WO2012098883A1 - ボンド磁石およびそれを搭載したモータ - Google Patents

ボンド磁石およびそれを搭載したモータ Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a bonded magnet having high heat resistance and a motor equipped with the same.
  • Patent Document 1 this type of bonded magnet is described in Patent Document 1, for example.
  • rare earth magnetic powder ground to a predetermined particle size is mixed with a binder. Then, the mixed rare earth magnetic powder and binder are compression molded into a predetermined shape. Thereby, a bonded magnet is produced.
  • the binder is configured by mixing a thermosetting resin and a thermoplastic resin having a melting temperature that is, for example, 10 ° C. to 20 ° C. higher than the curing temperature of the thermosetting resin.
  • the mixing ratio of the rare earth magnetic powder and the thermosetting resin and the thermoplastic resin constituting the binder is 80 to 96 mass% for the rare earth magnetic powder, 2 to 15 mass% for the thermosetting resin, and 5 mass% or less for the thermoplastic resin. (Excluding zero).
  • heat resistance means the tolerance with respect to the magnetic force fall by heat.
  • the residual magnetic flux density of the conventional bonded magnet disclosed in Patent Document 1 includes at least 4 mass% of the binder, the specific gravity of the binder is 1 and the specific gravity of the rare earth magnet powder is 7.6. Even in this case, there is a problem that the magnetic force is reduced by about 25% than the magnetic force of the rare earth magnet powder 100%.
  • the bonded magnet of the present invention comprises at least a magnet powder and a binder, and the mixing ratio of the magnet powder and the binder is such that the magnet powder is 98 mass% or more and the binder is more than 0 mass% and 2 mass% or less. Thereby, a bonded magnet having high magnetic properties and high heat resistance can be realized.
  • the motor of the present invention is configured by mounting the above-described bonded magnet on a rotor or a stator. As a result, it is possible to realize a motor having a small characteristic deterioration even at a high temperature.
  • FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the residual magnetic flux density and the demagnetization factor with respect to the resin amount of the bonded magnet in the present embodiment.
  • the bonded magnet of the present embodiment is formed in a shape such as a cylindrical shape by compression molding a composition in which a rare earth magnet powder of at least 98 mass% and a binder of more than 0 mass% and 2 mass% or less are mixed. Configured.
  • the rare earth magnet powder constituting the bonded magnet is made of, for example, a single substance or a mixture of Nd—Fe—B, Sm—Fe—N, or Sm—Co.
  • the binder constituting the bonded magnet is configured by blending at least a thermosetting resin such as an epoxy resin and a thermoplastic resin such as a polyamide resin at a predetermined ratio.
  • rare earth magnet powder when rare earth magnet powder is less than 98 mass%, the magnetic characteristics of a bonded magnet will fall.
  • the binder exceeds 2 mass%, the heat resistance is lowered due to a decrease in the remanent magnetization density (Br) of the bonded magnet or an increase in the demagnetization factor, which is not preferable.
  • the bonded magnet by configuring the bonded magnet at a predetermined mixing ratio, the maximum energy product ((BH) max), the residual magnetic flux density (Br) and the coercive force (Hcj) magnetic characteristics are high, and at a high temperature. It is possible to realize a bonded magnet excellent in heat resistance with a small increase in demagnetization rate.
  • the above-mentioned bonded magnet is compression-molded in a predetermined shape such as a cylindrical shape to produce a rotor or a stator, thereby constituting a motor.
  • a predetermined shape such as a cylindrical shape
  • a stator a stator
  • thermoplastic resin such as a polyamide resin that constitutes the other side of the binder is mixed with the above mixture at a temperature at which the thermoplastic resin does not melt.
  • an imidazole-based curing agent having a curing start temperature of 170 ° C. which is a curing agent of a thermosetting resin, is mixed to prepare a resin composition for a bond magnet.
  • the total amount of the thermosetting resin and the thermoplastic resin constituting the binder is more than 0 mass% and 2 mass% or less. If the total amount of the binder is within the above range, the ratio between the amount of the thermosetting resin and the amount of the thermoplastic resin can be arbitrarily combined depending on the desired characteristics.
  • the resin composition for the bonded magnet is heated to a temperature at which the thermosetting resin or thermoplastic resin constituting the binder is melted, and for example, using a mold, a cylindrical shape, a columnar shape, a disk shape, etc.
  • the green body is produced by compression molding into a desired shape.
  • the produced green body is heated and thermally cured to form a bonded magnet.
  • the bonded magnet produced by the above manufacturing method is formed in the shape of a rotor or a stator and mounted to produce a motor.
  • the epoxy resin is described as an example of the thermosetting resin, but the present invention is not limited to this.
  • a resin such as a phenol resin or an unsaturated polyester resin may be used.
  • the polyamide resin is described as an example of the thermoplastic resin, but the present invention is not limited to this.
  • a polyvinylidene chloride resin or a polyamideimide resin may be used.
  • the rare earth magnet powder is described as an example of the magnet powder, but the present invention is not limited to this.
  • magnet powder such as ferrite may be used.
  • Example 1 First, a resin solution was prepared by mixing 0.24 mass% of a novolac solid epoxy resin solid at room temperature with a melting point of about 75 ° C. and a solvent such as acetone.
  • the mixed resin solution and 99 mass% of the Nd—Fe—B rare earth magnet powder were wet mixed using a kneader such as a kneader to prepare a mixture.
  • the solvent component in the prepared mixture was dried at 80 ° C. for 60 minutes and then roughly pulverized with a pulverizer. Thereafter, 0.75 mass% of a pulverized powdered thermoplastic resin and an internal lubricant are mixed with a mixer or the like, and continuously put into a gap of a hot roll heated to, for example, 140 ° C. for 10 minutes. Kneaded to make a kneaded product.
  • the kneaded product was pulverized again with a pulverizer and sieved with a classifier to adjust the size.
  • Example 2 The bond of Example 2 was made in the same manner as in Example 1 except for 0.48 mass% of epoxy resin, 98 mass% of Nd—Fe—B rare earth magnet powder, 1.5 mass% of polyamide resin, and 0.02 mass% of curing agent. A resin composition for a magnet was prepared.
  • Example 3 The bond of Example 3 was made in the same manner as in Example 1 except for 0.72 mass% of epoxy resin, 97 mass% of Nd—Fe—B rare earth magnet powder, 2.25 mass% of polyamide resin, and 0.03 mass% of the curing agent. A resin composition for a magnet was prepared.
  • Example 4 The bond of Example 4 was made in the same manner as in Example 1 except for 0.96 mass% epoxy resin, 96 mass% Nd—Fe—B rare earth magnet powder, 3.0 mass% polyamide resin, and 0.04 mass% curing agent. A resin composition for a magnet was prepared.
  • Table 1 shows the compounding ratio of the resin compositions of the bonded magnets of Examples 1 to 4.
  • Table 2 shows the evaluation results of the magnetic characteristics and heat resistance of the four types of bonded magnets of Examples 1 to 4 in which the amount of resin was changed.
  • the resin amount of (Table 2) is shown with the sum of an epoxy resin, a polyamide resin, and a hardening
  • FIG. 1 shows the change in residual magnetic flux density (Br) and the change in demagnetization after 150 hours at 300 ° C. with respect to the resin amount.
  • Example 1 and Example 2 are compared with Example 3 and Example 4, the magnet powder is 98 mass% or more, the amount of resin exceeds 0 mass%, and the bond is 2 mass% or less. It can be seen that the magnet is excellent in magnetic properties and heat resistance. The reason for this is that if the amount of resin is small, the generation of voids due to resin expansion at high temperatures (150 ° C) such as during molding will decrease, preventing oxygen from entering the bonded magnet and reducing it due to oxidative degradation. This is presumably due to the suppression of magnetism (deterioration of magnetic properties).
  • a bonded magnet having excellent magnetic properties and heat resistance can be realized by configuring the bonded magnet so that the magnet powder is 98 mass% or more and the amount of resin is more than 0 mass% and 2 mass% or less.
  • a motor having excellent magnetic properties and heat resistance can be obtained by forming a rotor or stator with a bonded magnet having a magnet powder of 98 mass% or more and a resin amount of more than 0 mass% and 2 mass% or less, thereby forming a motor. realizable.
  • the bonded magnet of the present invention can be used in a high temperature environment. Therefore, it is useful in technical fields such as motors used in high-temperature environments such as automobile engine rooms.

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Abstract

　本発明のボンド磁石は、少なくとも磁石粉末と、バインダーと、を備え、磁石粉末とバインダーの混合割合は、磁石粉末が９８ｍａｓｓ％以上、バインダーが０ｍａｓｓ％を超えて２ｍａｓｓ％以下である構成を有する。これにより、磁気特性が高く、高い耐熱性を有するボンド磁石を実現できる。

Description

ボンド磁石およびそれを搭載したモータ
　本発明は、高い耐熱性を有するボンド磁石およびそれを搭載したモータに関する。
　従来、この種のボンド磁石は、例えば特許文献１に記載されている。
　以下に、特許文献１に記載されているボンド磁石の製造方法について、説明する。
　まず、所定の粒径に粉砕した希土類磁性粉をバインダーと混合する。そして、混合した希土類磁性粉とバインダーを所定の形状に圧縮成形する。これにより、ボンド磁石が作製される。
　このとき、バインダーは、熱硬化性樹脂と、熱硬化性樹脂の硬化温度よりも、例えば１０℃から２０℃高い溶融温度を有する熱可塑性樹脂とを混合して構成されている。
　また、希土類磁性粉と、バインダーを構成する熱硬化樹脂および熱可塑性樹脂との混合割合を、希土類磁性粉が８０～９６ｍａｓｓ％、熱硬化性樹脂が２～１５ｍａｓｓ％、熱可塑性樹脂が５ｍａｓｓ％以下（但し零を除く）としている。
　これにより、ボンド磁石の耐熱性の向上と寸法精度の改善ができるとしている。なお、耐熱性とは、熱による磁力低下に対する耐性を意味している。
　しかしながら、例えば自動車のエンジンルーム付近に搭載されるモータの場合、モータには、一般にエンジンの発熱とモータ自体の発熱が加算されるため、１５０℃近い耐熱性が要求される。そのため、モータに使用されるボンド磁石に対して、より一層の耐熱性の向上が要望されている。
　また、特許文献１に開示された従来のボンド磁石の残留磁束密度は、バインダーを少なくとも４ｍａｓｓ％含むため、仮にバインダーの比重を１、希土類磁石粉末の比重を７．６として空隙がなく真密度の場合でも、希土類磁石粉末１００％の磁力よりも、約２５％程度磁力が低下するという課題がある。
特開２０１０－１１４３３３号公報
　本発明のボンド磁石は、少なくとも磁石粉末と、バインダーと、を備え、磁石粉末とバインダーの混合割合は、磁石粉末が９８ｍａｓｓ％以上、バインダーが０ｍａｓｓ％を超えて２ｍａｓｓ％以下である構成を有する。これにより、磁気特性が高く、高い耐熱性を有するボンド磁石を実現できる。
　また、本発明のモータは、上記構成のボンド磁石を、ロータまたはステータに搭載して構成されている。これにより、高温でも特性低下の小さいモータを実現できる。
図１は、本実施の形態におけるボンド磁石の樹脂量に対する残留磁束密度と減磁率との関係を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態のボンド磁石ロータおよびそれを搭載したモータについて、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
　（実施の形態）
　以下に、本発明の実施の形態におけるボンド磁石について説明する。
　本実施の形態のボンド磁石は、少なくとも９８ｍａｓｓ％以上の希土類磁石粉末と、０ｍａｓｓ％を超えて２ｍａｓｓ％以下のバインダーを、混合した組成物を圧縮成形して、例えば円筒状などの形状で形成されて構成されている。そして、ボンド磁石を構成する希土類磁石粉末は、例えばＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系あるいはＳｍ－Ｃｏ系の単体、または混合物からなる。このとき、希土類磁石粉末の酸化を防止するために、例えばエチルトリメトキシシラン、トリメトキシシラン、メチルジエトキシシラン、トリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロビルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、プロピルアミン、トリメトキシシランなどのカップリング剤で表面処理をする。
　また、ボンド磁石を構成するバインダーは、少なくとも、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂と、例えばポリアミド樹脂などからなる熱可塑性樹脂を所定の割合で配合して構成されている。
　なお、希土類磁石粉末が、９８ｍａｓｓ％未満の場合、ボンド磁石の磁気特性が低下する。また、バインダーが、２ｍａｓｓ％を超える場合、ボンド磁石の残留磁化密度（Ｂｒ）の低下や、減磁率の増加により耐熱性が低下するので好ましくない。
　本実施の形態によれば、所定の混合割合でボンド磁石を構成することにより、最大エネルギー積（（ＢＨ）ｍａｘ）、残留磁束密度（Ｂｒ）や保磁力（Ｈｃｊ）磁気特性が高く、高温での減磁率の増加が小さい耐熱性に優れたボンド磁石を実現できる。
　また、上記ボンド磁石を、例えば円筒状などの所定の形状で圧縮成形して、ロータまたはステータを作製し、モータを構成する。これにより、自動車のエンジンルームなどの高温環境下でも、特性低下の小さいモータを実現できる。
　以下に、本発明の実施の形態におけるボンド磁石およびモータの製造方法の一例について、説明する。
　まず、カップリング剤で表面処理を行った、全体の９８ｍａｓｓ％以上の希土類磁石粉末と、少なくともバインダーの一方を構成する、例えばアセトンなどの溶剤とエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂からなる樹脂溶液とを混錬して混合物を作製する。その後、溶剤であるアセトンが蒸発する温度で、混合物を乾燥する。
　つぎに、上記混合物に、バインダーの他方を構成する、例えばポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂を、熱可塑性樹脂が溶融しない程度の温度で混合する。そして、熱硬化性樹脂の硬化剤である、例えば硬化開始温度が１７０℃のイミダゾール系の硬化剤を混合して、ボンド磁石用の樹脂組成物を作製する。このとき、バインダーを構成する熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の総量は、０ｍａｓｓ％を超えて２ｍａｓｓ％以下とする。なお、バインダーの総量が、上記範囲内であれば、熱硬化性樹脂の量と、熱可塑性樹脂の量との比率は、要望される特性に応じて任意に組み合わせることができる。
　つぎに、上記ボンド磁石用の樹脂組成物を、バインダーを構成する熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が溶融する温度に加熱し、例えば金型などを用いて、円筒状、円柱状、円盤状などの所望の形状に圧縮成形して、グリーン体を作製する。
　そして、作製したグリーン体を加熱し熱硬化して、ボンド磁石を形成する。
　つぎに、上記製造方法で作製されたボンド磁石をロータまたはステータの形状に形成し、搭載してモータを作製する。
　なお、本実施の形態では、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂を例に説明したが、これに限られない。例えば、フェノール樹脂や不飽和ポリエステル樹脂などの樹脂を用いてもよい。
　また、本実施の形態では、熱可塑性樹脂として、ポリアミド樹脂を例に説明したが、これに限られない。例えば、ポリ塩化ビニリデン樹脂やポリアミドイミド樹脂などを用いてもよい。
　また、本実施の形態では、磁石粉末として、希土類磁石粉末を例に説明したが、これに限られない。例えば、フェライトなどの磁石粉末を用いてもよい。
　以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない限りにおいて、用いる材料などを変更して実施することが可能である。
　（実施例１）
　まず、融点７５℃程度の常温で固形のノボラック系固形エポキシ樹脂０．２４ｍａｓｓ％と、アセトンなどの溶剤を混合して樹脂溶液を作製した。
　つぎに、混合した樹脂溶液と、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系希土類磁石粉末９９ｍａｓｓ％とを、例えばニーダなどの混錬機を用いて湿式混合して混合物を作製した。
　つぎに、作製した混合物中の溶剤成分を８０℃で６０分乾燥させた後、粉砕機で粗く粉砕した。その後、粉砕したパウダー状の熱可塑性樹脂であるポリアミド樹脂０．７５ｍａｓｓ％と、内部潤滑剤を、ミキサーなどで混合し、例えば１４０℃に加熱した熱ロールの隙間に連続的に投入し、１０分間混錬して、混錬物を作製した。
　つぎに、上記混錬物を、再度粉砕機にて粉砕し、分級機で篩い分けることにより整粒した。
　最後に、混合機を用いて、硬化開始温度が１７０℃のイミダゾール系の硬化剤０．０１ｍａｓｓ％を混合して、実施例１のボンド磁石用の樹脂組成物を作製した。
　（実施例２）
　エポキシ樹脂０．４８ｍａｓｓ％、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系希土類磁石粉末９８ｍａｓｓ％、ポリアミド樹脂１．５ｍａｓｓ％および硬化剤０．０２ｍａｓｓ％以外は、実施の形態１と同様に方法により、実施例２のボンド磁石用の樹脂組成物を作製した。
　（実施例３）
　エポキシ樹脂０．７２ｍａｓｓ％、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系希土類磁石粉末９７ｍａｓｓ％、ポリアミド樹脂２．２５ｍａｓｓ％および硬化剤０．０３ｍａｓｓ％以外は、実施の形態１と同様に方法により、実施例３のボンド磁石用の樹脂組成物を作製した。
　（実施例４）
　エポキシ樹脂０．９６ｍａｓｓ％、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系希土類磁石粉末９６ｍａｓｓ％、ポリアミド樹脂３．０ｍａｓｓ％および硬化剤０．０４ｍａｓｓ％以外は、実施の形態１と同様に方法により、実施例４のボンド磁石用の樹脂組成物を作製した。
　上記により、樹脂量を変化させた実施例１から実施例４の４つのタイプのボンド磁石を作製した。（表１）に、上記実施例１から実施例４のボンド磁石の樹脂組成物の配合比を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　（磁気特性の評価）
　まず、実施例１から実施例４で作製したボンド磁石の樹脂組成物の磁気特性を評価するために、１７０℃の温度で圧縮成形して、Φ５ｍｍ×５ｍｍの円柱試験片からなるボンド磁石を作製した。
　そして、理研電子製の振動試料型磁力計を用いて、残留磁化（残留磁束密度：Ｂｒ）、保磁力（Ｈｃｊ）、最大エネルギー積（（ＢＨ）ｍａｘ）を評価した。
　（耐熱性の評価）
　まず、実施例１から実施例４で作製したボンド磁石の樹脂組成物の耐熱性を評価するために、１７０℃の温度で圧縮成形して、Φ５ｍｍ×３．５ｍｍの円柱試験片からなるボンド磁石を作製した。
　そして、電子磁気工業製のフラックスメータ（磁束計）を用いて、１５０℃、３００時間放置後のフラックス（磁束）の変化率を算出して、ボンド磁石の耐熱性を評価した。
　（表２）に、樹脂量を変化させた実施例１から実施例４の４つのタイプのボンド磁石の磁気特性と耐熱性の評価結果を示す。なお、（表２）の樹脂量は、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂と硬化剤の和で示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　また、図１に、樹脂量に対する、残留磁束密度（Ｂｒ）の変化と、１５０℃・３００時間後の減磁率の変化を示す。
　（表２）と図１から、実施例１および実施例２と、実施例３および実施例４を比較すると、磁石粉末が９８ｍａｓｓ％以上で、樹脂量が０ｍａｓｓ％を超えて２ｍａｓｓ％以下のボンド磁石は、磁気特性や耐熱性に優れていることがわかる。この理由は、樹脂量が少ないと、成形時などの高温（１５０℃）時における樹脂の膨張による空隙の発生が減少するため、ボンド磁石内への酸素の侵入を防止して、酸化劣化による減磁（磁気特性の劣化）が抑えられたことによるものと推定している。
　つまり、磁石粉末を９８ｍａｓｓ％以上とし、樹脂量を０ｍａｓｓ％を超えて２ｍａｓｓ％以下でボンド磁石を構成することにより、磁気特性や耐熱性に優れたボンド磁石を実現できる。
　また、磁石粉末を９８ｍａｓｓ％以上とし、樹脂量を０ｍａｓｓ％を超えて２ｍａｓｓ％以下のボンド磁石で、ロータまたはステータを形成してモータを構成することにより、磁気特性や耐熱性に優れたモータを実現できる。
　本発明のボンド磁石は、高温環境下での使用が可能にできる。そのため、自動車のエンジンルームなどの高温環境下で使用されるモータなどの技術分野に有用である。

Claims (5)

  1. 少なくとも磁石粉末と、バインダーと、を備え、
    前記磁石粉末と前記バインダーの混合割合は、磁石粉末が９８ｍａｓｓ％以上、前記バインダーが０ｍａｓｓ％を超えて２ｍａｓｓ％以下であるボンド磁石。
  2. 前記バインダーは、少なくとも熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とを含有する請求項１に記載のボンド磁石。
  3. 前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂および不飽和ポリエステル樹脂のいずれかである請求項２に記載のボンド磁石。
  4. 前記熱可塑性樹脂が、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリアミド樹脂およびポリアミドイミド樹脂のいずれかである請求項２に記載のボンド磁石。
  5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のボンド磁石を、ロータまたはステータに搭載したモータ。
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