一种区域磁场强度增强组合永磁体

摘要

本发明涉及一种区域磁场强度增强组合永磁体，包括以下两种型号：正型组合永磁体和负型组合永磁体。将单一充磁方向的子磁铁按不同的磁场方向组合，然后通过高能束焊接的方式有效焊接成组合永磁体；将制备的组合永磁体用于微型永磁发电机的区域磁场增强组合永磁体、实现了一种高效的磁场设计，进而显著提高微型永磁发电机的工作效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种区域磁场强度增强组合永磁体，属于组合永磁体的制备领域。 

背景技术

当今，先进的工业领域及能源领域需要更多体积更小却更高效的电机和发电机，而永磁电机、发电机也随着以铷铁硼为代表的高性能强磁体的诞生而越来越受到重视。之所以这些高性能强磁体能推动永磁电机、发电机的发展是由于它们能产生相比普通永磁铁更强的气隙磁场从而提高了它们的效率。但是，即便是这类高性能永磁体，它们所能提供的磁场强度仍有一个限度。那能否通过一些其他办法提高气隙磁场？答案是肯定的，根据一些电磁理论的新发现，若对永磁体按照充磁方向进行一定的组合，将使永磁体外部的磁场呈非左右对称的，且局部区域显著加强，其他区域变弱的特征，最大处可以达到普通磁体的1.414倍左右。若利用这个特性，可以显著提高电机或发电机的效率以及减小漏磁，对永磁电机、发电机的发展意义重大。 

如今广泛应用的永磁体一般是粉末冶金方法成形后充磁得到的，而直接使用充磁的方法是要得到多种充磁方向的永磁体本身很难做到，即使有些研究中设计了一些充磁工艺方法可以制备一些特殊充磁方向组合的永磁体，其成本非常高，且通用性差。另外，有些人通过特质骨架，用胶结的方式把永磁体组装成所需的模式。但是，胶结强度不高，而且固化时间长，生产效率低，此外，骨架往往先得较为笨重，并占用了大量不必要的体积，所以这种方法不太适用于微型发电机的组合永磁体制备。 

焊接是一种高效、强度较高的金属材料连接方法，然而，粉末冶金永磁铁是粉末烧结而成，常规焊接工艺方法无法连接永磁体，即使连接的部分也会与其他部分剥离开来，导致断裂。且常规焊接方法熔池温度极高且热影响区较大，造成了永磁体退磁严重而失效。近年来发展了一系列热影响区小，能量密度高的高能束焊接（如激光焊接、离子束焊接以及电子束焊接等），这可能解决焊接永磁体的问题，但是，这种方式用于组装永磁体来制备区域磁场强度增强的组合永磁体却没有提及。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种区域磁场强度增强组合永磁体，通 过对单一充磁方向的子磁铁进行不同磁场方向的排列组装，然后以高能束焊接的方式焊接成型，制备一种用于微型永磁发电机的区域磁场增强组合永磁体、实现了一种高效的磁场设计，进而显著提高微型永磁发电机的工作效率。 

本发明是通过以下技术方案实现的： 

一种区域磁场强度增强组合永磁体，包括以下两种组合方式： 

正型组合永磁体：由三枚大小相同的正方体形子磁铁平行焊接而成的长方体形组合永磁体，将所述组合永磁体置于水平面上，则中间位置子磁铁磁场方向为垂直于水平面向上，左端位置子磁铁的磁场方向为平行于左端位置子磁铁上表面焊缝所在的对角面与水平面成45°夹角的方向，右端位置的子磁铁的磁场方向为平行于右端子磁铁上表面焊缝所在的对角面并和水平面成135°夹角的方向。 

负型组合永磁体：由三枚大小相同的正方体形子磁铁平行焊接而成的长方体形组合永磁体，将所述组合永磁体置于水平面上，则中间位置子磁铁磁场方向为垂直于水平面向下，左端位置子磁铁的磁场方向为平行于左端位置子磁铁上表面焊缝所在的对角面与水平面成负135°夹角的方向，右端位置的子磁铁的磁场方向为平行于右端子磁铁上表面焊缝所在的对角面并和水平面成负45°夹角的方向。 

所述子磁铁为N50铷铁硼永磁铁。 

所述焊接为高能束焊接，选自激光焊接、离子束焊接和电子束焊接。所述高能束焊接的工艺参数为：焊接功率为850-1500W，焊接束斑直径2-3mm，焊接熔深1-2mm。 

所述焊接工艺参数是保证铷铁硼永磁体可以接着的最小关键参数取值范围，而关键参数选取越小，其退磁越小，在此参数范围下，铷铁硼磁铁退磁不明显。 

将所述正型组合永磁体和负型组合永磁体进一步组合沿同一直线放置，中间相距4-9mm，可以加强局部感应区域的磁场强度，并进一步提高发电效率。 

更进一步的，将两组所述正型组合永磁体和负型组合永磁体的组合沿对角线方向平行对称放置，两组组合永磁体之间相距8-15mm，用于微型发电机，其发电效率相对于常规单一充磁方向提高了约20%。 

本发明的技术效果及优点在于： 

使用本发明所述焊接工艺对磁铁的连接相比传统的粘接效率高，并解决了磁铁作为一种粉末冶金件难以焊接的问题，并解决了磁铁在常规焊接条件退磁严重的问题。 

且本发明制备的两种组合永磁体，是目前可以使用连接手段制备出的区域增强效果最好的永磁体，它可以显著提高微型永磁发电机的发电效率。 

附图说明

图1正型组合永磁体 

图2负型组合永磁体 

图3单一方向充磁的组合永磁体 

图4正型组合永磁体、负型组合永磁体与单一磁场方向组合永磁体磁场强度对比图 

图5正型组合永磁体与负型组合永磁体组合放置示意图 

图6微型发电机磁场组合永磁设计示意图 

附图标记： 

1左端子磁铁；2左端子磁铁磁场方向；3中间子磁铁磁场方向；4中间子磁铁；5右端子磁铁；6右端子磁铁磁场方向；7左端子磁铁；8左端子磁铁磁场方向；9中间子磁铁；10中间子磁铁磁场方向；11右端子磁铁；12右端子磁铁磁场方向；13示意线圈。 

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在技术内容无实质变更的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。 

实施例1 

正型组合永磁体：由三枚大小相同的子磁铁10mm×10mm×10mm的立方体N50铷铁硼永磁铁平行焊接而成的长方体形组合永磁体，如图1所示：由三枚大小相同的正方体形子磁铁1、4、5平行焊接而成的长方体形组合永磁体，将所述组合永磁体置于水平面上，则中间子磁铁磁场方向3为垂直于水平面向上，左端子磁铁磁场方向2为平行于左端子磁铁1上表面焊缝所在的对角面与水平面成45°夹角的方向，右端子磁铁磁场方向6为平行于右端子磁铁5上表面焊缝所在的对角面并和水平面成135°夹角的方向； 

所述焊接为电子束焊接，也可以是激光焊接或离子束焊接；焊接的工艺参数设定为：焊接功率为850-1500W，焊接束斑直径2-3mm，焊接熔深1-2mm。 

测定实施例1中得到的正型组合永磁体(如图1)中轴线(Y＝5mm，X＝-30mm至X＝30mm)处磁感应强度(A曲线)，并与单一磁场方向的组合永磁体(如图3)相同位置的磁感应强度(B曲线)做对比，结果如图4所示；可见，A、B图线磁感应强度峰值的比 值略大于1.4，接近理论上最大的1.414。而根据该型复合磁铁对应的微型发电机设计，从x＝-30至x＝30区域空间，足够感应线圈在其间感应发电，从中得出采用该复合的发电效率提高了20％以上。 

实施例2 

负型组合永磁体：由三枚大小相同的子磁铁10mm×10mm×10mm的立方体N50铷铁硼永磁铁7、9、11平行焊接而成的长方体形组合永磁体，如图2所示：将所述组合永磁体置于水平面上，则中间子磁铁磁场方向10为垂直于水平面向下，左端子磁铁磁场方向8为平行于左端子磁铁7上表面焊缝所在的对角面与水平面成负135°夹角的方向，右端子磁铁磁场方向12为平行于右端子磁铁11上表面焊缝所在的对角面并和水平面成负45°夹角的方向。 

所述焊接为电子束焊接，也可以是激光焊接或离子束焊接；所述焊接的工艺参数设定为：焊接功率为850-1500W，焊接束斑直径2-3mm，焊接熔深1-2mm。 

测定实施例2中得到的负型组合永磁体（如图2）中轴线（Y=5mm，X=-30mm至X=30mm）处的磁场强度，得到与实施例1中正型组合永磁体相同的磁场强度曲线（与A曲线等值反向）如图4所示。 

进一步的，将实施例1中得到的正型组合永磁体和和实施例2中得到的负型组合永磁体组合放置，组合永磁体中间相距4-9mm，如图5所示，可以加强局部感应区域的磁场强度，并进一步提高发电效率。 

更进一步的，将实施例1中得到的正型组合永磁体和和实施例2中得到的负型组合永磁体如图6所示复合放置，根据该微型发电机的波浪发电测试结果（约1Hz，正弦波，5cm的波浪条件），其发电效率相对于常规单一充磁方向提高了约20%。