R-t-b系永久磁铁和旋转电机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及R-T-B系永久磁铁。
【背景技术】
[0002] 众所周知，将正方晶R2T14B化合物作为主相的R-T-B系永久磁铁（R为稀土元素，T 为Fe或者其一部分被Co置换的Fe)具有优异的磁特性，自1982的发明（专利文献1 :日 本特开昭59-46008号公报）以来是一种具有代表性的高性能永久磁铁。
[0003] 稀土元素R由Nd、Pr、Dy、Ho、Tb构成的R-T-B系磁铁其各向异性磁场Ha大，且优 选作为永久磁铁材料。其中，尤其是稀土元素R为Nd的Nd-Fe-B系磁铁其饱和磁化强度 Is、居里温度Tc以及各向异性磁场Ha的平衡性良好，并且在资源量以及耐蚀性方面比使用 其他稀土元素R的R-T-B系磁铁更为优异，所以被广泛使用。
[0004] 作为民生、产业以及传送设备的动力装置，一直都在使用永磁同步电动机。但是， 由永久磁铁产生的磁场为一定的永磁同步电动机因为感应电压与旋转速度成比例变高，所 以驱动变得困难。因此，永磁同步电动机有必要在中·高速区域以及轻负载时以感应电压 不成为电源电压以上的形式，进行用由电枢电流（armature current)产生的磁通量来抵消 永久磁铁的磁通量的削弱磁场控制，结果会有使电动机效率降低的问题。
[0005] 为了解决以上所述那样的问题，开发了一种可变磁通电动机，其中使用通过从外 部使磁场作用从而使用磁力可逆性地发生变化的磁铁（磁力可变磁铁）。关于可变磁通电 动机，在中?高速区域以及轻负载时，通过减小磁力可变磁铁的磁力，从而就能够控制由于 如现有那样的削弱磁场而引起的电动机效率的降低。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1 :日本特开昭59-46008号公报
[0009] 专利文献2 :日本特开2010-34522号公报
[0010] 专利文献3 :日本特开2009-302262号公报
[0011] 在可变磁通电动机中，并用磁力一定的固定磁铁和能够使磁力变化的可变磁铁。 为了实现可变磁通电动机的高输出化以及高效率化，要求从可变磁铁给出与固定磁铁同等 的磁通量。另一方面，需要由能够在可变磁铁被装入电动机的状态下施加的小的外部磁场 来控制磁化状态。即，对可变磁铁来说要求有高剩余磁通密度和低矫顽力这样的磁性质。
[0012] 在专利文献2中公开了将Sm-Co系永久磁铁作为可变磁铁的可变磁通电动机，其 中由将Nd-Fe-B系永久磁铁作为固定磁铁的结构，从而取得了对电动机效率的改善。但是， 可变磁铁即Sm-Co系永久磁铁的剩余磁通密度Br是1.0 T左右，并且不会达到固定磁铁 Nd-Fe-B系永久磁铁的剩余磁通密度Br的I. 3T的程度，所以导致电动机输出以及效率降 低。
[0013] 在专利文献3中公开了将作为稀土元素R的Ce为必需元素的R-T-B系永久磁铁 作为可变磁铁的可变磁通电动机，通过将与固定磁铁Nd-Fe-B系永久磁铁相同等的结构的 R-T-B系永久磁铁作为可变磁铁，从而期待也从可变磁铁能够获得与固定磁铁相同等的剩 余磁通密度Br。但是，在专利文献3中，为了将矫顽力控制在作为可变磁铁的适当低的值， 作为稀土元素R，以Ce为必需元素，其剩余磁通密度Br是0. 80T~I. 25T的程度，不会达到 固定磁铁Nd-Fe-B系永久磁铁的剩余磁通密度Br为I. 3T的程度。
【发明内容】
[0014] 本发明就是认识到以上所述的状况而做出的，其目的在于提供一种在宽的旋转速 度区域中能够维持高效率的适宜于可变磁通电动机的具有高剩余磁通密度和低矫顽力的 可变磁铁。
[0015] 为了解决上述技术问题并完成本发明的目的，本发明所涉及的R-T-B系永久磁铁 的特征在于：含有组成为（Rl 1 XR2X)2T14B(R1为不包括Y、La、Ce的稀土元素中的至少1种， R2为由Y、La、Ce中的1种以上构成的稀土元素，T为以Fe或者Fe以及Co为必需元素的 1种以上的过渡金属元素，〇· 1彡X彡〇· 5)的主相颗粒，而且含有2at%~IOat%的M(M为 Al、Cu、Zr、Hf、Ti中的至少1种）。通过采用这样的构成，从而与现有的R-T-B系永久磁铁 相比较，能够获得适宜于可变磁通电动机的剩余磁通密度高并且矫顽力低的可变磁铁。
[0016] 本发明人发现：通过在R-T-B系永久磁铁中适当选择R-T-B系永久磁铁的组成与 添加元素的组合，从而能够获得适合作为可变磁通电动机用的可变磁铁的剩余磁通密度高 并且矫顽力低的永久磁铁。还有，本发明所涉及的R-T-B系永久磁铁除了可变磁通电动机 之外还能够全面适用于发电机等旋转电机。
[0017] 根据Nd-Fe-B的等温截面图，可以认为Nd2Fe14B在宽区域内存在并且比较稳定地 存在着。另一方面，根据Y-Fe-B、La-Fe-B、Ce-Fe-B的等温截面图，R2 2Fe14B被多个合金包 围并处于狭窄的区域。该差异被认为提高了添加元素在主相颗粒内的比例，其结果为各向 异性的降低以及逆磁区形成变得容易，并且能够达到低矫顽力。
[0018] 本发明所涉及的R-T-B系永久磁铁优选为，M(M为Al、Cu、Zr、Hf、Ti中的至少1 种）在晶界相中的每单位面积的重量m与离主相颗粒表面30nm的颗粒内的位置处的每相 同单位面积的重量η之比n/m为1/3以上。通过控制在该范围，从而添加元素在主相颗粒 内的比例成为充分的量，能够获得特别低的矫顽力。
[0019] 这样，在Nd2Fe14B中，即使是主要存在于晶界并且使矫顽力提高的添加元素，通过 组合恰当的稀土元素R和添加元素，也能够增加添加元素在主相颗粒内的比例并且能够获 得低矫顽力。
[0020] 根据本发明，通过选择由Y、La、Ce中的1种以上构成的稀土元素作为R-T-B系永 久磁铁中的稀土元素R中的规定量，进一步以规定量添加作为添加元素的Al、Cu、Zr、Hf、Ti 中的至少1种，从而就能够制得适合作为可变磁通电动机用的可变磁铁的剩余磁通密度高 并且矫顽力低的永久磁铁。
【具体实施方式】
[0021] 以下对实施本发明的方式（实施方式）进行详细说明。本发明并不受以下所述实 施方式所记载的内容所限定。另外，在以下所记载的构成要素中包含本领域技术人员能够 容易想到的内容和实质上相同的内容。再有，以下所述的构成要素可以适当组合。
[0022] 本实施方式所涉及的R-T-B系永久磁铁的特征为：含有组成为（Rl1 xR2x)2T14B(R1 为不包括Y、La、Ce的稀土元素中的至少1种，R2为由Y、La、Ce中的1种以上构成的稀土 元素，T为以Fe或者Fe以及Co为必需元素的1种以上的过渡金属元素，0.1 < x<0. 5) 的主相颗粒，而且含有2&七％~1(^七％的]\1(]\1为41、(：11、2厂^\11中的至少1种）。
[0023] 在本实施方式中，在主相颗粒的组成中所占有的R2的量X为0.1 < X < 0. 5。如 果X小于〇. 1的话则不能够达到充分的低矫顽力。这被认为是因为Y、La、Ce的比率小所以 添加元素在主相颗粒内的比例降低的结果。如果X大于0. 5的话则剩余磁通密度Br明显 降低。这被认为是因为在R2T14B永久磁铁中磁化或各向异性比Nd更差的Y、La、Ce的影响 成为支配性的。
[0024] 在本实施方式中含有2at%~10at%的M(M为Al、Cu、Zr、Hf、Ti中的至少1种）。 如果M小于2at %的话则主相颗粒内的添加元素量不足，并且不能够达到充分的低矫顽力。 另一方面，如果大于IOat %的话则会导致取向性等的降低，并且不能够获得充分的剩余磁 通密度Br。
[0025] 本实施方式所涉及的R-T-B系永久磁铁含有Ilat %~18at %的稀土元素。如果 稀土元素R的量小于Ilat %的话，则包含于R-T-B系永久磁铁中的R2T14B相的生成不充分 并且具有软磁性的α-Fe等会析出，矫顽力会明显降低。另一方面，如果R的量超过18at% 的话，则R 2T14B相的体积比率降低并且剩余磁通密度降低。
[0026] 在本实施方式中，稀土元素也可以含有来自于原料的杂质。还有，如果考虑要获得 高的各向异性的话，则优选Rl为Nd、Pr、Dy、Ho、Tb，另外，从原料价格和耐蚀性的观点出发 更加优选为Nd。
[0027] 本实施方式所涉及的T为以Fe或者Fe以及Co为必需元素的1种以上的过渡金 属元素。Co量相对于T量优选是Oat%以上IOat%以下。通过增加Co量从而就能够提高 居里温度，并且能够将相对于温度上升的矫顽力的降低抑制得较小。另外，通过增加Co量 能够提高稀土永久磁铁的耐蚀性。
[0028] 本实施方式所涉及的R-T-B系永久磁铁含有5at%~8at%的B。在B小于5at% 的情况下就不能够获得高的矫顽力。另外一方面，如果B超过了 8at%的话，则会有剩余磁 通密度降低的倾向。因此，将B的上限设定为8at%。另外，B也可以用C来置换其一部分。 C的置换量相对于B优选为IOat %以下。
[0029] 本实施方式的原料金属可以使用稀土金属或者稀土合金、纯铁、硼铁、以及这些的 合金等。六1、(：11、2^^\11可以使用单体或者合金等。但是，有时41、(：11、2^^\11被包含 在原料金属的一部分中，所以必须选定原料金属的纯度等级并且进行调整以使得全体添加 元素含量成为规定值。另外，如果有在制造时混入的杂质的话，则有必要也加上那些量。
[0030] 在此，优选M(M为Al、Cu、Zr、Hf、Ti中的至少1种）在晶界相中的每单位面积的 重量m与离主相颗粒表面30nm的颗粒内的位置处的每相同单位面积的重量η之比n/m为 1/3以上。通过控制在该范围，从而添加元素在主相颗粒内的比例成为充分的量，特别是能 够获得低矫顽力。该添加元素在主相颗粒内的比例通过恰当地选择组成以及烧结工序的条 件就能够充分实现。
[0031 ] 以下就本发明的制造方法的优选例子进行说明。
[0032] 在本实施方式的R-T-B系永久磁铁的制造过程中，首先准备能够制得具有所希望 的组成的R-T-B系磁铁的原料合金。原料合金可