一種一次成型的halbach陣列永磁徑向環(huán)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種halbach陣列磁化，特別是一種一次成型的halbach陣列永磁徑向環(huán)。
【背景技術】
[0002]在1973年，美國學者Mallianson在對永久磁鐵結構進行拼裝實驗時發(fā)現(xiàn)了一種奇特的永磁鐵結構，并把它稱為''Magnetic Cur1sity"。他當時并沒有察覺到這種結構的應用價值。1979年，美國學者Klaus Halbach再利用各種永磁鐵結構產(chǎn)生的磁場做電子加速實驗時，發(fā)現(xiàn)了這種特殊的永磁鐵結構，并逐步完善這種結構，最終形成了所謂的“Halbach”磁鐵。Halbach磁環(huán)是將磁鐵徑向式與平行式排列結合在一起，如果忽略端部效應，并把周圍的導磁材料的導磁率看作無窮大，那么上述永磁體結構最終形成單邊磁場(one-sided field)，這就是Halbach —個顯著的特點。
[0003]halbach磁體結構是工程上理想結構的近似，目標是用最少量的磁體產(chǎn)生最強的磁場。利用特殊的磁體單元的排列，增強單位方向上的磁場。對于工程上有極為重要的意義。但是目前的halbach結構永磁徑向環(huán)都采用單個不同磁化方向的磁體進行組裝而得。組裝的halbach結構永磁徑向環(huán)有以下幾個缺點:1、不同磁化方向的單個磁體加工成本高，加工周期長。2、不同磁化方向的單個磁體在進行組裝時，由于同極性之間的排斥力，halbach環(huán)的組裝麻煩而且容易造成尺寸精度不高。3、組裝的磁環(huán)采用膠水粘接，力學性能不可靠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種一次成型的halbach陣列永磁徑向環(huán)，通過一次成型燒結而成，無需繁瑣的組裝過程，生產(chǎn)方便，結構穩(wěn)定，磁場性能穩(wěn)定性好，應用范圍廣，便于推廣。
[0005]本發(fā)明公開的一次成型的halbach陣列永磁徑向環(huán)，包括整體成型的環(huán)形磁體，環(huán)形磁體沿軸向觀測，至少環(huán)形磁體在徑向截面內(nèi)部分區(qū)域的磁場方向按照halbach陣列取向。即磁環(huán)可以在徑向截面內(nèi)的部分區(qū)域按照halbach陣列取向；也可以在整體范圍內(nèi)按照halbach陣列取向。
[0006]本發(fā)明公開的一次成型的halbach陣列永磁徑向環(huán)的一種改進，環(huán)形磁體的halbach陣列取向所形成的增強磁場在環(huán)形磁體的內(nèi)表面或者外表面。
[0007]本發(fā)明公開的一次成型的halbach陣列永磁徑向環(huán)的一種改進，環(huán)形磁體的合金組成為(質(zhì)量百分比)Nd(27.9-34) % Μ(65-71) % Β余量，其中Μ為由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同組成。
[0008]本發(fā)明公開的一次成型的halbach陣列永磁徑向環(huán)的一種改進，合金的組成中Μ的組成滿足Feu x y n n)AlxGayCunCon,其中 0〈x 彡 0.0il, 0<y 彡 0.0046，0〈m彡 0.0il, 0〈n 彡 0.046，且x、y、m、n之和小于1。
[0009]本發(fā)明公開的一次成型的halbach陣列永磁徑向環(huán)的一種改進，合金經(jīng)過熔煉、破碎、研磨得到各向異性的磁粉。
[0010]本發(fā)明公開的一次成型的halbach陣列永磁徑向環(huán)的一種改進，磁粉的平均粒徑為2-10微米。
[0011]本發(fā)明的halbach陣列環(huán)是采用一次成型燒結而成的永磁環(huán)。不同于普通的halbach陣列環(huán)通過采用單個不同磁化方向的磁體進行組裝而得到的磁環(huán)，本發(fā)明的磁環(huán)是在燒結磁體取向成型階段，將組成磁體的基本磁粉顆粒(微米級)的磁化方向按照halbach陣列的排布方式進行排列，然后將基本顆粒排列好的壓坯進行燒結后而得到。由于本發(fā)明的磁環(huán)的halbach陣列的排布的基本單元由普通的單個磁體(厘米級，成型后的磁體進行組裝，存在明顯的物理邊界和磁場分界)替換為組成磁體的基本磁粉顆粒(微米級，halbach陣列直接通過微觀形態(tài)的磁粉磁化形成，成為磁環(huán)本身的結構，磁場整體性好)，不同磁化方向的基本單元之間的磁場轉向更連續(xù)平滑，更能充分發(fā)揮每個基本磁粉顆粒的磁極化強度；而且每個基本磁粉顆粒之間通過燒結后產(chǎn)生的金屬鍵結合在一起形成一個整體，具有更高的強度等力學性能。本發(fā)明的halbach陣列環(huán)是一次成型燒結而成，無需繁瑣的組裝過程，根據(jù)尺寸要求進行整體尺寸加工后，即可充磁使用。
[0012]將熔煉好的釹鐵硼合金進行氫破和氣流磨后，得到平均粒度2-5微米的各向異性磁粉。將各向異性磁粉裝入模具進行取向壓制。模具中產(chǎn)生1-2T的磁場，且磁場的磁力線按照halbach陣列在模具空間分布。向異性磁粉在磁場中沿磁力線進行排布，然后將磁粉壓實，使磁粉的halbach排布固定下來。將壓制好的磁粉進行真空燒結退火處理，可以得到halbach陣列磁環(huán)坯體。對坯體進行機械加工電鍍后，可以得到可供使用的halbach陣列磁環(huán)。對磁環(huán)進行充磁，測試磁環(huán)的表面磁場波形，磁場有很好的正弦特性且各極表磁差異小于3% ο
[0013]使用相同的各向異性磁粉，根據(jù)不同產(chǎn)品尺寸，本發(fā)明的halbach陣列磁環(huán)由于有halbach陣列效應，每極表磁比普通多極磁環(huán)高出20% -80%。使用本發(fā)明的halbach陣列環(huán)的電機經(jīng)過測試，電機總體效率比普通貼磁瓦電機高出5% -10%，比普通多極磁環(huán)高出20% -50%，具有極明顯的優(yōu)勢和經(jīng)濟價值。
【附圖說明】
[0014]圖1、本發(fā)明公開的一次成型的halbach陣列永磁徑向環(huán)的一種實施例的基本磁粉顆粒halbach陣列排布圖；
[0015]圖2、本發(fā)明公開的一次成型的halbach陣列永磁徑向環(huán)的一種實施例的磁場波形圖。
[0016]附圖標記列表:
[0017]1、環(huán)形磁體。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和【具體實施方式】，進一步闡明本發(fā)明，應理解下述【具體實施方式】僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。需要說明的是，下面描述中使用的詞語“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附圖中的方向，詞語“內(nèi)”和“外”分別指的是朝向或遠離特定部件幾何中心的方向。
[0019]結構實施例1
[0020]如圖1所示，本實施例的halbach陣列永磁徑向環(huán)，包括整體成型的環(huán)形磁體1，環(huán)形磁體沿軸向觀測，環(huán)形磁體在徑向截面內(nèi)整體的磁場方向按照halbach陣列取向。
[0021]結構實施例2
[0022]本實施例的halbach陣列永磁徑向環(huán)，包括整體成型的環(huán)形磁體，環(huán)形磁體沿軸向觀測，環(huán)形磁體在徑向截面內(nèi)磁化區(qū)域的磁場方向按照halbach陣列取向形成磁化區(qū)域，其中磁化區(qū)域與非磁化區(qū)域成同心環(huán)形(包括磁化區(qū)域與非磁化區(qū)域所形成的兩層以上的多層結構；當為兩層時，磁化區(qū)域所形成的環(huán)在非磁化區(qū)域所形成的環(huán)的外側，或者磁化區(qū)域所形成的環(huán)在非磁化區(qū)域所形成的環(huán)的內(nèi)側；當為兩層以上時，磁化區(qū)域所形成的環(huán)或者非磁化區(qū)域所形成的環(huán)均可以大于一層，磁化區(qū)域所形成的環(huán)或者非磁化區(qū)域所形成的環(huán)可以相鄰或者相間；也可以為磁化區(qū)域與非磁化區(qū)域在軸向的組合的結構；也可以為兼具軸向與徑向的結構)。
[0023]結構實施例3
[0024]本實施例的halbach陣列永磁徑向環(huán)，包括整體成型的環(huán)形磁體，環(huán)形磁體沿軸向觀測，環(huán)形磁體在徑向截面內(nèi)部分區(qū)域的磁場方向按照halbach陣列取向形成磁化區(qū)域，其中該部分區(qū)域可以為在環(huán)形磁體內(nèi)側的部分區(qū)域(不連接到環(huán)形磁體的外表面而與內(nèi)表面連接)或者在環(huán)形磁體外側的部分區(qū)域(不連接到環(huán)形磁體的內(nèi)表面而與外表面連接)或者在環(huán)形磁體徑向的部分區(qū)域(連接到環(huán)形磁體的外表面以及內(nèi)表面)。同時需要說明的是本處部分區(qū)域的選擇可以為規(guī)則的形態(tài)也可以為不規(guī)則的形態(tài)。
[0025]合金實施例1
[0026]本實施例中halbach陣列永磁徑向環(huán)的制備所采用的合金為(質(zhì)量百分比)Nd32% M67% Bl%，其中Μ為由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同組成，并且M的組成滿足Fe余量Al0.0iiGa0.0o^CU0.0nCO0.0^, Μ式中數(shù)值均表示在Μ中的質(zhì)量分數(shù)。
[0027]合金實施例2
[0028]本實施例中halbach陣列永磁徑向環(huán)的制備所采用的合金為(質(zhì)量百分比)Nd30% M69% Bl%，其中Μ為由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同組成，并且M的組成滿足Fe余量Al0.0iiGa0.0o4gCU0.0nCO0.046, Μ式中數(shù)值均表示在Μ中的質(zhì)量分數(shù)。
[0029]合金實施例3
[0030]本實施例中halbach陣列永磁徑向環(huán)的制備所采用的合金為(質(zhì)量百分比)Nd33.5% M65.5% B1 %，其中Μ為由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同組成，并且M的組成滿足Fe余量Al0.0nGa0.0046Cu0.011Co0.046, Μ式中數(shù)值均表示在Μ中的質(zhì)量分數(shù)。
[0031]合金實施例4
[0032]本實施例中halbach陣列永磁徑向環(huán)的制備所采用的合金為(質(zhì)量百分比)Nd34% M65% Bl%，其中Μ為由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同組成，并且M的組成滿足Fe余量Al0.0iiGa0.0o^CU0.0nCO0.0^, Μ式中數(shù)值均表示在Μ中的質(zhì)量分數(shù)。
[0033]合金實施例5
[0034]本實施例中halbach陣列永磁徑向環(huán)的制備所采用的合金為(質(zhì)量百分比)Nd31% M68% Bl%，其中Μ為由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同組成，并且M的組成滿足Fe余量Al0.0iiGa0.0o4gCU0.0nCO0.046, Μ式中數(shù)值均表示在Μ中的質(zhì)量分數(shù)。
[0035]合金實施例6
[0036]本實施例中halbach陣列永磁徑向環(huán)的制備所采用的合金為(質(zhì)量百分比)Nd29.1% Μπ)% Β0.9%，其中Μ為由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同組成，并且M的組成滿足Fe余量Al0.0nGa0.0046Cu0.011Co0.046, Μ式中數(shù)值均表示在Μ中的質(zhì)量分數(shù)。
[0037]合金實施例7
[0038]本實施例中halbach陣列永磁徑向環(huán)的制備所采用的合金為(質(zhì)量百分比)Nd27.9% M71% Β1.1%，其中Μ為由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同組成，并且M的組成滿足Fe余量Al0.0nGa0.0046Cu0.011Co0.046, Μ式中數(shù)值均表示在Μ中的質(zhì)量分數(shù)。
[0039]與上述實施例相區(qū)別的，上述實施例中X、y、m、η的取值還可以為下列情形的任一:0.005、0.001、0.007、0.01 ；0.007、0.002、0.001、0.011 ；0.0015、0.0015、0.002、0.022