一種一次成型的halbach陣列永磁軸向環(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陣列永磁軸向環(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生的磁場做電子加速實驗時，發(fā)現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)是將磁鐵軸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結構永磁軸向環(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結構永磁軸向環(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陣列永磁軸向環(huán)，通過一次成型燒結而成，無需繁瑣的組裝過程，生產方便，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陣列永磁軸向環(huán)，包括整體成型的環(huán)形磁體，環(huán)形磁體沿軸向剖開形成展開面后觀測，沿軸向至少環(huán)形磁體在展開面內部分區(qū)域的磁場方向按照halbach陣列取向，環(huán)形磁體的halbach陣列取向所形成的增強磁場在環(huán)形磁體端部。即磁環(huán)可以在展開面內的部分區(qū)域按照halbach陣列取向；也可以在整體范圍內按照halbach陣列取向，從而可以在磁體一端局部區(qū)域或者整體范圍內形成增強磁場，或者在磁體兩端局部區(qū)域或者整體范圍內形成增強磁場。
[0006]本發(fā)明公開的一次成型的halbach陣列永磁軸向環(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)形磁體的一端或者兩端。
[0007]本發(fā)明公開的一次成型的halbach陣列永磁軸向環(huán)的一種改進，環(huán)形磁體的合金組成為(質量百分比)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陣列永磁軸向環(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 ( 0.0046，0〈m彡 0.0il, 0〈n ( 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陣列永磁軸向環(huán)的一種改進，合金經過熔煉、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陣列永磁軸向環(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，根據不同產品尺寸，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陣列永磁軸向環(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陣列永磁軸向環(huán)的一種實施例的沿軸向剖開的展開圖；
[0016]圖3、本發(fā)明公開的一次成型的halbach陣列永磁軸向環(huán)的一種實施例的磁場波形圖。
[0017]附圖標記列表:
[0018]1、環(huán)形磁體。
【具體實施方式】
[0019]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”和“外”分別指的是朝向或遠離特定部件幾何中心的方向。
[0020]結構實施例1
[0021]如圖1和圖2所示(圖1和圖2中剖切后的環(huán)形磁體1的虛線表面展開線)，本實施例的halbach陣列永磁軸向環(huán)，包括整體成型的環(huán)形磁體1，環(huán)形磁體沿軸向剖開形成展開面后觀測，沿軸向至少環(huán)形磁體在展開面內整體區(qū)域的磁場方向向環(huán)形磁體一端按照halbach陣列取向，環(huán)形磁體的halbach陣列取向所形成的增強磁場在環(huán)形磁體端部。
[0022]結構實施例2
[0023]本實施例的halbach陣列永磁軸向環(huán)，包括整體成型的環(huán)形磁體，環(huán)形磁體沿軸向剖開形成展開面后觀測，沿軸向環(huán)形磁體在展開面內部分區(qū)域的磁場方向按照halbach陣列取向形成磁化區(qū)域(磁化區(qū)域可以為繞環(huán)形磁體中軸的層狀結構、也可以為沿環(huán)形磁體的區(qū)段結構或者在環(huán)形磁體上形成的兼具層狀和區(qū)段結構的)，其中磁化區(qū)域為環(huán)形整體的一個部分(包括磁化區(qū)域與非磁化區(qū)域所形成為徑向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)，環(huán)形磁體的halbach陣列取向所形成的增強磁場在環(huán)形磁體一個端部，或者在環(huán)形磁體上形成兩個磁化區(qū)，從而在環(huán)形磁體兩端均形成增強磁場(增強磁場可以在整個環(huán)形磁體的端部形成，也可以僅在端部的一個部分形成)。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)。
[0024]合金實施例1
[0025]本實施例中halbach陣列永磁軸向環(huán)的制備所采用的合金為(質量百分比)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式中數值均表示在Μ中的質量分數。
[0026]合金實施例2
[0027]本實施例中halbach陣列永磁軸向環(huán)的制備所采用的合金為(質量百分比)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式中數值均表示在Μ中的質量分數。
[0028]合金實施例3
[0029]本實施例中halbach陣列永磁軸向環(huán)的制備所采用的合金為(質量百分比)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式中數值均表示在Μ中的質量分數。
[0030]合金實施例4
[0031]本實施例中halbach陣列永磁軸向環(huán)的制備所采用的合金為(質量百分比)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Al0.0iiGa0.0o4gCU0.0nCO0.046, Μ式中數值均表示在Μ中的質量分數。
[0032]合金實施例5
[0033]本實施例中halbach陣列永磁軸向環(huán)的制備所采用的合金為(質量百分比)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Al0.0iiGa0.0o^CU0.0nCO0.0^, Μ式中數值均表示在Μ中的質量分數。
[0034]合金實施例6
[0035]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式中數值均表示在Μ中的質量分數。
[0036]合金實施例7
[0037]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式中數值均表示在Μ中的質量分數。
[0038]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、0.0