JP6638051B2 - Permanent magnet for rotating electric machine, method for producing permanent magnet for rotating electric machine, rotating electric machine, and method for producing rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機用永久磁石、回転電機用永久磁石の製造方法、該回転電機用永久磁石を用いた回転電機及び回転電機の製造方法に関する。 The present invention relates to a permanent magnet for a rotating electrical machine, a method for manufacturing the permanent magnet for a rotating electrical machine, a rotating electrical machine using the permanent magnet for a rotating electrical machine, and a method for manufacturing the rotating electrical machine.
近年、工作機械、車両、航空機、風力原動機等では、エンジンなどから伝達される機械的運動エネルギーを電気エネルギーへと変換する発電機や、逆に電気エネルギーを機械的運動エネルギーへと変換するモータ(電動機)等の回転電機が一般的に用いられている。 2. Description of the Related Art In recent years, machine tools, vehicles, aircraft, wind power motors, and the like have a generator that converts mechanical kinetic energy transmitted from an engine or the like into electric energy, and a motor that converts electric energy into mechanical kinetic energy ( A rotating electric machine such as an electric motor is generally used.
ここで、回転電機に用いられる永久磁石の製造方法としては、従来より粉末焼結法が一般的に用いられる。ここで、粉末焼結法は、先ず原材料をジェットミル(乾式粉砕)等により粉砕した磁石粉末を製造する。その後、その磁石粉末を型に入れて、所望の形状にプレス成形する。そして、所望形状に成形された固形状の磁石粉末を所定温度(例えばNd−Fe−B系磁石では1100℃)で焼結することにより製造する(例えば、特開平2−266503号公報)。また、一般的に永久磁石では磁気特性を向上させる為に、外部から磁場を印加することによる磁場配向が行われている。そして、従来の粉末焼結法による永久磁石の製造方法では、プレス成形時において型に磁石粉末を充填し、磁場を印加させて磁場配向させた後に圧力をかけ、圧粉された成形体を成形していた。また、他の押出成形法、射出成形法、圧延成形法等による永久磁石の製造方法では、磁場を印加させた雰囲気で圧力をかけて磁石を成形していた。それによって、永久磁石を構成する各磁石粒子の磁化容易軸(C軸)方向が磁場の印加方向に揃った成形体を形成することが可能となる。 Here, as a method of manufacturing a permanent magnet used for a rotating electric machine, a powder sintering method is generally used conventionally. Here, in the powder sintering method, first, magnet powder is produced by pulverizing raw materials by a jet mill (dry pulverization) or the like. Thereafter, the magnet powder is put into a mold and pressed into a desired shape. Then, it is manufactured by sintering a solid magnet powder formed into a desired shape at a predetermined temperature (for example, 1100 ° C. for an Nd—Fe—B magnet) (for example, JP-A-2-266503). In general, in a permanent magnet, a magnetic field orientation is performed by applying a magnetic field from the outside in order to improve magnetic characteristics. In a conventional method of manufacturing a permanent magnet by powder sintering, a mold is filled with magnet powder during press molding, a magnetic field is applied to orient the magnetic field, and then pressure is applied to form a compacted compact. Was. Further, in other methods for manufacturing a permanent magnet by an extrusion molding method, an injection molding method, a rolling molding method, or the like, the magnet is molded by applying pressure in an atmosphere to which a magnetic field is applied. This makes it possible to form a compact in which the direction of the axis of easy magnetization (C-axis) of each magnet particle constituting the permanent magnet is aligned with the direction of application of the magnetic field.
ここで、異方性磁石の磁化容易軸を揃える方法としては、アキシャル異方性、ラジアル異方性、極異方性等が存在する。また、異方性磁石を回転電機に用いる場合には、各磁石粒子の磁化容易軸を同一方向に(即ち平行に)配向するのではなく、トルクリップルの軽減や駆動力の向上を目的として、磁化容易軸を集束するように配向させることについても行われていた(例えば、特開2005−287181号公報)。 Here, methods for aligning the easy axis of magnetization of the anisotropic magnet include axial anisotropy, radial anisotropy, and polar anisotropy. When an anisotropic magnet is used in a rotating electric machine, the easy axes of the magnet particles are not oriented in the same direction (that is, in parallel), but with the aim of reducing torque ripple and improving driving force. Orientation has also been performed to converge the axis of easy magnetization (for example, JP-A-2005-287181).
ここで、従来より回転電機に配置された永久磁石は、回転電機の使用に応じて徐々に磁束の減少、即ち減磁が生じる問題があった。そして、減磁が進行すると、回転電機のトルクや発電量が低下することとなる。減磁の理由としては、例えば磁束線の短絡によって反磁界が生じることや、磁石の形状や配置に起因するものがある。そして、このような減磁は永久磁石の全体に対して均等に生じるのではなく、一部のエリアに対して特に生じ易くなっている。 Here, the permanent magnet conventionally arranged in the rotating electric machine has a problem that the magnetic flux gradually decreases, that is, demagnetizes, as the rotating electric machine is used. Then, when the demagnetization proceeds, the torque and the power generation amount of the rotating electric machine decrease. The reasons for the demagnetization include, for example, the occurrence of a demagnetizing field due to short-circuiting of magnetic flux lines and the shape and arrangement of magnets. Such demagnetization does not occur uniformly in the entire permanent magnet, but is particularly likely to occur in some areas.
本発明は前記従来における問題点を解消するためになされたものであり、減磁され易いエリアに磁束を集中させることによって、減磁が生じたとしても必要十分な表面磁束密度を保持することが可能となり、回転電機のトルクや発電量が低下することを防止した回転電機用永久磁石、回転電機用永久磁石の製造方法、該回転電機用永久磁石を用いた回転電機及び回転電機の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems.By concentrating magnetic flux in an area where demagnetization is likely to occur, it is possible to maintain a necessary and sufficient surface magnetic flux density even if demagnetization occurs. A method for manufacturing a permanent magnet for a rotating electrical machine, a method for manufacturing a permanent magnet for a rotating electrical machine, a method for manufacturing a rotating electrical machine using the permanent magnet for a rotating electrical machine, and a method for manufacturing the rotating electrical machine, which makes it possible to prevent the torque and power generation amount of the rotating electrical machine from being reduced. The purpose is to provide.
前記目的を達成するため本願の請求項1に係る回転電機用永久磁石は、回転電機のロータ又はステータに配置された永久磁石であり、周方向の端部に位置する集束対象エリアと、周方向の中央部に位置する非集束対象エリアと、を有し、前記集束対象エリアでは、前記集束対象エリア内にあって他のエリアに比べて減磁され易い周方向の端部に位置する減磁対象エリアへと集束するように磁化容易軸が配向され、前記集束対象エリアと前記非集束対象エリアとが一体であることを特徴とする。
To achieve the above object, a permanent magnet for a rotating electrical machine according to
また、請求項2に係る回転電機用永久磁石は、請求項1に記載の回転電機用永久磁石であって、前記非集束対象エリアについてはラジアル方向又はパラレル方向に磁化容易軸が配向されていることを特徴とする。
The permanent magnet rotating electric machine according to claim 2 is the permanent magnet rotating electric machine according to
また、請求項3に係る回転電機用永久磁石は、請求項1又は請求項2に記載の回転電機用永久磁石であって、磁石原料を磁石粉末に粉砕する工程と、前記粉砕された磁石粉末とバインダーとが混合された混合物を生成する工程と、前記混合物に対して磁場を印加することにより磁場配向する工程と、磁場配向された前記混合物の成形体を焼成温度で保持することにより焼結する工程と、により製造されることを特徴とする。
A permanent magnet for a rotating electrical machine according to
また、請求項4に係る回転電機用永久磁石は、請求項3に記載の回転電機用永久磁石であって、前記磁場配向する工程では、前記混合物に対して磁場を印加するとともに、磁場の印加された前記混合物を前記成形体へと変形することによって磁化容易軸の方向を操作して、磁場配向を行うことを特徴とする。
The permanent magnet for a rotating electrical machine according to
また、請求項5に係る回転電機用永久磁石は、請求項4に記載の回転電機用永久磁石であって、前記磁場配向する工程では、前記混合物をシート状に成形した後に、シート状の前記混合物に磁場を印加することを特徴とする。
The permanent magnet for a rotating electrical machine according to
また、請求項6に係る回転電機は、請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の回転電機用永久磁石をロータ又はステータに配置したことを特徴とする。 A rotating electric machine according to a sixth aspect is characterized in that the permanent magnet for the rotating electric machine according to any one of the first to fifth aspects is arranged on a rotor or a stator.
また、請求項7に係る回転電機用永久磁石の製造方法は、回転電機のロータ又はステータに配置される永久磁石の製造方法であって、磁石原料を磁石粉末に粉砕する工程と、前記粉砕された磁石粉末とバインダーとが混合された混合物を生成する工程と、前記混合物に対して磁場を印加することにより磁場配向する工程と、磁場配向された前記混合物の成形体を焼成温度で保持することにより焼結する工程と、を有し、永久磁石が備える周方向の端部に位置する集束対象エリアと周方向の中央部に位置する非集束対象エリアとの内、前記磁場配向する工程では、前記集束対象エリアについて前記集束対象エリア内にあって他のエリアに比べて減磁され易い周方向の端部に位置する減磁対象エリアへと集束するように磁化容易軸を配向し、前記集束対象エリアと前記非集束対象エリアとが一体に成形されたことを特徴とする。 A method for manufacturing a permanent magnet for a rotating electric machine according to claim 7 is a method for manufacturing a permanent magnet disposed on a rotor or a stator of the rotating electric machine, wherein a step of pulverizing a magnet raw material into magnet powder; Generating a mixture in which the magnet powder and the binder are mixed, applying a magnetic field to the mixture, orienting the mixture in a magnetic field, and maintaining a compact of the mixture in the magnetic field at a firing temperature. In the step of sintering, and in the step of orienting the magnetic field , of the focusing target area located at the circumferential end provided by the permanent magnet and the non-focusing target area located at the center in the circumferential direction , in the said focusing target area to orient the easy axis to focus to demagnetization target area located at the end of the demagnetization is likely circumferential direction compared to other areas on the focused object area, the A bundle target area and the unfocused area of interest is equal to or formed integrally.
また、請求項8に係る回転電機用永久磁石の製造方法は、請求項7に記載の回転電機用永久磁石の製造方法であって、前記磁場配向する工程では、前記非集束対象エリアについてはラジアル方向又はパラレル方向に磁化容易軸を配向することを特徴とする。
The method for manufacturing a permanent magnet for a rotating electrical machine according to
また、請求項9に係る回転電機用永久磁石の製造方法は、請求項7又は請求項8に記載の回転電機用永久磁石の製造方法であって、前記磁場配向する工程では、前記混合物に対して磁場を印加するとともに、磁場の印加された前記混合物を前記成形体へと変形することによって磁化容易軸の方向を操作して、磁場配向を行うことを特徴とする。
A method for manufacturing a permanent magnet for a rotating electrical machine according to
また、請求項10に係る回転電機用永久磁石の製造方法は、請求項9に記載の回転電機用永久磁石の製造方法であって、前記磁場配向する工程では、前記混合物をシート状に成形した後に、シート状の前記混合物に磁場を印加することを特徴とする。
A method for manufacturing a permanent magnet for a rotating electrical machine according to
更に、請求項11に係る回転電機の製造方法は、回転電機の製造方法であって、請求項7乃至請求項10のいずれかの製造方法で製造された回転電機用永久磁石をロータ又はステータに配置することにより製造することを特徴とする。
Furthermore, a manufacturing method of a rotating electric machine according to
前記構成を有する請求項1に記載の回転電機用永久磁石によれば、磁化容易軸の配向方向を制御することによって減磁され易いエリアに対して磁束を集中させることができ、減磁が生じたとしても必要十分な表面磁束密度を保持することが可能となる。その結果、回転電機の使用に伴って回転電機のトルクや発電量が徐々に低下することを防止することが可能となる。また、耐減磁特性を高くできれば必要な耐減磁特性を保持した状態で磁石体積を減らすことも可能であり、永久磁石の小型化及び製造コストの削減を実現することが可能となる。例えば、必要な耐減磁特性を確保できる下限値まで磁石体積を減らすことによって、永久磁石の性能と製造コストのバランスを最適に保つことが可能である。
According to the permanent magnet for a rotating electrical machine according to
また、請求項1に記載の回転電機用永久磁石によれば、永久磁石の全体ではなく、減磁対象エリアを含む一部のエリアのみを対象として減磁対象エリアへと集束するように磁化容易軸が配向されるので、減磁対象エリアの磁束密度を高くできる一方で、磁化容易軸を集束させることによる弊害(例えば減磁対象エリアから離れたエリアで磁束密度の低下が生じること等)を解消することが可能となる。
Further, according to the permanent magnet rotating electric machine according to
また、請求項2に記載の回転電機用永久磁石によれば、磁化容易軸が減磁対象エリアへと集束するように配向された一部のエリアを除いて、ラジアル方向やパラレル方向に磁化容易軸を配向させるので、永久磁石を用いる回転電機の種類に応じた適切な配向を実現することが可能となる。 Further, according to the permanent magnet rotating electric machine according to claim 2, with the exception of the area of the part where the easy magnetization axis is oriented so as to focus to the demagnetization target area, easily magnetized in the radial direction and parallel direction Since the axis is oriented, it is possible to realize an appropriate orientation according to the type of the rotating electric machine using the permanent magnet.
また、請求項3に記載の回転電機用永久磁石によれば、磁石粉末とバインダーとを混合した混合物を成形するように構成することによって、減磁対象エリアへと磁化容易軸を適切に集束させるように配向することが可能となる。その結果、着磁後において適切に磁束を集中させることが可能となり、耐減磁性を確保するとともに磁束密度のバラつきも防止できる。
また、バインダーとの混合物を成形するので、圧粉成形等を用いる場合と比較して、配向後に磁石粒子が回動することも無く、配向度についても向上させることが可能となる。
また、バインダーとの混合物に対して磁場配向を行う場合には、電流のターン数を利用できるため磁場配向を行う際の磁場強度を大きく確保することができ、且つ静磁場で長時間の磁場印加を施せるので、バラつきの少ない高い配向度を実現することが可能となる。そして、配向後に配向方向を補正することとすれば、高配向かつバラつきの少ない配向を確保することが可能となる。
更に、バラつきの少ない高配向が実現できる事は、焼結による収縮のバラつきの低減に繋がる。即ち、焼結後の製品形状の均一性が確保できる。その結果、焼結後の外形加工に対する負担が軽減され、量産の安定性が大きく向上する事が期待できる。
According to the permanent magnet for a rotating electrical machine of the third aspect , by forming a mixture of the magnet powder and the binder, the easy axis of magnetization is appropriately focused on the demagnetization target area. Orientation is possible. As a result, it is possible to appropriately concentrate the magnetic flux after the magnetization, and it is possible to secure the demagnetization resistance and prevent the variation in the magnetic flux density.
In addition, since the mixture with the binder is molded, the magnet particles do not rotate after the orientation and the degree of orientation can be improved as compared with the case of using powder compacting or the like.
When the magnetic field orientation is performed on the mixture with the binder, the number of turns of the current can be used, so that a large magnetic field strength can be secured when the magnetic field orientation is performed. , It is possible to realize a high degree of orientation with little variation. Then, if the orientation direction is corrected after the orientation, it is possible to secure a high orientation and an orientation with little variation.
Further, realization of high orientation with little variation leads to reduction in variation in shrinkage due to sintering. That is, uniformity of the product shape after sintering can be secured. As a result, it is expected that the burden on the external processing after sintering is reduced, and the stability of mass production is greatly improved.
また、請求項4に記載の回転電機用永久磁石によれば、一旦磁場配向された混合物を変形することによって、配向方向を補正し、減磁対象エリアへと磁化容易軸を適切に集束させるように配向することが可能となる。その結果、高配向かつバラつきの少ない配向を行うことが可能となる。また、混合物を成形体へと成形する際に、成形体への変形を行うと同時に配向方向を補正することが可能となる。その結果、永久磁石の成形工程と配向工程とを一の工程で行うことが可能となり、生産性を向上させることが可能となる。 According to the permanent magnet for a rotating electric machine according to the fourth aspect , the orientation direction is corrected by deforming the magnetic field-oriented mixture once so that the easy axis of magnetization is appropriately focused on the demagnetization target area. Orientation can be achieved. As a result, it is possible to perform high orientation and orientation with little variation. Further, when the mixture is formed into a molded body, the orientation direction can be corrected while deforming the molded body. As a result, the molding step and the orientation step of the permanent magnet can be performed in one step, and the productivity can be improved.
また、請求項5に記載の回転電機用永久磁石によれば、混合物を一旦シート状に成形した後に磁場配向を行い、その後に成形体への変形を行うので、成形工程や磁場配向工程を連続工程で効率よく行うことが可能であり、生産性を向上させることが可能となる。 According to the permanent magnet for a rotating electric machine according to the fifth aspect , the mixture is once formed into a sheet and then subjected to magnetic field orientation, and then deformed into a molded body. It can be performed efficiently in the process, and the productivity can be improved.
また、請求項6に記載の回転電機によれば、回転電機に配置された永久磁石に減磁が生じたとしてもトルクや発電量が低下することを防止することが可能となる。 Further, according to the rotating electric machine of the sixth aspect , it is possible to prevent a decrease in torque and power generation even if demagnetization occurs in a permanent magnet arranged in the rotating electric machine.
また、請求項7に記載の回転電機用永久磁石の製造方法によれば、磁化容易軸の配向方向を制御することによって減磁され易いエリアに対して磁束を集中させることができ、製造された永久磁石に減磁が生じたとしても必要十分な表面磁束密度を保持することが可能となる。その結果、回転電機の使用に伴って回転電機のトルクや発電量が徐々に低下することを防止することが可能となる。また、耐減磁特性を高くできれば必要な耐減磁特性を保持した状態で磁石体積を減らすことも可能であり、永久磁石の小型化及び製造コストの削減を実現することが可能となる。例えば、必要な耐減磁特性を確保できる下限値まで磁石体積を減らすことによって、永久磁石の性能と製造コストのバランスを最適に保つことが可能である。
また、磁石粉末とバインダーとを混合した混合物を成形するように構成することによって、減磁対象エリアへと磁化容易軸を適切に集束させるように配向することが可能となる。その結果、着磁後において適切に磁束を集中させることが可能となり、耐減磁性を確保するとともに磁束密度のバラつきも防止できる。
また、バインダーとの混合物を成形するので、圧粉成形等を用いる場合と比較して、配向後に磁石粒子が回動することも無く、配向度についても向上させることが可能となる。
また、バインダーとの混合物に対して磁場配向を行う場合には、電流のターン数を利用できるため磁場配向を行う際の磁場強度を大きく確保することができ、且つ静磁場で長時間の磁場印加を施せるので、バラつきの少ない高い配向度を実現することが可能となる。そして、配向後に配向方向を補正することとすれば、高配向かつバラつきの少ない配向を確保することが可能となる。
更に、バラつきの少ない高配向が実現できる事は、焼結による収縮のバラつきの低減に繋がる。即ち、焼結後の製品形状の均一性が確保できる。その結果、焼結後の外形加工に対する負担が軽減され、量産の安定性が大きく向上する事が期待できる。
According to the method for manufacturing a permanent magnet for a rotating electric machine according to the seventh aspect , the magnetic flux can be concentrated on an area that is easily demagnetized by controlling the orientation direction of the axis of easy magnetization. Even if demagnetization occurs in the permanent magnet, it is possible to maintain a necessary and sufficient surface magnetic flux density. As a result, it is possible to prevent the torque and the power generation amount of the rotating electric machine from gradually decreasing with the use of the rotating electric machine. In addition, if the demagnetization resistance can be increased, the magnet volume can be reduced while maintaining the required demagnetization resistance, so that the downsizing of the permanent magnet and the reduction of the manufacturing cost can be realized. For example, the balance between the performance of the permanent magnet and the manufacturing cost can be kept optimal by reducing the magnet volume to the lower limit that can ensure the required demagnetization resistance.
In addition, by forming a mixture of the magnet powder and the binder, it is possible to orient the magnetization easy axis appropriately to focus on the demagnetization target area. As a result, it is possible to appropriately concentrate the magnetic flux after the magnetization, and it is possible to secure the demagnetization resistance and prevent the variation in the magnetic flux density.
In addition, since the mixture with the binder is molded, the magnet particles do not rotate after the orientation and the degree of orientation can be improved as compared with the case of using powder compacting or the like.
When the magnetic field orientation is performed on the mixture with the binder, the number of turns of the current can be used, so that a large magnetic field strength can be secured when the magnetic field orientation is performed. , It is possible to realize a high degree of orientation with little variation. Then, if the orientation direction is corrected after the orientation, it is possible to secure a high orientation and an orientation with little variation.
Further, realization of high orientation with little variation leads to reduction in variation in shrinkage due to sintering. That is, uniformity of the product shape after sintering can be secured. As a result, it is expected that the burden on the external processing after sintering is reduced, and the stability of mass production is greatly improved.
また、請求項7に記載の回転電機用永久磁石の製造方法によれば、永久磁石の全体ではなく、減磁対象エリアを含む一部のエリアのみを対象として減磁対象エリアへと集束するように磁化容易軸を配向するので、減磁対象エリアの磁束密度を高くできる一方で、磁化容易軸を集束させることによる弊害(例えば減磁対象エリアから離れたエリアで磁束密度の低下が生じること等)を解消することが可能となる。 According to the method for manufacturing a permanent magnet for a rotating electric machine according to the seventh aspect , the focusing is performed not on the entire permanent magnet but on only a part of the area including the demagnetization target area to the demagnetization target area. Since the easy axis of magnetization is oriented in the direction, the magnetic flux density in the area to be demagnetized can be increased, but the adverse effect of focusing the easy axis of magnetization (for example, a decrease in magnetic flux density in an area far from the area to be demagnetized, etc. ) Can be eliminated.
また、請求項8に記載の回転電機用永久磁石の製造方法によれば、磁化容易軸が減磁対象エリアへと集束するように配向された一部のエリアを除いて、ラジアル方向やパラレル方向に磁化容易軸を配向するので、永久磁石を用いる回転電機の種類に応じた適切な配向を実現することが可能となる。
According to the method for manufacturing a permanent magnet for a rotating electric machine according to
また、請求項9に記載の回転電機用永久磁石の製造方法によれば、一旦磁場配向された混合物を変形することによって、配向方向を補正し、減磁対象エリアへと磁化容易軸を適切に集束させるように配向することが可能となる。その結果、高配向かつバラつきの少ない配向を行うことが可能となる。また、混合物を成形体へと成形する際に、成形体への変形を行うと同時に配向方向を補正することが可能となる。その結果、永久磁石の成形工程と配向工程とを一の工程で行うことが可能となり、生産性を向上させることが可能となる。 According to the method of manufacturing a permanent magnet for a rotating electric machine according to the ninth aspect , the orientation direction is corrected by deforming the magnetically oriented mixture once, and the easy axis of magnetization is appropriately shifted to the demagnetization target area. It is possible to orient so as to focus. As a result, it is possible to perform high orientation and orientation with little variation. Further, when the mixture is formed into a molded body, the orientation direction can be corrected while deforming the molded body. As a result, the molding step and the orientation step of the permanent magnet can be performed in one step, and the productivity can be improved.
また、請求項10に記載の回転電機用永久磁石の製造方法によれば、混合物を一旦シート状に成形した後に磁場配向を行い、その後に成形体への変形を行うので、成形工程や磁場配向工程を連続工程で効率よく行うことが可能であり、生産性を向上させることが可能となる。
According to the method for manufacturing a permanent magnet for a rotating electric machine according to
更に、請求項11に記載の回転電機の製造方法によれば、回転電機に配置された永久磁石に減磁が生じたとしてもトルクや発電量が低下することを防止することが可能となる。 Further, according to the method for manufacturing a rotating electric machine according to the eleventh aspect , it is possible to prevent a decrease in torque and power generation even if demagnetization occurs in a permanent magnet arranged in the rotating electric machine.
以下、本発明に係る回転電機用永久磁石及び回転電機用永久磁石の製造方法、並びに該回転電機用永久磁石を用いた回転電機及び回転電機の製造方法について具体化した一実施形態について以下に図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a permanent magnet for a rotating electric machine according to the present invention, a method for manufacturing the permanent magnet for the rotating electric machine, and a rotating electric machine using the permanent magnet for the rotating electric machine and a method for manufacturing the rotating electric machine will be described in detail with reference to the drawings. This will be described in detail with reference to FIG.
[永久磁石の構成]
先ず、本発明に係る回転電機用永久磁石に相当する永久磁石1の構成について説明する。図1は本発明に係る永久磁石1を示した全体図である。図1に示すように本発明に係る永久磁石1は断面が台形形状である略直方体形状を有する永久磁石である。そして、図2に示すように埋込磁石型のモータ(又は発電機)2のロータ3に形成された収容部(スロット)4に収容され、埋込磁石型のモータ(又は発電機)を構成する。図2は、永久磁石1が配置された埋込磁石型のモータ(以下、IPMモータという)2を示した図である。尚、以下の実施例では永久磁石1の形状を断面が台形形状である略直方体形状とした例について説明するが、永久磁石1の形状は配置対象となる回転電機の種別や形状等によって適宜変更可能である。例えば、断面を台形形状ではなく弓型形状や矩形形状としても良い。また、埋込磁石型のモータ(又は発電機)以外に、SPMモータ等の表面磁石型のモータ(又は発電機)に適用することも可能である。
[Configuration of permanent magnet]
First, the configuration of the
また、本発明に係る永久磁石1はNd−Fe−B系磁石からなる。尚、各成分の含有量はNd:27〜40wt%、B:0.8〜2wt%、Fe(電解鉄):60〜70wt%とする。また、磁気特性向上の為、Dy、Tb、Co、Cu、Al、Si、Ga、Nb、V、Pr、Mo、Zr、Ta、Ti、W、Ag、Bi、Zn、Mg等の他元素を少量含んでも良い。
Further, the
更に、永久磁石1は、後述のように磁石粉末とバインダーを混合した混合物を成形した成形体(グリーン成形体)によって形成される。尚、混合物を直接に図1に示す略直方体形状に成形するのではなく、一旦略直方体形状以外(例えば、シート形状、ブロック形状等)に成形し、その後に打ち抜き加工、切削加工、変形加工等を行うことによって略直方体形状とする構成としても良い。また、特に混合物を一旦シート形状とした後に略直方体形状に加工する構成とすれば連続工程で生産することによって生産性を向上でき、また、成形の精度についても向上させることができる。混合物をシート形状とする場合には、例えば0.05mm〜10mm(例えば1mm)の厚さを備えた薄膜状のシート部材とする。尚、シート形状とした場合であっても、複数枚積層することとすれば、大型の永久磁石1を製造することも可能である。
Further, the
また、本発明に係る永久磁石1は異方性磁石であり、図3に示すように磁化容易軸(C軸)が配向されている。ここで、永久磁石1は、断面から見ると基本的に3つのエリアに区分されており、台形の左辺側に位置する第1エリア5と、台形の右辺側に位置する第2エリア6と、台形の中央に位置する第3エリア7とからなる。そして、エリア毎に異なる方向に磁化容易軸が配向されている。
Further, the
具体的には、第1エリア5と第2エリア6は、第1エリア5と第2エリア6に含まれる特定のエリア(以下、減磁対象エリアという)へと集束するように磁化容易軸が傾斜して配向される。一方、第3エリア7は、磁化容易軸を集束させることなくパラレル方向に磁化容易軸が配向される。即ち、第1エリア5と第2エリア6が本発明に係る集束対象エリアに相当する。尚、第1エリア5及び第2エリア6において磁化容易軸(C軸)は、直線状に減磁対象エリアへと集束するように配向させても良いし、曲線に沿って減磁対象エリアへと集束するように配向させても良い。
Specifically, the
ここで、第1エリア5と第2エリア6において磁化容易軸を集束させる目標となる減磁対象エリアは、磁石内部のエリアであって、図4に示すように永久磁石1をIPMモータ2のロータ3に配置した場合に、他のエリアに比べて減磁され易いエリアとなる。より具体的には、ステータやエアギャップに対向する辺の両端角付近となる。尚、図4に示す減磁対象エリアが他のエリアに比べて減磁し易いのは、磁束線の短絡によって大きな反磁界が生じることが考えられる。
Here, the demagnetization target area which is the target of focusing the easy axis in the
また、図3に示す例では第3エリア7はパラレル方向に磁化容易軸を配向させる構成としているが、ラジアル方向(径方向)に配向させる構成としても良い。また、第1エリア5と第2エリア6と第3エリア7のサイズの比率は適宜変更することが可能である。例えば、第1エリア5を第2エリア6よりも大きくしても良い。また、図3に示す例では永久磁石1を3つのエリアに区分しているが、2つ又は4つ以上のエリアに区分し、エリア毎に異なる方向に磁化容易軸を配向するように構成しても良い。それによって減磁対象エリアが3か所以上ある場合であっても各減磁対象エリアへと磁化容易軸を収束させるように配向することが可能となる。
Further, in the example shown in FIG. 3, the third area 7 has a configuration in which the axis of easy magnetization is oriented in the parallel direction, but may have a configuration in which the third area 7 is oriented in the radial direction (radial direction). Further, the size ratio of the
そして、図3に示すように永久磁石1を配向した場合には、永久磁石1がIPMモータ2に配置された場合において、減磁され易い減磁対象エリアに磁化容易軸(C軸)が集束するように配向されることとなる。その結果、永久磁石1がIPMモータ2に配置され且つ着磁された場合に、減磁され易い減磁対象エリアへと磁石内部の磁束が集中する(即ち、磁束密度が高くなる)こととなる。従って、IPMモータ2の使用に伴って永久磁石1に減磁が生じたとしても、必要十分な表面磁束密度を保持することが可能となる。また、永久磁石1の全体ではなく、第1エリア5と第2エリア6のみを対象として減磁対象エリアへと集束するように磁化容易軸を傾斜して配向するので、減磁対象エリアの磁束密度を高くできる一方で、磁化容易軸を集束させることによる弊害(例えば減磁対象エリアから離れたエリアで磁束密度の低下が生じること等)を解消することが可能となる。尚、第1エリア5と第2エリア6を第3エリア7に対して大きくすれば、磁石内部の磁束を減磁対象エリアにより集中させることができるが、その一方で磁化容易軸を集束させることによる弊害が生じる虞が高くなる。
Then, when the
次に、本発明に係る永久磁石1を表面磁石型モータ(SPMモータ)に適用する場合についても説明する。SPMモータに適用する場合には図5に示すように永久磁石1をセグメント形状とし、左辺側に位置する第1エリア8と、右辺側に位置する第2エリア9と、中央に位置する第3エリア10とから構成する。
Next, a case where the
そして、第1エリア8と第2エリア9は、減磁対象エリアへと集束するように磁化容易軸が傾斜して配向される。一方、第3エリア10は、磁化容易軸を集束させることなくラジアル方向(径方向)に磁化容易軸が配向される。即ち、第1エリア8と第2エリア9が本発明に係る集束対象エリアに相当する。ここで、第1エリア8と第2エリア9において磁化容易軸を集束させる目標となる減磁対象エリアは、図6に示すように永久磁石1をSPMモータのロータ3に配置した場合に、他のエリアに比べて減磁され易いエリアとなる。より具体的には、ステータやエアギャップに対向する辺の両端角付近となる。
The
また、第1エリア8及び第2エリア9において磁化容易軸(C軸)は、直線状に減磁対象エリアへと集束するように配向させても良いし、曲線に沿って減磁対象エリアへと集束するように配向させても良い。
In the
尚、図5に示す例では第3エリア10はラジアル方向に磁化容易軸を配向させる構成としているが、パラレル方向(平行方向)に配向させる構成としても良い。また、第1エリア8と第2エリア9と第3エリア10のサイズの比率は適宜変更することが可能である。例えば、第1エリア8を第2エリア9よりも大きくしても良い。また、図5に示す例では永久磁石1を3つのエリアに区分しているが、2つ又は4つ以上のエリアに区分し、エリア毎に異なる方向に磁化容易軸を配向するように構成しても良い。
In the example shown in FIG. 5, the
そして、図5に示すように永久磁石1を配向した場合においても、図3と同様に減磁され易い減磁対象エリアへと磁石内部の磁束が集中する(即ち、磁束密度が高くなる)こととなる。従って、SPMモータの使用に伴って永久磁石1に減磁が生じたとしても、必要十分な表面磁束密度を保持することが可能となる。また、第1エリア8と第2エリア9のみを対象として減磁対象エリアへと集束するように磁化容易軸を傾斜して配向するので、磁化容易軸を集束させることによる弊害(例えば減磁対象エリアから離れたエリアで磁束密度の低下が生じること等)を解消することが可能となる。
Then, even when the
また、本発明に係る永久磁石1では、後述のように磁石粉末とバインダーを混合した混合物に対して磁場を印加して配向するので、圧粉成形のように配向後に付加された圧力によって磁石粒子が回動することがなく、配向度を向上させることが可能である。また、PLP法のように磁石粉末の密度分布にばらつきが生じることがないので、ニアネットシェイプ性が向上する。更に、製品形状(例えば図1に示す略直方体形状)への成形前の混合物に対して磁場を印加して一旦配向を行った後に、混合物の磁化容易軸の方向を考慮して混合物を成形(例えば変形加工)し、製品形状へと成形することとすれば、製品形状への成形過程において磁化容易軸の方向を操作することができる。即ち、製造者の意図する方向へ磁化容易軸を適切に配向させることが可能となる。その結果、複雑な方向へと磁化容易軸を配向した永久磁石(例えば図3、図5に示すような磁化容易軸を特定方向に集束させるように配向した異方性磁石)を容易且つ精度良く実現することが可能となる。
Further, in the
また、上述したように本発明に係る永久磁石1は、減磁対象エリアへと磁化容易軸が集束するように配向されたエリア(例えば第1エリア5、8や第2エリア6、9)と、磁化容易軸が集束することなくパラレル方向やラジアル方向に配向されたエリア(例えば第3エリア7、10)とに区分されるが、混合物を製品形状に成型する際には、各エリアを異なる成形体で成形し、磁場配向された各成形体を焼結前又は焼結後に接合することによって最終的な製品形状としても良い。その場合には、各エリアを一体に成形する場合と比較して成形体の接合を行う工程が新たに必要となるが、磁場配向工程は容易且つ高配向が実現可能となる。
Further, as described above, the
また、本発明では特に永久磁石1を製造する場合において、磁石粉末に混合されるバインダーは、樹脂や長鎖炭化水素や脂肪酸エステルやそれらの混合物等が用いられる。
更に、バインダーに樹脂を用いる場合には、構造中に酸素原子を含まず、且つ解重合性のあるポリマーを用いるのが好ましい。また、後述のように磁石粉末とバインダーとの混合物を所望形状(例えば略直方体形状)に成形する際に生じた混合物の残余物を再利用する為、及び混合物を加熱して軟化した状態で磁場配向を行う為に、熱可塑性樹脂が用いられる。具体的には以下の一般式(1)に示されるモノマーから選ばれる1種又は2種以上の重合体又は共重合体からなるポリマーが該当する。
Further, when a resin is used as the binder, it is preferable to use a depolymerizable polymer that does not contain an oxygen atom in the structure. In addition, as described later, in order to reuse the residue of the mixture generated when the mixture of the magnet powder and the binder is formed into a desired shape (for example, a substantially rectangular parallelepiped shape), and to heat the mixture to a magnetic field in a softened state. In order to perform orientation, a thermoplastic resin is used. Specifically, a polymer composed of one or more polymers or copolymers selected from the monomers represented by the following general formula (1) corresponds to the above.
上記条件に該当するポリマーとしては、例えばイソブチレンの重合体であるポリイソブチレン(PIB)、イソプレンの重合体であるポリイソプレン(イソプレンゴム、IR)、1,3−ブタジエンの重合体であるポリブタジエン(ブタジエンゴム、BR)、スチレンの重合体であるポリスチレン、スチレンとイソプレンの共重合体であるスチレン−イソプレンブロック共重合体(SIS)、イソブチレンとイソプレンの共重合体であるブチルゴム(IIR)、スチレンとブタジエンの共重合体であるスチレン−ブタジエンブロック共重合体(SBS)、2−メチル−1−ペンテンの重合体である2−メチル−1−ペンテン重合樹脂、2−メチル−1−ブテンの重合体である2−メチル−1−ブテン重合樹脂、α−メチルスチレンの重合体であるα−メチルスチレン重合樹脂等がある。尚、α−メチルスチレン重合樹脂は柔軟性を与えるために低分子量のポリイソブチレンを添加することが望ましい。また、バインダーに用いる樹脂としては、酸素原子を含むモノマーの重合体又は共重合体(例えば、ポリブチルメタクリレートやポリメチルメタクリレート等)を少量含む構成としても良い。更に、上記一般式(1)に該当しないモノマーが一部共重合していても良い。その場合であっても、本願発明の目的を達成することが可能である。
尚、バインダーに用いる樹脂としては、磁場配向を適切に行う為に250℃以下で軟化する熱可塑性樹脂、より具体的にはガラス転移点又は流動開始温度が250℃以下の熱可塑性樹脂を用いることが望ましい。
Examples of the polymer corresponding to the above conditions include polyisobutylene (PIB) which is a polymer of isobutylene, polyisoprene (isoprene rubber, IR) which is a polymer of isoprene, and polybutadiene (butadiene) which is a polymer of 1,3-butadiene. Rubber, BR), polystyrene which is a polymer of styrene, styrene-isoprene block copolymer (SIS) which is a copolymer of styrene and isoprene, butyl rubber (IIR) which is a copolymer of isobutylene and isoprene, styrene and butadiene A styrene-butadiene block copolymer (SBS), a copolymer of 2-methyl-1-pentene, a polymer of 2-methyl-1-pentene, and a polymer of 2-methyl-1-butene. Certain 2-methyl-1-butene polymer resin, α-methylstyrene polymer That there is α- methyl styrene polymer resin. In addition, it is desirable to add low molecular weight polyisobutylene to the α-methylstyrene polymer resin in order to give flexibility. Further, the resin used for the binder may be configured to contain a small amount of a polymer or copolymer of a monomer containing an oxygen atom (for example, polybutyl methacrylate or polymethyl methacrylate). Further, a monomer which does not correspond to the general formula (1) may be partially copolymerized. Even in that case, it is possible to achieve the object of the present invention.
In addition, as the resin used for the binder, a thermoplastic resin that softens at 250 ° C. or less to appropriately perform magnetic field orientation, more specifically, a thermoplastic resin having a glass transition point or a flow start temperature of 250 ° C. or less is used. Is desirable.
一方、バインダーに長鎖炭化水素を用いる場合には、室温で固体、室温以上で液体である長鎖飽和炭化水素(長鎖アルカン)を用いるのが好ましい。具体的には炭素数が18以上である長鎖飽和炭化水素を用いるのが好ましい。そして、後述のように磁石粉末とバインダーとの混合物を磁場配向する際には、混合物を長鎖炭化水素のガラス転移点又は流動開始温度以上で加熱して軟化した状態で磁場配向を行う。 On the other hand, when a long-chain hydrocarbon is used as the binder, it is preferable to use a long-chain saturated hydrocarbon (long-chain alkane) which is solid at room temperature and liquid at room temperature or higher. Specifically, it is preferable to use a long-chain saturated hydrocarbon having 18 or more carbon atoms. Then, when the mixture of the magnet powder and the binder is magnetically oriented as described later, the magnetic field is oriented in a state where the mixture is heated at a temperature equal to or higher than the glass transition point or the flow start temperature of the long-chain hydrocarbon and softened.
また、バインダーに脂肪酸エステルを用いる場合においても同様に、室温で固体、室温以上で液体であるステアリン酸メチルやドコサン酸メチル等を用いるのが好ましい。そして、後述のように磁石粉末とバインダーとの混合物を磁場配向する際には、混合物を脂肪酸エステルの流動開始温度以上で加熱して軟化した状態で磁場配向を行う。 Similarly, when a fatty acid ester is used as the binder, it is preferable to use methyl stearate or methyl docosanoate which is solid at room temperature and liquid at room temperature or higher. When the mixture of the magnet powder and the binder is magnetically oriented as described below, the magnetic field orientation is performed in a state where the mixture is heated at a temperature equal to or higher than the flow start temperature of the fatty acid ester and softened.
磁石粉末に混合されるバインダーとして上記条件を満たすバインダーを用いることによって、磁石内に含有する炭素量及び酸素量を低減させることが可能となる。具体的には、焼結後に磁石に残存する炭素量を2000ppm以下、より好ましくは1000ppm以下とする。また、焼結後に磁石に残存する酸素量を5000ppm以下、より好ましくは2000ppm以下とする。 By using a binder satisfying the above conditions as the binder mixed with the magnet powder, it becomes possible to reduce the amount of carbon and the amount of oxygen contained in the magnet. Specifically, the amount of carbon remaining in the magnet after sintering is set to 2000 ppm or less, more preferably 1000 ppm or less. Further, the amount of oxygen remaining in the magnet after sintering is set to 5000 ppm or less, more preferably 2000 ppm or less.
また、バインダーの添加量は、スラリーや加熱溶融したコンパウンドを成形する際に成形体の厚み精度を向上させる為に、磁石粒子間の空隙を適切に充填する量とする。例えば、磁石粉末とバインダーの合計量に対するバインダーの比率が、1wt%〜40wt%、より好ましくは2wt%〜30wt%、更に好ましくは3wt%〜20wt%とする。 Further, the amount of the binder to be added is such that the gap between the magnet particles is appropriately filled in order to improve the thickness accuracy of the molded body when molding the slurry or the compound melted by heating. For example, the ratio of the binder to the total amount of the magnet powder and the binder is 1 wt% to 40 wt%, more preferably 2 wt% to 30 wt%, and still more preferably 3 wt% to 20 wt%.
[回転電機の構成]
また、上記永久磁石1がロータ3のスロット4に収容される埋込磁石型のIPMモータ2は、図2に示すようにステータ11と、ステータ11の内側で回転自在に配置されたロータ3とから基本的に構成される。
[Configuration of rotating electric machine]
The permanent magnet type IPM motor 2 in which the
また、ステータ11は、電磁鋼板等の磁性材料からなるステータコア12と、ステータコア12に巻装された複数の巻線13とから基本的に構成される。更に、ステータコア12は、円環状のヨークと、ヨークから径方向外側に突出する複数のティースからなり、巻線13はティースに巻き付けられている。尚、巻線13の巻装形態には、集中巻き方式と分布巻き方式がある。集中巻き方式とは、ティース毎に巻線13が巻装される形態であり、分布巻き方式とは、複数のティースに跨って巻線13が巻装される形態である。
The
一方、ロータ3には、永久磁石1が収容されるスロット4が形成される。スロット4は、ロータ3の軸方向に沿って永久磁石1と対応する形状(例えば断面台形形状)に複数(図2では4個)形成される。尚、スロット4の端部にはフラックスバリアとして空隙を形成しても良い。そして、スロット4内には上述した永久磁石1が配置される。尚、永久磁石1はスロット4に充填された充填剤を介してスロット4に固定される。充填剤としては、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂を用いることができる。
On the other hand, a
また、本発明に係る永久磁石1は異方性磁石であり、例えば図3に示す方向に磁化容易軸(C軸)が配向される。その結果、永久磁石1がロータ3のスロット4に収容され、永久磁石1の磁化容易軸に平行に磁場を印加し着磁を行った場合には、IPMモータ2を実現する為の磁場を形成することが可能となる。更に、前記したように着磁後の永久磁石1は、減磁し易い減磁対象エリアへと磁束が集中するように構成される。
Further, the
一方、ロータ3の中央には、ロータ3に一端が固定された回転軸14を備える。そして、回転軸14はロータ3が回転するとロータ3の回転に伴って回転するように構成される。
On the other hand, at the center of the
そして、上記構成を有するIPMモータ2において、ステータ11の巻線13に電流を印加すると、ロータ3とステータ11との間に磁気による吸引力と反発力が生じ、回転軸14を中心にロータ3が回転する。また、減磁し易い減磁対象エリアへと磁束が集中するように構成することによって、減磁によるトルクの低下を防止することが可能である。
In the IPM motor 2 having the above configuration, when a current is applied to the winding 13 of the
[永久磁石及び永久磁石を用いた回転電機の製造方法]
次に、本発明に係る永久磁石1及び永久磁石1を用いた回転電機の製造方法について図7及び図8を用いて説明する。図7及び図8は本実施形態に係る永久磁石1及び永久磁石1を用いた回転電機の製造工程を示した説明図である。
[Manufacturing method of permanent magnet and rotating electric machine using permanent magnet]
Next, a
先ず、所定分率のNd−Fe−B(例えばNd:32.7wt%、Fe(電解鉄):65.96wt%、B:1.34wt%)からなる、インゴットを製造する。その後、インゴットをスタンプミルやクラッシャー等によって200μm程度の大きさに粗粉砕する。若しくは、インゴットを溶解し、ストリップキャスト法でフレークを作製し、水素解砕法で粗粉化する。それによって、粗粉砕磁石粉末15を得る。
First, an ingot made of a predetermined fraction of Nd—Fe—B (for example, Nd: 32.7 wt%, Fe (electrolytic iron): 65.96 wt%, B: 1.34 wt%) is manufactured. Thereafter, the ingot is roughly crushed to a size of about 200 μm by a stamp mill, a crusher, or the like. Alternatively, the ingot is melted, flakes are produced by a strip casting method, and coarsened by a hydrogen disintegration method. Thereby, coarsely
次いで、粗粉砕磁石粉末15をビーズミル16による湿式法又はジェットミルを用いた乾式法等によって微粉砕する。例えば、ビーズミル16による湿式法を用いた微粉砕では溶媒中で粗粉砕磁石粉末15を所定範囲の粒径(例えば0.1μm〜5.0μm)に微粉砕するとともに溶媒中に磁石粉末を分散させる。その後、湿式粉砕後の溶媒に含まれる磁石粉末を真空乾燥などで乾燥させ、乾燥した磁石粉末を取り出す。また、粉砕に用いる溶媒の種類に特に制限はなく、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノールなどのアルコール類、酢酸エチル等のエステル類、ペンタン、ヘキサンなどの低級炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレンなど芳香族類、ケトン類、それらの混合物等が使用できる。尚、好ましくは、溶媒中に酸素原子を含まない溶媒が用いられる。
Next, the coarsely
一方、ジェットミルによる乾式法を用いた微粉砕では、粗粉砕した磁石粉末を、(a)酸素含有量が実質的に0%の窒素ガス、Arガス、Heガスなど不活性ガスからなる雰囲気中、又は(b)酸素含有量が0.0001〜0.5%の窒素ガス、Arガス、Heガスなど不活性ガスからなる雰囲気中で、ジェットミルにより微粉砕し、所定範囲の粒径(例えば0.7μm〜5.0μm)の平均粒径を有する微粉末とする。尚、酸素濃度が実質的に0%とは、酸素濃度が完全に0%である場合に限定されず、微粉の表面にごく僅かに酸化被膜を形成する程度の量の酸素を含有しても良いことを意味する。 On the other hand, in the fine pulverization using a dry method by a jet mill, the coarsely pulverized magnet powder is mixed in an atmosphere consisting of (a) an inert gas such as nitrogen gas, Ar gas, or He gas having an oxygen content of substantially 0%. Or (b) finely pulverized with a jet mill in an atmosphere composed of an inert gas such as nitrogen gas, Ar gas, or He gas having an oxygen content of 0.0001 to 0.5%, and a particle size in a predetermined range (for example, (0.7 μm to 5.0 μm). The oxygen concentration of substantially 0% is not limited to the case where the oxygen concentration is completely 0%, and the oxygen concentration may be such that an oxide film is formed only slightly on the surface of the fine powder. Means good.
次に、ビーズミル16等で微粉砕された磁石粉末を所望形状に成型する。尚、磁石粉末の成形には、磁石粉末とバインダーとを混合した混合物を成形することにより行う。以下の実施例では、混合物を一旦製品形状以外に成形した状態で磁場を印加して磁場配向を行い、その後に打ち抜き加工、切削加工、変形加工等を行うことによって製品形状(例えば図1に示す略直方体形状)とする。特に、以下の実施例では混合物をシート形状のグリーン成形体(以下、グリーンシートという)に一旦成形した後に製品形状とする。また、混合物を特にシート形状に成形する場合には、例えば磁石粉末とバインダーとが混合したコンパウンドを加熱した後にシート形状に成形するホットメルト塗工や、磁石粉末とバインダーと有機溶媒とを含むスラリーを基材上に塗工することによりシート状に成形するスラリー塗工等による成形が有る。
Next, the magnet powder finely pulverized by the
以下では、特にホットメルト塗工を用いたグリーンシート成形について説明する。
先ず、ビーズミル16等で微粉砕された磁石粉末にバインダーを混合することにより、磁石粉末とバインダーからなる粘土状の混合物(コンパウンド)17を作製する。ここで、バインダーとしては、上述したように樹脂や長鎖炭化水素や脂肪酸エステルやそれらの混合物等が用いられる。例えば、樹脂を用いる場合には構造中に酸素原子を含まず、且つ解重合性のあるポリマーからなる熱可塑性樹脂を用い、一方、長鎖炭化水素を用いる場合には、室温で固体、室温以上で液体である長鎖飽和炭化水素(長鎖アルカン)を用いるのが好ましい。また、脂肪酸エステルを用いる場合には、ステアリン酸メチルやドコサン酸メチル等を用いるのが好ましい。また、バインダーの添加量は、上述したように添加後のコンパウンド17における磁石粉末とバインダーの合計量に対するバインダーの比率が、1wt%〜40wt%、より好ましくは2wt%〜30wt%、更に好ましくは3wt%〜20wt%となる量とする。
Hereinafter, particularly, green sheet molding using hot melt coating will be described.
First, a clay-like mixture (compound) 17 composed of a magnet powder and a binder is prepared by mixing a binder with the magnet powder finely pulverized by a
また、上記コンパウンド17には、後に行われる磁場配向工程での配向度を向上させる為に配向を助長する添加剤を添加しても良い。配向を助長する添加剤としては例えば炭化水素系の添加剤が用いられ、特に極性を有する(具体的には酸解離定数pKaが41未満の)添加剤を用いるのが望ましい。また、添加剤の添加量は磁石粉末の粒子径に依存し、磁石粉末の粒子径が小さい程、添加量を多くする必要がある。具体的な添加量としては、磁石粉末に対して0.1部〜10部、より好ましくは1部〜8部とする。そして、磁石粉末に添加された添加剤は、磁石粒子の表面に付着し、後述の磁場配向処理において、磁石粒子の回動を補助する役目を有する。その結果、磁場を印加した際に配向が容易に行われ、磁石粒子の磁化容易軸方向を同一方向に揃えること(即ち、配向度を高くすること)が可能となる。特に、磁石粉末にバインダーを添加する場合には、粒子表面にバインダーが存在するため、配向時の摩擦力が上がり、粒子の配向性が低下する為、添加剤を添加する効果がより大きくなる。
Further, the
尚、バインダーの添加は、窒素ガス、Arガス、Heガスなど不活性ガスからなる雰囲気で行う。尚、磁石粉末とバインダーの混合は、例えば磁石粉末とバインダーをそれぞれ攪拌機に投入し、攪拌機で攪拌することにより行う。また、混練性を促進する為に加熱攪拌を行っても良い。また、磁石粉末とバインダーの混合は、窒素ガス、Arガス、Heガスなど不活性ガスからなる雰囲気で行うことが望ましい。また、特に磁石粉末を湿式法で粉砕した場合においては、粉砕に用いた溶媒から磁石粉末を取り出すことなくバインダーを溶媒中に添加して混練し、その後に溶媒を揮発させ、後述のコンパウンド17を得る構成としても良い。 The binder is added in an atmosphere composed of an inert gas such as a nitrogen gas, an Ar gas, and a He gas. The mixing of the magnet powder and the binder is performed, for example, by putting the magnet powder and the binder into a stirrer and stirring with a stirrer. Heating and stirring may be performed to promote kneading. The mixing of the magnet powder and the binder is desirably performed in an atmosphere composed of an inert gas such as nitrogen gas, Ar gas, and He gas. In particular, when the magnet powder is pulverized by a wet method, the binder is added to the solvent and kneaded without removing the magnet powder from the solvent used for the pulverization, and then the solvent is volatilized. It is good also as a structure obtained.
続いて、コンパウンド17をシート状に成形することによりグリーンシートを作成する。特に、ホットメルト塗工では、コンパウンド17を加熱することによりコンパウンド17を溶融し、流体状にしてからセパレータ等の支持基材18上に塗工する。その後、放熱して凝固させることにより、支持基材18上に長尺シート状のグリーンシート19を形成する。尚、コンパウンド17を加熱溶融する際の温度は、用いるバインダーの種類や量によって異なるが50〜300℃とする。但し、用いるバインダーの流動開始温度よりも高い温度とする必要がある。尚、スラリー塗工を用いる場合には、多量の溶媒中に磁石粉末とバインダー(更に配向を助長する添加剤を含めても良い)を分散させ、スラリーをセパレータ等の支持基材18上に塗工する。その後、乾燥して溶媒を揮発させることにより、支持基材18上に長尺シート状のグリーンシート19を形成する。
Subsequently, the
ここで、溶融したコンパウンド17の塗工方式は、スロットダイ方式やカレンダーロール方式等の層厚制御性に優れる方式を用いることが好ましい。特に、高い厚み精度を実現する為には、特に層厚制御性に優れた(即ち、基材の表面に高精度の厚さの層を塗工できる方式)であるダイ方式やコンマ塗工方式を用いることが望ましい。例えば、スロットダイ方式では、加熱して流体状にしたコンパウンド17をギアポンプにより押し出してダイに挿入することにより塗工を行う。また、カレンダーロール方式では、加熱した2本ロールのギャップにコンパウンド17を一定量仕込み、ロールを回転させつつ支持基材18上にロールの熱で溶融したコンパウンド17を塗工する。また、支持基材18としては、例えばシリコーン処理ポリエステルフィルムを用いる。更に、消泡剤を用いたり、加熱真空脱泡を行うこと等によって展開層中に気泡が残らないよう充分に脱泡処理することが好ましい。また、支持基材18上に塗工するのではなく、押出成型や射出成形によって溶融したコンパウンド17をシート状に成型するとともに支持基材18上に押し出すことによって、支持基材18上にグリーンシート19を成形する構成としても良い。
Here, as a coating method of the
また、スロットダイ方式によるグリーンシート19の形成工程では、塗工後のグリーンシート19のシート厚みを実測し、実測値に基づいてダイ20と支持基材18間のギャップをフィードバック制御することが望ましい。また、ダイ20に供給する流体状のコンパウンド17の量の変動は極力低下させ(例えば±0.1%以下の変動に抑える)、更に塗工速度の変動についても極力低下させる(例えば±0.1%以下の変動に抑える)ことが望ましい。それによって、グリーンシート19の厚み精度を更に向上させることが可能である。尚、形成されるグリーンシート19の厚み精度は、設計値(例えば1mm)に対して±10%以内、より好ましくは±3%以内、更に好ましくは±1%以内とする。尚、他方のカレンダーロール方式では、カレンダー条件を同様に実測値に基づいて制御することで、支持基材18へのコンパウンド17の転写膜厚を制御することが可能である。
In the step of forming the
尚、グリーンシート19の設定厚みは、0.05mm〜20mmの範囲で設定することが望ましい。厚みを0.05mmより薄くすると、多層積層しなければならないので生産性が低下することとなる。
Note that the set thickness of the
次に、上述したホットメルト塗工によって支持基材18上に形成されたグリーンシート19の磁場配向を行う。具体的には、先ず支持基材18とともに連続搬送されるグリーンシート19を加熱することによりグリーンシート19を軟化させる。具体的には、グリーンシート19の粘度が1〜1500Pa・s、より好ましくは1〜500Pa・sとなるまで軟化させる。それによって、磁場配向を適切に行わせることが可能となる。
Next, magnetic field orientation of the
尚、グリーンシート19を加熱する際の温度及び時間は、用いるバインダーの種類や量によって異なるが、例えば100〜250℃で0.1〜60分とする。但し、グリーンシート19を軟化させる為に、用いるバインダーのガラス転移点又は流動開始温度以上の温度とする必要がある。また、グリーンシート19を加熱する加熱方式としては、例えばホットプレートによる加熱方式や熱媒体(シリコーンオイル)を熱源に用いた加熱方式が有る。次に、加熱により軟化したグリーンシート19の面内方向且つ長さ方向に対して磁場を印加することにより磁場配向を行う。印加する磁場の強さは5000[Oe]〜150000[Oe]、好ましくは、10000[Oe]〜120000[Oe]とする。その結果、グリーンシート19に含まれる磁石結晶のC軸(磁化容易軸)が一方向に配向される。尚、磁場を印加する方向としてはグリーンシート19の面内方向且つ幅方向に対して磁場を印加することとしても良い。また、複数枚のグリーンシート19に対して同時に磁場を印加する構成としても良い。
The temperature and time for heating the
更に、グリーンシート19に磁場を印加する際には、加熱工程と同時に磁場を印加する工程を行う構成としても良いし、加熱工程を行った後であってグリーンシートが凝固する前に磁場を印加する工程を行うこととしても良い。また、ホットメルト塗工により塗工されたグリーンシート19が凝固する前に磁場配向する構成としても良い。その場合には、加熱工程は不要となる。
Further, when applying a magnetic field to the
次に、図9を用いてグリーンシート19の加熱工程及び磁場配向工程についてより詳細に説明する。図9はグリーンシート19の加熱工程及び磁場配向工程を示した模式図である。尚、図9に示す例では、加熱工程と同時に磁場配向工程を行う例について説明する。
Next, the heating step of the
図9に示すように、上述したスロットダイ方式により塗工されたグリーンシート19に対する加熱及び磁場配向は、ロールによって連続搬送された状態の長尺シート状のグリーンシート19に対して行う。即ち、加熱及び磁場配向を行う為の装置を塗工装置(ダイ等)の下流側に配置し、上述した塗工工程と連続した工程により行う。
As shown in FIG. 9, the heating and the magnetic field orientation of the
具体的には、ダイ20やコーティングロール22の下流側において、搬送される支持基材18及びグリーンシート19がソレノイド25内を通過するようにソレノイド25を配置する。更に、ホットプレート26をソレノイド25内においてグリーンシート19に対して上下一対に配置する。そして、上下一対に配置されたホットプレート26によりグリーンシート19を加熱するとともに、ソレノイド25に電流を流すことによって、長尺シート状のグリーンシート19の面内方向(即ち、グリーンシート19のシート面に平行な方向)で且つ長さ方向に磁場を生じさせる。それによって、連続搬送されるグリーンシート19を加熱により軟化させるとともに、軟化したグリーンシート19の面内方向且つ長さ方向(図9の矢印27方向)に対して磁場を印加し、グリーンシート19の適切且つ均一な磁場配向を実現することが可能となる。特に、磁場を印加する方向を面内方向とすることによって、グリーンシート19の表面が逆立つことを防止できる。
また、磁場配向した後に行うグリーンシート19の放熱及び凝固は、搬送状態で行うことが好ましい。それによって、製造工程をより効率化することが可能となる。
Specifically, the
Further, it is preferable that the heat radiation and solidification of the
尚、磁場配向をグリーンシート19の面内方向且つ幅方向に対して行う場合には、ソレノイド25の代わりに搬送されるグリーンシート19の左右に一対の磁場コイルを配置するように構成する。そして、各磁場コイルに電流を流すことによって、長尺シート状のグリーンシート19の面内方向で且つ幅方向に磁場を生じさせることが可能となる。
When the magnetic field orientation is performed in the in-plane direction and the width direction of the
また、磁場配向をグリーンシート19の面に対して垂直方向とすることも可能である。磁場配向をグリーンシート19の面に対して垂直方向に行う場合には、例えばポールピース等を用いた磁場印加装置により行う。尚、磁場配向方向をグリーンシート19の面に対して垂直方向とする場合には、グリーンシート19に対して支持基材18が積層された反対側の面にもフィルムを積層することが好ましい。それによって、グリーンシート19の表面の逆立ちを防止することが可能となる。
Further, the orientation of the magnetic field can be set in a direction perpendicular to the surface of the
また、上述したホットプレート26による加熱方式の代わりに熱媒体(シリコーンオイル)を熱源とした加熱方式を用いても良い。
Further, instead of the above-described heating method using the
ここで、ホットメルト成形を用いずに一般的なスロットダイ方式やドクターブレード方式等によりスラリー等の流動性の高い液状物によってグリーンシート19を成形した場合には、磁場の勾配が生じているところにグリーンシート19が搬入されると、磁場が強い方にグリーンシート19に含まれる磁石粉末が引き寄せられることとなり、グリーンシート19を形成するスラリーの液寄り、即ち、グリーンシート19の厚みの偏りが生じる虞がある。それに対して、本発明のようにコンパウンド17をホットメルト成形によりグリーンシート19に成形する場合には、室温付近での粘度は数万〜数十万Pa・sに達し、磁場勾配通過時の磁性粉末の寄りが生じることが無い。更に、均一磁場中に搬送され、加熱されることでバインダーの粘度低下が生じ、均一磁場中の回転トルクのみで、一様なC軸配向が可能となる。
Here, when the
また、ホットメルト成形を用いずに一般的なスロットダイ方式やドクターブレード方式等により有機溶媒を含むスラリー等の流動性の高い液状物によってグリーンシート19を成形した場合には、厚さ1mmを越えるシートを作成しようとすると乾燥時においてスラリー等に含まれる有機溶媒が気化することによる発泡が課題となる。更に、発泡を抑制する為に乾燥時間を長時間化すれば、磁石粉末の沈降が生じ、それに伴って重力方向に対する磁石粉末の密度分布の偏りが生じ、焼成後の反りの原因となる。従って、スラリーからの成形では、厚みの上限値が実質上規制される為、1mm以下の厚みでグリーンシートを成形し、その後に積層する必要がある。しかし、その場合にはバインダー同士の絡まり合いが乏しくなり、その後の脱バインダー工程(仮焼処理)で層間剥離を生じ、それがC軸(磁化容易軸)配向性の低下、即ち残留磁束密度(Br)の低下原因となる。それに対して、本発明のようにコンパウンド17をホットメルト成形によりグリーンシート19に成形する場合には、有機溶媒を含まないので、厚さ1mmを越えるシートを作成した場合でも上述したような発泡の懸念が解消する。そして、バインダーが十分に絡まり合った状態にあるので、脱バインダー工程での層間剥離が生じる虞が無い。
When the
また、複数枚のグリーンシート19に対して同時に磁場を印加させる場合には、例えばグリーンシート19を複数枚(例えば6枚)積層した状態で連続搬送し、積層したグリーンシート19がソレノイド25内を通過するように構成する。それによって生産性を向上させることが可能となる。
When a magnetic field is simultaneously applied to a plurality of
そして、図9に示す方法によりグリーンシート19の磁場配向を行った後に、グリーンシート19に荷重をかけてグリーンシート19を変形させ、製品形状へと成形する。尚、上記変形によって、最終的な製品で要求される磁化容易軸の方向となるように磁化容易軸の方向を変位させる。それによって、図3に示すように第1エリア5と第2エリア6については減磁対象エリアへと磁化容易軸が集束し、第3エリア7については磁化容易軸を集束させることなくパラレル方向やラジアル方向に配向されるように磁化容易軸の方向を操作することが可能となる。尚、グリーンシート19は変形させる前に、最終製品形状と最終製品で要求される磁化容易軸の方向を考慮した形状(即ち、変形させることによって最終製品形状にした場合に最終製品で要求される磁化容易軸の方向が実現できる形状)に予め打ち抜き、その後に変形させる。
Then, after the
また、本発明に係る永久磁石1は、減磁対象エリアへと磁化容易軸が集束するように配向されたエリア(例えば第1エリア5や第2エリア6)と、磁化容易軸が集束することなくパラレル方向やラジアル方向に配向されたエリア(例えば第3エリア7)とに区分されるが、各エリアを一体に成形しても別体に成型しても良い。
Further, in the
例えば一体に成形する場合(パターン1)には、先ず、直線状のグリーンシート19の面に対して垂直方向に磁場を印加する。その後、グリーンシート19を製品形状に対応する形状(例えば直方体形状)に打ち抜き、打ち抜いたグリーンシート19の幅方向の両端から中央側に対して荷重をかけることにより上辺を縮めて台形形状へと成形する。その結果、グリーンシート19の変形に伴ってグリーンシート19の磁化容易軸の方向も補正され、図3に示すような配向を実現した成形体30を作製することが可能となる。尚、グリーンシート19にかける荷重の方向や値を適正化することによって、中央の第3エリア7の磁化容易軸についてはパラレル方向を維持して、左右の第1エリア5と第2エリア6の磁化容易軸のみを傾斜させることが可能となる。
For example, when forming integrally (pattern 1), first, a magnetic field is applied in a direction perpendicular to the surface of the linear
一方で別体に成形する場合(パターン2)には、先ず、直線状のグリーンシート19の面に対して垂直方向に磁場を印加する。次に、グリーンシート19を打ち抜くことによって、第1エリア5に対応する第1成形体31と、第2エリア6に対応する第2成形体32と、第3エリア7に対応する第3成形体33を、それぞれ成形する。その後、第1成形体31と第2成形体32については、両側から中央側に対して荷重をかけることにより上辺を縮めて台形形状へと変形させる。その結果、第1成形体31と第2成形体32の変形に伴って第1成形体31と第2成形体32の磁化容易軸の方向も補正され、第1成形体31と第2成形体32については上辺側に磁化容易軸が集束された断面が台形形状の成形体となる。一方、第3成形体33については変形させず、パラレル方向の配向を維持する。その後、各成形体31〜33を接合することによって、図3に示すような配向を実現した成形体30を作製することが可能となる。尚、成形体31〜33の接合は、接着剤、可塑剤、熱圧着により行われる。また、成形体31〜33の接合は焼結前に行っても良いし、焼結後に行っても良い。
On the other hand, when forming into a separate body (pattern 2), first, a magnetic field is applied in a direction perpendicular to the surface of the linear
また、大きな形状の磁石を製造する場合には、同形状に変形させた複数枚のグリーンシート19を積層し、樹脂などで互いに固定することにより成形しても良い。尚、グリーンシート19を積層した後に変形させても良い。また、製品形状に対応する成形体を成形した後に、成形体に磁場を印加して磁場配向を行う構成としても良い。更に、成形体を成形した後に磁場配向を行う場合には、成形体をスロット4内に収容した後に、スロット4に収容された成形体に対して磁場を印加することにより磁場配向を行うことも可能である。
When a large-sized magnet is manufactured, a plurality of
その後、成形並びに磁場配向された成形体30を大気圧、又は大気圧より高い圧力や低い圧力(例えば、1.0Paや1.0MPa)に加圧した非酸化性雰囲気(特に本発明では水素雰囲気又は水素と不活性ガスの混合ガス雰囲気)においてバインダー分解温度で数時間〜数十時間(例えば5時間)保持することにより仮焼処理を行う。水素雰囲気下で行う場合には、例えば仮焼中の水素の供給量は5L/minとする。仮焼処理を行うことによって、バインダー等の有機化合物を解重合反応等によりモノマーに分解し飛散させて除去することが可能となる。即ち、成形体30中の炭素量を低減させる所謂脱カーボンが行われることとなる。また、仮焼処理は、成形体30中の炭素量が2000ppm以下、より好ましくは1000ppm以下とする条件で行うこととする。それによって、その後の焼結処理で成形体30の全体を緻密に焼結させることが可能となり、残留磁束密度や保磁力の低下を抑制する。また、上述した仮焼処理を行う際の加圧条件を大気圧より高い圧力で行う場合には、15MPa以下とすることが望ましい。尚、加圧条件は大気圧より高い圧力、より具体的には0.2MPa以上とすれば特に炭素量軽減の効果が期待できる。
Thereafter, the molded
尚、バインダー分解温度は、バインダー分解生成物および分解残渣の分析結果に基づき決定する。具体的にはバインダーの分解生成物を補集し、モノマー以外の分解生成物が生成せず、かつ残渣の分析においても残留するバインダー成分の副反応による生成物が検出されない温度範囲が選ばれる。バインダーの種類により異なるが200℃〜900℃、より好ましくは400℃〜600℃(例えば450℃)とする。 In addition, the binder decomposition temperature is determined based on the analysis result of the binder decomposition product and the decomposition residue. Specifically, a temperature range is selected in which the decomposition products of the binder are collected, no decomposition products other than the monomer are generated, and no product due to the side reaction of the remaining binder component is detected in the analysis of the residue. Although it depends on the type of the binder, the temperature is set to 200 ° C to 900 ° C, more preferably 400 ° C to 600 ° C (for example, 450 ° C).
また、上記仮焼処理は、一般的な磁石の焼結を行う場合と比較して、昇温速度を小さくするのが好ましい。具体的には、昇温速度を2℃/min以下(例えば1.5℃/min)とする。従って、仮焼処理を行う場合には、図10に示すように2℃/min以下の所定の昇温速度で昇温し、予め設定された設定温度(バインダー分解温度)に到達した後に、該設定温度で数時間〜数十時間保持することにより仮焼処理を行う。上記のように仮焼処理において昇温速度を小さくすることによって、成形体30中の炭素が急激に除去されず、段階的に除去されるので、焼結後の永久磁石の密度を上昇させる(即ち、永久磁石中の空隙を減少させる)ことが可能となる。そして、昇温速度を2℃/min以下とすれば、焼結後の永久磁石の密度を95%以上とすることができ、高い磁石特性が期待できる。 Further, in the calcination treatment, it is preferable to reduce the rate of temperature rise as compared with the case where general magnet sintering is performed. Specifically, the heating rate is set to 2 ° C./min or less (for example, 1.5 ° C./min). Therefore, when performing the calcination treatment, as shown in FIG. 10, the temperature is raised at a predetermined rate of 2 ° C./min or less, and after reaching a preset temperature (binder decomposition temperature), The calcining process is performed by maintaining the set temperature for several hours to several tens hours. By reducing the heating rate in the calcination treatment as described above, the carbon in the compact 30 is not removed abruptly but is removed stepwise, so that the density of the sintered permanent magnet is increased ( That is, the gap in the permanent magnet can be reduced). If the heating rate is 2 ° C./min or less, the density of the permanent magnet after sintering can be 95% or more, and high magnet properties can be expected.
また、仮焼処理によって仮焼された成形体30を続いて真空雰囲気で保持することにより脱水素処理を行っても良い。脱水素処理では、仮焼処理によって生成された成形体30中のNdH3(活性度大)を、NdH3(活性度大)→NdH2(活性度小)へと段階的に変化させることによって、仮焼処理により活性化された成形体30の活性度を低下させる。それによって、仮焼処理によって仮焼された成形体30をその後に大気中へと移動させた場合であっても、Ndが酸素と結び付くことを防止し、残留磁束密度や保磁力の低下を抑制する。また、磁石結晶の構造をNdH2等からNd2Fe14B構造へと戻す効果も期待できる。
Alternatively, the dehydrogenation treatment may be performed by holding the molded
続いて、仮焼処理によって仮焼された成形体30を焼結する焼結処理を行う。尚、成形体30の焼結方法としては、真空中での無加圧焼結、一軸方向に加圧した状態で焼結する一軸加圧焼結、2軸方向に加圧した状態で焼結する2軸加圧焼結、等方に加圧した状態で焼結する等方加圧焼結等がある。例えば、成形体30をスロット4に収容した際にロータ3の軸方向と同方向となる方向に加圧した状態で焼結する一軸加圧焼結を用いる。また、加圧焼結としては、例えば、ホットプレス焼結、熱間静水圧加圧(HIP)焼結、超高圧合成焼結、ガス加圧焼結、放電プラズマ(SPS)焼結等がある。但し、一軸方向に加圧可能であって且つ通電焼結により焼結するSPS焼結を用いることが好ましい。尚、SPS焼結で焼結を行う場合には、加圧値を例えば0.01MPa〜100MPaとし、数Pa以下の真空雰囲気で940℃まで10℃/分で上昇させ、その後5分保持することが好ましい。その後冷却し、再び300℃〜1000℃で2時間熱処理を行う。そして、焼結の結果、焼結体35が製造される。
Subsequently, a sintering process for sintering the molded
その後、ロータ3のスロット4に収容されている焼結体35に対してC軸に沿って着磁を行う。具体的には、ロータ3に収容された複数の焼結体35について、ロータ3の周方向に沿って、N極とS極とが交互に配置されるように着磁を行う。その結果、永久磁石1を製造することが可能となる。尚、焼結体35の着磁には、例えば着磁コイル、着磁ヨーク、コンデンサー式着磁電源装置等が用いられる。また、永久磁石1はスロット4に収容する前に着磁を行う構成としても良い。
Thereafter, the
その後、ステータ11や回転軸14等のロータ3以外の部材を組み付けることによりIPMモータ2が製造される。
After that, the IPM motor 2 is manufactured by assembling members other than the
以上説明したように、本実施形態に係る永久磁石1及び永久磁石1の製造方法では、磁石原料を磁石粉末に粉砕し、粉砕された磁石粉末とバインダーとを混合することによりコンパウンド17を生成する。そして、生成したコンパウンド17をシート状に成形したグリーンシート19を作製する。その後、成形したグリーンシート19に対して磁場を印加することにより磁場配向を行い、磁場配向されたグリーンシート19の磁場配向方向を考慮しつつグリーンシート19を変形させることによって製品形状へと成形する。その後、焼結することにより永久磁石1を製造する。また、永久磁石1は、他のエリアに比べて減磁され易いエリアへと集束するように磁化容易軸が配向されるので、磁化容易軸の配向方向を制御することによって減磁され易いエリアに対して磁束を集中させることができ、減磁が生じたとしても必要十分な表面磁束密度を保持することが可能となる。その結果、回転電機の使用に伴って回転電機のトルクや発電量が徐々に低下することを防止することが可能となる。また、耐減磁特性を高くできれば必要な耐減磁特性を保持した状態で磁石体積を減らすことも可能であり、永久磁石の小型化及び製造コストの削減を実現することが可能となる。例えば、必要な耐減磁特性を確保できる下限値まで磁石体積を減らすことによって、永久磁石の性能と製造コストのバランスを最適に保つことが可能である。
また、永久磁石1の全体ではなく、減磁対象エリアを含む一部のエリアのみを対象として減磁対象エリアへと集束するように磁化容易軸が配向されるので、減磁対象エリアの磁束密度を高くできる一方で、磁化容易軸を集束させることによる弊害(例えば減磁対象エリアから離れたエリアで磁束密度の低下が生じること等)を解消することが可能となる。
また、磁化容易軸が減磁対象エリアへと集束するように配向された一部のエリアを除いて、ラジアル方向やパラレル方向に磁化容易軸を配向させるので、永久磁石を用いる回転電機の種類に応じた適切な配向を実現することが可能となる。
また、磁石粉末とバインダーとを混合した混合物を成形するように構成することによって、減磁対象エリアへと磁化容易軸を適切に集束させるように配向することが可能となる。その結果、着磁後において適切に磁束を集中させることが可能となり、耐減磁性を確保するとともに磁束密度のバラつきも防止できる。
また、バインダーとの混合物を成形するので、圧粉成形等を用いる場合と比較して、配向後に磁石粒子が回動することも無く、配向度についても向上させることが可能となる。
また、バインダーとの混合物に対して磁場配向を行う場合には、電流のターン数を利用できるため磁場配向を行う際の磁場強度を大きく確保することができ、且つ静磁場で長時間の磁場印加を施せるので、バラつきの少ない高い配向度を実現することが可能となる。そして、配向後に配向方向を補正することとすれば、高配向かつバラつきの少ない配向を確保することが可能となる。
更に、バラつきの少ない高配向が実現できる事は、焼結による収縮のバラつきの低減に繋がる。即ち、焼結後の製品形状の均一性が確保できる。その結果、焼結後の外形加工に対する負担が軽減され、量産の安定性が大きく向上する事が期待できる。
また、磁場配向する工程では、磁石粉末とバインダーとの混合物に対して磁場を印加するとともに、磁場の印加された混合物を成形体へと変形することによって磁化容易軸の方向を操作して、磁場配向を行うので、一旦磁場配向された混合物を変形することによって、配向方向を補正し、減磁対象エリアへと磁化容易軸を適切に集束させるように配向することが可能となる。その結果、高配向かつバラつきの少ない配向を行うことが可能となる。また、混合物を成形体へと成形する際に、成形体への変形を行うと同時に配向方向を補正することが可能となる。その結果、永久磁石の成形工程と配向工程とを一の工程で行うことが可能となり、生産性を向上させることが可能となる。
また、混合物を一旦シート状に成形した後に磁場配向を行い、その後に成形体への変形を行うので、成形工程や磁場配向工程を連続工程で効率よく行うことが可能であり、生産性を向上させることが可能となる。
更に、永久磁石1が配置された回転電機では、永久磁石1に減磁が生じたとしてもトルクや発電量が低下することを防止することが可能となる。
As described above, in the
Further, since the axis of easy magnetization is oriented so as to focus not on the entire
Also, except for some areas where the easy axis is oriented so as to converge to the area to be demagnetized, the easy axis is oriented in the radial or parallel direction. It is possible to realize an appropriate appropriate orientation.
In addition, by forming a mixture of the magnet powder and the binder, it is possible to orient the magnetization easy axis appropriately to focus on the demagnetization target area. As a result, it is possible to appropriately concentrate the magnetic flux after the magnetization, and it is possible to secure the demagnetization resistance and prevent the variation in the magnetic flux density.
In addition, since the mixture with the binder is molded, the magnet particles do not rotate after the orientation and the degree of orientation can be improved as compared with the case of using powder compacting or the like.
When the magnetic field orientation is performed on the mixture with the binder, the number of turns of the current can be used, so that a large magnetic field strength can be secured when the magnetic field orientation is performed. , It is possible to realize a high degree of orientation with little variation. Then, if the orientation direction is corrected after the orientation, it is possible to secure a high orientation and an orientation with little variation.
Further, realization of high orientation with little variation leads to reduction in variation in shrinkage due to sintering. That is, uniformity of the product shape after sintering can be secured. As a result, it is expected that the burden on the external processing after sintering is reduced, and the stability of mass production is greatly improved.
In the magnetic field orientation step, a magnetic field is applied to the mixture of the magnet powder and the binder, and the direction of the axis of easy magnetization is manipulated by deforming the mixture to which the magnetic field is applied into a molded body. Since the orientation is performed, it is possible to correct the orientation direction by deforming the mixture once subjected to the magnetic field orientation, and to perform the orientation so that the easy axis of magnetization is appropriately focused on the demagnetization target area. As a result, it is possible to perform high orientation and orientation with little variation. In addition, when the mixture is formed into a molded body, the orientation can be corrected while deforming the molded body. As a result, the molding step and the orientation step of the permanent magnet can be performed in one step, and the productivity can be improved.
Also, since the magnetic field orientation is performed after the mixture is once formed into a sheet shape, and then the molded body is deformed, it is possible to efficiently perform the molding process and the magnetic field orientation process in a continuous process, thereby improving productivity. It is possible to do.
Further, in the rotating electric machine in which the
尚、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。
例えば、磁石粉末の粉砕条件、混練条件、成形条件、磁場配向工程、仮焼条件、焼結条件などは上記実施例に記載した条件に限られるものではない。例えば、上記実施例ではビーズミルを用いた湿式粉砕により磁石原料を粉砕しているが、ジェットミルによる乾式粉砕により粉砕することとしても良い。また、仮焼を行う際の雰囲気は非酸化性雰囲気であれば水素雰囲気以外(例えば窒素雰囲気、He雰囲気等、Ar雰囲気等)で行っても良い。また、仮焼処理を省略しても良い。その場合には、焼結処理の過程で脱炭素が行われることとなる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various improvements and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the pulverizing conditions, kneading conditions, molding conditions, magnetic field orientation step, calcination conditions, sintering conditions, etc. of the magnet powder are not limited to the conditions described in the above examples. For example, in the above embodiment, the magnet raw material is pulverized by wet pulverization using a bead mill, but may be pulverized by dry pulverization using a jet mill. Further, the calcination may be performed in a non-oxidizing atmosphere other than a hydrogen atmosphere (for example, a nitrogen atmosphere, a He atmosphere, an Ar atmosphere, or the like). Further, the calcination treatment may be omitted. In that case, decarbonization will be performed during the sintering process.
また、上記実施例では、磁石粉末とバインダーとの混合体を一旦シート形状のグリーン成形体に成型した後に磁場配向を行う構成としているが、シート形状以外の形状に成型した後に磁場配向を行う構成としても良い。例えば、ブロック形状のグリーン成形体に成型しても良い。そして、磁場配向されたブロック形状のグリーン成形体を更に加工することによって略直方体形状の成形体30へと成形する。
Further, in the above embodiment, the magnetic field orientation is performed after the mixture of the magnet powder and the binder is once formed into a sheet-shaped green compact, but the magnetic field orientation is performed after the mixture is molded into a shape other than the sheet shape. It is good. For example, you may shape | mold to a block-shaped green molded object. The block-shaped green compact oriented in the magnetic field is further processed into a substantially
また、上記実施例では、磁石粉末とバインダーとの混合体に対して磁場配向を行った後に、略直方体形状の成形体30へと成形する構成としているが、略直方体形状の成形体30に成型した後に磁場配向を行っても良い。更に、成形体30をスロット4内に収容した後に磁場配向を行っても良い。
Further, in the above embodiment, after the magnetic field orientation is performed on the mixture of the magnet powder and the binder, the mixture is formed into the substantially rectangular parallelepiped shaped
また、上記実施例では、永久磁石1を断面が台形形状をなす略直方体形状としているが用いる用途に応じてその他の形状(例えば、弓型形状、蒲鉾型形状)とすることも可能である。更に、実現する磁束密度分布の形状は、永久磁石の形状や用途によって適宜変更することが可能である。
Further, in the above embodiment, the
また、永久磁石1をロータ側では無くステータ側に形成された収容部に配置する回転電機に対しても適用することが可能である。また、インナーロータ型の回転電機に限らず、アウターロータ型の回転電機にも適用可能である。更に、永久磁石1は表面磁石型の回転電機や永久磁石を平面状に配置したリニアモータに対しても適用可能である。また、本発明に係る永久磁石1はモータ以外に、発電機や磁気減速機等の各種回転電機、更には回転電機以外の永久磁石1を用いる各種装置に対して適用可能である。尚、本発明に係る回転電機を磁気減速機に適用する場合には、ステータ11をステータコア12や巻線13に代えて磁性材料からなる所定数の磁極片により構成する。
Further, the present invention can be applied to a rotating electric machine in which the
また、上記実施例では、ステータコア12に巻線13を巻装したステータコア12を有する回転電機としているが、ステータコア12は磁性体以外に非磁性体により構成しても良い。更に、回転電機はステータコアを有さないコアレスモータとしても良い。その場合には、巻線13を樹脂等によりカップ状に固定したものをステータ11とする。このようなコアレスモータでは、鉄損を無くすことができるので回転電機の効率を高めることが可能となる。
Further, in the above embodiment, the rotating electric machine has the
また、上記実施例では、磁石粉末を成形した後に水素雰囲気又は水素と不活性ガスの混合ガス雰囲気において仮焼を行っているが、成形前の磁石粉末に対して仮焼処理を行い、仮焼体である磁石粉末を成形体に成形し、その後に焼結を行うことによって永久磁石を製造することとしても良い。このような構成とすれば、粉末状の磁石粒子に対して仮焼を行うので、成形後の磁石粒子に対して仮焼を行う場合と比較して、仮焼対象となる磁石の表面積を大きくすることができる。即ち、仮焼体中の炭素量をより確実に低減させることが可能となる。但し、バインダーを仮焼処理で熱分解させる為に、成形後に仮焼処理を行うことが望ましい。 Further, in the above embodiment, the magnet powder is molded and then calcined in a hydrogen atmosphere or a mixed gas atmosphere of hydrogen and an inert gas. However, the magnet powder before molding is calcined and calcined. The permanent magnet may be manufactured by molding a magnet powder, which is a body, into a compact and then performing sintering. With such a configuration, since the calcining is performed on the powdery magnet particles, the surface area of the magnet to be calcined is increased compared to the case of performing the calcining on the magnet particles after molding. can do. That is, it is possible to more reliably reduce the amount of carbon in the calcined body. However, in order to thermally decompose the binder by calcination, it is preferable to perform calcination after molding.
また、本発明ではNd−Fe−B系磁石を例に挙げて説明したが、他の磁石(例えばサマリウム系コバルト磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石等)を用いても良い。また、磁石の合金組成は本発明ではNd成分を量論組成より多くしているが、量論組成としても良い。 In the present invention, an Nd-Fe-B-based magnet has been described as an example, but other magnets (for example, a samarium-based cobalt magnet, an alnico magnet, a ferrite magnet, and the like) may be used. In the present invention, the alloy composition of the magnet is such that the Nd component is greater than the stoichiometric composition, but may be a stoichiometric composition.
1 永久磁石
2 モータ
3 ロータ
4 スロット
5、8 第1エリア
6、9 第2エリア
7、10 第3エリア
11 ステータ
17 コンパウンド
19 グリーンシート
30 成形体
31 第1成形体
32 第2成形体
33 第3成形体
35 焼結体
DESCRIPTION OF
Claims (11)
周方向の端部に位置する集束対象エリアと、周方向の中央部に位置する非集束対象エリアと、を有し、
前記集束対象エリアでは、前記集束対象エリア内にあって他のエリアに比べて減磁され易い周方向の端部に位置する減磁対象エリアへと集束するように磁化容易軸が配向され、
前記集束対象エリアと前記非集束対象エリアとが一体であることを特徴とする回転電機用永久磁石。 Permanent magnets arranged on the rotor or stator of the rotating electrical machine,
A focusing target area located at an end in the circumferential direction, and a non-focusing target area located at a central portion in the circumferential direction,
In the convergence target area, the axis of easy magnetization is oriented so as to focus on a demagnetization target area located at a circumferential end that is easily demagnetized in the convergence target area compared to other areas,
The permanent magnet for a rotating electrical machine, wherein the focusing area and the non-focusing area are integrated .
前記粉砕された磁石粉末とバインダーとが混合された混合物を生成する工程と、
前記混合物に対して磁場を印加することにより磁場配向する工程と、
磁場配向された前記混合物の成形体を焼成温度で保持することにより焼結する工程と、により製造されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の回転電機用永久磁石。 Grinding magnet raw material into magnet powder,
Producing a mixture in which the crushed magnet powder and the binder are mixed,
Applying a magnetic field to the mixture to orient the magnetic field,
3. The permanent magnet for a rotating electric machine according to claim 1 or 2 , wherein the permanent magnet is manufactured by a step of sintering by holding a molded body of the mixture subjected to a magnetic field orientation at a firing temperature.
磁石原料を磁石粉末に粉砕する工程と、
前記粉砕された磁石粉末とバインダーとが混合された混合物を生成する工程と、
前記混合物に対して磁場を印加することにより磁場配向する工程と、
磁場配向された前記混合物の成形体を焼成温度で保持することにより焼結する工程と、を有し、
永久磁石が備える周方向の端部に位置する集束対象エリアと周方向の中央部に位置する非集束対象エリアとの内、前記磁場配向する工程では、前記集束対象エリアについて前記集束対象エリア内にあって他のエリアに比べて減磁され易い周方向の端部に位置する減磁対象エリアへと集束するように磁化容易軸を配向し、
前記集束対象エリアと前記非集束対象エリアとが一体に成形されたことを特徴とする回転電機用永久磁石の製造方法。 A method for manufacturing a permanent magnet disposed on a rotor or a stator of a rotating electric machine,
Grinding magnet raw material into magnet powder,
Producing a mixture in which the crushed magnet powder and the binder are mixed,
Applying a magnetic field to the mixture to orient the magnetic field,
Sintering by holding the molded body of the mixture subjected to the magnetic field orientation at a firing temperature,
Among the focusing target area located at the circumferential end provided by the permanent magnet and the non-focusing target area located at the center in the circumferential direction, in the step of magnetic field orientation, the focusing target area includes the focusing target area within the focusing target area. Orientation of the easy magnetization axis to focus on the demagnetization target area located at the circumferential end that is easily demagnetized compared to other areas ,
A method for manufacturing a permanent magnet for a rotating electrical machine, wherein the focusing target area and the non-focusing target area are integrally formed .
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