專利名稱：永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)。
背景技術(shù)：
特開2004-153924號公報(以下稱專利文獻(xiàn)1)是作為現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)機(jī)的例子。在 專利文獻(xiàn)1中記載了在轉(zhuǎn)子具有永久磁鐵的旋轉(zhuǎn)機(jī)。專利文獻(xiàn)1特開2004-153924號公報

發(fā)明內(nèi)容
在專利文獻(xiàn)1所記載的旋轉(zhuǎn)機(jī)中，要求進(jìn)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(jī)。本發(fā)明的一個特征在于，永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)，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(jī)，能降低在永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機(jī) 的永久磁鐵中的渦流損。


圖1是本發(fā)明的一個實(shí)施例的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機(jī)的徑向剖面。圖2是本發(fā)明的一個實(shí)施例的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機(jī)的軸向剖面。圖3是本發(fā)明的一個實(shí)施例的逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)時的電流波形圖。圖4是本發(fā)明的一個實(shí)施例的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機(jī)的徑向剖面。圖5是本發(fā)明的一個實(shí)施例的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機(jī)的徑向剖面。圖6是本發(fā)明的一個實(shí)施例的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機(jī)的徑向剖面。圖7是本發(fā)明的一個實(shí)施例的用于永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機(jī)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(shí)施例的用于永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)，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(qiáng)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(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，高速永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機(jī)，具有永久磁鐵式同步電動機(jī)，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(qiáng)材的轉(zhuǎn)子；逆變器(inverter)，其驅(qū)動永久磁鐵式同 步電動機(jī)，其中，從逆變器供給到永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)，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(qiáng)材 的轉(zhuǎn)子，其中，由驅(qū)動該永久磁鐵式同步電動機(jī)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(jī)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?yàn)樵谀赶嗟木永餃囟纫韵率欠€(wěn)定的，所以旋轉(zhuǎn)機(jī)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(qiáng)度材，而導(dǎo)向定子。永久磁鐵式 旋轉(zhuǎn)機(jī)，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(jī)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(rèn)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(rèn)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(qiáng)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(jī)之間插入電抗器 (reactor)，由逆變器供給于永遠(yuǎn)磁鐵式旋轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)。并且， 在永久磁鐵旋轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)之間插入電抗器，設(shè)從逆變器供給到永遠(yuǎn)磁鐵式旋轉(zhuǎn)機(jī)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(shí)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(jī)材料。本實(shí) 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(jī)。在所述的磁鐵電機(jī)中， 包含混合動力汽車的驅(qū)動用、起動機(jī)用、電動動力轉(zhuǎn)向裝置用，也包含離心分離機(jī)、吸塵器、 電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、錠子(spindle)等的高速電機(jī)。以下，說明本發(fā)明的實(shí)施例。圖1表示本發(fā)明的一個實(shí)施例的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機(jī) 的徑向剖面圖，圖2表示本發(fā)明的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機(jī)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(qiáng)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(qiáng)材9，以密封材 11將其固定于中間套筒10的端部之后，進(jìn)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(jī)，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(jī)，含有驅(qū)動空調(diào)壓縮機(jī)等 的葉輪，包含轉(zhuǎn)數(shù)在IOOOOrpm以上的高速機(jī)。根據(jù)逆變器的驅(qū)動頻率的關(guān)系，電動機(jī)由高 速機(jī)成為2極。為此驅(qū)動頻率成為167Hz以上。因?yàn)閬碜源?67Hz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(jìn)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(shí)施例的逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)時的電流 波形。因?yàn)橛蒔WM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(jī)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?yàn)檫B接磁鐵使用 樹脂作為粘合劑，所以成為高電阻，但因?yàn)檎澈蟿┠芊e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。
5
稀土類磁鐵因?yàn)橄⊥令愒厝菀籽趸?，所以對有機(jī)材料的粘合劑或磁粉的有機(jī) 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(yàn)等容易引起磁鐵的劣化。改 變有機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)可以 實(shí)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(shí)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(qiáng)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?yàn)橥庵軅?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?yàn)槭艿降母叽沃C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(jī)，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(jī)，含有驅(qū)動空調(diào)壓縮機(jī)等的葉輪，包 含轉(zhuǎn)數(shù)在IOOOOrpm以上的高速機(jī)。根據(jù)逆變器的驅(qū)動頻率的關(guān)系，電動機(jī)由高速機(jī)成為2 極。為此驅(qū)動頻率成為167Hz以上。因?yàn)閬碜源?67Hz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(jìn)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(jī)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(jìn)行特別的增強(qiáng)。由定子和轉(zhuǎn)子5組成的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機(jī)，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(jī)，包含轉(zhuǎn)數(shù)在IOOOOrpm以上的高速機(jī)。在這種電動機(jī)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(jìn)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(jī)能夠 實(shí)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(qiáng)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?yàn)檫_(dá)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)，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(jī)，包含轉(zhuǎn)數(shù)低于IOOOOrpm的旋轉(zhuǎn)機(jī)。在這種電動機(jī)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(jī)能實(shí)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(jī)的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)機(jī)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(jìn)行控制，由驅(qū)動永久磁鐵式同步電動機(jī)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(shí)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(jī)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(jī)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(rèn)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?xiàng)l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(qiáng)度的 增加、脆性破壞的控制、高溫強(qiáng)度的提高。這些氟化物在20°C可以是強(qiáng)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(jī)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(rèn)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(rèn)為是因?yàn)?，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(jī)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(rèn)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(rèn)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(rèn)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(shí)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(jī)物層 疊，對耐腐蝕性確?；蚋唠娮杌彩怯行У?。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(jìn)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(kuò)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?yàn)橛型抗牧希约词筃d2Fe14B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(shí)施例7以外的稀土元素的金屬系粉，因?yàn)?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(shí)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(xì)粉 碎在惰性氣體中進(jìn)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(jìn)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(shí)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(jìn)行粗粉碎、細(xì)粉 碎，用球磨機(jī)等得到0. 1 μ m以下粒徑的粉末。球磨機(jī)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(jī)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(jī)，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(jī)，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(jī)，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(jī)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(jī)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