高性能各向異性干壓燒結(jié)鐵氧體多極磁環(huán)制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高性能各向異性干壓燒結(jié)鐵氧體多極磁環(huán)制造方法，屬于燒結(jié)鐵氧體永磁材料制造【技術(shù)領(lǐng)域】。按以下步驟具體進(jìn)行：1）混料，2）壓坯，3）燒坯，4）成品加工、清洗烘干，5）檢測產(chǎn)品，其中上述步驟2)混合粉料加入環(huán)形模具中，經(jīng)多極取向裝置取向，壓制過程中壓力控制在20MPa-50MPa，壓制成環(huán)狀毛坯，環(huán)型模具含有n個(gè)充磁極，其中n大于0且為偶數(shù)，充磁極與充磁極間填充磁塊，充磁極與填充磁塊間取向夾角滿足90（1-2/n），磁塊間縫隙填充AB膠粘結(jié)。優(yōu)點(diǎn)是磁粉壓制成型取向裝置簡單，生產(chǎn)穩(wěn)定，減少能源消耗，降低生產(chǎn)成本，得到的磁環(huán)性能高且能產(chǎn)生正弦波形磁路，有效降低電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩甚至避免該現(xiàn)象出現(xiàn)。
【專利說明】高性能各向異性干壓燒結(jié)鐵氧體多極磁環(huán)制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于燒結(jié)鐵氧體永磁材料制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種各向異性燒結(jié)永磁 鐵氧體多極磁環(huán)的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前使用的永磁電機(jī)均采用齒槽結(jié)構(gòu)，齒用來引導(dǎo)磁力線，降低磁阻，槽用來鑲嵌 繞組，并與齒中的磁力線交聯(lián)。由于永磁體與其嵌放槽之間的裝配余量稍大，使永磁體在槽 內(nèi)沿圓周切向產(chǎn)生了偏移，永磁體磁動(dòng)勢沿圓周分布不均，造成永磁電機(jī)產(chǎn)生"齒槽效應(yīng)" 和"齒槽阻力矩"，增加電機(jī)的啟動(dòng)阻力，電機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，降低電機(jī)的效率。
[0003] 中國發(fā)明專利《多磁極各向異性永磁磁環(huán)的制備方法》（ZL2012102872886)公開 的制備多磁極各向異性永磁磁環(huán)的方法，磁粉壓制成型過程中采用取向磁場壓制，成型模 具取向磁場是采用脈沖或直流電流通過多匝漆包線或銅棒產(chǎn)生，成型模具中漆包線或銅棒 中的電流方向與環(huán)形模具的軸向方向平行，通過調(diào)節(jié)永磁磁環(huán)的弧度所對應(yīng)的中心角與取 向磁場的大小，進(jìn)而使成型過程中磁粉以近似于正弦波的取向排列，從而使永磁磁環(huán)產(chǎn)生 以旋轉(zhuǎn)主軸為對稱中心，其磁通與表面磁場呈周期性的近似正弦波態(tài)分布，其中使永磁磁 環(huán)產(chǎn)生以旋轉(zhuǎn)主軸為對稱中心，其磁通與表面磁場呈周期性的近似正弦波態(tài)分布，為獲得 磁通的分布形態(tài)呈近似正弦波態(tài)，要求取向磁場與正弦波形的概率匹配根據(jù)線圈組在模具 周圍的分布弧度所對應(yīng)的中心角α，與線圈鄰近的間隙在模具周圍的分布弧度所對應(yīng)的中 心角β，這兩者之間的關(guān)系來調(diào)節(jié)。該方法生產(chǎn)的磁環(huán)降低了齒槽效應(yīng)和齒槽阻力矩，提高 了電磁能量轉(zhuǎn)換的效率，并減少了充磁過程中磁極變換引起的應(yīng)力造成的磁環(huán)損壞，但其 存在的缺陷是：1、電流取向受模具及取向裝置空間限制，直流電達(dá)不到產(chǎn)生飽和取向場的 要求，長時(shí)間易燒壞設(shè)備；脈沖電流瞬間峰值很高，但能維持的時(shí)間是毫秒級的，時(shí)間太短， 在取向過程中部分磁粉還沒完全沿磁場排列好，脈沖磁場結(jié)束，即使制作多個(gè)脈沖效果會 稍微改善，但仍然存在這個(gè)問題，且多脈沖裝置的成本數(shù)倍增加；2、批量生產(chǎn)過程中，電取 向裝置發(fā)熱，發(fā)熱造成導(dǎo)線內(nèi)阻增加，產(chǎn)生的磁場差且極不穩(wěn)定，難以控制產(chǎn)品質(zhì)量的一致 性，影響脈沖電流激發(fā)裝置使用壽命；3、電取向裝置生產(chǎn)成本高，取向過程中一直在耗電， 增加生產(chǎn)成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種高性能各向異性干壓燒結(jié)鐵 氧體多極磁環(huán)制造方法，磁粉壓制成型取向裝置簡單，生產(chǎn)穩(wěn)定，減少能源消耗，降低生產(chǎn) 成本，得到的磁環(huán)性能高且能產(chǎn)生正弦波形磁路，有效降低電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩甚至避免該現(xiàn)象 出現(xiàn)。
[0005]本發(fā)明采用有限元分析軟件分析傳統(tǒng)永磁取向裝置取向磁路(如圖2、圖3所示） 及本發(fā)明設(shè)計(jì)的永磁取向裝置磁路(如圖4、圖5所示)，其中黑色實(shí)心箭頭表示磁塊的磁場 方向，對比可知，本發(fā)明設(shè)計(jì)磁路磁場強(qiáng)度8500GS明顯優(yōu)于傳統(tǒng)永磁磁路的4800GS，提高 約709Γ80%，按以上設(shè)計(jì)做成的永磁取向裝置實(shí)測磁場值與理論值偏差在5%以內(nèi)，達(dá)到飽 和磁場設(shè)計(jì)要求。
[0006] -種高性能各向異性干壓燒結(jié)鐵氧體多極磁環(huán)制造方法，按以下步驟具體進(jìn)行： 1) 混料 L取已準(zhǔn)備好的的鐵氧體干壓磁粉于于不銹鋼料罐中，鐵氧體粉牌號為Y30、Y35或 Υ40； II、向干壓磁粉中加入（按重量百分比）〇. 19Γ4. 〇%的高嶺土、〇. 19Γ3. 0%的硬脂酸鈣、 0. 2%?3. 0%的淀粉、I. 0%?5. 0%的聚乙烯醇、I. 0%?5. 0%的樟腦，混合均勻； 2) 壓坯 上述混合粉料加入環(huán)形模具中，經(jīng)多極取向裝置取向，壓制過程中壓力控制在 20MPa-50MPa，壓制成環(huán)狀毛坯，本專利的環(huán)型模具含有η個(gè)充磁極，其中η大于0且為偶 數(shù)，充磁極與充磁極間填充磁塊充磁極與填充磁塊間取向夾角滿足90(1-2/η)，磁塊間縫隙 填充AB膠粘結(jié)； 3) 燒坯 I、 磁環(huán)毛坯由石墨燒結(jié)盒承接放置于鐵氧體專用燒結(jié)推板窯內(nèi)燒結(jié)； II、燒結(jié)時(shí)按照以下燒結(jié)曲線制度：室溫經(jīng)40分鐘升至120°C，保溫50分鐘，120°C經(jīng) 40分鐘升至300°C，保溫50分鐘，300°C經(jīng)60分鐘升至500°C，保溫50分鐘，500°C經(jīng)80分 鐘升至800°C，保溫70分鐘，800°C經(jīng)70分鐘升至IKKTC，保溫40分鐘，IKKTC經(jīng)40分鐘 升至1220°C，保溫120分鐘，待逐漸冷卻至室溫取下磁環(huán)燒坯； 4) 成品加工、清洗烘干 對磁環(huán)燒坯分別用外圓磨加工外圓、用內(nèi)圓磨加工內(nèi)圓、用端面磨加工高度、用內(nèi)外倒 角設(shè)備按要求對磁環(huán)作內(nèi)外倒角，加工結(jié)束后進(jìn)入自動(dòng)超聲波清洗床清洗、烘干； 5) 檢測產(chǎn)品 經(jīng)多極充磁及磁路測試儀檢測后即為成品。
[0007] 用磁路測試儀測試以上兩種取向裝置制作磁環(huán)磁通密度分布，相關(guān)數(shù)據(jù)見圖6、圖 7。本方案生產(chǎn)磁環(huán)為正弦波形，性能較傳統(tǒng)方案提高約30%;同時(shí)用該模具進(jìn)行為期一個(gè) 月的連續(xù)生產(chǎn)，共生產(chǎn)60079只磁環(huán)，最終合格產(chǎn)品55153只，合格率為91. 8%，生產(chǎn)穩(wěn)定， 按GB2828抽樣檢測性能，產(chǎn)品性能波動(dòng)能有效控制在±4%以內(nèi)，采用永磁取向，取向過程 不使用電能，節(jié)約電能，降低生產(chǎn)費(fèi)用，產(chǎn)品競爭力得以大幅提升。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0009] 圖1是本發(fā)明永磁取向模具結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為純鐵護(hù)座，2為充磁極，3為磁 塊。
[0010] 圖2是傳統(tǒng)永磁取向裝置取向磁路結(jié)構(gòu)圖。
[0011] 圖3是傳統(tǒng)永磁取向裝置取向磁路取向圖。
[0012] 圖4是本發(fā)明永磁取向裝置取向磁路結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖5是本發(fā)明永磁取向裝置取向磁路取向圖。
[0014] 圖6是傳統(tǒng)永磁取向裝置制作磁環(huán)表磁磁密分布圖。
[0015] 圖7是本發(fā)明永磁取向裝置制作磁環(huán)表磁磁密分布圖。
[0016] 圖8是本發(fā)明永磁取向裝置制作八極磁環(huán)表面磁路分布情況。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018] 實(shí)施例1 以Y30牌號干壓粉料，制作規(guī)格為D38. 0*d22. 0*H26. 5 (單位：mm)的4極磁環(huán)。
[0019] 1)混料 I、取已準(zhǔn)備好的的Y30牌號鐵氧體干壓磁粉于于不銹鋼料罐中； Π、向干壓磁粉中加入(按重量百分比）〇. 3%的高嶺土、0. 8%的硬脂酸鈣、0. 5%的淀粉、 1. 5%的聚乙烯醇、1. 8%的樟腦，混合均勻； 2) 壓坯 上述混合粉料加入環(huán)形模具中，經(jīng)多極取向裝置取向，壓制過程中壓力控制在30MPa， 壓制成環(huán)狀毛坯，該實(shí)施例的環(huán)型模具含有4個(gè)充磁極，充磁極與充磁極間填充磁塊，充磁 極與充磁極間填充磁塊充磁極與填充磁塊間取向夾角滿足45°，磁塊間縫隙填充AB膠粘 結(jié)； 3) 燒坯 I、 磁環(huán)毛坯由石墨燒結(jié)盒承接放置于鐵氧體專用燒結(jié)推板窯內(nèi)燒結(jié)； II、 燒結(jié)時(shí)按照以下燒結(jié)曲線制度：室溫經(jīng)40分鐘升至120°C，保溫50分鐘，120°C經(jīng) 40分鐘升至300°C，保溫50分鐘，300°C經(jīng)60分鐘升至500°C，保溫50分鐘，500°C經(jīng)80分 鐘升至800°C，保溫70分鐘，800°C經(jīng)70分鐘升至IKKTC，保溫40分鐘，IKKTC經(jīng)40分鐘 升至1220°C，保溫120分鐘，待逐漸冷卻至室溫取下磁環(huán)燒坯； 4) 成品加工、清洗烘干 對磁環(huán)燒坯分別用外圓磨加工外圓、用內(nèi)圓磨加工內(nèi)圓、用端面磨加工高度、用內(nèi)外倒 角設(shè)備按要求對磁環(huán)作內(nèi)外倒角，加工結(jié)束后進(jìn)入自動(dòng)超聲波清洗床清洗、烘干； 5) 檢測產(chǎn)品 經(jīng)多極充磁及磁路測試儀檢測后即為成品。
[0020] 設(shè)計(jì)環(huán)坯內(nèi)、外圓方向收縮率為1. 28,高度H方向收縮率為1. 15,磨削量為0. 5mm， 按以上收縮率數(shù)據(jù)計(jì)算設(shè)計(jì)本實(shí)施例永磁取向工藝，并制作出4極多極磁環(huán)，該磁環(huán)為正 弦波磁路，平均表磁達(dá)1860Gs。
[0021] 實(shí)施例2 以Y35牌號干壓粉料，制作規(guī)格為D24. 2*dl5. 0*h20. 0 (單位：mm)的8極磁環(huán)。
[0022] 1)混料 I、 取已準(zhǔn)備好的的Y35牌號鐵氧體干壓磁粉于于不銹鋼料罐中； II、 向干壓磁粉中加入(按重量百分比）0.4%的高嶺土、0.7%的硬脂酸鈣、 0. 6%的 淀粉、1. 4%的聚乙烯醇、2. 0%的樟腦，混合均勻； 2)壓坯 上述混合粉料加入環(huán)形模具中，經(jīng)多極取向裝置取向，壓制過程中壓力控制在26MPa， 壓制成環(huán)狀毛坯，如圖1所示，該實(shí)施例的環(huán)型模具含有8個(gè)充磁極，充磁極與充磁極間填 充磁塊，充磁極與充磁極間填充磁塊充磁極與填充磁塊間取向夾角滿足67. 5°，磁塊間縫 隙填充AB膠粘結(jié)； 3) 燒坯 I、 磁環(huán)毛坯由石墨燒結(jié)盒承接放置于鐵氧體專用燒結(jié)推板窯內(nèi)燒結(jié)； II、 燒結(jié)時(shí)按照以下燒結(jié)曲線制度：室溫經(jīng)40分鐘升至120°C，保溫50分鐘，120°C經(jīng) 40分鐘升至300°C，保溫50分鐘，300°C經(jīng)60分鐘升至500°C，保溫50分鐘，500°C經(jīng)80分 鐘升至800°C，保溫70分鐘，800°C經(jīng)70分鐘升至1100°C，保溫40分鐘，1100°C經(jīng)40分鐘 升至1220°C，保溫120分鐘，待逐漸冷卻至室溫取下磁環(huán)燒坯； 4) 成品加工、清洗烘干 對磁環(huán)燒坯分別用外圓磨加工外圓、用內(nèi)圓磨加工內(nèi)圓、用端面磨加工高度、用內(nèi)外倒 角設(shè)備按要求對磁環(huán)作內(nèi)外倒角，加工結(jié)束后進(jìn)入自動(dòng)超聲波清洗床清洗、烘干； 5) 檢測產(chǎn)品 經(jīng)多極充磁及磁路測試儀檢測后即為成品。
[0023] 設(shè)計(jì)環(huán)坯內(nèi)、外圓方向收縮率為1. 24,高度H方向收縮率為1. 14,磨削量為0. 5mm， 按以上收縮率數(shù)據(jù)計(jì)算設(shè)計(jì)本實(shí)施例永磁取向工藝，并制作出8極多極磁環(huán)，該磁環(huán)為正 弦波磁路，平均表磁達(dá)1820Gs。圖8為制作的8極磁環(huán)外圓表面磁路分布情況。
[0024] 實(shí)施例3 以Y40牌號干壓粉料，制作規(guī)格為D53. 5*d37. 0*H35. 0 (單位：mm)的16極磁環(huán)。
[0025] 1)混料 I、 取已準(zhǔn)備好的的Y40牌號鐵氧體干壓磁粉于于不銹鋼料罐中； II、 向干壓磁粉中加入(按重量百分比）〇. 6%的高嶺土、1. 0%的硬脂酸鈣、1. 2%的淀粉、 2. 1%的聚乙烯醇、3. 2%的樟腦，混合均勻； 2) 壓坯 上述混合粉料加入環(huán)形模具中，經(jīng)多極取向裝置取向，壓制過程中壓力控制在45MPa， 壓制成環(huán)狀毛坯，該實(shí)施例的環(huán)型模具含有16個(gè)充磁極，充磁極與充磁極間填充磁塊，充 磁極與充磁極間填充磁塊充磁極與填充磁塊間取向夾角滿足78. 75°，磁塊間縫隙填充AB 膠粘結(jié)； 3) 燒坯 ?、磁環(huán)毛坯由石墨燒結(jié)盒承接放置于鐵氧體專用燒結(jié)推板窯內(nèi)燒結(jié)； II、燒結(jié)時(shí)按照以下燒結(jié)曲線制度：室溫經(jīng)40分鐘升至120°C，保溫50分鐘，120°C經(jīng) 40分鐘升至300°C，保溫50分鐘，300°C經(jīng)60分鐘升至500°C，保溫50分鐘，500°C經(jīng)80分 鐘升至800°C，保溫70分鐘，800°C經(jīng)70分鐘升至1100°C，保溫40分鐘，1100°C經(jīng)40分鐘 升至1220°C，保溫120分鐘，待逐漸冷卻至室溫取下磁環(huán)燒坯； 4) 成品加工、清洗烘干 對磁環(huán)燒坯分別用外圓磨加工外圓、用內(nèi)圓磨加工內(nèi)圓、用端面磨加工高度、用內(nèi)外倒 角設(shè)備按要求對磁環(huán)作內(nèi)外倒角，加工結(jié)束后進(jìn)入自動(dòng)超聲波清洗床清洗、烘干； 5)檢測產(chǎn)品 經(jīng)多極充磁及磁路測試儀檢測后即為成品。
[0026] 設(shè)計(jì)環(huán)坯內(nèi)、外圓方向收縮率為1.22,高度H方向收縮率為1. 16,磨削量為0.6mm， 按以上收縮率數(shù)據(jù)計(jì)算設(shè)計(jì)本實(shí)施例永磁取向工藝，并制作出16極多極磁環(huán)，該磁環(huán)為正 弦波磁路，平均表磁達(dá)1800Gs。
【權(quán)利要求】
1. 一種高性能各向異性干壓燒結(jié)鐵氧體多極磁環(huán)制造方法，按以下步驟具體進(jìn)行： 1) 混料 I、 取已準(zhǔn)備好的的鐵氧體干壓磁粉于于不銹鋼料罐中，鐵氧體粉牌號為Y30、Y35或 Y40 ； II、 向干壓磁粉中加入(按重量百分比）〇. 19Γ4. 〇%的高嶺土、〇. 19Γ3. 0%的硬脂酸鈣、 0. 2%?3. 0%的淀粉、I. 0%?5. 0%的聚乙烯醇、I. 0%?5. 0%的樟腦，混合均勻； 2) 壓坯 上述混合粉料加入環(huán)形模具中，經(jīng)多極取向裝置取向，壓制過程中壓力控制在 20MPa-50MPa，壓制成環(huán)狀毛坯，環(huán)型模具含有η個(gè)充磁極，其中η大于0且為偶數(shù)，充磁極 與充磁極間填充磁塊，充磁極與填充磁塊間取向夾角滿足90 (l-2/n)，磁塊間縫隙填充AB 膠粘結(jié)； 3) 燒坯 I、 磁環(huán)毛坯由石墨燒結(jié)盒承接放置于鐵氧體專用燒結(jié)推板窯內(nèi)燒結(jié)； II、 燒結(jié)時(shí)按照以下燒結(jié)曲線制度：室溫經(jīng)40分鐘升至120°C，保溫50分鐘，120°C經(jīng) 40分鐘升至300°C，保溫50分鐘，300°C經(jīng)60分鐘升至500°C，保溫50分鐘，500°C經(jīng)80分 鐘升至800°C，保溫70分鐘，800°C經(jīng)70分鐘升至1100°C，保溫40分鐘，1100°C經(jīng)40分鐘 升至1220°C，保溫120分鐘，待逐漸冷卻至室溫取下磁環(huán)燒坯； 4) 成品加工、清洗烘干 對磁環(huán)燒坯分別用外圓磨加工外圓、用內(nèi)圓磨加工內(nèi)圓、用端面磨加工高度、用內(nèi)外倒 角設(shè)備按要求對磁環(huán)作內(nèi)外倒角，加工結(jié)束后進(jìn)入自動(dòng)超聲波清洗床清洗、烘干； 5) 檢測產(chǎn)品 經(jīng)多極充磁及磁路測試儀檢測后即為成品。
【文檔編號】C04B35/64GK104392836SQ201410498821
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】張瑜, 巫與天, 張野, 裴曉東, 劉靜 申請人:中鋼集團(tuán)安徽天源科技股份有限公司