため、磁石の磁力を変化させるためのシステム制御が簡易であり、磁石の磁力を変化させるためにモータを一時停止する必要がない。

永久磁石２としては例えば希土類永久磁石が用いられる。希土類永久磁石の組成には特に制限はない。例えば、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石とすることができる。

Ｒは１種以上の希土類元素である。Ｒの種類には特に制限はないが、Ｎｄを含むことが好ましく、ＮｄおよびＰｒを含むことがさらに好ましい。さらに、ＲとしてＤｙおよびＴｂからなる群から選択される１種以上を含んでもよい。

ＴはＦｅまたはＦｅおよびＣｏを必須とする１種以上の遷移金属元素である。

Ｂはホウ素である。

本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石では、さらにＣを含有してもよい。

本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石では、さらにＯおよびＮを含有してもよい。

本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石では、さらにＳｉを含有してもよい。

また、本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石では、上記以外の元素を含有してもよい。他の元素の種類には特に制限はない。

本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石においては、全質量に対するＲ，ＢおよびＣの含有量は、それぞれ以下の通りであることが好ましい。
Ｒ：２９質量％以上３２質量％以下
Ｂ：０．８０質量％以上０．９５質量％以下
Ｃ：０．０５質量％以上０．２０質量％以下

Ｒに含まれるＰｒの含有量には特に制限はないが、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石の全質量に対して５質量％以上９質量％以下であってもよい。Ｐｒを適量含有することにより、高温でのトルク特性および効率を向上させることができる。また、Ｔｂを含んでいてもよい。Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石の全質量に対して０質量％以上０．８質量％以下であってもよく、０．２質量％以上０．５質量％以下であると、保磁力ＨｃＪを高温でも室温でも高くなり、低温および高温でのトルク特性および効率が向上する。さらに、Ｄｙを０．２質量％以上．０．５質量％以下含んでもよく、トルク特性、効率をさらに向上させる効果がある。

また、Ｂの含有量は０．８０質量％以上０．９４質量％以下であってもよい。Ｃの含有量は０．１０質量％以上０．２０質量％以下であってもよい。

また、全質量に対するＢの含有量およびＣの含有量の合計は、０．８８質量％以上１．１０質量％以下であってもよい。また、０．９５質量％以上１．０２質量％以下であってもよい。

Ｂの含有量およびＣの含有量の合計を上記の範囲内にする場合は、Ｂの含有量が比較的大きい場合にはＣの含有量を比較的小さくすることが好ましく、Ｂの含有量が比較的小さい場合には、Ｃの含有量を比較的大きくすることが好ましい。Ｂの含有量およびＣの含有量の合計を０．８８質量％以上１．１０質量％以下とすることで、最終的に得られるＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石の保磁力を向上させ、低温および高温でのトルク特性および効率を向上させることができる。また、Ｂの含有量およびＣの含有量の合計を０．９５質量％以上１．０２質量％以下とすることで、トルク特性および効率をさらに向上させることができる。

さらに、上記のＲ、ＢおよびＴ以外の元素の合計含有量を３質量％以下であってもよい。

また、全質量に対するＯおよびＮの含有量は、それぞれ以下の通りであってもよい。
Ｏ：０．０３質量％以上０．１５質量％以下
Ｎ：０．０３質量％以上０．１０質量％以下

Ｏの含有量およびＮの含有量を上記の範囲内とすることで、最終的に得られるＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石の保磁力を向上させ、低温および高温でのトルク特性および効率を向上させることができる。

α２≧−０．１１とα３≦−０．１３とを同時に達成するように残留磁束密度の温度係数を調整する方法には特に限定はない。例えば、永久磁石２のキュリー温度を低下させることにより、α２≧−０．１１とα３≦−０．１３とを同時に達成しやすくなる。具体的には、Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ相にＡｌ，Ｓ，Ｓｉ，ＭｎおよびＧａからなる群から選択される１種以上を固溶させることができる。Ａｌ，Ｓ，Ｓｉ，ＭｎおよびＧａからなる群から選択される１種以上を固溶させる方法には特に制限はない。例えば、後述する製造工程において、原料粉末の混合時にＡｌ，Ｓ，Ｓｉ，ＭｎおよびＧａからなる群から選択される１種以上を含む原料粉末を添加すればよい。なお、Ｃｏを固溶させることは、低温での温度特性を向上させる点では好ましいが、キュリー温度が上昇する傾向にある。また、Ｃｕを固溶させることは、磁石の耐熱性を向上させる点で好ましく、Ｚｒを固溶させることはμｒの直線性を向上させる点で好ましい。

また、上記各元素の好ましい含有量は、それぞれ以下の通りである。
Ａｌ：０．１質量％以上１質量％以下
Ｓ：０．０１質量％以上０．５質量％以下
Ｍｎ：０．０１質量％以上０．５質量％以下
Ｃｕ：０．０１質量％以上０．５質量％以下
Ｚｒ：０．０５質量％以上０．８質量％以下
Ｇａ：０．０５質量％以上０．８質量％以下
Ｓｉ：０質量％以上０．４質量％以下

特にＳｉの含有量を上記の範囲内とすることで、高温での残留磁束密度を低下させやすくなる。なお、Ｓｉの含有量は０質量％以上０．２質量％以下であることがさらに好ましい。

なお、Ｃｏの含有量には特に制限はないが、０質量％以上２．０質量％以下であってよく、０．５質量％以上２．０質量％以下であってもよい。

また、上記の通り、永久磁石２と回転子鉄心４ａとの間の抵抗、および、回転子鉄心４ａに設けられるスロット内に隣接して挿入されている２つの永久磁石２間の抵抗は１０^−４Ω以上、１０Ω以下とすることが好ましい。永久磁石２の表面に表面処理を施さないか、電気を通す表面処理を施すことで上記の抵抗を１０^−４Ω以上、１０Ω以下としやすくなる。電気を通す表面処理としては、例えば酸化処理または化成処理などによる表面改質、またはめっきなどが例示される。

以下、本実施形態に係るＩＰＭモータに用いられるＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石の一種であるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法について詳しく説明していくが、特記しない事項については、公知の方法を用いればよい。

本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は通常の粉末冶金法により製造することができ、該粉末冶金法は、原料合金を調製する調製工程、前記原料合金を粉砕して原料微粉末を得る粉砕工程、前記原料微粉末を成形して成形体を作製する成形工程、前記成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程、及び前記焼結体に時効処理を施す熱処理工程を有する。

調製工程は、本実施形態に係る希土類磁石に含まれる各元素を有する原料合金を調製する工程である。まず、所定の元素を有する原料金属等を準備し、これらを用いてストリップキャスティング法等を行う。これによって原料合金を調製することができる。原料金属等としては、例えば、希土類金属や希土類合金、純鉄、フェロボロン、カーボン、またはこれらの合金が挙げられる。これらの原料金属等を用い、所望の組成を有する希土類磁石が得られるような原料合金を調製する。

調整方法の一例としてストリップキャスティング法を説明する。ストリップキャスティング法は、溶湯をタンディッシュに流し込み、タンディッシュからさらに内部が水冷された回転する銅ロール上に、前記原料金属等を溶解させた溶湯を流して冷却凝固させるものであるが、凝固時の冷却速度は、溶湯の温度、供給量、冷却ロールの回転速度を調節することによって所望の範囲に制御することができる。前記凝固時の冷却速度は、作製しようとする希土類磁石の組成等の条件に応じて適宜設定することが好ましいが、好ましくは５００℃／秒以上１１０００℃／秒以下で行えばよい。前記凝固時の冷却速度をこのように制御することにより、高温での残留磁束密度を低下させ、α３≦−０．１３としやすくなる。高温での残留磁束密度が上記の冷却速度により変化するメカニズムは不明であるが、主相粒子中に固溶する元素の配分割合が上記の冷却速度に応じて変化することが原因であると考えている。

粉砕工程は、調製工程で得られた原料合金を粉砕して原料微粉末を得る工程である。この工程は、粗粉砕工程及び微粉砕工程の２段階で行うことが好ましいが、微粉砕工程のみの１段階としても良い。

粗粉砕工程は、例えばスタンプミル、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で行うことができる。水素を吸蔵させた後、粉砕を行う水素吸蔵粉砕を行うこともできる。粗粉砕工程においては、原料合金を、粒径が数百μｍから数ｍｍ程度の粗粉末となるまで粉砕を行う。

微粉砕工程は、粗粉砕工程で得られた粗粉末（粗粉砕工程を省略する場合には原料合金）を微粉砕して、平均粒径が数μｍ程度の原料微粉末を調製する。原料微粉末の平均粒径は、焼結後の結晶粒の成長度合を勘案して設定すればよい。微粉砕は、例えば、ジェットミルを用いて行うことができる。

微粉砕の前には粉砕助剤を加えることができる。粉砕助剤を加えることで粉砕性を改善し、成形工程での磁場配向を容易にする。粉砕助剤の種類および添加量には特に制限はない。

成形工程は、原料微粉末を磁場中で成形して成形体を作製する工程である。具体的には、原料微粉末を電磁石中に配置された金型内に充填した後、電磁石により磁場を印加して原料微粉末の結晶軸を配向させながら、原料微粉末を加圧することにより成形を行うことで成形体を作製する。この磁場中の成形は、例えば、１０００ｋＡ／ｍ以上１６００ｋＡ／ｍ以下の磁場中、３０ＭＰａ以上３００ＭＰａ以下程度の圧力で行えばよい。

焼結工程は、成形体を焼結して焼結体を得る工程である。前記磁場中の成形後、成形体を真空もしくは不活性ガス雰囲気中で焼結し、焼結体を得ることができる。焼結条件は、成形体の組成、原料微粉末の粉砕方法、粒度等の条件に応じて適宜設定すればよい。

熱処理工程は、焼結体を時効処理する工程である。熱処理は４００℃以上９００℃以下の温度範囲で行えばよく、２段階に分けて行ってもよい。熱処理温度を上記の範囲内で変化させることで、高温での残留磁束密度を変化させ、α３を制御することができる。

熱処理後の冷却速度は、５０℃／分以上２５０℃／分以下とすることが好ましい。冷却速度を上記の範囲内で変化させることで、高温での残留磁束密度を変化させ、α３を制御することができる。

本実施形態では、前記焼結体に対して、重希土類元素を粒界拡散させる工程を有してもよい。粒界拡散は、塗布または蒸着等により重希土類元素を、必要に応じて前処理を施した焼結体の表面に付着させた後、熱処理を行うことにより、実施することができる。これにより、最終的に得られるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の保磁力をさらに向上させることができる。なお、前処理の内容には特に制限はない。例えば公知の方法でエッチングを施した後に洗浄し、乾燥する前処理が挙げられる。

なお、重希土類元素を付着させる方法には特に制限は無い。例えば、蒸着、スパッタリング、電着、スプレー塗布、刷毛塗り、ディスペンサ、ノズル、スクリーン印刷、スキージ印刷、シート工法等を用いる方法がある。

重希土類元素を付着させてから重希土類元素を焼結体内部に拡散処理させる。拡散処理の方法には特に限定はないが、通常は真空または不活性ガス中における加熱により拡散処理を実施する。拡散処理温度にも特に制限はない。

以上の工程により得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結体は、めっきや樹脂被膜や酸化処理、化成処理などの表面処理を施してもよい。

以上の工程により得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結体は、回転子に組み付けられる前後において、磁場をかけて最終的にＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石とする。磁場５Ｔで着磁したときの磁石が発するフラックスを１００％として、完全に着磁されていない場合の割合を着磁率とする。着磁率を変えることで、Ｂｒの温度係数を変えることができ、９７．０％以上１００．０％以下にすることが好ましく、９７．０％以上９９．５％以下にすることがさらに好ましい。着磁率を９７．０％以上１００．０％以下にすることで、α３≦−０．１３を達成させやすくなる。また、低温でのトルクおよび効率を向上させやすくなる。さらに、着磁率を９７．０％以上９９．５％以下にすることで、高温での効率を向上させやすくなる。

本実施形態に係るＩＰＭモータ１は上記のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を用いる他は通常の製造方法により製造することができ、製造方法に特に制限はない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

例えば、上記の実施形態ではＩＰＭモータ１にＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を用いる場合について記載しているが、ＩＰＭモータ１以外のモータであってもよい。上記の温度特性を有するＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石が特に適しているのは、マグネットトルクおよびリラクタンストルク用いるモータである。この観点によれば、リニアモータにも本実施形態の永久磁石を用いることで良好な特性を得ることができると考えられる。また、上記のモータ用Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、ＩＰＭモータ、リニアモータの他にも、例えば、ＳＰＭモータ、永久磁石直流モータ、ボイスコイルモータ、振動モータなどにも用いることができる。

また、本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石は焼結を行うことにより製造されるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に限定されない。例えば、焼結の代わりに熱間成形および熱間加工を行い製造されるＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石であってもよい。

室温にて原料粉末を成形することにより得られる冷間成形体に対して、熱間において加圧して熱間成形を行うと、冷間成形体に残存する気孔が消滅し、焼結によらずに緻密化させることができる。さらに、熱間成形により得られた成形体に対して熱間加工として熱間押出し加工を行うことにより、所望の形状を有し、かつ、磁気異方性を有するＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石を得ることができる。

また、本発明のモータの用途には特に制限はない。例えばエアコン等のコンプレッサーの他、自動車（特にＨＶ、ＨＥＶ、ＦＣＶ等）のコンプレッサーにも用いることができる。

以下、本発明の内容を実施例及び比較例を参照してさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

まず、重量割合で表１に示す各実施例および比較例の組成を有する焼結磁石が得られるように、ストリップキャスティング（ＳＣ）法により、上記組成を有する原料合金を作製した。なお、原料合金作製時の凝固時における冷却速度は２５００℃／秒とした。

次いで、原料合金に室温で水素を吸蔵させた後、５４０℃で、３時間、脱水素処理を行って、原料合金を水素粉砕（粗粉砕）した。尚、各実施例及び比較例では、この水素粉砕処理から焼結までの各工程（微粉砕及び成形）においては、酸素濃度を１００ｐｐｍ未満の雰囲気として行なった。

次に、水素粉砕後微粉砕を行う前に、原料合金の粗粉砕粉末に、粉砕助剤として、ステアリン酸亜鉛を０．０３ｗｔ％以上０．１３ｗｔ％以下添加し、ナウターミキサーを用いて混合した。その後、ジェットミルを用いて微粉砕を行い、平均粒子径が３μｍ程度の微粉砕粉末とした。

得られた微粉砕粉末を、電磁石中に配置された金型内に充填し、１２００ｋＡ／ｍの磁場を印加しながら１２０ＭＰａの圧力を加え、磁場中で成形し、成形体を得た。その後、得られた成形体を、真空中において１０５０℃以上１０７０℃以下で４時間以上１２時間以下保持して焼成した後、急冷して、上記の組成を有する焼結体（Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石）を得た。そして、得られた焼結体を、８００℃で１時間、および、５００℃で１時間（ともにＡｒガス雰囲気中）の２段階の時効処理を施した後、急冷して、表１に示す各実施例および比較例のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得た。なお、磁石の形状は１１ｍｍ×１１ｍｍ×１０ｍｍの直方体状とした。また、表１には、得られた焼結磁石におけるＣの含有量を分析した結果を示す。

得られた各Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の残留磁束密度を、５Ｔで着磁した後にＢ−Ｈトレーサーを用いて測定した。Ｔ１＝２０℃、Ｔ２＝１００℃、Ｔ３＝２２０℃として、Ｂｒ１，Ｂｒ２およびＢｒ３を測定し、α２およびα３を算出した。結果を表２に示す。

さらに、得られた各Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石（実施例１〜１０および比較例１〜５）を図１に示すＩＰＭモータに適用した場合について２次元シミュレーションし、トルクおよび効率を求めた。冷却機構としては油冷を用いる設定である。また、効率は出力／入力で算出し、入力は電力量を測定し、出力は角速度×トルクで算出する設定である。また、角速度は回転数から計算する。

そして、回転数を３０００ｒｐｍに固定し、温度を１００℃とした場合のトルクおよび効率をシミュレーションした。さらに、回転数を８２００ｒｐｍに固定し、温度を２２０℃とした場合のトルクおよび効率をシミュレーションした。結果を表３および表４に示す。

表３では、実施例１のトルクを１．０００とした場合の比率（トルク比）を記載している。表４では、実施例１の効率を１．００００とした場合の比率（効率比）を記載している。本実施例では、トルク比は実施例１を基準として±１．０％以内、すなわちトルク比が０．９９０以上１．０１０以下であれば同程度であると評価する。効率比は実施例１を基準として±０．０４％以内、すなわち効率比が０．９９９６以上１．０００４以下であれば同程度であると評価する。

１００℃でのトルクは、比較例３〜５が劣る他は全ての実施例および比較例が実施例１と同程度以上に優れている。また、１００℃での効率は、比較例３〜５が劣る他は全ての実施例および比較例が実施例１と同程度以上に優れている。

これに対し、２２０℃でのトルクは実施例１〜１０が比較例１〜５よりも優れている。また、２２０℃での効率は実施例１〜１０が比較例１〜５よりも優れている。

以上より、α３の絶対値が大きい実施例１〜１０の磁石を用いたモータは１００℃近傍で用いる場合でも２２０℃近傍で用いる場合でもトルクおよび効率が比較例１〜５よりも優れている。

１…ＩＰＭモータ
２…永久磁石
３…コイル
４…回転子
４ａ…回転子鉄心
５…固定子
５ａ…固定子鉄心
６…シャフト
７…回転子と固定子との間の空隙

Claims (9)

1. 磁石およびコイルを有するモータであり、
   前記磁石において、Ｔ１（℃）における残留磁束密度をＢｒ１（ｍＴ）、Ｔ２（℃）における残留磁束密度をＢｒ２（ｍＴ）、Ｔ３（℃）における残留磁束密度をＢｒ３（ｍＴ）とし、
   Ｔ１＝２０，Ｔ２＝１００，Ｔ３＝２２０とし、
   基準温度をＴ１（℃）とし、対象温度をＴ２（℃）とした場合の温度係数をα２（％／℃）、基準温度をＴ１（℃）とし、対象温度をＴ３（℃）とした場合の温度係数をα３（％／℃）とした場合において、
   α２＝［｛（Ｂｒ２−Ｂｒ１）／Ｂｒ１｝／（Ｔ２−Ｔ１）］×１００≧−０．１１
   α３＝［｛（Ｂｒ３−Ｂｒ１）／Ｂｒ１｝／（Ｔ３−Ｔ１）］×１００≦−０．１３
   であることを特徴とするモータ。
2. 前記磁石がＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石であり、
   Ｒが１種以上の希土類元素であり、ＴがＦｅまたはＦｅおよびＣｏを必須とする１種以上の遷移金属元素であり、Ｂがホウ素であり、
   さらにＣを含有し、
   前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石全体を１００質量％とした場合において、
   Ｒの含有量が２９質量％以上３２質量％以下、
   Ｂの含有量が０．８０質量％以上０．９５質量％以下、および、
   Ｃの含有量が０．０５質量％以上０．２０質量％以下である請求項１に記載のモータ。
3. Ｂの含有量およびＣの含有量の合計が０．８８質量％以上１．１０質量％以下である請求項２に記載のモータ。
4. 前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石がさらにＯおよびＮを含有し、
   Ｏの含有量が０．０３質量％以上０．１５質量％以下、および、
   Ｎの含有量が０．０３質量％以上０．１０質量％以下である請求項２または３に記載のモータ。
5. 前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石におけるＳｉの含有量が０質量％以上０．４質量％以下である請求項２〜４のいずれかに記載のモータ。
6. Ｂｒ１≧１３００ｍＴである請求項１〜５のいずれかに記載のモータ。
7. Ｂｒ２≧１２００ｍＴである請求項１〜６のいずれかに記載のモータ。
8. Ｂｒ３≦１０５０ｍＴである請求項１〜７のいずれかに記載のモータ。
9. 前記モータはＩＰＭモータである請求項１〜８のいずれかに記載のモータ。

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