CS213928B1 - Method of manufacturing anisotropic permanent magnets - Google Patents

Description

Vynález řeší způsob výroby anizotropních permanentních magnetů, jejichž řízená orientace je v části nebo v celém objemu magnetu sbíhavá.

Anizotropní permanentní magnety se používají ve velkém počtu aplikací, kde je hlavním úkolem magnetu dodávat co nej vyšší magnetickou indukci do vzduchové mezery nebo do jiných částí magnetického obvodu. Dosud používané anizotropní magnety jsou charakzerizovány tím, že směry snadného magnetování elementárních oblastí magnetu, například práškových částic u práškových materiálů nebo krystalků u litých materiálů, jsou orientovány souhlasně do směru, ve kterém je permanentní magnet magnetován. Tímto způsobem jsou získávány značně vyšší hodnoty remanence a součinu (BH) max ve srovnání s izotropními neorientovanými magnety.

V mnoha případech je výhodnější použít magnety, v jejichž celém objemu nebo v jeho části je vytvořena orientace os snadného magnetování, která je v okolí povrchu alespoň jednoho pólu sbíhavá. Magnety tohoto druhu umožňují podstatně zvýšit hodnotu magnetické indukce v okolí pólu ve srovnání se stávajícími homogenně orientovanými magnety. Zvýšení magnetické indukce dodávané do vnějšího prostoru je dosahováno v menším průřezu než jo orůřoz maga-atu a je způsobeno tím, že sbíhavá orientace koncentruje magnetický tok, zvyšuje jeho hustotu a zmenšuje neužitečný rozptylový tok.

U stávajíoích magnetů se к dosažení anizotropní struktury používá podle druhu materiálu například orientování práškových částic homogenním magnetickým polem, orientování v homogenním magnetickém poli, protlačování, válcování a další postupy. Současná technologická úroveň umožňuje sériově vyrábět magnety, jejichž homogenní orientace je téměř dokonale provedena.

Vytvořit sbíhavou orientaci v požadované oblasti je za dosavadního stavu techniky obtížnější než vytvořit klasickou homogenní orientaci. Je znám způsob, který spočívá v tom, že se konečný magnet zhotoví spojením anizotropních částí, orientovaných homogenně, přičemž se sbíhavá orientace magnetu vytvoří tak, že nejméně u dvou sousedících částí jsou magnetické orientace к sobě složené. Přestože má tento způsob řadu předností, nebol mohou být takto zejména vyrobeny magnety s nejrůznějšími průběhy sbíhavých orientovaných struktur a v nejrůznějších tvarech, jeho hlavní nevýhodou je větší složitost ve srovnání s postupy výroby stávajícíoh homogenně orientovaných magnetů. Tento stav zabraňuje zatím většímu rozšíření magnetů se sbíhavou orientací, přestože v celé řadě aplikací by jejich použití podstatně zvýšilo parametry magnetického obvodu.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob výroby permanentních magnetů s anizotropní sbíhavou orientaoí podle vynálezu, jehož podstatou je, že v tělese zpracovávaného permanentního magnetu se vytvoří magnetická orientace působením stejnosměrného nebo střídavého, popřípadě pulsního magnetického pole, jehož siločáry jsou v okolí

21392а¹ funkčního pólu permanentního magnetu sbíhavé do zmenšené plochy pólu nebo do části plochy tohoto pólu.

Permanentní magnety se sbíhavou orientací je možno podle předmětného vynálezu a výhodou vyrábět z většiny známých druhů magneticky tvrdých materiálů. Příkladem jsou magneticky tvrdé ferity, materiály na bázi vzácných zemin, Alnico, PtCo, MnBi a další. Nový a vyšší účinek na magnetech se sbíhavou orientací je dosahován zejména při použití matriálů s vyššími hodnotami koercitivity a jednoosé magnetokrystalove anizotropie.

Způsob výroby magnetů podle vynálezu může být uplatněn jak při výrobě práškových, tak i litých permanentních magnetů. Při výrobě práškových magnetů se podobně jako při orientování homogenním magnetickým polem vystaví feromagnetické nebo ferimagnetické částice prášku působení magnetického póle před lisováním nebo během lisovacího procesu. Magnetické pole natočí zmagnetované částice svými snadného magnetování do směru siločar. Po orientaci se provede fixace orientovaného uspořádání sLisováním prášku bez pojivá nebo s pojivém a popřípadě slinováním nebo jinými postupy.

Při výrobě litých magnetů se použije sbíhavé magnetické pole při termomagnetickém zpracování, to jest ochlazování odlitku z licí teploty nebo ochlazování po novém ohřevu pod vlivem vnějšího přiloženého magnetického pole. Termomagnetické zpracování permanentního magnetu sbíhavým magnetickým polem podle vynálezu je ovšem možno použít i při výrobě práškových magnetů. Podobně jako při termomagnetickém zpracování homogenním polem se i při použití sbíhavého magnetického pole vylučují po průchodu Curieovou teplotou precipitáty ve směru krystalografické osy, která má nejmenší odchylku od směru siločáry magnetického pole. Tento postup vede к vytvoření sbíhavé magnetické orientované struktury a je výhodný například pro termomagneticky zpracované lité i práškové magnety ze slitin Alnico.

Použité sbíhavé magnetické pole může být stejnosměrné nebo střídavé, stacionární nebo pulsní. Stejně jako při orientaci homogenním polem doporučuje se použít zejména pro orientaci prášku magnetické pole co nejvyšší intenzity, nebot částice musí při otáčení zpravidla překonávat odpor tření a vyšší silové účinky magnetického pole umožní dosáhnout dokonalejší orientaci. Sbíhavé magnetické pole může být vytvořeno rozličnými způsoby pomocí cívek, elektromagnetů nebo permanentních magnetů. Jak je známo z magnetostatiky, sbíhavý průběh mají siločáry například v okolí pólu cívky, solenoidu, elektromagnetů nebo permanentního magnetu, pokud vycházejí do velké vzduchové mezery. Jiným příkladem sbíhavého magnetického pole je pole v malé mezeře mezi dvěma opačnými póly elektromagnetů nebo permanentních magnetů, přičemž jeden z pólů má menší plochu a soustřeďuje siločáry vycházející z větší plochy druhého pólu. Existuje řada dalších řešení z magnetostátištiky vedoucíph к vytvoření sbíhavého magnetického pole.

Sbíhavé orientované struktury magnetů vyrobených způsobem podle vynálezu mohou mít nejrůznější průběhy. Jednotlivé typy strultur jsou určeny pro splnění nejrůznějších požadavků na prostorové rozložení magnetické indukce dodávané mgnetem do vnějšího prostoru a jsou přizpůsobeny . tvarům, rozměrům a таопн^скут vlastnostem maeriálů pro permaientní mmanney. Sbíhavé orientované struktury například koncentrují man^eický tok do věššx nebo menní obLasbi _středu plochy jednoho, dvou nebo více pólů. Změna směru orientace ve sbíhavé struktuře mohou v tělese mgnntu probíhat postupně nebo diskrétně. Anizotropní . sbíhavá strukturamůže být vytvořena v jedné části, ve více částech nebo v celém objemu magnetu a může být přímočará nebo křivočará, a může být provedena ve dvou nebo třech rozměrech.

Př:ík]_a^d 1: ;

Permannnnní magnet se obávající z práškových částic SmCoCuFe o průměrné velikosti částic ; 10 nm Hoovaných s organickém pojivém byl zhotoven ve tvaru válce o průměru 10 mm a ; výšce 5 mm. Sbíhavá orientace zvyšuje hodnotu manneické indukce vyciházejcí ze středu plochy válce pólu . £.

Obr. 1 levá část znázorňuje tuto anizotropní strukturu v řezu rovnoběžně s osou magnetu směěuujcí k pólu, pravá část obr.l z pohledu kolmo k ploše pólu, Magnet byl lisován ve sbíhavém manneickém poli mezi póly, elektromagnetu, jehož jeden pól byl zakončen plochou o průměru 30 mm a druhý přiléhající k pólu S lioovaného pθrmαleneního magnetu byl zakončen kuželovitým pólovým nástavcem s plochou na vrcholu o průměru 2 mm. .laaimání iettezitamgnettického poie v oblasti vzorku magnetu byla 640 kA/m. Dále byl zhotoven pro srovnání mignet s dosud používanou homogeirní orientací (obr.2) ze stejného mteriálu, stejných rozměrů a lioovaný za stejných podmínek pouze s tím roz- dílem, že mmanneické pole o intenzitě 640 kA/m bylo v oblasti vzorku magnetu homogernní ve směru osy válce, na magnetu se sbíhavou orientací bylo dosaženo výrazné zvýSení indukce ve střední Části plochy pólu S ve srovnání s homogenně orientoasným m^an^í^^tem. Jako příklad je možno uvést hodnotu manneické indukce u povrchu pólu £, která je měřena Hallovou sondou přiloženou těsně ke středuplochy pólu. Zatímco na homogenně orientovaném mígnetu byla naměřena indukce 0,15 T, na mannetu sesbíhavou orientací bylo zjištěno zvýšení této indukce o 30 %.

Způsob výroby maanietů podle vynálezu má řadu výhod. Zejména je výhodné, že tímto -ý způsobem je možno zhotovovat magnety se sbíhavou orientací prakticky se stejnými výrobními náklady jako stávaaící homogenně orientované manney. Protože lze vytvořit rozliČ< ’ · né konfinurace průběhu siločar sbíhavého mLanneického pole, je možno vyrábět monety s odpoovádaícími různými průběhy sbíhavých orientovaných struktur podle požadavků na parametry konečného manintu.

aaannty vyrobené způsobem podle vynálezu lze s výhodou uplatnit ve značném počtu aplikací v nejrůznějších oborech. Zvýšení hodnoty manneické indukce ve srovnání se stávajícími manney, která je dodávána do vzduchové mezery nebo do jixých částí maanetického obvodu, zlepšuje parametry motorů, pohonů a nenerátorůs permanentními mgmety, mikrovlných zařízení, měřících přístrojů, eltkrtαkustických měničů, manneických snímačů, relé, ložisek, spojek, sepařátorů, příchytek a dalších zařízení. Zlepšená parametry zde znamenají podle jednotlivých použití například snížení spotřeby energie, vyšší účinnost, výkon točivý moment,přitažlivé nebo odpudivé silové účinky, citlivost a přesnost· Dalším význačným přínosem jsou rozličné možnosti miniaturizace magnetického obvodu, snížení materiálových nákladů, delší životnost a jednodušší konstrukce·

Claims (1)

1. Způsob výroby anizotropních permanentních magnetů, jejichž magnetická orientace je vytvářena působením magnetického pole na litý nebo práškový materiál permanentního magnetu při termodynamickém zpracování, vyznačený tím, že v tšlese zpracovávaného permanentního magnetu se vytvoří magnetická orientace působením stejnosměrného nebo střídavého, popřípadě pulsního magnetického pole, jehož siločáry jsou v okolí funkčního pólu permanentního magnetu sbíhavé do zmenšené plochy pólu nebo do části plochy tohoto pólu.