DE3029380A1

DE3029380A1 - Verfahren zum herstellen von anisotropen dauermagneten

Info

Publication number: DE3029380A1
Application number: DE19803029380
Authority: DE
Inventors: Zdenek Dipl.-Ing. Prag/Praha Blazek; Václav Dipl.-Ing. Prag/Praha Landa
Original assignee: Statni Vyzkumny Ustav Materialu
Current assignee: Statni Vyzkumny Ustav Materialu
Priority date: 1979-08-03
Filing date: 1980-08-01
Publication date: 1981-03-26
Also published as: DE3029380C2; GB2057194A; JPS5654015A; FR2463494B1; GB2057194B; CS213750B1; FR2463494A1

Description

Verfahren zum Herstellen von anisotropen Dauermagneten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von anisotropen Dauermagneten, deren gesteuerte Orientierung im ganzen Magnetkörper oder in einem Teil davon konvergent ist.

Auf mehreren praktischen Anwendungsgebieten besteht die Hauptaufgabe von Dauermagneten in der Erregung einer möglichst raschen magnetischen, in den Luftspalt in andere Teile des Magnetkreises zu liefernden Induktion. Die herkömmlichen anisotropen Magneten sind dadurch charakterisiert, daß die Richtungen der leichten Magnetisierung ihrer elementaren Magnetkomponenten, d.h. beispielsweise von Pulverpartikeln bei Pulvermaterialien oder von Kristallen bei gegossenen Materialien, mit der Richtung übereinstimmen, in welcher der Dauermagnet magnetisiert wurde. Auf diese Art und Weise kann man wesentlich höhere Werte von Remanenz und (BH) ₌ -Produkt im Vergleich mit isotropen, nicht

IUaX

orientierten Magneten erzielen.

In zahlreichen Fällen ist es jedoch vorteilhafter, Magnete einzusetzen, in deren ganzem Volumen oder in einem Teil desselben eine im Bereich von mindestens einer Poloberfläche konvergente Orientierung von Achsen leichter Magnetisierung ausgebildet ist. Im Vergleich mit den homogen orientierten Magneten ermöglichen es derartige Magnete, den Wert der magnetischen Induktion im Polbereich wesentlich zu erhöhen. Die Erhöhung der in den Außenraum

233(S9752)DfMs

130013/0996

abgegebenen magnetischen Induktion wird in einem kleineren Querschnitt als der Querschnitt des Magneten erzielt und ist dadurch verursacht, daß die konvergente Orientierung den magnetischen Fluß konzentriert, seine Dichte erhöht und den wirkungslosen Streufluß vermindert.

Je nach der Materialsorte benutzt man bei konventionellen Magneten zum Erzielen einer homogenen anisotropen Struktur verschiedene Vorgänge wie z.B. Orientierung von Pulverpartikeln durch ein Magnetfeld, Kristallisierung unter gesteuertem Temperaturgradienten, Wärmebehandlung im Magnetfeld, Extrudieren, Walzen u.a. Das gegenwärtige technologische Niveau erlaubt die Serienproduktion von Magneten, deren homogene Orientierung fast vollkommen ist.

Eine konvergent orientierte, in einem bestimmten Bereich die magnetische Induktion wirksam steigernde Struktur zu schaffen, ist in der Regel schwieriger als die Bildung einer klassischen homogenen Orientierung, da zum Herstellen von Dauermagneten mit gesteuerter konvergenter Struktur spezielle Herstellungsgänge noch nicht entwickelt worden sind. Diese Sachlage macht inzwischen einen erweiterten Einsatz solcher Magneten unmöglich, obgleich deren Verwendung bei einer ganzen Reihe von Anwendungen die Parameter von Magnetkreis wesentlich erhöhen könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der oben angeführten Nachteile des Standes der Technik ein verbessertes Verfahren zum Herstellen von anisotropen permanenten Magneten mit einer konvergenten magnetischen, die magnetische Induktion durch Konzentrieren des magnetischen Flusses in einen verkleinerten Querschnitt steigernden Orientierung im ganzen Magnetkörper oder in einem Teil davon zu schaffen.

130013/0996

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die endgültige Magnetkörperform durch Zusammensetzen von anisotropen, aus einem Dauermagnetmaterial gefertigten und sich mit ihren Formen und Dimensionen zu Form und Größe des endgültigen Magnetkörpers ergänzenden Partikeln hergestellt wird, wobei die entsprechende magnetische, zwei oder mehrere verschiedene konvergente Konfigurationen umfassende Orientierung in der Weise gebildet wird, daß die magnetische Orientierung von zumindest zwei benachbarten Partikeln zueinander geneigt sind und die Polaritäten ihrer Magnetisierung auf ein- und denselben Pol zielen.

Zum Herstellen von herkömmlichen homogen orientierten Partikeln für den endgültigen Magnetkörper kann man eines der Verfahren zum Herstellen von existierenden anisotropen Magneten anwenden. Als Beispiel können die Verfahren zum Herstellen von anisotropen, zusammen mit einem Bindemittel gepreßten Pulvermagneten, gesinterten oder gegossenen Magneten dienen. Die benötigten Partikelformen werden entweder in einem direkten Vorgang unter Verwendung von geeigneten Preßmatrizen, Gießformen u.a. Werkzeugen oder durch Trennen in Teile oder durch Bearbeiten von homogen orientierten Magneten anderer Formen, z.B. durch Schneiden und Schleifen, gewonnen. Die einzelnen Partikeln können zu einem Magnetkörper mit konvergenter Orientierung auf verschiedene Art fest zusammenverbunden werden; dazu kann man übliche Verbindungsmethoden wie z.B. Einkapseln, Verschrauben, Einrahmen, Verkleben, Verlöten u.a. anwenden.

Die Partikeln kann man in verschiedenen Phasen der Herstellung des Magnetkörpers miteinander verbinden, wobei sie durch fertige Dauermagnete oder Halbprodukte dargestellt werden können. So können beispielsweise bei der Herstellung von gesinterten Pulvermagneten Partikeln aus fertigem Sintermaterial oder Pulverpreßlinge, die erst nach der Montage zu einem Komplex gesintert werden, miteinander

130013/0996

verbunden werden. Als ein anderes Beispiel kann man gegossene Magnete nennen, bei denen man die Partikeln vor als auch nach der Wärmebehandlung miteinander verbinden kann. Die Partikeln können entweder in magnetisiertem oder entmagnetisiertem Zustand miteinander verbunden werden. Im erstgenannten Falle muß man Abstoßungskräfte überwinden, während im letztgenannten der Magnet in Übereinstimmung mit der konvergenten Orientierung magnetisiert werden muß.

Dauermagnete mit konvergenter Orientierung kann man im Rahmen der Erfindung aus allen bisher bekannten Arten von magnetisch harten Materialien herstellen. Als Beispiel können magnetisch harte Ferrite, Materialien auf Seltenerdbasis, AlNiCo, PtCo, MnAl, MnBi u.a. dienen. Die hergestellten endgültigen Magnetkörper können verschiedenste Formen wie z.B. Prismen, Pyramiden, Kegel, Zylinder, Ringe, Stäbe, Magnete von U-, C-, Ε-Form oder von komplizierten und unregelmäßigen Formen mit Löchern, Einschnitten und Vorsprüngen aufweisen.

Ferner können die konvergent orientierten Strukturen der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Magnete von verschiedenster Konfiguration sein. Die einzelnen Strukturarten sollen den verschiedensten Anforderungen an die räumliche Verteilung der magnetischen in den Außenraum abzugebenden Induktion entgegenkommen und den Formen, Dimensionen sowie magnetischen Eigenschaften von Dauermagnetmaterialien angepaßt werden. So konzentrieren die konvergent orientierten Strukturen beispielsweise den magnetischen Fluß in einen größeren oder kleineren Bereich in der Mitte der Fläche von einem, zwei oder mehr Polen. Änderungen der Orientierungsrichtungen in der konvergenten

130013/0996

Struktur können im Magnetkörper entweder nacheinander oder diskret erfolgen. Eine anisotrope konvergente Struktur kann in einem Teil, in mehreren Teilen oder im ganzen Magnetvolumen ausgebildet sein, kann gerad- oder krummlinig, kontinuierlich oder stufenweise sein, und sie kann zwei- oder dreidimensional sein. Form und Abmessungen der einzelnen Partikeln sind so zu wählen, daß sie nach ihrer Vereinigung einen Magnet von geforderter Form und Größe ergeben. Die Partikeln können auch verschiedene Formen wie die von Prismen, Pyramiden, Kegeln, Ringen u.a. geometrischen Körpern aufweisen. Zum Erzielen einer konvergenten magnetischen, zwei oder mehrere konvergente Orientierungskonfigurationen umfassenden Struktur sind die Partikeln so orientiert zu wählen, daß die Orientierungen der benachbarten Partikeln gegeneinander geneigt sind und mit ihren übereinstimmenden auf ein- und denselben Pol zielenden Polaritäten magnetisiert werden. Die Neigungswinkel und die Anzahl der Partikeln mit zueinander geneigten Orientierungen werden je nach dem geforderten Neigungsgrad und nach der Anzahl verschiedener Orientierungskonfigurationen in der konvergenten Struktur des endgültigen Magnetkörpers gewählt.

Nachstehend soll das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Beispiel

Ein gesinterter Ferritmagnet mit konvergenter Struktur wurde in Form eines Quaders /25x25x12 mm/ gefertigt. Die konvergente Struktur erhöhte den Wert der magnetischen aus der 25x25 mm Fläche des Poles S austretenden Induktion im Bereich der durch die Mitte dieser Fläche laufenden Achse. Fig. 1a zeigt diese anisotrope Struktur in einem parallel

130013/0996

mit der zum Pol zielenden Magnetachse geführten Schnitt; Fig. 1b zeigt diese in einer zur Polfläche senkrechten Ansicht. Der Magnet wurde durch Vereinigen dreier gesinterter homogen orientierter Partikeln gefertigt; diese sind in Fig. 2 mit angedeuteter Orientierung getrennt dargestellt. Fig. 3 zeigt den fertigen durch Vereinigen dieser Partikeln hergestellten Magneten.

Auf die vorangehende Art und Weise wurde eine merkliche Erhöhung der Induktion im mittleren Bereich der Polfläche gegenüber den herkömmlichen anisotropen Magneten erzielt. Als Beispiel kann man den Wert der magnetischen, an der Poloberfläche austretenden und mit einer knapp zur Polflächenmitte gelegten Hall-Probe gemessenen Induktion anführen. Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Magnet wurde mit Magneten aus demselben Material und mit gleichen Dimensionen verglichen. Während bei einem konventionellen homogen orientierten Magnet im mittleren Bereich der Polfläche eine Induktion von 0,125 T gemessen wurde, betrug der bei dem aus den Partikeln gemäß Fig. 2 und 3 hergestellten Magnet gemessene Wert fast das Zweifache, d.h. 0,249 T.

Das erfindungsgemaße Verfahren zum Herstellen von Magneten besitzt eine ganze Reihe von Vorteilen. Insbesondere ist es vorteilhaft, daß es nach diesem Verfahren möglich ist, je nach den Anforderungen an die Parameter des endgültigen Magnetkörpers Magnete mit den verschiedensten Konfigurationen für die konvergent orientierten Strukturen herzustellen. Zu solchen Strukturen gehören auch einige extreme Fälle, die nach anderen bekannten Verfahren nur mit großen Schwierigkeiten oder überhaupt nicht herstellbar sind. Es handelt sich z.B. um konvergente Orientierungen, die den

130013/0996

magnetischen Fluß in einen engen Bereich maximal konzentrieren, oder um Magnete von komplizierter Form und mit mehreren Polen. Als Ausgangsmaterial kann man herkömmliche leicht erreichbare anisotrope magnetisch harte Materialien oder Magnete verwenden. Außerdem sind die nötigen Herstellungsanlagen verhältnismäßig einfach und kostengünstig. Aus diesen Gründen können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch solche Magnetverbraucher Magnete für ihre eigenen Zwecke herstellen, die für eine Serienproduktion von magnetisch harten Materialien in der Regel nicht ausgerüstet sind.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Magnete kommen vorzugsweise in einer ganzen Reihe von Verwendungszwecken zur praktischen Geltung. Die Erhöhung der magnetischen in den Luftspalt oder andere Bereiche des Magnetkreises abgegebenen Induktion im Vergleich mit den konventionellen Magneten verbessert verschiedene Parameter von Motoren, Antriebssystemen und Generatoren mit Dauermagneten, Mikrowellengeräten, Meßgeräten, elektroakustxschen Wandlern, magnetischen Abtastern, Relais, Lagern, Kupplungen, Separatoren, Klemmstücken u.a. Unter verbesserten Parametern sind hier beispielsweise - je nach den einzelnen Verwendungszwecken - Herabsetzung des Energiebedarfs, höhere Leistung, Drehmoment, Anziehungs- bzw. Abstoßungskraftwirkungen, Empfindlichkeit und Genauigkeit zu verstehen. Ein weiterer beträchtlicher Vorteil liegt in der Möglichkeit einer Miniaturisierung von Magnetkreisen, in der Herabsetzung von Materialkosten, in längerer Lebensdauer und in einer vereinfachten Konstruktion.

130013/0996

Claims

Patentanspruch

Verfahren zum Herstellen von anisotropen Dauermagneten mit einer konvergenten magnetischen, die magnetische Induktion durch Konzentrieren des magnetischen Flusses in einen verkleinerten Querschnitt steigernden Orientierung in wenigstens

einem Teil eines Magnetkörpers,
dadurch gekennzeichnet,

daß die endgültige Magnetkörperform durch Zusammensetzen von anisotropen, aus einem Dauermagnetmaterial gefertigten und sich mit ihren Formen und Dimensionen zu Form und Größe des endgültigen Magnetkörpers ergänzenden Partikeln hergestellt wird, wobei die entsprechende magnetische, zwei oder mehrere verschiedene konvergente Konfigurationen umfassende Orientierung in der Weise gebildet wird, daß die magnetische Orientierung von zumindest zwei benachbarten Partikeln zueinander geneigt sind und die Polaritäten ihrer Magnetisierung auf ein- und denselben Pol zielen.

233-(S9752)DfMs

130013/0996