TW201611054A - 永久磁石、永久磁石之製造方法、旋轉電機及旋轉電機之製造方法 - Google Patents

永久磁石、永久磁石之製造方法、旋轉電機及旋轉電機之製造方法 Download PDF

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TW201611054A
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Katsuya Kume
Toshinobu Hoshino
Miho Yamaguchi
Masakazu Morimoto
Makoto Fujihara
Toshiaki Okuno
Eiichi Imoto
Hirofumi Ebe
Tomohiro Omure
Izumi Ozeki
Yuki Kato
Takashi Yamamoto
Shoichiro Saito
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Abstract

本發明係藉由將磁石原料粉碎為磁石粉末，並將經粉碎之磁石粉末與黏合劑混合而產生複合物12。然後，將所產生之複合物12成形為片狀而製作生片14。其後，藉由對所成形之生片14施加磁場而進行磁場配向，並使經磁場配向之生片14變形，藉此成形為製品形狀。其後，藉由進行燒結而製造永久磁石1。又，永久磁石1具有環形狀，以向沿著設定於環形狀之徑向且中心方向之集束軸P之方向集束之方式使易磁化軸傾斜配向而構成。

Description

永久磁石、永久磁石之製造方法、旋轉電機及旋轉電機之製造方法
本發明係關於一種永久磁石、永久磁石之製造方法、旋轉電機及旋轉電機之製造方法。
近年來，工具機、車輛、飛機、風力原動機等中通常使用將自發動機等傳遞來之機械動能轉換為電能之發電機、或相反將電能轉換為機械動能之馬達(電動機)等旋轉電機。又，業界謀求上述旋轉電機之轉矩或發電量之進一步增加。
此處，作為旋轉電機所使用之永久磁石之製造方法，自先前起通常使用粉末燒結法。此處，粉末燒結法係首先製造利用噴射磨機(乾式粉碎)等將原材料粉碎而成之磁石粉末。其後，將該磁石粉末裝入模具，加壓成形為所需形狀。然後，藉由在特定溫度(例如為Nd-Fe-B系磁石時為1100℃)下將成形為所需形狀之固體狀之磁石粉末進行燒結而製造(例如，日本專利特開平2-266503號公報)。又，通常對於永久磁石，為了提高磁性特性，而進行藉由自外部施加磁場所進行之磁場配向。並且，於利用先前之粉末燒結法所進行之永久磁石之製造方法中，於加壓成形時將磁石粉末填充至模具中，於施加磁場使其磁場配向後施加壓力，而成形經壓粉之成形體。又，於其他利用擠出成形法、射出成形法、壓延成形法等所進行之永久磁石之製造方法中，於施加磁場之環境下施加壓力而成形磁石。藉此，可形成構成永 久磁石之各磁石粒子之易磁化軸(C軸)方向與磁場之施加方向一致之成形體。
此處，作為使各向異性磁石之易磁化軸一致之方法，存在軸向各向異性、徑向各向異性、極性各向異性等。又，於將各向異性磁石用於旋轉動機之情形時，並非將各磁石粒子之易磁化軸沿著同一方向(即平行地)進行配向，而是以減少轉矩漣波或提高驅動力為目的，使易磁化軸向經磁化之各向異性磁石之磁通集中之方向配向(例如，日本專利特開2005-287181號公報)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平2-266503號公報(第5頁)
[專利文獻2]日本專利特開2005-287181號公報(第5頁、圖2)
此處，旋轉電機基本上常用內轉子型，該內轉子型係將永久磁石作為轉子(rotor)收容於內側，將鐵心或繞線作為定子(stator)配置於外側。另一方面，與內轉子型相反地，亦存在外轉子型，該外轉子型係將包含鐵心或繞線之定子配置於內側，將包含永久磁石之轉子配置於外側，並使外側旋轉，由於其定速性優異，故而用於HDD(hard disk drive，硬磁碟驅動機)或光碟之碟片旋轉用馬達等。又，亦存在如磁性減速機或洗滌機用馬達般於包含鐵心或繞線之定子之內側與外側分別配置永久磁石作為轉子(即相對於1個定子存在2個轉子)之稱為雙轉子之形式。
而且，於上述外轉子型之旋轉電機或雙轉子型之旋轉電機中，亦要求將配置於轉子上之各向異性磁石之易磁化軸之配向方向最佳化。
本發明係為了解決上述先前問題而完成者，其目的在於：對於配置於外轉子型之旋轉電機或雙轉子型之旋轉電機等之環形狀永久磁石，提供一種藉由使磁通向位於內側之定子側集中而提高最大磁通密度從而實現旋轉電機之轉矩或發電量之增加之永久磁石、永久磁石之製造方法、使用該永久磁石之旋轉電機及旋轉電機之製造方法。
為了達成上述目的，本發明之永久磁石之特徵在於：其具有環形狀，並且以向沿著設定於環形狀之徑向且中心方向之集束軸之方向集束之方式使易磁化軸傾斜配向。
又，本發明之永久磁石之特徵在於：內周表面之圓周方向上之磁通密度分佈之形狀成為正弦波形狀。
又，本發明之永久磁石之特徵在於其係藉由如下步驟而製造：將磁石原料粉碎為磁石粉末之步驟；將上述經粉碎之磁石粉末與黏合劑混合而生成混合物之步驟；將上述混合物成形為特定形狀之成形體之步驟；對上述成形體進行磁場配向之步驟；及藉由將經磁場配向之上述成形體保持於焙燒溫度而進行燒結之步驟。
又，本發明之永久磁石之特徵在於：於上述進行磁場配向之步驟中，對上述混合物施加磁場，並且使施加有磁場之上述混合物變形為上述成形體，藉此操作易磁化軸之方向，而進行針對上述成形體之磁場配向。
又，本發明之永久磁石之特徵在於：於上述進行磁場配向之步驟中，將上述混合物成形為片狀後，對片狀之上述混合物施加磁場。
又，本發明之永久磁石之特徵在於：上述永久磁石係配置於外轉子型之旋轉電機之轉子上，且以沿著上述轉子之圓周方向使易磁化軸向旋轉軸側傾斜之方式進行配向。
又，本發明之永久磁石之特徵在於：於配置於上述旋轉電機之 轉子上且經磁化之情形時，磁石內部之磁通自上述轉子之外側方向向旋轉軸方向集中。
又，本發明之旋轉電機之特徵在於：其係於轉子上配置有永久磁石之外轉子型之旋轉電機，並且上述永久磁石具有環形狀，且以向沿著設定於環形狀之徑向且中心方向之集束軸之方向集束之方式使易磁化軸傾斜配向。
又，本發明之永久磁石之製造方法之特徵在於：其係具有環形狀之永久磁石之製造方法，並且包括如下步驟：將磁石原料粉碎為磁石粉末之步驟；將上述經粉碎之磁石粉末與黏合劑混合而生成混合物之步驟；藉由對上述混合物施加磁場而進行磁場配向之步驟；及藉由將經磁場配向之上述混合物之成形體保持於焙燒溫度而進行燒結之步驟，且於上述進行磁場配向之步驟中，以向沿著設定於環形狀之徑向且中心方向之集束軸之方向集束之方式使易磁化軸傾斜配向。
又，本發明之永久磁石之製造方法之特徵在於：於上述進行磁場配向之步驟中，以所製造之上述永久磁石之內周表面之圓周方向上之磁通密度分佈之形狀成為正弦波形狀之方式進行配向。
又，本發明之永久磁石之製造方法之特徵在於：於上述進行磁場配向之步驟中，對上述混合物施加磁場，並且使施加有磁場之上述混合物變形為上述成形體，藉此操作易磁化軸之方向而進行磁場配向。
又，本發明之永久磁石之製造方法之特徵在於：於上述進行磁場配向之步驟中，將上述混合物成形為片狀後，對片狀之上述混合物施加磁場。
又，本發明之永久磁石之製造方法之特徵在於：上述永久磁石係配置於外轉子型之旋轉電機之轉子上，且以沿著上述轉子之圓周方向使易磁化軸向旋轉軸側傾斜之方式進行配向。
又，本發明之永久磁石之製造方法之特徵在於：於配置於上述旋轉電機之轉子上且經磁化之情形時，磁石內部之磁通自上述轉子之外側方向向旋轉軸方向集中。
進而，本發明之旋轉電機之製造方法之特徵在於：其係藉由在轉子上配置永久磁石而製造之外轉子型之旋轉電機之製造方法，並且上述永久磁石具有環形狀，其係藉由如下步驟而製造：將磁石原料粉碎為磁石粉末之步驟；將上述經粉碎之磁石粉末與黏合劑混合而生成混合物之步驟；藉由對上述混合物施加磁場而進行磁場配向之步驟；及藉由將經磁場配向之上述混合物之成形體保持於焙燒溫度而進行燒結之步驟，且於上述進行磁場配向之步驟中，以向沿著設定於環形狀之徑向且中心方向之集束軸之方向集束之方式使易磁化軸傾斜配向。
根據具有上述構成之本發明之永久磁石，由於以向沿著設定於環形狀之徑向且中心方向之集束軸之方向集束之方式使易磁化軸傾斜配向，故而於磁化後可使磁通適當地集中，於提高最大磁通密度之同時亦可防止磁通密度之不均。尤其是於外轉子型之旋轉電機或雙轉子型之旋轉電機等將轉子配置於定子之外側之旋轉電機中，若於位於外側之轉子上配置永久磁石，則使磁通向位於內側之定子側集中，藉此提高最大磁通密度，提高配置有永久磁石之旋轉電機之轉矩及發電量，並且亦可減少轉矩漣波。
又，根據本發明之永久磁石，可使永久磁石之內周表面之圓周方向上之磁通密度分佈之波形接近理想之正弦波形狀。其結果為，可減少轉矩漣波，進而於設置於旋轉電機之情形時可準確地進行旋轉電機之驅動控制。
又，根據本發明之永久磁石，藉由採用對將磁石粉末與黏合劑混合而成之混合物進行成形之構成，可以使易磁化軸向沿著集束軸之 一方向適當地集束之方式進行配向。其結果為，於磁化後可使磁通適當地集中，於提高最大磁通密度之同時亦可防止磁通密度之不均。
又，由於對與黏合劑之混合物進行成形，故而與使用壓粉成形等之情形相比，亦不存在配向後磁石粒子轉動之情況，可提高配向度。
又，於對與黏合劑之混合物進行磁場配向之情形時，由於可利用電流之匝數，故而可確保進行磁場配向時之磁場強度較大，且由於在靜磁場中實施長時間之磁場施加，故而可實現不均較少之高配向度。並且，若於配向後對配向方向進行修正，則可確保高配向且不均較少之配向。
進而，實現不均較少之高配向，可減少因燒結引起之收縮之不均。即，可確保燒結後之製品形狀之均一性。其結果為，減輕對燒結後之外形加工之負擔，可期待大幅度提高量產之穩定性。
又，根據本發明之永久磁石，可藉由使暫時進行磁場配向之混合物變形，而對配向方向進行修正，以使易磁化軸向沿著集束軸之一方向適當地集束之方式進行配向。其結果為，可進行高配向且不均較少之配向。又，可使混合物變形為成形體，並且於進行該變形之同時對配向方向進行修正。其結果為，可藉由一個步驟進行永久磁石之成形步驟與配向步驟，而可提高生產性。
又，根據本發明之永久磁石，由於在將混合物暫時成形為片狀後進行磁場配向，其後使其變形為成形體，故而可以連續步驟高效率地進行成形步驟或磁場配向步驟，而可提高生產性。
又，根據本發明之永久磁石，由於使易磁化軸沿外轉子型之旋轉電機之轉子之圓周方向向旋轉軸側傾斜，故而於配置於轉子之內側面且經磁化之情形時，可使磁通自轉子之外側方向向旋轉軸方向進一步集中。其結果為，可提高配置有永久磁石之旋轉電機之轉矩或發電 量。
又，根據本發明之永久磁石，於配置於外轉子型之旋轉電機之轉子內側面之情形時，可提高配置有永久磁石之旋轉電機之轉矩或發電量。
又，根據本發明之旋轉電機，於外轉子型之旋轉電機中，與先前相比，可實現發電機之發電能力之提高、馬達之高轉矩化、小型化、低轉矩漣波化、高效率化。
又，根據本發明之永久磁石之製造方法，由於所製造之永久磁石係以向沿著設定於環形狀之徑向且中心方向之集束軸之方向集束之方式使易磁化軸傾斜配向，故而於磁化後可使磁通適當地集中，於提高最大磁通密度之同時亦可防止磁通密度之不均。尤其是於外轉子型之旋轉電機或雙轉子型之旋轉電機等將轉子配置於定子之外側之旋轉電機中，若於位於外側之轉子上配置永久磁石，則使磁通向位於內側之定子側集中，藉此提高最大磁通密度，提高配置有永久磁石之旋轉電機之轉矩或發電量，並且亦可減少轉矩漣波。
又，藉由採用對將磁石粉末與黏合劑混合而成之混合物進行成形之構成，而可以使易磁化軸向沿著集束軸之一方向適當地集束之方式進行配向。其結果為，於磁化後可使磁通適當地集中，於提高最大磁通密度之同時亦可防止磁通密度之不均。
又，由於對與黏合劑之混合物進行成形，故而與使用壓粉成形等之情形相比，亦不存在配向後磁石粒子轉動之情況，而可提高配向度。
又，於對與黏合劑之混合物進行磁場配向之情形時，由於可利用電流之匝數，故而可確保進行磁場配向時之磁場強度較大，且由於在靜磁場中實施長時間之磁場施加，故而可實現不均較少之高配向度。並且，若於配向後對配向方向進行修正，則可確保高配向且不均 較少之配向。
進而，實現不均較少之高配向，可減少因燒結引起之收縮之不均。即，可確保燒結後之製品形狀之均一性。其結果為，減輕對燒結後之外形加工之負擔，而可期待大幅度提高量產之穩定性。
又，根據本發明之永久磁石之製造方法，可使永久磁石之內周表面之圓周方向上之磁通密度分佈之波形接近理想之正弦波形狀。其結果為，可減少轉矩漣波，進而於設置於旋轉電機之情形時可準確地進行旋轉電機之驅動控制。
又，根據本發明之永久磁石之製造方法，藉由使暫時進行磁場配向之混合物變形，可對配向方向進行修正，以使易磁化軸向沿著集束軸之一方向適當地集束之方式進行配向。其結果為，可進行高配向且不均較少之配向。又，可使混合物變形為成形體，並且於進行該變形之同時對配向方向進行修正。其結果為，可藉由一個步驟進行永久磁石之成形步驟與配向步驟，而可提高生產性。
又，根據本發明之永久磁石之製造方法，由於在將混合物暫時成形為片狀後進行磁場配向，其後使其變形為成形體，故而可以連續步驟高效率地進行成形步驟或磁場配向步驟，而可提高生產性。
又，根據本發明之永久磁石之製造方法，由於使易磁化軸沿外轉子型之旋轉電機之轉子之圓周方向向旋轉軸側傾斜，故而於配置於轉子之內側面且經磁化之情形時，可使磁通自轉子之外側方向向旋轉軸方向進一步集中。其結果為，可提高配置有永久磁石之旋轉電機之轉矩或發電量。
又，根據本發明之永久磁石之製造方法，於將所製造之永久磁石配置於外轉子型之旋轉電機之轉子內側面之情形時，可提高配置有永久磁石之旋轉電機之轉矩或發電量。
進而，根據本發明之旋轉電機之製造方法，於外轉子型之旋轉 電機中，與先前相比，可實現發電機之發電能力之提高、馬達之高轉矩化、小型化、低轉矩漣波化、高效率化。
1‧‧‧永久磁石
2‧‧‧外轉子型之旋轉電機
3‧‧‧轉子
4‧‧‧燒結構件
5‧‧‧定子
6‧‧‧定子芯
7‧‧‧繞線
8‧‧‧旋轉軸
10‧‧‧粗粉碎磁石粉末
11‧‧‧珠磨機
12‧‧‧複合物
13‧‧‧支持基材
14‧‧‧生片
15‧‧‧模具
22‧‧‧塗佈輥
25‧‧‧電磁圈
26‧‧‧加熱板
27‧‧‧箭頭
30‧‧‧成形體
31‧‧‧燒結體
32‧‧‧環形燒結體
圖1係表示本發明之永久磁石之整體圖。
圖2係表示配置有永久磁石之外轉子型之旋轉電機的圖。
圖3係表示永久磁石之易磁化軸方向的圖。
圖4係表示永久磁石之易磁化軸方向的圖。
圖5係表示利用環形狀永久磁石所形成之朝向內側之極性各向異性配向的圖。
圖6係表示本發明之永久磁石之製造步驟之說明圖。
圖7係表示本發明之永久磁石之製造步驟中、尤其是生片之成形步驟及磁場配向步驟之說明圖。
圖8係表示藉由將生片積層而製作之永久磁石與易磁化軸方向之圖。
圖9係對本發明之永久磁石之製造步驟中、尤其是煅燒步驟之升溫態樣進行說明之圖。
圖10係表示本發明之旋轉電機之製造步驟的說明圖。
以下，關於針對本發明之永久磁石及永久磁石之製造方法、以及使用該永久磁石之旋轉電機及旋轉電機之製造方法而具體化之一實施形態，一面參照圖式一面進行詳細說明。
[永久磁石之構成]
首先，對本發明之永久磁石1之構成進行說明。圖1係表示本發明之永久磁石1之整體圖。再者，如圖1所示，本發明之永久磁石1係具有圓環形狀之各向異性環形磁石。並且，如圖2所示，配置於外轉子型之旋轉電機(馬達或發電機)2之轉子3內側表面，而構成外轉子型 之旋轉電機2。圖2係表示配置有永久磁石1之外轉子型之旋轉電機2的圖。再者，於以下之實施例中對將永久磁石1製成各向異性環形狀磁石之例進行說明，但永久磁石1之形狀(例如直徑之大小)或極數等可如下述般根據永久磁石之成形態樣、配向態樣而適當變更。例如，可製成扇型形狀、環形狀、弓型形狀、長方體形狀。
又，本發明之永久磁石1包含Nd-Fe-B系磁石。再者，各成分之含量設為Nd：27~40wt%、B：0.8~2wt%、Fe(電解鐵)：60~70wt%。又，為了提高磁性特性，亦可少量含有Dy、Tb、Co、Cu、Al、Si、Ga、Nb、V、Pr、Mo、Zr、Ta、Ti、W、Ag、Bi、Zn、Mg等其他元素。
又，如圖1所示，永久磁石1係藉由將複數個扇型形狀(瓦型)之燒結構件4組合為圓環狀後，利用含有樹脂等之接著劑(例如樹脂與溶劑之混合物)相互進行接合，其後進行磁化而構成。再者，除了接著劑以外，燒結構件4之接合亦可藉由塑化劑、熱壓接而進行。又，燒結構件4之個數係與永久磁石1之極數相對應之數，例如於將永久磁石1之極數設為8極之情形時，如圖1所示係包含8個燒結構件4。
進而，如下述般，構成永久磁石1之各燒結構件4係藉由對將由磁石粉末與黏合劑混合而成之混合物成形而成之成形體(生坯成形體)進行燒結而形成。再者，亦可採用如下構成：並非將混合物直接成形為如圖1所示之瓦型形狀，而是暫時成形為瓦型形狀以外之形狀(例如，片狀、塊狀等)，其後進行沖裁加工、切削加工、變形加工等，藉此製成瓦型形狀。又，尤其是若採用將混合物暫時製成片狀後加工為瓦型形狀之構成，則可藉由以連續步驟進行生產而提高生產性，又，亦可提高成形之精度。於將混合物製成片狀之情形時，係製成具備例如0.05mm~10mm(例如1mm)之厚度之薄膜狀之片狀構件。再者，即便於製成片狀之情形時，只要將複數片加以積層，則亦可製造 大型之永久磁石1。
又，本發明之永久磁石1係各向異性磁石，如圖3所示，構成永久磁石1之各燒結構件4係以易磁化軸(C軸)向沿通過磁石表面之集束軸P之一方向(圖3中為凹面方向)集束之方式進行配向。其結果為，組合燒結構件4而成之環形狀永久磁石1之配向如下述般具有朝向內側之極性各向異性。
再者，於如圖3所示之例中，集束軸P係設定為通過燒結構件4之中央附近，但亦可不為中央附近而是設定為偏向右側或偏向左側。又，於將永久磁石1配置於轉子3之情形時，如圖3所示係以沿轉子3之圓周方向自燒結構件4之兩端側朝向中心側，易磁化軸(C軸)向徑向且旋轉軸方向(即氣隙側)傾斜之方式進行配向。更具體而言，易磁化軸係沿著指數曲線而形成。其結果為，於將永久磁石1配置於轉子3上且經磁化之情形時，磁石內部之磁通沿轉子3之徑向自外側方向向旋轉軸方向(即氣隙側)集中(即，磁石之內側表面之磁通密度變高)。
又，如圖4所示，亦可以易磁化軸直線狀地向沿著集束軸P之一方向集束之方式進行配向。即便於該情形時，組合燒結構件4而成之永久磁石1之配向亦具有朝向內側之極性各向異性。
又，於本發明之永久磁石1中，由於如下述般對由磁石粉末與黏合劑混合而成之混合物施加磁場而進行配向，故而不存在如壓粉成形般因在配向後附加之壓力而導致磁石粒子轉動之情況，而可提高配向度。又，由於不存在如PLP(Pressless Process，無壓製程)法般磁石粉末之密度分佈產生不均之情況，故而近淨形性提高。進而，若於對成形為製品形狀(例如圖1所示之瓦型)前之混合物施加磁場而暫時進行配向後，考慮混合物之易磁化軸之方向將混合物進行成形(例如變形加工)，而成形為製品形狀，則於成形為製品形狀之過程中可操作易磁化軸之方向。即，可使易磁化軸適當地向製造者所期待之方向配 向。其結果為，可容易且精度良好地實現將易磁化軸向複雜之方向配向之永久磁石(例如圖3所示之以使易磁化軸向特定方向集束之方式進行配向之各向異性環形狀磁石)。
再者，針對永久磁石1之磁場配向可採用藉由上述方式對成形為製品形狀(例如圖1所示之瓦型)前之混合物施加磁場而暫時進行配向，其後進行成形，藉此進行針對成形體之磁場配向之構成，亦可於成形為製品形狀後施加磁場而進行配向。
並且，尤其是如圖3或圖4所示，將易磁化軸經配向之燒結構件4接合為圓環狀而獲得之永久磁石1可實現如圖5所示之朝向內側之極性各向異性配向。藉此，關於內周表面之圓周方向上之磁通密度分佈，可獲得正弦波之磁通密度分佈。並且，具備具有朝向內側之極性各向異性配向之永久磁石之外轉子型旋轉電機具有如下優點：可提高旋轉電機之轉矩或發電量，進而限制轉矩漣波，準確地進行旋轉電機之驅動控制。又，藉由使永久磁石1之內周表面之圓周方向上之磁通密度分佈(即，旋轉電機之氣隙中之磁通密度分佈)之波形接近理想之正弦波形狀，可進一步減少轉矩漣波，而實現旋轉電機之靜音化或低振動化。
又，於本發明中尤其是製造永久磁石1之情形時，混合至磁石粉末中之黏合劑可使用樹脂、長鏈烴、脂肪酸酯或該等之混合物等。
進而，於使用樹脂作為黏合劑之情形時，較佳為使用結構中不含氧原子且具有解聚性之聚合物。又，如下述，為了再利用將磁石粉末與黏合劑之混合物成形為所需形狀(例如瓦型)時產生之混合物之殘餘物，及於將混合物加熱而軟化之狀態下進行磁場配向，可使用熱塑性樹脂。具體而言，包含選自以下之通式(1)所表示之單體中之1種或2種以上之聚合物或共聚物的聚合物符合上述要求。
[化1]
(其中，R1及R2表示氫原子、低級烷基、苯基或乙烯基)
作為符合上述條件之聚合物，例如有：異丁烯之聚合物即聚異丁烯(PIB)、異戊二烯之聚合物即聚異戊二烯(異戊二烯橡膠，IR)、1,3-丁二烯之聚合物即聚丁二烯(丁二烯橡膠，BR)、苯乙烯之聚合物即聚苯乙烯、苯乙烯與異戊二烯之共聚物即苯乙烯-異戊二烯嵌段共聚物(SIS)、異丁烯與異戊二烯之共聚物即丁基橡膠(IIR)、苯乙烯與丁二烯之共聚物即苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)、2-甲基-1-戊烯之聚合物即2-甲基-1-戊烯聚合樹脂、2-甲基-1-丁烯之聚合物即2-甲基-1-丁烯聚合樹脂、α-甲基苯乙烯之聚合物即α-甲基苯乙烯聚合樹脂等。再者，關於α-甲基苯乙烯聚合樹脂，為了賦予柔軟性，較理想為添加低分子量之聚異丁烯。又，作為用於黏合劑之樹脂，亦可採用少量包含含有氧原子之單體之聚合物或共聚物(例如，聚甲基丙烯酸丁酯或聚甲基丙烯酸甲酯等)之構成。進而，亦可部分共聚和不屬於上述通式(1)之單體。即便於該情形時，亦可達成本案發明之目的。
再者，作為用於黏合劑之樹脂，為了使磁場配向恰當地進行，較理想為使用於250℃以下軟化之熱塑性樹脂，更具體而言使用玻璃轉移點或流動開始溫度為250℃以下之熱塑性樹脂。
另一方面，於使用長鏈烴作為黏合劑之情形時，較佳為使用室溫下為固體、室溫以上時為液體之長鏈飽和烴(長鏈烷烴)。具體而言，較佳為使用碳數為18以上之長鏈飽和烴。並且，如下述，於將磁 石粉末與黏合劑之混合物進行磁場配向時，於將混合物於長鏈烴之玻璃轉移點或流動開始溫度以上進行加熱而使之軟化之狀態下進行磁場配向。
又，於使用脂肪酸酯作為黏合劑之情形時亦相同，較佳為使用室溫下為固體、室溫以上時為液體之硬脂酸甲酯或二十二烷酸甲酯等。並且，如下述，於將磁石粉末與黏合劑之混合物進行磁場配向時，於將混合物於脂肪酸酯之流動開始溫度以上進行加熱而使之軟化之狀態下進行磁場配向。
藉由使用滿足上述條件之黏合劑作為混合至磁石粉末中之黏合劑，可降低磁石內所含之碳量及氧量。具體而言，使燒結後於磁石中殘存之碳量成為2000ppm以下、更佳為1000ppm以下。又，使燒結後於磁石中殘存之氧量成為5000ppm以下、更佳為2000ppm以下。
又，關於黏合劑之添加量，為了在將漿料或加熱熔融之複合物進行成形時提高成形體之厚度精度，而設為恰好填充磁石粒子間之空隙之量。例如，將黏合劑相對於磁石粉末與黏合劑之合計量之比率設為1wt%~40wt%、更佳為2wt%~30wt%、進而較佳為3wt%~20wt%。
[旋轉電機之構成]
又，將上述永久磁石1配置於轉子3之內周面之外轉子型之旋轉電機2如圖2所示，基本包含定子5、及自外側包圍定子5而旋轉自如地配置之轉子3。
又，定子5基本包含含有電磁鋼板等磁性材料之定子芯6、及捲繞安裝於定子芯6上之複數條繞線7。進而，定子芯6包含圓環狀之磁軛、及自磁軛向徑向外側突出之複數個齒部，繞線7係捲繞於齒部上。再者，繞線7之捲繞安裝形態有集中捲繞方式與分佈捲繞方式。所謂集中捲繞方式係於每個齒部上捲繞安裝繞線7之形態，所謂分佈 捲繞方式係跨複數個齒部而捲繞安裝繞線7之形態。
又，定子5之中央具備旋轉軸8，該旋轉軸8以相對於定子5旋轉自如之方式被支持。並且，旋轉軸8採用與轉子3連接、若轉子3旋轉則隨著轉子3之旋轉而旋轉之構成。
另一方面，轉子3如上文所述般於內側表面配置有環形狀永久磁石1。並且，永久磁石1係以交替配置S極與N極之方式被磁化，以介隔特定之間隔而相對向之方式配置於定子5。進而，如圖5所示，採用沿轉子3之圓周方向，磁石內部之磁通自外側方向向旋轉軸8方向集中之構成。
並且，於此種構成中，若對定子5之繞線7施加電流，則於轉子3與定子5之間產生因磁引起之吸力與斥力，轉子3以旋轉軸8為中心旋轉。尤其是於本發明中，藉由採用沿轉子3之圓周方向，磁石內部之磁通自外側方向向旋轉軸8方向集中之構成，可獲得高轉矩。
[永久磁石之製造方法]
其次，利用圖6對本發明之永久磁石1之製造方法進行說明。圖6係表示本實施形態之永久磁石1之製造步驟之說明圖。
首先，製造包含特定分率之Nd-Fe-B(例如Nd：32.7wt%、Fe(電解鐵)：65.96wt%、B：1.34wt%)之鑄錠。其後，利用搗碎機或壓碎機等將鑄錠粗粉碎為200μm左右之大小。或者，將鑄錠熔解，藉由薄帶連鑄法製作薄片，藉由氫化粉碎法將其粗粉化。藉此，獲得粗粉碎磁石粉末10。
繼而，藉由利用珠磨機11之濕式法或使用噴射磨機之乾式法等將粗粉碎磁石粉末10進行微粉碎。例如，於使用利用珠磨機11之濕式法之微粉碎中，於溶劑中將粗粉碎磁石粉末10微粉碎為特定範圍之粒徑(例如0.1μm~5.0μm)，並且使磁石粉末分散於溶劑中。其後，藉由真空乾燥等將濕式粉碎後之溶劑中所含之磁石粉末加以乾燥，並取出 經乾燥之磁石粉末。又，粉碎所使用之溶劑之種類並無特別限制，可使用：異丙醇、乙醇、甲醇等醇類，乙酸乙酯等酯類，戊烷、己烷等低級烴類，苯、甲苯、二甲苯等芳香族類，酮類，該等之混合物等。再者，較佳為使用溶劑中不含氧原子之溶劑。
另一方面，於使用利用噴射磨機之乾式法之微粉碎中，於(a)氧含量實質上為0%之包含氮氣、氬氣、氦氣等惰性氣體之環境中，或(b)氧含量為0.0001~0.5%之包含氮氣、氬氣、氦氣等惰性氣體之環境中，利用噴射磨機將經粗粉碎之磁石粉末微粉碎，而製成具有特定範圍之粒徑(例如0.7μm~5.0μm)之平均粒徑之微粉末。再者，所謂氧濃度實質上為0%意指不限定於氧濃度完全為0%之情形，亦可含有在微粉之表面形成極少量氧化覆膜程度之量之氧。
其次，將經珠磨機11等微粉碎之磁石粉末成型為所需形狀。再者，磁石粉末之成形係藉由對將磁石粉末與黏合劑混合而獲得之混合物進行成形而進行。於以下之實施例中，於將混合物暫時成形為製品形狀以外之形狀之狀態下施加磁場而進行磁場配向，其後進行沖裁加工、切削加工、變形加工等，藉此製成製品形狀(例如圖1所示之瓦型)。尤其是於以下之實施例中，於將混合物暫時成形為片狀之生坯成形體(以下稱為生片)後製成製品形狀。又，於將混合物成形為尤其是片狀之情形時，例如有：藉由將混合磁石粉末與黏合劑而獲得之複合物加熱後成形為片狀之熱熔塗佈，或將包含磁石粉末、黏合劑及有機溶劑之漿料塗佈於基材上而成形為片狀之漿料塗佈等而進行之成形。
以下，對尤其是使用熱熔塗佈之生片成形進行說明。
首先，對經珠磨機11等微粉碎之磁石粉末中混合黏合劑，藉此製作包含磁石粉末與黏合劑之黏土狀之混合物(複合物)12。此處，作為黏合劑，可如上所述使用樹脂、長鏈烴、脂肪酸酯或該等之混合物 等。例如，於使用樹脂之情形時，使用包含結構中不含氧原子且具有解聚性之聚合物的熱塑性樹脂，另一方面，於使用長鏈烴之情形時，較佳為使用室溫下為固體、室溫以上時為液體之長鏈飽和烴(長鏈烷烴)。又，於使用脂肪酸酯之情形時，較佳為使用硬脂酸甲酯或二十二烷酸甲酯等。又，黏合劑之添加量係設為如上述般添加後之複合物12中之黏合劑相對於磁石粉末與黏合劑之合計量之比率成為1wt%~40wt%、更佳為2wt%~30wt%、進而較佳為3wt%~20wt%之量。
又，於上述複合物12中，為了提高後續進行之磁場配向步驟中之配向度，亦可添加促進配向之添加劑。作為促進配向之添加劑，例如可使用烴系之添加劑，尤其理想為使用具有極性之(具體而言為酸解離常數pKa未達41之)添加劑。又，添加劑之添加量取決於磁石粉末之粒徑，磁石粉末之粒徑越小，越需增加添加量。作為具體之添加量，相對於磁石粉末設為0.1份~10份，更佳為設為1份~8份。並且，添加至磁石粉末中之添加劑附著於磁石粒子之表面，於下述之磁場配向處理中，具有輔助磁石粒子之轉動之作用。其結果為，施加磁場時配向容易進行，可使磁石粒子之易磁化軸方向朝向同一方向(即，提高配向度)。尤其是於將黏合劑添加至磁石粉末中之情形時，由於粒子表面存在黏合劑，故而配向時之摩擦力增大，粒子之配向性降低，因此添加添加劑之效果進一步增大。
再者，黏合劑之添加係於包含氮氣、氬氣、氦氣等惰性氣體之環境中進行。再者，磁石粉末與黏合劑之混合係藉由例如將磁石粉末與黏合劑分別投入攪拌機，利用攪拌機進行攪拌而進行。又，為了促進混練性，亦可進行加熱攪拌。又，磁石粉末與黏合劑之混合較理想為於包含氮氣、氬氣、氦氣等惰性氣體之環境中進行。又，尤其是於藉由濕式法粉碎磁石粉末之情形時，亦可設為如下構成：並非自粉碎所使用之溶劑中取出磁石粉末，而是將黏合劑添加至溶劑中進行混 練，其後使溶劑揮發而獲得下述複合物12。
繼而，藉由將複合物12成形為片狀而製作生片。尤其是於熱熔塗佈中，藉由加熱複合物12使複合物12熔融，使之成為流體狀後，塗佈至分隔件等支持基材13上。其後，藉由散熱使之凝固，而於支持基材13上形成長條片狀之生片14。再者，將複合物12加熱熔融時之溫度根據所使用之黏合劑之種類或量而異，設為50~300℃。其中，需設為高於所使用之黏合劑之流動開始溫度之溫度。再者，於使用漿料塗佈之情形時，使磁石粉末與黏合劑(進而亦可包含促進配向之添加劑)分散於大量溶劑中，將漿料塗佈於分隔件等支持基材13上。其後，藉由乾燥使溶劑揮發，而於支持基材13上形成長條片狀之生片14。
此處，熔融之複合物12之塗佈方法較佳為使用狹縫式模具方式或砑光輥方式等層厚控制性優異之方式。尤其是為了實現較高之厚度精度，較理想為使用層厚控制性尤其優異(即，可於基材之表面塗佈高精度之厚度之層的方式)之模具方式或缺角輪塗佈方式。例如，狹縫式模具方式係藉由利用齒輪泵將經加熱而成為流體狀之複合物12擠出並填充至模具中進行塗佈。又，砑光輥方式係將一定量之複合物12裝入經加熱之2根輥之間隙，一面使輥旋轉一面將因輥之熱而熔融之複合物12塗佈於支持基材13上。又，作為支持基材13，例如使用聚矽氧處理聚酯膜。進而，較佳為藉由使用消泡劑、或進行加熱真空脫泡等充分進行脫泡處理，以使展開層中不殘留氣泡。又，亦可並非塗佈至支持基材13上，而是採用藉由製成利用擠出成型或射出成形將熔融之複合物12成型為片狀，並擠出至支持基材13上，而於支持基材13上成形生片14之構成。
又，利用狹縫式模具方式之生片14之形成步驟中，較理想為對塗佈後之生片14之片材厚度進行實測，基於實測值對模具15與支持基材13間之間隙進行反饋控制。又，儘可能降低對模具15供給之流體狀 之複合物12之量的變動(例如抑制為±0.1%以下之變動)，進而亦儘可能降低塗佈速度之變動(例如抑制為±0.1%以下之變動)。藉此，可進一步提高生片14之厚度精度。再者，所形成之生片14之厚度精度係設為相對於設計值(例如1mm)為±10%以內，更佳為±3%以內，進而較佳為±1%以內。再者，另一方面於砑光輥方式中，同樣地基於實測值而控制壓光條件，藉此可控制複合物12向支持基材13上之轉印膜厚。
再者，生片14之設定厚度較理想為於0.05mm~20mm之範圍內進行設定。若使厚度薄於0.05mm，則必須進行多層積層，因而生產性降低。
其次，進行藉由上述熱熔塗佈而形成於支持基材13上之生片14之磁場配向。具體而言，首先藉由將與支持基材13一併連續搬送之生片14進行加熱，而使生片14軟化。具體而言，使生片14軟化至其黏度達到1~1500Pa．s，更佳為1~500Pa．s。藉此，可使磁場配向恰當地進行。
再者，加熱生片14時之溫度及時間根據所使用之黏合劑之種類或量而異，例如可設為於100~250℃下加熱0.1~60分鐘。其中，為了使生片14軟化，需設為所使用之黏合劑之玻璃轉移點或流動開始溫度以上之溫度。又，作為加熱生片14之加熱方法，例如有利用加熱板之加熱方法或將熱介質(聚矽氧油)用於熱源之加熱方法。其次，藉由對因加熱而軟化之生片14之面內方向及長度方向施加磁場而進行磁場配向。所施加之磁場之強度係設為5000[Oe]~150000[Oe]，較佳為設為10000[Oe]~120000[Oe]。其結果為，使生片14中所含之磁石結晶之C軸(易磁化軸)向一方向配向。再者，作為施加磁場之方向，亦可對生片14之面內方向及寬度方向施加磁場。又，亦可採用對複數片生片14同時施加磁場之構成。
進而，於對生片14施加磁場時，可採用同時進行加熱步驟與施 加磁場之步驟之構成，亦可於進行加熱步驟之後且生片凝固之前進行施加磁場之步驟。又，亦可採用於藉由熱熔塗佈而塗佈之生片14凝固之前進行磁場配向之構成。於該情形時，無需加熱步驟。
其次，使用圖7對生片14之加熱步驟及磁場配向步驟進行更詳細之說明。圖7係表示生片14之加熱步驟及磁場配向步驟之模式圖。再者，於如圖7所示之例中，對同時進行加熱步驟與磁場配向步驟之例進行說明。
如圖7所示，上述針對藉由狹縫式模具方式塗佈之生片14之加熱及磁場配向係針對利用輥進行連續搬送之狀態之長條片狀之生片14進行。即，將用以進行加熱及磁場配向之裝置配置於塗佈裝置(模具等)之下游側，藉由與上述塗佈步驟連續之步驟而進行。
具體而言，於模具15或塗佈輥22之下游側，以所搬送之支持基材13及生片14通過電磁圈25內之方式配置電磁圈25。進而，於電磁圈25內相對於生片14配置上下一對加熱板26。然後，利用上下一對配置之加熱板26加熱生片14，並且對電磁圈25通入電流，藉此於長條片狀之生片14之面內方向(即，與生片14之片材面平行之方向)及長度方向產生磁場。藉此，藉由加熱使連續搬送之生片14軟化，並且對軟化之生片14之面內方向及長度方向(圖7之箭頭27方向)施加磁場，可實現生片14之恰當且均勻之磁場配向。尤其是藉由以施加磁場之方向作為面內方向，可防止生片14之表面起毛。
又，於磁場配向後進行之生片14之散熱及凝固較佳為於搬送狀態下進行。藉此，可使製造步驟進一步效率化。
再者，於對生片14之面內方向及寬度方向進行磁場配向之情形時，以於所搬送之生片14之左右配置一對磁場線圈而代替電磁圈25之方式構成。並且，藉由對各磁場線圈通入電流，可於長條片狀之生片14之面內方向及寬度方向產生磁場。
又，亦可使磁場配向相對於生片14之面為垂直方向。於相對於生片14之面垂直之方向進行磁場配向之情形時，藉由使用例如磁極片等之磁場施加裝置而進行。再者，於使磁場配向方向為與生片14之面垂直之方向之情形時，較佳為對於生片14，於積層有支持基材13之相反側之面亦積層膜。藉此，可防止生片14之表面之起毛。
又，亦可使用以熱介質(聚矽氧油)作為熱源之加熱方法代替上述利用加熱板26之加熱方法。
此處，於不使用熱熔成形而藉由通常之狹縫式模具方式或刮刀方式等，利用漿料等流動性較高之液狀物而成形生片14之情形時，若將生片14搬入產生磁場之梯度之處，則生片14中所含之磁石粉末會被牽引至磁場較強之一側，有產生形成生片14之漿料之偏液、即生片14之厚度之不均之虞。相對於此，於以本發明之方式藉由熱熔成形將複合物12成形為生片14之情形時，接近室溫下之黏度達到數萬~數十萬Pa．s，不會產生通過磁場梯度時之磁性粉末偏靠之情況。進而，因搬送至均勻磁場中並加熱而產生黏合劑之黏度降低，僅藉由均勻磁場中之轉矩，便可實現同樣之C軸配向。
又，於不使用熱熔成形而藉由通常之狹縫式模具方式或刮刀方式等，利用包含有機溶劑之漿料等流動性較高之液狀物而成形生片14之情形時，若欲製作厚度超過1mm之片材，則於乾燥時因漿料等中所含之有機溶劑發生氣化所引起之發泡成為課題。進而，若為了抑制發泡而使乾燥時間長時間化，則會產生磁石粉末之沈澱，伴隨於此，對於重力方向之磁石粉末之密度分佈產生不均，成為焙燒後之翹曲之原因。因此，於漿料之成形中，由於厚度之上限值實質上受到限制，因此需以1mm以下之厚度成形生片，其後進行積層。然而，於該情形時，黏合劑彼此變得缺乏纏結，會於其後之脫黏合劑步驟(煅燒處理)中產生層間剝離，其成為C軸(易磁化軸)配向性之降低、即殘餘磁 通密度(Br)之降低原因。相對於此，於以本發明之方式藉由熱熔成形將複合物12成形為生片14之情形時，由於不含有機溶劑，故而即便於製作厚度超過1mm之片材之情形時，亦消除如上所述之發泡之擔憂。並且，由於黏合劑處於充分交聯之狀態，因此無需擔心於脫黏合劑步驟中產生層間剝離。
又，於對複數片生片14同時施加磁場之情形時，係以例如於積層複數片(例如6片)生片14之狀態下連續搬送，使積層之生片14通過電磁圈25內之方式構成。藉此，可提高生產性。
然後，於藉由如圖7所示之方法進行生片14之磁場配向後，對生片14施加荷重而使生片14變形，將其成形為製品形狀。再者，藉由上述變形，以成為最終製品所要求之易磁化軸之方向之方式使易磁化軸之方向移位。藉此，可以如圖3所示般易磁化軸向沿著集束軸P之方向集束之方式操作易磁化軸之方向。再者，於使生片14變形前，預先沖裁為最終製品形狀與考慮最終製品所要求之易磁化軸之方向之形狀(即，於藉由變形製成最終製品形狀之情形時可實現最終製品所要求之易磁化軸之方向之形狀)，其後使之變形。
又，於製造形狀較大之磁石之情形時，可藉由將變形為相同形狀之複數片生片14進行積層，利用樹脂等互相固定而成形。例如，於製造以如圖3所示般易磁化軸(C軸)向沿著集束軸P之一方向集束之方式配向之永久磁石1之情形時，如圖8所示，使向面內方向進行磁場配向之生片14以厚度方向之剖面成為圓弧形狀之方式進行彎曲並積層。其結果為，可實現如圖3所示之配向。再者，可於使生片14變形後進行積層，亦可於積層後使其變形。
又，亦可藉由以下方法進行磁場配向及向成形體之成形。
首先，於具有圓筒形狀之模具之周圍捲繞切斷為適當長度之進行磁場配向前之片狀生片14。然後，對於捲繞在模具上之狀態之生片 14，自與生片14之面相對向之一方向施加磁場。其結果為，將生片14中所含之各磁石粒子之易磁化軸沿磁場之施加方向平行地配向。其後，藉由對生片14施加荷重使其變形而成形為製品形狀，並且藉由該變形以易磁化軸向沿著集束軸P之一方向集束之方式修正易磁化軸之方向。例如，於將如圖3所示之瓦型設為製品形狀之情形時，使沿模具成為彎曲狀態之生片14成為直線狀，並且自寬度方向之左右施加荷重而製成瓦型形狀。其結果為，伴隨生片14之變形，生片14之易磁化軸之方向亦得以修正，可實現如圖3所示之配向。再者，可僅使1片生片14變形，亦可於積層複數片之狀態下使之變形。
又，施加荷重而變形前之生片14之形狀亦可為圓筒形狀以外之形狀。例如，亦可為弓型形狀、扇型形狀、長方體形狀。
又，亦可採用於成形與製品形狀相對應之成形體後，對成形體施加磁場而進行磁場配向之構成。例如，對成形體施加藉由將電磁圈線圈之一開口以與成形體相對向之方式鄰接配置，並對電磁圈線圈通入電流所形成之磁場。再者，在電磁圈線圈之開口附近，形成磁力線向左右方向擴散之磁場。因此，成形體係以如圖3所示般易磁化軸(C軸)向沿著集束軸P之一方向集束之方式配向。又，亦可使用永久磁石或電磁石代替電磁圈線圈進行配向。進而，亦可採用於將混合物成形為環形狀後對成形體施加磁場而進行磁場配向之構成。
繼而，將經成形及磁場配向之成形體30於大氣壓、或者加壓至高於大氣壓之壓力或減壓至低於大氣壓之壓力(例如，1.0Pa或1.0MPa)之非氧化性環境(尤其是於本發明中為氫氣環境或氫氣與惰性氣體之混合氣體環境)中，於黏合劑分解溫度下保持數小時~數十小時(例如5小時)而進行煅燒處理。於氫氣環境下進行之情形時，例如將煅燒中之氫氣之供給量設為5L/min。藉由進行煅燒處理，可藉由解聚反應等使黏合劑等有機化合物分解為單體並逸散去除。即，進行減 少成形體30中之碳量之所謂脫碳。又，煅燒處理於使成形體30中之碳量成為2000ppm以下、更佳為1000ppm以下之條件下進行。藉此，可利用其後之燒結處理使成形體30整體緻密燒結，而抑制殘餘磁通密度或保磁力之降低。又，於將上述進行煅燒處理時之加壓條件設為在高於大氣壓之壓力下進行之情形時，較理想為設為15MPa以下。再者，若將加壓條件設為高於大氣壓之壓力、更具體而言設為0.2MPa以上，則尤其可期待碳量減少之效果。
再者，黏合劑分解溫度係基於黏合劑分解產物及分解殘渣之分析結果而決定。具體而言，選擇如下溫度範圍：收集黏合劑之分解產物，不產生單體以外之分解產物，且於殘渣之分析中亦未檢測出殘留之黏合劑成分之副反應生成物。根據黏合劑之種類而異，設為200℃~900℃，更佳為400℃~600℃(例如450℃)。
又，關於上述煅燒處理，較佳為其升溫速度小於進行通常之磁石燒結之情形。具體而言，將升溫速度設為2℃/min以下(例如1.5℃/min)。因此，於進行煅燒處理之情形時，如圖9所示，以2℃/min以下之特定之升溫速度進行升溫，於達到預先設定之設定溫度(黏合劑分解溫度)後，於該設定溫度下保持數小時~數十小時，藉此進行煅燒處理。如上所述，由於藉由在煅燒處理中降低升溫速度，將成形體30中之碳分階段性地去除，而非急遽地去除，故而可提高燒結後之永久磁石之密度(即，減少永久磁石中之空隙)。並且，若將升溫速度設為2℃/min以下，則可使燒結後之永久磁石之密度成為95%以上，可期待較高之磁石特性。
又，可藉由繼而將利用煅燒處理進行煅燒之成形體30保持於真空環境中而進行脫氫處理。於脫氫處理中，藉由使利用煅燒處理而製成之成形體30中之NdH3(活性度大)階段性地進行NdH3(活性度大)→NdH2(活性度小)之變化，而降低利用煅燒處理而活化之成形體30之活 性度。藉此，即便其後將利用煅燒處理而煅燒之成形體30轉移至大氣中之情形時，亦防止Nd與氧結合，而抑制殘餘磁通密度或保磁力之降低。又，亦可期待使磁石結晶之結構自NdH2等恢復至Nd2Fe14B結構之效果。
繼而，進行燒結利用煅燒處理而煅燒之成形體30之燒結處理。再者，作為成形體30之燒結方法，有真空中之無加壓燒結、於沿單軸方向加壓之狀態下進行燒結之單軸加壓燒結、於沿雙軸方向加壓之狀態下進行燒結之雙軸加壓燒結、於各向同性地加壓之狀態下進行燒結之各向同性加壓燒結等。例如，使用在對與易磁化軸交叉之方向加壓之狀態下燒結成形體30之單軸加壓燒結。又，作為加壓燒結，例如有熱壓燒結、熱均壓加壓(HIP，Hot Isostatic Pressing)燒結、超高壓合成燒結、氣體加壓燒結、放電電漿(SPS，Spark Plasma Sintering)燒結等。其中，較佳為使用可於單軸方向上加壓且藉由通電燒結進行燒結之SPS燒結。再者，於藉由SPS燒結進行燒結之情形時，較佳為將加壓值設為例如0.01MPa~100MPa，於數Pa以下之真空環境下以10℃/分鐘升溫至940℃，其後保持5分鐘。其後將其冷卻，再次於300℃~1000℃下熱處理2小時。然後，燒結之結果為製造燒結體31。
其後，將藉由上述步驟而成形為瓦型，且以易磁化軸向沿著集束軸P之一方向集束之方式配向之燒結體31接合為圓環狀。藉此，製作環形狀之燒結體(以下稱為環形燒結體32)。再者，環形燒結體32之接合係利用接著劑、塑化劑、熱壓接而進行。
又，於上述實施例中，採用藉由於將瓦型之成形體30燒結後接合為圓環狀而製作環形燒結體32之構成，但亦可採用藉由將進行燒結處理前之成形體30接合為圓環狀而製成環形狀之成形體後進行燒結處理，藉此製作環形燒結體32之構成。
其後，如圖10所示，以成為朝向內側之極性各向異性之方式沿C 軸進行磁化。其結果為，可製造作為各向異性環形狀磁石之永久磁石1。再者，永久磁石1之磁化例如使用磁化線圈、磁化軛、電容器式磁化電源裝置等。再者，永久磁石1之磁化可採用配置於旋轉電機之轉子3後進行之構成。又，亦可採用對接合為圓環狀前之燒結體31進行之構成。
其後，將永久磁石1配置於轉子3之內周面，並組裝定子5或旋轉軸8等轉子3以外之構件，藉此製造外轉子型之旋轉電機2。再者，磁化後之永久磁石1變得可使磁石內部之磁通沿轉子3之徑向自外側方向向旋轉軸方向集中(即，提高磁石表面之磁通密度)。
如以上所說明般，於本實施形態之永久磁石1及永久磁石1之製造方法中，將磁石原料粉碎為磁石粉末，將經粉碎之磁石粉末與黏合劑混合，藉此產生複合物12。然後，製作將所產生之複合物12成形為片狀而成之生片14。其後，藉由對所成形之生片14施加磁場而進行磁場配向，一面考慮經磁場配向之生片14之磁場配向方向，一面使生片14變形，藉此成形為製品形狀。其後，藉由進行燒結而製造永久磁石1。又，永久磁石1具有環形狀，以向沿著設定於環形狀之徑向且中心方向之集束軸P之方向集束之方式使易磁化軸傾斜配向。其結果為，於將所製造之永久磁石1磁化後可使磁通適當地集中，於提高最大磁通密度之同時亦可防止磁通密度之不均。尤其是於外轉子型之旋轉電機或雙轉子型之旋轉電機等將轉子配置於定子之外側之旋轉電機中，若於位於外側之轉子上配置永久磁石，則使磁通向位於內側之定子側集中，藉此提高最大磁通密度，提高配置有永久磁石之旋轉電機之轉矩或發電量，並且亦可減少轉矩漣波。
又，藉由採用對將磁石粉末與黏合劑混合而成之混合物進行成形之構成，可以使易磁化軸向沿著集束軸之一方向適當地集束之方式進行配向。其結果為，於磁化後可使磁通適當地集中，於提高最大磁 通密度之同時亦可防止磁通密度之不均。
又，由於對與黏合劑之混合物進行成形，故而與使用壓粉成形等之情形相比，亦不存在配向後磁石粒子轉動之情況，而可提高配向度。
又，於對與黏合劑之混合物進行磁場配向之情形時，由於可利用電流之匝數，故而可確保進行磁場配向時之磁場強度較大，且由於在靜磁場中實施長時間之磁場施加，故而可實現不均較少之高配向度。並且，若於配向後對配向方向進行修正，則可確保高配向且不均較少之配向。
進而，實現不均較少之高配向，可減少因燒結引起之收縮之不均。即，可確保燒結後之製品形狀之均勻性。其結果為，減輕對燒結後之外形加工之負擔，而可期待大幅度提高量產之穩定性。
又，藉由使永久磁石1之內周表面之圓周方向上之磁通密度分佈之波形接近理想之正弦波形狀，可減少轉矩漣波，進而於設置於旋轉電機之情形時可準確地進行旋轉電機之驅動控制。
又，於進行磁場配向之步驟中，由於藉由對磁石粉末與黏合劑之混合物施加磁場，並且將施加有磁場之混合物變形為成形體，而操作易磁化軸之方向，進行磁場配向，因此藉由使暫時進行磁場配向之混合物變形，可修正配向方向，而以使易磁化軸向沿著集束軸之一方向適當地集束之方式進行配向。其結果為，可進行高配向且不均較少之配向。又，可使混合物變形為成形體，並且於進行該變形之同時對配向方向進行修正。其結果為，可藉由一個步驟進行永久磁石之成形步驟與配向步驟，而可提高生產性。
又，由於在將混合物暫時成形為片狀後進行磁場配向，其後使其變形為成形體，故而可以連續步驟高效率地進行成形步驟或磁場配向步驟，而可提高生產性。
又，由於沿外轉子型之旋轉電機之轉子3之圓周方向使易磁化軸向旋轉軸側傾斜，故而於配置於轉子3之內側面且經磁化之情形時，可使磁通進一步自轉子3之外側方向向旋轉軸方向集中。其結果為，可提高配置有永久磁石1之旋轉電機之轉矩或發電量。
又，由於在配置於外轉子型之旋轉電機之轉子3且經磁化之情形時，磁石內部之磁通係自轉子3之外側方向向旋轉軸方向集中，故而可提高配置有永久磁石1之旋轉電機之轉矩或發電量。
進而，將永久磁石1配置於轉子3上之外轉子型之旋轉電機與先前相比，可實現發電機之發電能力之提高、馬達之高轉矩化、小型化、低轉矩漣波化、高效率化。
再者，本發明並不限定於上述實施例，當然可於不脫離本發明之主旨之範圍內進行各種改良、變化。
例如，磁石粉末之粉碎條件、混練條件、成形條件、磁場配向步驟、煅燒條件、燒結條件等並不限於上述實施例所記載之條件。例如，於上述實施例中係藉由使用珠磨機之濕式粉碎而粉碎磁石原料，亦可藉由利用噴射磨機之乾式粉碎進行粉碎。又，進行煅燒時之環境只要為非氧化性環境，則亦可於氫氣環境以外之環境(例如氮氣環境、氦氣環境等、氬氣環境等)下進行。又，亦可省略煅燒處理。於該情形時，於燒結處理之過程中進行脫碳。
又，於上述實施例中，係採用於將磁石粉末與黏合劑之混合體暫時成型為片狀之生坯成形體後進行磁場配向之構成，亦可採用於成型為片狀以外之形狀後進行磁場配向之構成。例如，亦可成型為塊狀之生坯成形體。然後，藉由進一步加工經磁場配向之塊狀之生坯成形體而成形為瓦型形狀之成形體30。
又，於上述實施例中，採用於對磁石粉末與黏合劑之混合體進行磁場配向後成形為瓦型形狀之成形體30之構成，亦可於成型為瓦型 形狀之成形體30後進行磁場配向。又，磁場之配向方向根據最終製造之環形狀磁石之種類而變更。
進而，於上述實施例中，於將磁石粉末成形為複數個瓦型形狀後將該等接合而製成環形狀，亦可採用不將磁石粉末製成瓦型形狀而直接成型為環形狀之構成。於該情形時，可藉由對經磁場配向之生片14進行沖裁加工等而成形為環形狀，亦可於將混合物成形為環形狀後進行磁場配向。
又，於上述實施例中，以永久磁石之內周表面之圓周方向上之磁通密度分佈之形狀成為正弦波形狀之方式設計永久磁石之易磁化軸之配向方向，亦可以成為正弦波形狀以外之形狀之方式設計永久磁石之易磁化軸之配向方向。再者，所實現之磁通密度分佈之形狀可根據永久磁石之種類或用途而適當變更。
又，亦可應用於將永久磁石配置於定子側而非轉子側之旋轉電機。例如，若將永久磁石配置於內轉子型之旋轉電機之定子上，則磁石內部之磁通自外側方向向具有轉子之中心方向集中。進而，本發明之永久磁石除了可應用於馬達以外，亦可應用於發電機或磁性減速機等各種旋轉電機。又，於將本發明之旋轉電機應用於磁性減速機之情形時，將定子5換為定子芯6或繞線7而包含含有磁性材料之特定數量之磁極片。
又，於上述實施例中，製成具有於定子芯6上捲繞安裝繞線7而成之定子5之旋轉電機，定子芯6除了磁性體以外亦可包含非磁性體。進而，旋轉電機亦可為不具有定子芯之無芯馬達。於該情形時，以利用樹脂等將繞線7固定為杯狀而成者作為定子5。於此種無芯馬達中，由於可消除鐵損，因此可提高旋轉電機之效率。
又，於上述實施例中，於將磁石粉末成形後於氫氣環境或氫氣與惰性氣體之混合氣體環境中進行煅燒，亦可對成形前之磁石粉末進 行煅燒處理，將作為煅燒體之磁石粉末成形為成形體，其後進行燒結，藉此製造永久磁石。若採用此種構成，則由於係對粉末狀之磁石粒子進行煅燒，故而與對成形後之磁石粒子進行煅燒之情形相比，可增大成為煅燒對象之磁石之表面積。即，可更確實地減少煅燒體中之碳量。其中，為了藉由煅燒處理使黏合劑熱分解，較理想為於成形後進行煅燒處理。
又，於本發明中係列舉Nd-Fe-B系磁石為例進行說明，亦可使用其他磁石(例如釤系鈷磁石、鋁鎳鈷磁石、鐵氧體磁石等)。又，磁石之合金組成於本發明中Nd成分多於計量組成，但亦可設為計量組成。
1‧‧‧永久磁石
3‧‧‧轉子
4‧‧‧燒結構件

Claims (15)

  1. 一種永久磁石，其特徵在於：其具有環形狀，且以向沿著設定於環形狀之徑向且中心方向之集束軸之方向集束之方式使易磁化軸傾斜配向。
  2. 如請求項1之永久磁石，其中內周表面之圓周方向上之磁通密度分佈之形狀成為正弦波形狀。
  3. 如請求項1之永久磁石，其係藉由如下步驟而製造：將磁石原料粉碎為磁石粉末之步驟；將上述經粉碎之磁石粉末與黏合劑混合而生成混合物之步驟；藉由對上述混合物施加磁場而進行磁場配向之步驟；及藉由將經磁場配向之上述混合物之成形體保持於焙燒溫度而進行燒結之步驟。
  4. 如請求項3之永久磁石，其中於上述進行磁場配向之步驟中，對上述混合物施加磁場，並且使施加有磁場之上述混合物變形為上述成形體，藉此操作易磁化軸之方向而進行磁場配向。
  5. 如請求項4之永久磁石，其中於上述進行磁場配向之步驟中，將上述混合物成形為片狀後，對片狀之上述混合物施加磁場。
  6. 如請求項1之永久磁石，其中上述永久磁石係配置於外轉子型之旋轉電機之轉子上，以沿著上述轉子之圓周方向使易磁化軸向旋轉軸側傾斜之方式進行配向。
  7. 如請求項6之永久磁石，其中於配置於上述旋轉電機之轉子上且經磁化之情形時，磁石內部之磁通自上述轉子之外側方向向旋轉軸方向集中。
  8. 一種旋轉電機，其特徵在於：其係於轉子上配置有永久磁石之外轉子型之旋轉電機，並且上述永久磁石具有環形狀，以向沿著設定於環形狀之徑向且中心方向之集束軸之方向集束之方式使易磁化軸傾斜配向。
  9. 一種永久磁石之製造方法，其特徵在於：其係具有環形狀之永久磁石之製造方法，並且包括：將磁石原料粉碎為磁石粉末之步驟；將上述經粉碎之磁石粉末與黏合劑混合而生成混合物之步驟；藉由對上述混合物施加磁場而進行磁場配向之步驟；及藉由將經磁場配向之上述混合物之成形體保持於焙燒溫度而進行燒結之步驟，且於上述進行磁場配向之步驟中，以向沿著設定於環形狀之徑向且中心方向之集束軸之方向集束之方式使易磁化軸傾斜配向。
  10. 如請求項9之永久磁石之製造方法，其中於上述進行磁場配向之步驟中，以所製造之上述永久磁石之內周表面之圓周方向上之磁通密度分佈之形狀成為正弦波形狀之方式進行配向。
  11. 如請求項9之永久磁石之製造方法，其中於上述進行磁場配向之步驟中，對上述混合物施加磁場，並且使施加有磁場之上述混合物變形為上述成形體，藉此操作易磁化軸之方向而進行磁場配向。
  12. 如請求項11之永久磁石之製造方法，其中於上述進行磁場配向之步驟中，將上述混合物成形為片狀後，對片狀之上述混合物施加磁場。
  13. 如請求項9之永久磁石之製造方法，其中上述永久磁石係配置於 外轉子型之旋轉電機之轉子上，且以沿著上述轉子之圓周方向使易磁化軸向旋轉軸側傾斜之方式進行配向。
  14. 如請求項13之永久磁石之製造方法，其中於配置於上述旋轉電機之轉子上且經磁化之情形時，磁石內部之磁通自上述轉子之外側方向向旋轉軸方向集中。
  15. 一種旋轉電機之製造方法，其特徵在於：其係藉由在轉子上配置永久磁石而製造之外轉子型之旋轉電機之製造方法，並且上述永久磁石具有環形狀，且係藉由下述步驟而製造：將磁石原料粉碎為磁石粉末之步驟；將上述經粉碎之磁石粉末與黏合劑混合而生成混合物之步驟；藉由對上述混合物施加磁場而進行磁場配向之步驟；及藉由將經磁場配向之上述混合物之成形體保持於焙燒溫度而進行燒結之步驟，且於上述進行磁場配向之步驟中，以向沿著設定於環形狀之徑向且中心方向之集束軸之方向集束之方式使易磁化軸傾斜配向。
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