(57)【要約】【課題】永久磁石型回転子電機はコギングトルク低減とともに出力トルクが減少する。また、磁石材料の粘弾性による異方性の方向制御とともに，その形状対応力の向上が求められる。【解決手段】（ＢＨ）ｍａｘ≧１５０  ｋＪ／ｍ３の磁極を具備する永久磁石型回転電機において、磁極が発生する静磁界と回転磁界の合成磁界による空隙磁束密度の変化に起因した出力トルクの減少を抑制する異方性分布を行う。また、磁石材料の構成成分を  １）  平均粒径１〜１０μｍ、平均アスペクト比ＡＲａｖｅが０．８０以上の球状Ｓｍ２Ｆｅ１７  Ｎ３系磁石材料、２）  平均粒子径５０〜１５０μｍ、平均アスペクト比ＡＲａｖｅ  ０．６５以上のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系磁石材料、３）前記磁石材料に粘弾性を付与する不完全３次元網目構造の樹脂組成物とする。【選択図】図１１
2011135662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁極Ｐの周方向中心をＰｏ、回転方向磁極端をＰｅ１、回転遅延周方向磁極端をＰｅ２、磁極Ｐの周方向における任意の位置の磁化容易軸Ｃａｘｉｓと周切片との角度をθｃ−ａｘｉｓとしたとき、磁石材料の粘弾性によってＰｏを起点とし、区間Ｐｏ−Ｐｅ１、ならびに区間Ｐｏ−Ｐｅ２のθｃ−ａｘｉｓ分布を非対称とした最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘ≧１５０  ｋＪ／ｍ３の磁極を具備する異方性分布を制御した永久磁石型回転電機。
【請求項２】
ラジアル異方性領域の区間をＰｏ−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２とする。ただし、Ｔｗ／Ｐｒａｄはティース幅Ｔｗ、および、対向する磁極のラジアル領域の幅Ｐｒａｄとの比であり、Ｐｏを起点として回転遅延方向に０．５〜１とする。さらに、前記区間Ｐｏ−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２のＰｅ２側末端を（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２とし、機械角をφとしたとき、区間Ｐｏ−Ｐｅ１、並びに区間（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２−Ｐｅ２におけるθｃ−ａｘｉｓの分布をａφ＋ｂ、ならびにｃφ＋ｄとする請求項１記載の異方性分布を制御した永久磁石型回転電機。
【請求項３】
ラジアル異方性領域区間Ｐｏ−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２のθｃ−ａｘｉｓの絶対値が９０±５度である請求項１記載の異方性分布を制御した永久磁石型回転電機。
【請求項４】
磁極半径をｒ、θｃ−ａｘｉｓの焦点距離をＲとしたとき、ラジアル異方性領域区間Ｐｏ−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２のθｃ−ａｘｉｓの分布がＲ＝∞である請求項１記載の異方性分布を制御した永久磁石型回転電機。
【請求項５】
区間Ｐｏ−Ｐｅ１とＰｏ−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２、すなわち、区間Ｐｅ１−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２のθｃ−ａｘｉｓの分布をａφ＋ｂとし、区間（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２−Ｐｅ２におけるθｃ−ａｘｉｓの分布をｃφ＋ｄとする請求項１記載の異方性分布を制御した永久磁石型回転電機。
【請求項６】
機械角φに対するθｃ−ａｘｉｓの回帰直線ａφ＋ｂ、およびｃφ＋ｄの相関係数をｒとしたとき、ｒ≧０．９８である請求項１、５記載の異方性分布を制御した永久磁石型回転電機。
【請求項７】
一様な配向磁界Ｈｅｘの方向と磁極Ｐの周切片に対する角度をθＨとしたとき、θＨ  ≒θｃ−ａｘｉｓである異方性分布を制御した請求項１記載の永久磁石型回転電機。
【請求項８】
磁極の構成成分が  １）  平均粒径１〜１０μｍ、平均アスペクト比ＡＲａｖｅが０．８０以上の球状Ｓｍ２Ｆｅ１７  Ｎ３系磁石材料、２）  平均粒子径５０〜１５０μｍ、平均アスペクト比ＡＲａｖｅ  ０．６５以上のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系磁石材料、３）前記磁石材料に粘弾性を付与する不完全３次元網目構造の樹脂組成物である請求項１記載の異方性分布を制御した永久磁石型回転電機。
【請求項９】
磁石材料のゲル化時間の対数ｌｎ  ｔＧＥＬが、そのゲル化反応温度（絶対温度）の逆数１／Ｔに対してアレニウス式Ａｅ＾（−Ｅａ／ＲＴ）（ただし、Ａは頻度因子、Ｅａは活性化エネルギー、Ｒは気体定数）が成り立つとともに、Ａが３×１０−０９よりも小さな値である請求項１記載の異方性分布を制御した永久磁石型回転電機。
【請求項１０】
磁極が質量≧１００  ｍｇ、相対密度≧９０％、またはそれらを統合し、一体的に剛体化した所定の形状の回転子磁石である請求項１記載の異方性分布を制御した永久磁石型回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異方性を機械的に連続方向制御した回転子磁石を具備する永久磁石型回転電機に関する。さらに詳しくは、磁石材料の粘弾性によって異方性の連続方向制御によるコギングトルク低減とともに、それに伴うトルク低下を抑制し、さらにまた、当該磁石の形状対応力を高めることで、家電機器、空調機器、並びに情報機器などの各種駆動源として幅広く使用されている概１００  Ｗ以下の永久磁石型回転電機の省電力化、省資源化、小型化、並びに静音化に関わる永久磁石型回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転電機は回転子、軸、軸受、固定子などを鉄鋼、非鉄金属、高分子などの各種材料を高精度で加工し、それらを組み合わせることで電気エネルギーを機械エネルギーに変換する複合機能部品とみなせる。近年の回転電機は他の磁性材料を吸引したり反発したりする能力、並びに外部エネルギーなしに永久的に静磁界を発生する能力をもつ磁石を利用した、所謂永久磁石型回転電機が主流となっている。物理的に見て磁石が他の磁性材料と異なる点は外部磁界を消した後も有効な磁化Ｍが残り、熱や比較的大きな逆磁界などを加えたとき、初めて磁化反転（減磁）が起こり、それに伴って磁化Ｍの低下が起こるという点である。このような磁石の重要な特性値にエネルギー密度（ＢＨ）ｍａｘがある。これは磁石の潜在的エネルギーを単位体積で表している。
【０００３】
ところで、本発明が対象とする回転子磁石と励磁巻線を具備した固定子鉄心との空隙を径方向に備えた永久磁石型回転電機は、当該永久磁石の（ＢＨ）ｍａｘの増加が、より高いトルク密度が得やすい回転電機の構造としている［非特許文献１］。
【０００４】
しかしながら、磁石の（ＢＨ）ｍａｘの増加は本発明が対象とする永久磁石型回転電機で、より高いトルク密度が得られる反面、当該回転電機の固定子鉄心には励磁巻線を収納するスロットと磁気回路の一部を形成するティースが存在する。このため回転に伴ってパーミアンスが変化する。これにより磁石の（ＢＨ）ｍａｘの増加はトルク脈動、すなわち、コギングトルクを顕著に増大させるという欠点もある。
【０００５】
上記コギングトルクの増加は、当該永久磁石型回転電機の滑らかな回転を妨げることに起因し、振動や騒音を大きくする。また、場合によっては速度制御や停止位置制御などの回転制御性を悪化させるなどの弊害が生じる。したがって、永久磁石型回転電機のコギングトルク低減に関しては、従来から多くの技術開示がなされた。
【０００６】
例えば、磁気的に等方性の磁石は外部磁化の方向と、その磁界強度の分布にしたがって如何なる方向にも自在に磁化することができる。このため、着磁ヨークの形状と起磁力分布の最適化によって回転子磁石に所望の磁化パターンを与えることができる。例えば、永久磁石型回転電機の回転子磁石と固定子鉄心との空隙磁束密度分布を容易に正弦波状に調整することができる。
【０００７】
ところで、上記のような磁気的に等方性であっても比較的高い（ＢＨ）ｍａｘが得られることが周知である希土類磁石材料の研究は、１９８５年、（ＢＨ）ｍａｘ  １１１  ｋＪ／ｍ３の急冷凝固リボンを樹脂で固定すると（ＢＨ）ｍａｘ  ７２  ｋＪ／ｍ３の等方性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ系ボンド磁石ができる［非特許文献２］としたことが始まりと思われる。また、１９８６年２月、本発明者の一人は異方性Ｓｍ−Ｃｏ系ボンド磁石を応用した永久磁石型回転機よりも上記等方性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ系ボンド磁石が優位として特許出願した経緯がある［特許文献１］。
【０００８】
なお、１９８０年代から現在に至るまで希土類−鉄系溶湯合金の急冷凝固を主とした等方性の希土類磁石材料の研究が活発に行われている。しかし、工業的に利用可能な等方性磁石材料の（ＢＨ）ｍａｘは高々１３４  ｋＪ／ｍ３であり、概ね１００  Ｗ以下の永久磁石型回転電機などへの応用されている等方性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ系ボンド磁石の（ＢＨ）ｍａｘは概ね８０  ｋＪ／ｍ３にとどまる。
【０００９】
すなわち、１９８５年に知られた（ＢＨ）ｍａｘ  ７２  ｋＪ／ｍ３の等方性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ系ボンド磁石が１９８６年に永久磁石型回転電機に有用とされて以来、２０年以上経た現在に至っても等方性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ系ボンド磁石の（ＢＨ）ｍａｘの進歩でみると高々１０  ｋＪ／ｍ３である。したがって、等方性の希土類磁石材料の技術革新を待って本発明が対象とする永久磁石型回転電機の省電力化、省資源化、小型化、並びに静音化に関わる次世代型を提供する時期の予測はできない。
【００１０】
他方では、磁界中でＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系およびＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系異方性磁石素材を配向し、圧縮成形圧力１．４  ＧＰａで作製した（ＢＨ）ｍａｘ〜１８０  ｋＪ／ｍ３の異方性コンポジットボンド磁石が知られる  ［非特許文献３］。しかしながら、このような高（ＢＨ）ｍａｘの磁石を安定して得るには、例えば磁石素材を圧縮して緻密化する際の配向度の維持が必要であり、これには磁石素材が受ける圧縮圧力の低減が有効である［非特許文献４］と言われている。
【００１１】
本発明者の一部らは、温度１６０〜１７０  ℃、３０〜５０  ＭＰａの低圧で圧縮成形した上記のコンポジットボンド磁石が密度６  Ｍｇ／ｍ３以上、磁石素材体積分率８０  ｖｏｌ．％以上の値を示し、（ＢＨ）ｍａｘが１８０  ｋＪ／ｍ３に達する事を報告した［非特許文献５］。加えてＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系微粉末と結合剤でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粒子を隔離した構成がＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粒子の緻密化の際に生じる表面損傷、マイクロクラック、あるいは破砕を抑制し，永久減磁などの抑制に基づく熱安定性の向上にも有利である［非特許文献６］とし、さらに、このような予備成形磁石から最終形状の磁石する際に磁石材料の粘弾性による異方性連続方向制御が可能であることを確認した［非特許文献７］。
【００１２】
以上の結果をもとに、本発明者の一部らは（ＢＨ）ｍａｘ  １６０  ｋＪ／ｍ３の予備成形磁石の異方性を機械的に連続方向制御することにより作製した外径５０  ｍｍ、８極のインナー型回転子磁石を、１２スロット永久磁石型回転電機（ＳＰＭＳＭ  ：  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｍｏｔｏｒ）に適用することで同一（ＢＨ）ｍａｘ水準のラジアル異方性磁石で観測される低速度回転域の騒音ピークが消失し、出力４０  ＷのＳＰＭＳＭの最高効率が９０％を超えるという静音性に優れた高効率永久磁石型回転電機を得たなどの経緯がある［非特許文献８］  ［非特許文献９］。このように、（ＢＨ）ｍａｘ  ８０  ｋＪ／ｍ３等方性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ系ボンド磁石を応用した１９８０年代後半からの永久磁石型回転電機の次世代型としての有力手段が知られた。
【００１３】
更にまた、本発明者らの一部は上記非特許文献８、９の技術に基づき、特許文献２では、固定子鉄心のティース幅をＴｗとしたとき、それと対向する回転子磁石の磁極中心Ｐｏを起点として、回転方向、および回転遅延方向に等幅（Ｐｏを中心に対称）にラジアル異方性領域を設け、それ以外の領域では異方性の方向を連続的に制御すると極数、ならびにスロット数が異なる構成のＳＰＭＳＭへの適用が可能であることを開示している。
【００１４】
以下に、背景の技術の欄にて示した特許文献、および非特許文献を記載する。また、発明が解決しようとする課題の欄ほかにて引用する特許文献、並びに非特許文献を記載する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開昭６２−１９６０５７号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／０１２７９６０号明細書
【特許文献３】特開平７−３９０９０号公報
【特許文献４】特開平６−１１５１１２７号公報
【特許文献５】特開平１１−３３５７０２号公報
【特許文献６】特開２００４−１１５９２１号公報
【特許文献７】特許第３０９２６７２号公報
【特許文献８】特許第２８８１４０９号公報
【特許文献９】特許第３２５０５５１号公報
【特許文献１０】特許第３４１０１７１号公報
【特許文献１１】特許第３４６３９１１号公報
【特許文献１２】特許第３５２２２０７号公報
【特許文献１３】特許第３５９５０６４号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Ｊ．  Ｓｃｈｕｌｚｅ，  Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  １８ｔｈ  ＨＰＭＡ，  ｐｐ．９０８−９１５，  （２００４）
【非特許文献２】Ｒ．  Ｗ．  Ｌｅｅ，  ｅｔ，  ａｌ．，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，  Ｖｏｌ．２１，  １９５８  （１９８５）
【非特許文献３】Ｋ．  Ｎｏｇｕｃｈｉ，  ｅｔ，  ａｌ．，  Ｐｒｏｃ．ｏｆ  １７ｔｈ  ＲＥＭ，  ｐｐ．８４５−８５４，  Ｓｅｎｄａｉ  （２０００）
【非特許文献４】Ｔ．  Ｓｈｉｍｏｄａ，  ＪＭＳＪ，Ｖｏｌ．１７，  １，  ｐｐ．３２−３８  （１９９３）
【非特許文献５】Ｆ．  Ｙａｍａｓｈｉｔａ，  ｅｔ，  ａｌ．，  Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｍａｇｎ．Ｍａｔ．，  Ｖｏｌ．２７２−２７６，ｐｐ．Ｅ１８６５−Ｅ１８６６  （２００４）
【非特許文献６】Ｆ．  Ｙａｍａｓｈｉｔａ，  ｅｔ，  ａｌ．，  Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  １８ｔｈ  ＨＰＭＡ，  Ａｎｎｅｃｙ，  Ｆｒａｎｃｅ，  ｐｐ．７６−８３  （２００４）
【非特許文献７】Ｆ．  Ｙａｍａｓｈｉｔａ，  ｅｔ，  ａｌ．，  Ｊ．  Ｍａｇｎ．  Ｍａｇｎ．  Ｍａｔ．，Ｖｏｌ．３１６，  ｐｐ．  ｅ１０１−ｅ１０４  （２００７）
【非特許文献８】Ｆ．  Ｙａｍａｓｈｉｔａ，  ｅｔ，  ａｌ．，  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．，  Ｖｏｌ．１０１，  ０９Ｋ５２２，  １−３  （２００７）
【非特許文献９】Ｆ．  Ｙａｍａｓｈｉｔａ，  ｅｔ，  ａｌ．，  Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ２０ｔｈ  ＲＥＭ，ｐｐ．９−１２，  Ｇｒｅｅｃｅ（２００８）
【非特許文献１０】Ｙ．  Ｐａｎｇ，  ｅｔ，  ａｌ．，  Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  １８ｔｈ  ＨＰＭＡ，  Ａｎｎｅｃｙ，  Ｆｒａｎｃｅ，  ｐｐ．４００−４０７  （２００４）
【非特許文献１１】三野他、住友特殊金属技報，  １２，  ｐｐ．４３−４８（１９９７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は異方性分布を制御した永久磁石型回転電機を対称とし、当該磁石材料の粘弾性によって  １）コギングトルク低減に伴う出力トルクの減少を抑制する。２）当該回転子磁石の磁極の統合、磁極破断面などの自己修復性の改良によって形状対応力を高めることにある。
【００１８】
ところで、非特許文献８では（ＢＨ）ｍａｘが１６  ｋＪ／ｍ３の極異方性フェライト磁石、８０  ｋＪ／ｍ３の等方性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂボンド磁石、１５５  ｋＪ／ｍ３のパラレル配向異方性磁石、および１５５  ｋＪ／ｍ３の異方性を機械的に連続方向制御した回転子磁石を外径５０  ｍｍの８極回転子磁石とし、１２スロットの固定子鉄心と組合せた永久磁石型回転電機（ＳＰＭＳＭ）のコギングトルクは３  ｍＮｍと、１５５  ｋＪ／ｍ３のパラレル配向異方性磁石の０．５、８０  ｋＪ／ｍ３の等方性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂボンド磁石の０．８５、１６  ｋＪ／ｍ３の極異方性フェライト磁石と同水準の１と開示している。
【００１９】
また、上記非特許文献８にかかわる特許文献２では、非特許文献８のようなコギングトルク低減技術が４極３スロット、４極６スロット、８極９スロット、１０極１２スロットの異なる構成の永久磁石型回転電機（ＳＰＭＳＭ）に適用できるとしている。
【００２０】
そこで、永久磁石型回転電機のコギングトルク低減に関する従来技術の典型例と、それらの出力トルク減少を図面により説明する。
【００２１】
図１（ａ）は永久磁石型回転電機のコギングトルク低減にかかる磁石断面形状と、その異方性の方向（分布）を示す。ただし、図において、１は等肉磁極、２は磁石周方向端部の厚さを磁極中心の厚さの１／２とした偏肉磁極である。また、Ａ、Ｂ、およびＣは、それぞれ異方性の方向（分布）を示すもので、Ｒは異方性方向の焦点距離、ｒは磁極内半径である。なお、異方性の方向（分布）を表すＡはＲ＝ｒのラジアル異方性、ＢはＲ＝∞のパラレル配向ラジアル異方性、Ｃはｒ＝  −Ｒとした特許文献３のような極集中配向異方性である。
【００２２】
図２（ｂ）は図１（ａ）で示した１、２とＡ、Ｂ、Ｃとを組合せた従来技術における６極、１８スロット  ＳＰＭＳＭのコギングトルクと出力トルクの関係を示す特性図である。ただし、パラレル配向ラジアル異方性等肉磁極１Ｂのコギングトルクと出力トルクを基準値として規格化している。図から明らかなように、コギングトルク低減の従来技術の代表格である偏肉磁極２では異方性の方向（分布）Ａ、Ｂ、Ｃに拘らず出力トルクの減少が約２０％にも及ぶ。また、ラジアル異方性等肉磁極１Ａはコギングトルクが低減しないばかりか、出力トルクも低下する。これに対して、ｒ＝  −Ｒの極集中配向異方性等肉磁極１Ｃではコギングトルク低減は偏肉磁石２Ａ、２Ｂ、２Ｃに比べて少ないものの、出力トルクの減少も４％である。
【００２３】
一方、非特許文献１０によれば、残留磁化Ｂｒ  １．２  Ｔ、磁極中心の最大厚さ３  ｍｍ、磁極両端の最小厚さ１．５  ｍｍの偏肉磁極を１２  極  １８  スロットＳＰＭＳＭに適用するとコギングトルクが極小となるとしている。つまり、磁極の偏肉でＳＰＭＳＭのコギングトルクを極小化するには磁極中心の最大厚さに対し、磁極両端の最小厚さが図１（ａ）の偏肉磁極２のように１／２程度とする必要があるとしている。なお、磁極の偏肉の程度を抑えればコギングトルクの低減が少なくなる分、出力トルクの減少も抑えることができる。すなわち、永久磁石型回転電機のコギングトルク低減にかかる従来技術ではコギングトルク低減と出力トルクの減少が相反する関係があり、例えば、図１（ｂ）では１Ｂを起点とし、１Ｃ、そして２Ａ、２Ｂおよび２Ｃ付近を結ぶ曲線に、ほぼ沿うように出力トルクの減少が起こるものと思われる。
【００２４】
以上のように、永久磁石型回転電機のコギングトルク低減にかかる従来技術では、何れも磁極から発生する静磁界分布と固定子鉄心ティースとの関係を考慮しているに過ぎない。そして、このような従来技術の如何なる手段によるコギングトルク低減も、磁極が発生する静磁界と固定子鉄心の励磁巻線（電機子電流）により発生する回転磁界との合成磁界による磁極と固定子鉄心との空隙の磁束密度φｇの変化に起因した出力トルクの減少を引き起こすのである。そして、永久磁石型回転電機においてコギングトルク低減には出力トルクの減少が不可避という認識があった。
【００２５】
しかし、上記のようなコギングトルク低減に伴う出力トルクの減少は、例えば、非特許文献９に開示されているような９０％を越える高効率永久磁石型回転電機の、更なる高効率化にとっては効率向上を妨げる重大な要因となることが予想される。
【００２６】
したがって、本発明にかかる磁石材料の粘弾性により、異方性を連続方向制御する磁極の適用対象を拡げて、次世代型としての永久磁石型回転電機を広く提供するには、１）  異方性連続方向制御の進歩、２）  磁極の統合、磁極の破断面などの自己修復性を利用した形状対応力の進歩が求められる。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明の目的は、１）コギングトルク低減とともに、それに伴う出力トルクの減少を抑制するための異方性連続方向制御の向上、２）磁極の統合、磁極の破断面などの自己修復性と、その一体的な剛体化による形状対応力の向上を図ることで、磁石材料の粘弾性により異方性分布を制御した永久磁石型回転電機の更なる高性能化と多様化を進めることにある。
【００２８】
本発明は最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘ≧１５０  ｋＪ／ｍ３の磁極を具備する永久磁石型回転電機において、回転子磁石の磁極が発生する静磁界と固定子鉄心の励磁巻線（電機子電流）により発生する回転磁界との合成磁界による磁極と固定子鉄心との空隙磁束密度φｇの変化に起因した出力トルクの減少を抑制する。そのため、磁極Ｐの周方向中心をＰｏ、回転方向磁極端をＰｅ１、回転遅延周方向磁極端をＰｅ２、磁極Ｐの周方向における任意の位置の磁化容易軸Ｃａｘｉｓと周切片との角度をθｃ−ａｘｉｓとしたとき、磁石材料の粘弾性によってＰｏを起点とし、区間Ｐｏ−Ｐｅ１、ならびに区間Ｐｏ−Ｐｅ２の周切片角度θｃ−ａｘｉｓの分布を非対称とするのである。
【００２９】
上記、本発明で言うＰｏを起点としたθｃ−ａｘｉｓ分布の非対称とは、対向する固定子鉄心ティース幅をＴｗとしたとき、先ず、区間Ｐｏ−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２をラジアル異方性領域とする。ただし、Ｔｗ／Ｐｒａｄはティース幅Ｔｗ、および、対向する磁極のラジアル領域の幅Ｐｒａｄとの比であり、ここではＰｏを起点として回転遅延方向に０．５〜１とする。加えて、前記区間Ｐｏ−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２のＰｅ２側末端を（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２とし、機械角をφとしたとき区間Ｐｏ−Ｐｅ１、区間（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２−Ｐｅ２におけるθｃ−ａｘｉｓの分布をａφ＋ｂ、ｃφ＋ｄとするものである。
【００３０】
さらにまた、本発明にかかる磁石材料の粘弾性によって、上記磁極はラジアル異方性領域区間Ｐｏ−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２のθｃ−ａｘｉｓの絶対値を９０±５度とする。
【００３１】
さらに好ましくは、磁石材料の粘弾性によって磁極半径をｒ、周切片角度θｃ−ａｘｉｓの焦点距離をＲとしたとき、ラジアル異方性領域Ｐｏ−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２のθｃ−ａｘｉｓの分布をＲ＝∞とする。
【００３２】
あるいは、区間Ｐｏ−Ｐｅ１とＰｏ−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２、すなわち、区間Ｐｅ１−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２のθｃ−ａｘｉｓ分布をａφ＋ｂとし、区間（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２−Ｐｅ２における機械角をφとしたときのθｃ−ａｘｉｓ分布をｃφ＋ｄとし、ラジアル異方性領域をなくした分布とすることもできる。
【００３３】
さらにまた、本発明にかかる機械角φに対するθｃ−ａｘｉｓ分布の回帰直線の相関係数をｒとしたとき、ｒ≧０．９８とする。
【００３４】
加えて、本発明にかかる異方性分布の制御では一様な配向磁界Ｈｅｘの方向と磁極Ｐの周切片に対する角度をθＨとしたとき、θＨ  ≒θｃ−ａｘｉｓとする。
【００３５】
以上のような磁石材料の粘弾性によって異方性を連続方向制御する（ＢＨ）ｍａｘ≧１５０  ｋＪ／ｍ３の磁極を構成する成分は  １）  平均粒径１〜１０μｍ、平均アスペクト比ＡＲａｖｅが０．８０以上の球状Ｓｍ２Ｆｅ１７  Ｎ３系磁石材料、２）  平均粒子径５０〜１５０μｍ、平均アスペクト比ＡＲａｖｅ  ０．６５以上のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系磁石材料、３）前記磁石材料に粘弾性を付与する不完全３次元網目構造の樹脂組成物とする。
【００３６】
さらに、本発明にかかる磁極、または回転子磁石の形状対応力の向上に関しては、上記１）〜３）で構成した磁石材料であって、しかも、そのゲル化時間の対数ｌｎ  ｔＧＥＬが、そのゲル化反応温度（絶対温度）の逆数１／Ｔに対してアレニウス式Ａｅ＾（−Ｅａ／ＲＴ）（ただし、Ａは頻度因子、Ｅａは活性化エネルギー、Ｒは気体定数）が成り立つとともに、頻度因子Ａを３×１０−０９よりも小さな値であることが望ましい。
【００３７】
加えて、本発明にかかる磁極は質量≧１００  ｍｇ、相対密度≧９０％、またはそれらを統合し、一体的に剛体化した所定の形状の回転子磁石である。これにより、所定の形状で高い（ＢＨ）ｍａｘ値の維持を可能とするとともに、高い精度の異方性分布をもつ磁石とすることができる。
【００３８】
なお、当該磁極、またはそれらを統合した回転子磁石の具体的な寸法や形状に関しては本発明にかかる永久磁石型回転電機の設計思想に委ねるべきものである。  
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】（ａ）形状と異方性方向を示す断面図、（ｂ）  コギングトルクと出力トルクを示す特性図
【図２】（ａ）回転電機の要部断面図、（ｂ）  Ｔｗ／Ｐｒａｄとコギングトルクを示す特性図
【図３】回転動作の概念図
【図４】（ａ）異方性分布の概念図、（ｂ）異方性方向制御の断面形状図
【図５】粘弾性による異方性方向制御の原理図
【図６】（ａ）（ｂ）不完全３次元網目構造の推定図
【図７】粘弾性評価のブロック図
【図８】粘弾性温度分散の特性図
【図９】粘弾性経時変化の特性図
【図１０】ゲル化時間ｌｎ  ｔ  ＧＥＬと絶対温度の逆数１／Ｔ  Ｋ−１の関係を示す特性図
【図１１】θｃ−ａｘｉｓ分布図
【発明を実施するための形態】
【００４０】
先ず、特許文献２による磁石材料の粘弾性により、残留磁化Ｍｒ≧０．９  Ｔ、（ＢＨ）ｍａｘ≧１５０  ｋＪ／ｍ３の異方性分布を制御した永久磁石型回転電機のコギングトルク低減について図面を用いて説明する。
【００４１】
図２（ａ）は、４極６スロットＳＰＭＳＭで示した本発明にかかる永久磁石型回転電機の要部断面構成図である。図において２１は４極環状磁石の磁極、２２は回転子鉄心、２３は回転軸、２４は固定子鉄心、２５は固定子鉄心２４のスロットに収納した励磁巻線、２６は磁極２１と固定子鉄心２４によって形成された空隙である。また、符号Ｐｏは磁極Ｐの周方向中心、Ｐｅ１は回転方向磁極端、Ｐｅ２は回転遅延周方向磁極端、Ｔｗは固定子鉄心２２のティース幅、Ｐｒａｄは固定子鉄心２２のティース幅Ｔｗの中心と、磁極Ｐの周方向中心Ｐｏが一致した状態での磁極Ｐを示している。また、Ｐｒａｄ１、およびＰｒａｄ２は磁極Ｐのラジアル異方性領域Ｐｒａｄの回転方向、ならびに回転遅延方向末端を示している。区間Ｐｒａｄ１−Ｐｅ１、および区間Ｐｒａｄ２−Ｐｅ２は非ラジアル異方性領域で、その異方性分布は周方向切片に対して絶対値で９０度から５度まで機械角φに対して直線的な変化を与えている。
【００４２】
なお、この場合、非特許文献８によれば、回転方向磁極端Ｐｅ１と隣接する異極の回転遅延周方向磁極端Ｐｅ２との境界では異方性の方向に１０度の段差を生じることになる。しかし、１０度程度の段差であれば、異極間の静的磁気相互作用で磁化ベクトルは連続変化するため段差は観測されない。
【００４３】
図２（ｂ）は上記のような永久磁石型回転電機において、固定子鉄心２２のティース幅Ｔｗと磁極Ｐのラジアル異方性領域幅Ｐｒａｄとの比Ｔｗ／Ｐｒａｄとコギングトルクの関係を示す特性図である。ただし、コギングトルクは４極６スロットＳＰＭＳＭでＴｗ／Ｐｒａｄ＝０．９０で規格化している。図から明らかなように極数を４、８、１０、および１６、スロット数６、９、１２とした組合せにおいては、Ｔｗ／Ｐｒａｄを１〜２の範囲とすればコギングトルクを大きく低減することができる。このように、本発明にかかる磁石材料の粘弾性を利用して異方性分布を制御するコギングトルク低減は永久磁石型回転電機に広く適用することができる。しかし、図１で示した従来技術と同様に、何れも磁極Ｐの周方向中心Ｐｏを中心に異方性分布が対称である。
【００４４】
つぎに、特許文献２、あるいは図１で示した従来技術のように磁極Ｐの周方向中心Ｐｏを中心に異方性分布が対称に設定されているものについて、磁極Ｐが発生する静磁界と固定子鉄心の励磁巻線２５（電機子電流）により発生する回転磁界φｒｏｔとの合成磁界による磁極Ｐと固定子鉄心２４との空隙２６における磁束密度φｇの変化に起因した出力トルク減少について図面を用いて説明する。
【００４５】
図３は４極６スロットＳＰＭＳＭで示す本発明にかかる永久磁石型回転電機の回転動作における要部断面構成を示す概念図である。図において２１は４極環状磁石の磁極、２２は回転子鉄心、２３は回転軸、２４は固定子鉄心、２５は固定子鉄心２４のスロットに収納した励磁巻線、２６は磁極２１と固定子鉄心２４によって形成された空隙である。また、記号φｒｏｔは励磁巻線２５により発生している回転磁界の経路、φｓｔは４極環状磁石が発生する静磁界の経路、Ｐｏは４極環状磁石の磁極中心、Ｐｅ１は回転方向磁極端、Ｐｅ２は回転遅延周方向磁極端、ＣＷは出力トルクの方向、すなわち回転方向である。
【００４６】
図３のように永久磁石型回転電機の励磁巻線２５によって生じる回転磁界φｒｏｔが固定子鉄心２４内を反時計（ＣＣＷ）方向の経路であり、対向する４極回転子磁石磁極が発生する静磁界φｓｔが回転子鉄心２２を介して固定子鉄心２４に向かう経路であるとき、当該回転軸２３を介してＣＷ方向に出力トルクが発生する。
【００４７】
ここで、上記のような回転動作のとき、磁極２１と固定子鉄心２４によって形成された空隙２６に着目する。すると、励磁巻線２５によって生じる回転磁界φｒｏｔは、磁極２１によって生じる静磁界φｓｔに対し、回転方向磁極端Ｐｅ１付近では増磁に作用する。また、回転遅延周方向磁極端Ｐｅ２付近では減磁方向に作用する。このために、回転遅延周方向磁極端Ｐｅ２付近での空隙２６での有効磁束量が減少する。このために、当該永久磁石型回転電機の出力トルクが減少するのである。
【００４８】
つぎに、上記のような回転遅延周方向磁極端Ｐｅ２付近での空隙２６の有効磁束量が減少することに対し、当該永久磁石型回転電機のコギングトルク低減とともに、本発明にかかる出力トルク減少抑制に関して図面により説明する。
【００４９】
図４（ａ）は、図３に対応する本発明にかかる残留磁化Ｍｒ≧０．９  Ｔ、（ＢＨ）ｍａｘ≧１５０  ｋＪ／ｍ３の４極回転子磁石の磁極の磁化容易軸Ｃａｘｉｓ、すなわち異方性分布を示す概念図である。ただし、図においてＰは磁極、Ｐｏは磁極Ｐの周方向中心、Ｐｅ１は回転方向磁極端、Ｐｅ２は回転遅延周方向磁極端、Ｃａｘｉｓは磁極Ｐの周方向における任意の位置の磁化容易軸、θｃ−ａｘｉｓは周切片Ａ−Ｂとの角度、φは機械角、ＣＷは出力トルクの方向、すなわち回転方向である。
【００５０】
図のように、本発明にかかるＭｒ≧０．９  Ｔ、（ＢＨ）ｍａｘ≧１５０  ｋＪ／ｍ３の磁極を具備する永久磁石型回転電機において、回転子磁石の磁極が発生する静磁界φｓｔと固定子鉄心２４の励磁巻線２５（電機子電流）により発生する回転磁界φｒｏｔとの合成磁界による磁極Ｐと固定子鉄心２４との空隙２６における磁束密度φｇの変化に起因した出力トルクの減少を抑制するために、本発明では磁石材料の粘弾性によってＰｏを起点とし、区間Ｐｏ−Ｐｅ１、ならびに区間Ｐｏ−Ｐｅ２の周切片と磁化容易軸Ｃａｘｉｓの角度θｃ−ａｘｉｓ分布を非対称とする。
【００５１】
さらに詳しくは、磁石材料の粘弾性によって図中Ｐｏを起点とし、区間Ｐｏ−Ｐｅ１、ならびに区間Ｐｏ−Ｐｅ２の周切片角度θｃ−ａｘｉｓの非対称分布とは、先ず、区間Ｐｏ−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２をラジアル異方性領域とする。ただし、Ｔｗ／Ｐｒａｄはティース幅Ｔｗ、および、対向する磁極のラジアル領域の幅Ｐｒａｄとの比であり、ここではＰｏを起点として回転遅延方向に０．５〜１とする。加えて、前記区間Ｐｏ−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２のＰｅ２側末端を（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２とし、機械角をφとしたとき、区間Ｐｏ−Ｐｅ１、ならびに区間（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２−Ｐｅ２におけるθｃ−ａｘｉｓ分布をａφ＋ｂ、ｃφ＋ｄとする。
【００５２】
すなわち、図３の回転遅延周方向磁極端Ｐｅ２付近における空隙２６の有効磁束量φｇの減少を抑制し、磁極Ｐと固定子鉄心２４との空隙２６の平均磁束密度φｇを増加させる。このように電気角度で略１２０度ずつ通電することで発生する回転磁界φｒｏｔで出力トルクを得る永久磁石型回転電機の減磁作用は、回転遅延周方向磁極端Ｐｅ２付近が大きいため、磁極Ｐから発生する静磁界をＰｏに集めることで空隙磁束量φｇを増すのである。そして、これにより、出力トルクの減少を抑制する。
【００５３】
なお、本発明にかかる磁石材料の粘弾性によって、ラジアル異方性領域区間Ｐｏ−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２のθｃ−ａｘｉｓの絶対値を９０±５度とする。さらに好ましくは、磁石材料の粘弾性によって磁極半径をｒ、周切片角度θｃ−ａｘｉｓの焦点距離をＲとしたとき、区間Ｐｏ−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２のθｃ−ａｘｉｓ分布をＲ＝∞とする。これは、当該区間が所謂パラレル配向ラジアル異方性であることを意味しており、これは、図１（ｂ）の１Ａのラジアル異方性よりも、１Ｂのパラレル異方性の方が、コギングトルクが小さく、出力トルクが大きくなることからも、その優位性が明らかである。あるいはまた、区間Ｐｏ−Ｐｅ１とＰｏ−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２、すなわち、区間Ｐｅ１−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２のθｃ−ａｘｉｓ分布をａφ＋ｂとし、区間（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２−Ｐｅ２におけるθｃ−ａｘｉｓ分布をｃφ＋ｄとする非対称極集中配向なる分布を与えても良い。なお、上記機械角φに対するθｃ−ａｘｉｓの回帰直線の相関係数をｒとしたとき、ｒ≧０．９８とする。
【００５４】
つぎに、任意の異方性の分布を与える本発明にかかる磁石材料の粘弾性について図面を用いて説明する。
【００５５】
図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した磁極Ｐに対応する異方性の分布を磁石材料の粘弾性によって与える断面形状を示す概念図である。ただし、図においてＰｏは磁極Ｐの周方向中心、Ｐｅ１は回転方向磁極端、Ｐｅ２は回転遅延周方向磁極端、Ｃａｘｉｓは磁極Ｐの周方向における任意の位置の磁化容易軸、Ｈｅｘは一様な配向磁界、θＨは一様な配向磁界Ｈｅｘの方向と磁極Ｐの周切片Ａ−Ｂとの角度、φは機械角、ＣＷは出力トルクの方向、すなわち回転方向である。
【００５６】
図４（ａ）のような異方性分布を与える磁石材料の粘弾性とは、基本的に図１（ａ）のθｃ−ａｘｉｓと図４（ｂ）のθＨとが、同じ位置であるとき、θｃ−ａｘｉｓ≒θＨとする。したがって図１（ａ）のラジアル異方性領域、すなわちＰｏを起点とし区間Ｐｏ−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２、ならびに前記区間Ｐｏ−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２のＰｅ２側末端を（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２とし、機械角をφとしたとき、区間Ｐｏ−Ｐｅ１、区間（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２−Ｐｅ２におけるθｃ−ａｘｉｓの分布をａφ＋ｂ、ｃφ＋ｄとするとき、この分布は図４（ｂ）では一様な配向磁界Ｈｅｘの方向と磁極Ｐの周切片Ａ−Ｂとの角度θＨの分布とするものである。
【００５７】
図５は、本発明にかかる磁石材料の粘弾性による異方性の方向制御の原理を示す概念図である。ただし、図中のＣａｘｉｓは対角線Ｏ−Ａに位置する微小な磁石粉体の異方性の方向を示している。この磁石粉体は、本発明にかかる不完全３次元網目構造をもつ樹脂組成物で固定されるとともに磁石粉体間には遊離溶融直鎖状高分子とすべり剤の介在で外力によるすべり流動変形能を備えている。このような、溶融直鎖状高分子を含む不完全３次元網目構造の存在下では、外力を除いた際に非回復性の変形が残留する。この非回復性の変形は粘土のような可塑性物体の変形のときにもっぱら起こる現象であり、溶融直鎖状高分子間では相互にすべりが生じる。
【００５８】
上記のような系のとき、対角線Ｏ−Ａ上の磁石粉体がせん断による外力で対角線Ｏ−Ｂ、Ｏ−Ｃに移動したとき、磁石粉体は張力Ｆ１、Ｆ２を受けながら、角度α、βだけ回転する。すると磁石粉体のＣ軸、すなわち異方性の方向は回転角α、βに応じて方向を変えることになる。なお、外力が伸張（圧縮）の場合には回転を伴う移動がないため、磁石粉体の異方性の方向は変化しない。つまり、図４（ｂ）の磁極Ｐの周方向中心Ｐｏではせん断力を受けることなく図４（ａ）の形状となるから、異方性の方向は動かない。一方、回転方向磁極端Ｐｅ１、回転遅延方向磁極端Ｐｅ２付近では、大きなせん断力を伴って図４（ａ）となるため、異方性の方向は大きく面内方向に回転するのである。
【００５９】
つぎに、本発明にかかる磁石材料の具体的な構成成分について説明する。
【００６０】
本発明にかかる磁石材料の構成成分は、１）  平均粒径１〜１０μｍ、平均アスペクト比ＡＲａｖｅが０．８０以上の球状Ｓｍ２Ｆｅ１７  Ｎ３系磁石材料、２）  平均粒子径５０〜１５０μｍ、平均アスペクト比ＡＲａｖｅ  ０．６５以上のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系磁石材料、３）前記磁石材料に粘弾性を付与する不完全３次元網目構造の樹脂組成物とするものである。
【００６１】
先ず、本発明にかかる平均粒径１〜１０μｍ、平均アスペクト比ＡＲａｖｅが０．８０以上の球状Ｓｍ２Ｆｅ１７  Ｎ３系磁石材料としてはＳｍ２Ｆｅ１７合金を窒化したのち、ジェットミル、振動ボールミル、回転ボールミルなどの機械的な粉砕手段を採らず、機械的な微粉砕により不可避に発生する超微粉ができる限り存在しないものが好ましい。
【００６２】
Ｓｍ２Ｆｅ１７合金を窒化したのち、機械的粉砕手段を適用しないＳｍ２Ｆｅ１７  Ｎ３系磁石材料の具体的な製造方法としては、溶湯合金のガスアトマイズによる微粉末状のＳｍ−Ｆｅ系合金、あるいはＳｍ−（Ｆｅ、Ｃｏ）系合金としたのち、窒化する。これにより、窒化後に機械的粉砕なく、本発明にかかるＳｍ２Ｆｅ１７  Ｎ３系磁石材料が得られる。
【００６３】
さらに、特許文献４のように、カルボニル鉄を使用し、希土類元素の還元に用いる還元拡散法の温度を６５０〜８８０℃の範囲とすることで、窒化後に機械的粉砕なく本発明にかかるＳｍ２Ｆｅ１７  Ｎ３系磁石材料が得られるとされている。
【００６４】
あるいは、特許文献５では、例えば、平均粒径３５μｍのＳｍ２Ｏ３と平均粒径１．３μｍのＦｅ２Ｏ３をＳｍとＦｅの原子％で１１．０％と８９．０％になるように配合し、湿式ミルで粉砕混合し、乾燥した混合粉を予備的に水素気流中で６００℃×４ｈ（時間）加熱して酸化鉄を平均粒径２−３μｍの金属鉄に還元し、前記還元混合粉にＣａ粒を配合し、Ａｒ雰囲気で１０００℃×１ｈの加熱し、Ｃａによる拡散還元処理を行った後、４５０℃×２ｈの窒化を行い、さらに、水洗、脱水乾燥して、窒化後に機械的粉砕なくＳｍ２Ｆｅ１７  Ｎ３系磁石材料が得られるとしている。
【００６５】
或いはまた、特許文献６ではゾル−ゲル法によりＳｍ、およびＦｅを酸に溶解し、Ｓｍ  及びＦｅ  イオンと不溶性の塩を生成する物質を溶液反応で沈殿させ、当該沈殿物を焼成して金属酸化物とする。例えば、Ｓｍイオン、Ｆｅイオン溶液から、それら金属イオンと不溶性の塩を生成する物質を供給する。例えば、水酸化物イオンを供給する物質として蓚酸イオンを供給する。このような金属アルコキシドの有機溶媒溶液では水を添加することで金属水酸化物が析出し、沈殿する。このようにして得られた金属酸化物を還元して微細なＳｍ２Ｆｅ１７合金粉末を得、さらに窒化することで、機械的粉砕なくＳｍ２Ｆｅ１７  Ｎ３系磁石材料が得られるとされている。
【００６６】
以上のように、本発明はＳｍ−Ｆｅ合金の窒化後に機械的粉砕なく作製したＳｍ２Ｆｅ１７  Ｎ３系磁石材料のうち、平均粒径１〜１０μｍ、平均アスペクト比ＡＲａｖｅが０．８０以上の球状Ｓｍ２Ｆｅ１７  Ｎ３系磁石材料であり、機械的な粉砕により不可避に発生する超微粉を含まないものが好ましい。
【００６７】
つぎに、本発明にかかる平均粒子径５０〜１５０μｍ、平均アスペクト比ＡＲａｖｅ  ０．６５以上のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系磁石材料としては、例えば、特許文献７、８、９、１０、１１、１２、および１３などに開示されているＲ２（Ｆｅ，Ｃｏ）１４Ｂ系合金（ＲはＮｄ，  Ｐｒ）の水素化（Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ，  Ｒ２（Ｆｅ、Ｃｏ）１４Ｂ  Ｈｘ）、６５０〜１０００  ℃での相分解（Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，  ＲＨ２  ＋  Ｆｅ  ＋  Ｆｅ２Ｂ）、脱水素  （Ｄｅｓｏｒｐｓｉｏｎ）、再結合  （Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）する、所謂水素分解再結合ＨＤＤＲ−Ｎ２Ｆｅ１４Ｂ系磁石材料、Ｃｏ−ｆｒｅｅのｄ−ＨＤＤＲ−Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ系磁石材料が好ましい。
【００６８】
上記のような本発明にかかる磁石素材に粘弾性を付与する不完全３次元網目構造の樹脂組成物とは非特許文献５、６、７、８、および９などに開示されている分子鎖内にアミノ活性水素をもつ直鎖状高分子、前記アミノ活性水素と架橋反応し得るオキサザリドン環、さらに前記オキサゾリドン環を開環重合する架橋剤とで構成することが望ましい。なお、その具体的な構成は磁石材料の残留磁化Ｍｒが０．９  Ｔ以上、（ＢＨ）ｍａｘが１５０  ｋＪ／ｍ３以上となり、かつ当該磁石材料の粘弾性によって、所望する異方性分布が得易い磁石材料組成物とすればよい。
【００６９】
一方、本発明にかかる磁極、または回転子磁石の形状対応力の向上に関しては、磁石材料のゲル化時間の対数ｌｎ  ｔＧＥＬが、そのゲル化反応温度（絶対温度）の逆数１／Ｔに対してアレニウス式Ａｅ＾（−Ｅａ／ＲＴ）（ただし、Ａは頻度因子、Ｅａは活性化エネルギー、Ｒは気体定数）が成り立つとともに、頻度因子Ａを３×１０−０９以下とするものである。
【００７０】
加えて、本発明にかかる磁極は質量≧１００  ｍｇ、相対密度≧９０％、またはそれらを一体的に剛体化した所定の形状の回転子磁石であることが望ましい。これにより、所定の形状で高い（ＢＨ）ｍａｘ値の維持を可能とするとともに、精度が高い異方性分布の連続方向制御を確保した磁石とすることができる。
【実施例】
【００７１】
以下、本発明にかかる異方性分布を制御した永久磁石型回転電機について４極６スロットＳＰＭＳＭを対象とした実施例により、更に詳しく説明する。ただし、本発明が本実施例に限定されるものではない。
【００７２】
先ず、磁石素材は粒子径３〜５  μｍのＲＤ  （Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）  Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系微粉末，粒子径５０〜１５０  μｍのＨＤＤＲ  （Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ，  Ｄｉｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｔｉｏｎ，  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）  Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粒子を使用した。加えて、前記磁石素材を被覆するオリゴマーとして分子鎖末端、繰返し単位毎に１つのエポキシ基をもつｏ−クレゾールノボラック型（Ｅｐ１）ならびに２つのエポキシ基をもつビスフェノールノボラック型エポキシオリゴマー（Ｅｐ２）を使用した。
【００７３】
標準的な磁石材料の調整を以下に述べる。４．９  ｖｏｌ．％のエポキシオリゴマーで３２．１  ｖｏｌ．％のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系微粉末を１．３  ｖｏｌ．％の前記オリゴマーでＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粒子４８．９  ｖｏｌ．％を被覆したもの８７．２  ｖｏｌ．％に、直鎖状ポリマーならびに内部滑剤を各々９．１  ｖｏｌ．％．１．９  ｖｏｌ．％の量を加え混合物とし、これを８−ｉｎｃｈ．１４０  ℃のミキシングロールで溶融混練した。約５００  ｇの混練物を室温に冷却後、解砕・分級して粒子径５００  μｍ以下の粒状複合体とし、平均粒子径６  μｍの架橋剤１．８  ｖｏｌ．％と混合し標準磁石材料を得た。更にこれを、温度１６０〜１７０  ℃のキャビティに所定量充填し、１．４  ＭＡ／ｍの直交磁界中にて３０〜５０  ＭＰａのもと予備成形磁石を作製した後、ソレノイドコイルで４  ＭＡ／ｍのパルス着磁を施し、押出成形型端部に極数に応じ配置した。磁石材料の粘弾性を利用して最終形状キャビティ部分への押出と２００  ＭＰａ．保持時間なしの再圧縮のもと所望の形状の磁石とし、離型した磁石を大気中１７０  ℃、２０  ｍｉｎの熱処理により硬化した。
【００７４】
図６（ａ）（ｂ）は磁石素材を固定するエポキシオリゴマーと架橋剤，ならびに直鎖状ポリマーで構成した不完全３次元網目構造の概念図を示す。ただし、（ａ）は本発明にかかるｏ−クレゾールノボラック型エポキシオリゴマー（Ｅｐ１）、および（ｂ）はビスフェノールノボラック型エポキシオリゴマー（Ｅｐ２）を示している。各々のオリゴマーは分子鎖末端および繰返し単位毎のエポキシ基の存在が１つもしくは２つである点が異なる。また、それらのエポキシ基は架橋剤の活性水素、あるいは部分的に直鎖状高分子の分子鎖内アミノ活性水素と図中に示した点線円部分のような架橋点を形成する。
【００７５】
なお、本発明で言う不完全３次元網目構造とは図６（ａ）（ｂ）に示すように部分的な直鎖状高分子との架橋点形成に基づくものである。加えて、溶融直鎖状高分子は外力の方向に応じて流動する、その際，磁石素材は，せん断流動での粘性変形において張力を受けながら回転する一方、伸張流動による粘性変形では回転しない。このように、本発明にかかる磁石材料はせん断流動と伸張流動を適宜組合せた粘性流動変形で異方性の方向を機械的に制御することができる。
【００７６】
上記のような、本発明にかかる磁石材料の粘弾性に関して、以下の実施例により詳しく説明する。磁石材料の粘弾性の調査は図７のような構成のキュラストメータを用いた。具体的な動作としては、１００〜２００  ℃に温度設定可能な直径２９  ｍｍのキャビティに磁石材料２０  ｇを充填し、９６  ｋＰａの圧縮を加えた状態でねじり角度±０．５度、周期６  ｓｅｃの正弦波ねじり振動を加え、上下ねじり面の中心から内半径３  ｍｍを起点に放射状に４８本の溝部（深さ０．５  ｍｍ、幅０．５  ｍｍ）を起点に生じる系の加熱時の剛性をねじりトルクとして計測し、評価した。
【００７７】
図８は昇温速度ｄＴ／ｄｔ  ＝  ７．５  ℃／ｍｉｎ、降温速度ｄＴ／ｄｔ  ＝  ２．２  ℃／ｍｉｎでの本発明にかかるＥｐ１、およびＥｐ２系にかかる磁石材料のねじりトルクＴｏｃｓｉと温度、ならびに各磁石材料から作製した７  ｍｍ立方体磁石の残留磁化Ｍｒ１、Ｍｒ２と配向温度の関係を示す。１７０  ℃までの温度上昇に伴い、Ｅｐ１系昇温ねじりトルクＴｏｃｓｉ曲線（Ａ−Ｂ−Ｃ），Ｅｐ２系昇温Ｔｏｃｓｉ曲線（Ａ−Ｂ’−Ｃ’）は減少する。これは、直鎖状高分子の溶融粘度の低下によるものである。しかしながら、架橋反応の進行で本発明にかかるＥｐ１系はＢ点（約１７２  ℃）、比較例のＥｐ２系はＢ’点（約１６０  ℃）で各々上昇に転じる。本発明にかかるＥｐ１系磁石材料を１６０  ℃、１００  ｓｅｃ保持したのち冷却した降温Ｔｏｃｓｉ曲線（Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ｇ）に着目すると、１６０  ℃で１００  ｓｅｃのねじり振動によって可塑化され、ＴｏｃｓｉはＤ点からＥ点まで僅かに減少する。その後の降温Ｔｏｃｓｉ曲線（Ｅ−Ｆ間）では昇温Ｔｏｃｓｉ曲線（Ａ−Ｂ−Ｃ）と重畳するようにＴｏｃｓｉが上昇し、それより低温側  （Ｆ−Ｇ間）では昇温Ｔｏｃｓｉ曲線（Ａ−Ｂ−Ｃ）より小さなＴｏｃｓｉ値で推移した。このことから、磁石材料の昇温Ｔｏｃｓｉ曲線と降温Ｔｏｃｓｉ曲線（Ｅ−Ｆ間）が重畳する区間（１４０〜１６０  ℃）が外力による粘性流動変形の安定温度域と推定される。
【００７８】
一方、本発明にかかるＥｐ１、およびＥｐ２系磁石材料から作製した７  ｍｍ立方体磁石の残留磁化Ｍｒ１、Ｍｒ２は、それぞれＴｏｃｓｉの極小点Ｂ、Ｂ’付近で最高値を示した。なお、本発明にかかるＥｐ１系磁石材料をもとに１６０  ℃で作製した７  ｍｍ立方体磁石（Ｍｒ  ０．９８  Ｔ）において、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系微粉末の残留磁化ＭｒＰＳ  １．１６  Ｔ、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粒子の残留磁化ＭｒＰＮ  １．３４  Ｔ、両者の体積比率４：６とした際、混合した磁石素材の残留磁化ＭｒＰは１．２７  Ｔとなる。さらに、その体積分率ＶｆＰは８０．７  ｖｏｌ．％であることより、磁石素材の配向をＭｒ／（ＭｒＰ×ＶｆＰ）とすれば、その値は０．９５５となり、（ＢＨ）ｍａｘは１６５．７  ｋＪ／ｍ３であった。したがって、本発明にかかるＥｐ１、およびＥｐ２系磁石材料のＴｏｃｓｉ値が極小となるＢ、Ｂ’点か、もしくはその両者の点よりやや低い温度で配向すれば１６０  ｋＪ／ｍ３を越える（ＢＨ）ｍａｘ値が見込まれ、本発明にかかる（ＢＨ）ｍａｘ  １５０  ｋＪ／ｍ３以上は安定的に得られるのである。
【００７９】
図９は一定温度（１６０  ℃）での磁石材料の相対ねじりトルクＴＲＥＬの経時変化を示す。ただし，ＴＲＥＬは各試料のねじりトルクＴｏｃｓｉの最大値で規格化している。加えて、架橋剤との反応基質当量とエポキシ当量の比をｅｑ．，  ｒとして示す。最初にＴＲＥＬが急速に上昇するゲル化、すなわち、結合剤成分が液相から固相になる前のＴＲＥＬの変化に着目する。ゲル化前において、分子鎖末端ならびに繰返し単位毎に２つのエポキシ基をもつＥｐ２系のＴＲＥＬの減少は、１つのエポキシ基をもつ本発明にかかるＥｐ１系のものに比べ少ない。すなわちＥｐ２系はＥｐ１系に比べ配向を素早く行なう必要がある。一方、Ｅｐ１系のｅｑ．，  ｒが０、すなわち、架橋剤なしの系でも他の系と同様に１６０  ℃、約７  ｍｉｎでゲル化が観測される。これは、直鎖状高分子の分子鎖内反応基質（−ＮＨＣＯ−）とエポキシ基との副反応であり、架橋密度がＴＲＥＬの割合に比例すると仮定すれば反応の２０〜３０  ％が副反応によるものと推測される。
【００８０】
次に、図９においてゲル化後における相対ねじりトルクＴＲＥＬの経時変化に着目する。全ての系でＴＲＥＬの下降と上昇の繰り返しが観測される。これは、熱と外力が加わることにより、ねじり面に設けた溝部における磁石材料の部分的な破断に伴うＴＲＥＬの減少、粘性流動変形によるＴＲＥＬの回復、および架橋反応によるＴＲＥＬの上昇を示している。すなわち、直鎖状高分子による不完全３次元網目構造の形成により、結合剤がゲル化したあとに熱と外力で磁石材料の一部が破断しても破断部分への自己修復性が見られる。
【００８１】
図１０は本発明にかかる磁石材料のゲル化時間ｌｎ  ｔ  ＧＥＬは絶対温度の逆数１／Ｔ  Ｋ−１の関係を示す特性図である。図から明らかなように、何れの磁石材料の系においてもル化時間ｌｎ  ｔ  ＧＥＬと絶対温度の逆数１／Ｔ  Ｋ−１の結果からアレニウスプロットが成り立つ。つまり、速度定数をｋ、頻度因子をＡ、活性化エネルギー△Ｅ、気体定数Ｒ、温度Ｔ（絶対温度）、ネピアの定数をｅとすると、ｌｎ  ｔ  ＧＥＬ＝Ａｅ＾（−Ｅａ／ＲＴ）が成り立つ。そこで、ゲル化の活性化エネルギー△Ｅを求めると本発明にかかるＥｐ１系で９２  ｋＪ／ｍｏｌ、Ｅｐ２系で７９  ｋＪ／ｍｏｌであり、この差は小さいが、頻度因子ＡはＥｐ１系で３×１０−０９、Ｅｐ２系で７×１０−０８であった。このように、頻度因子Ａが３×１０−０９よりも小さくなる構成が望ましい。
【００８２】
上記のような反応の安定性は磁石の形状対応力の向上に寄与する。例えば、本発明にかかるＥｐ１系磁石材料を３８〜４００  ｍｇの範囲で秤量し、磁極Ｐの最終形状が外半径８  ｍｍ、内半径６．５  ｍｍ、開口角  ９０度で図１１の異方性分布となる図５（ｂ）の形状を有するキャビティに充填した後、１６０  ℃、１．４  ＭＡ／ｍ、３０〜５０  ＭＰａの条件で、高さ１．３５〜１２．８５  ｍｍの予備成形磁石を作製した。さらに、前記磁石４個を押出再圧縮成形型に装填し、１４０  ℃、２００  ＭＰａ、保持時間なしで再圧縮し、外径１６  ｍｍ、内径１３  ｍｍ、高さ１．２〜１２．８  ｍｍの４極リング磁石とした。なお、分子鎖末端および繰返し単位毎に２つのエポキシ基をもつＥｐ２系磁石材料を７  ｍｍ立方体磁石（約２．１  ｇ）にした際は、図８で示した残留磁化Ｍｒ２のようにＥｐ１系の残留磁化Ｍｒ１とほぼ同等の配向が得られるものの、約１５０  ｍｇ以下の重量での配向は困難であった。
【００８３】
なお、本発明にかかるＥｐ１系磁石材料より得た４極リング状磁石では磁石重量が概ね１００  ｍｇを越えると９０  ％以上の相対密度が得られる。そして、それらを磁石材料の粘弾性を利用して磁極Ｐの周方向中心Ｐｏを起点として非対称に異方性の方向を制御した４極リング磁石は高さ３．５  ｍｍの際、密度６．２２  Ｍｇ／ｍ３、相対密度９６．７  ％に達した。非特許文献１１によれば、異方性圧縮成形Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石の相対密度は９５  ％未満であり、永久減磁による磁束損失は相対密度と一次相関の関係があるとしている。すなわち、本発明にかかる磁石の相対密度は９５  ％を越えており、加熱による永久減磁による磁束損失低減が期待できる。
【００８４】
図１１は、本発明、ならびに従来例における異方性分布を制御した永久磁石型回転電機として４極６スロットＳＰＭＳＭ回転子磁石のθｃ−ａｘｉｓの分布を示す特性図である。ただし、図中ＣＷは出力トルクの方向（回転方向）を示している。図のように、本発明はラジアル異方性領域区間Ｐｏ−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）  ２、さらに区間Ｐｏ−（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２のＰｅ２側末端を（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２とし、機械角をφとしたとき、区間Ｐｏ−Ｐｅ１、並びに区間（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２−Ｐｅ２におけるθｃ−ａｘｉｓ分布をａφ＋ｂ、ｃφ＋ｄと非対称としたものである。なお、ラジアル異方性領域は９０±５度、区間Ｐｏ−Ｐｅ１並びに区間（Ｔｗ／Ｐｒａｄ）２−Ｐｅ２におけるθｃ−ａｘｉｓ分布を表す回帰直線ａφ＋ｂ、ｃφ＋ｄの相関係数ｒは０．９９５以上であった。
【００８５】
また、誘起起電力（ｂａｃｋ−ＥＭＦ）は同一構造同一寸法のパラレル配向ラジアル異方性回転子磁石（２５．１  Ｖ＠  １０００  ｒｍｉｎ−１）を基準とすると周方向磁極中心Ｐｏを中心として対称となるように異方性を方向制御した従来例は４％減（２４．１Ｖ）、正弦波着磁した８０  ｋＪ／ｍ３等方性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ系ボンド磁石を回転子磁石としたときは２９％減（１７．８Ｖ）であったのに対し、非対称とした本発明例では１．２％減（２４．８Ｖ）であった。また、コギングトルクの低減に関しては周方向磁極中心Ｐｏを中心として対称となるように異方性を方向制御した磁石、ならびに正弦波着磁した８０  ｋＪ／ｍ３等方性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ系ボンド磁石を回転子磁石としたものと同水準であった。
【００８６】
以上のように、本発明は異方性を機械的に連続方向制御した回転子磁石を具備する永久磁石型回転電機に関するものであり、磁石材料の粘弾性によって異方性の連続方向制御によるコギングトルク低減とともに、それに伴う出力トルクの低下を抑制し、さらにまた、当該磁石の形状対応力を高めることができる。
【符号の説明】
【００８７】
２１  磁極
２２  回転子鉄心
２３  回転軸
２４  固定子鉄心
２５  励磁巻線
２６  空隙
Ｐ  磁極
Ｐｏ  Ｐの周方向中心
Ｐｅ１  回転方向磁極端
Ｐｅ２  回転遅延方向磁極端
Ｔｗ  ティース幅
Ｐｏ−（Ｔｗ／  Ｐｒａｄ）２  ラジアル異方性領域
（Ｔｗ／  Ｐｒａｄ）２  ラジアル異方性領域の回転遅延方向末端
Ｃａｘｉｓ  磁化容易軸
θｃ−ａｘｉｓ  周切片に対する磁化容易軸の角度
φ  機械角
ＣＷ  出力トルク（回転）方向
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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