CN101303929B - 放射状各向异性环形磁铁 - Google Patents

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Abstract

一种放射状各向异性环形磁铁，其具有良好的磁性特性，遍及整个磁铁具有其中心轴和赋予放射状各向异性的方向之间80～100°的角度，并且具有一个沿中心轴方向的长度和一个内径，使得该长度除以该内径为1.4至50。

Description

放射状各向异性环形磁铁
本分案申请是基于申请号为03823303.7，申请日为2003年4月22日，发明名称为“放射状各向异性环形磁铁及制造方法”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及放射状各向异性环形磁铁以及一种制造这种磁铁的方法。
背景技术
通过碾磨晶状、磁性各向异性材料例如铁氧体或稀土合金并且在特定磁场中压制碾磨材料而产生的各向异性磁铁广泛用于扬声器、电动机、测量仪器和其他电气装置中。这些中，因为特别在径向上具有各向异性的磁铁具有极好的磁性特性，可自由地磁化并且不需要加固以将磁铁固定在适当的位置，如在分段磁铁的情况下，它们在AC伺服电动机，DC无刷电动机和其他相关应用中使用。近年来朝向更高电动机性能的趋势已经带来对细长放射状各向异性磁铁的需求。
具有放射状定向的磁铁通过在垂直磁场中垂直压制或者由逆向挤压制造。垂直磁场中的垂直压制其特征在于在压制方向上施加反向磁场通过模芯以便获得放射状定向。也就是，如图1中所示，装入模腔中的磁铁粉末8借助于磁性电路放射状定向，其中由定向磁场产生线圈2产生的磁场通过铁心4和5朝向彼此施加，从铁心穿过模具3，并且通过压力机框架1循环返回。同样图1中显示有上冲头6和下冲头7。
因此，在该产生垂直磁场的垂直压制压力机中，由线圈产生的磁场形成包括铁心、模具和压力机框架的磁性通路。为了减少磁场漏泄损失，铁磁体，主要是黑色金属用作构成形成磁性通路的压力机的部分的材料。磁铁粉末定向磁场的强度由下面的参数设置。铁心直径(磁铁粉末填充内径)在下面表示为B，模具直径(磁铁粉末填充外径)为A，以及磁铁粉末填充高度为L。已经穿过上和下铁心的磁通在铁心中心处从相反的方向相遇并且向上移动到模具中。穿过铁心的磁通的量由铁心的饱和磁通密度确定。铁心中的饱和磁通密度大约为20kG。因此，磁铁粉末填充内径和外径处定向磁场的强度通过用已经穿过上和下铁心的磁通分别除以磁铁粉末装入其中的区域的内表面面积和外表面面积来获得，如下：
2·π·(B/2)2·20/(π·B·L)＝10·B/L        (内圆周)；
2·π·(B/2)2·20/(π·A·L)＝10·B2/(A·L)  (外圆周)。
因为磁场在外圆周处小于内圆周处，为了在填充磁铁粉末的所有区域中获得良好的定向，至少10kOe的磁场在外圆周处是必需的。结果，10·B2/(A·L)＝10，所以L＝B2/A。假定粉末压块的高度大约为填充粉末高度的一半，并且在烧结期间进一步减小到80％，最终获得的磁铁具有非常小的高度。因为铁心饱和这样确定定向磁场的强度，可以被定向的磁铁的大小(也就是高度)取决于铁心形状。制造轴向上细长的圆柱磁铁因此困难。特别地，已经能够制造小直径圆柱磁铁仅到非常短的长度。
制造放射状定向磁铁的逆向挤压处理并不有助于低成本磁铁的生产，因为它需要使用大的装备而具有少的产量。
这样，不管使用哪种方法，放射状各向异性磁铁难以制造。不能实现这种磁铁的低成本、大量生产又使得使用放射状各向异性磁铁的电动机制造非常昂贵。
最近，因为制造商对较低材料和装配成本的强烈期望，已经迫切需要提高放射状各向异性环形磁铁的生产力和装配简易性。除此之外，产品小型化和省力趋势也已经产生对更高磁铁性能的期望。人们相信细长的放射状各向异性环形磁铁可以满足制造商的这种需求。这里，“细长的”用来指其长度大于内径的环形磁铁。
当这种磁铁通过层叠多个短磁铁来实现时，许多问题产生。也就是，磁铁和电动机磁心用粘合剂或者由磁铁与铁磁电动机磁心之间磁性吸引力结合在一起。但是，当粘合剂失效时，因为磁铁之间的吸引力大于磁铁与磁心之间的吸引力，相邻磁铁上的北极和南极结合到彼此。结果，电动机停止运行。而且，即使当粘合剂没有失效时，试图朝向彼此牵引磁性北极和南极的力在粘合剂上产生剪切应力，这促使它失效。相反地，在整体磁铁中，这种力不出现。即使粘合剂碰巧失效，因为磁铁与铁磁电动机磁心由磁力相互吸引，它们不分离。
放射状各向异性环形磁铁通过如图1中所示在垂直磁场中垂直压制来制造，然而该常规工艺仅能生产短的磁铁。生产细长体整体构造的放射状磁铁的方法在JP-A 2-281721中公开。但是，该现有技术发行物描述一种多阶段造型工艺，其中已经装入模腔中的初始粉末被磁性定向并且压制以形成压块。该压块传送到模具的非磁性部分，结果打开的模具磁性部分中的腔再用初始粉末填充，其然后被压制。作为结果的压块同样向下传送。粉末填充和压制这样重复期望的次数，以获得在环形轴向上具有大尺寸L(在下文称作“长度”)的整体压块。
真实长度的放射状各向异性环形磁铁实际上可以由多阶段造型来制造。但是，该过程包括重复地填充和压制粉末，使得连接在粉末压块中形成。另外，生产单个多层粉末压块所需的长造型时间使得这种处理不适合大量生产。而且，压块压制期间施加的负荷是恒定的，所以从具有均匀密度的作为结果的压块获得的烧结体易于在粉末压块中的连接处显现裂缝。JP-A 10-55929公开一种在基于Nd-Fe-B的磁铁的情况下通过将多阶段造型期间压块的密度设置成至少3.1g/cm3的值，并且执行最终压制操作(由最终压制获得的压块在这里称作“最终压块”)以便产生高于直到那点获得的压块(在这里称作“预备压块”)密度的、至少0.2g/cm3的压块密度，来减少粉末压块中连接处的裂缝形成。
但是，这种方法需要严格的压力控制。而且，因为磁铁粉末的情况依赖于磁铁粉末的粒子大小和粒子大小分布以及粘合剂的类型和量而显著变化，最佳压力每次不同，使得压制条件难以设置。另外，如果预备压块具有低密度，它们在第二及随后压制操作期间经受磁场的影响，导致不良的磁性特性。如果最终压块具有低密度，裂缝在连接处形成。另一方面，具有太高密度的最终压块将导致最终压制期间定向的干扰。因此，由前述过程以这种方法制造细长放射状各向异性环形磁铁以便实现良好的磁性特性和良好的产量非常困难。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种具有良好磁性特性的放射状各向异性环形磁铁。本发明的另一个目的在于提供一种通过在水平磁场中垂直压制来制造这种放射状各向异性环形磁铁的方法。
因此，本发明提供下面的放射状各向异性环形磁铁及制造方法。
(1)一种放射状各向异性环形磁铁，其特征在于遍及整个磁铁具有其中心轴和放射状各向异性给予方向之间80～100°的角度。
(2)根据上面(1)的放射状各向异性环形磁铁，其特征在于在垂直于其中心轴的平面上，具有至少80％的相对于径向的磁铁粉末平均定向度。
(3)根据上面(1)或(2)的放射状各向异性环形磁铁，其特征在于具有中心轴方向上的长度和内径使得长度除以内径至少为0.5。
(4)一种制造放射状各向异性环形磁铁的方法，其中装入圆柱磁铁形成模子中的腔中的磁铁粉末在定向磁场的施加下由水平磁场垂直压制过程压制，其中圆柱磁铁形成模子具有至少部分由饱和磁通密度至少为5kG的铁磁材料组成的铁心；该方法其特征在于执行下面的操作(i)～(v)中至少一个：
(i)在磁场施加期间在模子圆周方向上旋转磁铁粉末给定角度，
(ii)在磁场施加之后在模子圆周方向上旋转磁铁粉末给定角度，然后再施加磁场，
(iii)在磁场施加期间，相对于磁铁粉末在模子圆周方向上旋转磁场产生线圈给定角度，
(iv)在磁场施加之后，相对于磁铁粉末在模子圆周方向上旋转磁场产生线圈给定角度，然后再施加磁场，
(v)使用多个线圈对，以首先用一个线圈对施加磁场，然后用另一个线圈对施加磁场
以便将来自多个方向而不是一个方向的磁场施加到磁铁粉末，从而在压制操作中制造遍及整个磁铁具有其中心轴和放射状各向异性给予方向之间80～100°的角度的放射状各向异性环形磁铁。
(5)根据上面(4)的制造放射状各向异性环形磁铁的方法，其特征在于如果填充磁铁粉末被旋转，这种旋转通过在其圆周方向上旋转至少铁心、模具或模子的冲头来实现。
(6)根据上面(4)的制造放射状各向异性环形磁铁的方法，其特征在于如果填充磁铁粉末在磁场施加之后旋转，铁磁铁心和磁铁粉末具有至少50G的剩余磁化值，并且磁铁粉末通过在圆周方向上旋转铁心来旋转。
(7)根据上面(4)～(6)中任何一个的制造放射状各向异性环形磁铁的方法，其特征在于在水平磁场内垂直压制期间产生的磁场为0.5～10kOe。
(8)根据上面(4)～(7)中任何一个的制造放射状各向异性环形磁铁的方法，其特征在于正好在压制之前或压制期间由产生水平磁场的垂直压制压力机产生的磁场为0.5～3kOe。
(9)根据上面(4)～(8)中任何一个的制造放射状各向异性环形磁铁的方法，其特征在于在施加磁场一次或多次之后，磁铁粉末在至少0但小于0.5kOe的线圈产生的磁场施加下旋转60～120°+n×180°(其中n是≥0的整数)，后者磁场为先前施加磁场的1/20～1/3大，并且磁铁粉末在所述施加期间或之后压制。
本发明允许具有极好性能且在装配操作中容易操作的放射状各向异性环形磁铁的低成本、大量供给。
附图说明
图1显示用来制造放射状各向异性圆柱磁铁的现有技术产生垂直磁场的垂直压制压力机。图1(a)是纵截面视图，而图1(b)是沿着图1(a)中线A-A’获取的横截面视图。
图2是显示相对于环形磁铁中心轴的各种赋予放射状各向异性的方向的角度的图。
图3显示用来制造圆柱磁铁的产生水平磁场的垂直压制压力机的实例。图3(a)是平面图，而图3(b)是纵截面视图。
图4示意地显示当在圆柱磁铁生产期间磁场由产生水平磁场的垂直压制压力机产生时的磁力线。图4(a)显示根据本发明的压制，而图4(b)显示现有技术的压制。
图5显示用于制造圆柱磁铁的产生旋转水平磁场的垂直压制压力机。
图6是用磁化器磁化的圆柱磁铁的示意图。
图7是由在六极配置中经受多极磁化的圆柱磁铁和九个定子齿装配的三相电动机的平面图。
图8显示当使用产生水平磁场的垂直压制压力机根据本发明制造的、基于Nd-Fe-B的圆柱磁铁经受六极磁化时的表面磁通密度。
图9显示当使用现有技术产生水平磁场的垂直压制压力机制造的、基于Nd-Fe-B的圆柱磁铁经受六极磁化时的表面磁通密度。
具体实施方式
本发明在下面更完整地描述。下面的描述主要涉及基于Nd-Fe-B的圆柱烧结磁铁。但是，它并不仅局限于基于Nd-Fe-B的磁铁，并且同样适用于铁氧体磁铁，基于Sm-Co的稀土磁铁以及各种类型粘结磁铁的制造。
本发明的放射状各向异性环形磁铁优选地通过在正好压制之前漂移的磁场中执行压制操作来制造。而且，如图2中所示，本发明的环形磁铁遍及整体具有磁铁中心轴和赋予放射状各向异性的方向之间80～100°的角度。优选地，本发明的磁铁在垂直于其中心轴的平面上具有至少80％的相对于径向的磁铁平均定向度。同样优选地，本发明的磁铁具有中心轴方向上的长度和内径，使得长度除以内径至少为0.5。
因为环形磁铁中心轴和赋予放射状各向异性的方向之间的角度进一步背离80～100°的范围，由放射状各向异性环形磁铁产生的磁通的仅余弦分量停止有助于电动机中的旋转力，导致较小的电动机转矩。因此，环形磁铁中心轴和赋予放射状各向异性的方向之间的角度必须在80～100°的范围内。另外，放射状各向异性环形磁铁的大部分实践应用是电动机例如AC伺服电动机和DC换向器电动机。当放射状各向异性环形磁铁在电动机中使用时，歪斜被赋予到磁铁或定子以抵销钝转。如果环形磁铁的中心轴和赋予放射状各向异性的方向之间的角度落在80～100°范围之外，歪斜的有效性减小。该趋势特别地在环形磁铁的中心轴和赋予放射状各向异性的方向之间的角度在其长度方向上在放射状各向异性环形磁铁末端处基本上背离80～100°的情况下声明。当赋予歪斜时，在磁铁上存在末端和中心部分具有相反极性的位置；北极和南极处磁通的比例线性且逐渐改变，从而减小钝转。但是，在磁铁的末端处，环形磁铁的中心轴和赋予放射状各向异性的方向之间的角度基本上背离80～100°；因此，具有与磁铁中心处的极性相反的极性的末端处的磁通变小。
在其末端处与100°的角度背离特别大的磁铁在下面的制造过程中产生。到目前为止，放射状各向异性环形磁铁已经由如图1中所示垂直磁场中的垂直压制来生产。但是，如上所述，常规方法仅能够生产短的环形磁铁。在由多阶段压制过程产生的环形磁铁中，分离出现在作为结果的磁铁内的连接处，并且磁极中的干扰发生。而且，磁铁可能分成段；因为分离平面处的表面处理是不可能的，这导致腐蚀。当定向使用图1中所示产生垂直磁场的垂直压制压力机执行时，如果强于铁心饱和磁化的磁场被施加以便实现较大的磁铁长度，铁心饱和之后，来自上冲头磁场产生线圈和下冲头磁场产生线圈的磁力线从相反方向相遇而不穿过铁心，并且在径向上产生磁场。但是，铁心中心轴和赋予放射状各向异性的方向之间的角度显著偏离于80～100°，趋势在上和下冲头附近增大。结果，环形磁铁的中心轴和赋予放射状各向异性的方向之间的角度在磁铁末端处变小，使得该过程不适合于放射状各向异性环形磁铁的制造。
因此，环形磁铁遍及整体具有80～100°的其中心轴和赋予放射状各向异性的方向之间的角度是重要的。
磁铁的定向度f如下计算。
f＝Br/[Is×{ρ/ρ0×(1-α)2/3]
在上面的公式中，Br代表剩余磁通密度，Is表示饱和磁化，ρ是烧结体的密度，ρ0是理论密度，且α是非磁相的容积比。
在低的定向度处，由磁铁产生的磁通低且电动机转矩小。而且，磁化能力可能受损害。因为电动机磁化经常使用电动机转子来实现，磁化能力的下降可能是严重的问题。因此，在本发明的放射状各向异性环形磁铁中，磁铁具有优选地至少80％，且最优地80～100％的平均定向度。
为了装配操作中处理的简易，优选地，环形磁铁具有中心轴方向上的长度和内径，使得长度除以内径(长度/内径)为至少0.5，优选地0.5～50。
这种放射状各向异性环形磁铁优选地使用下面描述的水平磁场中垂直压制的过程来制造。图3显示用于在圆柱磁铁压制期间在磁场中执行定向的产生水平磁场的垂直压制压力机。该图特别地说明用于制造电动机磁铁的产生水平磁场的垂直压制压力机。与图1中一样，该图显示压力机框架1，定向磁场产生线圈2，模具3和铁心5a。同样显示有上冲头6，下冲头7，填充磁铁粉末8，和极片9。
在本发明的实践中，铁心5a的至少部分优选地全部由具有至少5kG，优选地5～24kG，最优地10～24kG的饱和磁通密度的铁磁体组成。适当铁心材料的实例包括使用含铁材料、基于钴的材料，或者其合金制备的铁磁体。
通过在铁心中使用具有至少5kG的饱和磁通密度的铁磁体，当定向磁场施加到磁铁粉末时，磁通试图垂直地进入铁磁体，产生几乎放射状的磁力线。因此，如图4a中所示，用磁铁粉末填充的区域中磁场的方向可以制造成接近放射状定向。相反地，在现有技术中，整个铁心5b由无磁性或者具有与磁铁粉末相当的饱和磁通密度的材料制成。在这种情况下，如图4b中所示，磁力线相互平行；在图中，虽然磁力线在中心附近确实在径向上延伸，朝向顶部和底部它们仅在由线圈产生的定向磁场的方向上延伸。即使当铁心由铁磁体制成时，如果它具有低于5kG的饱和磁通密度，它容易饱和。在这种情况下，尽管使用铁磁体铁心，磁场将处于与图4b中所示接近的状态中。另外，在小于5kG的饱和磁通密度时，铁心具有与填充磁铁粉末相同的饱和磁通密度(填充磁铁粉末的饱和磁通密度＝磁铁的饱和磁通密度×填充密度)，并且填充磁铁粉末和铁磁铁心内磁通的方向与由线圈产生的磁场方向相同。
具有至少5kG的饱和磁通密度的铁磁体用作铁心的一部分提供与上述那些类似的效果，因此是可接受的，虽然优选地，整个铁心由铁磁体制成。
但是，仅仅用铁磁体形成铁心材料凭其自身并不能导致在接近于与由线圈产生的定向磁场方向垂直的方向上的放射状定向。当铁磁体存在于磁场中时，因为磁通以试图垂直地进入铁磁体的这样一种方式吸引到铁磁体，磁通密度在位于磁场方向上的铁磁体表面处升高而在垂直于磁场的表面处降低。因此，当铁磁体铁心放置在模子中时，填充磁铁粉末在平行于磁场方向的铁磁体铁心表面处由强磁场良好地定向，而在垂直于磁场的铁心表面处没有非常好地定向。为了补偿这一点，磁铁粉末相对于由线圈产生的磁场而旋转，在磁场施加期间或之后，以便将不完全定向的区域置于平行于磁场的位置中从而经受较高的磁通密度以便重新定向它们。这使得良好的磁铁可以获得。在磁场施加之后或者在初始施加磁场的至多三分之一的磁场中，磁铁粉末的相对旋转甚至更优选。虽然初始定向的磁铁粉末的区域这样可能在随后的定向中置于垂直于施加磁场的位置中，因为这种位置的磁通密度小，良好的初始定向没有在任何显著程度上被干扰。
相对于由线圈产生的磁场旋转磁铁粉末的方法包括在每次改变磁场之后一次或多次执行下面操作(i)～(v)中至少一个：
(i)在磁场施加期间在模子圆周方向上旋转磁铁粉末给定角度；
(ii)在磁场施加之后在模子圆周方向上旋转磁铁粉末给定角度，然后再施加磁场，
(iii)在磁场施加期间，相对于磁铁粉末在模子圆周方向上旋转磁场产生线圈给定角度，
(iv)在磁场施加之后，相对于磁铁粉末在模子圆周方向上旋转磁场产生线圈给定角度，然后再施加磁场，
(v)使用多个线圈对，以首先用一个线圈对施加磁场，然后用另一对线圈施加磁场。
只要填充磁铁粉末以图5中所示的方式相对于线圈产生的磁场方向可旋转，这种旋转可以通过旋转定向磁场产生线圈2，铁心5a，模具3或上和下冲头6和7来实现。特别是在磁场施加之后填充磁铁粉末被旋转的那些情况下，如果铁磁铁心和磁铁粉末提供有至少50G，且优选地至少100G的剩余磁化，磁性吸引力将在磁铁粉末和铁磁铁心之间产生，使得磁铁粉末的旋转能够仅通过旋转铁磁铁心来实现。
因为使用多个线圈对以首先在一个方向上施加磁场然后在另一个方向上施加磁场基本上与相对于彼此旋转磁场方向和磁铁粉末相同，该方法也可以用来实现相同的效果。
当旋转在磁场施加之前恰好压制操作之前执行时，旋转之后施加的磁场小。因此，在旋转期间施加大磁场将防止旋转之后磁场的最终施加具有可观察的效果。出于这个原因，旋转期间施加的磁场强度优选地为0～0.5kOe，更优地0.3kOe或更小。典型地优选为在磁场不存在的情况下旋转。因为受旋转之前磁场施加干扰的磁铁粉末中的那些位置处于垂直于旋转之前磁场方向的位置，减轻这些位置处的干扰的旋转角度优选地为60～120°+n×180°(其中n是≥0的整数)，更优地90°+n×180°(其中n是≥0的整数)±10°。旋转角度典型地为90°+n×180°(其中n是≥0的整数)。如果强磁场在旋转之前施加，这导致在与施加磁场方向垂直的方向上与放射状定向的大的偏离。因此，除非在旋转之后施加的磁场强度也大于旋转之前磁场弱的情况，定向的干扰不减轻。仍然，如果旋转之后施加的磁场太强，作为结果的定向将在垂直于磁场方向的方向上偏离于放射状定向。因此，旋转之后施加的磁场优选地为旋转之前施加磁场的1/20～1/3，最优地1/10～1/3大。
这里，当在产生水平磁场的垂直压制压力机中产生的磁场大时，图4a中的铁心5a变得饱和并且采取接近于图4b中所示的状态。也就是，定向磁场赋予几乎平行的定向而不是放射状定向。因此，磁场优选地具有不大于10kOe的强度。当使用铁磁铁心时，磁通集中在铁心中，产生在铁心附近大于由线圈产生的磁场的磁场。但是，如果定向磁场太小，足够用于定向的磁场将不会获得，即使在铁心附近。因此，至少0.5kOe的施加磁场强度是优选的。如刚才说明的，因为铁磁体附近磁通的集中，磁场在这里变得较大。因此，短语“由产生水平磁场的垂直压制压力机产生的磁场”在这里指在足够从铁磁体去除的位置中的磁场，或者指铁磁铁心不存在时测量的磁场值。
相对于由线圈产生的磁场方向旋转磁铁粉末使得不完全定向的区域能够由磁场方向上的强磁场重新定向。虽然初始定向的区域可能在随后定向时在垂直于磁场的区域中竖着，如已经解释的，因为这种区域的磁通密度低，良好的初始定向不会在任何显著程度上被干扰。但是，如果产生的磁场相对大，局部的干扰有时发生。在这种情况下，正好在压制操作之前，通过相对于线圈产生的磁场方向旋转磁铁粉末大约90°而不施加磁场，然后施加小于压制期间施加的磁场，优选地0.5～3kOe的磁场，随后压制粉末，重新定向可以仅在磁场方向上实现，使得更完全的放射状定向可以实现。如果由产生水平磁场的垂直压制压力机在压制操作之前产生的磁场超过3kOe，如上所述，这种大小磁场的施加使得已经具有良好定向的区域经受多余的、不必要的磁场。另一方面，由压力机产生的、小于0.5kOe的磁场太弱以致于不能改进定向。因此，0.5～3kOe范围内的磁场是优选的。
而且，在实施本发明时，多次赋予定向是期望的。减小多个阶段中的磁场强度是有利的。赋予定向三次特别优选。执行这种定向高达五次对于实现良好的磁性特性是有利的。
除了上述情况之外，本发明的放射状各向异性环形磁铁可以由水平磁场中的另外普通垂直压制处理获得，包括施加定向磁场到磁铁粉末，在50～2,000kg/cm2的压力范围中压制粉末，并且在1,000～2,000℃的惰性气体中焙烧压制后的压块。烧结体然后经受这种操作例如时效处理和机械加工以给出烧结的磁铁。本发明可以使得所需轴向长度的磁铁能够由单个粉末填充操作和单个压制操作来获得，虽然几个压制操作可以使用。
在本发明的处理中使用的磁铁粉末不受任何特定限制。本发明的处理特别地适合于基于Nd-Fe-B的圆柱磁铁的制造，但是也可以有效地用于制造铁氧体磁铁，基于Sm-C0的稀土磁铁和特种类型的粘结磁铁。在这些情况的每个下，压制优选地使用具有0.1～10μm，特别地1～8μm的平均粒子大小的合金粉末执行。
实例
本发明的实例和比较实例在下面给出以说明本发明，而不打算限制其范围。
实例和比较实例
钕、镝、铁、钴和M(其中M代表铝、硅或铜)，每种具有99.7wt％的纯度，以及99.5wt％纯度的硼在真空熔化炉中熔化和浇铸，以产生由基于Nd2Fe14B的磁铁合金(Nd31.5Dy2Fe62Co3B1Cu0.2Al0.3Si1；下标表示重量百分数)组成的锭。该锭用颚式破碎机压碎，然后在喷射碾磨机中使用氮流减小到3.5μm的平均粒子大小。作为结果的粉末在图3中所示产生水平磁场的垂直压制压力机中围绕具有20kG饱和磁通密度的铁磁体铁心(S50C)造型。
在实例1中，磁铁粉末在4kOe的线圈产生的磁场中定向，此后线圈被旋转90°并且粉末在1kOe的定向磁场和500kgf/cm2的压力下压制。此时使用的模子具有30mm的外径，17mm的内径，和60mm深的腔。磁铁粉末的填充密度为33％。粉末压块在1,090℃下在氩气中烧结长达一小时，此后烧结体在490℃下热处理长达一小时。作为结果的放射状磁铁具有26mm的外径，19mm的内径和27mm的长度(长度/内径＝1.4)。在侧面上测量2mm的样品在磁场方向上从磁铁的中心部分切除，并且样品的磁性特性使用振动样品磁强计(VSM)测量。结果如下：剩余磁通密度(Br)＝12.1kG，矫顽磁性(iHc)＝15kOe，定向度＝89％。环形磁铁的中心轴和赋予放射状各向异性的方向之间形成的角度在磁铁纵向中心处为87°，在距离顶面3mm处为91°且在距离底面3mm处为89°。
在实例2中，使用与实例1中相同类型的模子和磁铁粉末。磁铁粉末的填充密度为32％。粉末在4kOe的线圈产生的磁场中定向，此后模具、铁心和冲头旋转90°并且粉末在1.5kOe的定向磁场和500kgf/cm2的压力下压制。粉末压块在1,090℃下在氩气中烧结长达一小时，然后烧结体在490℃下热处理长达一小时。作为结果的放射状磁铁具有26mm的外径，19mm的内径和27mm的长度(长度/内径＝1.4)。在侧面上测量2mm的样品在磁场方向上从磁铁的中心部分切除，并且磁性特性使用VSM测量。结果如下：Br＝12.0kG，iHc＝15kOe，定向度＝88％。
在实例3中，使用与实例1中相同类型的模子和磁铁粉末。磁铁粉末的填充密度为32％。粉末在4.5kOe的线圈产生的磁场中定向，此后尖端处剩余磁化为0.2kG的铁心旋转90°。此时磁铁粉末的剩余磁化为600G。粉末在0.7kOe的定向磁场和500kgf/cm2的压力下压制。粉末压块在1,090℃下在氩气中烧结长达一小时，此后烧结体在490℃下热处理长达一小时。作为结果的放射状磁铁具有26mm的外径，19mm的内径和27mm的长度(长度/内径＝1.4)。在侧面上测量2mm的样品在磁场方向上从磁铁的中心部分切除，并且磁性特性使用VSM测量。结果如下：Br＝11.9kG，iHc＝15kOe，定向度＝87％。
实例1，2和3中获得的磁铁随后机械加工，给出具有25mm的外径、20mm的内径和25mm的长度的圆柱磁铁。
这些圆柱磁铁使用图6中所示的磁化器歪斜磁化(六极配置，20°)。在每种情况下，电动机然后被构建，其中作为结果的磁化磁铁安装在与磁铁相同高度并且具有图7中所示结构的定子中。
图6和7显示圆柱磁铁11，磁化器20，磁化器极齿21，磁化器线圈22，三相电动机30，定子齿31，和线圈32。
实例1中获得的电动机以5,000rpm旋转，并且感生电动势被测量。另外，相同电动机以5rmp旋转时的转矩脉动程度使用转矩传感器来测量。类似的测量在其他实例中执行。表格1显示每个实例中感生电动势的最大绝对值，以及最大和最小转矩脉动之间的差。
在实例4中，使用与实例1中相同的产生水平磁场的垂直压制压力机，其中线圈可以旋转，定向在10kOe的磁场中用90°旋转来执行。继之以磁场不存在时的90°旋转，此后粉末在500kgf/cm2的压力下压制同时使粉末在1.5kOe的磁场中再次经受定向。粉末压块在1,090℃下在氩气中烧结长达一小时，此后烧结体在490℃下热处理长达一小时。作为结果的放射状磁铁具有26mm的外径，19mm的内径和27mm的长度(长度/内径＝1.4)。在侧面上测量2mm的样品在磁场方向上从磁铁的中心部分切除，并且磁性特性使用VSM测量。结果如下：Br＝12.0kG，iHc＝15kOe，定向度＝88％。磁铁被机械加工成与实例1中相同的形状，并且电动机特性被测量。
在比较实例1中，使用产生垂直磁场的垂直压制模子。模子形状和铁心材料与实例1中相同，但是模具材料是具有15kG饱和磁通密度的SKD11。磁铁粉末的填充密度为33％，并且相反的30kOe脉冲磁场从上和下线圈施加。粉末随后在500kgf/cm2的压力下压制。粉末压块在1,090℃下在氩气中烧结长达一小时，此后在490℃下热处理长达一小时。作为结果的放射状磁铁在其顶部和底部处具有27mm的外径和19.5mm的内径，而在中心处具有26mm的外径和18.7mm的内径，以及27mm的长度。长度/内径比的平均值为1.35。在侧面上测量2mm的样品在磁场方向上从磁铁的中心部分切除，并且磁性特性使用VSM测量。结果如下：Br＝11.8kG，iHc＝15kOe，定向度＝87％。在与磁铁顶面和底面3mm的距离处，环形磁铁的中心轴和赋予放射状各向异性的方向之间形成的角度在距离磁铁顶面3mm处为120°而在距离底面3mm处为60°。磁铁被机械加工成与实例1中相同的形状，并且与实例1中相同的磁铁的电动机特性被测量。
在比较实例2中，使用产生垂直磁场的垂直压制模子。模子形状和铁心材料与实例1中相同，但是模具材料是具有15kG饱和磁通密度的SKD11。磁铁粉末的填充密度为28％，并且相反的3kOe脉冲磁场从上和下线圈施加。粉末随后在300kgf/cm2的压力下压制。粉末压块在1,090℃下在氩气中烧结长达一小时，然后在490℃下热处理长达一小时。作为结果的放射状磁铁具有25.8mm的外径，19.5mm的内径，和27mm的长度。长度/内径比的平均值为1.4。在侧面上测量2mm的样品在磁场方向上从磁铁的中心部分切除，并且磁性特性使用VSM测量。结果如下：Br＝9.5kG，iHc＝16kOe，定向度＝70％。磁铁被机械加工成与实例1中相同的形状，并且电动机特性被测量。
在比较实例3中，磁铁粉末在与实例1中相同的压制条件下在4kOe的磁场中定向，但是随后的过程不同。也就是，磁铁粉末然后在这种状态下在磁场中在500kgf/cm2的压力下压制而不旋转。接下来，粉末压块在1,090℃下在氩气中烧结长达一小时，此后它在490℃下热处理长达一小时。作为结果的放射状磁铁具有26mm的外径，19mm的内径，和27mm的长度(长度/内径＝1.4)。在侧面上测量2mm的样品在磁场方向上从磁铁的中心部分切除，并且磁性特性使用VSM测量。结果如下：Br＝12.3kG，iHc＝15kOe，定向度＝90％。分别地，在侧面上测量2mm的样品在垂直于环形中心轴的平面上从磁场方向偏移90°的方向上从磁铁的中心部分切除，并且磁性特性被测量，具有结果：Br＝2.5kG，iHc＝15.8kOe，定向度＝18％。磁铁被机械加工成与实例1中相同的形状，并且电动机特性被测量。
来自实例和比较实例的结果在表格1中给出。
表格1
  感生电动势(有效值)(mV/rpm)   转矩脉动(mNm)
  实例1   15.7   6.7
  实例2   15.8   6.7
  实例3   15.6   6.6
  实例4   15.3   6.5
  比较实例1   13.2   8.4
  比较实例2   9.5   5.9
  比较实例3   11.8   6.3
从表格1中显然，与转矩相对应的感生电动势在根据本发明的实例中比在比较实例中大得多。这说明本发明的方法是为电动机制造磁铁的极好方法。
图8显示对根据本发明的实例1中获得的转子磁铁测量的表面磁通，而图9显示对比较实例3中获得的转子磁铁测量的表面磁通。在实例1中，每个极是相似的，并且具有相对于比较实例3大的表面面积。因此，在根据本发明的实例中，大的磁场可以均匀地产生。
通过本发明，可以获得具有良好磁性特性的放射状各向异性环形磁铁。

Claims (2)

1.一种放射状各向异性环形磁铁，其特征在于遍及整个磁铁具有其中心轴和赋予放射状各向异性的方向之间80～100°的角度，并且具有一个沿中心轴方向的长度和一个内径，使得该长度除以该内径为至少0.5，其中
该放射状各向异性环形磁铁通过一种方法制成，在该方法中装入圆柱磁铁形成模子中的腔中的磁铁粉末在定向磁场的施加下由水平磁场垂直压制过程压制，其中圆柱磁铁形成模子具有至少部分由饱和磁通密度至少为5kG的铁磁材料组成的铁心；该方法包括如下步骤：
执行下面的操作(i)～(v)中至少一个：
(i)在磁场施加期间在模子圆周方向上旋转磁铁粉末给定角度；
(ii)在磁场施加之后在模子圆周方向上旋转磁铁粉末给定角度，然后再施加磁场；
(iii)在磁场施加期间，相对于磁铁粉末在模子圆周方向上旋转磁场产生线圈给定角度；
(iv)在磁场施加之后，相对于磁铁粉末在模子圆周方向上旋转磁场产生线圈给定角度，然后再施加磁场；
(v)使用多个线圈对，首先用一个线圈对施加磁场，然后用另一个线圈对施加磁场；以及
在施加磁场一次或多次以后，将磁铁粉末在至少是0但小于0.5kOe的线圈产生的磁场的施加下旋转60～120°+n×180°，其中n为≥0的整数，后来的磁场为先前施加的磁场的1/20～1/3大，并且
在后来的磁场施加期间或之后压制所述磁铁粉末。
2.根据权利要求1的放射状各向异性环形磁铁，其特征在于在垂直于其中心轴的平面上，具有至少80％的相对于径向的磁铁的平均定向度。
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