Method and apparatus for manufacturing radially oriented annular magnet

本発明は、ラジアル方向に配向された環状磁石を製造する方法及び装置に関し、特に環状磁石の半径又は直径に沿って配向された環状磁石を製造する方法及び装置に関する。

ラジアル方向に配向された環状磁石（ラジアル環又はラジアル方向に配向された環とも呼ばれる）は、電界に広く用いられている。 ラジアル環の製造では、製造段階中に粉体をラジアル方向に配向することが技術的に最も困難である。

現在、この業界では配向する方法が主に２つある。

第１の方法は、環を数個の部分に分けて、各部分を個別に磁界に導入することにより部分毎に配向する方法である。 この方法の不利点は、配向が均一ではなく、ある部分はより高く、ある部分はより低いことである。 均一ではない配向は、環状磁石の磁気特性全体に深刻な影響を及ぼすだけではなく、異なる配向レベルにより、焼結処理及び／又は加熱処理における異なる収縮量をももたらす。 そのためラジアル環のクラッキング又は変形が引き起こされ、ラジアル環の性能が低下し、生産歩留まりが低下し、コストが増加することになる。

第２の方法は、スクイーズされた（squeezed）磁界を配向する方法である。 この方法は、２個のコイルのターミナル間に同一極（N 極又はS 極）の磁界を生成するために２個のコイルの流向を調節し、次に、ラジアル環の型の内部キャビティに同一極の磁界をスクイーズし（squeeze ）、磁気伝導性装置を通してラジアル磁界を形成する。 不利点は、内径が小さいとき、配向された磁界強度は大部分が低減し、磁性粉の不十分な配向を引き起こす（第１の方法は同一の問題を有する）。 加えて、ラジアル環の高さが高いとき、配向された磁界強度は低減し、均一性に同様の影響を及ぼす。 このためラジアル環の性能及び均一性の要求に応えることができない。

本発明は、ラジアル方向に配向された環状磁石を製造する方法及び装置を提供する。 本発明が解決した課題は、ラジアル環の性能及び均一性を向上させるために、製造処理中に磁性粉を均一に配向することであり、更に、環状磁石の内径が小さ過ぎる、又は環状磁石の高さが高過ぎる場合であっても、比較的大きな配向磁界強度を得ることである。

本発明は、ラジアル方向に配向された環状磁石を製造する方法を提供する。 該方法では、磁性粉を環状型に入れ、製造処理の間、配向磁界を用いて、配向磁界及び環状型内の磁性粉を相対的に回転することによって、磁性粉を半径又は直径方向に配向する。 配向磁界は、環状型の周りの360 °に個別に分配される。

ラジアル方向に配向された環状磁石を製造する方法は、以下を有する。
(a) 磁性粉の体積を5 %乃至40%に減らすために、型キャビティ内の磁性粉に相対的に小さな圧力を印加するステップ
(b) 配向磁界を形成して、磁性粉が完全に磁化されるまで、型キャビティ内の磁性粉を配向磁界に対して回転するステップ
(c) 回転の間に、配向磁界の磁界強度を0 まで低減するステップ
(d) 磁性粉に、所定のレベルに達するまで更に大きな圧力を印加するステップ
(e) 消磁のために逆磁界を加えて、環状磁石を得るステップ

ラジアル方向に配向された環状磁石を製造するための装置は、配向磁界内に配置された環状型キャビティと、配向磁界及び環状型キャビティが相対的に回転するための要素とを備え、配向磁界は、環状型キャビティの周りの360 °に個別に分配される。

本発明の配向磁界は、フレーク状の平行磁界又は平行磁界に近い磁界である。

環状型キャビティの直径に沿った本発明の配向磁界の幅が、環状型キャビティの内径より狭い。

環状型キャビティの直径に沿った本発明の配向磁界の幅が、環状型キャビティの内径の５分の１より狭い。

環状型キャビティの内側に、配向磁界を形成するための内側極が配置され、環状型キャビティの外側に、配向磁界を形成するための外側極が配置されている。 磁気伝導性板が、内側極と磁気伝導性板との間に強磁界を形成するために外側極の内側に設けられている。

本発明は、２組以上の内側極及び磁気伝導性板を備える。

本発明では、環状型キャビティ及び内側極は固定されており、外側極及び磁気伝導性板は回転駆動部と接続されているか、又は、外側極及び磁気伝導性板は固定されており、環状型キャビティ及び内側極は回転駆動部と接続されている。

環状型キャビティの外側に、本発明の配向磁界を形成するための第１外側極及び第２外側極が互いに対向して配置されている。 磁心が環状型キャビティの中心に設けられている。 磁心は、磁心及び第１外側極間と、磁心及び第２外側極間とに夫々２つの強磁界を形成する。

環状型キャビティ及び磁心は固定されており、第１外側極及び第２外側極は回転駆動部と接続されているか、又は、第１外側極及び第２外側極は固定されており、環状型キャビティ及び磁心は回転駆動部と接続されている。

本発明では、第１外側極及び第２外側極は２対以上である。

本発明では、第１外側極及び第２外側極の数が奇数である。

本発明では、従来の技術と比べて、製造処理の間、配向磁界と環状型キャビティ及び磁性粉とは相対的に回転し、配向磁界は環状磁石の周りの360 °に個別に分配される。 磁界が360 °で同一磁界であるので、磁性粉の配向はより完全であり、様々な方向での配向は更に均一化される。 本発明は、焼結ラジアル環状磁石、接着ラジアル環状磁石及び注入ラジアル環状磁石を製造する際に用いられ得る。

本発明のこれら及び他の目的、特徴及び利点は、以下の詳述、添付図面及び添付されている特許請求の範囲から明らかになる。

内側極−外側極(1) の配向方法を示す本発明の一実施形態の斜視図である。

内側極−外側極(2) の配向方法を示す本発明の一実施形態の斜視図である。

外側極−外側極の配向方法を示す本発明の一実施形態の斜視図である。

本発明のラジアル方向に配向された環状磁石を製造する方法では、選択された配向磁界が、円環状型キャビティの周りの360 °全てに分配されておらず、円環状型キャビティの一部に限定されている。 円環状型キャビティの直径方向の幅は、円環状型キャビティの内径より狭く、最適な幅は、円環状型キャビティの内径の５分の１である。

磁性粉の360 °の配向は、従来の方法である360 °又は略360 °のラジアル方向に配向された磁界を適用する代わりに、配向磁界に対して円環状型キャビティ及び円環状型キャビティ内の磁性粉を複数回連続して円環状型キャビティの中心回りを回転することにより実現される。 配向磁界は、環状ラジアル磁界の代わりにフレーク状の平行磁界を用いるか、又はフレーク状の平行磁界に近い磁界を用いている。 平行磁界は、よく開発された技術であり、実現し易く、強磁界を与えることが可能である。 これに対して、環状磁界は強磁界を与えるのが困難である。 本発明は、成熟した技術を用いて、成熟していない技術が達成すべき効果を達成している。

本発明は、(1) 内側極−外側極の方法及び(2) 外側極−外側極の方法を実現するために２つの好ましい実施形態を有する。

図１を参照すると、電磁石又は永久磁石によって生成された磁界の２つの極（N 及びS ）を、磁気伝導性要素を通して内側極1 及び外側極5 に夫々導入した後に、強磁界6 が、内側極1 と外側極5 の内側の磁気伝導性板4 との間に形成される。 円環状型キャビティ2 が磁性粉で満たされると、強磁界6 内の磁性粉は十分に磁化され配向される。

第１の方法が用いられる場合、円環状非磁性型3 、円環状型キャビティ2 及び内側極1 は装置の台に固定され、相対的に静止状態である。 外側極5 及び磁気伝導性板4 は、円環状非磁性型3 、円環状型キャビティ2 及び内側極1 の周りを回転するために回転駆動部と接続されている。

第２の方法が用いられる場合、外側極5 及び磁気伝導性板4 は装置の台に固定され、相対的に静止状態である。 円環状非磁性型3 、円環状型キャビティ2 及び内側極1 は、円環状型キャビティ2 内の磁性粉を全て磁化しラジアル方向に配向すべく円環状非磁性型3 の中心回りを回転するために回転駆動部と接続されている。

磁化及び配向と同時に、加圧成形の既存の方法を用いて徐々に増加する圧力を印加して、ラジアル環の本体の加圧成形を実現する。 成形後、配向磁界6 に対して反対方向を有する逆磁界及び適切な磁界強度が、本体を消磁すべく内側極1 と外側極5 との間に導入される必要がある。 その後、広く用いられている焼結処理及び／又は加熱処理を用いてラジアル環の本体が処理されて、半完成のラジアル環が得られる。 仕上げ加工の後、ラジアル環が作製される。

本実施形態では、本発明は、１組の外側極5 及び磁気伝導性板4 のみを用いている。 ２組以上を用いることは任意である。 尚、内側極1 と外側極5 との間に導入された磁界は、永久磁界であってもよく、又は規則的に変更される（パルス磁界のような）磁界であってもよく、更に不規則的に変更される磁界であってもよい。

図２を参照すると、電磁石又は永久磁石によって生成された磁界の２つの極（N 及びS ）を、磁気伝導性要素を通して内側極1 及び外側極5 に夫々導入した後、強磁界6 が、内側極1 と外側極5 の内側の磁気伝導性板4 との間に形成される。 円環状型キャビティ2 が磁性粉で満たされると、磁界6 内の磁性粉は十分に磁化され配向される。

第１の方法が用いられる場合、円環状非磁性型3 、円環状型キャビティ2 及び内側極1 は、装置の台に固定され、相対的に静止状態である。 磁気伝導性板4 は外側極5 に固定され、外側極5 は、円環状非磁性型3 の中心回りを高速で回転すべくモータによって駆動される。

第２の方法が用いられる場合、外側極5 及び磁気伝導性板4 は装置の台に固定され、相対的に静止状態である。 円環状非磁性型3 、円環状型キャビティ2 及び内側極1 は、円環状型キャビティ2 内の磁性粉を全て磁化してラジアル方向に配向すべく円環状非磁性型3 の中心回りを回転するために回転駆動部と接続されている。

磁化及び配向と同時に、加圧成形の既存の方法を用いて徐々に増加する圧力を印加して、ラジアル環の本体の加圧成形を実現する。 成形後、配向磁界6 に対して反対方向を有する逆磁界及び適切な磁界強度が、本体を消磁すべく内側極1 と外側極5 との間に導入される必要がある。 その後、広く用いられている焼結処理及び／又は加熱処理を用いてラジアル環の本体が処理されて、半完成のラジアル環が得られる。 仕上げ加工の後、ラジアル環が作製される。

本実施形態では、本発明は１つの磁気伝導性板4 のみを用いている。 ２つ以上の磁気伝導性板4 を用いることは任意である。 加えて、内側極1 と外側極5 との間に導入される磁界は、永久磁界であってもよく、又は規則的に変更される（パルス磁界のような）磁界であってもよく、更に不規則的に変更される磁界であってもよい。

図３を参照すると、電磁石又は永久磁石によって生成された磁界の２つの極（N 及びS ）を、磁気伝導性要素を通して第１外側極7 及び第２外側極8 に夫々導入した後に、２つの強磁界6 が、磁気伝導性磁心9 及び第１外側極7 間と、磁気伝導性磁心9 及び第２外側極8 間とに形成される。 円環状型キャビティ2 が磁性粉で満たされると、強磁界6 内の磁性粉は十分に磁化され配向される。

第１の方法が用いられる場合、円環状非磁性型3 、円環状型キャビティ2 及び磁気伝導性磁心9 は、装置の台に固定され、相対的に静止状態である。 第１外側極7 及び第２外側極8 は、円環状非磁性型3 、円環状型キャビティ2 及び磁気伝導性磁心9 の周りで回転するために回転駆動部と接続されている。

第２の方法が用いられる場合、第１外側極7 及び第２外側極8 は、装置の台に固定され、相対的に静止状態である。 円環状非磁性型3 、円環状型キャビティ2 及び磁気伝導性磁心9 は、円環状型キャビティ2 内の磁性粉を全て磁化してラジアル方向に配向すべく円環状非磁性型3 の中心回りを回転するために回転駆動部と接続されている。

磁化及び配向と同時に、加圧成形の既存の方法を用いて徐々に増加する圧力を印加して、ラジアル環の本体の加圧成形を実現する。 その後、広く用いられている焼結処理及び／又は加熱処理を用いてラジアル環の本体が処理されて、半完成のラジアル環が得られる。 仕上げ加工の後、ラジアル環が作製される。

本実施形態では、本発明は１対の外側極（第１外側極7 及び第２外側極8 ）のみを用いている。 ２対以上の外側極、又は奇数の外側極、例えば１つのN 極及び２つのS 極の３つの外側極を用いることは任意である。 第１外側極7 と第２外側極8 との間に導入された磁界は、永久磁界であってもよく、又は規則的に変更される（パルス磁界のような）磁界であってもよく、更に不規則的に変更される磁界であってもよい。

実施形態１乃至３では、本発明は、圧力によってラジアル環の本体を製造するために、回転と同時に圧力を印加する方法を用いている。 代わりに、ラジアル環の本体は以下を用いても製造され得る。
(a) 磁性粉の体積を5 %乃至40%に減らすために、円環状型のキャビティ内の磁性粉に相対的に小さな圧力を印加するステップ、磁性粉が円環状型のキャビティ内で明らかに滑動はしないが、それでも磁界内で回転することができるとき、磁性粉の密度は適切である
(b) 配向磁界を形成して、磁性粉が完全に磁化されるまで、円環状型キャビティ内の磁性粉を複数回配向磁界に対して回転するステップ
(c) 回転の間に、配向磁界の磁界強度を0 まで低減するステップ
(d) 磁性粉に、所定のレベルに達するまで更に大きな圧力を印加するステップ
(e) 消磁のために逆磁界をラジアル環の本体に加えて、ラジアル環の本体を得るステップ

本発明の方法及び装置は、焼結ラジアル環状磁石、接着ラジアル環状磁石及び注入ラジアル環状磁石を製造する際に用いられ得る。

当業者は、図面に示されて上述された本発明の実施形態が単なる典型例に過ぎず、本発明を制限することを意図していないと理解する。

従って、本発明の目的が完全且つ有効に達成されたことが理解される。 本実施形態は、本発明の機能的原理及び構造的原理を示す目的のために示され、記述されており、このような原理から逸脱することなく変更される。 従って、本発明は、以下の特許請求の範囲の意図及び範囲内に包含される全ての修正を含んでいる。

１ 内側極（磁気伝導性材料の硬度が大きい場合、型のコアとしても機能可能である）
２ 円環状型キャビティ ３ 円環状非磁性型 ４ 磁気伝導性板 ５ 外側極 ６ 磁界 ７ 第１外側極 ８ 第２外側極 ９ 磁気伝導性磁心（磁気伝導性材料の硬度が大きい場合、型のコアとしても機能可能である）