CN114023527B - 一种基于磁化线圈的多极磁化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁化线圈的多极磁化方法，属于磁技术领域。在待磁化的磁体至少一侧设置平行于磁体表面的磁化线圈，磁化线圈与磁体表面留有间距；所述的磁化线圈是由多段平行且等间距的线圈单元首尾连接形成的一体化线圈结构，磁化线圈的两端连接电路装置，通过电路装置向磁化线圈输入脉冲电流，相邻两段平行的线圈单元的电流方向相反，激励脉冲磁场对磁体进行多极磁化，得到磁场方向交变布置的多极磁体。本发明能实现更多极数，更小充磁区间的需求。

Description

一种基于磁化线圈的多极磁化方法

技术领域

本发明涉及磁技术领域，尤其涉及一种基于磁化线圈的多极磁化方法。

背景技术

按照磁化极数可以将磁化分为单极磁化和多极磁化。目前单极磁化技术比较成熟，采用充磁机对磁体进行磁化，包括以下两种方式：一种是恒流充磁，对于低矫顽力永磁材料可以使用该充磁方式；另一种是脉冲充磁，通过瞬间大电流产生激励磁场对磁体充磁。多极磁化系统通常由专用的磁化器和定制的磁化夹具组成，磁化器用来提供脉冲电流，而对磁体进行不同形状的磁化，还需要设计专门的磁化夹具，从而实现多极充磁或沿着指定路径充磁。

随着稀土磁体在MEMS领域的应用，实现对几百μm尺寸下的小型化稀土磁体磁化存在不小的发展空间，应用于该领域磁体的矫顽力较大，高达900kA/，磁化存在一定的难度。通常Nd-Fe-B型和Sm-Co型稀土磁体需要大约3T到8T的大磁场进行磁化，所以需要较大的电流产生脉冲磁场。薄型磁石被磁化希望得到较小的磁化区间，以削弱退磁作用的影响，该目标的实现存在一定的困难。

现有的表面多极充磁一般在充磁夹具上安装磁环后与充磁机接通进行充磁。存在以下问题，第一，充磁夹具的环形铁磁体上均匀布置轴向排线孔，人工绕制铜线，受到排线孔直径的限制，导线直径无法提高，充磁夹具产生的磁场小，充磁性能受影响。第二，导线长时间处于大电流状态，缩短了充磁夹具的寿命。第三，现有的多极磁化方法充磁极数较少，磁化区间较大，受充磁夹具的限制，无法使磁化区间进一步变窄。

发明内容

为了克服上述技术问题，实现薄型磁石多极充磁，本发明提出了一种基于磁化线圈的多极磁化方法，采用多弯折线圈充磁，实现更多极数，更小充磁区间的需求。

本发明具体采用如下技术方案：

一种基于磁化线圈的多极磁化方法，在待磁化的磁体至少一侧设置平行于磁体表面的磁化线圈，磁化线圈与磁体表面留有间距；

所述的磁化线圈是由多段平行且等间距的线圈单元首尾连接形成的一体化线圈结构，磁化线圈的两端连接电路装置，通过电路装置向磁化线圈输入脉冲电流，相邻两段平行的线圈单元的电流方向相反，激励脉冲磁场对磁体进行多极磁化，得到磁场方向交变布置的多极磁体。

作为本发明的优选，所述的磁化线圈为钨丝。

作为本发明的优选，所述的磁化线圈嵌入树脂块内，所述的树脂块一面均布平行且等间距的多段槽，相邻两段槽首尾连接呈连续的蛇形，槽的深度等于线圈的直径；磁化线圈固定在槽内，与槽的弯折状一致。

作为本发明的优选，所述待磁化的磁体一侧设置磁化线圈，另一侧设置铁制背轭；

所述的铁制背轭开设阶梯槽，待磁化的磁体安装在阶梯槽的底部，装有磁化线圈的树脂块安装在阶梯槽的阶梯处。

作为本发明的优选，所述待磁化的磁体两侧均设置磁化线圈，两个磁化线圈关于磁体对称布置。

作为本发明的优选，磁体两侧的磁化线圈需同步控制脉冲电流的输入，且磁体两侧相对应的线圈单元的电流方向相同。

作为本发明的优选，所述磁化线圈的平行段长度大于磁体沿平行段方向的宽度。

作为本发明的优选，通过调节相邻两段平行的线圈单元之间的距离来调整磁化区间。

作为本发明的优选，所述磁化区间为磁化线圈直径的1-10倍，优选为2-4倍。

作为本发明的优选，所述脉冲电流的大小为4-6kA，优选5kA。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1、现有的线圈磁化方法是用充磁头的方式，工业纯铁加工成磁化夹具，在上面绕制线圈，通脉冲充磁机，对磁环工件充磁。要想达到更小的磁化区间，需要减小磁极宽度，磁极宽度过小会达到磁饱和，所以现有方案无法实现对薄型磁石的多极磁化。本发明将多弯折金属线圈固定在树脂槽内，再与铁制背轭装配即可完成磁化装置的搭建，相较于已有的充磁夹具，结构更为简单。

2、现有的线圈磁化方式产生的磁化区间大，本发明将铜线或者钨丝作为金属线圈，可通过调节金属线圈相邻两段之间的距离实现磁化区间的调节，由于铜线或者钨丝直径小，尤其是钨丝直径极小，可实现更窄的磁化区间，对于薄型磁石来说，高宽比更接近于1，退磁场影响小。

3、由于电流通过线圈激发的磁场为曲线，且磁感应强度与半径平方成反比，会产生磁化强度不均匀和单侧磁化不完全的问题。针对该问题，本发明采取双线圈双面磁化的方法，使得置于磁化装置中的磁石能够被完全磁化，磁化更加均匀。

附图说明

图1是本发明实施例示出的基于铜线磁化装置实现多极磁化的结构示意图；

图2是图1中的铜线磁化装置剖视图；

图3是本发明实施例示出的基于钨丝磁化装置实现多极磁化的结构示意图；

图4是图3中的钨丝磁化装置剖视图；

图5是双面磁化原理图；

图6是单层线圈磁化范围示意图；

图7是双层线圈磁化范围示意图；

图中：1-电路装置，2-磁化装置，3-树脂块，31-上树脂块，32-下树脂块，4-线圈，41-上线圈，42-下线圈，5-待磁化的磁体，6-铁制背轭。

具体实施方式

下面将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的步骤。例如，有的步骤还可以分解，而有的步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本发明通过将多弯折线圈固定在待磁化的磁体上方和/或下方，给线圈通入脉冲电流，使得线圈相邻两段产生方向相反的电流，产生磁场实现磁体的多极磁化。

如图1-2所示，给出了以铜线磁化装置为例实现磁体多极磁化的结构，包括电路装置1和磁化装置2。所述的电路装置用于为磁化装置提供脉冲电流，由高压直流电源、电阻、电容、开关和二极管构成，所述的电容和二极管分别与高压直流电源并联，电阻和开关位于主电路上，通过电路中开关的闭合产生上千安(本实施例约5kA)脉冲电流。

所述的磁化装置包括树脂块3、线圈4和待磁化的磁体5；所述树脂块底面或顶面均布平行且等间距的多段槽，相邻两段槽首尾连接呈连续的蛇形，槽的深度等于线圈的直径；线圈固定在槽内，与槽的弯折状一致，本实施例中以铜线作为线圈，将一根铜线按照槽的形状弯折，然后固定在树脂块的槽内，铜线的两端分别连接电路装置的两个输出端。待磁化的磁铁平行于线圈放置，与线圈之间留有间隙。

将位于平行且等间距的多段槽内的线圈称为磁化线圈的平行段，所述磁化线圈的平行段长度大于磁体沿平行段方向的宽度，如图1所示，弯折的线圈的较长边为平行段，其长度要大于磁体的宽度，以保证磁化更加彻底。

通过电路装置的开关控制产生脉冲电流，当线圈通入脉冲电流后，相邻两段槽内的铜线电流方向相反，间距为P1，激励脉冲磁场对磁体23磁化，磁化区间长度为P1。磁化区间长的长度可以根据实际需要调整，通过调整槽间距来改变用于产生磁场的相邻两段铜线之间的距离，进而改变磁化区间的长度。

为了提升磁化效果，可以在待磁化的磁体未放置线圈的一侧安装铁制背轭6，铁制背轭能够收束磁力线，在磁化电路瞬间通过大电流时产生脉冲磁场，将磁体多极磁化。

在本发明的一项具体实施中，如图2所示，铁制背轭6上开设一个阶梯槽，在阶梯槽的底部安装待磁化的磁体5，在阶梯槽的阶梯处安装底面开槽的树脂块，线圈固定在树脂块的槽内。通过调整阶梯槽的深度实现待磁化的磁铁与线圈之间留有间隙，磁化后的方向如图2中的箭头方向。相较于已有的充磁夹具，本发明的结构更为简单。

由于铜线能承受的最大电流有限，容易烧断，直径不宜过小，当磁体的磁化区间高宽比较小时，受退磁作用大。为了更加适合于薄型磁石充磁，只有当磁化区间变窄，高宽比接近于1时，才能使退磁场影响变小。在此基础上，本发明提出用钨丝取代铜线的改进方案，相较于铜线磁化的方法，钨丝主要用于灯泡中作发光体，它的熔点高、电阻率大、强度好，能够提高电流的承受能力。采用钨丝替代铜丝，线圈直径变小，磁化区间宽度变窄，高宽比更接近于1。

基于钨丝磁化装置实现多极磁化的结构与铜线的结构类似，如图3所示，不同之处在于，由于钨丝更细，可实现更窄的磁化区间，因此在树脂块一侧开槽的间距与槽深变小，钨丝线圈弯折的数量更多，在同样长度的待磁化磁铁中，实现多极磁化的磁化方向交替变化的数量更多。如图4所示，电路的开关闭合产生上千安的脉冲电流，通过钨丝线圈，激励脉冲磁场对磁体5磁化，磁化区间为P2。钨丝比铜线直径更细，磁化区间更小，故P2小于P1。

在本发明的一项具体实施中，可根据图2所示的结构构造钨丝磁化装置，如图4所示。在图4中，由于仅在待磁化的磁体单侧设置线圈，单层线圈磁化原理如图6所示，由于磁力线是弯曲的，会对磁化的方向有一定影响。此外，导线周围磁感应强度大小与距离平方成反比，距离钨丝中心近的区域磁感应强度大，距离钨丝中心远的区域磁感应强度有所减弱，采用单面磁化可能会出现磁化不均匀、不彻底的现象。基于此，为了实现更均匀的多极磁化效果，本发明设置了双面磁化结构，如图5所示的磁化装置，将树脂块3分为了上树脂块31和下树脂块32，将线圈4分为了上线圈41和下线圈42，磁体设置在上下两个线圈之间。

在本发明的一项具体实施中，在上树脂块31的底部开凹槽，且在凹槽内均布平行且等间距的多段槽，相邻两段槽首尾连接呈连续的蛇形，称之为上蛇形槽，上蛇形槽的深度等于线圈的直径；上线圈41固定在槽内，与上蛇形槽的弯折状一致。

在下树脂块32的顶部开阶梯槽，阶梯槽的底部均布平行且等间距的多段槽，相邻两段槽首尾连接呈连续的蛇形，称之为下蛇形槽，蛇形槽的深度等于线圈的直径；下线圈42固定在下蛇形槽内，与下蛇形槽的弯折状一致。上蛇形槽与下蛇形槽的形状完全对应。

将上树脂块和下树脂块的开槽面对应拼接；待磁化的磁体安装在下树脂块32的阶梯槽的阶梯处，一半厚度位于下树脂块的槽内，一半厚度位于上树脂块的槽内，且磁化的磁体上表面与上线圈的距离、下表面与下线圈的距离两者相等，保证磁化的均匀性。

上下线圈共同产生磁场，为了便于控制，上下线圈可分别通过一个电路装置提供脉冲电流，磁体上下表面对应的线圈的电流方向同向，共同产生磁场磁化磁体。如图7所示，由于磁体上下表面的磁场对应，使得磁化更加均匀和彻底，磁化效果更好，该效果是单面磁化无法实现的，这是由于单面线圈能承受的最大电流有限，通过增大电流的方式会使得线圈不稳定，还可能导致相邻两段槽内的钨丝或铜线产生磁场干涉。

以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于磁化线圈的多极磁化方法，其特征在于，在待磁化的磁体两侧设置平行于磁体表面的磁化线圈，两个磁化线圈关于磁体对称布置，磁化线圈与磁体表面留有间距；所述的磁化线圈为钨丝；

所述的磁化线圈是由多段平行且等间距的线圈单元首尾连接形成的一体化线圈结构，通过调节相邻两段平行的线圈单元之间的距离来调整磁化区间，所述磁化区间为磁化线圈直径的2-4倍；所述的磁化线圈嵌入树脂块内，所述的树脂块一面均布平行且等间距的多段槽，相邻两段槽首尾连接呈连续的蛇形，槽的深度等于线圈的直径；磁化线圈固定在槽内，与槽的弯折状一致；

磁化线圈的两端连接电路装置，通过电路装置向磁化线圈输入脉冲电流，磁体两侧的磁化线圈需同步控制脉冲电流的输入，相邻两段平行的线圈单元的电流方向相反，磁体上下表面对应的线圈的电流方向同向，激励脉冲磁场对磁体进行多极磁化，得到磁场方向交变布置的多极磁体。

2.根据权利要求1所述的基于磁化线圈的多极磁化方法，其特征在于，所述磁化线圈的平行段长度大于磁体沿平行段方向的宽度。

3.根据权利要求1所述的基于磁化线圈的多极磁化方法，其特征在于，所述脉冲电流的大小为4-6kA。

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