KR101638090B1

KR101638090B1 - 영구자석식 회전기용 회전자

Info

Publication number: KR101638090B1
Application number: KR1020167006474A
Authority: KR
Inventors: 코지 미야타; 타케히사 미노와; 하지메 나카무라; 코이치 히로타
Original assignee: 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2016-07-11
Also published as: KR20120062800A; CN102484401B; CN102484401A; KR20160036064A; EP2477312A4; EP2477312B1; EP2477312A1; WO2011030409A1

Abstract

복수개의 영구자석 세그먼트가 로터 코어 내부에 메워 넣어진 회전자와, 복수의 슬롯을 갖는 스테이터 코어에 권선을 감은 고정자가 공극을 사이에 두고 배치된 영구자석 회전기에 사용하는 회전자, 또는 복수개의 영구자석 세그먼트를 로터 코어 표면에 부착한 회전자와, 복수의 슬롯을 갖는 스테이터 코어에 권선을 감은 고정자와가 공극을 통하여 배치된 영구자석 회전기에 사용하는 회전자에 있어서, 상기의 복수개의 영구자석 세그먼트의 각각이 더욱 분할된 영구자석의 집합체로 구성되어 있음과 아울러, 각 분할된 개개의 영구자석의 표면 근방에 있어서의 보자력이 각각 분할된 영구자석 내부의 보자력보다 커져 있는 영구자석식 회전기용 회전자.

Description

영구자석식 회전기용 회전자{ROTOR FOR PERMANENT MAGNET TYPE ROTARY MACHINE}

본 발명은, 복수개의 영구자석 세그먼트가 로터 코어 내부에 메워 넣어진 회전자와, 복수의 슬롯을 갖는 스테이터 코어에 권선을 감은 고정자가 공극을 사이에 두고 배치된 영구자석 회전기에 사용하는 회전자(소위 자석 매립 구조 회전기(IPM 회전기: IPM: Interior Permanent Magnet)), 또는 복수개의 영구자석 세그먼트를 로터 코어 표면에 부착한 회전자와, 복수의 슬롯을 갖는 스테이터 코어에 권선을 감은 고정자가 공극을 사이에 두고 배치된 영구자석 회전기에 사용하는 회전자(소위 표면 자석형 회전기(SPM 회전기: SPM: Surface Permanent Magnet), 특히, 고속회전을 행하는 전기 자동차용 모터나 발전기, FA 모터 등에 최적인 영구자석 구조형 회전기용 회전자에 관한 것이다.

Nd계 소결 자석은 그 우수한 자기특성 때문에, 점점 용도가 확장되어 가고 있다. 최근, 모터나 발전기 등의 회전기의 분야에서도 기기의 경박단소화, 고성능화, 에너지절약화에 따라 Nd계 소결 자석을 이용한 영구자석 회전기가 개발되어 있다. 회전자의 내부에 자석을 메워 넣은 구조를 갖는 IPM 회전기는 자석의 자화에 의한 토크와 아울러 로터 요크의 자화에 의한 릴럭턴스 토크를 이용할 수 있으므로, 고성능의 회전기로서 연구가 진행되고 있다. 규소강판 등으로 만들어진 로터 요크의 내부에 자석이 메워 넣어져 있으므로, 회전 중에도 원심력으로 자석이 튀어나가지 않아, 기계적인 안전성이 높고, 전류 위상을 제어해서 고토크 운전이나 광범위한 속도로의 운전이 가능하여, 에너지절약, 고효율, 고토크 모터로 된다. 최근은, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 고성능 에어컨디셔너, 산업용, 전차용 등의 모터나 발전기로서의 이용이 급속하게 확대되고 있다.

또한 회전자의 표면에 자석을 맞붙인 형상을 갖는 SPM 회전기는 Nd 자석이 갖는 강한 자기를 효율적으로 이용할 수 있어, 모터 토크의 선형성이 좋고, 제어성이 우수하다. 자석 형상을 최적화하면 코깅 토크가 작은 모터로 된다. 일부의 전기 자동차나 전동 파워 스티어링, 그 밖의 제어용 모터에 사용되고 있다.

회전기 속의 영구자석은 권선이나 철심의 발열에 의해 고온에 노출되고, 또한 권선으로부터의 반자계에 의해 대단히 감자되기 쉬운 상황하에 있다. 이 때문에, 내열성, 내감자성의 지표가 되는 보자력이 일정 이상이고, 자력의 크기의 지표가 되는 잔류 자속밀도가 가능한 한 높은 Nd계 소결 자석이 요구되고 있다.

또한 Nd계 소결 자석의 전기 저항은 100∼200μΩ·cm의 도체이며, 회전자가 회전하면 자석의 자속밀도가 변동하고, 그것에 수반되는 와전류가 발생한다. 와전류 저감을 위해 유효한 수단은 와전류 경로를 분단하기 위하여 자석체를 분할하는 것이다. 세분화할수록 와전류 손실 저감으로 되지만, 제조 비용의 증가나 간극에 의한 자석 체적 감소로 출력이 저하되는 등을 고려하는 것이 필요하다.

와전류의 경로는 자석의 자화방향에 수직한 면 내로 흐르고, 외주부일수록 전류밀도가 높아지고 있다. 또한 고정자에 가까운 면에서 전류밀도가 높아지고 있다. 즉, 와전류에 의한 발열량은 자석 표면 부근일수록 크고, 보다 고온으로 되기 때문에, 이 부분에서 특히 감자되기 쉬운 상태에 있다. 와전류에 의한 감자를 억제하기 위하여, 자석 표면부에서 내감자성의 지표가 되는 보자력이 자석 내부보다 높은 Nd계 소결 자석이 요구된다.

또한 보자력을 향상시키기 위해서는 몇 가지의 방법이 있다. Nd계 소결 자석의 잔류 자속밀도 증대는 Nd₂Fe₁₄B 화합물의 부피율 증대와 결정 배향도 향상에 의해 달성되고, 지금까지 여러 프로세스의 개선이 행해져 오고 있다. 보자력의 증대에 관해서는, 결정립의 미세화를 도모하는, Nd량을 증가시킨 조성 합금을 사용하거나, 또는 효과가 있는 원소를 첨가하는 등, 여러 접근 방법 중에서, 현재 가장 일반적인 수법은 Dy나 Tb로, Nd의 일부를 치환한 조성 합금을 사용하는 것이다. Nd₂Fe₁₄B 화합물의 Nd를 이들 원소로 치환함으로써 화합물의 이방성 자계가 증대하고, 보자력도 증대한다. 한편으로, Dy나 Tb에 의한 치환은 화합물의 포화 자기 분극을 감소시킨다. 따라서, 상기 수법으로 보자력의 증대를 도모하는 한에서는 잔류 자속밀도의 저하는 피할 수 없다.

Nd계 소결 자석은 결정립계면에서 역자구의 핵이 생성하는 외부 자계의 크기가 보자력이 된다. 역자구의 핵생성에는 결정립계면의 구조가 강하게 영향을 주고 있고, 계면 근방에 있어서의 결정구조의 혼란이 자기적인 구조의 혼란을 초래하여, 역자구의 생성을 조장한다. 일반적으로는, 결정 계면으로부터 5nm 정도의 깊이까지의 자기적 구조가 보자력의 증대에 기여하고 있다고 여겨지고 있다(비특허문헌 1: K. -D. Durst and H. Kronmuller, "THE COERCIVE FIELD OF SINTERED AND MELT-SPUN NdFeB MAGNETS", Journal of Magnetism and Magnetic Materials 68(1987)63-75).

본 발명자들은 결정립의 계면 근방에만 약간의 Dy나 Tb를 농화시켜, 계면 근방만의 이방성 자계를 증대시킴으로써 잔류 자속밀도의 저하를 억제하면서 보자력을 증대할 수 있는 것을 발견했다(특허문헌 1: 일본 특공 평5-31807호 공보). 또한 Nd₂Fe₁₄B 화합물 조성 합금과, Dy 또는 Tb가 풍부한 합금을 별도로 제작한 후에 혼합하여 소결하는 제조방법을 확립했다(특허문헌 2: 일본 특개 평5-21218호 공보). 이 방법에서는, Dy 또는 Tb가 풍부한 합금은 소결시에 액상으로 되어, Nd₂Fe₁₄B 화합물을 둘러싸도록 분포된다. 그 결과, 화합물의 입계 근방에만 Nd와 Dy 또는 Tb가 치환되어, 잔류 자속밀도의 저하를 억제하면서 효과적으로 보자력을 증대할 수 있다.

그러나, 상기 방법에서는, 2종의 합금 미세 분말을 혼합한 상태에서 1,000∼1,100℃라고 하는 고온으로 소결하기 때문에, Dy 또는 Tb가 Nd₂Fe₁₄B 결정립의 계면뿐만 아니라 내부까지 확산되기 쉽다. 실제로 얻어지는 자석의 조직 관찰에서는, 결정립계 표층부에서 계면으로부터 깊이 1∼2㎛ 정도까지 확산되어 있고, 확산된 영역을 체적 분률로 환산하면 60% 이상이 된다. 또한 결정립 내로의 확산거리가 길어질수록 계면 근방에 있어서의 Dy 또는 Tb의 농도는 저하되어 버린다. 결정립 내로의 과도 한 확산을 최대한 억제하기 위해서는 소결 온도를 저하시키는 것이 유효하지만, 이것은 동시에 소결에 의한 치밀화를 저해하기 때문에 현실적인 수법이 될 수 없다. 핫프레스 등으로 응력을 인가하면서 저온에서 소결하는 방법에서는, 치밀화는 가능하지만, 생산성이 극단적으로 낮아진다고 하는 문제가 있다.

한편, 소결 자석을 소형으로 가공한 후, 자석 표면에 Dy나 Tb를 스퍼터에 의해 피착시키고, 자석을 소결 온도보다 낮은 온도에서 열처리함으로써 립계부에만 Dy나 Tb를 확산시켜 보자력을 증대시키는 방법이 보고되어 있다(비특허문헌 2: K. T. Park, K. Hiraga and M. Sagawa, "Effect of Metal－Coating and Consecutive Heat Treatment on Coercivity of Thin Nd－Fe－B Sintered Magnets", Proceedings of the Sixteen International Workshop on Rare－Earth Magnets and Their Applications, Sendai, p. 257(2000), 비특허문헌 3: 마치다 켄이치, 카와사키 히사시, 스즈키 순지, 이토 마사히로, 호리카와 타카시, "Nd-Fe-B계 소결 자석의 입계 개질과 자기특성", 분체 분말야금협회 강연 개요집, 2004년도 춘계대회, p.202 참조). 이들 방법에서는, 더욱 효율적으로 Dy나 Tb를 입계에 농화할 수 있기 때문에, 잔류 자속밀도의 저하를 거의 수반하지 않고 보자력을 증대시키는 것이 가능하다. 또한 자석의 비표면적이 큰, 즉 자석체가 작을수록 공급되는 Dy나 Tb의 양이 많아지므로, 이 방법은 소형 또는 초박형의 자석에만 적용 가능하다. 그러나, 스퍼터 등에 의한 금속막의 피착에는 생산성이 나쁘다고 하는 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하여, 양산성이 있고, 효율 좋게 보자력을 향상할 수 있는 수단으로서, 특허문헌 3: 국제공개 제2006/043348호 팜플렛이 개시되었다. 이것은, Nd계 소결 자석으로 대표되는 R¹-Fe-B계 소결 자석에 대하여, R²의 산화물, R³의 불화물, R⁴의 산불화물로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 분말(또한, R¹∼R⁴는 Y 및 Sc를 포함하는 희토류 원소로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상)을 자석 표면에 존재시킨 상태에서 가열함으로써 분말에 포함되어 있던 R², R³ 또는 R⁴가 자석체에 흡수되어, 잔류 자속밀도의 감소를 현저하게 억제하면서 보자력을 증대한다. 특히 R³의 불화물 또는 R⁴의 산불화물을 사용한 경우, R³ 또는 R⁴가 불소와 함께 자석체에 고효율로 흡수되어, 잔류 자속밀도가 높고, 보자력이 큰 소결 자석이 얻어지는 것이다.

일본 특공 평5-31807호 공보 일본 특개 평5-21218호 공보 국제공개 제2006/043348호 팜플렛

K. -D. Durst and H. Kronmuller, "THE COERCIVE FIELD OF SINTERED AND MELT-SPUN NdFeB MAGNETS", Journal of Magnetism and Magnetic Materials 68(1987) 63-75 K. T. Park, K. Hiraga and M. Sagawa, "Effect of Metal－Coating and Consecutive Heat Treatment on Coercivity of Thin Nd－Fe－B Sintered Magnets", Proceedings of the Sixteen International Workshop on Rare－Earth Magnets and Their Applications, Sendai, p. 257(2000) 마치다 켄이치, 카와사키 히사시, 스즈키 순지, 이토 마사히로, 호리카와 타카시, "Nd-Fe-B계 소결 자석의 입계 개질과 자기특성", 분체 분말야금협회 강연 개요집, 2004년도 춘계대회, p.202

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 높은 출력과 내열성을 갖는 영구자석식 회전기용 회전자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 검토를 행한 결과, 복수개의 영구자석 세그먼트를 사용하는 IPM 회전기 또는 SPM 회전기에 있어서, 각 영구자석 세그먼트를 각각, 더욱 작게 분할한 영구자석의 집합체로 구성하는 것, 이 영구자석 집합체의 개개의 영구자석(분할자석)으로서, 그 표면 근방의 보자력 내지 내열성을 이 영구자석(분할자석) 내부의 보자력 내지 내열성보다도 높게 한 것을 사용하는 것이 유효한 것을 알았다. 이 경우, 본 발명자들은 상기한 비특허문헌 3 및 특허문헌 3의 방법은 잔류 자속밀도의 저감이 없고, 고출력 회전기에 적합하고, 또한 분할자석의 표면 근방에서의 보자력을 높일 수 있으므로, IPM 회전기나 SPM 회전기의 회전자에 사용한 경우, 와전류 발열에 의한 감자를 누르는 것을 기대할 수 있다고 생각했지만, 이러한 방법을 상기 영구자석 집합체의 개개의 분할자석에 적용하는 것이 본 발명의 목적을 달성하는 점에서 유효하고, 특히 Nd계 소결 자석을 사용하여, 와전류의 발열을 억제하기 위하여 자석을 분할하는 것, 이것을 영구자석 회전기의 IPM 회전기 또는 SPM 회전기의 회전자용 자석으로 하는 것, 이것에 의해 표면 근방에 있어서의 보자력이 내부의 보자력보다 큰 자석에서, 표면 근방에 있어서의 내열성을 향상시킨 분할자석이 영구자석식 회전기용 회전자용으로서 IPM 또는 SPM 회전기에 유효한 것을 발견한 것이다.

더욱 상세하게 설명하면, 본 발명자들은 와전류 발열을 저감하기 위하여, 분할한 자석을 사용한 영구자석식 회전기 속의 자석이, 와전류 발열에 의해 자석의 표면 근방에서 특히 온도가 높아지는 것을 발견했다. 자석의 내열성을 높이기 위해서는 온도가 높아지는 자석 표면 근방의 보자력을 높이는 것이 효과이며, 특히 자석 표면 근방의 보자력 향상에는, Nd계 소결 자석의 표면으로부터 내부를 향한 보자력 경사가, 자석 표면으로부터 내부를 향하여 Dy 또는 Tb를 확산시킴으로써 형성한 자석을 사용하는 것, 이 경우 자석 표면으로부터 내부를 향하여 Dy 또는 Tb의 확산은 주로 결정립계를 경유하고 있고, 예를 들면, 자석 표면으로부터 내부를 향한 Dy 또는 Tb의 확산반응으로서, 자석의 표면에 Dy 또는 Tb 산화물 분말 또는 Dy 또는 Tb 불화물의 분말 혹은 Dy 또는 Tb를 포함하는 합금 분말을 도포하고, 그 후 고온에서 확산시키는 수법이 유효한 것을 발견하고, 본 발명을 이루게 되었다.

따라서, 본 발명은 이하의 영구자석식 회전기용 회전자 및 영구자석식 회전기를 제공한다.

청구항 1:

복수개의 영구자석 세그먼트가 로터 코어 내부에 메워 넣어진 회전자와, 복수의 슬롯을 갖는 스테이터 코어에 권선을 감은 고정자가 공극을 사이에 두고 배치된 영구자석 회전기에 사용하는 회전자, 또는 복수개의 영구자석 세그먼트를 로터 코어 표면에 부착한 회전자와, 복수의 슬롯을 갖는 스테이터 코어에 권선을 감은 고정자가 공극을 통하여 배치된 영구자석 회전기에 사용하는 회전자에 있어서,

상기의 복수개의 영구자석 세그먼트의 각각이 더욱 분할된 2∼50개의 직방체 형상의 영구자석의 집합체로 구성되어 있음과 아울러, 각 분할된 개개의 영구자석이, 자화 방향에 평행한 4개의 평면으로부터, Dy 또는 Tb를 확산시킴으로써, 상기 4개의 평면의 표면에서의 보자력이 각각 분할된 영구자석 내부의 보자력보다 크게 되어 있고, 또한 각 분할된 개개의 영구자석이 Dy 또는 Tb를 확산시키지 않은 미처리의 2개의 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 영구자석식 회전기용 회전자.

청구항 2:

복수개의 영구자석 세그먼트가 로터 코어 내부에 메워 넣어진 회전자와, 복수의 슬롯을 갖는 스테이터 코어에 권선을 감은 고정자가 공극을 사이에 두고 배치된 영구자석 회전기에 사용하는 회전자, 또는 복수개의 영구자석 세그먼트를 로터 코어 표면에 부착한 회전자와, 복수의 슬롯을 갖는 스테이터 코어에 권선을 감은 고정자가 공극을 사이에 두고 배치된 영구자석 회전기에 사용하는 회전자에 있어서,

상기의 복수개의 영구자석 세그먼트의 각각이 더욱 분할된 2∼50개의 직방체 형상의 영구자석의 집합체로 구성되어서 있음과 아울러, 각 분할된 개개의 영구자석이, 자화 방향에 평행한 4개의 평면으로부터, Dy 또는 Tb를 확산시킴으로써, 상기 4개의 평면의 표면에서의 내열성이 각각 분할된 영구자석 내부의 내열성보다 높아져 있고, 또한 각 분할된 개개의 영구자석이 Dy 또는 Tb를 확산시키지 않은 미처리의 2개의 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 영구자석식 회전기용 회전자.

청구항 3:

상기 분할된 영구자석이 Nd계 희토류 소결 자석인 것을 특징으로 하는 청구항 1 기재의 영구자석식 회전기용 회전자.

청구항 4:

상기의 Nd계 희토류 소결 자석의 표면으로부터 내부를 향한 보자력 경사가 자석 표면으로부터 내부를 향하여 Dy 또는 Tb를 확산시킴으로써 만들어진 것을 특징으로 하는 청구항 3 기재의 영구자석식 회전기용 회전자.

청구항 5:

상기의 Nd계 희토류 소결 자석의 표면으로부터 내부를 향한 보자력 경사가 자석 표면으로부터 내부를 향하여 Dy 또는 Tb를 결정립계를 경유하여 확산시킨 것을 특징으로 하는 청구항 3 기재의 영구자석식 회전기용 회전자.

청구항 6

상기의 Nd계 희토류 소결 자석의 표면으로부터 내부를 향한 Dy 또는 Tb의 확산이 자석의 표면에 Dy 또는 Tb 산화물 분말, Dy 또는 Tb 불화물의 분말, 또는 Dy 또는 Tb를 포함하는 합금 분말을 도포하고, 그 후 고온에 유지하여 Dy 또는 Tb를 확산시킨 것을 특징으로 하는 청구항 4 또는 5 기재의 영구자석식 회전기용 회전자.

본 발명에 의하면, IPM 또는 SPM 영구자석식 회전기의 회전자에 적합한 높은 잔류 자속밀도와 높은 보자력, 특히 자석 외주부에서 높은 보자력을 갖는 영구자석, 특히 Nd계 소결 자석을 분할자석으로 하여 회전자에 사용한 높은 출력과 내열성을 갖는 영구자석식 회전기를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 4극 6슬롯의 IPM 모터의 일례를 설명하는 단면도.
도 2(A)∼(C)는 각각 IPM 모터에 있어서의 영구자석 집합체를 형성하는 분할자석의 1 예를 도시하는 단면도.
도 3은 본 발명의 IPM 모터에 사용하는 영구자석 세그먼트의 1 예를 도시하며, (A)는 전체 표면으로부터 Dy 또는 Tb의 확산처리를 행한 분할자석의 사시면, (B)는 동 분할자석을 사용한 영구자석 집합체의 사시도.
도 4는 도 3(A)의 분할자석의 보자력의 분포상태의 설명도이며, (A)는 분할자석의 측면에서의 설명도, (B)는 동 끝면에 있어서의 설명도.
도 5(A)는 IPM 모터에 있어서, 도 3(B)의 영구자석 집합체에 있어서의 와전류의 흐름 방식을 설명하는 도면, (B)는 동 영구자석 집합체에 있어서의 자석 내부의 온도분포를 설명하는 도면.
도 6은 본 발명의 IPM 회전기에 사용하는 영구자석 세그먼트의 다른 예를 도시하며, (A)는 자화방향에 평행한 4개의 표면으로부터 Dy 또는 Tb의 확산처리를 행한 분할자석의 사시도, (B)는 동 분할자석을 사용한 영구자석 집합체의 사시도.
도 7은 도 6(A)의 분할자석의 보자력의 분포상태의 설명도이며, (A)는 분할자석의 측면에 있어서의 설명도, (B)는 동 끝면에 있어서의 설명도.
도 8은 본 발명에 따른 4극 6슬롯의 SPM 모터의 일례를 설명하는 단면도.
도 9(A)∼(C)는 각각 SPM 모터에 있어서의 영구자석 집합체를 형성하는 분할자석의 1 예를 도시하는 단면도.
도 10은 본 발명의 SPM 모터에 사용하는 영구자석 세그먼트의 1 예를 도시하며, (A)는 전체 표면으로부터 Dy 또는 Tb의 확산처리를 행한 분할자석의 사시도, (B)는 동 분할자석을 사용한 영구자석 집합체의 사시도.
도 11(A)는 SPM 모터에 있어서, 도 9(B)의 영구자석 집합체에 있어서의 와전류의 흐름 방식을 설명하는 도면, (B)는 동 영구자석 집합체에 있어서의 자석 내부의 온도분포를 설명하는 도면.
도 12(A)∼(C)는 각각 영구자석 집합체의 예를 도시하는 사시도.

본 발명에 따른 영구자석식 회전기는 복수개의 영구자석 세그먼트가 로터 코어 내부에 메워 넣어진 회전자와, 복수의 슬롯을 갖는 스테이터 코어에 권선을 감은 고정자가 공극을 사이에 두고 배치된 영구자석 회전기에 사용하는 회전자, 또는 복수개의 영구자석 세그먼트를 로터 코어 표면에 부착한 회전자와, 복수의 슬롯을 갖는 스테이터 코어에 권선을 감은 고정자가 공극을 사이에 두고 배치된 영구자석 회전기에 사용하는 회전자(소위 표면자석형 회전기)이며, 본 발명에서는 상기 복수개의 영구자석 세그먼트의 각각이 더욱 작게 분할된 영구자석(분할자석)의 집합체로 구성되어 있음과 아울러, 각 영구자석 집합체의 분할자석의 표면 근방에 있어서의 보자력 또는 내열성이 내부의 보자력 또는 내열성보다 크게 또는 높게 되어 있는 것이다.

여기에서, 이러한 IPM 회전기로서는, 도 1에 도시하는 것이 예시된다. 즉, 도 1에 있어서, 1은 회전자(로터), 2는 고정자이며, 회전자(로터)(1)는 전자 강판을 적층한 로터 요크(11)에 영구자석 세그먼트(12)가 메워 넣어진 4극 구조를 도시한 예시인데, 단지 장방형의 자석을 4극에 배치해도 된다. 극수는 회전기의 목적에 맞추어 선택한다. 고정자(2)는 전자 강판을 적층한 6슬롯 구조이며, 각 티스(teeth)에는 집중감기로 코일(13)이 감겨 있고, 코일(13)은 U상, V상, W상의 3상 Y결선으로 되어 있다. 또한, 도면 중 14는 스테이터 요크이다. 도 1에 도시하는 U, V, W의 첨자의 +와 -는 코일의 감기 방향을 나타내는 것으로, +는 지면에 대해서 나오는 방향, -는 들어가는 방향을 의미한다. 회전자와 고정자의 위치관계가 도 1의 상태에서, U상에 코사인파의 교류전류, V상에 U상보다 120° 위상이 진행된 교류전류, W상에 U상보다 240° 위상이 진행된 교류전류를 흘림으로써 영구자석의 자속과 코일의 자속의 상호작용으로 회전자는 반시계방향으로 회전한다. 또한, 도면 중, 영구 세그먼트(12)에 나타낸 화살표 방향이 자화방향이다.

본 발명에 있어서, 상기 영구자석 세그먼트(12)는, 예를 들면, 도 3(B)에 도시하는 바와 같이, 각각 분할된 복수의 영구자석(분할자석)(12a)의 집합체로 구성된다.

이 경우, 분할자석(12a)은 Nd계 희토류 소결 자석인 것이 바람직하다. Nd계 소결 자석은, 상법에 따라, 모합금을 조분쇄, 미분쇄, 성형, 소결시킴으로써 얻은 소결 자석이 사용되는데, 본 발명에서는, 전술한 바와 같이, 개개의 소결 자석의 표면 근방에 있어서의 보자력 또는 내열성을 내부의 보자력 또는 내열성을 크게 또는 높게 한 것을 사용하지만, 이것은 자석 표면으로부터 내부를 향하여 Dy 또는 Tb를 확산시키는 것, 이 경우 주로 결정립계를 경유하여 확산시킴으로써 형성할 수 있다. 구체적으로는, 분할자석 표면에 Dy나 Tb를 스퍼터에 의해 피착시키고, 분할자석을 소결 온도보다 낮은 온도에서 열처리함으로써 입계부에만 Dy나 Tb를 확산시켜 보자력을 증대시키는 방법이나, Dy나 Tb의 산화물이나 불화물이나 산불화물의 분말을 당해 분할자석의 표면에 존재시킨 상태에서, 당해 분할자석 및 분말을 당해 분할자석의 소결 온도 이하의 온도에서 진공 또는 불활성 가스 중에서 열처리를 시행하는 방법에 의해 얻어진 것이 사용된다.

보다 적합하게는, 분할자석의 표면에 Dy 또는 Tb 산화물 분말, Dy 또는 Tb 불화물의 분말, 또는 Dy 또는 Tb를 포함하는 합금 분말을 도포하고, 그 후 고온으로 유지하여 Dy 또는 Tb를 확산시킴으로써 얻을 수 있다.

여기에서, IPM 회전기에 사용되는 영구자석(분할자석)은 소결 자석 블록을 소정의 형상으로 지석, 절삭날, 와이어 소우 등을 사용하여 연삭 가공하여 얻어진다. 그 단면 형상은 제작 용이성의 관점에서, 도 2(A)에 도시하는 바와 같은 장방형으로 하는 것이 많지만, 회전기의 특성 향상을 위해, 도 2(B), (C)에 도시하는 사다리꼴이나 활 형태로 하는 경우도 있다. 또한, 도 2 중, 화살표 방향이 자화방향(M)이다.

분할자석의 크기는 특별히 한정되지 않지만, 본 발명에 있어서, 분할자석으로부터 Dy나 Tb를 확산처리하기 위하여, Dy나 Tb의 확산 비율은 분할자석의 비표면적이 큰, 즉 치수가 작을수록 많아지므로, 예를 들면 도 3 (A), 도 6 (A), 도 10(A)에 있어서, W, L, T 중 가장 작은 치수는 50mm 이하, 바람직하게는 30mm 이하, 특히 바람직하게는 20mm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 치수의 하한은 특별히 제한되지 않고, 실용적인 값으로서 0.1mm 이상이다.

본 발명은 원료자석을 영구자석체의 원하는 특성이 되도록 절삭가공하여 적당히 분할자석을 형성한다. 또한, 영구자석 세그먼트의 분할수는 2∼50개의 분할 정도의 범위, 바람직하게는, 4∼25개로 분할한 것을 접착제에 의해 접착하여 집합체를 형성시킨다. 여기에서, 집합체로서는, 도 3(B), 도 6(B), 도 10(B)에 도시한 바와 같이, 직방체 형상, 만곡판 형상의 분할자석(12a)에 대하여, 도면 중 W방향(축방향 내지 길이방향)을 수평방향과 일치시키고 그 복수개를 쌓아 올림으로써 형성한 것, 또는 도 12(A)에 도시하는 바와 같이, 직방체 형상의 분할자석(12a)에 대하여, 축방향을 수직방향과 일치시켜 배열 설치하고, 그 복수개를 일렬로 병렬, 집합시킨 것, 도 12(B)에 도시하는 바와 같이, 입방체 형상의 분할자석(12a)을 세로방향으로 쌓아 올림과 아울러, 가로방향으로 일렬로 병렬, 집합시킨 것, 도 12(C)에 도시하는 바와 같이, 직방체 형상의 분할자석(12a)을 도 3(B)에 도시한 바와 같이 쌓아 올린 것 2조를 병렬, 집합시킨 것 등, 여러 태양으로 할 수 있고, 도시의 집합체에 한정되지 않는다.

적층된 자석 집합체는 로터 내에 배치되어 있는 구멍에 삽입되어, 자석 매립형의 로터가 얻어진다.

IPM 회전기는 영구자석을 통과하는 자속은 회전자의 회전과 함께 시시각각 변화하고 있고, 이 자장 변동에 의해 자석 내부에 와전류가 발생한다. 와전류의 경로는 자석의 자화방향으로 수직한 면 내에 흐른다.

분할자석(12a)이더라도 와전류는 자화방향에 수직한 면에 흐른다. 와전류의 흐름 방식과 자석 내부의 온도분포를, 도 5에 모식도로서 정리했다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 와전류의 밀도가, 개개의 자석의 외주부에서 높아지고, 온도가 올라간다. 스테이터측에서의 자장 변동이 크기 때문에, 자화방향의 온도분포는 스테이터측 쪽이 회전축의 중심측보다 약간 높게 되어 있다. 와전류에 의한 감자를 억제하기 위해서는, 자석 외주부에 맞는 자석 표면 근방으로 내감자성의 지표가 되는 보자력이 자석 내부보다 높은 Nd 자석이 요구된다. 자석 내부는 와전류의 발열이 적으므로 필요 이상의 보자력은 필요 없다.

도 3은, 분할자석(12a)의 전체 표면으로부터 Dy 또는 Tb를 확산시켜(도면 중, 사선 부분이 Dy 또는 Tb를 확산시킨 표면임)[도 3 (A)], 자석 표면 근방의 보자력을 높인 5개의 분할자석(12a)을 접착제로 일체화한 [도 3(B)] 예시이다.

도 6의 분할자석(12a)은, 도 6(A)에 도시한 바와 같이, 1개의 분할자석에 있어서 자화방향에 평행한 4면으로부터 Dy 또는 Tb의 흡수확산 처리를 행한(도면 중, 사선 부분이 Dy 또는 Tb를 확산시킨 표면이고, 사선이 없는 XY면의 2면은 미처리)후, 이 분할자석을 5개, 접착제로 일체화한(도면 중, 사선 부분이 Dy 또는 Tb를 확산시킨 표면[도 6(B)]) 것이다. 도 3 또는 도 6과 같은 형태이어도, 자석 외주부에 해당되는 자석 표면 근방에서 내감자성의 지표가 되는 보자력이 자석 내부보다 높은 Nd 자석을 얻을 수 있다. 또한, 표면 근방이란 표면으로부터 6mm 정도까지의 영역을 의미한다.

소결 자석체의 표면으로부터 결정 자기이방성을 높이는 효과가 특히 큰 원소인 Dy, Tb 등의 확산흡수 처리의 결과, 잔류 자속밀도의 저감을 거의 수반하지 않고 Nd계 소결 자석의 보자력이 효율적으로 증대되므로, 소결 자석체의 보자력에 분포가 가능하다. 도 3에 도시한 자석 표면 전체면으로부터의 확산흡수 처리에서 얻어진 자석의 보자력 분포의 모습을 도 4에 정리했다. 자석 표면 근방의 보자력이 자석 내부의 보자력보다 높게 되어 있다. 도 6에 도시한 자석 표면 중 자화방향에 평행한 4면으로부터의 확산흡수 처리에서 얻어진 자석의 보자력 분포의 모습을 도 7에 정리했다. 자석 표면 근방의 보자력이 자석 내부의 보자력보다 높아져 있지만, 자화방향에 수직한 면으로부터의 확산 흡수가 없으므로, 이들 면의 보자력은 향상되지 않았다. IPM 회전기의 경우, 와전류에 의한 발열은, 자화방향에 평행한 4면(XZ면, YZ면)에서 특히 크므로, 도 7의 보자력 분포이더라도 내열성을 향상할 수 있다. 어느 형태이더라도 자석 표면 근방에서 보자력이 높아지므로, 와전류 발열에 대한 내열성 향상에 효과적인 분포가 되어 있다.

SPM 회전기의 일례를 도 8에 나타낸다. 회전자(로터)(1)는, 로터 요크(11)의 표면에, 영구자석 세그먼트(12)를 붙인 구조이며, 공극을 사이에 두고 배치된 복수의 슬롯을 갖는 고정자(스테이터)(2)로 구성되어 있다. 고정자(2)는 IPM 회전기와 동일하다. 이 회전기는, 고정밀도의 토크 제어를 필요로 하는 AC 서보모터 등에 이용된다. 토크는 맥동이 작은 것이 아니면 안 된다. 따라서, 회전자가 회전했을 때에 고정자의 슬롯과 영구자석의 위치관계로부터, 공극의 자속 분포가 변화되는 것에 기인하는 코깅 토크(코일에 전류를 흘려보내지 않는 상태에서의 토크)나 코일의 전류를 흘려서 구동했을 때의 토크 리플이 발생하는 것은 바람직하지 않다. 토크 리플은 제어성을 나쁘게 하는 이외에 소음의 원인도 된다. 코깅 토크를 저감하는 방법으로서, 도 9(C) 및 도 10(A)에 도시하는 바와 같은 영구자석의 단부 형상이 중앙부보다 얇은 형상의 분할자석(12a)을 사용한다. 이것에 의해, 자속분포의 변화가 큰 자극의 변환 부분인 영구자석 단부에서의 자속분포가 매끄럽게 되어, 코깅 토크를 저감할 수 있다. 따라서, 도 9(C) 및 도 10(A)와 같은 C형의 자석이 자주 사용되고, 그 밖에 도 9(B)에 도시하는 D형 자석도 사용된다. 제작 용이성의 관점에서 도 9(A)의 장방형 자석으로 하는 경우도 있다.

SPM 회전기에서도, 영구자석에 와전류가 흘러, 와전류 저감을 위해 도 10(A)에 도시하는 바와 같은 분할자석(12a)이 효과적이다. 도 10(B)는 자석의 표면으로부터 Dy 또는 Tb를 확산시킨(도면 중, 사선 부분이 Dy 또는 Tb를 확산시킨 표면임) 4개의 분할자석(12a)을 접착제로 일체화한 것이다. 분할한 자석(12a)이어도, 와전류는 자화방향에 수직한 면에 흐른다. 와전류의 흐름 방식과 자석 내부의 온도분포를, 도 11에 모식도로서 정리했다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 와전류의 밀도가 개개의 자석의 외주부에서 높아져, 온도가 높아진다. 스테이터측에서의 자장 변동이 크기 때문에, 자화방향의 온도분포는 스테이터측에서 높아지고 있다. 자화방향의 온도분포는 IPM 모터보다 크다. 본 발명에서는, 와전류로 의한 감자를 억제하여, 자석 외주부 및 스테이터측에 해당되는 자석 표면 근방에서 내감자성의 지표가 되는 보자력이 자석 내부보다 높은 Nd 자석이 사용된다.

IPM 회전기와 마찬가지로, Nd계 소결 자석의 표면으로부터 결정 자기 이방성을 높여, Dy, Tb 등의 원소로 분할자석 표면을 확산흡수 처리함으로써, 잔류 자속밀도의 저감을 거의 수반하지 않고 자석의 표면 근방의 보자력이 높은 자석이 얻어져, 내열성을 높인 SPM 회전기용 회전자를 얻을 수 있다.

(실시예)

이하, 본 발명의 구체적 태양에 대하여 실시예를 가지고 상세히 설명하지만, 본 발명의 내용은 이것에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 및 비교예]

<실시예 및 비교예의 자기특성>

순도 99질량% 이상의 Nd, Co, Al, Fe 메탈과 페로보론을 소정량 칭량하여 Ar 분위기 중에서 고주파 용해하고, 이 합금 용탕을 Ar 분위기 속에서 구리제 싱글롤에 주탕하는 소위 스트립 캐스팅법에 의해 박판 형상의 합금으로 했다. 얻어진 합금의 조성은 Nd가 13.5원자%, Co가 1.0원자%, Al이 0.5원자%, B가 5.8원자%, Fe가 잔부이며, 이것을 합금 A라고 칭한다. 합금 A에 수소를 흡장시킨 후, 진공 배기를 행하면서 500℃까지 가열하여 부분적으로 수소를 방출시키는, 소위 수소 분쇄에 의해 30메시 이하의 조분으로 했다. 또한 순도 99질량% 이상의 Nd, Tb, Fe, Co, Al, Cu 메탈과 페로보론을 소정량 칭량하고, Ar 분위기 중에서 고주파 용해한 후, 주조했다. 얻어진 합금의 조성은 Nd가 20원자%, Tb가 10원자%, Fe가 24원자%, B가 6원자%, Al이 1원자%, Cu가 2원자%, Co가 잔부이며, 이것을 합금 B라고 칭한다. 합금 B는 질소분위기 중, 브라운 밀을 사용하여 30메시 이하로 조분쇄되었다.

계속해서, 합금 A 분말을 90질량%, 합금 B 분말을 10질량% 칭량하고, 질소 치환한 V 블렌더 속에서 30분간 혼합했다. 이 혼합 분말은 고압 질소 가스를 사용한 제트밀로, 분말의 평균 분말 입경 4㎛로 미분쇄되었다. 얻어진 혼합 미분말을 질소분위기하에 15kOe의 자계 중에서 배향시키면서, 약 1ton/cm²의 압력으로 성형했다. 이어서, 이 성형체를 Ar 분위기의 소결로 내에 투입하고, 1,060℃에서 2시간 소결하고, 영구자석 블록을 제작했다. 영구자석 블록을 다이아몬드 지석에 의해 도 3에 도시하는 바와 같은 직방체 자석에 전체면 연삭가공을 했다. 그 치수는 L=18mm, W=70mm, T=20mm(T는 자기 이방성화한 방향)이다. 도 10에 도시하는 바와 같은 C형의 자석도 전체면 연삭가공으로 제작했다. 그 치수는 L=22.5mm, W=100mm, T=11mm이다. 연삭가공된 자석체를 알칼리 용액으로 세정한 후, 산세정하고 건조시켰다. 각 세정의 전후에는 순수에 의한 세정공정이 포함되어 있다.

다음에 평균 분말 입경이 5㎛의 불화디스프로슘을 질량분률 50%로 에탄올과 혼합하고, 이것에 초음파를 인가하면서 상기의 직방체 및 C형 자석체를 1분간 담갔다. 끌어올린 자석은 즉시 열풍에 의해 건조시켰다. 이때의 불화디스프로슘에 의한 자석 표면 공간의 점유율은 45%였다. 이것에 Ar 분위기 중에 900℃에서 1시간이라고 하는 조건으로 흡수 처리를 시행하고, 또한 500℃에서 1시간 시효 처리하고 급랭함으로써 직방체 자석체(M1)과 C형 자석체(M3)를 얻었다. 비교를 위해 열처리만 시행한 직방체 자석체를 P1, C형 자석체를 P2로 했다.

M1, M3과 동일한 형상의 자석체에 대하여, 평균 분말 입경이 5㎛의 불화테르븀을 질량분률 50%로 에탄올과 혼합하고, 자석체의 자화방향에 평행한 4면에 칠했다. 자석은 즉시 열풍에 의해 건조시켰다. 이 때의 불화테르븀에 의한 자석 표면 공간의 점유율은 45%이었다. 이것에 Ar 분위기 중 900℃에서 1시간이라고 하는 조건으로 흡수 처리를 시행하고, 또한 500℃에서 1시간 시효 처리하고 급랭함으로써 자석체를 얻었다. 이 직방체 자석체를 M2, C형 자석체를 M4라고 칭한다.

이들 자석체의 자기특성(VSM 측정)을 표 1에 나타냈다. 이하와 같이 1변 1mm의 입방체에 자기특성 평가용 시료를 잘라내고, 자석 각 부의 자기특성을 평가했다.

자기특성 샘플의 위치

자기특성 샘플은 가로세로 1mm이고

표면으로부터 1mm까지의 가로세로 1mm

M1, M2, P1은 W방향의 중앙, T방향의 중앙, L방향의 표면 1mm까지

M3, M4, P2는 W방향의 중앙, L방향의 중앙, T방향의 표면 1mm까지

중앙부

문자 그대로 중앙부의 가로세로 1mm

M1, M2, P1은 W방향의 중앙, T방향의 중앙, L방향의 중앙(표면으로부터 9mm)

M3, M4, P2는 W방향의 중앙, L방향의 중앙, T방향의 중앙(표면으로부터 5.5mm)

디스프로슘의 흡수 처리를 시행하지 않은 자석체(P1)의 보자력에 대하여 본 발명에 의한 영구자석체(M1)는 최외주부에서 500kAm^-1의 보자력 증대가 확인되었다. 자석 내부는, 표면으로부터 9mm의 거리가 있으므로, 디스프로슘이 흡수되지 않고, 보자력에 변화가 없었다. 상세하게 보자력의 분포를 조사한 바, 표면으로부터 6mm까지 보자력 증대가 확인되었다. 또한 테르븀의 흡수 처리를 실시한 자석체(M2)도 표면으로부터 6mm까지 보자력의 증대가 확인되고, 시행하지 않은 자석체(P1)의 보자력에 대하여 800kAm^-1의 보자력 증대가 확인된다. 본 발명의 영구자석의 잔류 자속밀도의 저하는 5mT로 약간이었다. 다음에 본 발명에 의한 영구자석체(M3)는 최외주부에서 500kAm^-1의 보자력 증대가 확인되었다. 자석 내부는 표면으로부터의 거리가 5.5mm로 자석체(M1)보다 작았기 때문에, 자화방향에 수직한 표면으로부터의 디스프로슘의 확산흡수가 작용하여, 100kAm^-1의 보자력 증대가 있었다. 또한 테르븀의 흡수 처리를 시행한 자석체(M4)는 시행하지 않은 자석체(P1)의 보자력에 대하여 표면에서 800kAm^-1, 내부에서 200kAm^-1의 보자력 증대가 확인된다. 비교를 위해, 합금 A의 Nd의 일부를 Dy로 치환한 조성 합금을 사용하여 영구자석을 제작하고, 500kAm^-1의 보자력 증대를 도모한 바, 잔류 자속밀도는 50mT 저하되었다.

자석체(M1)의 SEM에 의한 반사 전자상과 EPMA에 의해, 자석에는 Dy 및 F가 관찰되었다. 처리전의 자석에는 Dy 및 F는 포함되어 있지 않으므로, 자석체(M1)에 있어서의 Dy 및 F의 존재는 본 발명의 흡수처리에 의한 것이다. 흡수된 Dy는 결정립계 근방에만 농화되어 있다. 한편, 불소(F)도 입계부에 존재하고, 처리전부터 자석 내에 포함되어 있는 불가피 불순물인 산화물과 결합하여 산불화물를 형성하고 있다. 이 Dy의 분포에 의해, 잔류 자속밀도의 저하를 최소한으로 억제하면서 보자력을 증대시키는 것이 가능하게 되었다.

<실시예 1, 2 및 비교예 1의 자석을 사용한 IPM 모터 특성>

본 발명의 자석체(M1, M2) 및 비교예의 자석체(P1)를 영구자석 모터에 넣었을 때의 모터 특성에 대하여 설명한다.

영구자석 모터는 도 1에 도시하는 IPM 모터이다. 회전자는 0.5mm의 전자강판을 적층한 로터 요크에 영구자석이 메워 넣어진 4극 구조이다. 로터 요크의 치수는 외경 312mm, 높이 90mm로 되어 있다. 메워 넣어지는 영구자석의 치수는 폭 70mm, 자기 이방성화 방향의 치수 20mm, 축방향의 치수 90mm이다. 축방향 5분할된 자석을 사용했다. 고정자는 0.5mm의 전자강판을 적층한 6슬롯 구조이고, 각 티스에는 집중 감기로 코일이 60턴 감겨 있고, 코일은 U상, V상, W상의 3상 Y결선으로 되어 있다.

도 3의 본 발명의 처리를 행한 자석체(M1, M2)와 처리하지 않은 P1을 각각 에폭시 접착제로 5장 붙인 후에 착자하고, 로터 요크에 넣었다. 각 자석을 넣은 모터를 MM1, MM2, MP1로 했다. 각 상에 실효값 전류 50A, 2,400rpm으로 1시간 연속 운전하고, 운전 직후의 토크와 연속운전 후, 충분히 차가워진 상태에서 다시 운전했을 때의 토크의 비로부터, 영구자석의 감자율을 평가했다. 결과를 표 2에 정리했다. 여기에서, A: 운전 직후의 토크, B: 연속운전의 후, 충분히 차가워진 상태에서 다시 운전한 직후의 토크로서

감자율=(A+B)/A(%)

A, B의 상태 모두 운전 직후므로, 자석의 온도는 동일하다. 변화량은 연속운전에서 와전류 손실에 의해, 자석의 온도가 보다 줄어든 분량에 상당한다. 이 시험조건에서, 비교예 1의 MP1은 11%의 토크 감소가 보였지만, 실시예의 MM1, MM2에서는, 토크 감소는 거의 보이지 않았다. 이것으로부터 자석 표면 근방의 보자력 향상으로, 와전류 손실에 의한 감자가 억제되는 것을 확인할 수 있었다.

<실시예 3, 4 및 비교예 2의 자석을 사용한 SPM 모터 특성>

본 발명의 자석체(M3, M4) 및 비교예의 자석체(P2)를 영구자석 모터에 넣었을 때의 모터 특성에 대하여 설명한다.

영구자석 모터는 도 8에 나타내는 SPM 모터이다. 회전자는 0.5mm의 전자강판을 적층한 로터 요크의 표면에 영구자석이 접착제로 고정되어 있는 4극 구조이다. 회전자의 외경은 312mm, 높이 90mm로 되어 있다. 메워 넣어지는 영구자석의 치수는 폭 100mm, 자기 이방성화 방향의 치수 11mm, 축방향의 치수 90mm이다. 축방향 4분할된 자석을 사용했다. 고정자는 실시예 1, 2 및 비교예 1과 동일한 것이다.

도 10의 본 발명의 처리를 행한 자석체(M3, M4)와 처리하지 않은 P2를 각각 에폭시 접착제로 4장 붙인 후에 착자하고, 로터 요크의 표면에 에폭시 접착제로 고정했다. 각 자석을 넣은 모터를 MM3, MM4, MP2로 했다. 각 상에 실효값 전류 50A, 2,400rpm으로 1시간 연속 운전하고, 운전 직후의 토크와 연속운전의 후, 충분히 차가워진 상태에서 다시 운전했을 때의 토크의 비로부터, 영구자석의 감자량을 평가했다. 결과를 표 3에 정리했다. 이 시험조건에서, 비교예 2의 MP2는 32%의 토크 감소가 보여졌지만, 실시예의 MM3, MM4에서는, 토크 감소는 거의 보이지 않았다. SPM 모터에서도 자석 표면 근방의 보자력 향상으로, 와전류 손실에 의한 감자가 억제되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 실시예는 영구자석 모터이지만, 영구자석 발전기도 동일한 구조이며, 본 발명의 효과는 동일하다.

1 회전자 2 고정자
11 로터 요크 12 영구자석 세그먼트
12a 분할자석 13 코일
14 스테이터 요크

Claims

복수개의 영구자석 세그먼트가 로터 코어 내부에 메워 넣어진 회전자와, 복수의 슬롯을 갖는 스테이터 코어에 권선을 감은 고정자가 공극을 사이에 두고 배치된 영구자석 회전기에 사용하는 회전자, 또는 복수개의 영구자석 세그먼트를 로터 코어 표면에 부착한 회전자와, 복수의 슬롯을 갖는 스테이터 코어에 권선을 감은 고정자가 공극을 사이에 두고 배치된 영구자석 회전기에 사용하는 회전자에 있어서,
상기의 복수개의 영구자석 세그먼트의 각각이 더욱 분할된 2 내지 50개의 직방체 형상의 영구자석의 집합체로 구성되어 있음과 아울러, 각 분할된 개개의 영구자석이, 자화 방향에 평행한 4개의 평면으로부터, Dy 또는 Tb를 확산시킴으로써, 상기 4개의 평면의 표면에서의 보자력이 각각 분할된 영구자석 내부의 보자력보다 크게 되어 있고, 또한 각 분할된 개개의 영구자석이 Dy 또는 Tb를 확산시키지 않은 미처리의 2개의 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 영구자석식 회전기용 회전자.
복수개의 영구자석 세그먼트가 로터 코어 내부에 메워 넣어진 회전자와, 복수의 슬롯을 갖는 스테이터 코어에 권선을 감은 고정자가 공극을 사이에 두고 배치된 영구자석 회전기에 사용하는 회전자, 또는 복수개의 영구자석 세그먼트를 로터 코어 표면에 부착한 회전자와, 복수의 슬롯을 갖는 스테이터 코어에 권선을 감은 고정자가 공극을 사이에 두고 배치된 영구자석 회전기에 사용하는 회전자에 있어서,
상기의 복수개의 영구자석 세그먼트의 각각이 더욱 분할된 2 내지 50개의 직방체 형상의 영구자석의 집합체로 구성되어서 있음과 아울러, 각 분할된 개개의 영구자석이, 자화 방향에 평행한 4개의 평면으로부터, Dy 또는 Tb를 확산시킴으로써, 상기 4개의 평면의 표면에서의 내열성이 각각 분할된 영구자석 내부의 내열성보다 높아져 있고, 또한 각 분할된 개개의 영구자석이 Dy 또는 Tb를 확산시키지 않은 미처리의 2개의 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 영구자석식 회전기용 회전자.
제 1 항에 있어서,
상기 분할된 영구자석이 Nd계 희토류 소결 자석인 것을 특징으로 하는 영구자석식 회전기용 회전자.
제 3 항에 있어서,
상기의 Nd계 희토류 소결 자석의 표면으로부터 내부를 향한 보자력 경사가 자석 표면으로부터 내부를 향하여 Dy 또는 Tb를 확산시킴으로써 만들어진 것을 특징으로 하는 영구자석식 회전기용 회전자.
제 3 항에 있어서,
상기의 Nd계 희토류 소결 자석의 표면으로부터 내부를 향한 보자력 경사가 자석 표면으로부터 내부를 향하여 Dy 또는 Tb를 결정립계를 경유하여 확산시킨 것을 특징으로 하는 영구자석식 회전기용 회전자.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기의 Nd계 희토류 소결 자석의 표면으로부터 내부를 향한 Dy 또는 Tb의 확산이 자석의 표면에 Dy 또는 Tb 산화물 분말, Dy 또는 Tb 불화물의 분말, 또는 Dy 또는 Tb를 포함하는 합금 분말을 도포하고, 그 후 고온에 유지하여 Dy 또는 Tb를 확산시킨 것을 특징으로 하는 영구자석식 회전기용 회전자.