CN102891003A - 同心环对置线圈式辐向永磁体取向、充磁装置 - Google Patents

Abstract

一种同心环对置线圈式辐向永磁体取向、充磁装置，其特征是在环状压制模具的芯杆上相对配置参数相同、电流方向相反的中心励磁线圈（1），在环状冲头外同心配置二个相同的补偿线圈（9），补偿线圈（9）与中心励磁线圈（1）串联，采用实验或仿真的方法调整中心励磁线圈（1）与补偿线圈（9）的匝数比，使补偿线圈（9）和中心励磁线圈（1）之间的磁场轴向分量最小，并采用无磁材料制作模具、脉冲电流取向、移动粉末的分段定向或充磁的方法，达到增加磁场强度、提高磁场方向的一致性、增加磁体高度的目的。

Description

同心环对置线圈式辐向永磁体取向、充磁装置

技术领域

本发明涉及一种辐向环状永磁体取向压制、充磁装置，尤其是采用同心环的对置线圈来产生辐向磁场的取向压制、充磁装置。

背景技术

辐向永磁体是指磁场方向为辐射状的环状永磁体，分为单极和多极辐向永磁体，单极永磁体是所有磁场方向为辐射状，并且磁场均向外或向内，多极辐向永磁体是所有磁场方向为辐射状，但磁场在圆周方向分为几部份，磁场方向交替向外或向内变化。高性能磁铁要在成形过程中采用取向压制，即利用定向强磁场使磁粉的易磁化轴沿一定方向分布，磁铁加工完成后，再定向充磁，辐向永磁体分为整体式和拼装式，现有的整体式辐向永磁体取向压制的辐向磁场产生的方法主要有两类，一类是单极辐向取向，利用两个相对的励磁线圈在磁极中间产生近似辐向的磁场，使位于近似辐向磁场中的磁粉的易磁化轴沿辐向分布，加工完成的磁体可自由充磁为单极辐向永磁体或多极辐向永磁体，另一种是多极辐向取向，采用与目标产品相同的内、外磁极进行取向压制，成品永磁体用相似的充磁装置进行定向充磁，要求充磁时产品磁极与取向压制的磁极相对应。

提高辐向永磁体的性能的主要难点为如何提高取向磁场的磁场强度和提高取向磁场的方向一致性，多极辐向取向的励磁线圈安装在工件外部，利用导磁材料形成内外对应的多磁极的取向磁场，由于受导磁材料饱和磁感应强度的限制，其取向磁场不可能太高，磁铁的高、径比也受到了限制，并且结构复杂。

利用两个相对的励磁线圈产生的近似的辐向磁场，进行磁粉取向，其结构简单，但只在相对的励磁线圈中部的等效线圈直径处为较好的辐向磁场,在磁粉取向时，会造成两端的磁粉取向不正确，降低永磁体的性能，为了提高方向一致性，采用导磁体引导磁场方向，但由于受导磁体饱和磁感应强度和内径的限制，取向磁场较低，成品高度小于内磁极直径的1/2。

由于上述的限制，高性能辐向永磁体大多采用瓦形磁体拼装为单极或多极辐向永磁体，增加了成品的复杂程度，使加工工序更复杂，增加成本。

发明内容

本发明的具体方案为：在两个相对的励磁线圈外部同心布置两个相对的补偿励磁线圈，当同心的内外线圈励磁方向相同时，可以采用仿真技术或实验技术找到内、外线圈的安匝比(内、外线圈电流数与匝数之比)，使线圈相对的中部间隙和内、外线圈之间靠近中部间隙的区域内的磁场轴向分量很小，这里低轴向分量是指取向角误差小于15°，根据需要可将取向角误差降至5°或更低，通过增加线圈高度可提高磁场低轴向分量取向段的长度。本方案的辐向磁场不依靠导磁体的来增加磁场的集中度，因此取向压制的的模具等相关材料优选无磁材料，最好同时是高电阻材料，模具材料的优选序序依次为：陶瓷、硬塑料、钨碳钢、无磁模具钢，励磁电流优选脉冲电流，对于高度较小的辐向永磁环，可将模具安装有相对的励磁线圈中间的间隙处，对磁粉进行取向后直接利用上、下冲头压制，进一步，当辐向永磁体高度较大时，可采用分段取向的方法，即将高度大于中间强磁场高度的磁粉装在内、外线圈之间的无磁模具中，取向操作时，首先利用强磁场对处于中间强磁场区域的磁粉进行多次脉冲磁场取向，此时仅处于中间强磁场区域的磁粉的取向度高，两边的磁粉因为取向磁场强度低，磁粉的取向度低，再在无劢磁电流的状态下，依靠上、下冲头同步运动移动磁粉将两边取向低的磁粉移动到中间强磁场区域，磁粉移动之前可进行退磁操作，再对取向低的磁粉经多次脉冲磁场取向，如此多次操作，完成对整个磁粉的取向工作，取向完成后，用模具上、下冲头进行压制成形，经常规脱模、固化或烧结以及精加工，制成未充磁的辐向永磁体，最后采用与取向相同的方法对成品辐向环永磁体进行充磁制成单极辐向永磁环，或采用现有的多极充磁工具进行多极充磁，上述分段取向工艺的模具与励磁线圈同心安装，由于内径的限制，在一些情况下模具材料难以在满足无磁、高电阻的情况下再满足高强度的要求，进一步设计了串联式取向、压制模具，即在取向模具的一端增加压制成形模具，取向模具与压制成形模具同心安装，补偿线圈架内径与阴模内径一致，中心励磁线圈外套与芯杆直径一致，取向模具材料选用无磁、高电阻材料，压制模具选用高强度材料，在取向模具内完成的磁粉取向后，将磁粉移入压制模具中进行压制，压制模具可采用冷压、温压、或热压模具，这样可提高成品密度，进一步提高磁体的性能，当辐向永磁环厚度较薄，高度相对较大时，由于模壁的摩擦作用，使永磁环密度为明显的中间低，两边高，设计了同心环式对置线圈辐向永磁体橡胶模等静压取向压制模具，实现薄型辐向永磁环的取向压制。

本发明的有益效果是：采用同心补偿线圈的方法，使整体式辐向永磁体的取向磁场的方向不依靠导磁体来优化，从而可采用脉冲式强磁场进行磁粉的取向，取向磁场可高于导

磁材料的饱和磁感应强度；常规对置线圈取向压制模具压制高性能辐向永磁时，最终成品高度小于内磁极直径的1/2，设计的分段取向、充磁装置可使辐向永磁环的高度不受内径限制；设计的串联式取向、压制装置，降低了模具材料的要求，可进一步进提高辐向永磁体的性能，设计的同心环式对置线圈辐向永磁体橡胶模等静压取向压制模具，可实现薄型辐向永磁环的取向压制。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明

图1现有双对置线圈式辐向永磁取向压制模具结构图；

图2现有闭合磁路式双对置线圈式辐向永磁取向压制模具结构图

图3同心环式对置线圈辐向永磁体取向压制结构图；

图4同心环式对置线圈辐向永磁体分段取向压制模具结构图；

图5同心环式对置线圈辐向永磁体串联工位取向压制模具结构图；

图6同心环式对置线圈辐向永磁体橡胶模等静压取向压制模具结构图。

图中 1.中心励磁线圈，2.磁粉，3. 模具芯杆，4.阴模，5.下冲头，6.上冲头,7.磁力线，8.模具对称轴，9.补偿线圈，10.串联芯杆，11. 串联阴模，12.导磁芯杆，13.外导磁回路,14.橡胶模。

图1说明了现有双对置线圈式辐向永磁取向压制模具结构，两个相同的中心励磁线圈（1）同心相对安装，模具芯杆（3）和阴模（4）同心安装于两个相同的中心励磁线圈（1）中间的间隔处，磁粉2充装在模具芯杆（3）和阴模（4）之间的间隙，下冲头（5）和上冲头（6）内外径与模具芯杆（3）和阴模（4）滑动配合，并可在压机头的带动下上移动，两个相同的中心励磁线圈（1）之中的电流为大小相等、方向相反时，线圈产生磁场如磁力线（5）所示，磁力线在两个线圈中间构成了近似的辐向磁场，但远离中间位置有较大的轴向分量。位于模具芯杆（3）和阴模（4）之间的磁粉（2）在磁场的作用下，易磁化轴会沿磁力线方向定向，但此方案磁粉定向与辐向相比误差较大。

图2说明了现有闭合磁路式双对置线圈式辐向永磁取向压制模具结构，与图1相比，将模具芯杆（3）和阴模（4）为导磁材料，中心励磁线圈（1）安装导磁芯杆（12），导磁芯杆（12）的中间部分与模具芯杆（3）紧密配合，在模具外部用导磁材料将导磁芯杆的端部和阴模（4）紧密配合，构成外导磁回路(13)，当中心励磁线圈（1）有励磁电流时，在模具芯杆（3）和阴模（4）就产生方向较好的辐向磁场，但受导磁材料饱和磁感应强度限制，当磁粉（2）的高度小于导磁芯杆（12）直径的一半时，取向磁场强度最高不超过1900KA/m，由于磁粉压制成形后高度会缩小一半以上，因此该方法制造的辐向永磁体高度不超过直永磁环内径的四分之一。

图3说明了本发明的实施例一，为同心环式对置线圈辐向永磁体取向压制结构，与图1相比，在两个相同的中心励磁线圈（1）同心安装二个补偿线圈（9），中心励磁线圈（1）同心和补偿线圈（9）的匝数用仿真或实验确定，仿真或实验时，中心励磁线圈（1）同心和补偿线圈（9）匝数相等，调整内、外线圈之间的励磁电流大小，找到一个内外线圈的比例关系，使补偿线圈（9）和中心励磁线圈（1）之间的尽可能多的区域为磁场为辐向磁场；正式工作时，可将所有线圈串联，也可一端的补偿线圈（9）和中心励磁线圈（1）串联后再与另一端的补偿线圈（9）和中心励磁线圈（1）并联，补偿线圈（9）和中心励磁线圈（1）的匝数比与上述仿真或实验确定的电流比相同，这样可以保证在任何励磁电压下，补偿线圈（9）和中心励磁线圈（1）中的电流与匝数之积的比值不变，从而尽可能使实际的取向磁场分布与实验或仿真结果一致。定向压压制时，将磁粉（2）充装在模具芯杆（3）和阴模（4）之间的空间内，根据材料特点，采用电容式脉冲充磁机，根据实验或仿真选取适当的电容和电压，多次在补偿线圈（9）和中心励磁线圈（1）通脉冲电流，产生脉冲磁场对磁粉取向，再用下冲头（5）和上冲头（6）进行压制成形，采用退磁机退磁后移动下冲头（5）和上冲头（6）脱出磁环，进行固化或烧结及精加工后，将成品磁环置安装在模具芯杆（3）和阴模（4）之间的空间内，采用与磁粉取向相同的方法对实现单极辐向充磁，也可采用现有的多极辐向充磁方法实现多极辐向充磁。

图4说明了本发明的实施例二，为同心环式对置线圈辐向永磁体分段取向压制模具结构，与实施例一相比，补偿线圈（9）附加有较高机械强度内套、内套内径与阴模（4）内径相同，并与阴模（4）固定。中心励磁线圈（1）附加有较高机械强度外套，外套外径与模具芯杆（3）外径相同，并与模具芯杆（3）固定，定向压压制时，将磁粉（2）充装在模具芯杆（3）和阴模（4）之间的空间内以及补偿线圈（9）和中心励磁线圈（1）之间，用实施例一相同的方法对磁粉定向，再同步移动下冲头（5）和上冲头（6），使未完全定向的磁粉位于模具芯杆（3）和阴模（4），再用相同方法对磁粉定向，多次重复后对完成所有磁粉取向，再进行压制、退磁、固化或烧结、精加工、充磁，方法与实旋例一相同。

图5说明了本发明的实施例三，为同心环式对置线圈辐向永磁体串联工位取向压制模具结构，与实施例二相比，在中心励磁线圈（1）底部安装串联芯杆（10），二者外径相同，在补偿线圈（9）的底部的安装串联阴模（11），二者内径相同，采用实施例二的分段取向方法对磁粉取向，取向完成后同步上、下移动下冲头（5）和上冲头（6）将磁粉移入串联阴模（11）和串联芯杆（10）之间进行成形压制，可采用各种加热方法对模具和磁粉加热，实现温压或热压，采取实施例二的后期工艺，进行后期制作，成品用实施例二的装置进行分段充磁。

图6说明了本发明的实施例四，为同心环式对置线圈辐向永磁体橡胶模等静压取向压制模具结构，与实施例二相比，在补偿线圈（9）与磁粉（2）之间安装橡胶模（14），下冲头（5）和上冲头（6）同时压在橡胶模（14）和磁粉（2）两端，由于橡胶模（14）的高弹性，使磁粉（2）受到近似相等的侧压力，实现等静压压制成形，其它结构和操作与实施例二相同。

Claims (4)

1.一种同心环对置线圈式辐向永磁体取向、充磁装置，其特征是将二个参数相同的中心励磁线圈（1）相对安装，二个相同的补偿线圈（9）与中心励磁线圈（1）同心安装，上下两组线圈之间同心安装模具芯杆（3）和阴模（4），下冲头（5）和上冲头(6)位于补偿线圈（9）与中心励磁线圈（1）之间，下冲头（5）和上冲头(6)可在压机驱动下上、下移动，模具芯杆（3）、阴模（4）、下冲头（5）、上冲头(6)以及中心励磁线圈（1）补偿线圈（9）的线圈架为无磁材料，在满足机械强度时优先选用高电阻材料，如陶瓷、硬塑料、无磁硬质合金，无磁模具等，中心励磁线圈（1）补偿线圈（9）和中心励磁线圈（1）串联，电流方向和大小相同，上、下两组线圈电流方向相反，可以串联或并联接入电路，串联时要求取向或充磁电压高，并联时整个电路的电流更大，四个线圈的电流大小相同，补偿线圈（9）和中心励磁线圈（1）的线圈匝数等于仿真或实验确定的“安匝比”（两个线圈电流与匝数乘积之比）,确定原则为：通过仿真或实验调整补偿线圈（9）和中心励磁线圈（1）的安匝比，使补偿线圈（9）和中心励磁线圈（1）之间的磁场轴向分量最小，低轴向分量辐向磁场高度小于磁粉二倍时，增加补偿线圈（9）和中心励磁线圈（1）的高度，取向压制时，将磁粉充装于模具芯杆（3）、阴模（4）的空间内，采用脉冲充磁机向补偿线圈（9）和中心励磁线圈（1）通脉冲电流，完成磁粉取向，移动下冲头（5）与上冲头(6)，完成磁粉压制成形，采用现有的工艺完成后期加工，包括固化或烧结、精加工等工序，完成的产品安装于模具芯杆（3）、阴模（4）内，进行单极辐向充磁，也可采用现有的多极辐向充磁头进行多极辐向充磁。

2.根据权利要求1所述的同心环对置线圈式辐向永磁体取向、充磁装置，设计为分段取向压制装置，其特征是：权利要求1中的补偿线圈（9）附加有高机械强度内套、内套内径与阴模（4）内径相同，可将补偿线圈（9）的内套与阴模（4）制为一体式，并与阴模（4）固定，中心励磁线圈（1）附加有高机械强度外套，外套外径与模具芯杆（3）外径相同，并与模具芯杆（3）固定，可将中心励磁线圈（1）的外套与模具芯杆（3）制为一体，取向压制时，将磁粉（2）充装在模具芯杆（3）和阴模（4）之间的空间内以及补偿线圈（9）和中心励磁线圈（1）之间，材料选择与权利要求1相同，高度大于模具芯杆（3）和阴模（4）高度的磁粉（2）充填于模具芯杆（3）与阴模（4）之间，和补偿线圈（9）与中心励磁线圈（1）之间，采用脉冲充磁机对中部磁粉取向后，再同步移动下冲头（5）和上冲头（6），使未完全取向的磁粉位于模具芯杆（3）和阴模（4）内，完成所有磁粉取向，移动下冲头（5）和上冲头（6）进行压制、脱模，采用现有的工艺完成后期加工、将加工完成的产品置于取向时的磁粉位置，采取与取向方法相同的方法完成分段充磁。

3.根据权利要求1所述的同心环对置线圈式辐向永磁体取向、充磁装置，设计为串联取向压制装置,其特征是：在权利要求2中的中心励磁线圈（1）底部安装串联芯杆（10），二者外径相同，在补偿线圈（9）的底部的安装串联阴模（11），二者内径相同，采用权利要求2的分段取向方法对磁粉取向，取向完成后同步移动下冲头（5）和上冲头（6）将磁粉移入串联阴模（11）和串联芯杆（10）之间，移动下冲头（5）和上冲头（6）进行压制、脱模，可采用各种加热方法对模具和磁粉加热，实现温压或热压，采用现有的工艺完成后期加工，成品用权利要求2的装置和方法进行分段充磁。

4.根据权利要求1所述的同心环对置线圈式辐向永磁体取向、充磁装置，设计为同心环式对置线圈辐向永磁体橡胶模等静压取向压制模具，与权利要求2相比，在补偿线圈（9）与磁粉（2）之间安装橡胶模（14），下冲头（5）和上冲头（6）同时压在橡胶模（14）和磁粉（2）两端，由于橡胶模（14）的高弹性，使磁粉（2）受到近似相等的侧压力，实现等静压压制成形，其它结构和操作与权利要求2同。

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