CN205069259U - 一种一次成型的halbach阵列永磁轴向环 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的一次成型的halbach阵列永磁轴向环，包括整体成型的环形磁体，环形磁体沿轴向剖开形成展开面后观测，沿轴向至少环形磁体在展开面内部分区域的磁场方向按照halbach阵列取向，环形磁体的halbach阵列取向所形成的增强磁场在环形磁体端部。本实用新型公开的轴向环，通过一次成型烧结而成，无需繁琐的组装过程，生产方便，结构稳定，磁场性能稳定性好，应用范围广，便于推广。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种halbach阵列磁化，特别是一种一次成型的halbach阵列永磁轴向环。
背景技术
在1973年，美国学者Mallianson在对永久磁铁结构进行拼装实验时发现了一种奇特的永磁铁结构，并把它称为〝MagneticCuriosity〞。他当时并没有察觉到这种结构的应用价值。1979年，美国学者KlausHalbach再利用各种永磁铁结构产生的磁场做电子加速实验时，发现了这种特殊的永磁铁结构，并逐步完善这种结构，最终形成了所谓的“Halbach”磁铁。Halbach磁环是将磁铁轴向式与平行式排列结合在一起，如果忽略端部效应，并把周围的导磁材料的导磁率看作无穷大，那么上述永磁体结构最终形成单边磁场(one-sidedfield)，这就是Halbach一个显着的特点。
halbach磁体结构是工程上理想结构的近似，目标是用最少量的磁体产生最强的磁场。利用特殊的磁体单元的排列，增强单位方向上的磁场。对于工程上有极为重要的意义。但是目前的halbach结构永磁轴向环都采用单个不同磁化方向的磁体进行组装而得。组装的halbach结构永磁轴向环有以下几个缺点：1、不同磁化方向的单个磁体加工成本高，加工周期长。2、不同磁化方向的单个磁体在进行组装时，由于同极性之间的排斥力，halbach环的组装麻烦而且容易造成尺寸精度不高。3、组装的磁环采用胶水粘接，力学性能不可靠。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型公开了一种一次成型的halbach阵列永磁轴向环，通过一次成型烧结而成，无需繁琐的组装过程，生产方便，结构稳定，磁场性能稳定性好，应用范围广，便于推广。
本实用新型公开的一次成型的halbach阵列永磁轴向环，包括整体成型的环形磁体，环形磁体沿轴向剖开形成展开面后观测，沿轴向至少环形磁体在展开面内部分区域的磁场方向按照halbach阵列取向，环形磁体的halbach阵列取向所形成的增强磁场在环形磁体端部。即磁环可以在展开面内的部分区域按照halbach阵列取向；也可以在整体范围内按照halbach阵列取向，从而可以在磁体一端局部区域或者整体范围内形成增强磁场，或者在磁体两端局部区域或者整体范围内形成增强磁场。
本实用新型公开的一次成型的halbach阵列永磁轴向环的一种改进，环形磁体的halbach阵列取向所形成的增强磁场在环形磁体的一端或者两端。
本实用新型公开的一次成型的halbach阵列永磁轴向环的一种改进，环形磁体的合金组成为(质量百分比)Nd(27.9-34)％M(65-71)％B余量，其中M为由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同组成。
本实用新型公开的一次成型的halbach阵列永磁轴向环的一种改进，合金的组成中M的组成满足Fe(1-x-y-m-n)AlxGayCumCon，其中0<x≤0.011,0<y≤0.0046,0<m≤0.011,0<n≤0.046，且x、y、m、n之和小于1。
本实用新型公开的一次成型的halbach阵列永磁轴向环的一种改进，合金经过熔炼、破碎、研磨得到各向异性的磁粉。
本实用新型公开的一次成型的halbach阵列永磁轴向环的一种改进，磁粉的平均粒径为2-10微米。
本实用新型的halbach阵列环是采用一次成型烧结而成的永磁环。不同于普通的halbach阵列环通过采用单个不同磁化方向的磁体进行组装而得到的磁环，本实用新型的磁环是在烧结磁体取向成型阶段，将组成磁体的基本磁粉颗粒(微米级)的磁化方向按照halbach阵列的排布方式进行排列，然后将基本颗粒排列好的压坯进行烧结后而得到。由于本实用新型的磁环的halbach阵列的排布的基本单元由普通的单个磁体(厘米级，成型后的磁体进行组装，存在明显的物理边界和磁场分界)替换为组成磁体的基本磁粉颗粒(微米级，halbach阵列直接通过微观形态的磁粉磁化形成，成为磁环本身的结构，磁场整体性好)，不同磁化方向的基本单元之间的磁场转向更连续平滑，更能充分发挥每个基本磁粉颗粒的磁极化强度；而且每个基本磁粉颗粒之间通过烧结后产生的金属键结合在一起形成一个整体，具有更高的强度等力学性能。本实用新型的halbach阵列环是一次成型烧结而成，无需繁琐的组装过程，根据尺寸要求进行整体尺寸加工后，即可充磁使用。
将熔炼好的钕铁硼合金进行氢破和气流磨后，得到平均粒度2-5微米的各向异性磁粉。将各向异性磁粉装入模具进行取向压制。模具中产生1-2T的磁场，且磁场的磁力线按照halbach阵列在模具空间分布。向异性磁粉在磁场中沿磁力线进行排布，然后将磁粉压实，使磁粉的halbach排布固定下来。将压制好的磁粉进行真空烧结退火处理，可以得到halbach阵列磁环坯体。对坯体进行机械加工电镀后，可以得到可供使用的halbach阵列磁环。对磁环进行充磁，测试磁环的表面磁场波形，磁场有很好的正弦特性且各极表磁差异小于3％。
使用相同的各向异性磁粉，根据不同产品尺寸，本实用新型的halbach阵列磁环由于有halbach阵列效应，每极表磁比普通多极磁环高出20％-80％。使用本实用新型的halbach阵列环的电机经过测试，电机总体效率比普通贴磁瓦电机高出5％-10％，比普通多极磁环高出20％-50％，具有极明显的优势和经济价值。
附图说明
图1、本实用新型公开的一次成型的halbach阵列永磁轴向环的一种实施例的基本磁粉颗粒halbach阵列排布图；
图2、本实用新型公开的一次成型的halbach阵列永磁轴向环的一种实施例的沿轴向剖开的展开图；
图3、本实用新型公开的一次成型的halbach阵列永磁轴向环的一种实施例的磁场波形图。附图标记列表：
1、环形磁体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
结构实施例1
如图1和图2所示(图1和图2中剖切后的环形磁体1的虚线表面展开线)，本实施例的halbach阵列永磁轴向环，包括整体成型的环形磁体1，环形磁体沿轴向剖开形成展开面后观测，沿轴向至少环形磁体在展开面内整体区域的磁场方向向环形磁体一端按照halbach阵列取向，环形磁体的halbach阵列取向所形成的增强磁场在环形磁体端部。
结构实施例2
本实施例的halbach阵列永磁轴向环，包括整体成型的环形磁体，环形磁体沿轴向剖开形成展开面后观测，沿轴向环形磁体在展开面内部分区域的磁场方向按照halbach阵列取向形成磁化区域(磁化区域可以为绕环形磁体中轴的层状结构、也可以为沿环形磁体的区段结构或者在环形磁体上形成的兼具层状和区段结构的)，其中磁化区域为环形整体的一个部分(包括磁化区域与非磁化区域所形成为径向的两层以上的多层结构；当为两层时，磁化区域所形成的环在非磁化区域所形成的环的外侧，或者磁化区域所形成的环在非磁化区域所形成的环的内侧；当为两层以上时，磁化区域所形成的环或者非磁化区域所形成的环均可以大于一层，磁化区域所形成的环或者非磁化区域所形成的环可以相邻或者相间；也可以为磁化区域与非磁化区域在轴向的组合的结构；也可以为兼具轴向与径向的结构)，环形磁体的halbach阵列取向所形成的增强磁场在环形磁体一个端部，或者在环形磁体上形成两个磁化区，从而在环形磁体两端均形成增强磁场(增强磁场可以在整个环形磁体的端部形成，也可以仅在端部的一个部分形成)。同时需要说明的是本处部分区域的选择可以为规则的形态也可以为不规则的形态。
合金实施例1
本实施例中halbach阵列永磁轴向环的制备所采用的合金为(质量百分比)Nd32％M67％B1％，其中M为由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同组成，并且M的组成满足Fe余量Al0.011Ga0.0046Cu0.011Co0.046，M式中数值均表示在M中的质量分数。
合金实施例2
本实施例中halbach阵列永磁轴向环的制备所采用的合金为(质量百分比)Nd30％M69％B1％，其中M为由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同组成，并且M的组成满足Fe余量Al0.011Ga0.0046Cu0.011Co0.046，M式中数值均表示在M中的质量分数。
合金实施例3
本实施例中halbach阵列永磁轴向环的制备所采用的合金为(质量百分比)Nd33.5％M65.5％B1％，其中M为由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同组成，并且M的组成满足Fe余量Al0.011Ga0.0046Cu0.011Co0.046，M式中数值均表示在M中的质量分数。
合金实施例4
本实施例中halbach阵列永磁轴向环的制备所采用的合金为(质量百分比)Nd34％M65％B1％，其中M为由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同组成，并且M的组成满足Fe余量Al0.011Ga0.0046Cu0.011Co0.046，M式中数值均表示在M中的质量分数。
合金实施例5
本实施例中halbach阵列永磁轴向环的制备所采用的合金为(质量百分比)Nd31％M68％B1％，其中M为由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同组成，并且M的组成满足Fe余量Al0.011Ga0.0046Cu0.011Co0.046，M式中数值均表示在M中的质量分数。
合金实施例6
本实施例中halbach阵列永磁径向环的制备所采用的合金为(质量百分比)Nd29.1％M70％B0.9％，其中M为由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同组成，并且M的组成满足Fe余量Al0.011Ga0.0046Cu0.011Co0.046，M式中数值均表示在M中的质量分数。
合金实施例7
本实施例中halbach阵列永磁径向环的制备所采用的合金为(质量百分比)Nd27.9％M71％B1.1％，其中M为由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同组成，并且M的组成满足Fe余量Al0.011Ga0.0046Cu0.011Co0.046，M式中数值均表示在M中的质量分数。
与上述实施例相区别的，上述实施例中x、y、m、n的取值还可以为下列情形的任一：0.005、0.001、0.007、0.01；0.007、0.002、0.001、0.011；0.0015、0.0015、0.002、0.022；0.0032、0.0027、0.01、0.037；0.0026、0.0013、0.006、0.001；0.0013、0.0029、0.005、0.015；0.0062、0.0007、0.0028、0.021；0.0048、0.0022、0.0023、0.043，以上每组数据顺次对应于x、y、m、n。
制备实施例1
本实施例中，将合金经氢破和气流磨后，得到平均粒度2微米的各向异性磁粉。将各向异性磁粉装入模具进行取向压制。模具中产生1-2T(如1T)的取向磁场，且取向磁场的磁力线在需要区域按照halbach阵列在模具空间分布。向异性磁粉在磁场中沿磁力线进行排布，然后将磁粉压实，使磁粉的halbach排布固定下来，得到具有如图1所示的halbach的轴向磁环坯体。将压制好的坯体进行真空烧结退火处理，就可以得到halbach阵列磁环坯体。对坯体进行机械加工电镀后，可以得到可供使用的halbach阵列磁环。对磁环进行充磁，测试磁环的表面磁场波形，磁场有很好的正弦特性且各极表磁差异小于3％。
制备实施例2
本实施例中，将合金经氢破和气流磨后，得到平均粒度3微米的各向异性磁粉。将各向异性磁粉装入模具进行取向压制。模具中产生1-2T(如2T)的取向磁场，且取向磁场的磁力线在需要区域按照halbach阵列在模具空间分布。向异性磁粉在磁场中沿磁力线进行排布，然后将磁粉压实，使磁粉的halbach排布固定下来，得到具有如图1所示的halbach的轴向磁环坯体。将压制好的坯体进行真空烧结退火处理，就可以得到halbach阵列磁环坯体。对坯体进行机械加工电镀后，可以得到可供使用的halbach阵列磁环。对磁环进行充磁，测试磁环的表面磁场波形，磁场有很好的正弦特性且各极表磁差异小于3％。
制备实施例3
本实施例中，将合金经氢破和气流磨后，得到平均粒度4微米的各向异性磁粉。将各向异性磁粉装入模具进行取向压制。模具中产生1-2T(如1.5T)的取向磁场，且取向磁场的磁力线在需要区域按照halbach阵列在模具空间分布。向异性磁粉在磁场中沿磁力线进行排布，然后将磁粉压实，使磁粉的halbach排布固定下来，得到具有如图1所示的halbach的轴向磁环坯体。将压制好的坯体进行真空烧结退火处理，就可以得到halbach阵列磁环坯体。对坯体进行机械加工电镀后，可以得到可供使用的halbach阵列磁环。对磁环进行充磁，测试磁环的表面磁场波形，磁场有很好的正弦特性且各极表磁差异小于3％。
制备实施例4
本实施例中，将合金经氢破和气流磨后，得到平均粒度5微米的各向异性磁粉。将各向异性磁粉装入模具进行取向压制。模具中产生1-2T(如1.7T)的取向磁场，且取向磁场的磁力线在需要区域按照halbach阵列在模具空间分布。向异性磁粉在磁场中沿磁力线进行排布，然后将磁粉压实，使磁粉的halbach排布固定下来，得到具有如图1所示的halbach的轴向磁环坯体。将压制好的坯体进行真空烧结退火处理，就可以得到halbach阵列磁环坯体。对坯体进行机械加工电镀后，可以得到可供使用的halbach阵列磁环。对磁环进行充磁，测试磁环的表面磁场波形，磁场有很好的正弦特性且各极表磁差异小于3％。
制备实施例5
本实施例中，将合金经氢破和气流磨后，得到平均粒度2.5微米的各向异性磁粉。将各向异性磁粉装入模具进行取向压制。模具中产生1-2T(如1.3T)的取向磁场，且取向磁场的磁力线在需要区域按照halbach阵列在模具空间分布。向异性磁粉在磁场中沿磁力线进行排布，然后将磁粉压实，使磁粉的halbach排布固定下来，得到具有如图1所示的halbach的轴向磁环坯体。将压制好的坯体进行真空烧结退火处理，就可以得到halbach阵列磁环坯体。对坯体进行机械加工电镀后，可以得到可供使用的halbach阵列磁环。对磁环进行充磁，测试磁环的表面磁场波形，磁场有很好的正弦特性且各极表磁差异小于3％。
制备实施例6
本实施例中，将合金经氢破和气流磨后，得到平均粒度10微米的各向异性磁粉。将各向异性磁粉装入模具进行取向压制。模具中产生1-2T(如1.3T)的取向磁场，且取向磁场的磁力线在需要区域按照halbach阵列在模具空间分布。向异性磁粉在磁场中沿磁力线进行排布，然后将磁粉压实，使磁粉的halbach排布固定下来，得到具有如图1所示的halbach的径向磁环坯体。将压制好的坯体进行真空烧结退火处理，就可以得到halbach阵列磁环坯体。对坯体进行机械加工电镀后，可以得到可供使用的halbach阵列磁环。对磁环进行充磁，测试磁环的表面磁场波形，磁场有很好的正弦特性且各极表磁差异小于3％。
制备实施例7
本实施例中，将合金经氢破和气流磨后，得到平均粒度8微米的各向异性磁粉。将各向异性磁粉装入模具进行取向压制。模具中产生1-2T(如1.3T)的取向磁场，且取向磁场的磁力线在需要区域按照halbach阵列在模具空间分布。向异性磁粉在磁场中沿磁力线进行排布，然后将磁粉压实，使磁粉的halbach排布固定下来，得到具有如图1所示的halbach的径向磁环坯体。将压制好的坯体进行真空烧结退火处理，就可以得到halbach阵列磁环坯体。对坯体进行机械加工电镀后，可以得到可供使用的halbach阵列磁环。对磁环进行充磁，测试磁环的表面磁场波形，磁场有很好的正弦特性且各极表磁差异小于3％。
制备实施例8
本实施例中，将合金经氢破和气流磨后，得到平均粒度7.6微米的各向异性磁粉。将各向异性磁粉装入模具进行取向压制。模具中产生1-2T(如1.3T)的取向磁场，且取向磁场的磁力线在需要区域按照halbach阵列在模具空间分布。向异性磁粉在磁场中沿磁力线进行排布，然后将磁粉压实，使磁粉的halbach排布固定下来，得到具有如图1所示的halbach的径向磁环坯体。将压制好的坯体进行真空烧结退火处理，就可以得到halbach阵列磁环坯体。对坯体进行机械加工电镀后，可以得到可供使用的halbach阵列磁环。对磁环进行充磁，测试磁环的表面磁场波形，磁场有很好的正弦特性且各极表磁差异小于3％。
制备实施例9
本实施例中，将合金经氢破和气流磨后，得到平均粒度6微米的各向异性磁粉。将各向异性磁粉装入模具进行取向压制。模具中产生1-2T(如1.3T)的取向磁场，且取向磁场的磁力线在需要区域按照halbach阵列在模具空间分布。向异性磁粉在磁场中沿磁力线进行排布，然后将磁粉压实，使磁粉的halbach排布固定下来，得到具有如图1所示的halbach的径向磁环坯体。将压制好的坯体进行真空烧结退火处理，就可以得到halbach阵列磁环坯体。对坯体进行机械加工电镀后，可以得到可供使用的halbach阵列磁环。对磁环进行充磁，测试磁环的表面磁场波形，磁场有很好的正弦特性且各极表磁差异小于3％。
选取采用合金实施例1所陈述的合金，按照制备实施例1制备具有结构实施例1陈述的halbach阵列永磁轴向环，所得到的轴向环的磁场分布如图1和图2所示，同时其磁场波形如图3所示，可见轴向环的磁场具有稳定均匀的场强分布和磁体结构。
鉴于本实用新型方案实施例众多，各实施例实验数据庞大众多，不适合于此处逐一列举说明，但是各实施例所需要验证的内容和得到的最终结论均接近，故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明，仅以上述实施例作为代表说明本实用新型申请优异之处。
本处实施例对本实用新型要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本实用新型要求保护的范围内；同时本实用新型方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本实用新型述求时可以相互替换，特别声明的除外。
本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本实用新型的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
Claims (2)
1.一种一次成型的halbach阵列永磁轴向环，包括整体成型的环形磁体，其特征在于：所述环形磁体沿轴向剖开形成展开面后观测，沿轴向至少环形磁体在展开面内部分区域的磁场方向按照halbach阵列取向，环形磁体的halbach阵列取向所形成的增强磁场在环形磁体端部。
2.根据权利要求1所述的一次成型的halbach阵列永磁轴向环，其特征在于：所述环形磁体的halbach阵列取向所形成的增强磁场在环形磁体的一端或者两端。
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| CN201520802125.6U Expired - Fee Related CN205069259U (zh) | 2015-10-16 | 2015-10-16 | 一种一次成型的halbach阵列永磁轴向环 |
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| CN (1) | CN205069259U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN110350748A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-10-18 | 上海大学 | 一种基于Halbach磁环和成型封装绕组的轴向磁通永磁同步电机 |
| CN110449997A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-11-15 | 湖南大学 | 一种高效磁阵列磁场辅助光整加工方法与装置 |
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2015
- 2015-10-16 CN CN201520802125.6U patent/CN205069259U/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN105321651A (zh) * | 2015-10-16 | 2016-02-10 | 宁波鑫丰磁业有限公司 | 一种一次成型的halbach阵列永磁轴向环 |
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