CN114783752A - 环状海尔贝克磁阵列的制造系统和制造方法 - Google Patents

环状海尔贝克磁阵列的制造系统和制造方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种环状海尔贝克磁阵列的制造系统和制造方法，通过设置三个同心的环带区（由外向内依次为充磁区、涂胶区和拼接固化区）和自圆心向外延伸、等角度排列设置的多条传送带，利用传送带依次将充磁区完成充磁的磁体单元传送至涂胶区，将涂胶区完成涂胶的磁体单元传送至拼接固化区，最终完成拼接固化组成环状海尔贝克磁阵列，提高了生产效率、质量及效益。

Description

环状海尔贝克磁阵列的制造系统和制造方法
技术领域
本申请涉及充磁技术领域，具体涉及一种环状海尔贝克磁阵列的制造系统和制造方法。
背景技术
海尔贝克阵列(Halbach Array或者Halbach permanent magnet)是一种磁体结构，它是工程上的近似理想结构，它利用特殊的磁体单元的排列，增强单位方向上的场强，目标是用最少量的磁体产生最强的磁场。海尔贝克阵列由永磁材料构成，通过将不同充磁方向的永磁体按照一定规律排列，能够在磁体一侧汇聚磁力线，而在另一侧削弱磁力线，从而获得比较理想的单边磁场。海尔贝克阵列以出色的磁场分布特性，被广泛应用于工业领域。直线型是最基础的海尔贝克阵列组成形式。环状海尔贝克阵列可视为将直线型海尔贝克阵列首尾相接组合而形成圆环状。
发明内容
本申请主要解决的技术问题是，提供一种环状海尔贝克磁阵列的制造系统和制造方法。
第一方面，本申请提供一种环状海尔贝克磁阵列的制造系统，所述环状海尔贝克磁阵列由多个磁体单元组成，所述制造系统包括：同圆心设置的三个环带区和自所述圆心等角度排列设置的多条传送带，所述三个环带区自外向内依次为充磁区、涂胶区和拼接固化区；所述传送带被配置成在所述三个环带区之间传送所述磁体单元，使得所述磁体单元在所述充磁区完成充磁后抵达所述涂胶区，在所述涂胶区完成涂胶后抵达所述拼接固化区，以及在所述拼接固化区完成拼接固化，组成所述环状海尔贝克磁阵列。
在一些可选的实施方式中，所述充磁区与所述传送带的交接处设置有充磁线圈以及用于固定待充磁的所述磁体单元的治具座。
在一些可选的实施方式中，所述治具座与所述充磁线圈被配置成能够相对转动预设角度。
在一些可选的实施方式中，所述传送带包括夹具，用于从上下两面夹紧待传送的所述磁体单元。
在一些可选的实施方式中，所述涂胶区与所述传送带的交接处设置有点胶设备，所述点胶设备被配置成对所述磁体单元的两侧表面进行涂胶。
在一些可选的实施方式中，所述拼接固化区设置有拼接及固化设备，所述拼接及固化设备被配置成将完成点胶的多个所述磁体单元拼接成圆环状，并从上下两面夹紧固定，以及进行固化作业。
在一些可选的实施方式中，所述多个磁体单元包括至少两组，每组包括至少两个待充磁方向及大小完全相同的磁体单元，所述制造系统被配置成分多次对所述多个磁体单元充磁，每次完成同一组内的至少两个磁体单元的饱和充磁。
第二方面，本申请提供一种环状海尔贝克磁阵列的制造方法，应用于如第一方面所述的环状海尔贝克磁阵列的制造系统，所述方法包括：将多个磁体单元分别置于充磁区，按照预设的充磁方向进行充磁；利用传送带将完成充磁的磁体单元输送到涂胶区进行涂胶；利用传送带将完成涂胶的磁体单元输送到拼接固化区进行拼接固化，组成环状海尔贝克磁阵列。
在一些可选的实施方式中，所述多个磁体单元包括至少两组，每组包括至少两个待充磁方向及大小完全相同的磁体单元，所述按照预设的充磁方向进行充磁包括：分多次对所述多个磁体单元充磁，每次完成同一组内的至少两个磁体单元的饱和充磁。
在一些可选的实施方式中，方法还包括：对所述环状海尔贝克磁阵列进行二次固化。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
提供了一种环状海尔贝克磁阵列的制造系统和制造方法，通过设置三个同心的环带区(由外向内依次为充磁区、涂胶区和拼接固化区)和自圆心向外延伸、等角度排列设置的多条传送带，利用传送带依次将充磁区完成充磁的磁体单元传送至涂胶区，将涂胶区完成涂胶的磁体单元传送至拼接固化区，最终完成拼接固化组成环状海尔贝克磁阵列。该制造系统可以对多个磁体单元统一充磁、点胶和拼接固化，方便快捷的制成环状海尔贝克磁阵列，提高了生产效率、质量及效益。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，并不用于限制本申请。
图1是一种单一磁铁的磁力线分布图；
图2是一种直线型海尔贝克阵列的磁力线分布图；
图3是一种环状海尔贝克磁阵列的示意图；
图4是本申请一个实施例提供的一种环状海尔贝克磁阵列的制造系统的示意图；
图5是几种环状海尔贝克磁阵列的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面通过具体实施例，分别进行详细的说明。
参考图1，图1中(a)表示一个单一磁铁，北(N)极全部向上，可以看出磁场的强度位于磁铁的底部和顶部。图1中(b)是一个海尔贝克阵列，磁铁顶部的磁场较高，而底部则相对薄弱。同等体量下海尔贝克阵列磁铁组的强侧表面磁场强度约为传统单颗磁铁的√2倍(即1.4倍)。
参考图2，图2是一种将直线型海尔贝克磁阵列首尾相接组合而形成的环状海尔贝克磁阵列磁系统的磁力线分布图。示例性的，一种常用的中、小型环状海尔贝克磁阵列的具体实践中，组成环状海尔贝克磁阵列的可以是12块轴瓦状的磁体单元，各磁体单元是由一圆环状磁体等分而成的。按图2所示的磁场方向对各磁体单元进行分别磁化，即获得所需要的、在内腔中形成所预设方向磁场的环状海尔贝克磁阵列。
由于环状海尔贝克磁阵列磁铁的应用很广泛，所以环状海尔贝克磁阵列磁铁的制造是广为人们所重视的，当然其制造方法也同样是人们所关心的，本申请实施例提供一种环状海尔贝克磁阵列磁铁的制造系统和制造方法。
参考图3，示例性的，组成环状海尔贝克磁阵列100的各个磁体单元例如有12个，分别标记为101至112。本申请实施例的制造系统例如可以用来制造包括但不限于如图3所示的环状海尔贝克磁阵列100。
参考图4，图4是本申请一个实施例提供的一种环状海尔贝克磁阵列的制造系统20的示意图。图4所示是一个辐射形的生产系统图，其中，X—Y平面是水平面，Z轴方向是垂直于水平面铅垂方向。
本申请实施例的制造系统20包括：自中心O向外延伸、等角度排列设置的多条传送带21和以中心O为圆心、同圆心设置的三个环带区22，三个环带区22自外向内依次为充磁区22A、涂胶区22B和拼接固化区22C。以制造如图3所示的海尔贝克磁阵列100为例，传送带21可以设置12条。这里，传送带21被配置成在三个环带区22之间传送磁体单元10，使得磁体单元10在充磁区22A完成充磁后抵达涂胶区22B，在涂胶区22B完成涂胶后抵达拼接固化区22C，以及在拼接固化区22C完成拼接固化，组成环状海尔贝克磁阵列100。
可选的，充磁区22A和各传送带21的交接处安装有充磁线圈及用于固定待充磁的磁体单元的治具座。且进一步的，治具座与充磁线圈被配置成能够相对转动预设角度。进行制造作业时，预先将待充磁的磁体单元放入治具座中，下一步就是利用充磁线圈进行充磁。可选的，充磁线圈及治具座间相对位置可以转动一定角度后固定，充磁完毕后，又可按要求恢复原位。
可选的，磁体单元充磁后由一个上、下两面夹紧的夹具夹持固定，再通过传送带21传送至涂胶区22B。
可选的，涂胶区22B与各传送带21的交接处设置有点胶设备，点胶设备被配置成对磁体单元的两侧表面进行涂胶。两侧涂胶后的磁体单元再通过传送带21传送至拼接固化区22C。
可选的，拼接固化区22C设置有拼接及固化设备，拼接及固化设备被配置成将完成点胶的多个磁体单元拼接成圆环状，以及进行固化作业。可选的，为防止磁力相互作用而使拼接变形，可以从磁体单元的上下两面夹紧固定，以使固化效果最佳。可选的，为保证胶接固化的效果，可以在拼接固化完成后由机械手取出环状海尔贝克磁阵列，送入烘道再保持一定温度进行二次固化，以实现更好的加固。
下面简述充磁工艺：
一般充磁时是使用升压变压器，并以恒流模式把市电整流成直流电并对蓄能电容进行恒流式充电，电容电压达到设定值后进入稳压模式；在需要充磁的时候，通过大功率开关对充磁线圈进行瞬间放电，由于充磁线圈的电阻远小于电感，总体的放电电流超过10千安培，以便把蓄能电容的能量最大化的转换成充磁线圈的磁能以进行充磁。
本申请实施例中，对于环状海尔贝克磁阵列充磁时，利用其对称性是本申请实施例的关注点。如图5中(a)、(b)、(c)所示的几种情况，各磁体单元的充磁方向是具有明显的对称性、可通用性的。
在图5(a)所示，磁体单元1、4、7、10的线圈充磁方向、大小都相同；磁体单元2、8的线圈充磁方向、大小都相同；磁体单元3、9的线圈充磁方向、大小都相同；磁体单元5、11的线圈充磁方向、大小都相同；磁体单元6、12的线圈充磁方向、大小都相同；这在充磁中可以充分应用。
在图5(b)所示，磁体单元1、5、9的线圈充磁方向、大小都相同；磁体单元2、6、10的线圈充磁方向、大小都相同；磁体单元3、7、11的线圈充磁方向、大小都相同；磁体单元4、8、12的线圈充磁方向、大小都相同；这在充磁中可以充分应用。
在图5(c)所示，磁体单元1、7的线圈充磁方向、大小都相同；磁体单元2、8的线圈充磁方向、大小都相同；磁体单元3、9的线圈充磁方向、大小都相同；磁体单元4、10的线圈充磁方向、大小都相同；磁体单元5、11的线圈充磁方向、大小都相同；磁体单元6、12的线圈充磁方向、大小都相同。这在充磁中可以充分应用。
本申请实施例中，可以根据实际需求，利用仿真技术先描绘出磁力图再从中确定其对对称性、可通用性。
其次，由于多个磁体单元包括至少两组，每组包括至少两个待充磁方向及大小完全相同的磁体单元，则充磁步骤可以用分组充磁法，即，分多次对磁阵列的多个磁体单元充磁，每次对其中一组磁体单元(包括至少两个磁体单元)进行充分充磁至饱和，从而逐次完成整个环状海尔贝克磁阵列的充磁。
进一步可选的，环状海尔贝克磁阵列磁铁的磁极位置对具体的应用有着重要作用，可以根据预设的磁场而在充磁时预先标出N极和S极的位置。
为便于理解和实施本申请的技术方案，本申请实施例还提供一种环状海尔贝克磁阵列的制造方法，该方法应用于如上文所述的环状海尔贝克磁阵列的制造系统。
本申请实施例中，制造方法包括：
S1、将多个磁体单元分别放置于多条传送带与充磁区的交接处，按照预设的充磁方向进行充磁；
S2、利用传送带将完成充磁的磁体单元输送到涂胶区进行涂胶；
S3、利用传送带将完成涂胶的磁体单元输送到拼接固化区进行拼接固化，组成环状海尔贝克磁阵列。
一些可选的实施方式中，多个磁体单元包括至少两组，每组包括至少两个待充磁方向及大小完全相同的磁体单元，步骤S1中按照预设的充磁方向进行充磁包括：分多次对多个磁体单元充磁，每次完成同一组内的至少两个磁体单元的饱和充磁。
一些可选的实施方式中，制造方法还包括：对环状海尔贝克磁阵列进行二次固化。
以上，本申请实施例提出了一种环状海尔贝克磁阵列的制造系统和制造方法，本申请实施例通过设置三个同心的环带区(由外向内依次为充磁区、涂胶区和拼接固化区)和自圆心向外延伸、等角度排列设置的多条传送带，利用传送带依次将充磁区完成充磁的磁体单元传送至涂胶区，将涂胶区完成涂胶的磁体单元传送至拼接固化区，最终完成拼接固化组成环状海尔贝克磁阵列。该制造系统可以对多个磁体单元统一充磁、点胶和拼接固化，方便快捷的制成环状海尔贝克磁阵列，提高了生产效率、质量及效益。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
应当理解，上述各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员，可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和保护范围。

Claims (10)

1.一种环状海尔贝克磁阵列的制造系统，所述环状海尔贝克磁阵列由多个磁体单元组成，其特征在于，所述制造系统包括：同圆心设置的三个环带区和自所述圆心向外延伸、等角度排列设置的多条传送带，所述三个环带区自外向内依次为充磁区、涂胶区和拼接固化区；所述传送带被配置成在所述三个环带区之间传送所述磁体单元，使得所述磁体单元在所述充磁区完成充磁后抵达所述涂胶区，在所述涂胶区完成涂胶后抵达所述拼接固化区，以及在所述拼接固化区完成拼接固化，组成所述环状海尔贝克磁阵列。
2.根据权利要求1所述的环状海尔贝克磁阵列的制造系统，其特征在于，所述充磁区与所述传送带的交接处设置有充磁线圈以及用于固定待充磁的所述磁体单元的治具座。
3.根据权利要求2所述的环状海尔贝克磁阵列的制造系统，其特征在于，所述治具座与所述充磁线圈被配置成能够相对转动预设角度。
4.根据权利要求1所述的环状海尔贝克磁阵列的制造系统，其特征在于，所述传送带包括夹具，用于从上下两面夹紧待传送的所述磁体单元。
5.根据权利要求1所述的环状海尔贝克磁阵列的制造系统，其特征在于，所述涂胶区与所述传送带的交接处设置有点胶设备，所述点胶设备被配置成对所述磁体单元的两侧表面进行涂胶。
6.根据权利要求1所述的环状海尔贝克磁阵列的制造系统，其特征在于，所述拼接固化区设置有拼接及固化设备，所述拼接及固化设备被配置成将完成点胶的多个所述磁体单元拼接成圆环状，并从上下两面夹紧固定，以及进行固化作业。
7.根据权利要求2所述的环状海尔贝克磁阵列的制造系统，其特征在于，所述多个磁体单元包括至少两组，每组包括至少两个待充磁方向及大小完全相同的磁体单元，所述制造系统被配置成分多次对所述多个磁体单元充磁，每次完成同一组内的至少两个磁体单元的饱和充磁。
8.一种环状海尔贝克磁阵列的制造方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的环状海尔贝克磁阵列的制造系统，所述方法包括：
将多个磁体单元分别置于充磁区，按照预设的充磁方向进行充磁；
利用传送带将完成充磁的磁体单元输送到涂胶区进行涂胶；
利用传送带将完成涂胶的磁体单元输送到拼接固化区进行拼接固化，组成环状海尔贝克磁阵列。
9.根据权利要求8所述的环状海尔贝克磁阵列的制造方法，其特征在于，所述多个磁体单元包括至少两组，每组包括至少两个待充磁方向及大小完全相同的磁体单元，所述按照预设的充磁方向进行充磁包括：分多次对所述多个磁体单元充磁，每次完成同一组内的至少两个磁体单元的饱和充磁。
10.根据权利要求8所述的环状海尔贝克磁阵列的制造方法，其特征在于，还包括：对所述环状海尔贝克磁阵列进行二次固化。
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