專利名稱：燒結(jié)磁鐵電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用了將顯示高飽和剩余磁通密度的Fe系合金和NdFeB系化合物的復(fù)合材料進(jìn)行燒結(jié)的磁鐵的電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
專利文獻(xiàn)I中公開有應(yīng)用了高矯頑力磁鐵和低矯頑力磁鐵的材料組成不同的永久磁鐵的電動(dòng)機(jī)的例子。聞矯頑力磁鐵為NdFeB磁鐵,低矯頑力磁鐵有涉及招鎮(zhèn)鉆磁鐵、或FeCrCo磁鐵的例子的記載，但是在使用一種燒結(jié)磁鐵，通過控制燒結(jié)磁鐵的剩余磁通密度所致磁通可變方面沒有記載。專利文獻(xiàn)2中有使用氟化物使硬磁性材料和軟磁性材料成形的材料的記載，但是沒有關(guān)于軟磁性材料所致的磁鐵特性的提高及軟磁性材料和硬磁性材料的磁性的結(jié)合所致的剩余磁通密度的控制和實(shí)現(xiàn)它們的工序的記載。在專利文獻(xiàn)3中有關(guān)于使氟化物及氟氧化物成長為層狀的高阻磁鐵適用電動(dòng)機(jī)的記載，還有關(guān)于使用形成了氟化物的軟磁性材料和硬磁性材料的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的記載，但是沒有關(guān)于高飽和剩余磁通密度材料和硬磁性材料的復(fù)合磁鐵材料及其磁鐵特性提高及磁通可變導(dǎo)致的效果的記載。專利文獻(xiàn)4中有利用了軟磁粉末和粘結(jié)磁鐵的組合的轉(zhuǎn)子的記載，但是沒有關(guān)于軟磁性材料向硬磁性材料分散從而進(jìn)行燒結(jié)的復(fù)合磁鐵的記載?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:特開2010-45068號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:特開2006-66870號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3:特開2006-238604號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4:特開2006-180677號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題在專利文獻(xiàn)I 4的技術(shù)中，沒有使Nd2Fe14B燒結(jié)磁鐵的最大能積增加且使剩余磁通密度為可變的例子，難以提供使用了一種燒結(jié)磁鐵的磁通可變電動(dòng)機(jī)。用于解決課題的手段本發(fā)明的燒結(jié)磁鐵電動(dòng)機(jī)由轉(zhuǎn)子、定子及線圈構(gòu)成，在轉(zhuǎn)子中配置有燒結(jié)磁鐵。該燒結(jié)磁鐵電動(dòng)機(jī)通過由線圈電流產(chǎn)生的磁場來控制燒結(jié)磁鐵的剩余磁通密度。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠滿足稀土永久磁鐵的稀土元素使用量降低、矯頑力增加、最大能積增加，能夠降低磁鐵使用量。由此，有助于各種各樣的磁鐵應(yīng)用制品的小型輕量化。


圖1是本發(fā)明涉及的燒結(jié)磁鐵電動(dòng)機(jī)的示意圖；圖2是用于本發(fā)明涉及的磁通控制的構(gòu)成圖；圖3是本發(fā)明涉及的燒結(jié)磁鐵的退磁曲線。符號(hào)說明:I電動(dòng)機(jī)2 定子4 齒5磁芯背面7線圈插入位置8 線圈8a 3相繞組的U相繞組8b 3相繞組的V相繞組8c 3相繞組的W相繞組9 齒的前端部10轉(zhuǎn)子插入部100 轉(zhuǎn)子101燒結(jié)磁鐵201燒結(jié)磁鐵的磁化方向
具體實(shí)施例方式使用了以Nd2Fe14B系燒結(jié)磁鐵為代表的稀土鐵硼系等稀土元素的永久磁鐵在各種的磁路中使用。在高溫或大的退磁場環(huán)境中使用的永久磁鐵中除了輕稀土元素以外必須添加重稀土元素。減少包括重稀土元素的稀土元素的使用量，從地球資源保護(hù)的觀點(diǎn)考慮為極其重要的課題。在現(xiàn)有技術(shù)中，在減小稀土元素使用量時(shí)，最大能積、矯頑力的任一種都降低，應(yīng)用困難。在磁鐵材料中，滿足稀土元素使用量的降低、矯頑力增力卩、最大能積增加成為課題。為提高電動(dòng)機(jī)的效率，將應(yīng)用了利用磁鐵扭矩及磁阻扭矩的嵌入磁鐵轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行成品化。從永久磁鐵泄漏的磁通越高則磁鐵扭矩變得越大，但是由于磁鐵的漏磁通高，定子的鐵損變大，電動(dòng)機(jī)效率降低。為了抑制該效率降低，應(yīng)用NdFeB系燒結(jié)磁鐵的磁通能夠可變控制的燒結(jié)磁鐵。本發(fā)明中使用的NdFeB系燒結(jié)磁鐵材料能夠降低稀土元素含有量，且剩余磁通密度因施加磁場而可變，與電動(dòng)機(jī)的效率增加相關(guān)。在本發(fā)明中，將飽和剩余磁通密度高的FeCo系等FeM系粉末(M為過渡元素，除鐵及稀土元素外)和NdFeB系粉末的復(fù)合體進(jìn)行燒結(jié)。FeM系粉末的飽和磁化比NdFeB系粉末的飽和磁化更大。另外，燒結(jié)后的FeM系結(jié)晶在單體中容易磁通反轉(zhuǎn)，因此，通過與NdFeB系結(jié)晶的磁性的結(jié)合來抑制反轉(zhuǎn)。為了獲得磁性的結(jié)合，需要使經(jīng)由晶界與FeM系結(jié)晶接觸的NdFeB系結(jié)晶的結(jié)晶磁各向異性能量增加，且晶界附近的FeM系結(jié)晶和NdFeB系結(jié)晶磁性地結(jié)合。在本發(fā)明中，具有比Nd2Fe14B更高的飽和磁化的FeM系結(jié)晶為飽和剩余磁通密度1.5T以上且不足2.8Τ的合金。只要在該飽和剩余磁通密度的范圍內(nèi)，則對(duì)其組成沒有限制，也可以含有稀土元素及半金屬元素、各種金屬元素。由于飽和剩余磁通密度比Nd2Fe14B更高，因此，通過與Nd2Fe14B的晶粒進(jìn)行磁性地結(jié)合，能夠使剩余磁通密度增加。FeM系結(jié)晶和Nd2Fe14B結(jié)晶經(jīng)由重稀土元素偏析相接觸。在該重稀土偏析相中含有氟、氧、碳。另外，燒結(jié)輔助材料在燒結(jié)溫度使液相的量充分，為提高液相和FeCo系結(jié)晶的晶粒及Nd2Fe14B的晶粒的潤濕性、提高燒結(jié)后的密度而使用。含氟相與稀土元素濃度高的相容易反應(yīng)，因此液相的量減少。因此，燒結(jié)后的密度降低，矯頑力也降低。為了抑制這樣的密度及矯頑力減少而作為燒結(jié)輔助材料添加Fe-70% Nd合金粉等。還有，在燒結(jié)前的預(yù)成形工序中，通過在Nd2Fe14B的居里點(diǎn)附近的溫度以上施加磁場，由此在FeM系粉末的磁化比Nd2Fe14B的磁化變得更大的溫度范圍能夠?qū)崿F(xiàn)磁場施加效果，對(duì)FeCo系粉末選擇性地附加各向異性，能夠促進(jìn)氟化物導(dǎo)致的脫氧和FeCo有序相的成長。有序相的一部分在燒結(jié)后，晶格變形導(dǎo)入且在界面附近晶格變形，各向異性能量增大。作為制造方法,為使重稀土元素偏析化而使用氟化物溶液處理。在用于氟化物溶液處理的溶液中含有IOOppm量級(jí)以下的陰離子成分，因此，在對(duì)大量含有稀土元素的材料的處理中，被處理材料的表面的一部分腐蝕或氧化。在本發(fā)明中，在燒結(jié)磁鐵中使用NdFeB系和FeM系粉末的至少二種的鐵磁性合金粉，將實(shí)施氟化物溶液處理的材料設(shè)為抗蝕性良好的FeM系粉末，防止氟化物溶液處理所致的腐蝕及氧化。另外，F(xiàn)eM系結(jié)晶在單獨(dú)的情況下通常矯頑力小，因此，在晶界附近使稀土元素、尤其是重稀土元素偏析化有助于矯頑力增加和稀土元素使用量降低。上述燒結(jié)磁鐵的剩余磁通密度的變化是指在表示剩余磁通密度和磁場關(guān)系的退磁曲線的第一象限(磁場和磁通為正)、第二象限(磁場為負(fù)，磁通為正)中為可逆的，在燒結(jié)磁鐵的磁通比RE2Fe14B(RE為稀土元素)的磁化磁場更小的磁場中為可變的。通過將這樣的燒結(jié)磁鐵的磁通可變現(xiàn)象使用于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，能夠使電動(dòng)機(jī)效率增加。另外，關(guān)于退磁曲線的詳細(xì)說明使用圖3后述。將本實(shí)施例的燒結(jié)磁鐵插入嵌入磁鐵型轉(zhuǎn)子，在繞組磁化后，一邊測定感應(yīng)電壓一邊用逆變器控制在定子繞組中流過的電流值，通過適當(dāng)?shù)碾娏鞑ㄐ问罐D(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。為了在需要高扭矩的情況下增強(qiáng)燒結(jié)磁鐵的磁通，對(duì)退磁曲線的第一象限通可施加磁場的電流，增大燒結(jié)磁鐵的剩余磁通密度。為了在需要低扭矩的情況下減弱燒結(jié)磁鐵的磁通,對(duì)退磁曲線的第二象限通可施加磁場的電流,減小燒結(jié)磁鐵的剩余磁通密度。在上述可變磁通電動(dòng)機(jī)中，控制構(gòu)成復(fù)合磁鐵的高磁化相即FeM合金的磁化傾斜，能夠增減燒結(jié)磁鐵的磁通。使用的燒結(jié)磁鐵為復(fù)合磁鐵的一種，其特征為，F(xiàn)eM合金的使用比例越增加，稀土元素使用量能夠越降低，因?yàn)槭菬Y(jié)磁鐵，所以不存在粘結(jié)磁鐵那樣的耐熱性的問題及磁通不足等。實(shí)施例1Fe-10% Co粉用水霧化法制成，平均粒徑為ΙΟμπι。在表面附近含有氧。若氧量為500ppm以上，則在Fe-10% Co粉的表面形成氟化物后，氟氧化物成長。這種氟氧化物用RExOyFz (RE為稀土元素，O為氧，F(xiàn)為氟，x、y、z為正的整數(shù))表示，作為雜質(zhì)含有碳、氮等不可避免的元素。氟氧化物通過在水霧化粉的表面涂敷含有氟化物和氧的醇溶液，加熱到350 900°C后，以10°C /秒急速冷卻而形成。
在將氟氧化物涂敷霧化粉和NdFeB系粉末以2:8的混合比混合后，在室溫進(jìn)行磁場成形后(0.5t / cm2、IOkOe),再在NdFeB系粉末的居里點(diǎn)以上在磁場中預(yù)成形。通過以350°C的溫度在磁場中預(yù)成形(0.5t / cm2、20k0e)，僅使氟化物涂敷霧化粉在磁場施加方向平行一致，氟化物涂敷霧化粉的容易磁化方向和NdFeB系粉末的難以磁化方向大致成為平行。在預(yù)成形后，也可以實(shí)施靜水壓擠壓。氟化物涂敷霧化粉的飽和剩余磁通密度在20°C為2.1T，F(xiàn)eCo有序相在與氟化物或氟氧化物的界面成長。將經(jīng)由預(yù)成形工序的預(yù)成形體在惰性氣體中在1050°C加熱3小時(shí)，使之燒結(jié)。燒結(jié)后，在500°C、加熱I小時(shí)后急冷，制成燒結(jié)磁鐵。燒結(jié)磁鐵的剩余磁通密度為1.65T，最大能積為64MG0e。以下示出本實(shí)施例的燒結(jié)磁鐵的特征。I)構(gòu)成磁鐵的鐵磁性相為RE2Fe14B系相和FeM合金系相(RE為稀土元素，M為過渡元素，且為除鐵及稀土元素外的過渡元素)，在這些鐵磁性相間可見磁性的結(jié)合。作為磁性結(jié)合的例子，退磁曲線不是上述多個(gè)鐵磁性相的和，認(rèn)為是磁性結(jié)合導(dǎo)致的曲線的形狀的變化。2)燒結(jié)磁鐵整體的FeM合金(不含稀土元素的鐵磁性相)的體積率為0.1 50%。在不足0.1 %時(shí)，不能發(fā)現(xiàn)使FeM合金復(fù)合化的顯著效果。在超過50%時(shí)，磁性結(jié)合變?nèi)?，矯頑力減少。另外，為了抑制矯頑力減少，有效的是在晶界附近形成除了 RE2Fe14B(RE為稀土元素，F(xiàn)e為鐵，B為硼)之外的顯示亞鐵磁性的氧化物及Mn系化合物，及在FeM合金的晶粒外周側(cè)形成有序相。3)在退磁曲線的第二象限中，磁化進(jìn)行不可逆的變化。4)矯頑力為IOkOe以上。在上述的特征中，燒結(jié)磁鐵的磁化相對(duì)于磁場為不可逆變化對(duì)應(yīng)的是一部分的鐵磁性相的磁化從磁化方向傾斜。具有從磁化方向傾斜的磁化的FeM系合金通過與RE2Fe14B磁性結(jié)合而成為難以磁通反轉(zhuǎn)的狀態(tài)，但是在通過溫度上升及退磁場的強(qiáng)度、磁場的方向等而滿足規(guī)定的條件時(shí)，磁化容易傾斜，燒結(jié)磁鐵的磁通以比矯頑力更小的磁場減少。減少的剩余磁通密度與FeM系合金的磁化旋轉(zhuǎn)相當(dāng)，通過在第一象限施加與磁化方向平行的磁場，以比RE2Fe14B的磁化磁場更小的磁場恢復(fù)。即，只要FeM系合金的磁化與RE2Fe14B的磁化大致平行，則剩余磁通密度就高，因其角度差在I度以上180度以下的范圍內(nèi)傾斜，所以剩余磁通密度變化。即使在局部FeM系合金的磁化成為與RE2Fe14B磁化相反方向，與FeM系合金的晶粒鄰近的RE2Fe14B的矯頑力因重稀土元素偏析而上升，因此不會(huì)引起主相即RE2Fe14B的磁通反轉(zhuǎn)，通過磁化方向成分的磁場，F(xiàn)eM系合金的磁化容易與RE2Fe14B的磁化大致平行。在燒結(jié)磁鐵的矯頑力不足IOkOe時(shí)，容易產(chǎn)生不可逆的退磁，控制磁通變得困難。于是，燒結(jié)磁鐵的矯頑力需要為IOkOe以上。另外，所謂“與FeM系合金的磁化旋轉(zhuǎn)相當(dāng)”為如下的意思。FeM系合金與RE2Fe14B磁性地結(jié)合，但是該結(jié)合磁場比RE2Fe14B的矯頑力更小，相對(duì)于與RE2Fe14B的磁化方向相反方向的成分的磁場，比RE2Fe14B磁化的方向更容易改變。在FeM系合金的磁化和RE2Fe14B的磁化之間由于在磁化方向一致的靜磁性的作用，在施加與磁化方向相反方向的磁場時(shí)，在RE2Fe14B之前，F(xiàn)eM系合金的磁化向相反方向的磁場的方向旋轉(zhuǎn)。該磁化旋轉(zhuǎn)使燒結(jié)磁鐵的剩余磁通密度減少。
上述那樣的剩余磁通密度的變化意思是在第一、第二象限中為可逆的，燒結(jié)磁鐵的磁通在比RE2Fe14B的磁化磁場更小的磁場中是可變的。通過將這樣的燒結(jié)磁鐵的磁通可變現(xiàn)象使用于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，能夠使其效率增加。將本實(shí)施例的燒結(jié)磁鐵插在嵌入磁鐵型轉(zhuǎn)子中，繞組磁化后，一邊測定感應(yīng)電壓一邊用逆變器控制在定子繞組中流過的電流值，通過適當(dāng)?shù)碾娏鞑ㄐ问罐D(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。為了在需要高扭矩的情況下增強(qiáng)燒結(jié)磁鐵的磁通，對(duì)退磁曲線的第一象限通可施加磁場的電流，增大燒結(jié)磁鐵的剩余磁通密度。為了在需要低扭矩的情況下減弱燒結(jié)磁鐵的磁通，對(duì)退磁曲線的第二象限通可施加磁場的電流，減小燒結(jié)磁鐵的剩余磁通密度。上述可變磁通旋轉(zhuǎn)設(shè)備的特征如下述。I)將構(gòu)成復(fù)合磁鐵的高磁化相即FeM系合金的磁化方向控制在與RE2Fe14B磁化為I度 180度范圍內(nèi)使燒結(jié)磁鐵的磁通變化。2)使用的燒結(jié)磁鐵僅為復(fù)合磁鐵的一種。3)FeM合金的使用比例越增加，稀土元素使用量能夠越降低。4)因?yàn)槭菬Y(jié)磁鐵，所以沒有粘結(jié)磁鐵那樣的耐熱性的問題及磁通不足。在本實(shí)施例中，F(xiàn)eM系合金的元素M為除鐵及稀土元素以外的過渡元素，尤其希望是3d或4d過渡元素。在燒結(jié)磁鐵中從FeM系合金的晶粒中心朝向外側(cè)，形成稱為FeM系合金不有序相、FeM系合金有序相、氟氧化物、重稀土偏析NdFeB系合金相、NdFeB系合金相的多層構(gòu)造。實(shí)施例2本實(shí)施例的燒結(jié)磁鐵在內(nèi)部形成有顯示飽和剩余磁通密度比Nd2Fe14B系結(jié)晶的值更大的值的Fe系結(jié)晶，且在Fe系晶粒的排列中發(fā)現(xiàn)各向異性。該燒結(jié)磁鐵具有如下的特征:主相與僅Nd2Fe14B系結(jié)晶的燒結(jié)磁鐵相比較剩余磁通密度大，稀土元素使用量少。圖3表示其典型的退磁曲線的一部分。圖3的橫軸為磁場H(Oe)，縱軸為剩余磁通密度(T)。[I]為Nd2Fe14B燒結(jié)磁鐵、[2]為添加了 3 %的FeCo (飽和剩余磁通密度1.9T)的Nd2Fe14B / FeCo復(fù)合燒結(jié)磁鐵、[3]為添加了 5%的FeCo (飽和剩余磁通密度2.0T)的Nd2Fe14B / FeCo復(fù)合燒結(jié)磁鐵的退磁曲線。在[2]的燒結(jié)磁鐵及[3]的燒結(jié)磁鐵的FeCo和Nd2Fe14B界面附近偏析有Tb，矯頑力比[I]的燒結(jié)磁鐵更大。在[I]的燒結(jié)磁鐵中，在退磁曲線中，磁場從正變?yōu)樨?fù)的退磁場的磁通和從負(fù)變?yōu)檎拇艌?增磁場)的磁通的值大致一致。與之相對(duì)，在[2]的燒結(jié)磁鐵及[3]的燒結(jié)磁鐵中，在退磁場和增磁場中磁通的值不一致，發(fā)現(xiàn)在磁通上看到差別的磁場區(qū)域。被磁化的燒結(jié)磁鐵的磁通通過退磁場而減少，在[2]的燒結(jié)磁鐵及[3]的燒結(jié)磁鐵中，一部分磁化傾斜，即使向正側(cè)施加磁場，在磁化傾斜的狀態(tài)下也成為低磁通。另外，在從負(fù)向正的磁場施加的情況、和從正向負(fù)的磁場施加的情況下，剩余磁通密度的值不同。因?yàn)榇呕瘍A斜，所以在成為低剩余磁通密度的情況下，通過在正側(cè)施加3 5k0e的磁場,剩余磁通密度大致恢復(fù)(剩余磁通密度的值恢復(fù)到減少前的值)?；謴?fù)的剩余磁通密度通過向負(fù)側(cè)附加的退磁場而減少，直到向正側(cè)施加磁場為低剩余磁通密度，但是通過向正側(cè)施加足夠的磁場來恢復(fù)磁通，因此，通過正側(cè)磁場能夠可逆控制剩余磁通密度。[2]的燒結(jié)磁鐵及[3]的燒結(jié)磁鐵通過負(fù)磁場或正磁場而可控制剩余磁通密度的值，在Fe系結(jié)晶的體積率越大，越能夠增大可控制的剩余磁通密度的幅度。在[2]的燒結(jié)磁鐵及[3]的燒結(jié)磁鐵中，剩余磁通密度在0.1 0.15T的幅度內(nèi)可變。通過增加FeCo添加量，能夠使剩余磁通密度的可變幅度增加，例如在添加20%的FeCo的情況下，可以0.3T的剩余磁通密度幅度進(jìn)行控制。圖2表示在本實(shí)施例中用于進(jìn)行磁通可變的控制的控制系統(tǒng)構(gòu)成。通過檢測旋轉(zhuǎn)設(shè)備的感應(yīng)電壓波形，分析感應(yīng)電壓波形，由此可知燒結(jié)磁鐵的磁化狀態(tài)。磁化狀態(tài)和線圈電流磁場的關(guān)系被數(shù)據(jù)庫化，因此，或使磁場為正側(cè)經(jīng)由第一象限、或在負(fù)側(cè)的退磁場使磁通減少、加上必要的扭矩及效率、旋轉(zhuǎn)數(shù)等參數(shù)進(jìn)行判斷。通過將磁場控制為退磁或增磁，通過線圈電流產(chǎn)生向轉(zhuǎn)子中的燒結(jié)磁鐵施加的磁場，因此，通過電流分析來分析電流波形，通過逆變器控制對(duì)定子的線圈通電的電流。將施加了 50k0e以上的磁場時(shí)的剩余磁通密度或磁鐵表面磁場的值作為基準(zhǔn)之一，該值假定為FeCo合金的磁化和Nd2Fe14B的磁化平行，可解析磁鐵表面磁場減少的值與FeCo合金的磁化的傾斜角度的關(guān)系，使用該解析來分析感應(yīng)電壓波形，根據(jù)該結(jié)果決定投入電流波形的參數(shù)。通過這樣控制一邊維持高效率，一邊使之與各種各樣的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)對(duì)應(yīng)，使燒結(jié)磁鐵的磁通變化。如上述，為了進(jìn)行燒結(jié)磁鐵的磁通控制，需要在旋轉(zhuǎn)設(shè)備中適當(dāng)?shù)亟M合感應(yīng)電壓檢出、感應(yīng)電壓解析、退磁控制、增磁控制、電流解析、逆變器的構(gòu)成。實(shí)施例3Fe-30% Co合金為通過熔融液急冷法制作的箔體狀的粉末。將在惰性氣體氣氛中高頻熔化的Fe-30% Co合金向銅制軋輥的表面噴射，獲得厚度10 μ m、長軸的平均粒徑100 μ m的板狀或者箔體狀的粉末。為確保磁特性，即使含有各種除Fe及Co以外的金屬元素及半金屬元素，只要其含量在20原子％以內(nèi)則可以比Nd2Fe14B系結(jié)晶的飽和磁化更高，燒結(jié)后的最大能積能夠比不使用FeCo系合金的情況時(shí)更大。以1:9的混合比率混合飽和剩余磁通密度2.1T的Fe-30% Co合金粉和飽和剩余磁通密度1.5T的Nd2Fe14B系粉末，在室溫預(yù)成形后，以400°C預(yù)成形，對(duì)FeCo合金粉的取向附加各向異性。FeCo合金粉以其長軸與磁場方向平行的方式取向,在磁場施加方向和正交方向，F(xiàn)eCo合金粉的磁化曲線不同。在對(duì)預(yù)成形體含浸DyF系醇溶液并加熱干燥后，加熱到1100°C進(jìn)行燒結(jié)，在500°C再加熱且急冷，制作了燒結(jié)磁鐵。剩余磁通密度為1.65T，矯頑力為25k0e。在將以這樣制作的Nd2Fe14B及FeCo合金為主相的NdFeB-FeCo系燒結(jié)磁鐵與疊層電磁鋼板、疊層非結(jié)晶的或壓粉鐵粘結(jié)而制作轉(zhuǎn)子的情況下，預(yù)先將磁鐵插入適當(dāng)?shù)奈恢谩D1表示與電動(dòng)機(jī)I的軸方向垂直的剖面的示意圖。電動(dòng)機(jī)I由轉(zhuǎn)子100和定子2構(gòu)成，定子2由磁芯背面5和齒4構(gòu)成，向位于相鄰的2個(gè)齒4間的線圈插入位置7插入由線圈8(3相繞組的U相繞組8a、V相繞組8b、W相繞組8C)構(gòu)成的線圈群。從齒的前端部9在旋轉(zhuǎn)軸中心確保有插入轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子插入部10，向該位置插入轉(zhuǎn)子100。向轉(zhuǎn)子100的外周側(cè)插入燒結(jié)磁鐵101。以與燒結(jié)磁鐵重合的方式表示的箭頭為燒結(jié)磁鐵的磁化方向201。磁化的燒結(jié)磁鐵的磁通通過退磁場而減少，即使FeCo合金的一部分磁化傾斜,使磁場在正側(cè)施加，也能夠在磁化傾斜的狀態(tài)下成為低磁通，在從負(fù)向正的磁場施加的情況、從正向負(fù)的磁場施加的情況下，剩余磁通密度的值不同。在由于磁化傾斜而成為低剩余磁通密度的情況下，在正側(cè)施加3 5k0e的磁場，由此剩余磁通密度大致恢復(fù)。所恢復(fù)的剩余磁通密度通過向負(fù)側(cè)附加的退磁場而減少，直到向正側(cè)施加磁場為低剩余磁通密度，但是通過向正側(cè)施加足夠的磁場而恢復(fù)磁通，因此通過正側(cè)磁場能夠可逆控制剩余磁通密度。
通過負(fù)磁場或正磁場能夠控制剩余磁通密度的值，F(xiàn)eCo系合金的體積率越大，越能夠增大可控制的剩余磁通密度的幅度。在本實(shí)施例中，剩余磁通密度在0.2T的幅度內(nèi)可變。通過增加FeCo添加量，能夠使剩余磁通密度的可變幅度增加，在添加20%的FeCo的情況下，可以在0.3 0.4T的剩余磁通密度幅度進(jìn)行控制。在剩余磁通密度的可變幅度不足0.0lT時(shí)確認(rèn)電動(dòng)機(jī)的效率提高效果困難。為了電動(dòng)機(jī)的高效率化，希望剩余磁通密度的可變幅度為0.0lT以上0.5T以下。在超過0.5T時(shí)退磁曲線的梯度變大，難以進(jìn)行利用線圈電流的磁通控制。為了在需要高扭矩的情況下增強(qiáng)燒結(jié)磁鐵的磁通，對(duì)線圈8通電流，使線圈電流產(chǎn)生的磁場在與燒結(jié)磁鐵的磁化方向相反的方向施加，增大燒結(jié)磁鐵的剩余磁通密度。為了在需要低扭矩的情況下減弱燒結(jié)磁鐵的磁通，對(duì)線圈8通電流，使線圈電流產(chǎn)生的磁場在與燒結(jié)磁鐵的磁化方向相同的方向施加，減小燒結(jié)磁鐵的剩余磁通密度。實(shí)施例4將導(dǎo)入了鐵及鈷離子的堿性礦物油加熱到200°C，注入含有氟的礦物油，攪拌后以5 20°C /秒的冷卻速度急速冷卻。在冷卻后洗滌，由此，獲得平均粒徑為I IOOOnm的Fe-Co-F系粉末。粉末的主要結(jié)晶構(gòu)造為bcc和bet構(gòu)造的混合，通過將急冷的粉末在200°C 500°C范圍加熱，一部分的結(jié)晶有序化，結(jié)晶磁各向異性增加。制成的粉末的磁特性為飽和磁化230emu / g、各向異性磁場50k0e、居里點(diǎn)720°C。將粉末分級(jí)，使用粒徑20 50nm的粉末在磁場中壓縮成形，獲得最大能積為15 70MG0e的永久磁鐵。最大能積依賴于所使用的粘合劑的體積、粉末的取向性、粉末的粒徑等。確認(rèn)在本實(shí)施例的Fe-Co-F粉末中不可避免地含有碳、氧、氫、氮、硼、氯，這些元素的一部分在bcc或bet的結(jié)晶中含有。用于實(shí)現(xiàn)上述磁特性的組成為Fe-1 50%、Co-1 35% F的范圍，在500 900°C的溫度范圍內(nèi)從準(zhǔn)穩(wěn)定相相變?yōu)榉€(wěn)定相。氟的一部分也可以是碳、氧、氫、氮、硼、氯，但是在這些元素中希望氟為高濃度的。要使矯頑力為IOkOe以上，希望在準(zhǔn)穩(wěn)定相沒有相變化為穩(wěn)定相的溫度范圍內(nèi)使用。FeCoF系永久磁鐵的退磁曲線在± IOkOe的范圍的磁場中依賴于施加磁場的履歷，剩余磁通密度在0.1 0.5T間變化。利用該剩余磁通密度的變化能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)的磁通可變。實(shí)施例5對(duì)Fe_90wt % Co合金的粒子使用DyF系溶液進(jìn)行表面處理，與Nd2Fe14B系粉末及Cu納米粒子分散醇系溶液混合。Fe-90wt% Co合金的粒子的平均粒子直徑為50nm。另外，使用DyF系溶液進(jìn)行了表面處理的氟化物膜厚為lnm，Nd2Fe14B系粉末的平均粉末直徑為4 μ m, Cu納米粒子的粒子直徑為30nm。以Fe_90wt% Co合金的粒子為10體積％、Nd2Fe14B系粉末85體積％及Cu納米粒子4體積％的方式混合進(jìn)行磁場取向后，以1000°C燒結(jié)，使Cu及Dy在晶界附近偏析。通過Cu的偏析,矯頑力增加。若在Cu納米粒子表面涂敷DyF系溶液使之干燥，由此在形成DyF系膜,則矯頑力進(jìn)一步增加。本實(shí)施例中制成的磁鐵的特征為Cu的晶界被覆率為20 90%，Dy在FeCo系合金和Nd2Fe14B系晶粒的界面附近偏析，氟在結(jié)晶晶界被發(fā)現(xiàn)。在Cu的晶界被覆率不足5%的情況下，矯頑力降低，最大能積減少。為了以Dy使用量2wt%實(shí)現(xiàn)矯頑力20k0e,需要形成Cu的晶界被覆率為20 90%的含氟晶界相及Dy偏析層。晶界被覆的Cu為Cu-Nd合金、Cu-Nd-Dy 合金、Cu-Nd-Dy-O 合金或者 Cu-Nd-Dy-O-F 合金。最大能積通過混合Fe-90 % Co合金，通過飽和磁化增大所致的效果而增加。要使最大能積為40MG0e以上，矯頑力20k0e以上，且Dy使用量不足2wt%，需要將用DyF系膜被覆的FeCo系合金或Co系合金的粉末混合2 30體積％以上，且添加Cu這樣的晶界被覆材料。含有10體積0A的FeCo系粉末的本實(shí)施例的磁鐵材料的退磁曲線在土 IOkOe的范圍的磁場中依賴于施加磁場的經(jīng)歷，剩余磁通密度在0.01 0.2T變化。利用該剩余磁通密度的變化能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)的磁通可變。實(shí)施例6將(Nd、Dy)2Fe14B燒結(jié)磁鐵在Ar氣氛中加熱到150°C，通過暴露在XeF2的解離氣體中，晶界的富稀土相主要進(jìn)行氟化。雖根據(jù)氟化時(shí)間、溫度、氣體壓力而生成物各異，但是通過在150°C氟化10分鐘而氟沿晶界擴(kuò)散。通過氟的導(dǎo)入在燒結(jié)磁鐵添加的各種金屬元素及氧等各元素的晶界附近的組成分布發(fā)生變化。通過氟的導(dǎo)入，在晶界上NdOF、NdF2, NdF3等氟化物及氟氧化物成長，與晶界中心相比，Dy更偏析在主相晶粒的晶界側(cè)。與氟多的晶界中心部相比，Cu及Al等添加元素更偏析在與主相晶粒的界面附近。隨著這樣的氟導(dǎo)入通過組成分布的變化，矯頑力增加2 15k0e。進(jìn)一步延長氟化時(shí)間20 30分鐘，在XeF2分解生成氣體中在150°C下曝露，由此，主相的(Nd、Dy) 2Fe14B的一部分與稀土氟化物生長成bcc或bet構(gòu)造的富Fe相。該富Fe相比(NcUDy)2Fe14B的飽和磁化更高，剩余磁通密度增加。在富Fe相及(Nd、Dy)2Fe14B中含有各種添加元素及不可避免的雜質(zhì)，在富Fe相和(Nd、D5O2Fe14B之間可見磁性結(jié)合。富Fe相通過稀土元素和氟的結(jié)合而成長，因此，在富Fe相的界面的一部分可見稀土氟化物或者稀土氟氧化物。另外，在氟化時(shí)間變長后，顯示bet或bcc的富Fe相的體積率增加，剩余磁通密度增加，但是矯頑力減少的傾向。之所以由于氟導(dǎo)入而最大能積增加，是因?yàn)槌烁淖兙Ы缃M成的分布外，還形成與稀土元素和Fe的比率為2:14相比，F(xiàn)e濃度比更高的富Fe相那樣的磁化160emu / g以上的聞磁化相，燒結(jié)磁鐵中的氟導(dǎo)入量為0.01 10原子％。在不足0.01原子％的氟量時(shí)能夠改變表面附近的組成分布，但達(dá)不到改變厚度0.1 IOmm的磁鐵整體的晶界組成所需的量。另外，在超過10原子％的氟量時(shí)，富Fe相的晶粒粗大化，矯頑力減少。本實(shí)施例的磁鐵材料的特征為除了氟以外的元素的深度方向的平均濃度分布(含有晶粒100個(gè)及其晶界的濃度)除去最表面外與氟導(dǎo)入前不會(huì)變化。通過氟導(dǎo)入，晶界的富稀土相氟化，通過在比氟化后的氟化處理溫度更高的高溫側(cè)的時(shí)效熱處理或過渡金屬的擴(kuò)散熱處理，氟導(dǎo)入的晶界附近的組成分布及結(jié)晶構(gòu)造、相構(gòu)成、偏析幅度等發(fā)生變化。作為其他的特征，富Fe相相對(duì)于形成的主相體積的比例越向燒結(jié)磁鐵表面越大，從燒結(jié)磁鐵的表面向內(nèi)部可見富Fe相體積率的梯度。另外，氟化物在燒結(jié)磁鐵表面大量成長，重稀土元素的偏析也在燒結(jié)磁鐵的表面?zhèn)蕊@著。另外，氟在主相即Nd2Fe14B系晶粒內(nèi)擴(kuò)散，在一部分主相中有比Nd2Fe14B的化學(xué)理論組成更富Fe側(cè)的金屬間化合物及bcc或者bet構(gòu)造的富Fe相成長。在bcc或者bet構(gòu)造的富Fe相和主相的界面的一部分可見晶格匹配。該富Fe相的體積率自磁鐵表面到IOOym以內(nèi)的部分希望為0.01 50%范圍。在富Fe相的體積率不足0.01%時(shí)，氟化導(dǎo)致的矯頑力增加效果不足0.5k0e。在富Fe相的體積率超過50%時(shí)矯頑力的減少顯著，容易熱退磁，因此應(yīng)用困難。通過采用本實(shí)施例的方法，使用XeF2氣體等含有氟的氣體或者溶液使氟選擇性地向燒結(jié)磁鐵的富稀土相擴(kuò)散，通過時(shí)效急冷熱處理能夠使在NdFeB系燒結(jié)磁鐵中添加的各種元素在晶界附近偏析化。在主相即Nd2Fe14B和晶界相即富稀土相中氟反應(yīng)的量各異，反應(yīng)比為主相:晶界相=1:2 1:10000。在對(duì)晶界相的反應(yīng)比率變小時(shí)在燒結(jié)磁鐵表面形成穩(wěn)定的氟化物或氟氧化物，不進(jìn)行氟的反應(yīng)及擴(kuò)散。在本實(shí)施例中使用XeF2，但是通過使用使除XeF2以外的含氟氣體發(fā)生的氟化物或自由基氟及氟離子等氟等離子，能夠確認(rèn)同樣的效果。通過使用混合了氟化劑和礦物油或者醇的溶液，能夠使氟化反應(yīng)穩(wěn)定化。另外，也可以使用氟化銨(NH4F)及酸性氟化銨(NH4F.HF)，也可以使用這些氟化劑和XeF2的混合氟化劑。在這些氟化劑中混合氯及溴、磷、氧、硼等也可以獲得同樣的效果。燒結(jié)磁鐵在(Nd、Dy)2Fe14B系及(Nd、Pr、Dy) 2Fe14B 系等 Nd2Fe14B 系以夕卜，除 Sm2Co17系、FeCo系和Nd2Fe14B系的復(fù)合燒結(jié)磁鐵、重稀土元素偏析化的燒結(jié)磁鐵之外，在Nd2Fe14B系薄膜及Nd2Fe14B系熱成形磁鐵、MnAl系、MnBi系、鐵氧體系、AlNiCo系、FeCo系磁鐵等中也能夠確認(rèn)矯頑力增加、剩余磁通密度增加、最大能積增加。對(duì)于這些材料，在實(shí)施氟化處理的工序前后實(shí)施各種元素的晶界擴(kuò)散處理，可進(jìn)一步使矯頑力增加，有助于稀有金屬的減少。XeF2的粉末直徑希望為1000 μ m以下0.1 μ m以上。在粉末直徑超過1000 μ m時(shí)容易產(chǎn)生氟濃度的濃淡不均，磁鐵表面及內(nèi)部的晶界組成及構(gòu)造成為不均一，且磁鐵特性不穩(wěn)定。在粉末直徑不足0.1ym時(shí)容易引起XeF2的分解，難以進(jìn)行處理時(shí)間及溫度的控制。實(shí)施例7將Nd2Fe14B系粉末和Fe系粉末以體積比8:2的比例混合后，在磁場中成形，通過氟氣體處理而導(dǎo)入氟。Fe系粉末的一部分通過氟導(dǎo)入成為含有0.1 15原子％氟的bet構(gòu)造的鐵氟(Fe-F)合金。以Nd2Fe14B系粉末的c軸方向和Fe-F合金的c軸方向成為平均且平行的方式再次施加磁場，添加燒結(jié)助劑且在600 900°C進(jìn)行燒結(jié)。在以比900°C更高的高溫側(cè)進(jìn)行燒結(jié)時(shí)Fe-F合金的氟脫離，因此，需要在低溫側(cè)燒結(jié)。氟在Nd2Fe14B的結(jié)晶內(nèi)也可見，即使一部分硼用氟置換也能夠提高磁特性。為了抑制氟的脫離，希望在磁粉中添加和氟容易形成二元化合物的Co及Al、Cr等氟化物一摩爾的自由能為500kJ / mol以下的元素0.01 5原子％。在超過5原子％時(shí)矯頑力降低，在不足0.01原子％時(shí)發(fā)現(xiàn)沒有氟脫離效果。氟氣體處理可以使用F2氣體，向富稀土相也導(dǎo)入氟，在一部分晶界形成NdOFx (I < X < 5)及(NcUFe) OFx (I < X < 5)，通過含高氟的氟氧化物的成長具有與氟結(jié)合的傾向的Al、Zr、Cr等元素的一部分在上述氟氧化物附近與重稀土元素一起偏析，矯頑力增大。添加于這樣燒結(jié)磁鐵的元素的偏析明顯地認(rèn)為與氟化物的生成自由能在比Cu更負(fù)側(cè)的元素有關(guān)。因此，為了提高磁鐵性能需要向燒結(jié)磁鐵添加0.001 5.0原子％范圍的氟化物的生成自由能比Cu更負(fù)側(cè)的元素。在NdOFx的氟濃度(X)不足I時(shí)不會(huì)顯著地向氟氧化物附近偏析。另外，在5以上時(shí)F容易形成其它的氟化物，顯示晶界的氟氧化物的粒徑變大，剩余磁通密度降低的傾向。本實(shí)施例的Fe-F合金的飽和剩余磁通密度為1.6 2.5T范圍，氟的原子位置為侵入位置或置換位置，為了氟原子的固定化，在鐵原子位置配置有上述的Co及Al、Cr等或稀土元素。使碳、氫、氮、氯、硼等侵入型元素能夠以比氟更低的低濃度與氟原子一起共存。含氟的結(jié)晶直到900°C都為穩(wěn)定，在比900°C高的高溫側(cè)向穩(wěn)定的氟化物及氟氧化物變化。實(shí)施例8自Fe-50% Co粒子表面通過氟氣體處理導(dǎo)入氟。Fe_50原子％ Co粒子的平均粒徑為20nm。在氟氣體中使用XeF2的加熱分解氣體，由此，氟被導(dǎo)入FeCo系合金相內(nèi)。在150°C的氟導(dǎo)入后在IOkOe以上的一方向磁場中，通過600°C下的10小時(shí)熱處理使導(dǎo)入的氟的一部分及Fe、Co原子有序化。FeCoF系有序相的氟濃度為0.1 25原子％，在磁場施加方向通過晶格延伸來增加結(jié)晶磁各向異性。在磁場中成形該粒子獲得使用了有機(jī)物的粘合劑的粘結(jié)磁鐵。另外，在氟化處理前將上述粒子預(yù)成形后，實(shí)施氟化處理，通過進(jìn)一步在磁場中壓縮成形獲得壓縮成形磁鐵。為獲得5k0e以上的矯頑力，需要將FeCoF的有序排列的氟原子的濃度設(shè)為5 15原子同時(shí)作為第四添加元素添加0.1 20原子％的除了 Fe及Co以外的過渡元素，使添加元素有序排列。FeCo粒子的飽和剩余磁通密度為2.0T,因此，反磁場大，在一般的用途中需要更大的矯頑力(IOkOe以上)。為了實(shí)現(xiàn)這樣的矯頑力，有效的是增大FeCoF系相的結(jié)晶磁各向異性，氟的原子位置成為重要因素。通過使氟的再鄰接原子以Fe原子比Co更多的方式排列，在氟原子所致的Fe原子的電子狀態(tài)密度分布中產(chǎn)生偏離，使結(jié)晶磁各向異性能量增力口，在20°C獲得20k0e的矯頑力。為實(shí)現(xiàn)這樣的原子配置，通過使氮及碳等侵入元素與XeF2分解氣體共同反應(yīng)，能夠有效增加氟原子的有序度。通過在一體的磁鐵內(nèi)部改變氟及Fe、Co的有序度，能夠獲得由矯頑力的值不同的FeCoF系合金相構(gòu)成的磁鐵材料。在將完全有序狀態(tài)的有序度設(shè)為I時(shí)，使有序度在O I范圍的合金相在平均有序度0.2 0.8的范圍內(nèi)成長，由此，能夠獲得在旋轉(zhuǎn)設(shè)備等中通過施加磁場能改變剩余磁通密度的磁鐵。在本實(shí)施例中，在剩余磁通密度為1.0 1.7T范圍的情況下，添加除了 Fe、Co、F以外的過渡元素I種以上，能夠使有序相的耐熱性提高，尤其是添加0.01 10原子％的V、Cr、Mn及稀土元素，通過使添加元素的一部分排列在有序位置能夠獲得200 300°C的耐熱性。XeF2的加熱分解氣體除了本實(shí)施例以外也可以用于鐵磁性材料或者反鐵磁性、亞鐵磁性等磁性材料的磁特性提高(磁化增加、控制磁變態(tài)點(diǎn)、控制矯頑力、磁阻效果的增力口、磁性冷卻效果的增加、超傳導(dǎo)臨界溫度上升、磁性變形增加等)。代替XeF2加熱分解氣體可以使用MF2及MF3 (M為除了 Xe、F以外的13族 18族的元素)的分解氣體及自由基、離子，在這樣的氟化劑中也可以含有碳及氮等其它的侵入型元素。實(shí)施例9在(Nd、Dy)2Fe14B燒結(jié)磁鐵中，以Cu、Ga、Al分別為0.01 I原子％的濃度范圍與燒結(jié)前的原料粉混合，與比(Nd、Dy) 2Fe14B稀土元素的濃度更高的粉末混合，在磁場中預(yù)成形后在1050°C進(jìn)行液相燒結(jié)。將該燒結(jié)體浸潰于分散有XeF2散的漿液或者膠質(zhì)液中，在100°C 150°C的溫度范圍通過XeF2分解的氟自由基導(dǎo)入氟。在該溫度范圍內(nèi)氟在晶界堆積，通過氟導(dǎo)入后的時(shí)效熱處理，氟向稀土元素濃度高的晶界擴(kuò)散。XeF2的平均粒子直徑為0.Ιμ 1000 μ m的范圍。氟在晶界擴(kuò)散時(shí)，晶界及晶界附近的組成及構(gòu)造、界面構(gòu)造、偏析元素等大幅變化，燒結(jié)磁鐵的磁特性提高。氟導(dǎo)入前的一部分晶界相從(Nd、Dy)203_x(0<X<3)至(Nd、Dy)xOyFz(X、Y、Z 為正數(shù))中(NcUDy)xOyFz 的 Dy 濃度比(Nd、Dy) 203_x (O < X< 3)中的Dy濃度更小，在(Nd、Dy)x0yFz中Nd的濃度比Dy濃度更大。這意味著晶界相的Dy在主相的外周側(cè)偏析化。另外，通過氟導(dǎo)入，在晶界相和主相的界面附近除了 Cu以外助長了 Ga及Al等添加元素的偏析，同時(shí)，主相的氧濃度減少。另外，主相晶粒中心部的Dy的一部分向晶界周邊擴(kuò)散并偏析化。雖然認(rèn)為在氟剛導(dǎo)入之后的退磁曲線中矯頑力小的成分作為階段狀的退磁曲線，但是，通過400 800°C的時(shí)效熱處理在退磁曲線中矯頑力小的成分消失。氟導(dǎo)入后的飽和剩余磁通密度與氟導(dǎo)入前相比以0.2 10%的范圍增加。飽和剩余磁通密度的增加與剩余磁通密度的增加相關(guān)，最大能積也比氟導(dǎo)入前增加。通過400 800°C的時(shí)效熱處理，也能夠除去從燒結(jié)磁鐵釋放出的未反應(yīng)的氟等。在氟導(dǎo)入后的晶界中如上所述氟偏析，晶界的大部分成為氟化物或者氟氧化物，其結(jié)晶構(gòu)造為立方晶、斜方晶、六方晶、菱面體晶或者非晶質(zhì)。氟的一部分向晶界以外的主相晶粒中擴(kuò)散,從一部分的主相中bcc或者bet構(gòu)造的Fe或FexMy合金、或者FehMiFj合金成長。在此，M為添加于燒結(jié)前的原料粉中的元素或者燒結(jié)后的磁鐵表面在氟導(dǎo)入前擴(kuò)散的元素，x、y、h、1、j為正數(shù)。向主相晶粒擴(kuò)散的氟在燒結(jié)磁鐵的表面附近多，因此，bcc或者bet構(gòu)造的Fe或FexM y合金、或者FehMiFj合金在表面附近也比燒結(jié)磁鐵中心部更多。上述bcc或者bet構(gòu)造的Fe或FexMy合金、或者FehMiFj合金的單體的矯頑力為0.1 IOkOe,飽和剩余磁通密度為1.6 2.1T的范圍，比只是(Nd、Dy)2Fe14B的矯頑力更小，因?yàn)轱柡褪Ｓ啻磐芏却?，因此，通過與(Nd、Dy)2Fe14B磁性地結(jié)合能夠抑制磁通反轉(zhuǎn)，相對(duì)于沒有分級(jí)的退磁場成為單調(diào)的退磁曲線。為了依賴于退磁場的值將剩余磁通密度設(shè)為0.01 0.5T可變，將bcc或者bet構(gòu)造的Fe或FexMy合金、或者FehMiFj合金占燒結(jié)磁鐵整體的體積率設(shè)為10% 70%。另外，(NcUDy)2Fe14B的B(硼)的一部分由F(氟)置換，形成(Nd、Dy)2Fe14(B、F)。(Nd、Dy) 2Fe14 (B、F)比(Nd、Dy) 2Fe14B 的飽和剩余磁通密度更高,因此，能夠使剩余磁通密度增高，通過控制氟的原子位置，結(jié)晶磁各向異性能量及居里溫度也可以上升。導(dǎo)入的氟能夠確認(rèn)在晶界、FeM系合金、(Nd、Dy)2Fe14B這3相中，其存在比例為晶界80-90%，F(xiàn)eM合金1-20%, (Nd、Dy)2Fe14B0.1 5 %，晶界最多，其次為FeM合金、主相(Nd、Dy)2Fe14B 的順序。為了抑制剩余磁通密度由外部磁場引起的變化，需要將bcc或者bet構(gòu)造的Fe或FexMy合金、或者FehMiFj合金的體積率設(shè)定為不足10%。為10%以上時(shí)，剩余磁通密度通過5k0e以下的外部磁場能夠可逆的變動(dòng)，在超過70%時(shí)，剩余磁通密度顯著降低。因此，為了在剩余磁通密度可變的磁鐵中，將bcc或者bet構(gòu)造的Fe或FexMy合金、或者FehMiFj合金的體積率設(shè)定為10%以上70%以下的范圍，使氟導(dǎo)入處理?xiàng)l件最佳化。只要bcc或者bet構(gòu)造的Fe或FexMy合金、或者FehMiFj合金的合計(jì)體積率為70%以下，矯頑力就比氟導(dǎo)入前增加I IOkOe,能夠大幅減少重稀土元素使用量。在本實(shí)施例的燒結(jié)磁鐵中，通過氟導(dǎo)入和氟導(dǎo)入后的時(shí)效熱處理氟主要向晶界擴(kuò)散，從一部分主相生長飽和磁化比主相更大且稀土元素濃度高的結(jié)晶(將該相稱為富Fe相)。富Fe相除了上述的bcc或者bet構(gòu)造的Fe或FexMy合金、或者FehMiFj合金以外,在含有稀土元素(Re)的FeRe系、FeReM系、FeReMF系、FeReMC系合金相中也可見稀土元素濃度為0.1 10原子％的鐵磁性相。在這樣的富Fe相的周邊可見稀土元素濃度超過12原子％的相，在與富Fe相鄰接的主相晶粒的外周部重稀土元素的偏析顯著，因此，富Fe相和主相通過磁性結(jié)合能夠抑制磁通反轉(zhuǎn)。因此，在本實(shí)施例的制作條件下制作的磁鐵中，在最大能積40MG0e以上70MG0e以下，剩余磁通密度通過外部磁場成為可變的燒結(jié)磁鐵的主相為Nd2Fe14B系相和Fe系相，在這些主相周邊由稀土元素濃度比主相更低的FeRe系合金相及稀土元素濃度比主相更高的多個(gè)相(FeRe系相、氟化物、氟氧化物、硼化物、炭化物、氧化物等)構(gòu)成，在主相結(jié)晶的外周側(cè)可見稀土元素的偏析，主相之一即Fe系相顯示隨著從燒結(jié)磁鐵的中心向表面接近而比例變多的傾向。本實(shí)施例的氟導(dǎo)入方法除了(Nd、Dy)2Fe14B燒結(jié)磁鐵以外，也可以用于(Nd、Pr、Dy) 2Fe14B燒結(jié)磁鐵等稀土鐵硼系燒結(jié)磁鐵及稀土鐵硼系預(yù)成形體或者稀土鐵硼系磁粉、稀土鐵系磁粉、鐵系磁粉、鋁鎳鈷磁鐵、鐵氧體系磁鐵、錳系磁鐵、鈷鉬系薄膜磁鐵、鐵鉬系薄膜磁鐵、稀土鐵硼系薄膜磁鐵等各種磁性體，可確認(rèn)矯頑力增加及飽和剩余磁通密度增加、稀少元素使用量降低、電阻增加、磁性冷凍效果增加、磁性熱電效果增加、磁變態(tài)點(diǎn)上升、光磁效果增加、磁阻效果增加中的任一項(xiàng)效果。尤其是在稀土鐵硼系燒結(jié)磁鐵中，本實(shí)施例的氟導(dǎo)入處理在用二合金法及晶界擴(kuò)散法制成的磁鐵及熱成形磁鐵、用沖擊壓縮法及濺射法制成的磁鐵、通過濕式處理制成的磁鐵及其中途工序中可適用。如本實(shí)施例那樣導(dǎo)入氟的被處理材料在主相和晶界相中稀土元素的濃度分別存在12%、30-90%大的差別，因此，氟選擇性地向晶界相擴(kuò)散。在20 600°C的低溫區(qū)域?yàn)榱耸褂煤凶杂苫姆纸馍煞x擇性導(dǎo)入氟需要被處理材料的多個(gè)構(gòu)成相的元素濃度差為10%以上。在不足10%的情況下氟不能選擇性導(dǎo)入或反應(yīng)、擴(kuò)散，被整體地導(dǎo)入。因此，被處理材料的多個(gè)構(gòu)成相的元素濃度差為10%以上100%以下。在100%的情況下構(gòu)成元素為形成了與主相不同的相的材料。成為上述被處理材料的多個(gè)構(gòu)成相的元素濃度差的對(duì)象的元素為容易與氟結(jié)合成為化合物的元素(用T表示)，為可形成用TxFy (X和y為正數(shù)，F(xiàn)為氟)表示的化合物的元素。本實(shí)施例的(Nd、Dy)2Fe14B燒結(jié)磁鐵可適用于表面磁鐵電動(dòng)機(jī)、嵌入磁鐵電動(dòng)機(jī)、平面型磁鐵電動(dòng)機(jī)，能夠兼具有減少稀有金屬使用量和電動(dòng)機(jī)性能提高。實(shí)施例10在SmF3的膠質(zhì)溶液浸潰平均粒徑20 μ m的霧化FeCo粉末，在FeCo粉末表面以平均被覆率70%形成平均膜厚Inm的SmF3膜。將該粉末在己烷(C6H14)中浸潰后與己烷和氟化氙的混合漿液混合，放入用Ar氣體置換的加熱爐中，加熱到100°C。氟化氙的量相對(duì)于FeCo粉末為I / 5 I / 1000的范圍，在不足I / 1000時(shí)氟導(dǎo)入量少，磁鐵特性低。在氟化氙的量比I / 5更多時(shí)，在FeCo粉末表面堆積有穩(wěn)定的氟化物，因此，磁鐵特性降低。在100°C氟化氙分解，氟被導(dǎo)入FeCo粉末。FeCo粉末的表面通過SmF3脫氧且清潔化，氟不成為氟氧化物而容易侵入FeCo晶格內(nèi)。氟導(dǎo)入后，進(jìn)一步在200°C進(jìn)行時(shí)效處理，使FeCo粉末的結(jié)晶內(nèi)的原子排列有序化，氟原子的一部分也有序化。如上所述向FeCo粉導(dǎo)入氟，在有序晶格成長的粉末中，可見氟元素為5 50原子％的FeCo有序相,各向異性磁場成為10 lOOkOe。使該粉末與粘合劑混合進(jìn)行射出或者壓縮成形，成為此，獲得粘結(jié)磁鐵。另外，在將上述粉末壓縮成形后，也可制成含浸由無機(jī)材料而成的溶液的磁鐵，通過磁場中成形可制成各向異性粘結(jié)磁鐵。這種粘結(jié)磁鐵的Sm為0.1 5原子％，因此，稀土元素的使用料少，通過混合未導(dǎo)入氟的FeCo粉和導(dǎo)入氟的FeCo粉進(jìn)行成形，可獲得剩余磁通密度在0.8 1.4T范圍內(nèi)可變的磁鐵。實(shí)施例11在(NcUDy)2Fe14B燒結(jié)磁鐵中，在燒結(jié)前的原料粉中分別以0.1 2原子％的濃度范圍混合Cu、Zr、Al、Co，和與(Nd、Dy)2Fe14B相比稀土元素的濃度更高的粉末一同混合，在磁場中預(yù)成形后在1000°C液相燒結(jié)。將該燒結(jié)體浸潰于分散有XeF2及Co絡(luò)合物的漿液或者膠質(zhì)液中，在30°C 100°C的溫度范圍內(nèi)通過XeF2分解的氟自由基導(dǎo)入氟。在該溫度范圍內(nèi)氟堆積于晶界，通過氟導(dǎo)入后的時(shí)效熱處理氟及Co在稀土元素濃度高的晶界擴(kuò)散。XeF2的平均粒子直徑為0.1 μ m 1000 μ m的范圍。氟在晶界擴(kuò)散時(shí)，晶界及晶界附近的組成及構(gòu)造、界面構(gòu)造、偏析元素等大幅變化，燒結(jié)磁鐵的磁性特性提高。氟導(dǎo)入前的一部分晶界相在(Nd^Dy)2O3-X (O < X < 3)至(Nd、Dy) x0yFz (X、Y、Z 為正數(shù))中(NcUDy)xOyFz 的 Dy濃度比(Nd、Dy) 20 3_x (O < X < 3)中的Dy濃度更小，在(NcUDy)xOyFz中Nd的濃度比Dy濃度更大。這意味著晶界相的Dy在主相的外周側(cè)偏析化。另外，通過氟導(dǎo)入，氟向晶界相及主相內(nèi)擴(kuò)散，在界面附近除了 Cu以外助長Co及Al、Zr等添加元素的偏析，并且，減少主相的氧濃度。另外，主相晶粒中心部的Dy的一部分在晶界周邊及粒內(nèi)的一部分?jǐn)U散且偏析化。在剛導(dǎo)入氟之后的退磁曲線中測定有矯頑力具有分布的階段狀的退磁曲線，但是，通過400 800°C的時(shí)效熱處理，氟及主相構(gòu)成元素?cái)U(kuò)散，在退磁曲線中矯頑力小的成分消失。氟導(dǎo)入后的飽和磁通密度比氟導(dǎo)入前增加0.2 20%的范圍。飽和磁通密度的增加與剩余磁通密度的增加相關(guān)，最大能積也比氟導(dǎo)入前增加。通過400 800°C的時(shí)效熱處理，也能夠除去從燒結(jié)磁鐵釋放出的未反應(yīng)的氟等。在氟導(dǎo)入后的晶界如上所述偏析有氟，晶界的5 90%成為氟化物或者氟氧化物，其結(jié)晶構(gòu)造為立方晶、斜方晶、六方晶、菱面體晶或者非晶質(zhì)。氟向除了晶界以外的主相晶粒及晶界三重點(diǎn)進(jìn)行局部擴(kuò)散，由一部分主相生長bcc或者bet構(gòu)造的Fe或FexMy合金、或者FehMR合金。在此，M為在燒結(jié)前的原料粉中添加的元素或者從燒結(jié)后的磁鐵表面與氟導(dǎo)入一起擴(kuò)散的至少I種元素，x、y、h、1、j為正數(shù)。向主相晶粒擴(kuò)散的氟在燒結(jié)磁鐵的表面附近多，因此，bcc或者bet構(gòu)造的Fe或FexMy合金、或者FehMiFj合金也在表面附近比燒結(jié)磁鐵中心部更多。一部分含氟Fe系合金的晶格常數(shù)比Fe (0.2866nm)短0.01 10%，認(rèn)為含氟相的一部分在主相晶粒內(nèi)部。上述bcc或者bet構(gòu)造的Fe或FexMy合金、或者FehMiFj合金的單體的矯頑力為
0.1 IOkOe,飽和磁通密度為1.6 2.4T的范圍，比僅(NcUDy)2Fe14B的矯頑力更小，飽和磁通密度大，因此，通過與(Nd、Dy) 2Fe14B磁性結(jié)合而能夠抑制磁通反轉(zhuǎn),在剛導(dǎo)入氟后,在退磁曲線的第二象限中為在矯頑力的80 %以下的磁場中可見拐點(diǎn)的退磁曲線，與之相對(duì)成為單調(diào)的退磁曲線。為了依賴于退磁場的值而使剩余磁通密度為0.01 0.5T可變，將bcc或者bet構(gòu)造的Fe或FexMy合金、或者FehMiFj合金占燒結(jié)磁鐵整體的體積率設(shè)為0.1% 70%。為了抑制剩余磁通密度由外部磁場引起的變化，需要使氟侵入的hep構(gòu)造及LlO構(gòu)造的FexMy合金、或者FehMiFj合金的體積率在0.1 50%范圍內(nèi)成長。尤其是侵入氟的有序合金能夠通過磁場中氟化處理或氟化后的磁場中熱處理或者氟化后的塑性變形來形成。在本實(shí)施例的制作條件下制作的磁鐵中，最大能積為40MG0e以上70MG0e以下，剩余磁通密度通過外部磁場成為可變的燒結(jié)磁鐵的主相為Nd2Fe14B系相和FeCo系相，在這些主相結(jié)晶晶界及主相內(nèi)部可見含氟相，在主相結(jié)晶的外周側(cè)及內(nèi)部可見稀土元素及添加元素的偏析，主相之一即FeCo系相及主相內(nèi)部的含氟相隨著從燒結(jié)磁鐵的中心向表面接近顯示比例變多的傾向。本實(shí)施例的氟導(dǎo)入方法除了(Nd、Dy) 2Fe14B燒結(jié)磁鐵以外，可適用于Mn系磁性材料、Cr系磁性材料、Ni系磁性材料、Cu系磁性材料，在氟導(dǎo)入前未顯示鐵磁性的合金相通過氟導(dǎo)入和氟原子位置的有序化、或氟與其它的輕元素的原子對(duì)的有序化，通過使電負(fù)性高的氟原子鄰接的金屬元素的電子狀態(tài)大幅變化而在電子狀態(tài)密度的分布中產(chǎn)生各向異性，實(shí)現(xiàn)鐵磁性化或硬磁性化。如實(shí)施例1 11所記載，根據(jù)本發(fā)明，能夠滿足稀土永久磁鐵的稀土元素使用量降低、矯頑力增加、最大能積增加，能夠降低磁鐵使用量。由此，有助于各種各樣的磁鐵應(yīng)用制品的小型輕量化。
權(quán)利要求
1.燒結(jié)磁鐵電動(dòng)機(jī)，其由轉(zhuǎn)子、定子及線圈構(gòu)成，在所述轉(zhuǎn)子上配置有燒結(jié)磁鐵，其特征在于， 所述燒結(jié)磁鐵具有:含有NdFeB系結(jié)晶的NdFeB系相、含有FeM系結(jié)晶(M為過渡元素，除去鐵及稀土元素)的FeM系相、以及含有重稀土元素的重稀土元素含有相， 所述重稀土元素含有相位于所述NdFeB系相和所述FeM系相之間， 通過由線圈電流產(chǎn)生的磁場來控制所述燒結(jié)磁鐵的剩余磁通密度。
2.如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)磁鐵電動(dòng)機(jī)，其特征在于， 在所述燒結(jié)磁鐵的磁化方向施加由線圈電流產(chǎn)生的磁場，以所述燒結(jié)磁鐵的剩余磁通密度變小的方式進(jìn)行控制。
3.如權(quán)利要求1或2所述的燒結(jié)磁鐵電動(dòng)機(jī)，其特征在于， 在與所述燒結(jié)磁鐵的磁化方向相反的方向施加由線圈電流產(chǎn)生的磁場，以所述燒結(jié)磁鐵的剩余磁通密度變大的方式進(jìn)行控制。
4.如權(quán)利要求2或3所述的燒結(jié)磁鐵電動(dòng)機(jī)，其特征在于， 基于由所述線圈電流產(chǎn)生的磁場的施加，所述FeM系相的磁化的傾斜發(fā)生變化。
5.如權(quán)利要求2 4中任一項(xiàng)所述的燒結(jié)磁鐵電動(dòng)機(jī),其特征在于， 由施加的線圈電流產(chǎn)生的磁場為3kOe以上。
6.如權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的燒結(jié)磁鐵電動(dòng)機(jī),其特征在于， 所述剩余磁通密度的變化幅度為0.0l 0.5T。
7.如權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的燒結(jié)磁鐵電動(dòng)機(jī),其特征在于， 所述燒結(jié)磁鐵的矯頑力為IOkOe以上。
8.如權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的燒結(jié)磁鐵電動(dòng)機(jī)，其特征在于， 所述燒結(jié)磁鐵中的所述FeM系相的體積率為0.1 50%。
9.如權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的燒結(jié)磁鐵電動(dòng)機(jī)，其特征在于， 所述FeM系相具有磁各向異性。
10.如權(quán)利要求1 9中任一所述的燒結(jié)磁鐵電動(dòng)機(jī)，其特征在于， 所述FeM系相的飽和磁化比所述NdFeB系相的飽和磁化大。
全文摘要
本發(fā)明涉及燒結(jié)磁鐵電動(dòng)機(jī)。在現(xiàn)有技術(shù)中，沒有使Nd2Fe14B燒結(jié)磁鐵的最大能積增加且使剩余磁通密度為可變的例子，難以提供使用了燒結(jié)磁鐵的磁通可變電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明的燒結(jié)磁鐵電動(dòng)機(jī)由轉(zhuǎn)子、定子及線圈構(gòu)成，在轉(zhuǎn)子中配置有燒結(jié)磁鐵。該燒結(jié)磁鐵電動(dòng)機(jī)通過由線圈電流產(chǎn)生的磁場控制燒結(jié)磁鐵的剩余磁通密度。
文檔編號(hào)H02K1/22GK103187811SQ20121056867
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者小室又洋, 日野徳昭, 佐通祐一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所