(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＮＸ（ＣｒｐＳｉｑＭ１−ｐ−ｑ）Ｚ（ただし、ＲはＹおよび希土類元素からなる第１群より選ばれる少なくとも一種の元素、ＭはＦｅおよびＣｏからなる第２群より選ばれる少なくとも一種の元素、０．５≦ｘ≦２．０、０．００５≦ｐ≦０．２、０．００５≦ｑ≦０．２、４≦ｚ≦１３である）で表され、密度が６．５ｇ／ｃｍ３以上７．１ｇ／ｃｍ３以下、粉末Ｘ線回折によるＴｈ２Ｚｎ１７相の（３０３）面からの回折ピーク強度をＩ（３０３）、α‐Ｆｅ相の（１１０）面からの回折ピーク強度をＩ（１１０）とするとき、Ｉ（１１０）／｛Ｉ（１１０）＋Ｉ（３０３）｝≦０．０５の関係を満たす永久磁石。」
【請求項２】
前記Ｒのうち５０原子％以上がＳｍである請求項１に記載の永久磁石。
【請求項３】
前記Ｍのうち５０原子％以上がＦｅである請求項１または請求項２に記載の永久磁石。
【請求項４】
前記Ｍのうち２０原子％以下が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、およびＧｅからなる第３群より選ばれる少なくとも一
種の元素で置換されてなる請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の永久磁石。
【請求項５】
前記Ｎの５０原子％以下が、Ｈ、Ｂ、およびＣからなる第４群より選ばれる少なくとも一種の元素で置換される請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石。
【請求項６】
回転子と、
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の永久磁石と、
前記永久磁石を有し、前記回転子を回転させる固定子と、
を備える回転電機。
【請求項７】
モータまたは発電機である請求項６に記載の回転電機。
【請求項８】
請求項６および請求項７のいずれか１項に記載の回転電機を具備する車両。
【請求項９】
回転電機の一端に設けられたシャフトに動的な回転が伝達される、請求項８に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
永久磁石、回転電機および車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
高性能な永久磁石としては、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石やＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石等の希土類磁石が知られている。希土類磁石は、モータ、スピーカ、計測器等の電気機器、さらにハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＨＥＶ）や電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＥＶ）等の車両に用いられている。最近、各種電気機器に対して小型化の要求が高まっており、さらにＨＥＶやＥＶで使用されるモータの需要が増加している。これらの要求に応えるために、最大磁気エネルギー積（ＢＨｍａｘ）の向上を目指した永久磁石の開発が望まれている。
【０００３】
より高性能の永久磁石を得るための磁石材料としては、希土類元素とＦｅ等の遷移金属元素との組み合わせが有望である。Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系材料は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系材料に匹敵する高い飽和磁化と、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系材料を超える大きな磁気異方性を有するため、高性能磁石としての応用が期待されている。しかしながら、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石材料は約５５０℃以上の温度による加熱で熱分解してしまうという欠点を有している。このため、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系材料は焼結により緻密化することができない。
【０００４】
このような点に対して、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石材料のＦｅの一部をＣｒおよびＳｉで置換することによって、熱分解温度を高めることが提案されている。Ｓｍ‐（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｓｉ）‐Ｎ系の永久磁石は、高い飽和磁化、大きな磁気異方性、および高い熱分解温度を有するため応用が期待されている。
【０００５】
しかしながら、高い焼結密度のＳｍ‐（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｓｉ）‐Ｎ系の永久磁石を得ようとすると、Ｓｍ‐（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｓｉ）‐Ｎ系の永久磁石は熱分解され、保磁力を示さないα‐Ｆｅ相が析出してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３１３６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、α‐Ｆｅ相が少なく、高い焼結密度を有するＳｍ‐（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｓｉ）‐Ｎ系の永久磁石、回転電機、および車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態の永久磁石は、ＲＮＸ（ＣｒｐＳｉｑＭ１−ｐ−ｑ）Ｚ（ただし、ＲはＹおよび希土類元素からなる第１群より選ばれる少なくとも一種の元素、ＭはＦｅおよびＣｏからなる第２群より選ばれる少なくとも一種の元素、０．５≦ｘ≦２．０、０．００５≦ｐ≦０．２、０．００５≦ｑ≦０．２、４≦ｚ≦１３である）で表され、密度が６．５ｇ／ｃｍ３以上、粉末Ｘ線回折によるＴｈ２Ｚｎ１７相の（３０３）面からの回折ピーク強度をＩ（３０３）、α‐Ｆｅ相の（１１０）面からの回折ピーク強度をＩ（１１０）とするとき、Ｉ（１１０）／｛Ｉ（１１０）＋Ｉ（３０３）｝≦０．０５の関係を満たす。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】永久磁石を用いたモータを示す図。
【図２】可変磁束モータを示す図。
【図３】永久磁石を用いた発電機を示す図。
【図４】Ｘ線回折測定プロファイル
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。同じ符号が付されているものは同様のものを示す。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
【００１１】
実施形態の永久磁石について説明する。
【００１２】
永久磁石の組成は（１）式で示される。
ＲＮＸ（ＣｒｐＳｉｑＭ１−ｐ−ｑ）Ｚ・・・（１）
【００１３】
ＲはＹおよび希土類元素からなる第１群より選ばれる少なくとも一種の元素である。ＭはＦｅおよびＣｏからなる第２群より選ばれる少なくとも一種の元素である。Ｘは０．５以上２．０以下を満たす原子比である。ｐは０．００５以上０．２以下を満たす原子比である。ｑは０．００５以上０．２以下を満たす原子比である。Ｚは４以上１３以下を満たす原子比である。
【００１４】
組成式（１）式において、ＲはＹおよび希土類元素からなる第１群より選ばれる少なくとも一種の希土類元素である。Ｒは、１種類で用いることもできるし、複数種類の元素を用いても良い。希土類元素は、磁石に大きな磁気異方性と高い保磁力を付与する。Ｒの５０原子％以上がＳｍであることが好ましい。Ｒの７０原子％以上がＳｍであることが望ましい。Ｒに希土類元素を用いることによって、永久磁石の性能、とりわけ保磁力を再現性よく高めることができる。
【００１５】
窒素（Ｎ）は、主として結晶中の主相のインタースティシャル位置（侵入位置）に存在する。組成式（１）式の構造に窒素を含むと、結晶格子は拡大し、電子構造は変化する。永久磁石のキュリー温度、磁気異方性、および飽和磁化が向上する。窒素の原子比はＲが１のときに、０．５以上２．０以下である。つまりＸは０．５以上２．０以下である。Ｘは１．０以上１．５以下であることがより好ましい。Ｒに対する窒素の原子比Ｘが０．５未満である場合、構造に窒素を含有した効果が十分に得られない。窒素の原子比Ｘが２．０を超えると、永久磁石の飽和磁化等が低下する。
【００１６】
窒素の一部は、水素（Ｈ）、ホウ素（Ｂ）、および炭素（Ｃ）の第４群より選ばれる少なくとも一種の元素で置換してもよい。この置換元素は、１種類で用いることもできるし、複数種類の元素を用いても良い。Ｘにより永久磁石は、上述した窒素と同様の効果を示す。ただし、窒素を過剰に置換すると、永久磁石の磁気異方性の低下等を招く。窒素の５０原子％以下で置換することが好ましい。
【００１７】
Ｍは、鉄（Ｆｅ）およびコバルト（Ｃｏ）の第２群より選ばれる少なくとも一種の元素である。この元素Ｍは、１種類で用いることもできるし、複数種類の元素を用いても良い。Ｍは、主として永久磁石の磁化を担う元素である。Ｍを比較的多量に含有することで、永久磁石の飽和磁化を高めることができる。ただし、Ｍの含有量が過剰になると、α‐Ｆｅ相が析出して保磁力が低下する。
【００１８】
Ｍの５０原子％以上がＦｅであることが好ましい。Ｍの７０原子％以上がＦｅであることが望ましい。ＭのうちのＦｅは、特に永久磁石の磁化の向上に寄与する。
【００１９】
永久磁石がＭの一部としてＣｏを含有することで、永久磁石のキュリー温度が高くなり、永久磁石の熱安定性が向上する。永久磁石の保磁力も高くなる。
【００２０】
さらに、Ｍの一部は、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、およびゲルマニウム（Ｇｅ）の第３群より選ばれる少なくとも一種の元素で置換してもよい。この置換元素は、１種類で用いることもできるし、複数種類の元素を用いても良い。Ｍの一部を置換する元素は、磁気特性、例えば、保磁力の向上に寄与する。ただし、Ｍの一部を置換しすぎると、永久磁石の磁化は低下する。Ｍの一部を置換する元素は、Ｍの２０原子％以下が好ましい。Ｍの一部を置換する元素は、Ｍの１０原子％以下がより好ましい。
【００２１】
クロム（Ｃｒ）またはケイ素（Ｓｉ）は、Ｒ‐Ｍ‐Ｎ系永久磁石の熱分解温度を上昇させる。クロム（Ｃｒ）またはケイ素（Ｓｉ）は、主として主相中のＭが占めるサイトを置換する。Ｃｒは構造の結晶内のｄ電子の数を変化させることで、結晶の熱安定性を高める。Ｓｉは結晶格子の大きさを縮小させることで、結晶の熱安定性を高める。ＣｒおよびＳｉを同時に構造の結晶中に存在すると、Ｒ‐Ｍ‐Ｎ系永久磁石の熱安定性が向上し、焼結工程の適用が可能となる。
【００２２】
構造中のＣｒの含有量は、ＭとＣｒとＳｉの合計の含有量に対して０．５原子％以上２０原子％以下である。Ｃｒの含有量が少なすぎると効果が十分に得られない。Ｃｒの含有量が多すぎると、永久磁石の飽和磁化等の低下を招く。Ｃｒの含有量は、ＭとＣｒとＳｉの合計の含有量に対して、３原子％以上１８原子％以下が好ましい。Ｃｒの含有量は、ＭとＣｒとＳｉの合計の含有量に対して、５原子％以上１５原子％以下がより好ましい。
【００２３】
Ｓｉの含有量は、ＭとＣｒとＳｉの合計の含有量に対して、０．５原子％以上２０原子％以下である。Ｓｉの含有量が少なすぎると、Ｓｉを含有させたことによる効果が十分に得られない。Ｓｉの含有量が多すぎると、永久磁石の飽和磁化等の低下を招く。Ｓｉの含有量は、ＭとＣｒとＳｉの合計の含有量に対して、１原子％以上１５原子％以下が好ましい。Ｓｉの含有量は、ＭとＣｒとＳｉの合計の含有量に対して、１原子％以上１０原子％以下がより好ましい。ＣｒとＳｉの合計の含有量は、ＭとＣｒとＳｉの合計の含有量に対して、５原子％以上２０原子％以下が好ましい。ＣｒとＳｉの合計の含有量は、ＭとＣｒとＳｉの合計の含有量に対して、８原子％以上１５原子％以下が好ましい。
【００２４】
窒化処理を施す合金粉末は、組成式（２）式で表される。
Ｒ（ＣｒｐＳｉｑＭ１−ｐ−ｑ）Ｚ・・・（２）
【００２５】
（２）式において、Ｒに対するそれ以外の金属Ｍ、Ｃｒ、Ｓｉの合計の含有量の比を示す原子比Ｚは、４以上１３以下である。ｐは０．００５以上０．２以下を満たす原子比である。ｑは０．００５以上０．２以下を満たす原子比である。（２）式のような組成を有する合金粉末に所望の窒化処理を施すことで、上述した（１）式の組成を有するＲ（Ｍ，Ｃｒ，Ｓｉ）１７ＮＸ相からなる永久磁石が得られる。
【００２６】
永久磁石の組成の分析は、誘導結合発光プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）発光分光分析法で行われる。永久磁石の組成の分析には、磁石をジェットミルやボールミル等で粉砕し、粒径が１０μｍ以上の粉末が体積％で全体の３％以下となる粉末（合金粉末）を用いる。得られた粉末からランダムに１０回試料を採取し、その試料に対し分析を実施する。分析した測定値から最大値と最小値を除いた平均値を永久磁石の組成とする。
【００２７】
永久磁石は、例えば以下のように作製される。
【００２８】
まず、所定量の元素を含む合金粉末を作製する。合金粉末は、前述した（２）式の組成を有するように調製される。合金粉末は、例えば、アーク溶解法や高周波溶解法による溶湯を鋳造して得られた合金インゴット、あるいは溶湯急冷法により作製した合金薄帯を粉砕することにより調製される。合金粉末の他の調製方法としては、メカニカルアロイング法やメカニカルグラインディング法、ガスアトマイズ法、還元拡散法等が挙げられる。合金粉末または粉砕前の合金に対して、必要に応じて熱処理を施して均質化してもよい。
【００２９】
合金インゴットや合金薄帯等の粉砕は、合金粉末の粒径が２５μｍ以下となるように実施することが好ましい。合金粉末の粒径が２５μｍ以下であると、粒子内部まで窒素を十分に侵入させ、粒子全体にわたって均質に窒化処理することができる。合金インゴットや合金薄帯等の粉砕は、例えば、ジェットミルやボールミルを用いて実施される。合金インゴットや合金薄帯等の粉砕は、合金粉末の酸化を防止するために、不活性ガス雰囲気中等で行うことが好ましい。
【００３０】
合金粉末に窒化処理を施す。
【００３１】
窒化処理は、０．１〜１００気圧の窒素ガス雰囲気中で、３００〜９００℃の温度で０．１〜１００時間熱処理することである。Ｒ（Ｍ，Ｃｒ，Ｓｉ）１７Ｎ３相の均質性を高めるために、窒素ガス雰囲気の圧力は０．５〜１０気圧、温度は４５０〜７５０℃、２〜２４時間で窒化処理することがより好ましい。
【００３２】
合金粉末の窒化処理時の雰囲気は、窒素ガスに代えてアンモニア等の窒素化合物ガスを用いてもよい。窒素ガスまたは窒素化合物ガスと水素とを混合したガスを用いることで、窒化反応を制御することもできる。
【００３３】
アンモニア等の窒素化合物ガスや、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスを用いることで、永久磁石中の窒素の一部を水素で置換することができる。窒素の一部を炭素やホウ素で置換する場合には、窒化処理前の合金粉末に炭素やホウ素を含有させてもよいし、炭素化合物ガスやホウ素化合物ガス等を用いて含有させてもよい。
【００３４】
本発明の特徴は、Ｓｍ‐（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｓｉ）‐Ｎ系永久磁石材料に、昇温・冷却速度を５℃／ｍｉｎ〜２０℃／ｍｉｎの比較的緩やかな温度変化で放電プラズマ焼結法行うことである。
【００３５】
放電プラズマ焼結法は、急速昇温・冷却が可能であるために粉末粒子にかかる熱負荷が少ない方法である。さらに放電プラズマ焼結法は、粉末粒子の表面に選択的に電流が流れるために粉末粒子内部への熱負荷が少ない方法である。したがって、Ｓｍ‐Ｆｅ‐Ｎ系永久磁石のような、高温で熱分解を起こす材料の焼結に適している。
【００３６】
磁石材料粉末を電磁石等の中に設置した金型内に充填し、磁場を印加しながら加圧成形して結晶軸を配向させた圧縮成型体を作製する。この圧縮成型体を適切な条件下で放電プラズマ焼結することで、高密度な永久磁石が得られる。
【００３７】
焼結は、真空雰囲気中やアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。放電プラズマ焼結時に、金型を通じて粉末に印加する圧力を１．０〜１．５ＧＰａ、焼結温度を５００〜７００℃とすることで、緻密な永久磁石を得ることができる。金型を通じて粉末に印加する圧力を１．０ＧＰａ以下にすると、十分な密度の永久磁石を得ることができない。１．５ＧＰａ以上の圧力に恒常的に耐えられる金型がないため、金型を通じて粉末に印加する圧力の上限は１．５ＧＰａとする。５００℃以下では焼結が進行せず、十分な密度の永久磁石を得ることができない。７００℃以上では永久磁石の熱分解が進行し、永久磁石中にα‐Ｆｅが含まれるようになるため、永久磁石の磁気特性が著しく低下する。
【００３８】
永久磁石は、ＣｒおよびＳｉを含み熱安定性に優れるため、高温で焼結することができる。永久磁石の熱分解によるα‐Ｆｅの生成を抑え、高密度な永久磁石を得ることができる。ただし、この場合には、永久磁石の材料が高温にさらされる時間が増えるため、熱安定性を向上させたＳｍ‐（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｓｉ）‐Ｎ系永久磁石材料でなければならない。
【００３９】
永久磁石は以下のように評価した。
【００４０】
永久磁石の大気中および水中での質量をそれぞれ測定し、アルキメデス法により永久磁石の密度を算出した。永久磁石の密度の算出は、一つの試料につきそれぞれ１０回実施した。得られた永久磁石の密度のうち最大値と最小値を除いた平均の値を永久磁石の密度とした。
【００４１】
次に、乳鉢を用いて粒径が５μｍ以上の粉末が体積％で全体の３％以下となるまで粉砕したのち、永久磁石の粉末のＸ線回折測定を行った。永久磁石のＸ線回折は、粉末Ｘ線回折（Ｘ‐ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＸＲＤ）により実施した。具体的には、Ｘ線発生装置およびＸ線検出器を用いたＸ線回折装置により、管電流２００ｍＡ、管電圧４５ｋＶ、測定ステップ幅０．０１°、掃引速度２０°／ｍｉｎの条件で永久磁石の回折強度を測定した。Ｘ線回折プロファイルにおいて、２θ／θが４０°〜４３°の間に現れるピークのうち強度が最大のもの、すなわちＳｍ２Ｆｅ１７Ｎ３相に由来する（３０３）反射に対応するピークの強度をＩ（３０３）とした。２θ／θが４４°〜４５°の間に現れるピークのうち強度が最大のもの、すなわちα‐Ｆｅ相に由来する（１１０）反射に対応するピークの強度をＩ（１１０）とした。Ｉ（１１０）／｛Ｉ（１１０）＋Ｉ（３０３）｝の値を計算した。ピーク強度の値は、測定により得られたＸ線回折プロファイルからバックグラウンドの寄与を差し引いた後、ピーク角度でのカウント数として算出した。このとき、バックグラウンドの寄与は次のように見積もった。まず、測定した２θ／θの最小値およびから最大値におけるカウント数および、その間の角度におけるカウント数を、前の点から２θ／θが５°以上離れない間隔で任意の数だけ選ぶ。選ぶカウント数はピーク位置とは無関係な角度とする。次に、選んだ全ての測定点を通るようにβ‐スプライン法によってバックグラウンド関数を決定した。これをバックグラウンドとした。測定により得られたＸ線回折プロファイルからバックグラウンドを差し引いた。
【００４２】
得られた永久磁石の保磁力を振動試料型磁力計で測定した。
保磁力の測定は、放電プラズマ焼結前に配向させた磁化方向と平行な方向に外部磁場を
−１６００〜＋１６００ｋＡ／ｍまで印加した。保磁力の値は、磁場がプラス方向とマイ
【００４３】
ナス方向のそれぞれで永久磁石の磁化がゼロとなる磁場の絶対値の平均値として算出した。
【００４４】
（第２の実施形態）
第１の実施形態の永久磁石は、回転電機、例えばモータや発電機に用いることができる。
【００４５】
これら回転電機は、少なくともステータ（固定子）とロータ（回転子）で構成される。
【００４６】
図１に実施形態の永久磁石を用いた永久磁石モータを示す。
永久磁石モータ１は、ステータ（固定子）２、ロータ（回転子）３で構成される。ステータ２内にはロータ３が配置されている。ステータ２は、ロータ３を回転させる。ロータ３は鉄心４および実施形態の永久磁石５で構成される。永久磁石５の特性等に基づいて、永久磁石モータ１の高効率化や小型化、低コスト化等を図ることができる。
【００４７】
永久磁石モータ１は、モータの高出力とモータの小型化が求められるハイブリッド車や電気自動車等の車両用のモータに好適である。
【００４８】
図２に可変磁束モータを示す。
可変磁束モータ１１はステータ１２、ロータ１３で構成される。ステータ１２内にはロータ１３が配置されている。ロータ１３は、鉄心１４、固定磁石１５、可変磁石１６で構成される。固定磁石１５および可変磁石１６は、実施形態の永久磁石５が用いられる。固定磁石１５および可変磁石１６のうち少なくとも１つをロータ１３に用いればよい。
【００４９】
可変磁石１６の磁束密度（磁束量）は変えることができる。図２中のＤは可変磁石１６の磁化方向（ＳからＮに向かう方向）を示している。この可変磁石１６の磁化方向をＤ軸という。Ｄ軸の示す方向は可変磁石１６ごとに異なる。Ｄ軸と直交する方向をＱ軸という。可変磁石１６の磁束密度（磁束量）は、可変磁石１６の磁化方向（Ｄ軸方向）と直交するＱ軸方向に磁界を発生させるＱ軸電流の影響を受けない。可変磁石１６の磁束密度（磁束量）は、Ｄ軸方向に磁界を発生させるＤ軸電流によってのみ変化させることができる。
【００５０】
ロータ１３には、図示しない磁化巻線が設けられている。磁化巻線に電流を流すことで、その磁界が直接に可変磁石１６に作用する構造となっている。
【００５１】
可変磁束モータ１１は、小型の装置でも大きなトルクを出力することが可能である。可変磁束モータ１１は、モータの高出力とモータの小型化が求められるハイブリッド車や電気自動車等の車両用のモータに好適である。
【００５２】
図１の永久磁石モータ１および図２の可変磁石モータ１１は、回転電機である。
【００５３】
図３に発電機を示す。
発電機２１は、実施形態の永久磁石を用いたステータ２２、ロータ２３、タービン２４、シャフト２５、およびブラシ２６で構成される。ロータ２３は、シャフト２５を介してタービン２４と接続されている。タービン２４は、外部から供給される流体により回転する。タービン２４に代えて、自動車等の車両の回生エネルギー等の動的な回転を伝達することで、シャフト２５を回転させてもよい。シャフト２５は、ロータ２３に対してタービン２４とは反対側に配置された図示しない整流子と接続されている。ロータ２３の回転により発生した起電力が発電機２１の出力として、相分離母線および主変圧器を介して、系統電圧に昇圧されて送電される。ブラシ２６は、ロータ２３の帯電を放電させる。
【００５４】
発電機２１は、通常の発電機および可変磁束発電機のいずれであってもよい。ロータ２３では、タービン２４の静電気や発電に伴う軸電流による帯電が発生する。
【００５５】
次に、永久磁石とその評価結果を実施例ごとに述べる。
【００５６】
（実施例１）
原料をＳｍ（Ｃｒ０．０８Ｓｉ０．０３Ｆｅ０．８９）８．３の組成となるように所定の比率で調合する。原料を調合したものをアルゴンガス雰囲気中でアーク溶解して合金インゴットを作製した。
【００５７】
合金インゴットをアルゴンガス雰囲気中にて約１０００℃で約３日間熱処理する。その後、乳鉢で合金インゴットを粉砕し合金粉末を得た。合金粉末を目開き２５μｍのふるいでふるい分けした。合金粉末を約１気圧の窒素ガス雰囲気中、７００℃で４時間熱処理することで、目的とする永久磁石の材料粉末を得た。得られた材料粉末を磁場中で配向プレスしながら金型に充填した後、材料粉末に圧力１．０ＧＰａ、焼結温度６００℃、昇温速度２０℃／ｍｉｎの条件で放電プラズマ焼結を施して永久磁石を得た。
【００５８】
表１に実施例１の永久磁石の組成と昇温速度を示す。
【００５９】
表１にはさらに後述する実施例で作製された永久磁石の組成と昇温速度を示す。
【００６０】
図４に本実施例による永久磁石のＸ線回折測定プロファイルを示す。
【００６１】
図４は上から、測定されたデータのプロファイル、バックグラウンドのプロファイル、測定されたデータからバックグラウンドを差し引いたプロファイルである。図４のプロファイルから、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３相に由来する（３０３）反射に対応するピークの強度をＩ（３０３）とα‐Ｆｅ相に由来する（１１０）反射に対応するピークの強度をＩ（１１０）が確認される。
【００６２】
表２に実施例１で作製された永久磁石における、密度、Ｉ（１１０）／｛Ｉ（１１０）＋Ｉ（３０３）｝の値、および保磁力の値を示す。
【００６３】
表２にはさらに後述する実施例で作製された永久磁石における、密度、Ｉ（１１０）／（Ｉ（３０３）＋Ｉ（１１０））の値、および保磁力の値を示す。
【００６４】
上述したように、永久磁石の熱分解を抑えてＩ（１１０）／｛Ｉ（１１０）＋Ｉ（３０３）｝の値を０．０５以下とした。さらに、密度が６．５ｇ／ｃｍ３以上となるＳｍ‐（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｓｉ）‐Ｎ系の永久磁石が得られた。
【００６５】
（実施例２〜１８）
表１に示す組成となるように、原料を所定の比率で調合した。実施例２〜１８において、実施例１の場合と同様の方法で永久磁石を作製した。得られた永久磁石の特性を実施例１の場合と同様に評価した。
【００６６】
表２に実施例２〜１８の永久磁石における、密度、Ｉ（１１０）／｛Ｉ（１１０）＋Ｉ（３０３）｝の値、および保磁力の値を示す。
【００６７】
（実施例１９）
表１に示す組成となるように、原料を所定の比率で調合した。実施例１９において、放電プラズマ焼結時の昇温速度を１０℃／ｍｉｎとした。放電プラズマ焼結時の昇温速度以外の条件は、実施例１の場合と同様の方法で永久磁石を作製した。得られた永久磁石の特性を実施例１の場合と同様に評価した。
【００６８】
表２に実施例２〜１８の永久磁石における、密度、Ｉ（１１０）／｛（Ｉ（１１０）＋Ｉ（３０３）｝の値、および保磁力の値を示す。
【００６９】
（比較例１）
表１に示す組成となるように、原料を所定の比率で調合した。比較例１において、放電プラズマ焼結時の昇温速度を４０℃／ｍｉｎとした。放電プラズマ焼結時の昇温速度以外の条件は、実施例１の場合と同様の方法で永久磁石を作製した。得られた永久磁石の特性を実施例１の場合と同様に評価した。
【００７０】
表２に実施例２〜１８の永久磁石における、密度、Ｉ（１１０）／｛Ｉ（１１０）＋Ｉ（３０３）｝の値、および保磁力の値を示す。
【００７１】
（比較例２および比較例３）
表１に示す組成となるように、原料を所定の比率で調合した。原料を調合したものをアルゴンガス雰囲気中でアーク溶解して合金インゴットを作製した。合金インゴットをアルゴンガス雰囲気中で、約１０００℃で約３日間熱処理した。乳鉢で合金インゴットを粉砕し合金粉末を得た。合金粉末を目開き２５μｍのふるいでふるい分けした。合金粉末を約１気圧の窒素ガス雰囲気中で、５５０℃で４時間熱処理することで、永久磁石の材料粉末を得た。比較例２において、材料粉末を磁場中で配向プレスしながら金型に充填した後、圧力１．０ＧＰａ、４００℃、昇温速度２０℃／ｍｉｎの条件で放電プラズマ焼結を施して、永久磁石を得た。比較例３において、材料粉末を磁場中で配向プレスしながら金型に充填した後、圧力１．０ＧＰａ、４５０℃、昇温速度２０℃／ｍｉｎの条件で放電プラズマ焼結を施して、永久磁石を得た。
【表１】
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【表２】
0006596370.tif 000003
【００７２】
表２に比較例２および比較例３の永久磁石における、密度、Ｉ（１１０）／｛Ｉ（１１０）＋Ｉ（３０３）｝の値、および保磁力の値を示す。
【００７３】
表２から、実施例１〜１９の永久磁石は、いずれも６．５ｇ／ｃｍ３以上の高い密度を有する。表２から、実施例１〜１９の永久磁石は、Ｉ（１１０）／｛Ｉ（１１０）＋Ｉ（３０３）｝の値が極めて小さく、ほぼ均質なＲＮｘ（Ｍ，Ｃｒ，Ｓｉ）１７相からなる永久磁石であることが確認された。実施例１〜１９の永久磁石は、生成したα‐Ｆｅ相が比較例１〜３と比べて少ないため、８００〜１０００ｋＡ／ｍの高い保磁力が得られることも確認された。実施例１〜１９の永久磁石の残留磁化は、０．９〜１．１Ｔであった。
【００７４】
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】
【００７５】
１  永久磁石モータ
２  ステータ
３  ロータ
４  鉄心
５  永久磁石
１１  可変磁束モータ
１２  ステータ
１３  ロータ
１４  鉄心
１５  固定磁石
１６  可変磁石
２１  発電機
２２  ステータ
２３  ロータ
２４  タービン
２５  シャフト
２６  ブラシ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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