JP4877609B2 - 低鉄損永久磁石及びこれを用いた永久磁石型モータ - Google Patents

Description

本発明は鉄心やヨークなどと組み合せて用いられる低鉄損の永久磁石及びこれを用いた永久磁石型モータに関する。

従来の永久磁石には、モータの電機子により渦電流が流れ鉄損を生じるため、モータにロスを生じる。このため、永久磁石の絶縁抵抗を増加させ渦電流損を低下させることが提案されている。
従来の永久磁石の絶縁性を向上する方法として珪酸粒子を添加しボンド磁石を作製している（特許文献１参照）。
図５はこのボンド磁石の組織を示す摸式図である。珪酸６を磁性粒子７と樹脂８に混合し、ボンド磁石として使用している。
特開２００６−１８６１０７

ところが、従来の永久磁石は金属体のみのためモータの電機子の電流が通り易くなるので、永久磁石内において鉄損が増加し、モータの効率が下がるという問題があった。また、永久磁石の絶縁性を高くするには、珪酸（Ｓｉ０２）などのセラミック等を添加する方法があるが、焼結時にＮｄＦｅＢもしくＳｍＣｏなどの金属間化合物と反応し磁気特性を低下させるので、ボンド磁石にしか使用できないという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、永久磁石の絶縁性を高くするとともに、永久磁石における鉄損を低下させ、モータの誘起電圧を低下させずに効率を向上することのできる永久磁石の製造方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明の一の観点によれば、ＮｄＦｅＢ粒子またはＳｍＣｏ粒子の磁性粒子からなる永久磁石において、前記ＮｄＦｅＢまたはＳｍＣｏの結晶粒界または隙間に１００ｎｍ以下の活性のマグネシア粒子を有している低鉄損永久磁石が適用される。
また、本発明の他の観点によれば、ＮｄＦｅＢ粒子またはＳｍＣｏ粒子の磁性粒子からなる永久磁石において、前記ＮｄＦｅＢもしくはＳｍＣｏの結晶粒界または隙間に１００ｎｍ以下の活性のマグネシア粒子を有した磁石体と、前記ＮｄＦｅＢもしくはＳｍＣｏの磁性粒子のみの磁石体の２層で構成されている低鉄損永久磁石である。
また、前記活性のマグネシア粒子の含有量を重量比で０．５〜４．０ｗｔ％としてもよい。
また、前記ＮｄＦｅＢ粒子またはＳｍＣｏ粒子の平均粒径を６μｍ以下としてもよい。
また、請求項１または請求項２記載の低鉄損永久磁石を用いて構成される永久磁石型モータが適用されてもよい。
また、前記低鉄損永久磁石が円筒体の形状であり、前記円筒体の内周側が磁性粒子のみの磁石体であり、外周側が活性のマグネシア粒子と磁性粒子とを混合した磁石体が適用されてもよい。

請求項１、３〜５に記載の発明によると永久磁石の絶縁性を高くすることができ、永久磁石の誘起電圧を低下させずに永久磁石の鉄損を低減でき、モータの効率を向上することができる。
請求項２、６に記載の発明によると永久磁石の鉄損が発生する部分のみに絶縁性を高
くすることができ、より効率よく鉄損を低減できるので、モータの効率を更に向上することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

本実施例は、磁性粒子としてＮｄＦｅＢ粒子を用い、活性のマグネシア粒子として１００ｎｍの粒子を用いた。
本発明が従来磁石と異なる部分は、珪酸ではなく、焼結時にＮｄＦｅＢもしくＳｍＣｏとは反応しないマグネシア粒子を用い焼結した部分である。
磁石はつぎのようにして作製した。
(1) 先ず、平均粒子径が５μｍのＮｄＦｅＢ粒子に重量比で０．３〜６ｗｔ％の種々の量の活性のマグネシア粒子を添加し、ナノオーダの粒子の混合に用いられる遊星ボールミルにより混合した。
(2) 混合した粒子を金型に充填し圧力１００ＭＰａで円筒形に成形した。
(3) 温度１１００℃で２時間焼結した。焼結温度は、１０５０〜１１５０℃の一定温度であればよい。
焼結後の組織を図１に示す。図において、１はＮｄＦｅＢの磁性粒子、２は結晶粒界または隙間、３はマグネシア粒子である。磁性粒子（ＮｄＦｅＢ）１の隙間２にマグネシア粒子３が分布した状態となっていることが分かる。
つぎに、作製した円筒状のロータ磁石を３００Ｗの永久磁石形モータに組み込み、８極に着磁し１５００回転における鉄損の一つである渦電流損と誘起電圧を測定し、評価した。
表１は、活性のマグネシア粒子の添加量と測定値を示したものである。なお、比較例としてマグネシア粒子の添加量０ｗｔ％のものを加えた。
表１から分かるように、マグネシア粒子の添加量が０．５から４．０ｗｔ％の＃２〜＃４はマグネシア粒子を添加しない比較例＃１より渦電流損および誘起電圧が低く、効果のあることが分かった。また、マグネシア粒子の添加量が、０．３ｗｔ％の＃１では渦電流損が小さくならず、６ｗｔ％の＃５では誘起電圧が低くなり、効果のないことが分かった。
この結果は、モータ電機子より発生した電流が、永久磁石内部で渦電流として流れるが、ＮｄＦｅＢ粒子１の結晶粒界２に偏析したマグネシア粒子３が絶縁体として渦電流の発生を防止するために、鉄損を防ぐことができたものと考えられる。すなわち、マグネシア粒子３がＮｄＦｅＢの磁性粒子１とは反応しなかったことによるものと考えられる。

本実施例は、ＮｄＦｅＢの磁性粒子１の平均粒子径を２〜７μｍに変えたものである。活性のマグネシア粒子は１００ｎｍの粒子を２ｗｔ％に固定し、成形圧力、焼結条件は実施例１と同じにした。この作製した円筒状のロータ磁石を実施例１と同様に永久磁石形モータに組み込んで着磁し、渦電流損と誘起電圧を測定し評価した。
表２に結果を示すように、平均粒子径が６μｍより大きくなると、誘起電圧が低くなり、効果がなくなるが、平均粒子径が小さいと特性はよいことが分かった。

本実施例は、磁性粒子であるＮｄＦｅＢ粒子１の平均粒子径を５μｍに一定にし、活性のマグネシア粒子の平均粒子径を変えたものである。マグネシア粒子の平均粒子径を５０、１００、２００ｎｍの三種類とし、マグネシア粒子の添加量を１．５ｗｔ％に固定した。なお、成形および焼結条件は実施例１と同じである。
表３に結果を示すように、平均粒子径は１００ｎｍより大きくなると、誘起電圧が低くなるが、１００ｎｍより小さいとよいことが分かる。

本実施例は、磁性粒子として平均粒子径が５μｍのＳｍＣｏ粒子を用い、マグネシア粒子として１００ｎｍの粒子を用いた。
磁石の作製方法は、磁性粒子がＮｄＦｅＢ粒子からＳｍＣｏ粒子に変わっただけであり、その他の条件は実施例１と同じであるため、説明を省略する。
作製した円筒状のロータ磁石は、実施例１と同様に３００Ｗの永久磁石形モータに組み込み、１５００回転における鉄損の一つである渦電流損と誘起電圧を測定し、評価した。
表４から分かるように、マグネシア粒子の添加量が０．５から４．０ｗｔ％の＃１４〜＃１６はマグネシア粒子を添加しない比較例＃１より渦電流損および誘起電圧が低く、効果のあることが分かった。

本実施例は、ＮｄＦｅＢ粒子に活性のマグネシア粒子を混合して成形した部分と、ＮｄＦｅＢ粒子のみで成形した部分からなる二色成形したものである。
図２は本発明の二色成形した磁石を示す断面である。図において、４はＮｄＦｅＢ粒子のみで成形した磁性粒子成形体、５はＮｄＦｅＢ粒子にマグネシア粒子を混合し成形した混合粒子成形体である。磁性粒子成形体４は平均粒子径５μｍのＮｄＦｅＢ粒子にて成形したものであり、混合粒子成形体５は平均粒子径５μｍのＮｄＦｅＢ粒子に、マグネシア粒子として１００ｎｍの粒子２ｗｔ％を混合し成形した。
この二色成形は、図３に示すような三重構造を持ったパンチを有する金型を用いて行なった。図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は断面図である。図において、９はダイス、１０、１５はシリンダ、１１、１２、１３はパンチである。
先ず、ダイス９にパンチ１３、１４とシリンダ１５を挿入する。シリンダ１５と下部のパンチ１３、１４の隙間にＮｄＦｅＢ粒子を充填し、シリンダ１０とパンチ１１を下降させ５０〜１００ＭＰａ（０．５〜１ｔ／ｃｍ^２）の圧力をかけ磁性粒子成形体４を成形する。次に図４に示すようにパンチ１３を下降させ、磁性粒子成形体４とダイス９の隙間にＮｄＦｅＢ粒子とマグネシア粒子を混合した粒子を充填し、パンチ１２を下降させ５０〜１００Ｍｐａの圧力をかけ混合粒子成形体５を成形する。次にシリンダ１０とパンチ１１、パンチ１２を上昇させ、ダイス９を下降することで、磁性粒子成形体４と混合粒子成形体５を取り出す。
つぎに、温度１１００℃の温度で２時間焼結した。図４は、二色成形した磁石の断面を示す断面図である。ＮｄＦｅＢ粒子にマグネシア粒子を２ｗｔ％混合し成形した部分５と、ＮｄＦｅＢ粒子を成形した部分４からなる二色になっていることが分かる。
この二色成形し焼結した永久磁石をロータに組み込み、着磁後モータの渦電流損と誘起電圧を測定した結果を表５に示す。なお、比較例として実施例１の欄で述べた＃１を用いた。表５から、従来例に比べ、渦電流損が低くなり、誘起電圧も向上しており効果のあることが分かる。すなわち、本実施例ではマグネシア粒子を混合した磁石の量を少なくすることができ、安価に製造できる。

このように、ＮｄＦｅＢもしくＳｍＣｏの磁性粒子の周りに絶縁体であるマグネシア粒子が取り囲んだ状態になっているので、永久磁石内部に発生する渦電流を防ぎ、モータの鉄損を低減し、誘起電圧を高くすることができる。

マグネシア粒子を添加した磁石は、鉄心やヨークなどと組み合せて用られるリニアモータ、磁気式のエンコーダ、リアクトルなどにも適用することができる。

本発明の第１実施例を示す永久磁石の組織の模式図 本発明の第５実施例を示す内層を成形する金型の概略図 本発明の第５実施例を示す外層を成形する金型の概略図 本発明の第５実施例の磁石を示す断面図 従来の方法により作製したボンド磁石の組織を示す模式図

符号の説明

１ 磁性粒子
２ 結晶粒界
３ マグネシア粒子
４ 混合粒子成形体
５ 磁性粒子成形体
６ 珪酸
７ 磁性粒子
８ 樹脂
９ ダイス
１０、１５ シリンダ
１１、１２、１３、１４ パンチ

Claims (6)

1. ＮｄＦｅＢ粒子またはＳｍＣｏ粒子の磁性粒子からなる永久磁石において、
   前記ＮｄＦｅＢまたはＳｍＣｏの結晶粒界または隙間に１００ｎｍ以下の活性のマグネシア粒子を有していることを特徴とする低鉄損永久磁石。
2. ＮｄＦｅＢ粒子またはＳｍＣｏ粒子の金属粒子からなる永久磁石において、
   前記ＮｄＦｅＢもしくはＳｍＣｏの結晶粒界または隙間に１００ｎｍ以下の活性のマグネシア粒子を有した磁石体と、前記ＮｄＦｅＢもしくはＳｍＣｏの磁性粒子のみの磁石体の２層で構成されていることを特徴とする低鉄損永久磁石。
3. 前記活性のマグネシア粒子の含有量が重量比で０．５〜４．０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の低鉄損永久磁石。
4. 前記ＮｄＦｅＢ粒子またはＳｍＣｏ粒子の平均粒径が６μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の低鉄損永久磁石。
5. 請求項１または請求項２記載の低鉄損永久磁石を用いて構成したことを特徴とする永久磁石型モータ。
6. 前記低鉄損永久磁石が円筒体の形状であり、前記円筒体の内周側が磁性粒子のみの磁石体であり、外周側が活性のマグネシア粒子と磁性粒子とを混合した磁石体であることを特徴とする請求項５記載の永久磁石型モータ。
   

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