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CN111933379B - 一种用于制备径向辐射稀土永磁瓦的磁场装置及工艺 - Google Patents

一种用于制备径向辐射稀土永磁瓦的磁场装置及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明一种用于制备径向辐射稀土永磁瓦的磁场装置，该磁场装置包括N极脉冲取向线包和S极脉冲取向线包，N极脉冲取向线包的极头为凸弧状并配以凹弧状的不锈钢不导磁补偿板补平，S极脉冲取向线包的极头为凹弧状并配以凸弧状的不锈钢不导磁补偿板补平，方便与块状磁体模具配合。由于特殊的凸凹弧极头设置，产生了较强的辐射取向磁场，确保所制备的块状磁体，在进行切割加工后制备的径向辐射取向磁瓦，在电机使用中磁场方向为辐射取向，磁瓦中心部位磁力线排斥现象较普通平行取向的径向磁瓦轻微，磁瓦中心表磁高于普通平行取向的径向磁瓦，使得相同体积的磁体所产生磁场大大提高，使电机运行效率提升。

Description

一种用于制备径向辐射稀土永磁瓦的磁场装置及工艺
技术领域
本发明涉及一种磁场发生装置及工艺，具体涉及一种用于制备径向辐射稀土永磁瓦的磁场装置及工艺。
背景技术
现有的直流电机用稀土永磁烧结钕铁硼瓦形磁体，均采用先成型方块或瓦形块状磁体，然后再进行切割、磨削加工成径向瓦形磁体。方块或瓦形块状磁体成型时均为平行磁场取向，该种取向方式由于磁力线平行，采用该种方法的方块或瓦形块状磁体制备的径向磁瓦，如果使用内弧磁场的话，受内弧形状的影响，内弧磁力线更易相互排斥，导致内弧中心点表磁非常低，如果采用外弧磁场的话，由于磁力线基本平行，不能最优符合电机磁场的需求；电机使用时需要的是径向磁场，所以平行取向的磁瓦有一部分磁能被浪费损失了；采用辐射环磁体是最优的解决方案，但辐射环磁体受制备工艺影响，所能制备的圆环外径、壁厚非常局限，也就是外径太大做不了，壁厚超过一定厚度辐射取向不完全，只能用于较小的直流电机。采用类似辐射环磁体的磁场装置，进行单片径向辐射磁瓦压制，由于粉料流动性不佳、布粉不均等因素影响，目前有诸如变形、开裂等很多难题尚未解决。现有的块状稀土永磁体的磁场装置，由方形中空铜管制成的线圈、绝缘层纯铁铁芯和纯铁极头组成，纯铁极头端面均为平面，只能进行平行取向。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明设计的目的在于提供一种用于制备径向辐射稀土永磁瓦的磁场装置及工艺。
本发明通过以下技术方案加以实现：
所述的一种用于制备径向辐射稀土永磁瓦的磁场装置，其特征在于该磁场装置包括N极脉冲取向线包和S极脉冲取向线包，所述N极脉冲取向线包和S极脉冲取向线包均由方形中空铜管制成的线圈、绝缘层、纯铁铁芯和纯铁极头组成，方形中空铜管制成的线圈中间可以通纯水冷却。
所述一种用于制备径向辐射稀土永磁瓦的磁场装置，其特征在于N极脉冲取向线包和S极脉冲取向线包与模具装配的极头端均包括纯铁极头和不锈钢不导磁补偿板。
所述的一种用于制备径向辐射稀土永磁瓦的磁场装置，其特征在于S极脉冲取向线包上的纯铁极头的端部呈凹弧状；所述N极脉冲取向线包上的纯铁极头的端部呈凸弧状，且凹弧状的弧度与凸弧状的弧度相同。
所述的一种用于制备径向辐射稀土永磁瓦的磁场装置，其特征在于与S极脉冲取向线包上的纯铁极头配合设置的不锈钢不导磁补偿板为凸弧补偿板，与N极脉冲取向线包上的纯铁极头配合设置的不锈钢不导磁补偿板为凹弧补偿板。
所述的一种用于制备径向辐射稀土永磁瓦的磁场装置，其特征在于纯铁极头与纯铁铁芯通过不锈钢螺栓连接，不锈钢不导磁补偿板与纯铁极头粘结设置。
所述的一种用于制备径向辐射稀土永磁瓦的磁场装置，其特征在于所述凸弧补偿板和凹弧补偿板远离纯铁极头的一侧均设置为平面状，方便与模具进行配合。
所述的一种采用权利要求1所述的磁场装置制备径向辐射稀土用磁瓦的工艺，其特征在于包括以下步骤：
1）取粉料加入模具中，利用权利要求1所述磁场发生装置，在不低于2.5T的磁场下进行进行取向成型，磁场强度具体为瓦形模具通过安装模具时的瓦形外弧朝向进行磁场取向极限标识；方块模具通过在压头上设置有取向时磁场方向N、S极标识，制得辐射取向的方块或瓦形块状磁体生坯，完成退磁后取出生坯进行真空包装；
2）将步骤1）制得的方块或瓦形块状磁体生坯进行冷等静压处理，剥离真空包装后装入烧结盒；
3）将步骤2）制得的方块或瓦形块状磁体生坯进行烧结、时效和回火处理，得到钕铁硼磁体，所述的烧结温度为970-1120℃，时效温度为850-950℃，回火温度为450-600℃；
4）将步骤3）制得的钕铁硼磁体，进行磨削和切割加工，制成径向辐射取向磁瓦。
所述的一种制备径向辐射稀土用磁瓦的工艺，其特征在于在制备使用外弧磁场的磁瓦时，辐射取向块状毛坯，磁瓦外弧与块状毛坯的取向方向保持一致，以获得更大的外弧磁场；在制备使用内弧的磁场的磁瓦时，辐射取向块状毛坯，磁瓦外弧与块状毛坯的取向方向相反，以获得更大的内弧磁场。
本发明结构设置合理，便于实现，制备工艺简单可行，通过磁场装置的设置，确保接近辐射取向的径向磁瓦磁体在电机使用中磁场方向同使用方向一致，在磁瓦中心部位磁力线排斥现象较普通平行取向的径向磁瓦轻微，磁瓦外弧中心表磁高于普通平行取向的径向磁瓦10%以上，磁瓦内弧中心表磁高于普通平行取向的径向磁瓦25%以上。
附图说明
图1为本发明磁场装置的结构示意图；
图2为辐射取向磁瓦磁力线走向示意图；
图中，1-N极脉冲取向线包，2-S极脉冲取向线包，3-线圈，4-绝缘层，5-纯铁铁芯，6-纯铁极头，7-模具，8-不锈钢不导磁补偿板， 81-凸弧补偿板，82-凹弧补偿板。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做进一步详细描述，并给出具体实施方式。
如图1所示，本发明一种用于制备块状辐射取向稀土永磁体的磁场发生装置，包括N极脉冲取向线包和S极脉冲取向线包，取向线包均由方形中空铜管制成的线圈、绝缘层、纯铁铁芯和纯铁极头组成，方形中空铜管制成的线圈中间可以通纯水冷却，N极脉冲取向线包和S极脉冲取向线包与模具装配的极头端均包括纯铁极头和不锈钢不导磁补偿板，纯铁极头与纯铁铁芯通过不锈钢螺栓连接，不锈钢不导磁补偿板与纯铁极头粘结设置。
其中，S极脉冲取向线包上的纯铁极头的端部呈凹弧状； N极脉冲取向线包上的纯铁极头为端部呈凸弧状，且凹弧状的弧度与凸弧状的弧度相同。与S极脉冲取向线包上的纯铁极头配合设置的不锈钢不导磁补偿板为凸弧补偿板，与N极脉冲取向线包上的纯铁极头配合设置的不锈钢不导磁补偿板为凹弧补偿板，凸弧补偿板和凹弧补偿板远离纯铁极头的一侧均设置为平面状，方便与块状磁体模具进行配合。
采用磁场装置制备径向辐射稀土用磁瓦的工艺，包括以下步骤：
1）取粉料加入模具中，利用权利要求1所述磁场发生装置，在不低于2.5T的磁场下进行进行取向成型，具体为瓦形模具通过安装模具时的瓦形外弧朝向进行磁场取向极限标识；方块模具通过在压头上设置有取向时磁场方向N、S极标识，制得辐射取向的方块或瓦形块状磁体生坯，完成退磁后取出生坯进行真空包装；2）将步骤1）制得的方块或瓦形块状磁体生坯进行冷等静压处理，剥离真空包装后装入烧结盒；3）将步骤2）制得的方块或瓦形块状磁体生坯进行烧结、时效和回火处理，得到钕铁硼磁体，所述烧结温度为970-1120℃，时效温度为850-950℃，回火温度为450-600℃；4）将步骤3）制得的钕铁硼磁体，进行磨削和切割加工，制成径向辐射取向磁瓦。
其中，在制备使用外弧磁场的磁瓦时，辐射取向块状毛坯，磁瓦外弧与块状毛坯的取向方向保持一致，以获得更大的外弧磁场；在制备使用内弧磁场的磁瓦时，辐射取向块状毛坯，磁瓦外弧与块状毛坯的取向方向相反，以获得更大的内弧磁场。
采用上述装置及工艺制备的磁场装置，如图2所示，块状辐射取向毛坯和辐射取向磁瓦，由于取向有偏转，近似于径向辐射取向，内弧磁力线排斥减少，内弧中心点表磁大幅提升。
实施例1
1）加38SH性能的粉料加入方块模具中，利用权利要求1所述磁场发生装置，在不低于2.5T的磁场下进行进行取向成型，压头上设置有取向时磁场方向N、S极标识，制得辐射取向的方块磁体生坯，完成退磁后取出生坯进行真空包装；2）将步骤1）制得的方块磁体生坯进行冷等静压处理，剥离真空包装后装入烧结盒；3）将步骤2）制得的方块磁体生坯进行烧结、时效和回火处理，得到钕铁硼磁体，所述的烧结温度为1070℃，时效温度为900℃，回火温度为500℃；4）将步骤3）制得的方块磁体，磁瓦外弧与方块毛坯的取向方向保持一致，进行磨削和切割加工，制成径向辐射取向磁瓦。
实施例2
1）加38SH性能的粉料加入瓦形模具中，瓦形模具外弧方向朝向N极，利用权利要求1所述磁场发生装置，在不低于2.5T的磁场下进行进行取向成型，制得辐射取向的块状瓦形磁体生坯，完成退磁后取出生坯进行真空包装；2）将步骤1）制得的块状瓦形磁体生坯进行冷等静压处理，剥离真空包装后装入烧结盒；3）将步骤2）制得的块状瓦形磁体生坯进行烧结、时效和回火处理，得到钕铁硼磁体，所述的烧结温度为1070℃，时效温度为900℃，回火温度为500℃；4）将步骤3）制得的块状瓦形磁体外弧与方块毛坯的取向方向相反，进行磨削和切割加工，制成径向辐射取向磁瓦。
对比例1
1）加38SH性能的粉料加入模具中，使用普通的平行取向磁场发生装置，在不低于2.5T的磁场下进行磁场取向成型，制得方块或瓦形块状磁体生坯，完成退磁后取出生坯进行真空包装；2）将步骤1）制得的方块或瓦形块状磁体生坯进行冷等静压处理，剥离真空包装后装入烧结盒；3）将步骤2）制得的方块或瓦形块状磁体生坯进行烧结、时效和回火处理，得到钕铁硼磁体，所述的烧结温度为1070℃，时效温度为900℃，回火温度为500℃；4）将步骤3）制得的方块或瓦形块状磁体，进行磨削和切割加工，制成径向辐射取向磁瓦。
将使用外弧磁场的实施例1和对比例1，均加工成R36*r36*41*41.3°*3磁瓦，然后进行充磁，测量内弧中心点表磁，结果见表1。
表1
外弧中心表磁(Gs) 外弧角部表磁(Gs) 表磁差异(Gs)
实施例1 2000 2300 300
对比例1 1760 2310 550
将使用内弧磁场的磁瓦的实施例2和对比例1，均加工成R36*r36*41*41.3°*3磁瓦，然后进行充磁，测量内弧中心点表磁，结果见表2。
表2
内弧中心表磁(Gs) 内弧角部表磁(Gs) 表磁差异(Gs)
实施例2 1500 3000 1500
对比例1 440 3390 2950
从以上对比，可以看出采用本发明的特殊形状极头的磁场发生装置，制备出的辐射取向方块或块状瓦形磁体，再经过加工所制备出的径向辐射稀土永磁磁瓦，使用外弧磁场的实施例1较对比例1的磁瓦外弧中心表磁高12%，使用内弧磁场的实施例2较对比例1的磁瓦内弧中心表磁高3倍。从以上对比，可以看出无论是使用外弧还是使用内弧的磁场，均较对比例中心表磁大幅提升，而且中心和角部的表磁差异下降明显，使得磁体中心和角部的磁场更均匀，使得磁场分布波形更利于提升电机工作效率。

Claims (3)

1.一种用于制备径向辐射稀土永磁瓦的磁场装置，其特征在于该磁场装置包括N极脉冲取向线包（1）和S极脉冲取向线包（2），所述N极脉冲取向线包（1）和S极脉冲取向线包（2）均由方形中空铜管制成的线圈（3）、绝缘层（4）、纯铁铁芯（5）和纯铁极头（6）组成；N极脉冲取向线包（1）和S极脉冲取向线包（2）与模具（7）装配的极头端均包括纯铁极头（6）和不锈钢不导磁补偿板（8）；S极脉冲取向线包（2）上的纯铁极头（6）的端部呈凹弧状；所述N极脉冲取向线包（1）上的纯铁极头（6）的端部呈凸弧状，且凹弧状的弧度与凸弧状的弧度相同；与S极脉冲取向线包上的纯铁极头配合设置的不锈钢不导磁补偿板为凸弧补偿板（81），与N极脉冲取向线包上的纯铁极头配合设置的不锈钢不导磁补偿板为凹弧补偿板（82）；所述凸弧补偿板（81）和凹弧补偿板（82）远离纯铁极头（6）的一侧均设置为平面状，方便与模具（7）进行配合；纯铁极头（6）与纯铁铁芯（5）通过不锈钢螺栓连接，不锈钢不导磁补偿板（8）与纯铁极头（6）粘结设置。
2.一种采用权利要求1所述的磁场装置制备径向辐射稀土用磁瓦的工艺，其特征在于包括以下步骤：
1）取粉料加入模具中，利用权利要求1所述磁场装置，在不低于2.5T的磁场下进行取向成型，具体为瓦形模具通过安装模具时的瓦形外弧朝向进行磁场取向极限标识；方块模具通过在压头上设置有取向时磁场方向N、S极标识，制得辐射取向的方块或瓦形块状磁体生坯，完成退磁后取出生坯进行真空包装；
2）将步骤1）制得的方块或瓦形块状磁体生坯进行冷等静压处理，剥离真空包装后装入烧结盒；
3）将步骤2）制得的方块或瓦形块状磁体生坯进行烧结、时效和回火处理，得到钕铁硼磁体，所述烧结温度为970-1120℃，时效温度为850-950℃，回火温度为450-600℃；
4）将步骤3）制得的钕铁硼磁体，进行磨削和切割加工，制成径向辐射取向磁瓦。
3.如权利要求2所述的工艺，其特征在于在制备使用外弧磁场的磁瓦时，辐射取向块状毛坯，磁瓦外弧与块状毛坯的取向方向保持一致，以获得更大的外弧磁场；在制备使用内弧磁场的磁瓦时，辐射取向块状毛坯，磁瓦外弧与块状毛坯的取向方向相反，以获得更大的内弧磁场。
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