KR20080091070A - 방사상 이방성 소결 자석의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원통형으로 형성되며, 방사상 방향에 대하여 30°이상 기울어진 방향으로 배향된 부위를 자석 체적의 2 ％ 이상 50 ％ 이하 함유하고, 자석 체적의 나머지 부위가 방사상 방향 내지 방사상 방향에 대한 기울기가 30°미만으로 배향된 것임을 특징으로 하는 방사상 이방성 소결 자석을 제공한다. 또한, 본 발명은 원통 자석용 성형 금형의 코어의 적어도 일부 재질에 포화 자속 밀도 5 kG 이상을 갖는 강자성체를 사용하고, 금형 캐비티 내에 충전한 자석분을 수평 자장 수직 성형법에 의해 자석분에 배향 자계를 인가하여 성형하는 것을 특징으로 하는 방사상 이방성 소결 자석의 제조 방법을 제공한다. 본 발명은 이러한 방법에 의해 제작된 방사상 소결 자석을 이용한 자석 회전자 및 모터를 제공한다.
원통 자석, 방사상 방향, 경사 착자, 포화 자속 밀도, 자석분, 수평 자장 수직 성형법, 자석 회전자, 고정자

Description

방사상 이방성 소결 자석의 제조 방법{Preparation Process of Radial Anisotropic Sintered Magnet}
본 발명은 방사상 이방성 소결 자석 및 방사상 이방성 자석의 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 서보 모터, 스핀들 모터 등의 동기식 영구 자석 모터용 원통 자석 회전자 및 이것을 이용한 영구 자석식 모터의 개량에 관한 것이다.
페라이트 및 희토류 합금과 같은 결정 자기 이방성 재료를 분쇄하여 특정한 자장 중에서 압축 성형하여 제작되는 이방성 자석은 스피커, 모터, 계측기, 그 밖의 전기 기기 등에 널리 사용되고 있다. 그 중 특히 방사상 방향으로 이방성을 갖는 자석은 자기 특성이 우수하고, 자유로운 착자가 가능하며, 또한 세그멘트 자석과 같은 자석 고정용 보강도 필요없기 때문에, AC 서보 모터, DC 브러시리스 모터 등에 사용되고 있다. 특히 최근에는 모터의 고성능화에 따라 장척의 방사상 이방성 자석이 요구되어 왔다.
방사상 배향을 갖는 자석은 수직 자장 수직 성형법 또는 후방 압출법에 의해 제조된다. 수직 자장 수직 성형법은 압축 방향으로부터 코어를 통해 자장을 대항 방향에서 인가하여 방사상 배향을 얻는 것을 특징으로 하는 것이다. 즉, 수직 자장 수직 성형법은 도 2에 나타낸 바와 같이, 배향 자장 코일 (2)에서 발생된 자장을 코어 (4) 및 (5)를 통해 대항시키고, 코어로부터 다이스 (3)을 통과하여 성형기 가대 (1)을 거쳐 순환하도록 한 자기 회로에서 충전 자석분(粉) (8)을 방사상 배향시키는 것이다. 또한, 도면 중 (6)는 상부 펀치, (7)은 하부 펀치이다.
이와 같이, 이 수직 자장 수직 성형기에 있어서, 코일에 의해 발생한 자계는 코어, 다이스 성형기 가대, 코어가 되는 자로를 형성한다. 이 경우, 자장 누설 손실을 감소시키기 위해 자로를 형성하는 부분의 재료에는 강자성체를 사용하며, 주로 철계 금속이 사용된다. 그러나, 자석분을 배향시키기 위한 자장 강도는 이하와 같이 하여 결정된다. 코어 직경을 B (자석분 충전 내경), 다이스 직경을 A (자석분 충전 외경), 자석분 충전 높이를 L이라고 한다. 상하 코어를 통과한 자속이 코어 중앙에서 부딪혀 대항되어 다이스에 도달한다. 코어를 통과한 자속량은 코어의 포화 자속 밀도로 결정되며, 철제 코어에서 자속 밀도가 20 kG 정도이다. 따라서, 자석분 충전 내외경에서의 배향 자장은 상하 코어를 통과한 자속량을 자석분 충전부의 내면적 및 외면적으로 나눈 값이 되며,
2ㆍπㆍ(B/2)2ㆍ20/(πㆍBㆍL)=10ㆍB/L…내주,
2ㆍπㆍ(B/2)2ㆍ20/(πㆍAㆍL)=10ㆍB2/(AㆍL)…외주
가 된다. 외주에서의 자장은 내주보다 작기 때문에, 자석분 충전부 모두에 있어서 양호한 배향을 얻기 위해서는 외주에서 10 kOe 이상 필요하며, 이 때문에 10ㆍB2/(A ㆍL)=10이 되고, 따라서 L=B2/A가 된다. 성형체 높이는 충전분 높이의 약 반이며, 소결시 또한 8할 정도가 되기 때문에, 자석의 높이는 매우 작아진다. 이와 같이 코어의 포화가 배향 자계의 강도를 결정하기 때문에, 코어 형상에 의해 배향 가능한 자석의 크기, 즉 높이가 결정되어 원통축 방향으로 장척의 제품을 제조하는 것이 곤란하였다. 특히, 직경이 작은 원통 자석에서는 매우 단척의 제품만 제조할 수 있었다.
또한, 후방 압출법은 설비가 대규모이며, 수율이 나빠 저렴한 자석을 제조하는 것이 곤란하였다.
이와 같이 방사상 이방성 자석은 어떠한 방법에 있어서도 제조가 곤란하고, 저렴하게 대량 제조하는 것이 더욱 어려우며, 방사상 이방성 자석을 사용한 모터도 매우 비용이 많이 든다는 문제가 있었다.
소결 자석으로 방사상 이방성 링자석을 제조하는 경우, 이방성화에 따라 소결 및 시효 냉각 과정에 있어서 자석의 C축 방향과 C축 수직 방향과의 선팽창 계수의 차에 의해 발생하는 응력이 자석의 기계적 강도보다 큰 경우, 갈라짐 및 균열이 발생하여 문제가 된다. 따라서, R-Fe-B계 소결 자석에서는 내외경비 0.6 이상의 자석 형상으로만 제조가 가능하였다 (히다치 긴조꾸 기호우 vol.6, p33-36). 또한, R-(Fe, Co)-B계 소결 자석에서는 Fe를 치환한 Co는 합금 조직 중 주상인 2-14-1상에 포함될 뿐만 아니라, R이 풍부한 상 중에서 R3Co를 형성하여 기계적 강도를 현저히 감소시킨다. 게다가, 퀴리 온도가 높기 때문에 냉각시의 퀴리 온도 내지 실온 사이에서의 C축 방향 및 C축 수직 방향의 열팽창율 변화량도 커져, 갈라짐, 균열의 발생 원인인 잔류 응력이 증대된다. 따라서, R-(Fe, Co)-B계 방사상 이방성 링자석은 Co가 들어가지 않는 R-Fe-B계 자석보다 형상 제한이 더 엄격하며, 내외경비 0.9 이상의 형상으로만 안정된 자석 생산을 행할 수 있었다. 또한, 페라이트 자석, Sm-Co계 자석에 있어서도 동일한 이유에 의해 갈라짐, 균열이 발생하여 안정 생산이 불가능한 상태였다.
방사상 이방성화에 따른 소결 및 시효 냉각 과정에서 발생하는 갈라짐 또는 균열의 원인이 되는 둘레 방향의 잔류 응력은, 페라이트 자석에 관한 쿨스(Kools)의 검토 결과 (F. Kools; Science of Ceramics. Vol. 7, (1973), 29-45)로 나타내어지며, 수학식 1과 같이 표시된다.
σ
식중,
σθ: 둘레 방향의 응력
ΔT: 온도차
Δα: 선팽창 계수의 차 (α∥-α⊥)
E: 배향 방향의 영률
K2: 영률의 이방성비 (E⊥/E∥)
η: 위치 (r/외경)
βK: (1-ρ1+K)/(1-ρ2K)
ρ: 내외경비 (내경/외경)
상기 수학식 중, 갈라짐 또는 균열의 원인에 가장 큰 영향을 미치는 항은 Δα: 선팽창 계수의 차 (α∥-α⊥)이며, 페라이트 자석, Sm-Co계 희토류 자석, Nd-Fe-B계 희토류 자석에서는 결정 방향에 의한 열팽창율의 차 (열팽창 이방성)가 퀴리 온도로부터 발현되며, 냉각시의 온도 저하에 따라 증대된다. 이 때, 잔류 응력이 자석의 기계 강도 이상이 되어 균열에 이르게 된다.
상기 수학식에 의한 배향 방향과 배향 방향에 수직인 방향에서의 열팽창의 차이에 따른 응력은, 원통 자석이 직경 방향으로 방사상 배향되기 때문에 발생한다. 따라서, 일부가 방사상 배향과 상이한 배향을 갖는 원통 자석을 제조하면 균열이 발생하는 경우가 없다. 예를 들면, 수평 자장 수직 성형법에 의해 제조된 원통축에 수직인 한쪽 방향으로 배향된 원통 자석은, 페라이트 자석, Sm-Co계 희토류 자석, Nd-Fe(Co)-B계 희토류 자석의 모든 형태의 자석에 있어서도 갈라지는 경우가 없다.
개개의 방사상 이방성 자석을 사용하지 않아도 원통 자석에 다극 착자를 행할 수 있으며, 자속 밀도가 높고 동시에 극 사이에서의 자속 밀도의 변동이 작으면, 고성능의 영구 자석 모터용 자석이 될 수 있다. 수평 자장 수직 성형법에 의해 원통축에 수직인 한쪽 방향으로 배향시킨 자석을, 착자만을 다극화함으로써, 방사상 이방성 자석을 사용하지 않고 영구 자석 모터용 원통 다극 자석을 제작하는 방법이 제안되어 있다 (전기 학회 마그네틱스 연구회 자료 MAG-85-120, 1985). 수평 자장 수직 성형법에 의해 제조된 원통축에 수직인 한쪽 방향으로 배향된 자석 (이하, "직경 방향 배향 원통 자석"이라고 함)은 압축기의 캐비티가 허용되는 한도의 장척화 (50 mm 이상)에 추가하여 다중 압축을 행할 수 있기 때문에, 1도의 압축으로 복수개의 성형체를 얻을 수 있으며, 고가의 방사상 이방성 자석 대신에 저렴하게 모터용 원통 자석을 공급할 수 있다.
그러나, 실제로는 수평 자장 수직 성형법에 의해 제조된 직경 방향 배향의 원통 자석에 다극 착자를 행한 자석은, 배향 자장 방향 근방의 극에서는 자속 밀도가 높고, 배향 자장 방향에 수직인 극에서는 자속 밀도가 작기 때문에, 모터에 조합하여 모터를 회전시키면 극 사이의 자속 밀도 변동을 반영한 토크 불균일이 발생하여 실용화할 수 있는 모터용 자석이라고는 할 수 없었다.
이 과제를 해결하기 위해 일본 특허 공개 2000-116089호 공보에서는, 수평 자장 수직 성형법에 의해 제작된, 원통축에 수직인 한쪽 방향으로 배향된 원통 자석에서의 둘레 방향의 착자극수가 2n (n은 1보다 크고 50보다 작은 양의 정수)개일 때, 이 원통 자석과 조합시키는 고장자 톱니수를 3m (m은 1보다 크고 33보다 작은 양의 정수)개로 하는 방법이 기재되어 있다. 일본 특허 공개 2000-116090호 공보에서는, 착자극수가 k (k는 4 이상의 양의 짝수)개일 때, 이 원통 자석과 조합시키는 고장자 톱니수를 3kㆍj/2 (j는 1 이상의 양의 정수)개로 하는 방법이 기재되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 2000-175387호 공보에서는, 원통축에 수직인 한쪽 방향으로 배향된 원통 자석에서 각도를 빗겨 단을 마무리함으로써 토크 불균일을 감 소시키는 제안이 이루어져 있다.
그러나, 일본 특허 공개 2000-116089호, 일본 특허 공개 2000-116090호, 일본 특허 공개 2000-175387호 공보 모두 토크 불균일은 감소되었지만, 링자석 내에서 직경 방향으로 배향된 부분이 적고, 마찬가지로 자기 특성을 갖는 방사상 자석에 대하여, 모터로 사용했을 때의 총 토크가 70 ％로 작아 실용화되지 못하였다.
따라서, 본 발명의 제1 목적은 내외경비가 작은 형상에 있어서도 소결 및 시효 냉각시의 갈라짐, 균열이 없는 우수한 자석 특성을 갖는 방사상 이방성 소결 자석을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 제2 목적은 다중 장척품을 쉽게 생산할 수 있고, 고성능의 영구 자석 모터를 저렴하게 실현할 수 있는 방사상 이방성 소결 자석의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제3 목적은 저렴하고 동시에 성능이 높은 영구 자석 모터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제4 목적은 방사상 이방성 자석을 사용하지 않아도 다극 착자를 행할 수 있고, 자속 밀도가 높으며 동시에 극 사이의 자속 밀도의 변동이 작고, 모터에 조합하여 회전시켰을 때 토크가 높고, 동시에 토크 불균일이 생기지 않고, 저렴하게 대량 생산이 가능한 다단 장척의 다극 착자 원통 자석 회전자 및 이것을 이용한 영구 자석식 모터를 제공하는 데 있다.
본 발명은 제1 목적을 달성하기 위해 원통형으로 형성되며, 방사상 방향에 대하여 30°이상 기울어진 방향으로 배향된 부위를 자석 체적의 2 ％ 이상 50 ％ 이하 함유하고, 자석 체적의 나머지 부위가 방사상 방향 내지 방사상 방향에 대한 경사가 30°미만으로 배향된 것을 특징으로 하는 방사상 이방성 소결 자석을 제공 한다. 또한, 이러한 자석을 얻는 방법으로서, 원통 자석용 성형 금형의 코어의 적어도 일부 재질에 포화 자속 밀도 5 kG 이상을 갖는 강자성체를 사용하고, 금형 캐비티 내에 충전한 자석분을 수평 자장 수직 성형법에 의해 자석분에 배향 자계를 인가하여 성형하는 것을 특징으로 하는 방사상 이방성 소결 자석의 제조 방법을 제공한다. 이 경우, 수평 자장 수직 성형에서 발생하는 자장이 0.5 내지 12 kOe인 것이 바람직하다. 또한 원통 자석용 성형 금형의 다이스재에 비자성체를 총 각도 20°이상 180°이하의 영역에 걸쳐 하나 이상 배치하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 노력을 거듭한 결과, 원통 자석의 직경 방향으로의 배향을 전체적으로 방사상 배향으로 하고, 일부분 의도적으로 흐트러지게 함으로써 소결ㆍ시효시의 냉각 과정에 있어서 갈라짐ㆍ균열의 발생이 없는 안정된 생산을 실현할 수 있으며, 동시에 모터에 조합했을 때 큰 토크를 얻을 수 있는 것을 발견하였다.
본 발명에 따르면, 자장이 균일하고 내외경비가 작은 형상에 있어서도, 소결 및 시효 냉각시의 갈라짐, 균열이 없는 우수한 자석 특성을 갖는 R-Fe(Co)-B계 방사상 이방성 소결 자석을 안정적으로 생산할 수 있으며, 이것은 AC 서보 모터, DC 브러시리스 모터, 스피커용 자석 등의 고성능화, 하이-파워화, 소형화 등에 유용하고, 특히, 자동차용 스로틀 밸브(throttle valve) 등에 사용하는 직경 방향 2극 착자 자석의 생산에 있어서도 유효하며, 기능이 우수한 동기식 자석 모터용 원통 자석을 저렴하게 대량 공급할 수 있다.
또한, 본 발명은 제2 목적을 달성하기 위해, 원통 자석용 성형 금형의 코어 의 적어도 일부 재질에 포화 자속 밀도 5 kG 이상을 갖는 강자성체를 사용하고, 금형 캐비티 내에 충전한 자석분을 수평 자장 수직 성형법에 의해 자석분에 배향 자계를 인가하여 성형함으로써 방사상 이방성 자석을 제조하는 방법으로서, 하기 (i) 내지 (v)의 조작 중 하나 이상의 조작을 행하는 것을 특징으로 하는 방사상 이방성 자석의 제조 방법을 제공한다.
(i) 자장 인가 중, 자석분을 금형 둘레 방향으로 소정 각도 회전시킨다.
(ii) 자장 인가 후, 자석분을 금형 둘레 방향으로 소정 각도 회전시키고, 그 후 다시 자장을 인가한다.
(iii) 자장 인가 중, 자장 발생 코일을 자석분에 대하여 금형 둘레 방향으로 소정 각도 회전시킨다.
(iv) 자장 인가 후, 자장 발생 코일을 자석분에 대하여 금형 둘레 방향으로 소정 각도 회전시키고, 그 후 다시 자장을 인가한다.
(v) 자장 발생 코일을 2쌍 이상 배치하고, 1쌍의 코일에 자장을 인가한 후, 다른 코일쌍에 자장을 인가한다.
여기에서, 충전 자석분을 회전시킬 때, 코어, 다이스 및 펀치 중 적어도 하나를 둘레 방향으로 회전시킴으로써 충전 자석분을 회전시킬 수 있다. 또한, 자장 인가 후 충전 자석분을 회전시킬 때, 강자성 코어 또는 자석분의 잔류 자화값이 50 G 이상이며, 코어를 둘레 방향으로 회전시킴으로써 자석분을 회전시킬 수 있다. 이 경우, 수평 자장 수직 성형 공정에서 발생하는 자장이 0.5 내지 12 kOe인 것이 바람직하다.
상기 제2 발명에 따르면, 생산성이 낮고 고가인 방사상 이방성 자석을 사용하지 않으면서, 다중 장척품을 쉽게 생산할 수 있으며, 자장이 균일하고, 저렴하게 대량으로 안정적으로 공급할 수 있고, 수평 자장 수직 성형법으로 제조되는 직경 방향 배향 원통 자석을 사용하여 고성능의 영구 자석 모터를 실현할 수 있으며, AC 서보 모터, DC 브러시리스 모터 등의 고성능 모터의 저가격화에 유용하다.
본 발명은 제3 목적을 달성하기 위해, 복수개의 고정자 톱니를 갖는 모터에 방사상 이방성 원통 자석을 조합하여 이루어지는 영구 자석 모터에 있어서, 상기 원통 자석이 원통 자석용 성형 금형의 코어의 적어도 일부 재질에 포화 자속 밀도 5 kG 이상을 갖는 강자성체를 사용하고, 금형 캐비티 내에 충전한 자석분을 수평 자장 수직 성형법에 의해 자석분에 배향 자계를 인가하여 성형 제작한 방사상 이방성 원통 자석으로서, 둘레 방향의 착자극수가 2n (n은 2 이상 50 이하의 양의 정수)개일 때, 이 원통 자석과 조합시키는 고정자 톱니수가 3m (m은 2 이상 33 이하의 양의 정수)개이며, 동시에 2n≠3m인 것을 특징으로 하는 둘레 방향으로 다극 착자된 영구 자석 모터를 제공한다. 이 경우, 원통 자석에서의 둘레 방향의 착자극수가 k (k는 4 이상의 양의 짝수)개일 때, 이 원통 자석과 조합시키는 고정자 톱니수가 3kㆍj/2 (j는 1 이상의 양의 정수)개인 것이 바람직하며, 또한 원통 자석의 N극과 S극의 경계가 방사상 방향에 대하여 30°이상 기울어진 방향으로 배향된 부위의 중앙부에 대하여 10°이내에 있는 것이 바람직하다. 또한, 원통 자석의 경사(skew) 각도가 원통 자석의 1극분의 각도의 1/10 내지 2/3이며, 다극 경사 착자된 것이 바람직하고, 특히 고정자 톱니의 경사 각도가 원통 자석 1극분의 각도의 1/10 내지 2/3인 경사 톱니를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 수평 자장 수직 성형에서 발생하는 자장을 0.5 내지 12 kOe로 하여 성형한 자석을 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 성능이 우수한 동기식 자석 모터에 사용하는 원통 자석을 특히 장척으로 저렴하게 대량 공급할 수 있다.
본 발명은 제4 목적을 달성하기 위해, 원통 자석용 성형 금형의 코어의 적어도 일부 재질에 포화 자속 밀도 5 kG 이상을 갖는 강자성체를 사용하여, 금형 캐비티 내에 충전한 자석분을 수평 자장 수직 성형법에 의해 자석분에 배향 자계를 인가하여 성형 제조하며, 이것을 다극 착자하여 얻어진 복수개의 방사상 이방성 원통 자석을 축 방향으로 2단 이상 적층하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다단 장척의 다극 착자 원통 자석 회전자를 제공한다. 이 경우, 원통 자석의 적층수를 i (i는 2 이상 10 이하의 양의 정수)라고 할 때, 각 원통 자석의 배향 자장 방향과 동일 방향을 180/i°의 각도만큼 빗겨나 i개 적층하는 것이 바람직하며, 또한 다극 착자의 극수를 n (n은 4 이상 50 이하의 양의 정수)이라고 할 때, 적층수 i와 극수 n이 i=n/2의 관계에 있는 것이 바람직하다. 또한, 원통 자석의 외주면에 n극의 다극 착자를 행할 때, 1극의 각도를 360/n°로 하고, 이 각도의 1/10 내지 2/3의 각도로 경사 착자되어 이루어지는 것이 바람직하다. 본 발명은 상기 다단 장척의 다극 착자 원통 자석 회전자를 사용한 영구 자석식 모터를 제공한다.
즉, 상기 구성을 취함으로써, 극 사이의 자속 밀도의 변동을 크게 감소시키고, 토크가 높고 토크 불균일이 없는 부드러운 회전을 실현할 수 있는 모터용 자 석, 즉 다단 장척의 다극 착자 원통 자석 회전자 및 이것을 이용한 영구 자석식 모터를 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 내외경비가 작은 형상에 있어서도 소결 및 시효 냉각시의 갈라짐, 균열이 없는 우수한 자석 특성을 갖는 방사상 이방성 소결 자석을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 방사상 이방성 자석을 사용하지 않아도 다극 착자를 행할 수 있고, 자속 밀도가 높으며 동시에 극 사이의 자속 밀도의 변동이 작고, 모터에 조합하여 회전시켰을 때 토크가 높고, 동시에 토크 불균일이 생기지 않고, 저렴하게 대량 생산이 가능한 다단 장척의 다극 착자 원통 자석 회전자를 얻을 수 있으며, 이것을 이용하여 저렴하고 성능이 높은 영구 자석식 모터를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 관한 방사상 이방성 소결 자석은 원통 자석으로서, 전체적으로는 방사상 방향 (직경 방향)으로 배향되며, 단 자석 체적의 2 ％ 이상 50 ％ 이하의 부위를 방사상 방향에 대하여 30°이상 90°이하로 배향하도록 한 것이다.
여기에서, 도 1에 있어서 (21)은 원통 자석이다. 본 발명의 방사상 이방성 소결 자석은 방사상 방향에 대하여 30°내지 90°기울어진 방향으로 배향된 부위가 자석 체적의 2 내지 50 ％인 것이다.
즉, 상술한 수학식 1로 표시되는 응력은, 직경 방향으로 방사상 배향된 둘레 방향으로의 연속체, 즉 원통 자석 때문에 발생한다. 따라서, 일부분 연속적인 배향이 저해되면 응력은 감소된다. 따라서, 방사상 방향에 대하여 30°이상 기울어진 방향으로 배향된 부위를 자석 체적의 2 ％ 이상 50 ％ 이하 함유시킴으로써 갈라짐없이 생산할 수 있는 자석이 된다. 30°이상 기울어진 부분이 2 ％보다 작은 경우 갈라짐을 방지하는 효과가 작고, 30°이상 기울어진 부분이 50 ％보다 많은 경우에는 모터용 회전자로 사용했을 때 토그 부족을 초래하여 실용적이지 않다. 보다 바람직하게는 30°이상 기울어진 부분을 5 ％ 내지 40 ％, 더욱 바람직하게는 10 ％ 내지 40 ％ 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 나머지 자석 체적 부위, 즉 50 내지 98 ％, 보다 바람직하게는 60 내지 95 ％의 자석 체적 부분은, 방사상 방향 내지 방사상 방향에 대한 경사 α가 30°미만이도록 배향한다.
도 1은 원통 자석의 성형시, 자장 중 배향을 행하기 위한 수평 자장 수직 성형 장치의 설명도이며, 특히 모터용 자석의 수평 자장 수직 성형기이다. 여기에서, 도 2의 경우와 마찬가지로 (1)은 성형기 가대, (2)는 배향 자장 코일, (3)은 다이스를 나타내고, 또한 (5a)는 코어를 나타낸다. (6)은 상부 펀치, (7)은 하부 펀치, (8)은 충전 자석분이며, 또는 (9)는 폴 피스를 나타낸다.
본 발명에 있어서는, 상기 코어 (5a)의 적어도 일부, 바람직하게는 전체를 포화 자석 밀도 5 kG 이상, 바람직하게는 5 내지 24 kG, 더욱 바람직하게는 10 내지 24 kG의 강자성체로 형성한다. 이러한 코어 재질로서는 Fe계 재료, Co계 재료 및 이들의 합금 재료 등의 소재를 사용한 강자성체를 들 수 있다.
이와 같이 포화 자속 밀도 5 kG 이상을 갖는 강자성체를 코어에 사용하면, 자석분에 배향 자계를 인가하는 경우 자속은 강자성체에 수직으로 들어가고자 하기 때문에 방사상에 가까운 자력선을 그린다. 따라서, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 자석분 충전부의 자계 방향을 방사상 배향으로 근접시킬 수 있다. 이에 대하여, 종래에는 코어 (5b) 전체를 비자성 또는 자석분과 동등한 포화 자속 밀도를 가진 재료를 이용하고 있으며, 이 경우 자력선은 도 3b에 나타낸 바와 같이 서로 평행하고, 도면에 있어서 중앙 부근은 방사상 방향이지만, 상측 및 하측을 향함에 따라 코일에 의한 배향 자장 방향이 된다. 코어를 강자성체로 형성해도 코어의 포화 자속 밀도가 5 kG 미만인 경우, 코어는 쉽게 포화되어 버리며 강자성 코어를 사용함에도 불구하고, 자장은 도 3b에 가까운 상태가 된다. 또한, 5 kG 미만에서는 충전 자석분의 포화 밀도 (자석의 포화 자속 밀도×충전율)와 동등해지며, 충전 자석분 및 강자성 코어 내에서의 자속 방향은 코일의 자계 방향과 동등해진다.
또한, 코어 일부에 5 kG 이상의 강자성체를 사용했을 때에도 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있어 유효하지만, 전체가 강자성체인 것이 바람직하다. 일부 (중앙부)가 강자성체이고 외주부가 약한 강자성체 (WC-Ni-Co계)인 일례를 도 4에 나타내었다. 도 4에 있어서 (5a')는 약한 강자성체 초경 합금부, (11)은 퍼멘듀르를 나타낸다.
상기 방법에 따르면, 원통 자석 내의 직경 방향에서의 방사상 배향에 대한 흐트러짐은 배향 자장 방향에 수직인 부분에서만의 배향의 흐트러짐이 되기 때문에, 착자 후, 각 극의 자속량 감소는 다소 억제할 수 있으며, 모터의 토크 불균일 및 토크 열화가 없는 모터 회전자용 원통 자석을 제조할 수 있다.
또한, 상기와 같이 성형할 때, 수평 자장 수직 성형기에서 발생하는 자장은 0.5 내지 12 kOe인 것이 바람직하다. 이와 같이 수평 자장 수직 성형기에서 발생하는 자장을 고정한 이유로서는, 자장이 큰 경우 도 3a의 코어 (5a)가 포화되어 버리고, 도 3b에 가까운 상태가 되어 원통 자석의 자장 수직 방향에서의 배향이 방사상 배향이 되지 않게 되므로, 자장은 12 kOe 이하인 것이 바람직하다. 강자성 코어를 사용하면 자속이 코어에 집중되기 때문에, 코어 주변에서는 코일에 의한 자장보다 큰 자장을 얻을 수 있다. 그러나, 자장이 너무 작으면 코어 주변에서도 배향에 충분한 자장을 얻을 수 없게 되므로, 0.5 kOe 이상인 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이 강자성체 주변에서는 자속이 집중되어 자장이 커지므로, 여기에서 말하는 수평 자장 수직 성형기에서 발생하는 자장이란, 강자성체로부터 충분히 떨어진 장소에서의 자장 또는 강자성 코어를 제거하고 측정했을 때의 자장값을 의미한다. 따라서, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 kOe인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서는 원통 자석용 성형 금형의 다이스재에 비자성체를 총 각도 20°이상 180°이하, 특히 30 내지 120°의 영역에 걸쳐 하나 이상 배치하는 것이 바람직하다.
도 5는 수직 자장 수직 성형기에서의 방사상 원통 자석용 성형 금형의 다이스재에 비자성체 (예를 들면 비자성 초경재 등) (10)을 각도 θ=30°의 영역 (다이스 원통 360°중 30°에 해당하는 영역)에서 대칭으로 2개 배치한 수직 자장 수직 성형기를 나타낸다. 또한, 비자성체 근방의 자력선은 강자성체를 향해 구부러져 있다. 특히 비자성체와 강자성체의 경계에 존재하는 강자성체 단부 방향으로 구부러져 있다. 자석분은 구부러진 자력선 방향으로 배향되기 때문에 원하는 자석을 얻을 수 있다. 이 때의 비자성체 배치 각도가 20°미만이면 자력선이 구부러지는 효과가 작고, 또한 배향 방향이 직경 방향에 대하여 30°이상 기울어진 영역이 적어져 갈라짐을 억제하는 효과가 작다. 또한, 180°보다 큰 경우에는 방사상 배향이 저해되어 목적하는 자석이 되지 못한다.
여기에서, 상기와 같이 금형 코어 (5a)의 적어도 일부, 바람직하게는 전체를 포화 자석 밀도 5 kG 이상의 강자성체로 형성하고, 상기와 같이 수평 자장 수직 성형을 행하는 경우, 또한 이 방법에서는 코일에 의한 배향 자장 방향에 대하여 90°인 방향에서는 방사상 배향이 되지 않는 경우가 있다. 자장 중에 강자성체가 존재하는 경우, 자속은 강자성체에 수직으로 들어가고자 하고 강자성체로 끌어당겨지기 때문에 강자성체의 자장 방향면에서는 자속 밀도가 상승하고, 수직 방향에서는 자속 밀도가 저하된다. 따라서, 금형 내에 강자성 코어를 배치한 경우, 충전 자석분에 있어서 강자성 코어의 자장 방향부에서는 강한 자장에 의해 양호한 배향을 얻을 수 있으며, 수직 방향부에서는 그다지 배향되지 않는다. 이를 보충하기 위해 자석분을 코일에 의한 발생 자장에 대해 상대적으로 회전시키고, 불완전 배향부를 자장 방향이 강한 자장부에서 다시 배향시킴으로써 양호한 자석을 얻을 수 있다.
여기에서, 자석분을 코일에 의한 발생 자장에 대하여 상대적으로 회전시키는 방법으로서는, 하기 (i) 내지 (v)의 조작 중 하나 이상의 조작을 1회 또는 반복하여 복수회 행하는 것이다.
(i) 자장 인가 중, 자석분을 금형 둘레 방향으로 소정 각도 회전시킨다.
(ii) 자장 인가 후, 자석분을 금형 둘레 방향으로 소정 각도 회전시키고, 그 후 다시 자장을 인가한다.
(iii) 자장 인가 중, 자장 발생 코일을 자석분에 대하여 금형 둘레 방향으로 소정 각도 회전시킨다.
(iv) 자장 인가 후, 자장 발생 코일을 자석분에 대하여 금형 둘레 방향으로 소정 각도 회전시키고, 그 후 다시 자장을 인가한다.
(v) 자장 발생 코일을 2쌍 이상 배치하고, 1쌍의 코일에 자장을 인가한 후, 다른 코일쌍에 자장을 인가시킨다.
또한, 충전 자석분의 회전에 대해서는, 도 6에서 나타낸 바와 같이 자석분을 코일에 의한 발생 자장 방향에 대하여 상대적으로 회전시킬 수 있다면, 코일 (2), 코어 (5a), 다이스 (3), 펀치 (6), (7) 중 어느 하나를 회전시킬 수도 있다. 이 중 특히, 자장 인가 후, 충전 자석분을 회전시킬 때 강자성 코어 또는 자석분의 잔류 자화를 50 G 이상, 특히 200 G 이상으로 하면, 자석분은 강자성 코어와의 사이에 자기적인 흡인력이 발생하기 때문에, 강자성 코어를 회전시키는 것만으로 자석분도 회전시킬 수 있다.
회전 각도에 대해서는 적절하게 선정되지만, 당초의 위치를 0°라고 했을 경우, 바람직하게는 10 내지 170°, 특히 60 내지 120°의 범위, 전형적으로는 90°전후에서, 자장 인가 중에 회전시키는 경우에는 서서히 소정 각도로 회전시키고, 자장 인가 후에 회전시키는 경우에는 소정 각도 회전시킨 후에 다시 자장을 인가한 다.
본 발명은 상기와 같이 성형하는 것이지만, 그 외에도 통상의 수평 자장 수직 성형법에 의해 자석분에 배향 자계를 인가하고, 일반적인 성형압 0.5 내지 2.0 t/cm2으로 성형하여 소결, 시효 처리, 가공 처리 등을 더 행하여 소결 자석을 얻을 수 있다.
또한, 자석분으로서는 특별히 제한되는 것은 아니며, Nd-Fe-B계의 원통 자석을 제조하는 경우에 바람직한 것 외에, 페라이트 자석, Sm-Co계 희토류 자석, 각종 본드 자석 등의 제조에서도 유효한데, 모두 평균 입경 0.1 내지 100 ㎛, 특히 0.3내지 50 ㎛의 합금분을 사용하여 성형한다.
본 발명에서는 이와 같이 얻어진 원통 자석에 대해 그 외주면을 다극 착자한다. 여기에서, 도 7은 착자기 (22)를 사용하여 원통 자석 (21)의 착자를 행하는 형태를 나타내고 있다. 또한, 부호 (23)은 착자기 자극 톱니이고, 부호 (24)는 착자기 코일이다.
본 발명에 의한 수평 자장 수직 성형으로 제조되는 방사상 형태인 직경 방향 배향 원통 자석을 도 7의 착자기로 6극 착자를 행하였을 때의 표면 자속 밀도를 도 11에 나타낸다. 또한, 도 12는 종래의 제법으로 만들어진 직경 방향 배향 원통 자석에 도 7의 착자기에 의해 6극 착자를 행하였을 때의 표면 자속 밀도를 나타내는 도면이다. 종래의 수평 자장 수직 성형법에 의해 직경 방향 배향 원통 자석을 제조하여 배향 자장 방향에 N, S극이 되도록 6극 착자를 행하면, 배향 방향의 A, D에 서는 표면 자속 밀도가 커지고, 배향 방향과 90˚ 각도를 이루는 방향에 가까운 B, C, E, F의 배향 방향부에서는 표면 자속 밀도가 작아진다. 그 뿐만 아니라, 동일 각도 폭을 갖는 착자 기구를 사용하여 착자를 했는데도 불구하고, 착자폭은 방향에 따라서 크게 상이해진다. 이에 대하여, 본 발명품에서는 B, C, E, F의 피크값에서 상승을 발견할 수 있고, 표면 자속을 O으로 한 곳에서의 착자폭도 거의 일정해진다. 그러나, 표면 자화가 피크 위치에서 A, D에 비하여, B, C, E, F는 뾰족한 형상으로 되어 있다. 자속량은 피크 면적이 클수록 커지기 때문에, A, D에 비하여 B, C, E, F는 작아져 버린다. 각 극 사이에서 자속량의 변동은 모터에 조립되어질 때의 회전이 불균일하게 되어 진동, 소음의 원인이 된다. 따라서, 이 각 극 사이의 자속량의 변동을 저감시킴으로써, 균일하고 원활한 회전을 할 수 있다.
도 10은 9개의 고정자 톱니(고정자 티스)을 갖는 3상 모터의 평면도를 나타낸 것이다. 3상 모터 (30)은 α, β, γ의 고정자 톱니 (31)이 α, β, γ의 순서대로 배열되고, 그의 배선이 고정자 톱니를 코일형으로 감으면서 연결되어, U, V, W상으로 모터의 입력선이 된다. 이 U, V, W상에 전류를 흘려 코일 (32)에 자장을 발생시키고, 코일에 의한 자장과 원통 자석 (21)과의 사이에 기능하는 척력 및 인력에 의해 모터는 회전된다. U-V, V-W, W-U는 각각 총 고정자 톱니수의 1/3 수량의 톱니를 돌려서 U-V에 전류가 흐르면, 고정자 코어의 α로부터 자장이 발생되고, 동일하게 V-W에 의해 β, W-U에 의해 γ에 각각 자장이 발생된다. 도 10은 이와 같은 톱니수 9개의 고정자를 갖는 3상 모터에, 6극으로 착자를 행한 직경 방향 배향 원통 자석 (21)을 조립한 것이다. 또한, 도면에서 (33)은 모터 회전자축이 다.
도면 중에서, U-V(α)가 자석극의 중심에 위치하여, 모터 토크의 피크가 된다. 이 때, U-V(α)와 작용하여, 회전력이 발생되는 극은 A, C, E 극이고, A 극은 배향 자장 방향극으로 자속량이 크고, C 및 E는 배향 자장 방향과는 빗겨난 각도에 위치하는 극으로 자속량은 작다. 이어서, 자석이 회전하여, U-V(α)에 D, F, B 극이 근접해 있다. D 극은 배향 자장 방향의 극으로 자속량이 크고, F 및 B는 배향 자장 방향과 빗겨난 각도에 위치하는 극으로 자속량은 작다. 그러나, 자석극수 6의 3/2 배인 9개의 톱니를 갖기 때문에 U-V(α)의 코일에 쇄교하는 자속량은 A, C, E 극만큼 합한 것과, D, F, B 극만큼 합한 것에서는 항상 동일해진다. 이 관계는 V-W(β), W-U(γ)에 있어서도 마찬가지이다. 이 경우, 원통 자석에 있어서 착자극수가 k(k는 4 이상의 양의 짝수)개일 때, 이 원통 자석과 조합시킨 고정자 톱니수가 3 kㆍj/2(j는 1 이상의 양의 정수)개인 것이 바람직하고, 특히 상기한 바와 같이, 자석의 극과 모터의 고정자 톱니수의 조합을 자석극수 k=6, 톱니수 3kㆍj/2=9(k=6, j=1)의 조합으로 함으로써, 자석에 배향 자장 방향의 극과 배향 자장 방향에서 빗겨난 극이 존재하여, 자속량에 변동이 있는 원통 자석에 있어서도, 자속 변동이 완화되어, 회전 불균일이 없는 모터를 얻을 수 있다. 또한, k는 바람직하게는 50 이하, 더욱 바람직하게는 40 이하의 짝수이고, j는 바람직하게는 10 이하, 더욱 바람직하게는 5 이하의 정수이다. 극수 k가 지나치게 많아지면 1극의 폭이 작아지고, 배향 자장 방향에 수직 방향으로는 극이 명확하게 되지 않는 경우가 있다.
이 중, 자석극수 2n(n은 2 이상 50 이하의 양의 정수)에 대하여, 고정자 톱니수를 3 m(m은 2 이상 33 이하의 양의 정수)으로 하였을 때에, 항상 상기 관계가 유지되어, 회전 불균일이 없는 모터를 얻을 수 있다. 단, 2n≠3m이다. 특히, 직경 방향 배향 원통 자석에 다극 착자를 행하여, 고정자 톱니수를 착자극수의 3n 배로 한 것은 특히 회전 불균일이 없는 우수한 모터 특성을 갖는 모터를 생산할 수 있다.
본 발명에 관한 원통 자석에 다극 착자를 행한 것은, 방사상 이방성 링자석에 다극 착자를 행한 경우와 비교하여, 극간 부근의 착자성 및 자기 특성이 낮기 때문에 자속 밀도의 극간부의 변화가 원활해지고, 모터의 코깅 토크는 작지만, 경사 착자 또는 고정자 톱니에 경사를 실시함으로써 코깅 토크를 더욱 저감시킬 수 있다. 원통 자석 및 고정자 톱니의 경사 각도가 원통 자석 1 극분의 각도의 1/l0 미만에서는 경사 착자에 의한 코킹토크 저하의 효과가 작고, 원통 자석 1 극분의 각도의 2/3보다 크면, 모터 토크의 저하가 커지기 때문에, 경사 각도는 원통 자석 1 극분의 각도의 1/l0 내지 2/3의 각도가 바람직하고, 특히 1/10 내지 2/5의 각도가 바람직하다.
또한, 본 발명의 영구 자석 모터는, 상기 구성으로 하는 것이외는 공지된 구성으로 제조할 수 있다.
이 경우, 도 7은 원통 자석의 배향 방향을 도 8에 대해 90˚ 회전시켜 착자를 행했지만, 도 9에 나타낸 바와 같이 원통 자석의 N극과 S극의 경계가 방사상 방향에 대해 ± 30˚이상 기울어진 방향으로 배향된 부위의 중앙부 (40)에 대해 ± 10 이내가 바람직하다. 그리고, 이와 같이 설정된 N 극과 S 극과의 경계에서 주방향에 상호 동일한 간격만큼 이격하여 N 극과 S 극과의 경계를 설치하도록, 주방향에 다극으로 착자하는 것이 바람직하다.
한편, 도 8에 의한 착자에 비해 도 7에 의한 착자는 방사상 방향으로부터 변이된 부위를 4극(한쪽측에 2극씩)으로 분담하기 때문에, 코깅이 적고, 토크가 상승된다.
또한, 도 8은 원통 자석의 배향 방향을 도 7에 대해 90˚ 회전시켜 착자를 행하는 형태를 나타내는 착자 모식도이다. 도 7에 대해 배향 방향을 90˚ 회전시켜 6극 착자를 행한 도 8에 나타낸 것은, 배향 자장 방향 부근의 B, C, E, F 극에서는 비교적 큰 자속량이 얻어지고, A, D 극의 배향 방향에 수직 방향의 부분에서는 자속량이 작아진다. 도 7 및 도 8로 착자된 자석을 2 단으로 적층하여 90˚ 빗겨나 착자하고 모터용 회전자 자석으로 하면, 도 7로 착자된 큰 자속량의 A, D가 도 8로 착자된 경우는 적은 자속량이 되기 때문에, 합치면 도 8에서의 착자에서는 조금 작은 자속량이지만, 도 8에서의 착자에서는 비교적 큰 자속량이 얻어지는 B, C, E, F극과 거의 동일한 자속량이 된다. 이 때문에, 각 극 사이의 자속량 변동을 저감시킴으로써, 균일하고 원활한 회전을 행할 수 있다.
마찬가지로, 수평 자장 수직 성형기로 제조되는 방사상 유사 배향을 갖는 원통 자석을 둥글게 절단하여 원통 축방향으로 2등분 분할하고, 한쪽에 대하여 이미 다른 한쪽을 서서히 회전시켜 단 적층을 행하고, 처음에는 도 7의 배치로 착자되지만 서서히 방향이 바뀌어 90˚ 회전한 후에는 도 8의 배치로 착자된다. 이것을 연 속해서 90˚까지 회전시켜 단 적층한 후 착자를 행하면, A, D 극에서는 회전각이 증가됨에 따라 서서히 총자속량이 감소하고, B, C, E, F 극에서는 총자속량은 증가한다.
이와 같이 상기 성형기로 제조되는 방사상 유사 직경 방향 배향 원통 자석을 축방향으로 2단 이상 적층하여 다극 착자를 행함으로써, 각 극간의 자속량의 변동을 저감시킬 수 있고 모터로 사용하였을 때의 토크 불균일을 억제할 수 있다. 또한, 적층수의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 10 단 정도가 바람직하다.
분할된 자석의 배향 방향을 상대적으로 소정 각도 회전시켜 다단(2단 이상)적층하여 다극 착자함으로써, 배향 방향과 이에 수직인 방향과의 자속량의 변동을 균일화하여, 극간의 자속량 변동을 저감시킬 수 있다. 이 때, 적층되는 각 자석의 배향 방향을 180/i°(i는 적층수)만큼 각도를 빗겨나 적층하여 다극 착자를 행하는 것이 바람직하다.
또한, 분할수는 배향 방향을 각극에 균일하게 분포시키기 위해서, i= n/2단(n은 극수)으로 함으로써, 배향 방향으로 자속량이 많은 부분과 여기에 수직인 방향으로 자속량이 적은 부분을 각각 각극에 균일하게 분포시킬 수 있고, 이것을 180/i°만 각도를 빗겨나 적층하여 다극 착자함으로써 각 극의 총자속량을 동일하게 할 수 있다.
또한, n은 4 내지 50의 양의 정수인데, n이 많아지면 착자극 사이가 좁아지고 충분한 착자가 곤란해지기 때문에, n은 특히 4 내지 30이 바람직하다.
또한, i는 2 내지 10의 양의 정수인데, i가 커 적층수가 많아지면 비용이 비 싸지기 때문에, 특히 2 내지 6이 바람직하다.
수평 자장 수직 성형기에 의해 방향 이방성을 갖는 원통 자석에 다극 착자를 행한 것은, 방사상 이방성 링자석에 다극 착자를 행한 경우에 비해 극간 부근의 착자성 및 자기 특성이 낮기 때문에 자속 밀도의 극간부의 변화가 원활하고, 모터의 코깅 토크는 작다. 또한, 자석을 경사 착자하거나, 고정자 톱니에 경사를 실시함으로써 코깅 토크를 더욱 저감시킬 수 있다.
경사 각도는 자석 고정자와 함께 자석 1 극분(360/n°)의 각도의 1/10 이하이면 경사 착자에 의한 코깅 토크 저하의 효과가 작고, 2/3 보다 크면 모터의 토크의 저하가 커지기 때문에, 경사 각도는 자석 1 극분의 각도의 1/10 내지 2/3의 각도가 바람직하다.
본 발명의 영구 자석식 모터는 예를 들면, 도 10에 나타낸 바와 같이, 모터, 특히 복수개의 고정자 톱니를 갖는 모터에 회전자로서 상기의 다단 장척 다극 착자 원통 자석 회전자를 조립할 수 있고, 이 경우 이 고정자 톱니를 갖는 모터의 구성은 공지된 것으로 할 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
각각 순도 99.7 중량％의 Nd, Dy, Fe, Co, M(M은 Al, Si, Cu)와 순도 99.5 중량％의 B를 사용하여, Nd29Dy2 .5Fe64 .1Co3B1A10 .2Cu0 .1Si0 .2의 합금을 진공 용해로에서 용해 주조하여 잉곳을 제조하였다. 이 잉곳을 죠분쇄기 및 브라운밀로 조 분쇄하고, 또한 질소 기류에서 제트밀 분쇄에 의해 평균 입경 3.5 ㎛의 미세 분말을 얻었다. 이 분말을 포화 자속 밀도 20 kG의 강자성체(S50C; Fe 강) 코어를 배치한 수평 자장 수직 성형기로 8 kOe의 자장 중에서 0.5 t/cm2의 성형압으로 성형하였다. 이때에 자석분의 충전 밀도는 25 ％이었다.
이 성형체는 Ar 가스 중 1090 ℃에서 1시간 소결을 행하고, 이어서 580 ℃에서 1시간 열처리를 하였다. 그 후 가공을 하여 φ30 mm×φ25 mm×L30 mm의 원통 자석을 얻었다. 상기 원통 자석을 도 7의 착자기로 6극 착자하고, 착자 후의 자석을 자석과 동일 높이의 도 10에 나타내는 구성의 고정자 내에 조립한 모터를 제작하였다. 자석내경에는 모터축이 되는 강자성 코어가 삽입 접착되어 있다. 구리 세선을 각 톱니마다 150 턴 권선하였다. 모터를 1000 rpm으로 회전시킨 때의 유기 전압 및 동일 모터를 1 내지 5 rpm으로 회전시킨 때의 하중계에 의한 토크 리플의 크기를 측정하였다.
[실시예 2]
도 8의 착자 배치에 의해 착자된 것이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 얻은 자석을 동일하게 모터에 조립했을 때의 유기 전력과 토크 리플의 크기를 측정하였다. 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
유기 전압 [V] 토크 리플 [Nm]
실시예 1 (도 8의 착자 배치) 47 0.076
실시예 2 (도 9의 착자 배치) 43 0.182
[실시예 3]
코어 단면적의 60 ％의 면적을 차지하는 포화 자속 밀도 18 kG 강자성체(SK 5:Fe 강)를 코어 외주와 동심원형으로 배치하고, 나머지는 비자성체재로 제조된 코어를 사용하고, 그 밖의 것은 실시예 1과 동일하게 하여 제작된 원통 자석을 모터에 조립하여, 모터 특성을 측정하였다.
[실시예 4]
실시예 1과 동일한 성형기를 사용하고, 발생 자장을 6 kOe로 하고, 그 밖의 것은 실시예 1의 조건으로 자석을 제작하고, 모터에 조립하여 모터 특성을 측정하였다.
[비교예 1]
실시예 1과 동일한 자석분을 사용하고, 도 2에 나타낸 수직 자장 수직 성형기를 사용하고, 코일의 발생 자계 20 kOe에서 자석분 충전 깊이 30 mm으로 하고, 자장 중 성형 후의 성형체를 아래쪽으로 이동시켜, 성형체 상부에 상기와 동일하게 30 mm 자석분을 탑재하고, 자장 중 성형 후의 자석을 실시예 1과 동일한 조건으로 소결 시효를 행하여, φ30 mm×φ25 mm×L30 mm의 원통 자석을 얻었다. 이것을 모터에 조립하여 모터 특성을 측정하였다.
[비교예 2]
비자성체(비자성 초경재 WC-Ni)를 코어재에 사용한 것이외는, 실시예 1과 동일 조건으로 자석을 제작하고, 모터에 조립하여 모터 특성을 측정하였다.
[비교예 3]
포화 자속 밀도 2 kG의 강자성체(자성 초경재 WC-Ni-Co) 코어가 배치된 성형기로, 그 밖의 것은 실시예 1과 동일한 조건으로 자석을 제작하고, 모터에 조립하여 모터 특성을 측정하였다.
[실시예 5]
도 5에 나타낸 바와 같이, 비자성체(비자성 초경재 WC-Ni)를 다이스내 각도 30°의 부분에서 2개 대칭이 되도록 배치하고 (총 60°), 그 밖의 것은 비교예 1과 동일한 조건으로 자석을 제작하여, 마찬가지로 모타 특성, 배향 흐트러진 체적, 갈라짐 갯수를 측정하였다.
편광 현미경 관찰에 의해, 방사상 배향에 대하여, 30°이상 기울어진 부분의 체적을 산출하여 하기 표 2에 나타낸다. 또한, 이것으로부터의 원통 자석을 각각의 조건에서 100 개 제조하였을 때의 갈라짐의 수도 정합하여 기재한다.
유기 전압 [V] 토크 리플 [Nm] 30°이상의 흐트러짐 [체적％] 균열 발생수 갯수/100개
실시예 1 47 0.076 37 0
실시예 3 44 0.069 42 0
실시예 4 52 0.082 30 0
실시예 5 43 0.06 17 2
비교예 1 50 0.077 2 82
비교예 2 35 0.053 66 0
비교예 3 37 0.064 58 0
표 2에 의하면, 실시예는 큰 기전력을 얻을 수 있음과 동시에 토크 리플이 작고, 균열의 발생이 없기 때문에 모터용 자석으로 우수한 특성을 갖는 자석의 대량 생산화에 유효하다.
또한, 실시예 4의 조건으로 제작된 자석을 편광 현미경으로 관찰한 결과를 도 13, 14, 16에 나타낸다. 즉, 도 13, 14, 15는 강자성재를 코어로 사용한 수평 자장 수직 성형 장치에 의해 제작된 자석에 있어서, 배향 자장 방향에 대하여 30°방향, 60°방향, 90°방향에서의 자석의 배향 형태를 나타낸 것이고, 이들로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 의한 원통 자석에서는 배향 자장 방향에 대하여 60°방향에서 시작하여 방사상 방향과의 변이가 30°이고, 이로부터 30 체적％에서 30°이상 빗겨나 있는 것을 알 수 있다.
[실시예 6 내지 9, 참고예 1]
각각 순도 99.7 중량％의 Nd, Dy, Fe, Co, M(M은 Al, Si, Cu)와 순도 99.5 중량％의 B를 사용하여, Nd29Dy2 .5Fe63 .8Co3B1A10 .3Si0 .3Cu0 .1의 합금을 진공 용해로에서 용해 주조하여 잉곳을 제작하였다. 이 잉곳을 죠분쇄기 및 브라운밀로 조 분쇄하고, 또한 질소 기류에서 제트밀 분쇄에 의해 평균 입경 3.5 ㎛의 미세 분말을 얻었다. 이 분말을 도 2에 나타낸 바와 같은 포화 자속 밀도 20 kG의 철제 강자성체 코어가 배치된 수평 자장 수직 성형기로 코일의 발생 자장 4 kOe의 자장 중에서 배향시킨 후, 실시예 6에서는 코일을 90˚ 회전시키고, 이어서 동일하게 4 kOe의 자장 중에서 다시 배향시켜 1.0 t/cm2의 성형압으로 성형하였다.
실시예 7에서는 수직 자장 프레스로 코일의 발생 자장 4 kOe의 자장 중에서 배향시킨 후, 다이스와 코어 및 펀치를 90°회전시키고, 계속해서 동일하게 4 kOe의 자장 중에서 다시 배향시키고, 1.0 t/cm2의 성형압으로 성형한 것이외는 실시예 6과 동일하게 성형하였다.
실시예 8에서는 수직 자장 프레스로 코일의 발생 자장 4 kOe의 자장 중에서 배향시킨 후, 잔류 자화 4 kG의 코어를 90°회전시켰다. 이 때의 자석분의 잔류 자화는 800 G이었다. 계속해서 마찬가지로 4 kOe의 자장 중에서 다시 배향시키고, 그 후, 1.0 t/cm2의 성형압으로 성형한 것이외는 실시예 6과 마찬가지로 성형하였다.
이들 성형체는 Ar 가스 중 1090 ℃에서 1시간 소결을 행하고, 이어서 580 ℃에서 1시간 열처리를 행하였다. 그 후 가공을 행하여 φ24 mm×φ19 mm×L30 mm의 원통 자석을 얻었다. 또한, 이 원통 자석과 동일 자석분을 사용하여, 수직 자장 프레스로 12 kOe의 자장 중에서 1.0 t/cm2의 성형압으로 성형하고, Ar 가스 중에서 1090 ℃에서 1 시간 소결을 행하고, 계속해서 580 ℃에서 1 시간의 열 처리를 행하고, 상기 원통 자석과 동일한 조건에서 제작된 블럭 자석의 특성은 Br:12.5 kG, iHc:15 kOe, (BH) max:36 MGOe이었다. 상기한 원통 자석을, 도 7에 나타낸 착자기로 6극, 20°로 경사 착자하고, 착자 후의 자석을 자석과 동일 높이의 도 10에 나타낸 구성의 고정자 내부에 조립한 모터를 제작하였다. 또한, 상기 실시예의 모터를 5000 rpm에서 회전시켰을 때의 유기 전압 및 이 모터를 5 rpm에서 회전시켰을 때의 하중계에 의한 토크 리플의 크기를 측정하였다. 표 1에 유기 전압의 절대치의 최대 및 토크 리플의 최대 최소의 차를 나타낸다.
실시예 9에서는, 실시예 6과 동일 수평 자장 수직 성형 장치를 사용하여, 12 kOe의 자장 중에서 90°회전시키면서 배향을 행하고, 1.O t/cm2의 성형압으로 성형하였다. 그밖에는 실시예 6과 동일하게 하여 제작된 자석을 사용한 모터의 모터 특성을 측정하였다.
한편, 참고예 1에서는, 실시예 6에 있어서, 4 kOe의 자장에서 배향시켰을 때, 회전시키지 않고 그대로 자계 중에서 1.0 t/cm2의 성형압으로 성형하였다. 그밖에는 실시예 6과 동일하게 하여 제작된 자석을 사용한 모터의 모터 특성을 측정하였다. 이러한 결과를 하기 표 3에 나타낸다.
유기 전압 (실효치) [mV/rpm] 토크 리플 [Nm]
실시예 6 18.7 8.7
실시예 7 18.6 8.7
실시예 8 18.7 8.7
실시예 9 18.4 12.8
참고예 1 14.1 7.8
표 3에 의하면, 비교예에 대해 실시예에서는 토크에 상응하는 유기 전압이 크게 개선되었고, 본 발명이 모터용 자석의 제조 방법으로서 우수한 방법인 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 6의 착자 후의 회전자 자석의 표면 자속을 측정한 결과는 도 11과 동일한 결과로 각 극이 균일화되어 있고, 동시에 극의 면적이 커졌으며, 실시예는 큰 자장이 균일하게 발생할 수 있음을 알 수 있다.
[실시예 10]
각각 순도 99.7 중량％의 Nd, Dy, Fe, Co, M(M은 Al, Si, Cu)와 순도 99.5 중량％의 B를 사용하여, Nd29Dy2 .5Fe64Co3B1A10 .2Si0 .2Cu0 .1의 합금을 진공 용해로에서 용해 주조하여 잉곳을 제조하였다. 이 잉곳을 죠분쇄기 및 브라운밀로 조 분쇄하고, 또한 질소 기류 중 제트밀 분쇄에 의해 평균 입경 3.5 ㎛의 미세 분말을 얻었다. 이 분말을 포화 자속 밀도 20 kG의 철제 강자성체 코어를 배치한 도 1에 나타낸 수평 자장 수직 성형기로 10 kOe의 자장 중에서 1.0 t/cm2의 성형압으로 성형하였다. 이 성형체는 Ar 가스 중 1090 ℃에서 1 시간 소결을 행하여, 계속해서 580 ℃에서 1 시간 동안 열 처리를 하고, 그 후 가공을 행하여 φ30 mm×φ25 mm×L30 mm의 원통 자석을 얻었다. 이 원통 자석과 동일 자석분을 사용하여, 수직 자장 프레스로 10 kOe의 자장 중에서 1.0 t/cm2의 성형압으로 성형하고, Ar 가스 중에서 1090 ℃에서 1 시간 소결을 행하고, 계속해서 580 ℃에서 1 시간 동안 열 처리를 하고, 상기 원통 자석과 동일 조건으로 제작한 블럭 자석의 특성은 Br:13.0 kG, iHc:15 kOe, (BH) max:40 MGOe이었다.
상기한 직경 방향 배향 원통 자석을 착자기로 6극 착자하고, 착자 후의 자석을 자석과 동일한 높이의 도 10에 나타낸 구성의 9개의 고정자 내부에 조립한 모터를 제작하였다. 자석 내경에는 모터축이 되는 강자성 코어가 삽입 접착되어 있다. 구리 세선을 각 톱니에 각각 100 턴 권선하였다. U-V상 사이의 자속량을 플럭스 미터를 사용하여 측정하였다.
[비교예 2]
이 고정자 톱니 중 하나에만 실시예 10과 동일 구리 세선을 100 턴 권선하고, 자속량을 플럭스 미터로 측정하였다. 자석을 일주시켰을 때의 피크의 값을 하기 표 4에 나타낸다. 표에 나타낸 바와 같이, 비교예에서는 피크에 의한 자속량이 작은 피크에 대해 큰 피크에서는 1.5 배 정도로 매우 큼에도 불구하고, 실시예 10에서는 피크값이 거의 변동되지 않았다.
[실시예 11]
코어 단면적의 60 ％의 면적을 차지하는 포화 자속 밀도 18 kG의 강자성체를 코어 외주와 동심원형으로 배치하고, 나머지는 비자성체 재료로 제조한 코어를 사용하고, 그 밖의 것은 실시예 10과 동일하게 하여 제작된 모터의 U-V상 사이의 자속량을 측정하였다.
[비교예 3]
비자성체 (비자성 초경재 WC-Ni)를 코어재에 사용한 것외에는 실시예 10과 동일하게 하여 제작한 모터의 U-V상 사이의 자속량을 측정하였다.
[비교예 4]
Fe제 강자성체 코어의 포화 자속 밀도를 2 kG로 한 것이외에는 실시예 10과 동일하게 하여 제작된 모터의 U-V상 사이의 자속량을 측정하였다. 배치하였을 때의 모터의 U-V상 사이의 자속량을 각각 플럭스 미터를 사용하여 측정하였다. 이러한 결과를 표 4에 나타낸다.
피크 1 [kMx] 피크 2 [kMx] 피크 3 [kMx] 피크 4 [kMx] 피크 5 [kMx] 피크 6 [kMx]
실시예 10 -38.2 38.3 -38.5 38.7 -33.6 38.4
실시예 11 -36.9 36.7 -36.5 36.9 -37 36.7
비교예 2 -41.2 27.5 -26.8 40.8 -27.1 -26.7
비교예 3 -30.5 30.2 -30.4 30.6 -30.2 30.3
비교예 4 -31.8 31.7 -31.9 31.9 -31.5 32
[실시예 12]
실시예 10의 모터를 1OOO rpm에서 회전시켰을 때의 유기 전압 및 동일 모터를 1 내지 5 rpm에서 회전시켰을 때의 하중계에 의한 토크 리플의 크기를 측정하였다. 표 5에 유기 전압의 절대치의 최대 및 토크 리플의 최대 최소의 차를 나타냈다. 표 5로부터 이 모터는 사용상 충분한 유기 전압량을 갖고, 충분히 작은 토크 리플인 것을 알 수 있다.
[실시예 13]
실시예 10의 직경 방향 배향 원통 자석을 착자할 때, 경사 각도를 자석 1 극분의 각도의 1/3의 20°로 경사 착자를 행하고, 이 자석을 실시예 10의 모터에 조립하고, 실시예와 동일하게 유기 전압 및 토크 리플를 측정한 값을 하기 표 5에 나타낸다. 하기 표 5에서 토크 리플의 양이, 경사가 없는 물품보다 더욱 작고, 유기 전압의 저하는 근소한 것을 알 수 있다.
[참고예 2]
실시예 10의 직경 방향 배향 원통 자석을 착자할 때, 경사 각도 자석 1 극분의 각도의 5/6의 50°로 경사 착자를 행하고, 이 자석을 실시예 10의 모터에 조립하고 실시예 12와 동일하게 유기 전압 및 토크 리플을 측정한 값을 하기 표 5에 나타낸다. 하기 표 5로부터 토크 리플의 양은 경사가 없는 물품보다 작지만, 유기 전압의 저하가 크고, 실용에 적합하지 않은 경우가 있는 것을 알 수 있다.
[실시예 14]
직경 방향 배향 원통 자석을 실시예 10과 동일하게 착자하여, 경사 각도가 자석 1 극분의 각도의 1/3의 20°인 고정자 톱니를 갖는 실시예 10과 동일 치수의 모터에 조립하고, 실시예 12와 동일한 유기 전압 및 토크 리플을 측정한 값을 하기 표 5에 나타내었다. 하기 표 5로부터 토크 리플의 양은, 경사가 없는 물품보다 더욱 작고, 유기 전압의 저하는 근소한 것을 알 수 있다.
유기 전압 [V] 토크 리플 [Nm]
실시예 12 60 0.08
실시예 13 55 0.021
실시예 14 54 0.027
참고예 2 12 0.017
[실시예 15]
각각 순도 99.7 중량％의 Nd, Dy, Fe, Co, M(M은 Al, Si, Cu)와 순도 99.5 중량％의 B를 사용하여, Nd29Dy2 .5Fe64Co3B1A10 .2Si0 .2Cu0 .1의 합금을 진공 용해로에서 용해 주조하여 잉곳을 제조하였다. 이 잉곳을 죠분쇄기 및 브라운밀로 조 분쇄하고, 또한 질소 기류 중 제트밀 분쇄에 의해 평균 입경 3.5 ㎛의 미세 분말을 얻었다. 이 분말을 포화 자속 밀도 20 kG의 철제 강자성체 코어를 배치한 도 2에 나타낸 수평 자장 수직 성형기로 6 kOe의 자장 중에서 1.0 t/cm2의 성형압으로 성형하였다. 이 성형체는, Ar 가스 중 1090 ℃에서 1 시간 소결을 행하고, 계속해서 580 ℃에서 1 시간의 열 처리를 행하였다. 그 후, 가공하여 외경 30 mm, 내경 25 mm, 두께 15 mm의 원통 자석을 얻었다.
실시예 15는 제작한 원통 자석을 배향 방향을 60°변이시켜 중첩하여, 1 단째의 자석 배향 방향이 도 7의 관계 (극 A가 N극이 된다)가 되도록 배치하고, 6극 착자 3단 적층을 행하였다.
[실시예 16]
실시예 16은 빗겨난 각을 90°로 하여 실시예 15와 동일하게 6극 착자를 행하였다.
[참고예 3]
실시예 15와 동일 자석분을 사용하여, 성형체 높이를 바꾸고 단 적층을 하지 않은 것이외에는 실시예 15와 동일 조건으로 외경 30 mm, 내경 25 mm, 두께 30 mm의 원통 자석을 제작하여 6극 착자를 행하였다.
[실시예 17]
실시예 15와 동일 자석분을 사용하여, 동일 조건으로 외경 30 mm, 내경 25 mm, 두께 10 mm의 원통 자석을 제작하고, 배향 방향을 60° 변이시켜 3단 적층하고, 각 단의 원통 자석의 배향 방향이 각각 도 7의 배치가 되도록 하여, 6극 착자를 행하였다. 이 상태를 도 16에 나타낸다. 도면 중에서 큰 화살표는 원통 자석의 각 단의 배향시 자장 방향을 나타낸다. 또한, 부호 (33)은 모터 회전자축이다.
이러한 자석을 평가하기 위해서, 가로 10.5 mm, 세로 30 mm의 사각 형태에 구리 세선을 50 턴 권선하여 코일을 제작하였다. 이 코일을 원통 자석에 접한 상태로부터 자석의 자력의 영향을 받지 않는 멀리까지 멀어지게 하여, 이 사이의 코일을 가로지르는 자속량을 원통 자석의 외주 방향으로 플럭스 미터를 사용하여 측정하고, 피크값을 하기 표 6에 나타낸다.
피크 1 [kMx] 피크 2 [kMx] 피크 3 [kMx] 피크 4 [kMx] 피크 5 [kMx] 피크 6 [kMx]
실시예 15 빗겨난 각 60° 3단 중첩 10.17 -11.03 13 -10.15 11.1 -13.12
실시예 16 빗겨난 각 90° 2단 중첩 11.5 -10.71 11.45 -11.42 10.66 -11.44
실시예 17 빗겨난 각 60° 3단 중첩 12.01 -11.95 11.96 -12.04 11.99 -11.98
참고예 3 단 적층되지 않음 9.01 -9.07 13.52 -8.98 9.12 -13.49
[실시예 18, 19, 참고예 4, 비교예 5]
도 10은 9개의 모터 고정자 톱니 (31)을 갖는 3상의 영구 자석 모터 (30)의 평면도를 나타낸 것이다. 착자된 원통 자석을 이 자석과 동일한 높이의 고정자 내부에 조립하여 모터를 제작하였다. 원통 자석의 내경부에는 모터축이 되는 강자성 코어가 삽입 접착되어 있다. 각 톱니에 구리 세선을 각각 150 턴 권선하였다. 이 모터를 1OOO rpm에서 회전시켜, 이 때의 유기 전압의 절대치의 최대에서 동시에 1 내지 5 rpm으로 회전시켜, 하중계를 사용하여 토크 리플의 크기를 측정하였다.
여기에서, 실시예 18은 실시예 16과 동일하게 변이각 90°으로 자석을 2단에 적층시키고, 경사 각도를 자석 1 극분의 각도의 1/3의 20°로 경사 착자를 행하고, 이 자석을 모터에 조립하였다.
실시예 19는 실시예 17과 동일 치수의 원통 자석을 사용하여, 도 17에 나타낸 바와 같이 변이각 60°으로 자석을 3단으로 중첩하여 경사없이 착자하고, 경사 각도가 자석 1 극분의 각도의 1/3의 20°인 경사 고정자 톱니를 갖는 모터에 조립하였다.
또한, 단 적층을 하지 않는 원통 자석을 참고예 4로 하고, 또한 성형 금형의 코어를 비자성(비자성 초경재 WC-Ni)으로 제작하여 성형기에 배치하고, 그밖의 것은 실시예 15와 동일하게 하여 자석을 제작하여, 이것을 실시예 18과 동일하게 하여 모터에 조립하고, 비교예 5로 하였다. 이들의 유기 전압, 토크 리플을 측정하여, 유기 전압과 동시에 토크 리플의 최대 최소의 차이를 하기 표 7에 나타내었다.
하기 표 7에서 각 실시예는 실용에 충분히 견딜 수 있는 유기 전압을 지니고, 토크 리플도 충분히 작지만, 참고예 4는 토크 리플이 큰 것이 인정된다. 비교예 5는 유기 전압이 낮아서, 실용에 적합하지 않다.
[참고예 5]
실시예 18의 직경 방향 배향 원통 자석을 착자할 때, 경사 각도 자석 1 극분의 각도 5/6의 50°로 경사 착자를 행하고, 이 자석을 도 17의 모터에 조립하여, 실시예 18과 동일하게 하여 유기 전압 및 토크 리플을 측정하여, 하기 표 7에 나타내었다.
하기 표 7에서 토크 리플의 양은 작지만, 유기 전압의 저하가 크고, 실용에 적합하지 않은 것이 인정된다.
[실시예 20, 참고예 6]
실시예 15의 Nd 자석 합금을 사용하여, 수평 자장 수직 성형법에 의해 일축 배향의 링자석을 제작하였다. 자석 치수는 외경 25 mm, 내경 20 mm, 두께 15 mm 이다. 배향 방향을 60°씩 변화시키면서 6단 적층하여 6극으로 스트레이트 착자하여 자석 회전자를 제작하였다. 이것을 7°의 경사 각도의 고정자에 조립하여 모터로 하였다.
또한, 참고예 6에서 실시예 20과 동일 자석을 사용하여 배향 방향을 한 방향으로 갖춘 6극으로 스트레이트 착자하여 자석 회전자를 제작하였다. 이것을 경사가 없는 고정자에 조립하여 모터로 하였다. 이들에 있어서 유기 전압과 동시에 토크 리플을 측정하였다.
그 결과는, 하기 표 7에 나타낸 바와 같고, 실시예 20에서는 참고예 6과 비교하여 토크 리플이 크게 저하되어 있고, 본 발명에 의한 자석의 배향 방향 분산의 효과가 현저한 것을 알 수 있다.
유기 전압 [V] 토크 리플 [Nm]
실시예 18 92 0.028
실시예 19 100 0.021
실시예 20 156 0.08
참고예 4 92 0.135
비교예 5 50 0.024
참고예 5 13 0.015
참고예 6 145 0.432
도 1은 원통 자석을 제조할 때 사용되는 수평 자장 수직 성형 장치의 일실시예를 나타내는 설명도이며, (a)는 평면도, (b)는 종단면도.
도 2는 방사상 이방성 원통 자석을 제조할 때 사용되는 종래의 수직 자장 수직 성형 장치를 나타내는 설명도이며, (a)는 종단면도, (b)는 도(a)에서의 A-A'선 단면도.
도 3은 원통 자석을 제조할 때 사용되는 수평 자장 수직 성형 장치에서 자장 발생시의 자력선의 상태를 모식적으로 나타내는 설명도이며, (a)는 본 발명에 관한 성형 장치를 나타내고, (b)는 종래의 성형 장치를 나타내는 도면.
도 4는 원통 자석을 제조할 때 사용되는 수평 자장 수직 성형 장치의 다른 실시예를 나타내는 설명도이며, (a)는 평면도, (b)는 종단면도.
도 5는 방사상 이방성 원통 자석을 제조할 때 사용되는 다이스부에 일부 비자성재를 배치한 수직 자장 수직 성형 장치를 나타내는 설명도이며, (a)는 도 4(b)와 동일한 단면도, (b)는 도 (a)에서의 B1 내지 B4부의 확대도.
도 6은 원통 자석을 제조할 때 사용되는 성형 장치이며, 회전식 수평 자장 수직 성형 장치의 일례를 나타내는 설명도.
도 7은 착자기를 사용하여 원통 자석의 착자를 행하는 상태를 나타내는 착자 모식도.
도 8은 착자기를 사용하여 원통 자석의 착자를 행하는 상태를 나타내는 착자 모식도로서, 원통 자석의 배향 방향을 도 7에 대하여 90°회전시켜 착자를 행하는 상태를 나타내는 도면.
도 9는 원통 자석의 N극과 S극의 경계를 설명하는 평면도.
도 10은 6극으로 다극 착자된 원통 자석과 9개의 고정자 톱니를 조합시킨 3상 모터의 평면도.
도 11은 본 발명에 관한 수평 자장 수직 성형기에 의해 제작된 Nd-Fe-B계 원통 자석에 6극 착자를 행했을 때의 표면 자속 밀도를 나타내는 도면.
도 12는 종래의 수평 자장 수직 성형기에 의해 제작된 Nd-Fe-B계 원통 자석에 6극 착자를 행했을 때의 표면 자속 밀도를 나타내는 도면.
도 13은 원통 자석을 제조할 때 사용되는 강자성재를 코어로서 사용한 수평 자장 수직 성형 장치에 의해 제작된 자석의 배향 자장 방향에 대하여, 30°방향에서의 자석 배향을 나타낸 현미경 사진.
도 14는 원통 자석을 제조할 때 사용되는 강자성재를 코어로서 사용한 수평 자장 수직 성형 장치에 의해 제작된 자석의 배향 자장 방향에 대하여, 60°방향에서의 자석 배향을 나타낸 현미경 사진.
도 15는 원통 자석을 제조할 때 사용되는 강자성재를 코어로서 사용한 수평 자장 수직 성형 장치에 의해 제작된 자석의 배향 자장 방향에 대하여, 90°방향에서의 자석 배향을 나타낸 현미경 사진.
도 16은 직경 방향 배향 원통 자석을 각각 60°빗겨서 3단으로 적층한 본 발명의 영구 자석식 모터용 회전자를 나타내는 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 성형기 가대 2: 배향 자장 코일
3: 다이스 4: 코어
5: 코어 5a: 코어
5a'': 약한 강자성체 초경 합금부 6: 상부 펀치
7: 하부 펀치 8: 충전 자석분
9: 폴 피스 10: 다이스 비자성부
11: 퍼멘듀르(permendur) 21: 원통 자석
22: 착자기 23: 착자기 자극 톱니
24: 착자기 코일 30: 3상 모터
31: 고정자 톱니 32: 코일
33: 모터 회전자축

Claims (4)

  1. 원통 자석용 성형 금형의 코어 중 적어도 일부 재질에 포화 자속 밀도 5 kG 이상을 갖는 강자성체를 사용하여, 금형 캐비티 내에 충전한 자석분을 수평 자장 수직 성형법에 의해 자석분에 0.5 내지 12 kOe의 자장으로 배향 자계를 인가하여 성형하는 것을 특징으로 하는 방사상 이방성 소결 자석의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 금형 캐비티 내에 충전한 자석분을 수평 자장 수직 성형법에 의해 자석분에 배향 자계를 인가하여 성형함으로써, 방사상 이방성 소결 자석의 제조시 금형 캐비티 내에 충전한 자석분을 코일에 의한 자장 발생 방향에 대해 상대적으로 회전시키는 조작을 하기 (i) 내지 (v)의 조작 중 하나 이상의 조작에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 방사상 이방성 소결 자석의 제조 방법.
    (i) 자장 인가 중, 자석분을 금형 둘레 방향으로 소정 각도 회전시킨다.
    (ii) 자장 인가 후, 자석분을 금형 둘레 방향으로 소정 각도 회전시키고, 그 후 다시 자장을 인가한다.
    (iii) 자장 인가 중, 자장 발생 코일을 자석분에 대하여 금형 둘레 방향으로 소정 각도 회전시킨다.
    (iv) 자장 인가 후, 자장 발생 코일을 자석분에 대하여 금형 둘레 방향으로 소정 각도 회전시키고, 그 후 다시 자장을 인가한다.
    (v) 자장 발생 코일을 2쌍 이상 배치하고, 1쌍의 코일에 자장을 인가한 후, 다른 코일쌍에 자장을 인가한다.
  3. 제2항에 있어서, 충전 자석분을 회전시킬 때, 코어, 다이스 및 펀치 중 적어도 하나를 둘레 방향으로 회전시킴으로써 충전 자석분을 회전시키는 것을 특징으로 하는 방사상 이방성 소결 자석의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서, 자장 인가 후 충전 자석분을 회전시킬 때, 강자성 코어 또는 자석분의 잔류 자화값이 50 G 이상이고, 코어를 둘레 방향으로 회전시킴으로써 자석분을 회전시키는 것을 특징으로 하는 방사상 이방성 소결 자석의 제조 방법.
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