磁坯制造设备及磁坯制造方法与流程

本发明涉及磁性材料制造技术，具体的说是能够提高磁坯的取向程度的磁坯设备装置及磁坯制造方法。

背景技术：

各种磁体广泛应用于各种电机，以作为转子或者定子，来提供稳定的磁场。例如，各向异性环状磁体可以应用于电机以提高正弦型的磁场。通常情况下，磁体常采用铁氧体等材料制造，其磁性能低，表面磁场不稳定，很难用于电机中。但是，使用具有高矫顽力和高剩磁性能的烧结钕铁硼等的稀土类磁体，则可以非常适于需要高稳定性的电机，尤其是伺服电机，可以广泛应用于电子、电力机械、医疗器械、玩具、包装、五金机械和航空航天等领域。

其中，halbach阵列环状磁体是一种典型的环状磁体，它可以将不同磁化方向的磁体单元按顺序排列，使阵列一边的磁场显著增强而另一边显著减弱，得到在空间较理想正弦分布的磁场，使用最少的磁体且获得最强的磁场，是工程应用中接近于理想状态的一种阵列。halbach阵列环状磁体的特性使其在高能物理、高速电机、高精度伺服电机、直线电机、多自由度电机、磁悬浮列车系统、磁轴承和医学方面等具有广泛的应用。

但是，目前的环状磁体大多做成瓦状磁体来拼接成环状，而环状磁体本身的制造很困难，传统方法对环状磁体相对于瓦状磁体不能充分地进行取向和充磁。一般地，要求环状磁体为n极，n为偶数，通常为4、6、8、10、12、20、24等，对环的高度上也有很大限制，最高大约为30mm高。

在cn103128286a中，公开了一种各向异性烧结稀土永磁材料辐射状取向装 置及其取向方法。该装置可以使用分别置于所要压制的磁粉上下两侧的一对直流线圈和一对脉冲线圈对所要压制的磁粉进行取向，以制造成型的环状的辐射状烧结稀土永磁材料。

由于目前，对于环状磁体的需求很大，同时有效利用稀土类材料也顺应保护环境的趋势。因此，需要进一步改进磁体的制造工艺，从而制造出具有更高性能的磁体。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术的缺陷和不足，提供能够提高磁坯的取向程度的磁坯制造设备和磁坯制造方法。

根据本发明的一方面，提供了一种磁坯制造设备，包括：容纳单元，配置为容纳用于制造磁坯的磁粉；取向单元，配置为安装到该容纳单元的周界周围以环绕该容纳单元，其中，该取向单元从该容纳模具的周围向该磁粉施加磁场，以使得该磁场的磁力线完全穿过该磁粉，以对该磁粉进行取向。而该磁场的磁力线完全穿过该磁粉的有益效果在于解除了对磁坯高度的限制，以利于制造超过30mm的磁坯。

在上述磁坯制造设备中，进一步包括：压制单元，配置对该容纳单元中容纳的磁粉进行压制，其中，该取向单元在该压制单元对该磁粉进行压制的同时，对该磁粉进行取向。

在上述磁坯制造设备中，该取向单元具有可调节的级数，且该级数对应于所制造的磁坯所需的级数。

在上述磁坯制造设备中，该取向单元可拆卸地连接到该容纳单元的周界。

在上述磁坯制造设备中，该取向单元是多个线圈，且该多个线圈被根据该取向单元的级数划分为多个组，且相邻的两组线圈反相。

在上述磁坯制造设备中，该容纳单元是环形的容纳单元，且该取向单元被安装到该环形的容纳单元的外周界之外和安装到该环形的容纳单元的内周界之内。

在上述磁坏制造设备中，其中，该容纳单元为环状模块，该容纳单元进一步 包括一外径部分和一内径部分，该外径部分围绕该内径部份，在该外径部分与该内径部分之间形成一磁粉腔，其中，该内径部份用于限定该磁粉腔的内壁，该外径部份用于限定所述磁粉腔的外壁。

在上述磁坏制造设备中，其中，所述取向单元为多个线圈，多个所述线圈被设置于所述外径部分，其中，多个所述线圈围绕所述磁粉腔。

在上述磁坏制造设备中，其中，所述内径部分可拆卸地被设置于所述磁粉腔内。

根据本发明的又一方面，提供了一种磁坯制造方法，包括：将用于制造磁坯的磁粉容纳在磁粉腔中；从该磁粉腔的周围向该磁粉施加磁场，以使得该磁场的磁力线完全穿过该磁粉，以对该磁粉进行取向。

在上述磁坯制造方法中，进一步包括：对该磁粉腔中容纳的磁粉进行压制；其中，从该磁粉腔的周围向该磁粉施加磁场具体为：在对该磁粉进行压制的同时，从该磁粉腔的周围向该磁粉施加磁场，以对该磁粉进行取向。

在上述磁坯制造方法中，对该磁粉施加的磁场具有可调节的级数，且该级数对应于所制造的磁坯所需的级数。

通过根据本发明实施例的磁坯制造设备和磁坯制造方法，可以使用于制造磁坯的磁粉得到充分的取向，从而提高所制造的磁坯的性能。

附图说明

图1示出根据本发明实施例的磁坯制造设备的示意性框图；

图2是示出根据本发明实施例的环状磁坯的制造设备的实例的示意图；

图3是示出根据本发明实施例的环状磁坯的制造设备的另一实例的示意图；

图4是示出了根据本发明实施例的磁坯制造方法的示意性流程图；

图5是示出了应用根据本发明实施例的磁坯制造设备和磁坯制造方法所制造的磁体的表磁的检测结果的图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

根据本发明实施例的磁坯制造设备包括：容纳单元，配置为容纳用于制造磁坯的磁粉；取向单元，配置为安装到该容纳单元的周界周围以环绕该容纳单元，其中，该取向单元从该容纳单元的周围向该磁粉施加磁场，以使得该磁场的磁力线完全穿过该磁粉，以对该磁粉进行取向。

图1示出根据本发明实施例的磁坯制造设备的示意性框图。如图1所示，根据本发明实施例的磁坯制造设备100包括：一容纳单元110，配置为容纳用于制造磁坯的磁粉；一取向单元120，配置为安装到容纳单元110的周界周围以环绕容纳单元110，其中，取向单元120从容纳单元110的周围向该磁粉施加磁场，以使得该磁场的磁力线完全穿过该磁粉，以对该磁粉进行取向。

根据本发明实施例的磁坯制造设备进一步包括：一压制单元，配置对该容纳单元中容纳的磁粉进行压制，其中，该取向单元在该压制单元对该磁粉进行压制的同时，对该磁粉进行取向。

这样，由于在压制用于制造磁坯的磁粉的同时，取向单元所产生的磁场的磁力线能够直接地完全穿过被压制的磁粉，可以对所压制的磁粉进行充分的取向，从而提升制造出的磁坯的性能。

下面，将参考图2对根据本发明实施例的磁坯制造设备进行更具体的描述。图2是示出根据本发明实施例的环状磁坯的制造设备的实例的示意图。

如图2所示，在用于制造环状磁坯的磁坯制造设备中，该容纳单元110具体为环状模具，以容纳所要压制的磁粉。并且，该取向单元120具体为安装到环状模具的周界周围以环绕该环状模具的线圈3。如图2所示，该线圈3布置在环状模具的外周界周围，并且与该环状模具具有共同的中心轴1。该环状模具可以具体包括一内径部分2，用于限定容纳所要压制的磁粉的磁粉腔5的内壁。并且，该环状模具可以另外包括外径部分4，用于限定容纳所要压制的磁粉的磁粉腔5的外壁。当然，本领域技术人员可以理解，虽然在图2中未示出，但是该环状模具应该包 括底部部分，从而限定容纳所要压制的磁粉的磁粉腔5的底壁。这里，本领域技术人员可以理解，取向单元安装到容纳单元可以包括取向单元与容纳单元直接接触，例如，线圈3直接接触该环形模具的外径部分4，也可以在其间相隔一定距离，只要该距离足够短以保证取向单元所产生的磁场的磁力线能够直接地完全穿过要压制的磁粉即可。值得一提的是，通过调节该内径部分的尺寸，该环状磁坯的内径也得以调节。值得一提的是，该内径部分2可拆卸地被设置于该磁粉腔5。若该磁粉腔5没有被设置所述内径部分2，则该磁坯制造设备用于制造柱状的磁坯。若一用于电动机转子的转动部被设置于该磁粉腔5，该磁坯制造设备可制造用于电动机转子的磁坯。用于电动机转子的转动部的中心线对齐该中心轴1。

此外，虽然在图2中示出该取向单元安装到容纳单元的外周界周围，即，将线圈3布置在环状模具的外周界周围。但线圈3同样可以布置在环状模具的内周界周围，例如，布置在环状模具的内径部分2之内，并与该内径部分2相接触或近似相接触。类似地，以此方式布置的线圈3所产生的磁场的磁力线也能够直接地完全穿过要压制的磁粉。也就是说，在根据本发明实施例的磁坯制造设备中，取向单元“环绕”容纳单元并不仅限于在容纳单元的外周界外部围绕容纳单元的方式。

另外，该内径部分2和外径部分4的半径长度可以自由限定，例如，当外径部分的半径为6mm，且内径部分2的半径为4mm时，可以制造出外径为6mm且内径为4mm的环状磁坯。

此外，布置在环状的容纳模具的外周界周围的线圈3可以按照所需要的磁坯的级数，划分为不同的组。例如，如图2所示，如果环状磁坯要求为6级，则将线圈3中的24个线圈划分为6组，以相邻的4个线圈为一组，并且为每组线圈分配不同的相。例如，相邻的两组线圈的相为反相。这样，当线圈3对于容纳在磁粉腔5中的所要压制的磁粉施加磁场时，例如，施加1-2t的磁场，磁粉腔5中的所要压制的磁粉的取向按照要求固定为6极，其中如图所示，深色为向心极，浅色为离心极。

在根据本发明实施例的磁坯制造设备中，在对所要压制的磁粉进行压制的同 时施加磁场，从而制造所需要的磁坯。例如，在如图2所示的实例中，由压制单元对磁粉腔5中容纳的所要压制的磁粉施加强压，以将磁粉压制为相应的磁坯。本领域技术人员可以理解，压制单元对磁粉施加的强压力可以为机械力，例如，该压制单元与磁粉腔的截面形状相同，从而通过压制单元的移动直接对磁粉进行压制。在以上提到的cn103128286a中，便公开了采用机械力对磁粉进行压制以制造磁坯的装置的实例。此外，压制单元也可以采取气压、液压等其它形式对容纳的磁粉进行压制。显然，只要能够将磁粉压制为所需要的磁坯，本发明实施例并不对压制单元的具体的压制方式进行任何限制。

根据本发明实施例的磁坯制造设备的实质在于，通过将取向单元安装到容纳单元的周界周围以环绕该容纳单元，并尽可能地靠近该容纳单元，当该容纳单元中所容纳的磁粉受到压制时，该取向单元所产生的磁场的磁力线直接穿过所压制的磁粉，从而使得制造出的磁坯的取向充分。

因此，由于该取向单元直接布置在容纳单元的周围环绕该容纳单元的位置而非其它远离容纳单元的位置，该取向单元所产生的磁场可以直接作用于所容纳的用于制造磁坯的磁粉，从而可以充分地利用取向单元所产生的磁场，提高磁坯制造设备的使用效率。

图3是示出根据本发明实施例的环状磁坯的制造设备的另一实例的示意图。与图2所示的实例相比，图3所示的环状磁坯的制造设备具有基本上相同的配置，除了布置在压制模具周围的线圈之外。如图3所示，环状磁坯要求为4级，这样，线圈3中的24个线圈被划分为4组，以相邻的6个线圈为一组。并且，为每组线圈分配不同的相。其中相邻的两组线圈的相为反相。这样，当线圈3对于容纳在磁粉腔5中的所要压制的磁粉施加磁场时，磁粉腔5中的所要压制的磁粉的取向按照要求固定为4极，如图所示，深色为向心极，浅色为离心极。

采用根据本发明实施例的磁坯制造设备，可以使得用于制造磁坯的磁粉得到充分的取向和压制，使所制造出的磁坯具有要求的磁极分布，从而提升所制造的磁坯的性能。

这里，本领域技术人员可以理解，虽然在上述实例中，以线圈为例描述了取 向单元，但是根据本发明实施例的取向单元并不限于线圈，而是也可以为其它能够产生磁场的装置。

并且，虽然在上述实例中，以所要制造的磁坯为圆环形为例进行描述。但是，在根据本发明实施例的磁坯制造设备中，所要制造的磁坯可以为其它形状，则容纳磁粉的容纳单元也为相应的形状，例如多边形等。这时，取向单元依然被安装到容纳单元的周界周围以环绕该容纳单元，例如，取向单元被布置在多边形模具的每个边周围的位置从而环绕该多边形模具，从而使得所产生的磁场的磁力线完全穿过磁粉，以对磁粉进行充分取向。也就是说，在根据本发明实施例的磁坯制造设备中，“环绕”并不仅限于以圆环形状围绕。

如上所述，根据本发明实施例的磁坯制造设备可以根据所需的磁坯的级数来调节取向装置的级数。因此，在根据本发明实施例的磁坯制造设备中，取向单元的级数是可调节的，从而制造出满足需要的各向异性的磁坯。

因此，为了满足取向装置的级数可调节的需要，在根据本发明实施例的磁坯制造设备中，该取向单元可以以可拆卸的方式安装到容纳单元的周界周围，即该取向单元可以可拆卸地连接该容纳单元。

此外，在根据本发明实施例的磁坯制造设备中，当取向单元安装到容纳单元时，该取向单元可以被固定于容纳单元，以使得当压制单元压制容纳单元中所容纳的磁粉时，该取向单元相对于容纳单元的位置固定而不发生移动。

这样，通过可拆卸地安装到该容纳单元且级数可调节的取向单元，根据本发明实施例的磁坯制造设备可以制造出磁粉按各向异性分布的磁坯。优选地，根据本发明实施例的磁坏制设备可以制造磁粉按halbach阵列分布、且表磁呈正弦型分布的磁坯，从而适合应用于对磁体有高度要求的电机等。

在根据本发明实施例的磁坯制造设备中，由于布置在所压制的磁粉周围的取向单元所产生的磁场的磁力线直接地完全穿过所压制的磁粉，因此，可以提高所制造的磁坯的高度。实践表明，采用根据本发明实施例的磁坯制造设备所制造的磁坯可以具有高50mm的高度，从而显著地提高了所制造的磁坯的性能。

这里，本领域技术人员可以理解，通过对磁粉进行取向压制所产生的磁坯还 不是最终使用的磁体，而是一种中间产物。一般磁坯再经过烧结回火和充磁工艺，才能够成为最终应用的磁体。

此外，本发明公开了与上述磁坯制造设备对应的磁坯制造方法，该磁坯制造方法包括：将磁粉容纳在磁粉腔中；和从该磁粉腔的周围向该磁粉施加磁场，以使得该磁场的磁力线完全穿过该磁粉，以对该磁粉进行取向。

在上述磁坯制造方法中，进一步包括：对该磁粉腔中容纳的磁粉进行压制；其中，从该磁粉腔的周围向该磁粉施加磁场具体为：在对该磁粉进行压制的同时，从该容纳腔的周围向该磁粉施加磁场，以对该磁粉进行取向。

在上述磁坯制造方法中，对该磁粉施加的磁场具有可调节的级数，且该级数对应于所制造的磁坯所需的级数。

图4是示出了根据本发明实施例的磁坯制造方法的示意性流程图。如图4所示，该磁坯制造方法包括：s1，将磁粉容纳在磁粉腔中；s2，压制磁粉；和s3，在对该磁粉进行压制的同时，从该磁粉腔的周围向该磁粉施加磁场，以使得该磁场的磁力线完全穿过该磁粉，以对该磁粉进行取向。

根据本发明实施例的磁坯制造方法的其它细节与上述根据本发明实施例的磁坯制造设备的相应部分相同，为了避免冗余便不再赘述。

通过根据本发明实施例的磁坯制造设备和磁坯制造方法，可以使用于制造磁坯的磁粉得到充分的取向，从而提高所制造的磁坯的性能。

如上所述，为了制造出各向异性的环状磁体，通常采用钕铁硼稀土材料作为成分，经过成分设计、熔炼、制粉、取向压制、烧结回火和充磁等工艺制造。根据本发明实施例的磁坯制造装置和磁坯制造方法涉及到其中的取向压制部分。

为了提高磁体的性能，磁粉的成分设计为nd(30-34)％m(65-69％)b余量，其中m为由fe、al、ga、cu、co共同组成，m的组成满足fe(1-x-y-m-n)alxgaycumcon,其中0＜x≤0.7，0＜y≤0.3，0＜m≤0.7，0＜n≤0.3，且x、y、m、n代表占m总质量的百分比，x、y、m、n之和小于1。

例如，环状磁体制造中采用磁粉的成分为质量百分比nd34％m65.5％b0.5％，其中m为由fe、al、ga、cu、co共同组成，m的组成为fe0.03al0.1ga0.3cu0.52co0.05。

之后，对完成配制的磁粉进行熔炼，使其均匀混合，例如，通过速凝炉制作为速凝片。之后，对该速凝片进行破碎制粉，例如通过氢破与气流磨等方法制作成粒度为2-5μm的磁粉。

之后，将上述磁粉应用根据本发明实施例的磁坯制造设备和磁坯制造方法制造为磁坯。然后，对所得的磁坯进行烧结回火，即得到一体化的磁体坯体，之后可对坯体进行电镀等包装加工。另外，成型的磁体在使用前，通过充磁装置进行充磁。所充磁的极数也与磁坯在取向时的级数相同，例如，也是6极，且每一极的位置对应于其取向方向，从而充分使磁体得到充磁。

经过上述工艺之外，制造出的磁体的表面磁场呈正弦型，磁性能高出一般磁体20％-80％，且使用此磁体的电机效率高出5-50％。图5是示出了应用根据本发明实施例的磁坯制造设备和磁坯制造方法所制造的磁体的表磁的检测结果的图。如图5所示，该磁体的表磁呈正弦型，每极的最大值偏离度低，且相邻极均匀过渡。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明的精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。