JP4508019B2

JP4508019B2 - 異方性ボンドシート磁石およびその製造装置

Info

Publication number: JP4508019B2
Application number: JP2005204166A
Authority: JP
Inventors: 慎一堤; 弘紀浅井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2025-07-13
Also published as: JP2007027245A

Description

本発明は、高い磁気特性、熱安定性を有する異方性ボンドシート磁石の製造装置と、それを用い作製した異方性ボンドシート磁石、及び異方性ボンドシート磁石を搭載した永久磁石モータに関する。

ボンド磁石は、高い寸法精度で環状、円弧状や薄肉形状などの特殊な形状でも割れや欠けなど無く作製できるという特徴を持っている。そのため、リング形状のボンド磁石が、家電、電装、情報用のモータに近年多く用いられている。

しかし、近年の、家電、電装、情報機器などの発展は目覚しく、当該機器に用いられるモータも機器の高性能化のもと、小型軽量化、高出力化、高効率化が要求されている。

この要求に対応して、これ等のモータに搭載されるボンド磁石の更なる磁気特性の向上も求められている。磁気特性の向上の手段として、特定方向に対して高い磁気特性が得られる磁気的に異方性の磁石粉末を用いることが考えられる。

しかし、異方性の磁石粉末は、熱的な安定性に対する課題を有している。磁気的に異方性の磁石粉末には、熱間据え込み加工により機械的に配向して得たバルクを粉砕して得られる異方性のＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ系磁石粉末や、Ｇａ,Ｚｒ,Ｈｆ,などの元素を添加したＮｄ−Ｆｅ（Ｃｏ）−Ｂ系合金インゴットを水素中で熱処理し、Ｎｄ−Ｆｅ（Ｃｏ）−Ｂ系の水素化（Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ）、６５０〜１０００℃での相分解（Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）、脱水素（Ｄｅｓｏｒｐｓｉｏｎ）、再結合（Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）する、いわゆるＨＤＤＲ処理により異方化されたＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ系磁石粉末などがある。

このような異方性のＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ系磁石粉末は、結晶粒界にＮｄ-Ｒｉｃｈ相が存在し、粒界腐食に基づく永久減磁を引起しやすいことや、磁石の配向度が不完全であるために、磁石の減磁曲線の角型性が悪く、熱的な影響を受けやすいという欠点があった。

その解決手段の一つとして、磁石のパーミアンスを高くし、表面磁束密度、熱的な安定性を高める為、磁石粉末の向きを一極毎に配向した配向磁石が提案されている。配向磁石を作製する手段として、（１）永久磁石が発する磁界を使用し、磁石粉末を配向させる方法、（２）電磁石が発生する磁界を利用し、磁石粉末を配向させる方法、がある。

例えば、異方性のＳｍＦｅＮ磁石粉末，ＮｄＦｅＢ磁石粉末と熱可塑性エラストマーを主成分とするボンド磁石用樹脂組成物を成形温度１５０℃において成形した物の配向磁界と配向率の関係を図４に示す。

完全な配向に必要な磁界は、１．５Ｔ以上であることが表されている。ところで、（１）の永久磁石が発する磁界を使用し、磁石粉末を配向させる方法では、１５０℃のような高温下では、永久磁石が熱減磁し、成形領域に１．５Ｔのような高い磁界を発生するのは困難である。

一方、（２）の電磁石が発生する磁界を利用し、磁石粉末を配向させる方法では、１．５Ｔを越える高い磁界が発生可能である（例えば、特許文献１を参照）。

従来の特許文献１のような方法で作製された磁石は、磁石のシート面内方向に配向（ここでは、面配向と呼ぶ）している。

図５（ｃ）は、異方性ボンドシート磁石と磁石粉末配向方向を示した斜視図である。同図において異方性ボンドシート磁石１０７の磁石粉末の配向方向１０８は磁石のシート面内方向に直線状に配向している。

また、図６は、このような面配向磁石を環状にしてモータのロータに配置した模式図である。同図に示すように異方性ボンドシート磁石１０７を環状にすることで永久磁石ロータを構成し、モータのステータコア１１７にはモータコイル１１８が巻かれている。

異方性ボンドシート磁石１０７から発生した磁束１１６は、モータトルクに有効なモータのステータコアの方向だけでなく、モータトルクに寄与しないモータステータコアの反対方向にも磁束が漏れているので、モータトルクに有効活用される磁束量が減り、磁石特性を十分に活用できないという問題がある。
特開２００４−５５９９２号公報

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、異方性の希土類磁石粉末を使用し、熱安定性を向上させることが可能である配向磁石において、モータトルクに有効に働く方向への磁束の漏れが少ない異方性ボンドシート磁石を作成する製造装置、及び作製された異方性ボンドシート磁石を搭載する小型軽量化、高出力化、高効率化で熱安定性の高いモータを提供することである。

本発明は、上記課題を解決するために、下パンチに、前記磁石粉末配向用電磁石が作り出す磁場の方向に軟磁性体を複数個、等間隔に埋設することにより、ボンド磁石用樹脂組成物が充填される磁場発生領域に、前記磁石粉末配向用電磁石が作り出す磁場によって、前記軟磁性体間上部には、平行方向成分の、軟磁性体上部には、直角方向成分の、磁力が大となるように磁場の流れを生成し、前記ボンド磁石用樹脂組成物を配向、成形し、異方性ボンドシート磁石を生成する異方性ボンドシート磁石製造装置を提供する。

本発明の異方性ボンドシート磁石製造装置は、磁極間にはシート面の平行方向成分、磁極端部にはシート面の直角方向成分の磁力が大となるように配向できるため、モータトルクに有効に働く方向への磁束の漏れが少ない異方性ボンドシート磁石を提供することができる。

一対の磁石粉末配向用電磁石とこの電磁石間に配置された非磁性素材の上パ
ンチ、下パンチ、及びこの上下パンチを案内するように配置したダイスからなる成形用金
型を有し、前記磁石粉末配向用電磁石は、前記上パンチ、下パンチ、ダイスの外側に配置され、前記下パンチに、前記磁石粉末配向用電磁石が作り出す磁場の方向に軟磁性体を複数個、等間隔に埋設することにより、ボンド磁石用樹脂組成物が充填される磁場発生領域に、前記磁石粉末配向用電磁石が作り出す磁場によって、前記軟磁性体間上部には、
平行方向成分の、前記軟磁性体上部には、直角方向成分の、磁力が大となるように磁場の流れを生成し、前記ボンド磁石用樹脂組成物を配向、成形し、異方性ボンドシート磁石を生成する異方性ボンドシート磁石製造装置である。

この異方性ボンドシート磁石装置によって作成された磁石は、磁極間にはシート面の平行方向成分、磁極端部にはシート面の直角方向成分の磁力が大となるように配向（ここでは、極配向と呼ぶ）している為、モータトルクに有効に働く方向への磁束の漏れが少ない。

また、異方性ボンドシート磁石を搭載した永久磁石モータは、モータトルクに有効に働く方向への磁束の漏れが少ない為、小型軽量、高出力、高効率で熱安定性の高いモータを提供できる。

以下、本発明の実施例を説明する。

（実施例１）
以下に実施例を示し、本発明を更に詳細に説明する。

平均粒子径２〜３μｍの異方性Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末９８ｗｔ．％とオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂２ｗｔ．％を有機溶剤で溶解した樹脂溶液を、湿式混合する。また、平均粒子径約１００μｍの異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末９９ｗｔ．％とオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂１ｗｔ．％を有機溶剤で溶解した樹脂溶液を、湿式混合する。

湿式混合後、上記２種類の混合物を、８０℃で６０分間乾燥させ、有機溶剤成分を揮発させ、混合物Ａと混合物Ｂとする。

次に、混合物Ａ５８ｗｔ．％と混合物Ｂ３９ｗｔ．％と粒径５００μｍ以下のポリアミドエラストマー粉３ｗｔ．％とを乾式混合し、押出機にて、ペレット化する。このペレットを、粉砕し、３５０μｍ以下にし、最後に平均粒子径５〜１０μｍの潜在性エポキシ硬化剤をエポキシ樹脂に対して３０ｗｔ．％乾式混合し、ボンド磁石用樹脂組成物とした。

図１（ａ）は実施例１の異方性ボンドシート磁石の製造装置の断面図である。同図に示
すように、一対の磁石粉末配向用電磁石１と、この電磁石1間に配置された非磁性素材の
上パンチ２、ダイス３、下パンチ４を有し、下パンチ４表層に、磁石粉末配向用電磁石１が作り出す磁場の方向に軟磁性体５を複数個、等間隔に埋設しており、磁場発生領域９に磁場が生成するような構成となっている。

図１（ｂ）は実施例１の下パンチ４と磁場発生領域を拡大した模式図である。同図に示すように下パンチ４が磁石粉末配向用電磁石により作り出す一方向の磁場を、軟磁性体５によって歪ませ、配向磁場６を生成する。

すなわち、ボンド磁石用樹脂組成物が充填される磁場発生領域９に、磁石粉末配向用電磁石１が作り出す磁場に対して、軟磁性体５間上部には、平行方向成分の、軟磁性体５上部には、直角方向成分の、磁力が大となるように磁場の流れを生成している。

製造方法としては、成形温度１５０℃、磁石粉末配向用電磁石の発生磁場１．５Ｔで上記、異方性ボンドシート磁石の製造装置の磁場発生領域９にボンド磁石用樹脂組成物を充填し、この製造装置にて磁場の流れを生成しながら５０ＭＰａで圧縮成形し配向すると、図１（ｃ）の斜視図に示すように磁石粉末の配向方向８が極配向された着磁前の異方性ボンドシート磁石７が得られる。

図２は、着磁装置の要部を示す断面図である。同図に示すように、着磁装置は着磁ヨーク１２、着磁用コイル１３、非磁性体１４から構成され、着磁磁場１５を発生させている。

ここで、配向された異方性ボンドシート磁石７を着磁電圧１８００Ｖ、コンデンサ容量１０００μＦ、着磁電流１６ｋＡの条件で着磁を行うことで、図１（ｃ）の配向方向８の向きに着磁された異方性ボンドシート磁石７が完成する。

着磁後の異方性ボンドシート磁石の表面磁束密度をガウスメータ（デジタルガウスメータ、日本電磁測器５０１型）で測定し、表１に表面磁束密度の最大値と、１００℃中に６０分間着磁後の磁石単体を放置した後の減磁率を示す。なお、着磁は、シートを環状に変形後行ってもよい。

なお、上記製造方法により作製した異方性ボンドシート磁石を、以下のような永久磁石搭載モータとすると、モータの高性能化が可能となる。

ここで、モータに使われた一例を示す。図３は、極配向磁石を環状にしてモータのロータに配置した模式図である。同図に示すように異方性ボンドシート磁石７の磁石粉末の配向方向８は磁石のシートに円弧状に全周にわたって配向している。配向された異方性ボンドシート磁石７は、環状の永久磁石ロータを構成している。モータのステータコア１７はステータコイル１８で巻かれている。これらの組み合わせでモータが構成されている。異方性ボンドシート磁石７から発生した磁束１６は、モータトルクに有効なモータのステータコア１７方向に発生し、反対方向への磁束の漏れが少なく、モータトルクに有効活用される磁束量が、図６の面配向磁石に対し多い。

（比較例１）
実施例１に示す方法により、比較例１のボンド磁石用樹脂組成物を用意する。

図５（ａ）は比較例１の異方性ボンドシート磁石の製造装置の断面図である。同図に示すように、一対の磁石粉末配向用電磁石１０１と、この電磁石１０１間に配置された非磁性素材の上パンチ１０２、ダイス１０３、下パンチ１０４を有し、磁場発生領域１０９に磁場が生成する。

図５（ｂ）は比較例１の下パンチと磁場発生領域を拡大した模式図である。同図に示すように、下パンチ１０４上に、磁石粉末配向用電磁石１０１が作り出す一方向の配向磁場１０６が生成される。

製造方法も実施例１と同様に、成形温度１５０℃、磁石粉末配向用電磁石の発生磁場１．５Ｔで上記、異方性ボンドシート磁石の製造装置の磁場発生領域１０９にボンド磁石用樹脂組成物を充填し、この製造装置にて磁場の流れを生成しながら５０ＭＰａで圧縮成形し配向すると、図５（ｃ）の斜視図のような着磁前の異方性ボンドシート磁石１０７となる。これは、配向磁場１０６にならって、磁石粉末を配列し成形されるため、異方性ボンドシート磁石１０７の内部の磁石粉末の配向方向１０８は、シート面に平行で面配向となる。

この配向された異方性ボンドシート磁石１０７を、実施例１と同様に、図３に示す着磁装置にて異方性ボンドシート磁石１０７の着磁を行うことで、図５（ｃ）の配向方向１０８の向きに着磁された異方性ボンドシート磁石１０７が完成する。

着磁後の異方性ボンドシート磁石の表面磁束密度をガウスメータで測定し、表１に表面磁束密度の最大値と、１００℃中に６０分間着磁後の磁石単体を放置した後の減磁率を示す。

また、実施例１と同様に環状磁石として表面磁石型回転子を形成する永久磁石型モ−タを構成すると図６となる。

表１の結果を見れば、実施例１は比較例１に対し、モータトルクに有効に働く方向への磁束の漏れが少ない為、磁束密度が４０％程度高い。また、図１（ｃ）に示すように、実施例１の極配向磁束が円弧状であるので、図５（ｂ）に示すような比較例１の面配向磁束は直線状に対して、実施例１の方が磁極間の距離が長くなり、反磁界が小さく、且つ、熱を加えたときの反磁界の影響が少ないため熱減磁率が４０％程度低くなっている。

本発明の異方性ボンドシート磁石の製造方法、製造装置を用い作製した異方性ボンドシート磁石を用いると、高い熱安定性を有する、小型高出力、高効率のモータが作製可能である。

（ａ）は実施例１の異方性ボンドシート磁石の製造装置の断面図、（ｂ）は実施例１の下パンチと磁場発生領域を拡大した模式図、（ｃ）は実施例１の異方性ボンドシート磁石と磁石粉末配向方向を示した斜視図着磁装置の要部を示す断面図極配向磁石を環状にしてモータのロータに配置した模式図一般的な配向磁界と配向率の関係を示す特性図（ａ）は比較例１の異方性ボンドシート磁石の製造装置の断面図、（ｂ）は比較例１の下パンチと磁場発生領域を拡大した模式図、（ｃ）は比較例１の異方性ボンドシート磁石と磁石粉末配向方向を示した斜視図従来の面配向磁石を環状にしてモータのロータに配置した模式図

符号の説明

１磁石粉末配向用電磁石
２上パンチ
３ダイス
４下パンチ
５軟磁性体
６配向磁場
７異方性ボンドシート磁石
８磁石粉末の配向方向
９磁場発生領域
１２着磁ヨーク
１３着磁用コイル
１４非磁性体
１５着磁磁場
１６磁束
１７モータのステータコア
１８ステータコイル

Claims

一対の磁石粉末配向用電磁石と、この電磁石間に配置された非磁性素材の上パンチ、下パ
ンチ、及びこの上下パンチを案内するように配置したダイスからなる成形用金型を有し、
前記磁石粉末配向用電磁石は、前記上パンチ、下パンチ、ダイスの外側に配置され、前記下パンチに、前記磁石粉末配向用電磁石が作り出す磁場の方向に、軟磁性体を複数個、等間隔に埋設することにより、ボンド磁石用樹脂組成物が充填される磁場発生領域に、前記磁石粉末配向用電磁石が作り出す磁場によって、前記軟磁性体間上部には、平行方向成分の、前記軟磁性体上部には、直角方向成分の、磁力が大となるように磁場の流れを生成し、前記ボンド磁石用樹脂組成物を配向、成形し、異方性ボンドシート磁石を生成する異方性ボンドシート磁石製造装置。
請求項１記載の異方性ボンドシート製造装置によって作られた異方性ボンドシート磁石。
請求項２記載の異方性ボンドシート磁石を搭載した永久磁石モータ。