CN103545078B - 永磁体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及永磁体及其制造方法。在通过分割而形成的永磁体（30、32）中，切口部沿直线设置在永磁体的基体中，相较于永磁体基体具有更高的矫顽力的金属从表面扩散至基体的内部，其中所述表面包括永磁体基体的切口部的表面在内，并且永磁体基体沿着直切口部被分割成多个永磁体部分以形成永磁体。Nd‑Fe‑B烧结磁体可用作永磁体基体，并且镝（Dy）可用作具有更高的矫顽力的金属。沿直线布置的多个凹口（12、14、16）可用作切口部或者也可使用直槽。

Description

永磁体及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种永磁体以及制造所述永磁体的方法，并且特别地涉及一种具有扩散在永磁体内部的具有高矫顽力的金属的永磁体并且涉及一种制造所述永磁体的方法。

背景技术

矫顽性（Hc）和剩磁（Br）被用作衡量永磁体的性能。矫顽性定义为将磁化体恢复到未磁化状态所需的反向外部磁场的强度。剩磁为当外部磁场为零时剩余的磁化强度。

当永磁体被布置在旋转电机的转子上时，永磁体受到来自定子的磁场的影响。也就是说，如果来自定子的磁场的方向相反于永磁体的磁化方向，则永磁体在其矫顽性小的情况下经受消磁。为了在暴露于外部磁场时增大永磁体表面的矫顽性，将具有高矫顽力的金属从永磁体的表面朝向永磁体的内部扩散。

例如，日本专利申请公开No.2012-39100（JP 2012-39100 A）公开了一种制造方法，由此提高了永磁体的矫顽力。也就是说，通过晶界扩散将高矫顽性的镝（Dy）或铽（Tb）添加至钕（Nd）-铁（Fe）-硼（B）烧结磁体，从而用Dy或Tb替代Nd。

日本专利申请公开No.2011-108776（JP 2011-108776 A）同样公开了通过晶界扩散来提高矫顽力。高矫顽性的Dy或Tb的金属颗粒扩散在Nd-Fe-B烧结磁体中。在这种情况下，需要指出的是，如果Dy等完全渗入永磁体的内部，则永磁体的磁性实际上被减小。因此，认为更好的是将金属颗粒的扩散性渗透限制到表层中的大约10μm或多至几毫米的范围内的深度。

日本专利申请公开No.2012-43968（JP 2012-43968 A）同样公开了通过晶界扩散来提高矫顽力。高矫顽性的Dy或Tb的金属颗粒扩散在Nd-Fe-B烧结磁体中。在这种情况下，具有比Nd或Dy小的氧化物生成能量的钇（Y）在扩散前包括在磁体中。据说这导致了Dy在烧结体的内部中的更深的扩散。

日本专利申请公开No.2010-259231（JP 2010-259231 A）公开了将用于磁场极的永磁体分割成多个磁体块，但是磁体的分割方向不同于本发明的磁体的分割方向。在这种情况下，用于磁场极的永磁体的基体被制作为矩形条，并且沿较长的方向被分割成多个磁体块以控制由用于磁场的永磁体中的涡流造成的热量产生。多个磁体块由它们之间的绝缘构件分开，并且进行连接以获得与原始永磁体相同的形状。

根据这些文献，永磁体的表面矫顽性能够通过从永磁体的表面朝向永磁体的内部扩散高矫顽性金属来增大。如JP 2011-108776 A中所讨论的，高矫顽性金属的扩散限制于一定深度。因此，如JP2010-259231 A中所描述的，如果具有增大的表面矫顽性的永磁体被分割成多个磁体部分，则永磁体基体的内部的缺乏扩散的高矫顽性的金属的部分被暴露于分割表面。当不具有增大的矫顽性的暴露表面暴露于强交变磁场时，可能会发生消磁。

发明内容

本发明涉及一种永磁体，该永磁体即使在通过将永磁体基体分割成多个部分而形成时也能够抵抗消磁，并且涉及一种该永磁体的制造方法。

本发明的第一方面为一种永磁体，该永磁体通过将相较于永磁体的基体具有更高的矫顽力的金属扩散在基体的内部并且将基体分割成多个部分而形成，该永磁体包括用于使具有更高的矫顽力的金属扩散在基体的内部的切口部，其中基体在该切口部处被分割成多个部分。

在该永磁体中，切口部还可以由沿直线布置的多个凹口构成。

在该永磁体中，切口部也可以是直槽。

在该永磁体中，永磁体的基体被分割成两个永磁体，并且通过该分割而形成的这两个永磁体可以是形成旋转电机的多个磁场系统中的相应磁场系统的一对永磁体。

在该永磁体中，切口部的切口深度可以等于或大于{(基体的分割方向宽度(W))/2－(高矫顽性金属的扩散深度)}。

本发明的第二方面为一种设置有分割表面的永磁体，在该分割表面处，相较于永磁体的基体具有更高的矫顽力的金属从永磁体的表面扩散至内部。

本发明的第三方面为一种制造永磁体的方法，该方法包括：在永磁体的基体上沿直线设置切口部；将相较于基体具有更高的矫顽力的金属从包括基体的切口部的表面在内的表面扩散至基体的内部；以及沿着切口部将基体分割成多个永磁体。

通过这些结构中的至少一种结构，切口部被设置用于使具有比基体高的矫顽力的金属扩散至基体的内部，并且永磁体通过在切口部处将基体分割成多个部分而形成。由于能够将高矫顽性金属从切口部的表面扩散到特定深度，因此，与没有切口部的情况比较，能够将高矫顽性金属在分割基体的分割表面处扩散得更深（通过切口部的深度）。因此，即使分割表面暴露于交变磁场，消磁的可能性比不具有切口部的情况要小。

此外，切口部在其由沿直线布置的多个凹口构成时能够容易地形成。此外，切口部在其为直槽时也能够容易地形成。

此外，永磁体基体被分割成两个永磁体，并且这两个永磁体用作形成旋转电机的相应的多个磁场系统的一对永磁体。即使当磁体暴露于外部交变磁场时，通过该对永磁体中的每个永磁体，消磁的可能性也比不具有切口部的情况要小。这使得能够长期保持旋转电机的足够的性能。

此外，通过这些结构中的至少一种结构，切口部沿直线设置在永磁体基体上，具有比基体高的矫顽力的金属从表面扩散至基体的内部，其中所述表面包括永磁体基体的切口部的表面在内，并且沿着直切口部将永磁体基体分割成多个永磁体。由此，由于切口部既用作用于引进并扩散具有更高矫顽力的金属的槽沟又用作用于分割目的的缺口，制造永磁体的过程能够被简化。

附图说明

下面将参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义进行描述，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：

图1为示出了在本发明的实施方式中通过将永磁体基体分割成两部分而形成的永磁体的图；

图2为示出了在本发明的实施方式中制造永磁体的方法的过程的流程图；

图3示出了通过图2的过程制备的永磁体基体；

图4为示出了通过图2的过程形成为具有切口部的永磁体基体的图；

图5使用局部截面图来示出具有通过图2的过程扩散在其中的高矫顽性金属的永磁体基体；

图6A和图6B为示出了根据图2的过程使用切口部来将永磁体基体分割成两部分的步骤的图；

图7A和图7B为示出了本发明的实施方式中的其它切口部的示例的图；

图8A和图8B为示出了本发明的实施方式的永磁体与不具有切口部的示例相比较的图；以及

图9为示出了本发明的实施方式的永磁体的示例的图，其中该永磁体用作用于旋转电机的转子中的磁场的磁体。

具体实施方式

下面使用附图对本发明的实施方式进行详细地说明。在以下说明中，永磁体的基体呈立方体形状，但其它形状是可以的。例如，呈具有圆弧的平板形状、具有圆形截面或椭圆形截面等的条形状、或者其它预定的立体形状的永磁体基体也是可以的。此外，尽管下面将单个永磁体基体描述为被分割成两个永磁体，但这仅是出于说明目的的示例，并且通过分割单个永磁体基体获得的永磁体的数目也可以为三个或更多个。

尽管在以下说明中，永磁体的基体为Nd-Fe-B稀土磁体，但诸如钐-钴磁体、钐-Fe-氮磁体之类的其它稀土磁体也是可以的。除稀土磁体之外，铁氧体磁体或铝镍钴磁体也是可以的。尽管将Dy描述为具有比永磁体的基体更高的矫顽力的金属，但是Tb也是可以的。

在附图中，所有不同视图中相同的附图标记表示相同的元件，并且省略了冗余的说明。

图1为示出了通过将永磁体基体分割成两部分而形成的永磁体30、32的图。永磁体基体被分割成两个永磁体30、32的分割表面为永磁体30的表面S1以及永磁体32的表面S2。永磁体30、32各自具有L×W×H的尺寸（参见图1）。因此，分割之前的永磁体基体具有2L×W×H的尺寸。

本实施方式的永磁体30、32以Nd-Fe-B稀土烧结磁体作为基体，其中事先将Dy从基体的表面扩散至特定深度。该永磁体基体为Fe的烧结磁体，其中将Nd和B添加至Fe，并且还可以添加微量的除了Nd和B之外的其它元素。Dy为具有比Nd-Fe-B磁体的矫顽力高的矫顽力的金属。通过从表面扩散Dy，能够将永磁体30、32的表面的矫顽性提升成高于内部的矫顽性。在图1中，具有扩散的Dy的部分20通过斜纹阴影示出。Dy的扩散深度可以通过永磁体30、32的规格确定。例如，扩散深度被设定在介于几微米与几毫米之间的适当的值。Dy的扩散深度设定为比L、W和H都充分小的值。

因此，永磁体30、32通过将永磁体基体分成两部分而形成。永磁体基体为具有从表面朝向内部扩散的Dy的Nd-Fe-B稀土烧结磁体。Dy为具有比永磁体基体高的矫顽力的金属。由于Dy的扩散深度充分地小于尺寸W，因此在例如Dy扩散之后将呈立方体形状的永磁体基体简单地分割成两部分的情况下，不具有扩散的Dy的表面暴露于分割表面。

在本发明中，永磁体的基体设置有布置成直线的多个凹口（换句话说，凹部）12、14和16作为切口部。Dy从这些切口部的表面扩散到永磁体的内部中。在本实施方式中，这些凹口（切口部）12、14和16刚好设置在永磁体基体的长度2L的中间。然后，永磁体基体在这些凹口（切口部）12、14和16处被分割成两部分。

因此，永磁体30、32具有设置成用于将高矫顽性金属Dy扩散到内部中的切口部。永磁体30、32通过在该切口部处被分割成多个部分而形成。也就是说，凹口12、14和16起到用于将Dy扩散到内部中的槽沟的作用，并且还起到便于将永磁体基体分割成两部分的切口部的作用。

当永磁体基体在这些凹口12、14和16处被分割成两部分时，不具有扩散的Dy的表面22会出现在表面S1和表面S2（分割的永磁体30和分割的永磁体32的分割表面）处。该不具有扩散的Dy的表面22的沿方向W的宽度尺寸为约[W－{(凹口12、14、16的深度)+(Dy的扩散深度)}×2]。因此，分割表面上的不具有扩散的Dy的表面22的沿方向W的宽度尺寸能够通过适当地设定凹口12、14、16的深度而实现期望地小。例如，通过使凹口12、14、16的深度等于或大于[W/2－(Dy的扩散深度)]，可以确保在分割表面处不出现不具有扩散的Dy的表面22。

接下来，使用图2至图6来说明制造本实施方式的永磁体30、32的方法。图2为示出了制造永磁体30、32的方法的过程的流程图，并且图3至图6详细地示出每个过程。

第一步骤为制备永磁体的基体10的步骤（S10）。永磁体基体10最终被分割成两个永磁体30、32。在被分割之前，永磁体基体10为单个永磁体。如图3所示，永磁体基体10呈具有2L×W×H的尺寸的立方体形状。永磁体基体10为Nd₂Fe₁₄B稀土烧结磁体。在以质量百分比给出的组分的一个示例中，其包含25%的Nd、1%的B、3.1%的Pr、1%的Co、0.1%的S1l、0.1%的Cu和0.1%的O，其余为Fe。

接下来的步骤为在永磁体基体10的前表面和后表面两者上形成切口部的步骤（S12）。切口部由沿方向H布置成直线的多个凹口12、14和16构成。该直线布置在基体10的长度2L的正中间。如图4所示，例如，六个凹口形成在永磁体基体10的前表面上并且六个凹口形成在永磁体基体10的后表面上作为切口部。在图4中，附图标记12、14和16被分配给这些十二个凹口的三个典型示例。

凹口12、14和16为沿方向W延伸的槽沟。凹口12、14和16的深度基于以下两种考虑设定。

第一种考虑是当永磁体基体10被分割成通过分割形成的两个永磁体时，实现分割表面处的不具有扩散的Dy的表面22的沿方向W的期望小的宽度尺寸。基于该考虑，凹口12、14和16的深度基于W的尺寸值和Dy的扩散深度进行计算。

相邻的凹口12、14和16之间的间距优选地设定为不大于Dy的扩散深度的两倍。通过这种方式，至少在凹口12、14和16的深度范围，Dy从凹口12、14和16的表面扩散到永磁体基体10（Nd-Fe-B烧结磁体）的相邻的凹口之间的内部中。

第二种考虑是当永磁体基体10被分割成两个永磁体时有利于分割。基于该考虑，凹口12、14和16的深度基于表示永磁体基体10的可破碎性的物理值以及尺寸W的值进行计算。

然后，将凹口12、14和16的深度设定为基于这两种考虑所计算得到的凹口12、14和16的深度值中的较大值。

步骤S12之后的步骤为Dy扩散步骤（S14）。在该步骤S14中，具有比永磁体基体10高的矫顽力的金属Dy从永磁体基体10的表面被扩散到永磁体基体10的内部中。Dy扩散的表面包括作为永磁体基体10的切口部的凹口12、14和16的表面。下面描述了用于扩散Dy的一些方法。

下面描述扩散方法的一个示例。首先，Dy的薄膜通过溅射在永磁体基体10的表面上而形成。然后，在真空或惰性气体气氛中执行热处理。热处理之后，基体温度恢复到室温，然后再次执行热处理。例如，在薄膜形成之后，温度在合适的减压下保持在800℃到900℃下10小时，恢复到室温，然后保持在500℃下1小时。通过这种方式，Dy从永磁体基体10的包括凹口12、14和16的表面的整个表面扩散至期望的扩散深度。这些温度条件和保持时间仅为示例，并且其它条件是可以的。

另一扩散方法为在高温环境中对真空玻璃密封的永磁体基体10连同Dy进行热处理，将基体恢复到室温，然后再次执行热处理。例如，真空玻璃密封的基体可以保持在800℃到900℃下50小时，恢复到室温，然后保持在500℃下1小时。通过这种方式，Dy从永磁体基体10的包括凹口12、14和16的表面的整个表面扩散至期望的扩散深度。这些温度条件和保持时间仅为示例，并且其它条件是可以的。

图5示出了具有扩散的Dy的永磁体基体10。这里使用局部截面来示出Dy的扩散深度d以及不具有扩散的Dy的部分23。能够看出，不具有扩散的Dy的部分23在具有凹口12、14的区域中是较狭窄的。

回到图2，对制造方法的下一步骤进行说明。步骤S14之后，执行在切口位置处分割永磁体基体10的步骤S16。当完成分割时，获得了两个分割的永磁体30、32（S18）。如图2所示，更一般地，通过分割获得了“多个永磁体”。在本实施方式中，给出了将永磁体分割成两部分的示例。如果在步骤S12中切口部形成为N条直线，则能够获得分割成（N+1）个部分的永磁体。

图6A和图6B示出了基体的分割。图6A示出了沿着凹口12、14和16的方向压下的破碎机34，其中凹口12、14和16为位于永磁体基体10的前表面上的切口部，如图5所示。由于施加在破碎机34上的压力，因此凹口（切口部）12、14和16成为用于永磁体基体10的分割的基点。在图6A中，分割在与被破碎机34挤压的表面相反的一侧上的凹口处触发。分割沿着包括凹口12、14和16的直线发生。因此，如图6B所示，基体被分割成两个永磁体30、32。图6B是与图1相同的图。

图7A和图7B示出了在S12中形成的切口部的其它示例。在图7A的示例中，槽40、42形成为直线而作为切口部。槽40、42形成在永磁体基体10的前表面和后表面两者上。槽40、42的位置以及槽的深度以与如图4所说明的凹口12、14和16相同的方式设定。在永磁体基体10的前表面和后表面两者上形成图4中的凹口12、14和16以及图7A中的槽40、42。然而，也可以在前表面和后表面中的任一个表面上形成切口部。图7B示出了仅在永磁体基体10的前表面上而并不在后表面44上形成凹口14、16的示例。

图8A和图8B示出了由切口部的存在或不存在而导致的差异。图8A示出了图1中所说明的永磁体30。在这种情况下，凹口12、14和16形成为切口部。分割表面上的不具有扩散的Dy的表面22的沿方向W的宽度尺寸为[W－{(凹口12、14、16的深度)+(Dy的扩散深度)}×2]。图8B示出了在没有任何切口部的情况下通过简单地将立方体永磁体基体10分割成两部分而获得的永磁体50。在这种情况下，分割表面上的不具有扩散的Dy的表面52的沿方向W的宽度尺寸为[W－{(Dy的扩散深度)}×2]。

因此，分割表面上的不具有扩散的Dy的表面的沿方向W的宽度尺寸能够通过设置切口部而减小{(凹口12、14和16的深度)×2}。通过这种方式，可以很大程度上减小或优选地消除分割表面上的不具有增大的矫顽性的区域。

图9示出了使用永磁体30、32作为用于旋转电机的转子60的磁场的磁体的示例。图9示出了一对磁槽62、64，该对磁槽62、64用于安装用于转子60上的磁场的一对磁体以形成转子60上的单极场系统。这些磁体被插入到磁槽62、64中以使永磁体30的方向H（参见图1）与转子60的轴向方向（垂直于纸表面的方向）相匹配。磁槽62、64与永磁体30、32之间的间隙填充有树脂66、68。由于永磁体30、32通过分割单个永磁体基体10获得，因此它们的磁特性是相适配的。因此，它们能够有利地用作用于磁场的一对磁体。

由于来自定子的交变磁场70与转子60相交，因此永磁体30、32由于该交变磁场而遭受磁化。如果永磁体30、32的矫顽性是小的，则消磁可能会由于交变磁场包括与永磁体的磁化方向相反的方向上的反向磁场而发生。当消磁发生时，旋转电机的转矩减小。在本发明中，高矫顽性的Dy能够在包括永磁体30、32的分割表面在内的大约所有表面上扩散，从而提供了能够承受反向磁场的永磁体30、32。

在永磁体30、32中，受来自定子的交变磁场70的影响的部位是图9中用A、B和C示出的那些部位。部位A包括分割表面S1、S2。如参照图1所说明的，由于分割表面S1和分割表面S2设置有凹口12、14和16作为切口部，因此不具有扩散的Dy的表面22是小的，并且能够保持期望的高矫顽性。通过这种方式，可以控制永磁体30、32的消磁，并且保持旋转电机的转矩特性。

在以上的说明中，Dy从永磁体基体10的所有表面扩散。Dy为稀缺且昂贵的资源，所以在永磁体30、32的仅特定部位的矫顽性需要被增大的情况下，Dy的扩散优选地限制于那些部位。例如，Dy可以仅在围绕图9的示例中的部位A、B和C的区域中扩散。

本发明的永磁体可以用作用于要被安装在车辆中的旋转电机中的磁场的磁体。

Claims (6)

1.一种永磁体，所述永磁体通过将相较于所述永磁体的基体(10)具有更高的矫顽力的金属扩散在所述基体的内部并且将所述基体分割成多个部分而形成，所述永磁体的特征在于包括：

切口部(12、14、16、40、42)，所述切口部(12、14、16、40、42)用于使具有更高的矫顽力的所述金属扩散在所述基体的内部，其中所述基体在所述切口部处被分割成多个部分，

其中，具有更高的矫顽力的所述金属在所述永磁体的包括分割表面在内的所有表面上扩散。

2.根据权利要求1所述的永磁体，其中，所述切口部由沿直线布置的多个凹口(12、14、16)构成。

3.根据权利要求1所述的永磁体，其中，所述切口部为直槽(40、42)。

4.根据权利要求1所述的永磁体，其中，所述永磁体的所述基体被分割成两个永磁体(30、32)，并且所述两个永磁体为形成旋转电机的多个磁场系统中的相应磁场系统的一对永磁体。

5.根据权利要求1所述的永磁体，其中，所述切口部的切口深度等于或大于{(所述基体的分割方向宽度(W))/2－(具有更高的矫顽力的金属的扩散深度)}。

6.一种制造永磁体的方法，所述方法的特征在于包括：

在所述永磁体的基体中沿直线设置切口部；

将相较于所述基体具有更高的矫顽力的金属从包括所述基体的所述切口部的表面在内的表面扩散至所述基体的内部；以及

沿着所述切口部将所述永磁体的基体分割成多个永磁体，使得具有更高的矫顽力的所述金属在所述永磁体的包括分割表面在内的所有表面上扩散。