CS213928B1

CS213928B1 - Method of manufacturing anisotropic permanent magnets

Info

Publication number: CS213928B1
Application number: CS801051A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Landa; Zdenek Blazek
Original assignee: Vaclav Landa; Zdenek Blazek
Priority date: 1980-02-15
Filing date: 1980-02-15
Publication date: 1982-04-09
Also published as: BG34432A1; DE3046515C2; JPS56118302A; FR2476377A1; GB2069766A; DD160644A3; GB2069766B; FR2476377B1; DE3046515A1

Abstract

A method is provided of producing an anisotropic permanent magnet exhibiting in a part or in the whole magnet volume a convergent magnetic orientation which enhances magnetic induction and which is reduced in cross-sectional area by concentrating the magnetic flux. During formation the directions of facile magnetization in the permanent magnet, for instance during orientation of powdered particles or during thermomagnetic treatment, the material of the permanent magnet is subjected to the effect of an external magnetic field, the lines of force of which are convergent in the region of the magnet where the orientation is to be made convergent. <IMAGE>

Description

Vynález řeší způsob výroby anizotropních permanentních magnetů, jejichž řízená orientace je v části nebo v celém objemu magnetu sbíhavá.The present invention provides a method for manufacturing anisotropic permanent magnets whose controlled orientation is convergent in part or all of the magnet volume.

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.Anisotropic permanent magnets are used in a large number of applications where the main task of a magnet is to supply the highest possible magnetic induction to the air gap or to other parts of the magnetic circuit. The anisotropic magnets used hitherto are characterized in that the directions of easy magnetization of the elemental regions of the magnet, for example powder particles in powdered materials or crystals in cast materials, are aligned in the direction in which the permanent magnet is magnetized. In this way, considerably higher values of remanence and product (BH) max are obtained compared to isotropic non-oriented magnets.

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.In many cases, it is preferable to use magnets in which all or part of the magnets have an orientation of the axis of easy magnetization that is convergent around the surface of the at least one pole. Magnets of this kind make it possible to significantly increase the value of magnetic induction around the pole compared to existing homogeneously oriented magnets. The increase in magnetic induction supplied to the outer space is achieved in a smaller cross-section than that of the magma-at ore, and is due to the convergent orientation concentrating the magnetic flux, increasing its density and reducing the useless scattering flux.

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.In existing magnets, for example, orientation of powder particles through a homogeneous magnetic field, orientation in a homogeneous magnetic field, extrusion, rolling and other processes are used to achieve an anisotropic structure according to the type of material. The current state of the art makes it possible to produce magnets in series, whose homogeneous orientation is almost perfectly executed.

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.It is more difficult to provide a convergent orientation in a desired region in the prior art than to create a conventional homogeneous orientation. A method is known in which the final magnet is produced by combining anisotropic parts oriented homogeneously, wherein the convergent orientation of the magnet is formed such that at least two adjacent parts are magnetically oriented together. Although this method has a number of advantages, in particular magnets having a wide variety of converging oriented structures and in various shapes can be produced in this way, its main disadvantage is its greater complexity compared to the processes for producing existing homogeneously oriented magnets. This prevents the convergent orientation of the magnets so far, although in many applications their use would significantly increase the magnetic circuit parameters.

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 okolíThe aforementioned drawbacks are eliminated by the method of manufacturing permanent magnets with anisotropic converging orientations according to the invention, which is based on the fact that in the body of the processed permanent magnet a magnetic orientation is created under the influence of DC or AC or pulse magnetic field.

21392а¹ funkčního pólu permanentního magnetu sbíhavé do zmenšené plochy pólu nebo do části plochy tohoto pólu.21392a ¹ of a permanent magnet functional pole converging into a reduced pole area or a portion of that pole surface.

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.The convergent orientation permanent magnets can be produced in accordance with the present invention and advantageously from most known types of magnetically hard materials. Examples are magnetically hard ferrites, rare earth materials, Alnico, PtCo, MnBi and others. New and higher effect on convergent orientation magnets is achieved especially when using materials with higher coercivity values and uniaxial magnetocrystalline anisotropy.

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.The method of manufacturing the magnets of the invention can be applied to both the production of powdered and cast permanent magnets. In the manufacture of powder magnets, as in the orientation of a homogeneous magnetic field, ferromagnetic or ferromagnetic powder particles are exposed to the magnetic pole before or during the molding process. The magnetic field rotates the magnetized particles with its easy magnetization in the direction of the field lines. After orientation, the oriented arrangement is fixed by compressing the powder without a binder or with a binder and optionally sintering or other methods.

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.In the manufacture of cast magnets, a converging magnetic field is used in thermomagnetic treatment, i.e., cooling the casting from the casting temperature or cooling after re-heating under the influence of the external magnetic field applied. However, the thermomagnetic treatment of a permanent magnet by the convergent magnetic field of the invention can also be used in the manufacture of powder magnets. As with homogeneous thermomagnetic treatment, using a convergent magnetic field, precipitates are precipitated in the direction of the crystallographic axis, which has the smallest deviation from the magnetic field line direction, after passing through Curie's temperature. This process leads to the formation of a converging magnetic oriented structure and is advantageous, for example, for thermomagnetically processed Alnico alloy cast and powder magnets.

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.The converging magnetic field used can be DC or AC, stationary or pulsed. As with homogeneous field orientation, it is recommended to use a magnetic field of the highest possible intensity for the powder orientation, since the particles generally have to overcome the friction resistance when rotating and the higher magnetic field force effects allow better orientation. The converging magnetic field can be created in various ways by means of coils, electromagnets or permanent magnets. As is known from magnetostatics, the lines of convergence have, for example, around the coil pole, solenoid, electromagnets or permanent magnet, as long as they emerge into a large air gap. Another example of a converging magnetic field is a field in a small gap between two opposite poles of electromagnets or permanent magnets, one of the poles having a smaller area and concentrating field lines extending from a larger area of the other pole. There are a number of other magneto-statics solutions leading to a converging magnetic field.

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.The convergent oriented structures of the magnets produced by the method of the invention may have a wide variety of waveforms. Individual types of strultures are designed to meet various requirements for spatial distribution of magnetic induction supplied by mgnet to the outside space and are adapted. shapes, dimensions and таопн ^ скут properties of materials for permaient mmanney. For example, converging oriented structures concentrate the man-flow into the larger or smaller area in the front of the surface of one, two or more poles. The change of orientation direction in the convergent structure may take place gradually or discreetly in the mgnnt body. Anisotropic. the convergent structure may be formed in one part, in several parts or in the entire volume of the magnet, and may be rectilinear or curvilinear, and may be in two or three dimensions.

Př:ík]_a^d 1: ;Example] _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 . £.Permannnnn fears of SmCoCuFe powder particles of average particle size; 10 nm Hoated with an organic binder was made in the form of a cylinder with a diameter of 10 mm and; height 5 mm. The converging orientation increases the value of mannee induction extending from the center of the pole cylinder surface. £.

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 %.Giant. 1 shows the anisotropic structure in a cross-section parallel to the pole axis of the magnet, the right part of FIG. 1 viewed perpendicular to the pole surface. The magnet was pressed in a converging manneic field between the poles of an electromagnet with one pole terminated with 30 mm diameter. and the other adjacent to the pole S of the lumped fading magnet was terminated with a conical pole piece with a flat top of 2 mm in diameter. The immunity of the intrinsic magnetic field in the region of the magnet sample was 640 kA / m. Further, it was made for comparison of mignettes with the homogeneous orientation used so far (Fig. 2) from the same material, the same dimensions and lioed under the same conditions, only with the difference that the mmanneic field of 640 kA / m was homogeneous The direction of the axis of the cylinder, on the converging magnet, significantly increased the induction in the central part of the S-area compared to a homogeneous measurement. By way of example, the value of the manneque induction at the pole surface 6 is measured by a Hall probe applied close to the mid-surface of the pole. While an induction of 0.15 T was measured on a homogeneously oriented Mergnet, an increase of 30% was found on the Mannet by a converging orientation.

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.The method of making maanettes according to the invention has a number of advantages. In particular, it is advantageous that in this way it is possible to produce convergence oriented magnets at virtually the same manufacturing costs as existing homogeneously oriented manns. Since different convergence configurations of convergent mLanneic field lines can be created, monets can be produced with corresponding convergence orientated structures according to the requirements for the final mannitol parameters.

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·The aanants produced by the process according to the invention can be advantageously applied in a large number of applications in various fields. Increasing the value of mannee induction compared to existing manney, which is supplied to the air gap or other parts of the maanetic circuit, improves the parameters of motors, drives and non-generators with permanent mgmeters, microwave devices, meters, electro-acoustic transducers, manneic sensors, relays, bearings, couplings , separators, clips and other devices. Improved performance means, for example, reduced energy consumption, increased efficiency, torque performance, attractive or repulsive force effects, sensitivity and accuracy, depending on the application. · Other notable benefits are the variety of magnetic circuit miniaturization, material cost reduction, longer life and simpler design.

Claims

Method for producing anisotropic permanent magnets, the magnetic orientation of which is produced by the application of a magnetic field to a cast or powdered permanent magnet material in thermodynamic processing, characterized in that magnetic orientation is produced in the body of the processed permanent magnet. they converge in the vicinity of the functional pole of the permanent magnet to a reduced area of the pole or to a part of the area of that pole.