(57)【要約】【課題】システム制御が簡易であり、磁石の磁力を変化させるために一時停止する必要がないモータを得る。【解決手段】  モータ用磁石およびコイルを有するモータである。モータ用磁石において、Ｔ１（℃）における残留磁束密度をＢｒ１（ｍＴ）、Ｔ２（℃）における残留磁束密度をＢｒ２（Ｔ２）、Ｔ３（℃）における残留磁束密度をＢｒ３（ｍＴ）とする。Ｔ１＝２３，Ｔ２＝６０，Ｔ３＝１８０とする。基準温度をＴ１（℃）とし、対象温度をＴ２（℃）とした場合の温度係数をα２（％／℃）とする。基準温度をＴ１（℃）とし、対象温度をＴ３（℃）とした場合の温度係数をα３（％／℃）とする。α２＝［｛（Ｂｒ２−Ｂｒ１）／Ｂｒ１｝／（Ｔ２−Ｔ１）］×１００≧−０．１０であり、α３＝［｛（Ｂｒ３−Ｂｒ１）／Ｂｒ１｝／（Ｔ３−Ｔ１）］×１００≦−０．１２である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ用磁石およびコイルを有するモータであり、
前記モータ用磁石において、Ｔ１（℃）における残留磁束密度をＢｒ１（ｍＴ）、Ｔ２（℃）における残留磁束密度をＢｒ２（Ｔ２）、Ｔ３（℃）における残留磁束密度をＢｒ３（ｍＴ）とし、
Ｔ１＝２３，Ｔ２＝６０，Ｔ３＝１８０とし、
基準温度をＴ１（℃）とし、対象温度をＴ２（℃）とした場合の温度係数をα２（％／℃）、基準温度をＴ１（℃）とし、対象温度をＴ３（℃）とした場合の温度係数をα３（％／℃）とした場合において、
α２＝［｛（Ｂｒ２−Ｂｒ１）／Ｂｒ１｝／（Ｔ２−Ｔ１）］×１００≧−０．１０
α３＝［｛（Ｂｒ３−Ｂｒ１）／Ｂｒ１｝／（Ｔ３−Ｔ１）］×１００≦−０．１２
であることを特徴とするモータ。
【請求項２】
Ｂｒ１≧１３００ｍＴである請求項１記載のモータ。
【請求項３】
Ｂｒ２≧１２５０ｍＴである請求項１または２に記載のモータ。
【請求項４】
Ｂｒ３≦１１００ｍＴである請求項１〜３のいずれかに記載のモータ。
【請求項５】
前記モータ用磁石がＲ−Ｔ−Ｂ系磁石である請求項１〜４のいずれかに記載のモータ。
【請求項６】
前記ＲにＮｄが含まれ、前記ＴにＦｅが含まれる請求項５に記載のモータ。
【請求項７】
前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石全体を１００ｗｔ％としてＳｉの含有量が０〜０．４ｗｔ％（０を含む）である請求項５または６に記載のモータ。
【請求項８】
ＩＰＭモータである請求項１〜７のいずれかに記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、モータ中の磁石の磁力を変化させる可変磁束ドライブシステムが開示されている。このシステムにより、システム全体の効率を向上させ、広い速度範囲に対応できる。
【０００３】
しかし、特許文献１に記載されているシステムは制御が複雑である。さらに、磁石の磁力を変化させるために一定以上の磁場が必要であり、それに対応する電流をコイルに流すことになる。そのためには、コイルに対する磁石の位置を決定させる目的で、モータを一度停止させる必要がある。また、磁石の磁化を変化させるためには大きな磁場が必要であり、そのためのコイルや電源も大がかりなものとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０２９１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、システム制御が簡易であり、磁石の磁力を変化させるために一時停止する必要がないモータを得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係るモータは、
モータ用磁石およびコイルを有するモータであり、
Ｔ１（℃）における残留磁束密度をＢｒ１（ｍＴ）、Ｔ２（℃）における残留磁束密度をＢｒ２（Ｔ２）、Ｔ３（℃）における残留磁束密度をＢｒ３（ｍＴ）とし、
Ｔ１＝２３，Ｔ２＝６０，Ｔ３＝１８０とし、
基準温度をＴ１（℃）とし、対象温度をＴ２（℃）とした場合の温度係数をα２（％／℃）、基準温度をＴ１（℃）とし、対象温度をＴ３（℃）とした場合の温度係数をα３（％／℃）とした場合において、
α２＝［｛（Ｂｒ２−Ｂｒ１）／Ｂｒ１｝／（Ｔ２−Ｔ１）］×１００≧−０．１０
α３＝［｛（Ｂｒ３−Ｂｒ１）／Ｂｒ１｝／（Ｔ３−Ｔ１）］×１００≦−０．１２
であることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るモータは上記の構成を有することで、システム制御が簡易であり、磁石の磁力を変化させるために一時停止する必要がない。
【０００８】
Ｂｒ１≧１３００ｍＴであることが好ましい。
【０００９】
Ｂｒ２≧１２５０ｍＴであることが好ましい。
【００１０】
Ｂｒ３≦１１００ｍＴであることが好ましい。
【００１１】
前記モータ用磁石がＲ−Ｔ−Ｂ系磁石であることが好ましい。
【００１２】
前記ＲにＮｄが含まれ、前記ＴにＦｅが含まれることが好ましい。
【００１３】
前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石全体を１００ｗｔ％としてＳｉの含有量が０〜０．４ｗｔ％（０を含む）であることが好ましい。
【００１４】
本発明に係るモータはＩＰＭモータであることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係るＩＰＭモータの概略図である。
【図２】本実施例におけるＢｒ温度係数とトルク比との関係を表すグラフである。
【図３】本実施例におけるＢｒ温度係数と効率比との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態に係るモータであるＩＰＭモータ１は、回転子４，固定子５およびシャフト６からなる。ＩＰＭとは、Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔの略であり、ＩＰＭモータとは磁石埋込構造を有するモータのことである。
【００１８】
ＩＰＭモータ１では、永久磁石２が回転子鉄心４ａ内部のスロット（図示せず）に埋め込まれた回転子４と、固定子鉄心５ａおよびコイル３を有する固定子５とが、固定子と回転子との間の空隙７を介して配置されている。
【００１９】
本実施形態では、スロットとは永久磁石２を回転子鉄心４ａに埋め込むために回転子鉄心４ａに設けられる空間を指す。回転子４は永久磁石２と回転子鉄心４ａとを含み、固定子５はコイル３および固定子鉄心５ａを含む。
【００２０】
また、熱制御の観点からは、永久磁石２と回転子鉄心４ａとの間にエアギャップを設けることが好ましい。しかし、永久磁石２と回転子鉄心４ａとを全く接触させないことは困難である。
【００２１】
また、永久磁石２を回転子鉄心４ａに固定することが好ましい。永久磁石２を回転子鉄心４ａに固定しない場合には、モータの使用時に永久磁石２が動いてしまう。この場合、永久磁石２と回転子鉄心４ａとの接触の態様が変化する。これにより永久磁石２と回転子鉄心４ａとの間の抵抗が変化してしまい、後述する渦電流にバラツキが生じてしまう。そして、渦電流による発熱にバラツキが生じ、磁石温度を制御しにくくなる。永久磁石２の回転子鉄心４ａへの固定方法に特に制限はないが、永久磁石２と回転子鉄心４ａとの間の空間に樹脂を充填して固定することが好ましい。また、永久磁石２と回転子鉄心４ａとの間の抵抗は１０Ω以下とすることが好ましい。この場合には、後述する渦電流を積極的に発生させ、磁石温度を適切に制御しやすくなる。
【００２２】
永久磁石２の配置には特に制限はなく、モータ特性により決定すればよい。温度制御の観点からは、比較的温度が低くなる部分に永久磁石２を設置することが好ましい。例えばシャフト６側から冷却する場合には、シャフト６に近い部分に永久磁石２を配置することが好ましい。固定子５側から冷却する場合には、固定子５に近い部分に永久磁石２を配置することが好ましい。また、図１に図示するように回転子４の内部で永久磁石２をＶ字に配置すると、永久磁石２に生じた熱がシャフト６および固定子５の両方に伝わりやすくなるため好ましい。
【００２３】
また、回転子鉄心４ａに設けられる１つのスロットに挿入される永久磁石２は１個でなくともよい。複数個の永久磁石２を１つのスロットに挿入してもよい。１つのスロット内に隣接して挿入されている永久磁石２間の抵抗は１０Ω以下とすることが好ましい。この場合には、後述する渦電流を積極的に発生させ、磁石温度を適切に制御しやすくなる。また、永久磁石２の形状には特に制限はないが、複数の磁石が互いに接する面積を広くすることができる形状が好ましい。さらにコストの面も考慮すると、直方体が好ましい。
【００２４】
また、回転子鉄心４ａは珪素鋼板からなることが好ましい。珪素鋼板を用いる場合には、珪素鋼板にスロットとなる穴を設けて複数枚を重ねあわせることにより回転子鉄心４ａを作製することができる。この場合の珪素鋼板の厚さは１枚あたり０．２５〜０．５ｍｍとすることが温度制御を容易にする観点から好ましい。
【００２５】
従来、永久磁石の磁化によるマグネットトルクに加えて回転子鉄心の磁化によるリラクタンストルクを利用することが出来るＩＰＭモータでは、マグネットトルクは低速回転の場合には有用だが、高速回転の場合には逆にトルク低下の原因となってしまう。これは、高速回転時には、永久磁石の磁力が固定子のコイルに発生させる逆起電力が大きくなってしまうためである。さらに、逆起電力を打ち消すためには逆磁界をかける必要が生じる。この逆磁界によりモータの効率が低下する。
【００２６】
しかし、以下に示す本実施形態に係るＩＰＭモータでは、広い温度範囲および回転数範囲において、トルクおよび効率を向上させることができる。
【００２７】
本実施形態に係るＩＰＭモータ１は、永久磁石２として残留磁束密度の温度係数が所定の範囲内にあるＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を用いることで、トルクおよび効率を向上させることができる。
【００２８】
具体的には、以下の関係を有する永久磁石２を用いる。
【００２９】
Ｔ１（℃）における永久磁石２の残留磁束密度をＢｒ１（ｍＴ）、Ｔ２（℃）における永久磁石２の残留磁束密度をＢｒ２（Ｔ２）、Ｔ３（℃）における永久磁石２の残留磁束密度をＢｒ３（ｍＴ）とする。そして、Ｔ１＝２３，Ｔ２＝６０，Ｔ３＝１８０とする。基準温度をＴ１（℃）、対象温度をＴ２（℃）とした場合の永久磁石２の温度係数をα２（％／℃）とする。基準温度をＴ１（℃）、対象温度をＴ３（℃）とした場合の前記磁石の温度係数をα３（％／℃）とする。この場合において、
α２＝［｛（Ｂｒ２−Ｂｒ１）／Ｂｒ１｝／（Ｔ２−Ｔ１）］×１００≧−０．１０
α３＝［｛（Ｂｒ３−Ｂｒ１）／Ｂｒ１｝／（Ｔ３−Ｔ１）］×１００≦−０．１２
を満たす永久磁石２を用いる。
【００３０】
ここで、永久磁石２は、α２≧−０．１０であるので、６０℃での温度特性が優れており低温での通常の用途に用いる場合でも優れている磁石である。しかし、永久磁石２はα３≦−０．１２であるので、２３℃での残留磁束密度と比較して１８０℃での残留磁束密度の低下幅が大きい。すなわち、永久磁石２は、高温での残留磁束密度が低く、高温での通常の用途には適さないと考えられる磁石である。
【００３１】
本実施形態に係るＩＰＭモータ１に用いられる永久磁石２は、上記の通り、６０℃での温度特性が優れているが、１８０℃での温度特性が劣る磁石である。すなわち、高温での通常の用途には適さないと考えられる磁石である。このような永久磁石２を用いることで、本実施形態に係るＩＰＭモータ１は、低温（６０〜８０℃）かつ低速での使用時のみならず、高温（１５０〜２００℃）かつ高速での使用時においてもトルクおよび効率が優れたＩＰＭモータ１となる。すなわち、上記のような高温での通常の用途には適さないと考えられる永久磁石２を用いることで、幅広い温度および回転数でトルクおよび効率が優れたＩＰＭモータ１となる。
【００３２】
また、Ｂｒ１≧１３００ｍＴであることが好ましい。Ｂｒ２≧１２５０ｍＴであることが好ましい。Ｂｒ３≦１１００ｍＴであることが好ましい。さらに、Ｔ３での比透磁率μｒが１．０３以上であることが本発明の効果を、実際のモータの動作点で発揮させることができるため、好ましい。なお比透磁率μｒは、磁石特性を磁場に対する磁束の減磁曲線において、ｃｇｓ単位系で表したときの第２象限での傾きである。
【００３３】
本願では、低速とは回転数が最高回転数の５０％以下である場合を指し、高速とは回転数が最高回転数の８０％以上である場合を指す。なお、ＥＶ用モータおよびＨＥＶ用モータとしては、最高回転数が６０００〜２００００ｒｐｍのモータがよく用いられている。また、洗濯機用モータとしては、最高回転数が２０００ｒｐｍ前後のモータがよく用いられている。
【００３４】
上記の構成を有する永久磁石２を用いることで、幅広い温度範囲および回転数範囲でトルクおよび効率が向上するメカニズムは以下に示すメカニズムであると本発明者らは考えている。
【００３５】
まず、ＩＰＭモータ１では永久磁石２に起因するマグネットトルクと磁気回路設計に起因するリラクタンストルクとを使用して回転子４を回転させる。低速回転時においては、後述する逆起電力が小さいため、マグネットトルクが高いほど全体のトルクが高くなる。しかし、高速回転時においては、マグネットトルクが高いほど、永久磁石２の磁力が固定子５のコイル３に発生させる逆起電力が大きくなってしまい、リラクタンストルクが低下する。リラクタンストルクが低下するため、全体のトルクが低くなってしまう。この逆起電力を打ち消すために逆磁界をかける必要があり、この逆磁界によりＩＰＭモータ１の効率が低下してしまう。
【００３６】
またＩＰＭモータ１の回転子４を高速回転させると永久磁石２に渦電流が発生し、ジュール熱により発熱して高温になる。この発熱により永久磁石２の残留磁束密度Ｂｒが低下する。この際に、本実施形態では、α３≦−０．１２であり本実施形態に係る永久磁石２を用いるため、発熱による残留磁束密度Ｂｒの低下が大きくなる。そして、永久磁石２の磁束量の低下が大きくなる。磁束量の低下により、マグネットトルクが低くなることで、逆起電力が低下する。そのため、リラクタンストルクが高くなり、高温および高速での使用時におけるＩＰＭモータ１の全体のトルクが高くなる。さらに、高温および高速での使用時における逆起電力も低下するため、必要な逆磁界の強さも低下し、効率が向上する。
【００３７】
また、ＩＰＭモータ１を高速回転から低速回転に切り替える場合には、永久磁石２の温度を低下させることが好ましい。ＩＰＭモータ１の回転数に応じて永久磁石２の温度を制御する方法に制限はなく、例えばセンサを用いてＩＰＭモータ１の回転数をモニタリングし、回転数に応じて冷却機構（空冷、水冷、油冷など）を作動させることで永久磁石２の温度を制御することができる。
【００３８】
永久磁石２の温度が低下することで、永久磁石２の残留磁束密度Ｂｒが上昇する。そして、永久磁石２の磁束量が大きくなり、マグネットトルクが大きくなる。低速回転ではマグネットトルクが高いほど全体のトルクが高くなる。本実施形態では、低温での残留磁束密度が大きい永久磁石２、すなわち、α２≧−０．１０である永久磁石２を用いるため、低速回転でのトルクが向上し、低速回転での効率が向上する。また、ＩＰＭモータ１は、単に温度を変化させることで磁石の磁力を大きく変化させることができるため、磁石の磁力を変化させるためのシステム制御が簡易であり、磁石の磁力を変化させるためにモータを一時停止する必要がない。
【００３９】
永久磁石２としては例えば希土類永久磁石が用いられる。希土類永久磁石の組成には特に制限はない。例えば、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石とすることができる。
【００４０】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石のＲは希土類元素である。本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系磁石に含まれるＲの種類には特に制限はないが、Ｎｄを含むことが好ましく、ＮｄおよびＰｒを含むことがさらに好ましい。さらに、ＲとしてＤｙを含んでもよい。
【００４１】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石のＢはホウ素のみ、またはホウ素および炭素である。
【００４２】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石のＴとしては、Ｆｅのみ、あるいはＦｅおよびＣｏを含む。また、ＦｅおよびＣｏ以外の遷移金属元素から選択される１種以上をＴとして含んでいてもよい。
【００４３】
また、本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系磁石では、Ｒ，ＴおよびＢの他の元素を含むことができる。他の元素の種類には特に制限はなく、例えばＳｉ，Ａｌ，Ｓ，Ｍｎ，Ｚｒ，Ｎｂ，ＣｕまたはＧａを含むことができるが、上記以外の元素を含んでもよい。
【００４４】
本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系磁石においては、全質量に対するＲおよびＢの含有量は、それぞれ以下の通りであることが好ましいが、以下の数値範囲に限定されない。
Ｒ：２９〜３３質量％、
Ｂ：０．８〜１．１質量％、
【００４５】
さらに、上記のＲ、ＢおよびＦｅ以外の元素の合計含有量を３質量％以下とすることが好ましい。
【００４６】
α２≧−０．１０とα３≦−０．１２とを同時に達成するように残留磁束密度の温度係数を調整する方法には特に限定はない。例えば、永久磁石２のキュリー温度を低下させることにより、α２≧−０．１０とα３≦−０．１２とを同時に達成しやすくなる。具体的には、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ相にＡｌ，Ｓ，Ｓｉ，ＭｎおよびＧａからなる群から選択される１種以上を固溶させることができる。Ａｌ，Ｓ，Ｓｉ，ＭｎおよびＧａからなる群から選択される１種以上を固溶させる方法には特に制限はない。例えば、後述する製造工程において、原料粉末の混合時にＡｌ，Ｓ，Ｓｉ，ＭｎおよびＧａからなる群から選択される１種以上を含む原料粉末を添加すればよい。なお、Ｃｏを固溶させることは、低温での温度特性を向上させる点では好ましいが、キュリー温度が上昇する傾向にある。また、Ｃｕを固溶させることは、磁石の耐熱性を向上させる点で好ましく、Ｚｒを固溶させることはμｒの直線性を向上させる点で好ましい。
【００４７】
また、上記各元素の好ましい含有量は以下の通りである。
Ａｌ：０．１〜１ｗｔ％
Ｓ：０．０１〜０．５ｗｔ％
Ｍｎ：０．０１〜０．５ｗｔ％
Ｃｕ：０．０１〜０．５ｗｔ％
Ｚｒ：０．０５〜０．８ｗｔ％
Ｇａ：０．０５〜０．８ｗｔ％
Ｓｉ：０〜０．４ｗｔ％（０ｗｔ％を含む）
【００４８】
特にＳｉの含有量を上記の範囲内とすることで、高温での残留磁束密度を低下させやすくなる。
【００４９】
また、上記の通り、永久磁石２と回転子鉄心４ａとの間の抵抗、および、回転子鉄心４ａに設けられるスロット内に隣接して挿入されている２つの永久磁石２間の抵抗は１０−４Ω以上、１０Ω以下とすることが好ましい。永久磁石２の表面に表面処理を施さないか、電気を通す表面処理を施すことで上記の抵抗を１０−４Ω以上、１０Ω以下としやすくなる。電気を通す表面処理としては、例えば酸化処理または化成処理などによる表面改質、またはめっきなどが例示される。
【００５０】
また、本実施形態に係る永久磁石２は、高温での残留磁束密度Ｂｒは室温での残留磁束密度Ｂｒと比較して低下することが好ましいものの、保磁力ＨｃＪは高温でも室温（低温）でも高くなることが好ましい。保磁力ＨｃＪを高温でも室温でも高くするためには、重希土類元素を粒界拡散させることが好ましい。重希土類元素としては、ＤｙまたはＴｂのうち一種以上であることが好ましい。粒界拡散により保磁力ＨｃＪが向上し、低温および高温でのトルク特性および効率が向上する。
【００５１】
以下、本実施形態に係るＩＰＭモータに用いられるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法について詳しく説明していくが、特記しない事項については、公知の方法を用いればよい。
【００５２】
本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は通常の粉末冶金法により製造することができ、該粉末冶金法は、原料合金を調製する調製工程、前記原料合金を粉砕して原料微粉末を得る粉砕工程、前記原料微粉末を成形して成形体を作製する成形工程、前記成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程、及び前記焼結体に時効処理を施す熱処理工程を有する。
【００５３】
調製工程は、本実施形態に係る希土類磁石に含まれる各元素を有する原料合金を調製する工程である。まず、所定の元素を有する原料金属等を準備し、これらを用いてストリップキャスティング法等を行う。これによって原料合金を調製することができる。原料金属等としては、例えば、希土類金属や希土類合金、純鉄、フェロボロン、カーボン、またはこれらの合金が挙げられる。これらの原料金属等を用い、所望の組成を有する希土類磁石が得られるような原料合金を調製する。
【００５４】
調整方法の一例としてストリップキャスティング法を説明する。ストリップキャスティング法は、溶湯をタンディッシュに流し込み、タンディッシュからさらに内部が水冷された回転する銅ロール上に、前記原料金属等を溶解させた溶湯を流して冷却凝固させるものであるが、凝固時の冷却速度は、溶湯の温度、供給量、冷却ロールの回転速度を調節することによって所望の範囲に制御することができる。前記凝固時の冷却速度は、作製しようとする希土類磁石の組成等の条件に応じて適宜設定することが好ましいが、好ましくは５００〜１１０００℃／秒で行えばよい。前記凝固時の冷却速度をこのように制御することにより、高温での残留磁束密度を低下させ、α３≦−０．１２としやすくなる。高温での残留磁束密度が上記の冷却速度により変化するメカニズムは不明であるが、主相粒子中に固溶する元素の配分割合が上記の冷却速度に応じて変化することが原因であると考えている。
【００５５】
粉砕工程は、調製工程で得られた原料合金を粉砕して原料微粉末を得る工程である。この工程は、粗粉砕工程及び微粉砕工程の２段階で行うことが好ましいが、微粉砕工程のみの１段階としても良い。
【００５６】
粗粉砕工程は、例えばスタンプミル、ジョークラッシャー、ブラウンミル等を用い、不活性ガス雰囲気中で行うことができる。水素を吸蔵させた後、粉砕を行う水素吸蔵粉砕を行うこともできる。粗粉砕工程においては、原料合金を、粒径が数百μｍから数ｍｍ程度の粗粉末となるまで粉砕を行う。
【００５７】
微粉砕工程は、粗粉砕工程で得られた粗粉末（粗粉砕工程を省略する場合には原料合金）を微粉砕して、平均粒径が数μｍ程度の原料微粉末を調製する。原料微粉末の平均粒径は、焼結後の結晶粒の成長度合を勘案して設定すればよい。微粉砕は、例えば、ジェットミルを用いて行うことができる。
【００５８】
微粉砕の前には粉砕助剤を加えることができる。粉砕助剤を加えることで粉砕性を改善し、成形工程での磁場配向を容易にする。粉砕助剤の種類および添加量には特に制限はない。
【００５９】
成形工程は、原料微粉末を磁場中で成形して成形体を作製する工程である。具体的には、原料微粉末を電磁石中に配置された金型内に充填した後、電磁石により磁場を印加して原料微粉末の結晶軸を配向させながら、原料微粉末を加圧することにより成形を行うことで成形体を作製する。この磁場中の成形は、例えば、１０００〜１６００ｋＡ／ｍの磁場中、３０〜３００ＭＰａ程度の圧力で行えばよい。
【００６０】
焼結工程は、成形体を焼結して焼結体を得る工程である。前記磁場中の成形後、成形体を真空もしくは不活性ガス雰囲気中で焼結し、焼結体を得ることができる。焼結条件は、成形体の組成、原料微粉末の粉砕方法、粒度等の条件に応じて適宜設定すればよい。
【００６１】
熱処理工程は、焼結体を時効処理する工程である。熱処理は５００℃〜９００℃の温度範囲で行えばよく、２段階に分けて行ってもよい。熱処理温度を上記の範囲内で変化させることで、高温での残留磁束密度を変化させ、α３を制御することができる。
【００６２】
熱処理後の冷却速度は、５０℃／分以上、２５０℃／分以下とすることが好ましい。冷却速度を上記の範囲内で変化させることで、高温での残留磁束密度を変化させ、α３を制御することができる。
【００６３】
本実施形態では、前記焼結体に対して、重希土類元素を粒界拡散させる工程を有してもよい。粒界拡散は、塗布または蒸着等により重希土類元素を、必要に応じて前処理を施した焼結体の表面に付着させた後、熱処理を行うことにより、実施することができる。これにより、最終的に得られるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の保磁力をさらに向上させることができる。なお、前処理の内容には特に制限はない。例えば公知の方法でエッチングを施した後に洗浄し、乾燥する前処理が挙げられる。
【００６４】
なお、重希土類元素を付着させる方法には特に制限は無い。例えば、蒸着、スパッタリング、電着、スプレー塗布、刷毛塗り、ディスペンサ、ノズル、スクリーン印刷、スキージ印刷、シート工法等を用いる方法がある。
【００６５】
重希土類元素を付着させてから重希土類元素を焼結体内部に拡散処理させる。拡散処理の方法には特に限定はないが、通常は真空または不活性ガス中における加熱により拡散処理を実施する。拡散処理温度にも特に制限はない。
【００６６】
以上の工程により得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結体は、めっきや樹脂被膜や酸化処理、化成処理などの表面処理を施してもよい。
【００６７】
以上の工程により得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結体は、回転子に組み付けられる前後において、磁場をかけて最終的にＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石とする。磁場５Ｔで着磁したときの磁石が発するフラックスを１００％として、完全に着磁されていない場合の割合を着磁率とする。着磁率を変えることで、Ｂｒの温度係数を変えることができ、９７．０％〜１００．０％にすることが好ましく、９７．０％〜９９．５％にすることがさらに好ましい。着磁率を９７．０％〜１００．０％にすることで、α３≦−０．１２を達成させやすくなる。また、低温でのトルクおよび効率を向上させやすくなる。さらに、着磁率を９７．０％〜９９．５％にすることで、高温での効率を向上させやすくなる。
【００６８】
本実施形態に係るＩＰＭモータ２は上記のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を用いる他は通常の製造方法により製造することができ、製造方法に特に制限はない。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【００７０】
例えば、上記の実施形態ではＩＰＭモータ２にＲ−Ｔ−Ｂ系希土類焼結磁石を用いる場合について記載しているが、ＩＰＭモータ２以外のモータであってもよい。上記の温度特性を有するＲ−Ｔ−Ｂ系希土類焼結磁石が特に適しているのは、マグネットトルクおよびリラクタンストルク用いるモータである。この観点によれば、リニアモータにも本実施形態の永久磁石を用いることで良好な特性を得ることができると考えられる。また、上記のモータ用Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類焼結磁石は、ＩＰＭモータ、リニアモータの他にも、例えば、ＳＰＭモータ、永久磁石直流モータ、ボイスコイルモータ、振動モータなどにも用いることができる。
【００７１】
また、本発明のモータの用途には特に制限はない。例えばエアコン等のコンプレッサーの他、自動車（特にＨＶ、ＨＥＶ、ＦＣＶ等）のコンプレッサーにも用いることができる。
【実施例】
【００７２】
以下、本発明の内容を実施例及び比較例を参照してさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７３】
（実験例１）
まず、重量割合で２０％Ｎｄ−７％Ｐｒ−４％Ｄｙ−ｚ％Ｃｏ−ｘ％Ａｌ−０．２％Ｃｕ−０．２％Ｚｒ−０．１ｗｔ％Ｇａ−ｙ％Ｓｉ−０．９５％Ｂ−ｂａｌ．Ｆｅの組成を有する焼結磁石が得られるように、ストリップキャスティング（ＳＣ）法により、上記組成を有する原料合金を作製した。なお、原料合金作製時の凝固時における冷却速度は２５００℃／秒とした。
【００７４】
次いで、原料合金に室温で水素を吸蔵させた後、５４０℃で、３時間、脱水素処理を行って、原料合金を水素粉砕（粗粉砕）した。尚、各実施例及び比較例では、この水素粉砕処理から焼結までの各工程（微粉砕及び成形）においては、酸素濃度を１００ｐｐｍ未満の雰囲気として行なった。
【００７５】
次に、水素粉砕後微粉砕を行う前に、原料合金の粗粉砕粉末に、粉砕助剤として、ステアリン酸亜鉛を０．０５ｗｔ％添加し、ナウターミキサーを用いて混合した。その後、ジェットミルを用いて微粉砕を行い、平均粒子径が４μｍ程度の微粉砕粉末とした。
【００７６】
得られた微粉砕粉末を、電磁石中に配置された金型内に充填し、１２００ｋＡ／ｍの磁場を印加しながら１２０ＭＰａの圧力を加え、磁場中で成形し、成形体を得た。その後、得られた成形体を、真空中において１０５０℃で４時間保持して焼成した後、急冷して、上記の組成を有する焼結体（Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石）を得た。そして、得られた焼結体を、８００℃で１時間、および、５５０℃で１時間（ともにＡｒガス雰囲気中）の２段階の時効処理を施した後、急冷して、表１に示す実施例１〜３および比較例１〜４のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得た。なお、磁石の形状は１１ｍｍ×１１ｍｍ×１０ｍｍの直方体状とした。
【００７７】
得られた各Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の残留磁束密度を着磁率９９．５％でＢ−Ｈトレーサーを用いて測定した。Ｔ１＝２３℃、Ｔ２＝６０℃、Ｔ３＝１８０℃として、Ｂｒ１，Ｂｒ２およびＢｒ３を測定し、α２およびα３を算出した。結果を表１に示す。
【００７８】
さらに、得られた各Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石（実施例１〜３および比較例１〜４）を図１に示すＩＰＭモータに適用した場合について２次元シミュレーションし、トルクおよび効率を求めた。冷却機構としては油冷を用いる設定である。また、効率は出力／入力で算出し、入力は電力量を測定し、出力は角速度×トルクで算出する設定である。また、角速度は回転数から計算する。
【００７９】
そして、回転数を３０００ｒｐｍに固定し、温度を６０〜８０℃で変化させた場合のトルクおよび効率をシミュレーションした。さらに、回転数を８２００ｒｐｍに固定し、温度を１５０〜２００℃で変化させた場合のトルクおよび効率をシミュレーションした。結果を表２および表３に示す。
【００８０】
表２では、実施例１（ｘ＝０．５，ｙ＝０．４，ｚ＝２）のトルクを１．０００とした場合の比率（トルク比）を記載している。表３では、実施例１の効率を１．００００とした場合の比率（効率比）を記載している。本実施例では、トルク比は実施例１を基準として±２．０％以内、すなわちトルク比が０．９８０〜１．０２０であれば同程度であると評価する。効率比は実施例１を基準として±０．０４％以内、すなわち効率比が０．９９９６〜１．０００４であれば同程度であると評価する。
【００８１】
【表１】
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【００８２】
【表２】
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【００８３】
【表３】
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【００８４】
６０℃でのトルクは、比較例４が劣る他は全ての実施例および比較例が実施例１と同程度以上に優れている。また、６０℃での効率は、比較例３および４が劣る他は全ての実施例および比較例が実施例１と同程度以上に優れている。また、７０℃および８０℃での効率も同様の傾向となっている。
【００８５】
これに対し、１８０℃でのトルクは実施例１〜３が比較例１〜４よりも優れている。また、１５０℃および２００℃でのトルクも、一部の比較例で実施例１〜３と同等となっている場合もあるが、全体的には同様の傾向となっている。また、１８０℃での効率は実施例１〜３が比較例１〜４よりも優れている。また、１５０℃および２００℃での効率も、一部の比較例で実施例１〜３と同等となっている場合もあるが、全体的には同様の傾向となっている。
【００８６】
以上より、α３の絶対値が大きい実施例１〜３の磁石を用いたモータは６０〜８０℃で用いる場合でも１５０〜２００℃で用いる場合でもトルクおよび効率が比較例１〜４よりも優れている。
【００８７】
また、ケイ素の含有量およびコバルトの含有量以外が同一組成である実施例１〜３および比較例１〜２について横軸をα３、縦軸をトルク比としたグラフが図２であり、横軸をα３、縦軸を効率比としたグラフが図３である。
【００８８】
表１，図２および図３より、実施例１〜３は比較例１および２より温度係数α３の絶対値が高い。そして、α３の絶対値が高い磁石を用いる方が、高温および高回転時のトルクが高く、効率が優れていることが分かる。
【００８９】
（実験例２）
着磁率を変化させた点以外は実験例１の実施例３と同様にして磁石を作製し、上記測定およびシミュレーションを行った。結果を表４〜表６に示す。なお、実験例２では７０℃でのトルクおよび効率はシミュレーションしなかった。
【００９０】
【表４】
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【００９１】
【表５】
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【００９２】
【表６】
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【００９３】
表４〜表６より、α２およびα３が所定の範囲内である実施例３１〜３２では、６０〜８０℃でも１５０〜２００℃でも実施例３と同様にトルクおよび効率が優れていた。一方、α３が所定の範囲内にない比較例３１では、１５０〜２００℃でのトルク、６０での効率および１８０℃での効率が実施例１より劣る結果となった。
【符号の説明】
【００９４】
１…ＩＰＭモータ
２…永久磁石
３…コイル
４…回転子
４ａ…回転子鉄心
５…固定子
５ａ…固定子鉄心
６…シャフト
７…回転子と固定子との間の空隙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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