CN115020062B - 一种具有精密磁场波形的永磁磁环组件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有精密磁场波形的永磁磁环组件及其制备方法，属于永磁磁环技术领域，用于解决现有的永磁磁环磁能积低和成品率低的难题。本发明提供的永磁磁环组件包括永磁环和导磁环；所述永磁环由多个沿平行方向磁化的磁瓦拼接而成；所述永磁环的外径面与所述导磁环的内径面相接；所述导磁环的内径面或/和外径面上分布有呈周期性排列的空陷区，所述空陷区是由所述导磁环上加工去除掉一部分材料形成的；所述空陷区和导磁环本体共同作为磁场波形调整区。本发明提供的永磁磁环组件能够大幅提升磁场波形的分辨率和精度，解决了现有永磁磁环磁能积低和成品率低的难题，可以满足高精度导航器件的应用需求。

Description

一种具有精密磁场波形的永磁磁环组件及其制备方法

技术领域

本发明属于永磁磁环技术领域，尤其涉及一种具有精密磁场波形的永磁磁环组件及其制备方法。

背景技术

近年来，高性能电机和导航控制等行业快速发展，对永磁磁环的需求倍增。永磁磁环作为电机、陀螺仪、磁编码器等器件的核心部件，具有不可替代的作用。目前永磁磁环使用时一般采用整体辐向多极磁环。在陀螺仪或磁编码器等器件中，磁头传感器一般布置在磁环外圆面一定距离处，气隙磁密的变化经过换算后输出位移、角度等信号。导航定位等器件的精度和体积大小直接受限于磁场波形信号的精度。同样外形尺寸下，磁场波形信号的峰谷数量越多，每个峰谷对应的角度或距离越小，器件的分辨率越高。磁环的磁性能越强，峰谷磁场相应的数值越大，器件的体积就可以做的越小。

目前由于制备工艺和辐向整体磁环本身特性的限制，磁环在烧结过程中由于不同位置收缩的不均匀性导致应力集中，严重的会导致辐向环开裂。现有的方法是在制备时通过减小取向场来减少磁环开裂现象，但是这种方法会导致磁环磁性能的降低。例如，钕铁硼整体辐向磁环的最大磁能积一般不超过45MGOe，远远低于烧结钕铁硼材料能达到的54MGOe。专利CN101879594 B公开了一种制备具有辐向织构整体永磁环温压成型方法及模具，磁环的磁性能为：Br＝1.22T，Hci＝997 kA/m,(BH)max＝321kJ/m³(换算后为40.5MGOe)。又如，专利 CN101202143B公开的高性能辐向热压磁环的制备方法，通过采用热压的工艺，磁环的磁能积为30MGOe～45MGOe。由于整体辐向磁环的磁能积限制，使得提高磁场波形信号的峰值变得难以实现。同时，整体辐向磁环在制备时由于辐射磁场不均匀，模具精度差等原因，还存在着形状不规则、磁性能一致性差、表磁不均匀等一系列问题。另外，受限于充磁技术，整体辐向磁环在现有多极充磁线圈约束下，相邻磁极间距一般不能小于2mm。若要提高磁场信号分辨率，必须增加磁环的磁极数量，然而在现有技术条件下，只能将磁环的直径做大才能获得更多磁极，这将导致器件体积变大、成本增高。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种具有精密磁场波形的永磁磁环组件及其制备方法，至少能够解决以下技术问题之一：(1)现有的整体辐向磁环制备过程中易开裂的特性导致磁环的合格率较低；(2)由于辐射取向场低，导致磁环磁能积较低；(3)受限于充磁技术，磁极数量有限，无法提供高精密磁场波形。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种具有精密磁场波形的永磁磁环组件，永磁磁环组件包括永磁环和导磁环；永磁环由多个沿平行方向磁化的磁瓦拼接而成；永磁环的外径面与导磁环的内径面相接；导磁环的内径面或/和外径面上分布有呈周期性排列的空陷区，空陷区是由导磁环上加工去除掉一部分材料形成的；空陷区和导磁环本体共同作为磁场波形调整区。

进一步的，永磁环的材料为永磁材料。

进一步的，导磁环的材料为软磁材料。

进一步的，空陷区的形状为梯形槽、三角形槽、矩形槽、楔形槽、圆形槽、方槽、圆弧槽或倒“凸”字形槽中的一种或几种的组合。

进一步的，磁瓦拼接形成的永磁环为内N外S极或内S外N极；空陷区设置在导磁环的外径面或/和内径面。

进一步的，导磁环的内径为R1，外径为R2，导磁环的轴向长度为D，控制D与壁厚R2-R1的比值为0.1～10。

进一步的，永磁环上的磁瓦为N极和S极交替分布，相邻磁瓦的拼接缝隙处对应的导磁环的内径面上设置凹陷区。

进一步的，凹陷区和空陷区交替分布，导磁环的外径面上的空陷区的深度h3和内径面上的凹陷区的深度h4符合：h3+h4大于壁厚R2-R1。

本发明还提供了一种上述具有精密磁场波形的永磁磁环组件的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备永磁环：对沿平行方向磁化的永磁体毛坯进行加工，制备中性或充磁状态的磁瓦，将磁瓦表面清理干净后进行粘结，待胶完全固化后，获得永磁环，永磁环上每个磁瓦的磁化方向为平行方向；

步骤2、制备导磁环，在导磁环的内径面或/和外径面加工空陷区；

步骤3、将永磁环和导磁环进行组装连接得到装配好的组合件，其中永磁环的外径紧贴导磁环的内径，若永磁环为中性状态，则需要步骤4 进行充磁，若永磁环为充磁状态，则得到最终的永磁磁环组件；

步骤4、将装配好的组合件进行整体充磁，充磁后组件的磁极分布为：内N极外S极或内S极外N极。

本发明还提供了一种上述具有精密磁场波形的永磁磁环组件的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备永磁环：对沿平行方向磁化的永磁体毛坯进行加工，制备磁瓦，将磁瓦表面清理干净，然后再进行充磁，充磁方式为平行充磁，磁瓦的充磁方向为外N内S或外S内N极；

步骤2、制备导磁环：首先在导磁环内径面上加工凹陷区，该凹陷区分布在相邻磁瓦的拼接缝隙处对应的导磁环的内径面上，然后加工外径面和/或内径面上的空陷区；

步骤3、拼接和组装：将磁瓦按外径面N、S极依次交替粘结在导磁环内径面上，相邻磁瓦的缝隙对应在导磁环内径面上的凹陷区；将粘结好的组件放入烘箱中，待胶完全固化后，获得永磁磁环组件。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

a)本发明的具有精密磁场波形的永磁磁环组件的导磁环可以导出极性并起到磁场增强作用，导磁环的外径面作为工作面，导磁环采用的材料比较容易加工，其加工成各种复杂形状的工艺也相当成熟和可靠，尺寸和形位精度可以通过机械加工的手段较为轻松的实现高精度控制，避免了现有技术中永磁环的外表面作为工作面，永磁材料的可加工性很差，在复杂加工时容易产生裂纹、崩边、掉角等缺陷的问题。

b)本发明提供的具有精密磁场波形的永磁磁环组件通过在导磁环上加工空陷区进行磁场波形调整的形式，结合单极充磁的方式，可以大大增加磁场信号波峰和波谷的数量。导磁环上加工空陷区具有多种多样的组合形式且加工工艺成熟可靠，因此可以按照导磁材料能承受的极限进行加工。通过磁场波形的调整，本发明可提供丰富多样的磁场波形，大大提升了波形的分辨率。同时导磁环不仅可以增强磁场，还可以提高磁场峰谷信号的均匀一致性。

c)本发明提供的具有精密磁场波形的永磁磁环组件采用磁瓦拼接而成，磁瓦的磁化方向是平行充磁的，制备时取向磁场可以达到2T而不存在开裂的问题，拼接的磁环性能远远高于整体环，因此在获得相同磁场强度的条件下，本发明的永磁环的体积可以做的更小。

d)本发明采用的拼接磁环，由于磁环毛坯的磁化方向是平行磁化的，毛坯烧结过程中不存在开裂的问题，因此与整体环相比成品率大幅提高；而当本发明的磁环作为多极磁环使用时，由于外部导磁环可以对磁场波形进行调整而实现磁极数量倍增的效果，因此不必将单个磁瓦的尺寸做的很小，所以拼接难度不大，成品率较高。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明的永磁磁环组件的结构示意图；

图2为本发明的磁瓦的磁化方向示意图；

图3为本发明的实施例1的永磁磁环组件的结构示意图；

图4为本发明的实施例1的永磁磁环组件的径向磁环分布测试结果；

图5为本发明的实施例2的永磁磁环组件的结构示意图；

图6为本发明的实施例2的永磁磁环组件的径向磁环分布测试结果；

图7为本发明的实施例3的永磁磁环组件的结构示意图；

图8为本发明的实施例3的永磁磁环组件的径向磁环分布测试结果；

图9为本发明的对比例1的永磁磁环的结构示意图；

图10为本发明的对比例1的永磁磁环的径向磁环分布测试结果。

附图标记：

1-永磁环，2-导磁环，3-空陷区，4-磁瓦，5-磁化方向。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明提供了一种具有精密磁场波形的永磁磁环组件，如图1所示，永磁磁环组件包括永磁环1和导磁环2；永磁环1由多个沿平行方向磁化的磁瓦4拼接而成；永磁环1的外径面(即外壁或外圆面)与导磁环2 的内径面(即内壁或内圆面)相接；导磁环2的内径面或/和外径面上分布有呈周期性排列的空陷区3，空陷区3是由导磁环2上加工去除掉一部分材料形成的；空陷区3和导磁环本体共同作为磁场波形调整区。

具体的，相邻的两个空陷区3之间形成峰部，相应的，空陷区3即谷部。

需要说明的是，上述磁瓦4是沿平行方向磁化，制备时取向场可以做到较大，因此磁瓦的磁性能较高，因而拼接成的永磁环1的磁性能也比辐向整体磁环高(取向场低，磁能积小)。磁瓦拼接具有磁极过渡性差的劣势，设置导磁环2可以使平行磁化的磁瓦4对外磁场更加均匀，另外可以起到磁场增强的作用。示例性的，本发明的永磁磁环组件产生的磁场波形信号的分辨率与同尺寸辐向多极充磁整体环相比提高50％以上。本发明的永磁磁环组件产生的磁场信号与同尺寸辐向多极充磁整体环相比，磁场强度提高20％以上。

具体的，为了保证永磁环1充磁磁化后，难以退磁，永磁环1的材料为永磁材料。示例性的，永磁环1的材料可以为钕铁硼永磁材料、钐钴永磁材料、铝镍钴永磁材料或永磁铁氧体。

具体的，永磁环1的材料为钕铁硼永磁材料时，磁瓦4的磁能积为 46～55MGOe，矫顽力为10～37kOe。

具体的，为了保证导磁环2具有良好的导磁性能、磁性增强作用和加工性能，导磁环2的材料为软磁材料；示例性的，导磁环2的材料可以为坡莫合金，硅钢，电工纯铁，软磁碳钢或软磁铁氧体等材料。

具体的，空陷区3的形状可以为梯形槽、三角形槽、矩形槽、楔形槽、圆形槽、方槽、圆弧槽、波形槽或倒“凸”字形槽等中的一种或几种的组合。

在一种可能的设计中，上述磁瓦4最终的充磁方向全部为外径面N 极或S极，磁瓦4拼接形成的永磁环的外径面整体为N极或S极；此时，导磁环2的空陷区3可以在导磁环2的外径面或/和内径面存在。

具体的，导磁环2的内径为R1，外径为R2，导磁环2的轴向长度为 D，控制D与壁厚R2-R1的比值为0.1～10。

具体的，导磁环2上的空陷区3的深度为h，控制深度h与壁厚R2-R1 的比值范围是0.01～0.99，优选为0.2～0.8。

具体的，导磁环2上的外径面和内径面均设置空陷区3时，导磁环2 的外径面的空陷区3与导磁环2的内径面的空陷区3的位置可以交替分布，即导磁环2的内径面的空陷区3(即谷部)对应于导磁环2的外径面的峰部区域，导磁环2的内径面的峰部区域对应于导磁环2的外径面的谷部区域。

或者，导磁环2的外径面的空陷区3与导磁环2的内径面的空陷区3 的位置可以对应设置，即导磁环2的内径面的空陷区3(即谷部)对应于导磁环2的外径面的空陷区3，此时，相对应的两个空陷区3的深度分别为h1和h2，控制h1+h2小于壁厚R2-R1。

具体的，导磁环2上的不同空陷区3的形状和尺寸可以相同，导磁环2上的不同空陷区3的形状和尺寸可以不同；空陷区3的形状和尺寸可以根据需求具体设置。

在一种可能的设计中，上述磁瓦4最终的充磁方向为永磁环1的外径面N极和S极交替分布。此时，为了避免相邻磁瓦4的N、S极形成磁路闭合，必须在相邻磁瓦4的拼接缝隙处对应的导磁环2的内径面上设置凹陷区。导磁环2的空陷区3可以在导磁环2的外径面或/和内径面同时存在。

具体的，上述凹陷区的形状可以为梯形槽、三角形槽、矩形槽、楔形槽、圆形槽、方槽、圆弧槽、波形槽或倒“凸”字形槽等中的一种或几种的组合。

具体的，为了减少磁力线内部闭合，使得外部磁场更大，上述凹陷区和空陷区3交替分布。导磁环2的外径面上的空陷区3的深度h3和内径面上的凹陷区的深度h4符合：h3+h4大于壁厚R2-R1。

具体的，外径面上的空陷区径向中心线与磁瓦的径向中心线重合或者成夹角θ，0≤θ≤180/p,其中为p为永磁环上的磁瓦数量。

需要说明的是，本发明的永磁磁环组件产生的磁场波形，沿圆周360 度峰谷磁场强度的差值≤2％；沿着轴向中心点的上部和下部1.5mm距离内，磁场强度差值≤2％。

本发明还提供了一种具有精密磁场波形的永磁磁环组件的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备永磁环：对沿平行方向磁化的永磁体毛坯进行加工，制备中性或充磁状态的磁瓦，将磁瓦表面清理干净后进行粘结，待胶完全固化后，获得永磁环，永磁环上每个磁瓦的磁化方向为平行方向；

步骤2、制备导磁环，在导磁环的内径面或/和外径面加工空陷区；

步骤3、将永磁环和导磁环进行组装连接得到装配好的组合件，其中永磁环的外径紧贴导磁环的内径，若永磁环为中性状态，则需要步骤4 进行充磁，若永磁环为充磁状态，则得到最终的永磁磁环组件；

步骤4、将装配好的组合件进行整体充磁，充磁后组件的磁极分布为：内N极外S极或内S极外N极。

本发明还提供了一种永磁磁环组件的制备方法，包括以下步骤：包括以下步骤：

步骤1、制备永磁环：对沿平行方向磁化的永磁体毛坯进行加工，制备磁瓦，将磁瓦表面清理干净后并进行表面防锈处理，然后再进行充磁，充磁方式为平行充磁，磁瓦的充磁方向为外N内S或外S内N极；

步骤2、制备导磁环：首先在导磁环内径面上加工凹陷区，该凹陷区分布在相邻磁瓦的拼接缝隙处对应的导磁环的内径面上，然后加工外径面和/或内径面上的空陷区；

步骤3、拼接和组装：将磁瓦按外径面N、S极依次交替粘结在导磁环内径面上，相邻磁瓦的缝隙对应在导磁环内径面上的凹陷区；将粘结好的组件放入烘箱中，待胶完全固化后，获得永磁磁环组件。

具体的，上述步骤1中可以采用速凝甩带-氢破-气流磨-压型-热处理工艺制备永磁体毛坯，将毛坯切割成所需的磁瓦形状。

传统的辐向整体磁环本身特性的限制，磁环在烧结过程中由于不同位置收缩的不均匀性导致应力集中，严重的会导致磁环开裂，现有的方法是在制备时通过减小取向场来减少磁环开裂现象，但是这种方法会导致磁环磁性能的降低；由于整体辐向磁环的磁能积限制，使得提高磁场波形信号的峰值变得难以实现；另外，受限于充磁技术，整体辐向磁环在现有多极充磁线圈约束下，相邻磁极间距一般不能小于2mm，若要提高磁场信号分辨率，必须增加磁环的磁极数量，然而在现有技术条件下，只能将磁环的直径做大才能获得更多磁极，这将导致器件体积变大、成本增高。与现有技术相比，本发明提供的永磁磁环组件的导磁环可以导出极性并起到磁场增强作用，导磁环的外径面作为工作面，导磁环采用的材料比较容易加工，其加工成各种复杂形状的工艺也相当成熟和可靠，尺寸和形位精度可以通过机械加工的手段较为轻松的实现高精度控制，避免了现有技术中永磁环的外表面作为工作面，可加工性很差，在复杂加工时容易产生裂纹、崩边、掉角等缺陷的问题。

传统的多极充磁方式，当N、S极数量增加到一定程度后，受限于充磁线圈或拼接工艺，极数将无法继续增多，因而波形分辨率无法提高。本发明提供的永磁磁环组件通过在导磁环上加工空陷区进行磁场波形调整的形式，结合单极充磁的方式，可以大大增加磁场信号波峰和波谷的数量。导磁环上加工空陷区具有多种多样的组合形式且加工工艺成熟可靠，因此可以按照导磁材料能承受的极限进行加工。通过磁场波形的调整，本发明可提供丰富多样的磁场波形，大大提升了波形的分辨率。同时导磁环不仅可以增强磁场，还可以提高磁场峰谷信号的均匀一致性。

本发明提供的永磁磁环组件采用磁瓦拼接而成，磁瓦的磁化方向是平行充磁的，制备时取向磁场可以达到2T，拼接的磁环性能远远高于整体环，在获得相同磁场强度的条件下，本发明的永磁环的体积可以做的更小。

对于传统的辐向整体磁环而言，由于自身的膨胀各向异性，在加工时受热膨胀而产生的应力不均，导致其加工难度很大，极易产生开裂而导致报废。对于传统的拼接多极磁环而言，为了获得更多的磁极对数，需要将磁瓦单元的数量增多，这将意味着单个磁瓦单元的尺寸不断缩小，其拼接工艺难度大大增加，拼接磁环的合格率也变得较低。本发明采用的拼接磁环，由于磁环毛坯的磁环方向是平行磁化的，不存在开裂的问题，因此与整体环相比成品率大幅提高；而当本发明的磁环作为多极磁环使用时，由于外部导磁环可以对磁场波形进行调整而实现磁极数量倍增的效果，因此不必将单个磁瓦的尺寸做的很小，所以拼接难度不大，成品率较高。

实施例1

本实施例提供了一种永磁磁环组件，如图3所示，永磁磁环组件包括永磁环1和导磁环2；永磁环1由多个沿平行方向磁化的磁瓦4(如图 2所示)拼接而成；磁瓦4拼接形成的永磁环的外径面整体为N极或S 极；永磁环1的外径面与导磁环2的内径面相接；导磁环2的外径面上分布有成周期性排列的空陷区3，空陷区3是由导磁环2上加工去除掉一部分材料形成的；外径面上的空陷区径向中心线与磁瓦的径向中心线重合；空陷区3和导磁环本体共同作为磁场波形调整区。

具体的，磁瓦4的尺寸为R20*R15*10°*6mm，磁瓦4的材料为钕铁硼永磁材料。

具体的，导磁环2的材料为1J50坡莫合金，导磁环2的外径为46mm，内径为40mm，厚度为6mm。空陷区3的形状为近似长方形凹槽，凹槽夹角θ＝90°，凹槽深度h＝2mm，底边宽度w＝1mm。空陷区的数量N＝36。

本实施例中的永磁磁环组件的制备方法包括如下步骤：

(1)制备永磁环：采用速凝甩带、氢破、气流磨、取向成型、等静压、烧结、回火的工艺制备钕铁硼磁环方块毛坯，其中取向磁场为2T；钕铁硼材料的磁性能为：Br＝14.30kGs，Hcj＝15kOe，(BH)max＝50MGOe；然后将钕铁硼毛坯加工成尺寸为R20 mm*R15 mm*10°*6mm的磁瓦，磁瓦的磁化方向为平行方向；对磁瓦表面清洗后，进行防锈处理，最后进行粘结工序，待胶完全固化后，获得中性状态的永磁环；

(2)加工导磁环：选用具有良好加工性和软磁特性的1J50坡莫合金作为导磁环材料，其中软磁材料的Bs＝1.50T，Hc＜15Oe；首先将1J50 材料加工成内径40mm，外径46mm，高度6mm的圆环，然后在外圆面上开方形凹槽，凹槽夹角θ＝90°，凹槽深度h＝2mm，底边宽度w＝1mm，凹槽数量N＝36；

(3)装配：在永磁环的外圆面和导磁环的内圆面均匀涂抹环氧树脂胶，然后将永磁环放入导磁环内部，清理多余的残胶，使用夹具使永磁环和导磁环同心并保持不发生移动，最后在烘箱中100℃下进行固化2h；

(4)单极充磁：将粘结好的永磁磁环组件放入专用的充磁夹具中，调节充磁机的电压和电流参数，对永磁磁环组件进行充磁；充磁完成后，永磁磁环组件外圆面上为单N极。

(5)磁场波形测量：使用特斯拉计对永磁磁环组件外圆面一周的气隙磁场进行测试，径向磁环分布测试结果如图4所示；从图4中可以看出，本实施例为单极波形，大的峰谷信号之间嵌套小的峰谷信号，共计 108个峰谷，沿圆周360度峰谷磁场强度的差值约为1％。使用特斯拉计沿着轴向中线上下各1.5mm长度范围内测试磁场强度，结果显示其差值约为1.6％；波峰最大磁场信号值约为485mT，波谷最小磁场信号值为 175mT。

实施例2

本实施例提供了一种永磁磁环组件，本实施例提供了一种永磁磁环组件，如图5所示，永磁磁环组件包括永磁环1和导磁环2；永磁环1由多个沿平行方向磁化的磁瓦4(如图2所示)拼接而成；磁瓦4拼接形成的永磁环的外径面整体为N极或S极；永磁环1的外径面与导磁环2的内径面相接；导磁环2的外径面和内径面上均分布有成周期性排列的空陷区3，空陷区3是由导磁环2上加工去除掉一部分材料形成的；外径面和内径面上的空陷区3交替分布，空陷区3和导磁环本体共同作为磁场波形调整区。

具体的，磁瓦4的尺寸为R20*R15*10°*6，磁瓦4的材料为钕铁硼永磁材料，钕铁硼材料的磁性能为：Br＝14.30kGs，Hcj＝15kOe，(BH) max＝50MGOe。

具体的，导磁环2的材料为1J50坡莫合金，导磁环2的外径为46mm，内径为40mm，厚度为6mm。在导磁环2的外径面和内径面均加工空陷区3，峰部和谷部交替排布。空陷区3的形状均为近似长方形凹槽，在导磁环外径面上的空陷区尺寸参数是：凹槽夹角θ1＝90°，凹槽深度h1＝1.5 mm，底边宽度w1＝1mm；在导磁环内径面上的空陷区尺寸参数是：凹槽夹角θ2＝90°，凹槽深度h2＝1.5mm，底边宽度w2＝1mm；内径面和外径面上空陷区的总数量N＝36。导磁环2的外径面的空陷区3与导磁环 2的内径面的空陷区3位置交替分布，即磁环2的内径面的空陷区3对应于导磁环2的外径面的峰部区域，导磁环2的内径面的峰部区域对应于导磁环2的外径面的谷部区域；外径面上的空陷区径向中心线与磁瓦的径向中心线重合，内径面上的空陷区径向中心线与磁瓦的径向中心线重合。

本实施例的永磁磁环组件的制备方法与实施例1的相似，在此不再赘述。

对本实施例的永磁磁环组件进行磁场波形测量：使用特斯拉计对永磁磁环组件外圆面一周的气隙磁场进行测试，径向磁环分布测试结果如图6所示；从图6中可以看出，本实施例为单极波形峰谷结构，两个波峰之间嵌套有一个小的波谷。大、小波谷数量合计36个，波峰数量为36 个，共计72个峰谷信号。沿圆周360度峰谷磁场强度的差值约为1.2％。使用特斯拉计沿着轴向中线上下各1.5mm长度范围内测试磁场强度，结果显示其差值约为1.8％；波峰最大磁场信号值约为470mT，波谷最小磁场信号值为170mT。

实施例3

本实施例提供了一种永磁磁环组件，如图7所示，永磁磁环组件包括永磁环1和导磁环2；永磁环1由多个沿平行方向磁化的磁瓦4(如图 2所示)拼接而成；磁瓦4拼接形成的永磁环的外径面N极和S极交替分布；永磁环1的外径面与导磁环2的内径面相接；导磁环2的外径面上分布有成周期性排列的空陷区3，空陷区3是由导磁环2上加工去除掉一部分材料形成的；空陷区3和导磁环本体共同作为磁场波形调整区。导磁环2的内径面上相邻磁瓦4的拼接缝隙处加工凹陷区。

具体的，磁瓦4的尺寸为R20*R15*10°*6，磁瓦4的材料为钐钴永磁材料。钐钴材料的磁性能为：Br＝10.9kGs，Hcj≥30kOe，(BH)max＝30 为MGOe。

具体的，导磁环2的材料为DT4C电工纯铁，导磁环2的外径为 46mm，内径为40mm，厚度为6mm。空陷区3的形状为近似长方形凹槽，凹槽夹角θ＝90°，其中槽深度h＝2mm，底边宽度w＝1mm；外径面上空陷区的数量为36个，内径面上凹陷区开在两个相邻磁瓦的拼接缝隙处，数量也是36个。

本实施例中的永磁磁环组件的制备方法包括如下步骤：

步骤1、制备永磁环：采用熔炼-机械破碎-气流磨-取向成型-热处理等工艺制备钐钴毛坯，其中取向磁场为2T。钐钴毛坯的磁性能为Br＝10.9 kGs，Hcj≥30kOe，(BH)max＝30MGOe；将毛坯切割成所需的磁瓦形状，然后再进行充磁，充磁方式为平行充磁，磁瓦的充磁方向为外N内 S或外S内N极；

步骤2、制备导磁环：首先在导磁环内径面上加工凹陷区，该凹陷区分布在相邻磁瓦的拼接缝隙处对应的内径面上，然后加工外径面上的空陷区；

步骤3、拼接和组装：将磁瓦按外径面N、S极依次交替粘结在导磁环内径面上，相邻磁瓦的缝隙对应在导磁环内径面上的凹陷区；将粘结好的组件放入烘箱中，待胶完全固化后，获得永磁磁环组件。

对本实施例的永磁磁环组件进行磁场波形测量：使用特斯拉计对永磁磁环组件外圆面一周的气隙磁场进行测试，径向磁环分布测试结果如图8所示；从图8中可以看出，本实施例为N、S交替分布的峰谷结构波形，在相邻波峰和波谷之间还嵌套有小的波峰和波谷。大波峰数量为36 个，大波谷数量为36个，嵌套的峰谷数量为36个，共计108个峰谷信号。沿圆周360度峰谷磁场强度的差值约为1.1％。使用特斯拉计沿着轴向中线上下各1.5mm长度范围内测试磁场强度，结果显示其差值约为 1.7％；峰谷最大磁场信号值约为290mT，最小磁场信号值为180mT。

对比例1

如图9所示，采用与实施例1中相同配方成分制备辐向取向钕铁硼永磁环毛坯，其中取向磁场为0.8T；在磁环取小圆柱样品进行测试磁性能，测得Br＝11.8kGs，Hcj＝14.7kOe，(BH)max＝34MGOe；将毛坯环加工成外径40mm，内径30mm，高度6mm；将磁环放入专用的充磁夹具中，进行多极充磁，磁极数为36极，N、S数量各占一半。使用特斯拉计对永磁磁环外圆面一周的气隙磁场进行磁场波形测量，径向磁环分布测试结果如图10所示。

通过实施例3和对比例1可以看出，实施例1波形信号峰谷数量为108个，对比例1为36个，波形峰谷信号数量翻了3倍，这意味着器件的分辨率将提高3倍。此外由于实施例1永磁体是采用平行磁化的磁瓦拼接而成，磁瓦的磁性能高于对比例1中的整体环，因此实施例1的磁场强度可以达到470mT左右，而对比例1的峰值磁场为250mT，提高了 80％以上。

对比实施例2和对比例1可以看出，实施例2的峰谷数量为72个，与对比例相比，增多了1倍，这意味着器件的分辨率将提升1倍。同样的，实施例2的磁场强度也是470mT左右，与对比例的250mT相比，提高80％以上。

以上实施例1和实施例2均为单极充磁的情况，磁环所用的配方与对比例1完全相同，可以看出由于辐向充磁的制约，对比例1的磁能积仅能到34MGOe左右，而实施例1和2可以达到50MGOe。

实施例3和对比例1都是N、S极交替分布的情况，实施例3通过导磁环内外径面设置空陷区，其中内径面的空陷区设置在N、S磁极拼接的缝隙处，避免了磁力线发生闭合的现象，在同样的磁极数量的情况下，峰谷数量达到了108个，而对比例只有36个峰谷，因此本发明的磁场波形信号的分辨率远远高于传统方法。

具体的，本发明通过变形和组合的方式，可以进行多种开槽形成凹陷去，例如楔形槽、圆形槽、方槽、圆弧槽等等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有精密磁场波形的永磁磁环组件，其特征在于，所述永磁磁环组件包括永磁环（1）和导磁环（2）；所述永磁环（1）由多个沿平行方向磁化的磁瓦（4）拼接而成；所述永磁环（1）的外径面与所述导磁环（2）的内径面相接；所述导磁环（2）的内径面或/和外径面上分布有呈周期性排列的空陷区（3），所述空陷区（3）是由所述导磁环（2）上加工去除掉一部分材料形成的；所述空陷区（3）和导磁环本体共同作为磁场波形调整区；

所述导磁环（2）的材料为软磁材料；所述导磁环（2）的外径面作为工作面；

所述空陷区（3）的形状为梯形槽、三角形槽、矩形槽、楔形槽、圆形槽、方槽、圆弧槽或倒“凸”字形槽中的一种或几种的组合。

2.根据权利要求1所述的永磁磁环组件，其特征在于，所述永磁环（1）的材料为永磁材料。

3.根据权利要求1所述的永磁磁环组件，其特征在于，所述磁瓦（4）拼接形成的永磁环（1）为内N外S极或内S外N极；所述空陷区（3）设置在导磁环（2）的外径面或/和内径面。

4.根据权利要求3所述的永磁磁环组件，其特征在于，所述导磁环（2）的内径为R1，外径为R2，导磁环（2）的轴向长度为D，控制D与壁厚R2-R1的比值为0.1～10。

5.根据权利要求1所述的永磁磁环组件，其特征在于，所述永磁环（1）上的磁瓦（4）为N极和S极交替分布，相邻磁瓦（4）的拼接缝隙处对应的导磁环（2）的内径面上设置凹陷区。

6.根据权利要求5所述的永磁磁环组件，其特征在于，所述凹陷区和空陷区（3）交替分布，所述导磁环（2）的外径面上的空陷区（3）的深度h3和内径面上的凹陷区的深度h4符合：h3+h4大于壁厚R2-R1。

7.一种具有精密磁场波形的永磁磁环组件的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求3或4所述的永磁磁环组件，包括以下步骤：

步骤1、制备永磁环：对沿平行方向磁化的永磁体毛坯进行加工，制备中性或充磁状态的磁瓦，将磁瓦表面清理干净后进行粘结，待胶完全固化后，获得永磁环，永磁环上每个磁瓦的磁化方向为平行方向；

步骤2、制备导磁环，在导磁环的内径面或/和外径面加工空陷区；

步骤3、将永磁环和导磁环进行组装连接得到装配好的组合件，其中永磁环的外径紧贴导磁环的内径，若永磁环为中性状态，则需要步骤4进行充磁，若永磁环为充磁状态，则得到最终的永磁磁环组件；

步骤4、将装配好的组合件进行整体充磁，充磁后组件的磁极分布为：内N极外S极或内S极外N极。

8.一种具有精密磁场波形的永磁磁环组件的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求5或6所述的永磁磁环组件，包括以下步骤：

步骤1、制备永磁环：对沿平行方向磁化的永磁体毛坯进行加工，制备磁瓦，将磁瓦表面清理干净，然后再进行充磁，充磁方式为平行充磁，磁瓦的充磁方向为外N内S或外S内N极；

步骤2、制备导磁环：首先在导磁环内径面上加工凹陷区，该凹陷区分布在相邻磁瓦的拼接缝隙处对应的导磁环的内径面上，然后加工外径面和/或内径面上的空陷区；

步骤3、拼接和组装：将磁瓦按外径面N、S极依次交替粘结在导磁环内径面上，相邻磁瓦的缝隙对应在导磁环内径面上的凹陷区；将粘结好的组件放入烘箱中，待胶完全固化后，获得永磁磁环组件。

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