永磁體、以及使用永磁體的可變磁通電動機及發電機的制作方法

專利名稱：永磁體、以及使用永磁體的可變磁通電動機及發電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及永磁體、可變磁通電動機以及發電機。
背景技術：
可變磁通電動機或可變磁通發電機中，使用可變磁體和固定磁體這兩種磁體。以往，對于可變磁體，采用Al-Ni-Co類磁體或!^e-Cr-Co類磁體(參照專利文獻1)。例如， Al-Ni-Co類磁體的矯頑力為150kA/m以下，然而為了實現更高效率的可變磁體電動機等， 則要求矯頑力為200 500kA/m的可變磁體。作為高性能永磁體，已知Sm-Co類磁體或Nd-Fe-B類磁體。Sm-Co類磁體中，Sm2Co17 型磁體基于被稱為使1-5型晶相在2-17型晶相的晶界析出的晶胞結構的微細結構而獲得矯頑力(參照專利文獻2)。此處，Sm2Co17型磁體的磁壁厚度為2 IOnm左右，與此相比， 現有的1-5型晶相(晶界相)的厚度為數IOnm左右，因此，矯頑力因疇璧釘扎而變得較高。 在專利文獻2中最大能獲取1430kA/m的矯頑力。其不能用作可變磁體。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本專利特開2008-043172號公報專利文獻2 日本專利特開昭52-096923號公報

發明內容
本發明的目的在于提供一種永磁體、以及利用該永磁體的可變磁通電動機及可變磁通發電機，該永磁體與現有可變磁體相比，磁通密度和矯頑力較佳，且與現有Sm-Co類磁體相比，矯頑力較低，能用作可變磁體。本發明的第一實施方式涉及永磁體，該永磁體具有用以下組成式表示的組成即，組成式R(Fe5pMtlCur (Co1-人)z(式中，R表示從稀土類元素選出的至少一種元素，M表示從Ti、& 及Hf中選出的至少一種元素，A表示從Ni、V、Cr、Mn、Al、Si、Ga、Nb、Ta及W中選出的至少一種元素，a、ρ、 q、r 和 ζ 分別為滿足 O 彡 a 彡 0. 2，0. 05 彡 ρ 彡 0. 6，0. 005 彡 q 彡 0. 1,0. 01 ^ r ^ 0. 15， 4 < ζ < 9的數)，該永磁體的特征在于，包括具有Th2Si17型晶相的晶內相和晶界相(grain boundary phase)，且所述晶內相的平均結晶粒徑在20 500nm的范圍內，并且所述晶界相的平均厚度比磁壁厚度要小。本發明的第二實施方式涉及永磁體，該永磁體具有用以下組成式表示的組成即，組成式R(Fe5pMtlCur (Co1-人)z(式中，R表示從稀土類元素選出的至少一種元素，M表示從TiJr及Hf中選出的至少一種元素，A表示從Ni、V、Cr、Mn、Al、Si、Ga、Nb、Ta及W中選出的至少一種元素，a、ρ、 q、r 和 ζ 分別為滿足 O 彡 a 彡 0. 2，0. 05 彡 ρ 彡 0. 6，0. 005 彡 q 彡 0. 1,0. 01 ^ r ^ 0. 15，
ζ <9的數)，該永磁體的特征在于，包括具有Th2Si17型晶相的晶內相和晶界相，且在
3包含所述Tti2Zn17型晶相的c軸的截面中對半徑2nm的區域的所述元素M的濃度進行測定時，所述元素M的濃度最高的區域的所述元素M的濃度(IC)相對于所述元素M的濃度最低的區域的所述元素M的濃度(Ml)的比值(M2/M1)為2以下。本發明的實施方式所涉及的可變磁通電動機的特征在于，包括本發明的實施方式所涉及的永磁體作為可變磁體。本發明的可變磁通發電機的特征在于，包括本發明的實施方式所涉及的永磁體作為可變磁體。由于本發明的實施方式所涉及的永磁體與現有Sm2Co17型磁體相比矯頑力要低，因此能作為可變磁體來使用。此外，由于與現有的可變磁體相比，磁通密度和矯頑力等較佳， 因此，能提高可變磁通電動機、可變磁通發電機的性能。


圖1是表示實施方式所涉及的可變磁通電動機的圖。圖2是表示實施方式所涉及的可變磁通發電機的圖。標號說明1···可變磁通電動機2···鐵心3...固定磁體4...可變磁體5...轉子6...定子11···可變磁通發電機12...轉子線圈13···定子線圈14···電刷15...軸16···渦輪
具體實施例方式下面，對用于實施本發明的方式進行說明。本實施方式的永磁體具有用以下組成式表示的組成即，組成式R(Fe5pMtlCur (Co1-人)卜^) ζ· · · (1)(式中，R表示從稀土類元素選出的至少一種元素，M表示從TiJr及Hf中選出的至少一種元素，A表示從Ni、V、Cr、Mn、Al、Si、Ga、Nb、Ta及W中選出的至少一種元素，a、ρ、 q、r 和 ζ 分別為滿足 0 彡 a 彡 0. 2，0. 05 彡 ρ 彡 0. 6，0. 005 彡 q 彡 0. 1,0. 01 ^ r ^ 0. 15， 4 < ζ < 9的數)，該永磁體包括具有Th2Si17型晶相0-17型晶相)的晶內相和晶界相。在上述組成式(1)中，使用從含有釔(Y)的稀土類元素中選出的至少一種元素來作為元素R。元素R都會導致磁體材料產生較大的磁各向異性，從而賦予較高的矯頑力。優選使用從釤(Sm)、鈰(Ce)、釹(Nd)、以及鐠(Pr)中選出的至少一種元素作為元素R，特別優選使用Sm作為元素R。通過使元素R的50原子％以上為Sm，能再現性較佳地提高永磁體的性能，尤其是提高矯頑力。進一步優選元素R的70原子％以上為Sm。將元素R摻入其它元素(Fe、M、Cu、Co、A)，以使得元素R與其它元素(Fe、M、Cu、 Co、A)的原子比在1 4 1 9的范圍(作為ζ值而言是4 9的范圍/作為元素R的含量而言是10 20原子％的范圍)。如果元素R的含量在10原子％以下，則由于會有大量α相析出，不能獲得充分的矯頑力。另一方面，如果元素R的含量超過20原子％，則飽和磁化將顯著下降。優選元素R的含量在10 15原子％的范圍內，更優選元素R的含量在10. 5 12. 5原子％的范圍內。使用從鈦(Ti)、鋯(Zr)和鉿(Hf)中選出的至少一種元素作為元素M。通過摻入元素M,能在鐵濃度較高的組成中獲得較大矯頑力。將元素M的含量設為元素R以外的元素(Fe、Co、Cu、M)的總量的0.5 10原子％ (0. 005 ^ q ^ 0. 1)的范圍內。如果q值超過 0. 1，則磁化強度會顯著下降，此外，如果q值低于0. 005，則使增大鐵濃度的效果較差。優選元素M的含量為0. 01彡q彡0. 06，更優選為元素M的含量為0. 015彡q彡0. 04。元素M可以是Ti、Zr、Hr中的任一種，優選至少包含&。尤其，通過使元素M的50 原子％以上為^ ，能進一步增強提高永磁體的矯頑力的效果。另一方面，由于元素μ中的 Hf的價格尤其高，因此，優選，即使使用Hf的情況下，也要減少Hf的使用量。優選，Hf的含量低于元素M的20原子％。銅(Cu)是在永磁體中獲得較高矯頑力所需的元素。將Cu的摻入量設為元素R以外的元素(Fe、Co、Cu、M)的總量的1 15原子％ (0. 01 ^ r ^ 0. 15)的范圍內。如果r值超過0. 15，則磁化強度會顯著下降，此外，如果r值低于0.01，則難以獲得較高矯頑力。優選Cu的摻入量為0. 02 < r < 0. 1，更優選為Cu的摻入量為0. 03 < r < 0. 08。鐵(Fe)主要負責永磁體的磁化。通過大量摻入狗，能提高永磁體的飽和磁化強度。然而，如果狗的含量過于過剩，則會析出α-i^e相，此外，還難以獲得具有2-17型晶相的晶內相和晶界相這2相組織。由此，永磁體的矯頑力下降。將狗的摻入量設為元素R以外的元素0^、(:ο、αι、Μ)的總量的5 60原子％ (0. 05 ^ ρ ^ 0. 6)的范圍內。優選!^e的摻入量為0.洸< ρ < 0. 5，更優選為!^e的摻入量為0.沘< ρ < 0. 48。鈷(Co)負責永磁體的磁化，并且是用于獲得較高矯頑力的重要元素。而且，如果大量含有Co，則居里溫度變高，且永磁體的熱穩定性也會有提高。若Co的摻入量較少，則這些效果也會較小。然而，如果永磁體中含有過度的Co，則會相對地減少！^的含量，因此有可能會導致磁化強度下降。將Co的含量設為由P、q、r所規定的范圍(1-p-q-r)。可用從鎳(Ni)、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鋁(Al)、硅(Si)、鎵(Ga)、鈮(Nb)、鉭(Ta) 以及鎢(W)中選出的至少一種元素來置換Co的一部分。這些置換元素有助于提高磁體特性，例如增大矯頑力。然而，由于過度置換有可能會導致磁化強度下降，因此，將置換量設為 Co的20原子％以下(0彡a彡0.2)的范圍內。此外，Sm2Co17型磁體以高溫相的TbCu7型晶相(1_7型晶相)作為前體，對其進行時效熱處理，使其分離成為Th2Zn17型晶相(2-17型晶相)和CaCu5型晶相(1-5型晶相)， 基于疇璧釘扎型的矯頑力顯現機構來獲得磁體特性。2-17型晶相成為晶內相(主相)，在其晶界析出1-5型晶相(晶界相)而將晶內相分割開，從而獲得被稱作晶胞結構的2次結構。通過旋節線分解(spinodal decomposition)，1_5型晶相成為富Cu和貧！^，另一方面， 2-17型晶相成為貧Cu和富狗。
Sm2Co17型磁體中的矯頑力的起源是由相分解所產生的微細結構。可認為Sm2Co17 型磁體的磁壁厚度根據磁壁是在1-5型晶相中、或是在2-17型晶相中、還是在包含該兩個相的區域中而不同。已知，1-5型晶相中的磁壁厚度一般為2 5nm，此外，2-17型晶相中的磁壁厚度為IOnm左右。因此，可認為Sm2Co17S磁體中的磁壁厚度在2 IOnm左右。由于現有Sm2Co17S磁體的1-5型晶相(晶界相)的厚度為數IOnm左右，因此，基于疇璧釘扎力 (domain wall pinning force)而產生較大矯頑力。其不能用作可變磁體。Sm2Co17型磁體的金屬組織較強地依賴于制造工藝。例如，在時效熱處理中，在約 750 900°C的溫度下進行熱處理，之后，執行控制冷卻，在冷卻到某一溫度為止的時刻開始進行快速冷卻。此時，當冷卻終點溫度過高的情況下，各構成元素的相互擴散不充分，1-5 型晶相成為存在間隙的磁疇璧(block wall)狀態，而非成為完全的板壁狀。可認為，磁壁會穿過間隙，上述疇璧釘扎型的矯頑力顯現機構不起作用。在冷卻終點溫度過低的情況下， 由于1-5型晶相過多，因此能獲得巨大矯頑力。第一實施方式在包括具有2-17型晶相的晶內相(主相)和晶界相這2相分離組織的永磁體中，通過使晶界相的平均厚度小于磁疇壁厚度，來實現比現有Sm2Co17型磁體要小的矯頑力。第一實施方式所涉及的永磁體具有200 500kA/m的范圍內的矯頑力。如果永磁體的矯頑力超過500kA/m就難以用作可變磁體，如果矯頑力低于200kA/m，則難以實現可變磁體的高性能化。優選第一實施方式所涉及的永磁體的矯頑力在200 400kA/m的范圍內。第一實施方式的永磁體中，由2-17型晶相構成的晶內相(晶粒)具有20 500nm 范圍內的平均結晶粒徑。如果晶內相的平均結晶粒徑小于20nm，則磁化強度下降，不能獲取作為永磁體的特性。如果晶內相的平均結晶粒徑超過500nm，則矯頑力下降。更優選由2_17 型晶相構成的晶內相的平均結晶粒徑在30 300nm的范圍內。晶界相是在晶內相(晶粒) 之間(晶粒界)中以板狀存在的相，具有比磁疇壁厚度要小的平均厚度。晶界相的厚度是指，在以透射型電子顯微鏡(TEM)獲得的像中的、襯度均勻的晶粒與相鄰的襯度均勻的晶粒之間的襯度不同的區域的寬度。對于晶界相的平均厚度，設為在IOOk 200k倍的倍率的TEM像中，對上述襯度不同的區域的寬度進行5點測定，并表示其平均值的值。對于磁疇璧厚度，能用洛倫茲TEM來直接觀察，設為在用IOOk 200k倍的倍率的洛倫茲TEM圖像中，對5個點的磁疇壁厚度進行測定，并表示其平均值的值。當晶界相的平均厚度比磁疇壁厚度要小的情況下，因晶界相的疇壁釘扎效果減弱，因此能獲得適當的矯頑力，即能獲得適合于可變磁體的200 500kA/m的范圍內的矯頑力。優選，晶界相的平均厚度在IOnm以下。如果晶界相的平均厚度超過lOnm，則疇壁釘扎效果增強，與現有的Sm2Co17型磁體相同，容易獲得較大的矯頑力。較優選的是晶界相的平均厚度在8nm以下，更優選為的是在5nm以下。然而，如果晶界相的平均厚度過小，則疇璧釘扎效果可能會過小，矯頑力可能會過低。因此，優選，晶界相的平均厚度在Inm以上。作為構成晶界相的相，例如列舉出CaCu5型晶相(1-5型晶相)，然而不一定要局限于此。1-5型晶相的磁疇壁能量與2-17型晶相的磁疇壁能量大不相同，因此對磁疇壁移動進行釘扎的效果較強。本實施方式的永磁體通過對晶界相進行設定而減弱疇璧釘扎力，來獲得適當的矯頑力，因此晶界相也可以不是像1-5型晶相那樣的疇璧釘扎力較大的相。晶界相只要是比由2-17型晶相構成的晶內相而更富含Cu的相(富Cu相)即可。具體而言，只要晶界相的Cu濃度(C2)相對于晶內相的Cu濃度(Cl)的比值(C2/C1)在1. 2以上即可。通過使富含Cu的相(富Cu相)作為晶界相存在于由2-17型晶相構成的晶內相 (晶粒)之間，從而能基于在晶內相和晶界相之間所產生的磁疇壁能量差來獲得適度的矯頑力。如果晶界相Cu的濃度(C2)相對于晶內相Cu的濃度(Cl)的比值(C2/C1)在1. 2以上，就能獲得上述基于晶內相和晶界相之間所產生的磁疇壁能量差的矯頑力。當晶內相與晶界相的Cu濃度比(C2/C1)小于1.2的情況下，磁壁能量差會過小，可能會導致矯頑力下降得過多。作為構成晶界相的富Cu相，除了 1-5型晶相以外，還能舉例出在高溫相(1-7型晶界相)的2相分離的初期階段所生成的1-5型晶相的前體。可認為1-5型晶相的前體相主要是1-7型晶相、或者是1-7型晶相和1-5型晶相的混相。由此，由2-17型晶相構成的晶內相的晶界中存在的晶界相是如1-5型晶相、1-7型晶相、及它們的混相，只要是晶內相與晶界相的Cu濃度比C2/Cl)為1.2以上的富Cu相即可。如上所述，對于Sm2Co17型磁體中的矯頑力的起源，是將時效熱處理中的1-7型晶相作為前體的2-17型晶相和1-5型晶相的相分離。此處，相分離前體的1-7型晶相在其相分離前階段中生成平板狀的相(片狀相platelet phase)。片狀相是富含Zr為代表的元素M的相，在相分離后也會殘留。對于片狀相，在確定了在時效處理中形成相分離組織之后，在隨后執行的控制冷卻過程中起到作為使2-17型晶相和1-5型晶相的各相之間相互擴散的通路的作用，可認為會有助于Fe、Cu等元素的移動。片狀相生成為與主相即2-17型晶相的c面((0001)面)平行。因而，如果觀察時效熱處理后的Sm2Co17型磁體的、包含2-17型晶相的c軸的截面的微細組織，會觀察到與c 軸大致成直角的呈筋狀的片狀相的截面。由于富含M的片狀相起到作為Fe、Co、Cu等元素的擴散通路的作用，因此能促進時效處理中的相分離。因此，為在Sm2Co17型磁體中獲得充分的矯頑力所必須的相。例如，在具有超出500kA/m的矯頑力的Sm2Co17型磁體中，在包含2_17晶相的c軸的截面中看到明顯的富含M的片狀相，具體而言是富含Zr的片狀相。即，在包含2-17晶相的C軸的剖面中，存在Zr濃度比晶內相的Zr濃度要高2倍以上的區域。該Zr的高濃度區域是富含Zr的片狀相。另一方面，在矯頑力較小的Sm2Co17型磁體中，不存在如此明顯的富含Zr的區域(Zr濃度比晶內相的Zr濃度要高2倍以上的區域)。如上所述，Sm2Co17型磁體的金屬組織對制造工藝的依賴度較強，且晶界相的結構取決于時效處理中的恒溫處理后的控制冷卻條件。與此相對，富含&的片狀相的結構、元素組成比等取決于時效處理的初期階段的恒溫處理條件。當恒溫處理溫度過高的情況下， 富含Zr的片狀相會過剩，則可能會產生巨大的矯頑力，并導致磁化強度下降。另一方面，在恒溫處理溫度過低的情況下，由于未完全生成富含ττ的片狀相而未進行相分離，因此有可能矯頑力極小。此外，在使用Ti、Hf來替代Zr的情況下，也相同。在第二實施方式中，包括具有2-17晶相的晶內相(主相)和晶界相的2相分離組織的永磁體中，在包含2-17型晶相的c軸的截面中不存在富含元素M的板狀相(富含M的片狀相)。因此，與第一實施方式相同，能實現比現有Sm2Co17S磁體要小的矯頑力。第二實施方式所涉及的永磁體與第一實施方式相同，具有200 500kA/m的范圍內的矯頑力。優選第二實施方式所涉及的永磁體的矯頑力在200 400kA/m的范圍內。
通過防止生成明顯的富含M的片狀相，從而能夠抑制將片狀相作為擴散通路的各元素的相互擴散的量、速度。由此，由于抑制了從1-7型晶相向2-17型晶相和1-5型晶相進行相分離，從而抑制現有Sm2Co17型磁體那樣的矯頑力。而且，能夠防止富含Cu的晶界相的厚度過度增加，其中富含Cu的晶界相被認為包括1-5型晶相、其前體相，從這個角度也能抑制了矯頑力增大。由此，對于第一實施方式的永磁體，抑制富含M的片狀相也是有效的。 對于第一實施方式的永磁體而言，也優選不存在明顯富含M的片狀相。此外，由于富含M的片狀相與時效處理后的主相即2-17型晶相相比，Fe量較少， 因此磁化強度下降。如果在時效處理后殘留有大量富含M的片狀相，有可能導致磁化強度下降。由此，鑒于控制矯頑力和維持磁化強度兩個方面的觀點，優選富含M的片狀相的生成量較少，且期望形成不存在明顯富含M的片狀相的組織。即，通過使明顯富含M的片狀相不存在，從而能實現具有適度的矯頑力的永磁體而不必導致顯著的磁化強度的下降。能根據包含2-17型晶相的c軸的截面中的元素M的濃度偏離來判斷富含M的片狀相。具體而言，在包含2-17型晶相的c軸的截面中，使對半徑2nm的區域的元素M的濃度進行測定時，元素M的濃度最高的區域的元素M的濃度(IC)與元素M的濃度最低的區域的元素M的濃度(Ml)之(M2/M1)為2以下，從而能獲得適合于可變磁體的矯頑力。S卩，當元素M的濃度比(M2/M1)為2以下的情況下，能判斷為富含M的片狀相的生成受到了抑制。對于元素M的濃度，在IOOk 200k倍的倍率的TEM圖形中，通過對半徑2nm的區域進行組成分析來求出。組成分析中使用EDX等。對于元素M的濃度比(M2/M1)，對任意 50點執行上述組成分析，將元素M的濃度最高的區域中的元素M的濃度設為Ml，元素M的濃度最低的區域中的元素M的濃度設為M2，從而基于上述濃度M1、M2的比值來求出。如果元素M的濃度比(M2/M1)在2以上，由于富含M的片狀相，因而磁化強度下降， 此外，將富含M的片狀相作為擴散通路的各元素的相互擴散得到促進，其結果為，晶界相的厚度增大，且矯頑力容易變得巨大。優選元素M的濃度比(M2/M1)在1.8以下，更優選為在 1.6以下。如果利用元素M的濃度比(M2/M1)在2以下的永磁體，則能實現相對于可變磁體而言有效、適度的矯頑力，并不會導致顯著的磁化強度下降。第二實施方式的永磁體中，優選由2-17型晶相構成的晶內相(晶粒)具有20 500nm范圍內的平均結晶粒徑。此外，晶界相不限于1_5型晶相，也可以是其前體相(1_7型晶相、1-5型晶相和1-7型晶相的混相等)。晶界相只要是晶界相的Cu濃度(以)是晶內相的Cu濃度(Cl)的1.2倍以上的富含Cu相即可。另外，對于晶內相和晶界相的Cu濃度，能夠用與測定元素M的濃度相同的方式進行測定。對于本實施方式的永磁體，能例如下述那樣進行制作。首先，制作含有規定量的元素的合金粉末。用例如帶材鑄造法等來制作片狀的合金薄帶，之后，將其粉碎，從而調制合金粉末。在帶材鑄造法中，優選將熔融合金傾注至以轉速0. 1 20m/秒旋轉的冷卻輥，從而連續獲得凝固成厚度為Imm以下的薄帶。如果冷卻輥的轉速低于0. Im/秒，薄帶中容易發生組成偏差，如果轉速超過20m/秒，晶粒會微細化到單磁疇尺寸以下，不能獲得良好的磁特性。較優選的是冷卻輥的轉速在0. 3 15m/秒的范圍內，更優選為在0. 5 12m/秒的范圍內。還可通過利用電弧熔解法或高頻熔解法鑄造熔液并獲取合金鑄錠等，并且對該合金鑄錠等進行粉碎，從而調制合金粉末。作為合金粉末的其它調制方法，可舉出機械合金化
8法、機械研磨法、氣體噴散法、以及還原擴散法等為例子，也可使用由這些方法所調制的合金粉末。也可以根據需要對如上述那樣獲得的合金粉末或粉碎前的合金實施熱處理，從而使其均勻化。利用射流粉碎機、球磨機等對薄片或鑄錠進行粉碎。為了防止合金粉末的氧化，優選在惰性氣體氣氛中或有機溶劑中進行粉碎。接著，向設置于電磁體等中的金屬模內填充合金粉末，一邊施加磁場一邊進行加壓成形，從而制作出使晶軸取向固定的壓粉體。在1100 1300°C溫度下，對該壓粉體進行 0. 5 15小時的燒結，從而獲得致密的燒結體。如果燒結溫度小于1100°C，燒結體的密度不充分，如果超過1300°C，則Sm等的稀土類元素會蒸發，從而不能獲得良好的磁特性。較優選的是使燒結溫度在1150 1250°C的范圍內，更優選的是在1180°C 1230°C的范圍內。此夕卜，在燒結時間小于0.5小時的情況下，燒結體的密度可能會不均勻。另一方面，如果燒結時間超過15小時，則Sm等稀土類元素會蒸發，從而不能獲得良好的磁特性。較優選的是使燒結時間在1 10小時的范圍內，更優選的是在1 4小時的范圍內。對于壓粉體的燒結，為了防止氧化，優選在真空中或氬氣等惰性氣氛中進行。對所獲得的燒結體實施固溶化熱處理和時效熱處理，從而對結晶組織進行控制。 為了獲得相分離組織的前體即1-7型晶相，優選在1130 1230°C的范圍內的溫度下，進行 0. 5 8小時的固溶化熱處理。在小于1130°C的溫度以及超過1230°C的溫度下，固溶化熱處理后的試料中的1-7型晶相的比例較小，能獲得較佳的磁特性。較優選的是使固溶化熱處理溫度在1150 1210°C的范圍內，更優選的是在1160°C 1190°C的范圍內。在固溶化熱處理時間小于0. 5小時的情況下，結構相容易變得不均勻。此外，如果進行超過8小時的固溶化處理，則可能會發生燒結體中的Sm等稀土類元素蒸發等情況，因此有可能不能獲得較好的磁特性。較優選的是使固溶化熱處理時間在1 8小時的范圍內， 更優選的是在1 4小時的范圍內。對于固溶化熱處理，為了防止氧化，優選在真空中或氬氣等惰性氣氛中進行。對于時效熱處理，在700 900°C的范圍內的溫度下保持0. 5 8小時，之后，以 0. 2 2°C /分鐘的冷卻速度緩慢冷卻至400 650°C的范圍內的冷卻結束溫度，接著利用爐冷冷卻至室溫。在時效熱處理溫度小于700°C或超過900°C的情況下，不能獲得均勻的晶界相和2-17型晶相的混合相，磁特性下降。在時效熱處理溫度超過900°C的情況下，生成過剩的富含M的片狀相，矯頑力變得巨大且磁化強度會下降。較優選的是使時效熱處理溫度在750 900°C的范圍內，更優選的是在800°C 880°C的范圍內。時效熱處理時間小于0.5小時的情況下，富含M的片狀相的生成量不足，且不能充分進行相互擴散，因此不能充分進行從1-7相析出晶界相。時效熱處理時間超過8小時的情況下，由于晶界相厚度變厚，矯頑力變得巨大，因此無法獲得適合于可變磁體的磁體特性。此外，由于晶粒粗大等原因，無法獲得較佳的磁特性。較優選的是使時效熱處理時間在 1 6小時的范圍內，更優選的是在2 4小時的范圍內。優選使冷卻速度在0. 2 2°C /分鐘的范圍內。冷卻速度小于0. 2°C /分鐘的情況下，由于晶界相厚度變大，因此矯頑力變得巨大。此外，由于晶粒粗大等原因，無法獲得較佳的磁特性。另一方面，如果冷卻速度超過2°C /分鐘，無法獲得均勻的晶界相和2-17型晶相的混合相，磁特性下降。較優選的是使冷卻速度在0. 4 1. 5°C /分鐘的范圍內，更優選的是在0.5 1.3°C /分鐘的范圍內。對于時效熱處理，為了防止氧化，優選在真空中或
9氬氣等惰性氣氛中進行。上述結晶組織控制對控制磁體的矯頑力和防止磁化下降而言很重要。本實施方式的永磁體適合用作可變磁體。通過將本實施方式的永磁體用作可變磁體，來構成可變磁通電動機或可變磁通發電機。可將日本專利特開2008-(^9148號公報、 日本專利特開2008-043172號公報所揭示的技術應用到可變磁通電動機的結構、驅動系統等。通過將本實施方式的永磁體用作可變磁通驅動系統的可變磁體，能實現系統的高效化、 小型化、以及低成本化等。如圖1所示，可變磁通電動機1包括在鐵心2中配置有固定磁體3和可變磁體4 的轉子5、以及具有與現有的電動機相同的結構的定子6。如圖2所示，可變磁通發電機11 包括具有固定磁體和可變磁體的轉子線圈12、定子線圈13、以及電刷14。可變磁通發電機 11通過用渦輪16使安裝于轉子線圈12的軸15旋轉，從而執行發電動作。實施例接下來，對本發明的具體實施例及其評價結果進行描述。(實施例1 實施例3)在Ar氣體氣氛中，對各原料進行電弧熔解來獲得鑄錠，并以1170°C Xl小時的條件對該鑄錠實施熱處理。對該合金進行粗粉碎之后，利用射流粉碎機進行微粉碎，從而調制合金粉末。在磁場中對該合金粉末進行沖壓使其成為壓粉體之后，在Ar氣氛中、在1190°C 下進行3小時的燒結，接著在1170°C下進行3小時的熱處理，從而制作燒結體。所獲得的燒結體在850°C下保持了 4小時之后，以1. 2°C /分鐘的冷卻速度緩慢冷卻至600°C，從而獲得作為目標的燒結磁體。在實施例1 3中制作的燒結磁體的組成如表1所示。利用ICP法確認了各磁體的組成。利用TEM觀察由上述那樣制作的燒結磁體的組織(時效熱處理后的生成相)后， 確認了都包括具有2-17型晶相的晶內相和晶界相的2相分離相組織。對晶內相和晶界相的Cu濃度進行測定，確認了晶界相的Cu濃度(以)相對于晶內相的Cu濃度(Cl)的比值均在1. 2以上。將上述燒結磁體用于后述的特性評價。(比較例1)利用與實施例2的組成相同的合金粉末，在與實施例2相同的條件下，制作燒結體。將該燒結體在850°C下保持了 10小時之后，以0. 8°C /分鐘的冷卻速度緩慢冷卻至 400°C，從而制作燒結磁體。(實施例4 實施例7)在Ar氣體氣氛中對各原料進行電弧熔解來獲得鑄錠，并將該鑄錠裝入石英制成的噴嘴，并應用高頻感應加熱進行熔融后，將該熔融金屬傾注到以0. 6m/秒的轉速進行旋轉的冷卻輥，使其連續凝固來制作薄帶。對該薄帶進行粗粉碎之后，利用射流粉碎機進行微粉碎，從而調制合金粉末。在磁場中對該合金粉末進行沖壓使其成為壓粉體之后，在Ar氣氛中、在1200°C下進行1小時的燒結，接著在1180°C下進行4小時的熱處理，從而制作燒結體。所獲得的燒結體在850°C下保持了 3小時之后，以1. 3°C /分鐘的冷卻速度緩慢冷卻至 650°C，從而獲得作為目標的燒結磁體。在實施例4 7中制作的燒結磁體的組成如表2所
7J\ ο利用TEM觀察了如上述那樣制作的燒結磁體的組織(時效熱處理后的生成相)后，確認了都包括具有2-17型晶相的晶內相和晶界相的2相分離相組織。對晶內相和晶界相的Cu濃度進行測定后，確認了晶界相的Cu濃度(以)相對于晶內相的Cu濃度(Cl)的比值均在1. 2以上。上述燒結磁體用于后述的特性評價。(比較例2)利用與實施例5的組成相同的合金粉末，在與實施例5相同的條件下，制作燒結體。將該燒結體在850°C下保持了 9小時之后，以0.7°C /分鐘的冷卻速度緩慢冷卻至 400°C，從而制作燒結磁體。利用TEM對上述的實施例1 7和比較例1 2的燒結磁體進行組織觀察，并基于上述方法對晶界相的平均厚度進行測定。此外，執行洛倫茲TEM觀察，并基于上述方法對側壁厚度進行測定。利用BH描繪器(tracer)對燒結磁體的磁特性進行評價，并對剩磁Br 和矯頑力iHc進行測定。在表1中一并表示如上述那樣進行評價所得的晶界相的平均厚度、 磁壁厚度、以及磁特性。[表 1]
權利要求
1.一種永磁體，該永磁體具有用以下組成式表示的組成即，R (FepMqCur (C0l_人)z (式中，R表示從稀土類元素中選出的至少一種元素，M表示從Ti、a 及Hf中選出的至少一種元素，A表示從Ni、V、Cr、Mn、Al、Si, Ga, Nb、Ta、及W中選出的至少一種元素，a、ρ、 q、r 及 ζ 分別為滿足 O ≤ a ≤0. 2，0. 05 ≤ ρ ≤ 0. 6，0. 005 ≤ q ≤ 0. 1,0. 01 ^ r ^ 0. 15， 4 < ζ < 9的數)，該永磁體的特征在于，包括具有Th2Si17型晶相的晶內相和晶界相，且所述晶內相的平均結晶粒徑在20 500nm的范圍內，并且所述晶界相的平均厚度比磁壁厚度要小。
2.如權利要求1所述的永磁體，其特征在于， 所述晶界相的平均厚度為IOnm以下。
3.如權利要求2所述的永磁體，其特征在于，在包含所述Th2Si17型晶相的c軸的截面中對半徑2nm的區域的所述元素M的濃度進行測定時，所述元素M的濃度最高的區域的所述元素M的濃度(IC)相對于所述元素M的濃度最低的區域的所述元素M的濃度(Ml)的比值(M2/M1)為2以下。
4.如權利要求3所述的永磁體，其特征在于，所述晶界相的Cu濃度(C2)相對于所述晶內相的Cu濃度的比值(C2/C1)為1. 2 以上。
5.一種永磁體，該永磁體具有用以下組成式表示的組成即，R (FepMqCur (C0l_人)z (式中，R表示從稀土類元素中選出的至少一種元素，M表示從Ti、a 及Hf中選出的至少一種元素，A表示從Ni、V、Cr、Mn、Al、Si, Ga, Nb、Ta、及W中選出的至少一種元素，a、ρ、 q、r 和 ζ 分別為滿足 0 ≤ a ≤ 0. 2，0. 05 ≤ ρ ≤ 0. 6，0. 005≤ q ≤0. 1,0. 01 ^ r ^ 0. 15， 4 < ζ < 9的數)，該永磁體的特征在于，包括具有Th2Zn17型晶相的晶內相和晶界相，且在包含所述Th2Zn17型晶相的c軸的截面中對半徑2nm的區域的所述元素M的濃度進行測定時，所述元素M的濃度最高的區域的所述元素M的濃度(IC)相對于所述元素M的濃度最低的區域的所述元素M的濃度(Ml)的比值(M2/M1)為2以下。
6.如權利要求5所述的永磁體，其特征在于，所述晶界相的Cu濃度(C2)相對于所述晶內相的Cu濃度(Cl)的比值(C2/C1)為1.2 以上。
7.—種可變磁通電動機，其特征在于，具備如權利要求1所述的永磁體作為可變磁體。
8.—種可變磁通發電機，其特征在于，具備如權利要求1所述的永磁體作為可變磁體。
9.一種可變磁通電動機，其特征在于，具備如權利要求5所述的永磁體作為可變磁體。
10.一種可變磁通發電機，其特征在于，具備如權利要求5所述的永磁體作為可變磁體。
全文摘要
本發明的目的在于提供一種永磁體。該永磁體具有用以下組成式表示的組成即，R(FepMqCur(Co1-aAa)1-p-q-r)z(式中，R表示從稀土類元素中選出的至少一種元素，M表示從Ti、Zr及Hf中選出的至少一種元素，A表示從Ni、V、Cr、Mn、Al、Si、Ga、Nb、Ta及W中選出的至少一種元素，且0≤a≤0.2，0.05≤p≤0.6，0.005≤q≤0.1，0.01≤r≤0.15，4≤z≤9)，并且該永磁體包括具有Th2Zn17型晶相的晶內相和晶界相。晶內相的平均結晶粒徑在20～500nm的范圍內，且晶界相的平均厚度比磁壁厚度要小。
文檔編號H02K15/03GK102474165SQ20098016090
公開日2012年5月23日 申請日期2009年8月6日 優先權日2009年8月6日
發明者堀內陽介, 櫻田新哉 申請人:株式會社東芝