WO2015182545A1 - 回転電機用永久磁石、回転電機用永久磁石の製造方法、回転電機及び回転電機の製造方法 - Google Patents

回転電機用永久磁石、回転電機用永久磁石の製造方法、回転電機及び回転電機の製造方法 Download PDF

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憲一 藤川
克也 久米
利信 星野
山口　美穂
政和 森本
藤原　誠
利昭 奥野
栄一 井本
宏史 江部
智弘 大牟礼
出光 尾関
有樹 加藤
山本　貴士
正一朗 齊藤
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日東電工株式会社
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    • H02K15/03—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets

Definitions

  • 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 the rotating electrical machine, and a method for manufacturing the rotating electrical machine.
  • the surface magnet type rotary electric machine which is one of the rotary electric machines, is a rotary electric machine in which a magnet is attached to the rotor surface, and can achieve high output and high efficiency with a relatively easy configuration.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-27846 discloses a surface magnet type motor in which a plurality of segment type permanent magnets are arranged around a rotor.
  • the conventional surface magnet type rotating electric machine is configured by attaching a plurality of segment type permanent magnets 102 to the surface of the rotor 101 as shown in FIG.
  • the rotating electric machine is also required to reduce the torque ripple.
  • the conventional permanent magnet is attached to the rotor surface, it is difficult to accurately position the permanent magnet with respect to the rotor.
  • the rotor 101 and the permanent magnet 102 are fixed using an adhesive, but it is difficult to appropriately fix the permanent magnet 102 to the rotor 101 only with the adhesive. For example, if a large amount of adhesive is used, the protruding adhesive will adversely affect the motor. On the other hand, if the pressure-sensitive adhesive is small, the permanent magnet 102 may be detached from the rotor 101 that rotates at a high speed, or the permanent magnet 102 may be misaligned.
  • the present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and can be accurately and firmly fixed to a pre-designed position with respect to a rotor of a surface magnet type rotating electrical machine.
  • Rotating electric machine permanent magnet and rotating electric machine permanent magnet capable of realizing high output, high efficiency and low torque ripple of electric machine, and rotating electric machine and rotating machine using rotating electric machine permanent magnet It aims at providing the manufacturing method of an electric machine.
  • a permanent magnet for a rotating electrical machine is a permanent magnet disposed on a rotor surface of a surface magnet type rotating electrical machine, and is a member formed on the rotor surface on a surface in contact with the rotor surface. An engaged portion that engages with the mating portion is formed.
  • the permanent magnet for a rotating electrical machine includes a step of pulverizing a magnet raw material into magnet powder, a step of generating a mixture in which the pulverized magnet powder and a binder are mixed, and It is characterized by being manufactured by a step of forming into a formed body having a joint part and a step of sintering by holding the formed body in a uniaxial direction at a firing temperature.
  • the compact in the step of sintering the compact, the compact is pressed in a direction that is the same as the axial direction of the rotor when it is disposed on the rotor surface. It is characterized by sintering in a state.
  • the binder is made of a thermoplastic resin, and the remainder of the mixture is formed by heating the remainder of the mixture generated in the step of forming the molded body. It is characterized by being reused into the mixture for
  • the permanent magnet for a rotating electrical machine is characterized in that a plurality of the engaged portions are formed.
  • a permanent magnet is disposed on the rotor surface, and the permanent magnet has an engaged portion that engages with an engaging portion formed on the rotor surface on a surface that contacts the rotor surface. It is formed.
  • the method for producing a permanent magnet for a rotating electrical machine is a method for producing a permanent magnet disposed on a rotor surface of a surface magnet type rotating electrical machine, the step of grinding a magnet raw material into magnet powder, and the grinding A step of generating a mixture of the magnet powder and the binder mixed, a step of forming the mixture into a molded body, and sintering by holding the molded body in a uniaxially pressed state at a firing temperature. And an engaged portion that engages with an engaging portion formed on the rotor surface is formed on a surface that contacts the rotor surface with respect to the molded body.
  • the molded body in the step of sintering the molded body, is placed in a direction that is the same as the axial direction of the rotor when placed on the rotor surface. It is characterized by sintering under pressure.
  • the method for manufacturing a permanent magnet for a rotating electrical machine according to the present invention is characterized in that a plurality of the engaged parts are formed.
  • the binder is made of a thermoplastic resin, and the residue of the mixture produced by the step of forming the molded body is heated to form the residue. It is characterized by being reused into the mixture for forming a body.
  • the method for manufacturing a rotating electrical machine is a method for manufacturing a rotating electrical machine manufactured by arranging a permanent magnet on a rotor surface, wherein the permanent magnet includes a step of pulverizing a magnet raw material into magnet powder, A step of generating a mixture in which the pulverized magnet powder and a binder are mixed, a step of forming the mixture into a molded body, and maintaining the sintered body at a firing temperature in a state of being uniaxially pressed. And a step of sintering, wherein an engaged portion that engages with an engaging portion formed on the rotor surface is formed on a surface that contacts the rotor surface with respect to the molded body. To do.
  • the engaged portion that engages with the engaging portion formed on the rotor surface is formed on the surface that contacts the rotor surface of the rotating electrical machine.
  • the orientation is compared with the case of using conventional compacting or the like. It is possible to improve the degree of orientation without rotating the magnet particles later.
  • the number of current turns can be used, so that a large magnetic field strength can be ensured when performing magnetic field orientation, and a long time can be obtained with a static magnetic field. Therefore, a high degree of orientation with little variation can be realized. Furthermore, the realization of high orientation with little variation leads to a reduction in variation in shrinkage due to sintering.
  • the uniformity of the product shape after sintering can be ensured.
  • the burden on external processing after sintering is reduced.
  • the engaged portion can be easily formed, and the formed engaged portion is not greatly deformed in the subsequent manufacturing process. It is possible to appropriately engage with.
  • the permanent magnet for a rotating electrical machine according to the present invention, sintering is performed in a state where the molded body is pressed in a direction that is the same as the axial direction of the rotor. It is possible to prevent deformation such as warpage and dent after sintering. As a result, even when the permanent magnet has a complicated shape in which the engaged portion is formed, the permanent magnet can be accurately manufactured.
  • the permanent magnet for a rotating electrical machine even when the mixture of the magnet powder and the binder is processed into a molded body having a complicated shape, the remaining portion generated by the processing is part of the mixture. Since it is possible to reproduce the data, it is possible to prevent a decrease in yield.
  • the permanent magnet for a rotating electrical machine by providing a plurality of engaged portions, the permanent magnet can be more firmly fixed to the rotor. As a result, even when the rotor rotates at a high speed, it is possible to prevent the displacement of the permanent magnet relative to the rotor.
  • the rotating electrical machine according to the present invention it is possible to realize higher torque, smaller size, lower torque ripple, and higher efficiency of the rotating electrical machine as compared with the conventional one.
  • the engaged portion that engages with the engaging portion formed on the rotor surface is formed on the surface that contacts the rotor surface of the rotating electrical machine.
  • a molded body is formed by molding a mixture of magnet powder and binder, the magnet particles do not rotate after orientation compared to the case of using conventional compacting, etc. Can be improved.
  • the number of current turns can be used, so that a large magnetic field strength can be ensured when performing magnetic field orientation, and a long time can be obtained with a static magnetic field. Therefore, a high degree of orientation with little variation can be realized.
  • the realization of high orientation with little variation leads to a reduction in variation in shrinkage due to sintering. That is, the uniformity of the product shape after sintering can be ensured. As a result, the burden on external processing after sintering is reduced.
  • the engaged portion can be easily formed, and the formed engaged portion is not greatly deformed in the subsequent manufacturing process. It is possible to appropriately engage with.
  • the method for manufacturing a permanent magnet for a rotating electrical machine since the compact is sintered in a state of being pressed in the same direction as the axial direction of the rotor, shrinkage due to sintering becomes uniform. Thus, deformation such as warpage and dent after sintering can be prevented. As a result, even when the permanent magnet has a complicated shape in which the engaged portion is formed, the permanent magnet can be accurately manufactured.
  • the method for manufacturing a permanent magnet for a rotating electrical machine it is possible to more firmly fix the permanent magnet to the rotor by providing a plurality of engaged portions. As a result, even when the rotor rotates at a high speed, it is possible to prevent the displacement of the permanent magnet relative to the rotor.
  • the method for manufacturing a permanent magnet for a rotating electrical machine according to the present invention, even when a mixture of magnet powder and a binder is processed into a compact shaped body, the remaining portion generated by the processing is mixed. Therefore, it is possible to prevent a decrease in yield.
  • FIG. 1 is an overall view showing a permanent magnet according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a state in which the permanent magnet is fixed to the rotor.
  • FIG. 3 is a diagram showing another shape of the engaged portion formed on the permanent magnet.
  • FIG. 4 is a diagram showing another shape of the engaged portion formed on the permanent magnet.
  • FIG. 5 is an explanatory view showing a manufacturing process of the permanent magnet according to the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing a heating process and a magnetic field orientation process, in particular, a green sheet heating process among the manufacturing processes of the permanent magnet according to the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a molding process of the molded body.
  • FIG. 1 is an overall view showing a permanent magnet according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a state in which the permanent magnet is fixed to the rotor.
  • FIG. 3 is a diagram showing another shape of the engaged portion formed on the permanent magnet.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a temperature raising mode in the calcining step, among the manufacturing steps of the permanent magnet according to the present invention.
  • FIG. 9 is an explanatory view showing the manufacturing process of the SPM motor according to the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the problems of the prior art.
  • FIG. 1 is an overall view showing a permanent magnet 1 according to the present invention.
  • the permanent magnet 1 according to the present invention is a permanent magnet having a segment shape.
  • a plurality of surface magnet type rotating electrical machines are arranged on the surface of the rotor 2 to constitute a surface magnet type rotating electrical machine.
  • FIG. 2 is a view showing the rotor 2 of the SPM motor in which the permanent magnet 1 is arranged.
  • the permanent magnet 1 is a segment-type permanent magnet will be described.
  • the shape of the permanent magnet 1 can be appropriately changed depending on the shape of the rotor 2 to be arranged, the number of arrangement, and the like.
  • a fan shape, a ring shape, a bow shape, or a rectangular parallelepiped shape may be used.
  • the permanent magnet 1 is made of an Nd—Fe—B magnet.
  • the content of each component is Nd: 27 to 40 wt%, B: 0.8 to 2 wt%, and Fe (electrolytic iron): 60 to 70 wt%.
  • other elements such as Dy, Tb, Co, Cu, Al, Si, Ga, Nb, V, Pr, Mo, Zr, Ta, Ti, W, Ag, Bi, Zn, and Mg are added. May contain a small amount.
  • the number of permanent magnets 1 arranged with respect to the rotor 2 is a number corresponding to the number of poles formed around the rotor 2. For example, when the number of poles is eight, as shown in FIG. 1 are arranged at equal intervals with respect to the rotor 2.
  • an engaged portion 4 that engages with the engaging portion 3 formed on the surface of the rotor 2 is formed on the surface of the permanent magnet 1 that contacts the surface of the rotor 2.
  • the engaged portions 4 formed on the permanent magnet 1 are convex leg-shaped members respectively formed at both ends in the circumferential direction of the rotor 2.
  • the formed engaging portion 3 is an insertion hole into which the leg-shaped member is inserted.
  • the permanent magnet 1 is configured to be located at a design position designed in advance with respect to the rotor 2. That is, as shown in FIG. 2, eight permanent magnets 1 are arranged so that the engaging portion 3 and the engaged portion 4 are engaged with each other, and the permanent magnet 1 and the rotor 2 are fixed with an adhesive or the like.
  • the permanent magnet 1 can be accurately positioned and fixed to the design position with respect to the rotor 2. Moreover, since the area of the surface where the permanent magnet 1 and the rotor 2 abut is increased by forming the engaging portion 3 and the engaged portion 4, when fixing with an adhesive, the rotor 2 is fixed. Thus, the permanent magnet 1 can be more firmly fixed.
  • the engaged portion 4 formed on the permanent magnet 1 is formed at two locations with respect to one permanent magnet 1, but the engaged portion 4 is only at one location. Or it is good also as a structure formed in three or more places. Moreover, it is good also as a structure which does not form the to-be-engaged part 4 with respect to all the permanent magnets 1 arrange
  • the engaging portion 3 has a concave shape and the engaged portion 4 has a convex shape. However, the engaging portion 3 may have a convex shape and the engaged portion 4 may have a concave shape. .
  • size and shape of the engaging part 3 and the to-be-engaged part 4 can be changed suitably.
  • the shapes of the engaging portion 3 and the engaged portion 4 may be uneven shapes formed continuously with respect to the contact surface.
  • the shrinkage of the compact due to the sintering becomes uniform, so that no deformation such as warpage or dent occurs in the sintered permanent magnet, and after sintering, The dimensional accuracy of the permanent magnet is improved. Therefore, it is not necessary to correct the shape of the permanent magnet after sintering, and the engaging portion 3 and the engaged portion 4 can be appropriately engaged.
  • the permanent magnet 1 is formed by sintering a molded body (green molded body) obtained by molding a mixture of magnet powder and binder as described later.
  • the mixture is not directly formed into a final product shape (for example, the segment mold shown in FIG. 1), but is once formed into a shape other than the final product shape (for example, a sheet shape, a block shape, etc.), and then punched and cut. It is good also as a structure made into a final product shape by performing a process, a deformation process, etc.
  • productivity can be improved by producing in a continuous process, and molding accuracy can also be improved.
  • a thin film sheet member having a thickness of 0.05 mm to 10 mm for example, 1 mm
  • a large permanent magnet 1 can be manufactured if a plurality of sheets are laminated.
  • the binder mixed with the magnet powder resin, long chain hydrocarbon, fatty acid ester, a mixture thereof or the like is used as the binder mixed with the magnet powder.
  • a resin is used for the binder, it is preferable to use a polymer that does not contain an oxygen atom in the structure and has a depolymerization property.
  • a thermoplastic resin is used for this purpose.
  • the polymer which consists of 1 type, or 2 or more types of polymers or copolymers chosen from the monomer shown by the following general formula (1) corresponds.
  • R1 and R2 represent a hydrogen atom, a lower alkyl group, a phenyl group or a vinyl group.
  • polystyrene resin examples include polyisobutylene (PIB), which is a polymer of isobutylene, polyisoprene (isoprene rubber, IR), which is a polymer of isoprene, and polybutadiene (butadiene) that is a polymer of 1,3-butadiene.
  • PIB polyisobutylene
  • IR polyisoprene rubber
  • IR isoprene rubber
  • IR isoprene rubber
  • butadiene butadiene
  • Rubber, BR polystyrene as a polymer of styrene, styrene-isoprene block copolymer (SIS) as a copolymer of styrene and isoprene, butyl rubber (IIR) as a copolymer of isobutylene and isoprene, styrene and butadiene
  • SIS styrene-isoprene block copolymer
  • IIR butyl rubber
  • SBS styrene-butadiene block copolymer which is a copolymer of 2-methyl-1-pentene, a polymer of 2-methyl-1-pentene, and a polymer of 2-methyl-1-butene.
  • a 2-methyl-1-butene polymer resin a polymer of ⁇ -methylstyrene That there is ⁇ - methyl styrene polymer resin.
  • the resin used for the binder may include a small amount of a polymer or copolymer of a monomer containing an oxygen atom (for example, polybutyl methacrylate, polymethyl methacrylate, etc.).
  • a monomer that 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.
  • thermoplastic resin that softens at 250 ° C. or lower in order to appropriately perform magnetic field orientation
  • a thermoplastic resin having a glass transition point or a flow start temperature of 250 ° C. or lower is used. Is desirable.
  • a long chain hydrocarbon when used for the binder, it is preferable to use a long chain saturated hydrocarbon (long chain alkane) that 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 magnetic powder and the binder is magnetically oriented as described later, the magnetic field orientation is performed in a state where the mixture is heated and softened at a temperature equal to or higher than the glass transition point of the long-chain hydrocarbon or the flow start temperature.
  • a long chain saturated hydrocarbon long chain alkane
  • a fatty acid ester when used as the binder, it is also preferable to use methyl stearate or methyl docosanoate which is solid at room temperature and liquid at room temperature or higher. Then, when the mixture of the magnet powder and the binder is magnetically oriented as described later, the magnetic field orientation is performed in a state where the mixture is heated and softened at a temperature equal to or higher than the flow start temperature of the fatty acid ester.
  • the amount of carbon and oxygen contained in the magnet can be reduced.
  • the amount of carbon remaining in the magnet after sintering is 2000 ppm or less, more preferably 1000 ppm or less.
  • the amount of oxygen remaining in the magnet after sintering is set to 5000 ppm or less, more preferably 2000 ppm or less.
  • the amount of the binder added is an amount that appropriately fills the gaps between the magnet particles in order to improve the thickness accuracy of the molded body when molding a slurry or a heated and melted compound.
  • the ratio of the binder to the total amount of magnet powder and binder is 1 wt% to 40 wt%, more preferably 2 wt% to 30 wt%, and even more preferably 3 wt% to 20 wt%.
  • FIG. 5 is an explanatory view showing a manufacturing process of the permanent magnet 1 according to the present embodiment.
  • an ingot made of a predetermined fraction of Nd—Fe—B (eg, Nd: 32.7 wt%, Fe (electrolytic iron): 65.96 wt%, B: 1.34 wt%) is manufactured. Thereafter, the ingot is roughly pulverized to a size of about 200 ⁇ m by a stamp mill or a crusher. Alternatively, the ingot is melted, flakes are produced by strip casting, and coarsely pulverized by hydrogen crushing. Thereby, coarsely pulverized magnet powder 10 is obtained.
  • Nd—Fe—B eg, Nd: 32.7 wt%, Fe (electrolytic iron): 65.96 wt%, B: 1.34 wt
  • the coarsely pulverized magnet powder 10 is finely pulverized by a wet method using a bead mill 11 or a dry method using a jet mill.
  • the coarsely pulverized magnet powder 10 is finely pulverized in a solvent to a predetermined particle size (for example, 0.1 ⁇ m to 5.0 ⁇ m) and the magnet powder is dispersed in the solvent.
  • the magnet powder contained in the solvent after the wet pulverization is dried by vacuum drying or the like, and the dried magnet powder is taken out.
  • Alcohols such as isopropyl alcohol, ethanol, methanol, Esters, such as ethyl acetate, Lower hydrocarbons, such as pentane and hexane, Aromatics, such as benzene, toluene, xylene , Ketones, mixtures thereof and the like.
  • the solvent which does not contain an oxygen atom in a solvent is used.
  • coarsely pulverized magnet powder is (a) in an atmosphere composed of an inert gas such as nitrogen gas, Ar gas, and He gas having substantially 0% oxygen content.
  • finely pulverized by a jet mill in an atmosphere made of an inert gas such as nitrogen gas, Ar gas, and He gas having an oxygen content of 0.0001 to 0.5%, A fine powder having an average particle diameter of 0.7 ⁇ m to 5.0 ⁇ m.
  • the oxygen concentration of substantially 0% is not limited to the case where the oxygen concentration is completely 0%, but may contain oxygen in such an amount that a very small amount of oxide film is formed on the surface of the fine powder. Means good.
  • the magnet powder finely pulverized by the bead mill 11 or the like is molded into a desired shape.
  • the magnet powder is molded by molding a mixture of magnet powder and binder.
  • a magnetic field is applied by applying a magnetic field in a state where the mixture is once formed in a shape other than the product shape, and then the product shape (for example, as shown in FIG. 1) is performed by punching, cutting, deformation, or the like. Segment type).
  • the mixture is once formed into a sheet-shaped green molded body (hereinafter referred to as a green sheet) to obtain a product shape.
  • the mixture when the mixture is formed into a sheet shape, for example, hot melt coating that forms a sheet shape after heating a compound in which a magnet powder and a binder are mixed, or a slurry containing a magnet powder, a binder, and an organic solvent.
  • hot melt coating that forms a sheet shape after heating a compound in which a magnet powder and a binder are mixed, or a slurry containing a magnet powder, a binder, and an organic solvent.
  • a binder is mixed with magnet powder finely pulverized by a bead mill 11 or the like to prepare a clay-like mixture (compound) 12 composed of magnet powder and binder.
  • a resin a long-chain hydrocarbon, a fatty acid ester, a mixture thereof, or the like is used as described above.
  • a thermoplastic resin made of a depolymerizable polymer that does not contain an oxygen atom in the structure is used.
  • the resin when a long-chain hydrocarbon is used, the resin is solid at room temperature or above it is preferable to use a long-chain saturated hydrocarbon (long-chain alkane) that is liquid. Moreover, when using fatty acid ester, it is preferable to use methyl stearate, methyl docosanoate, or the like. Further, as described above, the amount of the binder added is such that the ratio of the binder to the total amount of the magnet powder and the binder in the compound 12 after the addition is 1 wt% to 40 wt%, more preferably 2 wt% to 30 wt%, still more preferably 3 wt%. % To 20 wt%.
  • an additive for promoting orientation may be added to the compound 12 in order to improve the degree of orientation in a magnetic field orientation step performed later.
  • a hydrocarbon-based additive is used, and it is particularly preferable to use an additive having polarity (specifically, an acid dissociation constant pKa of less than 41).
  • the addition amount of the additive depends on the particle diameter of the magnet powder, and it is necessary to increase the addition amount as the particle diameter of the magnet powder is smaller.
  • the specific addition amount is 0.1 to 10 parts, more preferably 1 to 8 parts, with respect to the magnet powder.
  • the additive added to the magnet powder adheres to the surface of the magnet particles and has a role of assisting the rotation of the magnet particles in the magnetic field orientation process described later.
  • orientation is easily performed when a magnetic field is applied, and the easy magnetization axis directions of the magnet particles can be aligned in the same direction (that is, the degree of orientation can be increased).
  • the frictional force at the time of orientation is increased and the orientation of the particles is lowered, so that the effect of adding the additive is further increased.
  • the binder is added in an atmosphere made of an inert gas such as nitrogen gas, Ar gas, or 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 the stirrer. In addition, heating and stirring may be performed to promote kneading properties.
  • the mixing of the magnet powder and the binder is preferably performed in an atmosphere made of an inert gas such as nitrogen gas, Ar gas, or He gas.
  • the binder is added to the solvent without kneading the magnet powder from the solvent used for pulverization, and then the solvent is volatilized. It is good also as a structure to obtain.
  • a green sheet is formed by forming the compound 12 into a sheet shape.
  • the compound 12 in hot melt coating, the compound 12 is heated to melt the compound 12 to form a fluid, and then the coating is applied on the support substrate 13 such as a separator. Then, the long sheet-like green sheet 14 is formed on the support base material 13 by heat dissipation and solidifying.
  • the temperature at which the compound 12 is heated and melted is 50 to 300 ° C., although it varies depending on the type and amount of the binder used. However, the temperature needs to be higher than the flow start temperature of the binder to be used.
  • magnet powder and binder are dispersed in a large amount of solvent, and the slurry is coated on a support substrate 13 such as a separator. Work. Thereafter, the long sheet-like green sheet 14 is formed on the support substrate 13 by drying and volatilizing the solvent.
  • the coating method of the melted compound 12 is preferably a method having excellent layer thickness controllability such as a slot die method or a calendar roll method.
  • a die method or comma coating method that is particularly excellent in layer thickness controllability that is, a method capable of applying a high-accuracy thickness layer on the surface of a substrate
  • coating is performed by extruding a heated compound 12 in a fluid state by a gear pump and inserting the compound 12 into a die.
  • the calendar roll method a certain amount of the compound 12 is charged into the gap between the two heated rolls, and the compound 12 melted by the heat of the roll is applied onto the support base 13 while rotating the roll.
  • the support base material 13 for example, a silicone-treated polyester film is used.
  • the green sheet is formed on the support substrate 13 by molding the compound 12 melted by extrusion molding or injection molding into a sheet shape and extruding the support substrate 13 instead of coating on the support substrate 13. 14 may be formed.
  • the step of forming the green sheet 14 by the slot die method it is desirable to actually measure the sheet thickness of the green sheet 14 after coating, and to feedback control the gap between the die 15 and the support base 13 based on the actually measured value. . Further, the fluctuation of the amount of the fluid compound 12 supplied to the die 15 is reduced as much as possible (for example, suppressed to fluctuation of ⁇ 0.1% or less), and the fluctuation of the coating speed is reduced as much as possible (for example, ⁇ 0. It is desirable to suppress the fluctuation to 1% or less. Thereby, it is possible to further improve the thickness accuracy of the green sheet 14.
  • the thickness accuracy of the formed green sheet 14 is within ⁇ 10%, more preferably within ⁇ 3%, and even more preferably within ⁇ 1% with respect to the design value (for example, 1 mm).
  • the design value for example, 1 mm.
  • the set thickness of the green sheet 14 is desirably set in the range of 0.05 mm to 20 mm. When the thickness is less than 0.05 mm, the productivity must be reduced because multiple layers must be stacked.
  • the green sheet 14 is first softened by heating the green sheet 14 that is continuously conveyed together with the support base material 13. Specifically, the green sheet 14 is softened until the viscosity becomes 1 to 1500 Pa ⁇ s, more preferably 1 to 500 Pa ⁇ s. Thereby, the magnetic field orientation can be appropriately performed.
  • the temperature and time for heating the green sheet 14 vary depending on the type and amount of the binder used, but for example, 100 to 250 ° C. and 0.1 to 60 minutes. However, in order to soften the green sheet 14, it is necessary to set the glass transition point of the binder to be used or a temperature higher than the flow start temperature.
  • a heating method for heating the green sheet 14 for example, there are a heating method using a hot plate and a heating method using a heat medium (silicone oil) as a heat source.
  • a heat medium silicone oil
  • the intensity of the applied magnetic field is 5000 [Oe] to 150,000 [Oe], preferably 10,000 [Oe] to 120,000 [Oe].
  • the C axis (easy magnetization axis) of the magnet crystal included in the green sheet 14 is oriented in one direction.
  • the magnetic field may be applied in the in-plane direction and the width direction of the green sheet 14. Moreover, it is good also as a structure which applies a magnetic field with respect to the several green sheet 14 simultaneously.
  • a configuration in which a magnetic field is applied at the same time as the heating process may be performed, or a magnetic field may be applied after the heating process and before the green sheet solidifies. It is good also as performing the process to perform. Moreover, it is good also as a structure which magnetic field orientates before the green sheet 14 apply
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a heating process and a magnetic field orientation process of the green sheet 14.
  • FIG. 6 an example in which the magnetic field orientation process is performed simultaneously with the heating process will be described.
  • heating and magnetic field orientation on the green sheet 14 coated by the slot die method described above are performed on the long green sheet 14 in a state of being continuously conveyed by a roll. That is, an apparatus for performing heating and magnetic field orientation is disposed on the downstream side of the coating apparatus (die or the like), and is performed by a process continuous with the above-described coating process.
  • the solenoid 25 is disposed on the downstream side of the die 15 and the coating roll 22 so that the transported support base material 13 and the green sheet 14 pass through the solenoid 25.
  • the hot plates 26 are arranged in a pair above and below the green sheet 14 in the solenoid 25.
  • the green sheet 14 is heated by a pair of upper and lower hot plates 26 and an electric current is passed through the solenoid 25, so that the in-plane direction of the long green sheet 14 (that is, the sheet surface of the green sheet 14).
  • a magnetic field in the longitudinal direction As a result, the continuously conveyed green sheet 14 is softened by heating, and a magnetic field is applied in the in-plane direction and the length direction of the softened green sheet 14 (in the direction of arrow 27 in FIG.
  • the surface of the green sheet 14 can be prevented from standing upright by setting the direction in which the magnetic field is applied to the in-plane direction. Moreover, it is preferable that the heat dissipation and solidification of the green sheet 14 performed after the magnetic field orientation is performed in a transported state. Thereby, the manufacturing process can be made more efficient.
  • a pair of magnetic field coils are arranged on the left and right of the green sheet 14 that is conveyed instead of the solenoid 25. And it becomes possible to generate a magnetic field in the in-plane direction and the width direction of the long sheet-like green sheet 14 by passing a current through each magnetic field coil.
  • the magnetic field orientation perpendicular to the surface of the green sheet 14.
  • the magnetic field orientation direction is a direction perpendicular to the surface of the green sheet 14
  • the film is laminated on the surface on the opposite side of the green sheet 14 where the support base material 13 is laminated. Accordingly, it is possible to prevent the surface of the green sheet 14 from standing upside down.
  • a heating method using the hot plate 26 instead of the heating method using the hot plate 26 described above, a heating method using a heat medium (silicone oil) as a heat source may be used.
  • a heat medium silicone oil
  • the green sheet 14 when the green sheet 14 is formed from a liquid material having high fluidity such as slurry by a general slot die method or doctor blade method without using hot melt molding, a magnetic field gradient is generated.
  • the magnetic powder contained in the green sheet 14 is attracted toward the stronger magnetic field, so that the slurry forming the green sheet 14 is closer to the liquid, that is, the thickness of the green sheet 14 is uneven. May occur.
  • the compound 12 when the compound 12 is molded into the green sheet 14 by hot melt molding as in the present invention, the viscosity near room temperature reaches several tens of thousands to several hundred thousand Pa ⁇ s, and the magnetism when passing through the magnetic field gradient is reached. There is no powder slippage. Furthermore, the viscosity of the binder is lowered by being transported and heated in a uniform magnetic field, and uniform C-axis orientation is possible only by the rotational torque in the uniform magnetic field.
  • the thickness exceeds 1 mm.
  • a liquid material having high fluidity such as a slurry containing an organic solvent by a general slot die method or doctor blade method without using hot melt molding
  • the thickness exceeds 1 mm.
  • foaming due to vaporization of the organic solvent contained in the slurry or the like during drying becomes a problem.
  • the drying time is prolonged to suppress foaming, the magnet powder is settled, and accordingly, the density distribution of the magnet powder is biased with respect to the direction of gravity, which causes warping after firing. Therefore, in the molding from the slurry, the upper limit value of the thickness is substantially regulated, so it is necessary to mold the green sheet with a thickness of 1 mm or less and then laminate it.
  • the green body 14 is punched or deformed to form a molded body 31 having a desired shape.
  • FIG. In the magnetic field orientation and molding of the compact 31, the magnetic field orientation and molding are performed so as to realize the direction of the easy axis required for the final product (for example, radial orientation, polar orientation, etc.).
  • the engaged portion that engages with the engaging portion 3 formed on the surface of the rotor 2 with respect to the surface that contacts the surface of the rotor 2 when placed in the rotating electrical machine. 4 is formed.
  • the engaged portions 4 are, for example, convex leg-shaped members formed at both ends in the circumferential direction of the rotor 2. Further, the engaged portion 4 may be formed integrally with the molded body 31, or only the portion of the engaged portion 4 may be formed separately.
  • molds in a different body as shown in FIG. 7, the to-be-engaged part 4 and the molded object 31 are joined together by an adhesive agent, a plasticizer, thermocompression bonding, etc., and it will become a final product shape. A molded body is produced.
  • molding which added the binder to the magnet powder is used, compared with the case where general compacting is used, it becomes possible to join the molded bodies appropriately.
  • the remaining portion of the green sheet 14 generated by the process of forming the molded body 31 can be reused as the melted compound 12 by heating to a temperature higher than the flow start temperature of the binder. As a result, the reused remaining portion is reproduced as a part of the green sheet 14. Therefore, even when it is molded into a complicated shape, the yield is not reduced.
  • a non-oxidizing atmosphere (particularly hydrogen atmosphere or hydrogen and inert in the present invention) in which the molded body 31 is pressurized to atmospheric pressure, or a pressure higher or lower than atmospheric pressure (for example, 1.0 Pa or 1.0 MPa).
  • a calcination treatment is performed by maintaining the binder decomposition temperature for several hours to several tens of hours (for example, 5 hours) in a mixed gas atmosphere).
  • the supply amount of hydrogen during calcination is set to 5 L / min.
  • decarbonization for reducing the amount of carbon in the molded body 31 is performed.
  • the calcining treatment is performed under the condition that the carbon content in the molded body 31 is 2000 ppm or less, more preferably 1000 ppm or less.
  • the entire molded body 31 can be densely sintered by a subsequent sintering process, and a decrease in residual magnetic flux density and coercive force is suppressed.
  • the pressurization conditions at the time of performing the calcining process mentioned above by the pressure higher than atmospheric pressure it is desirable to set it as 15 Mpa or less.
  • the pressurizing condition is a pressure higher than atmospheric pressure, more specifically 0.2 MPa or more, the effect of reducing the carbon amount can be expected.
  • the binder decomposition temperature is determined based on the analysis result of the binder decomposition product and decomposition residue. Specifically, a temperature range is selected in which decomposition products of the binder are collected, decomposition products other than the monomers are not generated, and products due to side reactions of the remaining binder components are not detected even in the analysis of the residues. Although it varies depending on the kind of the binder, it is set to 200 ° C. to 900 ° C., more preferably 400 ° C. to 600 ° C. (for example, 450 ° C.).
  • the heating rate is reduced as compared with a case where a general magnet is sintered.
  • the temperature rising rate is set to 2 ° C./min or less (for example, 1.5 ° C./min). Therefore, when performing the calcining treatment, as shown in FIG. 8, the temperature is increased at a predetermined temperature increase rate of 2 ° C./min or less, and after reaching a preset temperature (binder decomposition temperature), Calcination is performed by holding at the set temperature for several hours to several tens of hours.
  • the carbon in the molded body 31 is not removed rapidly but is removed stepwise, so that the density of the sintered permanent magnet is increased ( That is, it is possible to reduce the air gap in the permanent magnet. And if a temperature increase rate shall be 2 degrees C / min or less, the density of the permanent magnet after sintering can be made 95% or more, and a high magnet characteristic can be anticipated.
  • a sintering process for sintering the compact 31 that has been calcined by the calcining process is performed.
  • pressureless sintering in a vacuum uniaxial pressure sintering for sintering in a uniaxially pressurized state, and sintering in a state of being biaxially pressurized.
  • isotropic pressure sintering for sintering in an isotropically pressurized state There are two-axis pressure sintering, isotropic pressure sintering for sintering in an isotropically pressurized state, and the like.
  • uniaxial pressure sintering is used in which the compact 31 is sintered in a state in which the compact 31 is pressed in a direction that is the same as the axial direction of the rotor 2 when it is disposed on the surface of the rotor 2.
  • pressure sintering include hot press sintering, hot isostatic pressing (HIP) sintering, ultra-high pressure synthetic sintering, gas pressure sintering, and discharge plasma (SPS) sintering.
  • HIP hot isostatic pressing
  • SPS discharge plasma
  • the pressure value is set to, for example, 0.01 MPa to 100 MPa, the pressure is increased to 940 ° C. at 10 ° C./min in a vacuum atmosphere of several Pa or less, and then held for 5 minutes. Is preferred. Thereafter, it is cooled and heat-treated again at 300 ° C. to 1000 ° C. for 2 hours. And as a result of sintering, the sintered compact 32 is manufactured.
  • the sintered body 32 is magnetized along the C axis.
  • the permanent magnet 1 can be manufactured.
  • a magnetizing coil, a magnetizing yoke, a condenser magnetizing power supply device or the like is used for magnetizing the permanent magnet 1.
  • the permanent magnet 1 may be magnetized after being arranged on the rotor 2 of the rotating electrical machine as will be described later.
  • a method for manufacturing an SPM motor in which the permanent magnet 1 manufactured by the above manufacturing method is arranged on the rotor surface will be described.
  • a plurality of permanent magnets 1 are arranged on the surface of the rotor 2.
  • the engaging portion 3 formed on the rotor 2 and the engaged portion 4 formed on the permanent magnet 1 are engaged.
  • the permanent magnet 1 can be accurately positioned at the design position with respect to the rotor 2.
  • the rotor 2 and the permanent magnet 1 disposed on the surface are fixed to each other with an adhesive or the like.
  • the compound 12 is generated by pulverizing the magnet raw material into magnet powder and mixing the pulverized magnet powder and the binder. .
  • the green sheet 14 which shape
  • the permanent magnet 1 is manufactured by sintering 31. As a result, by engaging the engaging portion 3 and the engaged portion 4, the permanent magnet 1 can be accurately positioned at a position designed in advance with respect to the rotor 2.
  • the contact area between the permanent magnet 1 and the rotor 2 can be increased, the permanent magnet 1 can be firmly fixed to the rotor 2. As a result, even when the rotor 2 rotates at a high speed, it is possible to prevent the displacement of the permanent magnet 1 with respect to the rotor 2.
  • a molded body is formed by molding a mixture of magnet powder and binder, the magnet particles do not rotate after orientation compared to the case of using conventional compacting, etc. Can be improved.
  • the number of current turns can be used, so that a large magnetic field strength can be ensured when performing magnetic field orientation, and a long time can be obtained with a static magnetic field.
  • the realization of high orientation with little variation leads to a reduction in variation in shrinkage due to sintering. That is, the uniformity of the product shape after sintering can be ensured. As a result, the burden on external processing after sintering is reduced.
  • the engaged portion 4 can be easily formed as compared with conventional compacting, and the formed engaged portion 4 is not greatly deformed in the subsequent manufacturing process. Engagement with the engaging portion 4 can be appropriately performed.
  • the compact 31 is sintered in a state in which it is pressed in the same direction as the axial direction of the rotor 2, the shrinkage due to the sintering becomes uniform, so that deformation such as warping and dent after sintering can be achieved.
  • the permanent magnet 1 can be manufactured with high accuracy.
  • the remaining portion generated by the processing can be regenerated as a part of the mixture, thereby reducing the yield. It becomes possible to prevent.
  • the permanent magnet 1 can be more firmly fixed to the rotor 2. As a result, even when the rotor 2 rotates at a high speed, it is possible to prevent the displacement of the permanent magnet 1 with respect to the rotor 2.
  • the rotating electrical machine having the permanent magnet 1 according to the present embodiment disposed on the surface can realize higher torque, smaller size, lower torque ripple, and higher efficiency as compared with the related art.
  • the pulverization conditions, kneading conditions, molding conditions, magnetic field orientation process, calcination conditions, sintering conditions, etc. of the magnet powder are not limited to the conditions described in the above examples.
  • the magnet raw material is pulverized by wet pulverization using a bead mill, but may be pulverized by dry pulverization using a jet mill.
  • the atmosphere at the time of calcination is a non-oxidizing atmosphere
  • the atmosphere may be other than a hydrogen atmosphere (for example, a nitrogen atmosphere, a He atmosphere, or an Ar atmosphere).
  • a hydrogen atmosphere for example, a nitrogen atmosphere, a He atmosphere, or an Ar atmosphere.
  • calcining is performed in a hydrogen atmosphere or a mixed gas atmosphere of hydrogen and an inert gas after molding the magnet powder.
  • the magnet powder before molding is calcined and calcined. It is good also as manufacturing a permanent magnet by shape
  • the surface area of the magnet to be calcined is increased compared to the case of calcining the molded magnet particles. can do. That is, the amount of carbon in the calcined body can be reduced more reliably.
  • the permanent magnet according to the present invention can be applied to various rotating electric machines such as a generator and a magnetic speed reducer in addition to the motor.
  • the rotating electrical machine according to the present invention is applied to a magnetic speed reducer, it is a dual rotor type having two rotors, and the stator 43 is replaced by a predetermined number of magnetic pole pieces made of a magnetic material instead of the stator core and the windings.
  • the Nd—Fe—B type magnet has been described as an example, but other magnets (for example, samarium type cobalt magnet, alnico magnet, ferrite magnet, etc.) may be used. Further, in the present invention, the Nd component is larger than the stoichiometric composition in the present invention, but it may be stoichiometric.

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Abstract

　永久磁石を表面磁石型回転電機のロータに対して予め設計された位置に正確且つ強固に固定することを可能にした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。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１２を生成する。そして、生成したコンパウンド１２をシート状に成形したグリーンシート１４を作製する。その後、成形したグリーンシート１４からロータ２の表面と接する面にロータ２の表面に形成された係合部３と係合する被係合部４が形成された成形体３１を成形し、成形体３１を焼結することにより永久磁石１を製造する。

Description

回転電機用永久磁石、回転電機用永久磁石の製造方法、回転電機及び回転電機の製造方法
　本発明は、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。
　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。ここで、回転電機の一つである表面磁石型回転電機は、ロータ表面に磁石が張り付けられた回転電機であり、比較的安易な構成で、高出力化、高効率化が実現可能である。
　例えば特開２００９－２７８４６号公報には、ロータの周囲にセグメント型の永久磁石が複数配置された表面磁石型モータについて開示されている。
特開２００９－２７８４６号公報（第５頁、図１）
　ここで、従来の表面磁石型回転電機は、図１０に示すように、ロータ１０１の表面にセグメント型の複数の永久磁石１０２を張り付けることにより構成される。また、回転電機では低トルクリップル化についても求められているが、その為には設計位置に対する永久磁石１０２の位置ズレを抑えることが重要である。例えば、トルクリップルを０．５％以下とする為には、設計位置に対して永久磁石１０２の位置ズレを５μｍ以下に抑えることが必要である。しかしながら、従来の永久磁石をロータ表面に張り付ける構成では、ロータに対する永久磁石の正確な位置決めが困難であった。
　また、一般的にロータ１０１と永久磁石１０２は粘着剤を用いて固定するが、粘着剤のみによってロータ１０１に対して永久磁石１０２を適切に固定することは難しかった。例えば、粘着剤を多く用いれば、はみ出した粘着剤がモータに悪影響を与えることとなる。一方で粘着剤が少なければ高速回転するロータ１０１から永久磁石１０２が外れたり、永久磁石１０２の位置ズレが発生する可能性もある。
　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、表面磁石型回転電機のロータに対して予め設計された位置に正確且つ強固に固定することが可能となり、表面磁石型回転電機の高出力化、高効率化、低トルクリップル化を実現することを可能にした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。
　前記目的を達成するため本発明に係る回転電機用永久磁石は、表面磁石型回転電機のロータ表面に配置される永久磁石であって、前記ロータ表面と接する面に前記ロータ表面に形成された係合部と係合する被係合部が形成されていることを特徴とする。
　また、本発明に係る回転電機用永久磁石は、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、前記混合物を前記被係合部を有する成形体に成形する工程と、前記成形体を一軸方向に加圧した状態で焼成温度に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。
　また、本発明に係る回転電機用永久磁石は、前記成形体を焼結する工程では、前記ロータ表面に配置された際にロータの軸方向と同方向となる方向に前記成形体を加圧した状態で焼結することを特徴とする。
　また、本発明に係る回転電機用永久磁石は、前記バインダーは熱可塑性樹脂からなり、前記成形体を成形する工程によって生じた前記混合物の残余を加熱することにより、該残余を前記成形体を成形する為の前記混合物へと再利用することを特徴とする。
　また、本発明に係る回転電機用永久磁石は、前記被係合部が複数形成されていることを特徴とする。
　また、本発明に係る回転電機は、ロータ表面に永久磁石が配置され、前記永久磁石は、前記ロータ表面と接する面に前記ロータ表面に形成された係合部と係合する被係合部が形成されていることを特徴とする。
　また、本発明に係る回転電機用永久磁石の製造方法は、表面磁石型回転電機のロータ表面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、前記混合物を成形体に成形する工程と、前記成形体を一軸方向に加圧した状態で焼成温度に保持することにより焼結する工程と、を有し、前記成形体に対して、前記ロータ表面と接する面に前記ロータ表面に形成された係合部と係合する被係合部を形成することを特徴とする。
　また、本発明に係る回転電機用永久磁石の製造方法は、前記成形体を焼結する工程では、前記ロータ表面に配置された際にロータの軸方向と同方向となる方向に前記成形体を加圧した状態で焼結することを特徴とする。
　また、本発明に係る回転電機用永久磁石の製造方法は、前記被係合部を複数形成することを特徴とする。
　また、本発明に係る回転電機用永久磁石の製造方法は、前記バインダーは熱可塑性樹脂からなり、前記成形体を成形する工程によって生じた前記混合物の残余を加熱することにより、該残余を前記成形体を成形する為の前記混合物へと再利用することを特徴とする。
　また、本発明に係る回転電機の製造方法は、ロータ表面に永久磁石を配置することにより製造される回転電機の製造方法であって、前記永久磁石は、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、前記混合物を成形体に成形する工程と、前記成形体を一軸方向に加圧した状態で焼成温度に保持することにより焼結する工程と、により製造され、前記成形体に対して、前記ロータ表面と接する面に前記ロータ表面に形成された係合部と係合する被係合部を形成することを特徴とする。
　前記構成を有する本発明に係る回転電機用永久磁石によれば、回転電機のロータ表面と接する面に、ロータ表面に形成された係合部と係合する被係合部を形成するので、係合部と被係合部を係合させることによって、永久磁石をロータに対して予め設計された位置に正確に位置決めすることが可能となる。また、永久磁石とロータとの接触面積を大きくすることができるので、ロータに対して永久磁石を強固に固定することが可能となる。その結果、ロータが高速回転した場合であってもロータに対する永久磁石の位置ズレの発生を防止することが可能となる。
　また、本発明に係る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ことによって成形体を形成するので、従来の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、磁石粉末と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。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る。そして、従来の圧粉成形と比較して被係合部を容易に成形でき、成形した被係合部はその後の製造工程で大きな変形を生じることがないので、係合部と被係合部との係合を適切に行わせることが可能となる。
　また、本発明に係る回転電機用永久磁石によれば、ロータの軸方向と同方向となる方向に成形体を加圧した状態で焼結するので、焼結による収縮が均一となることにより、焼結後の反りや凹みなどの変形が生じることを防止できる。その結果、永久磁石が被係合部の形成された複雑な形状を有する場合においても、永久磁石を精度よく製造することが可能となる。
　また、本発明に係る回転電機用永久磁石によれば、磁石粉末とバインダーとの混合物を複雑な形状の成形体へと加工する場合であっても、加工により生じた残余部分を混合物の一部として再生することが可能なので、歩留まりの低下を防止することが可能となる。
　また、本発明に係る回転電機用永久磁石によれば、被係合部を複数設けることによって、ロータに対して永久磁石をより強固に固定することが可能となる。その結果、ロータが高速回転した場合であってもロータに対する永久磁石の位置ズレの発生を防止することが可能となる。
　また、本発明に係る回転電機によれば、従来に比べて回転電機の高トルク化、小型化、低トルクリップル化、高効率化を実現することが可能となる。
　また、本発明に係る回転電機用永久磁石の製造方法によれば、回転電機のロータ表面と接する面に、ロータ表面に形成された係合部と係合する被係合部を形成するので、係合部と被係合部を係合させることによって、永久磁石をロータに対して予め設計された位置に正確に位置決めすることが可能となる。また、永久磁石とロータとの接触面積を大きくすることができるので、ロータに対して永久磁石を強固に固定することが可能となる。その結果、ロータが高速回転した場合であってもロータに対する永久磁石の位置ズレの発生を防止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ことによって成形体を形成するので、従来の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、磁石粉末と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。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る。そして、従来の圧粉成形と比較して被係合部を容易に成形でき、成形した被係合部はその後の製造工程で大きな変形を生じることがないので、係合部と被係合部との係合を適切に行わせることが可能となる。
　また、本発明に係る回転電機用永久磁石の製造方法によれば、ロータの軸方向と同方向となる方向に成形体を加圧した状態で焼結するので、焼結による収縮が均一となることにより、焼結後の反りや凹みなどの変形が生じることを防止できる。その結果、永久磁石が被係合部の形成された複雑な形状を有する場合においても、永久磁石を精度よく製造することが可能となる。
　また、本発明に係る回転電機用永久磁石の製造方法によれば、被係合部を複数設けることによって、ロータに対して永久磁石をより強固に固定することが可能となる。その結果、ロータが高速回転した場合であってもロータに対する永久磁石の位置ズレの発生を防止することが可能となる。
　また、本発明に係る回転電機用永久磁石の製造方法によれば、磁石粉末とバインダーとの混合物を複雑な形状の成形体へと加工する場合であっても、加工により生じた残余部分を混合物の一部として再生することが可能なので、歩留まりの低下を防止することが可能となる。
　更に、本発明に係る回転電機の製造方法によれば、従来に比べて製造する回転電機の高トルク化、小型化、低トルクリップル化、高効率化を実現することが可能となる。
図１は、本発明に係る永久磁石を示した全体図である。 図２は、永久磁石をロータに固定した状態を示した図である。 図３は、永久磁石に形成される被係合部の他の形状について示した図である。 図４は、永久磁石に形成される被係合部の他の形状について示した図である。 図５は、本発明に係る永久磁石の製造工程を示した説明図である。 図６は、本発明に係る永久磁石の製造工程の内、特にグリーンシートの加熱工程及び磁場配向工程を示した説明図である。 図７は、成形体の成形工程について説明した図である。 図８は、本発明に係る永久磁石の製造工程の内、特に仮焼工程の昇温態様について説明した図である。 図９は、本発明に係るＳＰＭモータの製造工程を示した説明図である。 図１０は、従来技術の問題点について説明した図である。
　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。
［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。尚、図１に示すように本発明に係る永久磁石１はセグメント形状を有する永久磁石である。そして、図２に示すように表面磁石型の回転電機（モータ又は発電機）のロータ２の表面に複数配置され、表面磁石型の回転電機を構成する。図２は、永久磁石１が配置されたＳＰＭモータのロータ２を示した図である。尚、以下の実施例では永久磁石１をセグメント型の永久磁石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ロータ２の形状、配置数等によって適宜変更可能である。例えば、扇型形状、リング形状、弓型形状、直方体形状としても良い。
　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。
　また、ロータ２に対する永久磁石１の配置数はロータ２の周囲に形成する極数に応じた数となり、例えば極数を８極とする場合には、図２に示すように８個の永久磁石１がロータ２に対して等間隔に配置される。また、永久磁石１のロータ２の表面と接する面には、ロータ２表面に形成された係合部３と係合する被係合部４が形成される。
　ここで、図１及び図２に示す例では、永久磁石１に形成された被係合部４はロータ２の周方向の両端部にそれぞれ形成された凸状の脚状部材とし、ロータ２に形成された係合部３は該脚状部材が挿入される挿入孔とする。そして、永久磁石１の被係合部４がロータ２の係合部３に係合された状態では、ロータ２に対して予め設計された設計位置に永久磁石１が位置するように構成する。即ち、図２に示すように８個の永久磁石１をそれぞれ係合部３と被係合部４が係合するようにして配置し、永久磁石１とロータ２とを接着剤等で固定することによって、ロータ２に対して永久磁石１を設計位置に正確に位置決めして固定することが可能となる。また、係合部３と被係合部４を形成することによって永久磁石１とロータ２とが当接する面の面積が大きくなることから、接着剤を用いて固定する場合にはロータ２に対して永久磁石１をより強固に固定することが可能となる。
　尚、図２に示す例では、永久磁石１に形成された被係合部４は、一の永久磁石１に対して２箇所に形成する構成としているが、被係合部４は１箇所のみ又は３箇所以上に形成する構成としても良い。また、ロータ２に配置する全ての永久磁石１に対して被係合部４を形成するのではなく、一部の永久磁石１のみに形成する構成としても良い。また、図２に示す例では、係合部３を凹形状とし、被係合部４を凸形状としているが、係合部３を凸形状とし、被係合部４を凹形状としても良い。
　また、係合部３と被係合部４の大きさや形状は適宜変更することが可能である。
　例えば、図３に示すように係合部３と被係合部４の形状は、当接面に対して連続して形成された凹凸形状としても良い。また、図４に示すような楔型形状としても良い。尚、図４に示すような楔型形状とすれば、永久磁石１とロータ２とを接着剤を用いることなく固定することも可能となる。また、後述のように永久磁石１をグリーン成形体を用いて成形すれば、図３や図４に示すような複雑な形状へも容易に成形することが可能となる。更に、加圧焼結を用いて焼結すれば、焼結による成形体の収縮が均一となることにより、焼結後の永久磁石に対して反りや凹みなどの変形が生じず、焼結後の永久磁石の寸法精度が向上する。従って、焼結後における永久磁石の形状の修正加工をする必要がなく、係合部３と被係合部４を適切に係合させることが可能となる。
　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）を焼結することによって形成される。尚、混合物を直接に最終製品形状（例えば図１に示すセグメント型）に成形するのではなく、一旦最終製品形状以外（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最終製品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最終製品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。
　一方、本発明で特に永久磁石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（例えばセグメント型）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。
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 （但し、Ｒ１及びＲ２は、水素原子、低級アルキル基、フェニル基又はビニル基を表す）
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
［永久磁石の製造方法］
　次に、本発明に係る永久磁石１の製造方法について図５を用いて説明する。図５は本実施形態に係る永久磁石１の製造工程を示した説明図である。
　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１０を得る。
　次いで、粗粉砕磁石粉末１０をビーズミル１１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１１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１０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。
　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。
　次に、ビーズミル１１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に示すセグメント型）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。
　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１１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）１２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１２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。
　また、上記コンパウンド１２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。
　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１２を得る構成としても良い。
　続いて、コンパウンド１２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１２を加熱することによりコンパウンド１２を溶融し、流体状にしてからセパレータ等の支持基材１３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１３上に長尺シート状のグリーンシート１４を形成する。尚、コンパウンド１２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１３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１３上に長尺シート状のグリーンシート１４を形成する。
　ここで、溶融したコンパウンド１２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１２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１２を一定量仕込み、ロールを回転させつつ支持基材１３上にロールの熱で溶融したコンパウンド１２を塗工する。また、支持基材１３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１３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１２をシート状に成型するとともに支持基材１３上に押し出すことによって、支持基材１３上にグリーンシート１４を成形する構成としても良い。
　また、スロットダイ方式によるグリーンシート１４の形成工程では、塗工後のグリーンシート１４のシート厚みを実測し、実測値に基づいてダイ１５と支持基材１３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１５に供給する流体状のコンパウンド１２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１４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１４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１３へのコンパウンド１２の転写膜厚を制御することが可能である。
　尚、グリーンシート１４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。
　次に、上述したホットメルト塗工によって支持基材１３上に形成されたグリーンシート１４の磁場配向を行う。具体的には、先ず支持基材１３とともに連続搬送されるグリーンシート１４を加熱することによりグリーンシート１４を軟化させる。具体的には、グリーンシート１４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。
　尚、グリーンシート１４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１４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１４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１４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１４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１４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１４に対して同時に磁場を印加する構成としても良い。
　更に、グリーンシート１４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１４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。
　次に、図６を用いてグリーンシート１４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６はグリーンシート１４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６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。
　図６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１４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１４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。
　具体的には、ダイ１５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１３及びグリーンシート１４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１４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１４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１４の面内方向（即ち、グリーンシート１４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１４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１４の面内方向且つ長さ方向（図６の矢印２７方向）に対して磁場を印加し、グリーンシート１４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１４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１４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。
　尚、磁場配向をグリーンシート１４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１４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１４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。
　また、磁場配向をグリーンシート１４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１４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１４の面に対して垂直方向とする場合には、グリーンシート１４に対して支持基材１３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１４の表面の逆立ちを防止することが可能となる。
　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。
　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１４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１４が搬入されると、磁場が強い方にグリーンシート１４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１４を形成するスラリーの液寄り、即ち、グリーンシート１４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１２をホットメルト成形によりグリーンシート１４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。
　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１４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１２をホットメルト成形によりグリーンシート１４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。
　また、複数枚のグリーンシート１４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１４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１４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。
　そして、図６に示す方法によりグリーンシート１４の磁場配向を行った後に、グリーンシート１４の打ち抜きや変形を行うことによって、所望形状の成形体３１を形成する。尚、磁場配向はグリーンシート１４ではなく、打ち抜きや変形を行った後の成形体３１に対して行うように構成しても良い。また、磁場配向や成形体３１の成形では、最終的な製品で要求される磁化容易軸の方向（例えばラジアル配向、極異方配向等）を実現するように磁場配向や成形を行う。
　また、成形体３１を成形する際には、回転電機に配置された際にロータ２の表面と接する面に対して、ロータ２表面に形成された係合部３と係合する被係合部４を形成する。被係合部４は、例えばロータ２の周方向の両端部にそれぞれ形成された凸状の脚状部材とする。また、被係合部４は成形体３１と一体に成形しても良いし、被係合部４の部分のみを別体に成形しても良い。尚、別体に成形した場合には、図７に示すように成形した被係合部４と成形体３１を接着剤、可塑剤、熱圧着等により互いに接合することによって、最終製品形状となる成形体を作製する。尚、本発明に係る製造方法では、磁石粉末にバインダーを添加したグリーン体成形を用いるので、一般的な圧粉成形を用いる場合と比較して成形体同士の適切な接合が可能となる。
　また、成形体３１を成形する工程によって生じたグリーンシート１４の残余部分については、バインダーの流動開始温度以上に加熱することによって溶融されたコンパウンド１２として再利用することが可能である。その結果、再利用された残余部分は、グリーンシート１４の一部として再生されることとなる。従って、複雑な形状に成形した場合であっても、歩留まりを低下させることが無い。
　続いて、成形体３１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３１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３１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３１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。
　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。
　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８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３１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。
　また、仮焼処理によって仮焼された成形体３１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３１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３１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３１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。
　続いて、仮焼処理によって仮焼された成形体３１を焼結する焼結処理を行う。尚、成形体３１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３１をロータ２表面に配置された際にロータ２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３２が製造される。
　その後、焼結体３２をＣ軸に沿って着磁を行う。その結果、永久磁石１を製造することが可能となる。尚、永久磁石１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。尚、永久磁石１の着磁は、後述のように回転電機のロータ２に配置した後に行う構成としても良い。
　次に、上記製造方法により製造された永久磁石１をロータ表面に配置したＳＰＭモータの製造方法について説明する。
　先ず、図９に示すようにロータ２の表面に複数の永久磁石１を配置する。尚、永久磁石１をロータ２に配置する際には、ロータ２に形成された係合部３と、永久磁石１に形成された被係合部４とを係合させる。それによって、ロータ２に対して永久磁石１を設計位置に正確に位置決めすることが可能となる。その後、ロータ２と表面に配置された永久磁石１とを接着剤等により互いに固定する。
　その後、シャフト４２やステータ４３等のロータ２以外の部材を組み付ける。それによって、ＳＰＭモータ４５が製造される。
　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１２を生成する。そして、生成したコンパウンド１２をシート状に成形したグリーンシート１４を作製する。その後、成形したグリーンシート１４からロータ２の表面と接する面にロータ２の表面に形成された係合部３と係合する被係合部４が形成された成形体３１を成形し、成形体３１を焼結することにより永久磁石１を製造する。その結果、係合部３と被係合部４を係合させることによって、永久磁石１をロータ２に対して予め設計された位置に正確に位置決めすることが可能となる。また、永久磁石１とロータ２との接触面積を大きくすることができるので、ロータ２に対して永久磁石１を強固に固定することが可能となる。その結果、ロータ２が高速回転した場合であってもロータ２に対する永久磁石１の位置ズレの発生を防止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ことによって成形体を形成するので、従来の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、磁石粉末と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。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る。そして、従来の圧粉成形と比較して被係合部４を容易に成形でき、成形した被係合部４はその後の製造工程で大きな変形を生じることがないので、係合部３と被係合部４との係合を適切に行わせることが可能となる。
　また、ロータ２の軸方向と同方向となる方向に成形体３１を加圧した状態で焼結するので、焼結による収縮が均一となることにより、焼結後の反りや凹みなどの変形が生じることを防止できる。その結果、永久磁石１が被係合部４の形成された複雑な形状を有する場合においても、永久磁石１を精度よく製造することが可能となる。
　また、磁石粉末とバインダーとの混合物を複雑な形状の成形体３１へと加工する場合であっても、加工により生じた残余部分を混合物の一部として再生することが可能なので、歩留まりの低下を防止することが可能となる。
　また、永久磁石１に対して被係合部４を複数設けることによって、ロータ２に対して永久磁石１をより強固に固定することが可能となる。その結果、ロータ２が高速回転した場合であってもロータ２に対する永久磁石１の位置ズレの発生を防止することが可能となる。
　また、本実施形態に係る永久磁石１を表面に配置した回転電機は、従来に比べて高トルク化、小型化、低トルクリップル化、高効率化を実現することが可能となる。
　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。
　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。
　また、本発明に係る永久磁石はモータ以外に、発電機や磁気減速機等の各種回転電機に対して適用可能である。また、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、ロータを２つ備えたデュアルロータ型とし、ステータ４３をステータコアや巻線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。
　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。
　　１　　　　　永久磁石
　　２　　　　　ロータ
　　３　　　　　係合部
　　４　　　　　被係合部
　　１１　　　　ビーズミル
　　１２　　　　コンパウンド
　　１３　　　　支持基材
　　１４　　　　グリーンシート
　　１５　　　　ダイ
　　２５　　　　ソレノイド
　　２６　　　　ホットプレート
　　３１　　　　成形体
　　３２　　　　焼結体
　　４５　　　　ＳＰＭモータ

Claims (11)

  1. 　表面磁石型回転電機のロータ表面に配置される永久磁石であって、
    　前記ロータ表面と接する面に前記ロータ表面に形成された係合部と係合する被係合部が形成されていることを特徴とする回転電機用永久磁石。
  2. 　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、
    　前記混合物を、前記被係合部を有する成形体に成形する工程と、
    　前記成形体を一軸方向に加圧した状態で焼成温度に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に記載の回転電機用永久磁石。
  3. 　前記成形体を焼結する工程では、前記ロータ表面に配置された際にロータの軸方向と同方向となる方向に前記成形体を加圧した状態で焼結することを特徴とする請求項２に記載の回転電機用永久磁石。
  4. 　前記バインダーは熱可塑性樹脂からなり、
    　前記成形体を成形する工程によって生じた前記混合物の残余を加熱することにより、該残余を、前記成形体を成形する為の前記混合物へと再利用することを特徴とする請求項２に記載の回転電機用永久磁石。
  5. 　前記被係合部が複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機用永久磁石。
  6. 　ロータ表面に永久磁石が配置され、
    　前記永久磁石は、前記ロータ表面と接する面に前記ロータ表面に形成された係合部と係合する被係合部が形成されていることを特徴とする回転電機。
  7. 　表面磁石型回転電機のロータ表面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、
    　前記混合物を成形体に成形する工程と、
    　前記成形体を一軸方向に加圧した状態で焼成温度に保持することにより焼結する工程と、を有し、
    　前記成形体に対して、前記ロータ表面と接する面に前記ロータ表面に形成された係合部と係合する被係合部を形成することを特徴とする回転電機用永久磁石の製造方法。
  8. 　前記成形体を焼結する工程では、前記ロータ表面に配置された際にロータの軸方向と同方向となる方向に前記成形体を加圧した状態で焼結することを特徴とする請求項７に記載の回転電機用永久磁石の製造方法。
  9. 　前記被係合部を複数形成することを特徴とする請求項７に記載の回転電機用永久磁石の製造方法。
  10. 　前記バインダーは熱可塑性樹脂からなり、
    　前記成形体を成形する工程によって生じた前記混合物の残余を加熱することにより、該残余を、前記成形体を成形する為の前記混合物へと再利用することを特徴とする請求項７に記載の回転電機用永久磁石の製造方法。
  11. 　ロータ表面に永久磁石を配置することにより製造される回転電機の製造方法であって、
    　前記永久磁石は、
    　　　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、
    　　　前記混合物を成形体に成形する工程と、
    　　　前記成形体を一軸方向に加圧した状態で焼成温度に保持することにより焼結する工程と、により製造され、
    　前記成形体に対して、前記ロータ表面と接する面に前記ロータ表面に形成された係合部と係合する被係合部を形成することを特徴とする回転電機の製造方法。
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