PL224764B1

PL224764B1 - Hybrydowy magnes trwały z proszków magnetycznie twardych do wirników maszyn elektrycznych oraz sposób wytwarzania hybrydowego magnesu trwałego z proszków magnetycznie twardych do wirników maszyn elektrycznych

Info

Publication number: PL224764B1
Application number: PL403080A
Authority: PL
Inventors: Barbara Ślusarek; Bartosz Jankowski; Dariusz Kapelski; Marcin Karbowiak; Marek Przybylski
Original assignee: Inst Tele I Radiotechniczny
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2017-01-31
Also published as: PL403080A1

Abstract

Sposób wytwarzania hybrydowego magnesu trwałego polega na tym, że przed procesem zasypywania przygotowuje się proszki magnetycznie twarde o właściwościach magnetycznych typu A oraz typu B, następnie w matrycy na granicy obszarów umieszcza się odpowiednio dopasowane cienkie przekładki ze sztywnego materiału, po czym matrycę zasypuje się jednocześnie lub naprzemiennie proszkiem magnetycznie twardym o właściwościach magnetycznych typu A i proszkiem magnetycznie twardym o właściwościach magnetycznych typu B. Nasypane proszki równomiernie rozprowadza się i wstępnie zagęszcza poprzez stosowanie ciśnienia prasowania o obniżonej wartości wynoszącej 1 - 25% ciśnienia roboczego, po czym usuwa się przekładki a wstępnie zagęszczone proszki prasuje się pod ciśnieniem 700 - 900 MPa i utwardza w temperaturze 150 - 500°C w czasie 1 - 3 godzin. Hybrydowy magnes trwały ma co najmniej cztery obszary, przy czym co najmniej dwa obszary są wypełnione materiałem magnetycznie twardym (1) o właściwościach magnetycznych typu A oraz dwa obszary wypełnione materiałem magnetycznie twardym (2) o właściwościach magnetycznych typu B. Obszary A i B rozmieszczone są naprzemiennie.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest hybrydowy magnes trwały z proszków magnetycznie twardych do wirników maszyn elektrycznych oraz sposób wytwarzania hybrydowego magnesu trwałego z proszków magnetycznie twardych do wirników maszyn elektrycznych.

Znane rozwiązania konstrukcyjne pozwalające uzyskać zbliżony do sinusoidalnego rozkład indukcji magnetycznej w szczelinie powietrznej silnika polegają na modyfikacji geometrii magnesów trwałych, stosowaniu magnesów trwałych z ciągłą lub dyskretną magnetyzacją typu Halbach, stosowaniu magnesów trwałych o różnej rozpiętości kątowej oraz stosowaniu niesymetrycznie rozłożonych magnesów na wirniku. Kształtowanie rozkładu indukcji magnetycznej możliwe jest również poprzez zastosowanie stojana mostowego, klinów magnetycznych w żłobkach, wycięć na zębach stojana i wycięć na powierzchni magnesów trwałych. Konsekwencją niesinusoidalnego rozkładu strumienia magnetycznego w szczelinie powietrznej silnika jest powstający moment tętniący, który jest jedną ze składowych powodujących pulsacje momentu elektromagnetycznego. Pulsacje te wpływają na kulturę pracy silnika elektrycznego; większe wibracje, hałas i nierównomierność pracy.

Wadą obecnie stosowanych rozwiązań jest duża komplikacja konstrukcji i długi czas montażu magnesów, zwłaszcza w przypadku rozwiązań bazujących na magnetyzacji typu Halbach. Ponadto, odwzorowanie sinusoidalnego przebiegu indukcji magnetycznej często jest niewystarczające do danej aplikacji.

Według wynalazku, hybrydowy magnes trwały do wirników maszyn elektrycznych, wykonany ze sprasowanych proszków magnetycznie twardych w kształcie elementu pierścieniowego posiada co najmniej cztery obszary, przy czym co najmniej dwa obszary są wypełnione materiałem magnetycznie twardym o właściwościach magnetycznych typu A oraz dwa obszary wypełnione materiałem magnetycznie twardym o właściwościach magnetycznych typu B, przy czym obszary A i B rozmieszczone są naprzemiennie.

Magnes według wynalazku stanowi pierścień wypełniony obszarami z proszkowych materiałów magnetycznie twardych o różnych właściwościach magnetycznych. Obszar o lepszych właściwościach magnetycznych powoduje zwiększenie wartości indukcji magnetycznej, natomiast obszar o słabszych właściwościach magnetycznych pozwala zmniejszyć wartość indukcji magnetycznej w szczelinie powietrznej silnika elektrycznego. W konsekwencji występowania obszarów o różnych właściwościach magnetycznych, na obwodzie magnesu trwałego, według wynalazku możliwe jest kształtowanie rozkładu indukcji.

Magnes umożliwia osiągnięcie sinusoidalnego rozkładu indukcji magnetycznej w szczelinie p owietrznej silnika, posiada większą wytrzymałość mechaniczną niż konstrukcje otrzymane w wyniku sklejana pojedynczych dwubiegunowych magnesów trwałych. Proces produkcji magnesu, według wynalazku, jest szybszy i bezodpadowy. Bardzo dobre właściwości mechaniczne pozwalają na aplik ację magnesu w urządzeniach, w których występują naprężenia mechaniczne takie jak siły odśrodkowe działające na wirujący wirnik podczas pracy silnika elektrycznego.

Według wynalazku, sposób wytwarzania hybrydowego magnesu trwałego do wirników maszyn elektrycznych, wykonanego ze sprasowanych proszków magnetycznie twardych, polega na tym, że matrycę zasypuje się proszkami magnetycznie twardymi, po czym proszki prasuje się i utwardza, a przed procesem zasypywania przygotowuje się proszki magnetycznie twarde o właściwościach m agnetycznych typu A oraz typu B. Następnie, w matrycy na granicy obszarów umieszcza się odpowiednio dopasowane cienkie przekładki ze sztywnego materiału, po czym matrycę zasypuje się jednocześnie lub naprzemiennie proszkiem magnetycznie twardym o właściwościach magnetycznych typu A i proszkiem magnetycznie twardym o właściwościach magnetycznych typu B. Następnie, nasypane proszki równomiernie rozprowadza się i wstępnie zagęszcza poprzez stosowanie ciśnienia prasowania o obniżonej wartości wynoszącej 1-25% ciśnienia roboczego. Na końcu usuwa się przekładki, a wstępnie zagęszczone proszki prasuje się pod ciśnieniem 700-900 MPa i utwardza w temperaturze 150-500°C w czasie 1-3 godzin w zależności od materiału spajającego proszek. W przypadku stosowania materiałów kompozytowych, przed procesem prasowania, przygotowuje się mieszanki zawierające proszek magnetycznie twardy typu A i typu B oraz substancję spajającą.

Sposób wytwarzania magnesu trwałego z proszków magnetycznie twardych do wirników maszyn elektrycznych polega na tym, że matrycę zasypuje się proszkami magnetycznie twardymi, po czym proszki prasuje się i spieka. W matrycy na granicy obszarów umieszcza się odpowiednio dopasowane cienkie przekładki ze sztywnego materiału, po czym matrycę zasypuje się jednocześnie lub

PL 224 764 B1 naprzemiennie proszkiem magnetycznie twardym o właściwościach magnetycznych typu A i pros zkiem magnetycznie twardym o właściwościach magnetycznych typu B. Następnie, nasypane proszki równomiernie rozprowadza się i wstępnie zagęszcza poprzez stosowanie ciśnienia prasowania o obniżonej wartości wynoszącej 1-25% ciśnienia roboczego, po czym usuwa się przekładki, a wstępnie zagęszczone proszki prasuje się pod ciśnieniem 200-1000 MPa i spieka w temperaturze 1000-1400°C w atmosferze ochronnej w czasie 1-3 godzin. Na końcu przeprowadza się proces obróbki cieplnej w temperaturze 600-1100°C w czasie 5-70 h. W przypadku stosowania materiałów spiekanych wprowadzanie dodatkowej substancji spajającej nie jest wymagane, gdyż ziarna proszków magnetycznie twardych łączą się ze sobą w jednolitą masę podczas wygrzewania sprasowanych kształtek w atmosferze redukującej lub obojętnej.

Zaletą sposobu według wynalazku jest szybki i bezodpadowy proces produkcji oraz możliwość wytworzenia obszarów o różnych właściwościach magnetycznych pozwalających kształtować rozkład indukcji magnetycznej.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku.

P r z y k ł a d I

Hybrydowy magnes trwały z proszkowych materiałów magnetycznych w kształcie pierścienia zawiera cztery obszary 1 i cztery obszary 2, rozmieszczone naprzemiennie. Kierunek magnesowania określono na rysunku symbolem 3. Obszar 1 stanowi materiał magnetycznie twardy typu A o następujących właściwościach magnetycznych: B_r = 0,8 T, H_cB = 400 kA/m, H_cJ = 700 kA/m, a obszar 2 stanowi materiał magnetycznie twardy typu B o właściwościach magnetycznych: B_r = 0,65 T, H_cB = 300 kA/m, H_cJ = 650 kA/m. Przed procesem prasowania przygotowuje się mieszankę proszku magnetycznie twardego typu A oraz B z proszkową żywicą epoksydową w ilości 2% wag. oraz substancji poślizgowej, takiej jak stearynian cynku w ilości 0,2% wag. Następnie, w matrycy na granicy obszarów umieszcza się cienkie przekładki z tworzywa sztucznego, po czym matrycę zasypuje się proszkiem magnetycznie twardym typu A oraz proszkiem magnetycznie twardym typu B. Nasypane proszki ró wnomiernie rozprowadza się i wstępnie zagęszcza poprzez stosowanie ciśnienia prasowania o wartości wynoszącej 40 MPa, po czym usuwa się przekładki. Następnie, tak usypane proszki prasuje się pod ciśnieniem 800 MPa i utwardza w temperaturze 180°C w czasie 2 h. Na końcu tak otrzymaną utwardzoną wypraskę magnesuje się do nasycenia w magneśnicy impulsowej przy użyciu czterobiegunowej głowicy magnesującej, zapewniającej oczekiwany rozkład biegunów magnetycznych na powierzchni magnesu.

P r z y k ł a d II

Hybrydowy magnes trwały z proszkowych materiałów magnetycznych w kształcie pierścienia zawiera cztery obszary 1 i cztery obszary 2, rozmieszczone naprzemiennie. Kierunek magnesowania określono na rysunku symbolem 3. Obszar 1 stanowi materiał magnetycznie twardy typu A o następujących właściwościach magnetycznych: B_r = 1,082 T, H_cB = 839 kA/m, H_cJ = 1600 kA/m, a obszar 2 stanowi materiał magnetycznie twardy typu B o właściwościach magnetycznych: Br = 0,882 T, H_cB = 584 kA/m, H_cJ = 1598 kA/m. W matrycy na granicy obszarów umieszcza się cienkie przekładki z tworzywa sztucznego, po czym matrycę zasypuje się proszkiem magnetycznie twardym typu A oraz proszkiem magnetycznie twardym typu B. Nasypane proszki równomiernie rozprowadza się i wstępnie zagęszcza poprzez stosowanie ciśnienia prasowania o wartości wynoszącej 40 MPa, po czym usuwa się przekładki. Następnie, tak usypane proszki prasuje się pod ciśnieniem 800 MPa i spieka w temperaturze 1140°C w atmosferze ochronnej argonu w czasie 1 h, po czym przeprowadza się proces obróbki cieplnej w temperaturze 925°C w czasie 50 h. Na końcu, tak otrzymaną spieczoną wypraskę magnesuje się do nasycenie w magneśnicy impulsowej przy użyciu czterobiegunowej głowicy magnesującej zapewniającej oczekiwany rozkład biegunów magnetycznych na powierzchni magnesu.

Claims

1. Hybrydowy magnes trwały z proszków magnetycznie twardych do wirników maszyn elektrycznych, wykonany ze sprasowanych proszków magnetycznie twardych w kształcie elementu pierścieniowego, znamienny tym, że ma co najmniej cztery obszary, przy czym co najmniej dwa obszary są wypełnione materiałem magnetycznie twardym (1) o właściwościach magnetycznych typu A oraz dwa obszary wypełnione materiałem magnetycznie twardym (2) o właściwościach magnetycznych typu B, przy czym obszary A i B rozmieszczone są naprzemiennie.

PL 224 764 B1

2. Sposób wytwarzania hybrydowego magnesu trwałego z proszków magnetycznie twardych do wirników maszyn elektrycznych, w którym matrycę zasypuje się proszkami magnetycznie twardymi, po czym proszki prasuje się i utwardza w procesie spajania substancji wiążącej, znamienny tym, że przed procesem zasypywania przygotowuje się proszki magnetycznie twarde o właściwościach m agnetycznych typu A oraz typu B, następnie w matrycy na granicy obszarów umieszcza się odpowiednio dopasowane cienkie przekładki ze sztywnego materiału, po czym matrycę zasypuje się jednocześnie lub naprzemiennie proszkiem magnetycznie twardym o właściwościach magnetycznych typu A i proszkiem magnetycznie twardym o właściwościach magnetycznych typu B, następnie nasypane proszki równomiernie rozprowadza się i wstępnie zagęszcza poprzez stosowanie ciśnienia prasowania o obniżonej wartości wynoszącej 1-25% ciśnienia roboczego, po czym usuwa się przekładki, a wstępnie zagęszczone proszki prasuje się pod ciśnieniem 700-900 MPa i utwardza w temperaturze 150-500°C w czasie 1-3 godzin, następnie utwardzony kompozyt magnesuje się w magneśnicy impulsowej za pomocą głowicy magnesującej o wymaganym rozkładzie biegunów magnetycznych.

3. Sposób wytwarzania hybrydowego magnesu trwałego z proszków magnetycznie twardych do wirników maszyn elektrycznych, w którym matrycę zasypuje się proszkami magnetycznie twardymi, po czym proszki prasuje się i spieka, znamienny tym, że w matrycy na granicy obszarów umieszcza się odpowiednio dopasowane cienkie przekładki ze sztywnego materiału, po czym matrycę zasypuje się jednocześnie lub naprzemiennie proszkiem magnetycznie twardym o właściwościach magnetycznych typu A i proszkiem magnetycznie twardym o właściwościach magnetycznych typu B, następnie nas ypane proszki równomiernie rozprowadza się i wstępnie zagęszcza poprzez stosowanie ciśnienia prasowania o obniżonej wartości wynoszącej 1 -25% ciśnienia roboczego, po czym usuwa się przekładki, a wstępnie zagęszczone proszki prasuje się pod ciśnieniem 200-1000 MPa i spieka w temperaturze 1000-1400°C w atmosferze ochronnej w czasie 1-3 godzin, po czym przeprowadza się proces obróbki cieplnej w temperaturze 600-1100°C w czasie 5-70 h, następnie spiek magnesuje się w magneśnicy impulsowej za pomocą głowicy magnesującej o wymaganym rozkładzie biegunów magnetycznych.