CN102456463A - 一种制备多极取向圆环状磁体的方法及实施该方法的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制备多极取向圆环状磁体的方法，该方法包括：将磁粉填充在模具的模芯和阴模之间凹槽，并在模套外设置两个导磁装置，两个导磁装置之间的夹角等于多极取向圆环状磁体中一对磁极的角度；采用外磁极-外磁极式取向磁场对磁粉进行磁化和取向；通过步进电机控制该取向磁场或者装有磁粉的模具转动角度θ，角度θ等于多极取向圆环状磁体中一对磁极的角度，然后采用该取向磁场对磁粉进行磁化和取向；继续按照上述方式转动该取向磁场或者模具，并采用该取向磁场对磁粉进行磁化和取向，直至完成360度的磁化和取向；压制成型。本发明还提供了实施该制备方法的装置。本发明的制备方法效率高、成本低。

Description

一种制备多极取向圆环状磁体的方法及实施该方法的装置
技术领域
本发明涉及一种制备多极取向圆环状磁体的方法，本发明还涉及用于采用该制备方法的旋转场制备多极取向环的结构。
背景技术
烧结多极充磁环在电机领域具有广泛的应用前景。目前制备烧结多极充磁环主要有以下两种方法。一种是通过对顶磁场取向法制备沿径向辐射取向的圆环状磁体，然后通过内外径多极充磁来得到多极充磁环(如图1所示)，磁环内部磁化强度沿半径方向排列。通过这种方式得到的多极充磁环的表磁相对较低。而且使用这种方法制备磁环内径较小的辐射取向环时，取向磁场强度大大降低，从而导致磁粉取向不完全，并且当磁环高度较高时不但取向磁场的强度减弱，而且均匀性变差，从而导致多极充磁环的磁性能和一致性变坏。
另一种方法是通过一个取向线圈和一个充磁线圈来制备多级充磁环。根据磁环内/外径使用和极数的差别，取向线圈将磁环内的磁粉按照设计好的磁力线方向排列，从而可以达到最佳的磁特性，然后用类似磁力线排列的充磁线圈充磁得到多极充磁环(如图2所示)。多极取向磁环相对于辐射取向磁环而言，其表磁普遍要高30％-50％，360度方向的波形分布也更为均匀。因此多极取向磁环的发展和应用也将更加广阔。不过这种制备方法在取向和充磁时需要线圈配套对应使用。即使在制备相同尺寸的多极充磁环的情况下，不同极数的要求也需要有不同的取向和充磁线圈。这样就导致了效率低下、成本增加。
申请号位200710106670.1的申请提供了一种沿径向辐射取向环的制备方法。由于其取向场或模具均是连续转动的，因此不可能制备出多极取向磁环
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种制备多极取向圆环状磁体的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将磁粉填充在模具的模芯和阴模之间凹槽，并在模套外设置两个导磁装置，所述两个导磁装置之间的夹角等于所述多极取向圆环状磁体中一对磁极的角度；
(2)采用由所述两个导磁装置产生的外磁极-外磁极式取向磁场对所述磁粉进行取向；
(3)通过步进电机控制所述外磁极-外磁极式取向磁场或者装有所述磁粉的模具转动角度θ，所述角度θ等于所述多极取向圆环状磁体中一对磁极的角度，然后采用所述外磁极-外磁极式取向磁场对所述磁粉进行取向；
(4)继续按照步骤(3)的方式转动所述外磁极-外磁极式取向磁场或者所述模具，并采用所述外磁极-外磁极式取向磁场对所述磁粉进行取向，直至完成360度的取向。
所述方法还包括完成对所述磁粉的磁化和取向后，对所述磁粉进行压制，得到多极取向圆环状磁体。
优选地，所述模芯由导磁材料制备而成；所述阴模和模套由非导磁材料制备而成。
优选地，所述外磁极-外磁极式取向磁场为恒定磁场或者规则变化的脉冲磁场。
优选地，所述多极取向圆环状磁体包括4极、8极、16极、24极取向圆环状磁体。
优选地，所述多极取向圆环状磁体为8极取向圆环状磁体，所述两个导磁装置之间的夹角为45度。
本发明的另一个目的在于提供一种采用上述制备方法的旋转场制备多极取向环的装置，所述装置包括模具、两个导磁装置和步进电机，其中：所述模具包括模芯、阴模和模套，所述阴模套装设置在所述模芯外，以形成放置磁粉的凹槽，所述模套套装设置在所述阴模外，且所述模套与所述阴模紧密配合；所述两个导磁装置设置在所述模套外，且所述两个导磁装置之间的夹角等于多极取向圆环状磁体中一对磁极的角度，所述步进电机与所述两个导磁装置或所述模具相连接。
优选地，所述模芯由导磁材料制备而成；所述阴模和模套由非导磁材料制备而成。所述模芯、阴模和模套为同心设置。
此外，所述装置还包括卡盘，所述卡盘固定在所述模套的外径处。
使用本发明的制备方法可以制备4极、8极、16极、24极等等多种多极取向圆环状磁体。在本发明的制备方法中，两个导磁装置之间的夹角、以及取向磁场或者模具的转动次数根据多极取向圆环状磁体的极数来确定。例如，对于极数为八极的多极取向圆环状磁体来说，两个导磁装置之间的夹角为45度，只需要由步进电机控制取向磁场或者模具转动七次、每次转动45度，即可完成磁粉的取向过程。最后对磁粉进行压制(例如双向压制)，得到多极取向圆环状磁体。
在本发明的采用上述制备方法的旋转场制备多极取向环的结构中，模芯由导磁材料制备而成，该导磁材料可以是纯铁、铁钴合金等任意一种导磁材料；阴模和模套由非导磁材料制备而成，该非导磁材料可以是硬质合金、无磁钢(例如1Cr18Ni9Ti、9Mn9)等任意一种非导磁材料。
本发明所提供的制备多极取向圆环状磁体的方法使用的取向磁场的角度为该多极取向圆环状磁体中一对磁极的角度，因此只占该多极取向圆环状磁体360度的很小部分。在模具确定的情况下，可以根据两个导磁装置的夹角以及通过步进电机控制转动次数，来调节多极取向圆环状磁体的极数，而不需要重新制作取向充磁线圈。因此本发明提供的方法既可以将生产效率提高，又节约了生产成本。
与现有的多极取向圆环状磁体的制备方法相比，本发明的方法只需要将卡盘上的读数一一对应，就可以完成取向和充磁过程中的磁极一一对应，而不需要在磁环上做标记、极其繁琐地去对应取向和充磁过程中的磁极。
同时，由于本发明的方法始终使用同一磁场作为取向磁场，因此有效地保证了多极取向圆环状磁体的不同磁极、不同角度的取向度的一致性。因此，本发明的方法很好地解决了目前在多极取向圆环状磁体的制备过程中普遍存在的磁场分布不均匀、磁粉取向不一致的问题，从而克服了多极取向圆环状磁体在烧结过程中易于开裂、磁性能一致性较差的缺陷。而且，与现有技术相比，通过使用本发明所提供的制备方法，可以将多极取向圆环状磁体的表磁提高10～15％。
附图说明
图1是现有技术辐射取向环的充磁示意图；
图2是现有技术多极取向环的充磁示意图；
图3是本发明的旋转场制备多极取向环结构示意图。
附图标记说明如下：
导磁装置1、模套2、阴模3、磁粉4、模芯5。
具体实施方式
为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例详细说明如下，所说明的较佳实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明
为了便于比较，本发明的各个实施例均使用完全相同的磁粉(磁粉的成分为(重量百分比)：27.5Nd-2.5Dy-0.25Cu-1.0B-0.9Co-Fe余)来制备多极取向圆环状磁体，但是本发明的制备多极取向圆环状磁体的方法及实施该方法的装置不受磁粉成分的限制。
实施例1
制备极数为8极的多极取向圆环状磁体：将磁粉4填充在模具的模芯5和阴模3之间凹槽，并在模套2外设置两个导磁装置1，这两个导磁装置1之间的夹角为45度，采用外磁极-外磁极式取向磁场(该外磁极-外磁极式取向磁场是由所述的这两个导磁装置1产生的，以下实施例与此相同)对磁粉4进行取向。然后通过步进电机控制外磁极-外磁极式取向磁场或者模具转动45度，再采用外磁极-外磁极式取向磁场对所述磁粉4进行取向。按照上述的方式继续转动外磁极-外磁极式取向磁场或者模具，并采用该外磁极-外磁极式取向磁场对磁粉4进行取向，直至完成360度的取向，然后压制成型。所得到的多极取向圆环状磁体的外径为130mm，高度为40mm。
使用RMT-303型表磁测量仪分别测量该实施例和传统方法制备的多极取向圆环状磁体的圆周方向和轴向上的表磁分布。其中，圆周方向的表磁均匀性的计算方法如下：
圆周方向的表磁均匀性＝(N极或S极峰值最大值-N极或S极峰值最小值)/N极或S极峰值平均值。其中，N极或S极峰值是指N极或S极表磁的最大值，通过表磁测量仪即可得到。举例来说，对于极数为8极的多极取向圆环状磁体，该磁体具有4个N极峰值和4个S极峰值，然后再从这4个N极峰值中选出最大值和最小值，分别作为N极峰值最大值和N极峰值最小值；以及从这4个S极峰值中选出最大值和最小值，分别作为S极峰值最大值和S极峰值最小值，最后用上述公式计算来表征表磁均匀性。
轴向的表磁均匀性的计算方法如下：
轴向的表磁均匀性＝(高度方向的表磁最大值-高度方向的表磁最小值)/高度方向的表磁平均值。
以下实施例均采用上述方法。测量结果列于表1中。
表1
实施例2
制备极数为8极的多极取向圆环状磁体：将磁粉4填充在模具的模芯5和阴模3之间凹槽，并在模套2外设置两个导磁装置1，这两个导磁装置1之间的夹角为45度，采用外磁极-外磁极式取向磁场对磁粉4进行取向。然后通过步进电机控制外磁极-外磁极式取向磁场或者模具转动45度，再采用外磁极-外磁极式取向磁场对所述磁粉4进行取向。按照上述的方式继续转动外磁极-外磁极式取向磁场或者模具，并采用该外磁极-外磁极式取向磁场对磁粉4进行取向，直至完成360度的取向，然后压制成型。所得到的多极取向圆环状磁体的外径为130mm，高度为10mm。
使用RMT-303型表磁测量仪分别测量该实施例和传统方法制备的多极取向圆环状磁体的圆周方向和轴向上的表磁分布。测量结果列于表2中。
表2
Figure BSA00000320260400071
实施例3
制备极数为8极的多极取向圆环状磁体：将磁粉4填充在模具的模芯5和阴模3之间凹槽，并在模套2外设置两个导磁装置1，这两个导磁装置1之间的夹角为45度，采用外磁极-外磁极式取向磁场(该外磁极-外磁极式取向磁场是由所述的这两个导磁装置1产生的，以下实施例与此相同)对磁粉4进行取向。然后通过步进电机控制外磁极-外磁极式取向磁场或者模具转动45度，再采用外磁极-外磁极式取向磁场对所述磁粉4进行取向。按照上述的方式继续转动外磁极-外磁极式取向磁场或者模具，并采用该外磁极-外磁极式取向磁场对磁粉4进行取向，直至完成360度的取向，然后压制成型。所得到的多极取向圆环状磁体的外径为15mm，高度为24mm。
使用RMT-303型表磁测量仪分别测量该实施例和传统方法制备的多极取向圆环状磁体的圆周方向和轴向上的表磁分布。测量结果列于表3中。
表3
实施例4
制备极数为8极的多极取向圆环状磁体：将磁粉4填充在模具的模芯5和阴模3之间凹槽，并在模套2外设置两个导磁装置1，这两个导磁装置1之间的夹角为45度，采用外磁极-外磁极式取向磁场(该外磁极-外磁极式取向磁场是由所述的这两个导磁装置1产生的，以下实施例与此相同)对磁粉4进行取向。然后通过步进电机控制外磁极-外磁极式取向磁场或者模具转动45度，再采用外磁极-外磁极式取向磁场对所述磁粉4进行取向。按照上述的方式继续转动外磁极-外磁极式取向磁场或者模具，并采用该外磁极-外磁极式取向磁场对磁粉4进行取向，直至完成360度的取向，然后压制成型。所得到的多极取向圆环状磁体的外径为15mm，高度为3mm。
使用RMT-303型表磁测量仪分别测量该实施例和传统方法制备的多极取向圆环状磁体的圆周方向和轴向上的表磁分布。测量结果列于表4中。
表4
Figure BSA00000320260400081
实施例5
制备极数为4极的多极取向圆环状磁体：将磁粉4填充在模具的模芯5和阴模3之间凹槽，并在模套2外设置两个导磁装置1，这两个导磁装置1之间的夹角为90度，采用外磁极-外磁极式取向磁场(该外磁极-外磁极式取向磁场是由所述的这两个导磁装置1产生的，以下实施例与此相同)对磁粉4进行取向。然后通过步进电机控制外磁极-外磁极式取向磁场或者模具转动90度，再采用外磁极-外磁极式取向磁场对所述磁粉4进行取向。按照上述的方式继续转动外磁极-外磁极式取向磁场或者模具，并采用该外磁极-外磁极式取向磁场对磁粉4进行取向，直至完成360度的取向，然后压制成型。所得到的多极取向圆环状磁体的外径为24mm，高度为12mm。
使用RMT-303型表磁测量仪分别测量该实施例和传统方法制备的多极取向圆环状磁体的圆周方向和轴向上的表磁分布。测量结果列于表5中。
表5
实施例6
制备极数为12极的多极取向圆环状磁体：将磁粉4填充在模具的模芯5和阴模3之间凹槽，并在模套2外设置两个导磁装置1，这两个导磁装置1之间的夹角为30度，采用外磁极-外磁极式取向磁场(该外磁极-外磁极式取向磁场是由所述的这两个导磁装置1产生的，以下实施例与此相同)对磁粉4进行取向。然后通过步进电机控制外磁极-外磁极式取向磁场或者模具转动30度，再采用外磁极-外磁极式取向磁场对所述磁粉4进行取向。按照上述的方式继续转动外磁极-外磁极式取向磁场或者模具，并采用该外磁极-外磁极式取向磁场对磁粉4进行取向，直至完成360度的取向，然后压制成型。所得到的多极取向圆环状磁体的外径为36mm，高度为15mm。
使用RMT-303型表磁测量仪分别测量该实施例和传统方法制备的多极取向圆环状磁体的圆周方向和轴向上的表磁分布。测量结果列于表6中。
表6
Figure BSA00000320260400101
实施例7
制备极数为24极的多极取向圆环状磁体：将磁粉4填充在模具的模芯5和阴模3之间凹槽，并在模套2外设置两个导磁装置1，这两个导磁装置1之间的夹角为15度，采用外磁极-外磁极式取向磁场(该外磁极-外磁极式取向磁场是由所述的这两个导磁装置1产生的，以下实施例与此相同)对磁粉4进行取向。然后通过步进电机控制外磁极-外磁极式取向磁场或者模具转动15度，再采用外磁极-外磁极式取向磁场对所述磁粉4进行取向。按照上述的方式继续转动外磁极-外磁极式取向磁场或者模具，并采用该外磁极-外磁极式取向磁场对磁粉4进行取向，直至完成360度的取向，然后压制成型。所得到的多极取向圆环状磁体的外径为48mm，高度为16mm。
使用RMT-303型表磁测量仪分别测量该实施例和传统方法制备的多极取向圆环状磁体的圆周方向和轴向上的表磁分布。测量结果列于表7中。
表7
Figure BSA00000320260400102
实施例8
制备极数为36极的多极取向圆环状磁体：将磁粉4填充在模具的模芯5和阴模3之间凹槽，并在模套2外设置两个导磁装置1，这两个导磁装置1之间的夹角为10度，采用外磁极-外磁极式取向磁场(该外磁极-外磁极式取向磁场是由所述的这两个导磁装置1产生的，以下实施例与此相同)对磁粉4进行取向。然后通过步进电机控制外磁极-外磁极式取向磁场或者模具转动10度，再采用外磁极-外磁极式取向磁场对所述磁粉4进行取向。按照上述的方式继续转动外磁极-外磁极式取向磁场或者模具，并采用该外磁极-外磁极式取向磁场对磁粉4进行取向，直至完成360度的取向，然后压制成型。所得到的多极取向圆环状磁体的外径为48mm，高度为16mm。
使用RMT-303型表磁测量仪分别测量该实施例和传统方法制备的多极取向圆环状磁体的圆周方向和轴向上的表磁分布。测量结果列于表8中。
表8
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换、或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种制备多极取向圆环状磁体的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将磁粉填充在模具的模芯和阴模之间凹槽，并在模套外设置两个导磁装置，所述两个导磁装置之间的夹角等于所述多极取向圆环状磁体中一对磁极的角度；
(2)采用由所述两个导磁装置产生的外磁极-外磁极式取向磁场对所述磁粉进行取向；
(3)通过步进电机控制所述外磁极-外磁极式取向磁场或者装有所述磁粉的模具转动角度θ，所述角度θ等于所述多极取向圆环状磁体中一对磁极的角度，然后采用所述外磁极-外磁极式取向磁场对所述磁粉进行取向；
(4)继续按照步骤(3)的方式转动所述外磁极-外磁极式取向磁场或者所述模具，并采用所述外磁极-外磁极式取向磁场对所述磁粉进行取向，直至完成360度的取向。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括完成对所述磁粉的取向后，对所述磁粉进行压制，得到多极取向圆环状磁体。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述模芯由导磁材料制备而成；所述阴模和模套由非导磁材料制备而成。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述外磁极-外磁极式取向磁场为恒定磁场或者规则变化的脉冲磁场。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述多极取向圆环状磁体包括4极、8极、16极、24极取向圆环状磁体。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述多极取向圆环状磁体为8极取向圆环状磁体，所述两个导磁装置之间的夹角为45度。
7.一种采用权利要求1-6任一项的制备方法的装置，其特征在于，所述装置包括模具、两个导磁装置和步进电机，其中：
所述模具包括模芯、阴模和模套，所述阴模套装设置在所述模芯外，以形成放置磁粉的凹槽，所述模套套装设置在所述阴模外，且所述模套与所述阴模紧密配合；
所述两个导磁装置设置在所述模套外，且所述两个导磁装置之间的夹角等于多极取向圆环状磁体中一对磁极的角度，所述步进电机与所述两个导磁装置或所述模具相连接。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述模芯由导磁材料制备而成；所述阴模和模套由非导磁材料制备而成。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述模芯、阴模和模套为同心设置。
10.根据权利要求7～9任一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括卡盘，所述卡盘固定在所述模套的外径处。
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