TWI530969B - Manufacturing Method of Extremely Formal Ring Magnet and Structure of Pressing Mold - Google Patents

Description

極異方性環形磁石製造方法及其加壓配向模具結構

本發明係關於一種極異方性環形磁石的製造方法及其模具結構，尤指一種能夠在製造過程中，提高環形胚體的真圓度，以降低研磨工時和材料損失的製造方法及其模具結構。

極異方性環形磁石主要是運用在馬達上，例如微小馬達、無蕊馬達、無刷馬達、步進馬達等，依據馬達種類的不同，可作為馬達機心的外轉子、內轉子或內、外永磁型定子等。

習知極異方性環形磁石係以粉末冶金一體燒結而成，其磁束密度遠大於傳統的膠合型多極圓筒狀磁石，品質也較為穩定。其製程大致包括(1)粉體製程、(2)加壓成型及磁極配向、(3)燒結、(4)研磨、以及(5)充磁檢測等步驟，以下簡略說明各步驟：

(1)粉體製程：係將磁石之原料造粒成粉體，並將粉體進行適當的粒子徑、顆粒強度、流動性、可配向性的篩選，再依比例計量混合。

(2)加壓成型及磁極配向：係將混合完成的粉體填入具有環形模穴之模具後予以加壓成型為環形胚體，並在環形模穴的內緣或外緣施予軸向電流形成多極磁場，以對胚體內緣或外緣產生磁極配向。

(3)燒結：將加壓及磁極配向後的環形胚體利用高溫爐具燒結，使內部的晶粒與晶界緻密，藉此增加胚體的強度及硬度。一般在燒結過程中，晶粒的排列會因磁場配向自動產生變化，使晶粒的結晶磁異向性軸順著磁力線的彎曲方向排列，讓環形胚體在磁極配向位置的收縮率高於磁極交界位置，導致胚體輪廓變成多邊形。如第一圖所示，若欲製造外徑 配向數為八極的磁石，則胚體1之磁極配向位置在燒結後會大幅度收縮，使外輪廓形成八邊形；如第二圖所示，若欲製造內徑配向數為六極的磁石，則胚體1磁極配向位置在燒結後，內徑輪廓會形成六邊形。

(4)研磨：因胚體輪廓在燒結後會隨極配向數量形成多邊形，又環形磁石大多使用於馬達轉子，其真圓度關係馬達轉子旋轉時的順暢度，故須將燒結後呈多邊形的環形胚體進行研磨加工，藉由磨床、去毛邊機等加工機研磨成接近真圓的輪廓。

(5)充磁檢測：研磨後的環形胚體再經過充磁作業、外觀檢查、抽樣檢查、測試、洗淨、包裝等流程，即成為極異方性環形磁石。

上述燒結過程中，由於環形胚體在磁極配向位置與磁極交界位置的收縮率差異極大，使後續將該多邊形環形胚體研磨成接近真圓時耗費工時，而且需研磨去除相當大的體積，導致材料浪費及增加研磨工時成本，再者，研磨過量也容易降低磁力，使研磨後的成品與預定的磁力強度產生較大差異，甚至無法符合產品需求。

因此，如何改善環形胚體在燒結過程中，因磁極配向位置與磁極交界位置收縮率差異過大，導致後續增加研磨工時、浪費材料成本等缺點，將是本發明人所欲解決之問題。

本發明之目的在於提供一種應用在極異方性環形磁石的製造方法及其模具結構，其方法係將模具之環形模穴設計成對應於磁極配向位置的空間較寬，對應於磁極交界位置的空間較窄，使加壓後胚體能形成相對應的輪廓形狀，讓胚體在後續燒結完成後即能夠較趨近於真圓，藉此減少研磨工時和材料損失，以克服傳統磁石在製造過程中，因收縮率不同而形成多邊形的輪廓，造成後續研磨工時長、材料損失的缺點。

為達成上述目的，本發明極異方性環形磁石的製造方法，係將粉體填入具有環形模穴之模具後予以加壓成型為環形胚體，並且在在環形模穴的外緣或內緣施予軸向電流形成多極磁場以對胚體進行磁極配向，使該胚體具備外徑配向或內徑配向後予以燒結，再對燒結後的胚體加以研 磨，其特徵在於：所述加壓成型及磁極配向後的環形胚體在對應於內徑配向或外徑配向位置的肉厚較厚、對應於磁極交界位置的肉厚較薄，使後續進行燒結工程時該胚體在收縮率較高的磁極配向位置，與收縮率相對較低的磁極交界位置，二位置在燒結後的厚度能夠彼此接近而趨近於真圓，進而減少後續研磨工時及材料損失。

依據上述製造方法，在模具之環形模穴的內緣施予軸向電流形成多極磁場，便可製造出內徑配向的極異方性環形磁石。故本發明另提供一種內徑配向之極異方性環形磁石加壓配向模具結構，其結構包含：一具有環形模穴和多極磁場的中模、一組能夠在模穴內相向位移加壓的上模與下模，所述粉體填入中模之環形模穴中，藉由上模與下模相向位移能夠使粉體被加壓成環形胚體，並通過位在模穴內緣的多極磁場在胚體上產生磁極配向，其特徵在於：中模之環形模穴內緣設有一襯套，該襯套在對應於多極磁場位置的厚度較薄，對應於多極磁場的磁場交界位置厚度相對較厚，使加壓及磁極配向後的環形胚體，在對應於磁極配向位置的厚度大於磁極交界位置的厚度。

以下進一步說明各元件之實施方式：實施時，該中模包含一具有軸向穿孔的外模座，以及一軸向設置在穿孔內的內模條，所述穿孔內緣與內模條外緣之間形成環形模穴；所述上模與下模中央設有供內模條穿設的軸向通孔，使上模與下模能夠沿著內模條導引而相向位移加壓。

實施時，所述內模條外周緣設有複數個軸向鐵芯，每一鐵芯上纏繞導電線圈形成多極磁場，且襯套設置在多極磁場外緣，前述上模之軸向通孔內緣輪廓與襯套外緣輪廓相對應。再者，所述襯套在對應於多極磁場位置的厚度較薄，對應於多極磁場的磁場交界位置厚度相對較厚，使模穴對應於多極磁場位置的空間較寬，對應於磁場交界位置的空間較窄。

實施時，上模壁面設有至少一排氣孔，讓上模相對於下模位移對粉體加壓時，粉體內的空氣能從排氣孔排出，讓粉體被加壓固定形狀成環形胚體。

再者，依據前述製造方法，在模具之環形模穴的外緣施予軸向電流形成多極磁場，便可製造出外徑配向的極異方性環形磁石，故本發明提供另一種外徑配向之極異方性環形磁石加壓配向模具結構，該結構包含一具有環形模穴和多極磁場的中模、一組能夠在模穴內相向位移加壓的上模與下模，所述粉體填入中模之環形模穴中，藉由上模與下模相向位移能夠使粉體被加壓成環形胚體，並通過位在模穴外緣的多極磁場在胚體上產生磁極配向，其特徵在於：中模之環形模穴外緣設有一襯套，該襯套在對應於多極磁場位置的厚度較薄，對應於多極磁場的磁場交界位置厚度相對較厚，使加壓及磁極配向後的環形胚體，在對應於磁極配向位置的厚度大於磁極交界位置的厚度。

以下進一步說明各元件之實施方式：實施時，所述中模包含一具有軸向穿孔的外模座，以及一軸向設置在穿孔內的內模條，所述穿孔內緣與內模條外緣之間形成環形模穴；所述上模與下模中央設有供內模條穿設的軸向通孔，使上模與下模能夠沿著內模條導引而相向位移加壓。

實施時，所述穿孔內周緣設有複數個軸向鐵芯，每一鐵芯上纏繞導電線圈形成多極磁場，且襯套設置在多極磁場內緣，前述上模外輪廓與襯套內輪廓相對應。再者，所述襯套在對應於多極磁場位置的厚度較薄，對應於多極磁場的磁場交界位置厚度相對較厚，使模穴對應於多極磁場位置的空間較寬，對應於磁場交界位置的空間較窄。

實施時，上模壁面設有至少一排氣孔，讓上模相對於下模位移對粉體加壓時，粉體內的空氣能從排氣孔排出，讓粉體被加壓固定形狀成環形胚體。

相較於習知技術，本發明將環形模穴設計成對應於磁極配向位置的空間較寬，對應於磁極交界位置的空間較窄，使加壓後胚體能形成相對應的輪廓構造，則該胚體在後續燒結完成後即能夠較趨近於真圓，藉此減少研磨工時和材料損失，克服傳統磁石在製造過程中，因收縮率不同而形成多邊形的輪廓，造成後續研磨工時長、材料損失的缺點。

A‧‧‧粉體製程

B‧‧‧加壓成型及磁極配向

C‧‧‧燒結

D‧‧‧研磨

E‧‧‧充磁檢測

1‧‧‧胚體

10‧‧‧中模

11‧‧‧穿孔

12‧‧‧外模座

13‧‧‧內模條

131‧‧‧通孔

20‧‧‧上模

21‧‧‧排氣孔

30‧‧‧下模

40‧‧‧環形模穴

50‧‧‧多極磁場

51‧‧‧磁場交界

60‧‧‧胚體

61‧‧‧磁極配向

62‧‧‧磁極交界

70‧‧‧襯套

第一圖：習知外徑配向數為八極的環形胚體立體示意圖。

第二圖：習知內徑配向數為六極的環形胚體立體示意圖。

第三圖：本發明之極異方性環形磁石製造方法的流程示意圖。

第四圖：本發明之內徑配向的模具立體分解示意圖。

第五圖：本發明之內徑配向的模具結構示意圖。

第六圖：本發明之內徑配向的環形胚體成型示意圖(一)。

第七圖：本發明之內徑配向的環形胚體成型示意圖(二)。

第八圖：本發明之內徑配向之櫬套與環形胚體位置關係圖。

第九圖：本發明之內徑配向環形胚體的立體外觀圖。

第十圖：本發明之外徑配向的模具立體分解示意圖。

第十一圖：本發明之外徑配向的模具結構示意圖。

第十二圖：本發明之外徑配向的環形胚體成型示意圖(一)。

第十三圖：本發明之外徑配向的環形胚體成型示意圖(二)。

第十四圖：本發明之外徑配向之櫬套與環形胚體位置關係圖。

第十五圖：本發明之外徑配向環形胚體的立體外觀圖。

以下依據本發明之技術手段，列舉出適於本發明之實施方式，並配合圖式說明如後：如第三圖所示，極異方性環形磁石的製造方法的製造步驟係為粉體製程A、加壓成型及磁極配向B、燒結C、研磨D、以及充磁檢測E等。

如第四圖、第五圖所示，所述內徑配向之極異方性環形磁石加壓配向模具結構，係包含一中模10、以及一上模20與一下模30，所述中模10具有環形模穴40和多極磁場50。如第六、第七圖所示，前述上模20與下模30能夠在模穴40內相向位移加壓，所述中模10之環形模穴40中填充有粉體，藉由上模20與下模30相向位移能夠使粉體被加壓成環形胚體 60，並通過位在模穴40內緣的多極磁場50在胚體60上產生磁極配向61。

如第六至第八圖所示，中模10之環形模穴40內緣設有一襯套70，該襯套70在對應於多極磁場50位置的厚度較薄，對應於多極磁場50的磁場交界51位置厚度相對較厚，使加壓及磁極配向後的環形胚體60，在對應於磁極配向61位置的厚度大於磁極交界62位置的厚度，讓後續燒結時該胚體60在收縮率較高的磁極配向61位置，與收縮率相對較低的磁極交界62位置，二位置在燒結後的厚度能夠如第九圖所示彼此接近而趨近於真圓，進而減少後續研磨工時及材料損失。

如第五、第六、第八圖所示，該中模10包含一具有軸向穿孔11的外模座12，以及一軸向設置在穿孔11內的內模條13，所述穿孔11內緣與內模條13外緣之間形成環形模穴40；所述上模20與下模30中央設有供內模條13穿設的軸向通孔131，使上模20與下模30能夠沿著內模條13導引而相向位移加壓。

實施時，所述內模條13外周緣設有複數個軸向鐵芯，每一鐵芯上纏繞導電線圈形成多極磁場50，且襯套70設置在多極磁場50外緣，前述上模20之軸向通孔131內緣輪廓與襯套70外緣輪廓相對應。再者，所述襯套70在對應於多極磁場50位置的厚度較薄，對應於磁場交界51位置的厚度相對較厚，使模穴40對應於多極磁場50位置的空間較寬，對應於磁場交界51位置的空間較窄。

實施時，上模20壁面設有至少一排氣孔21，讓上模20相對於下模30位移對粉體加壓時，粉體內的空氣能從排氣孔21排出，讓粉體被加壓固定形狀成環形胚體60。

另一實施例如第十圖、第十一圖所示，係為外徑配向之極異方性環形磁石加壓配向模具結構，包含一中模10、以及一上模20與一下模30，所述中模10具有環形模穴40和多極磁場50。如第十二至十四圖所示，前述上模20與下模30能夠在模穴40內相向位移加壓；所述粉體填入中模10之環形模穴40中，藉由上模20與下模30相向位移能夠使粉體被加壓成環形胚體60，並通過位在模穴40外緣的多極磁場50在胚體60上產生磁極配向61。

所述中模10之環形模穴40外緣設有一襯套70，該襯套70在對應於多極磁場50位置的厚度較薄，對應於多極磁場50的磁場交界51位置厚度相對較厚，使加壓及磁極配向後的環形胚體60，在對應於磁極配向61位置的厚度大於磁極交界62位置的厚度，讓後續燒結時該胚體60在收縮率較高的磁極配向61位置，與收縮率相對較低的磁極交界62位置，二位置在燒結後的厚度能夠如第十五圖所示彼此接近而趨近於真圓，進而減少後續研磨工時及材料損失。

如第十、第十一、第十四圖所示，所述中模10包含一具有軸向穿孔11的外模座12，以及一軸向設置在穿孔11內的內模條13，所述穿孔11內緣與內模條13外緣之間形成環形模穴40；所述上模20與下模30中央設有供內模條13穿設的軸向通孔131，使上模20與下模30能夠沿著內模條13導引而相向位移加壓。

實施時，所述穿孔11內周緣設有複數個軸向鐵芯，每一鐵芯上纏繞導電線圈形成多極磁場50，且襯套70設置在多極磁場50內緣，前述上模20外輪廓與襯套70內輪廓相對應。再者，所述襯套70在對應於多極磁場50位置的厚度較薄，對應於多極磁場50的磁場交界51位置厚度相對較厚，使模穴40對應於多極磁場50位置的空間較寬，對應於磁場交界51位置的空間較窄。

實施時，上模20壁面至少設有一排氣孔21，讓上模20相對於下模30位移對粉體加壓時，粉體內的空氣能從排氣孔21排出，讓粉體被加壓固定形狀成環形胚體60。

藉由二種實施例之結構，本發明係將粉體填入具有環形模穴40之模具後予以加壓成型為環形胚體60，並且在環形模穴40的外緣或內緣施予軸向電流形成多極磁場50以對胚體60進行磁極配向61，使該胚體60具備外徑配向或內徑配向後予以燒結，再對燒結後的胚體60加以研磨，其特徵在於：所述加壓成型及磁極配向61後的環形胚體60在對應於內徑配向或外徑配向位置的肉厚較厚、對應於磁極交界62位置的肉厚較薄，使後續燒結時該胚體60在收縮率較高的配向位置，與收縮率相對較低的磁極交界62位 置，二位置在燒結後的厚度能夠彼此接近而趨近於真圓，進而減少後續研磨工時及材料損失。

惟，以上之實施說明及圖式所示，係舉例說明本發明之較佳實施例者，並非以此侷限本發明。是以，舉凡與本發明之構造、裝置、特徵等近似或相雷同者，均應屬本發明之創設目的及申請專利範圍之內。

10‧‧‧中模

20‧‧‧上模

30‧‧‧下模

40‧‧‧環形模穴

50‧‧‧多極磁場

70‧‧‧襯套

Claims (9)

1. 一種極異方性環形磁石的製造方法，係將粉體填入具有環形模穴之模具後予以加壓成型為環形胚體，並且在加壓成型時環形模穴的外緣或內緣施予軸向電流形成多極磁場以對胚體進行磁極配向，使該胚體具備外徑配向或內徑配向後予以燒結，再對燒結後的胚體加以研磨，其特徵在於：所述加壓成型及磁極配向後的環形胚體在對應於內徑配向或外徑配向位置的肉厚較厚、對應於磁極交界位置的肉厚較薄，使後續燒結時該胚體在收縮率較高的磁極配向位置，與收縮率相對較低的磁極交界位置，二位置在燒結後的厚度能夠彼此接近。
2. 如申請專利範圍第1項所述之極異方性環形磁石的製造方法，其中，所述之模具包含一具有環形模穴和多極磁場的中模、一組能夠在模穴內相向位移加壓的上模與下模，所述粉體填入中模之環形模穴中，藉由上模與下模相向位移能夠使粉體被加壓成環形胚體，並通過位在模穴內緣的多極磁場在胚體上產生磁極配向，其特徵在於：中模之環形模穴內緣設有一襯套，該襯套在對應於多極磁場位置的厚度較薄，對應於多極磁場的磁場交界位置厚度相對較厚，使加壓及磁極配向後的環形胚體，在對應於磁極配向位置的厚度大於磁極交界位置的厚度。
3. 如申請專利範圍第2項所述之極異方性環形磁石的製造方法，其中，該中模包含一具有軸向穿孔的外模座，以及一軸向設置在穿孔內的內模條，所述穿孔內緣與內模條外緣之間形成環形模穴；所述上模與下模中央設有供內模條穿設的軸向通孔。
4. 如申請專利範圍第3項所述之極異方性環形磁石的製造方法，其中，所述內模條外周緣設有複數個軸向鐵芯，每一鐵芯上纏繞導電線圈形成多極磁場，且襯套設置在多極磁場外緣，前述上模之軸向通孔內緣輪廓與襯套外緣輪廓相對應。
5. 如申請專利範圍第2項所述之極異方性環形磁石的製造方法，其中，上模壁面設有至少一排氣孔。
6. 一種外徑配向之極異方性環形磁石加壓配向模具結構，係包含一具有環形模穴和多極磁場的中模、一組能夠在模穴內相向位移加壓的上模與下模，所述粉體填入中模之環形模穴中，藉由上模與下模相向位移能夠使粉體被加壓成環形胚體，並通過位在模穴外緣的多極磁場在胚體上產生磁極配向，其特徵在於：中模之環形模穴外緣設有一襯套，該襯套在對應於多極磁場位置的厚度較薄，對應於多極磁場的磁場交界位置厚度相對較厚，使加壓及磁極配向後的環形胚體，在對應於磁極配向位置的厚度大於磁極交界位置的厚度。
7. 如申請專利範圍第6項所述外徑配向之極異方性環形磁石加壓配向模具結構，其中，所述中模包含一具有軸向穿孔的外模座，以及一軸向設置在穿孔內的內模條，所述穿孔內緣與內模條外緣之間形成環形模穴；所述上模與下模中央設有供內模條穿設的軸向通孔。
8. 如申請專利範圍第7項所述外徑配向之極異方性環形磁石加壓配向模具結構，其中，所述穿孔內周緣設有複數個軸向鐵芯，每一鐵芯上纏繞導電線圈形成多極磁場，且襯套設置在多極磁場內緣，前述上模外輪廓與襯套內輪廓相對應。
9. 如申請專利範圍第6項所述外徑配向之極異方性環形磁石加壓配向模具結構，其中，上模壁面設有至少一排氣孔。