一种具有低极弧系数的磁体及其制备方法
【专利说明】一种具有低极弧系数的磁体及其制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种磁体及其制备方法，特别是一种可以应用于电机并且具有多个磁极的的具有低极弧系数的磁体及其制备方法。
【背景技术】
[0003]对于电机，无论电机旋转主轴处于任何角度，都需要提供稳定的力矩输出，同时希望齿槽效应尽可能小。作为定子或转子的永磁体，可在围绕旋转主轴的一侧提供周期分布的表面磁场，同时各周期的磁通分布差别较小。根据磁体状态和充磁形式的不同，表面磁通的分布形态可以是正弦波或者方波，提供以上要求的圆周期性磁场最简单的办法是:围绕旋转主轴安置形状大小、材料性能和表面磁场均相同的块状磁体。磁体位置按圆周等分成几个部分，如4块、8块。但显然这种方法漏磁严重，磁通分布的均匀性也较差。因此目前更多采用的方法之一是:按照电机设计的极数，对应设置具有厚度变化的磁瓦并组合成圆周状。磁瓦装配完毕后，外加充磁磁场的方向与合成圆周的法线方向平行，各方向充磁磁场的大小相等。由于磁瓦厚度呈现周期性变化，故充磁后磁瓦的各处表面磁通的大小不同，围绕圆周呈周期性变化，周期数等于磁瓦块数。磁瓦间的结合采用胶水粘结。这样带来两个缺点:一是装配耗费较多工时，同时安装的精度难以保证，而磁通的分布不均匀将导致齿槽效应增大；二是在电机旋转主轴高转速或高温下，粘结磁瓦的胶水可能失效，造成磁瓦部件脱落，严重影响电机使用时的安全性。针对以上不足，人们开发了整体磁环一即多极磁环。多极磁环广泛的应用于各种可以利用普通磁瓦拼接或者辐射磁环通过多极充磁方法制备，以克服采用这种方法制备的磁环材料不能被完全利用，难以获得高的表面磁场的问题。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明公开了一种具有低极弧系数的磁体及其制备方法，有效改善了磁体表面磁场强度低，现有多极磁体极弧系数高对磁体利用率低等方面的缺陷，改善磁体的磁性能以及电机
本发明公开的具有低极弧系数的磁体，磁体为中空的柱形，磁体的外表面或者内表面经充磁为多极磁体并且形成与η个磁极极点，磁极极点附近的磁场取向为向磁极极点汇聚，其中η为大于等于二的整数。本发明磁体不限于包括圆环、多边形环、圆柱、四方柱体、五棱柱等在内的具有对称结构的中空柱体，同时也可以为其它的包括椭圆及其它截面为异型多边形或不规则直边或曲边的图形的异型结构，同时中空结构可以是在中心外置也可以为其它偏离或者与中心交叉的位置。
[0005]作为一种优选，多极磁体波形的极弧系数小于0.7。
[0006]作为一种优选，磁体为(NdRe)29~33%(FeTM) 63.8-70% B0.8-1.2%稀土永磁材料，其中，Re为包括1^、06、？1'、制、113、07、!10、6(1在内的稀土元素中的一种，TM为包括T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、N1、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Al、Ga在内的过渡元素中的一种或几种。
[0007]作为一种优选，磁体为沿柱形中轴处设置有孔，即环状结构。
[0008]作为一种优选，中空柱形的磁体的内径与外径之比为0.1-0.9。
[0009]作为一种优选，稀土永磁材料中Re元素总质量占稀土永磁材料总质量的0_10%。
[0010]作为一种优选，稀土永磁材料中TM元素(Co除外)总质量占稀土永磁材料总质量的0.1-2%，其中Co存在时含量在稀土永磁材料总质量小于6%。
[0011]本发明公开的具有低极弧系数的磁体的制备方法，将上述磁体原料粉体经过粉碎、混合、多极取向、压制成型并经过烧结得到磁体坯体，然后磁体坯体经过充磁得到，其中多极取向磁极数为n，即在磁体上形成η个磁极极点，磁极极点附近的磁场取向为向磁极极点汇聚，η为大于等于二的整数。
[0012]作为一种优选，多极取向采用电磁体装置取向或者永磁体装置取向，电磁铁装置为直流型或者脉冲型或者直流与脉冲结合型。
[0013]本发明制备的低极弧系数磁钢可以有效克服这个缺点，相对于传统磁瓦拼接或者福射磁环，低极弧系数磁钢课题提高表面磁场20%以上。相对于传统永磁电机架构，由于磁体内部构成了相对封闭的磁回路结构使得表面的磁场强度大幅度提升，这样可有效地减小电机的体积，提升电机的功率密度。在传统永磁电机中，由于气隙磁场不可避免的存在谐波，一般在定转子架构上采取斜槽削弱其影响。而采用低极弧系数磁钢，由于气隙磁场正弦分布程度较高，谐波含量小，故定转子无需斜槽。低极弧系数磁钢永久磁铁工作点较高，一般均超过0.9，提升了永久磁铁的利用率。同时为转子选材料提供了较大的选择空间，而且可以使系统有较低的转动惯量和较好的快速附应性能。因此低极弧系数磁钢具有功率密度大、定转子不再需要斜槽、转子可采用非铁心材料、永久磁铁利用率高等优点。
[0014]极弧系数是描述在一个极距范围下实际气隙磁场分布情况的系数。其大小由磁场的分布曲线决定，因而它决定于励磁磁势分布曲线的形状，空气气隙的均匀程度以及磁路的饱和程度。
[0015]
【附图说明】
[0016]图1、现有技术中辐射环取向制备的多极环的表面场；
图2、本发明的一种具有低极弧系数多极磁环的表面场；
图3、一个极距下，气隙磁通的分布示意图；
图4、现有技术中辐射环的磁场取向；
图5、本发明的一种具有低极弧系数多极磁环(2极)的磁场取向(箭头方向标示磁场方向)；
图6、本发明的一种具有低极弧系数多极磁环(4极)的磁场取向(箭头方向标示磁场方向)；
图7、本发明的一种具有低极弧系数多极磁环(6极)的磁场取向(箭头方向标示磁场方向)；
图8、本发明磁体的实施例1-13的元素组成表。
[0017]附注: 图3中Bsav表示场强平均值，Bs表示场强最大值，τ表示周期(每个峰跨越的的角度)。
[0018]
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本发明，应理解下述【具体实施方式】仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0020]本发明公开的具有低极弧系数的磁体，磁体为中空的柱形，磁体的外表面或者内表面经充磁为多极磁体并且磁极数η为大于四的整数，多极磁体波形的极弧系数小于0.7。
[0021]本发明公开的具有低极弧系数的磁体，磁体为中空的柱形，磁体的外表面或者内表面经充磁为多极磁体并且形成与η个磁极极点，磁极极点附近的磁场取向为向磁极极点汇聚，其中η为大于等于二的整数。本发明磁体不限于包括圆环、多边形环、圆柱、四方柱体、五棱柱等在内的具有对称结构(可以为中心对称或者轴对称或者面对称)的中空柱体，同时也可以为其它的包括椭圆及其它截面为异型多边形或不规则直边或曲边的图形的异型结构，同时中空结构可以是在中心外置也可以为其它偏离或者与中心交叉的位置。
[0022]作为一种优选，多极磁体波形的极弧系数小于0.7。
[0023]作为一种优选，磁体为(NdRe)29~33%(FeTM) 63.8-70% B0.8-1.2%稀土永磁材料，其中，Re为包括1^、06、？1'、制、113、07、!10、6(1在内的稀土元素中的一种，TM为包括T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、N1、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Al、Ga在内的过渡元素中的一种或几种。
[0024]作为一种优选，磁体为沿柱形中轴处设置有孔，即环状结构。
[0025]作为一种优选，中空柱形的磁体的内径与外径之比为0.1-0.9。
[0026]作为一种优选，稀土永磁材料中Re元素总质量占稀土永磁材料总质量的0_10%。
[0027]作为一种优选，稀土永磁材料中TM元素(Co除外)总质量占稀土永磁材料总质量的0.1-2%，其中Co存在时含量在稀土永磁材料总质量小于6%。
[0028]本发明公开的具有低极弧系数的磁体的制备方法，将上述磁体原料粉体经过粉碎、混合、多极取向、压制成型并经过烧结得到磁体坯体，然后磁体坯体经过充磁得到，其中多极取向磁极数为n，即在磁体上形成η个磁极极点，磁极极点附近的磁场取向为向磁极极点汇聚，η为大于等于二的整数。
[0029]作为一种优选，多极取向采用电磁体装置取向或者永磁体装置取向，电磁铁装置为直流型或者脉冲型或者直流与脉冲结合型。
[0030]本发明技术方案中实施例1-13的磁体成份见图8，
实施例一
按照图8中实施例1材料组成选取适当合金原料，经过粉碎、多极取向、压制成型(内径与外径比为0.1的圆环)并经过烧结得到磁体坯体，然后经过电磁体多极取向装置或者永磁体多极取向装置(取向装置的取向磁头为尖锥形)取向在磁体上形成2个磁极极点如图5所示，磁极极点附近的磁力线向磁极极点处汇聚