永久磁鐵以及可變磁通電動(dòng)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及永久磁鐵以及使用該永久磁鐵的電動(dòng)機(jī)，特別是涉及適合于可變磁通 的永久磁鐵以及使用該永久磁鐵的電動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，環(huán)境?能源問(wèn)題在全世界范圍內(nèi)日趨明顯，相對(duì)于各種系統(tǒng)的節(jié)能化的要 求不斷高漲。對(duì)于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)也被要求多功能、高性能化并且被要求節(jié)能化，可變 速運(yùn)轉(zhuǎn)正在不斷發(fā)展。作為該技術(shù)中的一種有方案想出來(lái)直接使永久磁鐵的磁化發(fā)生變化 的可變磁通電動(dòng)機(jī)（參考專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
[0003] 在可變磁通電動(dòng)機(jī)中使用了磁通固定磁鐵和磁通可變磁鐵這兩種磁鐵。磁通固定 磁鐵與現(xiàn)有的永久磁鐵同步電動(dòng)機(jī)相同，要求在高扭矩條件下不會(huì)由逆變器電流而發(fā)生減 磁的尚剩余磁通密度以及尚矯頑力的性質(zhì)。另外，磁通可變磁鐵為了抑制在電動(dòng)機(jī)尚速旋 轉(zhuǎn)時(shí)成為妨礙旋轉(zhuǎn)控制的反電動(dòng)勢(shì)的增加而由電流磁場(chǎng)來(lái)減磁，在扭矩為必要的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況 的時(shí)候再由電流磁場(chǎng)進(jìn)行磁化。就這樣磁通可變磁鐵具有減磁作用和增磁作用，如果在控 制磁化狀態(tài)的時(shí)候以小的外部磁場(chǎng)就能夠進(jìn)行控制，則可期待能夠?qū)崿F(xiàn)磁通可變電動(dòng)機(jī)的 進(jìn)一步的低耗電。另外，為了磁通可變電動(dòng)機(jī)的高輸出化以及高效率化，要求從磁通可變磁 鐵取出與磁通固定磁鐵相同等的磁通量。即，對(duì)于磁通可變磁鐵來(lái)說(shuō)要求所謂低矯頑力和 高剩余磁通密度的磁性質(zhì)。
[0004] 作為磁通可變磁鐵，以往，例如公開(kāi)有Sm-Co系永久磁鐵（參考專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。通過(guò) 組合作為磁通固定磁鐵的以不被負(fù)載電流減磁的矯頑力高的Nd-Fe-B系永久磁鐵的結(jié)構(gòu)， 來(lái)獲得電動(dòng)機(jī)效率的改善。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0007] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)2013-34317號(hào)公報(bào)
[0008] 專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)2010-34522號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0010] 然而，在作為磁通可變磁鐵而使用Sm-C0系永久磁鐵的情況下，會(huì)有所謂其剩余 磁通密度Br(IOkG程度）達(dá)不到磁通固定磁鐵即現(xiàn)有的Nd-Fe-B系永久磁鐵的Br(13kG程 度）并且成為電動(dòng)機(jī)輸出以及效率降低的原因的問(wèn)題。
[0011] 發(fā)明就是借鑒了以上所述的技術(shù)問(wèn)題而做出的不懈努力之結(jié)果，其目的在于提供 一種具有與磁通固定磁鐵相同等的Br并且在控制磁化狀態(tài)的時(shí)候必要的外部磁場(chǎng)小的高 性能可變磁通用永久磁鐵以及使用該永久磁鐵的高效率的可變磁通電動(dòng)機(jī)。
[0012] 解決技術(shù)問(wèn)題的手段
[0013] 為了解決以上所述技術(shù)問(wèn)題并達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明的永久磁鐵的特征在 于：將R(R為在R內(nèi)比率中75at%以上的Nd和25at%以下的選自Y、Ce、La、Pr、Sm、Eu、Gd、Er、Tm、Yb以及Lu中的至少一種元素）、Fe和B作為主成分，由R2Fe14B結(jié)晶結(jié)構(gòu)的主相構(gòu) 成，R元素相對(duì)于全部構(gòu)成元素的比例為11. 8at<R< 12. 2at%，并且R濃度高于所述主 相的副相相對(duì)于全部磁鐵結(jié)構(gòu)組織的截面積比Are為0%<Are彡1. 3%，而且，所述主相 相對(duì)于全部磁鐵結(jié)構(gòu)組織的截面積比Ama為Ama。
[0014] 根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，因?yàn)闀?huì)減少由R濃度高于主相的R-rich相而產(chǎn)生的磁分離的影 響，并且R2Fe14B的主相是以高比例存在著，所以與現(xiàn)有的R-Fe-B系永久磁鐵相比較，能夠 獲得適宜于可變磁通電動(dòng)機(jī)的低矯頑力并且高剩余磁通密度的磁通可變磁鐵。
[0015] 另外，本發(fā)明提供一種作為磁通可變磁鐵而具備上述永久磁鐵的可變磁通電動(dòng) 機(jī)。本發(fā)明的可變磁通電動(dòng)機(jī)因?yàn)榫邆淞司哂猩鲜鎏卣鞯拇磐勺兇盆F和高剩余磁通密度 并且高矯頑力的磁通固定磁鐵，所以具有高輸出以及高效率。
[0016] 發(fā)明效果
[0017] 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種由小的外部磁場(chǎng)就能夠可逆性地使磁力變化的磁通可 變磁鐵以及具備其的可變磁通電動(dòng)機(jī)。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是表示本發(fā)明所涉及的可變磁通電動(dòng)機(jī)的實(shí)施方式的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 以下是根據(jù)不同的情況參照附圖并就為了實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 還有，本發(fā)明并不會(huì)被以下實(shí)施方式以及實(shí)施例所述的內(nèi)容限定。另外，在以下所述的實(shí)施 方式以及實(shí)施例中的構(gòu)成要素中包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易想到的構(gòu)成要素、實(shí)質(zhì)相同 的構(gòu)成要素、所謂均等范圍的構(gòu)成要素。再有，以下所述的由實(shí)施方式以及實(shí)施例進(jìn)行公開(kāi) 的構(gòu)成要素既可以作適當(dāng)組合也可以作適當(dāng)選擇使用。
[0020] 首先，就本實(shí)施方式所涉及的優(yōu)選的永久磁鐵作如下說(shuō)明。本實(shí)施方式所涉及的 永久磁鐵是將R和Fe以及B作為主成分，并且是由R2Fe14B結(jié)晶結(jié)構(gòu)的主相所構(gòu)成。在本 實(shí)施方式中，R包含在稀土元素中Nd和選自Y、Ce、La、Pr、Sm、Eu、Gd、Er、Tm、Yb以及Lu中 的至少一種元素。在此，作為R也可以含有來(lái)自于原料的雜質(zhì)或者在制造時(shí)混入的作為雜 質(zhì)的其他成分。R中的Nd的比例優(yōu)選為在R內(nèi)比率中占75at%以上。如果Nd的含量小于 75%，則會(huì)有一種剩余磁通密度降低的傾向。作為Nd以外的元素可以含有在R內(nèi)比率中占 25at%以下的選自Y、Ce、La、Pr、Sm、Eu、Gd、Er、Tm、Yb以及Lu中的至少一種元素，但是從 不降低剩余磁通密度而使矯頑力降低觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為Ce、Y、La。
[0021] 本實(shí)施方式所涉及的永久磁鐵含有11. 8at%~12. 2at%的所述R元素。由此， 可以平衡良好地生成用于保持高的剩余磁通密度的充分的主相和抑制高矯頑力的R-rich 相。如果R的量小于11. 8at%，則永久磁石的成為主相的R2Fe14B相的生成就會(huì)變得不夠充 分。另外，如果R超過(guò)了 12. 2at%，則R-rich相增加，導(dǎo)致矯頑力增加。
[0022] 本實(shí)施方式所涉及的永久磁鐵含有5~8at%的B。在B為小于5at%的情況下，永 久磁鐵的成為主相的R2Fe14B相的生成就會(huì)變得不夠充分。另一方面，如果B超過(guò)了Sat%， 則會(huì)處于一種剩余磁通密度降低的傾向。因此，將B的上限設(shè)定為8at%。為了生成用于 保持高的剩余磁通密度的充分的主相和能夠抑制高矯頑力的R-rich相，優(yōu)選B為5. 2~ 6. 2at%。B的一部分也可以被C置換。C的置換量相對(duì)于B優(yōu)選為10原子％以下。
[0023] 本實(shí)施方式所涉及的永久磁鐵含有73~83%的Fe。如果Fe的含量小于73at%， 則會(huì)有剩余磁通密度降低的傾向。另外，如果Fe超過(guò)了 83at%，則永久磁鐵的成為主相的 R2Fe14B相的生成就會(huì)變得不夠充分。Fe的一部分也可以被Co置換。Co的置換量相對(duì)于 Fe優(yōu)選為15at%以下。Co形成與Fe相同的相，但是在Co置換量為15at%以下的情況下 對(duì)居里溫度的提高和矯頑力的降低是有效的。
[0024] 本實(shí)施方式所涉及的永久磁鐵允許含有其他元素。例如能夠適當(dāng)含有Zr、Ti、Bi、 Sn、Ga、Nb、Ta、Si、V、Ag、Ge等元素。
[0025] 本實(shí)施方式所涉及的永久磁鐵含有I. 0~3. 5mg/g的C。由此，就這樣維持剩余 磁通密度不變并能夠使矯頑力降低。本發(fā)明人認(rèn)為這是起因于C在主相粒子表面或者在界 面上與R形成化合物，并且主相的逆磁區(qū)的成為起點(diǎn)的缺陷變得容易生成。然而，在C小于 I. 〇mg/g的情況下含有C的化合物基本上沒(méi)有，并且不會(huì)生成如使矯頑力降低那樣的主相 的缺陷。在含有C的量大于3. 5mg/g的情況下由于含有C的化合物增加而使得剩余磁通密 度發(fā)生降低。另外，此時(shí)通過(guò)將主相的平均粒徑做到1. 0~2. 5ym從而就變得更加容易實(shí) 現(xiàn)上述效果。本發(fā)明人認(rèn)為這是起因于主相粒子表面積增大并且變得C容易與主相粒子相 接觸