CN111799055B - 一种多边形磁钢的充磁和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多边形磁钢的充磁方法，将多边形永磁体进行固定，然后沿水平方向对多边形永磁体进行单一方向的充磁；将充磁后的多边形永磁体进行切割获得若干个多边形磁钢，形成的多边形磁钢拥有多个充磁方向，多边形磁钢充磁方向与水平呈一定夹角，将上述多边形磁钢进行排列、旋转后拼合成拓扑结构的永磁体轨道，磁场的单边增益效果显著。同时本方法可以一次性获得多块符合设计要求充磁方向的多边形永磁体，损耗小，废料率低，制作简便，生产效率高，同时切割后形成不同充磁方向的多边形磁钢，能满足不同的形状拓扑结构的拼接要求，适用性强，同时可以进行多种方式的切割，应用更为灵活。

Description

一种多边形磁钢的充磁和使用方法

技术领域

本发明主要涉及多边形磁钢的技术领域，特别涉及一种多边形磁钢的充磁和使用方法，尤其涉及一种可以对多边形磁钢进行充磁、切割后获得多角度磁钢、使用时旋转角度拼搭成阵列拓扑结构的方法。

背景技术

现有技术中，传统超导悬浮模型中的永磁体导轨，仅通过若干个方形的永磁体以N-S的方式排列，以形成稳定磁场，同时，为了增强永磁轨道上方的磁场，通常永磁体选用稀土永磁体，即使是这样，其轨道提供的表面磁场强度也非常低，对于超导体悬浮力的增强作用十分有限。

比如现有技术CN105006192B、CN105810066A、CN100577465C上述专利中，可以概括其永磁体导轨为传统的竖直方向相反充磁的矩形磁钢阵列，其组合旨在于永磁体轨道上方形成稳定的单峰磁场或者双峰磁场，但增强效果依然有限。

更进一步，永磁体的充磁方向不但有竖直方向相反，而且在水平方向相反，以起到对于传统永磁导轨磁上方磁场强度的增益。但由于受到磁钢的结构和原有充磁方向的限制，磁钢的充磁角度无法进行自由选择，使得磁场增强效果有限。又由于磁钢的制作成本较高，现有技术充磁方法损耗较大，成本较高。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种多边形磁钢的充磁和使用方法，通过选择不同的多边形永磁体，对多边形永磁体进行充磁，然后将多边形永磁体进行切割，形成特定充磁方向的多边形磁钢，同时损耗较小，极大地降低了成本。

本发明的目的可以通过下述技术方案来实现：

一种多边形磁钢的充磁和使用方法，其特征在于，所述的方法如下：a、将多边形材料进行固定，然后沿水平方向对多边形材料进行单一方向的充磁获得多边形永磁体；b、将充磁后的多边形永磁体进行切割获得若干个多边形磁钢，形成的多边形磁钢拥有多个充磁方向，多边形磁钢充磁方向与水平呈一定夹角，c、将上述多边形磁钢进行排列、旋转后拼合成拓扑结构的永磁体轨道。

优选的，a步骤中，多边形永磁体为正多边形，边数为N，N为大于等于3的自然数。

进一步，b步骤中，将多边形永磁体沿中心线切割成若干个同一种多边形或者若干个不同的多边形磁钢，多边形磁钢结构为三角形、四边形、五边形或者六边形。

进一步，三角形为等腰三角形或者等边三角形，四边形为平行四边形，五边形为正五边形，六边形为正六边形。

进一步，将多边形永磁体切割成6个正三角形磁钢，6个正三角形磁钢共有3个不同的充磁方向。

相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：

1、本发明所述的改进方案，通过对多边形材料进行单一方向的充磁后再切割，可以获得不同充磁角度的多边形磁钢，这些多边形磁钢进行排列和旋转后可以形成环状拓扑结构，使得不同充磁方向进行组合，最大程度增强拓扑结构的表面单边磁场；

2、本发明的技术方案中，将多边形永磁体进行切割，可以一次性获得多块符合设计要求的多个不同充磁方向的多边形永磁体，损耗小，废料率极低，制作简便，生产效率高，降低了成本；

3、本发明的改进点中，形成的多边形磁钢充磁方向与水平方向夹角为15-90度，多边形结构为三角形、四边形、五边形或者六边形，这样就能满足不同的形状拓扑结构的拼接要求，适用性强，同时可以进行多种方式切割，应用更为灵活；

4、本发明的充磁方法简单、可靠，节省耗材，方便制得不同充磁角度的多边形磁钢，易于推广和应用。

附图说明

图1为本发明多边形永磁体切割后的结构示意图。

图2为本发明多边形永磁体切割后再进行倒角处理的结构示意图。

图3为本发明多边形磁钢拼合成拓扑结构的示意图。

图4为图3的拓扑结构与传统矩形截面磁钢的磁场对比图。

图5为本发明多边形永磁体切割后的又一结构示意图。

图6为本发明在图5基础上的再次切割示意图。

图7为本发明多边形永磁体的充磁方向示意图。

图中标注如下：

1多边形永磁体、2充磁方向、3正三角形磁钢、4倒角、5等腰梯形磁钢、6空腔。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本发明。尽管结合其优选的具体实施方案描述了本发明，但这些实施方案只是阐述，而不是限制本发明的范围。

一种多边形磁钢的充磁方法，其与现有技术的区别在于，所述的制作方法如下：首先，将多边形材料沿侧边进行固定，然后沿水平方向对多边形材料进行单一方向的充磁获得多边形永磁体；b、然后，将充磁后的多边形永磁体进行切割获得若干个多边形磁钢，形成的多边形磁钢拥有多个充磁方向，多边形磁钢充磁方向与水平呈一定夹角；最后，将上述多边形磁钢进行排列、旋转后拼合成拓扑结构的永磁体轨道。这里的切割后的多块多边形磁钢，可以拥有至少三种充磁方向，每块多边形磁钢拥有一个充磁方向，这样当使用时，对不同充磁方向的多边形磁钢进行转动角度，这可以在一个平面内拥有更多的不同充磁方向的磁钢，便于组合成阵列拓扑结构。

具体来说，首选需要选择烧结而成的稀土多边形材料，这里的多边形材料本体采用钕铁硼、钐钴等稀土永磁体原材料烧结而成，这里的充磁后的多边形永磁体可以被切割成能填满一个平面的单一多边形或者不同多边形的组合，比如选择三个顶角相加等于180度的三个三角形，或者两个可以拼合的四边形，又或者一个三角形一个六边形等，这些可以拼合的结构是可以填满一个平面的组合形式。这里可以采用多种切割方式，是磁钢厂现有技术，就不再进行赘述了。通过对多边形材料进行充磁后再切割，获得多块充磁方向不同，且充磁方向与水平方向夹角为0-90度的多边形磁钢，将上述多边形磁钢旋转一定角度后拼合成拓扑结构，旋转的角度为0度、15度、30度、45度和60度，这些多边形磁钢进行排列后可以形成单排列阵拓扑结构和环状拓扑结构，使得相邻的多边形磁钢沿不同充磁方向进行组合，最大程度增强拓扑结构的表面单边磁场，这里单排列阵拓扑结构参见图3，环状拓扑结构参见图5、图6。

进一步，三角形磁钢具体切割及制造方法在上述步骤中进行了详细描绘，下面的具体尺寸选择，仅针对正三角形磁钢的实施案例而言。对于等边三角形的实施案例来说，首先需要将稀土材料烧结为等边梯形，然后以如图7所示的方式对材料进行充磁，最后进行如图1方式的切割。在该种实施方案中，由于电磁场具有趋肤效应，因此图1中的充磁方式仅能保证靠近边界部分的稀土材料形成较为统一、磁场强度较强的磁畴排列，而靠近图1心部的区域，则磁性较弱，容易使充磁后的三角形磁钢的磁性不稳定，进而影响旋转拼接后组合而成的导轨。更为优选的切割方法如图6所示，在烧结的正六边形材料中设置空腔，第一可以方便烧结的六边形材料进行精确定位以完成充磁，第二可以减少磁性不稳定的心部体积，通过满足电磁场趋肤特性的方式，增加制造出的等边三角形磁钢的磁性稳定性。

空腔的选择与要制造的三角形的块数成正相关，设烧结而成的空心六边形材料边长为a，设a为所需三角形边长的n倍，则三角形底边长为

其中

且a∈R，n∈Z^*。则2n-1(＝1、3、5、7…)为组成大六边形最外层每一条边所需的三角形个数。如只需要最外1层三角形磁钢，保证空腔足够大，以增加制作成的三角形磁钢磁性的稳定性。则最外一层等边三角形磁钢待切割的总面积为：

则空腔面积为

这里的S_TOT是指烧结而成的六边形材料面积。这里的公式推导仅针对单层正六边形材料、正三角形磁钢而言。

实施例1

首先将原料放置在多边形模具内烧结成多边形材料，这里的多边形材料为正多边形，边数为N，N为大于等于3的自然数；接着，将多边形材料进行固定，然后沿水平方向对多边形材料进行单向充磁获得多边形永磁体；然后，将充磁后的多边形永磁体进行机械切割，形成多块充磁方向不同，且充磁方向与水平呈一定夹角的多边形磁钢，将上述多边形磁钢旋转一定角度后拼合成拓扑结构。

这里多边形材料的选择是根据后续切割后获得的多边形磁钢需要拼合而成的拓扑结构来进行选定的，比如正六边形易于切割成等边三角形和等腰梯形结构，又比如正方形易于切割成等边直角三角形和等腰梯形结构，再比如三角形易于切割成三角形和平行四边形结构。

本实施例中，参见图1、图2中，选用正六边形本体进行充磁和切割，获得6块同等大小的正三角形磁钢，6个正三角形磁钢共有3个不同的充磁方向，充磁方向与三角形的中心线重合，可以对每个正三角形永磁体进行倒角，所述倒角需≥0.5mm*45°，倒角曲率的大小会影响有磁场的空间分布，这里的倒角设置可以减少磁钢因为磁极分布不平衡而产生的局部退磁及失磁现象，同时该倒角不仅可以避免加工时产生的振动使磁钢破损，降低了加工难度，保证了可加工性，又方便磁钢的运输以及组装，保证磁钢在运输及组装过程中不容易因碰撞而发生碎裂。切割后获得的正三角形永磁体，可以转动30度、90度或者150度，如图3所示，再增加一块水平方向充磁的正三角形永磁体，拼合成一组磁钢列阵拓扑结构。如图4所示，横轴为特定方法拼成的永磁体导轨的长度，纵轴为导轨上方10mm处的磁密大小。实线为本专利的三角形截面、特殊排布方法拼成的导轨；虚线为传统矩形采用聚磁阵列结构所能达到的最大磁密。根据图4的计算结果，在相同永磁体截面积的情况下，即控制永磁体用量一定时，本发明达到的上方10mm磁场分布与传统矩形截面永磁体阵列上方10mm磁场分布对比如图4所示。根据结果可以看出，磁场最大值从0.54T提升至0.9T，与传统方案相比的增益值可以达到惊人的67％，在考虑实际加工工艺影响以及倒角影响的情况下，增益能达到40-60％。

实施例2

多边形材料在经过水平方向充磁后获得多边形永磁体，将多边形永磁体切割成同一种多边形或者两种及以上不同形状的多边形，多边形结构为三角形、四边形、五边形或者六边形。

进一步，三角形为正三角形或者等边三角形，四边形为平行四边形，五边形为正五边形，六边形为正六边形。

进一步，这里的多边形磁钢优选采用正三角形、正五边形和正六边形，还可以采用一种特殊形状的六边形，这种特殊的六边形由一个正六边形演变而成，一个正六边形可以视作由三组平行的侧边拼合而成的六边图形，将其中任意一组平行的侧边进行同距离延长，延长后的新侧边的长度为正六边形原边长的1.5-3.5倍，形成一种新的六边形图形。

在本实施例中，采用正六边形本体材料进行充磁，参考图5，将正六边形的永磁体切割成6个等腰梯形磁钢，6个等腰梯形磁钢共有4个不同的充磁方向，6个等腰梯形磁钢拼合成正六边形磁钢列阵拓扑结构，中间为正六边形空腔。

这里空腔的选择与要制造的三角形的块数成正相关，设烧结而成的空心六边形材料边长为a，设a为所需三角形边长的n倍，则三角形底边长为

其中

且a∈R，n∈Z^*。则2n-1(＝1、3、5、7…)为组成大六边形最外层每一条边所需的三角形个数。如只需要最外1层三角形磁钢，保证空腔足够大，以增加制作成的三角形磁钢磁性的稳定性。则最外一层等边三角形磁钢待切割的总面积为：

则空腔面积为

这里的S_TOT是指烧结而成的六边形材料面积。

再进一步的，参见图6，在图5的基础上进行切割，将每个等腰梯形再均匀切割成3个等边三角形，形成由18个等边三角形磁钢拼合而成的正六边形列阵拓扑结构，中间为正六边形空腔。此处拼合方式，不仅要考虑形状上的配合，更要考虑不同充磁方向磁钢的配搭，因为充磁之后切割，可以同时得到不同充磁方向的三角形磁钢。这种充磁和切割方法，可以有效减少充磁的次数，同时切割时又避免浪费，降低了材料和工艺的成本。最后，能获得多块同样质地、形状，并且充磁方向一正一反的多块正三角形，正三角形再通过转动一定的角度，就能拼合而成需要的列阵拓扑结构。

需要说明的是，这里再次切割的方式灵活多样，不局限于说明书所举例的正三角形、等腰梯形等结构。将充磁后的多边形永磁体一次切割或者分多次切割成若干块多边形磁钢，然后利用多边形磁钢转动一定角度来拼搭列阵拓扑结构方法都应该视为本发明的保护范围。

更应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对本发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型，且以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种多边形磁钢的充磁和使用方法，其特征在于，所述的方法如下：a、将多边形材料进行固定，然后沿水平方向对多边形材料进行单一方向的充磁形成多边形永磁体；b、将充磁后的多边形永磁体进行切割获得若干个多边形磁钢，形成的多边形磁钢拥有多个充磁方向，多边形磁钢充磁方向与水平呈一定夹角，将多边形永磁体沿中心线切割成若干个同一种多边形或者若干个不同的多边形磁钢，多边形磁钢结构为三角形、四边形、五边形或者六边形；c、将上述多边形磁钢进行排列、旋转后拼合成拓扑结构的永磁体轨道，使得相邻的多边形磁钢沿不同充磁方向进行组合，增强拓扑结构的表面单边磁场。

2.根据权利要求1所述的一种多边形磁钢的充磁和使用方法，其特征在于，a步骤中，多边形材料为正多边形，边数为N，N为大于等于3的自然数。

3.根据权利要求1所述的一种多边形磁钢的充磁和使用方法，其特征在于，三角形为正三角形或者等边三角形，四边形为平行四边形，五边形为正五边形，六边形为正六边形。

4.根据权利要求1所述的一种多边形磁钢的充磁和使用方法，其特征在于，多边形永磁体为正六边形，b步骤中，将多边形永磁体切割成6个正三角形磁钢，6个正三角形磁钢共有3个不同的充磁方向。

5.根据权利要求4所述的一种多边形磁钢的充磁和使用方法，其特征在于，对每个正三角形永磁体进行倒角，所述倒角需≥0.5mm*45°。

6.根据权利要求1所述的一种多边形磁钢的充磁和使用方法，其特征在于，多边形永磁体为正六边形，b步骤中，将正六边形的永磁体切割成6个等腰梯形磁钢，6个等腰梯形磁钢共有4个不同的充磁方向，c步骤中，6个等腰梯形磁钢拼合成正六边形磁钢列阵拓扑结构，中间为正六边形空腔。

7.根据权利要求6所述的一种多边形磁钢的充磁和使用方法，其特征在于，进行切割时，将每个等腰梯形再切割成3个等边三角形，形成由18个等边三角形磁钢拼合而成的正六边形列阵拓扑结构，中间为正六边形空腔。

8.根据权利要求1所述的一种多边形磁钢的充磁和使用方法，其特征在于，c步骤中，多边形永磁体切割后，获得充磁方向与水平方向夹角为0-90度的多边形磁钢，将上述多边形磁钢旋转一定角度后拼合成拓扑结构，旋转的角度为0度、15度、30度、45度和60度。

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