CN107578913B - 制作两极磁场强度不对称烧结钕铁硼永磁体的取向装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制作两极磁场强度不对称烧结钕铁硼永磁体的取向装置，包括轭铁（1），所述轭铁（1）内一侧固定有极柱Ⅰ（2），所述极柱Ⅰ（2）外绕有电磁绕组Ⅰ（5）、其端面固定有极头Ⅰ（4）；所述轭铁（1）内另一侧固定有空心的极柱Ⅱ（3），所述极柱Ⅱ（3）内固定有非导磁内芯（7），所述极柱Ⅱ（3）外绕有电磁绕组Ⅱ（6）。该装置将粉末取向环节时所使用的取向电磁铁外磁场改变为两侧不对称的磁场，相应就改变了细粉在外磁场取向时的方式，对粉末进行新型的配向排列，实现N极和S极的磁场强度重新分配。

Description

制作两极磁场强度不对称烧结钕铁硼永磁体的取向装置

技术领域

本发明属于烧结钕铁硼永磁体的制作工具领域，具体为制作两极磁场强度不对称烧结钕铁硼永磁体的取向装置。

背景技术

烧结钕铁硼永磁是迄今为止具有最强磁场的永磁体，其磁场众所周知是存在N、S两个磁极，其磁极磁场强度的大小与所制作的永磁体的性能牌号高低呈正比关系。

传统工艺制作烧结钕铁硼永磁体是按照如下步骤依次进行的：配料、真空熔炼速凝为合金薄片、氢破碎为粗粉、气流破碎为细粉、细粉在外磁场中取向后压制成型、等静压、真空烧结、真空回火。细粉之所以要在外磁场中取向后才进行压制成型，是因为烧结钕铁硼永磁体是属于各向异性只在易磁化方向体现磁性其他方向不对外显示磁性的磁体，一团细粉中每一个单颗粒粉末都具有一个易磁化轴，未取向前无序排列各向同性；在外磁场的作用下，细粉中各个单颗粒粉末的易磁化轴就会沿着外磁场的磁力线方向进行排列（称为取向），这样就在易磁化轴方向两端确立了N、S两个磁极。

传统工艺制作烧结钕铁硼永磁体时，粉末取向环节所使用的取向装置，如图1所示，轭铁内一侧固定有极柱Ⅰ，极柱Ⅰ外绕有电磁绕组Ⅰ、其端面固定有极头Ⅰ；轭铁内另一侧对称固定有极柱Ⅱ，极柱Ⅱ外绕有电磁绕组Ⅱ、其端面固定有极头Ⅱ。极柱Ⅰ2和极柱Ⅱ3、用来收敛磁场的极头Ⅰ4和极头Ⅱ8都是使用同样的软磁材料（DT2纯铁或DT4纯铁）制作，本领域公知，极头直径要大于所压制成型永磁体规格的对角线。极柱Ⅰ和极柱Ⅱ的外形尺寸以及截面积是同样的，极头Ⅰ和极头Ⅱ的外形尺寸以及截面积也是同样的，在极柱Ⅰ和极柱Ⅱ的外部缠绕着同样匝数的与其功率相匹配的铜质电磁绕组，通电后就会在导线的周围产生螺旋磁场，螺旋磁场磁化极柱和极头后，会提供出由N极到S极的横向磁力线，横向磁力线穿过模具内的细粉，由轭铁导通形成闭合回路，完成对细粉的取向。

这种对称式取向装置的结构导致了取向时给到细粉两侧的N极外磁场和S极外磁场是对称一致的，那么所制作的烧结钕铁硼永磁体的N、S两个磁极的磁场强度也是对称一致的。而实际上，在许多领域，磁体只是利用某一极（N极或S极）的磁场强度，并不要求必须得保持N、S两极磁场强度对称一致。

发明内容

本发明目的是提供一种新的制作烧结钕铁硼永磁体时的取向装置，用于制作两极磁场强度不对称烧结钕铁硼永磁体。该装置将粉末取向环节时所使用的取向电磁铁外磁场改变为两侧不对称的磁场，相应就改变了细粉在外磁场取向时的方式，对粉末进行新型的配向排列，实现N极和S极的磁场强度重新分配。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种制作两极磁场强度不对称烧结钕铁硼永磁的取向装置，包括轭铁，所述轭铁内一侧固定有极柱Ⅰ，所述极柱Ⅰ外绕有电磁绕组Ⅰ、其端面固定有极头Ⅰ；所述轭铁内另一侧固定有空心的极柱Ⅱ，所述极柱Ⅱ内固定有非导磁内芯，所述极柱Ⅱ外绕有电磁绕组Ⅱ。

上述取向装置所使用的取向电磁铁，一侧配置极柱Ⅰ和收敛磁场的极头Ⅰ，而另一侧不配置收敛磁场的极头Ⅱ，只配置导通磁场的极柱Ⅱ；电磁铁给模具内的细粉在取向时所提供的外磁场，其磁力线从配置有极头一侧发出时是呈横向方式收聚在细粉的一侧，在穿过模具、细粉后，呈斜散状分布在细粉的另一侧，经过没有配置极头的另一侧极柱、轭铁导通后形成闭合回路；由于改变了细粉两端磁力线的疏密排列方式，导致其N极和S极的磁场强度不对称。而且，没有配置极头的另一侧的磁场大小可以通过调节给电的电流值连续调节控制，从而既可使磁体一侧的磁极磁场强度与另一侧的磁极磁场强度形成不对称分布，在同等性能牌号情况下，可以使磁体在配制极头一侧的磁极磁场强度大大高于传统工艺方法所制作的磁体的磁极磁场强度，也可以使配置极头一侧的磁极磁场强度的提高幅度可以依据需要进行连续可调。

进一步的，本装置所使用的取向电磁铁，极柱Ⅰ和极柱Ⅱ对称固定于轭铁内两侧，一侧配置的极柱Ⅰ和极头Ⅰ全部是采用软磁材料（DT2纯铁或DT4纯铁）制作，另一侧配置空心的极柱Ⅱ，其外形尺寸和一侧的极柱Ⅰ是同样的，但是极柱Ⅱ使用软磁材料（DT2纯铁或DT4纯铁）制作，其内则是布置非导磁材料的内芯，极柱Ⅱ为环柱形，壁厚占整个极柱Ⅱ外圈直径的4%～10%之间，优选6%。

进一步的，本装置所使用的取向电磁铁，极柱Ⅰ和极柱Ⅱ外部分别缠绕与其功率相匹配的铜质电磁绕组Ⅰ和电磁绕组Ⅱ，而且匝数是同样的。

进一步的，本装置所使用的取向电磁铁，电磁绕组Ⅰ和电磁绕组Ⅱ的给电是采用分开控制的，利用电流大小来控制磁场的强弱，配置有极头的一侧电磁绕组Ⅰ以能够达到饱和磁场来控制电流值，没有配置极头的另一侧电磁绕组Ⅱ依据需要的磁场强度进行相应的电流调节控制（包括能够达到饱和磁场来控制电流值）。

本发明设计合理，采用该取向装置制作N、S两极磁场强度不对称的烧结钕铁硼永磁体，在同等性能牌号情况下，可以使磁体某一个极的磁场强度大大高于传统工艺方法所制作的磁体的磁极磁场强度，并且提高幅度可以依据需要进行连续可调。那么在与传统工艺同等性能牌号情况下相比较，采用两极磁场强度不对称的永磁体，可以大幅度减少永磁体使用数量就能实现磁应用器件预期达到的磁场强度，从而大幅降低磁应用器件的成本；反而言之，如果不减少永磁体使用数量，比传统工艺所用性能牌号低3-5个量级就可以达到磁应用器件预期的磁场强度，仍然能够大幅度降低成本，具有很好的市场应用价值。

附图说明

图1表示现有取向装置的结构示意图。

图2表示本发明取向装置的结构示意图。

图中：1-轭铁，2-极柱Ⅰ，3-极柱Ⅱ，4-极头Ⅰ，5-电磁绕组Ⅰ，6-电磁绕组Ⅱ，7-非导磁内芯，8-极头Ⅱ，9-模具，10-细粉，11-导线，12-磁力线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

制作两极磁场强度不对称的烧结钕铁硼永磁体，具体步骤如下：

按照制作烧结钕铁硼性能牌号N50的配方，准备镨钕、硼铁、铝、钴、铜、纯铁等原材料，进行配料，共配制400公斤，之后真空熔炼速凝为合金薄片、氢破碎为粗粉、气流破碎为平均粒径D50=5.25μm的细粉380公斤，将细粉在外磁场中取向后压制成型为51.5mm×51.5mm×26.5mm规格的生坯（取向方向是26.5），然后把生坯进行等静压、真空烧结、真空回火。

以上配料、真空熔炼速凝为合金薄片、氢破碎为粗粉、气流破碎为细粉、取向后压制成型、等静压、真空烧结、真空回火的步骤都是采用传统工艺的生产方式，但是在进行细粉在外磁场中取向的步骤时，所产380公斤细粉分成三部分，采用不同的方式进行取向。

第一部分是称取120公斤细粉，采用传统工艺的两侧磁场对称的取向装置提供外磁场对细粉进行取向（如图1所示），取向后压制成型，共压制224块，块上压制面做“1”标记。

第二部分是称取150公斤细粉，第三部分是余下的110公斤细粉，这两部分都采用两侧磁场不对称的取向装置提供的外磁场对细粉进行取向（如图2所示），但对于没有配置极头侧，二者所采用的控制的磁场强弱的电流大小是不一样的，这两部分在取向后压制成型，第二部分压制283块，块上压制面做“2”标记；第三部分共压制207块，块上压制面做“3”标记。

具体的，第二部分和第三部分细粉进行取向时所使用的两侧磁场不对称的取向装置，在轭铁1内一侧配置有极柱Ⅰ2和收敛磁场的极头Ⅰ4，而另一侧不配置收敛磁场的极头Ⅱ8，只配置导通磁场的空心的极柱Ⅱ3；一侧的极柱Ⅰ2和极头Ⅰ4全部是软磁材料DT2纯铁，极柱Ⅰ4直径400mm、长度460mm，极头Ⅰ4直径由400mm收敛到250mm、长度60mm，另一侧的极柱Ⅱ3，其整体的外形尺寸和一侧的极柱Ⅰ2是同样的（外圈直径400mm、长度460mm），但是极柱Ⅱ3使用软磁材料DT2纯铁，内芯7使用非导磁材料304不锈钢制作，极柱Ⅱ3壁厚24mm，占整个极柱直径的6%；极柱Ⅰ2和极柱Ⅱ3的外部缠绕相同截面积2mm×8mm的扁形紫铜电磁绕组Ⅰ5和电磁绕组Ⅱ6，匝数是同样的以20万安匝配置；电磁绕组Ⅰ5和电磁绕组Ⅱ6的铜质电磁绕组的给电是采用分开控制的。

第二部分和第三部分的细粉，取向时都是对电磁铁两侧的磁场利用电流的大小来调节控制取向外磁场的强弱，配置有极头的一侧电磁绕组Ⅰ5以能够达到饱和磁场来控制电流值70A，没有配置极头的另一侧电磁绕组Ⅱ6则是依据需要的表面磁场强度进行相应的电流调节控制，在第二部分的细粉取向时，没有配置极头的另一侧电磁绕组Ⅱ6以能够达到饱和磁场来控制电流值95A；第三部分的细粉取向时，没有配置极头的另一侧电磁绕组Ⅱ6以电流值35A来控制取向时的磁场强度。

以上三部分细粉在进行了不同的取向后都压制成型为生坯，分别做好标识“1”、“2”、“3”后，进行同样工艺条件的等静压，之后装料进入同一台真空炉内进行同样工艺条件的真空烧结、真空回火，冷却后出炉得到51.5mm×51.5mm×26.5mm规格的毛坯（各方向公差±0.5mm），按照标识区分抽样，制作为50mm×50mm×25mm规格的测试样品（各方向公差±0.05mm，以便保证测试准确性），充磁后分别进行N极和S极的磁场强度检测，检测数据如下表：

从以上三组对比数据可见，同等性能牌号N50情况下，采用传统工艺对称式的取向电磁铁进行取向，磁极磁场强度在N极和S极是对称一致的；采用本方案的两侧磁场不对称的取向装置进行取向，可以使磁体在N极和S极的磁极磁场强度形成不对称分布，并且采用第二部分的取向方式能使其中一个极的磁场强度平均达到5384.4 Gs，比传统取向方式制作的N50性能牌号的磁极磁场强度平均值4984.5 Gs高出将近400 Gs，而采用传统工艺对称式的取向电磁铁进行取向，制作N53性能牌号的烧结钕铁硼永磁体，其磁极磁场强度才能达到5300Gs以上；采用第三部分的取向方式能使其中一个极的磁场强度平均达到5662.8 Gs，比传统取向方式制作的N50性能牌号的磁极磁场强度平均值4984.5 Gs高出678.3 Gs，而采用传统工艺对称式的取向电磁铁进行取向，制作N56性能牌号的烧结钕铁硼永磁体，其磁极磁场强度才能达到5600Gs以上；另外，从第二部分和第三部分的对比数据可见，采用本方案的两侧磁场不对称的取向装置进行取向时，可以通过对于没有配置极头侧的电流大小来控制取向时这一侧的外磁场的强弱，从而使磁体在配置极头一侧的磁极，其磁场强度的提高幅度可以依据需要进行连续可调。

应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和应用，这些改进和应用也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种制作两极磁场强度不对称烧结钕铁硼永磁体的取向装置，包括轭铁（1），所述轭铁（1）内一侧固定有极柱Ⅰ（2），所述极柱Ⅰ（2）外绕有与其功率相匹配的铜质电磁绕组Ⅰ（5）、其端面固定有极头Ⅰ（4）；

其特征在于：所述轭铁（1）内另一侧固定有空心的极柱Ⅱ（3），所述极柱Ⅱ（3）内固定有非导磁内芯（7），所述极柱Ⅱ（3）外绕有与其功率相匹配的铜质电磁绕组Ⅱ（6）；电磁绕组Ⅰ（5）和电磁绕组Ⅱ（6）的匝数相同；

电磁绕组Ⅰ（5）和电磁绕组Ⅱ（6）的给电是采用分开控制，利用电流大小来控制磁场的强弱，即电磁绕组Ⅰ（5）以能够达到饱和磁场来控制电流值，电磁绕组Ⅱ（6）依据需要的磁场强度进行相应的电流调节控制。

2.根据权利要求1所述的制作两极磁场强度不对称烧结钕铁硼永磁体的取向装置，其特征在于：所述极柱Ⅰ（2）和极柱Ⅱ（3）对称固定于轭铁（1）内两侧。

3.根据权利要求1或2所述的制作两极磁场强度不对称烧结钕铁硼永磁体的取向装置，其特征在于：所述极柱Ⅰ（2）和极柱Ⅱ（3）的外形尺寸相同。

4.根据权利要求3所述的制作两极磁场强度不对称烧结钕铁硼永磁体的取向装置，其特征在于：所述极柱Ⅱ（3）壁厚为极柱Ⅱ（3）外径的4~10%。

5.根据权利要求4所述的制作两极磁场强度不对称烧结钕铁硼永磁体的取向装置，其特征在于：所述极柱Ⅱ（3）壁厚为极柱Ⅱ（3）外径的6%。

6.根据权利要求5所述的制作两极磁场强度不对称烧结钕铁硼永磁体的取向装置，其特征在于：所述极柱Ⅰ（2）、极头Ⅰ（4）和极柱Ⅱ（3）均采用DT2纯铁或DT4纯铁材料制作。

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