取向电磁铁在钕铁硼磁体成型中的应用

1、2001年4月磁性材料及器件? #?文章编号：100123830(2001) 0220050203取向电磁铁在钕铁硼磁体成型中的应用姚燕，姚云甫(北京三环磁设备公司，北京 100080)摘要:根据钕铁硼生产厂反映的意见，讨论了取向电磁铁需要达到的技术性能 ，介绍 了用于提高产品性能和增加品种规格的三种取向电磁铁的实际应用。关键词:电磁铁；垂直取向；平行取向；辐射取向；成型中图分类号：TM 273文献标识码:A2001年4月磁性材料及器件? #?2001年4月磁性材料及器件? #?1钕铁硼生产中应用的取向电磁铁 类型111按取向磁场方向与压制力方向关系分类(1) 垂直取向电磁铁：取向磁场与压制

2、力垂直。(2) 平行取向电磁铁：取向磁场与压制 力平行。(3) 以上两种取向磁场磁力线相互平行,还有一种辐射取向电磁铁 ：磁力线成辐 射状,取向磁场与压制力垂直。三种取向电磁铁如图1、2、3所示。112按冷却方式分类(1) 油冷却电磁铁：线圈和冷却铜板浸在变压器油中，变压器油经过外循环系统，用水或制冷设备降温。(2) 水冷铜板间接冷却电磁铁：线圈热 量传导至铜板，铜板热量通过与它紧贴的通 水铜管散出。(3) 水冷铜管线圈电磁铁：用通水铜管绕制电磁铁线圈，由于占空比只有33%左右，比油冷电磁铁的 72%小一半，同样的励 磁安匝时电磁铁的功耗将增加一倍。图2平行取向电磁铁2钕铁硼生产对取向电磁铁的

3、要求(1) 极头直径尽可能大：极头直径愈大，能生产的磁体的截面积就愈大。2001年4月磁性材料及器件? 51?2001年4月磁性材料及器件? #?日 收稿日期：2000 207 219© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishiixg House, AH rights reserved, ht1p;/Zwv,cn2001年4月磁性材料及器件? 53?* ff 外径图3辐射取向电磁铁(上、下励磁线圈产生的磁 通经过模具和上下导磁柱形成闭合回路) 1994-201W China Acatknic Jcumal Electro

4、nic Publishing Hou池，AH rights reserved.(2) 能在较大极间距离提供较高取向 磁场：极间距离愈大，能生产的磁体的取向 方向长度愈大，提高取向磁场有利提高产品 的磁性能。(3) 尽可能缩小电磁铁体积：电磁铁体积的增加将需要扩大压机的工作空间，大幅度增加压机的外形尺寸和制造成本 。(4) 可靠性好：取向电磁铁是烧结钕铁硼生产不可缺少的关键设备，它的损坏将造成生产中断。取向电磁铁在一个多粉末的环 境中工作，因此电磁铁线圈必须密封 ，避免 钕铁硼粉末进入线圈内造成匝间短路或线圈与铁回路短路。取向电磁铁工作中线圈电 流频繁通断，要防止电流通断造成线圈匝间 短路。取向

5、电磁铁的冷却系统要保证电磁铁 的温升不超过线圈绝缘的允许工作温度，否则绝缘损坏将造成线圈匝间短路。(5) 取向电磁铁的取向磁场上升速度 快:有利于缩短工作周期，减少磁场上升段 造成的功率消耗。(6) 取向磁场均匀性好：取向磁场均匀性差会使压制成型的产品的磁性能不均匀，取向电磁铁的极头直径不能小于模具的对角线长度。3几种高性能取向电磁铁的应用311大直径极头垂直取向电磁铁用于大尺寸钕铁硼的直接成型核磁共振成象需要大尺寸钕铁硼磁体，目前一般用 50mm x 50mm x 25mm 磁体拼 合，一块 150mm x 150mm x 50mm 磁体需 要18块拼合。如果直接成型，磨加工材料消 耗仅为小

6、块拼合的37%，磨加工工时仅为小块拼合的38%，小块拼合时接缝的漏磁 损耗将降低磁体的利用效率 ，当磁体磁性能 相同时，直接成型的大尺寸磁体产生的气隙 磁通将大于小块拼合磁体产生的气隙磁通。最近投入生产的垂直取向电磁铁极头 直径 400mm，极间距离80mm时，取向磁 场A>H = 212T，极间距离130mm时，取向 磁场1. 8T，已能满足大尺寸钕铁硼直接成 型的需要。较高的取向磁场有利提高产品的 最大磁能积和内禀退磁曲线方形度。考虑模具成本和压机吨位，可采用压制 成型后再经过等静压的工艺路线 。 312大直径、高取向磁场平行取向电磁铁 用于圆环的平行取向直接成型 外径 100mm，

7、内径 80mm，厚度 30mm的圆环，如果用垂直取向方法压制圆 柱，由于烧结后圆柱外径呈椭圆，需要先磨 外圆，然后通过掏孔加工内径，成品重量仅占投料量的33%。如果采用平行取向压制 方法直接成型，原材料投料量将大幅度下 降。磨加工工时可减少，省去了掏孔费用。生产厂长期未采用平行取向压制方法成 型圆环原因是:他们已有的平行取向磁场不够 高，压制力使磁体取向偏离了预定取向方向， 磁体性能较低，小截面压头引起取向磁场的磁 力线弯曲，造成产品磁性能不均匀。最近已投入生产的平行取向电磁铁极头 直径 300mm，极间距离100mm时取向磁 场大于2 2T，取向磁场的提高有利减小压制hup-.'ww

8、2001年4月磁性材料及器件? #?力对磁体取向的影响，同时使压头磁饱和，取 向磁场的分布由截面积较大的上下极头确定， 避免磁力线弯曲引起磁体的取向方向偏离预 定取向方向，造成产品磁性能不均匀。圆环压制不宜采用较低压力模压再经过 等静压的工艺，需要在压机压制时提高压力， 为了防止模具损坏，必须提高模具的精度和强 度,模具要安装在精度较高的模架上。平行取向压制圆环的生产效率比垂直 取向高得多，还能节省原材料消耗和后加工 费用。目前用平行取向压制方法生产圆环的 厂家很少，随着低音扬声器磁路采用钕铁硼 磁体数量的增加，圆环的平行取向压制方法 将得到推广。圆柱产品也可采用平行取向，原材料消 耗

9、耗要少于垂直取向，成型产品的磨加工量也 较小。通过控制加料量可改变圆柱的成型高度 (而垂直取向成型需要修改模具才行),但平行 取向成型钕铁硼产品的(B H )max要低于相应 的垂直取向成型产品。313辐射取向电磁铁在辐射取向圆环直接 成型中的应用永磁电机需要辐射取向环，目前大部分采用瓦形磁体拼合的方法。利用方块磁体生 产瓦形磁体时材料要损耗 50%左右，线切 割和磨加工费用也较高。用方块磁体不能生 产真正辐射取向的瓦形磁体 ，拼缝漏磁较 大,瓦形磁体与铁回路的粘接牢固度差，还需要增加螺栓固定。生产厂在辐射取向环直接成型时曾遇 到的困难和解决方法：(1)产品容易开裂，原因是压机和模具 的精度不

10、够，采用单臂压机或简易压机无法 生产辐射取向环，必须采用精度较高的压机 和模具。产品容易变形，原因是压制时产品单位 面积上的压力较低，必须提高压力，压制后 不宜再经过等静压。(2)辐射取向磁场低，原因是模具磁路 设计不合理，漏磁和磁饱和较严重，必须通 过合理的磁路设计达到较高的辐射取向场。目前已生产的辐射取向电磁铁，环外径115mm,环内径 95mm ,加料高度 64mm , 辐射取向磁场可达到 1 9T。辐射取向环压制时取向磁场方向与压 制力垂直，压制力对磁体取向方向影响较 小,产品能达到较高的磁性能。4小结我国大部分钕铁硼生产厂目前以生产 小方块毛坯和小圆柱毛坯为主，再通过磨加 工、切片、

11、掏孔、线切割加工成用户所需产 品,原材料消耗较多，后加工费也很高，许多 生产厂在金属钕价格较低时尚能依靠薄利 多销维持生产，金属钕价格上升后，生产厂 就无法继续维持生产。国外钕铁硼生产厂均采用直接成型到 最终产品形状的工艺路线。我国钕铁硼生产 厂也需要通过改造取向压制成型设备，降低 原材料消耗，减少后加工费用，增加产品规 格品种，提高产品磁性能，使我国钕铁硼产 品的质量和价格都能适合国内外用户的需 要,钕铁硼生产厂又能有一定的利润，我国的钕铁硼工业才能持续发展。作者简介:姚燕(1975-),北京市人，毕业于清 华大学精密仪器与机械学系。参加了磁路计算软 件编制、永磁器件设计与制造、电磁器件设计

12、与制 造、磁测量仪器设计与制造等工作。2001年4月磁性材料及器件? #?2001年4月磁性材料及器件? 55?Or ien ti ng ElectromagnetizersApply ing in NdFeB M old ing（下转56页）© 1994-20 JU Chin Academic Journal Electronic Publishiiig House, All rights reserved,和vwcn? #?JM agn M ater DevicesVol 32 No 2向膨胀力对凹模作用也相当大，使凹模易受损开裂。模架式自动压机，如TPA型压机 虽然是单向受压，

13、但其采用凹模浮动、自动 振料加料，具有顶压保护功能，压力行程可 调，在凹模浮动时，粉体受到双向加压，摩擦 压制、浮动压制，保证了压件密度均匀性。另 外在凹模移动时产生相对压件的摩擦力减 小了压件膨胀对凹模的反作用力，延长了凹模使用寿命。据实际生产统计，用旋转压机 每只硬质合金凹模可压制大约150万只产品,而用模架式机床每只硬质合金凹模可生 产200万只以上。5结束语以上结合实际对工型磁芯压制模具在 设计与应用等方面提出了几个注意点，目的 在于阐述设计模具时所应考虑的实际生产 过程对模具的特殊要求。当然工字型磁芯的 模具除了设计内容外，加工的精度保证也是 很重要的，特别是应注意表面粗糙度、凹模、

14、 凸模的配合及同轴度、尺寸的一致性等，否 则模具将无法使用。参考文献：1林其壬.铁氧体工艺原理M .上海：上海科学出版 社出版，1987.作者简介:沈云飞，男。1989年毕业于上海科学 技术大学物理系，多年来从事电感器用磁芯材料生 产工艺与软磁材料配方工作。对工型小磁芯的生 产设备与工艺有一定的研究。? #?JM agn M ater DevicesVol 32 No 2? #?JM agn M ater DevicesVol 32 No 2The Structure and D esign of Form ing M oldfor I-Type Core of In ductorsSHEN

15、Yun2feiJ iang su Chang zhou N o 6 R ad io Components F actory ,Cha ng zhou 213001, Ch inaAbstract : T here are m any special requirem ents fo r fo rm ing mo ld of soft m agnetic ferriteI2type core in the course of the pressing. In th is paper, some p ropo siti ons on mo ld design, m aterial , coo rd

16、inati on of every parts and the influence of the p ress on the mo ld are raised.Key words: I2type core; mo ld; fo rm ing（上接52页）YAO Yan, YAO Yun 2fuB eij ing Z hongkeSanhuan M ag netic E quipm ent Co. , B eij ing 100080, Ch inaAbstract : T he nocessary technical perfo rm ance of o rienting electrom agnetizers has beendisscussed according to the requirem ent of N dFeB producers . Th ree p ratical o rienting modesw ere described that can improve the perfo rm anc