CN104392836B - 高性能各向异性干压烧结铁氧体多极磁环制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能各向异性干压烧结铁氧体多极磁环制造方法，属于烧结铁氧体永磁材料制造技术领域。按以下步骤具体进行：1）混料，2）压坯，3）烧坯，4）成品加工、清洗烘干，5）检测产品，其中上述步骤2)混合粉料加入环形模具中，经多极取向装置取向，压制过程中压力控制在20MPa‑50MPa，压制成环状毛坯，环型模具含有n个充磁极，其中n大于0且为偶数，充磁极与充磁极间填充磁块，充磁极与填充磁块间取向夹角满足90（1‑2/n），磁块间缝隙填充AB胶粘结。优点是磁粉压制成型取向装置简单，生产稳定，减少能源消耗，降低生产成本，得到的磁环性能高且能产生正弦波形磁路，有效降低电机齿槽转矩甚至避免该现象出现。

Description

高性能各向异性干压烧结铁氧体多极磁环制造方法

技术领域

本发明属于烧结铁氧体永磁材料制造技术领域，尤其涉及一种各向异性烧结永磁铁氧体多极磁环的制造方法。

背景技术

目前使用的永磁电机均采用齿槽结构，齿用来引导磁力线，降低磁阻，槽用来镶嵌绕组，并与齿中的磁力线交联。由于永磁体与其嵌放槽之间的装配余量稍大，使永磁体在槽内沿圆周切向产生了偏移，永磁体磁动势沿圆周分布不均，造成永磁电机产生“齿槽效应”和“齿槽阻力矩”，增加电机的启动阻力，电机运行不稳定，降低电机的效率。

中国发明专利《多磁极各向异性永磁磁环的制备方法》（ZL2012102872886）公开的制备多磁极各向异性永磁磁环的方法，磁粉压制成型过程中采用取向磁场压制，成型模具取向磁场是采用脉冲或直流电流通过多匝漆包线或铜棒产生，成型模具中漆包线或铜棒中的电流方向与环形模具的轴向方向平行，通过调节永磁磁环的弧度所对应的中心角与取向磁场的大小，进而使成型过程中磁粉以近似于正弦波的取向排列，从而使永磁磁环产生以旋转主轴为对称中心，其磁通与表面磁场呈周期性的近似正弦波态分布，其中使永磁磁环产生以旋转主轴为对称中心，其磁通与表面磁场呈周期性的近似正弦波态分布，为获得磁通的分布形态呈近似正弦波态，要求取向磁场与正弦波形的概率匹配根据线圈组在模具周围的分布弧度所对应的中心角α，与线圈邻近的间隙在模具周围的分布弧度所对应的中心角β，这两者之间的关系来调节。该方法生产的磁环降低了齿槽效应和齿槽阻力矩，提高了电磁能量转换的效率，并减少了充磁过程中磁极变换引起的应力造成的磁环损坏，但其存在的缺陷是：1、电流取向受模具及取向装置空间限制，直流电达不到产生饱和取向场的要求，长时间易烧坏设备；脉冲电流瞬间峰值很高，但能维持的时间是毫秒级的，时间太短，在取向过程中部分磁粉还没完全沿磁场排列好，脉冲磁场结束，即使制作多个脉冲效果会稍微改善，但仍然存在这个问题，且多脉冲装置的成本数倍增加；2、批量生产过程中，电取向装置发热，发热造成导线内阻增加，产生的磁场差且极不稳定，难以控制产品质量的一致性，影响脉冲电流激发装置使用寿命；3、电取向装置生产成本高，取向过程中一直在耗电，增加生产成本。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种高性能各向异性干压烧结铁氧体多极磁环制造方法，磁粉压制成型取向装置简单，生产稳定，减少能源消耗，降低生产成本，得到的磁环性能高且能产生正弦波形磁路，有效降低电机齿槽转矩甚至避免该现象出现。

本发明采用有限元分析软件分析传统永磁取向装置取向磁路（如图2、图3所示）及本发明设计的永磁取向装置磁路（如图4、图5所示），其中黑色实心箭头表示磁块的磁场方向，对比可知，本发明设计磁路磁场强度8500Gs明显优于传统永磁磁路的4800Gs，提高约70%~80%，按以上设计做成的永磁取向装置实测磁场值与理论值偏差在5%以内，达到饱和磁场设计要求。

一种高性能各向异性干压烧结铁氧体多极磁环制造方法，按以下步骤具体进行：

1）混料

、取已准备好的的铁氧体干压磁粉于于不锈钢料罐中，铁氧体粉牌号为Y30、Y35或Y40；

、向干压磁粉中加入（按重量百分比）0.1%~4.0%的高岭土、0.1%~3.0%的硬脂酸钙、0.2%~3.0%的淀粉、1.0%~5.0%的聚乙烯醇、1.0%~5.0%的樟脑，混合均匀；

2）压坯

上述混合粉料加入环形模具中，经多极取向装置取向，压制过程中压力控制在20MPa-50MPa，压制成环状毛坯，本专利的环型模具含有n个充磁极，其中n大于0且为偶数，充磁极与充磁极间填充磁块充磁极与填充磁块间取向夹角满足90（1-2/n），磁块间缝隙填充AB胶粘结；

3）烧坯

、磁环毛坯由石墨烧结盒承接放置于铁氧体专用烧结推板窑内烧结；

、烧结时按照以下烧结曲线制度：室温经40分钟升至120℃，保温50分钟，120℃经40分钟升至300℃，保温50分钟，300℃经60分钟升至500℃，保温50分钟，500℃经80分钟升至800℃，保温70分钟，800℃经70分钟升至1100℃，保温40分钟，1100℃经40分钟升至1220℃，保温120分钟，待逐渐冷却至室温取下磁环烧坯；

4）成品加工、清洗烘干

对磁环烧坯分别用外圆磨加工外圆、用内圆磨加工内圆、用端面磨加工高度、用内外倒角设备按要求对磁环作内外倒角，加工结束后进入自动超声波清洗床清洗、烘干；

5）检测产品

经多极充磁及磁路测试仪检测后即为成品。

用磁路测试仪测试以上两种取向装置制作磁环磁通密度分布，相关数据见图6、图7。本方案生产磁环为正弦波形，性能较传统方案提高约30%；同时用该模具进行为期一个月的连续生产，共生产60079只磁环，最终合格产品55153只，合格率为91.8%，生产稳定，按GB2828抽样检测性能，产品性能波动能有效控制在±4%以内，采用永磁取向，取向过程不使用电能，节约电能，降低生产费用，产品竞争力得以大幅提升。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明永磁取向模具结构示意图。其中1为纯铁护座，2为充磁极，3为磁块。

图2是传统永磁取向装置取向磁路结构图。

图3是传统永磁取向装置取向磁路取向图。

图4是本发明永磁取向装置取向磁路结构图。

图5是本发明永磁取向装置取向磁路取向图。

图6是传统永磁取向装置制作磁环表磁磁密分布图。

图7是本发明永磁取向装置制作磁环表磁磁密分布图。

图8是本发明永磁取向装置制作八极磁环表面磁路分布情况。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

以Y30牌号干压粉料，制作规格为D38.0*d22.0*H26.5（单位：mm）的4极磁环。

1）混料

、取已准备好的的Y30牌号铁氧体干压磁粉于于不锈钢料罐中；

、向干压磁粉中加入（按重量百分比）0.3%的高岭土、0.8%的硬脂酸钙、0.5%的淀粉、1.5%的聚乙烯醇、1.8%的樟脑，混合均匀；

2）压坯

上述混合粉料加入环形模具中，经多极取向装置取向，压制过程中压力控制在30MPa，压制成环状毛坯，该实施例的环型模具含有4个充磁极，充磁极与充磁极间填充磁块，充磁极与充磁极间填充磁块充磁极与填充磁块间取向夹角满足45°，磁块间缝隙填充AB胶粘结；

3）烧坯

、磁环毛坯由石墨烧结盒承接放置于铁氧体专用烧结推板窑内烧结；

、烧结时按照以下烧结曲线制度：室温经40分钟升至120℃，保温50分钟，120℃经40分钟升至300℃，保温50分钟，300℃经60分钟升至500℃，保温50分钟，500℃经80分钟升至800℃，保温70分钟，800℃经70分钟升至1100℃，保温40分钟，1100℃经40分钟升至1220℃，保温120分钟，待逐渐冷却至室温取下磁环烧坯；

4）成品加工、清洗烘干

对磁环烧坯分别用外圆磨加工外圆、用内圆磨加工内圆、用端面磨加工高度、用内外倒角设备按要求对磁环作内外倒角，加工结束后进入自动超声波清洗床清洗、烘干；

5）检测产品

经多极充磁及磁路测试仪检测后即为成品。

设计环坯内、外圆方向收缩率为1.28，高度H方向收缩率为1.15，磨削量为0.5mm，按以上收缩率数据计算设计本实施例永磁取向工艺，并制作出4极多极磁环，该磁环为正弦波磁路，平均表磁达1860Gs。

实施例2

以Y35牌号干压粉料，制作规格为D24.2*d15.0*h20.0（单位：mm）的8极磁环。

1）混料

、取已准备好的的Y35牌号铁氧体干压磁粉于于不锈钢料罐中；

、向干压磁粉中加入（按重量百分比）0.4%的高岭土、0.7%的硬脂酸钙、0.6%的淀粉、1.4%的聚乙烯醇、2.0%的樟脑，混合均匀；

2）压坯

上述混合粉料加入环形模具中，经多极取向装置取向，压制过程中压力控制在26MPa，压制成环状毛坯，如图 1所示，该实施例的环型模具含有8个充磁极，充磁极与充磁极间填充磁块，充磁极与充磁极间填充磁块充磁极与填充磁块间取向夹角满足67.5°，磁块间缝隙填充AB胶粘结；

3）烧坯

、磁环毛坯由石墨烧结盒承接放置于铁氧体专用烧结推板窑内烧结；

、烧结时按照以下烧结曲线制度：室温经40分钟升至120℃，保温50分钟，120℃经40分钟升至300℃，保温50分钟，300℃经60分钟升至500℃，保温50分钟，500℃经80分钟升至800℃，保温70分钟，800℃经70分钟升至1100℃，保温40分钟，1100℃经40分钟升至1220℃，保温120分钟，待逐渐冷却至室温取下磁环烧坯；

4）成品加工、清洗烘干

对磁环烧坯分别用外圆磨加工外圆、用内圆磨加工内圆、用端面磨加工高度、用内外倒角设备按要求对磁环作内外倒角，加工结束后进入自动超声波清洗床清洗、烘干；

5）检测产品

经多极充磁及磁路测试仪检测后即为成品。

设计环坯内、外圆方向收缩率为1.24，高度H方向收缩率为1.14，磨削量为0.5mm，按以上收缩率数据计算设计本实施例永磁取向工艺，并制作出8极多极磁环，该磁环为正弦波磁路，平均表磁达1820Gs。图8为制作的8极磁环外圆表面磁路分布情况。

实施例3

以Y40牌号干压粉料，制作规格为D53.5*d37.0*H35.0（单位：mm）的16极磁环。

1）混料

、取已准备好的的Y40牌号铁氧体干压磁粉于于不锈钢料罐中；

、向干压磁粉中加入（按重量百分比）0.6%的高岭土、1.0%的硬脂酸钙、1.2%的淀粉、2.1%的聚乙烯醇、3.2%的樟脑，混合均匀；

2）压坯

上述混合粉料加入环形模具中，经多极取向装置取向，压制过程中压力控制在45MPa，压制成环状毛坯，该实施例的环型模具含有16个充磁极，充磁极与充磁极间填充磁块，充磁极与充磁极间填充磁块充磁极与填充磁块间取向夹角满足78.75°，磁块间缝隙填充AB胶粘结；

3）烧坯

、磁环毛坯由石墨烧结盒承接放置于铁氧体专用烧结推板窑内烧结；

、烧结时按照以下烧结曲线制度：室温经40分钟升至120℃，保温50分钟，120℃经40分钟升至300℃，保温50分钟，300℃经60分钟升至500℃，保温50分钟，500℃经80分钟升至800℃，保温70分钟，800℃经70分钟升至1100℃，保温40分钟，1100℃经40分钟升至1220℃，保温120分钟，待逐渐冷却至室温取下磁环烧坯；

4）成品加工、清洗烘干

对磁环烧坯分别用外圆磨加工外圆、用内圆磨加工内圆、用端面磨加工高度、用内外倒角设备按要求对磁环作内外倒角，加工结束后进入自动超声波清洗床清洗、烘干；

5）检测产品

经多极充磁及磁路测试仪检测后即为成品。

设计环坯内、外圆方向收缩率为1.22，高度H方向收缩率为1.16，磨削量为0.6mm，按以上收缩率数据计算设计本实施例永磁取向工艺，并制作出16极多极磁环，该磁环为正弦波磁路，平均表磁达1800Gs。

Claims (1)

1. 一种高性能各向异性干压烧结铁氧体多极磁环制造方法，按以下步骤具体进行：

1）混料

、取已准备好的的铁氧体干压磁粉于于不锈钢料罐中，铁氧体粉牌号为Y30、Y35或Y40；

、向干压磁粉中加入（按重量百分比）0.1%~4.0%的高岭土、0.1%~3.0%的硬脂酸钙、0.2%~3.0%的淀粉、1.0%~5.0%的聚乙烯醇、1.0%~5.0%的樟脑，混合均匀；

2）压坯

上述混合粉料加入环形模具中，经多极取向装置取向，压制过程中压力控制在20MPa-50MPa，压制成环状毛坯，环型模具含有n个充磁极，其中n大于0且为偶数，充磁极与充磁极间填充磁块，充磁极与填充磁块间取向夹角满足90（1-2/n），磁块间缝隙填充AB胶粘结；

3）烧坯

、磁环毛坯由石墨烧结盒承接放置于铁氧体专用烧结推板窑内烧结；

、烧结时按照以下烧结曲线制度：室温经40分钟升至120℃，保温50分钟，120℃经40分钟升至300℃，保温50分钟，300℃经60分钟升至500℃，保温50分钟，500℃经80分钟升至800℃，保温70分钟，800℃经70分钟升至1100℃，保温40分钟，1100℃经40分钟升至1220℃，保温120分钟，待逐渐冷却至室温取下磁环烧坯；

4）成品加工、清洗烘干

对磁环烧坯分别用外圆磨加工外圆、用内圆磨加工内圆、用端面磨加工高度、用内外倒角设备按要求对磁环作内外倒角，加工结束后进入自动超声波清洗床清洗、烘干；

5）检测产品

经多极充磁及磁路测试仪检测后即为成品。