JP6638051B2 - 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
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Description
また、バインダーとの混合物を成形するので、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、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。そして、配向後に配向方向を補正することとすれば、高配向かつバラつきの少ない配向を確保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、量産の安定性が大きく向上する事が期待できる。
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ように構成することによって、減磁対象エリアへと磁化容易軸を適切に集束させるように配向することが可能となる。その結果、着磁後において適切に磁束を集中させることが可能となり、耐減磁性を確保するとともに磁束密度のバラつきも防止できる。
また、バインダーとの混合物を成形するので、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、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。そして、配向後に配向方向を補正することとすれば、高配向かつバラつきの少ない配向を確保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、量産の安定性が大きく向上する事が期待できる。
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。図1に示すように本発明に係る永久磁石1は断面が台形形状である略直方体形状を有する永久磁石である。そして、図2に示すように埋込磁石型のモータ(又は発電機)2のロータ3に形成された収容部(スロット)4に収容され、埋込磁石型のモータ(又は発電機)を構成する。図2は、永久磁石1が配置された埋込磁石型のモータ(以下、IPMモータという)2を示した図である。尚、以下の実施例では永久磁石1の形状を断面が台形形状である略直方体形状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回転電機の種別や形状等によって適宜変更可能である。例えば、断面を台形形状ではなく弓型形状や矩形形状としても良い。また、埋込磁石型のモータ(又は発電機)以外に、SPMモータ等の表面磁石型のモータ(又は発電機)に適用することも可能である。
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(例えば略直方体形状)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。
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。
また、上記永久磁石1がロータ3のスロット4に収容される埋込磁石型のIPMモータ2は、図2に示すようにステータ11と、ステータ11の内側で回転自在に配置されたロータ3とから基本的に構成される。
次に、本発明に係る永久磁石1及び永久磁石1を用いた回転電機の製造方法について図7及び図8を用いて説明する。図7及び図8は本実施形態に係る永久磁石1及び永久磁石1を用いた回転電機の製造工程を示した説明図である。
先ず、ビーズミル16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)17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17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、磁場配向した後に行うグリーンシート19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。
また、永久磁石1の全体ではなく、減磁対象エリアを含む一部のエリアのみを対象として減磁対象エリアへと集束するように磁化容易軸が配向されるので、減磁対象エリアの磁束密度を高くできる一方で、磁化容易軸を集束させることによる弊害(例えば減磁対象エリアから離れたエリアで磁束密度の低下が生じること等)を解消することが可能となる。
また、磁化容易軸が減磁対象エリアへと集束するように配向された一部のエリアを除いて、ラジアル方向やパラレル方向に磁化容易軸を配向させるので、永久磁石を用いる回転電機の種類に応じた適切な配向を実現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ように構成することによって、減磁対象エリアへと磁化容易軸を適切に集束させるように配向することが可能となる。その結果、着磁後において適切に磁束を集中させることが可能となり、耐減磁性を確保するとともに磁束密度のバラつきも防止できる。
また、バインダーとの混合物を成形するので、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、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。そして、配向後に配向方向を補正することとすれば、高配向かつバラつきの少ない配向を確保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、量産の安定性が大きく向上する事が期待できる。
また、磁場配向する工程では、磁石粉末とバインダーとの混合物に対して磁場を印加するとともに、磁場の印加された混合物を成形体へと変形することによって磁化容易軸の方向を操作して、磁場配向を行うので、一旦磁場配向された混合物を変形することによって、配向方向を補正し、減磁対象エリアへと磁化容易軸を適切に集束させるように配向することが可能となる。その結果、高配向かつバラつきの少ない配向を行うことが可能となる。また、混合物を成形体へと成形する際に、成形体への変形を行うと同時に配向方向を補正することが可能となる。その結果、永久磁石の成形工程と配向工程とを一の工程で行うことが可能となり、生産性を向上させることが可能となる。
また、混合物を一旦シート状に成形した後に磁場配向を行い、その後に成形体への変形を行うので、成形工程や磁場配向工程を連続工程で効率よく行うことが可能であり、生産性を向上させることが可能となる。
更に、永久磁石1が配置された回転電機では、永久磁石1に減磁が生じたとしてもトルクや発電量が低下することを防止することが可能となる。
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。
2 モータ
3 ロータ
4 スロット
5、8 第1エリア
6、9 第2エリア
7、10 第3エリア
11 ステータ
17 コンパウンド
19 グリーンシート
30 成形体
31 第1成形体
32 第2成形体
33 第3成形体
35 焼結体
Claims (11)
- 回転電機のロータ又はステータに配置された永久磁石であり、
周方向の端部に位置する集束対象エリアと、周方向の中央部に位置する非集束対象エリアと、を有し、
前記集束対象エリアでは、前記集束対象エリア内にあって他のエリアに比べて減磁され易い周方向の端部に位置する減磁対象エリアへと集束するように磁化容易軸が配向され、
前記集束対象エリアと前記非集束対象エリアとが一体であることを特徴とする回転電機用永久磁石。 - 前記非集束対象エリアについてはラジアル方向又はパラレル方向に磁化容易軸が配向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。
- 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、
前記混合物に対して磁場を印加することにより磁場配向する工程と、
磁場配向された前記混合物の成形体を焼成温度で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又は請求項2に記載の回転電機用永久磁石。 - 前記磁場配向する工程では、前記混合物に対して磁場を印加するとともに、磁場の印加された前記混合物を前記成形体へと変形することによって磁化容易軸の方向を操作して、磁場配向を行うことを特徴とする請求項3に記載の回転電機用永久磁石。
- 前記磁場配向する工程では、前記混合物をシート状に成形した後に、シート状の前記混合物に磁場を印加することを特徴とする請求項4に記載の回転電機用永久磁石。
- 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の回転電機用永久磁石をロータ又はステータに配置したことを特徴とする回転電機。
- 回転電機のロータ又はステータ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、
前記混合物に対して磁場を印加することにより磁場配向する工程と、
磁場配向された前記混合物の成形体を焼成温度で保持することにより焼結する工程と、を有し、
永久磁石が備える周方向の端部に位置する集束対象エリアと周方向の中央部に位置する非集束対象エリアとの内、前記磁場配向する工程では、前記集束対象エリアについて前記集束対象エリア内にあって他のエリアに比べて減磁され易い周方向の端部に位置する減磁対象エリアへと集束するように磁化容易軸を配向し、
前記集束対象エリアと前記非集束対象エリアとが一体に成形されたことを特徴とする回転電機用永久磁石の製造方法。 - 前記磁場配向する工程では、前記非集束対象エリアについてはラジアル方向又はパラレル方向に磁化容易軸を配向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。
- 前記磁場配向する工程では、前記混合物に対して磁場を印加するとともに、磁場の印加された前記混合物を前記成形体へと変形することによって磁化容易軸の方向を操作して、磁場配向を行うことを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の回転電機用永久磁石の製造方法。
- 前記磁場配向する工程では、前記混合物をシート状に成形した後に、シート状の前記混合物に磁場を印加することを特徴とする請求項9に記載の回転電機用永久磁石の製造方法。
- 請求項7乃至請求項10のいずれかの製造方法で製造された回転電機用永久磁石をロータ又はステータに配置することにより製造することを特徴とする回転電機の製造方法。
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