[发明专利]放射状各向异性环形磁铁及制造方法

说明书

本分案申请是基于申请号为03823303.7，申请日为2003年4月22日，发明名称为“放射状各向异性环形磁铁及制造方法”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及放射状各向异性环形磁铁以及一种制造这种磁铁的方法。

背景技术

通过碾磨晶状、磁性各向异性材料例如铁氧体或稀土合金并且在特定磁场中压制碾磨材料而产生的各向异性磁铁广泛用于扬声器、电动机、测量仪器和其他电气装置中。这些中，因为特别在径向上具有各向异性的磁铁具有极好的磁性特性，可自由地磁化并且不需要加固以将磁铁固定在适当的位置，如在分段磁铁的情况下，它们在AC伺服电动机，DC无刷电动机和其他相关应用中使用。近年来朝向更高电动机性能的趋势已经带来对细长放射状各向异性磁铁的需求。

具有放射状定向的磁铁通过在垂直磁场中垂直压制或者由逆向挤压制造。垂直磁场中的垂直压制其特征在于在压制方向上施加反向磁场通过模芯以便获得放射状定向。也就是，如图1中所示，装入模腔中的磁铁粉末8借助于磁性电路放射状定向，其中由定向磁场产生线圈2产生的磁场通过铁心4和5朝向彼此施加，从铁心穿过模具3，并且通过压力机框架1循环返回。同样图1中显示有上冲头6和下冲头7。

因此，在该产生垂直磁场的垂直压制压力机中，由线圈产生的磁场形成包括铁心、模具和压力机框架的磁性通路。为了减少磁场漏泄损失，铁磁体，主要是黑色金属用作构成形成磁性通路的压力机的部分的材料。磁铁粉末定向磁场的强度由下面的参数设置。铁心直径(磁铁粉末填充内径)在下面表示为B，模具直径(磁铁粉末填充外径)为A，以及磁铁粉末填充高度为L。已经穿过上和下铁心的磁通在铁心中心处从相反的方向相遇并且向上移动到模具中。穿过铁心的磁通的量由铁心的饱和磁通密度确定。铁心中的饱和磁通密度大约为20kG。因此，磁铁粉末填充内径和外径处定向磁场的强度通过用已经穿过上和下铁心的磁通分别除以磁铁粉末装入其中的区域的内表面面积和外表面面积来获得，如下：

2·π·(B/2)²·20/(π·B·L)＝10·B/L        (内圆周)；

2·π·(B/2)²·20/(π·A·L)＝10·B²/(A·L)  (外圆周)。

因为磁场在外圆周处小于内圆周处，为了在填充磁铁粉末的所有区域中获得良好的定向，至少10kOe的磁场在外圆周处是必需的。结果，10·B²/(A·L)＝10，所以L＝B²/A。假定粉末压块的高度大约为填充粉末高度的一半，并且在烧结期间进一步减小到80％，最终获得的磁铁具有非常小的高度。因为铁心饱和这样确定定向磁场的强度，可以被定向的磁铁的大小(也就是高度)取决于铁心形状。制造轴向上细长的圆柱磁铁因此困难。特别地，已经能够制造小直径圆柱磁铁仅到非常短的长度。

制造放射状定向磁铁的逆向挤压处理并不有助于低成本磁铁的生产，因为它需要使用大的装备而具有少的产量。

这样，不管使用哪种方法，放射状各向异性磁铁难以制造。不能实现这种磁铁的低成本、大量生产又使得使用放射状各向异性磁铁的电动机制造非常昂贵。

最近，因为制造商对较低材料和装配成本的强烈期望，已经迫切需要提高放射状各向异性环形磁铁的生产力和装配简易性。除此之外，产品小型化和省力趋势也已经产生对更高磁铁性能的期望。人们相信细长的放射状各向异性环形磁铁可以满足制造商的这种需求。这里，“细长的”用来指其长度大于内径的环形磁铁。

当这种磁铁通过层叠多个短磁铁来实现时，许多问题产生。也就是，磁铁和电动机磁心用粘合剂或者由磁铁与铁磁电动机磁心之间磁性吸引力结合在一起。但是，当粘合剂失效时，因为磁铁之间的吸引力大于磁铁与磁心之间的吸引力，相邻磁铁上的北极和南极结合到彼此。结果，电动机停止运行。而且，即使当粘合剂没有失效时，试图朝向彼此牵引磁性北极和南极的力在粘合剂上产生剪切应力，这促使它失效。相反地，在整体磁铁中，这种力不出现。即使粘合剂碰巧失效，因为磁铁与铁磁电动机磁心由磁力相互吸引，它们不分离。