CN102982993A - 径向取向磁环的取向压制装置及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径向取向磁环的取向压制装置及制作方法，所述取向压制装置设于压机的支架上，所述压机包括上压头、下压头和控制器；所述取向压制装置包括阴模和3个励磁线圈；所述阴模的横截面呈正三角形，所述阴模包括由导磁材料制成的上阴模和由无磁金属材料制成的下阴模；3个励磁线圈的内端面分别与阴模的三个侧面相连接，所述励磁线圈内设有与阴模的侧面相连接的圆柱形主轭铁，主轭铁的外端面与励磁线圈的外端面相齐平，所述主轭铁的外端面与励磁线圈的外端面上设有圆形副轭铁。本发明具有取向压制设备结构紧凑，减少了漏磁，实现了大高径比径向取向磁环的取向压制；有效缩短主轭铁减少漏磁、提高取向磁场强度的特点。

Description

径向取向磁环的取向压制装置及制作方法

技术领域

本发明涉及各向异性磁性材料制备领域，尤其是涉及一种径向取向磁环的取向压制装置及制作方法。

背景技术

用各向异性永磁材料生产的径向取向磁环可以广泛应用于永磁电机领域。制备径向取向磁环的技术难点主要是取向成型方法。现有一次取向成型技术存在制备大高径比径向取向磁环取向磁场低的问题。目前采用的取向成型方法主要有两种：一种是双极头对冲法，就是利用两个同极相对的励磁场对冲后产生向外辐射的磁场进行取向；另一种取向方法是四极聚磁法，就是采用四个极头同极向中心聚磁的方法进行取向。

两种方法存在一个共同的缺点就是制备大高径比的磁环时辐射取向磁场较低。当成型毛坯的高径比大于1时，即便是在理想状态下（磁阻、漏磁、磁损等均不计）并且采用饱和磁极化强度最高的钴铁合金（H _o 约为2.4T）做磁芯，根据磁场连续性原则，当芯铁磁场强度达到饱和时，取向磁场仅为1.25T，低于钕铁硼磁粉取向常用的1.5T。二极对冲法为了减少磁短路，而将主轭铁设计较长；四极聚磁法由于空间有限，主轭铁也较长，二极对冲法和四极聚磁法均会造成较大漏磁。因此，在实际生产中采用现有技术制备高径比为0.5的径向取向磁环时，取向磁场强度很难达到1.5T以上，无法实现大高径比高性能径向取向磁环的制作。

中国专利授权公开号：CN1293436A，授权公开日2001年5月2日，公开了一种一次成型辐射取向烧结钕铁硼磁环的制作工艺， a．将秤好的粉料置入模具下模的阴模型腔内； b．由CP机程控开动液压机将上模向下模靠拢，此时上压头、上芯棒、 上电磁铁同步下行，当行至上压头与阴模板接触后暂停； c．暂停后上下电磁铁、同时对磁环进行充磁并开始辐射取向； d．当充磁的磁场强度达到≥1．5T时，上压头继续下压进行双向压制，压力 达到≥15兆帕时卸压； e．上，下电磁铁反向退磁(此时已完成粉体的辐射取向动作)； f．上模提升、下模退出，磁环出模； g．出模后的磁环进行烧结即成产品。该发明采用的是双极头对冲法。

中国专利授权公开号：CN1374665A，授权公开日2002年10月16日，公开了一种磁环的多极聚合辐射取向成型制备方法，包括励磁线圈、 主轭铁、阴模、工作区、聚磁轴芯、下芯棒、上芯棒、副轭铁、布料器、刮板、上压头、上模压头、 弹簧、下模压头、调节器、销钉、下压头、浮动油缸、下压油缸，励磁线圈通过主轭铁和阴模向内聚合，穿过工作区后的同性磁场在聚磁轴芯内碰撞后分上 下两路由上下芯棒、及副轭铁导回，形成一个完整的“田字型” 闭合回路，励磁线圈是由恒磁线圈1#和脉冲线圈2#组成，脉冲线圈2# 装在直流恒磁线圈1#的里面，具体结构及取向成型的制备方法如下： a、具体结构：下压头上装下模压头并相互粘合固定，下模压头的上端设有工作区，下压头的孔内的下端装下芯棒、 上端装聚磁轴芯并相互粘合固定，聚磁轴芯的顶端设有凸锥体，上压头上中端设有孔装销钉，上压头的下端装上模压头并相互粘合固定并与工作区处相互对应，上芯棒的底部设有凹锥体，上芯棒装在上压头内由销钉固定在上压头上，并将上芯棒的凹锥体与聚磁芯轴的凸锥体相互对应，上压头的外端装调节器，上芯棒的上端装弹簧，上模压头与下模压头的外端装阴模并与工作区相互稳合，阴模的上端装布料器，布料器内设有刮板，阴模的外端装主轭铁，主轭铁的外端装励磁线圈，上压头与下压头的外端装有副轭铁，副轭铁的内侧中端设有孔，主轭铁的小头端插副轭铁的内侧的孔内，副轭铁的上端与上压头上的副轭铁相互固定，下端与下压头的副轭铁相互固定， b、取向成型的制备方法如下：在上模压头开始压制时，上芯棒因聚磁轴芯的支撑压缩上面弹簧收缩，保证上模压头的正常下压，当磁性粉料坯在下模压头的支撑下，阴模下浮脱模，磁性粉料坯上端到达阴模上口时，已调整好的调节器刚好顶在销钉上，销钉随上压头同步上升，保证成型好的坯料不套入上芯棒中，在工作区内添入各向异性磁性材料粉末后，励磁线圈励磁取向，通过压机压制成型，在阴模下浮脱模前，上压头微微抬起 (0-0.5毫米)，以释放磁粉受压后内存的弹性能，在磁性粉料坯脱模的整个过程中，上模压头始终扶持着磁性粉料坯，保证成型好的磁性粉料坯脱模的完好率。阴模下浮脱模，完成对各向异性磁性材料的辐射取向成型。该发明是采用四个极头同极向中心聚磁的方法进行取向。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的方法的漏磁较大，特别是生产大高径比的磁环，无法提供足够强的取向磁场，导致磁环产品磁性能较低的不足，提供了一种采用三个励磁线圈的聚磁技术，结构紧凑，能够有效减少漏磁；采用多次取向成型技术来降低每次取向成型的高径比，提高取向磁场强度，从而实现大高径比（磁环高度h/磁环内径r≥0.5）径向取向磁环的制作的径向取向磁环的取向压制装置及制作方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种径向取向磁环的取向压制装置，所述取向压制装置设于压机的支架上，所述压机包括上压头、下压头和控制器；所述取向压制装置包括阴模和3个励磁线圈；所述阴模的横截面呈正三角形，所述阴模包括由导磁材料制成的上阴模和由无磁金属材料制成的下阴模；3个励磁线圈的内端面分别与阴模的三个侧面相连接，所述励磁线圈内设有与阴模的侧面相连接的圆柱形主轭铁，主轭铁的外端面与励磁线圈的外端面相齐平，所述主轭铁的外端面与励磁线圈的外端面上设有圆形副轭铁；

所述阴模中部设有圆柱形孔，圆柱形孔内设有圆柱形下芯铁，所述下芯铁固定于压机的支架上，所述压机的下压头上设有可伸入阴模和下芯铁之间并相对于阴模和下芯铁上下移动的管状下冲头；所述压机的上压头上设有可伸入下芯铁与阴模形成的空腔并与阴模、下芯铁、下冲头构成模腔的管状上冲头；上冲头内设有与上冲头固定连接的圆柱形上芯铁，所述下芯铁的上端位于上阴模的上方，所述上芯铁的下端位于上冲头下端的上方；控制器分别与上、下压头和3个励磁线圈相连接。

本发明采用三极聚磁技术替代现有的二极对冲和四极聚磁技术，即采用3块导磁主轭铁、3块导磁副轭铁和3个励磁线圈对磁环进行取向（如图1所示）。相比二极对冲和四极聚磁技术，三极聚磁可以有效缩短主轭铁、减少漏磁、提高取向磁场强度。

针对大高径比的磁环，采用多次取向成型使磁环随着取向成型的次数的增加，压制成的磁环的高度不断增加，在最后一次取向成型时，再用一个较大的压力压制，从而得到一个整体的具有大高径比（高径比≥0.5）的磁环。

作为优选，所述阴模的三个角部分别设有垂直于相应角的平分线的平面。

作为优选，所述下阴模和上阴模的高度比例为4:1至5:1。

作为优选，所述上阴模的高度与下芯铁外径之间的比例为1：1至1.2：1。

一种径向取向磁环的制作方法，包括如下步骤：

（1）根据需要压制的磁环的内径，选择需要使用的上阴模；将选定的上阴模固定到下阴模上；

并根据需要取向压制的磁环的高度，在控制器里预设取向成型的次数，每次取向成型时需要加在上、下压头上的压力及需要保压的时间； 

（2）控制器控制下压头带动下冲头上行至上阴模下部并保持稳定； 

下阴模为不导磁材料制成的，下冲头稳定的位置确保模腔位于上阴模部位，便于径向取向磁环次的取向压制。

（3）用工具将磁粉放入上阴模、下冲头和下芯铁形成的空腔内；上压头带动上冲头下行，上、下芯铁闭合，上阴模、上冲头、下冲头和下芯铁构成模腔；

（4）控制器控制3个励磁线圈接通电源，控制器控制在上、下压头上加预设的压力，并且保压预定的时间，模腔内的磁粉被取向压制形成一次压制磁环；

3个励磁线圈形成一个三极同极向内的磁场，磁力线通过主轭铁、上阴模穿过模腔形成辐射取向磁场，磁力线在芯铁内聚合并通过副轭铁导回主轭铁形成磁回路；经过取向压制后，模腔内的磁粉形成第一次径向取向磁环；

（5）控制器控制3个励磁线圈断开电源，上、下冲头同时下移，使一次压制磁环移至上阴模下部与下阴模所对应的空腔内；

（6）上压头上行带动上冲头与上阴模分离，用工具在一次压制磁环上表面、下芯铁和上阴模形成的空腔内加入磁粉；

（7）重复（4）中的取向成型操作，将磁粉与一次压制磁环压成二次压制磁环；

（8）重复（5）至（7）的操作过程，在最后一次取向成型时，通过上、下压头施加预定的压力，并保压预定的时间；

（9）上、下压头同时上行，下冲头将整个磁环顶出阴模，完成一只径向取向磁环的成型。

作为优选，控制器控制所述取向成型的次数为2至6次。

作为优选，最后一次取向成型之前的每次取向成型时，控制器控制在上、下压头上加3至10兆帕的压力，保压时间为1至5秒。

作为优选，所述压力及保压时间随着取向成型的次数的增加而逐渐增大。

作为优选，最后一次取向成型时，控制器控制在上、下压头上加5至15兆帕的压力，保压时间为3至10秒。

因此，本发明具有如下有益效果：

（1）取向压制设备结构紧凑，减少了漏磁，实现了大高径比（磁环高度h/磁环内径r≥0.5）径向取向磁环的取向压制；（2）采用多次取向成型技术制成的径向取向磁环磁性能稳定；（3）有效缩短主轭铁减少漏磁、提高取向磁场强度。

附图说明

图1是本发明的取向压制装置闲置时的一种结构示意图；

图2是本发明的取向压制装置使用时的一种结构示意图；

图3是本发明的上、下阴模和上、下冲头及上、下芯铁相配合的一种结构示意图；

图4是本发明的一种原理框图；

图5是本发明的实施例1的一种流程图。

图中：上压头1、下压头2、控制器3、励磁线圈4、上阴模5、下阴模6、主轭铁7、副轭铁8、下芯铁9、下冲头10、上冲头11、上芯铁12、圆柱形孔13。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例1：

如图1、图2、图4所示的实施例是一种径向取向磁环的取向压制装置，所述取向压制装置设于压机的支架上，所述压机包括上压头1、下压头2和控制器3；所述取向压制装置包括阴模和3个励磁线圈4；阴模的横截面呈正三角形，阴模包括由导磁材料制成的上阴模5和由无磁金属材料制成的下阴模6；3个励磁线圈的内端面分别与阴模的三个侧面相连接，励磁线圈内设有与阴模的侧面相连接的圆柱形主轭铁7，主轭铁的外端面与励磁线圈的外端面相齐平，主轭铁的外端面与励磁线圈的外端面上设有圆形副轭铁8；

阴模中部设有圆柱形孔13，圆柱形孔内设有圆柱形下芯铁9，下芯铁固定于压机的支架上，所述压机的下压头上设有可伸入阴模和下芯铁之间并相对于阴模和下芯铁上下移动的管状下冲头10。

如图3所示，压机的上压头上设有可伸入下芯铁与阴模形成的空腔并与阴模、下芯铁、下冲头构成模腔的管状上冲头11；上冲头内设有与上冲头固定连接的圆柱形上芯铁12，下芯铁的上端位于上阴模的上方，上芯铁的下端位于上冲头下端的上方；控制器分别与上、下压头和3个励磁线圈相连接。

阴模的三个角部分别设有垂直于相应角的平分线的平面。下阴模和上阴模的高度比例为4:1。上阴模的高度与下芯铁外径之间的比例为1：1。

生产高度为20毫米，内径为20毫米的径向取向磁环。上、下芯铁和上阴模采用纯铁材料，纯铁材料的优点是价格低，磁导率高。下阴模采用无磁钢材料；也可以采用硬质金属合金材料，例如碳化钨材料等。

如图5所示，高20毫米内径20毫米的径向取向磁环的制作方法，包括如下步骤：

步骤101，选择高度为20毫米的上阴模；将选定的上阴模固定到下阴模上；

在控制器里预设取向成型的次数为2次，第一次取向成型时在上、下压头上加的压力为3兆帕，保压时间为1秒；第二次成型压力10兆帕，保压8秒； 

步骤102，控制器控制下压头带动下冲头上行至上阴模下部并保持稳定； 

用工具将磁粉放入上阴模、下冲头和下芯铁形成的空腔内；上压头带动上冲头下行，上、下芯铁闭合，上阴模、上冲头、下冲头和下芯铁构成模腔； 

步骤103，控制器控制3个励磁线圈接通电源，在5秒内，控制器控制励磁线圈内的电流由强变弱并消失，控制器控制在上、下压头上加3兆帕的压力，保压时间为1秒；模腔内的磁粉被取向压制形成一次压制径向取向磁环； 

上、下冲头同时下移，使一次压制径向取向磁环移至上阴模下部与下阴模所对应的空腔内；

步骤104，上压头上行带动上冲头与上阴模分离，用工具在一次压制径向取向磁环上表面、下芯铁和上阴模形成的空腔内加入磁粉；

控制器控制3个励磁线圈接通电源，在5秒内，控制器控制励磁线圈内的电流由强变弱并消失，控制器控制在上、下压头上加10兆帕，保压8秒，将磁粉与一次压制径向取向磁环压成二次压制径向取向磁环；

步骤105，上、下压头同时上行，下冲头将整个径向取向磁环毛坯顶出阴模，完成一只径向取向磁环的成型。

第一次加压的目的是将取向后的磁粉固定，但要给进一步提高密度留有空间，以便提高多次磁环间的结合力；最后一次加压的目的是进一步提高成型磁环密度。

比较例1：

采用二极对冲一次取向成型的技术方案制备高20毫米内径20毫米的径向取向磁环毛坯。

比较例2：

采用四极聚磁一次取向成型的技术方案制备高20毫米内径20毫米的径向取向磁环毛坯。

表1  性能对比列表

在生产高径比为1的成型毛坯时，采用本发明的装置及方法比采用现有技术取向磁场强度提高约50%，磁环主要磁性能中剩磁和最大磁能积也有明显提升。

实施例2：

生产高度为60毫米，内径为20毫米的径向取向磁环。生产高度大于50毫米的磁环时，磁粉对上阴模的磨损较大，上阴模采用耐磨的Cr12材料。上、下芯铁采用铁钴合金材料，铁钴合金具有磁导率高的优点。

采用六次取向成型，前五次成型压力10兆帕，保压5秒；最后一次成型压力15兆帕，保压10秒。前五次加压及保压时间较生产矮磁环有所增加是因为阴模高度有限为了减小每次取向成型后磁环的高度。也可选用压力主次增加的方案。

实施例2中的其它结构部分和步骤部分与实施例1中相同。

比较例3：

采用二极对冲一次取向成型的技术方案制备高30毫米内径20毫米的径向取向磁环毛坯。

比较例4：

采用四极聚磁一次取向成型的技术方案制备高30毫米内径20毫米的径向取向磁环毛坯。

表2  性能对比列表

在生产高径比为3的成型毛坯时，采用现有技术在模腔的半腰处取向磁场强度非常低，因此剩磁及最大磁能积也很低，磁环的主要磁性能接近各向同性水平。采用本发明的装置及方法取向磁场强度及主要磁性能都保持在一个较高水平。

实施例3：

生产高度为40毫米，内径为20毫米的径向取向磁环。生产高度为30～50毫米的磁环时，上阴模采用45号钢制成，45号钢具有耐磨性能好、磁导率适中，价格低的优点。上、下芯铁采用磁导率高的铁钴合金材料。

采用四次取向成型，前三次成型压力5兆帕，保压3秒；最后一次成型压力10兆帕，保压8秒。

实施例3中的其它结构部分和步骤部分与实施例1中相同。

 

比较例5：

采用二极对冲一次取向成型的技术方案制备高40毫米内径20毫米的径向取向磁环毛坯。

比较例6：

采用四极聚磁一次取向成型的技术方案制备高40毫米内径20毫米的径向取向磁环毛坯。

表3  性能对比列表

在生产高径比为2的成型毛坯时，采用现有技术在模腔的半腰处取向磁场强度较低，只能用于低性能磁环的制备。采用本发明的装置及方法取向磁场强度依然很高，可实现高性能径向磁环的生产。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1. 一种径向取向磁环的取向压制装置，所述取向压制装置设于压机的支架上，所述压机包括上压头（1）、下压头（2）和控制器（3）；其特征是，所述取向压制装置包括阴模和3个励磁线圈（4）；所述阴模的横截面呈正三角形，所述阴模包括由导磁材料制成的上阴模（5）和由无磁金属材料制成的下阴模（6）；3个励磁线圈的内端面分别与阴模的三个侧面相连接，所述励磁线圈内设有与阴模的侧面相连接的圆柱形主轭铁（7），主轭铁的外端面与励磁线圈的外端面相齐平，所述主轭铁的外端面与励磁线圈的外端面上设有圆形副轭铁（8）；

所述阴模中部设有圆柱形孔（13），圆柱形孔内设有圆柱形下芯铁（9），所述下芯铁固定于压机的支架上，所述压机的下压头上设有可伸入阴模和下芯铁之间并相对于阴模和下芯铁上下移动的管状下冲头（10）；所述压机的上压头上设有可伸入下芯铁与阴模形成的空腔并与阴模、下芯铁、下冲头构成模腔的管状上冲头（11）；上冲头内设有与上冲头固定连接的圆柱形上芯铁（12），所述下芯铁的上端位于上阴模的上方，所述上芯铁的下端位于上冲头下端的上方；控制器分别与上、下压头和3个励磁线圈相连接。

2.根据权利要求1所述的径向取向磁环的取向压制装置，其特征是，所述阴模的三个角部分别设有垂直于相应角的平分线的平面。

3.根据权利要求1所述的径向取向磁环的取向压制装置，其特征是，所述下阴模和上阴模的高度比例为4:1至5:1。

4.根据权利要求1或2或3所述的径向取向磁环的取向压制装置，其特征是，上阴模的高度与下芯铁外径之间的比例为1：1至1.2 ：1。

5.一种径向取向磁环的制作方法，其特征是，包括如下步骤：

（5-1）根据需要压制的磁环的内径，选择需要使用的上阴模；将选定的上阴模固定到下阴模上；

并根据需要取向压制的磁环的高度，在控制器里预设取向成型的次数，每次取向成型时需要加在上、下压头上的压力及需要保压的时间； 

（5-2）控制器控制下压头带动下冲头上行至上阴模下部并保持稳定； 

（5-3）用工具将磁粉放入上阴模、下冲头和下芯铁形成的空腔内；上压头带动上冲头下行，上、下芯铁闭合，上阴模、上冲头、下冲头和下芯铁构成模腔；

（5-4）控制器控制3个励磁线圈接通电源，控制器控制在上、下压头上加预设的压力，并且保压预定的时间，模腔内的磁粉被取向压制形成一次压制磁环；

（5-5）控制器控制3个励磁线圈断开电源，上、下冲头同时下移，使一次压制磁环移至上阴模下部与下阴模所对应的空腔内；

（5-6）上压头上行带动上冲头与上阴模分离，用工具在一次压制磁环上表面、下芯铁和上阴模形成的空腔内加入磁粉；

（5-7）重复（5-4）中的取向成型操作，将磁粉与一次压制磁环压成二次压制磁环；

（5-8）重复（5-5）至（5-7）的操作过程，在最后一次取向成型时，通过上、下压头施加预定的压力，并保压预定的时间；

（5-9）上、下压头同时上行，下冲头将整个磁环顶出阴模，完成一只径向取向磁环的成型。

6.根据权利要求5所述的径向取向磁环的制作方法，其特征是，控制器控制所述取向成型的次数为2至6次。

7.根据权利要求5所述的径向取向磁环的制作方法，其特征是，最后一次取向成型之前的每次取向成型时，控制器控制在上、下压头上加3至10兆帕的压力，保压时间为1至5秒。

8.根据权利要求7所述的径向取向磁环的制作方法，其特征是，所述压力及保压时间随着取向成型的次数的增加而逐渐增大。

9.根据权利要求5所述的径向取向磁环的制作方法，其特征是，最后一次取向成型时，控制器控制在上、下压头上加5至15兆帕的压力，保压时间为3至10秒。

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