一种提供钕铁硼辅助铸造磁场的永磁体系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种提供钕铁硼辅助铸造磁场的永磁体系统，包括提供励磁源的第四永磁体、引导和调整磁力线方向的辅助永磁体以及导磁的软铁芯,所述第四永磁体为单体式或6-12块单向充磁的弧形块拼接而成。本实用新型提供的永磁体系统，工作作空间与磁体总体积比大，能适应设备要求又能满足需要留出足够的铜模空间；设计目标区域磁场集中，大小符合要求；方向沿轴线方向，垂直轴线方向的分量很小，可能对铸造造成的影响较小；辐射状环形磁体也可用八块单向充磁的弧形磁体代替，可在组装难度可接受的前提下降低成本，对所得磁场效果影响不明显；整体装在一个上下盖可拆的不锈钢壳中，既解决了固定的问题也能有效保护磁体。
【专利说明】一种提供钕铁硼辅助铸造磁场的永磁体系统
【技术领域】
[0001]本专利涉及一种钕铁硼辅助铸造磁场系统。
【背景技术】
[0002]钕铁硼(NdFeB)基合金作为室温综合硬磁性能最好的稀土永磁材料，广泛应用于各类机电产品中，其市场值已接近永磁材料的二分之一并逐年上升。NdFeB磁体的制备目前主要采用粉末冶金，由于制备工艺存在诸如工艺复杂、工序繁多和粉末冶金缺陷等问题，难以得到高性能的优质磁体。因此，近十年来，许多研究者尝试用大块非晶(BMG)制备技术以及快速凝固技术来获得更高性能的纳米复合NdFeB材料,但这种新技术仍存在诸多问题亟待解决。
[0003]快速凝固技术常用的方式主要有吸铸和吹铸两种直接铜模铸造。而基于此种工艺如何使磁体获得各向异性以获得更好磁性能是研究者们关注的重要问题。目前的一些研究结果表明磁场可能有助于获得磁各向异性，并且可以优化钕铁硼纳米晶组织结构。台湾一些研究者已经做出相关尝试，在吸铸模具表面加一个垂直于吸铸方向的水平磁场，但研究结果显示磁场对钕铁硼合金的凝固行为有影响，可细化晶粒；对各向异性的影响却不明显。上面提到磁场会影响晶体的C轴取向，这对于获得磁各向异性具有重要指导意义。所以，推测上述实验中磁场对各向异性影响不明显可能与磁场方向和施加方式有关，若施加一个平行于铸造方向的辅助磁场则很有可能获得沿轴向的磁各向异性。
[0004]另外辅助磁场的添加要综合考虑工艺的各方面因素:首先，磁场大小要足够影响铸造过程；其次，要控制整个磁场系统的体积，与现有铸造设备腔体空间适应；并且考虑磁场系统对设备可能造成的影响；最后，要给吹铸(或吸铸)用铜模预留足够空间，保证铸造冷却速度和铸造效果。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是获得一种提供平行于铸造方向的辅助铸造强磁场的永磁体系统，使铸造的磁体获得各向异性和良好的组织。这种辅助铸造磁场永磁体系统由一系列环形永磁体配以软磁铁芯组装在一起，外面用不锈钢外壳进行固定，不锈钢外壳上、下盖均用螺钉固定可拆卸，磁体中间留出一个圆柱形空间用来放置铸造用铜模。
[0006]本实用新型的技术方案如下:
[0007]—种提供钕铁硼辅助铸造磁场的永磁体系统，包括提供励磁源的第四永磁体、弓丨导和调整磁力线方向的辅助永磁体以及导磁的软铁芯，所述第四永磁体为辐射状充磁的环形磁体，第四永磁体下方设置有一层由沿轴向充磁的圆环形第二永磁体和包裹在第二永磁体外侧呈辐射状充磁组成排挤磁力线的环形第一永磁体；第四永磁体上方设置有一块沿轴向向下充磁的环形第五永磁体，有效地改善了磁力线走向形状；第四永磁体外侧下方设置有用于调整磁路的轴向充磁的环形第三永磁体，所述第五永磁体的上方及外侧覆盖地设置有导磁软铁圆环，所述导磁软铁圆环向下延伸至第三永磁体顶端。[0008]进一步地，所述第四永磁体为6-12块单向充磁的弧形块拼接而成。
[0009]进一步地，所述的第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体、第四永磁体、第五永磁体均为稀土钕铁硼永磁体。
[0010]进一步地，所述的导磁软铁圆环为电工纯铁。
[0011]进一步地，所述第二永磁体的中间设置有通气孔。
[0012]进一步地，还包括用于容纳永磁体和导磁软铁圆环圆筒形壳体，所述壳体上端及下端分别设置有顶盖及底盖。
[0013]进一步地，所述的顶盖及底盖均为盖均为圆角正方形不锈钢板，且中心均设有通孔。
[0014]进一步地，所述顶盖及底盖的边缘及壳体两端的边缘配合地设置有用于装拆的紧固螺孔，顶盖及底盖可拆卸，为圆角正方形不锈钢板，四周有四个紧固螺孔，且盖的宽度均与桶体的直径保持一致，壳体为圆柱形，两端有可分别与上下盖配合的有螺纹孔进行连接。
[0015]具体说本专利的永磁体系统整体为空心圆柱形，可提供轴线附近上方4cm范围内竖直向上的均值为0.7T左右的磁场，这也就是所需的平行铸造磁场的辅助磁场。该系统主要磁体为一块福射状充磁的圆环形第四永磁体，所述第四永磁体下方由一块磁场方向为轴向向上的圆盘形磁体和等厚配合的辐射状充磁的圆环形永磁体组成，作用使是尽量使主体磁体的磁场线往轴向向上的方向集中。第四永磁体上方有一块径向尺寸与第四永磁体一致的圆环形磁体，其磁场方向为沿轴向向下，作用是阻止磁场线过早向外侧偏转，延长平行磁场的长度。在此块磁铁上方和外侧有两块导磁的导磁软铁圆环，作用是引导磁力线返回，避免向外辐射。第四永磁体外侧有一个沿轴向向下充磁的圆环形磁体，作用是调整磁路形状。
[0016]本专利提供的永磁体系统具有以下优点:工作空间与磁体总体积比大，能适应设备要求又能满足需要留出足够的铜模空间；设计目标区域磁场集中，大小符合要求；方向沿轴线方向，垂直轴线方向的分量很小，可能对铸造造成的影响较小；辐射状环形磁体也可用八块单向充磁的弧形磁体代替，可在组装难度可接受的前提下降低成本，对所得磁场效果影响不明显；整体装在一个上下盖可拆的不锈钢壳中，既解决了固定的问题也能有效保护磁体。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型实施例一的二维设计图。
[0018]图2为本实用新型实施例一的三维剖面示意图。
[0019]图3为本实用新型实施例一组合单向磁体模拟辐射环形磁体示意图。
[0020]图4为本实用新型实施例一的磁力线分布图。
[0021]图5为本实用新型实施例一中心轴磁场强度的分布曲线图。
[0022]图6为本实用新型实施例一的不锈钢壳示意图。
[0023]图7为本实用新型实施例三的组合单向磁体模拟辐射环形磁体示意图。
[0024]图中所示为:1_第一永磁体；2_第二永磁体；3_第三永磁体；4_第四永磁体；5-第五永磁体；6_导磁软铁圆环；7_目标区域；8_通气孔；9_顶盖；10_筒体；11-底盖。
【具体实施方式】[0025]下面结合附图对本实用新型的结构、原理作进一步的说明。
[0026]实施例1
[0027]如图1至图3所示，一种提供钕铁硼辅助铸造磁场的永磁体系统，包括提供励磁源的第四永磁体4、引导和调整磁力线方向的辅助永磁体以及导磁的软铁芯，所述第四永磁体4为辐射状充磁的环形磁体，第四永磁体4下方设置有一层由沿轴向充磁的圆环形第二永磁体2和包裹在第二永磁体2外侧呈辐射状充磁组成排挤磁力线的环形第一永磁体I ;第四永磁体4上方设置有一块沿轴向向下充磁的环形第五永磁体5，有效地改善了磁力线走向形状；第四永磁体4外侧下方设置有用于调整磁路的轴向充磁的环形第三永磁体3，所述第五永磁体5的上方及外侧覆盖地设置有导磁软铁圆环6,所述导磁软铁圆环6向下延伸至第三永磁体3顶端。
[0028]进一步地，所述的第一永磁体1、第二永磁体2、第三永磁体3、第四永磁体4、第五永磁体5均为稀土钕铁硼永磁体。
[0029]进一步地，所述的导磁软铁圆环6为电工纯铁。
[0030]进一步地，所述第二永磁体2的中间设置有通气孔8。
[0031]进一步地,还包括用于容纳永磁体和导磁软铁圆环6圆筒形壳体10,所述壳体10上端及下端分别设置有顶盖9及底盖11。
[0032]进一步地，所述的顶盖9及底盖11均为盖均为圆角正方形不锈钢板，且中心均设有通孔。
[0033]进一步地，所述顶盖9及底盖11的边缘及壳体10两端的边缘配合地设置有用于装拆的紧固螺孔，顶盖及底盖可拆卸，为圆角正方形不锈钢板，四周有四个紧固螺孔，且盖的宽度均与桶体的直径保持一致，壳体为圆柱形，两端有可分别与上下盖配合的有螺纹孔进行连接。
[0034]设计目标是阴影部分表示的40mm长的目标区域7获得一个轴向磁场，平均值大小设定为0.7T。为使磁场尽可能聚集到目标区域，整体设想是采用圆环结构辐射状充磁磁体，底端用永磁体排斥磁力线。
[0035]图1中的第四永磁体4的磁场方向为辐射状指向圆心，是磁场的主要来源，其尺寸对目标磁场强度有明显影响。在最大尺寸因铸造设备的限制而定在直径120_的情况下，第四永磁体4要得到更大尺寸分为上下两层，下层外侧的第三永磁体3的作用是引导磁力线调整磁路形状，尺寸为厚IOmm;上层外侧的导磁软铁圆环6的作用是导磁，尺寸要求不高，厚度减小为5mm,为第四永磁体4留出更大空间。
[0036]底部的第一永磁体1、第二永磁体2共同起到排斥磁力线的作用，尽量使磁力线往上方走；其中第一永磁体I磁场方向是沿轴向向上，主要作用是排斥磁力线，第二永磁体2磁场方向是辐射状向圆心，除了与第一永磁体I配合起到更好的排斥磁力线的作用，也起到引导磁力线的作用。底层中心位置预留一个直径10_的通气孔，对结果影响不明显，但可以配合铜模铸造的各种需要，具有实用价值。
[0037]第四永磁体4上面的第五永磁体5磁场方向沿轴向向下，是最重要的调控磁路形状延长强场区域的磁体，从图4的二维模拟结果的磁力线图可以看出，第五永磁体5有效地阻止了磁力线过早向外侧偏离，使磁力线继续沿轴向往上走，延长了可用磁场空间。最上层是导磁软铁圆环6，作用主要是导磁。[0038]具体三维结构如图2三维剖面示意图所示，这种永磁体系统所能够提供的磁场在磁体使用钕铁硼N50M的情况下模拟结果如图5所示。图5表示中轴线上从系统底面(Z=O)到系统顶部(Z=0.09m)的磁感应强度B的轴向分量数值。可以看出Z=0.05-0.09m范围内磁场较强并且具有一定梯度的磁场，磁场平均值达到0.7T，另外模拟结果显示，B的另外两个方向(X/Y方向)的分量与轴向分量(Z方向)相比很小可以忽略，所以在目标区域获得了符合要求的磁场。
[0039]整个系统装在一个不锈钢壳内，图6为不锈钢壳的三维示意图。包括筒体10，其内径为121mm,为磁体系统留Imm的余量空间。顶盖9和底盖11均可拆卸,用螺钉紧固。
[0040]实施例2
[0041]本实施例与实施例1不同之处在于，所述第四永磁体4用6块单向充磁的弧形块拼接而成，本实施例的意义在于不明显降低中心磁场强度的前提下，磁体替代方案可大幅度降低磁体制作难度和制作成本。
[0042]实施例3
[0043]如图7所示，本实施例与实施例1不同之处在于，所述第四永磁体4用8块单向充磁的弧形块拼接而成，本实施例的意义在于不明显降低中心磁场强度的前提下，磁体替代方案可大幅度降低磁体制作难度和制作成本。
[0044]实施例4
[0045]本实施例与实施例1不同之处在于，所述第四永磁体4用12块单向充磁的弧形块拼接而成，本实施例的意义在于不明显降低中心磁场强度的前提下，磁体替代方案可大幅度降低磁体制作难度和制作成本。
[0046]同时，出于降低制作成本和难度的动机，所述第一永磁体I也可以像第四永磁体4一样，根据需要采用6-12块单向充磁的弧形块拼接而成。
[0047]本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种提供钕铁硼辅助铸造磁场的永磁体系统，其特征在于:包括提供励磁源的第四永磁体(4)、引导和调整磁力线方向的辅助永磁体以及导磁的软铁芯，所述第四永磁体(4)为辐射状充磁的环形磁体，第四永磁体(4)下方设置有一层由沿轴向充磁的圆环形第二永磁体(2)和包裹在第二永磁体(2)外侧呈辐射状充磁组成排挤磁力线的环形第一永磁体(I);第四永磁体(4)上方设置有一块沿轴向向下充磁的环形第五永磁体(5)，第四永磁体(4)外侧下方设置有用于调整磁路的轴向充磁的环形第三永磁体(3)，所述第五永磁体(5)的上方及外侧覆盖地设置有导磁软铁圆环出)，所述导磁软铁圆环出)向下延伸至第三永磁体(3)顶端。
2.根据权利要求1所述的提供钕铁硼辅助铸造磁场的永磁体系统，其特征在于:所述第四永磁体(4)为6-12块单向充磁的弧形块拼接而成。
3.根据权利要求1所述的提供钕铁硼辅助铸造磁场的永磁体系统，其特征在于:所述的第一永磁体(I)、第二永磁体(2)、第三永磁体(3)、第四永磁体(4)、第五永磁体(5)均为稀土钕铁硼永磁体。
4.根据权利要求1所述的提供钕铁硼辅助铸造磁场的永磁体系统，其特征在于:所述的导磁软铁圆环(6)为电工纯铁。
5.根据权利要求1所述的提供钕铁硼辅助铸造磁场的永磁体系统，其特征在于:所述第二永磁体(2)的中间设置有通气孔(8)。
6.根据权利要求2至5任一项所述的提供钕铁硼辅助铸造磁场的永磁体系统，其特征在于:还包括用于容纳永磁体和导磁软铁圆环(6)圆筒形壳体(10)，所述壳体(10)上端及下端分别设置有顶盖(9)及底盖(U)。
7.根据权利要求6所述的提供钕铁硼辅助铸造磁场的永磁体系统，其特征在于:所述的顶盖(9)及底盖(11)均为盖均为圆角正方形不锈钢板，且中心均设有通孔。
8.根据权利要求7所述的提供钕铁硼辅助铸造磁场的永磁体系统，其特征在于:所述顶盖(9)及底盖(11)的边缘及壳体(10)两端的边缘配合地设置有用于装拆的紧固螺孔。
【文档编号】H01F1/057GK203521094SQ201320608037
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】刘仲武, 李伟, 郑志刚, 赵利忠 申请人:华南理工大学