[发明专利]一种制备辐向永磁环的方法及其制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种辐向烧结永磁环的制备方法及其制造装置，尤其是一种可以实现任意厚度和任意高度的圆环状磁体的辐向取向的方法及其制造设备。

背景技术

磁体中所说的取向是指，磁粉在磁场的作用下，其晶体中的易磁化轴方向转向与磁场方向一致的方向上，从而使得磁粉在一定方向上形成有序的排列。目前在该领域的环形磁体的取向方式主要有四种，即轴向取向、径向取向、辐射取向和径向多极取向。其中，轴向取向以及径向取向的永磁环都已能够大批量生产，径向多级取向的环目前也有部分厂家可以生产，但是对于特别适合应用于电机领域的辐射取向的永磁环的大批量生产技术，目前还属于空白，市场潜力巨大。

目前在永磁电机中使用的永磁环，大部分采用粘结磁环或烧结瓦形磁体拼接的方法。粘结磁环由于粘合剂等非磁性相的存在（占磁体体积分数的20%以上），导致磁体的磁性能较低，且目前国内只能生产各向同性的粘结磁环，其磁性能更低，这种磁环只适合应用于功率较小的电机，不适合较大功率电机使用。烧结瓦形磁体拼接方法制备的辐向环通常是利用方块磁体切割成瓦形磁体，再按相应磁极充磁后进行拼接，加工过程中材料浪费严重，一般材料的有效利用率只有50%左右，而且线切割和磨加工的费用也很高。另外这种磁瓦拼接磁环，磁极波动较大，功率因数低，效率不高，同时这种拼接磁环并不能产生真正辐射取向的磁体，拼缝漏磁较大，瓦形磁体与铁回路的粘接牢固度差，还需要增加螺栓固定。而采用辐射取向整体永磁环，可以有效的简化磁体生产工序和电机装配过程，不仅降低了制造和组装成本，而且提高了装配精度，增加了电机运行的稳定性。

目前制备高性能辐向永磁环的方法主要有热压和烧结工艺，热压工艺由于目前还不成熟，仅处于实验室阶段。通过烧结工艺制备辐向永磁环的方法主要有四种：对挤磁场取向法，该方法通过上下两个同性磁极头在压制过程中挤入辐向环模腔，通过导磁形成一个辐射磁场，这种方法制备的辐向永磁环在高度方向上的取向度均匀性较差，另外在制备高度较高或者内径较小的磁环时，取向磁场的强度会大大降低；分段取向法，该方法将圆环分段进行取向，但会导致在分段处的取向度不均匀，从而导致最终磁环磁性能不均匀，甚至因应力集中而开裂；成型取向法：该方法在压制过程中磁粉和取向磁场间有相对旋转运动，较好的解决了分段取向的不均匀性，但由于在取向过程中压制也在同步进行，因此这种方法也存在取向度不均匀的问题；旋转磁场取向:这种方法采用电磁铁的交流电产生旋转磁场对磁环进行取向，但磁体沿圆周方向依然存在取向度的不均匀。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种可以实现不同高度、不同内外径尺寸的辐向永磁环的制备方法及其制造装置，通过使用本发明的制备方法和制造装置，可以对不同高度及各种内外径尺寸的永磁环实现均匀的辐向取向，同时采用了特殊的脱模方式，提高了磁环的生产合格率，特别是对于薄壁型的辐向永磁环，其效果更为明显。

本发明所采用的技术方案为：一种制备辐向永磁环的方法，放置于环状模腔内的永磁粉末在取向及压制过程中，始终有一定厚度的磁粉处于辐向磁场中，并得到取向，该辐向磁场沿轴向方向对磁粉进行往复扫描移动，从而使得不同高度位置的磁粉顺序处于该辐向磁场中，并最终全部磁粉得到取向，在压制结束后获得磁粉沿辐向方向充分、均匀取向的辐向永磁环。

本发明所述的辐向磁场是由模腔内的芯棒做为内磁极，模腔外的导磁板作为外磁极，在内外两个磁极的共同作用下形成辐向磁场；通过外磁极沿轴向方向相对磁粉的往复扫描移动，形成相对磁粉不断扫描移动的辐向磁场。

取向压制的任一时刻，所述的辐向磁场仅在磁粉所处的部分高度区域有较高的场强，而该区域外的磁粉所处的磁场场强相对较弱，且随着与该区域中心位置距离的增大而快速衰减，所述的部分高度区域随着扫描磁场位置的不同而不断变化。

对于不同厚度、不同高度的永磁环，通过调节外磁极对磁粉的扫描频率和范围来保证对每一部分磁粉的充分、均匀的辐向取向。

本方法所用到的制备装置，包括上油缸、固定板、立柱、上冲头、导磁的中心芯棒、外磁极、外模腔、可活动板、下冲头、固定板、油缸、电磁铁线包、导磁的压机底座以及压机支架；所述的外磁极与电磁铁线包之间通过导磁套筒、导磁底座和导磁的中心芯棒及油缸连接构成导磁回路；外磁极可沿外模腔的轴向进行扫描移动，其运动通过驱动装置进行控制。