CN1911622A - 各向异性粘结稀土永磁体取向成型装置 - Google Patents

Abstract

各向异性粘结稀土永磁体取向成型装置，它涉及稀土粘结永磁体的取向成型装置。为解决现有技术在完成磁场取向时不能得到理想退磁的问题，本发明包括上模冲头(1)、下模冲头(2)、模套(3)、线圈(4)和电流源(5)，上模冲头的下端头和下模冲头的上端头分别置于模套内的上部和下部，所述模套的外侧缠绕有线圈，所述线圈的两端分别与电流源的两个接线端连接，电流源产生的电流通入到线圈中形成正弦振荡减幅磁场。本发明所述的线圈产生的正弦振荡减幅磁场，可同时完成磁场取向及理想退磁两个过程，使在模套内的磁体合金粉末与结合树脂的混合体在此正弦振荡减幅磁场下取向后被压缩成型，不必进行取向成型后的退磁工序，可以低成本制造性能优异的各向异性粘结稀土永磁体。

Description

各向异性粘结稀土永磁体取向成型装置

技术领域

本发明涉及各向异性粘结稀土永磁体的取向成型装置。

背景技术

当前的各项异性永磁体大致分为烧结磁体和粘结磁体，制造上述永磁体时需要将粉末经磁场取向并压缩成型。各项异性粘结磁体的主要制造方式之一是通过在磁场取向压制成型装置中将磁体合金粉末与聚合物或其它粘结剂的混合体压缩成型来制造的。

各向异性粘结磁体的磁各向异性的形成，是通过各向异性磁体粉末在磁场成型工序中得到取向完成的，而且，磁性材料制造过程中需要材料无剩磁，所以各项异性材料取向后，必须完全退磁，这是一个难题；因此，磁各向异性磁体粉末在磁场成型过程中取向和退磁的好坏直接影响粘结磁体的磁特性和生产效率。

作为当前高性能各向异性永磁体，稀土类磁体显示了优良的磁特性，特别是各向异性粘结稀土永磁体更具优越性和广泛的应用及市场前景。目前，各向异性粘结稀土永磁体还不能进行工业化规模生产；其中原因除受各向异性粘结稀土永磁磁粉的制造技术和成熟度影响外，成型工艺及相关设备技术的不成熟也是制约各向异性粘结稀土永磁体大规模生产制造的因素，其中磁场取向及取向后的退磁技术更是关键。

从磁场取向压制成型装置中取出未得到理想退磁的成型体时，成型体的剩磁会使脱模变得麻烦，同时，成型体相互间会互相吸引粘在一起，散落在模腔周围的磁性粉末也会强力附着在成型体上，这会对以后的工序产生大的障碍，造成生产效率低下；更严峻的是，在粘结磁体上如果残留较强的剩磁，热固化工序会使成型体磁能积下降甚至变形而无法使用。另外，由于这些稀土磁粉具有较高的矫顽力，取向磁场越强，则剩磁越强，团聚和桥接现象越严重，也会直接影响了取向度的提高，同时，磁性桥接会影响磁体粉末的均匀填充和造成较大的空隙，使得压制后的成型体密度降低，不能获得高的磁性能；退磁问题是公知的难题。

为去除取向磁化后的剩磁，当前普遍采用的方法是施加与磁体剩磁方向相反的直流磁化场或交变衰减磁场使得成型体得以退磁，但前者需要多次反复试退才能减小这些剩磁，有时不但不能减小剩磁，反而造成反方向的磁化；后者由于一般技术无法提供足够的强度、波数和减率的退磁磁场，对于各类高矫顽力的稀土永磁材料来说，达不到使成型体得以完全去磁的目的。例如，日本住友特殊金属株式会社提出的公开号为CN 1488154A专利中公示的永久磁体制造方法及压制装置，它为了避免由于残留磁化产生的问题，取向磁场的强度设置的很低，最大值不超过120KA/m，因此，不能获得高的取向度，效果不理想。

发明内容

为解决现有技术在完成磁场取向时不能得到理想退磁的问题，本发明提供了一种各向异性粘结稀土永磁体取向成型装置，它既能提供高取向度的磁场强度，又能够避免由于残留磁化而产生的问题。本发明包括上模冲头1、下模冲头2、模套3、线圈4和电流源5，上模冲头1的下端头和下模冲头2的上端头分别置于模套3内的上部和下部，所述模套3的外侧缠绕有线圈4，所述线圈4的两端分别与电流源5的两个接线端连接，电流源5产生的电流通入到线圈4中形成正弦振荡减幅磁场。本发明所述电流源5由脉冲电源51、第一互感螺线管52、第一电容器53组成，所述第一互感螺线管52是由第一初级线圈52-1和第一次级线圈52-2组成，第一初级线圈52-1的首末端分别连接脉冲电源51的两个输出端，第一次级线圈52-2的一端与第一电容器53的一端连接；线圈4的两端分别与第一次级线圈52-2的另一端和第一电容器53的另一端连接；所述电流源5还可以由直流电源54、第二互感线圈55、主开关K1、短路开关K2和第二电容器56组成，第二互感线圈55是由第二初级线圈55-1和第二次级线圈55-2绕制在一起而成的空心互感线圈，直流电源54的一个输出端连接主开关K1的一端，主开关K1的另一端连接第二初级线圈55-1的一端和短路开关K2的一端，短路开关K2的另一端连接直流电流源的另一端和第二初级线圈55-1的另一端，第二次级线圈55-2的首末端分别连接第二电容器56的两端；线圈4并联在第二电容器56的两端。

本发明所述的线圈4产生的正弦振荡减幅磁场，可同时完成磁场取向及理想退磁两个过程，使在模套3内的磁体合金粉末与结合树脂的混合体在此正弦振荡减幅磁场下取向后被压缩成型，同时，该正弦振荡减幅磁场需衰减至零，不必进行取向成型后的退磁工序，取向成型后成型体的表面剩磁磁通密度为3高斯以下；同时，成型体的单位重量密度和均匀度均有所提高，这不仅能够提高磁特性，而且能够抑制氧等侵入到粘结磁体的内部，从而提高粘结磁体的耐热性和长期永久减少磁比率，可以低成本制造性能优异的各向异性粘结稀土永磁体。

附图说明

图1是本发明所述正弦振荡减幅磁场波形图，图2是本发明的整体结构示意图，图3是具体实施方式二的结构示意图，图4是具体实施方式三的结构示意图，图5是具体实施方式四的结构示意图；图6是使用具体实施方式一、二、三和四制造的几种主要形状的各向异性粘结稀土磁体，图7是具体实施方式五的结构示意图，图8是使用具体实施方式五制造的几种主要形状的各向异性粘结稀上磁体，图9是具体实施方式六的结构示意图，图10是使用具体实施方式六制造的环状各向异性粘结稀土磁体，图11是具体实施方式七的结构示意图，图12是图10的A-A剖视图，图13是使用具体实施方式七制造的径向多极取向各向异性粘结稀土永磁环。(各附图中实心箭头所示方向为压制方向，空心箭头所示方向为磁取向方向)

具体实施方式

具体实施方式一：(参见图1、图2、图6)本实施方式由上模冲头1、下模冲头2、模套3、线圈4和电流源5组成，上模冲头1的下端头和下模冲头2的上端头分别置于模套3内的上部和下部，所述模套3的外侧缠绕有线圈4，所述线圈4的两端分别与电流源5的两个接线端连接，电流源5产生的电流通入到线圈4中形成正弦振荡减幅磁场。

具体实施方式二：(参见图3)本实施方式与具体实施方式一的不同点在于它还包括第三电容6和九号线圈7，所述九号线圈7设置在模套3的圆柱面和线圈4的内缠绕面之间，九号线圈7与第三电容6形成闭合回路；所述电流源5是脉冲电源。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：(参见图4)本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述电流源5由脉冲电源51、第一互感螺线管52、第一电容器53组成，所述第一互感螺线管52是由第一初级线圈52-1和第一次级线圈52-2组成，第一初级线圈52-1的首末端分别连接脉冲电源51的两个输出端，第一次级线圈52-2的一端与第一电容器53的一端连接；线圈4的两端分别与第一次级线圈52-2的另一端和第一电容器53的另一端连接。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：(参见图5)本实施方式与具体实施方式一或二的不同点在于所述电流源5由直流电源54、第二互感线圈55、主开关K1、短路开关K2和第二电容器56组成，第二互感线圈55是由第二初级线圈55-1和第二次级线圈55-2绕制在一起而成的空心互感线圈，直流电源54的一个输出端连接主开关K1的一端，主开关K1的另一端连接第二初级线圈55-1的一端和短路开关K2的一端，短路开关K2的另一端连接直流电流源的另一端和第二初级线圈55-1的另一端，第二次级线圈55-2的首末端分别连接第二电容器56的两端；线圈4并联在第二电容器56的两端。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

在具体实施方式一至具体实施方式四中，磁场取向方向与压制方向平行，通过上述实施方式可制作圆柱状或块状及片状、瓦状、环状等各向异性粘结永磁体(如图6所示)。图6中的环状磁体可在圆筒状成型空间的中央插入上下芯棒，由于取向原理和方式相同，在此不作赘述和图示。

具体实施方式五：(参见图7、图8)本实施方式与具体实施方式一、二或三的不同点在于所述线圈4由两个组成，分别是一号线圈4-1和二号线圈4-2，一号线圈4-1和二号线圈4-2分别设置在模套3的两侧，两个线圈首末端分别相连且分别与电流源5的两个接线端连接，两个线圈形成的磁场方向一致且所述磁场方向与永磁体的压制方向垂直。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。本实施方式中线圈内部的磁场取向方向与上下冲头的动作方向垂直，不需要考虑多次取向，优选的取向次数为2-3次即可，从而可以较高的生产效率获得高取向度的各向异性粘结稀土永磁体。图8所示为使用本实施方式能够制造的几种主要形状及取向方向(使用时沿此方向磁化)的各向异性粘结磁体，其中环状磁体可用于两极磁化使用，如作为直流有刷电动机的定子磁体，可取代当前市场主流应用的两极磁瓦结构直流有刷电动机的定子磁体。

具体实施方式六：(参见图9、图10)本实施方式与具体实施方式一、二或三的不同点在于它还包括上芯棒21和下芯棒23，上模冲头1和下模冲头2为筒状，上芯棒21和下芯棒23分别设置在上模冲头1和下模冲头2内，所述线圈4由两个组成，分别是三号线圈4-3和四号线圈4-4，三号线圈4-3和四号线圈4-4分别上、下设置在模套3的外侧，两个线圈首末端分别相连且分别与电流源5的两个接线端连接，两个线圈形成的瞬时磁场方向相对且相互平行且在两个磁场交汇处形成径向辐射的磁场。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。本实施方式中所述三号线圈4-3和四号线圈4-4的绕向相同，则两个线圈首末端相连且分别与电流源5的两个接线端连接；所述三号线圈4-3和四号线圈4-4的绕向相反，则两个线圈首首端相连且分别与电流源5的两个接线端连接。即可在两个磁场交汇处形成径向辐射的磁场。上述线圈的连接方式属并联方式。也可以采用串联连接方式，即如果所述三号线圈4-3和四号线圈4-4的绕向相同，则两个线圈首末端串联后与电流源5的两个接线端连接；如果所述三号线圈4-3和四号线圈4-4的绕向相反，则两个线圈首首端串联后与电流源5的两个接线端连接。模套3的内圆周面与上芯棒21和下芯棒23的外圆周面形成筒状成型空间，压制时上芯棒21和上模冲头1以及三号线圈4-3共同向下运动，下芯棒23和下模冲头2以及四号线圈4-4共同向上运动进行双向压制，以保证取向磁场在压制过程中保持均匀对称。本实施方式中的取向方法和步骤与实施方式二相同。由于本实施方式中磁场取向方向与压制方向垂直，不需要考虑多次取向，优选的取向次数为2-4次即可，从而可以较高的生产效率获得高取向度的径向辐射取向各向异性粘结稀土永磁环。该永磁环可以沿径向磁化成表面同极性的永磁环或不同极性的包括斜极的任意多极磁环。图10所示为使用本实施方式能够制造的辐射取向的各向异性粘结稀土磁环(使用时沿此方向磁化即可)。

具体实施方式七：(参见图11、图12、图13)本实施方式与具体实施方式六的不同点在于它还包括设置在模套3外侧的径向多极取向线圈缠绕体22，径向多极取向线圈缠绕体22为一圆柱套，该圆柱套内表面开有多偶数个通槽，相邻通槽之间构成极靴，每个极靴上缠绕有一个线圈，多个线圈首末端依次串联，并且多个线圈与电流源5的两个接线端组成串联回路。其它组成和连接关系与

具体实施方式六相同。

本实施方式可以制作径向四极取向及四极以上取向的多极粘结稀土磁环，以下是一个径向四极取向的示例。

如图12所示，径向多极取向线圈缠绕体22开有四个通槽，五号线圈4-5、六号线圈4-6、七号线圈4-7和八号线圈4-8分别缠绕在四个极靴上，五号线圈4-5、六号线圈4-6、七号线圈4-7和八号线圈4-8首末端依次串联，并且多个线圈与电流源5的两个接线端组成串联回路。其它组成和连接关系与具体实施方式五相同。上述多个线圈也可以与电流源5的两个接线端组成并联回路，即五号线圈4-5、六号线圈4-6、七号线圈4-7和八号线圈4-8首末端依次并联，与电流源5的两个接线端组成并联回路。图13所示为使用本实施方式能够制造的径向多极取向各向异性粘结稀土永磁环(使用时沿此方向磁化即可)。本实施方式中磁场取向方向与压制方向垂直，优选的取向次数为2-4次即可，从而可以较高的生产效率获得高取向度的径向多极取向各向异性粘结稀土永磁环，且不受轴/径尺寸比限制。

使用本发明所述各向异性粘结稀土永磁体取向成型装置进行加工，可按下述步骤进行：首先，将定量的各向异性磁体粉末与粘结剂及其他添加物的混合物填充到模腔空间内；降下上模冲头，在上模冲头堵塞了模腔上端开口的松装状态下取向1次，此时粉末颗粒可以较容易地转动，因此可获得足够高的取向度，不需要太高的场强即可奏效；然后，上模冲头下移，使粉末颗粒被稍许压实，再施加1次取向，取向磁场的强度应能使得由于第1次取向后的残留剩磁造成的粉末颗粒团聚被打破，且没有交联，这时取向后的磁粉末处于完全退磁状态，取向度获得进一步提高；最后，上下冲头同时进行双向压制，在压制的过程中可以再施加1-2次取向，从而获得高取向度的各向异性粘结稀土永磁体。

上述正弦减幅取向磁场是包含数个正弦振荡减幅磁场的磁场(即每次取向实施了多次反复的正反方向的连续取向过程)，每施加一次上述磁场即视为取向一次。在压制成型的过程中，多次取向可进一步增加取向度，但会带来压制成型工序的周期延长，降低生产效率。本发明的取向次数可根据压制方向与取向方向垂直或平行而设定为1-6次，优选为1-3次。平行于压制方向的取向次数应多于垂直方向的取向次数。

本发明所述取向成型装置可适用于制造各向异性稀土类粘结磁体的磁粉末可以是Nd-Fe-B材料，也可以是Nd-Fe-B系材料，或者是含有其他添加元素的稀土类材料，诸如Sm-Fe-N系、SmCo系以及Nd-Fe-B系和上述材料的混合物；本发明所使用的聚合物或其它粘结剂，可以是公知的树脂类材料，诸如环氧系热固性树脂或诸如尼龙系热塑性合成树脂，以及其他类似作用的聚合物或粘结剂。上述磁粉末和粘结剂的配合比例可以使用已被公知的配合比例，还可以使用其他的添加物，诸如可塑剂、润滑剂及抗氧化剂、表面处理剂等。

本发明的实施方式中阐述了冷压缩成型方式，配合本发明提出的正弦振荡减幅磁场取向发生装置也可以应用在其他的成型方式如注射成型、挤出成型等方法以及加热成型工艺。

本发明提供的永磁体制造设备中的磁场取向成型装置也可用于各向异性粘结铁氧体永磁材料的磁场取向成型。由于铁氧体材料的矫顽力较低，磁场取向时不需要过高的峰值场强和频率，可以更加容易地制造这些各向异性粘结铁氧体永磁材料并降低生产成本；并进一步提高了各向异性粘结铁氧体永磁材料的磁性能。只要满足使用需要都在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1、各向异性粘结稀土永磁体取向成型装置，其特征在于它包括上模冲头(1)、下模冲头(2)、模套(3)、线圈(4)和电流源(5)，上模冲头(1)的下端头和下模冲头(2)的上端头分别置于模套(3)内的上部和下部，所述模套(3)的外侧缠绕有线圈(4)，所述线圈(4)的两端分别与电流源(5)的两个接线端连接，电流源(5)产生的电流通入到线圈(4)中形成正弦振荡减幅磁场。

2、根据权利要求1所述的各向异性粘结稀土永磁体取向成型装置，其特征在于它还包括第三电容(6)和九号线圈(7)，所述九号线圈(7)设置在模套(3)的圆柱面和线圈(4)的内缠绕面之间，九号线圈(7)与第三电容(6)形成闭合回路；所述电流源(5)是脉冲电源。

3、根据权利要求1所述的各向异性粘结稀土永磁体取向成型装置，其特征在于所述电流源(5)由脉冲电源(51)、第一互感螺线管(52)、第一电容器(53)组成，所述第一互感螺线管(52)是由第一初级线圈(52-1)和第一次级线圈(52-2)组成，第一初级线圈(52-1)的首末端分别连接脉冲电源(51)的两个输出端，第一次级线圈(52-2)的一端与第一电容器(53)的一端连接；线圈(4)的两端分别与第一次级线圈(52-2)的另一端和第一电容器(53)的另一端连接。

4、根据权利要求1所述的各向异性粘结稀土永磁体取向成型装置，其特征在于所述电流源(5)由直流电源(54)、第二互感线圈(55)、主开关(K1)、短路开关(K2)和第二电容器(56)组成，第二互感线圈(55)是由第二初级线圈(55-1)和第二次级线圈(55-2)绕制在一起而成的空心互感线圈，直流电源(54)的一个输出端连接主开关(K1)的一端，主开关(K1)的另一端连接第二初级线圈(55-1)的一端和短路开关(K2)的一端，短路开关(K2)的另一端连接直流电流源的另一端和第二初级线圈(55-1)的另一端，第二次级线圈(55-2)的首末端分别连接第二电容器(56)的两端；线圈(4)并联在第二电容器(56)的两端。

5、根据权利要求1所述的各向异性粘结稀土永磁体取向成型装置，其特征在于所述线圈(4)由两个组成，分别是一号线圈(4-1)和二号线圈(4-2)，一号线圈(4-1)和二号线圈(4-2)分别设置在模套(3)的两侧，两个线圈首末端分别相连且分别与电流源(5)的两个接线端连接，两个线圈形成的磁场方向一致且所述磁场方向与永磁体的压制方向垂直。

6、根据权利要求1所述的各向异性粘结稀土永磁体取向成型装置，其特征在于它还包括上芯棒(21)和下芯棒(23)，上模冲头(1)和下模冲头(2)为筒状，上芯棒(21)和下芯棒(23)分别设置在上模冲头(1)和下模冲头(2)内，所述线圈(4)由两个组成，分别是三号线圈(4-3)和四号线圈(4-4)，三号线圈(4-3)和四号线圈(4-4)分别上、下设置在模套(3)的外侧，两个线圈首末端分别相连且分别与电流源(5)的两个接线端连接，两个线圈形成的瞬时磁场方向相对且相互平行且在两个磁场交汇处形成径向辐射的磁场。

7、根据权利要求1所述的各向异性粘结稀土永磁体取向成型装置，其特征在于它还包括设置在模套(3)外侧的径向多极取向线圈缠绕体(22)，径向多极取向线圈缠绕体(22)为一圆柱套，该圆柱套内表面开有多偶数个通槽，相邻通槽之间构成极靴，每个极靴上缠绕有一个线圈，多个线圈首末端依次串联，并且多个线圈与电流源(5)的两个接线端组成串联回路。

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