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WO2021039763A1 - モータ、駆動システム、掃除機、無人飛行体、電動航空機 - Google Patents

モータ、駆動システム、掃除機、無人飛行体、電動航空機 Download PDF

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WO2021039763A1
WO2021039763A1 PCT/JP2020/031958 JP2020031958W WO2021039763A1 WO 2021039763 A1 WO2021039763 A1 WO 2021039763A1 JP 2020031958 W JP2020031958 W JP 2020031958W WO 2021039763 A1 WO2021039763 A1 WO 2021039763A1
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WO
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motor
motor according
neodymium magnet
magnet
additive element
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Ceased
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PCT/JP2020/031958
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English (en)
French (fr)
Inventor
智数 福▲崎▼
吉田　昇平
隆治 田村
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Nidec Corp
Original Assignee
Nidec Corp
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    • A47L5/22—Structural features of suction cleaners with power-driven air-pumps or air-compressors, e.g. driven by motor vehicle engine vacuum with rotary fans
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    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B64U10/13—Flying platforms
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
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Definitions

  • the present invention relates to motors, drive systems, vacuum cleaners, unmanned aerial vehicles, and electric aircraft.
  • Patent Document 1 discloses a production method for obtaining a high-resistance rare earth permanent magnet by discharge plasma sintering of a mixed powder of a magnet powder and a semi-metal powder.
  • the motor is provided with a stator and a rotor rotatable about a central axis with respect to the stator, and the rotor or the stator is equipped with a neodymium magnet, wherein the neodymium magnet has a composition.
  • Formula: It has a material structure containing a main phase having a composition represented by Nd-Fe-B and a grain boundary phase having a higher Nd concentration than the main phase, and the grain boundary phase is substantially.
  • a motor is provided which comprises an alloy of Nd and an additive element M1, the additive element M1 is an element other than Fe and B, and the electric resistance of the neodymium magnet is 1.5 [ ⁇ m] or more.
  • a motor that realizes at least one of miniaturization and high efficiency.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a crystal structure of a neodymium magnet used in the motor of the embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method for manufacturing a neodymium magnet according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a measurement result of element mapping of a neodymium magnet diffused by Ge.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the motor of the embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an example of a vacuum cleaner.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an example of an unmanned aerial vehicle.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a crystal structure of a neodymium magnet used in the motor of the present embodiment.
  • the neodymium magnet 10 has a material structure including a main phase 11 having a composition represented by the composition formula: Nd—Fe—B and a grain boundary phase 12 having a higher Nd concentration than the main phase 11.
  • the main phase 11 is, for example, a crystal phase of an Nd 2 Fe 14 B alloy.
  • the grain boundary phase 12 is an Nd-rich grain boundary phase that surrounds the main phase 11 (crystal of Nd 2 Fe 14 B alloy).
  • the grain boundary phase 12 is substantially composed of an alloy of Nd and the additive element M1.
  • the additive element M1 is at least one element selected from the group consisting of Si and Ge.
  • the neodymium magnet 10 of the present embodiment is a sintered magnet manufactured by molding and sintering a raw material alloy having a particle size of several microns.
  • the volume of the grain boundary phase 12 can be adjusted, and the magnetic characteristics of the obtained neodymium magnet 10 can be adjusted.
  • the coercive force of the neodymium magnet 10 is increased by increasing the ratio of the grain boundary phase 12.
  • the ratio of the main phase 11 is relatively low, the residual magnetic flux density and the maximum energy product of the neodymium magnet 10 tend to decrease.
  • the additive element M1 contained in the grain boundary phase 12 is diffused and permeated from the surface of the neodymium magnet 10.
  • metalloids Si and Ge are used as the additive element M1.
  • the neodymium magnet 10 having a grain boundary phase 12 containing the additive element M1 made of these metalloids can increase the electrical resistivity without impairing the magnetic characteristics. Therefore, when the neodymium magnet 10 of the present embodiment is used in a motor, for example, the eddy current loss can be reduced due to the high electrical resistivity. As a result, the motor efficiency can be improved and the heat generation of the motor can be suppressed.
  • the electrical resistivity of the neodymium magnet 10 is 1.5 [ ⁇ m] or more. That is, it has a higher electrical resistivity than a neodymium magnet to which the additive element M1 is not added. With this configuration, eddy current loss can be reduced as compared with a motor using a conventional neodymium magnet, and a high output motor can be obtained.
  • the electrical resistivity of the neodymium magnet 10 is preferably 2.0 [ ⁇ m] or more, and more preferably 2.8 [ ⁇ m] or more.
  • the electrical resistivity of the neodymium magnet 10 is preferably 2.0 [ ⁇ m] or more, and more preferably 2.8 [ ⁇ m] or more.
  • the magnetic characteristics are not deteriorated by the diffusion of the additive element M1 because the additive element M1 (Si, Ge) is uniformly diffused in the grain boundary phase 12 and the grain boundary phase 12 is Nd rich. It is considered that the structure of the crystal phase is substantially maintained before and after the diffusion of the additive element M1.
  • the electrical resistivity increases due to the diffusion of Ge, but the coercive force decreases because the portion where the Ge crystal grains are segregated tends to be the starting point of the magnetization reversal.
  • the electrical resistivity can be increased without causing the above-mentioned decrease in coercive force.
  • the grain boundary phase 12 is preferably composed of an alloy of Nd and the additive element M1 in an amount of 85 atomic% or more.
  • the grain boundary phase 12 can be regarded as a configuration substantially composed of the Nd—M1 alloy, and the effect of improving the electrical resistivity by diffusing the additive element M1 in the grain boundary phase 12 can be obtained. Can be done.
  • the grain boundary phase 12 is more preferably composed of an Nd—M1 alloy in an amount of 90 atomic% or more.
  • the Nd-M1 alloy constituting the grain boundary phase 12 has a composition represented by the composition formula: Nd 100-x M1 x , and x is preferably more than 0 and 50 or less.
  • Nd 100-x M1 x is preferably more than 0 and 50 or less.
  • the Nd-M1 alloy constituting the grain boundary phase 12 has a composition represented by the composition formula: Nd 100-x M1 x , and x is preferably 37.5 or more and 50 or less.
  • the additive element M1 is Si or Ge
  • the Nd—M1 alloy in which the additive element M1 is formed in an amount of 50 atomic% or less is Nd 5 Ge 3 , Nd 5 Ge 4 , Nd Ge, Nd 5 Si 3 , There are 6 types, Nd 5 Si 4 and Nd Si.
  • the content of the additive element M1 is 37.5 atomic% or more and 50 atomic% or less, it is considered that almost all of the additive element M1 in the grain boundary phase 12 is alloyed.
  • the isolation of the main phase 11 can be promoted, and the diffusion of the additive element M1 into the main phase 11 is suppressed, so that the neodymium magnet 10 having excellent magnetic characteristics can be obtained.
  • the neodymium magnet 10 may have a coating film made of an Nd—M1 alloy on its surface.
  • the neodymium magnet 10 of the present embodiment is manufactured by bringing the Nd—M1 alloy into contact with the surface of the sintered magnet.
  • the Nd—M1 alloy used in this production may be left on a part or the whole surface of the sintered magnet.
  • a rust preventive coating may be further applied to the surface of the neodymium magnet 10. After removing the Nd—M1 alloy present on the surface of the neodymium magnet 10 by polishing, a rust preventive coating may be applied.
  • the main phase 11 has a composition represented by the composition formula: Nd- (Fe, M2) -B, and the additive element M2 is at least one selected from the group consisting of Al, Cr, and Mn. It may be a composition which is an element of.
  • the content of the additive element M2 is preferably in the range of 1 atomic% or more and 5 atomic% or less when the total content of Fe and the additive element M2 is 100 atomic%. That is, the main phase 11 containing the additive element M2 has a composition represented by the composition formula: Nd 2 (Fe 100-y , M2 y ) 14 B, and y is 1 or more and 5 or less. Is preferable.
  • the electrical resistivity can be increased while suppressing the influence on the magnetic characteristics of the neodymium magnet 10.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method for manufacturing a neodymium magnet according to the present embodiment.
  • the method for producing a neodymium magnet 10 of the present embodiment is a material containing a main phase 11 having a composition represented by a composition formula: Nd-Fe-B and a grain boundary phase 12A having a higher Nd concentration than the main phase 11.
  • the sintered magnet 10A a known Nd—Fe—B based sintered magnet can be used. That is, a sintered magnet having a structure in which the main phase 11 composed of the Nd 2 Fe 14 B compound is surrounded by the Nd-rich grain boundary phase 12A can be used.
  • the sintered magnet 10A may contain Dy or Tb in the magnet alloy in an amount of several mass% to 10 mass%.
  • a sintered magnet containing an additive element M2 composed of at least one element selected from the group consisting of Al, Cr and Mn in the main phase 11 may be used.
  • the shape and size of the sintered magnet 10A are not particularly limited as long as the additive element M1 can be diffused throughout. If the sintered magnet 10A has a large thickness or a complicated shape, the step of diffusing the additive element M1 takes time, and the production efficiency is lowered. When a plate-shaped magnet having a thickness of about 1 mm to several mm is used as the sintered magnet 10A, the reaction proceeds rapidly in the thickness direction even if the flat area is large, so that the additive element M1 is efficiently diffused in a short time. Can be made to.
  • the sintered magnet 10A and the Nd-M1 alloy 13 are reacted with the Nd-M1 alloy 13 in contact with the surface of the sintered magnet 10A.
  • a specific reaction method for example, a method in which the sintered magnet 10A and the metal pieces or particles of the Nd—M1 alloy 13 are housed in a heating container such as a crucible and heated to a predetermined temperature can be used.
  • the heat treatment of the sintered magnet 10A and the Nd—M1 alloy 13 is preferably carried out in a vacuum or in an atmosphere of an inert gas to suppress the formation of impurities such as oxides.
  • the additive element M1 adhered to the surface of the sintered magnet 10A diffuses and permeates into the inside of the sintered magnet 10A during the heat treatment, and Nd 2 Fe 14 B of the main phase 11 It forms a structure that is selectively distributed in the grain boundary phase 12A with almost no substitution with Nd of the main crystal. That is, according to the method of the present embodiment, an alloy of Nd and the additive element M1 is formed in the grain boundary phase 12A.
  • the two-phase mixed state of the Nd single phase and the Nd 2 Fe 14 B compound phase is stable. Therefore, below the melting temperature (about 1000 ° C.) of the sintered magnet 10A in which the grain boundary phase 12A is liquefied, diffusion does not occur between the Nd single phase and the Nd 2 Fe 14 B compound phase. From this, in order to selectively diffuse the additive element M1 into the grain boundary phase 12A, the Nd—M1 alloy 13 is preferably an Nd—M1 alloy having an Nd of 50 atomic% or more.
  • the diffusing element side is in a liquid state and the magnet side is in a solid state during the heat treatment. Therefore, it is preferable to select the composition of the Nd—M1 alloy having a melting point of 1000 ° C. or lower and becoming a liquid at the heat treatment temperature.
  • the additive element M1 is, for example, Ge
  • the composition having the lowest melting point shown in the Nd-Ge binary phase diagram is Nd 90 Ge 10 . Therefore, it is preferable to select Nd 90 Ge 10 as the composition of the Nd—Ge alloy 13 used in the production. Since the melting point of Nd 90 Ge 10 is 825 ° C., the heat treatment temperature can be set to, for example, 850 ° C.
  • FIG. 3 is an elemental mapping of a sample in which an Nd 90 Ge 10 alloy is placed around an Nd—Fe—B-based sintered magnet and heat-treated at 850 ° C. for 2 hours.
  • the upper part in the direction of the characters in the figure is defined as the upper part.
  • the upper left figure is a reflected electron image.
  • the element with the higher atomic number appears whiter.
  • the other three figures are EDX analysis results.
  • the area where Nd is abundant appears white.
  • the region where a large amount of Fe is present appears white.
  • the area where many Ges are present appears white.
  • Ge is detected at the triple point of grain boundaries. In this measurement, Ge was not detected from the grain boundary phase other than the main phase and the triple point due to the measurement limit, but since there was no concentration gradient in the region where Ge was detected, Ge was uniform in the grain boundary phase. It is recognized that it is distributed in.
  • the main phase Ge is not detected even though the area is larger than the grain boundary triple point, so Ge is not diffused in the main phase.
  • the additive element M1 can be uniformly diffused in the grain boundary phase 12A of the Nd—Fe—B-based sintered magnet 10A.
  • the neodymium magnet 10 of the present embodiment having a grain boundary phase 12 substantially made of an Nd—M1 alloy can be manufactured.
  • a neodymium magnet having a high electrical resistivity can be easily and efficiently manufactured by using a known sintered magnet.
  • the Nd-M1 alloy is supplied as a metal piece or particles, but the Nd-M1 alloy may be directly adhered to the surface of the sintered magnet 10A.
  • the Nd-M1 alloy may be directly adhered to the surface of the sintered magnet 10A.
  • a slurry in which Nd-M1 alloy particles are dispersed is applied to the surface of the sintered magnet 10A and then dried to form a film composed of Nd-M1 alloy particles on the surface of the sintered magnet 10A. Good.
  • a binder for binding Nd—M1 alloy particles may be used.
  • a method of forming a film of Nd—M1 alloy on the surface of the sintered magnet 10A by using a physical vapor deposition method such as a sputtering method can also be adopted.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the motor of the present embodiment including the neodymium magnet described above.
  • the direction parallel to one direction in which the central axis J extends is shown by the Z axis.
  • the direction parallel to one direction in which the central axis J extends is simply referred to as "axial direction”.
  • the radial direction centered on the central axis J is simply called the “diameter direction”
  • the circumferential direction centered on the central axis J is simply called the "circumferential direction”.
  • the positive side in the Z-axis direction is defined as the "upper side”
  • the negative side in the Z-axis direction is defined as the "lower side”.
  • the lower side corresponds to one side in the axial direction.
  • the upper side corresponds to the other side in the axial direction.
  • the upper side and the lower side are simply names for explaining the relative positional relationship of each part, and the actual arrangement relationship and the like may be an arrangement relationship and the like other than the arrangement relationship and the like indicated by these names. ..
  • the motor 100 of this embodiment includes a housing 111, a stator 112, a rotor 113 including a shaft 120 arranged along a central axis J extending in one direction, a bearing holder 114, and bearings 115 and 116. ..
  • the housing 111 has a tubular shape having a bottom.
  • the housing 111 houses the stator 112, rotor 113, bearing holder 114 and bearings 115, 116.
  • the stator 112 faces the rotor 113 radially outside the rotor 113 with a gap. That is, the motor 100 of this embodiment is an inner rotor type motor in which the rotor 113 is located inside the stator 112 in the radial direction. The motor 100 may be an outer rotor type motor in which the rotor is located radially outside the stator.
  • the shaft 120 is rotatably supported by bearings 115 and 116.
  • the bearings 115 and 116 are, for example, ball bearings.
  • the bearing 115 is held by the bearing holder 114.
  • the bearing 116 is held at the bottom of the housing 111.
  • the shaft 120 is a columnar shape extending in the axial direction about the central axis J.
  • the rotor 113 includes a shaft 120, a rotor core 130 fixed to the shaft 120, and a neodymium magnet 140 fixed to the rotor core 130.
  • the rotor core 130 is a columnar shape extending in the axial direction.
  • the rotor core 130 is configured by, for example, a plurality of plate members laminated in the axial direction.
  • the plate member constituting the rotor core 130 is, for example, an electromagnetic steel plate.
  • the neodymium magnet 140 is located radially outside the rotor core 130. That is, the motor 100 is an SPM motor (Surface Permanent Magnet Motor). In the motor 100, the neodymium magnet 140 may be located inside the rotor core 130. That is, the motor 100 may be an IPM motor (Interior Permanent Magnet Motor).
  • SPM motor Surface Permanent Magnet Motor
  • IPM motor Interior Permanent Magnet Motor
  • the neodymium magnet 140 is the neodymium magnet of the above embodiment having the crystal structure shown in FIG.
  • the motor 100 of the present embodiment since the electrical resistivity of the neodymium magnet 10 used in the rotor 113 is high, it is difficult for a current to flow through the neodymium magnet 10 during operation. Thereby, the eddy current loss can be reduced. As a result, the motor efficiency can be improved, and if the motor efficiency is the same, the motor 100 can be miniaturized.
  • a high-efficiency high-speed rotary motor can be realized. According to the present embodiment, it is possible to realize a motor in which the rotor 113 can rotate at 700 Hz or higher, a motor in which the rotor 113 can rotate at 1000 Hz or higher, and a motor in which the rotor 113 can rotate at 1500 Hz or higher. At high speeds such as rotations above 700 Hz, the increase in eddy current loss generated in the magnets has a significant effect on motor efficiency. By providing the neodymium magnet 10 having a high resistivity in the motor 100 of the present embodiment, it is possible to suppress an increase in eddy current loss even in the rotor 113 rotating at high speed as described above.
  • the neodymium magnet 140 may be divided into a plurality of magnet pieces along the axial direction. A plurality of divided magnet pieces may form the same magnetic pole. According to this configuration, the path through which the eddy current flows is shortened inside the neodymium magnet 140, so that the eddy current loss can be reduced.
  • the neodymium magnet 140 is preferably divided into a plurality of magnet pieces along the axial direction. Further, in the present embodiment, the neodymium magnet 140 may be a plurality of segment type magnets arranged in the circumferential direction around the central axis J, or may be a cylindrical ring type magnet around the central axis J.
  • the motor 100 is a brushless motor having the neodymium magnet 10 on the rotor 113 has been described, but the motor 100 may be a brushed motor having the neodymium magnet 10 on the stator.
  • the motor 100 with a brush may be an inner rotor type or an outer rotor type.
  • the application of the motor 100 to which the present invention is applied is not particularly limited.
  • the motor 100 of the present embodiment is used, for example, in a drive system including the motor 100 as a rotating means.
  • the motor 100 of this embodiment is used, for example, in a vacuum cleaner.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an example of the vacuum cleaner 1000.
  • the vacuum cleaner 1000 includes the motor 100 of the above embodiment as a motor for driving an impeller that generates a wind that sucks dust.
  • the motor 100 of this embodiment is used, for example, in an unmanned aerial vehicle.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an example of the unmanned aerial vehicle 2000.
  • the unmanned aerial vehicle 2000 includes a main body 2001, a rotary wing portion 2002, an image pickup device 2003, and a motor 100.
  • the motor 100 rotationally drives the rotary blade portion 2002. Since the unmanned aerial vehicle 2000 has a motor 100, it is small and has low power consumption.
  • the flying object including the motor 100 of the present embodiment is not limited to an unmanned aerial vehicle, and may be an electric aircraft having a passenger seat.
  • the motor 100 of the present embodiment can be used, for example, as a motor for driving an axle mounted on a vehicle, a gear select for a transmission such as a dual clutch transmission mounted on a vehicle, or a motor for driving a clutch.
  • a motor for driving a clutch By using the motor 100 of the present embodiment, it is possible to reduce the size and heat generation of the vehicle motor.
  • the motor 100 of this embodiment is used, for example, in a robot.
  • the motor 100 can be used to drive the hand unit, arm, and the like in the robot.
  • a small and high-power robot can be obtained.
  • Example 1 As a sintered magnet, an Nd-Fe-B magnet having a length of 11 mm, a width of 3 mm, and a thickness of 1.5 mm was prepared. As an Nd-Ge alloy used for Ge diffusion, an Nd-Ge alloy having a composition of Nd 90 Ge 10 was prepared. The Nd-Ge alloy was produced by weighing the Nd raw material powder and the Ge raw material powder according to the composition ratio, and then melting the mixed raw material powder using an arc melting furnace. The weight of the Nd-Ge alloy was 0.7 g.
  • the step of diffusing the additive element M1 was carried out by a method in which an Nd-Fe-B magnet and an Nd-Ge alloy were placed in a crucible and reacted in the crucible by heat treatment.
  • the unsurface-coated Nd-Fe-B magnet and the Nd-Ge alloy prepared above were placed in an alumina crucible with an inner diameter of 4 mm ⁇ , and the crucible was sealed in a glass tube with an inner diameter of 13 mm ⁇ replaced with argon gas to prevent oxidation. ..
  • the encapsulated sample was heat-treated in a muffle furnace at a temperature of 850 ° C. for 2 hours to obtain a neodymium magnet in which Ge was diffused.
  • Example 2 A neodymium magnet was prepared by using the additive element M1 as Si. A neodymium magnet in which Si was diffused was produced in the same manner as in Example 1 except that the Nd—Si alloy represented by the composition formula Nd 87 Si 13 was used as the diffusion alloy. The electrical resistance and magnetic properties of the obtained neodymium magnet were measured by the same method as in Example 1. The measurement results are shown in Table 1.
  • the neodymium magnet of the comparative example is the same magnet as the Nd-Fe-B magnet prepared as the raw material sintered magnet in Example 1.
  • the electrical resistance and magnetic characteristics of the neodymium magnet of the comparative example were also measured by the same method as in Example 1. The measurement results are shown in Table 1.
  • the neodymium magnets of Example 1 in which Ge is diffused and the neodymium magnets of Example 2 in which Si is diffused have higher electrical resistances than the neodymium magnets of the non-diffused comparative example. It was confirmed that the improvement was up to 2 times. Further, the neodymium magnet of Example 1 had the same magnetic characteristics as the neodymium magnet of Comparative Example. The neodymium magnet of Example 2 had a higher coercive force than the neodymium magnet of Comparative Example. From the above results, it was confirmed that the efficiency of the motor can be improved by using the neodymium magnet according to the present invention in the motor.
  • the motor performance of the motors manufactured by using neodymium magnets having different electrical resistivitys was analyzed.
  • the motor configuration is a two-pole, three-slot, three-phase motor, and the electrical resistivity of the rotor magnet is 1.4 [ ⁇ m] and 2.0 [ ⁇ m] under the conditions of an input voltage of 21.384V and a rotation speed of 10,000 rpm.
  • the motor performance was analyzed by the finite element method for each of the cases of 2.8 [ ⁇ m]. The analysis results are shown in Table 2.
  • the eddy current loss can be significantly reduced by increasing the electrical resistivity in the motor having a common configuration other than the rotor magnet. That is, by increasing the electrical resistivity to 1.5 ⁇ m or more by diffusing the additive element M1 at the grain boundaries, the eddy current loss can be reduced as compared with the conventional neodymium magnet.
  • the torque and output other than the eddy current loss were the same for the three types of motors.
  • the eddy current is compared with the motor using the neodymium magnet of the comparative example.
  • the loss can be reduced by half. That is, by using the neodymium magnet of the second embodiment, a large amount of current can be passed through the coil of the motor, so that the output of the motor can be greatly increased.

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Abstract

ステータと、ステータに対して中心軸回りに回転可能なロータとを備え、ロータまたはステータにネオジム磁石を備えるモータであって、ネオジム磁石は、組成式：Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂで表される組成を有する主相と、主相よりも高いＮｄ濃度を有する粒界相とを含む材料組織を有し、粒界相は、実質的に、Ｎｄと添加元素Ｍ１との合金からなり、添加元素Ｍ１は、ＦｅおよびＢ以外の元素であり、ネオジム磁石の電気抵抗率が１．５［μΩｍ］以上である、モータ。

Description

モータ、駆動システム、掃除機、無人飛行体、電動航空機

　本発明は、モータ、駆動システム、掃除機、無人飛行体、電動航空機に関する。

　従来、モータに用いられる永久磁石として希土類永久磁石が知られる。特許文献１には、磁石粉末と半金属粉末との混合粉末を放電プラズマ焼結することで、高抵抗の希土類永久磁石を得る製造方法が開示される。

日本国公開公報特開２０１７－１８８５２４号公報

　特許文献１記載の製造方法により得られる希土類永久磁石では、磁石の結晶粒同士の粒界に固体の半金属が配置されるため、永久磁石の磁気特性に悪影響を与える可能性があった。上記の永久磁石をモータに搭載する場合、渦電流損失は低減できても、モータのトルクが低下してしまい、結果としてモータの性能向上に寄与しない可能性がある。

　本発明の１つの態様によれば、ステータと、ステータに対して中心軸回りに回転可能なロータとを備え、前記ロータまたは前記ステータにネオジム磁石を備えるモータであって、前記ネオジム磁石は、組成式：Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂで表される組成を有する主相と、前記主相よりも高いＮｄ濃度を有する粒界相とを含む材料組織を有し、前記粒界相は、実質的に、Ｎｄと添加元素Ｍ１との合金からなり、前記添加元素Ｍ１は、ＦｅおよびＢ以外の元素であり、前記ネオジム磁石の電気抵抗率が１．５［μΩｍ］以上である、モータが提供される。

　本発明の一態様によれば、小型化および高効率化の少なくとも一方を実現したモータが提供される。

図１は、実施形態のモータに用いられるネオジム磁石の結晶組織を示す説明図である。 図２は、実施形態のネオジム磁石の製造方法を示す説明図である。 図３は、Ｇｅ拡散させたネオジム磁石の元素マッピングの測定結果である。 図４は、実施形態のモータの一例を示す断面図である。 図５は、掃除機の一例を示す斜視図である。 図６は、無人飛行体の一例を示す斜視図である。

　以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。

　（ネオジム磁石）

　図１は、本実施形態のモータに用いられるネオジム磁石の結晶組織を示す説明図である。

　ネオジム磁石１０は、組成式：Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂで表される組成を有する主相１１と、主相１１よりも高いＮｄ濃度を有する粒界相１２とを含む材料組織を有する。

　主相１１は、例えば、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ合金の結晶相である。粒界相１２は、主相１１（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ合金の結晶）を取り囲むＮｄリッチな結晶粒界相である。本実施形態では、粒界相１２は、実質的に、Ｎｄと添加元素Ｍ１との合金からなる。添加元素Ｍ１は、Ｓｉ、Ｇｅからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素である。

　本実施形態のネオジム磁石１０は、粒径数ミクロンの原料合金を成形、焼結して製造される焼結磁石である。原料合金中のＮｄ含有量を調整することにより、粒界相１２の体積を調整でき、得られるネオジム磁石１０の磁気特性を調整できる。具体的に、粒界相１２の割合を大きくすることでネオジム磁石１０の保磁力が増大する。その一方で、主相１１の割合が相対的に低くなるため、ネオジム磁石１０の残留磁束密度、最大エネルギー積が低下する傾向となる。

　本実施形態のネオジム磁石１０において、粒界相１２に含まれる添加元素Ｍ１は、ネオジム磁石１０の表面から拡散浸透される。本実施形態では、添加元素Ｍ１として、半金属であるＳｉおよびＧｅが用いられる。後述する実施例に示すように、これらの半金属からなる添加元素Ｍ１を含む粒界相１２を有するネオジム磁石１０では、磁気特性を損なうことなく、電気抵抗率を高めることができる。したがって本実施形態のネオジム磁石１０を、例えばモータに用いた場合、電気抵抗率が高いことにより渦電流損失を低減することができる。これにより、モータ効率を向上させることができ、モータの発熱も抑制できる。

　ネオジム磁石１０の電気抵抗率は、１．５［μΩｍ］以上である。すなわち、添加元素Ｍ１を添加していないネオジム磁石よりも高い電気抵抗率を有する。この構成により、従来のネオジム磁石を用いたモータと比較して渦電流損失を低減でき、高出力のモータとすることができる。

　ネオジム磁石１０の電気抵抗率は、２．０［μΩｍ］以上であることが好ましく、２．８［μΩｍ］以上であることがより好ましい。ネオジム磁石１０の電気抵抗率を高めることで、モータのトルクおよび出力を維持したまま、渦電流損失を低減できる。電気抵抗率を２．８［μΩｍ］とすることで、電気抵抗率が１．４［μΩｍ］である従来のネオジム磁石と比較して渦電流損失を半分にまで低減できる。

　本実施形態のネオジム磁石１０において、添加元素Ｍ１の拡散により磁気特性が低下しないのは、添加元素Ｍ１（Ｓｉ、Ｇｅ）が粒界相１２に均一に拡散し、粒界相１２のＮｄリッチな結晶相の組織が、添加元素Ｍ１を拡散させる前後でほぼ維持されることによると考えられる。

　例えば、焼結時の原料合金にＧｅ粉末を添加して焼結磁石を作製した場合、Ｇｅの一部は結晶組織に拡散するが、Ｇｅ粒子が粒界相に局在する微細組織となる。このような焼結磁石では、Ｇｅの拡散により電気抵抗率は上昇するが、Ｇｅの結晶粒が偏析した部位が磁化反転の起点となりやすいために、保磁力が低下してしまう。本実施形態のネオジム磁石１０によれば、上記のような保磁力低下を起こすことなく、電気抵抗率を高めることができる。

　本実施形態のネオジム磁石において、粒界相１２は、８５原子％以上が、Ｎｄと添加元素Ｍ１との合金からなることが好ましい。この構成によれば、粒界相１２が、実質的にＮｄ－Ｍ１合金からなる構成とみなすことができ、粒界相１２に添加元素Ｍ１を拡散させることによる電気抵抗率の向上効果を得ることができる。粒界相１２は、９０原子％以上が、Ｎｄ－Ｍ１合金からなることがより好ましい。

　粒界相１２を構成するＮｄ－Ｍ１合金は、組成式：Ｎｄ１００－ｘＭ１ｘで表される組成を有し、ｘは、０を超えて５０以下であることが好ましい。５０原子％を超える添加元素Ｍ１を焼結磁石中に拡散させると、添加元素Ｍ１が主相１１にまで侵入しやすくなる。添加元素Ｍ１が主相１１に侵入すると、ネオジム磁石１０の磁気特性が大きく低下する。

　粒界相１２を構成するＮｄ－Ｍ１合金は、組成式：Ｎｄ１００－ｘＭ１ｘで表される組成を有し、ｘは、３７．５以上５０以下であることが好ましい。本実施形態において添加元素Ｍ１は、ＳｉまたはＧｅであり、添加元素Ｍ１が５０原子％以下で形成されるＮｄ－Ｍ１合金は、Ｎｄ５Ｇｅ３、Ｎｄ５Ｇｅ４、ＮｄＧｅ、Ｎｄ５Ｓｉ３、Ｎｄ５Ｓｉ４、ＮｄＳｉの６種類である。添加元素Ｍ１の含有量が３７．５原子％以上５０原子％以下であれば、粒界相１２における添加元素Ｍ１は、ほぼ全量が合金化されると考えられる。これにより、主相１１の孤立化を促進でき、また添加元素Ｍ１の主相１１への拡散も抑制されるため、磁気特性に優れるネオジム磁石１０が得られる。

　ネオジム磁石１０は、表面にＮｄ－Ｍ１合金からなる被膜を有していてもよい。本実施形態のネオジム磁石１０は、焼結磁石の表面にＮｄ－Ｍ１合金を接触させて製造される。この製造時に用いるＮｄ－Ｍ１合金を焼結磁石の表面の一部又は全体に残した状態としてもよい。ネオジム磁石１０の表面に、さらに防錆コーティングを施してもよい。研磨によってネオジム磁石１０の表面に存在するＮｄ－Ｍ１合金を除去した後、防錆コーティングを施してもよい。

　本実施形態において、主相１１は、組成式：Ｎｄ－（Ｆｅ，Ｍ２）－Ｂで表される組成を有し、添加元素Ｍ２は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素である構成としてもよい。添加元素Ｍ２を主相１１に添加することにより、ネオジム磁石１０の電気抵抗率をさらに高めることができる。

　添加元素Ｍ２の含有量は、Ｆｅと添加元素Ｍ２の合計含有量を１００原子％とするとき、１原子％以上５原子％以下の範囲であることが好ましい。すなわち、添加元素Ｍ２を含む主相１１は、組成式：Ｎｄ２（Ｆｅ１００－ｙ，Ｍ２ｙ）１４Ｂで表される組成を有し、ｙは、１以上５以下である構成とすることが好ましい。添加元素Ｍ２の含有量を上記範囲とすることで、ネオジム磁石１０の磁気特性への影響を抑えつつ、電気抵抗率を高めることができる。

　（ネオジム磁石の製造方法）

　次に、本実施形態のネオジム磁石１０の製造方法について説明する。

　図２は、本実施形態のネオジム磁石の製造方法を示す説明図である。

　本実施形態のネオジム磁石１０の製造方法は、組成式：Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂで表される組成を有する主相１１と、主相１１よりも高いＮｄ濃度を有する粒界相１２Ａとを含む材料組織を有する焼結磁石１０Ａを用意する工程と、焼結磁石１０Ａの表面に添加元素Ｍ１を含むＮｄ－Ｍ１合金１３を接触させた状態で、焼結磁石１０ＡとＮｄ－Ｍ１合金１３とを加熱することにより、添加元素Ｍ１を焼結磁石１０Ａの粒界相１２Ａに拡散させる工程とを含む。

　焼結磁石１０Ａとしては、公知のＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁石を用いることができる。すなわち、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ化合物からなる主相１１を、Ｎｄリッチな粒界相１２Ａが取り囲んだ構造を有する焼結磁石を用いることができる。焼結磁石１０Ａは、磁石合金中にＤｙやＴｂを数質量％～十質量％程度含んでいてもよい。さらに、焼結磁石１０Ａとして、主相１１に、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素からなる添加元素Ｍ２を含む焼結磁石を用いてもよい。

　焼結磁石１０Ａの形状および大きさは、添加元素Ｍ１を全体に拡散させることが可能であれば特に限定されない。焼結磁石１０Ａの厚さが大きかったり、複雑な形状であると、添加元素Ｍ１を拡散させる工程に時間が掛かり、製造効率が低下する。焼結磁石１０Ａとして、厚さ１ｍｍ～数ｍｍ程度の板状の磁石を用いると、平面積が大きくても厚さ方向において迅速に反応が進行するため、短時間で効率よく添加元素Ｍ１を拡散させることができる。

　Ｎｄ－Ｍ１合金を粒界相１２Ａに拡散させる工程では、焼結磁石１０Ａの表面にＮｄ－Ｍ１合金１３を接触させた状態で、焼結磁石１０ＡとＮｄ－Ｍ１合金１３とを反応させる。具体的な反応方法としては、例えば、焼結磁石１０Ａと、Ｎｄ－Ｍ１合金１３の金属片または粒子とを坩堝などの加熱容器に収容し、所定温度に加熱する方法を用いることができる。焼結磁石１０ＡおよびＮｄ－Ｍ１合金１３の加熱処理は、真空中または不活性ガス雰囲気中で実施し、酸化物等の不純物の生成を抑制することが好ましい。

　本実施形態のネオジム磁石の製造方法では、焼結磁石１０Ａの表面に付着させた添加元素Ｍ１が、熱処理中に焼結磁石１０Ａ内部まで拡散浸透する過程で、主相１１のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ主結晶のＮｄとはほとんど置換せずに、粒界相１２Ａに選択的に分布する構造を形成する。すなわち、本実施形態の方法によれば、粒界相１２ＡにＮｄと添加元素Ｍ１との合金が形成される。

　Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂの３元系状態図によるとＮｄ単相とＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ化合物相の２相混合状態は安定である。そのため、粒界相１２Ａが液化する焼結磁石１０Ａの溶融温度（約１０００℃）以下では、Ｎｄ単相とＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ化合物相の間で拡散は起こらない。このことから、添加元素Ｍ１を選択的に粒界相１２Ａへ拡散させるために、Ｎｄ－Ｍ１合金１３は、Ｎｄが５０原子％以上のＮｄ－Ｍ１合金とすることが好ましい。

　拡散速度を向上するために、熱処理中においては、拡散元素側は液体状態、磁石側は固体状態であることが望ましい。そのため、１０００℃以下の融点を持ち、熱処理温度下で液体となるＮｄ－Ｍ１合金の組成を選択することが好ましい。添加元素Ｍ１が例えばＧｅである場合、Ｎｄ－Ｇｅ２元系状態図に示される最も融点が低い組成はＮｄ９０Ｇｅ１０である。そのため、製造に用いるＮｄ－Ｇｅ合金１３の組成として、Ｎｄ９０Ｇｅ１０を選択することが好ましい。Ｎｄ９０Ｇｅ１０の融点は８２５℃であるから、熱処理温度は例えば８５０℃とすることができる。

　図３は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁石の周りにＮｄ９０Ｇｅ１０合金を配置し、８５０℃で２時間熱処理した試料の元素マッピングである。図３の説明において、図中の文字の向きにおける上方を上と定義する。図３において、左上の図は、反射電子像である。反射電子像では、原子番号が大きい元素ほど白く写る。粒界相同士が交差する粒界３重点は、Ｎｄが多く存在するため、白く写る。図３において、その他の３つの図は、ＥＤＸ分析結果である。右上の図において、Ｎｄが多く存在する領域は白く写る。左下の図において、Ｆｅが多く存在する領域は白く写る。右下の図において、Ｇｅが多く存在する領域は白く写る。図３に示すように、粒界３重点においてＧｅが検出されている。この測定では、測定限界により、主相および３重点以外の粒界相からＧｅは検出されていないが、Ｇｅが検出された領域内では濃度勾配はないため、粒界相内にはＧｅが均一に分布していると認められる。一方、主相においては、粒界３重点よりも面積が大きいにも関わらずＧｅが検出されていないため、Ｇｅは主相には拡散していない。

　本実施形態のネオジム磁石の製造方法によれば、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系の焼結磁石１０Ａの粒界相１２Ａに、添加元素Ｍ１を均一に拡散させることができる。これにより、実質的にＮｄ－Ｍ１合金からなる粒界相１２を有する本実施形態のネオジム磁石１０を製造することができる。本実施形態の製造方法によれば、公知の焼結磁石を用いて、高電気抵抗率のネオジム磁石を容易かつ効率的に製造できる。

　上記方法では、Ｎｄ－Ｍ１合金を金属片又は粒子として供給することとしたが、焼結磁石１０Ａの表面に、Ｎｄ－Ｍ１合金を直接付着させてもよい。例えば、Ｎｄ－Ｍ１合金の粒子を分散させたスラリーを焼結磁石１０Ａの表面に塗布した後、乾燥させることにより、焼結磁石１０Ａの表面にＮｄ－Ｍ１合金粒子からなる被膜を形成してもよい。この場合において、Ｎｄ－Ｍ１合金粒子を結着させるバインダーを用いてもよい。また、他の方法としては、焼結磁石１０Ａの表面に、スパッタ法などの物理蒸着法を用いて、Ｎｄ－Ｍ１合金の被膜を形成する方法も採用可能である。

　図４は、上記したネオジム磁石を備える本実施形態のモータの一例を示す断面図である。

　図４において、中心軸Ｊが延びる一方向と平行な方向をＺ軸で示す。以下の説明では、中心軸Ｊが延びる一方向と平行な方向を単に「軸方向」と呼ぶ。中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。また、Ｚ軸方向の正の側を「上側」とし、Ｚ軸方向の負の側を「下側」とする。

　本実施形態において下側は、軸方向一方側に相当する。上側は、軸方向他方側に相当する。なお、上側および下側とは、単に各部の相対位置関係を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。

　本実施形態のモータ１００は、ハウジング１１１と、ステータ１１２と、一方向に延びる中心軸Ｊに沿って配置されるシャフト１２０を備えるロータ１１３と、ベアリングホルダ１１４と、ベアリング１１５，１１６と、を備える。ハウジング１１１は、底部を有する筒状である。ハウジング１１１は、ステータ１１２、ロータ１１３、ベアリングホルダ１１４およびベアリング１１５，１１６を収容する。

　ステータ１１２は、ロータ１１３の径方向外側においてロータ１１３と径方向に隙間を介して対向する。すなわち、本実施形態のモータ１００は、ロータ１１３がステータ１１２の径方向内側に位置するインナーロータ型モータである。モータ１００は、ロータがステータの径方向外側に位置するアウターロータ型モータであってもよい。

　シャフト１２０は、ベアリング１１５，１１６に回転可能に支持される。ベアリング１１５，１１６は、例えば、ボールベアリングである。ベアリング１１５は、ベアリングホルダ１１４に保持される。ベアリング１１６は、ハウジング１１１の底部に保持される。シャフト１２０は、中心軸Ｊを中心として軸方向に延びる円柱状である。

　ロータ１１３は、シャフト１２０と、シャフト１２０に固定されるロータコア１３０と、ロータコア１３０に固定されるネオジム磁石１４０と、を備える。ロータコア１３０は、軸方向に延びる柱状である。図示は省略するが、ロータコア１３０は、例えば、複数の板部材が軸方向に積層されて構成される。ロータコア１３０を構成する板部材は、例えば、電磁鋼板である。

　本実施形態の場合、ネオジム磁石１４０は、ロータコア１３０の径方向外側に位置する。すなわち、モータ１００は、ＳＰＭモータ（Surface Permanent Magnet Motor）である。なお、モータ１００において、ネオジム磁石１４０は、ロータコア１３０の内部に位置していてもよい。すなわち、モータ１００は、ＩＰＭモータ（Interior Permanent Magnet Motor）であってもよい。

　ネオジム磁石１４０は、図１に示した結晶組織を有する上記実施形態のネオジム磁石である。本実施形態のモータ１００では、ロータ１１３に用いられるネオジム磁石１０の電気抵抗率が高いため、動作時にネオジム磁石１０に電流が流れにくい。これにより、渦電流損失を低減することができる。これにより、モータ効率を向上させることができ、同じモータ効率であれば、モータ１００の小型化が可能である。

　本実施形態のモータ１００によれば、高効率の高速回転モータを実現可能である。本実施形態によれば、ロータ１１３が７００Ｈｚ以上で回転可能なモータ、ロータ１１３が１０００Ｈｚ以上で回転可能なモータ、ロータ１１３が１５００Ｈｚ以上で回転可能なモータを実現可能である。７００Ｈｚ以上の回転のような高速回転では、磁石に発生する渦電流損失の増加がモータの効率に大きな影響を与える。本実施形態のモータ１００では、高抵抗率のネオジム磁石１０を備えることにより、上記のように高速で回転するロータ１１３においても渦電流損失の増加を抑制できる。

　本実施形態において、ネオジム磁石１４０は、軸方向に沿って複数の磁石片に分割される構成としてもよい。分割された複数の磁石片が、同一の磁極を形成しても良い。この構成によれば、ネオジム磁石１４０の内部において、渦電流の流れる経路が短くなるため、渦電流損失を低減できる。ネオジム磁石１４０は、軸方向に沿って複数の磁石片に分割されることが好ましい。また、本実施形態において、ネオジム磁石１４０は、中心軸Ｊ回りの周方向に複数配置されるセグメント型磁石であってもよく、中心軸Ｊ回りの円筒状のリング型磁石であってもよい。

　本実施形態では、モータ１００が、ロータ１１３にネオジム磁石１０を備えるブラシレスモータである場合について説明したが、モータ１００は、ステータにネオジム磁石１０を備えるブラシ付きモータであってもよい。ブラシ付きのモータ１００は、インナーロータ型であっても、アウターロータ型であってもよい。

　本発明を適用したモータ１００の用途は、特に限定されない。本実施形態のモータ１００は、例えば、モータ１００を回転手段として備える駆動システムに用いられる。高効率のモータ１００を備えることにより、駆動システムにおいて、消費電力の低減、小型化が可能である。

　本実施形態のモータ１００は、例えば、掃除機に用いられる。図５は、掃除機１０００の一例を示す斜視図である。掃除機１０００は、埃を吸引する風を発生させるインペラを駆動するモータとして、上記実施形態のモータ１００を備える。高効率のモータ１００を備えることにより、掃除機１０００において、吸引力の向上、消費電力の低減、小型化が可能である。

　本実施形態のモータ１００は、例えば、無人飛行体に用いられる。図６は、無人飛行体２０００の一例を示す斜視図である。無人飛行体２０００は、本体２００１と回転翼部２００２と撮像装置２００３とモータ１００とを有する。モータ１００は、回転翼部２００２を回転駆動する。無人飛行体２０００は、モータ１００を有するため、小型で低消費電力である。本実施形態のモータ１００を備える飛行体は、無人機に限定されず、搭乗席を有する電動航空機であってもよい。

　本実施形態のモータ１００は、例えば、車両に搭載される車軸駆動用のモータ、あるいは、車両に搭載されるデュアルクラッチトランスミッション等のトランスミッションのギアセレクトや、クラッチの駆動用モータとして用いることができる。本実施形態のモータ１００を用いることにより車両用モータの小型化、低発熱化を実現できる。

　本実施形態のモータ１００は、例えば、ロボットに用いられる。ロボットにおけるハンド部、アーム等を駆動するためにモータ１００を用いることができる。モータ１００を用いることにより小型で高出力のロボットを得ることができる。

＜第１実施例＞

　（実施例１）

　焼結磁石として、長さ１１ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのＮｄ－Ｆｅ－Ｂ磁石を用意した。Ｇｅ拡散に用いるＮｄ－Ｇｅ合金として、組成Ｎｄ９０Ｇｅ１０のＮｄ－Ｇｅ合金を用意した。上記Ｎｄ－Ｇｅ合金は、Ｎｄ原料粉末とＧｅ原料粉末を組成比に従い秤量した後、混合した原料粉末をアーク溶解炉を用いて溶解することにより、作製された。Ｎｄ－Ｇｅ合金の重さは０．７ｇとした。

　添加元素Ｍ１を拡散させる工程は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ磁石とＮｄ－Ｇｅ合金を坩堝に入れ、熱処理により坩堝中で反応させる方法により実施した。表面被覆されていないＮｄ－Ｆｅ－Ｂ磁石と、上記で作製したＮｄ－Ｇｅ合金を内径４ｍｍφのアルミナ坩堝に入れ、酸化防止のためアルゴンガスで置換された内径１３ｍｍφのガラス管に坩堝ごと封入した。封入した試料をマッフル炉で８５０℃の温度で２時間熱処理して、Ｇｅが拡散されたネオジム磁石を得た。処理後の試料を長さ７ｍｍ、幅２．５ｍｍ、厚さ１ｍｍに切断後、電圧・電流端子を取り付け、直流４端子法で電気抵抗を測定した。得られた電気抵抗値に（試料の断面積／電圧端子間距離）を掛けて電気抵抗率を算出した。次いで１２ＴのパルスＢＨトレーサを用いて印加磁場±３Ｔのヒステリシスループを測定した。試料寸法は電気抵抗測定と同じである。表１に電気抵抗率と磁気特性の測定結果を示す。

　（実施例２）

　添加元素Ｍ１をＳｉとしてネオジム磁石を作製した。拡散合金として、組成式Ｎｄ８７Ｓｉ１３で表されるＮｄ－Ｓｉ合金を用いた以外は、実施例１と同様にして、Ｓｉが拡散されたネオジム磁石を作製した。得られたネオジム磁石について、実施例１と同様の方法により、電気抵抗および磁気特性を測定した。測定結果を表１に示す。

　（比較例）

　比較例のネオジム磁石は、実施例１において原料の焼結磁石として用意したＮｄ－Ｆｅ－Ｂ磁石と同じ磁石である。比較例のネオジム磁石についても、実施例１と同様の方法により、電気抵抗および磁気特性を測定した。測定結果を表１に示す。

　表１に示すように、Ｇｅが拡散された実施例１のネオジム磁石、およびＳｉが拡散された実施例２のネオジム磁石は、未拡散の比較例のネオジム磁石と比較して、電気抵抗率が最大２倍向上していることが確認された。また、実施例１のネオジム磁石は、比較例のネオジム磁石と同等の磁気特性を有していた。実施例２のネオジム磁石は、比較例のネオジム磁石よりも高い保磁力を有していた。上記の結果から、本発明に関わるネオジム磁石をモータに用いることで、モータの効率を向上可能であることが認められた。

Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001

＜第２実施例＞

　第２実施例では、電気抵抗率の異なるネオジム磁石を用いて作製されたモータについて、モータ性能の解析を行った。モータ構成は、２極３スロットの三相モータとし、入力電圧２１．３８４Ｖ、回転数１０，０００ｒｐｍの条件で、ロータマグネットの電気抵抗率を、１．４［μΩｍ］、２．０［μΩｍ］、２．８［μΩｍ］とした場合のそれぞれについて、有限要素法によりモータ性能を解析した。解析結果を表２に示す。

Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002

　表２に示すように、ロータマグネットの以外の構成を共通としたモータにおいて、電気抵抗率を大きくすることで、渦電流損失を大きく低減できることが確認された。すなわち、粒界に添加元素Ｍ１を拡散させることにより電気抵抗率を１．５μΩｍ以上に高めることで、従来のネオジム磁石と比較して渦電流損失を低減できる。

　なお、渦電流損失以外のトルク、出力は、３種類のモータで同等であった。

　第２実施例の結果から、例えば、第１実施例における実施例２のＮｄ－Ｓｉ粒界相を有するネオジム磁石を用いることで、比較例のネオジム磁石を用いたモータと比較して、渦電流損失を半分にまで低減できる。すなわち、実施例２のネオジム磁石を用いることで、モータのコイルにより多くの電流を流すことができるため、モータの出力を大きく増加させることができる。

　１０，１４０…ネオジム磁石、１１…主相、１２，１２Ａ…粒界相、１３…Ｎｄ－Ｍ１合金、１００…モータ、１１２…ステータ、１１３…ロータ、１３０…ロータコア、１０００…掃除機、２０００…無人飛行体、Ｊ…中心軸、Ｍ１，Ｍ２…添加元素

Claims (18)


  1. 　ステータと、ステータに対して中心軸回りに回転可能なロータとを備え、前記ロータまたは前記ステータにネオジム磁石を備えるモータであって、

    　前記ネオジム磁石は、組成式：Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂで表される組成を有する主相と、前記主相よりも高いＮｄ濃度を有する粒界相とを含む材料組織を有し、

    　前記粒界相は、実質的に、Ｎｄと添加元素Ｍ１との合金からなり、

    　前記添加元素Ｍ１は、ＦｅおよびＢ以外の元素であり、

    　前記ネオジム磁石の電気抵抗率が１．５［μΩｍ］以上である、

    　モータ。

  2. 　前記添加元素Ｍ１は、Ｓｉ、Ｇｅからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素である、

    　請求項１に記載のモータ。

  3. 　前記粒界相は、８５原子％以上が、Ｎｄと添加元素Ｍ１との合金からなる、

    　請求項１または２に記載のモータ。

  4. 　前記粒界相を構成する前記合金は、組成式：Ｎｄ１００－ｘＭ１ｘで表される組成を有し、

    　前記ｘは、０を超えて５０以下である、

    　請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ。

  5. 　前記粒界相を構成する前記合金は、組成式：Ｎｄ１００－ｘＭ１ｘで表される組成を有し、

    　前記ｘは、３７．５以上５０以下である、

    　請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ。

  6. 　前記主相は、組成式：Ｎｄ－（Ｆｅ，Ｍ２）－Ｂで表される組成を有し、

    　前記添加元素Ｍ２は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素である、

    　請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ。

  7. 　前記添加元素Ｍ２の含有量は、Ｆｅと前記添加元素Ｍ２の合計含有量を１００原子％とするとき、１原子％以上５原子％以下である、

    　請求項６に記載のモータ。

  8. 　前記ロータは、７００Ｈｚ以上で回転可能である、請求項１から７のいずれか１項に記載のモータ。

  9. 　前記ロータは、前記ステータの径方向外側に位置する、請求項１から８のいずれか１項に記載のモータ。

  10. 　前記ロータは、前記ステータの径方向内側に位置する、請求項１から８のいずれか１項に記載のモータ。

  11. 　前記ネオジム磁石は、軸方向に沿って複数の磁石片に分割される、

    　請求項１から１０のいずれか１項に記載のモータ。

  12. 　前記ロータは、ロータコアと、前記ロータコアに固定される前記ネオジム磁石と、を備える、請求項１から１１のいずれか１項に記載のモータ。

  13. 　前記ネオジム磁石は、前記ロータコアの内部に位置する、請求項１２に記載のモータ。

  14. 　前記ネオジム磁石は、前記ロータコアの径方向外側に位置する、請求項１２に記載のモータ。

  15. 　請求項１から１４のいずれか１項に記載のモータを回転手段として備える、駆動システム。

  16. 　請求項１から１４のいずれか１項に記載のモータを備える、掃除機。

  17. 　請求項１から１４のいずれか１項に記載のモータを備える、無人飛行体。

  18. 　請求項１から１４のいずれか１項に記載のモータを備える、電動航空機。
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