(57)【要約】  たとえば電気機器のための焼結磁石（１）であって、焼結磁石は、コア部分（３）と、焼結磁石の外側部に配置されるシェル部分（２）と、コア部分とシェル部分との間に少なくとも部分的に配置される拡散部分（４）とを備える。シェル部分（２）は、コア部分（３）の保磁力よりも大きい少なくとも３０ｋＡ／ｍである保磁力を有する。拡散部分（４）において、保磁力は、コア部分（３）の保磁力以上、シェル部分（２）の保磁力以下であり、保磁力の値は、コア部分（３）からシェル部分（２）に向かって徐々に増加する。コア部分（３）の厚さは、１ｍｍ以上であり、シェル部分（２）および拡散部分（４）の総厚さは、少なくとも５ｍｍである。
2020504446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に電気機器のための焼結磁石（１，１０，１００）であって、前記焼結磁石は、コア部分（３）と、前記焼結磁石の外側部に配置されるシェル部分（２）と、前記コア部分と前記シェル部分との間に少なくとも部分的に配置される拡散部分（４）とを備え、
前記シェル部分（２）は、前記コア部分（３）の保磁力よりも大きい少なくとも３０ｋＡ／ｍである保磁力を有し、
前記拡散部分（４）において、保磁力は、前記コア部分（３）の前記保磁力以上、前記シェル部分（２）の前記保磁力以下であり、前記保磁力の値は、前記コア部分（３）から前記シェル部分（２）に向かって徐々に増加し、
前記コア部分（３）の厚さは、１ｍｍ以上であり、前記シェル部分（２）および前記拡散部分（４）の総厚さは、少なくとも５ｍｍである、焼結磁石。
【請求項２】
前記拡散部分は、前記拡散部分にわたって少なくとも５（ｋＡ／ｍ）／ｍｍの保磁力勾配｜∇Ｈｃ｜を有する、請求項１に記載の焼結磁石。
【請求項３】
前記焼結磁石の平均密度は、４．０ｇ／ｃｍ3〜８．５ｇ／ｃｍ3である、請求項１または請求項２に記載の焼結磁石。
【請求項４】
前記コア部分の前記保磁力は、３００ｋＡ／ｍ以上、５０００ｋＡ／ｍ未満であり、前記シェル部分の前記保磁力は、５０００ｋＡ／ｍ以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の焼結磁石。
【請求項５】
前記コア部分は、群Ｉから選択される元素ａ）〜ｌ）の少なくとも１つの組成、および任意に群ＩＩから選択される少なくとも１つの元素を含む合金を含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の焼結磁石、
群Ｉ：
ａ）Ａｌ、ＮｉおよびＣｏ
ｂ）ＳｍおよびＣｏ
ｃ）ＳｍおよびＦｅ
ｄ）Ｓｍ、ＦｅおよびＮ
ｅ）ＦｅおよびＮ
ｆ）Ｍｎ、ＡｌおよびＣ
ｇ）ＭｎおよびＢｉ
ｈ）ハードフェライト
ｉ）Ｆｅ、Ｂ、および少なくとも１つの希土類元素
ｊ）Ｆｅ、Ｃ、および少なくとも１つの希土類元素
ｋ）Ｎｄ、ＦｅおよびＢ
ｌ）Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂ、および少なくとも１つの希土類元素、
群ＩＩ
Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、および少なくとも１つの軽希土類元素。
【請求項６】
前記シェル部分は、群Ｉから選択される元素ａ）〜ｌ）の少なくとも１つの組成、および任意に群ＩＩから選択される少なくとも１つの元素を含む合金を含む、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の焼結磁石、
群Ｉ
ａ）Ａｌ、ＮｉおよびＣｏ
ｂ）ＳｍおよびＣｏ
ｃ）ＳｍおよびＦｅ
ｄ）Ｓｍ、ＦｅおよびＮ
ｅ）ＦｅおよびＮ
ｆ）Ｍｎ、ＡｌおよびＣ
ｇ）ＭｎおよびＢｉ
ｈ）ハードフェライト
ｉ）Ｆｅ、Ｂ、および少なくとも１つの希土類元素
ｊ）Ｆｅ、Ｃ、および少なくとも１つの希土類元素
ｋ）Ｎｄ、ＦｅおよびＢ
ｌ）Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂ、および少なくとも１つの希土類元素、
群ＩＩ
Ａｌ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｐｒ、ＴｉおよびＺｒ、ならびに少なくとも１つの重希土類元素、好ましくはＤｙおよびＴｂの少なくとも１つ。
【請求項７】
前記群ＩＩの少なくとも１つの元素の総量は、前記コア部分の０．０５〜２０．０質量％である、請求項５に記載の焼結磁石。
【請求項８】
前記群ＩＩの少なくとも１つの元素の総量は、前記シェル部分の０．０５〜２０．０質量％である、請求項６に記載の焼結磁石。
【請求項９】
前記焼結磁石は、
第１の磁性粉末および第２の磁性粉末を、前記第２の磁性粉末が前記第１の磁性粉末の少なくとも一部の上に提供されるように、磁気整列し、任意には圧縮することによって、グリーン本体を形成することと、
前記グリーン本体を焼結炉で焼結し、任意には焼結された前記グリーン本体をアニールして、前記コア部分と、前記シェル部分と、前記コア部分と前記シェル部分との間の前記拡散部分とを有する前記焼結磁石を形成することと、によって作製可能であり、
焼結時間は０．１〜２０時間であり、焼結温度は４００℃〜１２００℃であり、
任意には、前記アニールは、１〜１０時間の期間、３００℃〜７００℃の温度で行われ、
任意には、前記焼結は、１３３〜１０１３Ｐａの圧力を有する不活性ガスの下で行われ、前記不活性ガスは、好ましくは、Ｎ2、Ａｒ、およびＨｅの少なくとも１つを含み、
任意には、前記第１の磁性粉末および前記第２の磁性粉末の前記圧縮は、焼結前に５０〜５００ＭＰａの圧力下で行われ、押付力は、単軸の押付力、平衡の押付力、または単軸の押付力に次ぐ平衡の押付力である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の焼結磁石。
【請求項１０】
少なくとも１つの請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の焼結磁石を備える、電気機器。
【請求項１１】
前記電気機器は、電気モータ、発電機、電力変成器、計器用変成器、直動装置および磁気バイアスインダクタの少なくとも１つと、磁気アクチュエータとを備える、請求項１０に記載の電気機器。
【請求項１２】
電気機器のための、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の焼結磁石の使用。
【請求項１３】
前記電気機器は、電気モータ、発電機、電力変成器、計器用変成器、直動装置および磁気バイアスインダクタの少なくとも１つと、磁気アクチュエータとを備える、請求項１２に記載の焼結磁石の使用。
【請求項１４】
第１の磁性粉末および第２の磁性粉末を、前記第２の磁性粉末が前記第１の磁性粉末の少なくとも一部の上に提供されるように、磁気整列し、任意には圧縮することによって、グリーン本体を形成することと、
前記グリーン本体を焼結炉で焼結し、任意には焼結された前記グリーン本体をアニールして、コア部分（３）と、シェル部分（２）と、前記コア部分と前記シェル部分との間の拡散部分（４）とを有する焼結磁石を形成することと、を含み、
前記シェル部分は、前記コア部分の保磁力よりも大きい少なくとも３０ｋＡ／ｍである保磁力を有し、
前記拡散部分において、保磁力は、前記コア部分の前記保磁力以上、前記シェル部分の前記保磁力以下であり、前記保磁力の値は、前記コア部分から前記シェル部分に向かって徐々に増加し、
前記コア部分の厚さは、１ｍｍ以上であり、前記シェル部分および前記拡散部分の総厚さは、少なくとも５ｍｍである、焼結磁石の製造方法
【請求項１５】
前記グリーン本体は、第１の磁性粉末、第２の磁性粉末および第３の磁性粉末を，前記第２の磁性粉末が前記第３の磁性粉末の少なくとも一部の上に提供され、前記第３の磁性粉末が前記第１の磁性粉末の少なくとも一部の上に提供されるように、磁気整列し、任意には圧縮することによって形成される、請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記拡散部分は、前記拡散部分にわたって少なくとも５（ｋＡ／ｍ）／ｍｍの保磁力勾配｜∇Ｈｃ｜を有する、請求項１４または請求項１５に記載の製造方法。
【請求項１７】
焼結時間は０．１〜２０時間であり、焼結温度は４００℃〜１２００℃であり、
任意には、前記アニールは、１〜１０時間の期間、３００℃〜７００℃の温度で行われる、請求項１４から請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記焼結は、１３３〜１０１３Ｐａの圧力を有する不活性ガスの下で行われ、前記不活性ガスは、好ましくは、Ｎ2、Ａｒ、およびＨｅの少なくとも１つを含む、請求項１４から請求項１７のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１９】
焼結前において、前記第１の磁性粉末および前記第２の磁性粉末、ならびに任意には前記第３の磁性粉末の前記圧縮は、５０〜５００ＭＰａの圧力下で行われ、好ましくは、押付力は、単軸の押付力、平衡の押付力、または単軸の押付力に次ぐ平衡の押付力である、請求項１４から請求項１８のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記コア部分の前記保磁力は、３００ｋＡ／ｍ以上、５０００ｋＡ／ｍ未満であり、前記シェル部分の前記保磁力は、５０００ｋＡ／ｍ以下である、請求項１４から請求項１９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記第１の磁性粉末および前記第３の磁性粉末の少なくとも１つは、群Ｉから選択される元素ａ）〜ｌ）の少なくとも１つの組成、および任意に群ＩＩから選択される少なくとも１つの元素を含む合金を含む、請求項１４から請求項２０のいずれか１項に記載の製造方法、
群Ｉ：
ａ）Ａｌ、ＮｉおよびＣｏ
ｂ）ＳｍおよびＣｏ
ｃ）ＳｍおよびＦｅ
ｄ）Ｓｍ、ＦｅおよびＮ
ｅ）ＦｅおよびＮ
ｆ）Ｍｎ、ＡｌおよびＣ
ｇ）ＭｎおよびＢｉ
ｈ）ハードフェライト
ｉ）Ｆｅ、Ｂ、および少なくとも１つの希土類元素
ｊ）Ｆｅ、Ｃ、および少なくとも１つの希土類元素
ｋ）Ｎｄ、ＦｅおよびＢ
ｌ）Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂ、および少なくとも１つの希土類元素、
群ＩＩ
Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、および少なくとも１つの軽希土類元素。
【請求項２２】
前記第２の磁性粉末および前記第３の磁性粉末の少なくとも１つは、群Ｉから選択される元素ａ）〜ｌ）の少なくとも１つの組成、および任意に群ＩＩから選択される少なくとも１つの元素を含む合金を含む、請求項１４から請求項２１のいずれか１項に記載の製造方法、
群Ｉ
ａ）Ａｌ、ＮｉおよびＣｏ
ｂ）ＳｍおよびＣｏ
ｃ）ＳｍおよびＦｅ
ｄ）Ｓｍ、ＦｅおよびＮ
ｅ）ＦｅおよびＮ
ｆ）Ｍｎ、ＡｌおよびＣ
ｇ）ＭｎおよびＢｉ
ｈ）ハードフェライト
ｉ）Ｆｅ、Ｂ、および少なくとも１つの希土類元素
ｊ）Ｆｅ、Ｃ、および少なくとも１つの希土類元素
ｋ）Ｎｄ、ＦｅおよびＢ
ｌ）Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂ、および少なくとも１つの希土類元素、
群ＩＩ
Ａｌ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｐｒ、ＴｉおよびＺｒ、ならびに少なくとも１つの重希土類元素、好ましくはＤｙおよびＴｂの少なくとも１つ。
【請求項２３】
前記群ＩＩの少なくとも１つの元素の総量は、前記コア部分の０．０５〜２０．０質量％である、請求項２１に記載の製造方法。
【請求項２４】
前記群ＩＩの少なくとも１つの元素の総量は、前記シェル部分の０．０５〜２０．０質量％である、請求項２２に記載の製造方法。
【請求項２５】
前記第１の磁性粉末および／または前記第２の磁性粉末および／または前記第３の磁性粉末は、０．３〜２０．０μｍの平均粒径を有する結晶異方性粉末である、請求項１４から請求項２４のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本開示の実施形態は、焼結磁石、電気機器、電気機器のための焼結磁石の使用、および焼結磁石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
高トルクモータおよび風力発電機などの電気機器における用途のための磁性材料は、２０℃〜３００℃の範囲に及ぶ、またはさらに３００℃よりも高い動作温度に耐え、高保磁力および高残留磁気を示すなど、多数の要求を満たす必要がある。しかしながら、このような動作温度は磁性材料の性能を大幅に損ない、さらには減磁をもたらし得る。たとえば、磁性材料の減磁への抵抗（保磁力）は、温度上昇とともに低下する。この問題に対する１つの可能性のあるアプローチは、２０℃〜３００℃の範囲に及ぶ温度に曝される間であっても、高保磁力および高残留磁気を維持する磁性材料の選択である。このような材料の典型例は、希土類系磁石である。希土類元素の選鉱プロセスは労力を要し時間がかかるため、磁石におけるこれらの元素の使用は、磁石の総コストを大幅に増加させる。
【０００３】
電気機器の用途に好適な磁石の総コストを下げる１つのアプローチは、その設計を最適化することである。たとえば、国際特許出願ＷＯ２０１６／０２３９６１Ａ１には、異なる磁気特性の領域を有する磁石が記載されている。記載された磁石は、高い保磁力の値を有する領域と、より低い保磁力の値を有する領域とを有する一方、高い保磁力の値を有する領域は、高められた磁気性質が要求される磁石のその領域に選択的に配置される。高い保磁力を有する領域が希土類元素を含む必要があるのみであるため、高価な希土類元素の総量は低減され得る。ＷＯ２０１６／０２３９６１Ａ１によれば、このような設計の磁石は、選択的レーザ溶融またはスパークプラズマ焼結を用いた磁気層を形成することによって作製され得る。しかしながら、これらの方法は、時間がかかりおよび／またはコストがかさみ、設計の可能性においていくつかの制限を強いる。したがって、これらの方法は、現在、工業的に実施されない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
それ故に、高保磁力および高残留磁気を示すと同時に、高価な磁性材料の量を低減する、２０℃〜３００℃の範囲に及ぶ、またはさらに３００℃よりも高い動作温度に耐える、電気機器の用途に好適である磁石を作ることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
概要
上記に照らせば、本明細書において開示される実施形態によって、焼結磁石、電気機器、電気機器のための焼結磁石の使用および焼結磁石の製造方法が提供される。
【０００６】
本開示の第１の局面によれば、特に電気機器のための焼結磁石が提供される。焼結磁石は、コア部分と、焼結磁石の外側部に配置されるシェル部分と、コア部分とシェル部分との間に少なくとも部分的に配置される拡散部分とを含み、シェル部分は、コア部分の保磁力よりも大きい少なくとも３０ｋＡ／ｍである保磁力を有し、拡散部分において、保磁力は、コア部分の保磁力以上、シェル部分の保磁力以下であり、保磁力の値は、コア部分からシェル部分に向かって徐々に増加し、コア部分の厚さは、１ｍｍ以上であり、シェル部分および拡散部分の総厚さは、少なくとも５ｍｍである。
【０００７】
本開示の第２の局面によれば、電気機器が提供される。電気機器は、少なくとも１つの上述の本開示の第１の局面に係る焼結磁石を含む。
【０００８】
本開示の第３の局面によれば、上述の本開示の第１の局面に係る焼結磁石の使用が、電気機器のために提供される。
【０００９】
第４の局面によれば、焼結磁石の製造方法が提供される。上記方法は、第１の磁性粉末と第２の磁性粉末を、第２の磁性粉末が第１の磁性粉末の少なくとも一部の上に提供されるように、磁気整列し、任意に圧縮することによって、グリーン本体を形成することと、焼結炉でグリーン本体を焼結することと、任意に焼結されたグリーン本体をアニールしてコア部分と、シェル部分と、少なくとも部分的にコア部分とシェル部分との間に位置する拡散部分とを有する焼結磁石を形成することとを含み、シェル部分は、コア部分の保磁力よりも大きい少なくとも３０ｋＡ／ｍである保磁力を有し、拡散部分において、保磁力は、コア部分の保磁力以上、シェル部分の保磁力以下であり、保磁力の値は、コア部分からシェル部分に向かって徐々に増加し、コア部分の厚さは、１ｍｍ以上であり、シェル部分および拡散部分の総厚さは、少なくとも５ｍｍである。
【００１０】
本開示のさらなる局面、利点、および特徴は、従属請求項および説明から明らかである。
【００１１】
本開示の上述の特徴が詳細に理解されるように、上記に簡潔に要約された本開示のより特定的な説明が実施形態を参照することによってなされる。添付の図面は、本開示の実施形態に関し、以下に説明される。典型的な実施形態が、図面で述べられ、以下の図で詳述される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１ａ】３Ｄ図、正面図、側面図および上面図における、本明細書に記載される実施形態に係る焼結磁石についての概略図である。
【図１ｂ】３Ｄ図、正面図、側面図および上面図における、本明細書に記載される実施形態に係るさらなる焼結磁石についての概略図である。
【図１ｃ】３Ｄ図、正面図、側面図および上面図における、本明細書に記載される実施形態に係るさらに他の焼結磁石についての概略図である。
【図２】本明細書に記載される実施形態に係る焼結磁石のプリフォームについての概略図である。
【図３】本明細書に記載される実施形態に係る焼結磁石の保磁力プロファイルについての概略図である。
【図４】本明細書に記載される実施形態に係る電気機器のロータについての概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
詳細な説明
ここで、様々な実施形態が詳細に参照され、その１つ以上の例が各図に示される。各例は、例示として提供され、限定として意図されない。たとえば、１つの実施形態の一部として示されたまたは記載された構成は、さらに他の実施形態を得るために、他の実施形態にまたは他の実施形態と結び付けて用いられ得る。本開示はこのような修正および変形を含むことが意図される。
【００１４】
個々の実施形態を説明する前に、各々他の局面または実施形態と組み合わせることが可能である、本発明の第１のある一般的な定義および局面が記載される。
【００１５】
本明細書で用いられるような電気機器は、電気エネルギを変換し、生成し、または消費する機器を包含する。たとえば、電気機器という用語は、変成器、電気モータ、発電機、または電磁アクチュエータなどの、電磁エネルギ変換器を含む。さらに、本明細書で用いられるような電気機器は、回転機器またはリニアマシンの形態で起こり得る。
【００１６】
本明細書で用いられるような電気機器は、ロータおよびスターラを含み得る。本明細書で用いられるような電気機器は、好ましくは、ロータにまたはロータの中に配置される磁石を有する。磁石は、好ましくは、多数の磁極が径方向、軸方向または横方向にロータから突出するように、ロータにまたはロータの中に配置される。
【００１７】
本明細書で用いられるような焼結磁石は、焼結プロセスによって作製された磁石を意味する。本開示にしたがう焼結プロセスは、出発材料を溶融することなく加熱および／または加圧することによって、固体塊材料である出発材料、たとえば粉末材料を圧縮し成形することを含むプロセスである。焼結プロセスは、常圧であり得る。これは、圧縮ステップが任意であることを意味する。結果として、焼結磁石は、キャスト加工された磁石、射出成形された磁石または押出成形された磁石とは異なる。
【００１８】
本明細書で用いられるような「保磁力」という用語は、動作温度における保磁力を意味し、動作温度は２０℃〜３００℃の範囲に及ぶ。
【００１９】
本開示に係る焼結磁石は、コア部分と、焼結磁石の外側部に配置されるシェル部分と、コア部分とシェル部分との間に配置される拡散部分とを含む。
【００２０】
コア部分は、焼結磁石の中間部を形成する。コア部分は、拡散部分に完全にまたは部分的で覆われる。シェル部分は、焼結磁石の外側部を形成し、拡散部分を完全にまたは部分的で覆う。拡散部分に覆われないコア部分の領域は、シェル部分に完全にまたは部分的に覆われる。しかしながら、拡散部分にもシェル部分にも覆われないコア部分の領域が存在してもよい。言い換えれば、拡散部分は、コア部分を完全にまたは部分的に取り囲む。シェル部分は、拡散部分および／またはコア部分を完全にまたは部分的に取り囲む。コア部分およびシェル部分は、同一または異なる外形形状を有し得る。好ましくは、コア部分および／またはシェル部分は、矩形または楕円形の断面を有する。より好ましくは、コア部分および／またはシェル部分は、立方体（cuboid）、たとえば直方体、立方体（cube）、球、錐体、完全な環状体、中空円筒体、円柱または円錐の形状を有する。本出願の文脈において、コア部分および／またはシェル部分の形状が記載されるとき、「形状」という用語は、コア部分および／またはシェル部分の中実形態または中空形態を説明し得る、またはコア部分および／またはシェル部分の外観のみを説明し得る。たとえば、コア部分が中実形態である一方、シェル部分はコア部分を部分的にまたは完全に包む中空形態である。
【００２１】
図１ａ、図１ｂおよび図１ｃには、焼結磁石１，１０，１００、すなわち焼結磁石本体の可能な設計についての例が示される。図１ａ、図１ｂおよび図１ｃからわかるように、コア部分３は、直方体形状（長い二点鎖線で示される）を有し、焼結磁石１，１０，１００の最内部を形成する。シェル部分２（直線／等高線で示される）は、焼結磁石１，１０，１００の外部に配置され、拡散部分４を少なくとも部分的に取り囲む。拡散部分４は、コア部分３を少なくとも部分的に取り囲む。３つの実施形態すべてにおいて、同一のまたは機能的に同じ部分には、同一の参照符合が付される。
【００２２】
図１ａに係る実施形態では、コア部分３の立方体形状は、立方体形状の磁石１に対して中央から離れて位置する、しかしながら、拡散部分４は、コア部分３を完全に取り囲む。さらに、シェル部分２は、その６面のうち５面において拡散部分４を取り囲む。立方体形状の拡散部分４の面と立方体形状のコア部分３の面との間の相対距離は、ほぼ均一である。
【００２３】
図１ｂに係る実施形態では、コア部分３の立方体形状は、方向ｘに水平方向に延在する立方体形状の磁石１の長手方向軸に対してほぼ中心に位置する。拡散部分４は、方向ｘ、すなわち平面ｙ−ｚで見られるとき、４つの側面においてコア部分３を取り囲む。同様に、シェル部分２は、方向ｘ、すなわち平面ｙ−ｚで見られたとき、４つの側面において拡散部分４を取り囲む。立方体形状の拡散部分４の面と立方体形状のコア部分３の面との間の相対距離は、ほぼ均一である。
【００２４】
図１ｃに係る実施形態では、コア部分３の立方体形状は、方向ｘに水平方向に延在する立方体形状のシェル部分２の長手方向軸および磁石１の中心に対してずらされて位置する。方向ｙ、すなわち平面ｘ−ｚで見られたとき、コア部分３の１つの面および拡散部分４の１つの面は、シェル部分２の面によって規定される同一平面に位置する。加えて、立方体形状の拡散部分４の面と立方体形状のコア部分３の面との間の相対距離は、磁石１のこの実施形態への特定の要求を満たすために調整されるように、互いに異なる。この実施形態は、シェル部分ならびに拡散部分４およびコア部分３が本発明にしたがって自由に設計され得ることを示す。
【００２５】
焼結磁石の異なる部分は、異なる磁気特性を有する。シェル部分は、コア部分の保磁力よりも大きい、少なくとも３０ｋＡ／ｍ、好ましくは２０ｋＡ／ｍ、より好ましくは１０ｋＡ／ｍである保磁力を有する。これは、減磁されることなく外部磁場に耐えるというシェル部分の能力がコア部分のそれよりも大きいことを意味する。拡散部分は、コア部分およびシェル部分による拡散プロセスを行うことによって形成される焼結磁石の一部を有する。拡散プロセスの間、コア部分の材料の一部およびシェル部分の材料の一部は、互いに混合され、これにより拡散部分をもたらす。言い換えれば、コア部分の一部および／またはシェル部分の一部は、拡散部分を形成するために消費される。それ故に、拡散部分の磁気特性は、コア部分の磁気特性とシェル部分の磁気特性との間にある。すなわち、拡散部分は、コア部分の保磁力以上、シェル部分の保磁力以下である保磁力を有する。言い換えれば、拡散部分の保磁力は、コア部分の保磁力とシェル部分の保磁力との間にある。拡散部分においては、保磁力の値は、コア部分からシェル部分に向かって徐々に増加する。言い換えれば、コア部分に近い拡散部分の一部は、シェル部分に近い拡散部分の一部の保磁力よりも小さい保磁力を有する。拡散プロセスは、磁石の焼結の間、特に加熱プロセスの間に開始される。
【００２６】
通常、より高い保磁力を有する部分のために用いられる材料は、より低い保磁力を有する部分のために用いられる材料よりも高価である。それ故に、より高い保磁力を有する部分、すなわちシェル部分を、より高い保磁力を有する部分の磁石全体を作る代わりに、高保磁力が必要とされる部分のみに加えることによって、磁石の性能の損失なく、全磁石コストが下げられることができる。より高い保磁力を有する部分、すなわちシェル部分と、より低い保持力を有する部分、すなわちコア部分との間に位置する拡散部分を有して、２つの異なる材料間の強い結合、すなわちより高い保磁力を有する部分およびより低い保持力を有する部分が得られる。拡散部分によって実現される材料結合は、機械的安定性の点で、ろう付け接合、はんだ接合または接着剤結合接合などの他の接続よりもはるかに信頼性が高い。
【００２７】
コア部分の厚さは、１ｍｍ以上であり、シェル部分および拡散部分の総厚さは、少なくとも５ｍｍである。これは、コア部分が拡散部分および／またはシェル部分に覆われる領域において、焼結磁石の厚さが少なくとも６ｍｍであることを意味する。好ましくは、コア部分の厚さは、３ｍｍ以上であり、シェル部分および拡散部分の総厚さは、少なくとも８ｍｍである。より好ましくは、コア部分の厚さは、３ｍｍ以上であり、シェル部分および拡散部分の総厚さは、少なくとも１０ｍｍである。コア部分、シェル部分および拡散部分の厚さは、それらのそれぞれの全体寸法にわたって一定でなくてもよい。本明細書で用いられるような焼結磁石のある部分、すなわちコア部分、シェル部分または拡散部分の厚さは、その全体寸法にわたってそれぞれの部分で最小厚さとして規定される。
【００２８】
シェル部分および拡散部分の総厚さが少なくとも５ｍｍであることを実現することで、周知の製造方法の不都合が克服され、このような磁石が、欠点なく高トルクモータおよび風力発電機に配置されることができる。対照的に、粒子境界拡散プロセスのような周知の方法を用いることによっては、最大５ｍｍの磁石全体の厚さのみが実現可能である。それ故に、高い保磁力の値を有する磁気領域の厚さも、厚さに制限され得る。高トルクモータおよび風力発電機などの電気機器は粒子境界拡散プロセスによって提供されるものと比較して高められた保持力のより厚い層を要求するため、粒子境界拡散プロセスなどの上述の周知の方法によって提供される磁石は、このような電気機器に好適でない。
【００２９】
本開示に係る焼結磁石は、高保磁力および高残留磁気などの高められた磁気特性を有する磁性材料がこのような高められた磁気特性が必要とされる領域に精密に位置することを可能にするコア−シェル磁石設計を提供し、これにより焼結磁石が２０℃〜３００℃の範囲に及ぶ、またはさらに３００℃よりも高い動作温度に耐えることを可能にする。たとえば、コア−シェル磁石は、シェル部分がより高い保磁力を示し、コア部分がより高い残留磁気を示すように設計される。高められた磁気特性を有する磁性材料を選択的にのみ用いることによって、値段の高い材料の使用の低減が達成される。
【００３０】
この改良された材料利用によって、シェル部分は、見事に調整可能とされ、高められた磁気特性が必要とされる場所にのみ加えられる。重希土類元素などの高価な材料の使用の低減の結果として、焼結磁石の全体コストは、ＷＯ２０１６／０２３９６１Ａ１に記載される製造方法を用いる磁石の作製コストに比べて減らされることができる。
【００３１】
本明細書に記載される実施形態によれば、焼結磁石の全体体積は、６００〜８０・１０6ｍｍ3、好ましくは、７００〜３０・１０6ｍｍ3、より好ましくは１０００〜３・１０6ｍｍ3の範囲にある。焼結磁石が直方体形状を有する場合、焼結磁石の長さは、１〜１０００ｍｍの範囲、好ましくは５〜８００ｍｍの範囲、より好ましくは１０〜５００ｍｍの範囲にある。幅は、５〜８００ｍｍ、好ましくは１０〜６００ｍｍの範囲、より好ましくは１５〜５００ｍｍの範囲にある。厚さは、少なくとも３〜１００ｍｍの範囲、好ましくは８〜８０ｍｍの範囲、より好ましくは１０〜５０ｍｍの範囲にある。
【００３２】
本明細書に記載される実施形態によれば、拡散部分は、拡散部分にわたって少なくとも５（ｋＡ／ｍ）／ｍｍの保磁力勾配｜∇Ｈｃ｜を有する。好ましくは、拡散部分は、拡散部分にわたって少なくとも１０（ｋＡ／ｍ）／ｍｍの保磁力勾配｜∇Ｈｃ｜を有し、より好ましくは、拡散部分は、拡散部分にわたって少なくとも１５（ｋＡ／ｍ）／ｍｍの保磁力勾配｜∇Ｈｃ｜を有する。好ましくは、拡散部分は、拡散部分にわたって、最大でも１００（ｋＡ／ｍ）／ｍｍの保磁力勾配｜∇Ｈｃ｜、より好ましくは最大でも５０（ｋＡ／ｍ）／ｍｍの保磁力勾配｜∇Ｈｃ｜、さらにより好ましくは最大でも３５（ｋＡ／ｍ）／ｍｍの保磁力勾配｜∇Ｈｃ｜を有する。保磁力勾配は、少なくとも５ｍｍの長さスケールにわたって空間平均化された勾配である。保磁力勾配は、保磁力の値が拡散部分全体にわたって一定でないことを特定する。保磁力の値は、コア部分に隣接する拡散部分の領域からシェル部分に隣接する拡散部分の領域に向かって増加する。拡散部分にわたる保磁力の値の漸進的な変化の利点は、材料特性、特に磁気特性が、コア部分からシェル部分までの遷移において突然変化しないが、拡散部分の長さ全体にわたって滑らかに変化することである。
【００３３】
本明細書に記載される実施形態によれば、焼結磁石の平均密度は、４．０ｇ／ｃｍ3〜８．５ｇ／ｃｍ3である。焼結磁石の任意の場所、たとえばコア部分の、拡散部分のまたはシェル部分の密度の絶対値は、２．０ｇ／ｃｍ3〜２０．０ｇ／ｃｍ3の範囲、好ましくは４．０ｇ／ｃｍ3〜１５ｇ／ｃｍ3の範囲、より好ましくは５．０ｇ／ｃｍ3〜１０ｇ／ｃｍ3の範囲にある。
【００３４】
本明細書に記載された実施形態によれば、コア部分の保磁力は、３００ｋＡ／ｍ以上、５００ｋＡ／ｍ未満であり、シェル部分の保磁力は、５０００ｋＡ／ｍ以下である。好ましくは、コア部分の保磁力は、１０００ｋＡ／ｍ以上、５０００ｋＡ／ｍ未満であり、シェル部分の保磁力は、４０００ｋＡ／ｍ以下である。より好ましくは、コア部分の保磁力は、１５００ｋＡ／ｍ以上、４０００ｋＡ／ｍ未満であり、シェル部分の保磁力は、３０００ｋＡ／ｍ以上である。シェル部分の保磁力の下限は、少なくとも５００ｋＡ／ｍ、好ましくは少なくとも８００ｋＡ／ｍ、より好ましくは少なくとも１０００ｋＡ／ｍである。
【００３５】
本明細書に記載される実施形態によれば、コア部分は、群Ｉから選択される元素ａ）〜ｌ）の少なくとも１つの組成、および任意に群ＩＩから選択される少なくとも１つの元素を含む合金を含む。
【００３６】
群Ｉ：
ａ）Ａｌ、ＮｉおよびＣｏ
ｂ）ＳｍおよびＣｏ
ｃ）ＳｍおよびＦｅ
ｄ）Ｓｍ、ＦｅおよびＮｉ
ｅ）ＦｅおよびＮ
ｆ）Ｍｎ、ＡｌおよびＣ
ｇ）ＭｎおよびＢｉ
ｈ）ハードフェライト
ｉ）Ｆｅ、Ｂ、および少なくとも１つの希土類元素
ｊ）Ｆｅ、Ｃ、および少なくとも１つの希土類元素
ｋ）Ｎｄ、ＦｅおよびＢ
ｌ）Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂ、および少なくとも１つの希土類元素
群ＩＩ
Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、および少なくとも１つの軽希土類元素。
【００３７】
群Ｉおよび群ＩＩに挙げられる化学元素の略称は、化学元素の周期表から知られるものである。同じことがそれにしたがって文書全体に当てはまる。
【００３８】
好ましくは、コア部分は、群Ｉから選択される元素ａ）〜ｌ）の少なくとも１つの組成、および任意に群ＩＩから選択される少なくとも１つの元素を含む合金からなる。
【００３９】
コア部分のために元素ａ）、ｅ）またはｊ）の組成を選択することによって、特に安価な磁石が得られることができる。これにより、焼結磁石の作製コストは、低減されることができる。
【００４０】
本明細書で用いられるような軽希土類元素は、以下の元素を含む：Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、およびＧｄ。
【００４１】
本明細書に記載される実施形態によれば、シェル部分は、群Ｉから選択される元素ａ）〜ｌ）の少なくとも１つの組成、および任意に群ＩＩから選択される少なくとも１つの元素を含む合金を含む。
【００４２】
群Ｉ：
ａ）Ａｌ、ＮｉおよびＣｏ
ｂ）ＳｍおよびＣｏ
ｃ）ＳｍおよびＦｅ
ｄ）Ｓｍ、ＦｅおよびＮｉ
ｅ）ＦｅおよびＮ
ｆ）Ｍｎ、ＡｌおよびＣ
ｇ）ＭｎおよびＢｉ
ｈ）ハードフェライト
ｉ）Ｆｅ、Ｂ、および少なくとも１つの希土類元素
ｊ）Ｆｅ、Ｃ、および少なくとも１つの希土類元素
ｋ）Ｎｄ、ＦｅおよびＢ
ｌ）Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂ、および少なくとも１つの希土類元素
群ＩＩ
Ａｌ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｐｒ、ＴｉおよびＺｒ、および少なくとも１つの重希土類元素、好ましくはＤｙおよびＴｂの少なくとも１つ。
【００４３】
好ましくは、シェル部分は、群Ｉから選択される元素ａ）〜ｌ）の少なくとも１つの組成、および任意に群ＩＩから選択される少なくとも１つの元素を含む合金からなる。
【００４４】
コア部分およびシェル部分の上述の組成には、規定される以外の希土類元素はない。
シェル部分のために元素ａ）、ｅ）またはｊ）の組成を選択することによって、特に安価な磁石が得られることができる。これにより、焼結磁石の作製コストは低減されることができる。
【００４５】
本明細書で用いられるような重希土類元素は、以下の元素を含む：Ｙ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、およびＬｕ。
【００４６】
ハードフェライト（元素ｉの組成）の例は、ストロンチウムフェライト［ＳｒＦｅ12Ｏ19（ＳｒＯ・６Ｆｅ2Ｏ3）］、バリウムフェライトＢａＦｅ12Ｏ19（ＢａＯ・６Ｆｅ2Ｏ3）およびコバルトフェライトＣｏＦｅ2Ｏ4（ＣｏＯ・Ｆｅ2Ｏ3）である。
【００４７】
コア部分の合金は、シェル部分の合金と異なる。本明細書に記載の実施形態によれば、コア部分は、シェル部分の合金に含まれる群Ｉから選択された元素の組成とは異なる、群Ｉから選択された元素の組成を含む合金を含む。例示の実施形態では、コア部分は、ＡｌＮｉＣｏを含む合金を含み、シェル部分は、ＮｄＦｅＢを含む合金を含む。別の例示の実施形態によれば、コア部分は、ＮｄＦｅＢを含む合金を含み、シェル部分は、ＮｄＦｅＢおよびＤｙを含む合金を含む。例示の実施形態では、シェル部分の保磁力は、拡散部分およびコア部分の保磁力よりも高い。
【００４８】
本発明に記載される実施形態によれば、群ＩＩの少なくとも１つの元素の総量は、コア部分の０．０５〜２０．０質量％である。好ましくは、群ＩＩの少なくとも１つの元素の総量は、コア部分の０．５〜１５．０質量％である。より好ましくは、群ＩＩの少なくとも１つの元素の総量は、コア部分の０．１〜１０．０質量％である。
【００４９】
本明細書に記載される実施形態によれば、群ＩＩの少なくとも１つの元素の総量は、シェル部分の０．０５〜２０．０質量％である。好ましくは、群ＩＩの少なくとも１つの元素の総量は、シェル部分の０．５〜１５．０質量％である。より好ましくは、群ＩＩの少なくとも１つの元素の総量は、シェル部分の０．１〜１０．０質量％である。
【００５０】
本明細書に記載される実施形態によれば、焼結磁石のコア部分、シェル部分、および拡散部分の平均磁気粒径は、０．３〜２０．０μｍ、好ましくは０．３〜１５．０μｍ、より好ましくは０．３〜１０．０μｍである。
【００５１】
上述の焼結磁石は、以下のステップを含む、以下の焼結磁石の製造方法によって作製可能である：
第１の磁性粉末および第２の磁性粉末を、第２の磁性粉末が第１の磁性粉末の少なくとも一部の上に提供されるように、磁気整列することによって、グリーン本体を形成するステップ、および
グリーン本体を焼結炉で焼結して、コア部分と、シェル部分と、コア部分とシェル部分との間の拡散部分とを有する焼結磁石を形成するステップ。
【００５２】
焼結磁石のシェル部分は、焼結磁石のコア部分の保磁力よりも大きい少なくとも３０ｋＡ／ｍである保磁力を有する。拡散部分において、保磁力は、コア部分の保磁力以上、シェル部分の保磁力以下であり、保磁力の値は、コア部分からシェル部分に向かって徐々に増加する。コア部分の厚さは、１ｍｍ以上であり、シェル部分および拡散部分の総厚さは、少なくとも５ｍｍである。
【００５３】
上述の焼結磁石の製造方法は、焼結磁石が金属粉末から作られる製造プロセスである。粉末冶金ルートの利点は、焼結磁石を形成するのに用いられる粉末が焼結磁石の所望の形状を形成するために溶融される必要がないことである。それ故に、Ｓｍ、Ｃｏおよび希土類元素の大半などの高い融点を有する材料が、費用対効果が高く加工されることができる。さらなる利点は、焼結磁石について幅広い可能な設計の可能性から生じる。
【００５４】
本明細書に記載される実施形態によれば、グリーン本体は、複数の磁性粉末を、磁性粉末の各々が磁性粉末の別のものの少なくとも一部の上に提供されるように、磁気整列すること、および任意には圧縮することによって形成される。好ましくは、第１の磁性粉末、第２の磁性粉末および第３の磁性粉末が、第２の磁性粉末が第３の磁性粉末の少なくとも一部の上に提供され、第３の磁性粉末が第１の磁性粉末の少なくとも一部の上に提供されるように、磁気整列され、任意には圧縮される。
【００５５】
焼結磁石の製造プロセスでは、第一に、グリーン本体が形成される。このために、第１の磁性粉末は、それに所望の形状を与える型に提供される。その後、第１の磁性粉末は、磁気整列され、任意には型で圧縮される。その後、第２の磁性粉末、または任意には第３の磁性粉末が、磁気整列され、任意には型で圧縮される。これにより、第２の磁性粉末または第３の磁性粉末は、型の第１の磁性粉末の少なくとも一部の上に位置決めされる。その後、第２の磁性粉末が充填され、磁気整列され、任意には型で圧縮される。これにより、第２の磁性粉末は、型の第３の磁性粉末の少なくとも一部の上に位置決めされる。言い換えれば、型に存在する第１の磁性粉末は、第２の磁性粉末、または型の第１の磁性粉末の頂部上および／または周りに置かれる第３の磁性粉末に完全にまたは部分的に覆われ、任意には第３の磁性粉末は、その後、型の第３の磁性粉末の頂部上および／または周りに置かれる第２の磁性粉末に完全にまたは部分的に覆われる。代替的には、第１の磁性粉末は、型に設けられ、第２の磁性粉末は、型の第１の磁性粉末の少なくとも一部の上に位置決めされる。その後、第１の磁性粉末および第２の磁性粉末は、磁気整列され、任意には型で圧縮される。別の例では、第１の磁性粉末が型に提供され、第３の磁性粉末が型の第１の磁性粉末の少なくとも一部の上に位置決めされ、第２の磁性粉末が型の第３の磁性粉末の少なくとも一部の上に位置決めされる。その後、第１の磁性粉末、第２の磁性粉末および第３の磁性粉末は、磁気整列され、任意には型で圧縮される。
【００５６】
第１の磁性粉末および／または第２の磁性粉末および／または第３の磁性粉末は、好ましくは条片の形態で、圧砕、すり潰し、化学反応、電解析出、溶融スピニング、キャスト加工された合金のミリング、対応する窒化物および炭化物の高温還元、高温プラズマジェットまたはフレームを通した溶融材料の流れを方向付けることによるアトマイジングによって、調製され得る。第１の磁性粉末および／または第２の磁性粉末および／または第３の磁性粉末は、ある材料組成を有する１つの磁性粉末であり得、またはある材料組成を有する１つ以上の磁性粉末の混合物であり得る。それ故に、第１の磁性粉末および／または第２の磁性粉末および／または第３の磁性粉末は、各々、異なる材料組成を有するいくつかの磁性粉末を含み得る。たとえば、第１の磁性粉末は、３つの異なる磁性粉末を備え得ることにより、磁性粉末の各々は異なる材料組成を有する。
【００５７】
第１の磁性粉末および第２の磁性粉末、ならびに任意には第３の磁性粉末の磁気整列は、好ましい磁気配向が外部磁場と位置合わせされるように、磁気粒子を配向するために、第１の磁性粉末および第２の磁性粉末、ならびに任意には第３の磁性粉末に外部磁場を印加することによって行われる。外部磁場を除去した後、磁気粒子は、それらの新たな配向を維持し、位置合わせされた磁気粒子は、磁場を形成する。これにより、グリーン本体、すなわち第１の磁性粉末および第２の磁性粉末、ならびに任意には第３の磁性粉末は、磁化される。
【００５８】
好ましくは、グリーン本体は、第１の磁性粉末および第２の磁性粉末を、第２の磁性粉末が第１の磁性粉末の少なくとも一部の上に提供されるように、磁気整列し圧縮することによって、または、第１の磁性粉末、第２の磁性粉末および第３の磁性粉末を、第２の磁性粉末が第３の磁性粉末の少なくとも一部の上に提供され、第３の磁性粉末が第１の磁性粉末の少なくとも一部の上に提供されるように、磁気整列し圧縮することによって、形成される。好ましくは、焼結前の第１の磁性粉末および第２の磁性粉末、ならびに任意には第３の磁性粉末の圧縮は、５０〜５００ＭＰａの圧力下で行われる。これにより、第１の磁性粉末および／または第２の磁性粉末および／または第３の磁性粉末は、グリーン本体の型形成の間に圧縮される。結果として、第１の磁性粉末および／または第２の磁性粉末および／または第３の磁性粉末は、所望の形状に圧縮される。その後。グリーン本体は、型から取り出される。好ましくは、押付力は、単軸の押付力、平衡の押付力、または単軸の押付力に次ぐ平衡の押付力である。本明細書で用いられるような平衡加圧は、冷間平衡加圧および熱間平衡加圧を含む。冷間冷間加圧は、外気温で、好ましくは水またはグリセリン、水、油などを含む溶液で満たされる圧力容器において行われる。熱間平衡加圧は、上昇温度で、高圧封入容器において行われる。冷間加圧および熱間加圧の両方において、圧力は、加工対象となる材料を圧縮するために、すべての方向に均一に伝達される。
【００５９】
第１の磁性粉末および第２の磁性粉末、ならびに任意には第３の磁性粉末を整列し、および任意には圧縮する前に、潤滑油などの添加物が、グリーン本体の形成を容易にするために、第１の磁性粉末および／または第２の磁性粉末および／または第３の磁性粉末とブレンドされてもよい。
【００６０】
図２は、焼結磁石の例のプリフォーム１１を例示的に示す。図２は、焼結前における第１の磁性粉末２１および第２の磁性粉末３１の配置である、プリフォーム１１の断面を示す。第１の磁性粉末２１および第２の磁性粉末３１は、ｙ軸方向において第１の磁性粉末２１の層が第１の磁性粉末２１の別の層の上に配置される第２の磁性粉末３１の層の上に配置されるように、プリフォーム１１に配置される。
【００６１】
グリーン本体の形成後、グリーン本体は、焼結炉で焼結される。本明細書で用いられるような焼結炉は、室温より高い熱処理が行われ得る装置である。焼結炉で実現される温度は、２０℃〜２０００℃の範囲にある。焼結炉で加えられる熱の下、ポロシティは低減され、密度は増加され、粉末粒子は互いに結合されて固体片、すなわち焼結磁石を形成する。焼結が行われる時間、すなわち焼結時間は、０．１〜２０時間、好ましくは０．５〜１５時間、より好ましくは１〜１０時間である。焼結炉の温度、すなわち焼結温度は、４００℃〜１２００℃、好ましくは５００℃〜１１００℃、より好ましくは６００℃〜９００℃である。任意に、焼結は、焼結プロセスの間における周囲の大気とのグリーン本体の化学反応を防止するために、不活性ガス下で行われる。不活性ガスは、１３３〜１０１３Ｐａの圧力を有する。好ましくは、不活性ガスは、Ｎ2、ＡｒおよびＨｅの少なくとも１つを含む。
【００６２】
好ましくは、コア部分と、シェル部分と、コア部分とシェル部分との間の拡散部分とを有する焼結磁石を形成するために、グリーン本体は、焼結されるだけでなく、アニールされる。好ましくは、焼結されたグリーン本体は、１〜１０時間の期間、３００℃〜７００℃の温度で、好ましくは１〜８時間の期間、５００℃〜６５０℃の温度で、より好ましくは１〜６時間の期間、５５０℃〜６００℃の温度でアニールされる。アニールプロセスは、焼結炉でまたはアニール炉で行われ得る。
【００６３】
グリーン本体の焼結、および任意にはアニールの結果、コア部分と、シェル部分と、コア部分とシェル部分との間の拡散部分とを有する焼結磁石が形成される。コア部分は、主に、第１の磁性粉末から作られ、シェル部分は、主に、第２の磁性粉末から作られる。言い換えれば、焼結、および任意にはアニールの間、緻密化された主に純粋な第１の磁性粉末の領域は、焼結磁石のコア部分を形成し、緻密化された主に純粋な第２の磁性粉末の領域は、シェル部分を形成する。拡散部分は、焼結プロセス、および任意にはアニールプロセスの間に形成される。これにより、緻密化された第１の磁性粉末および第２の磁性粉末、ならびに任意には第３の磁性粉末の成分は、互いに拡散し、局所的に平衡を保つ。拡散部分は、拡散部分の任意の場所において同一の化学成分の第１の磁性粉末および第２の磁性粉末を有しないが、拡散部分は、低含有量の第１の磁性粉末および高含有量の第２の磁性粉末を有する領域と、高含有量の第１の磁性粉末および低含有量の第２の磁性粉末を有する領域とを有する。例示の場合において、低含有量の第１の磁性粉末および高含有量の第２の磁性粉末を有する領域は、高含有量の第１の磁性粉末および低含有量の第２の磁性粉末を有する領域よりも、高い保磁力を有する領域であり得る。別の例では、拡散部分は、拡散部分の任意の場所において同一の化学成分の第１の磁性粉末、第２の磁性粉末および第３の磁性粉末を有しないが、拡散部分は、第１の磁性粉末、第２の磁性粉末および第３の磁性粉末の化学成分が変化する異なる領域を有する。たとえば、高含有量の第１の磁性粉末および低含有量の第３の磁性粉末を有するが、第２の磁性粉末を有しない領域が存在し得る。
【００６４】
図３は、本明細書に記載される実施形態に係る焼結磁石の例の断面の保磁力プロファイルを示す。たとえば、焼結後、図２に示されるプリフォームは、図３に示されるように、ｙ軸の断面に沿った保磁力プロファイルを有する。焼結後、図２に示されるプリフォーム１１は、図１ｂに示される焼結磁石の形態を有し得る。この焼結磁石は、コア部分３と、拡散部分４と、シェル部分２とを有する。また、保磁力プロファイルには、コア部分３、拡散部分４およびシェル部分２が示される。図３からわかるように、コア部分３は、シェル部分２および拡散部分４よりも低い保磁力を有する一方、拡散部分４の保磁力は、コア部分３の保磁力とシェル部分２の保磁力との間にある。特に、拡散部分４は、保磁力勾配を有し、すなわち拡散部分４における保磁力の値は、コア部分３からシェル部分４に向かって徐々に増加する。
【００６５】
結果として生じる焼結磁石のシェル部分は、コア部分の保磁力よりも大きい、少なくとも３０ｋＡ／ｍ、好ましくは２０ｋＡ／ｍ、より好ましくは１０ｋＡ／ｍである保磁力を有する。結果として生じる焼結磁石の拡散部分は、コア部分の保磁力以上、シェル部分の保磁力以下である保磁力を有し、保磁力の値は、コア部分からシェル部分に向かって徐々に増加する。
【００６６】
コア部分の厚さは、１ｍｍ以上であり、シェル部分および拡散部分の総厚さは、少なくとも５ｍｍである。好ましくは、コア部分の厚さは、３ｍｍ以上であり、シェル部分および拡散部分の総厚さは、少なくとも８ｍｍである。より好ましくは、コア部分の厚さは、３ｍｍ以上であり、シェル部分および拡散部分の総厚さは、少なくとも１０ｍｍである。コア部分、シェル部分、および拡散部分の厚さは、それらのそれぞれの全体寸法にわたって一定でなくてもよい。本明細書で用いられるような焼結磁石のある部分、すなわちコア部分、シェル部分または拡散部分の厚さは、その全体寸法にわたってそれぞれの部分の最小厚さとして規定される。
【００６７】
上述の製造プロセスは、使用済みの磁石を再利用するためにも用いられ得る。使用済みの磁石を粉末粒子に加工することによって、これらの粉末粒子は、第１の磁性粉末および／または第２の磁性粉末および／または第３の磁性粉末として用いられ得る。第１の磁性粉末および／または第２の磁性粉末および／または第３の磁性粉末は、その後、上述されたように、磁気整列され、任意には圧縮され、焼結され、任意にはアニールされる。
【００６８】
本明細書に記載される実施形態によれば、上述の焼結磁石は、第１の磁性粉末および第２の磁性粉末を、第２の磁性粉末が第１の磁性粉末の少なくとも一部の上に提供されるように、磁気整列し、任意には圧縮することによってグリーン本体を形成し、グリーン本体を焼結炉で焼結し、任意には焼結されたグリーン本体をアニールして、コア部分と、シェル部分と、コア部分とシェル部分との間の拡散部分とを有する焼結磁石を形成することによって作製可能である。焼結時間は０．１〜２０時間であり、焼結温度は４００℃〜１２００℃である。任意には、アニールは、１〜１０時間の期間、３００℃〜７００℃の温度で行われる。任意には、焼結は、１３３〜１０１３Ｐａの圧力を有する不活性ガスの下で行われ、不活性ガスは、好ましくは、Ｎ2、Ａｒ、およびＨｅの少なくとも１つを含む。任意には、第１の磁性粉末および第２の磁性粉末の圧縮は、焼結前に５０〜５００ＭＰａの圧力下で行われる。好ましくは、押付力は、単軸の押付力、平衡の押付力、または単軸の押付力に次ぐ平衡の押付力である。
【００６９】
本明細書に記載される製造方法の実施形態によれば、第１の磁性粉末および／または第２の磁性粉末および／または第３の磁性粉末は、０．３〜２０．０μｍ、好ましくは０．５〜１５．０μｍ、より好ましくは１．０〜１０．０μｍの平均粒径を有する、結晶異方性粉末である。好ましくは、第１の磁性粉末および第２の磁性粉末は、異なる粒径を有する。第３の磁性粉末は、第１の磁性粉末と第２の磁性粉末との混合物であり得る。好ましくは、第１の磁性粉末、第２の磁性粉末および第３の磁性粉末は、異なる粒径を有する。
【００７０】
特に段落［００２３］〜［００５０］に記載されるような、焼結磁石に関連して記載される実施形態は、上述の焼結磁石の製造方法に対応して当てはまる。したがって、上述の構成は、記載された焼結磁石の製造方法についての構成でもあると理解されるべきである。
【００７１】
上述の製造プロセスを用いることで、焼結磁石は、グリーン本体によって予め決められる形状を有し、収縮後において、５％未満のポリシティを有する。
【００７２】
本開示の第２の局面によれば、電気機器は、少なくとも１つの上述されたような焼結磁石を含む。焼結磁石は、好ましくはロータに配置され、より好ましくはロータ上に位置決めされる。
【００７３】
本開示の第３の局面によれば、電気機器のための上述の焼結磁石の使用が提供される。焼結磁石は、焼結磁石は、好ましくはロータに配置され、より好ましくはロータ上に位置決めされる。
【００７４】
図４は、発電機などの電気機器のロータ５０を示す。ロータ５０は、磁気積層体５２および本明細書に記載される実施形態に係る焼結磁石５３が位置決めされるシャフト５１を有する。たとえば、焼結磁石５３は、永久磁石であり得る。磁気積層体５２は、軟磁気積層体であり得る。
【００７５】
本明細書で記載された実施形態によれば、電気機器は、電気モータ（electric motor）、発電機（generator）、電力変成器（power transformer）、計器用変成器（instrument transformer）、直動装置（linear motion deice）および磁気バイアスインダクタ（magnetically biased inductor）の少なくとも１つと、磁気アクチュエータ（magnetic actuator）とを備える。
【図１ａ】
2020504446.tif 000003
【図１ｂ】
2020504446.tif 000004
【図１ｃ】
2020504446.tif 000005
【図２】
2020504446.tif 000006
【図３】
2020504446.tif 000007
【図４】
2020504446.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月21日(2019.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に電気機器のための焼結磁石（１，１０，１００）であって、前記焼結磁石は、コア部分（３）と、前記焼結磁石の外側部に配置されるシェル部分（２）と、前記コア部分と前記シェル部分との間に少なくとも部分的に配置される拡散部分（４）とを備え、
前記シェル部分（２）は、前記コア部分（３）の保磁力よりも大きい少なくとも３０ｋＡ／ｍである保磁力を有し、
前記拡散部分（４）において、保磁力は、前記コア部分（３）の前記保磁力以上、前記シェル部分（２）の前記保磁力以下であり、前記保磁力の値は、前記コア部分（３）から前記シェル部分（２）に向かって徐々に増加し、
前記コア部分（３）の厚さは、１ｍｍ以上であり、前記シェル部分（２）および前記拡散部分（４）の総厚さは、少なくとも５ｍｍである、焼結磁石。
【請求項２】
前記拡散部分は、前記拡散部分にわたって少なくとも５（ｋＡ／ｍ）／ｍｍの保磁力勾配｜∇Ｈｃ｜を有する、請求項１に記載の焼結磁石。
【請求項３】
前記焼結磁石の平均密度は、４．０ｇ／ｃｍ3〜８．５ｇ／ｃｍ3である、請求項１または請求項２に記載の焼結磁石。
【請求項４】
前記コア部分の前記保磁力は、３００ｋＡ／ｍ以上、５０００ｋＡ／ｍ未満であり、前記シェル部分の前記保磁力は、５０００ｋＡ／ｍ以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の焼結磁石。
【請求項５】
前記コア部分は、群Ｉから選択される元素ａ）〜ｌ）の少なくとも１つの組成、および任意に群ＩＩから選択される少なくとも１つの元素を含む合金を含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の焼結磁石、
群Ｉ：
ａ）Ａｌ、ＮｉおよびＣｏ
ｂ）ＳｍおよびＣｏ
ｃ）ＳｍおよびＦｅ
ｄ）Ｓｍ、ＦｅおよびＮ
ｅ）ＦｅおよびＮ
ｆ）Ｍｎ、ＡｌおよびＣ
ｇ）ＭｎおよびＢｉ
ｈ）ハードフェライト
ｉ）Ｆｅ、Ｂ、および少なくとも１つの希土類元素
ｊ）Ｆｅ、Ｃ、および少なくとも１つの希土類元素
ｋ）Ｎｄ、ＦｅおよびＢ
ｌ）Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂ、および少なくとも１つの希土類元素、
群ＩＩ
Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、および少なくとも１つの軽希土類元素。
【請求項６】
前記シェル部分は、群Ｉから選択される元素ａ）〜ｌ）の少なくとも１つの組成、および任意に群ＩＩから選択される少なくとも１つの元素を含む合金を含む、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の焼結磁石、
群Ｉ
ａ）Ａｌ、ＮｉおよびＣｏ
ｂ）ＳｍおよびＣｏ
ｃ）ＳｍおよびＦｅ
ｄ）Ｓｍ、ＦｅおよびＮ
ｅ）ＦｅおよびＮ
ｆ）Ｍｎ、ＡｌおよびＣ
ｇ）ＭｎおよびＢｉ
ｈ）ハードフェライト
ｉ）Ｆｅ、Ｂ、および少なくとも１つの希土類元素
ｊ）Ｆｅ、Ｃ、および少なくとも１つの希土類元素
ｋ）Ｎｄ、ＦｅおよびＢ
ｌ）Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂ、および少なくとも１つの希土類元素、
群ＩＩ
Ａｌ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｐｒ、ＴｉおよびＺｒ、ならびに少なくとも１つの重希土類元素、好ましくはＤｙおよびＴｂの少なくとも１つ。
【請求項７】
前記群ＩＩの少なくとも１つの元素の総量は、前記コア部分の０．０５〜２０．０質量％である、請求項５に記載の焼結磁石。
【請求項８】
前記群ＩＩの少なくとも１つの元素の総量は、前記シェル部分の０．０５〜２０．０質量％である、請求項６に記載の焼結磁石。
【請求項９】
前記焼結磁石は、
第１の磁性粉末および第２の磁性粉末を、前記第２の磁性粉末が前記第１の磁性粉末の少なくとも一部の上に提供されるように、磁気整列し、任意には圧縮することによって、グリーン本体を形成することと、
前記グリーン本体を焼結炉で焼結し、任意には焼結された前記グリーン本体をアニールして、前記コア部分と、前記シェル部分と、前記コア部分と前記シェル部分との間の前記拡散部分とを有する前記焼結磁石を形成することと、によって作製可能であり、
焼結時間は０．１〜２０時間であり、焼結温度は４００℃〜１２００℃であり、
任意には、前記アニールは、１〜１０時間の期間、３００℃〜７００℃の温度で行われ、
任意には、前記焼結は、１３３〜１０１３Ｐａの圧力を有する不活性ガスの下で行われ、前記不活性ガスは、好ましくは、Ｎ2、Ａｒ、およびＨｅの少なくとも１つを含み、
任意には、前記第１の磁性粉末および前記第２の磁性粉末の前記圧縮は、焼結前に５０〜５００ＭＰａの圧力下で行われ、押付力は、単軸の押付力、平衡の押付力、または単軸の押付力に次ぐ平衡の押付力である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の焼結磁石。
【請求項１０】
少なくとも１つの請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の焼結磁石を備える、電気機器。
【請求項１１】
前記電気機器は、電気モータ、発電機、電力変成器、計器用変成器、直動装置および磁気バイアスインダクタの少なくとも１つと、磁気アクチュエータとを備える、請求項１０に記載の電気機器。
【請求項１２】
電気機器のための、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の焼結磁石の使用。
【請求項１３】
前記電気機器は、電気モータ、発電機、電力変成器、計器用変成器、直動装置および磁気バイアスインダクタの少なくとも１つと、磁気アクチュエータとを備える、請求項１２に記載の焼結磁石の使用。
【請求項１４】
第１の磁性粉末および第２の磁性粉末を、前記第２の磁性粉末が前記第１の磁性粉末の少なくとも一部の上に提供されるように、磁気整列し、任意には圧縮することによって、グリーン本体を形成することと、
前記グリーン本体を焼結炉で焼結し、任意には焼結された前記グリーン本体をアニールして、コア部分（３）と、シェル部分（２）と、前記コア部分と前記シェル部分との間の拡散部分（４）とを有する焼結磁石を形成することと、を含み、
前記シェル部分は、前記コア部分の保磁力よりも大きい少なくとも３０ｋＡ／ｍである保磁力を有し、
前記拡散部分において、保磁力は、前記コア部分の前記保磁力以上、前記シェル部分の前記保磁力以下であり、前記保磁力の値は、前記コア部分から前記シェル部分に向かって徐々に増加し、
前記コア部分の厚さは、１ｍｍ以上であり、前記シェル部分および前記拡散部分の総厚さは、少なくとも５ｍｍである、焼結磁石の製造方法
【請求項１５】
前記グリーン本体は、第１の磁性粉末、第２の磁性粉末および第３の磁性粉末を，前記第２の磁性粉末が前記第３の磁性粉末の少なくとも一部の上に提供され、前記第３の磁性粉末が前記第１の磁性粉末の少なくとも一部の上に提供されるように、磁気整列し、任意には圧縮することによって形成される、請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記拡散部分は、前記拡散部分にわたって少なくとも５（ｋＡ／ｍ）／ｍｍの保磁力勾配｜∇Ｈｃ｜を有する、請求項１４または請求項１５に記載の製造方法。
【請求項１７】
焼結時間は０．１〜２０時間であり、焼結温度は４００℃〜１２００℃であり、
任意には、前記アニールは、１〜１０時間の期間、３００℃〜７００℃の温度で行われる、請求項１４から請求項１６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記焼結は、１３３〜１０１３Ｐａの圧力を有する不活性ガスの下で行われ、前記不活性ガスは、好ましくは、Ｎ2、Ａｒ、およびＨｅの少なくとも１つを含む、請求項１４から請求項１７のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１９】
焼結前において、前記第１の磁性粉末および前記第２の磁性粉末、ならびに任意には前記第３の磁性粉末の前記圧縮は、５０〜５００ＭＰａの圧力下で行われ、好ましくは、押付力は、単軸の押付力、平衡の押付力、または単軸の押付力に次ぐ平衡の押付力である、請求項１４から請求項１８のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記コア部分の前記保磁力は、３００ｋＡ／ｍ以上、５０００ｋＡ／ｍ未満であり、前記シェル部分の前記保磁力は、５０００ｋＡ／ｍ以下である、請求項１４から請求項１９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記第１の磁性粉末および前記第３の磁性粉末の少なくとも１つは、群Ｉから選択される元素ａ）〜ｌ）の少なくとも１つの組成、および任意に群ＩＩから選択される少なくとも１つの元素を含む合金を含む、請求項１４から請求項２０のいずれか１項に記載の製造方法、
群Ｉ：
ａ）Ａｌ、ＮｉおよびＣｏ
ｂ）ＳｍおよびＣｏ
ｃ）ＳｍおよびＦｅ
ｄ）Ｓｍ、ＦｅおよびＮ
ｅ）ＦｅおよびＮ
ｆ）Ｍｎ、ＡｌおよびＣ
ｇ）ＭｎおよびＢｉ
ｈ）ハードフェライト
ｉ）Ｆｅ、Ｂ、および少なくとも１つの希土類元素
ｊ）Ｆｅ、Ｃ、および少なくとも１つの希土類元素
ｋ）Ｎｄ、ＦｅおよびＢ
ｌ）Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂ、および少なくとも１つの希土類元素、
群ＩＩ
Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、および少なくとも１つの軽希土類元素。
【請求項２２】
前記第２の磁性粉末および前記第３の磁性粉末の少なくとも１つは、群Ｉから選択される元素ａ）〜ｌ）の少なくとも１つの組成、および任意に群ＩＩから選択される少なくとも１つの元素を含む合金を含む、請求項１４から請求項２１のいずれか１項に記載の製造方法、
群Ｉ
ａ）Ａｌ、ＮｉおよびＣｏ
ｂ）ＳｍおよびＣｏ
ｃ）ＳｍおよびＦｅ
ｄ）Ｓｍ、ＦｅおよびＮ
ｅ）ＦｅおよびＮ
ｆ）Ｍｎ、ＡｌおよびＣ
ｇ）ＭｎおよびＢｉ
ｈ）ハードフェライト
ｉ）Ｆｅ、Ｂ、および少なくとも１つの希土類元素
ｊ）Ｆｅ、Ｃ、および少なくとも１つの希土類元素
ｋ）Ｎｄ、ＦｅおよびＢ
ｌ）Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂ、および少なくとも１つの希土類元素、
群ＩＩ
Ａｌ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｐｒ、ＴｉおよびＺｒ、ならびに少なくとも１つの重希土類元素、好ましくはＤｙおよびＴｂの少なくとも１つ。
【請求項２３】
前記群ＩＩの少なくとも１つの元素の総量は、前記コア部分の０．０５〜２０．０質量％である、請求項２１に記載の製造方法。
【請求項２４】
前記群ＩＩの少なくとも１つの元素の総量は、前記シェル部分の０．０５〜２０．０質量％である、請求項２２に記載の製造方法。
【請求項２５】
前記第１の磁性粉末および／または前記第２の磁性粉末および／または前記第３の磁性粉末は、０．３〜２０．０μｍの平均粒径を有する結晶異方性粉末である、請求項１４から請求項２４のいずれか１項に記載の製造方法。
【国際調査報告】
2020504446.tif 000009
2020504446.tif 000010
2020504446.tif 000011