一种使永磁体中性磁层产生偏移的方法及准单极永磁体与流程

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1.本发明涉及一种准单极永磁体及制备方法，此方法能够将永磁体的一个极整体磁层均匀的做的很薄，而相对一极的磁层厚度将被大大的增加，因为这种永磁体单边对外做功的磁场强度被大幅度的提高了以后，就可以大幅度的减少磁钢的用量，同时又能极大的提高使用本准单极永磁体设备的效率、并由此减小了设备的体积。


背景技术：

2.在永磁体制备时，磁粉料铁氧体、钕铁硼或钐钴料等压制成坯的生产过程中都采用了施加取向场的成型工艺，即对磁粉在一个强磁场中进行竖直取向后压制成坯，从而得到了各向异性的永磁体，这是基于各向异性永磁材料的内禀矫顽力而广泛采用的工艺，当烧结后的成品充磁后其性能均与取向场的取向方式和施加方法密切相关。
3.传统的铁氧体永磁体生产模具绝大多数采用了单一线圈取向，发明人经过多年研究以后认为：单一线圈取向只是起了使磁畴竖直排列的作用，严格的说其对永磁体并没有起到人们希望达到的取向目的，电机界都希望磁瓦内弧的工作面磁场越强越好，但是现有的单线包取向方法是与希望背道而驰的，其生产出来的磁瓦基本上是s极与n极场强对等，因为是贯通取向所以就不会产生特殊中性分层的永磁体，而在充磁时这种磁体就会自动在中间对等生成一个中性层，所以s极与n极磁场强度基本上相等。
4.一般压制稀土钕铁硼磁钢多数采用的是双线包取向，但是由于两个线包对磁粉的取向场功率是相近的，所以人们在无意识中给钕铁硼磁粉一分为二进行了对等的分层，结果生产出来的钕铁硼磁钢必然是s极与n极相对对称的磁场。


技术实现要素：

5.本发明的目的是：提供一种大幅度提高单边永磁体场强的制备方法，以此得到一种特殊的准单极永磁体，从而用以大幅度提高一切应用此种磁体设备的效率。
6.本发明的技术解决方案是：一种使永磁体中性磁层产生偏移的(具有准单极特征的)永磁体，永磁体的s/n极的两极整体的磁场强度明显的不再对称，(用观磁片测量)一极s或n的磁场强度所有的点面能均匀的高出反面n或s另一极磁场表磁磁场强度达20％以上。具有准单极特征的永磁体时，中性层的一个极薄区域不会在永磁体两极的中央，而是明显偏向了磁体做功的反向一侧，偏移的距离是永磁体长度的15％-45％之间。所述的永磁体是铁氧体永磁体、钕铁硼永磁体或钐钴永磁体。
7.本发明的方法，当磁粉料压制成坯时，采用施加取向场的成型工艺，即在磁粉成坯时在一个强磁场中进行取向压制，利用两组线圈各自对成型模腔里的磁粉料施加方向相反、且不大小同的外加磁场磁力，导磁棒体充磁头位于取向线圈和小功率反极性磁场产生线圈的中央；强磁场的产生利用两组线圈各自对成型模腔里的磁粉料施加方向相反、且大小不同的外加磁场磁力，如图1所示：导磁棒体充磁头1和2，左右导磁棒体充磁头位于取向线圈3和小功率反极性磁场产生线圈4内的中心,压制磁体毛坯时用以包裹磁粉的不导磁成
形模套5，模套内包括有厚度不同的用以均匀磁场的不导磁片体6和7，8为磁粉毛坯粉料，即成型固定后即为图2的永磁体，一极的磁强远大于另一极磁强的永磁体(所以可称之为准单极，此极为真正用于电机与发电机的电磁作用力，磁强大能提高电机的效率，(准)方波的磁场分布效果会更好)，尤其可以为粘接钕铁硼永磁体。图2的永磁体并不限于棒状的两端磁极分布，可以是片状(磁场在片状的两侧面分布)或环状(采用环状成型的模具套)或瓦型；粘接钕铁硼永磁体采用现有技术的磁粉与固型剂配方。
8.两组线圈对成型模腔里的磁粉料施加磁场时，使其对磁粉产生各自朝向自己一方充磁极头扯拽的争夺力，由于来自两个方向的磁场力度大小不等这样就如同拔河比赛，扯拽会在轴向空间的某一点上达到一种力的平衡，这个点的位置我们就称为被取向的磁粉里出现了一个中性的层。研究发现这个极薄区域会生成一种既不属于s极又不属于n极的微观排列结构且各向同性，用显微镜观察可以看出其具有鱼鳞一样的细微波纹。
9.具有准单极特征的永磁体，中性层的一个极薄区域不会在永磁体两极的中央，而是明显偏向了磁体做功磁极的背后一侧，偏移的距离是两极长度的比值：0.1-0.45。
10.产生这种大小不同、方向不同的磁吸引(取向乃至争夺)力，取决于两组线圈的电压、电流分别的设置和调节。当这两种异性的磁场引力作用在同一块磁粉毛坯上时，就会生成一个位置受到控制的中性磁层面，而通过有意识使这个中性磁层面位置的偏移，就可以制造出一块两极磁场强度不再对称的永磁体(准单极永磁体)。
11.为施加磁场设置的导磁棒一般使用45号钢或是其它导磁性能更好的材料如20号钢或是纯铁，其直径或形状随被压制永磁体的形状而改变，也可以压制成大块磁体再进行分割加工。
12.本发明方法得到的一种具有准单极特征的永磁体，s/n极的两极整体的磁场强度明显的不再对称，通常(正面)一极s或n的磁场强度所有的点面均高出反面另一n或s极，用高斯计测量则差值可以达到30％以上，即弱极一端的磁强只是强极一端磁强的百分之几。
13.用磁场观察片查看这种准单极特征的永磁体如圆柱体、矩形体甚至片状磁体的一圈，中性层亮线都是偏向了磁体做功面的背后一面，并且可以看出前后或是上下两个面具有明显的差值。
14.由于导磁棒体具有趋肤效应、前端必然会对磁粉施加马鞍形起伏磁场，由于马鞍波形的磁体在永磁电机里使用会产生严重的电磁噪音，所以在导磁棒前端专门设置了均匀磁场的均磁片，其材料为一切具有强度的不导磁材料即可，而均磁片的厚度要根据压制好的磁体所测波形来决定，以完全达到方波形态为最佳选择，否则就要增加或是递减其厚度，由于取向磁场强度对磁粉压制具有超强的致密作用，所以均磁片用的越薄磁体就会被压制的越密实，因此对波形要求不高也可以不使用均磁片进行压制，但做出来磁体必然是马鞍波形。
15.本发明的设备和方法得到的益处和效果是：永磁体一端的表磁强度将被大幅度的提高，而相对另一端表磁强度则被大幅度的降低，这样将能够极大的提高永磁体的利用率，利用本发明方法制备的永磁体将比普通磁瓦的表磁提高30％以上，因为制备出的磁瓦和永磁体做功使用的一端场强分布的更均匀更强大，由此就可以大大降低磁钢的使用量达20％以上。本发明的目的还在于提供一种可控的方法，可以任意控制永磁体的工作面内弧与背面外弧的磁场强度分布，工作面(正面或内弧)的磁场强度将大大高于现有制品。采用均磁
片的结构使磁强强度一面强一面弱，且使此面的磁场强度均匀。
16.用本发明制备的永磁体可以提供给大功率电机、发电机(包括风力发电机)、空调电机、核磁共振设备等使用，能使电机效率大幅度提高的同时又能减少永磁体的体积和消耗，可见本发明社会意义和经济意义巨大。
附图说明
17.图1为本发明的装置结构。其中：1和2为导磁的压制模头棒体，其上配置了各自独立的取向线圈3和反向取向线圈4。
18.图2为磁场强度不对称的永磁体的磁强强度一端强一端弱结构示意图，图2为棒状。但实用时可以根据需求为片、环、瓦状，亦是磁强强度一面(端)强另一面(端)弱，在电机上应用的效率明显提高。
具体实施方式
19.所述的两极表面磁场强度不对称的永磁体的制备方法，如附图1所示：其中1和2为导磁的压制模头棒体，压制模头棒体外，分别套置独立的取向线圈3和反向吸引力线圈4，在1和2两模头棒体之间套有不导磁的模套5，模套5内构成磁体成形的模腔，加工的磁粉8就放置在模腔内，导磁的模头棒体1和2(可用纯铁，截面积等于一个或包括若干模的成型面积)与磁粉8之间分别垫放有均磁片6和7，模具压制时取向线圈3始终为最大的功率取向，随后用高斯计或磁场观察片检测模套内磁粉的中性层处于的位置，采用调整线圈4的反向吸引电流的大小，调节中性层处于的位置，最终通过试验将电压设定在磁粉毛坯8中性层一端被偏置成很薄磁极的位置。图中形成一个强s极。
20.因为采用一组线圈为磁粉成形模腔施加了大功率取向磁场，而另一个压制充头上则设置一组功率较小极性相反的调整线圈，当两种不同极性不同功率大小的磁场，共同施加在成形模腔里的磁粉上时，就会对磁粉产生各自扯拽的反向磁力场，而对这种磁力场平衡点的位置进行人为的左右偏置，就可以生产出s极与n极不再对等的准单极磁场。
21.磁场取向时通过压力机在高压下将(永)磁粉在记忆下压制成块，后续再行烧结或是加热固化成形，产品通过充磁后就能够得到永磁体，并且制得的永磁体中性层还保留在压制时记忆的位置，从而就得到了具有一定单边特性的超高性能准单极永磁体。(永)磁粉包括铁氧体、钕铁硼、钐钴等材料用以制备烧结或粘接的永磁体元件。永磁体元件可以用于各种电机或发电机，尤其是钕铁硼、钐钴等材料用于电动汽车、高铁电机、风力发电机等使用。
22.永磁体制备时，当磁粉料压制成坯时，采用施加取向场的成型工艺，即在磁粉成坯时在一个强磁场中进行取向压制，利用两组线圈各自对成型模腔里的磁粉料施加方向相反、且不大小同的外加磁场磁力，导磁棒体充磁头位于取向线圈和小功率反极性磁场产生线圈的中央；取向线圈始终用于最大功率输出，而另一端对应的线圈则作为专用反向异性吸引磁场的使用，功率较小但电压调整范围很宽。
23.压制磁体毛坯时用以包裹磁粉的不导磁成形模套5，模套内包括有厚度相同或不同的用以均匀磁场的不导磁片体。
24.取向场磁场强度对压制磁体毛坯时大小不等，在生产过程中用高斯计对成形模套
外壁某一设定点的0值作为监控的依据。
25.根据成形磁体表磁波形分布的均匀程度，作出增减均磁片6或7厚薄的设置依据，以扫描磁瓦或磁体的波形呈现方波状态为佳，均磁片过厚时将会大大削弱取向磁场对磁粉产生的致密力度，所以不使用均磁片或是单一使用均磁片压制也是在本技术的实施范围之内，并且只在一端利用均磁片的厚薄调节磁场中性层面偏移也在专利保护范围之列。
26.强磁体的一端是平面或是与所需磁体形状反向对应的各种异型形状，考虑到实验室实施时脱模的难度，将模套随强磁体一同烧结成形后再取出，用于注塑磁粘接永磁体的批量生产。
27.应用反向施加磁场引力的方法，用于对现有单线包多腔取向压制的铁氧体磁瓦模具进行改造，由于线包的功率要求较小，所以在上下模吸水板处增设一组专用线圈用于给吸水板对模压充头产生反向磁吸引力，该线圈电流的大小可以根据磁瓦成品的性能检测，或是在模板上开孔设置中性极层的检测位置。
28.依据成形磁体表磁波形分布的均匀程度，作出增减均磁片6、7厚薄(一般不低于1mm的厚度)的设置依据，如果扫描磁瓦或磁体的波形呈现方波状态则为最佳，均磁片过厚时将会大大削弱取向磁场对磁粉产生的致密力度，所以不使用均磁片压制也是在本发明的实施范围之内，或是只在一端使用均磁片也可以作为调节磁场大小的方法。
29.1和2为导磁的压制模头棒体，其上配置了各自独立的取向线圈3和反向取向线圈4，反向取向线圈是指与取向线圈产生极性相反的线圈；不导磁的模套5为磁粉压制成形的模腔，内置有不导磁材料制成的均磁片6和7(用不锈钢、硬铝等非导磁材料制备)，模具压制时取向线圈3始终提供最大的功率取向，随后用高斯计或磁场观察片检测模套内磁粉的中性层位置，然后采用调整线圈4的反向吸引电流，最终通过试验将电压设定在磁粉毛坯8一端被偏置成理想磁极的位置、此后利用压机将磁粉产生的内禀形态压制记忆成型，后续通过烧结或是加热固化后成形，产品通过充磁后就能够得到人们希望得到的具有方波特征及超高性能的永磁体。
30.本发明得到的是一种具有准单极特征的永磁体，s/n极的两极整体的磁场强度明显的不再对称，通常一边一极的磁场强度所有的点面可以均匀的高出反面一极磁场表磁达30％以上。主极磁强为100mt时，背面(相对面的)一极的磁强在70mt以下。
31.均磁片为不锈钢或其它硬质合金材料，本身具有良好的硬度厚度可以是1-35毫米。
32.3为专用取向线圈对磁粉强磁做功，始终用于最大功率输出，而另一端对应的线圈4则作为提供反向(异性)磁场的吸引使用，功率较小但电压调整范围可很宽。
33.在生产过程中弱磁场线包的精细调节设置取决于，用高斯计对成形模套外壁某一设定点的0值监控，或是使用磁场观察片通过透明的调试模套观看磁粉中的亮线位置作为设定的依据，也可以在金属模套上设置刻度辨别磁粉的位置，从而用以被磁场观察片识别。
34.根据成形磁体表磁波形分布的均匀程度，作出增减均磁片6、7厚薄的设置依据，以扫描磁瓦或磁体的波形呈现方波状态为佳，均磁片过厚时将会大大削弱取向磁场对磁粉产生的致密力度，所以不使用均磁片或是单一使用均磁片压制也是在本技术的实施范围之内，并且只在一端利用均磁片的厚薄调节磁场中性层也是在专利保护的范围之列。
35.本发明也可以使用两块厚薄不等的强磁体，分别装入成形模腔对磁粉进行取向，
而不需要采用通电后产生磁场的取向线圈方式用以制造准单极磁体，作为取向使用的强磁体可以是钕铁硼磁钢或是钐钴磁钢，而使用钐钴或钕铁硼磁钢则可以对塑磁粉直接在高温下进行固化。
36.应用反向施加磁场引力的方法，也可以用于对现有单线包多腔取向压制的铁氧体磁瓦模具进行改造，由于线包的功率要求较小，所以可以在上下模吸水板处增设一组专用线圈用于给吸水板对模压充头产生反向磁吸引力，该线圈电流的大小可以根据磁瓦成品的性能检测，或是在模板上开孔设置中性极层的检测位置。
37.实施例：
38.实施例1：，用内孔为30mm,壁厚为5mm的钢化玻璃管，中间填充压实为25mm厚度的磁粉。准备两块直径φ30mm长度各为30mm的钕铁硼圆柱型磁钢，在钢化玻璃管两端分别各放入一块所述的强磁体，用磁场观察片可以看出玻璃管里磁场的中心线在磁粉正中央12.5mm处，然后用高斯计透过观磁片上亮线处测量显示此点为0值高斯。
39.实施例2：钢化玻璃管一端放入φ30mm*30mm的钕铁硼磁钢，磁粉灌入的量同实施例1，另一端再放入φ30mm*长20mm的钕铁硼磁钢，用观察片查看磁粉中的中心亮线偏离了中心线一边为2.5mm，偏离的位置是在20mm磁钢的一边。
40.实施例3：钢化玻璃管里填充了压实后为25mm的磁粉，一端放入厚度为30mm的钕铁硼磁钢，另一端放入厚度为10mm的钕铁硼磁钢，然后用观察片观察磁粉分层的中心线亮线为朝着10mm磁钢一边，偏离了中心点5.5mm。
41.实施例4同样的条件下将一端磁钢使用到了5mm厚度时，测量磁粉中心的亮线已不显示，跑到5mm磁钢里去了。
42.用此种实验方法和采用螺线管通电线圈的试验方法原理上基本雷同，两种手段得到的测试结果基本上是相一致的，而用钕铁硼强磁作为比较的试验依据则更加准确。
43.实施例5：粘接或塑性钕铁硼(热塑性成型，无须真空烧结)，直接的指标是钕铁硼的柱形样品，原来的正面表面磁强为200mt，背面磁强为100mt；制备成的电机空载电流和负载电流比传统磁瓦制备的电机降低15％以上，电机效率提高15％以上。
44.实施例6：真空烧结钕铁硼，仅在取向场的磁场强度的正面的强度高于反面的磁场强度8倍时，其它工艺不变，如等静压压实、真空或保护气体气氛保护下烧结，磨削后经脉冲强磁场充磁，直接的指标是钕铁硼的柱形样品，控制原来的正面表面磁强为400mt左右，背面磁强为200mt左右；制备成的电机空载电流和负载电流比传统磁瓦制备的电机降低15％以上，电机效率提高15％以上。