用于制造永久磁体的方法、用于制造作为双组分构件的永久磁体的方法及永久磁体的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于由包含颗粒状的磁性材料的热固塑料来制造注塑成型的塑料黏结的永久磁体的方法、和一种用于由包含颗粒状的磁体材料的热固塑料来制造作为双组分构件注塑成型的塑料黏结的永久磁体的方法、以及一种注塑成型的塑料黏结的永久磁体。
【背景技术】
[0002]由热塑性的塑料和磁性的粉末构成的、塑料黏结的永久磁体(Po I ymer BondedMagnets (聚合物粘结磁体)，PBM)已经批量地用在许多用于马达、传感装置和执行机构的注塑过程中。但是，也由比如在WO 2002/069357 Al中所公开的那样的、热固性的环氧材料结合不同的磁性的粉末变型以压制法或者注塑法来制造高效永久磁体。一般来说适用这一点:可以将这样的磁体用在许多环境中，因为注塑成型的、热固性的构件不吸收水分并且通过化学的交联具有特别的介质耐受性及耐热性。
[0003]一种用于制造用于电机的转子的方案在DE 27 56 626 C2中得到了解释，该方案尤其是用于电机用的、处于轴上的、柱筒状的、沿着圆周方向多极地侧向地经过磁化的永久磁体的形式的转子，其中所述永久磁体由粉末状的、与塑料混合的磁性材料通过喷射、压制或者注塑过程在成形模具中成形，并且而后得到磁化。
[0004]对于热固性的塑料来说，粉末的颗粒的、较高的填充程度不是问题。即使对于较大的粉末份额来说，材料以较高的粘度流往所述注塑模具的空穴。不过，在对热固材料进行加工时，较高的模具温度由于较高的交联温度而对所安装的定向磁体来说是一种挑战。尽管如此为了能够保证最佳的预先规定磁力，必须在有规律的周期中更换所述定向磁体。这种开销就像用于环氧材料的较高的材料价格一样提高了后来的构件成本。
【发明内容】
[0005]按照独立权利要求所定义的、用于由包含颗粒状的磁性材料的热固塑料来制造注塑成型的、塑料黏结的永久磁体的方法以及按照并列的权利要求所定义的方法具有以下优点:通过所喷射的可流动的热固塑料的、在注塑模具中的延迟的交联，可以首先(完全)填满所述空穴，而同时由于对于所述模具的壁体区域的主动的冷却，还阻止所述热固塑料的交联，由此可以使在所述热固塑料中的磁性的颗粒通过所述定向磁体来最佳地定向，并且就这样产生较高的持久的磁力。此外，所述被集成在模具中的定向磁体以及基体类型的嵌入载体(Einlegetrjiger)不是持久地通过较高的模具温度而经受热负荷，由此以有利的方式防止损坏，并且可以将用于所述定向磁体的更换及保养间隔相应地选择得更长一些。除此以外，利用当前的方法也可以制造注塑成型的构件，对于所述构件来说，所述注塑成型的、塑料黏结的永久磁体具有不同的磁定向，其中对于所述磁化处理来说使用多个分别具有不同的定向的磁场。为此目的，而后必须在所述注塑模具中设置多个定向磁体，所述定向磁体对于在所喷射的热固塑料上的、所属的区域在其磁定向的方面加以影响。
[0006]当前的方法的另一优点是，现在可以非常自由地设计所述注塑成型的、塑料黏结的永久磁体的外形，并且尤其对于所述注塑成型的、塑料黏结的永久磁体也可以实现较薄的壁厚，其中迄今由于较大的剪力而在具有较小的壁厚的区域中出现的摩擦热导致了所述热固塑料的、不受欢迎的、提早的交联，对于所述提早的交联来说，所述磁性的填料在所述永久磁体的随后的磁化中再也不能定向，并且因此在这些区域中降低了所述注塑成型的、塑料黏结的永久磁体的磁力。
[0007]此外，利用当前的、按照并列的权利要求的方法，可以在许多几何形状变型方案中、并且作为比如具有一事先在所述注塑模具的外部构成的基体或者具有一在第一方法步骤中在注塑模具中所形成的塑料本体的双组件-构件，借助于一个唯一的注塑模具，由成本低廉的塑料来制造注塑成型的、塑料黏结的永久磁体。因为所述基体以及所述在注塑模具中所形成的塑料本体在注塑模具中与在执行当前的方法过程中所喷射的热固塑料相汇合，所以按照本发明可以以很精确的形状公差来制造由此形成的、注塑成型的、塑料黏结的永久磁体。
[0008]所述按照当前的方法所喷射的热固塑料可以在填充所述空穴时利用正收缩(膨胀)来调节，由此尤其在双组分注塑法的变型方案中可以以很高的尺寸精度在所述两种组分之间来建立非常紧密的连接。具有磁性粉末的较高的填充份额的热固塑料也在可流动的状态中具有很好的流动性(与水的流动性相类似)，由此使对于所述空穴的(完全的)填充变得容易。作为补充方案，利用当前的方法，由于直至在注塑成型的、塑料黏结的永久磁体的磁定向之后防止提早的交联，就也以有利的方式制造很小的并且易损的、具有较高的磁力的构件。
[0009]本发明的核心是，在喷射过程中并且在填充所述空穴之后一直通过将所述空穴的壁体区域主动地冷却到所述热固塑料的交联温度之下这种方式来保持所喷射的、处于可流动的状态中的热固塑料的交联，使得所述热固塑料的磁性的填料在所述磁体的磁场的作用下可以非常均匀地定向，直至所述处于可流动的状态中的热固塑料的磁化过程结束。此后结束所述主动的冷却，从而可以通过所述加热装置的作用使所述热固塑料凝固，并且随后取出冷却下来的构件。按照本发明所形成的、注塑成型的、塑料黏结的永久磁体由此拥有一种磁场，该磁场非常均匀并且基本上在每个位置上都一样强烈。与此相比，按照现有技术，将热固塑料在可流动的状态中直接喷射到很热的注塑模具中，其中与所述热固塑料之间的接触面的温度如此之高，从而在朝所述模具的空穴的方向喷射的过程中紧接着开始一种交联过程，并且由此在所述磁体为了进行定向而能够以所期望的方式使所述磁性的填料定向之前，阻止所述热固塑料的磁性的填料由于所述热固塑料的凝固而进行其磁性的定向，此夕卜，此前所解释的情况意味着，所述永久磁体的磁场在流动路径末端上变得越来越差。
[0010]在本发明的意义上的主动的冷却表示:利用任意的、正如对于本领域的技术人员来说从现有技术中所熟知的那样的冷却装置来有针对性地将热量尤其是从所述空穴的或者所述成形区域的壁体区域中排出。按照本发明，将包含颗粒状的磁性材料的热固塑料在可流动的状态中喷射到所述空穴中这种方式可以使所述空穴完全被所述热固塑料填满。作为对此的替代方案，所述空穴的、每种与所述空穴的完全的填充程度不同的填充程度也可以利用当前的方法来实现，尤其所述空穴可以利用所述处于可流动的状态中的热固塑料的、预先确定的体积来填充。此外，在所述当前的方法中，可以取代在借助于所述加热装置将所述壁体区域加热到所述热固塑料的交联温度的步骤之后切断所述加热装置直到所述热固塑料的交联过程结束这种做法，而借助于所述加热装置将所述壁体区域的温度降低到特定的、处于所述交联温度之下的温度。
[0011]按照所述当前的方法的另一种设计方案，对所述壁体区域进行主动的冷却的步骤可以借助于用冷却介质贯穿流过冷却通道的方式来进行，其中所述冷却通道在与所述模具的壁体区域邻接的情况下构成。所述冷却介质可以包括所有从现有技术中知道的介质，比如水、油或者不同的液体的混合物、尤其是水-乙二醇-混合物。所述冷却通道在此关于所述模具的壁体区域如此布置，从而一方面实现所述得到加热的壁体区域的、快速的散热，并且另一方面相对于在所述模具的运行中所出现的力和力矩存在着足够高的强度，使得所述空穴的壁体区域的、在负荷下的弹性变形尽可能地小。
[0012]在所述当前的方法中，所述加热装置可以由电的加热陶瓷或者厚层加热机构(Dickschichtheizung)来构成。围绕着所述模具的空穴布置了电的加热陶瓷或者厚层加热机构，所述电的加热陶瓷或者厚层加热机构可以变热地被加热到所述交联温度、尤其是被加热到处于130°C与180°C之间的范围。所述加热陶瓷紧挨着在所述空穴的壁体区域的表面的下方被安装到所述模具中。优选将所述厚层加热机构施加到所述空穴的表面上，并且用相应的金属层将其覆盖住。作为替代方案，在所述当前的方法中，也可以借助于液态的介质、借助于电阻加热装置或者以感应的方式对所述模具的靠近空穴的壁体区域进行恒温处理。
[0013]按照所述当前的方法的另一种设计方案，可以用处于50bar到10bar之间的范围内的压力来将所述热固塑料喷射到所述空穴中。在所述空穴中的这样的内压对于所述陶瓷加热装置来说为最佳，因为在这种情况下没有出现较高的、可能导致所述陶瓷加热装置弯曲并且由此导致破裂的变形力。
[0014]按照所述当前的方法的另一种设计方案，此外所述模具可以具有至少一个用于将所述热固塑料喷射到所述空穴中的流入口，其中在步骤b)的持续时间里对所述流入口进行主动的冷却。因此，对于所述伸入到空穴中的流入口的区域来说同样保证，在填充所述空穴的过程中在所述流入口的区域中防止所喷射的、处于可流动的状态中的热固塑料的交联。由此，在这个时间里对于所述流入口的横截面来说保证了，处于压力之下的热固塑料在可流动的状态中完全朝所述空穴的方向运动，而不存在着以下危险:按照现有技术所述流入口的壁体区域，所述流入口的横截面由于在圆周区域中时效硬化的热固塑料而变窄。
[0015]在所述当前的方法中，对于所述壁体区域的主动的冷却可以在切断所述加热装置之后进行，从而在所述模具中连续地制造一种注塑成型的、塑料黏结的