JP3588692B2 - 永久磁石同期モータ用磁石 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石（ＰＭ）同期モータに用いる磁石材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石（ＰＭ）同期モータは、高効率、高出力密度の点から、電気自動車又はハイブリッド電気自動車の駆動用モータとして注目され、これを用いた自動車が多数開発されている。
【０００３】
ＰＭ同期モータの出力は、内部の永久磁石材料の特性に直接依存するため、実用上、単位体積当たりのエネルギー積の最も大きなＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石が採用されるケースが多い。また、モータはその構成上、コイルに電流を流して磁界を発生させ、その磁界と永久磁石の吸引を利用して回転力を得るため、モータ動作に伴って、コイルから熱が発生する。
【０００４】
ところが、上述の永久磁石として用いられているＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は、温度上昇に伴う保磁力の低下率が大きく、動作中に磁石性能が損なわれること（減磁）が大きな問題となっている。減磁を軽減するためには、一般的には磁石の保磁力そのものを増大させて、高温に至っても十分な保磁力を維持する目的で、Ｄｙ，Ｃｏなどの添加がなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の永久磁石（ＰＭ）同期モータ用磁石にあっては、保磁力の温度上昇に伴う低下率、すなわち保磁力の温度係数は−０．６％／℃程度と依然として大きいため、動作中に磁石性能が損なわれるという問題があり、本質的には、温度係数を改善（温度係数の絶対値の減少）して、磁石の使用限界温度を向上させる必要がある。
そこで、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の保磁力温度係数を改善（温度係数の絶対値の減少）することにより、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の使用限界温度を向上させることが課題となっていた。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、より高温環境下でのモータ動作が可能な永久磁石（ＰＭ）同期モータ用磁石を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、その構成を、Ｎｄ，Ｄｙ，Ｆｅ，Ｃｏ及びＢを主成分とする磁石材料又はＮｄ，Ｆｅ，Ｃｏ及びＢを主成分とする磁石材料において、Ｓｉ及びＣを主相であるＮｄ _２ Ｆｅ _１７ Ｂ相に一定量固溶させた永久磁石（ＰＭ）同期モータ用磁石とすることにより、上記問題点を解決するものである。
【０００８】
以下、本発明の作用を説明する。
本発明による磁石では、主相であるＮｄ_２ Ｆｅ_１７Ｂ結晶中にＳｉとＣが固溶することにより、結晶磁気異方性の温度特性が改善されるために、保磁力の温度係数の絶対値が減少し、温度上昇に伴う保磁力の減少度合いを低く抑えられる。
これにより、磁石の使用限界温度が従来に比べて飛躍的に向上し、より高温の状態でモータを動作させることが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による永久磁石（ＰＭ）同期モータ用磁石の具体的構成について、詳細に説明する。
本発明で用いるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石材料は、主成分としては、公知のＮｄ_２ Ｆｅ_１４Ｂ系化合物であり、その保磁力の温度特性改善（保磁力の温度係数の絶対値の減少）のために、ＳｉとＣを同時に添加したものである。
【００１０】
これらの磁石材料は、公知の粉末冶金法、液体急冷法などにより製造され、磁石の限界使用温度が向上するため、これを用いたモータは、従来より高温の状態で動作させることが可能となる。
【００１１】
本発明による磁石材料中のＳｉ及びＣは、その全て又は一部が主相であるＮｄ_２ Ｆｅ_１７Ｂ相に固溶し、結晶格子の歪み又は元素同士の磁気的結合状態を変化させるため、主相の結晶磁気異方性の温度依存性に影響を与えるものと考えられる。これにより、磁石の保磁力は、温度上昇に伴う低下を低く抑えることができるため、より高温まで磁石を使用することが可能となる。
【００１２】
また、ＳｉとＣの添加量と保磁力の温度係数の変化を検討した結果、両元素とも、０．０５原子％以上の添加において、その効果（温度係数の絶対値の減少）が顕著に現れ始める。さらに添加量を増やした場合は、２．０原子％以上において、保磁力の温度係数は、添加前に比べて改善（温度係数の絶対値の減少）されているが、磁石の磁束密度の低下が著しい。そのため、ＳｉとＣの添加量としては、０．０５〜２．０原子％が好ましい。
【００１３】
以下、本発明の具体的実験例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１４】
＜実験例１＞
粉末冶金法にて製造した種々の焼結磁石における保磁力の温度係数を、表１に示した。
それぞれの磁石の元素組成は、（Ｎｄ_１３Ｄｙ_２ Ｆｅ_７３Ｃｏ_５ Ｂ_７ ）_{１００−ｘ−ｙ} Ｓｉ_ｘ Ｃ_ｙ において、ｘとｙを変化させたものである。
【００１５】
所定の割合に秤量された各金属を高周波溶解し、粒径３〜５μｍに粉砕した合金粉末を、２５ｋＯｅの磁場中でプレス圧２ｋｇｆ／ｃｍ^２ でプレスして、圧粉体を形成した。これらの圧粉体を、真空中にて１０６５℃前後で４ｈ焼結後、６００℃前後１ｈの熱処理をした。
【００１６】
また、表１中の温度係数の比較は、１００〜２００℃の範囲の平均値であるが、１００℃以下においても、温度係数は、ほぼ同様の傾向を示している。
【００１７】
【表１】

【００１８】
表１の結果から、ＳｉとＣを同時に０．０５〜２．０原子％添加することにより、保磁力温度係数が著しく減少することが確認できる。
また、Ｎｏ．７（比較例４）は、ＳｉとＣを同時に添加するが、その添加量が２．０原子％以上の試料である。温度係数の改善は確認できるが、合わせて磁石の磁束密度が低下し、最大エネルギー積の低下が顕著であるため、実用上、好ましくない。
【００１９】
＜実験例２＞
液体急冷法により得られた種々の磁石粉末における保磁力の温度係数を、表２に示した。
それぞれの磁石粉末の元素組成は、（Ｎｄ_５ Ｆｅ_７１Ｃｏ_５ Ｂ_１９）_{１００−ｘ−ｙ} Ｓｉ_ｘ Ｃ_ｙ において、ｘとｙを変化させたものである。
【００２０】
所定の割合に秤量された各金属を高周波溶解し、得られた合金を５ｍｍ前後に粉砕した合金チップを得た。得られた合金チップは、再び高周波溶解され、Ａｒガス雰囲気中で、周速度２５ｍ／ｓの回転ロールに吹き付けて薄帯を作製した。
【００２１】
また、表２中の温度係数の比較は、１００〜２００℃の範囲の平均値であるが、１００℃以下においても、温度係数は、ほぼ同様の傾向を示している。
【００２２】
【表２】

【００２３】
表２の結果から、急冷薄帯においても、ＳｉとＣを同時に０．０５〜２．０原子％添加することにより、保磁力温度係数が著しく減少することが確認できる。これらの薄帯は、必要に応じて熱処理してもよく、得られた粉末を樹脂で成形したボンド磁石としてモータに利用することができる。
【００２４】
また、Ｎｏ．７（比較例８）は、ＳｉとＣを同時に添加するが、その添加量が２．０原子％以上の試料である。温度係数の改善は確認できるが、合わせて磁石の磁束密度が低下し、最大エネルギー積の低下が顕著であるため、実用的とは言えない。
【００２５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、その構成を、Ｎｄ，Ｄｙ，Ｆｅ，Ｃｏ及びＢを主成分とする磁石材料又はＮｄ，Ｆｅ，Ｃｏ及びＢを主成分とする磁石材料において、Ｓｉ及びＣを主相であるＮｄ _２ Ｆｅ _１７ Ｂ相に一定量固溶させた永久磁石同期モータ用磁石としたため、以下のような効果が得られる。
【００２６】
本発明による磁石材料は、保磁力の温度上昇に伴う減少度合いが小さく、従来のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石に比べて、使用限界温度が飛躍的に向上する。したがって、これらを電気自動車又はハイブリッド電気自動車の駆動用モータに使用することにより、高温環境下でのモータ動作が可能になり、また、モータ駆動の連続運転時間が向上する。

Claims (2)

1. 元素組成が、（Ｎｄ_１３Ｄｙ_２Ｆｅ_７３Ｃｏ_５Ｂ_７）_{１００−ｘ−ｙ}Ｓｉ_ｘＣ_ｙで表される磁石材料において、ｘとｙをそれぞれ０．０５〜２．０の範囲で変化させ、Ｓｉ及びＣを主相であるＮｄ_２Ｆｅ_１７Ｂ相に固溶させたことを特徴とする永久磁石同期モータ用磁石。
2. 元素組成が、（Ｎｄ_５Ｆｅ_７１Ｃｏ_５Ｂ_１９）_{１００−ｘ−ｙ}Ｓｉ_ｘＣ_ｙで表される磁石材料において、ｘとｙをそれぞれ０．０５〜２．０の範囲で変化させ、Ｓｉ及びＣを主相であるＮｄ_２Ｆｅ_１７Ｂ相に固溶させたことを特徴とする永久磁石同期モータ用磁石。