CN117275874A - 一种内外圆单极辐射磁环充磁装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内外圆单极辐射磁环充磁装置，属于永磁材料充磁技术领域。本发明包括外环夹具以及设置在该外环夹具内腔中的内环夹具，所述的内、外环夹具之间留有供待充磁磁环放入的放置区域；其中，所述的内、外环夹具均包括多个铁芯以及缠绕在该铁芯上的充磁线圈，所述充磁线圈的绕线规则根据右手螺旋定则实施，内、外环夹具的充磁线圈的绕制方向一致，且串联设置。当脉冲电激发磁场时，在放置区域形成N/S沿径向方向一致的辐射磁场，从而可对磁环进行饱和充磁，使其磁性能达到最优。
Description
技术领域
本发明属于永磁材料充磁技术领域，更具体地说，涉及一种内外圆单极辐射磁环充磁装置。
背景技术
在当前情况下永磁材料内外圆单极辐射磁环充磁方案主要有两种：一种是采用直流电磁铁充磁，其原理是在线圈中通过恒流的直流电，电磁铁与附加铁块形成闭合回路。使线圈产生恒定磁场，便有激磁电流流过，产生磁场。将待充磁磁环放入该充磁磁场内，便可实现磁环充磁。该种方案存在的问题为：1、其充磁磁场低，会导致磁环产品的充磁饱和度不足，即磁性能不能达到最优；2、连续工作发热严重，存在小比例(一般为1％～3％)的充磁性能不合格。
另一种是采用永磁磁路设计形成环形辐向磁路空间，再将待充磁磁环放入该磁场空间内进行磁化充磁。这样的充磁磁场强度较第一种更弱，一般只能对较低矫顽力的永磁磁环进行充磁，如铁氧体、铝镍钴等材料制作的磁环。
经检索，中国专利公开号为CN 217655718 U的申请案，公开了一种磁环用充磁装置。该申请案包括相对设置的两充磁部，两充磁部的相互临近处均设有铁芯和围成环形的线圈，所述线圈所构成的环形结构与待充磁磁环工件所构成的环形结构形状相同，一个铁芯上设有至少三个内外套设的线圈，另一个铁芯上设有至少一个线圈，所述线圈同轴设置，两充磁部的线圈之间设有磁环放置空间；当线圈通电时，相邻两线圈的通电电流方向相反；当待充磁磁环工件位于磁环放置空间内时，待充磁磁环工件两侧端面的中部处均具有一线圈。该申请案具有能使充磁后的注塑磁环的端面磁场强度更大的优点。
又如，中国专利公开号为CN 219040173 U的申请案，公开了一种导线不均匀排列的充磁线圈。该申请案包括铁芯，在铁芯的嵌线槽中适当间隔地、非均等地嵌入多匝数线圈和少匝数线圈，全部充磁线圈的导线是串联在一起的，利用多匝数线圈针对工件加强充磁；利用少匝数线圈主要是将各线圈电路连续，使转子极性对应。本实用新型根据具体待充磁工件的结构有区别地相应设计充磁线圈，尤其是在不同部位设置不同的匝数，在铁芯的嵌线槽中适当间隔地嵌入多匝数线圈和少匝数线圈，抓住主要矛盾，提高充磁效率；可满足各种不同的需求；在满足充磁要求的情况下，使导线的电流尽量小，从而延长充磁线圈的使用寿命；间隙性多次充磁，最终达到整个转子的磁性能需求。
上述两篇相关文件，针对现有充磁磁场低的问题，均未得到有效的解决。
发明内容
1、要解决的问题
针对以上现有技术中存在的至少一些问题，本发明提出一种内外圆单极辐射磁环充磁装置，其目的在于解决现有的磁环充磁装置，其充磁磁场低，导致磁环产品的充磁饱和度不足，从而无法达到其最优磁性能的问题。
2、技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的一种内外圆单极辐射磁环充磁装置，包括外环夹具以及设置在该外环夹具内腔中的内环夹具，所述的内、外环夹具之间留有供待充磁磁环放入的放置区域；其中，所述的内、外环夹具均包括多个铁芯以及缠绕在该铁芯上的充磁线圈，当脉冲电激发磁场时，在放置区域形成N/S沿径向方向一致的辐射磁场。
进一步地，所述充磁线圈的绕线规则根据右手螺旋定则实施，其中，内、外环夹具的充磁线圈的绕制方向一致，且串联设置。
进一步地，所述内、外环夹具的铁芯错位分布。
进一步地，所述的铁芯为T型结构，内、外T型铁芯的翼部相对设置，且各自夹具的T型铁芯的翼部相互连接形成一整环。
进一步地，所述内、外环夹具的铁芯均设有5个，且各自铁芯上的充磁线圈为顺时针绕制。
进一步地，所述充磁线圈的匝数为3～12匝，直径为1mm～3.5mm。
进一步地，所述放置区域的宽度比待充磁磁环的宽度大0.03～0.10mm。
进一步地，还包括脉冲电源，所述的脉冲电源配备3500微法电容器及可调充磁电压开关，其范围为100V～1200V。
进一步地，所述内、外环夹具的内部均设有环流水道。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种内外圆单极辐射磁环充磁装置，内、外环夹具均包括多个铁芯以及缠绕在该铁芯上的充磁线圈，将待充磁磁环放入内、外环夹具之间的放置区域内；当脉冲电激发磁场时，在放置区域形成辐射磁场；由于脉冲电在线圈中的电流强度为数千至上万安培，根据右手螺旋定则，能产生高于0.8T-3T的高强度磁场，从而使得该放置区域内的充磁强度要远远高于传统的充磁磁场，从而可对磁环进行饱和充磁，使其磁性能达到最优。
(2)本发明的一种内外圆单极辐射磁环充磁装置，所述充磁线圈的绕线规则根据右手螺旋定则实施，其中，内、外环夹具的充磁线圈的绕制方向一致，且串联设置，从而保证了放置区域内形成N/S沿径向方向一致的辐射磁场。
(3)本发明的一种内外圆单极辐射磁环充磁装置，所述内、外环夹具的铁芯错位分布，有利于保证待充磁磁环环向充磁的均匀性；同时，所述的铁芯为T型结构，内、外T型铁芯的翼部相对设置，且各自夹具的T型铁芯的翼部相互连接形成一整环，使得放置区域变为两侧封闭的环形区域，从而使得该环形区域内磁场均匀度更好。
附图说明
图1为本发明的一种内外圆单极辐射磁环充磁装置的整体结构示意图；
图2为本发明中放置区域内磁场效果图示意图；
图3为本发明中磁环充磁后的效果示意图；
图4为本发明中充磁线圈的绕线示意图。
图中：1、外环夹具；11、铁芯；12、充磁线圈；2、内环夹具；3、待充磁磁环。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种内外圆单极辐射磁环充磁装置，包括外环夹具1和内环夹具2。其中，所述的内环夹具2位于外环夹具1的内腔中，且两者间留有供待充磁磁环3放入的放置区域。
所述的外环夹具1与内环夹具2的结构基本相同，均包括呈环形分布的铁芯11以及缠绕在该铁芯11上的充磁线圈12。当脉冲电激发磁场时，可在放置区域形成N/S沿径向方向一致(由内向外的N-S或S-N)的辐射磁场，用于对待充磁磁环3进行充磁操作。
为方便下文的表述，外环夹具1的铁芯11、充磁线圈12分别为外铁芯和外线圈；内环夹具2的铁芯11、充磁线圈12分别为内铁芯和内线圈。
具体地，所述的铁芯11采用磁导率良好的电工纯铁或硅钢作为铁芯，其磁导率为10000～30000，产生磁场均匀性好。
所述的充磁线圈12为铜纱包线绕组，优选为密度为8-9g/cm3的工业纯铜。且该充磁线圈12匝数在3～12匝，直径介于1mm～3.5mm(也可用扁线，截面尺寸为1*1mm～2*4mm之间)。工业纯铜电阻率低、价格较低廉，制作成合适的安匝数的线圈可以较其他材料(如铝)在工作过程中产生更小的热量，使得长期充磁工作时能确保磁场长期稳定。
本实施例的一种内外圆单极辐射磁环充磁装置，所述的充磁线圈12的绕线规则根据右手螺旋定则实施。以图1所示，内、外线圈均采用5个的设计方式，观察方向确定为由外圆指向圆心。
如果外线圈的绕制方向为顺时针(电流沿观察方向为顺时针)；则内线圈绕制方向也采用顺时针，并将总共的10个线圈全部串联起来，确保磁场N/S沿径向方向一致。线圈的具体串联方式可参考图4。
参考图2所示，当脉冲电激发磁场时，可达到磁环放置区域腔体磁场为外圆N极、内圆S极的辐射磁场。当把待充磁磁环3放入该放置区域的腔体，并激发脉冲电流，则可对待充磁磁环3进行饱和充磁。该充磁后磁环外圆显示S极，内圆显示N极。通过转换电流方向或将线圈绕制方向由顺时针改为逆时针，都可将磁环充磁成内圆S极、外圆N极的状态(如图3所示)。
当然，本实施例的一种内外圆单极辐射磁环充磁装置，需要配备有脉冲电源。具体到本实施例中，脉冲电源配备3500微法电容器及可调充磁电压开关，范围为100V～1200V。
本实施的一种内外圆单极辐射磁环充磁装置，其充磁磁场形成所依据原理为通电螺线管右手螺旋定则。电容短路触发0.8KA～30KA的脉冲电流经过线圈，由法拉第电磁感应定律，瞬间产生0.8T-3T的充磁磁场，即是高充磁场的来源。
相比于目前行业采用永磁体磁场或直流电磁场，磁场强度在0.4～1.0T。本实施例的充磁装置产生的充磁磁场明显提高，从而可对磁环进行饱和充磁，使其磁性能达到最优。
另外，按照以上方法，进行了钕铁硼、铁氧体等多种磁性材料和不同尺寸的辐射环充磁。根据磁环充磁性能要求，充磁夹具也进行了不同充磁线圈数量的设计，以下举例其充磁线圈绕线方式都以沿观察方向顺时针绕制来实施。同时，将本实施例的充磁方式与传统的直流电磁场充磁方式进行对比(见表一、表二)。
表一、脉冲充磁方式充磁数据
表二、直流电方式充磁数据
从上表中，可以看出，相比于传统的直流电磁场充磁方式，本实施例的脉冲充磁方式较之相比，因其脉冲电流明显优于直流电数值，使得表磁明显提高8-15％，磁材性能得到更好开发，对于电机端应用有更优的选择方案。
实施例2
为进一步保证待充磁磁环3的充磁效果。本实施例对铁芯11的具体设置方式及结构做进一步的改进。
具体地，参考图1所示，所述的内铁芯与外铁芯错位设置，这样设计会使得放置区域内辐射磁场的均匀性更好，从而保证磁环充磁的均匀性。
进一步地，所述的铁芯11为T型铁芯，该T型铁芯包括腹部和翼部。所述的充磁线圈12绕制在各自T型铁芯的腹部上；内、外T型铁芯的翼部相对设置，且该T型铁芯翼部的两端尽量长，从而使得同一圆环上相邻翼部间的距离尽量小。优选地，同一圆环上相邻翼部的端部相互连接，使得同一夹具内的T型铁芯翼部形成一整体。
也就是说，外环夹具1的内圈、内环夹具2的外圈各自形成一整环，使得放置区域变为两侧封闭的环形区域，这样磁场均匀度更好。
另外，所述放置区域的宽度比待充磁磁环3的宽度大0.03～0.10mm。这样设计，一方面保证待充磁磁环3能够顺利地放入放置区域内；另一方面，防止放置区域的宽度过大，影响充磁效果。
需要注意的是，上述放置区域的宽度指的是，内侧T型铁芯的翼部所形成的外环到外侧T型铁芯的翼部所形成的内环之间的距离；待充磁磁环3的宽度，指的是磁环内圈到外圈之间的距离。
当然，为了防止装置在工作过程中发热而影响到充磁效果。所述内、外环夹具的内部均设有环流水道，可采用冷却水/油进行夹具工作时的降温。值得注意的是，这里的环流水道可采用现有技术，在此不再赘述。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种内外圆单极辐射磁环充磁装置，其特征在于：包括外环夹具(1)以及设置在该外环夹具(1)内腔中的内环夹具(2)，所述的内、外环夹具之间留有供待充磁磁环(3)放入的放置区域；其中，所述的内、外环夹具均包括多个铁芯(11)以及缠绕在该铁芯(11)上的充磁线圈(12)，当脉冲电激发磁场时，在放置区域形成N/S沿径向方向一致的辐射磁场。
2.根据权利要求1所述的一种内外圆单极辐射磁环充磁装置，其特征在于：所述充磁线圈(12)的绕线规则根据右手螺旋定则实施，其中，内、外环夹具的充磁线圈(12)的绕制方向一致，且串联设置。
3.根据权利要求2所述的一种内外圆单极辐射磁环充磁装置，其特征在于：所述内、外环夹具的铁芯(11)错位分布。
4.根据权利要求3所述的一种内外圆单极辐射磁环充磁装置，其特征在于：所述的铁芯(11)为T型结构，内、外T型铁芯的翼部相对设置，且各自夹具的T型铁芯的翼部相互连接形成一整环。
5.根据权利要求4所述的一种内外圆单极辐射磁环充磁装置，其特征在于：所述内、外环夹具的铁芯(11)均设有5个，且各自铁芯(11)上的充磁线圈(12)为顺时针绕制。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种内外圆单极辐射磁环充磁装置，其特征在于：所述充磁线圈(12)的匝数为3～12匝，直径为1mm～3.5mm。
7.根据权利要求6所述的一种内外圆单极辐射磁环充磁装置，其特征在于：所述放置区域的宽度比待充磁磁环(3)的宽度大0.03～0.10mm。
8.根据权利要求7所述的一种内外圆单极辐射磁环充磁装置，其特征在于：还包括脉冲电源，所述的脉冲电源配备3500微法电容器及可调充磁电压开关，其范围为100V～1200V。
9.根据权利要求8所述的一种内外圆单极辐射磁环充磁装置，其特征在于：所述内、外环夹具的内部均设有环流水道。
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