CN110010325A - 一种永磁式多极磁体充磁器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种永磁式多极磁体充磁器，包括支架、充磁头、以及驱动机构；驱动机构固定在支架中，驱动机构的输出端与充磁头连接；支架中设置有支撑件，待充磁磁钢与充磁头同轴设置；充磁头包括外壳、永磁体、以及磁轭，外壳将永磁体包裹并固定，永磁体由若干磁钢按照多极磁路设计排列，磁轭、永磁体组成的磁路在充磁时与待充磁的多极磁体形成闭合磁路。本发明公开一种永磁式多极磁体充磁器，利用通过多极磁路设计排列的磁钢作为磁源，建立一个多极永磁场，为待充磁磁钢进行多极充磁。该充磁头体积小，适于多工位充磁或单工位自动快速充磁，提高充磁效率。
Description
技术领域
本发明属于充磁器制造技术领域，具体涉及一种永磁式多极磁体充磁器，用于对永磁钢进行多极充磁。
背景技术
随着电机、家用电子、计算机、通信等技术日新月异的更新和发展，永磁材料需要量越来越大性能越来越高。众所周知，磁性材料在磁场中会被磁化，软磁材料在磁化场消失后，其磁性也消失了；而永磁材料被磁化后，其磁性不会因磁化场的消失而消失，磁性保留得越多，磁钢的性能越高。利用永磁材料的这个特性，可以利用低压直流电磁铁和高压脉冲线圈或螺旋管、单根导线对永磁钢充磁，把电能转化为磁能。目前，多数情况采用低电压直流电磁铁和高压脉冲线圈这2种方法。而对于钕铁硼、铁氧体、铝镍钴、钐钴等永磁材料，由于具有矫顽力大、性能稳定等特点，大多采用充磁电源的高压大电流向螺线管瞬间脉冲放电的方法使其磁化。
采用充磁电源的高压大电流向螺线管瞬间脉冲放电的充磁工作原理是：先将电容器充以直流高压，然后通过一个电阻极小的线圈放电。放电脉冲电流的峰值可达数万安培。此电流脉冲在线圈内产生一个强大的磁场，该磁场使置于线圈中的硬磁材料永久磁化。充磁过程中，流经线圈的电能转化为磁钢的磁能和使线圈升温的热能。该种充磁过程通常采用充磁机来完成。
充磁机结构简单，实际上就是一个能够产生瞬间强磁场的脉冲电磁铁，配备多种形状的铁块，作为附加磁极，以便与被充磁体形成闭合磁路。充磁机依靠电容器存储和释放能量，工作时脉冲电流峰值极高。利用充磁机充磁时，根据工艺要求，先接上充磁线圈，摆设好附加磁极和被充磁体，选定充电电压，对电容器充电。充电完毕，接通激磁电流，瞬间完成磁体充磁。
现有充磁机的缺陷在于：首先，充磁机价格昂贵，再要配备必要的充磁器(线圈)，使电能转变为磁能；此外，对于多级充磁，使用线圈方式设计制造的充磁夹具，由于线径和绕线空间和绕线精度的问题，很难实现各个磁极宽度的精确控制；其次，对于多极磁体，充磁器的设计较为复杂，或者充磁器对磁钢进行逐个充磁，影响效率，提高生产成本；再者，由于脉冲电流峰值极高，发生热量很大，充磁器瞬间升温，因此充磁器还需要配备冷却系统；此外，充磁器面临高压击穿，使用寿命短。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种永磁式多极磁体充磁器，解决了现有技术中多极磁体充磁效率低、成本高、且安全性能低的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案：一种永磁式多极磁体充磁器，其特征在于：包括支架、用于对待充磁磁钢进行充磁的充磁头、以及驱动充磁头向待充磁磁钢靠近的驱动机构；所述驱动机构固定在支架中，驱动机构的输出端与所述充磁头连接；所述支架中设置有用于放置待充磁磁钢的支撑件，所述待充磁磁钢与充磁头同轴设置；
所述充磁头包括外壳、永磁体、以及磁轭，所述外壳将永磁体包裹并固定，所述永磁体由若干磁钢按照多极磁路设计排列，在充磁时，所述磁轭、永磁体组成的充磁磁路与待充磁的磁钢形成闭合磁路。
优选的，所述永磁体为由若干横截面为扇形的磁钢围构形成的柱形结构。
优选的，若干所述磁钢的圆心角相同。
优选的，所述磁钢为轴向磁钢，且相邻两块轴向磁钢的磁极方向相反。
优选的，相邻两个所述轴向磁钢之间设置有周向磁钢。
优选的，所述轴向磁钢的磁极大于等于4个。
优选的，所述驱动机构以及充磁头设置有两个，两个驱动机构以及充磁头分别位于所述支架的两侧，两个驱动机构分别驱动充磁头向所述待充磁磁钢的两面充磁。
优选的，所述驱动机构为气缸或者丝杆传动机构中的任意一种。
本发明的有益效果：本发明公开一种永磁式多极磁体充磁器，利用通过多极磁路设计排列的磁钢作为磁源，建立一个多极永磁场，为待充磁磁钢进行多极充磁。该充磁头无需充磁线圈和脉冲电源，这与传统线圈式充磁夹具完全不同。该充磁头以永磁磁路构建的磁场为充磁场，具有体积小的特点，适于多工位充磁或单工位自动快速充磁，提高充磁效率。
不同于先前的充磁机构，该充磁过程无需用电，颠覆了传统的充磁方法；且不需要昂贵的脉冲充磁电源以及结构复杂的线圈，可以降低充磁设备成本，并大大缩小了占地面积；同时充磁过程不会发生高压击穿、线圈烧毁、触电等事故，安全可靠性高。
附图说明
图1为单面充磁器的结构示意图；
图2为图1中不带周向磁钢的充磁头的纵向剖视图；
图3为双面充磁器的结构示意图；
图4为图3中带周向磁钢的充磁头的纵向剖视图；
图5为永磁体的截面示意图；
图6为处于工作位的两个充磁头的位置示意图；
图7为工作气隙横截面上磁场强度的等势线图；
图8为磁场强度的分布曲线图；
图中附图标记，1-支架；2-导轨；3-滑块；4-支撑件；5-待充磁磁钢；6-充磁头，61-磁轭，62-外壳，63-轴向磁钢，64-周向磁钢；7-驱动机构；
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种永磁式多极磁体充磁器，如图1所示，包括支架1、用于对待充磁磁钢进行充磁的充磁头6、以及驱动充磁头向待充磁磁钢靠近的驱动机构7。本实施例中，首先例举用于单面单工位充磁器。单面充磁的使用要求是单个充磁头的磁场强度已经足以对待充磁磁钢工作面充磁达到使用要求。若单个充磁头的磁场强度不足以对待充磁磁钢工作面充磁达到使用要求，则进行双面充磁，双面充磁的充磁器结构见实施例2，在此不赘述。单工位充磁是指一次操作只进行一个磁钢充磁，当然除单工位充磁以外，也可以进行多工位充磁，多工位充磁方式与单工位充磁方式一致，多工位充磁器的充磁头数量与待充磁磁钢的数量对应。一般的，操作人员可以从纵向上驱动充磁头向待充磁磁钢充磁，也可以从横向上驱动充磁头向待充磁磁钢充磁。本实施例中，为了便于操作，选择从纵向上驱动充磁头向待充磁磁钢进行充磁。具体的，驱动机构7安装在支架1的顶部，机架1的侧面纵向上设置有导轨2，导轨2中滑动连接有滑块3，滑块3与充磁头6的侧面固定。驱动机构7的输出端与滑块3连接，驱动滑块沿着导轨滑动。需要说明的是，驱动机构7可以是气缸、也可以是丝杆传动机构，甚至驱动机构还可以替换为手动机械操作。本实施例中，优选驱动机构7为气缸。支架1中设置有用于放置待充磁磁钢5的支撑件4，待充磁磁钢与充磁头同轴设置。当充磁头沿着导轨下滑最后与待充磁磁钢贴合时，充磁头的强大磁场，将待充磁磁钢磁化。
充磁头6包括外壳62、永磁体、以及磁轭61。本实施例中，外壳62为顶部开口、内部中空的柱形结构。外壳62将永磁体周向包裹并固定。磁轭61位于永磁体的上方，与永磁体形成闭合回路。为了实现多极充磁，需要对永磁体进行多极磁路设计。需要说明的是，多极磁路设计可以是4级、6级、8级、12级，甚至更多极磁钢的磁路设计，即轴向磁钢的磁极大于等于4个，主要根据待充磁磁钢的使用需求来定。本实施例中，为了充分说明多极磁路设计结构，我们例举一种4级充磁的情形。如图2所示，具体的，永磁体为柱状结构，由4块横截面为扇形的磁钢63围构形成，4个磁钢63横截面的圆心角相同。为了建立一个强大的磁场，本实施例中，4个磁钢63均为高性能的稀土永磁钢，充磁头头部的表面磁场强度能达到0.8～1T，甚至超过1T，可以对铁氧体永磁、铝镍钴永磁、铁铬钴永磁以及除稀土类永磁外的大部分其它永磁体充磁。本实施例中，4个磁钢63均为轴向磁钢，磁极方向如图2中箭头所示，且相邻两块轴向磁钢63的磁极相反，即在永磁体的一个横截面上，沿顺时针方向，磁钢的磁极分别为N、S、N、S。为了进一步增强磁钢的磁场强度，还可以在相邻两个轴向磁钢之间增设周向磁钢64，即磁极方向为周向的磁钢。需要说明的是，永磁体中磁钢的结构不一定为扇形，还可以为矩形、三角形、或者圆形等。扇形磁钢的圆心角也可以不一致，可以根据待充磁磁钢的磁性要求来定。
实施例2：
一种永磁式多极磁体充磁器，如图3所示，与实施例1不同的是，本实施例例举双面充磁的充磁器。具体的，永磁式多极磁体充磁器包括支架、2个用于对待充磁磁钢进行充磁的充磁头、以及2个驱动充磁头向待充磁磁钢靠近的驱动机构。为了便于操作，本实施例中，同样选择从纵向上驱动充磁头向待充磁磁钢进行充磁。具体的，2个驱动机构7分别安装在支架1的顶部和底部，机架1的侧面纵向上设置有导轨2，导轨2中滑动连接有2个滑块3，2个滑块3分别与2个充磁头6的侧面固定。驱动机构7的输出端与滑块3连接，驱动滑块沿着导轨滑动。本实施例中，驱动机构7为气缸。支架1中设置有用于放置待充磁磁钢的支撑件4，为了实现待充磁磁钢与充磁头同轴设置，实施例2中的支撑件4穿过靠近支架下方的充磁头6。当2个充磁头沿着导轨向待充磁磁钢的两面靠近，最后与待充磁磁钢贴合后，上下2个充磁头形成的充磁磁路和待充磁磁钢形成完整的回路，为待充磁磁钢提供足够强度的充磁磁场，最后将待充磁磁钢磁化。
充磁头6的结构与实施例1中充磁头的结构保持一致，如图4和5所示，在此不再赘述。为了更好的反应双面充磁的磁场强度，我们通过有限元仿真计算，获得了工作气隙横截面上磁场强度的等势线图。需要说明的是，处于工作中的两个充磁头之间形成的充磁区域即为工作气隙，如图6所示，图6中上下两个充磁头之间的区域即为工作气隙。如图7所示，同一横截面上，工作气隙横截面上形成了4个等势线分布图。其中，在1个等势线分布图中，最中心区域为磁场强度最高的区域，最外侧区域为磁场强度最低的区域。此外，在工作气隙横截面上，我们以中心为圆心且直径为20mm的圆周路径上，得到磁场强度的分布曲线图，如图8所示。可以看出，工作气隙中的磁场强度大于0.8T。一般地，磁场强度大于0.6T后就可以将大部分磁钢磁化，因此在这样的磁场强度分布下，就可以对铁氧体永磁、铝镍钴永磁、铁铬钴永磁以及除稀土类永磁外的大部分其它永磁体进行充磁。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种永磁式多极磁体充磁器，其特征在于：包括支架、用于对待充磁磁钢进行充磁的充磁头、以及驱动充磁头向待充磁磁钢靠近的驱动机构；所述驱动机构固定在支架中，驱动机构的输出端与所述充磁头连接；所述支架中设置有用于放置待充磁磁钢的支撑件，所述待充磁磁钢与充磁头同轴设置；
所述充磁头包括外壳、永磁体、以及磁轭，所述外壳将永磁体包裹并固定，所述永磁体由若干磁钢按照多极磁路设计排列，在充磁时，所述磁轭、永磁体组成的充磁磁路与待充磁的磁钢形成闭合磁路。
2.根据权利要求1所述一种永磁式多极磁体充磁器，其特征在于：所述永磁体为由若干横截面为扇形的磁钢围构形成的柱形结构。
3.根据权利要求2所述一种永磁式多极磁体充磁器，其特征在于：若干所述磁钢的圆心角相同。
4.根据权利要求3所述一种永磁式多极磁体充磁器，其特征在于：所述磁钢为轴向磁钢，且相邻两块轴向磁钢的磁极方向相反。
5.根据权利要求4所述一种永磁式多极磁体充磁器，其特征在于：相邻两个所述轴向磁钢之间设置有周向磁钢。
6.根据权利要求5所述一种永磁式多极磁体充磁器，其特征在于：所述轴向磁钢的磁极大于等于4个。
7.根据权利要求1所述一种永磁式多极磁体充磁器，其特征在于：所述驱动机构以及充磁头设置有两个，两个驱动机构以及充磁头分别位于所述支架的两侧，两个驱动机构分别驱动充磁头向所述待充磁磁钢的两面充磁。
8.根据权利要求7所述一种永磁式多极磁体充磁器，其特征在于：所述驱动机构为气缸或者丝杆传动机构中的任意一种。
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