一种聚焦磁场分布的磁铁和磁性联轴器的制作方法

1.本实用新型涉及磁材制造技术领域，尤其是涉及一种聚焦磁场分布的磁铁和磁性联轴器。


背景技术：

2.目前的烧结磁铁绝大多数都是一个方向平行的磁化方向，普通的方形和圆形磁铁两个极性面充磁后磁场分布都是对称且均匀的，这是因为在磁铁毛坯制备过程中，磁场的取向无法做到太过复杂。如图1所示，图1示出了现有技术的烧结磁铁的制造工艺，将压坯1横向放置于成型工装2和压头3所形成的空腔内，在成型工装2的外侧设置取向线圈4，从而使得压坯1内部形成横向平行取向的取向磁场。然而上述的制造方法，在磁铁再加工成成品后，磁场方向体现只有一个易磁化方向，即横向平行，如图2所示，图2示出了采用现有的制造方法加工成磁铁后磁铁的磁场分布示意图。如果要改变磁场的走向，增强某个区域的磁场，或削弱某个区域的磁场，需要使用软磁材料进行磁场引导，如图3所示，图3示出了现有采用软磁材料对磁铁磁场进行引导的示意图。或者如图4所示，将具有不同磁极方向磁铁强制粘接固定，该种方法最典型的应用就是halbach磁路。
3.本技术人发现现有技术至少存在以下技术问题：目前的烧结磁铁的磁场平行取向后导致磁铁的充磁方向只有一个方向，这样虽然制程难度较低，工艺成熟，不容易出错，且在目前大部分的磁应用场景中被广泛应用，但是在大部分磁路的应用场景中，该磁化方式的磁场的无效做功率较大，漏磁较严重。如果采用halbach磁路，虽然磁路设计可以很精巧，磁场走向也可以设计的很理想，但是halbach磁路都是靠每个方向的磁铁强行粘接组成而成的，成本较高。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种聚焦磁场分布的磁铁和磁性联轴器，以解决现有技术中存在的烧结磁铁的磁场取向横向平行，导致无效做功率较大，漏磁较严重的技术问题。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：
6.本实用新型提供的一种聚焦磁场分布的磁铁，包括磁场聚集面和磁场分散面，且所述磁铁内部的磁场磁力线自所述磁场分散面向所述磁场聚集面的方向聚集分布，或者所述磁铁内部的磁场磁力线自所述磁场聚集面向所述磁场分散面的方向分散分布。
7.根据一种优选实施方式，所述磁场聚集面为所述磁铁的其中一个侧面，所述磁场分散面至少包括与所述磁场聚集面相对设置的侧面。
8.根据一种优选实施方式，所述磁场分散面还包括在所述磁铁上与所述磁场聚集面相邻的周向侧面。
9.根据一种优选实施方式，所述磁铁内部磁场在磁场取向的上下呈非对称分布。
10.根据一种优选实施方式，所述磁铁内部磁场在磁场取向的左右呈对称分布。
11.本实用新型还提供了一种磁性联轴器，包括内转子、外转子和所述的磁铁，其中，在所述内转子的外圆周面上安装有所述磁铁，在所述外转子的内圆周面上安装有所述磁铁，且设置于所述内转子和所述外转子上的磁铁的工作面相对齐且磁铁极性相反。
12.根据一种优选实施方式，设置于所述内转子和所述外转子上的磁铁的相对面均为铁磁的磁场聚集面。
13.根据一种优选实施方式，所述磁铁以ns极交替的方式沿所述内转子和所述外转子的圆周面呈圆周排列。
14.基于上述技术方案，本实用新型的一种聚焦磁场分布的磁铁和磁性联轴器至少具有如下技术效果：
15.本实用新型的磁铁包括磁场聚集面和磁场分散面，且磁铁内部的磁场磁力线自磁场分散面向磁场聚集面的方向聚集分布，或者磁铁内部的磁场磁力线自磁场聚集面向磁场分散面的方向分散分布。本实用新型优化磁铁充磁后的磁场分布能够使得单个磁铁达到类似halbach理想的磁路结构，使得磁铁的磁场能够在工作区域聚集使得磁性很强，而在非工作区域分散使得磁场很弱，而且单个磁铁无需像halbach那样进行组装，即可达到理想的磁路效果，从而提高了磁场的有效做功率。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是现有技术的烧结磁铁的制造工艺示意图；
18.图2是采用现有技术的制造方法加工的磁铁的磁场分布示意图；
19.图3和图4分别是现有方法对磁铁磁场进行引导的示意图；
20.图5是本实用新型的聚焦磁场分布的磁铁的一种优选实施方式的结构示意图；
21.图6是本实用新型的聚焦磁场分布的磁铁的另一种优选实施方式的结构示意图；
22.图7是本实用新型的磁铁的磁场分布示意图；
23.图8是本实用新型的磁铁应用于磁性联轴器的安装结构示意图；
24.图9是现有技术的磁铁用于联轴器的磁路示意图；
25.图10是本实用新型的磁铁用于联轴器的磁路示意图；
26.图11是现有技术的磁铁装配的联轴器扭矩和角度变化图；
27.图12是本实用新型的磁铁装配的联轴器扭矩和角度变化图；
28.图13是本实用新型的磁铁的制造过程的示意图；
29.图14是本实用新型的磁铁充磁示意图。
30.图中：1-压坯；2-成型工装；3-压头；10-磁铁；101-磁场聚集面；102-磁场分散面；20-内转子；21-外转子；30-取向线圈；31-取向磁场；32-磁铁毛坯；33-标识。
具体实施方式
31.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
32.下面结合说明书附图对本实用新型的技术方案进行详细说明。
33.实施例1
34.如图5或图6所示，本实用新型提供了一种聚焦磁场分布的磁铁，包括磁场聚集面101和磁场分散面102，且磁铁内部的磁场磁力线自磁场分散面102向磁场聚集面101的方向聚集分布，或者磁铁内部的磁场磁力线自磁场聚集面101向磁场分散面102的方向分散分布。从而在整个磁铁中实现一面磁场聚集一面磁场分散的设计，从而优化磁铁充磁后的磁场走向，使得单个磁铁达到类似halbach理想的磁路结构，磁场在工作区域聚集使得磁性很强，在非工作区域分散使得磁场很弱，而且单个磁铁不需要像halbach那样组装，即可达到较理想的磁路效果，从而提高磁场的有效做功率。
35.进一步优选的，如图5或图6所示，磁场聚集面101为磁铁的其中一个侧面，磁场分散面102至少包括与磁场聚集面101相对设置的侧面。优选的，磁场分散面102还包括在磁铁上与磁场聚集面101相邻的周向侧面。即，磁铁的磁场聚集面为磁铁的其中一个侧面，而与磁铁的磁场聚集面相邻的以及相对的侧面均可为磁场分散面。进一步优选的，磁铁内部磁场在磁场取向的上下呈非对称分布。磁铁内部磁场在磁场取向的左右呈对称分布。从而使得磁铁内部磁场分布呈聚集式或分散式。
36.如图7所示，图7示出了本实用新型的优化磁场分布后的磁铁的磁路效果，相比较图2中现有的磁铁磁场分布，可看出本实用新型的磁铁可以达到理想的磁路效果。
37.实施例2
38.本实用新型还提供了一种磁性联轴器，如图8所示，包括内转子20、外转子21和实施例1所述的磁铁10。其中，在内转子20的外圆周面上安装有磁铁10，在外转子21的内圆周面上安装有磁铁10，且设置于内转子20和外转子21上的磁铁10的工作面相对齐且磁铁极性相反。优选的，设置于内转子20和外转子21上的磁铁10的相对面均为铁磁的磁场聚集面101。优选的，磁铁10以ns极交替的方式沿内转子20和外转子21的圆周面呈圆周排列。优选的，内转子和外转子为铁轭。
39.采用本实用新型的磁铁的磁性联轴器可以提高有效做功率，同时对于提高磁吸力、磁吸扭矩也很有帮助。如图9和图10所示，图9示出了现有技术的磁铁用于联轴器的磁路示意图，图9的右侧图为a处放大图，从图9可以看出，磁铁的边角有部分磁力线未达到对吸的磁铁，因此采用的现有的磁铁会影响磁铁的有效做功率，从而降低扭矩。图10示出了使用本实用新型的磁铁应用于联轴器的磁路示意图的部分放大图，由图10可以看出，使用本实用新型的磁铁后磁铁边角处的磁力线未达到对吸的磁铁相对较少，从而可提高磁铁的有效做功率，进而提高联轴器的扭矩。图11和图12分别示出了采用常规现有的磁铁装配的联轴器和采用本实用新型的磁场优化的磁铁装配的联轴器扭矩和角度变化图，从图11和图12的两个扭矩与角度的变化图可以看出，采用同样尺寸同样性能的磁铁，磁场优化的磁铁装配的联轴器的扭矩要比普通磁铁装配的联轴器扭矩高17％。
40.实施例3
41.本实用新型还提供了实施例1所述的磁铁的制造方法，如图13和图14所示，包括如下步骤：
42.将两个取向线圈30的同磁极相靠近设置，以使两个取向线圈30的同磁极之间产生向外辐射的取向磁场31，如图13所示；
43.将待充磁的磁铁毛坯32放置于两个取向线圈30所产生的向外辐射的取向磁场31中以使待充磁的磁铁毛坯32内部形成聚集式或发散式的易充磁方向。其中，在压型时，对磁铁毛坯32的上压头或下压头设置标记33以能够识别磁场聚集面或磁场分散面。优选的，在对磁铁毛坯32进行易充磁方向的压型时，在磁铁毛坯32的上方和下方分别设置上压头和下压头，在磁铁毛坯32的左右两侧分别设置成型工装，以使得磁铁毛坯32在辐射状的取向磁场中形成辐射状易充磁方向。
44.优选的，如图14所示，还包括：将压型后的磁铁放置于充磁线圈产生的充磁磁场内，使磁铁按照易充磁方向进行充磁，以使磁铁内部产生自磁场分散面102逐渐向磁场聚集面101的方向聚集分布的磁场，或者自磁场聚集面101逐渐向磁场分散面102的方向分散分布的磁场。
45.通过在磁铁的制备过程中使得取向线圈产生辐射形状的磁场取向，让磁铁毛坯产生辐射形状的易充磁方向，压型时，为了便于识别磁场聚集面和磁场分散面，可在上压头或下压头做标记。本实用新型的磁铁在烧结后毛坯可只做精磨加工，由于磁场取向是类似辐射状，磁铁的磁化方向上下没有对称性，所以不可做小片切割，况且用于联轴器或磁力泵的磁铁，本身尺寸比较大，可实现单片成型，工艺上很容易实现。充磁时使用普通的充磁线圈即可，只要充磁磁场足够大，可以将磁铁内部所有方向的充磁区域都充饱和。如图14所示，图14中左侧图为充磁示意图，右侧图为充磁后磁铁的磁场示意图。装配时由于磁场聚集面有标记很好区分，只需要区分好极性装配即可。
46.本实用新型的磁铁不需要通过多个不同磁化方向的磁铁装配的方式即可实现磁场优化的目的，大大降低了成本。根据设计所需要的磁场倾斜角度，只需要在取向时将取向磁场设计成所需的角度即可实现目前磁铁装配形式很难实现的理想化的halbach磁路结构。同时本实用新型的磁铁是一体成型，磁场强度自然超过现有装配形式。由于本实用新型的磁场优化的磁铁内部磁回路更趋近理想化，装配中使用的导磁性铁轭用量可以减少，从而可降低联轴器的体积。
47.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
48.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含
义。
49.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。