專利名稱：一種多級聚合v型取向磁環(huán)的成型制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多級聚合V型取向磁環(huán)的成型制備方法，屬于各向異性磁性材料制備領域。
背景技術：
隨著科學技術的迅猛發(fā)展和各種新材料、新技術的推廣應用，各行各業(yè)都在向著高、精、尖技術領域發(fā)展，磁性材料的發(fā)展也是如此，目前已經廣泛應用于各個領域，但是在強力無摩擦磁力軸承這一領域還屬空白，而這一領域的市場空間是很大的，如近年發(fā)展迅猛的綠色能源風力發(fā)電機領域，就大量地需要這種強力無摩擦磁力軸承，目前，僅我國每年中小型風力發(fā)電機的產量就達到了 10萬臺以上，且還在迅猛發(fā)展，我們知道風力發(fā)電機是靠風力驅動葉輪轉動發(fā)電的，而葉輪的轉動要克服轉子的支撐滾動摩擦力和勵磁發(fā)電的勵磁力，勵磁力是無法消除的，只有通過優(yōu)化磁路設計加以改善，而轉子的支撐滾動摩擦力，完全可以使用強力無摩擦磁力軸承全部消除，對于一般的風力發(fā)電機，風速要達到3M/ min以上才能正常工作，這樣的風速區(qū)域在我國內陸還不到5 %，而采用了優(yōu)化磁路設計和強力無摩擦磁力軸承的風力發(fā)電機，風速在1.7M/min左右就完全可以正常工作，而這樣的風速區(qū)域在我國內陸可高達30%以上，由此可見，僅此綠色能源一項就有著巨大的市場潛力。而目前，利用各向異性磁性材料制作的磁力軸承都是采用同性相斥原理，只用兩塊磁體同性相斥，無法解決側向力，利用兩個輻射環(huán)套在一起，解決了軸承的徑向力，但是軸向摩擦力卻無法解決，如利用數個(一般要3個以上)梯形加瓦型磁體拼接成V型取向磁環(huán)，將這樣的兩個磁環(huán)套用，因材料的加工費用高，原料的利用率低，拼接的難度大，磁場的不均勻等，目前還沒有人這么做，而用各項同性磁性材料制作磁力軸承，因其磁性能低(一般要低于各項異性磁性材料4倍以上)，耐溫性差而難以推廣使用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種采用多級聚合勵磁磁系，同性向內聚合勵磁，通過導磁材料的引導，形成一個完整的“臥8字型”或“臥日字型”閉合磁路，在磁路的拐彎處，利用導磁材料的引導和無磁材料的磁阻，形成V型取向磁場；在芯軸區(qū)內，有效地利用磁力碰撞產生的磁損，能夠極大地提高工作區(qū)的磁場強度，可生產出磁性能很高的各向異性V型取向磁環(huán)的多級聚合V型取向磁環(huán)的成型制備方法。本發(fā)明的目的是通過以下方式實現的本發(fā)明的成型制備方法是在包括上壓頭控制油缸、無磁上壓頭、導磁上壓頭外套、導磁芯軸、無磁下壓頭外套、導磁下壓頭、浮動控制油缸、下壓頭控制油缸、芯軸控制油缸的粉末成型壓機的成型工作區(qū)設置一個軸向切面呈V字形的V型環(huán)形腔導磁陰模，在環(huán)形腔導磁陰模內有磁粉取向環(huán)型工作區(qū)，在粉末成型壓機的浮動控制油缸之上環(huán)繞環(huán)形腔導磁陰模對稱地設置有兩個或兩個以上的取向充磁磁系統(tǒng)，每個取向充磁磁系統(tǒng)均由繞有勵磁線圈的導磁主軛鐵、導磁側軛鐵、導磁副軛鐵組成，勵磁線圈通電后，兩個或兩個以上的勵磁線圈同時向內聚合形成一個同性的聚合磁場，且構成了一個“臥8字型”或臥日字型磁路；上述粉末成型壓機和取向充磁磁系統(tǒng)組成了 V型取向成型制備裝置，在V型取向成型制備裝置工作準備好后，將準備好的各向異性磁性材料粉末倒入導磁陰模的磁粉取向環(huán)型工作區(qū)內，用無磁刮板把磁粉在磁粉取向環(huán)型工作區(qū)內布勻，無磁上壓頭和導磁上壓頭外套在上壓頭控制油缸的作用下向下移動，當導磁上壓頭外套的外邊接觸到導磁陰模時，上壓頭控制油缸停止工作，這時導磁上壓頭外套正好蓋住導磁陰模，將各向異性磁性材料粉末完全密閉在取向環(huán)型工作區(qū)內，給勵磁線圈通以正向電流，就產生了充磁磁場，該磁場從導磁主軛鐵導出，經導磁陰模、無磁上壓頭和導磁上壓頭外套的引導，磁場以與軸心形成一個夾角進入取向環(huán)型工作區(qū)內，再由導磁芯軸和無磁下壓頭外套、導磁下壓頭定向導出，經導磁副軛鐵和導磁側軛鐵后回到導磁主軛鐵，形成一個完整的磁回路，這樣在環(huán)型工作區(qū)內，就形成了一個環(huán)型的V型高強度、均勻分布的磁場，對預先填充好的均勻填布在的環(huán)型工作區(qū)內的各向異性磁性材料粉末進行V型取向排列，取向充磁5 10秒后就完成材料的取向工作，下面就是壓制成型，在壓制成型時，浮動控制油缸處于自由態(tài)，使其支撐的全部磁路系統(tǒng)完全處于浮動狀態(tài)，這時無磁上壓頭和導磁上壓頭外套在上壓頭控制油缸的作用下向下施壓，同時，導磁下壓頭、無磁下壓頭外套在下壓頭控制油缸的作用下從初始位置向上施壓，形成浮動雙向壓制，在整個壓制過程中，取向磁場還一直在保持工作狀態(tài)，以保證V 型取向壓制的各向異性磁性材料粉末取向排列取向度，在壓制到型粉末坯料達到設計尺寸后，上壓頭控制油缸和下壓頭控制油缸停止工作，同時取向磁場也停止工作，再給勵磁線圈通以反向電流，使其產生反向磁場，對以取向后的成型粉末坯料進行退磁(進行退磁是為了保證成型粉末坯料順利脫模)，一般說來，退磁磁場要比充磁磁場小的多，退磁后就要進行脫模了，脫模時，通過上壓頭控制油缸帶動無磁上壓頭和導磁上壓頭外套上升，上升到初始位置后停止，在無磁上壓頭和導磁上壓頭外套上升到初始位置這段時間，成型粉末坯料可釋放出部分內應力，在無磁上壓頭和導磁上壓頭外套]到達初始位置后，導磁下壓頭、無磁下壓頭外套在下壓頭控制油缸的作用下向上頂推成型粉末坯料，一直將成型粉末坯料頂推出導磁陰模后停止頂出工作，成型粉末坯料頂推出導磁陰模后，停止不動，導磁芯軸在芯軸控制油缸的作用下從初始位置向下運動，到導磁芯軸完全退出成型粉末坯料后停止，此時成型粉末坯料脫模作用全部完成。上述制備方法中的V型環(huán)形腔導磁陰模的行腔的軸向切面的兩側壁間夾角為 10° 170°，所以采用上述制備方法制備的多級聚合V型取向磁環(huán)的軸向切面的夾角為 10° 170°。上述各向異性磁性材料是稀土或非稀土的各向異性磁性材料。本發(fā)明的優(yōu)點是采用多級聚合勵磁磁系，同性向內聚合勵磁，通過導磁材料的引導，形成了一個完整的“臥8字型”或“臥日字型”閉合磁路，在磁路的拐彎處，利用導磁材料的引導和無磁材料的磁阻，形成V型取向磁場；在芯軸區(qū)內，有效地利用磁力碰撞產生的磁損，能夠極大地提高工作區(qū)的磁場強度，可生產出磁性能很高的各向異性V型取向磁環(huán)。


圖1是本發(fā)明的V型取向成型制備裝置的結構示意圖；圖2是本發(fā)明多級聚磁磁場示意圖。
圖中I-上壓頭控制油缸，2-無磁上壓頭，3-導磁上壓頭外套，4-導磁芯軸， 5-導磁陰模，6—勵磁線圈，7—磁粉取向環(huán)型工作區(qū)，8—導磁主軛鐵，9一導磁側軛鐵， 10-無磁下壓頭外套，11--導磁下壓頭，12-導磁副軛鐵，13-下壓頭控制油缸，15-芯軸控制油缸；圖中的箭頭方向表示勵磁磁場的方向。
具體實施例方式如圖1和圖2所示的是一種多級聚合V型取向磁環(huán)的成型制備的示意圖，其主體結構主要由上壓頭控制油缸1，無磁上壓頭2，導磁上壓頭外套3，導磁芯軸4，導磁陰模5，勵磁線圈6，磁粉取向環(huán)型工作區(qū)7，導磁主軛鐵8，導磁側軛鐵9，無磁下壓頭外套10，導磁下壓頭11，導磁副軛鐵12，浮動控制油缸13，下壓頭控制油缸14和芯軸控制油缸15組成的多級聚合勵磁的V型取向磁環(huán)的成型設備。其核心特點在于，該系統(tǒng)的磁路形成一個完整的 “臥8字型”或“臥日字型”閉合磁路，磁路中利用導磁主軛鐵8、導磁陰模5、導磁上壓頭外套3的引導和導磁下壓頭11、導磁芯軸4的定向導出，使其在磁粉取向環(huán)型工作區(qū)7內形成 V型取向磁場，以對其內的各向異性磁性粉末進行V型取向排列，在上、下壓頭的作用下，制備出V型取向磁環(huán)。a、V型取向磁路系統(tǒng)的具體結構勵磁磁路是由導磁主軛鐵8，導磁陰模5，導磁上壓頭外套3，磁粉取向環(huán)型工作區(qū)7，導磁下壓頭11和導磁芯軸4，導磁副軛鐵12，導磁側軛鐵9組成的完整的閉合磁路，因為是多級勵磁，也就是說，磁路系統(tǒng)要有兩個以上的勵磁磁路組成，因而磁路系統(tǒng)就構成了一個完整的“臥8字型”或“臥日字型”閉合磁路。在每個導磁主軛鐵8上繞上勵磁線圈6，就建立起了磁源，給勵磁線圈6通以正向電流，使每組磁路在其內側都產生相同級性的磁場，以生成同級性(全部是N或是幻向內聚合的磁場，多組同級磁場圍住了環(huán)型導磁陰模5，由導磁陰模5和導磁上壓頭外套3引導磁場及無磁上壓頭2 的屏蔽作用，使磁場以與軸心形成一定的夾角均勻聚磁地進入環(huán)型磁粉取向工作區(qū)7，再由導磁芯軸4和導磁下壓頭11的導出及無磁下壓頭外套10的屏蔽作用，在環(huán)型磁粉取向工作區(qū)7內形成一個均勻的、強大的V型取向磁場，以利用該磁場對環(huán)型磁粉取向工作區(qū)7內的各向異性磁粉進行V型取向。另外，我們從圖1中可以看出，因磁場是從導磁陰模5和導磁上壓頭外套3進入，從導磁芯軸4和導磁下壓頭11的導出，在導磁芯軸4和導磁下壓頭 11上，磁場將產生更大的匯聚和碰撞，這就要產生巨大的磁損，這對于在環(huán)型磁粉取向工作區(qū)[7內建立強大的V型取向磁場是十分有利的。磁場由導磁芯軸4和導磁下壓頭11導出后，再經導磁副軛鐵12和導磁側軛鐵9返回到導磁主軛鐵8上，形成了一個完整的閉合磁場回路。在該閉合磁場回路建立起了V型取向磁場。在自動成型壓機和各向異性粉末成型工藝的配合下，就可以生產出各向異性V型取向磁環(huán)。b、V型取向磁環(huán)成型毛坯的制備方法檢查V型取向成型制備裝置的水、電、氣并準備完畢，將V型取向成型設備調整到準備工作狀態(tài)，這時的無磁上壓頭2、導磁上壓頭外套3和導磁芯軸4都在上端位，無磁下壓頭外套10、導磁下壓頭11在下端位，浮動控制油缸 13支撐的取向充磁磁系統(tǒng)在中間位，這時的環(huán)型磁粉取向工作區(qū)7上端是開啟的準備投料狀態(tài)。將按工藝技術要求準備好的(一般是按重量準備好的)各向異性磁性材料粉末倒入導磁陰模5的磁粉取向環(huán)型工作區(qū)7內，手工用不導磁的刮板將環(huán)型磁粉取向工作區(qū)7內的粉末布置均勻，這樣就完成了加料工作，加料結束后，就按下自動取向成型按鈕，V型取向成型設備就會自動進行下面的取向、成型和脫模工作，按下自動取向成型按鈕后，無磁上壓頭2、導磁上壓頭外套3在上壓頭控制油缸1的作用下向下移動，當無磁上壓頭2、導磁上壓頭外套3的外邊進入到導磁陰模5后，上壓頭控制油缸1停止工作，這時無磁上壓頭2、導磁上壓頭外套3蓋住導磁陰模5，將各向異性磁性材料粉末完全密閉在取向環(huán)型工作區(qū)7內， 給勵磁線圈6通以正向電流，就產生了充磁取向磁場，該磁場從導磁主軛鐵8導出，經導磁陰模5和導磁上壓頭外套3的引導及無磁上壓頭2的屏蔽，磁場以與軸心形成一定的夾角進入環(huán)型取向工作區(qū)7內，再由導磁芯軸4和導磁下壓頭11的定向導出及無磁下壓頭外套 10的屏蔽，經導磁副軛鐵12和導磁側軛鐵9后回到導磁主軛鐵8，形成一個完整的磁回路， 這樣在環(huán)型工作區(qū)7內，就形成了一個環(huán)型的V型高強度、均勻分布的磁場，對預先填充好的均勻填布在的環(huán)型工作區(qū)7內的各向異性磁性材料粉末進行V型取向排列，充磁取向數秒后就完成材料的取向工作，下面就是壓制成型工作，在壓制成型時，浮動控制油缸13處于自由態(tài)，使其支撐的全部磁路系統(tǒng)完全處于浮動狀態(tài)，同時在整個壓制過程中，取向磁場還一直在保持工作狀態(tài)，以保證V型取向壓制的各向異性磁性材料粉末取向排列取向度， 這時無磁上壓頭2、導磁上壓頭外套3在上壓頭控制油缸1的作用下向下施壓，同時，無磁下壓頭外套10，導磁下壓頭11在下壓頭控制油缸14的作用下從初始位置向上施壓，形成在整個壓制過程中保持取向和浮動的雙向壓制過程，在壓制到一定的壓力或壓制到成型粉末坯料達到一定的尺寸后(根據粉末壓制毛坯的密度和脫模成材情況確定壓力或尺寸)，上壓頭控制油缸1和下壓頭控制油缸14停止工作，同時取向磁場也停止工作，這就完成了壓制成型工作，壓制成型完成后，再給勵磁線圈6通以反向電流，使其產生反向磁場，以對取向后的具有一定磁性的成型粉末坯料進行退磁(退磁是為了消除成型粉末坯料的磁性，以保證取向成型粉末坯料處于無磁狀態(tài)以便順利脫模，一般說來，退磁磁場要比充磁磁場小的多，退磁后就要進行脫模工作了，在脫模時，先通過上壓頭控制油缸1帶動無磁上壓頭2、導磁上壓頭外套3上升，上升到初始位置后停止，在無磁上壓頭2、導磁上壓頭外套3上升到初始位置這段時間，成型粉末坯料可釋放出部分內應力，在無磁上壓頭2、導磁上壓頭外套 3到達初始位置后，環(huán)型取向成型工作區(qū)7的上口完全打開，這時無磁下壓頭外套10，導磁下壓頭11在下壓頭控制油缸14的作用下向上頂推成型粉末坯料，一直將成型粉末坯料頂推出導磁陰模5后停止頂出工作，成型粉末坯料頂推出導磁陰模5后，停止不動，導磁芯軸 4在芯軸控制油缸15的作用下從上端位置向下運動，直到導磁芯軸[4]完全退出成型粉末坯料后停止，此時成型粉末坯料就完全托附在無磁下壓頭外套10，導磁下壓頭11上，脫模工作全部完成，用手輕輕地將坐在無磁下壓頭外套10，導磁下壓頭11上的成型粉末坯料拿下來，一個完整的V型取向成型磁環(huán)毛坯就制備成了。再按下復位按鈕，V型取向成型設備就會自動完成下面的復位工作，即通過芯軸控制油缸15的作用把導磁芯軸4上升到初始位置，通過下壓頭控制油缸14的作用把無磁下壓頭外套10，導磁下壓頭11下降到初始位置， 一個完整的各向異性磁性材料V型取向成型磁環(huán)毛坯制備就完成了，就可以再進行下一個各向異性磁性材料V型取向成型磁環(huán)毛坯的制備了，整個一個各向異性磁性材料V型取向成型磁環(huán)毛坯的制備過程只需要按下兩個按鈕可以程序控制自動完成。
權利要求
1.一種多級聚合V型取向磁環(huán)的成型制備方法，其特征是在包括上壓頭控制油缸、 無磁上壓頭、導磁上壓頭外套、導磁芯軸、無磁下壓頭外套、導磁下壓頭、浮動控制油缸、下壓頭控制油缸、芯軸控制油缸的粉末成型壓機的成型工作區(qū)設置一個軸向切面呈V字形的 V型環(huán)形腔導磁陰模，在環(huán)形腔導磁陰模內有磁粉取向環(huán)型工作區(qū)，在粉末成型壓機的浮動控制油缸之上環(huán)繞環(huán)形腔導磁陰模對稱地設置有兩個或兩個以上的取向充磁磁系統(tǒng)，每個取向充磁磁系統(tǒng)均由繞有勵磁線圈的導磁主軛鐵、導磁側軛鐵、導磁副軛鐵組成，勵磁線圈通電后，兩個或兩個以上的勵磁線圈同時向內聚合形成一個同性的聚合磁場，且構成了一個“臥8字型”或臥日字型磁路；上述粉末成型壓機和取向充磁磁系統(tǒng)組成了 V型取向成型制備裝置，在V型取向成型制備裝置工作準備好后，將準備好的各向異性磁性材料粉末倒入導磁陰模的磁粉取向環(huán)型工作區(qū)內，用無磁刮板把磁粉在磁粉取向環(huán)型工作區(qū)內布勻， 無磁上壓頭和導磁上壓頭外套在上壓頭控制油缸的作用下向下移動，當導磁上壓頭外套的外邊接觸到導磁陰模時，上壓頭控制油缸停止工作，這時導磁上壓頭外套正好蓋住導磁陰模，將各向異性磁性材料粉末完全密閉在取向環(huán)型工作區(qū)內，給勵磁線圈通以正向電流，就產生了充磁磁場，該磁場從導磁主軛鐵導出，經導磁陰模、無磁上壓頭和導磁上壓頭外套的引導，磁場以與軸心形成一個夾角進入取向環(huán)型工作區(qū)內，再由導磁芯軸和無磁下壓頭外套、導磁下壓頭定向導出，經導磁副軛鐵和導磁側軛鐵后回到導磁主軛鐵，形成一個完整的磁回路，這樣在環(huán)型工作區(qū)內，就形成了一個環(huán)型的V型高強度、均勻分布的磁場，對預先填充好的均勻填布在的環(huán)型工作區(qū)內的各向異性磁性材料粉末進行V型取向排列，取向充磁5 10秒后就完成材料的取向工作，下面就是壓制成型，在壓制成型時，浮動控制油缸處于自由態(tài)，使其支撐的全部磁路系統(tǒng)完全處于浮動狀態(tài)，這時無磁上壓頭和導磁上壓頭外套在上壓頭控制油缸的作用下向下施壓，同時，導磁下壓頭、無磁下壓頭外套在下壓頭控制油缸的作用下從初始位置向上施壓，形成浮動雙向壓制，在整個壓制過程中，取向磁場還一直在保持工作狀態(tài)，以保證V型取向壓制的各向異性磁性材料粉末取向排列取向度，在壓制到型粉末坯料達到設計尺寸后，上壓頭控制油缸和下壓頭控制油缸停止工作，同時取向磁場也停止工作，再給勵磁線圈通以反向電流，使其產生反向磁場，對以取向后的成型粉末坯料進行退磁，一般說來，退磁磁場要比充磁磁場小的多，退磁后就要進行脫模了，脫模時， 通過上壓頭控制油缸帶動無磁上壓頭和導磁上壓頭外套上升，上升到初始位置后停止，在無磁上壓頭和導磁上壓頭外套上升到初始位置這段時間，成型粉末坯料可釋放出部分內應力，在無磁上壓頭和導磁上壓頭外套]到達初始位置后，導磁下壓頭、無磁下壓頭外套在下壓頭控制油缸的作用下向上頂推成型粉末坯料，一直將成型粉末坯料頂推出導磁陰模后停止頂出工作，成型粉末坯料頂推出導磁陰模后，停止不動，導磁芯軸在芯軸控制油缸的作用下從初始位置向下運動，到導磁芯軸完全退出成型粉末坯料后停止，此時成型粉末坯料脫模作用全部完成。
2.根據權利要求1所述的多級聚合V型取向磁環(huán)的成型制備方法，其特征是采用上述制備方法制備的多級聚合V型取向磁環(huán)的軸向切面的夾角為10° 170°。
3.根據權利要求1所述的多級聚合V型取向磁環(huán)的成型制備方法，其特征是各向異性磁性材料是稀土或非稀土的各向異性磁性材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多級聚合V型取向磁環(huán)的成型制備方法，其特征是在粉末成型壓機的成型工作區(qū)設置一個軸向切面呈V字形的V型環(huán)形腔導磁陰模，在粉末成型壓機上環(huán)繞環(huán)形腔導磁陰模對稱地設置有兩個或兩個以上的取向充磁磁系統(tǒng)，取向充磁磁系統(tǒng)的勵磁線圈通電后，構成一個“臥8字型”或臥日字型磁路；將各向異性磁性材料粉末倒入磁粉取向環(huán)型工作區(qū)內，進行充磁和退磁后脫模。其優(yōu)點是采用多級聚合勵磁磁系，同性向內聚合勵磁，形成閉合磁路，利用導磁材料的引導和無磁材料的磁阻，形成V型取向磁場；在芯軸區(qū)內有效地利用磁力碰撞產生的磁損，能夠極大地提高工作區(qū)的磁場強度，可生產出磁性能很高的各向異性V型取向磁環(huán)。
文檔編號H01F1/047GK102163482SQ201010623999
公開日2011年8月24日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權日2010年12月30日
發(fā)明者劉樹峰, 劉金榮, 戎利軍, 李紅, 王強, 陳大力, 馬志紅 申請人:瑞科稀土冶金及功能材料國家工程研究中心有限公司