CN114566348B - 一种全局加热的多极磁化方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全局加热的多极磁化方法和装置，属于磁技术领域。首先)确定被磁化的图案，将外部磁石单体拼成图案形状，对称分布在被磁化磁体的两侧，所有外部磁石单体的磁极方向保持一致；将被磁化磁体固定在两侧的外部磁石之间；将所有的外部磁石单体和被磁化磁体加热，加热温度高于被磁化磁体的工作温度，且处于外部磁石单体的工作范围内；在所述的加热温度下，由两侧的外部磁石单体提供外界磁场，使得外部磁石单体所在位置处的被磁化磁体局部反向磁化；完成磁化后，冷却，得到多极磁化后的磁体。本发明使用全局加热局部磁化的方式，能够实现通过一次全局加热即可完成多极磁化的目的，操作方便。

Description

一种全局加热的多极磁化方法和装置
技术领域
本发明涉及磁技术领域，尤其涉及一种全局加热的多极磁化方法和装置。
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。而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。现有的激光磁化的方法，是对局部瞬间加热，降低局部矫顽力，同时对高温的局部区域施加相应方向的外界磁场，从而实现局部磁化。但现有的激光磁化技术存在以下问题：第一，激光磁化为单侧加热，但是磁体存在一定的厚度，存在磁化不完全的状况。第二，激光磁化是局部加热选定的被磁化的区域，使被磁化磁体由铁磁体变为顺磁体，随着磁极数量的增加，需要逐一加热被磁化的区域，较为复杂，耗费的时间和能量更多。
发明内容
为了解决薄型磁石多极充磁的问题，本发明提出了一种全局加热的多极磁化方法和装置，采用全局整体加热的方式，也就是将被磁化磁体和提供外界磁化磁场的磁石共同加热，利用两种磁石居里温度的差异完成磁化。全局加热的温度应超过被磁化磁体的工作温度，使其降低矫顽力，同时加热温度要控制在提供局部磁场磁石的工作温度范围内，保证其能提供外界磁场。本发明利用磁石工作温度范围的不同，使工作温度高的磁石产生局部的磁场，在全局加热的状态下，去磁化工作温度较低的磁石，实现了通过一次全局加热即可完成多极磁化的目的。此外，多极磁化的图案可任意确定，多极磁化装置也可以多次重复使用。
本发明具体采用如下技术方案：
一种全局加热的多极磁化方法，包括以下步骤：
(1)确定被磁化的图案，将外部磁石单体拼成图案形状，对称分布在被磁化磁体的两侧，所有外部磁石单体的磁极方向保持一致；
(2)将被磁化磁体固定在两侧的外部磁石之间，使得被磁化磁体的N极靠近两侧外部磁石中距离最近的N极一侧，被磁化磁体的S极靠近两侧外部磁石中距离最近的S极一侧；保持所有的外部磁石单体和被磁化磁体的相对位置固定；
(3)将所有的外部磁石单体和被磁化磁体加热，加热温度高于被磁化磁体的工作温度，且处于外部磁石单体的工作范围内；在所述的加热温度下，由两侧的外部磁石单体提供外界磁场，使得外部磁石单体所在位置处的被磁化磁体局部反向磁化；
(4)完成磁化后，冷却，得到多极磁化后的磁体。
作为本发明的优选，步骤(3)中通过调节加热温度，能够满足不同的多极磁化要求：
当加热温度低于被磁化磁体的居里温度，磁化完成后，被磁化磁体中未处于外部磁石单体所在位置的区域恢复初始磁化方向，被磁化位置则形成与初始磁化方向相反的磁化方向；
当加热温度高于被磁化磁体的居里温度，磁化完成后，被磁化磁体中未处于外部磁石单体所在位置的区域磁力消失，被磁化位置则形成与初始磁化方向相反的磁化方向。
作为本发明的优选，外部磁石单体的居里温度高于被磁化磁体的居里温度。
作为本发明的优选，所述的外部磁石单体采用长条状的钐钴磁石，所述的被磁化磁体为薄型磁石。
作为本发明的优选，在步骤(2)之前，还包括使用永磁铁形成的静磁场对被磁化磁体进行预磁化的步骤。
本发明还提出了一种全局加热的多极磁化装置，用于实现上述的多极磁化方法，所述的多极磁化装置包括上层磁石固定结构、被磁化磁体、调高垫块、下层磁石固定结构和外部磁石单体；
所述的外部磁石单体对称安装在上层磁石固定结构和下层磁石固定结构内部；所述的被磁化磁体安装在上层磁石固定结构和下层磁石固定结构之间，被磁化磁体的四周安装有与被磁化磁体厚度一致的调高垫块；
所述的上层磁石固定结构和下层磁石固定结构通过螺栓连接。
作为本发明的优选，所述的上层磁石固定结构和下层磁石固定结构由压板和固定板构成，所述的固定板表面均布开孔阵列，外部磁石单体通过插装的方式与开孔配合；压板安装在固定板的外侧，防止外部磁石单体脱落。
作为本发明的优选，所述的压板和固定板四周设有螺纹孔，螺栓通过螺纹孔连接上层磁石固定结构和下层磁石固定结构。
作为本发明的优选，所述的调高垫块套设在每一个螺栓上。
本发明具备的有益效果是：
1、本发明使用全局加热局部磁化的方式，能够实现通过一次全局加热即可完成多极磁化的目的，操作方便。
2、本发明可通过控制一次全局加热温度满足不同的磁化需求，在保证外界磁场的磁石的工作温度比被磁化磁体的居里温度高，且全局加热温度低于外界磁场的磁石的工作温度的前提下，当全局加热温度高于被磁化磁体的工作温度但低于其居里温度时，可实现仅改变局部位置磁化方向的目的；当全局加热温度高于磁化磁石的居里温度时，可实现改变局部位置磁化方向的同时消除其他区域的磁力的目的。
3、本发明的多极磁化的图案便于调整，不受限制，多极磁化装置可多次重复利用。
附图说明
图1是本发明实施例示出的一种全局加热的多极磁化装置的结构示意图；
图2是本发明实施例示出的一种全局加热的多极磁化装置的结构爆炸示意图；
图3是本发明实施例示出的全局加热的多极磁化原理示意图，(a)初始磁化方向，(b)全局加热状态，(c)局部反向磁化，(d)磁化完全状态；
图4是本发明实施例示出的“正方形”磁化图示意图，全局加热温度高于被磁化磁体的工作温度，小于其居里温度；
图5是本发明实施例示出的“口方形”磁化图示意图，全局加热温度高于被磁化磁体的工作温度，小于其居里温度；
图6是本发明实施例示出的“正方形”磁化图示意图，全局加热温度高于被磁化磁体的居里温度；
图7是本发明实施例示出的“口方形”磁化图示意图，全局加热温度高于被磁化磁体的居里温度；
图中：1-螺栓螺母，2-上层磁石固定结构，21-上层压板，22-上层磁石，23-上层固定板，3-被磁化磁体，4-调高垫块，5-下层磁石固定结构，51-下层磁石，52-下层固定板，53-下层压板。
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。
本发明提出了一种用于实现全局加热的多极磁化装置，如图1-2所示，包括螺栓螺母1、上层磁石固定结构2、被磁化磁体3、调高垫块4、下层磁石固定结构5。所述的上层磁石固定结构2包括上层压板21、上层磁石22、上层固定板23，下层磁石固定结构5包括下层磁石51、下层固定板52、下层压板53。
上层固定板23表面均布开孔，用来固定上层磁石22，磁石通过插装的方式与固定板上的孔配合。同理，下层固定板52表面均布开孔，用来固定下层磁石51。为防止上下层磁石因磁力等因素从装置中脱离，所以在上下层固定板两侧分别安装上层压板21和下层压板53。
磁化磁体3安装在上层磁石固定结构2和下层磁石固定结构5中间，且在上层磁石固定结构2和下层磁石固定结构5之间还安装有4个调高垫块4，调高垫块4分布在磁化磁体3的四周，用于调整上层磁石固定结构2和下层磁石固定结构5之间的距离，以便于适应不同厚度的被磁化磁体。
图1-2示意的装置结构仅为其中一种可行的装配方案，需要说明的是，上层压板21和下层压板53，非多级磁化的关键组成，如果上层磁石22或下层磁石51与上下层固定板的配合关系较为紧密，则可以省去上、下层压板。
本实施例中，提供外部磁化磁场的上下层磁石以钐钴磁石为例。钐钴磁石的居里温度在700-800摄氏度左右，工作温度在350摄氏度左右，其中钐钴1:5(SmCo5)的居里温度为750摄氏度左右，其最高工作温度为250摄氏度左右，其矫顽力在620-750KA/m。钐钴2：17(Sm2Co17)的居里温度在800摄氏度左右，其最高工作温度在250-350摄氏度之间。中间被磁化磁体为居里温度较低的磁石，如钕铁硼(工作温度80-200摄氏度)、铁氧体(工作温度80-100摄氏度)、二氧化铬(工作温度低于120摄氏度)等。以二氧化铬为例，一种其棕黑色粉末状磁粉，它的居里温度为118摄氏度，矫顽力为40-50KA/m，可通过与聚二甲基硅氧烷PDMS等材料混合制备出不同厚度的磁体。二氧化铬为铁磁性材料，当温度升高到居里温度后转变为顺磁性，此时其磁性容易受外界磁场改变。
以钐钴磁石作为提供外部磁化磁场的上下层磁石，磁化过程为：
(1)确定被磁化的图案，以每一个钐钴磁石单体作为图案的一个微小单元，分别将上层钐钴磁石和下层钐钴磁石安装在上下层磁石固定结构中，钐钴磁石的安装位置呈上下对称分布，上下层均呈现预设的图案，且上下层的钐钴磁石的磁极方向一致；
(2)采用永磁铁形成的静磁场对被磁化磁体3进行预磁化，使被磁化磁体3具备预磁化方向的磁力；然后采用与被磁化磁体3厚度一致的调高垫块将被磁化磁体3固定在装配好的上下层磁石固定结构之间，保证预磁化后的N极靠近上下层磁石中距离最近的N极，预磁化后的S极靠近上下层磁石中距离最近的S极，完成装置的组装；
(3)将装置整体加热，加热温度超过被磁化磁体3的工作温度，且温度在钐钴磁石的工作温度范围内，保证钐钴磁石具有铁磁性，提供外界磁场。全局加热磁化后，使得上下层钐钴磁石所在位置处的被磁化磁体反向磁化。
(4)完成磁化后，将装置转移到室温下逐步冷却，未被钐钴磁石磁化的地方恢复部分预磁化方向的磁力，被磁化位置则形成与初始方向相反的磁化方向。由此实现全局加热但局部磁化的磁化过程。
磁化原理如图3所示，被磁化磁体以二氧化铬磁体为例进行说明。初始二氧化铬的磁化方向如图3(a)所示，将上层钐钴磁石22安装在开孔的上层固定板23中，将下层钐钴磁石51安装在开孔的下层固定板52中，上层钐钴磁石22与下层钐钴磁石51的位置一一对应，产生如图3(b)所示的外界磁场，当全局加热温度超过二氧化铬的工作温度后，其矫顽力值较小，容易被磁化。但由于钐钴磁石的居里温度比二氧化铬的居里温度高，所以升温温度还在钐钴磁石的工作温度范围内，因而钐钴磁石仍能保持铁磁性。在钐钴磁石上下成对布置的地方，此处二氧化铬能被反向磁化，从而实现局部与预磁化方向相反的多极磁化过程。在降温后，未被钐钴磁石反方向磁化的地方能够恢复为预磁化方向，局部反向多极磁化如图3(c)所示，图中仅有两组钐钴磁石，用做示意说明，实际可以任意选择数量和安放位置。最终二氧化铬实现局部被磁化如图3(d)所示。
本发明能实现多种磁化形状，如图4和6所示的是“正方形”磁化示意图，图5-7是“口字形”磁化的示意图，另外需说明，图中钐钴磁石22的数量和阵列的方式仅为示意，可以改变，增加数量或排列方式，只要保证上下两层钐钴磁石安装位置对称分布即可。
本发明可通过控制一次全局加热温度满足不同的磁化需求。在保证外界磁场的磁石的工作温度比被磁化磁体的居里温度高，且全局加热温度低于外界磁场的磁石的工作温度的前提下，当全局加热温度高于被磁化磁体的工作温度但低于其居里温度时，如图4和图5所示，可实现仅改变局部位置磁化方向的目的，其他区域的磁力会恢复为预磁化方向。当全局加热温度高于磁化磁石的居里温度时，如图6和图7所示，在未安装钐钴磁石的位置会产生不可逆退磁，实现改变局部位置磁化方向的同时消除其他区域的磁力的目的。
本发明通过全局加热局部反向的方法，使得被磁化磁体能被磁化出任意的磁化形状，只需变换钐钴磁石的数量或其摆放的位置。相比于激光磁化，此方法更加便捷，无需繁琐的控制装置和激光加热装置，一次全局加热就能实现多极磁化。
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 (9)

1.一种全局加热的多极磁化方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定被磁化的图案，将外部磁石单体拼成图案形状，对称分布在被磁化磁体的两侧，所有外部磁石单体的磁极方向保持一致；
(2)将被磁化磁体固定在两侧的外部磁石之间，使得被磁化磁体的N极靠近两侧外部磁石中距离最近的N极一侧，被磁化磁体的S极靠近两侧外部磁石中距离最近的S极一侧；保持所有的外部磁石单体和被磁化磁体的相对位置固定；
(3)将所有的外部磁石单体和被磁化磁体加热，加热温度高于被磁化磁体的工作温度，且处于外部磁石单体的工作范围内；在所述的加热温度下，由两侧的外部磁石单体提供外界磁场，使得外部磁石单体所在位置处的被磁化磁体局部反向磁化；
(4)完成磁化后，冷却，得到多极磁化后的磁体。
2.根据权利要求1所述的全局加热的多极磁化方法，其特征在于，步骤(3)中通过调节加热温度，能够满足不同的多极磁化要求：
当加热温度低于被磁化磁体的居里温度，磁化完成后，被磁化磁体中未处于外部磁石单体所在位置的区域恢复初始磁化方向，被磁化位置则形成与初始磁化方向相反的磁化方向；
当加热温度高于被磁化磁体的居里温度，磁化完成后，被磁化磁体中未处于外部磁石单体所在位置的区域磁力消失，被磁化位置则形成与初始磁化方向相反的磁化方向。
3.根据权利要求1所述的全局加热的多极磁化方法，其特征在于，外部磁石单体的居里温度高于被磁化磁体的居里温度。
4.根据权利要求1所述的全局加热的多极磁化方法，其特征在于，所述的外部磁石单体采用长条状的钐钴磁石。
5.根据权利要求1所述的全局加热的多极磁化方法，其特征在于，在步骤(2)之前，还包括使用永磁铁形成的静磁场对被磁化磁体进行预磁化的步骤。
6.一种全局加热的多极磁化装置，用于实现权利要求1所述的多极磁化方法，其特征在于，所述的多极磁化装置包括上层磁石固定结构(2)、被磁化磁体(3)、调高垫块(4)、下层磁石固定结构(5)和外部磁石单体；
所述的外部磁石单体对称安装在上层磁石固定结构(2)和下层磁石固定结构内部；所述的被磁化磁体(3)安装在上层磁石固定结构(2)和下层磁石固定结构(5)之间，被磁化磁体(3)的四周安装有与被磁化磁体(3)厚度一致的调高垫块(4)；
所述的上层磁石固定结构(2)和下层磁石固定结构(5)通过螺栓连接。
7.根据权利要求6所述的全局加热的多极磁化装置，其特征在于，所述的上层磁石固定结构(2)和下层磁石固定结构(5)由压板和固定板构成，所述的固定板表面均布开孔阵列，外部磁石单体通过插装的方式与开孔配合；压板安装在固定板的外侧，防止外部磁石单体脱落。
8.根据权利要求7所述的全局加热的多极磁化装置，其特征在于，所述的压板和固定板四周设有螺纹孔，螺栓通过螺纹孔连接上层磁石固定结构(2)和下层磁石固定结构(5)。
9.根据权利要求6所述的全局加热的多极磁化装置，其特征在于，所述的调高垫块(4)套设在每一个螺栓上。
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