(57)【要約】【課題】低速回転から高速回転までの可変速駆動を行う回転電機において、高速回転時における出力の低下を抑制する、又は弱め界磁制御法を用いる場合に逆磁界を発生させるための電流を低減する。【解決手段】永久磁石は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁性相（Ｒは、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｔｂ、及びＨｏからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素である）を主相とする結晶粒を具備する。磁性相の単磁区臨界粒径をＲｃとし、結晶粒の粒径分布における累積度数割合が１０％である粒径をｄ１０とし、結晶粒の粒径分布における累積度数割合が９０％である粒径をｄ９０としたとき、粒径分布はｄ１０＜Ｒｃ＜ｄ９０を満たす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁性相（Ｒは、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｔｂ、及びＨｏからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素である）を主相とする結晶粒を具備し、
前記磁性相の単磁区臨界粒径をＲｃとし、前記結晶粒の粒径分布における累積度数割合が１０％である粒径をｄ１０とし、前記結晶粒の粒径分布における累積度数割合が９０％である粒径をｄ９０としたとき、前記粒径分布は
ｄ１０＜Ｒｃ＜ｄ９０
を満たす、永久磁石。
【請求項２】
Ｒ元素の５０原子％以上はＮｄである、請求項１に記載の永久磁石。
【請求項３】
前記Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁性相は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ型結晶相である、請求項１又は請求項２に記載の永久磁石。
【請求項４】
前記粒径分布は、
Ｒｃ／５０＜ｄ１０＜Ｒｃと、
Ｒｃ＜ｄ９０＜１０Ｒｃと、
をさらに満たす、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の永久磁石。
【請求項５】
粒界相をさらに具備し、
前記粒界相の前記Ｒの濃度は、前記磁性相の前記Ｒの濃度よりも高い、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の永久磁石。
【請求項６】
リコイル透磁率が１．１以上である、請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の永久磁石。
【請求項７】
残留磁化が１．１６Ｔ以上である、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の永久磁石。
【請求項８】
保磁力ＨｃＪが１０００ｋＡ／ｍ以上である、請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の永久磁石。
【請求項９】
ステータと、
ロータと、を具備し、
前記ステータ又は前記ロータは、請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の永久磁石を有する、回転電機。
【請求項１０】
前記ロータは、シャフトを介してタービンに接続されている、請求項９に記載の回転電機。
【請求項１１】
請求項９に記載の回転電機を具備する、車。
【請求項１２】
前記ロータは、シャフトに接続されており、
前記シャフトに回転が伝達される、請求項１１に記載の車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、永久磁石、回転電機、及び車に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や鉄道車両等において、効率を高めるためにＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を具備するモータや発電機などの回転電機を用いることが知られている。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石は、高い磁束密度を有する。よって、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を回転電機に用いることにより高いトルクを得ることができる。
【０００３】
上記自動車や鉄道車両用のモータでは、低速回転から高速回転までの可変速駆動が行われる。このとき、従来のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を具備するモータでは、低速回転側において高いトルクが得られるが、高速回転側において誘導電圧（逆起電力）が発生することにより出力が低下する。
【０００４】
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石等の永久磁石は、鎖交磁束が常に一定の強さで発生している。このとき、永久磁石による誘導電圧は回転速度に比例して高くなる。このため、高速回転においてモータの電圧が電源電圧上限に達して出力に必要な電流が流れなくなる。その結果、出力が大幅に低下し、さらには高速回転の範囲で駆動できなくなる。
【０００５】
高速回転における誘導電圧の影響を抑制する方法としては、例えば弱め界磁制御法が挙げられる。弱め界磁制御法とは逆磁界を発生させて磁束密度を低下させ、鎖交磁束数を低下させる方法である。しかしながら、逆磁界を発生させるためには電流が必要であるため、高速回転時のモータ効率が低下する。さらに、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石のような高い磁束密度を有する永久磁石では、高速回転時において十分に磁束密度を下げることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１７５７３８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ＩＥＥＪ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１３，Ｖｏｌ．１３３，ＮＯ．９，ｐｐ．９４３−９５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
実施形態で解決しようとする課題は、低速回転から高速回転までの可変速駆動を行う回転電機において、高速回転時における出力の低下を抑制すること、又は弱め界磁制御法を用いる場合に逆磁界を発生させるための電流を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の永久磁石は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁性相（Ｒは、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｔｂ、及びＨｏからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素である）を主相とする結晶粒を具備する。磁性相の単磁区臨界粒径をＲｃとし、結晶粒の粒径分布における累積度数割合が１０％である粒径をｄ１０とし、結晶粒の粒径分布における累積度数割合が９０％である粒径をｄ９０としたとき、粒径分布はｄ１０＜Ｒｃ＜ｄ９０を満たす。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】永久磁石の金属組織の構造例を示す断面模式図である。
【図２】Ｓｍ−Ｃｏ系焼結磁石のＢ−Ｈ曲線の一例を示す図である。
【図３】ネオジム焼結磁石のＢ−Ｈ曲線の一例を示す図である。
【図４】永久磁石のＭ−Ｈ曲線の例を示す図である。
【図５】永久磁石の粒径分布の例を示す図である。
【図６】永久磁石における粒径分布の累積度数割合と粒径との関係を示す図である。
【図７】永久磁石モータの例を示す図である。
【図８】可変磁束モータの例を示す図である。
【図９】発電機の例を示す図である。
【図１０】鉄道車両の構成例を示す模式図である。
【図１１】自動車の構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面は模式的なものであり、例えば厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。また、実施形態において、実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、実施形態の永久磁石の金属組織の構造例を示す断面模式図である。図１に示すように、実施形態の永久磁石は、複数の結晶粒１と、結晶粒１の間に設けられた粒界相２と、を有する。
【００１３】
結晶粒１は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁性相（Ｒは、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｔｂ、及びＨｏからなる群より選択される少なくとも一つの元素である）を主相とする。主相は、磁石中の各結晶相及び非晶質相のうち、最も体積占有率が高い相である。
【００１４】
Ｒ元素の５０原子％以上はＮｄであることが好ましい。これにより磁石の保磁力を高めることができる。Ｒ元素がＮｄを含む場合、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁性相は、例えばＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ型結晶相を有していてもよい。
【００１５】
粒界相２のＲ濃度は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁性相のＲ濃度よりも高いことが好ましい。例えば、粒界相２のＮｄ濃度がＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁性相のＮｄ濃度よりも高い場合、粒界相２をＮｄリッチ相ともいう。
【００１６】
ここで、従来のネオジム焼結磁石とＳｍ−Ｃｏ系焼結磁石との違いについて図２及び図３を参照して説明する。図２に示す曲線３はＳｍ−Ｃｏ系焼結磁石のＢ−Ｈ曲線の一例であり、図３に示す曲線４はネオジム焼結磁石のＢ−Ｈ曲線の一例である。図２及び図３に示すように、従来のネオジム焼結磁石の場合、動作点ａから動作点ｂに変化する際の磁化減少幅がＳｍ−Ｃｏ系焼結磁石よりも小さい。このことから、Ｓｍ−Ｃｏ系焼結磁石では同一の逆磁界を加えた場合に大きく磁化を低減でき、これにより小さな逆磁界、すなわち少ない弱め界磁電流で磁束密度を低下させることができることがわかる。
【００１７】
Ｓｍ−Ｃｏ系焼結磁石は、焼結体内に保磁力の分布を形成することで高いリコイル透磁率を実現することができる。このことは、ピニング型やニュークリエーション型といった焼結磁石の保磁力機構に密接に関係している。ピニング型の保磁力機構を有するＳｍ−Ｃｏ系焼結磁石は、ピニングサイトにより磁壁伝搬が防止されるため、磁壁が通りやすい領域（保磁力が低い領域）と磁壁が通りにくい領域（保磁力が高い領域）とを共存させることができる。一方で、一般にニュークリエーション型といわれるネオジム焼結磁石では、ある程度の外部磁場を印加した場合に磁化反転核（ニュークリエーションサイト）が発生し、そこを起点に逆磁区が拡大するため、高いリコイル透磁率を実現することが困難である。
【００１８】
Ｓｍ−Ｃｏ系焼結磁石では主にＣｏ（一部置換したＦｅ）が磁化を担うのに対し、ネオジム焼結磁石ではＦｅが磁化を担う。ＦｅとＣｏではＦｅの方がより磁気モーメントが高いため、Ｆｅを多く含むネオジム焼結磁石の方が永久磁石として高い飽和磁化を得やすく、そのため、永久磁石の残留磁化も高い値が得やすい。低速回転から高速回転までの可変速駆動を行う回転電機を考えた場合、高速回転時には高トルクが必要無いため、誘導電圧抑制の観点から磁化は低い方が好ましい。一方で低速回転時においては、高トルクを発生させる必要があり、磁化は高い方が好ましい。また、低速回転時に高トルクが得られるということは回転電機を小型化しうることも意味する。加えて、ＤｙやＴｂといった重希土類の含有量が少なければ、材料コストの面でもネオジム磁石は優位である。
【００１９】
実施形態の永久磁石は、上記のとおりＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石であるとともに高リコイル透磁率、高保磁力、及び高残留磁化を有する。実施形態の永久磁石において、残留磁化は例えば１．１６Ｔ以上であることが好ましく、Ｍ−Ｈ曲線上の保磁力Ｈｃｊは１０００ｋＡ／ｍ以上であることが好ましく、リコイル透磁率は１．１５以上であることが好ましい。残留磁化は１．２Ｔ以上であることがより好ましい。保磁力Ｈｃｊは１２００ｋＡ／ｍ以上であることがより好ましい。リコイル透磁率は１．２以上であることがより好ましい。
【００２０】
リコイル透磁率は以下のように定義される。着磁機やパルス磁界により磁石を着磁させる。この磁石に対し磁化測定を行い、Ｂ−Ｈ曲線を得る。このＢ−Ｈ曲線に対して線形フィットを行うことにより傾きを求める。この傾きを真空の透磁率１．２６×１０−６で割った値をリコイル透磁率とする。磁化測定においては回転電機において使用される動作点に対応する外部磁界においてマイナーループを測定する。
【００２１】
上記磁気特性を有する実施形態の永久磁石では、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁性相の単磁区臨界粒径をＲｃとし、結晶粒の粒径分布における累積度数割合が１０％である粒径をｄ１０とし、累積度数割合が９０％である粒径をｄ９０としたとき、粒径分布がｄ１０＜Ｒｃ＜ｄ９０を満たす。換言すると、ｄ１０はＲｃよりも小さく、ｄ９０はＲｃよりも大きい。
【００２２】
ここで、永久磁石の粒径分布と磁気特性との関係について説明する。図４は、永久磁石のＭ−Ｈ曲線の例を示す図である。図４は、永久磁石ＸのＭ−Ｈ曲線Ｃ１と、永久磁石ＹのＭ−Ｈ曲線Ｃ２と、永久磁石ＺのＭ−Ｈ曲線Ｃ３と、を示す。Ｍ−Ｈ曲線Ｃ１は、永久磁石Ｘにおいて保磁力及び残留磁化は高いがリコイル透磁率が低いことを示している。Ｍ−Ｈ曲線Ｃ２は、永久磁石Ｙにおいてリコイル透磁率及び残留磁化は高いが保磁力が低いことを示している。これに対し、Ｍ−Ｈ曲線Ｃ３は、永久磁石Ｚにおいてリコイル透磁率、残留磁化、及び保磁力がいずれも高いことを示している。
【００２３】
永久磁石Ｘないし永久磁石Ｚのそれぞれの金属組織を観察すると、永久磁石Ｘないし永久磁石Ｚのそれぞれの結晶粒の粒径分布が異なることがわかる。図５は永久磁石Ｘないし永久磁石Ｚのそれぞれの粒径分布の例を示す図である。図５に示すように、永久磁石Ｘは、相対的に小さい結晶粒の度数（個数）が最も多い粒径分布を有する。永久磁石Ｙは、相対的に大きい結晶粒の度数が最も多い粒径分布を有する。永久磁石Ｚは、永久磁石Ｘの主な結晶粒よりも大きく、永久磁石Ｙの主な結晶粒よりも小さい結晶粒の度数が最も多い粒径分布を有する。
【００２４】
さらに、図５に示すように、永久磁石Ｘ及び永久磁石Ｙの粒径分布は単磁区臨界粒径Ｒｃと重畳していない。これに対し、永久磁石Ｚの粒径分布は、単磁区臨界粒径Ｒｃに重畳している。さらに、永久磁石Ｘないし永久磁石Ｚにおける粒径分布の累積度数割合と粒径との関係を図６に示す。図６において、ｄ１０は結晶粒の粒径分布における累積度数割合が１０％である粒径を示し、ｄ２０は結晶粒の粒径分布における累積度数割合が２０％である粒径を示し、ｄ８０は結晶粒の粒径分布における累積度数割合が８０％である粒径を示し、ｄ９０は結晶粒の粒径分布における累積度数割合が９０％である粒径を示す。
【００２５】
図５及び図６から、結晶粒の粒径分布がｄ１０＜Ｒｃ＜ｄ９０を満たすことにより高磁化及び高保磁力に加え、高いリコイル透磁率を実現することができることがわかる。前述のとおり、ネオジム系焼結磁石はニュークリエーション型の保磁力機構を有しており、磁化反転核が発生すると結晶粒内及び隣接結晶粒に逆磁区が伝搬し減磁する。このような減磁挙動が起こる一般的なネオジム系焼結磁石は主相の結晶粒径が数十μｍ程度である。これに対し、Ｒｃは数十〜数百ｎｍであり全く異なるスケールである。結晶粒径がＲｃ未満の結晶粒は内部に逆磁区を発生させるよりも粒全体のモーメントを反転させた方がエネルギー的に安定となる。一方で、粒径がＲｃ以上の結晶粒では、磁化反転核の発生と逆磁区の伝搬がエネルギー的に安定となる。すなわち、図６に示すように、永久磁石中にＲｃ未満の結晶粒（結晶粒Ａ）とＲｃ以上の結晶粒（結晶粒Ｂ）とを分布させ、結晶粒Ａのモーメント反転と結晶粒Ｂの磁化反転核発生のタイミングが異なれば磁石体内にミクロスケールでの保磁力分布の実現が可能となる。これにより、高い保磁力及び残留磁化を実現しつつ、リコイル透磁率を高めることができる。
【００２６】
実施形態の永久磁石は、前述のとおりＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁性相の結晶粒径がｄ１０＜Ｒｃ＜ｄ９０を満たす。Ｒｃがｄ１０以下である場合、結晶粒は通常のネオジム焼結磁石同様にニュークリエーション型の保磁力挙動を示し、リコイル透磁率が低くなる。場合によっては十分な保磁力を得ることができない。ｄ９０がＲｃ以上である場合、それぞれの結晶粒が磁化反転しにくくなるため、大きな保磁力は得やすくなるが、保磁力の分布は得られにくく、リコイル透磁率が低くなる。
【００２７】
結晶粒径の分布幅が広すぎる又は狭すぎる場合（（結晶粒が粗大すぎる又は均一すぎる場合）、ミクロスケールでの保磁力分布が形成されにくいためリコイル透磁率が低くなりやすい。よって、実施形態の永久磁石は、Ｒｃ／５０＜ｄ１０＜Ｒｃ、Ｒｃ＜ｄ９０＜１０Ｒｃを満たすことが好ましく、さらにはＲｃ／１０＜ｄ１０＜Ｒｃ／１．２、１．２Ｒｃ＜ｄ９０＜５Ｒｃを満たすことが好ましく、さらにはＲｃ／５＜ｄ１０＜Ｒｃ／１．３、１．３Ｒｃ＜ｄ９０＜３Ｒｃを満たすことが好ましく、さらにはＲｃ／２＜ｄ１０＜Ｒｃ／１．４、１．４Ｒｃ＜ｄ９０＜２Ｒｃを満たすことが好ましい。
【００２８】
以上のように、実施形態の永久磁石は、所定の粒径分布で表される複数の結晶粒を具備し、高磁化及び高保磁力に加え、高いリコイル透磁率を実現する。よって、低速から高速までの可変速駆動を行う回転電機において、出力の低下を抑制することができる。また、弱め界磁制御法を用いる場合に逆磁界を発生させるための電流を低減することができる。
【００２９】
次に、実施形態の永久磁石の製造方法例について説明する。実施形態の永久磁石は、例えばＲ−Ｆｅ−Ｂ系の急冷薄帯をホットプレスする工程を含む方法により製造される。
【００３０】
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系の急冷薄帯は、原料合金を高周波溶解し、単ロール又は双ロールに滴下することにより作製される。これに限定されず、市販の薄帯を用いてもよい。得られた急冷薄帯を数百μｍに粗粉砕し、金型に充填して例えば０．５トン以上２トン以下の圧力で加圧する。その後ホットプレスを行う。ホットプレスは、例えば０．５トン以上２トン以下の圧力下で６００℃以上１０００℃以下の温度で１分以上６０分以下加熱することにより行われる。その後、例えば１℃／分以上２０℃／分以下の冷却速度で成型体を冷却する。以上の工程により実施形態の永久磁石を得ることができる。
【００３１】
得られた磁石に熱間加工を行ってもよい。熱間加工は例えばホットプレスで得られた磁石をより大きな金型に充填して加熱・加圧を行うことで実現できる。又は、リング状又は棒状に加熱しながら押し出し加工することでも実現できる。熱間加工は、例えば０．５トン以上２トン以下の圧力で６５０℃以上１０００℃以下の温度で１分以上６０分以下加熱し、１℃／分以上２０℃／分以下の冷却速度で冷却することにより行われる。熱間加工を行うことで、磁石の残留磁化を高めることができる。
【００３２】
得られた磁石に対し、６５０℃以上１０００℃以下の温度で５分以上６０分以下加熱して、１℃／分以上２０℃／分以下の冷却速度で冷却する熱処理を行ってもよい。上記熱処理を行うことにより、結晶粒の粒径分布等の制御性が高まり、リコイル透磁率等の磁気特性を高めることができる。上記熱処理はホットプレス後に行ってもよい。
【００３３】
急冷薄帯を用いた熱間加工やホットプレスの一般的な目的は、Ｒｃと同程度以下の結晶粒径を有する磁石を作製することによる保磁力増大、又は耐熱性向上であり、粒径の粗大化を抑え、分布を均一化することである。そのため、均一化された結晶粒を有する磁石のリコイル透磁率は低くなりやすい。これに対し、実施形態の永久磁石の製造方法では、あえて適切な粒径分布を有する粗大な結晶粒を適量形成するによりリコイル透磁率等の磁気特性を高めることができる。
【００３４】
実施形態の永久磁石は前述の急冷薄帯に代えて、例えば水素化−不均化−脱水素−再結合（Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ：ＨＤＤＲ）法を用いた微細結晶粒合金を原料として用いることや、単磁区臨界粒径Ｒｃ程度まで粉砕した微粉末を原料として用いてもよい。ＨＤＤＲ法は原料に水素化−不均化−脱水素−再結合を施すことで微細結晶粒を作製する手法であり、原料合金に水素雰囲気中で７００℃以上１０００℃以下の温度で３０分以上１０時間以下の熱処理を行い（Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）、その後、減圧Ａｒ雰囲気中で７００℃以上１０００℃以下で３０分以上１０時間以下の熱処理を行う（Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）。また、微粉末の作製方法としては、Ｈｅガスを用いたジェットミルで粉砕する方法などが挙げられる。
【００３５】
永久磁石の組成は、例えばＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）発光分光分析法、ＳＥＭ−ＥＤＸ（走査電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分光法：ＳＥＭ−Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、ＴＥＭ−ＥＤＸ（透過電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分光法：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ−ＥＤＸ）等により測定される。各相の体積比率は、電子顕微鏡や光学顕微鏡による観察とＸ線回折等とを併用して総合的に判断されるが、永久磁石の断面を撮影した電子顕微鏡写真の面積分析法により求めることができる。永久磁石の断面は、試料の最大面積を有する表面の実質的に中央部の断面を用いるものとする。
【００３６】
結晶粒１、粒界相２等の金属組織は、例えば以下のように認定される。まず、ＳＴＥＭによるサンプルの観察を行う。このとき、ＳＥＭによりサンプルを観察することにより、粒界相の場所を特定し、収束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ：ＦＩＢ）を用いて粒界相が視野に入るようにサンプルを加工することにより観察効率を高めることができる。この際、サンプルは未着磁品であることが好ましい。観察条件は、例えば加速電圧２００ｋＶ、測定面積３０μｍ×３０μｍとする。
【００３７】
次に、サンプルにおける各元素の濃度を例えばＳＴＥＭを利用したエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＳＴＥＭ−Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＴＥＭ−ＥＤＸ）を用いて測定する。
【００３８】
ＳＴＥＭ−ＥＤＸにより各元素の濃度を測定する際、サンプルの表面の１ｍｍ以上内部から測定用の試料を切り出す。また、磁化容易軸（ｃ軸）に平行な面に対し、１００ｋ倍の観察倍率で観察する。次に、同視野での各元素のマッピングを行い、それぞれの相を特定し、相内の各元素の濃度を測定する。
【００３９】
結晶粒の粒径分布はＳＴＥＭ像から算出する。結晶粒であると同定された粒に対し、長手方向の長さを粒径とする。観察範囲内に結晶粒全体が確認できるものを計測し、一つの磁石に対し、１００点程度測定する。
【００４０】
単磁区臨界粒径Ｒｃは、式：Ｒｃ＝１２ｍ０ｅｗ／Ｊｓ２により算出される。ｍ０は真空透磁率である。Ｊｓは飽和磁化である。ｅｗは磁壁エネルギーであり、式ｅｗ＝ｍ０√ＡＫ１により算出される。Ｋ１は異方性定数であり、Ａは交換スティフネス定数である。
【００４１】
（第２の実施形態）
第１の実施形態の永久磁石は、各種モータや発電機などの回転電機に使用することができる。また、可変磁束モータの固定磁石や可変磁石として使用することも可能である。第１の実施形態の永久磁石を用いることによって、各種のモータが構成される。第１の実施形態の永久磁石を可変磁束モータに適用する場合、可変磁束モータの構成やドライブシステムには、例えば特開２００８−２９１４８号公報や特開２００８−４３１７２号公報に開示されている技術を適用することができる。
【００４２】
次に、上記永久磁石を具備するモータと発電機について、図面を参照して説明する。図７は永久磁石モータを示す図である。図７に示す永久磁石モータ１１では、ステータ（固定子）１２内にロータ（回転子）１３が配置されている。ロータ１３の鉄心１４中には、第１の実施形態の永久磁石である永久磁石１５が配置されている。永久磁石１５の磁束密度（磁束量）は可変することが可能とされている。永久磁石１５はその磁化方向がＱ軸方向と直交するため、Ｑ軸電流の影響を受けず、Ｄ軸電流により磁化することができる。ロータ１３には磁化巻線（図示せず）が設けられている。この磁化巻線に磁化回路から電流を流すことによって、その磁界が直接に永久磁石１５に作用する構造となっている。
【００４３】
永久磁石１５としては、第１の実施形態の永久磁石を用いることができる。これにより、低速から高速までの可変速駆動を行う場合であっても高速回転時の出力の低下を抑制することができる。
【００４４】
図８は可変磁束モータを示す図である。図８に示す可変磁束モータ２１において、ステータ（固定子）２２内にはロータ（回転子）２３が配置されている。ロータ２３の鉄心２４中には、第１の実施形態の永久磁石が固定磁石２５及び可変磁石２６として配置されている。可変磁石２６の磁束密度（磁束量）は可変することが可能とされている。可変磁石２６はその磁化方向がＱ軸方向と直交するため、Ｑ軸電流の影響を受けず、Ｄ軸電流により磁化することができる。ロータ２３には磁化巻線（図示せず）が設けられている。この磁化巻線に磁化回路から電流を流すことによって、その磁界が直接に可変磁石２６に作用する構造となっている。
【００４５】
第１の実施形態の永久磁石によれば、固定磁石２５に好適な保磁力を得ることができる。第１の実施形態の永久磁石を可変磁石２６に適用する場合には、製造条件を変更することによって、例えば保磁力を１００ｋＡ／ｍ以上５００ｋＡ／ｍ以下の範囲に制御すればよい。なお、図８に示す可変磁束モータ２１においては、固定磁石２５及び可変磁石２６のいずれにも第１の実施形態の永久磁石を用いることができるが、いずれか一方の磁石に第１の実施形態の永久磁石を用いてもよい。可変磁束モータ２１は、大きなトルクを小さい装置サイズで出力可能であるため、モータの高出力・小型化が求められるハイブリッド車や電気自動車等のモータに好適である。
【００４６】
図９は発電機を示している。図９に示す発電機３１は、上記永久磁石を用いたステータ（固定子）３２を備えている。ステータ（固定子）３２の内側に配置されたロータ（回転子）３３は、発電機３１の一端に設けられたタービン３４とシャフト３５を介して接続されている。タービン３４は、例えば外部から供給される流体により回転する。なお、流体により回転するタービン３４に代えて、自動車の回生エネルギー等の動的な回転を伝達することによって、シャフト３５を回転させることも可能である。ステータ３２とロータ３３には、各種公知の構成を採用することができる。
【００４７】
シャフト３５はロータ３３に対してタービン３４とは反対側に配置された整流子（図示せず）と接触しており、ロータ３３の回転により発生した起電力が発電機３１の出力として相分離母線及び主変圧器（図示せず）を介して、系統電圧に昇圧されて送電される。発電機３１は、通常の発電機及び可変磁束発電機のいずれであってもよい。なお、ロータ３３にはタービン３４からの静電気や発電に伴う軸電流による帯電が発生する。このため、発電機３１はロータ３３の帯電を放電させるためのブラシ３６を備えている。
【００４８】
以上のように、上記永久磁石を発電機に適用することにより、高効率化、小型化、低コスト化等の効果が得られる。
【００４９】
上記回転電機は、例えば、鉄道交通に利用される鉄道車両（車両の一例）に搭載されてよい。図１０は、回転電機１０１を具備する鉄道車両１００の一例を示す図である。回転電機１０１としては、上記図７、８のモータ、図９の発電機等を用いることができる。回転電機１０１として上記回転電機が搭載された場合、回転電機１０１は、例えば、架線から供給される電力や、鉄道車両１００に搭載された二次電池から供給される電力を利用することによって駆動力を出力する電動機（モータ）として利用されてもよいし、運動エネルギーを電力に変換して、鉄道車両１００内の各種負荷に電力を供給する発電機（ジェネレータ）として利用されてもよい。実施形態の回転電機のような高効率な回転電機を利用することにより、省エネルギーで鉄道車両を走行させることができる。
【００５０】
上記回転電機は、ハイブリッド自動車や電気自動車などの自動車（車両の他の例）に搭載されてもよい。図１１は、回転電機２０１を具備する自動車２００の一例を示す図である。回転電機２０１としては、上記図７、８のモータ、図９の発電機等を用いることができる。回転電機２０１として上記回転電機が搭載された場合、回転電機２０１は、自動車２００の駆動力を出力する電動機、又は自動車２００の走行時の運動エネルギーを電力に変換する発電機として利用してもよい。また、上記回転電機は、例えば産業機器（産業用モータ）、空調機器（エアコンディショナ・給湯器コンプレッサモータ）、風力発電機、又はエレベータ（巻上機）に搭載されてもよい。
【実施例１】
【００５１】
急冷法により作製され、所望の組成を有する母合金薄帯を１５０μｍ以下に粉砕した。得られた粉末をφ９ｍｍの円柱状金型に充填した。粉末を充填した金型を雰囲気制御熱処理炉内に設置された油圧プレス機にセットし、真空中で１トンの圧力で圧縮した。その後、真空中で炉内を７８０℃まで加熱し、５分間保持した。加熱保持後、２℃／分の冷却速度で室温まで冷却し、圧縮成型体を得た。得られた成型体をφ１０ｍｍの円柱状金型に入れ、再び雰囲気制御熱処理炉内に設置された油圧プレス機にセットし、真空中で１トンの圧力で圧縮した。その後、真空中で炉内を８００℃まで加熱し、５分間保持した。加熱保持後、Ａｒガスを導入し、３℃／分の冷却速度で室温まで冷却して成型体を得た。得られた成型体にＡｒ雰囲気中８２０℃で１分間の加熱処理を行い、ガス冷却により、１０℃／分の冷却速度で室温まで冷却して磁石を得た。
【００５２】
得られた磁石は、上記組成と図１に示す金属組織とを具備し、結晶粒の粒径分布がｄ１０＜Ｒｃ＜ｄ９０を満たしていた。また、得られた磁石は、高リコイル透磁率、高残留磁化、及び高保磁力を有していた。以上のように、ホットプレス及び熱間加工を用いてＲ−Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石を製造することにより、結晶粒径の分布を実現し、高磁化及び高保磁力に加え、高リコイル透磁率を有する。よって、低速から高速までの可変速駆動を行う回転電機において、出力の低下を抑制することができる。また、弱め界磁制御法を用いる場合に逆磁界を発生させるための電流を低減することができる。
【００５３】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５４】
１…結晶粒、２…粒界相、３…曲線、４…曲線、１１…永久磁石モータ、１３…ロータ、１４…鉄心、１５…永久磁石、２１…可変磁束モータ、２３…ロータ、２４…鉄心、２５…固定磁石、２６…可変磁石、３１…発電機、３２…ステータ、３３…ロータ、３４…タービン、３５…シャフト、３６…ブラシ、１００…鉄道車両、１０１…回転電機、２００…自動車、２０１…回転電機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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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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