CN105590714A - 用于形成对齐的磁芯的夹具和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于形成对齐的磁芯的夹具和方法。公开了磁芯以及用于形成磁芯的方法和夹具。磁芯可包括磁性体，磁性体包括磁晶粒和磁通路径，磁晶粒按多个不同的定向取向对齐以顺应磁通路径。磁芯的晶粒取向可通过包括电路和/或永磁体的夹具而设置。夹具可被构造为一旦磁芯被固结并使用便在磁芯中产生近似、模仿或对应于磁通路径的磁场。磁场可在磁芯的晶粒处于未固结状态时定向磁芯的晶粒，使得晶粒按近似、模仿或对应于磁芯中的磁通路径的多个定向取向对齐。

Description

用于形成对齐的磁芯的夹具和方法

技术领域

本公开涉及对齐的磁芯以及用于制造对齐的磁芯的夹具(fixture)和方法。

背景技术

电机通过电磁相互作用转换能量，诸如电力到电力(变压器)、电力到机械动力(马达)或机械动力到电力(发电机)。影响能量转换的因素是磁芯的材料，其通常由电工钢(也称为硅钢)的叠片形成。除电机之外，电感器中的磁芯对其性能也发挥了作用。然而，由于材料内的交流磁场而在磁芯中产生磁芯损耗(也称为铁损)，特别是在高频操作期间。磁芯损耗通常包括三个分量：磁滞损耗、涡流损耗和附加损耗(或异常损耗)。磁滞损耗与频率无关，而涡流损耗和附加损耗二者均与频率相关。

由于燃料经济性是诸如混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)和电池电动车辆(BEV)的电动车辆(EV)的重要因素，所以降低电机的磁芯(例如转子芯和定子芯)和电力电子器件的磁芯(例如电感器芯)中的磁芯损耗并提高感应(磁通密度)会是一个目标。传统的磁芯成型工艺一般通过牺牲其他的磁特性而降低损耗或提高诸如磁通密度的磁特性但牺牲损耗性能。

降低磁芯中的磁芯损耗的一种常用方法是通过机械轧制(包括热轧和冷轧)来减小电工钢的叠片厚度。具有较薄叠片的磁芯比具有较厚叠片的磁芯具有显著降低的涡流损耗并因此具有较低的磁芯损耗。降低磁芯损耗的另一种方法是控制电工钢的化学成分，例如，Si和Al的含量。因为Si和Al提高电工钢的电阻率，所以为了降低涡流损耗在制造期间它们通常是受控的。通常在无取向的电工钢中使用2-3％的Si，在晶粒取向的电工钢中使用大约6％的Si。虽然通过这两种方法显著降低了磁芯损耗，但是仍然存在问题，特别是对于高频应用来说。降低磁芯损耗的另一种方法是在磁性颗粒上具有或没有绝缘涂层的情况下，生产直接烧结成块状磁芯的磁粉。类似的方法是将磁粉与粘合剂混合，然后将它们压入到近终成型设备(near-shapedevice)中。然而，使用粘合剂会降低磁芯的磁通密度和磁导率。

发明内容

在至少一个实施例中，提供一种磁芯，包括磁性体，磁性体包括磁晶粒和磁通路径，磁晶粒按多个不同的定向取向对齐以顺应磁通路径。每个取向可以是关于磁性体的主取向。在一个实施例中，磁性体具有内部空腔。多个定向取向可围绕内部空腔的周边延伸。

在一个实施例中，磁芯是电感器芯。在另一个实施例中，磁芯是包括多个定子齿和位于定子齿之间的多个定子槽的定子芯。多个定向取向可包括围绕定子槽从一个定子齿到另一个定子齿的多个弧形取向。在另一个实施例中，磁芯是包括设置在其中的多个永磁体的转子芯。多个定向取向可包括在永磁体和转子芯的外周之间延伸的多个取向。

在至少一个实施例中，提供一种用于对齐磁芯中的晶粒的夹具。夹具可包括被构造为位于磁芯内部的一个或更多个内部磁体，内部磁体被构造为在磁芯中产生磁场并使晶粒按多个定向取向对齐。

内部磁体可被构造为在磁芯中产生模仿磁芯的磁通路径的磁场。每个内部磁体可具有北(N)侧和南(S)侧。夹具可包括多个内部磁体和被构造为位于磁芯外部的多个外部磁体，每个内部磁体可与外部磁体形成磁体对。每个磁体对可具有彼此面对的N侧或彼此面对的S侧，并且相邻的磁体对可具有相反的N侧和S侧构造。

在一个实施例中，磁芯是具有多个定子齿和位于定子齿之间的多个定子槽的定子芯。内部磁体可被构造为在定子芯中产生磁场并使晶粒按围绕定子槽从一个定子齿到另一个定子齿的多个弧形取向对齐。内部磁体可被构造为位于定子齿的顶端或定子槽中。在另一个实施例中，磁芯是转子芯，内部磁体是固结后保留在转子芯中的转子永磁体。

在至少一个实施例中，提供一种用于对齐磁芯中的晶粒的夹具。该夹具可包括被构造为位于磁芯内部并沿第一方向承载电流的一个或更多个内部导线和被构造为位于磁芯外部并沿与第一方向相反的第二方向承载电流的一个或更多个外部导线。内部导线和外部导线可被构造为在磁芯中产生磁场。

在一个实施例中，内部导线和外部导线被构造为在磁芯中产生磁场并使晶粒按模仿磁芯的磁通路径的多个定向取向对齐。夹具可包括多个内部导线和多个外部导线，每个内部导线可与外部导线形成导线对。

根据本发明，提供一种用于对齐磁芯中的晶粒的夹具，包括：一个或更多个内部磁体，被构造为位于所述磁芯的内部；所述内部磁体被构造为在所述磁芯中产生磁场并使所述晶粒按多个定向取向对齐。

根据本发明的一个实施例，内部磁体被构造为在磁芯中产生模仿磁芯的磁通路径的磁场。

根据本发明的一个实施例，每个内部磁体具有北(N)侧和南(S)侧。

根据本发明的一个实施例，存在多个内部磁体和被构造为位于磁芯外部的多个外部磁体，每个内部磁体与外部磁体形成磁体对。

根据本发明的一个实施例，每个磁体对具有彼此面对的N侧或彼此面对的S侧，并且相邻的磁体对具有相反的N侧和S侧构造。

根据本发明的一个实施例，磁芯是具有多个定子齿和位于定子齿之间的多个定子槽的定子芯，内部磁体被构造为在定子芯中产生磁场并使晶粒按围绕定子槽从一个定子齿到另一个定子齿的多个弧形取向对齐。

根据本发明的一个实施例，内部磁体被构造为位于定子齿的顶端或定子槽中。

根据本发明的一个实施例，磁芯是转子芯，内部磁体是固结后保留在转子芯中的转子永磁体。

根据本发明，提供一种用于对齐磁芯中的晶粒的夹具，包括：一个或更多个内部导线，被构造为位于磁芯的内部并沿第一方向承载电流；一个或更多个外部导线，被构造为位于磁芯的外部并沿与第一方向相反的第二方向承载电流；所述内部导线和所述外部导线被构造为在磁芯中产生磁场。

根据本发明的一个实施例，内部导线和外部导线被构造为在磁芯中产生磁场并使晶粒按模仿磁芯的磁通路径的多个定向取向对齐。

根据本发明的一个实施例，存在多个内部导线和多个外部导线，每个内部导线与外部导线形成导线对。

附图说明

图1是根据实施例的形成烧结的磁芯的方法的流程图；

图2是根据实施例的形成粘结的磁芯的方法的流程图；

图3是具有沿其周边的磁通方向的矩形电感器芯的示意图；

图4是根据实施例的使用一个或更多个电路向矩形电感器芯施加磁场的夹具的示意图；

图5是根据实施例的使用一个或更多个电路向圆柱形电感器芯施加磁场的夹具的示意图；

图6是根据实施例的使用多个永磁体向矩形电感器芯施加磁场的夹具的示意图；

图7是图6的磁场的有限元分析模拟；

图8是根据实施例的使用多个永磁体向圆柱形电感器芯施加磁场的夹具的示意图；

图9是根据实施例的使用多个永磁体和铁芯向矩形电感器芯施加磁场的夹具的示意图；

图10是对齐的磁芯相比于各向同性磁芯的磁化强度与磁场强度的曲线图；

图11是根据实施例的使用一个或更多个电路向定子芯施加磁场的夹具的示意图；

图12是根据实施例的使用一个或更多个电路向定子芯施加磁场的另一个夹具的示意图；

图13是根据实施例的使用多个永磁体向定子芯施加磁场的夹具的示意图；

图14是根据实施例的使用多个永磁体向定子芯施加磁场的另一个夹具的示意图；

图15是根据实施例的使用多个永磁体向转子芯施加磁场的夹具的示意图。

具体实施方式

根据需要，在此公开本发明的详细实施例；然而，将理解的是，所公开的实施例仅是本发明的示例，本发明可以以各种和替代的形式实施。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅为教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。

如在背景技术中所描述的，传统的磁芯加工通常需要在良好的磁特性和良好的损耗性能(即，低损耗)之间进行选择。本公开提供了用于形成磁芯的方法和夹具，相对于传统的磁芯，该磁芯具有良好的磁特性和低损耗或者一个特性相比于另一个特性有较少牺牲。在至少一个实施例中，形成具有沿指定的预定或优选的方向或路径的晶粒取向的磁芯。可通过在加工过程中向磁芯施加指定的磁场而提供晶粒取向。磁场可以是复杂和/或多向的(例如，不在单一的直线上)。磁场方向/路径(以及相应的晶粒取向)可顺应、近似或对应于将在使用期间发生在磁芯中的磁通方向。根据诸如磁粉、磁场强度、压制条件、粘合剂的因素以及其它因素，通过这种方法在磁芯中产生的晶粒取向的程度可以是高的，但也可以是中等或低的。晶粒取向的程度可基于需要或期望的磁芯特性进行调节。

可使用任何合适的工艺(包括烧结和粘结磁粉)来形成磁芯。磁粉可包括能够烧结或粘结成粉芯(powdercore)的任何磁性材料，诸如铁氧体颗粒。可在磁芯形成期间使用任何合适的方法施加磁场，包括具有带有一个或更多个载流导线的电路的夹具和/或布置有永磁体的夹具。(例如，通过在磁场下进行热处理)可提高由包括电工钢的任何合适的磁性材料形成的磁芯的特性。所公开的磁芯可适合于提高的定向磁导率和磁通密度是有益的许多应用。例如，所公开的磁芯可用在电感器、变压器、发电机、定子、转子或者在某些方向更好特性是优选的任何其他设备中。

参照图1，在至少一个实施例中，晶粒取向的磁芯可通过烧结磁粉而形成。用于形成烧结的磁芯的方法10可包括在步骤12处制备磁粉。可通过任何合适的工艺来制备诸如铁氧体、硅铁的磁粉或其它磁粉。例如，可通过粉碎、气相沉积、化学合成或其他技术来制备磁粉。在至少一个实施例中，磁粉被制备为每个颗粒具有少量的晶粒(例如，每个颗粒具有中等或平均的晶粒)。在一个实施例中，颗粒包括多达10个晶粒。在另一个实施例中，颗粒包括多达5个晶粒。在另一个实施例中，颗粒包括1至3个晶粒。在另一个实施例中，颗粒是单晶体(例如，单个晶粒)。每个颗粒的晶粒的数量可应用于磁粉中的所有或基本上所有的颗粒，或者它可以是平均值。然而，将理解的是，加工公差可能导致一些粉末的颗粒具有不同数量的晶粒。每个颗粒具有少量晶粒允许颗粒在随后的对齐步骤期间更容易对齐。每个颗粒为单晶粒可提供最容易的对齐。颗粒可具有任何合适的尺寸或直径。在一个实施例中，颗粒具有1nm到10mm或其中任何子区间内的尺寸。为提供致密化增加的磁芯，可使用具有一系列颗粒尺寸的磁粉。例如，磁粉可包括亚微米的颗粒、1-10μm的颗粒、数百微米的颗粒以及1-10mm的颗粒。

在步骤14处，磁粉可与绝缘材料混合或涂覆绝缘材料。绝缘材料的高电阻减小了磁芯的涡流损耗。在一个实施例中，磁粉可与绝缘材料混合，绝缘材料可以是任何合适的介电材料或高电阻材料。绝缘材料的非限制性示例可包括二氧化硅、铁氧体、磷酸盐粘合剂、聚四氟乙烯(PTFE)粘合剂及其它。或者，磁粉可涂覆有绝缘材料使得每个颗粒具有磁性材料作为芯而绝缘材料作为壳的芯/壳构造。磁粉可使用诸如化学溶液、气相沉积、溅射涂覆等的任何合适的方法进行涂覆。为在颗粒上形成绝缘层，也可通过受控的氧化工艺对磁粉进行氧化。可单独使用上述的绝缘方法或者可使用它们的任何组合以增加磁芯的电阻。

在步骤16中，磁粉可被固结并对齐。传统的压制可能导致压坯(greencompact)中密度不均匀，这进而可能导致烧结后显著的形变。在一个实施例中，可在固结期间应用敲击或搅拌工艺以提供更均匀的压坯并减少或消除烧结后的形变。敲击工艺可以包括空气敲击、机械敲击、超声波敲击或者敲击或搅动磁粉的其他方法。此外，可依次或同时执行敲击工艺的任何组合。空气敲击可包括通过控制压力、气流负载、速度和时间而将空气压力施加到磁粉和/或模具。机械敲击可包括使用手动或自动方法利用物理接触而敲击粉末和/或模具。超声波敲击可包括通过控制超声波功率、频率和时间而使用超声波敲击/振动磁粉和/或模具。

对齐过程包括在磁粉位于模具中(例如，未固结)时向磁粉施加磁场，使得磁粉的晶粒沿磁场(例如，沿其易轴)对齐。可按磁芯中磁通方向的形状或路径施加磁场，从而在成品磁芯的磁通方向上增加磁导率和磁通密度。产生磁场的夹具和方法的另外的描述包括在本公开的后面。可在执行敲击工艺的同时施加磁场。在敲击过程中产生的敲击/搅拌可允许磁粉更容易地旋转并自定向，使得它们的易轴与磁场对齐。此外，如上所述，如果颗粒具有单晶粒或者每个颗粒仅仅具有几个晶粒，则更有利于在磁场中的对齐。为了在对齐过程期间进一步促进并推动磁性颗粒的旋转，可在此步骤期间将润滑剂加入到磁粉。合适的润滑剂的非限制性示例可包括表面活性剂、硬脂酸钙、聚乙二醇、山梨糖醇、单硬脂酸甘油酯或其它以及它们的混合物。

在步骤18处，可执行可选的压制过程。可执行任何合适的压制方法(诸如单轴压制)来增加磁芯的密度。为保持或进一步对齐模具中的颗粒，可在压制步骤18期间施加磁场。该磁场可以是在步骤16处所施加的同一磁场。作为步骤16中敲击过程的结果，通过压制所得到的压坯的密度可以是大致均匀的。

在步骤20处，可烧结磁粉以固结磁粉并形成成品磁芯。烧结温度可以是使磁粉固结的任何合适的温度，例如，从600℃至1500℃。烧结时间可以是使磁粉固结的任何合适的时间，例如，从十分钟至数十个小时。一般情况下，较高的温度将需要较短的烧结时间，反之亦然。为保持或进一步对齐模具中的颗粒，可在烧结步骤20期间施加磁场。该磁场可以是在步骤16和/或18中所施加的同一磁场。作为步骤16中敲击过程的结果，通过压制所得到的压坯的密度可以是大致均匀的。烧结后，形成具有对齐的晶粒的成品磁芯，该成品磁芯沿对齐的晶粒的路径具有增加的磁导率和磁通密度，这是使用在固结步骤16以及可选的压制步骤18和/或烧结步骤20期间所施加的预定的定制磁场而形成的。

参照图2，在至少一个实施例中，可通过粘结磁粉而形成晶粒取向的磁芯。用于形成粘结的磁芯的方法30可包括在步骤32处制备磁粉。可以以上面关于步骤12所描述的方式类似的方式来制备磁粉。在步骤34处，磁粉可与润滑剂和/或绝缘材料混合。绝缘材料和润滑剂可类似于上面关于步骤14所描述的绝缘材料和润滑剂。因此，步骤32和34将不再详细描述。

为制备粘结的磁芯而不是烧结的磁芯，可使用粘合剂来固结并固定磁粉(以及存在的任何绝缘材料或润滑材料)。可使用任何合适的粘合剂，诸如热固性材料、热塑性塑料、弹性体、无机陶瓷粘合剂、高温陶瓷粘合剂或其它。可用作粘合剂的热固性材料的非限制性示例是环氧树脂，它可以是酚醛树脂。可用作粘合剂的热塑性塑料的非限制性示例是聚酰胺，诸如聚苯硫醚(PPS)。可用作粘合剂的弹性体的非限制性示例包括丁腈橡胶、聚乙烯和乙烯基。

在步骤36处，可使用磁场对齐磁粉。在粘合剂处于液态或未固化的状态(例如，未固结)时，可将磁粉和粘合剂(加上任何润滑剂或绝缘材料)的混合物引入到模具中。在粘合剂处于液态或未固化的状态时，可将磁场施加到混合物和/或模具以便按优选的图案或方向对齐磁性颗粒。因为粘合剂尚未固化，所以由于颗粒可自由地旋转，故颗粒可通过磁场更容易地对齐，这可以允许磁粉更容易地自定向，使得它们的易轴与磁场对齐/平行。如上所述，可通过使用具有一个或少量晶粒的颗粒来进一步促进旋转。可按磁芯的磁通方向的形状或路径施加磁场，从而增加成品磁芯的磁通方向上的磁导率和磁通密度。产生磁场的夹具和方法的另外的描述包括在本公开的后面。尽管不是必需的，但是可在对齐过程期间，将类似于步骤16所述的敲击工艺施加到粘合剂和磁粉混合物。

在步骤38处，可执行可选的压制工艺。可执行任何合适的压制方法来增加磁芯的密度，诸如压缩(例如，单轴压制)、挤压或注射成型。在一个实施例中，当执行压缩时，所用的粘合剂可以是热固性材料。在另一个实施例中，当执行挤压时，粘合剂可以是弹性体或热塑性塑料。在另一个实施例中，当执行注射成型时，粘合剂可以是热塑性塑料。为保持或进一步对齐模具中的颗粒，可在压制步骤38期间施加磁场。该磁场可以是在步骤36中所施加的同一磁场。

在步骤40处，可使磁粉和粘合剂的混合物固化。固化时间和温度可根据所用的粘合剂的类型而变化。一些粘合剂可能不需要施加热并可在室温或环境温度下固化。为保持或进一步对齐模具中的颗粒，可在固化步骤40期间施加磁场。该磁场可以是在步骤36和/或38中所施加的同一磁场。固化后，形成具有对齐的晶粒的成品磁芯，该成品磁芯沿对齐的晶粒的路径具有增加的磁导率和磁通密度，这是使用在对齐步骤36和可选的压制步骤38和/或固化步骤40期间所施加的预定的定制磁场而形成的。

上面描述的在烧结的磁芯或粘结的磁芯所施加的磁场可提供适于任何应用的磁芯，在所述应用中期望各向异性或定向的磁特性，诸如磁导率、感应/磁通密度、矫顽力、磁芯损耗或其它。可从所公开的磁芯受益的非限制性应用包括电感器、变压器、发电机以及电动马达(例如，电动车辆马达)的转子和/或定子。为提供上述的各向异性/定向特性，可在正在形成磁芯时施加预定的特定磁场，该磁场对应于成品磁芯在特定应用中使用时成品磁芯中的磁通路径。因此，施加的磁场可定制以适于特定的磁芯应用，诸如定子或电感器芯。通过产生具有顺应、遵循、模仿或近似于最终应用中的磁通路径的形状或路径的磁场，磁导率、磁通密度和其它特性可在不牺牲损耗性能的情况下被显著改善。对于具有复杂形状或经历复杂磁通路径的磁芯而言，磁场也可以是复杂的，例如，包括多个不同的弯曲或非线性的定向取向。

可使用任何合适的方法施加磁场。在至少一个实施例中，对齐夹具可包括一个或更多个电路，每个电路包括承载电流以产生磁场的一个或更多个导线。通过控制导线的位置或构造以及电流的水平和/或方向，可在操作期间产生模仿或对应于磁芯的磁通方向的特定的定制磁场。因此，该磁场可使磁晶粒沿顺应、模仿或遵循磁通方向的多个定向取向对齐。如此处所使用的，定向取向可以指主取向，或那些存在于宏观尺度与微观尺度的取向。因此，从一个晶粒到另一个晶粒或若干晶粒间的取向的小偏差不被视为主取向。

在至少另一个实施例中，对齐夹具可包括用于在对齐过程期间提供磁场的一个或更多个磁体。在一个实施例中，所述磁体是永磁体。通过控制磁体的位置、结构、尺寸、形状和/或强度，可在操作期间产生模仿或对应于磁芯的磁通方向的特定的定制磁场。虽然附图和下面的描述描述了使用电路或磁体来产生磁场的夹具，但是本领域的普通技术人员将理解，也可以使用这两种方法的任何组合。此外，示出或描述的任何磁场线或方向也可以是磁晶粒的定向取向。

参照图3至图15，公开了产生用于对齐未固结的电感器芯、定子芯和转子芯中的磁晶粒的磁场的夹具的若干个示例。这些附图及其相应的描述是示例性的，如上所讨论的，可应用所公开的方法和夹具来形成针对任何磁通路径的任何期望的磁场。参照图3和图4，示出了带有内部空腔的具有中空的矩形横截面的电感器芯50。在操作期间电感器芯的磁通52沿着芯50的周边，如箭头54所示。虽然箭头54被示出为沿顺时针方向，但是磁通52也可沿逆时针方向。为了提高芯50的磁导率和磁通密度，芯的晶粒/粉末可沿磁通方向对齐。如上所述，可通过在对齐过程期间以及可选地在压制和/或烧结或固化过程期间向晶粒/粉末施加磁场而提供对齐。为产生按磁通路径52的形状或方向的磁场，可配置一个或更多个电路来产生该磁场。电路(未示出)可包括一个或更多个载流导线，载流导线被布置在电感器芯50内或周围并被构造为产生按磁通路径52的方向或形状的磁场58。

在图4中所示的一个实施例中，可通过将沿一个方向承载电流的一个或更多个导线60放置在电感器芯50内部并将沿相反方向承载电流的一个或更多个导线62放置在电感器芯50外部而产生按磁通路径52的形状的磁场58。图4示出了位于电感器芯50内部的四个导线60，但是，可将单个导线60放置在芯50内部(例如，放置在中心)以提供类似的磁场58(类似于图5，在下面描述)。虽然图3和图4示出了用于具有中空矩形形状的电感器芯50的夹具，但是电感器芯可具有任何合适的形状，包括环形、圆环形、条形或其它形状。例如，图5示出了具有环形形状的电感器芯50′。类似于图3和图4中的矩形芯50，电感器芯50′具有围绕芯50′的周边延伸的磁通路径52′。磁通路径52′可沿顺时针方向或逆时针方向。为产生按磁通路径52′的形状或方向的磁场58′，可将沿一个方向承载电流的一个或更多个导线60布置在芯50′内部，并可将沿相反方向承载电流的一个或更多个导线62布置在电感器芯50′外部。类似于图4，可将多个导线60定位在芯50′内部，而非如所示出的单个导线60。磁场58/58′可使未固结的晶粒沿顺应、模仿或遵循磁场58/58′的多个定向取向64自定向。如图所示，至少两个或更多个取向64可彼此不同。无论所述电感器芯的形状如何，都可设计电路以产生对应于或模仿电感器的磁通路径的磁场。类似地，电感器芯50可被变压器芯或将从定向的晶粒/粉末受益的具有磁通路径的其他磁芯所代替。

参考图6至图10，示出了用于为电感器芯50产生形状或方向模仿或对应于磁通52的特定的定制磁场70的另外的夹具。可使用包括按预定构造或图案布置的多个磁体72(例如，永磁体)的夹具来产生磁场70。每个磁体72可具有北(N)和南(S)构造，磁体72的图案可产生模仿、对应或近似于磁通路径52并相应地沿磁通路径52定向晶粒的磁场70。在图6所示的实施例中，四个磁体72被布置在电感器芯50内部，四个磁体被布置在芯50外部。一个磁体被布置在芯50的四侧中的每侧的内部和外部。磁体72可被布置为使得在内部和外部，磁体在磁体的N侧/部面对电感器芯50和磁体的S侧/部面对电感器芯50之间进行交替。在图6中，N侧/部面向电感器芯50的磁体被标记为74，S侧/部面向电感器芯50的磁体被标记为76。磁体72可被布置为使得N侧面向电感器的磁体74彼此相对地放置，且S侧面向电感器的磁体76彼此相对地放置。如图6所示，该构造产生具有沿着电感器芯50的周边的形状的磁场70。相比于图4中的磁场58，磁场70可不形成完整的回路；然而，晶粒/粉末的取向是相似的。图7示出了图6所示出的磁体布置的有限元分析(FEA)模拟。FEA模拟表明，磁场70沿着芯50的周边，在放置磁体的位置有轻微的中断(例如，几乎形成完整的回路)。磁场70可使得未固结的晶粒沿顺应、模仿或遵循磁场70的多个定向取向78自定向。如图所示，至少两个或更多个取向78可以彼此不同。

如之前关于图5所描述的，电感器芯或变压器芯可具有任何合适的形状，诸如环形、圆环形或条形。如图8所示，多个磁体72还可被布置为产生按其它芯形状的期望的磁场70′。类似于关于图6所描述的布置，多个磁体72可被布置在芯50′的内部和外部。磁体72可被布置为使得在内部和外部，磁体在磁体的N侧/部面对电感器芯50′和磁体的S侧/部面对电感器芯50′之间进行交替。磁体72可被布置为使得N侧面向电感器的磁体74彼此相对地放置，且S侧面向电感器的磁体76彼此相对地放置。如图8所示，这种构造产生具有沿着电感器芯50′的周边的形状的磁场70′。

虽然图6和图8中磁体72的布置示出了四个磁体在内部，四个磁体在外部，每侧有一对磁体，但是这种构造仅是示例性的并且不旨在成为限制。磁体72的数量和/或位置可被调整为使磁场适应于期望的形状/方向。例如，可使用更多个磁体72来提供更加均匀、复杂和/或精密的磁场。在图9所示的实施例中，八对磁体72被布置在芯50中和芯50周围，每侧有两对磁体，以提供磁场70”。磁场70”可与由图6所示的四对磁体72的布置产生的磁场70具有相似的形状，但是，数量增加的磁体72可提供更受控制和/或更受限定的磁场。

除调节磁体72的数量和/或位置之外，一个或更多个铁芯80可包括在对齐夹具中，如图9所示。例如，铁芯82可放置在电感器芯50的内部空腔中，另一个铁芯84可放置在芯50的外部。铁芯可由于其相比于空气高得多的磁导率而引导磁通方向。因此，铁芯提高了夹具的效率，并提高磁芯中的磁取向。

参照图10，示出了在对齐的芯中和在没有晶粒取向的各向同性芯中沿平行于晶粒取向的方向的磁化强度与磁场强度的曲线图。结果清楚地表明，对齐的芯的磁导率比未对齐的芯的磁导率大得多。图10中的值是一个示例，不一定表示可使用所公开的方法和夹具实现的精确值。

参照图11到图15，所公开的用于在磁芯中产生磁场的方法和夹具也适用于转子芯和定子芯以及电感器、变压器、发电机或其他磁芯。图11示出了用于外部或外定子芯100的夹具，芯100包括定子齿102和定子槽或定子间隙104。在操作期间，定子芯100中的磁通通常包括围绕定子槽104从一个定子齿102到另一个定子齿102形成弧的多个磁通路径。相应地，为了增加沿磁通路径的磁导率和磁通密度，可产生模仿或近似于磁通路径并沿该磁通路径定向晶粒的磁场106。

在图11所示的一个实施例中，可使用包括一个或更多个电路的夹具来产生磁场106。电路(未示出)可包括一个或更多个载流导线。一个或更多个导线110可放置在定子槽104内部，一个或更多个导线112可放置在定子芯外部，导线112与定子槽104内部的导线110相对。相应地，夹具可包括一对或更多对导线，每对导线中的一个导线在定子内部(例如，在槽104内)，每对导线中的另一个导线在定子芯100的外部。在一个实施例中，每对导线中的一个导线114可沿一个方向承载电流，而每对导线中的另一个导线116沿相反的方向承载电流。成对的导线可使其构造交替使得相邻的槽104具有带有交替的电流方向的导线，如图11所示。作为交替的成对导线的结果，可产生磁场106从而形成围绕槽104从一个齿102到另一个齿102的弧118。在操作期间，该磁场模仿或近似于定子中的磁通路径。磁场106可使得未固结的晶粒沿顺应、模仿或遵循磁场106的多个定向取向122(例如，弧形)自定向。如图所示，至少两个或更多个取向122可彼此不同。

虽然图11示出了一个在定子芯内部一个在定子芯外部的成对导线，但是在一些实施例中，导线只位于定子芯100的内部或只位于定子芯100的外部。例如，夹具可仅包括位于定子槽104内部的导线110。如上所述，这些导线可交替电流方向。此外，虽然图11示出了每个定子槽104均包括导线110，但是在一些实施例中，不是每个槽104都可具有位于其中的导线。类似于图9中用于电感器芯50的夹具，铁芯120可被包括在用于定子芯100的夹具中。铁芯120可被包括在定子芯100的中心或内部空腔中，如图11所示。然而，除被放置在中心之外或者代替被放置在中心，铁芯120也可包围定子芯100。类似于图9中的铁芯，铁芯120可帮助引导磁通以形成期望的形状或图案。

图12示出了用于在定子芯100中提供磁场106取向的夹具的另一个实施例。在该实施例中，一个或更多个导线110′可邻近于定子槽104或定子齿102放置，而不是放置在定子槽104内部。在一些夹具中，邻近于槽104放置导线110′可能更容易或更方便。类似于参照图11进行的描述，一个或更多个导线112可被放置在定子芯外部，与导线110′相对。同样类似于图11，每对导线中的一个导线114可沿一个方向承载电流，而每对导线中的另一个导线116沿相反的方向承载电流。成对的导线可使其构造交替使得导线110′具有交替的电流方向，如图12所示。作为交替的成对导线的结果，可产生磁场106从而形成围绕槽104从一个齿102到另一个齿102的弧118。类似于图11的夹具，在一些实施例中，可存在仅位于定子芯100内部或外部的导线以及/或者不是每个定子齿102或槽104均可具有与之相关联的导线。

如上面关于图6、图8和图9进行的描述，也可使用多个磁体130(例如，永磁体)来提供特定的定制磁场。磁体130可被放置或布置在夹具中以便产生磁场132，磁场132可与图11和图12中的磁场106具有类似的形状或图案。在图13中所示的一个实施例中，多个磁体130可定位在每个定子齿102的顶端或端部134。每个磁体130可具有N侧或部和S侧或部，磁体130可被布置为使得它们的N部和S部交替面对定子齿102，如图13所示。换言之，N侧面对定子齿102的磁体可被标记为136，S侧面对定子齿的磁体可被标记为138。每个磁体136可在其任一侧具有磁体138，反之亦然。如上所述，铁芯140可被放置在定子芯100的中心或内部空腔中以帮助引导磁场132。虽然未示出，但是夹具还可包括位于定子芯外部的磁体，类似于上述的电感器实施例。

在图14所示的另一个实施例中，夹具可包括放置在定子槽104内部的多个磁体130。例如，每个定子槽104可具有位于其中的磁体130。磁体130可被定向为使得N侧和S侧均面向定子齿102的侧部150。一些磁体152可具有沿顺时针方向面对的N侧和沿逆时针方向面对的S侧，而其它磁体154可具有沿顺时针方向面对的S侧和沿逆时针方向面对的N侧。在一个实施例中，相邻的齿102可具有相反的磁体构造(例如，152或154)以形成磁体152和154的交替图案，如图14所示。换言之，每个磁体152可在其任一侧具有磁体154，反之亦然。这种图案或磁体可以产生磁场132，如图14所示。如上所述，铁芯160可放置在定子芯100的中心以帮助引导磁场132。虽然未示出，但是夹具还可包括位于定子芯外部的磁体，类似于上述的电感器实施例。磁场132可使得未固结的晶粒沿顺应、模仿或遵循磁场132的多个定向取向142(例如，弧形)自定向。如图所示，至少两个或更多个取向142可以彼此不同。

参照图15，示出了用于定向转子芯200的晶粒/粉末的夹具。根据上述的方法，可使用电路或磁体执行转子芯200的取向。在图15所示的实施例中，可使用磁体204(例如，永磁体)形成磁场202。磁体204可被分组成对206，对206可大致形成V形或者可以形成一角度(例如，钝角)。每个磁体204可具有N侧或部和S侧或部。在一个实施例中，每对磁体206可被构造为使得两个磁体204的相同侧(N或S)都面朝外。N侧面朝外的成对的磁体206可被标记为208，而S侧面朝外的成对的磁体206可被标记为210。在一个实施例中，所述对可交替使得每个对208在每侧具有对210，反之亦然，如图15所示。虽然图15示出了四对磁体206(两对磁体208和两对磁体210)，但是夹具可包括磁体204的任何合适数量的对206。磁场202可使得未固结的晶粒沿顺应、模仿或遵循磁场202的多个定向取向212自定向。如图所示，至少两个或更多个取向212可以彼此不同。

在至少一个实施例中，夹具中所使用的磁体204可以是(例如，在永磁体马达中)结合到具有其最终形式的转子芯200中的同样的永磁体。相应地，转子中使用的永磁体也用于在转子芯的制造过程(例如，对齐和可选的压实和/或烧结/固化)中定向晶粒/粉末。永磁体可在制造过程中嵌入到粉芯中并可在该过程完成后保留在芯中而形成最终转子芯。类似于上述的夹具，用于转子定向的夹具可包括(部分或完全)包围转子芯200的铁芯214以帮助引导磁场202。

已经在烧结或粘结的磁体的情况下描述了图3至图15中描述的夹具的非限制性示例。通过在磁粉尚未完全固结时使用夹具施加所公开的磁场，晶粒的取向可进行得更容易和更高效/有效。然而，所公开的夹具也可用于定向已固结或完全成型的磁体，诸如那些由电工钢(例如，电工钢叠片)形成的磁体。为了更有效地定向磁晶粒，磁芯可被加热，例如，被加热到400℃至900℃的温度。加热可使用任何合适的方法来完成，并且加热设备可添加到所公开的夹具中的任何夹具。因此，上述所公开的磁晶粒取向的益处可在不是由磁粉形成或已固结的磁芯中实现。

虽然以上描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。更确切地，说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变。此外，可将各个实施的实施例的特征进行组合以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (9)

1.一种磁芯，包括：

磁性体，包括磁晶粒和磁通路径，所述磁晶粒按多个不同的定向取向对齐以顺应磁通路径。

2.根据权利要求1所述的磁芯，其中，每个取向是关于所述磁性体的主取向。

3.根据权利要求1所述的磁芯，其中，所述磁性体具有内部空腔。

4.根据权利要求3所述的磁芯，其中，所述多个定向取向围绕所述内部空腔的周边延伸。

5.根据权利要求4所述的磁芯，其中，所述磁芯是电感器芯。

6.根据权利要求1所述的磁芯，其中，所述磁芯是包括多个定子齿和位于所述定子齿之间的多个定子槽的定子芯。

7.根据权利要求6所述的磁芯，其中，所述多个定向取向包括围绕定子槽从一个定子齿到另一个定子齿的多个弧形取向。

8.根据权利要求1所述的磁芯，其中，所述磁芯是包括设置在其中的多个永磁体的转子芯。

9.根据权利要求8所述的磁芯，其中，所述多个定向取向包括在所述永磁体和所述转子芯的外周之间延伸的多个取向。