一種提供釹鐵硼輔助鑄造磁場的永磁體系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種提供釹鐵硼輔助鑄造磁場的永磁體系統(tǒng)，包括提供勵磁源的第四永磁體、引導(dǎo)和調(diào)整磁力線方向的輔助永磁體以及導(dǎo)磁的軟鐵芯,所述第四永磁體為單體式或6-12塊單向充磁的弧形塊拼接而成。本實用新型提供的永磁體系統(tǒng)，工作作空間與磁體總體積比大，能適應(yīng)設(shè)備要求又能滿足需要留出足夠的銅?？臻g；設(shè)計目標(biāo)區(qū)域磁場集中，大小符合要求；方向沿軸線方向，垂直軸線方向的分量很小，可能對鑄造造成的影響較??；輻射狀環(huán)形磁體也可用八塊單向充磁的弧形磁體代替，可在組裝難度可接受的前提下降低成本，對所得磁場效果影響不明顯；整體裝在一個上下蓋可拆的不銹鋼殼中，既解決了固定的問題也能有效保護(hù)磁體。
【專利說明】一種提供釹鐵硼輔助鑄造磁場的永磁體系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利涉及一種釹鐵硼輔助鑄造磁場系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]釹鐵硼(NdFeB)基合金作為室溫綜合硬磁性能最好的稀土永磁材料，廣泛應(yīng)用于各類機(jī)電產(chǎn)品中，其市場值已接近永磁材料的二分之一并逐年上升。NdFeB磁體的制備目前主要采用粉末冶金，由于制備工藝存在諸如工藝復(fù)雜、工序繁多和粉末冶金缺陷等問題，難以得到高性能的優(yōu)質(zhì)磁體。因此，近十年來，許多研究者嘗試用大塊非晶(BMG)制備技術(shù)以及快速凝固技術(shù)來獲得更高性能的納米復(fù)合NdFeB材料,但這種新技術(shù)仍存在諸多問題亟待解決。
[0003]快速凝固技術(shù)常用的方式主要有吸鑄和吹鑄兩種直接銅模鑄造。而基于此種工藝如何使磁體獲得各向異性以獲得更好磁性能是研究者們關(guān)注的重要問題。目前的一些研究結(jié)果表明磁場可能有助于獲得磁各向異性，并且可以優(yōu)化釹鐵硼納米晶組織結(jié)構(gòu)。臺灣一些研究者已經(jīng)做出相關(guān)嘗試，在吸鑄模具表面加一個垂直于吸鑄方向的水平磁場，但研究結(jié)果顯示磁場對釹鐵硼合金的凝固行為有影響，可細(xì)化晶粒；對各向異性的影響卻不明顯。上面提到磁場會影響晶體的C軸取向，這對于獲得磁各向異性具有重要指導(dǎo)意義。所以，推測上述實驗中磁場對各向異性影響不明顯可能與磁場方向和施加方式有關(guān)，若施加一個平行于鑄造方向的輔助磁場則很有可能獲得沿軸向的磁各向異性。
[0004]另外輔助磁場的添加要綜合考慮工藝的各方面因素:首先，磁場大小要足夠影響鑄造過程；其次，要控制整個磁場系統(tǒng)的體積，與現(xiàn)有鑄造設(shè)備腔體空間適應(yīng)；并且考慮磁場系統(tǒng)對設(shè)備可能造成的影響；最后，要給吹鑄(或吸鑄)用銅模預(yù)留足夠空間，保證鑄造冷卻速度和鑄造效果。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的是獲得一種提供平行于鑄造方向的輔助鑄造強(qiáng)磁場的永磁體系統(tǒng)，使鑄造的磁體獲得各向異性和良好的組織。這種輔助鑄造磁場永磁體系統(tǒng)由一系列環(huán)形永磁體配以軟磁鐵芯組裝在一起，外面用不銹鋼外殼進(jìn)行固定，不銹鋼外殼上、下蓋均用螺釘固定可拆卸，磁體中間留出一個圓柱形空間用來放置鑄造用銅模。
[0006]本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0007]—種提供釹鐵硼輔助鑄造磁場的永磁體系統(tǒng)，包括提供勵磁源的第四永磁體、弓丨導(dǎo)和調(diào)整磁力線方向的輔助永磁體以及導(dǎo)磁的軟鐵芯，所述第四永磁體為輻射狀充磁的環(huán)形磁體，第四永磁體下方設(shè)置有一層由沿軸向充磁的圓環(huán)形第二永磁體和包裹在第二永磁體外側(cè)呈輻射狀充磁組成排擠磁力線的環(huán)形第一永磁體；第四永磁體上方設(shè)置有一塊沿軸向向下充磁的環(huán)形第五永磁體，有效地改善了磁力線走向形狀；第四永磁體外側(cè)下方設(shè)置有用于調(diào)整磁路的軸向充磁的環(huán)形第三永磁體，所述第五永磁體的上方及外側(cè)覆蓋地設(shè)置有導(dǎo)磁軟鐵圓環(huán)，所述導(dǎo)磁軟鐵圓環(huán)向下延伸至第三永磁體頂端。[0008]進(jìn)一步地，所述第四永磁體為6-12塊單向充磁的弧形塊拼接而成。
[0009]進(jìn)一步地，所述的第一永磁體、第二永磁體、第三永磁體、第四永磁體、第五永磁體均為稀土釹鐵硼永磁體。
[0010]進(jìn)一步地，所述的導(dǎo)磁軟鐵圓環(huán)為電工純鐵。
[0011]進(jìn)一步地，所述第二永磁體的中間設(shè)置有通氣孔。
[0012]進(jìn)一步地，還包括用于容納永磁體和導(dǎo)磁軟鐵圓環(huán)圓筒形殼體，所述殼體上端及下端分別設(shè)置有頂蓋及底蓋。
[0013]進(jìn)一步地，所述的頂蓋及底蓋均為蓋均為圓角正方形不銹鋼板，且中心均設(shè)有通孔。
[0014]進(jìn)一步地，所述頂蓋及底蓋的邊緣及殼體兩端的邊緣配合地設(shè)置有用于裝拆的緊固螺孔，頂蓋及底蓋可拆卸，為圓角正方形不銹鋼板，四周有四個緊固螺孔，且蓋的寬度均與桶體的直徑保持一致，殼體為圓柱形，兩端有可分別與上下蓋配合的有螺紋孔進(jìn)行連接。
[0015]具體說本專利的永磁體系統(tǒng)整體為空心圓柱形，可提供軸線附近上方4cm范圍內(nèi)豎直向上的均值為0.7T左右的磁場，這也就是所需的平行鑄造磁場的輔助磁場。該系統(tǒng)主要磁體為一塊福射狀充磁的圓環(huán)形第四永磁體，所述第四永磁體下方由一塊磁場方向為軸向向上的圓盤形磁體和等厚配合的輻射狀充磁的圓環(huán)形永磁體組成，作用使是盡量使主體磁體的磁場線往軸向向上的方向集中。第四永磁體上方有一塊徑向尺寸與第四永磁體一致的圓環(huán)形磁體，其磁場方向為沿軸向向下，作用是阻止磁場線過早向外側(cè)偏轉(zhuǎn)，延長平行磁場的長度。在此塊磁鐵上方和外側(cè)有兩塊導(dǎo)磁的導(dǎo)磁軟鐵圓環(huán)，作用是引導(dǎo)磁力線返回，避免向外輻射。第四永磁體外側(cè)有一個沿軸向向下充磁的圓環(huán)形磁體，作用是調(diào)整磁路形狀。
[0016]本專利提供的永磁體系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:工作空間與磁體總體積比大，能適應(yīng)設(shè)備要求又能滿足需要留出足夠的銅?？臻g；設(shè)計目標(biāo)區(qū)域磁場集中，大小符合要求；方向沿軸線方向，垂直軸線方向的分量很小，可能對鑄造造成的影響較?。惠椛錉瞽h(huán)形磁體也可用八塊單向充磁的弧形磁體代替，可在組裝難度可接受的前提下降低成本，對所得磁場效果影響不明顯；整體裝在一個上下蓋可拆的不銹鋼殼中，既解決了固定的問題也能有效保護(hù)磁體。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型實施例一的二維設(shè)計圖。
[0018]圖2為本實用新型實施例一的三維剖面示意圖。
[0019]圖3為本實用新型實施例一組合單向磁體模擬輻射環(huán)形磁體示意圖。
[0020]圖4為本實用新型實施例一的磁力線分布圖。
[0021]圖5為本實用新型實施例一中心軸磁場強(qiáng)度的分布曲線圖。
[0022]圖6為本實用新型實施例一的不銹鋼殼示意圖。
[0023]圖7為本實用新型實施例三的組合單向磁體模擬輻射環(huán)形磁體示意圖。
[0024]圖中所示為:1_第一永磁體；2_第二永磁體；3_第三永磁體；4_第四永磁體；5-第五永磁體；6_導(dǎo)磁軟鐵圓環(huán)；7_目標(biāo)區(qū)域；8_通氣孔；9_頂蓋；10_筒體；11-底蓋。
【具體實施方式】[0025]下面結(jié)合附圖對本實用新型的結(jié)構(gòu)、原理作進(jìn)一步的說明。
[0026]實施例1
[0027]如圖1至圖3所示，一種提供釹鐵硼輔助鑄造磁場的永磁體系統(tǒng)，包括提供勵磁源的第四永磁體4、引導(dǎo)和調(diào)整磁力線方向的輔助永磁體以及導(dǎo)磁的軟鐵芯，所述第四永磁體4為輻射狀充磁的環(huán)形磁體，第四永磁體4下方設(shè)置有一層由沿軸向充磁的圓環(huán)形第二永磁體2和包裹在第二永磁體2外側(cè)呈輻射狀充磁組成排擠磁力線的環(huán)形第一永磁體I ;第四永磁體4上方設(shè)置有一塊沿軸向向下充磁的環(huán)形第五永磁體5，有效地改善了磁力線走向形狀；第四永磁體4外側(cè)下方設(shè)置有用于調(diào)整磁路的軸向充磁的環(huán)形第三永磁體3，所述第五永磁體5的上方及外側(cè)覆蓋地設(shè)置有導(dǎo)磁軟鐵圓環(huán)6,所述導(dǎo)磁軟鐵圓環(huán)6向下延伸至第三永磁體3頂端。
[0028]進(jìn)一步地，所述的第一永磁體1、第二永磁體2、第三永磁體3、第四永磁體4、第五永磁體5均為稀土釹鐵硼永磁體。
[0029]進(jìn)一步地，所述的導(dǎo)磁軟鐵圓環(huán)6為電工純鐵。
[0030]進(jìn)一步地，所述第二永磁體2的中間設(shè)置有通氣孔8。
[0031]進(jìn)一步地,還包括用于容納永磁體和導(dǎo)磁軟鐵圓環(huán)6圓筒形殼體10,所述殼體10上端及下端分別設(shè)置有頂蓋9及底蓋11。
[0032]進(jìn)一步地，所述的頂蓋9及底蓋11均為蓋均為圓角正方形不銹鋼板，且中心均設(shè)有通孔。
[0033]進(jìn)一步地，所述頂蓋9及底蓋11的邊緣及殼體10兩端的邊緣配合地設(shè)置有用于裝拆的緊固螺孔，頂蓋及底蓋可拆卸，為圓角正方形不銹鋼板，四周有四個緊固螺孔，且蓋的寬度均與桶體的直徑保持一致，殼體為圓柱形，兩端有可分別與上下蓋配合的有螺紋孔進(jìn)行連接。
[0034]設(shè)計目標(biāo)是陰影部分表示的40mm長的目標(biāo)區(qū)域7獲得一個軸向磁場，平均值大小設(shè)定為0.7T。為使磁場盡可能聚集到目標(biāo)區(qū)域，整體設(shè)想是采用圓環(huán)結(jié)構(gòu)輻射狀充磁磁體，底端用永磁體排斥磁力線。
[0035]圖1中的第四永磁體4的磁場方向為輻射狀指向圓心，是磁場的主要來源，其尺寸對目標(biāo)磁場強(qiáng)度有明顯影響。在最大尺寸因鑄造設(shè)備的限制而定在直徑120_的情況下，第四永磁體4要得到更大尺寸分為上下兩層，下層外側(cè)的第三永磁體3的作用是引導(dǎo)磁力線調(diào)整磁路形狀，尺寸為厚IOmm;上層外側(cè)的導(dǎo)磁軟鐵圓環(huán)6的作用是導(dǎo)磁，尺寸要求不高，厚度減小為5mm,為第四永磁體4留出更大空間。
[0036]底部的第一永磁體1、第二永磁體2共同起到排斥磁力線的作用，盡量使磁力線往上方走；其中第一永磁體I磁場方向是沿軸向向上，主要作用是排斥磁力線，第二永磁體2磁場方向是輻射狀向圓心，除了與第一永磁體I配合起到更好的排斥磁力線的作用，也起到引導(dǎo)磁力線的作用。底層中心位置預(yù)留一個直徑10_的通氣孔，對結(jié)果影響不明顯，但可以配合銅模鑄造的各種需要，具有實用價值。
[0037]第四永磁體4上面的第五永磁體5磁場方向沿軸向向下，是最重要的調(diào)控磁路形狀延長強(qiáng)場區(qū)域的磁體，從圖4的二維模擬結(jié)果的磁力線圖可以看出，第五永磁體5有效地阻止了磁力線過早向外側(cè)偏離，使磁力線繼續(xù)沿軸向往上走，延長了可用磁場空間。最上層是導(dǎo)磁軟鐵圓環(huán)6，作用主要是導(dǎo)磁。[0038]具體三維結(jié)構(gòu)如圖2三維剖面示意圖所示，這種永磁體系統(tǒng)所能夠提供的磁場在磁體使用釹鐵硼N50M的情況下模擬結(jié)果如圖5所示。圖5表示中軸線上從系統(tǒng)底面(Z=O)到系統(tǒng)頂部(Z=0.09m)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的軸向分量數(shù)值?？梢钥闯鯶=0.05-0.09m范圍內(nèi)磁場較強(qiáng)并且具有一定梯度的磁場，磁場平均值達(dá)到0.7T，另外模擬結(jié)果顯示，B的另外兩個方向(X/Y方向)的分量與軸向分量(Z方向)相比很小可以忽略，所以在目標(biāo)區(qū)域獲得了符合要求的磁場。
[0039]整個系統(tǒng)裝在一個不銹鋼殼內(nèi)，圖6為不銹鋼殼的三維示意圖。包括筒體10，其內(nèi)徑為121mm,為磁體系統(tǒng)留Imm的余量空間。頂蓋9和底蓋11均可拆卸,用螺釘緊固。
[0040]實施例2
[0041]本實施例與實施例1不同之處在于，所述第四永磁體4用6塊單向充磁的弧形塊拼接而成，本實施例的意義在于不明顯降低中心磁場強(qiáng)度的前提下，磁體替代方案可大幅度降低磁體制作難度和制作成本。
[0042]實施例3
[0043]如圖7所示，本實施例與實施例1不同之處在于，所述第四永磁體4用8塊單向充磁的弧形塊拼接而成，本實施例的意義在于不明顯降低中心磁場強(qiáng)度的前提下，磁體替代方案可大幅度降低磁體制作難度和制作成本。
[0044]實施例4
[0045]本實施例與實施例1不同之處在于，所述第四永磁體4用12塊單向充磁的弧形塊拼接而成，本實施例的意義在于不明顯降低中心磁場強(qiáng)度的前提下，磁體替代方案可大幅度降低磁體制作難度和制作成本。
[0046]同時，出于降低制作成本和難度的動機(jī)，所述第一永磁體I也可以像第四永磁體4一樣，根據(jù)需要采用6-12塊單向充磁的弧形塊拼接而成。
[0047]本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種提供釹鐵硼輔助鑄造磁場的永磁體系統(tǒng)，其特征在于:包括提供勵磁源的第四永磁體(4)、引導(dǎo)和調(diào)整磁力線方向的輔助永磁體以及導(dǎo)磁的軟鐵芯，所述第四永磁體(4)為輻射狀充磁的環(huán)形磁體，第四永磁體(4)下方設(shè)置有一層由沿軸向充磁的圓環(huán)形第二永磁體(2)和包裹在第二永磁體(2)外側(cè)呈輻射狀充磁組成排擠磁力線的環(huán)形第一永磁體(I);第四永磁體(4)上方設(shè)置有一塊沿軸向向下充磁的環(huán)形第五永磁體(5)，第四永磁體(4)外側(cè)下方設(shè)置有用于調(diào)整磁路的軸向充磁的環(huán)形第三永磁體(3)，所述第五永磁體(5)的上方及外側(cè)覆蓋地設(shè)置有導(dǎo)磁軟鐵圓環(huán)出)，所述導(dǎo)磁軟鐵圓環(huán)出)向下延伸至第三永磁體(3)頂端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提供釹鐵硼輔助鑄造磁場的永磁體系統(tǒng)，其特征在于:所述第四永磁體(4)為6-12塊單向充磁的弧形塊拼接而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提供釹鐵硼輔助鑄造磁場的永磁體系統(tǒng)，其特征在于:所述的第一永磁體(I)、第二永磁體(2)、第三永磁體(3)、第四永磁體(4)、第五永磁體(5)均為稀土釹鐵硼永磁體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提供釹鐵硼輔助鑄造磁場的永磁體系統(tǒng)，其特征在于:所述的導(dǎo)磁軟鐵圓環(huán)(6)為電工純鐵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提供釹鐵硼輔助鑄造磁場的永磁體系統(tǒng)，其特征在于:所述第二永磁體(2)的中間設(shè)置有通氣孔(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5任一項所述的提供釹鐵硼輔助鑄造磁場的永磁體系統(tǒng)，其特征在于:還包括用于容納永磁體和導(dǎo)磁軟鐵圓環(huán)(6)圓筒形殼體(10)，所述殼體(10)上端及下端分別設(shè)置有頂蓋(9)及底蓋(U)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的提供釹鐵硼輔助鑄造磁場的永磁體系統(tǒng)，其特征在于:所述的頂蓋(9)及底蓋(11)均為蓋均為圓角正方形不銹鋼板，且中心均設(shè)有通孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的提供釹鐵硼輔助鑄造磁場的永磁體系統(tǒng)，其特征在于:所述頂蓋(9)及底蓋(11)的邊緣及殼體(10)兩端的邊緣配合地設(shè)置有用于裝拆的緊固螺孔。
【文檔編號】H01F1/057GK203521094SQ201320608037
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】劉仲武, 李偉, 鄭志剛, 趙利忠 申請人:華南理工大學(xué)