(57)【要約】【課題】  複数の永久磁石素片が絶縁膜を介して一体化されてなる永久磁石において、絶縁膜による磁石特性の低減が少なく、かつ、漏洩電流による発熱不良を抑制する手段を提供する。【解決手段】  複数の永久磁石素片が、前記永久磁石素片を互いに電気的に絶縁するための絶縁膜を介して一体化されてなる永久磁石であって、前記絶縁膜の膜厚ｄ（ｍ）と前記絶縁膜の体積抵抗率ρｒ（Ωｍ）との積を、前記永久磁石素片の体積抵抗率ρｍ（Ωｍ）で除した値として定義される被覆抵抗Ｈ（＝ｄ×ρｒ÷ρｍ）と、前記永久磁石素片の板厚ｔ（ｍｍ）とが、Ｈ≧２３０００×ｔ−１を満たすことを特徴とする、永久磁石である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の永久磁石素片が、前記永久磁石素片を互いに電気的に絶縁するための絶縁膜を介して一体化されてなる永久磁石であって、
前記絶縁膜の膜厚ｄ（ｍ）と前記絶縁膜の体積抵抗率ρｒ（Ωｍ）との積を、前記永久磁石素片の体積抵抗率ρｍ（Ωｍ）で除した値として定義される被覆抵抗Ｈ（＝ｄ×ρｒ÷ρｍ）と、前記永久磁石素片の板厚ｔ（ｍｍ）とが、Ｈ≧２３０００×ｔ−１を満たすことを特徴とする、永久磁石。
【請求項２】
前記絶縁膜の膜厚ｄと前記永久磁石素片の板厚ｔとが、ｄ≦０．１０ｔを満たすことを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石。
【請求項３】
前記永久磁石素片が希土類磁石であることを特徴とする、請求項１または２に記載の永久磁石。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の永久磁石を用いてなるモーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機器、電子部品、電子機器、モーター等に使用される永久磁石に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石式回転機器には、電気抵抗値が高いフェライト永久磁石が主に使用されてきたが、近年の回転機の高性能化にともない、より高性能な希土類永久磁石の使用頻度が増加している。
【０００３】
しかし、希土類永久磁石は金属磁石であるために電気抵抗が低い。このため、回転機器等に組み込んだ場合、渦電流損失が増大し、モーター効率が低下する問題が生じる。また、温度上昇により磁石性能が低下するという問題がある。
【０００４】
以上の点を鑑み、希土類磁石材料の渦電流損失を低減するため、永久磁石を、複数の磁石素片からなる構成とし、各磁石素片を絶縁することによって、電気抵抗を高める試みがいくつか提案されている。特許文献１には、互いに絶縁された複数の永久磁石の薄板を積層させた永久磁石が開示されている。また、特許文献２および特許文献３には、複数の磁石素片を、互いに絶縁されるように、磁界と平行に配置した永久磁石が開示されている。
【０００５】
しかしながら、複数の磁石素片が絶縁材を介して結合してなる永久磁石を作製する場合、絶縁材が厚すぎると、磁石成分が少なくなるため磁石の磁力が低下する。一方、絶縁材が薄すぎると、絶縁が不完全となり、漏洩電流が発生する虞がある。発熱は、（電流）２×（体積抵抗率）に比例するため、僅かな漏洩電流でも、絶縁材の異常な発熱を引き起こす虞がある。このような、絶縁不良による発熱不良品は、磁石の大量生産時に発生し易く、品質安定の観点から改善が必要であった。
【特許文献１】特開平４−７９７４１号公報
【特許文献２】特開平６−７０５２０号公報
【特許文献３】特開２００１−２５１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、複数の永久磁石素片が絶縁膜を介して一体化されてなる永久磁石において、絶縁膜による磁石特性の低減が少なく、かつ、漏洩電流による発熱不良を抑制する手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数の永久磁石素片が、前記永久磁石素片を互いに電気的に絶縁するための絶縁膜を介して一体化されてなる永久磁石であって、前記絶縁膜の膜厚ｄ（ｍ）と前記絶縁膜の体積抵抗率ρｒ（Ωｍ）との積を、前記永久磁石素片の体積抵抗率ρｍ（Ωｍ）で除した値として定義される被覆抵抗Ｈ（＝ｄ×ρｒ÷ρｍ）と、前記永久磁石素片の板厚ｔ（ｍｍ）とが、Ｈ≧２３０００×ｔ−１を満たすことを特徴とする、永久磁石である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の永久磁石は、絶縁膜による磁石特性の低下が少なく、高い磁石特性が維持され、かつ、漏洩電流による発熱不良の発生が効果的に抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
電磁気学の法則は、周期的磁場中におかれた磁石内に誘導される渦電流は、磁石の磁場方向に垂直な断面積が大きいほど、大きくなることを示している。従って、磁石を絶縁膜で分断して渦電流を抑制する場合、磁石を絶縁する絶縁膜には、磁石の断面積に応じて、満たすべき絶縁性が異なることが予想される。つまり、磁石の断面積に応じて、好適な絶縁性を有する絶縁膜が形成されるべきと考えられる。
【００１０】
本発明者らは、磁石の断面積と絶縁膜の絶縁性との関係について調査すべく、高分子化合物からなる絶縁膜で絶縁された種々の板厚の磁石を作製し、一定の周期的磁場中での発熱量を比較した。その結果、渦電流の抑制に関する、磁石の断面積と絶縁膜の絶縁性との関係を見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、隣接する永久磁石素片を絶縁する絶縁膜の膜厚をｄ（ｍ）、絶縁膜の体積抵抗率をρｒ（Ωｍ）、永久磁石素片の体積抵抗率をρｍ（Ωｍ）としたとき、Ｈ＝ｄ×ρｒ÷ρｍで表される被覆抵抗Ｈと、永久磁石素片の板厚ｔ（ｍｍ）とが、Ｈ≧２３０００×ｔ−１を満たすように、永久磁石を設計する。好ましくは、Ｈ≧６１５００×ｔ−１．１を満たすように永久磁石を設計する。前記関係を満たすように永久磁石を設計することによって、絶縁膜によって絶縁された永久磁石素片からなる永久磁石における渦電流損失が効果的に抑制される。
【００１１】
また、絶縁膜の膜厚ｄ（ｍ）と、永久磁石素片の板厚ｔ（ｍｍ）とが、好ましくはｄ≦０．１０ｔ、より好ましくはｄ≦０．０５ｔ、さらに好ましくはｄ≦０．０２ｔを満足する。絶縁膜の膜厚ｄと永久磁石素片の板厚ｔとが、このような関係を満足するように永久磁石を設計することによって、磁石特性の低下を最小限に留めることが可能である。
【００１２】
以下、本発明の永久磁石について詳細に説明する。
【００１３】
本発明の永久磁石は、複数の永久磁石素片からなる。永久磁石素片とは、永久磁石を構成する複数の磁石であり、複数の永久磁石素片は、永久磁石素片を互いに電気的に絶縁するための絶縁膜を介して一体化され、永久磁石を構成している。
【００１４】
永久磁石および永久磁石素片の形状については、特に限定されない。永久磁石が適用される部位に応じて、永久磁石の形状は決定されればよい。例えば、自動車のモーターに適用される場合には、モーターの大きさや形状に合わせて、永久磁石の大きさや形状が決定されればよい。
【００１５】
永久磁石の種類については、特に限定されず、各種金属磁石に適用可能であるが、好ましくは、本発明の永久磁石素片は希土類磁石である。絶縁膜によって、多少は磁石の磁力が低下してしまうので、希土類磁石のような磁力が強靭な磁石を用いることによって、絶縁膜による磁石特性の低下を最小限に抑制可能である。ただし、磁力がそれほど求められない用途に用いる場合など、特別の理由が存在するのであれば、希土類磁石以外の磁石を用いてもよく、このような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれうる。
【００１６】
希土類磁石としては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石が挙げられる。希土類磁石を構成する主要元素は、必要に応じて、他の元素によって置換されてもよい。例えば、Ｎｄの一部は、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｔｂなどによって置換されてもよいし、Ｆｅの一部はＣｏによって置換されてもよい。
【００１７】
永久磁石の形状は、前述のように特に限定されないが、本発明においては、永久磁石素片の板厚ｔ（ｍｍ）および永久磁石素片の体積抵抗率ρｍ（Ωｍ）が、前述の規定を満たすように設計される。
【００１８】
永久磁石素片の板厚ｔ（ｍｍ）とは、永久磁石に対して外部から印加される周期的磁場に垂直な方向の磁石断面における、永久磁石素片の短辺の長さを意味する。特許文献２の図２に開示されている永久磁石のように、永久磁石素片の短辺が、永久磁石の中心軸側と外部側とで異なる場合には、その平均値を意味する。また、永久磁石素片の断面が、周期的磁場の方向に変化している場合には、その平均値を意味する。永久磁石素片の板厚ｔは、通常の測定手段によって測定すればよい。組みあがっている永久磁石について、板厚ｔを測定してもよいし、組みあがっている磁石を分解して、板厚ｔを測定してもよい。
【００１９】
板厚ｔは、厚すぎると切断により生じる効果が乏しくなる虞があり、薄すぎると切断加工費が増加する虞がある。このため、板厚ｔは、好ましくは０．５ｍｍ〜５０ｍｍ、より好ましくは１．０ｍｍ〜２０ｍｍである。
【００２０】
永久磁石素片の体積抵抗率ρｍ（Ωｍ）は、永久磁石素片における電流の流れにくさを示す指標であり、単位断面積を持つ材料の電気抵抗値として定義される。体積抵抗率が高いほど絶縁性が高い。体積抵抗率は、ＪＩＳ  Ｋ６９１１などの公知の測定方法に準拠して測定されうる。特に限定されないが、永久磁石素片の体積抵抗率ρｍは、通常は、０．５×１０−４〜２．５×１０−４μΩｍ程度である。
【００２１】
永久磁石素片間に配置される絶縁膜としては、電気伝導性の低い、セラミックス、エポキシ樹脂やビニル樹脂などの高分子樹脂、無機皮膜などが用いられうる。ただし、これらに限定されるわけではなく、永久磁石素片間を絶縁可能であり、本発明において規定する条件を満足する材料であれば、他の材料が用いられてもよい。
【００２２】
絶縁膜の形状は、特に限定されないが、少なくとも、隣接する永久磁石素片間には、絶縁膜が存在し、永久磁石素片が絶縁膜によって絶縁される。本発明においては、絶縁膜の膜厚ｄ（ｍ）および絶縁膜の体積抵抗率ρｒ（Ωｍ）が、前述の規定を満たすように設計される。
【００２３】
絶縁膜の膜厚ｄ（ｍ）は、隣接する永久磁石素片間に存在する絶縁膜の厚さを意味する。絶縁膜の厚さは、使用する絶縁材の質量を調節することによって制御可能である。可能であれば、所定の厚さの絶縁膜を永久磁石素片の表面に付着させてもよい。絶縁膜の膜厚ｄは、絶縁膜を電子顕微鏡などの顕微鏡で観察することによって、測定されうる。絶縁膜の膜厚ｄは、安定した絶縁性能を発現させるためには、均一であることが好ましいが、絶縁性能に影響が出ない程度であれば、多少の変化があってもよい。膜厚ｄが不均一である場合には、絶縁膜の膜厚ｄは、平均値が採用される。平均値は、例えば、９等分された面内をそれぞれ測定し、それらの平均を算出することによって求めてもよいし、用いる絶縁膜の質量から平均膜厚を算出してもよい。特に限定されないが、絶縁膜の膜厚ｄは、通常は、０．０１〜０．１ｍｍ程度である。
【００２４】
絶縁膜の体積抵抗率ρｒ（Ωｍ）は、永久磁石素片の体積抵抗率ρｍ（Ωｍ）と同様、絶縁膜における電流の流れにくさを示す指標であり、単位断面積を持つ材料の電気抵抗値として定義される。体積抵抗率は、ＪＩＳ  Ｋ６９１１などの公知の測定方法に準拠して測定されうる。特に限定されないが、絶縁膜の体積抵抗率ρｍは、通常は、１０５〜１０１５Ωｍ程度である。
【００２５】
本発明の永久磁石の用途は、特に限定されないが、モーターに適用されうる。本発明の永久磁石は、渦電流の発生が抑制され、その上、高い磁石性能を有する。このため、本発明の永久磁石を用いて製造されたモーターを利用すれば、モーターの連続出力を高めることが容易に可能であり、中から大出力のモーターとして好適といえる。また、本発明の永久磁石を用いたモーターは、磁石特性が優れるため、製品の小型軽量化が図れる。例えば、自動車用部品に適用した場合には、車体の軽量化に伴う燃費の向上が可能である。さらに、特に電気自動車やハイブリッド電気自動車の駆動用モーターとしても有効である。これまではスペースの確保が困難であった場所にも駆動用モーターを搭載することが可能となり、電気自動車やハイブリッド自動車の汎用化に寄与すると考えられる。
【実施例】
【００２６】
以下、永久磁石素片としてのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類焼結磁石を、絶縁膜としての高分子樹脂膜で接着して構成された永久磁石について、各パラメータと電池特性との相関性を示す。
【００２７】
＜実験例１＞
２０×２０×５ｍｍのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類焼結磁石（Ｂｒ：１３．５ｋＧ、ｉＨｃ：１６．５ｋＯｅ、体積抵抗率ρｍ：０．０００００２Ωｍ）を、２０×２０ｍｍの面に垂直な方向に２分割した。分割された永久磁石素片を、絶縁膜として作用するエポキシ樹脂（体積抵抗率ρｍ：１．０×１０１３Ωｍ）を用いて接着することによって、１０×２０×５ｍｍの２つの永久磁石素片が、絶縁膜を介して一体化された永久磁石を得た。使用されるエポキシ樹脂の質量を調節することによって、絶縁膜の厚さを０．０１μｍに制御した。絶縁膜の厚さは、電子顕微鏡によって組織観察をすることによって、測定された。
【００２８】
作製した永久磁石を、磁場強度０．１Ｔ、周波数１０００Ｈｚの周期的磁場中で１０分間放置し、その際の温度変化および発熱量を観察した。発熱量は、絶縁膜が配置されていない、同様の大きさの永久磁石における発熱量を１とし、この発熱量に対する相対発熱量として評価した。なお、磁場は、２０×２０ｍｍの面に垂直な方向に印加した。従って、永久磁石素片の板厚ｔは１０ｍｍである。条件および評価結果について、表１に示す。
【００２９】
また、得られた永久磁石の残留磁化Ｂｒ、および保磁力ｉＨｃを、ＢＨトレーサーを用いて測定した。絶縁膜の膜厚ｄを永久磁石素片の板厚ｔで除した値とともに、表２に示す。また、残留磁化Ｂｒは、分割されていないＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類焼結磁石のＢｒを基準として、どの程度のＢｒが残留しているかをパーセントで示した。
【００３０】
＜実験例２〜３８＞
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類焼結磁石の分割数（２、４、５、または１０分割）、絶縁膜として用いられる高分子樹脂の種類（ポリビニル樹脂、またはエポキシ樹脂）、絶縁膜の膜厚を、表１および表２に示すように変化させて、実験例１と同様の手順により種々の永久磁石を得た。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
【表２】
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【００３３】
図１は、横軸にＨ＝ｄ×ρｒ÷ρｍで表される被覆抵抗Ｈを、縦軸に相対発熱量をとり、作製した永久磁石の一部のデータをプロットしたグラフである。図１に示すように、被覆抵抗Ｈを大きくすると、発熱量は磁石の板厚ｔによって決まる値に収束する。つまり、渦電流の発生による発熱を抑制するためには、板厚ｔによって決定される所定の値以上の被覆抵抗Ｈを有していればよい。例えば、板厚ｔ＝２ｍｍの場合には、被覆抵抗Ｈは、１０４（ｍ）程度あれば充分であり、被覆抵抗Ｈがこの値以上となるように永久磁石を設計すればよい。
【００３４】
図２は、横軸に板厚ｔ、縦軸に被覆抵抗Ｈをとり、作製した永久磁石の一部のデータをプロットしたグラフである。図２において、◎は「サンプルの相対発熱量＜その板厚における相対発熱量の下限値＋０．０１」である試料を示し、○は「その板厚における相対発熱量の下限値＋０．０１＜サンプルの相対発熱量＜その板厚における相対発熱量の下限値＋０．０２」である試料を示し、×は「その板厚における相対発熱量の下限値＋０．０２＜サンプルの相対発熱量」である試料を示す。図２に示すように、相対発熱量を収束させるためには、「Ｈ≧２３０００×ｔ−１」を満足すればよく、好ましくは、「Ｈ≧６１５００×ｔ−１．１」を満足すればよいことがわかる。
【００３５】
また、磁石特性を向上させる観点からは、表２に示すように、膜厚ｄと板厚ｔとがｄ≦０．１０ｔを満たす、即ち、ｄ／ｔが０．１以下であることが好ましい。表２に示すように、ｄ≦０．１０ｔを満足する永久磁石は、残留磁化が９０％以上と高い磁気特性が維持されている。また、ｄ≦０．０５ｔを満足する永久磁石は、残留磁化が９５％以上であり、ｄ≦０．０２ｔを満足する永久磁石は、残留磁化が９８％以上であった。
【００３６】
＜大量生産適合性評価＞
本発明の永久磁石の大量生産適合性を評価するため、２０×２０×５ｍｍのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類永久磁石（Ｂｒ：１３．５ｋＧ、ｉＨｃ：１６．５ｋＯｅ）を、２０×２０ｍｍの面に垂直な方向に５分割した。分割された永久磁石素片を、本発明で定める規定（Ｈ≧２３０００×ｔ−１）に合致するように絶縁膜を介して貼りあわせ、１００個の永久磁石を作製した。また、従来用いられていた手法にそって、１００個の絶縁膜によって渦電流の発生が防止された永久磁石を作製した。
【００３７】
製造された永久磁石について、周期的磁場中で放置し、その際の発熱量を観察した。図３は、本発明の永久磁石を製造した場合における相対発熱量の分布、および従来の永久磁石を製造した場合における相対発熱量の分布を示すグラフである。相対発熱量が０．０２以下である永久磁石を合格とし、０．０２を上回る相対発熱量を示した永久磁石は不良品と判定した。図３から明らかなように、本発明の永久磁石は不良品の発生率が低く、大量生産にも適している。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】横軸にＨ＝ｄ×ρｒ÷ρｍで表される被覆抵抗Ｈを、縦軸に相対発熱量をとり、作製した永久磁石の一部のデータをプロットしたグラフである。
【図２】横軸に板厚ｔ、縦軸に被覆抵抗Ｈをとり、作製した永久磁石の一部のデータをプロットしたグラフである。
【図３】本発明の永久磁石を製造した場合における相対発熱量の分布、および従来の永久磁石を製造した場合における相対発熱量の分布を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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