专利名称：高中心场磁瓦模具的磁路结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种永磁铁氧体磁体湿法、干法成型所用的模具的磁路结构，尤其是 一种能明显提高瓦形磁体中心磁场强度的磁路结构。
背景技术：
永磁铁氧体湿法、干法生产瓦形磁体的工艺流程中的“成型”是决定最终成品的形 状和磁性表现特征的基础工序。磁体在使用时向气隙提供的磁场强度及分布特征将对微电 机的运行特征有着较大的影响。在长期的与客户的合作过程中，从客户的信息反馈中我们发现，如图6所示传统 磁路结构的模具所生产的装在电机机壳5中的产品通常表现内弧面中位表面磁密低，中心 场(中心场测量点位W由图6所示)低的特征。磁体在成型时其坯体不同区位所受到的磁 场取向状态的不同是导致这种特征的关键。磁体对外部空间所提供的磁场在空间的密度分 布是受磁体本身磁畴的排列方向影响的，这个方向性是在成型时其铁氧体微粒子在外加磁 场的作用下通过模具结构中的磁路加以方向的引导定向并压实成坯。显然，成型时磁路磁 场对成型粒子所施加的影响将导致其磁束聚集密度的不同，从而影响最终产品在使用时的 中心场的表现。传统设计结构如图3所示。其设计特点有1)绝大多数情况下，上模冲的型面上 不镶不导磁材料，极少数情况下镶嵌不导磁材料时，嵌层形状为弧形，与型面弧同心，其厚 度为径向均厚且多在6毫米以内；2)为利于坯体的成型，下模冲的磁路中不导磁层形状设 计为a处的尺寸小于b处的尺寸，这样自然就使得r的数值加大，形状较平缓，这样由上、下 模冲形成的磁通折射面如图3中的所示面。磁通在其折射面上的向心聚集密度不高。如前 所述，磁瓦最终的磁特性的表现与其在成型时所受到的成型磁场的取向影响关系较大，由 传统方式设计的模具所生产的产品最终由于其磁路聚磁程度的有限性，使得成品表现出来 的表面磁场强度及中心场不太理想，内弧面两边表场强度明显大于中位表场强度。如此表 面磁场分布使得磁瓦装配成电机后，电机的运行特征如转矩及噪音等不太理想。
发明内容
本发明是要提供一种高中心场磁瓦模具的磁路结构，通过对模具结构的优化设 计，达成较为合理的磁路结构，从而让磁瓦产品在不改变其他生产要素的前提下，内弧使用 面就能表现出较传统产品更高的中位表面磁场强度和中心磁场强度。本发明采用的技术方案是一种高中心场磁瓦模具的磁路结构，包括由导磁材料 制成的上、下冲头，其特征在于所述上、下冲头的型腔上分别嵌有上、下导磁材料层，形成 有效的磁通折射面，其中(1)上冲头的上不导磁材料层的形状由两侧L、Ll线段，B顶端线段组成，其中L、 Ll线段为直线段，B线段为弧线段或直线段，L，L1线段与型面的夹角α在50 72°之间， 上不导磁材料层厚度H是其边底厚度h的2 2. 5倍；边底厚度h为4 10毫米；
(2)下冲头的下不导磁材料层与导磁材料层基体间的嵌合形状由顶端弧线，两边 直线和底边弧线组成，两直线段所形成的夹角β =2(90° -α)+0 11)；下不导磁材料 层两边厚度hi为8 15毫米；嵌层顶端厚度c为0，1. 5 2毫米，顶端弧线宽度Π为 (0. 32 0. 35)的下冲头宽度F，两边直线和底边弧线连接处之间的距离f2为(0. 56 0. 6) 的下冲头宽度F。上冲头的B线段为弧线时，其半径是型腔口圆弧半径R'的1.4 1.5倍。下冲头的顶端弧线半径r是其下不导磁材料层上端弧线半径R的0. 51 0. 6倍； 底边弧线半径r'是顶端弧线半径r的1. 58 1. 63倍。应用上述的高中心场磁瓦模具的磁路结构所制磁体，磁体内弧面中位的表面磁场 强度是外弧面中位表面磁场强度的1. 8 4. 5倍。本发明的有益效果是基于弱化磁瓦内弧使用面两侧的磁场，加强磁瓦内弧面中 位表场及中心磁场强度的思路，本发明通过对模具的磁路结构，主要是导磁材料制成的上、 下模冲的分别嵌有弱导磁材料层，形成有效磁通折射面，从而实现在坯体成型时，磁性粒子 受到更为理想的聚合磁场的作用而作恰当的取向，从而实现磁瓦的高中心场，高的中位表 磁，对有效改善电机的机械特性产生积极的贡献。采用本发明的模具装机后磁场条件下生 产出的坯体，经过烧结和磨加工等工序后成为所需要的规格产品，该产品将表现出明显高 于传统模具做出的产品的内弧面中位表场及中心磁场、更为适当的内弧面磁通分布。
图1是上模冲磁路结构示意，其中α为L，L1线段与型面的夹角，H为不导磁材料嵌层厚度，h为不导磁材料嵌 层边底厚度，R'为型腔口圆弧半径；图2是下模冲磁路结构示意，其中β为两直线段所形成的夹角，hi为不导磁材料嵌层两边厚度，c为嵌层顶端 厚度，Π为顶端弧线宽度，F为下冲头宽度，f2为两边直线和底边弧线连接处之间的距离， R为不导磁材料上端弧线半径，r为顶端弧线半径，r'为底边弧线半径；图3是传统设计的上、下模及型腔组合示意；图4是本发明的上、下模及型腔组合示意；图5是磁体表面磁场强度测量点位示意；图6是磁体中心场测量点位示意。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细的描述。如图4所示，本发明的高中心场磁瓦模具的磁路结构，包括由导磁材料制成的上、 下冲头1，3，上、下冲头的型腔上分别嵌有上、下导磁材料层2，4，形成磁通折射面。如图1所示，上冲头的上不导磁材料层2的形状由两侧L、Ll线段，B顶端线段组 成，其中L、L1线段为直线段，B线段为弧线段或直线段，L，L1线段与型面的夹角α在50 72°之间，H是h的2 2.5倍；h为4 10毫米。上冲头的B线段为弧线时，其半径是R' 的1.4 1.5倍。
如图2所示，下冲头的下不导磁材料层4与导磁材料层基体间的嵌合形状由顶端 弧线，两边直线和底边弧线组成，β =2(90° -α)+0 11) ;hl为8 15毫米；c为0， 1. 5 2 毫米，Π 为(0. 32 0. 35)F, f2 为(0. 56 0. 6)F。r 是 R 的 0. 51 0. 6 倍；r' 是r的1.58 1.63倍。应用上述的高中心场磁瓦模具的磁路结构所制磁体，磁体内弧面中位的表面磁场 强度是外弧面中位表面磁场强度的1. 8 4. 5倍。根据成品的规格，依传统方式确定生坯的相关尺寸，从而形成本发明所述模具磁 路设计所需的基本尺寸R'、R.1.上模冲磁通折射面(图1中所示S线)的确定(1)依据确定的R'，确定一个h值(R'弧段对应的圆心角大，h取值大，反之则 小)；(2)h的取值范围4 10毫米；(3)在h确定后，取其值的2 2. 5倍确定H的值；(4)H确定后可定出线段B，B为弧线或是直线，若为弧线时，其半径值取R'的 1. 4-1. 5 倍；(5)线段L(Ll)与型面的夹角α的确定。α的确定亦依R'弧段对应的圆心角的 大小变化而定。对应的圆心角大则α大，反之则小。α的取值范围在50 72°之间；(6)依上述的3、4、5步骤可定直线段L(Ll)并与线段B相交连，形成图1中S线所 示的上模冲磁路部分的磁通折射面。2.下模冲磁通折射面(图2中所示的M线)的确定(1)依据确定的R，确定一个r值，r的值取R的0. 51 0. 6倍；(2) c值的确定。c值取1.5 2毫米；(3) f 1的确定。F是生坯设计时确定的值，f 1取F值的(0. 32 0. 35)倍；(4) f2 的确定。f2 取 F 值的(0. 56 0. 6)倍；(5)图2所示的直线段的夹角β的确定。β =2(90° - α )+t (t的取值范围0 11)；(6) hi的确定。hi —般取8 15毫米；(7)r'值的确定。r'取r的1. 58 1. 63倍；(8)依以上步骤1、2、3、4、5、6、7所确定的尺寸位置可确定形成如图2中M线所示 的下模冲磁通折射面。如果c值取零时，则f 1向上顺移于R相交，该线段范围的r被R取代，其他线段的 设计同样依本发明所述进行。3.将以上所述确定的磁通折射面(如图1、图2所示)的上、下模冲通过适宜的 加工方法制成可应用的模具构件，并行成如图4所示的上、下模冲与型腔组合成的新的成 型模具磁路结构。这里用于嵌合层的不导磁材料选用奥氏体金属合金材料，常用的材料有 0Crl8Ni9、lCrl8Ni9Ti不锈钢和锰钢等。采用这种新结构模具使用以前生产时所用的一样的原料，在同样的成型条件(压 力、时间、磁化场强度、速度等)，烧结条件，磨加工条件下生产出的产品，其内弧面中心位置 表面磁场强度较传统设计所做产品其值有较大的提升。以下用具体的实施例加以说明。
实施例1本实施例选用的产品规格为微电机用永磁铁氧体瓦型磁体，产品内部代号为 W-284，规格形状见图5，其中，T是表面磁场强度测量时，霍尔探头放置点。成型使用研磨粒度在0. 85的料浆。其材料主要性能剩磁大于3950高斯，内禀矫 顽力大于3850奥斯特。最终产品的测量对比结果见表1测量项内弧中位表面磁场强度和中心场强。所用器具WT-3A型数字式毫特斯拉计.南京大学恒通科技开发公司生产。 表1
从表1的比较数据中可以看出，新的磁路结构所产生的效果很是明显。磁瓦的内 弧面中位表磁增加近80%，中心场增加6%以上。外弧面中位表场则降低4. 76% .实施例2本例与上一例所用材料相同，产品规格为R16. 9*rl2*W30*L37.最终产品的对比测量结果见表权利要求
一种高中心场磁瓦模具的磁路结构，包括由导磁材料制成的上、下冲头(1，3)，其特征在于所述上、下冲头的型腔上分别嵌有上、下不导磁材料层(2，4)，形成有效的磁通折射面，其中(1)上冲头的上不导磁材料层(2)的形状由两侧L、L1线段，B顶端线段组成，其中L、L1线段为直线段，B线段为弧线段或直线段，L，L1线段与型面的夹角α在50～72°之间，上不导磁材料层(2)厚度H是其边底厚度h的2～2.5倍；边底厚度h为4～10毫米；(2)下冲头的下不导磁材料层(4)与导磁材料层基体间的嵌合形状由顶端弧线，两边直线和底边弧线组成，两直线段所形成的夹角β＝2(90° α)+(0～11)；下不导磁材料层(4)两边厚度h1为8～15毫米；嵌层顶端厚度c为0，1.5～2毫米，顶端弧线宽度f1为(0.32～0.35)的下冲头宽度F，两边直线和底边弧线连接处之间的距离f2为(0.56～0.6)的下冲头宽度F。
2.根据权利要求1所述的高中心场磁瓦模具的磁路结构，其特征在于所述上冲头的B 线段为弧线时，其半径是型面圆弧半径R'的1. 4 1. 5倍。
3.根据权利要求1所述的高中心场磁瓦模具的磁路结构，其特征在于所述下冲头的 顶端弧线半径r是其下不导磁材料层(4)上端弧线半径R的0.51 0.6倍；底边弧线半径 r'是顶端弧线半径r的1. 58 1. 63倍。
4.一种应用权利要求1至3中任一项所述的高中心场磁瓦模具的磁路结构所制磁体， 其特征在于磁体内弧面中位的表面磁场强度是外弧面中位表面磁场强度的1. 8 4. 5倍。
全文摘要
本发明涉及一种高中心场磁瓦模具的磁路结构，包括由导磁材料制成的上、下冲头，上、下冲头的成型面与基体间分别嵌有导磁材料层，形成磁通折射面，其中上冲头的不导磁材料嵌层的形状由两侧L、L1线段，B顶端线段组成，其中L、L1线段为直线段，B线段为弧线段或直线段，夹角α在50～72°之间，下冲头的嵌合形状由顶端弧线，两边直线和底边弧线组成，夹角β＝2(90°-α)+0～11)。本发明通过对导磁材料制成的上、下模冲分别嵌入形状经过精细设计的不导磁材料层，形成更为有效的磁通折射面，从而实现在坯体成型时，磁性粒子受到更为理想的聚合磁场的作用而作更恰当的取向，从而实现磁瓦的高中心场，高的中位表磁，对有效改善电机的机械特性产生积极的贡献。
文档编号B28B7/00GK101934551SQ20101024762
公开日2011年1月5日 申请日期2010年8月9日 优先权日2010年8月9日
发明者万遥 申请人:上海龙磁电子科技有限公司