Устройство для прессования кольцевых четырехполюсных постоянных магнитов

Полезная модель относится к области порошковой металлургии, а именно к устройствам для изготовления четырехполюсных редкоземельных постоянных магнитов, в частности из сплавов железо-неодим-бор.
Постоянные магниты из сплавов железо-неодим-бор изготавливаются по технологии порошковой металлургии [Нагата, X. Идеальная технология получения спеченных магнитов NdFeB / X. Нагата, М. Сагава // Материалы Российско-Японского семинара. «Материаловедение и металлургия. Перспективные технологии и оборудование». МИСиС - ULVAC Inc. 25 марта 2003. - С. 105-113]. При этом прессование порошков магнитного сплава проводится в магнитном поле, что необходимо для ориентации частиц порошка осями легкого намагничивания в нужном направлении, которое после спекания и определяет полюса магнита. Кольцевые четырехполюсные магниты широко используются при изготовлении роторов и статоров малогабаритных электрических машин, полюсов томографов и т.д.
Известно устройство для прессования многополюсных постоянных магнитов из порошков магнитотвердых материалов, включающее многополюсный источник текстурующего магнитного поля, матрицу с рабочей полостью и с пазами и установленные в пазах двухполюсные постоянные магниты [Авторское свидетельство СССР №540697, кл. В22F 3/02, 1975].
Недостатком устройства является возможность получения кольцевых многополюсных постоянных магнитов только с ограниченным внутренним отверстием.
Например, для четырехполюсного магнита диаметром 20 мм внутреннее отверстие может быть выполнено не более 6 мм. При увеличении этого отверстия до 9 мм происходит снижение магнитных свойств на 5%, а при увеличении до 12 мм - на 15% [Авторское свидетельство СССР №876299, кл. В22F 3/02, 1981]. Уменьшение магнитных свойств магнитов при увеличении внутреннего отверстия объяснятся появлением полей рассеяния на внутренней цилиндрической поверхности магнита.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для прессования четырехполюсных постоянных магнитов из порошков магнитотвердых материалов, включающее четырехполюсный источник текстурующего магнитного поля 3, матрицу 1 с рабочей полостью 2 и с пазами и установленные в пазах двухполюсные постоянные магниты 4, снабжено полым знаком, выполненным в виде магнитопровода 5 и четырех двухполюсных постоянных магнитов 6, установленных под углом 90° друг к другу навстречу одноименными полюсами и соосно с магнитами, размещенными в пазах матрицы [Авторское свидетельство СССР №876299, кл. B22F 3/02, 1981].
Недостатком данного устройства является низкий уровень магнитных параметров изготавливаемых с его помощью постоянных магнитов, вызванный значительными искажениями в текстуре магнита в зонах А, расположенных вблизи его внутренней цилиндрической поверхности. Данные искажения возникают вследствие того, что магнитное поле, создаваемое четырехполюсным источником 3, не проходит через центральный знак, поскольку напротив каждого из полюсов источника 3 двухполюсные постоянные магниты 6, расположенные в центральном знаке, создают одноименный магнитный полюс. Так, выходя из северного полюса (N) источника 3, магнитное поле встречается с одноименным магнитным полюсом (N), создаваемым магнитами центрального знака 6, отклоняется и уходит в противоположный по знаку полюс (S) источника 3 минуя зоны А. В результате, в зонах А магнитный материал остается нетекстурованный и не вносит свой вклад в формирование магнитных параметров изготавливаемого магнита.
Кроме того, центральный знак испытывает значительные нагрузки в процессе работы, поскольку размещенные в нем магниты стараются оттолкнуться от одноименного магнитного поля четырехполюсного источника 3 и развернуться на 45°, что вызывает периодические поломки центрального знака.
Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемая полезная модель, состоит в уменьшении искажений в текстуре магнита в зонах, расположенных вблизи его внутренней цилиндрической поверхности, и, как следствие, в увеличении магнитных параметров изготавливаемых магнитов.
Техническим результатом является снижение искажений в текстуре магнита в зонах А (Фиг. 1), расположенных вблизи его внутренней цилиндрической поверхности, и, как следствие, в увеличении магнитных параметров изготавливаемых магнитов, поскольку создаваемая в данных участках текстура теперь направлена на формирование полюсов магнита.
Технический результат достигается следующим образом:
Устройство для прессования кольцевых четырехполюсных постоянных магнитов из порошков магнитотвердых материалов, включающее четырехполюсный источник текстурующего магнитного поля, матрицу с рабочей полостью с пазами, в которых установлены двухполюсные постоянные магниты, и центральным знаком, отличающееся тем, что центральный знак выполнен в виде четырехполюсного цилиндрического магнита, полюса которого соосны полюсам источника текстурующего магнитного поля и противоположны им по знаку.
Полезная модель поясняется чертежом, где на Фиг. 1 показано матрица 1, рабочая полость 2, внешний четырехполюсный источник 3 текстурующего магнитного поля, двухполюсные магниты 4 и центральный знак 5.
Устройство работает следующим образом.
В полость 2 матрицы 1, подают порцию порошка магнитного материала. Порошок под действием полей двухполюсных магнитов 4 и центрального знака, выполненного в виде четырехполюсного цилиндрического магнита, втягивается в полость и подвергается ориентации во взвешенном состоянии, как и в известном устройстве. В полость матрицы вводят пуансоны (не указаны), а матрицу в сборе помещают внутрь источника магнитного поля 3. Далее, к пуансонам прикладывают усилие, а затем отключают источник магнитного поля 3, и выпрессовывают магнит из полости матрицы.
Однако, так как центральный знак 5 выполнен в виде четырехполюсного цилиндрического магнита, полюса которого соосны полюсам источника текстурующего магнитного поля и противоположны им по знаку (Фиг. 1), то магнитное поле, создаваемое четырехполюсным источником 3, проходит через центральный знак, поскольку напротив каждого из полюсов источника 3 центральный знак 5 создает противоположный по знаку магнитный полюс.
Так, выходя из северного полюса (N) (Фиг. 1) источника 3, магнитное поле проходит через зону А и входит в противоположный магнитный полюс (S) центрального знака 5. Далее оно, отклоняясь, проходит через разноименные внутренние границы центрального знака 5, выходит из его северного полюса (N) и уходит в противоположный по знаку полюс (S) источника 3 через зону А.
В результате, в зонах А магнитный материал приобретает текстуру характерную для полюсов изготавливаемого магнита и вносит свой вклад в формирование его магнитных параметров.
Предлагаемое устройство позволяет не только повысить магнитные параметры изготавливаемых постоянных магнитов, но и повысить срок службы устройства, поскольку центральный знак в ней не испытывает крутящего момента, так как его полюса расположены соосно полюсам источника текстурующего магнитного поля 3 и противоположны им по знаку.
Пример:
Для прессования образцов кольцевых магнитов с внешним диаметром 26 мм, внутренним диаметром 19 мм и высотой 20 мм из порошка материала НмБ 280/130 [ГОСТ Р 52956-2008 Материалы магнитотвердые спеченные на основе сплава неодим-железо-бор. Классификация. Основные параметры] было использовано известное устройство с центральным знаком, содержащим магнитопровод из стали Ст10 и магниты из материала НмБ 240/200 [ГОСТ Р 52956-2008 Материалы магнитотвердые спеченные на основе сплава неодим-железо-бор. Классификация. Основные параметры].
И для прессования образцов кольцевых магнитов с внешним диаметром 26 мм, внутренним диаметром 19 мм и высотой 20 мм из порошка материала НмБ 280/130 было использовано предложенное устройство, в котором центральный знак выполнен в виде четырехполюсного цилиндрического магнита, полюса которого соосны полюсам источника текстурующего магнитного поля и противоположны им по знаку.
Образцы магнитов были изготовлены по типовой технологии изготовления постоянных магнитов NdFeB [Нагата, X..Идеальная технология получения спеченных магнитов NdFeB / X. Нагата, М. Сагава // Материалы Российско-Японского семинара. «Материаловедение и металлургия. Перспективные технологии и оборудование». МИСиС - ULVAC Inc. 25 марта 2003. - С. 105-113] по идентичным технологическим режимам.
В таблице 1 приведены усредненные по четырем полюсам результаты определения магнитных параметров изготовленных образцов магнитов.
Как видно из полученных результатов, использование предлагаемого устройства позволяет повысить магнитные параметры изготавливаемых кольцевых четырехполюсных магнитов на 8-10%. Причиной повышения уровня магнитных параметров является повышение качества текстуры, изготавливаемых ПМ. Так, если степень текстуры на поверхности полюсов на внешней цилиндрической поверхности кольца увеличилась незначительно (с 0,95 до 0,96), то степень текстуры на внутренней цилиндрической поверхности магнитов, полученных в предлагаемом устройстве, стала выше почти на 12% (увеличение степени текстуры с 0,82 до 0,92). Предлагаемое решение позволят также повысить срок службы устройства, поскольку центральный знак в нем не испытывает крутящего момента.