專利名稱：永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機。
背景技術(shù)：
特開2004-153924號公報(以下稱專利文獻1)是作為現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)機的例子。在 專利文獻1中記載了在轉(zhuǎn)子具有永久磁鐵的旋轉(zhuǎn)機。專利文獻1特開2004-153924號公報

發(fā)明內(nèi)容
在專利文獻1所記載的旋轉(zhuǎn)機中，要求進一步提高效率。本發(fā)明的目的在于，提供 一種高效率的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機。本發(fā)明的一個特征在于，永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機，具備纏繞了繞組的定子鐵心，和由 具有永久磁鐵相對于所述定子鐵心旋轉(zhuǎn)可能地被支撐的轉(zhuǎn)子，永久磁鐵含有磁性粉及氟化 物。根據(jù)本發(fā)明，提供一種高效率的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機，能降低在永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機 的永久磁鐵中的渦流損。


圖1是本發(fā)明的一個實施例的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機的徑向剖面。圖2是本發(fā)明的一個實施例的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機的軸向剖面。圖3是本發(fā)明的一個實施例的逆變器運轉(zhuǎn)時的電流波形圖。圖4是本發(fā)明的一個實施例的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機的徑向剖面。圖5是本發(fā)明的一個實施例的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機的徑向剖面。圖6是本發(fā)明的一個實施例的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機的徑向剖面。圖7是本發(fā)明的一個實施例的用于永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機的磁鐵用磁性粉的剖面TEM 觀察照片。圖8是本發(fā)明的一實施例的用于永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機的磁鐵用磁性粉的剖面TEM觀 察照片。符號說明L···永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機，2…定子鐵心，3…切槽，4…電樞繞組，5…轉(zhuǎn)子，6…軸，7… 電磁鋼板或非晶形環(huán)，8…永久磁鐵，9…增強材，10…中間套筒，11…密封材，12…逆變器， 13…電抗器，14···低電阻磁鐵。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的實施例，高速永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機，具有永久磁鐵式同步電動機，其 具有，在定子鐵心的多個的切槽(slot)中纏繞安裝有電樞繞組的定子，和含有高電阻的氟 化物的永久磁鐵，在其外周設(shè)有增強材的轉(zhuǎn)子；逆變器(inverter)，其驅(qū)動永久磁鐵式同 步電動機，其中，從逆變器供給到永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機的高次諧波電流成分的含有率形成為 在基波作為100%時，5次的含有率為A，7次的含有率為B，11次的含有率為C，將7次的含 有率B設(shè)為20%以下，并且滿足A < C < B的關(guān)系。并且，所述永久磁鐵式同步電動機，具有在定子鐵心的多個的切槽中纏繞安裝了 電樞繞組的定子；在導(dǎo)電磁鐵的軸的外周設(shè)有高電阻的永久磁鐵，并在其外側(cè)設(shè)有增強材 的轉(zhuǎn)子，其中，由驅(qū)動該永久磁鐵式同步電動機的逆變器所供給的高次諧波電流成分的含 有率形成為在基波為100%時，5次的含有率為A，7次的含有率為B，11次的含有率為C， 13次的含有率為D，17次的含有率為E，19次的含有率為F，通過(A2+B2+C2+D2+E2+F2) 5計算 出的綜合含有率為20%以下。而且，在所述高電阻的永久磁鐵上，采用含有氟的無機物構(gòu)成的高電阻層，從而降 低由高次諧波電流所致的磁鐵部的損失。此外，在高電阻的永久磁鐵上形成有層狀的氟化物，該氟化物與永久磁鐵的母相 相比為高電阻，因為在母相的居里溫度以下是穩(wěn)定的，所以旋轉(zhuǎn)機即使在局部形成高溫也 沒有問題。永久磁鐵的磁通量，通過轉(zhuǎn)子的軸、CFRP或者高強度材，而導(dǎo)向定子。永久磁鐵式 旋轉(zhuǎn)機，由基頻的數(shù)百Hz以上的逆變器驅(qū)動時，來自逆變器的高次諧波磁通量發(fā)生。此高 次諧波的有力次數(shù)為基頻的5倍、7倍、11倍、13倍、17倍、19倍，由各構(gòu)成材而使高次諧波 損失發(fā)生。若此高次諧波損失以軸計為數(shù)kW，則高速的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機變得不成立。為 了此課題的解決，而在永久磁鐵中采用高電阻磁鐵。該高電阻磁鐵是在磁鐵內(nèi)部或者表面 形成了由以下的層的磁鐵即包含含有氟的化合物的層，如含有BaF2、CaF2、MgF2、SrF2、LiF、 LaF3、NdF3、PrF3、SmF3、EuF3、GdF3、TbF3、DyF3、CeF3、HoF3、ErF3、TmF3、YbF3、LuF3、LaF2、NdF2、 PrF2、SmF2、EuF2、GdF2、TbF2、DyF2、CeF2、HoF2、ErF2、TmF2、YbF2、LuF2、YF3、ScF3、CrF3、MnF2、 MnF3> FeF2> FeF3、CoF2> CoF3> NiF2> ZnF2> AgF> PbF4> A1F3> GaF3> SnF2> SnF4> InF3> PbF2> BiF3, 或者由表示為M χ Fy的含有氟的層，其中M是從原子代碼12至90的元素，χ為1_5，y為 0. 1-10，或者在所述MxFy中以10原子％以下的濃度，混合氧、碳、硼、氮等的輕元素的層。 在所述氟化物中，在不改變氟化物的結(jié)晶構(gòu)造的范圍內(nèi)，也可以包含氧和碳、氮等的雜質(zhì)或 缺陷。作為所述雜質(zhì)的化合物和氟化物的混合體的氧化物和氟化物的混合，也可以是碳化 物和氟化物的混合或氮化物和氟化物的混合物。并且，也可以是多個的氟化物的層。這些 層狀氟化物層，有著IOmQcm以上的比電阻，但如果是母相的2倍以上的電阻則可以確認到 損失降低的效果。并且層狀氟化物的厚度為1 lOOOOOnm。在經(jīng)過涂布工序而形成層狀 氟化物時，層狀氟化物內(nèi)的氟化物顆粒的大小為IOOnm以下。在層狀氟化物內(nèi)，在上述氟化 物以外，即使有顯示母相的2倍以上的電阻的異相，也能夠確認到損失降低的效果。形成母 相的磁鐵，由NdFeB系、SmCo系、SmFeN系等的稀土元素，和含有強磁性過渡性金屬的合金 系構(gòu)成。通過采用上述的高電阻磁鐵，并且在逆變器與永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機之間插入電抗器 (reactor)，由逆變器供給于永遠磁鐵式旋轉(zhuǎn)機的高次諧波成分的含有率調(diào)整為在設(shè)基波
4含有率為B，11次的含有率為C，7次的含有率設(shè)在20% 以下，并且滿SA < C < B的關(guān)系，從而能夠提供一種降低了損失的永久磁鐵旋轉(zhuǎn)機。并且， 在永久磁鐵旋轉(zhuǎn)機的轉(zhuǎn)子的軸外周設(shè)有電磁鋼板或壓粉鐵的環(huán)，并且在逆變器與永久磁鐵 式旋轉(zhuǎn)機之間插入電抗器，設(shè)從逆變器供給到永遠磁鐵式旋轉(zhuǎn)機的高次諧波電流成分的含 有率為A，7次的含有率為B，11次的含有率為C，13次的含有率為C，13次的含有率為D，17 次的含有率為E，19次的含有率為F，通過(A2+B2+C2+D2+E2+F2)°_5計算出的綜合含有率滿足 21%以下，通過如上調(diào)整，能夠減少軸的高電阻磁鐵部的高次諧波損失。在本發(fā)明的實施例中，在永久磁鐵中，在所述高電阻的稀土類永久磁鐵的內(nèi)部或 表面形成有層狀的氟化物，特別是通過在含有稀土類元素的材料的表面形成氟化物，可確 保高電阻及耐腐蝕性。如果形成含有稀土元素的氟化物，或含有從原子代碼12至90中的 1種以上的元素和氟的材料，則氟化物的外側(cè)沒有特別限制，也可以使用Ni和Cr、Cu等的 金屬或者合金膜，SiO2和Al2O3等的氧化膜，TiN等的氮化膜，環(huán)氧樹脂等的有機材料。本實 施例，抑制含有稀土類元素R-Fe-B (R為稀土類元素)系或R-Co系磁鐵的能積降低而高電 阻化，通過在轉(zhuǎn)子中使用此磁鐵，而成為能夠降低損失的磁鐵電機。在所述的磁鐵電機中， 包含混合動力汽車的驅(qū)動用、起動機用、電動動力轉(zhuǎn)向裝置用，也包含離心分離機、吸塵器、 電動機、發(fā)電機、錠子(spindle)等的高速電機。以下，說明本發(fā)明的實施例。圖1表示本發(fā)明的一個實施例的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機 的徑向剖面圖，圖2表示本發(fā)明的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機的軸向剖面圖。在圖中，定子由纏繞安 裝在設(shè)于定子鐵心2的多個的切槽3中的三相U、V、W的電樞繞組4構(gòu)成。轉(zhuǎn)子5，由以下 構(gòu)件構(gòu)成在磁體或非磁體軸6的外周的中間套筒(sleeve) 10 ；在中間套筒10的外周的電 磁鋼板或非晶形環(huán)7 ；在電磁鋼板或非晶形環(huán)7的外周的電阻0. 3mQcm以上的永久磁鐵8 ； 在永久磁鐵8的外側(cè)的由碳纖維或非晶體組成的增強材9。轉(zhuǎn)子5的配置如圖2所示，在中 間套筒10的外周側(cè)，依次為電磁鋼板或非晶形環(huán)7、高電阻永久磁鐵8、增強材9，以密封材 11將其固定于中間套筒10的端部之后，進行高電阻永久磁鐵8的磁化，并安裝于軸6。對 于顯示高電阻的永久磁鐵的磁化所必要的磁場，在母相為NdFeB系時是20k0e。由定子和 轉(zhuǎn)子5構(gòu)成的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機，根據(jù)永久磁鐵8的磁極位置，通過電抗器13，將電流從逆 變器12供給到電樞繞組4，由此而旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機，含有驅(qū)動空調(diào)壓縮機等 的葉輪，包含轉(zhuǎn)數(shù)在IOOOOrpm以上的高速機。根據(jù)逆變器的驅(qū)動頻率的關(guān)系，電動機由高 速機成為2極。為此驅(qū)動頻率成為167Hz以上。因為來自此167Hz以上的逆變器的電流由 PWM(脈寬調(diào)制)被外加電壓調(diào)整，所以高次諧波疊加，若進行頻率分析，則以基頻的5倍、7 倍、11倍、13倍、17倍、19倍被疊加。圖3表示本發(fā)明的一個實施例的逆變器運轉(zhuǎn)時的電流 波形。因為由PWM調(diào)整外加電壓，所以在電流波形中如圖3所示，基波以外的高次諧波被疊 加成為扭曲的電流波形。對于同樣的波形以5次、7次、11次、13次、17次、19次被疊加。因 為奇數(shù)次的電流成分與旋轉(zhuǎn)頻率不同步，所以高次諧波的磁通量入射到轉(zhuǎn)子側(cè)。在永久磁 鐵非高電阻時，渦流流動而消除了高次諧波磁通量，發(fā)生渦流損。渦流使磁鐵的溫度上升， 在由于溫度上升而去磁曲線變化的磁鐵中，去磁有效而磁通量減少。因此旋轉(zhuǎn)機的輸出降 低。通過提高永久磁鐵8的電阻，可以使上述渦流降低從而控制去磁。因為連接磁鐵使用 樹脂作為粘合劑，所以成為高電阻，但因為粘合劑能積降低，在含有150°C以上的高溫區(qū)域 和濕氣和油霧等的氣氛下，很難確保其可靠性。
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稀土類磁鐵因為稀土類元素容易氧化，所以對有機材料的粘合劑或磁粉的有機 材料的表面處理，由于氧化的防止不完全，所以經(jīng)鹽霧試驗等容易引起磁鐵的劣化。改 變有機表面處理，通過在磁粉表面形成含有所述氟的層而防止氧化。含氟的層的厚度為 I-IOOOOnm0通過使用有機粘合劑成形該形成含氟層的磁粉，從而能得到難以氧化的高電阻 磁鐵。其電阻值以磁粉體積率為50 97%計，在15m Ω cm以上。此外，不用有機粘合劑的磁 鐵，或通過在400°C以上溫度使形成含有氟的層的磁粉成形，或通過使含有氟的層覆蓋于成 形的磁鐵的表面，并層疊此磁鐵，從而可以高電阻化。在含有氟的層的形成中，可以對磁粉 和成形磁鐵使用如下形成手法，如含有氟的膠體狀液的涂布；含有氟的化合物的I-IOOnm 微粒子的涂布；由噴鍍和氣溶膠法(aerosol)對磁粉和成形磁鐵的形成；氣相淀積和噴濺 涂覆法；CVD ；PVD等。這種含氟的層，即使形成于磁粉和成形體的表面，如果使用溫度區(qū)域 在磁鐵的居里溫度以下，則不會使磁性很大地劣化，所以其對在高溫使用的磁鐵也基本有 效。使用氣溶膠法而使磁鐵形成的粉末與含有氟的粉末，附著于轉(zhuǎn)子的非晶形環(huán)或電磁鋼 板的表面，在非晶形環(huán)或電磁鋼板上形成直接厚膜磁鐵，而可以制作大塊的磁鐵。由表1表示本發(fā)明的電流的高次諧波含有率與軸的延伸率的關(guān)系。(表一) 表1表示對應(yīng)于使用輸出功率90kW的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機的1 10種情況下的高 次諧波電流的含有率，將基波設(shè)為100%,A:5次、B :7次、C :11次、D 13次、E 17次、F 19 次的高次諧波含有率，另外將可以允許的軸的延伸率設(shè)為100%，則各個情況的軸的延伸 率，由(A2+B2+C2+D2+E2+F2)°·5計算出綜合含有率，對于A<B和A<C<B*B< 20%的滿 足判定以O(shè)X表示。高次諧波含有率的調(diào)整，通過PWM的傳播頻率、電抗器進行調(diào)整。根據(jù) 表1，軸的延伸率在允許值為100%以下的，為情況1、2、3、4、10。這些情況，以綜合含有率計 為20. 61%以下，A<C<B*B< 20%復(fù)合情況1、2、3、10。高速的永久磁鐵旋轉(zhuǎn)機可以 實現(xiàn)的條件，是々< C < 8，且8 < 20%和在綜合含有率為20%以下的情況。為了實現(xiàn)綜合 含有率在20%以下，可以調(diào)整電抗器的電阻。在圖4中，定子由纏繞安裝在設(shè)置于定子鐵心2的多個的切槽3中的三相U、V、W 的電樞繞組4構(gòu)成。轉(zhuǎn)子5由如下構(gòu)件構(gòu)成在磁體或非磁體軸6的外周的中間套筒10 ； 在中間套筒10的外周的電磁鋼板或非晶形環(huán)7 ；在電磁鋼板或非晶形環(huán)7的外周的電阻0. 1-0. 2m Ω cm的低電阻磁鐵14 ；在低電阻磁鐵14的外側(cè)的電阻在0. 3m Ω cm以上的永久磁 鐵8 ；在永久磁鐵8的外側(cè)的由碳纖維或非晶體組成的增強材9。對于顯示高電阻的永久磁 鐵的磁化必要的磁場，在母相為NdFeB系時是20k0e。將顯示高電阻的永久磁鐵配置在低電 阻磁鐵的外側(cè)，是因為外周側(cè)的一方容易受到高次諧波磁場的影響，所以出于渦流損對策 僅把外周側(cè)作為高電阻磁鐵。外轉(zhuǎn)子的構(gòu)造的情況，因為受到的高次諧波磁場的影響在內(nèi) 周側(cè)，所以可以使僅內(nèi)周側(cè)的磁鐵為高電阻。此外其他的構(gòu)造同樣，在磁路中，通過只在容 易受到高次諧波的影響的地方使用高電阻磁鐵，即能夠降低渦流損。由定子1和轉(zhuǎn)子5組 成的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機，根據(jù)永久磁鐵8的磁極位置，通過電抗器13，將電流從逆變器12供 給到電樞繞組4，由此而旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機，含有驅(qū)動空調(diào)壓縮機等的葉輪，包 含轉(zhuǎn)數(shù)在IOOOOrpm以上的高速機。根據(jù)逆變器的驅(qū)動頻率的關(guān)系，電動機由高速機成為2 極。為此驅(qū)動頻率成為167Hz以上。因為來自此167Hz以上的逆變器的電流由PWM(脈寬 調(diào)制)被外加電壓調(diào)整，所以高次諧波疊加，若進行頻率分析，則以基頻的5倍、7倍、11倍、 13倍、17倍、19倍被疊加。圖4的情況，高速的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機能夠?qū)崿F(xiàn)的條件也是，A < C < 8，且B < 20%和綜合含有率為20%以下的情況。在圖5中，定子由纏繞安裝在設(shè)置于定子鐵心2的多個的切槽3中的三相U、V、W 的電樞繞組4構(gòu)成。轉(zhuǎn)子5配置有在磁體或非磁體軸6的外周的中間套筒10 ；在中間套 筒10的外周的電磁鋼板或Fe系非晶形環(huán)7 ；在環(huán)7的外周的電阻0. 3m Ω cm的永久磁鐵8。 對于顯示高電阻的永久磁鐵的磁化必要的磁場，在母相為SmCo系時是20k0e。通過將顯示 高電阻的永久磁鐵配置在低電阻磁鐵的外側(cè)，從而在容易受到高次諧波磁場的影響的磁鐵 部，作為用于渦流損對策的高電阻磁鐵。低速旋轉(zhuǎn)的情況如圖5所示，高電阻磁鐵的外測沒 有必要進行特別的增強。由定子和轉(zhuǎn)子5組成的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機，根據(jù)永久磁鐵8的磁極 位置，通過電抗器13，將電流從逆變器12供給到電樞繞組4，由此而旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。永久磁鐵式 旋轉(zhuǎn)機，包含轉(zhuǎn)數(shù)在IOOOOrpm以上的高速機。在這種電動機中，形成3極以上的多極。為 此驅(qū)動頻率依存于極數(shù)但高次諧波疊加。疊加的高次諧波，若進行頻率分析，則以基頻的5 倍、7倍、11倍、13倍、17倍、19倍被疊加。圖5的情況同樣，高速的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機能夠 實現(xiàn)的最佳條件是，々<(<8，且8< 20%和綜合含有率為20%以下的情況。在圖6中，定子由纏繞安裝在設(shè)置于定子鐵心2的多個的切槽3中的三相U、V、W 的電樞繞組4構(gòu)成。轉(zhuǎn)子5如圖6所示，將在磁體或非磁體軸6的外周的中間套筒10、在 中間套筒10的外周的電磁鋼板或Fe系非晶形環(huán)7、在非晶形環(huán)7的電阻在0. 3m Ω cm以上 的永久磁鐵8，配置在由層疊鋼板、壓粉鐵或非晶形疊片等的軟磁材料構(gòu)成的增強材9之 間。在永久磁鐵8的外側(cè)非軟磁材料的一方，表面磁通量密度變高能夠得到高扭矩。永久 磁鐵8，能夠適用由含有含氟的高電阻層的磁性粉和樹脂構(gòu)成的連接磁體。連接磁體的情 況，可以是磁性粉各向同性、各向異性，各向同性和各向異性的混合的任何一種的情況。另 外成形方法也可以是壓縮、擠壓、注塑的任何一種的方法。在各向異性時，通過使用HDDR粉 末和高溫變形磁粉等的NdFeB系磁粉、SmCo各向異性磁粉、SmFeN各向異性磁粉，附加成形 中的磁場，從而輻射各向異性和極各向異性等的各向異性化成為可能。含有氟的高電阻層 是1 lOOOOnm，高電阻層的電阻在IOmQcm以上。此高電阻層在200°C是穩(wěn)定，不會使含 有Fe、Co、Ni、Mn等的粉末的磁性劣化。在NdFeB系磁鐵和SmCo系磁鐵的情況也含有氟的 高電阻層時，因為達到高溫是穩(wěn)定的，所以可經(jīng)受從200°C至400°C的使用。在使用成形磁
7鐵時，NdFeB系燒結(jié)磁鐵或SmCo系燒結(jié)磁鐵的塊體在經(jīng)機械加工、研磨后，用溶膠液涂布含 有氟的高電阻層。在涂布前或涂布后，也可以進行Ni等的鍍覆。涂布而形成的高電阻層， 為了減少缺陷、氣孔而進行熱處理、多層化，或最佳化溶膠液的制作條件、溶膠液中的微粒 的構(gòu)造和直徑。塊體間的高電阻層的厚度是1 lOOOnm。對增強材9的高電阻化，也可以 使用含有氟的高電阻層。添加有Fe、Co、Ni或這些的合金、各種的第3、4元素的磁體的板 或粉末、非晶薄帶、亞穩(wěn)相的粉末和薄帶的表面，由含有氟的高電阻層覆蓋。同上所述，涂布 溶膠狀液體，加熱干燥，而在粉末和薄帶的表面形成含有氟的層。使用氣溶膠法使含有氟的 粉末噴射沉積于磁性粉或磁性帶狀物的表面，形成含有氟的高電阻層。由于高電阻層具有 耐熱性，所以高電阻層形成之后，在1000°C以下的溫度加熱成形，從而能夠得到高密度且高 電阻的軟磁材料。因此，作為增強材9和永久磁鐵8的組合，若像軟磁材料 永久磁鐵一樣 記述，則為具有含氟的高電阻層的軟磁材料·具有含氟的高電阻層的永久磁鐵；具有不含 氟的高電阻層的軟磁材料·具有含氟的高電阻層的永久磁鐵；具有含氟的高電阻層的軟磁 材料·具有不含氟的高電阻層的永久磁鐵。由定子和轉(zhuǎn)子5組成的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機，根 據(jù)永久磁鐵8的磁極位置，通過電抗器13，將電流從逆變器12供給到電樞繞組4，由此而旋 轉(zhuǎn)驅(qū)動。具有含氟的高電阻層的磁性材料也適用于電抗器，可以降低損失。永久磁鐵式旋 轉(zhuǎn)機，包含轉(zhuǎn)數(shù)低于IOOOOrpm的旋轉(zhuǎn)機。在這種電動機中形成3極以上的多極。為此驅(qū)動 頻率依賴于極數(shù)但高次諧波也疊加。疊加的高次諧波，若頻率分析則以基頻的5倍、7倍、 11倍、13倍、17倍、19倍被疊加。圖6的情況下，永久磁鐵旋轉(zhuǎn)機能實現(xiàn)的最佳條件也是， 八<(<8，且8< 20%和綜合含有率在20%以下的情況。此最佳條件，具有通過電抗器的 控制比以前容易的特征，可以使用廉價的電抗器。在將如以上的高電阻磁鐵應(yīng)用于電機的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機中，通過使用電抗器， 對由逆變器供給的高次諧波電流成分進行控制，由驅(qū)動永久磁鐵式同步電動機的逆變器供 給的高次諧波電流成分含有率，如下在基波設(shè)為100%時，5次的含有率為A ；7次的含有 率為B ； 11次的含有率為C，7次的含有率B設(shè)為20%以下，并且滿足々< C < B的關(guān)系。據(jù) 此，高次諧波損失大幅度減少。根據(jù)上述實施例，通過使氟化物含于永久磁鐵，從而使在永久磁鐵內(nèi)部發(fā)生的渦 流損降低，能夠使旋轉(zhuǎn)機的效率提高。其次，具體地說明關(guān)于用于上述永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機的永久磁鐵的制作方法。首先 的例子，磁性粉末也可以使用以Nd2Fe14B作為主相的粉末直徑為1-100 μ m的粉末，使用用 溶媒而溶膠化的NdF3,在磁性粉末表面的一部分或者全部，形成結(jié)晶質(zhì)或者非晶質(zhì)的NdF3 為主要成分的膜。在磁性粉末涂布時，選擇使用難以對磁性粉末的磁性或構(gòu)造造成損傷的 溶媒。涂布而形成的NdF3的膜厚，平均為Ι-lOOOOnm。即使NdF2混合于NdF3,對磁性粉末的 磁性也無影響。在此氟化物層和磁性粉末的界面附近，可以有含有稀土元素的氧化物及微 量的雜質(zhì)的碳或含氧化合物。在將Nd2Fe14B作為主相的粉末中形成NdF2時，其剖面TEM的 觀察結(jié)果由圖7和圖8表示。圖3是Nd2Fe14B和NdF2的界面附近的TEM像。沒有確認到由 NdF2形成而在Nd2Fe14B的一側(cè)出現(xiàn)大的損傷。根據(jù)圖7、圖8可知，形成于Nd2Fe14B的NdF2 的粒徑為10-20nm。根據(jù)溶膠的制作條件和涂布及熱處理條件等，可以控制該粒徑及氟化物 的密度，通過400°C以上的熱處理，顆粒成長缺陷密度減少。作為NdF2氟化物，同樣可以使 用的溶膠狀物，如以下氟化物BaF2、CaF2、MgF2、SrF2、LiF, LaF3、NdF3、PrF3、SmF3> EuF3> GdF3>
8TbF3、DyF3、CeF3、HoF3、ErF3、TmF3、YbF3、LuF3、LaF2、NdF2、PrF2、SmF2、EuF2、GdF2、TbF2、DyF2、 CeF2> HoF2 > ErF2 > TmF2 > YbF2> LuF2> YF3> ScF3> CrF3> MnF2> MnF3> FeF2> FeF3> CoF2 > CoF3> NiF2、 ZnF2、AgF、PbF4、AlF3、GaF3、SnF2, SnF4, InF3、PbF2、BiF3 ；或者混合了 2 種以上的上述氟化物 的復(fù)合氟化物；層疊了 2種以上的氟化物的層疊氟化物；或者以MxFy表示的氟化物，其中M 為1種或多個的金屬元素，X為從1到5，Y為從1到10。F的一部分也可以是混合氧、碳、 氮、硼等的輕元素，以MxFyOz代表的氟化物，其中M是1種或多個金屬元素，X為從1到5，Y 為從1到10，O為氧，Z為從1到10?；蛘咄ㄟ^使與上述含有氟的化合物或合金具有同等的 組成的非晶質(zhì)的氟化物的含有成分，形成于在至少1種以上Nd2Fe14B作為主相的粉末表面， 從而可得到如下任一的效果矯頑磁力的溫度系數(shù)降低、矯頑磁力增大、殘留磁通量密度的 溫度系數(shù)降低或Hk的增加、去磁曲線的角型性提高、耐腐蝕性提高、控制氧化、抗拉強度的 增加、脆性破壞的控制、高溫強度的提高。這些氟化物在20°C可以是強磁性或非磁性的任 何一種。通過使用溶膠涂布于磁性粉末，與不使用溶膠的氟化物粉末混合時相比，能夠提高 磁性粉末表面的氟化物的覆蓋率。因此上述效果，與氟化物粉末混合時相比，使用溶膠覆蓋 的一方表現(xiàn)也顯著。在氟化物中包含氧、母相的構(gòu)成元素也能維持上述效果。制作使上述 氟化物層形成的磁性粉末，與以下有機樹脂混合的化合物環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚酰 胺樹脂、聚酰胺一酰亞胺樹脂、* X $ K (kerimido)樹脂、馬來酰亞胺、聚苯醚、聚苯硫 醚的單體，或與環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚酰胺一酰亞胺樹脂、* X ^ K (kerimido)樹 脂、馬來酰亞胺等，通過在磁場中或非磁場中成形，而可以成形于連接磁鐵。使用了涂布所 述溶膠的Nd2Fe14B粉的連接磁鐵，與用磁粉的效果一樣，能夠確認到如下任一效果矯頑磁 力的溫度系數(shù)降低、矯頑磁力增大、殘留磁通量密度的溫度系數(shù)降低或Hk的增加、去磁曲 線的角型性提高、耐腐蝕性提高、控制氧化。這些效果被認為是因為，通過氟化物層的形成， 從而磁疇結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，氟化物附近的各向異性增加，氟化物防止磁粉的氧化。
作為其他的例子，在磁性粉末以Nd2Fe14B、Sm2Fe17N3^ Sm2Co17為主相的磁粉，或者稀 土類和Fe、Co、Ni的合金粉中，使用粉末直徑1-100 μ m的粉末，使用含有REF3 (RE為稀土類 元素)的溶膠狀物，在磁性粉末表面的一部分或全部，涂布形成結(jié)晶質(zhì)或非晶質(zhì)的以REF3 為主要成分的膜。REF3的膜厚，平均為Ι-lOOOOnm。即使REF2混合于REF3,也不影響磁性 粉末的磁性。涂布后除去用于溶膠制作的溶媒。在這些氟化物層與磁性粉末的界面附近， 也可以含有作為含有稀土元素的氧化物及微量的雜質(zhì)的碳或含氧化合物、稀土類富相。通 過在REFx(X= 1-3)的范圍控制溶膠的組成和涂布條件，有可能改變氟化物層的組成。具 有了這些結(jié)晶質(zhì)或同樣的組成的非晶質(zhì)的氟化物，通過將其含有成分至少1種以上形成 于磁性粉末表面，可以得到如下任一效果矯頑磁力的溫度系數(shù)降低、矯頑磁力增大、殘留 磁通量密度的溫度系數(shù)降低或Hk的增加、去磁曲線的角型性提高、耐腐蝕性提高、控制氧 化。制作使上述氟化物層形成的磁性粉末，與以下有機樹脂混合的化合物環(huán)氧樹脂、聚酰 亞胺樹脂、聚酰胺樹脂、聚酰胺一酰亞胺樹脂、* X $ K (kerimido)樹脂、馬來酰亞胺、 聚苯醚、聚苯硫醚的單體，或與環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚酰胺一酰亞胺樹脂、* X $ K (kerimido)樹脂、馬來酰亞胺等，通過壓縮或者注塑成形，而可以成形于連接磁鐵?；蛘?，通 過對使所述氟化物層形成的磁性粉末用模具壓縮成形、熱成形、擠壓成形，可以制作磁性粉 體積率為80%-99%的成形磁鐵。在此成形磁鐵中，在晶界部形成有層狀的氟化物。使用 了涂布了所述溶膠的Nd2Fe14B、Sm2Fe17N3或Sm2Co17粉的連接磁鐵，與用磁粉的效果一樣，能
9確認如下任一效果矯頑磁力的溫度系數(shù)降低、矯頑磁力增大、殘留磁通量密度的溫度系數(shù) 降低或Hk的增加、去磁曲線的角型性提高、耐腐蝕性提高、控制氧化。這些效果被認為是因 為，通過氟化物層的形成，從而磁疇結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，氟化物附近的各向異性增加，氟化物防止磁 粉的氧化。Nd2Fe14B、Sm2Fe17N3或Sm2Co17粉，應(yīng)用上各自添加不同的元素，但無論在使用哪種 的添加元素時，氟化物都有可以形成，能確認上述效果。并且Nd2Fe14B、Sm2Fe17N3或Sm2Co17 磁粉，添加含有稀土元素的金屬系元素，從而控制組織和結(jié)晶構(gòu)造、晶界、粒徑等。由此在主 相以外通過添加元素和磁鐵制作的程序，也能形成主相以外的相。NdFeB的情況，是有硼化 物和稀土類富相或鐵富相等，但在前述的相和這些氧化物形成的粉末的表面，也可以涂布 上述溶膠狀物，可以形成層狀的氟化物。作為其他的例子，含有至少1種以上稀土類元素的磁性體的表面，由于至少形成 如下 1 種以上BaF2、CaF2, MgF2, SrF2, LiF、LaF3> NdF3> PrF3> SmF3> EuF3> GdF3> TbF3> DyF3> CeF3、HoF3、ErF3、TmF3、YbF3、LuF3、LaF2、NdF2、PrF2、SmF2、EuF2、GdF2、TbF2、DyF2、CeF2、HoF2、 ErF2> TmF2> YbF2 > LuF2 > YF3> ScF3、CrF3> MnF2> MnF3> FeF2 > FeF3> CoF2> CoF3> NiF2 > ZnF2 > AgF> PbF4, A1F3、GaF3, SnF2, SnF4, InF3, PbF2, BiF3，從而可實現(xiàn)耐腐蝕性提高或高電阻化。在含 氟溶膠的涂布后，通過以100°C以上的溫度熱處理以Nd2Fe14B為主相的燒結(jié)體的表面，形成 上述含氟的化合物。含氟層的膜厚是Ι-lOOOOnm。能得到具以有Inm以上的膜厚，比電阻 為IXlO4Qcm以上的值的含氟層。此膜由于在1000°C以下為穩(wěn)定所以能夠防止高溫下使 用的磁鐵材料的氧化。為了減少氣孔，不是使氟化物層形成多層，就是使金屬系膜(Ni、Cr、 Cu等)和上述含氟的膜層疊，含氟化物的膜和氧化物的層疊、含有氟化物的膜和有機物層 疊，對耐腐蝕性確保或高電阻化也是有效的。另外，在成長于上述含氟層的氟化物中，也可 以包含氧、氮、硼等輕元素。Nd2Fe14B成形體中使用溶膠涂布NdF2，若以100°C以上的溫度熱 處理，則能形成以NdF3為主的膜。此膜為Ι-lOOOOnm，顯示IXlO4Qcm以上的電阻值。此 外若以400°C以上進行熱處理，則NdFe2在Nd2Fe14B的界面附近成長。由于NdFe2變得難以 剝離，并且電阻值變得更高。在成形體表面有M膜的時候同樣也能形成NdFe3,能夠得到顯 示為IXlO4Qcm以上的電阻值的膜，成形磁鐵的電阻可以在0. 3mΩ cm以上。作為其他的例子，使用作為硬磁材料的Nd2Fe14B,作為軟磁材料的Fe制作磁路。在 金屬鑄型內(nèi)預(yù)成形的Nd2Fe14B的周圍插入Fe粉，以lt/cm2的沖壓成形。這些粉末以含氟材 料涂裹表面。沖壓后，在熱處理爐內(nèi)加熱，涂裹層之間結(jié)合。此溫度為500°C 1200°C。由氟 化物擴散產(chǎn)生，Nd2Fe14B及Fe鐵粉表面的氟化物結(jié)合成為一體。形成一體后的加工由于計 劃使用的磁路的設(shè)計而不同，從而具有如下特征，因為有涂裹材料，所以即使Nd2Fe14B在表 面，耐腐蝕性也高且渦流損小。使用上述氟化物可以加熱成形硬磁材料和軟磁材料的材料， 有作為硬磁材料的 Nd2Fe14B、Sm2Co17、Sm2Co5、NdFeSi 系、NdFeAl 系、SmFeN 系等的稀土類-3d 過渡金屬系，或稀土類-3d過渡金屬-半金屬系，作為軟磁材料的Fe系、FeCo系、Fe-Si系、 Fe-C系、Ni系、Fe-Ni系等。至少包含1種以上實施例7以外的稀土元素的金屬系粉，因為 稀土元素容易氧化，所以磁性變化。氟化物作為用于稀土類元素的氧化防止的層是有效的， 在上述實施例使用的氟化物層，對于含有稀土元素的全部的金屬系磁粉可以期待氧化防止 效果，在腐蝕抑制、衰變抑制、腐蝕電位穩(wěn)定性方面發(fā)揮效果。作為其他的例子，真空熔煉由稀土類元素和鐵以及硼組成的母合金，粗粉碎、細粉 碎在惰性氣體中進行，得到平均粒徑0. 1-10 μ m的粉末。粉末形狀為球狀、無定形、板狀的任何一種都可以。涂布含有溶膠狀的氟化物的溶液于此粉末。溶媒為了能控制粉末的氧化 而限制了雜質(zhì)的種類和雜質(zhì)的含量。使用由粉末的重量計算出的定量的溶液涂布于粉末。 涂布后通過熱處理除去溶媒。DyF3平均涂布lOOnm，若以500°C的溫度在真空中進行熱處理， 則DyF3的一部分變成DyF2。根據(jù)DyF2的成長，粉末表面的磁性變化，因此去磁曲線的角形 性提高，殘留磁通量密度增加。Sm2Co17磁粉的情況也同樣，通過實施可見由DyF3到DyF2的 結(jié)構(gòu)變化的熱處理，從而去磁曲線的角形性提高。作為其他的例子，真空熔煉稀土類元素和鐵或鈷，在惰性氣體中進行粗粉碎、細粉 碎，用球磨機等得到0. 1 μ m以下粒徑的粉末。球磨機是在乙醇中，室溫、500-1000rpm、氟化 物涂裹球狀物的條件下使用。在球磨機的前方以DyF3涂裹稀土類鐵粉末。涂裹膜的厚度在 磁粉的平均直徑的1/10以下。通過球磨涂裹的滋粉，形成稀土類鐵氟化合物。上述稀土類 鐵氟化合物包含氟1-10原子％，矯頑磁力在IOkOe以上，具有殘留磁通量密度為0. 5T-1. 2T 的磁性。含有上述稀土類鐵氟化合物的磁性粉，能作為連接磁鐵的原料使用，能得到顯示為 0. 3m Ω cm以上的比電阻的永久磁鐵。作為其他的例子，含有以下等的氟化物，如BaF2、CaF2、MgF2、SrF2、LiF、LaF3、NdF3、 PrF3、SmF3、EuF3、GdF3、TbF3、DyF3、CeF3、HoF3、ErF3、TmF3、YbF3、LuF3、LaF2、NdF2、PrF2、SmF2、 EuF2、GdF2、TbF2、DyF2、CeF2、HoF2、ErF2、TmF2、YbF2、LuF2、YF3、ScF3、CrF3、MnF2、MnF3、FeF2、 FeF3、CoF2> CoF3> NiF2、ZnF2、AgF> PbF4、A1F3、GaF3、SnF2、SnF4、InF3、PbF2、BiF3 的 1—lOOOnm 的被膜，在NdFeB系、SmFeN系、SmCo系等的磁性粉末上形成后，霧化該磁性粉末而堆積于 剝離可能的材料，由此而能夠形成磁性粉末。以最佳氣體流量、堆積速度、噴射速度而得到 厚膜，其形成如下在IOOym IOOOOym的范圍，上述氟化物在10體積％以下的Nd2Fe14B 中，矯頑磁力從IOkOe到35k0e，殘留磁通量密度為0. 6-1. 2T，比電阻從Im Ω cm至100 Ω cm, 將之粉碎了的粉末直徑為1-500 μ m的磁性粉也大致顯示同樣的特性。如果使用氣溶膠工 序，在成形磁鐵的表面能形成含有氟的膜，可以由難以剝離的高電阻的膜覆蓋成形磁鐵的 表面。上述以氟化物為主的化合物涂裹經(jīng)由氣溶膠化工序而制作的磁性粉末，以此工序覆 蓋的Nd2Fe14B粉末，在500°C以下的溫度顯示高電阻，耐腐蝕性與無涂裹的粉比較也得到提 尚ο
權(quán)利要求
一種永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機，其特征在于，具備纏繞有繞組的定子鐵心；轉(zhuǎn)子，其具有永久磁鐵相對于所述定子鐵心旋轉(zhuǎn)可能地被支撐，并且，在所述永久磁鐵上形成有層狀的氟化物，該氟化物與所述永久磁鐵的母相相比為2倍以上的高電阻，并且，所述層狀的氟化物的厚度為1～100000nm，并且，所述氟化物由MxFyOz表示，其中，M為原子代碼從12至90的元素中的1種或多種的金屬元素，F(xiàn)為氟，O為氧，X為從1到5，Y為從1到10，Z為從1到10。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機，其特征在于，所述磁性粉是NdFeB、SmCo 或SmFeN，在所述磁性粉的表面有氟化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機，其特征在于，所述永久磁鐵的比電阻是 0. 3mΩ cm 以上。
全文摘要
高電阻磁鐵在用于旋轉(zhuǎn)機時的，沒有涉及高次諧波電流成分的規(guī)定，出于損失降低的電流波形控制就成為了課題。該波形控制如下驅(qū)動該永久磁鐵式同步電動機的自逆變器供給的高次諧波電流成分的含有率，在基波設(shè)為100％時，5次的含有率為A，7次的含有率為B，11次的含有率為C，7次的含有率B在20％以下，并且滿足A＜C＜B的關(guān)系。并且，永久磁鐵含有磁性粉及氟化物。
文檔編號H02K1/27GK101908808SQ20101026125
公開日2010年12月8日 申請日期2006年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月25日
發(fā)明者佐通祐一, 小原木春雄, 小室又洋, 榎本裕治 申請人:株式會社日立制作所