CN102163482A - 一种多级聚合v型取向磁环的成型制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多级聚合V型取向磁环的成型制备方法，其特征是：在粉末成型压机的成型工作区设置一个轴向切面呈V字形的V型环形腔导磁阴模，在粉末成型压机上环绕环形腔导磁阴模对称地设置有两个或两个以上的取向充磁磁***，取向充磁磁***的励磁线圈通电后，构成一个“卧8字型”或卧日字型磁路；将各向异性磁性材料粉末倒入磁粉取向环型工作区内，进行充磁和退磁后脱模。其优点是：采用多级聚合励磁磁系，同性向内聚合励磁，形成闭合磁路，利用导磁材料的引导和无磁材料的磁阻，形成V型取向磁场；在芯轴区内有效地利用磁力碰撞产生的磁损，能够极大地提高工作区的磁场强度，可生产出磁性能很高的各向异性V型取向磁环。

Description

一种多级聚合V型取向磁环的成型制备方法

技术领域

本发明涉及一种多级聚合V型取向磁环的成型制备方法，属于各向异性磁性材料制备领域。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展和各种新材料、新技术的推广应用，各行各业都在向着高、精、尖技术领域发展，磁性材料的发展也是如此，目前已经广泛应用于各个领域，但是在强力无摩擦磁力轴承这一领域还属空白，而这一领域的市场空间是很大的，如近年发展迅猛的绿色能源风力发电机领域，就大量地需要这种强力无摩擦磁力轴承，目前，仅我国每年中小型风力发电机的产量就达到了10万台以上，且还在迅猛发展，我们知道：风力发电机是靠风力驱动叶轮转动发电的，而叶轮的转动要克服转子的支撑滚动摩擦力和励磁发电的励磁力，励磁力是无法消除的，只有通过优化磁路设计加以改善，而转子的支撑滚动摩擦力，完全可以使用强力无摩擦磁力轴承全部消除，对于一般的风力发电机，风速要达到3M/min以上才能正常工作，这样的风速区域在我国内陆还不到5％，而采用了优化磁路设计和强力无摩擦磁力轴承的风力发电机，风速在1.7M/min左右就完全可以正常工作，而这样的风速区域在我国内陆可高达30％以上，由此可见，仅此绿色能源一项就有着巨大的市场潜力。而目前，利用各向异性磁性材料制作的磁力轴承都是采用同性相斥原理，只用两块磁体同性相斥，无法解决侧向力，利用两个辐射环套在一起，解决了轴承的径向力，但是轴向摩擦力却无法解决，如利用数个(一般要3个以上)梯形加瓦型磁体拼接成V型取向磁环，将这样的两个磁环套用，因材料的加工费用高，原料的利用率低，拼接的难度大，磁场的不均匀等，目前还没有人这么做，而用各项同性磁性材料制作磁力轴承，因其磁性能低(一般要低于各项异性磁性材料4倍以上)，耐温性差而难以推广使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用多级聚合励磁磁系，同性向内聚合励磁，通过导磁材料的引导，形成一个完整的“卧8字型”或“卧日字型”闭合磁路，在磁路的拐弯处，利用导磁材料的引导和无磁材料的磁阻，形成V型取向磁场；在芯轴区内，有效地利用磁力碰撞产生的磁损，能够极大地提高工作区的磁场强度，可生产出磁性能很高的各向异性V型取向磁环的多级聚合V型取向磁环的成型制备方法。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

本发明的成型制备方法是：在包括上压头控制油缸、无磁上压头、导磁上压头外套、导磁芯轴、无磁下压头外套、导磁下压头、浮动控制油缸、下压头控制油缸、芯轴控制油缸的粉末成型压机的成型工作区设置一个轴向切面呈V字形的V型环形腔导磁阴模，在环形腔导磁阴模内有磁粉取向环型工作区，在粉末成型压机的浮动控制油缸之上环绕环形腔导磁阴模对称地设置有两个或两个以上的取向充磁磁***，每个取向充磁磁***均由绕有励磁线圈的导磁主轭铁、导磁侧轭铁、导磁副轭铁组成，励磁线圈通电后，两个或两个以上的励磁线圈同时向内聚合形成一个同性的聚合磁场，且构成了一个“卧8字型”或卧日字型磁路；上述粉末成型压机和取向充磁磁***组成了V型取向成型制备装置，在V型取向成型制备装置工作准备好后，将准备好的各向异性磁性材料粉末倒入导磁阴模的磁粉取向环型工作区内，用无磁刮板把磁粉在磁粉取向环型工作区内布匀，无磁上压头和导磁上压头外套在上压头控制油缸的作用下向下移动，当导磁上压头外套的外边接触到导磁阴模时，上压头控制油缸停止工作，这时导磁上压头外套正好盖住导磁阴模，将各向异性磁性材料粉末完全密闭在取向环型工作区内，给励磁线圈通以正向电流，就产生了充磁磁场，该磁场从导磁主轭铁导出，经导磁阴模、无磁上压头和导磁上压头外套的引导，磁场以与轴心形成一个夹角进入取向环型工作区内，再由导磁芯轴和无磁下压头外套、导磁下压头定向导出，经导磁副轭铁和导磁侧轭铁后回到导磁主轭铁，形成一个完整的磁回路，这样在环型工作区内，就形成了一个环型的V型高强度、均匀分布的磁场，对预先填充好的均匀填布在的环型工作区内的各向异性磁性材料粉末进行V型取向排列，取向充磁5～10秒后就完成材料的取向工作，下面就是压制成型，在压制成型时，浮动控制油缸处于自由态，使其支撑的全部磁路***完全处于浮动状态，这时无磁上压头和导磁上压头外套在上压头控制油缸的作用下向下施压，同时，导磁下压头、无磁下压头外套在下压头控制油缸的作用下从初始位置向上施压，形成浮动双向压制，在整个压制过程中，取向磁场还一直在保持工作状态，以保证V型取向压制的各向异性磁性材料粉末取向排列取向度，在压制到型粉末坯料达到设计尺寸后，上压头控制油缸和下压头控制油缸停止工作，同时取向磁场也停止工作，再给励磁线圈通以反向电流，使其产生反向磁场，对以取向后的成型粉末坯料进行退磁(进行退磁是为了保证成型粉末坯料顺利脱模)，一般说来，退磁磁场要比充磁磁场小的多，退磁后就要进行脱模了，脱模时，通过上压头控制油缸带动无磁上压头和导磁上压头外套上升，上升到初始位置后停止，在无磁上压头和导磁上压头外套上升到初始位置这段时间，成型粉末坯料可释放出部分内应力，在无磁上压头和导磁上压头外套]到达初始位置后，导磁下压头、无磁下压头外套在下压头控制油缸的作用下向上顶推成型粉末坯料，一直将成型粉末坯料顶推出导磁阴模后停止顶出工作，成型粉末坯料顶推出导磁阴模后，停止不动，导磁芯轴在芯轴控制油缸的作用下从初始位置向下运动，到导磁芯轴完全退出成型粉末坯料后停止，此时成型粉末坯料脱模作用全部完成。

上述制备方法中的V型环形腔导磁阴模的行腔的轴向切面的两侧壁间夹角为10°～170°，所以采用上述制备方法制备的多级聚合V型取向磁环的轴向切面的夹角为10°～170°。

上述各向异性磁性材料是稀土或非稀土的各向异性磁性材料。

本发明的优点是：采用多级聚合励磁磁系，同性向内聚合励磁，通过导磁材料的引导，形成了一个完整的“卧8字型”或“卧日字型”闭合磁路，在磁路的拐弯处，利用导磁材料的引导和无磁材料的磁阻，形成V型取向磁场；在芯轴区内，有效地利用磁力碰撞产生的磁损，能够极大地提高工作区的磁场强度，可生产出磁性能很高的各向异性V型取向磁环。

附图说明

图1是本发明的V型取向成型制备装置的结构示意图；

图2是本发明多级聚磁磁场示意图。

图中：1--上压头控制油缸，2--无磁上压头，3--导磁上压头外套，4--导磁芯轴，5--导磁阴模，6--励磁线圈，7--磁粉取向环型工作区，8--导磁主轭铁，9--导磁侧轭铁，10--无磁下压头外套，11--导磁下压头，12--导磁副轭铁，13--下压头控制油缸，15--芯轴控制油缸；图中的箭头方向表示励磁磁场的方向。

具体实施方式

如图1和图2所示的是一种多级聚合V型取向磁环的成型制备的示意图，其主体结构主要由上压头控制油缸1，无磁上压头2，导磁上压头外套3，导磁芯轴4，导磁阴模5，励磁线圈6，磁粉取向环型工作区7，导磁主轭铁8，导磁侧轭铁9，无磁下压头外套10，导磁下压头11，导磁副轭铁12，浮动控制油缸13，下压头控制油缸14和芯轴控制油缸15组成的多级聚合励磁的V型取向磁环的成型设备。其核心特点在于，该***的磁路形成一个完整的“卧8字型”或“卧日字型”闭合磁路，磁路中利用导磁主轭铁8、导磁阴模5、导磁上压头外套3的引导和导磁下压头11、导磁芯轴4的定向导出，使其在磁粉取向环型工作区7内形成V型取向磁场，以对其内的各向异性磁性粉末进行V型取向排列，在上、下压头的作用下，制备出V型取向磁环。

a、V型取向磁路***的具体结构：励磁磁路是由导磁主轭铁8，导磁阴模5，导磁上压头外套3，磁粉取向环型工作区7，导磁下压头11和导磁芯轴4，导磁副轭铁12，导磁侧轭铁9组成的完整的闭合磁路，因为是多级励磁，也就是说，磁路***要有两个以上的励磁磁路组成，因而磁路***就构成了一个完整的“卧8字型”或“卧日字型”闭合磁路。在每个导磁主轭铁8上绕上励磁线圈6，就建立起了磁源，给励磁线圈6通以正向电流，使每组磁路在其内侧都产生相同级性的磁场，以生成同级性(全部是N或是S)向内聚合的磁场，多组同级磁场围住了环型导磁阴模5，由导磁阴模5和导磁上压头外套3引导磁场及无磁上压头2的屏蔽作用，使磁场以与轴心形成一定的夹角均匀聚磁地进入环型磁粉取向工作区7，再由导磁芯轴4和导磁下压头11的导出及无磁下压头外套10的屏蔽作用，在环型磁粉取向工作区7内形成一个均匀的、强大的V型取向磁场，以利用该磁场对环型磁粉取向工作区7内的各向异性磁粉进行V型取向。另外，我们从图1中可以看出，因磁场是从导磁阴模5和导磁上压头外套3进入，从导磁芯轴4和导磁下压头11的导出，在导磁芯轴4和导磁下压头11上，磁场将产生更大的汇聚和碰撞，这就要产生巨大的磁损，这对于在环型磁粉取向工作区[7内建立强大的V型取向磁场是十分有利的。磁场由导磁芯轴4和导磁下压头11导出后，再经导磁副轭铁12和导磁侧轭铁9返回到导磁主轭铁8上，形成了一个完整的闭合磁场回路。在该闭合磁场回路建立起了V型取向磁场。在自动成型压机和各向异性粉末成型工艺的配合下，就可以生产出各向异性V型取向磁环。

b、V型取向磁环成型毛坯的制备方法：检查V型取向成型制备装置的水、电、气并准备完毕，将V型取向成型设备调整到准备工作状态，这时的无磁上压头2、导磁上压头外套3和导磁芯轴4都在上端位，无磁下压头外套10、导磁下压头11在下端位，浮动控制油缸13支撑的取向充磁磁***在中间位，这时的环型磁粉取向工作区7上端是开启的准备投料状态。将按工艺技术要求准备好的(一般是按重量准备好的)各向异性磁性材料粉末倒入导磁阴模5的磁粉取向环型工作区7内，手工用不导磁的刮板将环型磁粉取向工作区7内的粉末布置均匀，这样就完成了加料工作，加料结束后，就按下自动取向成型按钮，V型取向成型设备就会自动进行下面的取向、成型和脱模工作，按下自动取向成型按钮后，无磁上压头2、导磁上压头外套3在上压头控制油缸1的作用下向下移动，当无磁上压头2、导磁上压头外套3的外边进入到导磁阴模5后，上压头控制油缸1停止工作，这时无磁上压头2、导磁上压头外套3盖住导磁阴模5，将各向异性磁性材料粉末完全密闭在取向环型工作区7内，给励磁线圈6通以正向电流，就产生了充磁取向磁场，该磁场从导磁主轭铁8导出，经导磁阴模5和导磁上压头外套3的引导及无磁上压头2的屏蔽，磁场以与轴心形成一定的夹角进入环型取向工作区7内，再由导磁芯轴4和导磁下压头11的定向导出及无磁下压头外套10的屏蔽，经导磁副轭铁12和导磁侧轭铁9后回到导磁主轭铁8，形成一个完整的磁回路，这样在环型工作区7内，就形成了一个环型的V型高强度、均匀分布的磁场，对预先填充好的均匀填布在的环型工作区7内的各向异性磁性材料粉末进行V型取向排列，充磁取向数秒后就完成材料的取向工作，下面就是压制成型工作，在压制成型时，浮动控制油缸13处于自由态，使其支撑的全部磁路***完全处于浮动状态，同时在整个压制过程中，取向磁场还一直在保持工作状态，以保证V型取向压制的各向异性磁性材料粉末取向排列取向度，这时无磁上压头2、导磁上压头外套3在上压头控制油缸1的作用下向下施压，同时，无磁下压头外套10，导磁下压头11在下压头控制油缸14的作用下从初始位置向上施压，形成在整个压制过程中保持取向和浮动的双向压制过程，在压制到一定的压力或压制到成型粉末坯料达到一定的尺寸后(根据粉末压制毛坯的密度和脱模成材情况确定压力或尺寸)，上压头控制油缸1和下压头控制油缸14停止工作，同时取向磁场也停止工作，这就完成了压制成型工作，压制成型完成后，再给励磁线圈6通以反向电流，使其产生反向磁场，以对取向后的具有一定磁性的成型粉末坯料进行退磁(退磁是为了消除成型粉末坯料的磁性，以保证取向成型粉末坯料处于无磁状态以便顺利脱模，一般说来，退磁磁场要比充磁磁场小的多，退磁后就要进行脱模工作了，在脱模时，先通过上压头控制油缸1带动无磁上压头2、导磁上压头外套3上升，上升到初始位置后停止，在无磁上压头2、导磁上压头外套3上升到初始位置这段时间，成型粉末坯料可释放出部分内应力，在无磁上压头2、导磁上压头外套3到达初始位置后，环型取向成型工作区7的上口完全打开，这时无磁下压头外套10，导磁下压头11在下压头控制油缸14的作用下向上顶推成型粉末坯料，一直将成型粉末坯料顶推出导磁阴模5后停止顶出工作，成型粉末坯料顶推出导磁阴模5后，停止不动，导磁芯轴4在芯轴控制油缸15的作用下从上端位置向下运动，直到导磁芯轴[4]完全退出成型粉末坯料后停止，此时成型粉末坯料就完全托附在无磁下压头外套10，导磁下压头11上，脱模工作全部完成，用手轻轻地将坐在无磁下压头外套10，导磁下压头11上的成型粉末坯料拿下来，一个完整的V型取向成型磁环毛坯就制备成了。再按下复位按钮，V型取向成型设备就会自动完成下面的复位工作，即通过芯轴控制油缸15的作用把导磁芯轴4上升到初始位置，通过下压头控制油缸14的作用把无磁下压头外套10，导磁下压头11下降到初始位置，一个完整的各向异性磁性材料V型取向成型磁环毛坯制备就完成了，就可以再进行下一个各向异性磁性材料V型取向成型磁环毛坯的制备了，整个一个各向异性磁性材料V型取向成型磁环毛坯的制备过程只需要按下两个按钮可以程序控制自动完成。

Claims (3)

1.一种多级聚合V型取向磁环的成型制备方法，其特征是：在包括上压头控制油缸、无磁上压头、导磁上压头外套、导磁芯轴、无磁下压头外套、导磁下压头、浮动控制油缸、下压头控制油缸、芯轴控制油缸的粉末成型压机的成型工作区设置一个轴向切面呈V字形的V型环形腔导磁阴模，在环形腔导磁阴模内有磁粉取向环型工作区，在粉末成型压机的浮动控制油缸之上环绕环形腔导磁阴模对称地设置有两个或两个以上的取向充磁磁***，每个取向充磁磁***均由绕有励磁线圈的导磁主轭铁、导磁侧轭铁、导磁副轭铁组成，励磁线圈通电后，两个或两个以上的励磁线圈同时向内聚合形成一个同性的聚合磁场，且构成了一个“卧8字型”或卧日字型磁路；上述粉末成型压机和取向充磁磁***组成了V型取向成型制备装置，在V型取向成型制备装置工作准备好后，将准备好的各向异性磁性材料粉末倒入导磁阴模的磁粉取向环型工作区内，用无磁刮板把磁粉在磁粉取向环型工作区内布匀，无磁上压头和导磁上压头外套在上压头控制油缸的作用下向下移动，当导磁上压头外套的外边接触到导磁阴模时，上压头控制油缸停止工作，这时导磁上压头外套正好盖住导磁阴模，将各向异性磁性材料粉末完全密闭在取向环型工作区内，给励磁线圈通以正向电流，就产生了充磁磁场，该磁场从导磁主轭铁导出，经导磁阴模、无磁上压头和导磁上压头外套的引导，磁场以与轴心形成一个夹角进入取向环型工作区内，再由导磁芯轴和无磁下压头外套、导磁下压头定向导出，经导磁副轭铁和导磁侧轭铁后回到导磁主轭铁，形成一个完整的磁回路，这样在环型工作区内，就形成了一个环型的V型高强度、均匀分布的磁场，对预先填充好的均匀填布在的环型工作区内的各向异性磁性材料粉末进行V型取向排列，取向充磁5～10秒后就完成材料的取向工作，下面就是压制成型，在压制成型时，浮动控制油缸处于自由态，使其支撑的全部磁路***完全处于浮动状态，这时无磁上压头和导磁上压头外套在上压头控制油缸的作用下向下施压，同时，导磁下压头、无磁下压头外套在下压头控制油缸的作用下从初始位置向上施压，形成浮动双向压制，在整个压制过程中，取向磁场还一直在保持工作状态，以保证V型取向压制的各向异性磁性材料粉末取向排列取向度，在压制到型粉末坯料达到设计尺寸后，上压头控制油缸和下压头控制油缸停止工作，同时取向磁场也停止工作，再给励磁线圈通以反向电流，使其产生反向磁场，对以取向后的成型粉末坯料进行退磁，一般说来，退磁磁场要比充磁磁场小的多，退磁后就要进行脱模了，脱模时，通过上压头控制油缸带动无磁上压头和导磁上压头外套上升，上升到初始位置后停止，在无磁上压头和导磁上压头外套上升到初始位置这段时间，成型粉末坯料可释放出部分内应力，在无磁上压头和导磁上压头外套]到达初始位置后，导磁下压头、无磁下压头外套在下压头控制油缸的作用下向上顶推成型粉末坯料，一直将成型粉末坯料顶推出导磁阴模后停止顶出工作，成型粉末坯料顶推出导磁阴模后，停止不动，导磁芯轴在芯轴控制油缸的作用下从初始位置向下运动，到导磁芯轴完全退出成型粉末坯料后停止，此时成型粉末坯料脱模作用全部完成。

2.根据权利要求1所述的多级聚合V型取向磁环的成型制备方法，其特征是：采用上述制备方法制备的多级聚合V型取向磁环的轴向切面的夹角为10°～170°。

3.根据权利要求1所述的多级聚合V型取向磁环的成型制备方法，其特征是：各向异性磁性材料是稀土或非稀土的各向异性磁性材料。

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