一種一次成型的halbach陣列永磁徑向環(huán)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種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(shù)】
[0002]在1973年，美國學(xué)者M(jìn)allianson在對(duì)永久磁鐵結(jié)構(gòu)進(jìn)行拼裝實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種奇特的永磁鐵結(jié)構(gòu)，并把它稱為''Magnetic Cur1sity"。他當(dāng)時(shí)并沒有察覺到這種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用價(jià)值。1979年，美國學(xué)者Klaus Halbach再利用各種永磁鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的磁場(chǎng)做電子加速實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了這種特殊的永磁鐵結(jié)構(gòu)，并逐步完善這種結(jié)構(gòu)，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(jié)合在一起，如果忽略端部效應(yīng)，并把周圍的導(dǎo)磁材料的導(dǎo)磁率看作無窮大，那么上述永磁體結(jié)構(gòu)最終形成單邊磁場(chǎng)(one-sided field)，這就是Halbach —個(gè)顯著的特點(diǎn)。
[0003]halbach磁體結(jié)構(gòu)是工程上理想結(jié)構(gòu)的近似，目標(biāo)是用最少量的磁體產(chǎn)生最強(qiáng)的磁場(chǎng)。利用特殊的磁體單元的排列，增強(qiáng)單位方向上的磁場(chǎng)。對(duì)于工程上有極為重要的意義。但是目前的halbach結(jié)構(gòu)永磁徑向環(huán)都采用單個(gè)不同磁化方向的磁體進(jìn)行組裝而得。組裝的halbach結(jié)構(gòu)永磁徑向環(huán)有以下幾個(gè)缺點(diǎn):1、不同磁化方向的單個(gè)磁體加工成本高，加工周期長(zhǎng)。2、不同磁化方向的單個(gè)磁體在進(jìn)行組裝時(shí)，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(xué)性能不可靠。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為解決上述問題，本實(shí)用新型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(jié)而成，無需繁瑣的組裝過程，生產(chǎn)方便，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，磁場(chǎng)性能穩(wěn)定性好，應(yīng)用范圍廣，便于推廣。
[0005]本實(shí)用新型公開的一次成型的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(cè)，至少環(huán)形磁體在徑向截面內(nèi)部分區(qū)域的磁場(chǎng)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]本實(shí)用新型公開的一次成型的halbach陣列永磁徑向環(huán)的一種改進(jìn)，環(huán)形磁體的halbach陣列取向所形成的增強(qiáng)磁場(chǎng)在環(huán)形磁體的內(nèi)表面或者外表面。
[0007]本實(shí)用新型公開的一次成型的halbach陣列永磁徑向環(huán)的一種改進(jìn)，環(huán)形磁體的合金組成為(質(zhì)量百分比)Nd(27.9-34) % M(65-71) % B余量，其中M為由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同組成。
[0008]本實(shí)用新型公開的一次成型的halbach陣列永磁徑向環(huán)的一種改進(jìn)，合金的組成中 M 的組成滿足 Fe {1 xyn n) AlxGayCunCon,其中 0〈x 彡 0.011，0〈y 彡 0.0046，0〈m 彡 0.011，0〈n (0.046，且x、y、m、n之和小于I。
[0009]本實(shí)用新型公開的一次成型的halbach陣列永磁徑向環(huán)的一種改進(jìn)，合金經(jīng)過熔煉、破碎、研磨得到各向異性的磁粉。
[0010]本實(shí)用新型公開的一次成型的halbach陣列永磁徑向環(huán)的一種改進(jìn)，磁粉的平均粒徑為2-10微米。
[0011]本實(shí)用新型的halbach陣列環(huán)是采用一次成型燒結(jié)而成的永磁環(huán)。不同于普通的halbach陣列環(huán)通過采用單個(gè)不同磁化方向的磁體進(jìn)行組裝而得到的磁環(huán)，本實(shí)用新型的磁環(huán)是在燒結(jié)磁體取向成型階段，將組成磁體的基本磁粉顆粒(微米級(jí))的磁化方向按照halbach陣列的排布方式進(jìn)行排列，然后將基本顆粒排列好的壓坯進(jìn)行燒結(jié)后而得到。由于本實(shí)用新型的磁環(huán)的halbach陣列的排布的基本單元由普通的單個(gè)磁體(厘米級(jí)，成型后的磁體進(jìn)行組裝，存在明顯的物理邊界和磁場(chǎng)分界)替換為組成磁體的基本磁粉顆粒(微米級(jí)，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(jié)構(gòu)，磁場(chǎng)整體性好)，不同磁化方向的基本單元之間的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向更連續(xù)平滑，更能充分發(fā)揮每個(gè)基本磁粉顆粒的磁極化強(qiáng)度；而且每個(gè)基本磁粉顆粒之間通過燒結(jié)后產(chǎn)生的金屬鍵結(jié)合在一起形成一個(gè)整體，具有更高的強(qiáng)度等力學(xué)性能。本實(shí)用新型的halbach陣列環(huán)是一次成型燒結(jié)而成，無需繁瑣的組裝過程，根據(jù)尺寸要求進(jìn)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(jìn)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(jìn)行取向壓制。模具中產(chǎn)生1-2T的磁場(chǎng)，且磁場(chǎng)的磁力線按照halbach陣列在模具空間分布。向異性磁粉在磁場(chǎng)中沿磁力線進(jìn)行排布，然后將磁粉壓實(shí)，使磁粉的halbach排布固定下來。將壓制好的磁粉進(jìn)行真空燒結(jié)退火處理，可以得到halbach陣列磁環(huán)坯體。對(duì)坯體進(jìn)行機(jī)械加工電鍍后，可以得到可供使用的halbach陣列磁環(huán)。對(duì)磁環(huán)進(jìn)行充磁，測(cè)試磁環(huán)的表面磁場(chǎng)波形，磁場(chǎng)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，本實(shí)用新型的halbach陣列磁環(huán)由于有halbach陣列效應(yīng)，每極表磁比普通多極磁環(huán)高出20% _80%。使用本實(shí)用新型的halbach陣列環(huán)的電機(jī)經(jīng)過測(cè)試，電機(jī)總體效率比普通貼磁瓦電機(jī)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(shì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
【附圖說明】
[0014]圖1、本實(shí)用新型公開的一次成型的halbach陣列永磁徑向環(huán)的一種實(shí)施例的基本磁粉顆粒halbach陣列排布圖；
[0015]圖2、本實(shí)用新型公開的一次成型的halbach陣列永磁徑向環(huán)的一種實(shí)施例的磁場(chǎng)波形圖。附圖標(biāo)記列表:
[0016]1、環(huán)形磁體。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型，應(yīng)理解下述【具體實(shí)施方式】?jī)H用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。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(yuǎn)離特定部件幾何中心的方向。
[0018]結(jié)構(gòu)實(shí)施例1
[0019]如圖1所示，本實(shí)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(cè)，環(huán)形磁體在徑向截面內(nèi)整體的磁場(chǎng)方向按照halbach陣列取向。
[0020]結(jié)構(gòu)實(shí)施例2
[0021]本實(shí)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(cè)，環(huán)形磁體在徑向截面內(nèi)磁化區(qū)域的磁場(chǎng)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(jié)構(gòu)；當(dāng)為兩層時(shí)，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(cè)，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(cè)；當(dāng)為兩層以上時(shí)，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(jié)構(gòu)；也可以為兼具軸向與徑向的結(jié)構(gòu))。
[0022]結(jié)構(gòu)實(shí)施例3
[0023]本實(shí)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(cè)，環(huán)形磁體在徑向截面內(nèi)部分區(qū)域的磁場(chǎng)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(cè)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(cè)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(shí)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)。
[0024]合金實(shí)施例1
[0025]本實(shí)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% BI %，其中M為由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同組成，并且M的組成滿足Fe余量Alaoi!Ga0.0o4gCU0.0nCO0.046, M式中數(shù)值均表示在M中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
[0026]合金實(shí)施例2
[0027]本實(shí)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% BI %，其中M為由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同組成，并且M的組成滿足Fe余量Alaoi!Ga0.0o4gCU0.0nCO0.046, M式中數(shù)值均表示在M中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
[0028]合金實(shí)施例3
[0029]本實(shí)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% BI %，其中M為由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同組成，并且M的組成滿足Fe余量Al0.0iiGa0.0046Cu0.011Co0.046, M式中數(shù)值均表示在M中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
[0030]合金實(shí)施例4
[0031]本實(shí)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% BI %，其中M為由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同組成，并且M的組成滿足Fe余量Alaoi!Ga0.0o4gCU0.0nCO0.046, M式中數(shù)值均表示在M中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
[0032]合金實(shí)施例5
[0033]本實(shí)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% BI %，其中M為由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同組成，并且M的組成滿足Fe余量Alaoi!Ga0.0o4gCU0.0nCO0.046, M式中數(shù)值均表示在M中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
[0034]合金實(shí)施例6
[0035]本實(shí)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)% B0.9%，其中M為由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同組成，并且M的組成滿足Fe余量Al0.0iiGa0.0046Cu0.011Co0.046, M式中數(shù)值均表示在M中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
[0036]合金實(shí)施例7
[0037]本實(shí)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% B1.1%，其中M為由