专利名称：径向各向异性的圆柱形烧结磁体和永磁体电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及径向各向异性的环形烧结磁体和永磁体电动机。
背景技术：
通过研磨例如铁氧体磁体或稀土合金的磁晶各向异性材料并且在特定磁场下压制研磨的磁性材料制备的各向异性磁体广泛地用于扬声器、电动机、测量仪器和其它电学装置。其中，特别是径向各向异性的磁体具有优异的磁性质、可以自由磁化并且不需要像分段磁体情况中一样用以将磁体固定在适当位置的增强，从而可以使用在AC伺服电动机、DC无刷电动机和其它相关应用。最近几年朝向更高的电动机性能的发展趋势需要长的径向各向异性磁体。
通过在竖直磁场中竖直成型或者通过向后挤出来制造具有径向取向的磁体。在竖直磁场中竖直成型的工艺的特征在于在压制方向中施加穿过模具芯体的对向磁场，从而提供径向取向。即，如图2所示，通过线圈2产生取向磁场以径向取向填入模具空腔内的磁体粉末8，该取向磁场穿过芯体4和5彼此相对，从而形成从芯体4和5走向冲模3并穿过成型机框架返回芯体的磁路。图2还显示了上冲杆6和下冲杆7。
因此，在这种在竖直磁场中竖直成型的设备中，由线圈产生的磁场产生从芯体延伸，穿过冲模和成型机框架并返回芯体的磁路。为了降低磁场漏损，使用铁磁体，典型地是铁质金属作为组成形成磁路的成型机的部分。但是，使磁体粉末取向的磁场的强度由下面的参数来确定。
穿过上下芯体的磁通量在芯体中部从相反的方向相遇并且转向进入冲模中。由芯体的饱和磁通密度确定穿过芯体的磁通量的量。铁芯的磁通密度为大约2.0T。因此，通过将穿过上下芯体的磁通量分别除以充填磁体粉末的空腔的内表面积和外表面积来获得充填磁体粉末的空腔内径和外径处的取向磁场的强度，如下所示2·π·(B/2)2·20/(π·B·L)＝10·B/L(内周)2·π·(B/2)2·20/(π·A·L)＝10·B2/(A·L) (外周)其中，B是芯体直径(充填磁体粉末的空腔的内径)，A是冲模直径(充填磁体粉末的空腔的外径)，并且L是充填磁体粉末的空腔的高度。因为磁场在外周处小于内周处，所以为了在充填磁体粉末的空腔的所有区域中获得良好的取向，在外周处需要至少10kOe的磁场。结果，10·B2/(A·L)＝10，所以L＝B2/A。假定生坯的高度约为充填粉末高度的一半并且在烧结期间进一步降低至大约80％，最后获得的磁体具有非常小的高度。因为芯体的饱和磁通密度决定了如上所述的取向磁场的强度，可以被取向的磁体的尺寸(例如高度)与芯体的形状有关。因此，难以制造在其轴向上长的环形磁体。特别是，只能制造长度非常短的小直径环形磁体。
因为需要使用大型设备并且具有不良的产率，所以用来制造径向取向的磁体的反向挤出工艺对于低成本磁体的制造不是有效的，因此，不管使用什么方法，都难以制造径向各向异性的磁体。不能实现低成本、大体积地制备这种磁体相应地使制造使用径向各向异性磁体的电动机是非常昂贵的。
在作为烧结磁体制备径向各向异性的环状磁体的情况中，作为赋予的各向异性的结果，如果由于c轴方向和垂直c轴方向的方向之间线性膨胀系数的差异而在磁体中产生的应力大于磁体的机械强度，在烧结和时效/冷却步骤期间在磁体中可能发生不想要的破裂和开裂。为此，仅能将R-Fe-B基烧结磁体制造成内/外径比至少为0.6的磁体形状(参见Hitachi Metals技术报告，第6卷，第33-36页)。此外，在R-(Fe，Co)-B基烧结磁体的情况中，不仅在合金结构中的主2-14-1相中包含取代铁的钴，而且钴在富R相中形成R3Co，显著降低了机械强度。另外，由于高的居里温度，在从居里温度至室温的冷却步骤期间，在c轴方向和垂直c轴方向的方向中热膨胀系数中发生更大的变化，导致残余应力增加，引起破裂和开裂。为此，对R-(Fe，Co)-B基径向各向异性的环状磁体比无钴R-Fe-B基磁体给出更严格的形状限制，从而稳定的磁体制造仅在内/外径比至少0.9的形状下是可能的。在小直径径向磁体的情况中因为不论厚度如何，它们具有低的内/外径比，所以问题变得特别严重。出于相同的原因，铁氧体磁体和Sm-Co基磁体遭遇破裂和开裂，阻止了其稳定的制造。
在涉及铁氧体磁体的Kool的研究报道中讨论了与赋予的径向各向异性相关的、在烧结和时效/冷却步骤期间可能引起破裂和开裂的圆周残余应力(F.Kools，Science of Ceramics，第7卷(1973年)，第29-45页)并且由等式(1)表达。
σθ＝ΔTΔαEK2/(1-K2)·(KβKηK-1-Kβ-Kη-K-1-1)(1)σθ圆周应力ΔT温度差Δα线性膨胀系数的差(α||-α⊥)E取向方向中的杨氏模量K2杨氏模量的各向异性比(E⊥/E||)η位置(r/外径)βK(1-ρ1+K)/(1-ρ1-2K)ρ内径/外径比在上面的等式中，对引起破裂或开裂影响最大的项是Δα，即线性膨胀系数的差(α||-α⊥)。对于铁氧体磁体，Sm-Co基稀土磁体和Nd-Fe-B基稀土磁体，不同晶体方向之间热膨胀系数的差异(即热膨胀的各向异性)从居里温度开始发生并且在冷却步骤期间随着温度降低而增加。在此阶段，残余应力增加超过磁体的机械强度，导致破裂。
如上面的等式所给出，由于取向方向和垂直此方向的方向之间热膨胀的差异引起的应力随着环形磁体在其整个圆周上径向取向而产生。因此，如果制造包括与径向取向不同取向的部分的环形磁体，抑制了破裂的发生。例如，通过在水平磁场中竖直成型的方法制备，从而它们在垂直于环形轴的一个方向中取向的环形磁体不管它们是Sm-Co基稀土磁体还是Nd-Fe(Co)-B基稀土磁体都不会破裂。
只因为径向取向而发生破裂。在径向磁体通常采用来防止破裂的方法中，径向磁体的径向取向是无序的，从而以降低c-轴方向的热膨胀和垂直此方向的方向中的热膨胀之间的差异。但是，该方法降低了来自用作电动机转矩来源的磁体的磁通量，从而不能构建高性能的电动机。
发明内容
本发明要解决的问题考虑到上述情况做出的本发明的目的是提供甚至在形状为低内/外径比时在烧结和时效/冷却步骤期间也不会经历破裂和开裂，并且具有满意的磁性质的径向各向异性的环形烧结磁体；以及包含该径向各向异性的环形烧结磁体的廉价的、高性能的永磁体电动机。
解决问题的方法实现了上述目的的本发明提供了环形形状的径向各向异性的烧结磁体，其具有剩磁(或剩余磁通密度)，其中环形径向方向上的剩磁在环形的圆周方向中以90°的间隔增加和降低，并且在整个环形圆周上径向中的剩磁具有0.95-1.60T的最大值和等于该最大值50-95％的最小值。
径向各向异性的环形烧结磁体在环形径向上的剩磁沿着环形的圆周方向增加和降低，引起局部取向的有意无序。获得在烧结和时效/冷却步骤期间不会经历破裂和开裂并且具有满意的磁性质的径向各向异性的环形烧结磁体，典型地是径向各向异性的环形烧结稀土磁体，并且特别是甚至在其形状为低内/外径比时也不会经历破裂和开裂并且具有满意的磁性质的径向各向异性的环形烧结磁体，典型地是径向各向异性的环形烧结稀土磁体。
在优选的实施方案中，径向各向异性的环形烧结磁体具有最大90毫米的内径、最大100毫米的外径、至少0.3的内径/外径比和最大70毫米的高度。
在另一个方面中，本发明提供了包含多个定子齿的永磁体电动机，其中该径向各向异性环形磁体磁化为4n个磁极(其中n是1-20的整数)，从而N和S极之间的边界所在的范围的中心在剩磁表现出最小值的径向处并且该范围在圆周方向中从该处延伸±10°，之后，该电动机结合了上面定义的径向各向异性的环形烧结磁体。
布置在环形磁体圆周方向中的N和S极之间的边界位于中心在剩磁表现出最小值的无序取向的区域，即剩磁表现出最小值的径向处并且在圆周方向中从那里延伸±10°。这样可以使电动机旋转期间不利的转矩波动最小并且增加了从N和S极产生的磁通量的量。
在优选的实施方案中，磁化是多极偏斜磁化并且偏斜角等于径向各向异性的环形烧结磁体圆周方向中一个磁极角度的1/10至2/3；或者定子齿是偏斜角等于径向各向异性的环形烧结磁体圆周方向中一个磁极角度的1/10至2/3的斜齿。在偏斜磁化中，N和S极间的边界优选位于中心在环形磁体的轴中央处的剩磁表现出最小值并且在圆周方向中从那里延伸±10°的方向处的范围内。
因为如此构建出永磁体电动机，磁极间磁通密度的变化最小化。永磁体电动机能够在高转矩并且无转矩嵌齿下旋转。
本发明的利益本发明径向各向异性的环形烧结磁体甚至在其形状为低内/外径比时在烧结和时效/冷却步骤期间也不会经历破裂和开裂，并且具有满意的磁性质。包含该径向各向异性的环形烧结磁体的永磁体电动机是廉价的和高性能的。
图1表示了用来制造根据本发明的径向各向异性的环形烧结磁体的在水平磁场中的竖直成型设备。图1a是平面图，并且图1b是俯视剖面图。
图2表示了用来制造径向各向异性的环形烧结磁体的现有技术在竖直磁场中的竖直成型设备。图2a是俯视剖面图，并且图2b是图2a中沿着A-A’截取的剖面图。
图3示意性地表示了当在径向各向异性的环形烧结磁体的制造期间由图1或2的设备产生磁场时的磁力线。
具体实施例方式
本发明的径向各向异性的环形烧结磁体是环形径向方向中的剩磁(或剩余磁通密度)在环形的圆周方向中以90°的间隔增加和降低，并且剩磁在整个环形圆周上径向中具有0.95-1.60T的最大值和等于该最大值50-95％的最小值的磁体。
因为磁体是径向取向的圆周连续体，即径向各向异性的环形磁体，所以由上面等式(1)表示的应力在磁体中产生。这表明通过部分减轻径向取向可以降低应力。将本发明的径向各向异性的环形烧结磁体构建成其在环形径向中的剩磁在环形的圆周方向中以90°的间隔增加和降低。具体地说，径向中的剩磁在环形的圆周方向的整个圆周上(360°)上在四个阶段增加和降低。径向中的剩磁在90°间隔的分别四个点处达到最大值和最小值。取向无序或不连续的区域是径向中的剩磁表现出最小值的地方。
如果无序取向的区域在磁化后随意分布，磁通密度低的区域也随意分布，当结合在电动机中时这会引起转矩波动。相反，因为取向无序，即剩磁低的区域在环形圆周方向中以90°的间隔分布，并且所以磁通量小的区域以90°的间隔周期分布，所以本发明的径向各向异性的环形烧结磁体对于降低转矩波动是有效的。
在此情况下，无序取向的区域在其轴向上从环形的上面向下面连续延伸，并且在环形磁体的整个轴向上抑制了破裂和开裂的发生。注意到在无序取向的区域处，剩磁低不是因为该区域在与径向不同的方向中取向，而是因为组成该区域的磁体颗粒随意取向。因此，有效地减轻了能够导致破裂的应力。在此情况下，可能存在少量无序取向的区域。因为在四个位置分布无序取向的区域，尽管是少量的，但是它们防止破裂的作用是显著的。
在本发明的径向各向异性的环形烧结磁体中，径向中的剩磁具有等于最大值50-95％，优选50-90％的最小值。在无序取向的区域处，径向中的剩磁表现出最小值。径向中剩磁的最小值等于或小于径向中剩磁最大值的95％的设置对于抑制破裂和开裂是有效的。如果径向中剩磁的最小值小于径向中剩磁最大值的50％，磁体颗粒在径向以外的某方向中排列并取向，并且该区域处的磁通量使得从周围区域的磁通量不连续的变化，引起转矩波动。为了使其中结合了磁体的电动机产生有效的转矩，整个环形圆周上径向剩磁的最大值为0.95-1.60T，优选0.95-1.40T。
优选本发明的径向各向异性的环形烧结磁体具有最大90毫米的内径、最大100毫米的外径、至少0.3的内径/外径比和最大70毫米的高度。如果外径大于100毫米且内径大于90毫米，有时不太可能形成无序取向的区域并且如果存在，它们对抑制破裂和开裂也是不太有效的。如果高度大于70毫米，取向无序的程度可以在环形的轴向上变化，导致抑制破裂和开裂的作用的变化。如果内径/外径比小于0.3，由于热膨胀的各向异性，可能产生太多的应力，这对抑制破裂和开裂的作用是有害的。更具体地说，内径等于或小于70毫米，外径等于或小于80毫米，内径/外径比等于或大于0.4，并且高度等于或小于60毫米。在这些范围内，内径可以等于或大于0.5毫米，外径可以等于或大于1毫米，内径/外径比可以等于或小于0.99，并且高度可以等于或大于0.5毫米。这些尺寸不局限于本文中上述范围。
下面说明制备本发明的径向各向异性的环形烧结磁体的方法。举例来说，通过使用芯体至少部分由饱和磁通密度至少为0.5T的铁磁性材料制成的环形磁体成型模具、用磁体粉末充填模具空腔、根据在水平磁场中竖直成型的方法，在施加取向磁场时成型磁体粉末，并且烧结所得的生坯，可以制备出本发明的径向各向异性的环形烧结磁体。
举例来说，在该方法中使用的水平磁场中竖直成型设备可以是图1中显示的设备。图1示意地显示了在水平磁场中的竖直成型设备，其用来在成型成环形磁体时在磁场中实施取向。所示水平磁场中的竖直成型设备特别适合电动机磁体的制造。如图2所示，图1中包括了成型机框架1、产生取向磁场的线圈2、冲模3和芯体5a。还显示了上冲杆6、下冲杆7、充填的磁体粉末8和磁极件9。
此处，环形磁体成型模具中的芯体，典型地是如图1中所示的芯体5a，其至少部分、优选全部由饱和磁通密度至少为0.5T，优选0.5-2.4T，更优选1.0-2.4T的铁磁性材料制成。适当的芯体材料包括由铁基材料、钴基材料及其合金材料制备的铁磁性材料。
如果图3b中的芯体5b完全由非磁性的或者饱和磁通密度与磁体粉末相当的材料制成，磁力线如图3b所示彼此平行地延伸。它们在图中心附近(所施加磁场水平方向中的中央区域)指向径向，但是当它们向上或向下移动时(所施加磁场水平方向的相对两侧)，它们仅在线圈产生的取向磁场的方向上延伸。
相反，在其中芯体中使用饱和磁通密度至少为0.5T的铁磁体的实施方案中，当向磁体粉末施加取向磁场时，磁通量趋于垂直进入铁磁体中，产生几乎是径向的磁力线。因此，充填磁体粉末的空腔中的磁场方向大致成如图3a所示的径向。
甚至当芯体由铁磁性材料制成时，如果其具有小于0.5T的饱合磁通密度，芯体容易饱和。在此情况下，尽管使用铁磁性芯体，但是磁场将变得接近图3b中所示的状态，不能实现有效的径向取向。另外，芯体低于0.5T的饱合磁通密度等于充填的磁体粉末的饱和磁通密度(＝磁体的饱和磁通密度×充填密度)，并且充填磁体粉末和铁磁性芯体内部的磁通量方向因此变得与线圈产生的磁场方向相同。应当理解，使用饱和磁通密度至少为0.5T的铁磁性材料作为芯体的一部分可以提供上述作用，但是整个芯体都由铁磁性材料制成对于更大的作用是优选的。
在制备径向各向异性的环形烧结磁体的方法中，优选通过操作(i)至(iii)中至少之一来施加磁场(i)施加磁场后，在模具圆周方向上旋转磁体粉末90°的角度，然后再次施加磁场；(ii)施加磁场后，在模具圆周方向上并且相对磁体粉末旋转产生磁场的线圈90°的角度，然后再次施加磁场；和(iii)布置两套产生磁场的线圈对，从而围绕模具的外围并且使得与线圈对相关的所施加磁场的方向彼此正交，用一对线圈对施加磁场，并然后用另一对线圈对施加磁场。
在使用水平磁场中的竖直成型设备时，首先施加磁场以提供如图3a所示的状态。因此，充填的磁体粉末在从所施加磁场方向观察的环形中央区域中在所施加磁场的方向上取向，并且在与所施加磁场方向的相对两侧重叠的区域中在所施加磁场的方向上取向，并且在其它区域中几乎成径向。
接下来，在再次施加磁场前，在水平方向(环形的端面方向)上相对第一次施加磁场的方向旋转充填的磁体粉末90°的角度，或者在水平方向上相对充填的磁体粉末旋转产生磁场的线圈90°的角度。可选地，假定事先布置两套产生磁场的线圈对，从而围绕模具的外围并且使得与线圈对相关的所施加磁场的方向彼此正交，产生另一个线圈对施加其方向与一个线圈对相关的第一次所施加磁场的方向正交的磁场。即，在环形的端面方向上与第一次所施加磁场的方向正交的方向上施加磁场。
随后施加的磁场在以所施加磁场方向观察的环形中央区域以外的区域中，在径向上施加磁场的区域中，增加了径向取向的程度。另一方面，在从所施加磁场方向观察的环形中央区域中，以及在与所施加磁场方向相对两侧重叠的区域中，垂直于第一次所施加磁场的取向方向施加磁场，但是这些区域中不是所有的磁体颗粒都在新施加的磁场方向上重新取向。结果，组成磁体的磁体颗粒随意取向。
通过多次进行在一个方向上第一次施加磁场，然后在与第一次施加磁场的方向正交的方向上再施加磁场的操作，来获得更大的作用。当多次重复该操作时，反转施加磁场的方向并且从相反方向施加磁场也是有效的。
因为随着重复操作趋势变得更加显著，并且随着重复次数的增加相对于环形的整个圆周具有较低剩磁的区域降低至更窄的面积，所以重复上述操作2-10次是优选的。具有较低剩磁的区域可能随着环形内/外径比变低并且随着环形的直径变小而变得更窄。但是，更大次数的重复导致更长的定形周期时间，降低了生产率。优选的重复次数是3-10次，并且更优选3-7次。
本发明的径向各向异性的环形烧结磁体可以通过如上所述的方法对要取向的磁体粉末施加磁场，然后像水平磁场中普通竖直成型的方法一样在50-2,000kgf/cm2(大约4.9-196MPa)的压力范围内成型粉末，在1,000-1,200℃下在真空或惰性气体气氛中烧结生坯来制备。烧结体任选地接受例如时效处理和加工的操作以得到烧结的磁体。本发明能够通过一次进粉操作和一次压制操作来获得所需轴长度的磁体，但是可以使用一次以上的压制操作来制备这种磁体。
在上述成型过程期间，在水平磁场中的竖直成型设备产生0.5-12kOe磁场是优选的。因为如果磁场更强，图3a中的芯体5a可能变得饱和并且呈现接近图3b中所示的状态，从而不能实现径向取向，所以将通过在水平磁场中竖直成型设备产生的磁场确定在所述范围内。因此，磁场具有等于或小于12kOe的强度，尤其是等于或小于10kOe的强度是优选的。另外，当使用铁磁性芯体时，磁通量集中在芯体中，产生在芯体附近强于由线圈产生的磁场的磁场。但是，如果取向磁场太弱，甚至在芯体附近也不能获得足以取向的磁场。因此，磁场优选具有至少0.5kOe，尤其是至少1kOe的强度。因为磁通量集中在铁磁体附近，以在那里产生比上述更强的磁场，所以短语“通过在水平磁场中竖直成型设备产生的磁场”在本文指在充分远离铁磁体的地方中磁场的强度，或者在不存在铁磁性芯体下测量的磁场值。
在就在成型前选自操作(i)至(iii)中的一个操作期间，或者在成型期间施加给磁体粉末的磁场优选具有1.25×105/π-2×106/πA/m(0.5-8kOe)，更优选2.5×105/π-1.25×106/πA/m(1-5kOe)的强度。在向充填的磁体粉末施加了磁场后，在环形的端面方向中在与第一次所施加磁场的方向正交的方向上再次施加磁场。如果随后的磁场具有大于2×106/πA/m(8kOe)的强度，难以维持由第一次所施加磁场给出的取向，并且不必向已经获得所需取向的区域施加磁场。另一方面，在小于1.25×105/π(0.5kOe)的强度下，磁场可能太弱而不能通过施用磁场实现改善取向的作用，从而不能获得任何取向的改善。
本文使用的磁体粉末没有特别限制。可以使用铁氧体磁体、Sm-Co基稀土磁体和各种类型粘结磁铁以及Nd-Fe-B基磁体的源磁体粉末。在任何情况下，平均颗粒尺寸0.1-10微米，并且尤其是1-8微米的合金粉末是优选的。
接下来，说明本发明的永磁体电动机。本发明的永磁体电动机包括多个定子齿。将本发明的径向各向异性的环形烧结磁体磁化为4n个磁极(其中n是1-20的整数)，从而N和S极之间的边界位于中心在剩磁表现出最小值的径向处并且在圆周方向中从该处延伸±10°的范围内后，将该本发明的径向各向异性的环形烧结磁体结合于该电动机中。
在本实施方案中，磁化磁体，从而使N和S极之间的边界位于包括上述四个无序取向区域的、中心在剩磁表现出最小值的径向处并且在圆周方向中从那里延伸±10°的范围内。结果，在磁极上不会出现小磁通量的那些区域，并且磁极具有更高且均匀的磁通量密度。获得了可以消除任何电动机转矩嵌齿或者劣化的适合于永磁体电动机的多极环形磁体。
通过在电动机，尤其是具有多个定子齿的电动机中结合多极环形磁体作为转子可以获得本发明的永磁体电动机。
与在多个磁极中磁化的传统的径向各向异性的环形烧结磁体相比，在多个磁极中磁化的本发明的径向各向异性的环形烧结磁体在磁极与磁极边界附近中可磁化性和磁性质是低的，并因此提供磁通密度在磁极间的平滑过渡，导致嵌齿转矩足够低的电动机。通过实施偏斜磁化或者偏斜定子齿可以进一步降低嵌齿转矩。
因为如果偏斜角小于磁体圆周方向中一个磁极角度的1/10，不太能观察到偏斜磁化对降低嵌齿转矩的作用，并且如果偏斜角超过一个磁极角度的2/3，电动机转矩降低很大，所以径向各向异性的环形烧结磁体或定子齿的偏斜角优选等于径向各向异性的环形烧结磁体圆周方向中一个磁极角度的1/10至2/3，更优选1/10至2/5。
除此之外，本发明的永磁体电动机可以是公知的结构。
实施例下面将给出实施例、比较实施例和参考实施例来进一步阐述本发明，但是本发明不局限于此。
实施例1通过使用每种纯度为99.7重量％的Nd、Dy、Fe、Co、Al和Cu，以及纯度为99.5重量％的B，在真空熔化炉中熔化它们，并且铸造熔体，制备出Nd29Dy2.5Fe64.2Co3B1Al0.2Cu0.1合金铸锭。在颚式破碎机和Brown磨中破碎铸锭，并且在氮气流中在喷射磨中研磨，制得平均颗粒尺寸为3.5微米的细粉(磁体粉末)。
使用如图1所示的安装了饱和磁通密度为2.0T的铁磁性芯体(S50CFe钢)的水平磁场中的竖直成型设备，对细粉进行一系列操作。
(1)从一个水平方向施加10kOe的磁场来取向充填的磁体粉末，并且在相同状态(不旋转)中，从与所述的一个水平方向相反的方向施加5kOe的磁场。这是第一次磁场施用。
(2)使充填的磁体粉末与冲杆、芯体和冲模一起在水平方向上旋转90°的角度。从与第一次磁场施用中相同的一个水平方向施加10kOe的磁场并且从相反方向施加5kOe的磁场。这是第二次磁场施用。
(3)同在第二次磁场施用中一样，再在水平方向上旋转充填的磁体粉末90°的角度，之后，从与第一次磁场施用中相同的一个水平方向施加5kOe的磁场并且从相反方向施加5kOe的磁场。重复该操作4次。
(4)同在第二次磁场施用中一样，再在水平方向上旋转充填的磁体粉末90°的角度，之后，在从与第一次磁场施用中相同的一个水平方向施加2kOe的磁场，同时在500kgf/cm2的压力下成型磁体粉末。成型前磁体粉末具有35％的充填密度。
然后，在1,090℃下真空烧结生坯1个小时并且随后在580℃下热处理1小时来时效，从而制得外径10毫米、内径6毫米且长度30毫米的稀土环形烧结磁体。从假设为0°的定形过程期间施加的一个磁场方向看，在环形圆周方向上以45℃的间隔测量所得稀土环形烧结磁体的剩磁Br，结果表示在表1中。此外，通过上述方法制造100个稀土环形烧结磁体样品，表1中也报道了开裂的样品数量。
比较实施例1使用与实施例1中相同的磁体粉末，用如图2所示的竖直磁场中竖直成型设备制备磁体。将磁体粉末充填至5毫米的高度并且在20kOe的线圈产生的磁场中成型。然后，向下移动成型体，之后在生坯上再次充填磁体粉末至5毫米的高度并且相似地在磁场中成型。再重复充填磁体粉末至5毫米的高度和成型的步骤13次。此后，在与实施例1中相同的条件下烧结生坯并且热处理时效，制得外径10毫米、内径6毫米且长度30毫米的稀土环形烧结磁体。同实施例1中一样，测量剩磁Br并且计数开裂样品的数量。结果表示在表1中。
表1
如其剩磁Br最大值等于1.25T并且经历最小的开裂所示，明显可见实施例1的径向各向异性的环形烧结磁体具有满意的磁性质。
实施例2使用与实施例1中相同的磁体粉末并且充填至相对于磁体的真密度为40％的充填密度。使用如图1所示的安装了饱和磁通密度为2.25T的铁磁性芯体(PermendurFe-Co合金)的水平磁场中的竖直成型设备，对细粉进行一系列操作。
(1)从一个水平方向施加9kOe的磁场来取向充填的磁体粉末，并且在相同状态(不旋转)中，从与所述的一个水平方向相反的方向施加5kOe的磁场。这是第一次磁场施用。
(2)使充填的磁体粉末与冲杆、芯体和冲模一起在水平方向上旋转90°的角度。从与第一次磁场施用中相同的一个水平方向施加9kOe的磁场并且从相反方向施加5kOe的磁场。这是第二次磁场施用。
(3)同在第二次磁场应用中一样，再在水平方向上旋转充填的磁体粉末90°的角度，并且在从与第一次磁场施用中相同的一个水平方向施加2kOe的磁场，并然后从相反方向施加2kOe的磁场下，同时在500kgf/cm2的压力下成型磁体粉末。
然后，在1,090℃下真空烧结生坯1个小时并且随后在580℃下热处理1小时来时效，从而制得外径8.5毫米、内径3.5毫米且长度20毫米的稀土环形烧结磁体。该稀土环形烧结磁体在总共四个方向(包括成型过程期间施加的磁场方向和垂直于此的方向，两者都有正和负的方向)上的剩磁Br在每个这些方向上都表现出1.06-1.10T的最小值。所述四个方向以外的方向上的剩磁Br在环形圆周方向中增加和降低，并且在这四个方向中在两个相邻方向的中间(即相对于成型过程期间施加的磁场方向为±45°和±135°的四个方向)变成最大值，该最大值具有大约1.22T的值。
将磁体加工成外径8毫米、内径4毫米且长度19毫米的形状，并且磁化为四个磁极，从而N和S极之间的边界与总共四个方向对齐，包括成型过程期间施加的磁场方向和垂直于此的方向，两者都有正和负的方向(即剩磁表现出最小值的四个方向)。通过在具有6个定子齿的电动机中结合这种环形多极磁体作为转子装配电动机。在5rpm下测量电动机的感应电压(RMS)和嵌齿转矩(峰到峰)。结果表示在表2中。
实施例3除了磁化是30°的偏斜磁化外，按照实施例2装配电动机。在5rpm下测量感应电压(RMS)和嵌齿转矩(峰到峰)。结果表示在表2中。
实施例4除了定子齿接受30°的偏斜磁化以提供斜齿外，按照实施例2装配电动机。在5rpm下测量感应电压(RMS)和嵌齿转矩(峰到峰)。结果表示在表2中。
参考实施例1除了在四个磁极中磁化，使得N和S极之间的边界与总共四个方向(包括成型过程期间施加的磁场方向和垂直于此的方向，两者都有正和负的方向)中的两个相邻方向的中间对齐外(即相对于成型过程期间施加的磁场方向为±45°和±135°的四个方向，其中剩磁表现出最小值)，按照实施例2装配电动机。在5rpm下测量感应电压(RMS)和嵌齿转矩(峰到峰)。结果表示在表2中。
表2
可见实施例2-4的径向各向异性的环形烧结磁体具有非常高剩磁Br并且适合高性能的电动机。特别是，实施例2-4的电动机具有高于参考实施例1是其大约1.2倍的感应电压，表明当N和S极之间的边界与无序取向的区域(即剩磁出最小值的四个方向)对齐时，可以获得更高的感应电压，并且使用这种径向各向异性的环形烧结磁体的电动机变成高性能的电动机。还明显可见磁化和定子偏斜对于降低嵌齿是有效的。
权利要求
1.一种具有剩磁的环形形状的径向各向异性的烧结磁体，其中环形径向方向中的剩磁在环形的圆周方向中以90°的间隔增加和降低，并且整个环形圆周上的径向中的剩磁具有0.95-1.60T的最大值和等于所述最大值50-95％的最小值。
2.根据权利要求1的径向各向异性的环形烧结磁体，其具有最大90毫米的内径、最大100毫米的外径、至少0.3的内径/外径比和最大70毫米的高度。
3.一种包含多个定子齿的永磁体电动机，其中将权利要求1或2的径向各向异性的环形烧结磁体磁化为4n个磁极(其中n是1-20的整数)，从而N和S极之间的边界位于中心在剩磁表现出最小值的径向处并且在圆周方向从该处延伸±10°的范围内，之后将该磁体结合于该永磁体电动机中。
4.根据权利要求3的永磁体电动机，其中所述磁化是多极偏斜磁化并且偏斜角等于所述径向各向异性的环形烧结磁体的圆周方向中一个磁极角度的1/10至2/3。
5.根据权利要求3的永磁体电动机，其中所述定子齿是偏斜角等于所述径向各向异性的环形烧结磁体的圆周方向中一个磁极角度的1/10至2/3的斜齿。
全文摘要
在径向各向异性的环形烧结磁体中，环形径向方向中的剩磁在环形的圆周方向中以90°的间隔增加和降低，并且剩磁在整个环形圆周上的径向中具有0.95－1.60T的最大值和等于该最大值50－90％的最小值。在包含多个定子齿的永磁体电动机中，将所述径向各向异性的环形烧结磁体磁化为4n个磁极(其中n是1－20的整数)，从而N和S极之间的边界位于中心在剩磁表现出最小值的径向处并且在圆周方向中从该处延伸±10°的范围内后，将该磁体结合于所述电动机中。所述径向各向异性的环形烧结磁体甚至在将其形状为低内/外径比时，在烧结和时效/冷却步骤期间也不会经历破裂和开裂，并且具有满意的磁性质。包含径向各向异性的环形烧结磁体的永磁体电动机是廉价的和高性能的。
文档编号H01F41/02GK1934662SQ20058000904
公开日2007年3月21日 申请日期2005年6月20日 优先权日2004年6月22日
发明者佐藤孝治, 美浓轮武久 申请人:信越化学工业株式会社