CN101719417A - 圆环型各向异性磁体径向取向方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种圆环型各向异性磁体径向取向方法和装置，主要能解决现有圆环型磁体的沿径向的磁场取向装置结构复杂，磁体的取向度不高，不均匀的问题。本发明采用旋转磁场对圆环型磁体进行取向。取向过程中，磁场作旋转运行，磁场的最强处，同时也是磁场方向最正确处会依次旋转扫过磁体的每一部分，故对磁体圆环360°方向上的取向磁场实为同一磁场，结果会使磁粉的取向度更高，取向更均匀一致。取向磁场的旋转是由交流电通过电磁铁产生，而不依赖任何机械运动副，故取向装置简单可靠，易实现。装置结构为，电磁铁大致为圆环型设在外围，成型模具设在电磁铁的中央。该方法和装置可广泛用于粘结或烧结圆环型各向异性磁体的径向取向工作。

Description

圆环型各向异性磁体径向取向方法和装置

技术领域

本发明涉及一种各向异性磁体的取向方法和装置，尤其涉及一种粘结或烧结圆环型各向异性磁体的径向取向方法和装置。

背景技术

径向取向的圆环型磁体在磁性材料的应用领域占有很大的比重，尤其在电机上的使用更为突出。由于电机是属于比较精密的设备，所以对该类磁体的磁性能、机械性能等，都有一定的要求。在磁体成型阶段对各向异性磁性材料的取向效果的好坏，直接会影响磁体成品的磁性能的优劣，非常重要。

目前，流行的磁性材料的取向方法有分段取向，也就是将圆环分成几部分，对每一部分分别导入取向磁场进行取向。该方法简单，易实现，但取向度不均匀。还有一种方法为，在成型时，圆环内设一磁极，圆环外为另一极性磁极，如图1所示，尽量使外磁极磁感应强度沿圆环周向能均匀分布，但实际上很难做到，特别是圆环高度偏高，环心直径偏小时，通过型腔的取向磁场就很低，取向度就不能达到好的效果。取向度不均匀，会严重影响磁体的磁性能，而且由于取向不均匀，使磁体成型后晶体方向的分布不对称，在烧结过程中的各方向上的收缩率就会不同，从而导致圆环磁体的开裂，使成品率降低。

专利申请号为200810066269.4的中国发明专利，公开了一种辐射取向的圆环状磁体的成型取向方法，大体是，取向磁场在圆环状磁体的360°角上是间断分布设置的，成型过程中取向磁场与磁粉之间有相对旋转运动，由于360°方向的取向磁场为同一磁场，故对磁场的取向更完全，圆环不同角度的取向度更一致，可解决圆环磁场的均匀取向问题。但该旋转磁场的产生，是依靠取向磁场中的一磁极与另一磁极之间，或环形模腔与取向磁场之间，形成具有相对旋转运动的结构。该结构为一端固定，另一端连接电机带动的旋转驱动机构。由于成型模具周围空间狭窄，而旋转驱动机构要由多个运动副构成，无论是采用齿轮传动、带传动、链传动或其它传动方式来实现，其实现起来会都有一定的复杂性和困难性。即使勉强实现，也难免影响操作工对模具的开合，工件的拾取等操作。同时，运动副结构较之固定结构也有故障率高，易损坏、可靠性低，需经常维护等问题，也会影响设备的出勤率和连续产生问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，而提供一种对圆环型各向异性磁体径向取向的方法和装置，既能达到良好的取向效果，同时，又有完成装置简单，易实现的特点，可广泛适用于粘结或烧结圆环型各向异性磁体的径向取向工作。

本发明的目的是这样实现的：一种粘结或烧结圆环型各向异性磁体径向取向的方法和装置，其装置包含电磁铁、成型模具。电磁铁设在外围，构造上包围着位于中央的成型模具。电磁铁由线圈绕组和励磁铁心构成。工作时电磁铁可产生一个旋转的取向磁场。将各向异性磁粉装入成型模具的圆环型腔体中，再由取向磁场对模具中的磁粉进行径向取向。取向磁场在圆环腔体的360°方向上分布有一对或多对磁极，磁极附近的磁力线穿过圆环型腔体时，其磁力线方向正好为圆环的径向，与被穿越的圆环体对应点的切线方向垂直。取向过程中，圆环腔体不动，取向磁场绕圆环腔体的圆心，进行旋转运动，以此持续，完成对圆环腔体中360°度方向上所有磁粉的取向工作。

所述旋转磁场是由交流电通过电磁铁产生，而不依赖任何运动副机构。励磁铁心为环型，其构造圆心与模具圆环型腔的圆心同心。励磁铁心上均匀分布着若干组线圈绕组，励磁铁心内侧沿轴向设有沟槽，以便线圈绕组嵌入铁心。所述线圈绕组与励磁铁心构成一典型的电磁铁。该励磁装置用电可采用交流电。由于各线圈绕组所通过的交流电流存在相位差，工作时即会在中央空间上产生旋转磁场。如图3所示，为以使用国内普通工业用三相交流电为例，说明旋转磁场的产生。图3为一对磁极的线圈绕法，按线圈绕法不同，磁极可以形成一对也可形成多对。其中A-X、B-Y、C-Z、分别为三相绕组中的一相，在布局上，相互以120°的圆周空间间隔，均匀布置在磁励铁心的圆周上。按星型接法，每相绕组分别接入三相交流电中的一相。图3中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程，ia、ib、ic分别为三相电流的波型曲线。旋转磁场的转速为：n＝60f/p，其中f为电源频率，p为励磁绕组的磁极对数，n为每分钟转速。其励磁部分的原理近似于三相交流异步电动机的定子励磁部分的原理。

所述旋转磁场可以是工业三相交流电产生，也可以是单相、多相、非正弦波的其它波型的交流电产生，但不同电源需匹配不同的励磁线圈绕组。采用单相交流电时，绕组方法可以采用单相交流电机定子绕组的分相法和罩极法，同样可以产生旋转磁场。图4为电容分相法分5个时刻来描述的旋转磁场的产生过程。

所述交流电的频率，可以根据需要，由合适的变频器进行无级变频控制，从而可以方便地改变旋转磁场的转速。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和特点：

1.在磁体成型过程中，由于取向磁场有旋转运动，而该磁场的最强处，同时也是磁场方向最正确处(准确垂直于磁体圆环的内、外表面)会依次旋转扫过磁体的每一部分，磁粉的最易磁化轴便会尽可能按该最强磁场的方向排列。由于对磁体圆环360°方向上的取向磁场实为同一磁场，结果会使磁粉的取向度更高，取向更均匀一致。

2.可以有效防止一些由于取向不均匀而造成的烧结磁体的开裂，提高产品的成品率，降低生产成本。

3.由于励磁绕组布局合理，能很大幅度地提高取向磁场的有效磁感应强度，可以有效处理圆环高度偏高，环心直径偏小的磁体的磁场取向问题。

4.取向旋转磁场的励磁装置，全部由固定连接的零部件构成，完全没有任何机械传动的运动副存在，可大大降低取向装置的复杂性、故障率，减少了维修工作，降低了维护成本，也更方便了操作工的操作。

5.由于磁粉的最易磁化轴和取向磁场方向一致，但磁场的最易磁化轴是没有极性的，充磁时，充磁磁场方向只要沿着最易磁化轴的不同方向，即可获得不同极性方向的最大剩磁。所以，本发明所生产的产品经不同极数的充磁设备充磁后，就能得到磁性能更好的，不同极数的环型磁体，如2极、4极、6极等。

6.由于取向度更高，取向更均匀可以有效提高圆环型各向异性磁体的磁性能；同时由于晶体方向分布更对称，可有效降低磁体成品的内应力，提高成品的机械物理性能。

附图说明：

图1为现有的一种磁场取向装置

图2为本发明圆环型各向异性磁体径向取向装置的结构示意图

图3为三相交流电产生旋转磁场的过程

图4为单相电容分相法产生旋转磁场的过程

图中：1.线圈绕组，2.励磁铁心，3.铁心沟槽，4.模套，5.圆环型磁体成型型腔，6.模芯。

具体实施方式

参见图2，为使用三相交流电，一对磁极绕组的圆环型各向异性磁体径向取向装置的结构示意图。该磁场取向装置，包含电磁铁、成型模具。电磁铁由线圈绕组1和励磁铁心2构成。线圈绕组1分为A-X、B-Y、C-Z三相，它们在空间上，以120°间隔均匀分布在励磁铁心2的圆周上。励磁铁心2上设有预设沟槽3，三相线圈绕组1分别嵌入沟槽3中。每相线圈绕组按顺序依次接入三相交流中的一相。成型模具由模套4和模芯6组成，布置在电磁铁的中央。在模套4和模芯6之间型成圆环型磁体成型型腔5。将各向异性磁粉装入型腔5，再利用所述电磁铁产生的，绕型腔5圆心旋转的磁场对所装入磁粉进行最易磁化轴的取向。与此同时，按现有技术的压制成型方法，对磁粉施加一个逐步增强的压力，即可完成对磁体坯体的压制成型。

本例中励磁线圈绕组1是按一对磁极的绕法制作，根据需要也可按多对磁极的绕法制作(参考三相异步电动机定子励磁绕组的多极绕制方法)。所使用的交流电的频率可由合适的变频器进行无级变频调节，从而可方便地对旋转磁场的转速进行控制。

励磁铁心2可用硅钢片或其它高磁导率的软磁体制成，为了避免涡流损耗，可将其制成片状，再叠加而成。模套4一般由非铁磁性材料制作，使取向磁场能顺利通过模套4而不改变方向，以免影响对磁粉的取向。模芯6可用非磁铁性材料制成，也可根据需要采用高磁导率材料制作。三相交流电可采用星型接法也可采用三角型接法。用电方式，除选用三相交流电外，也可以用单相、多相，非正弦波的其它波型的交流电，但都要匹配不同的励磁线圈绕组。

Claims (6)

1.一种圆环型各向异性磁体径向取向方法，其特征在于：取向磁场是由交流电通过电磁铁而产生的旋转磁场；取向过程中成型模具不动，取向磁场以模具型腔的构造中心为轴心进行旋转运动。

2.根据权利要求书1所述的圆环型各向异性磁体径向取向方法，其特征在于：所述旋转磁场是由电磁铁上的各相线圈绕组因通过的不同相位的交流电电流存在相位差而产生；所述线圈绕组按照三相、单相异步电动机的定子励磁绕组的绕制方法绕制；旋转磁场的磁极对数，可以形成一对也可以形成多对。

3.根据权利要求书1所述的圆环型各向异性磁体径向取向方法，其特征在于：所述交流电可以是工业三相交流电，也可以是单相、多相正弦交流电，或非正弦波的其它波型的交流电，但不同电源需要匹配不同的励磁线圈绕组；交流电的频率可由变频器进行控制。

4.一种圆环型各向异性磁体径向取向装置，其特征在于：包括电磁铁和成型模具。所述电磁铁大体为圆环型，其圆环内圆略大于成型模具的外轮廓；成型模具的型腔为圆环型，其位置布置在电磁铁中央。

5.根据权利要求4所述的圆环型各向异性磁体径向取向装置，其特征在于：所述电磁铁由线圈绕组(1)和励磁铁心(2)构成；所述励磁铁心(2)大体为圆环型，内侧设有沟槽(3)；励磁铁心(2)可以采用硅钢片，也可以采用其它高磁导率的软磁体材料制成，其制作可以是一个整体，也可以是将其制成片状，再叠加而成；所述线圈绕组(1)的绕制方法按照三相、单相异步电动机的定子励磁绕组的绕制方法；按线圈绕组(1)的绕制方法不同，旋转磁场的磁极对数可以形成一对也可以形成多对；线圈绕组(1)嵌入沟槽(3)中，并接入匹配的交流电。

6.根据权利要求4所述的圆环型各向异性磁体径向取向装置，其特征在于：成型模具由模套(4)和模芯(6)组成；在模套(4)和模芯(6)之间形成圆环型成型型腔(5)；模套(4)一般由非铁磁性材料制成；模芯(6)可用非磁铁性材料，也可以用高磁导率材料制成。

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