CN106653266B - 非平面磁体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种非平面磁体的制造方法包括将包括钕铁硼晶粒的前体材料挤压成具有原始形状的原始各向异性钕铁硼永磁体，其中，原始各向异性钕铁硼永磁体具有按体积计至少约90％的钕铁硼磁性材料。将原始各向异性钕铁硼永磁体加热至变形温度。使用加热后的工具将变形载荷施加到原始各向异性钕铁硼永磁体上，将原始各向异性钕铁硼永磁体变形成为具有完全不同于原始形状的第二形状的重构各向异性钕铁硼永磁体。原始各向异性钕铁硼永磁体和重构各向异性钕铁硼永磁体分别具有各自的磁力矩，所述各自的磁力矩基本上与对应于各自磁力矩的各自局部曲面法线对准。

Description

非平面磁体的制造方法
技术领域
本公开总体涉及稀土磁体，具体涉及一种非平面各向异性钕铁硼磁体的制造方法。
背景技术
内置式永磁(IPM)电机是一台具备嵌于其转子铁芯内的永磁体的无刷电动机。永磁电动机可靠、轻便且热效率高。然而，在过去，由于找到能够保持高强度磁场的材料相对比较困难，并且稀土永磁体技术仍处于初期，因此，永磁体已主要用于小型、低功率电动机。
低成本、高强度永磁体在IPM电机上具有优势。紧凑型大功率永磁体可用于大体积应用的IPM电机中，例如为车辆(即混合动力或电动车辆)提供动力。IPM电机特征可能在于具有输出转矩相对于电机实际尺寸的有利比率以及降低的输入电压。由于永磁体保留在电机转子的专用槽内，因此，在很大程度上，IPM电机是可靠的。当自外部电源供应动能时，IPM电机还可起到发电机的作用。因此，IPM电机具有广泛的应用范围。例如，在运输业，IPM电机可作为发电机用于电动车辆和混合动力车辆。IPM电机可用于移动操纵面、转向轴和推进器，起动发动机，调整座位和踏板，驱动泵，移动机器或电机或致动器的任何其他应用。
发明内容
非平面磁体的制造方法包括将包括钕铁硼晶粒的前体材料挤压成有原始形状的原始各向异性钕铁硼永磁体，其中，原始各向异性钕铁硼永磁体具有按体积计至少90％的钕铁硼磁性材料。将原始各向异性钕铁硼永磁体加热至变形温度。使用加热后的工具，将原始各向异性钕铁硼永磁体变形成为具有在完全不同于原始形状的第二形状的重构各向异性钕铁硼永磁体以将变形载荷施加到原始各向异性钕铁硼永磁体上。原始各向异性钕铁硼永磁体和重构各向异性钕铁硼永磁体具有各自的磁力矩，其基本上与对应于各自磁力矩的局部曲面法线对准。
附图说明
通过参考下面具体实施方式和附图，本公开实例特征将变得显而易见，其中类似的附图标号对应于类似但也许不完全相同的组件。为简便起见，具有先前所述功能的附图标号或特征可能会或不会结合其出现的其它附图进行描述。
图1为包括内置式永磁电机的车辆的示意图；
图2为图1所图示内置式永磁电机的前剖视图；
图3为环形圆柱体逆向挤压装置的半示意性剖视图；
图4A为根据本公开的用于板形磁体热变形的压机实例的半示意性横截面侧视图；
图4B为根据本公开的板形磁体已热变形成曲面磁体后显示的图4A中描述的压机实例的半示意性横截面侧视图；
图5A为根据本公开的用于圆环形磁体热变形的压机实例的半示意性横截面侧视图；
图5B为根据本公开的圆环磁体已热变形成具有界定了椭圆形横截面的墙面的中空管状磁体后显示的图5A中描述的压机实例的半示意性横截面侧视图；
图6A和6B共同描述了根据本公开将图5B中所述中空管状磁体划分为多个曲面磁体；
图7A为根据本公开的由具有用于圆环形磁体热变形冲头和模具界定的模腔的压机实例的半示意性横截面侧视图；
图7B为根据本公开的圆环磁体已热变形成具有界定了椭圆形横截面的墙面的中空管状磁体后显示的图7A中描述的压机实例的半示意性横截面侧视图；
图8A和8B为根据本公开的共同描述将图7B中描述的中空管状磁体分为多个曲面磁体的半示意性剖视图；
图9A为根据本公开的由具有插入用于圆环形磁体热变形的环形圆柱体芯部的具有可变形芯材的冲头和模具界定的模腔的压机实例的半示意性横截面侧视图；
图9B为根据本公开的圆环磁体已热变形成具有界定了椭圆形横截面的墙面的中空管状磁体后显示的图9A中描述的压机实例的半示意性横截面侧视图；
图10A和10B为根据本公开的共同描述将图9B中描述的中空管状磁体分为多个曲面磁体的半示意性剖视图；
图11为根据本公开的一对具有辊间曲面磁体的弯辊实例的半示意性剖视图；
图12A为根据本公开的描述了与曲面法线对准的磁力矩的逆向挤压环形磁体实例的半示意性横截面侧视图；
图12B为根据本公开的具有界定了椭圆形横截面的墙面由图12所描述的逆向挤压环形磁体实例以本公开方法制成的中空管形磁体实例的半示意性横截面侧视图，其中，磁力矩与曲面法线充分对准；
图13A为根据本公开的描述了与曲面法线对准的磁力矩的挤压板形磁体实例的半示意性横截面侧视图；
图13B为根据本公开的由图13A所描述的挤压板形磁体实例以本公开方法制成的曲面磁体实例的半示意性横截面侧视图，磁力矩与曲面法线充分对准；
图14A描述了自4mm厚NdFeB挤压板上切下的7mm x 7mm x 4mm样品；
图14B描述了根据本公开的样品在800℃下热压形成厚度1.6mm、直径1/2英寸的磁体后图14A中的样品；
图15为描述了生成图14B中所描述样品的热压操作期间作为时间函数的温度、外加压力和活塞位置(“冲程”)的曲线图；
图16为自图15中所描述过程中描述冲程的温度导数的曲线图；
图17为描述了在图14B中所描述二次变形前后挤压磁体的滞后曲线的曲线图；
图18为本发明所公开的抛物线圆柱的图示表示；
图19为根据本公开的用于制造曲面永磁体装置实例的半示意性横截面侧视图；
图20A-图20C为根据本公开的描述用于制造非平面磁体方法实例的流程图；和
图21为根据本公开的描述用于制造非平面磁体方法另一实例的流程图。
具体实施方式
图1显示了包括用以推动车辆10的内置式永磁(IPM)电动机或电机12的车辆10。IPM电机12能够向车辆10的另一组件提供扭矩或作用力，从而推动车辆10。除推动车辆10外，IPM电机12可用以为其他合适的装置提供电力。IPM电机12可以是无刷电动机，且可以包括六个基本相同的沿旋转轴X并排设置的互连段12A，所述轴线沿IPM电机12的长度界定。然而，可以设想IPM电机12可以包括更多或更少的段12A。互连段12A的数量直接与IPM电机12能够生产推进车辆10的扭矩有关。
车辆10可包括具有变速器和驱动轴(未示出)的动力传动系统14。动力传动系统14可通过一个或多个匀速和万向节(未示出)等合适的联接器以可操作方式连接在IPM电机12与从动轮16之间。IPM电机12和动力传动系统14间的可操作性连接允许IPM电机12向从动轮16提供扭矩以便推进车辆10。
除动力传动系统14外，车辆10可包括能量存储装置18，其配置为向IPM电机12以及其他车辆系统(未示出)提供电能。因此，能量存储装置18电连接到IPM电机12上。可配置IPM电机12通过电气连接自能量存储装置18接收电能，并且其可以在由IPM电机12外部的车辆10的动能来源驱动时作为发电机运转。例如，此类外部动能可以由内燃机(未示出)或由从动车轮16通过作用在车辆10上的车辆惯性或重力提供以此向下移动车辆10。
图2示出了图1中图示的部分IPM电机12的横截面图。IPM电机12可包括定子20，定子20具有孔22和设置在孔22中的电导体24。电导体24可以电连接到能量存储装置18(图1)。电气连接可以允许能量存储装置18(图1)向电导体24提供电能。定子20基本上呈环形并且可围绕旋转轴X设置。此外，定子20可界定外定子表面23和与外定子表面23相对的内定子表面25。外定子表面23和内定子表面25均可界定围绕旋转轴X的圆周。孔22可在比外定子表面23更靠近内部定子表面25的位置设置，并且每个孔可以均可成形以及调整尺寸以便接收一个或多个电导体24。如本文所使用的，术语“孔”包括但不限于在配置并成形用以接收至少一个电导体24的定子20内的狭缝、狭槽、开口或腔体。电导体24可由合适的导电材料制成，例如像铜和铝这样的金属材料。电导体24可以被配置为金属条或绕组，并且可具有基本呈长方形、立方体以及圆柱形等任何合适的形状。无论形状如何，每个电导体24的形状和尺寸均调整成可容纳在一个孔22中。即使图纸显示包含两个电导体24的孔22，但是各孔22仍可包含更多或更少的电导体24。
如图2所述，IPM电机12还可包括围绕旋转轴X以及在定子20内设置的转子26。定子20可以与转子26同心设置。转子26可整体或部分地以不锈钢等金属材料成形，基本上呈环形，并且可界定设置多个转子腔30以及多个设置于转子腔30内的曲面永磁体32。曲面永磁体32可牢固地安装在转子腔30内，且可包括钕、钐或其他任何合适的铁磁材料等稀土元素的合金。合适的铁磁材料包括钕铁硼(NdFeB)合金和钐钴(SmCo)合金。曲面永磁体32可围绕旋转轴X以环形方式安装，并配置成与电导体24磁性地相互作用。在IPM电机12运转期间，响应于电导体24和曲面永磁体32间产生的磁通量，转子26相对于定子20围绕旋转轴X旋转，从而产生提供车辆10电力的传动转矩。
如图2所述，转子26可界定外转子端27和与外转子端27相对的内转子端29。外转子端27和内转子端29均可围绕旋转轴X界定圆周。IPM电机12可界定内定子表面25和外转子端27间的气隙31。气隙31的形状大体上可呈环形，并贯穿转子26。转子26可包括围绕转子中心C环形布置的多个极片42，其可与旋转轴X重合。即使图2描述了八个极片42，转子26可包括更多或更少的极片42。极间桥44可分隔连续的极片42，并可沿各自的极间轴46延长。各极间轴46贯穿转子中心C且充分延伸穿过各自的极间桥44的中部，并且对连续极片42间的界限加以界定。连续极片42的极性相反。各极片42可进一步界定了贯穿转子中心C且充分延伸穿过所述极片42中部的极轴49。各极片42的中心极轴49还可与旋转轴X相交。
本公开适用于NdFeB磁体。应当理解钕铁硼磁体包含钕、铁和硼，而且还包含多种化学成分、添加的和/或代替的元素或其他化学或结构组成的改性。
现有磁体已由注塑成型粉末状融熔纺丝NdFeB带状薄片制成，然而，为了使材料与注塑成型工艺兼容，NdFeB带状薄片混有按体积计约30％至约50％的塑料填料/粘结物料。因此，现有注塑成型的NdFeB磁体的磁密度较低。除非在强磁场内模制，这些注塑成型的NdFeB磁体具有各向同性，与使用本公开所述方法生产的磁体相比，注塑成型产品的磁场强度进一步降低了。为了便于获得各向异性注塑成型的磁体，已施加磁场作为注塑成型工艺的一部分以此优先对准磁粒子。现有注塑成型方法经常导致出现与一些单独的粒子的对准量偏移曲面法线多达70°的有瑕疵的粒子。沿成品磁体曲面法线的磁化强度可以为钕铁硼磁体材料饱和磁化强度的30到40％。
现有的另一种产生成形NdFeB磁体的方法为在施加的磁场下将粉末状NdFeB挤压成块，并烧结所述块以保持其形状。除矩形石板以外的形状可自烧结块通过研磨成型。烧结后的NdFeB磁体可以是完全致密的，然而，大型块体中获取除矩形板外形状的研磨材料昂贵，并且浪费了大量的烧结块。同时，烧结的NdFeB仅可在唯一方向磁化；如果烧结的NdFeB磁体切割成曲线形状，则曲线端部的对准将不与所述曲线正交。此外，所述全致密烧结的NdFeB磁体可能非常脆，从而导致在处理烧结的NdFeB磁体时易断裂。
热挤压NdFeB磁体可提供烧结磁体的替代品。像烧结的磁体一样，现有热挤压的NdFeB磁体依赖于抗磁性转换微观结构内特别大的磁力矩以及Nd2Fe14B相的单轴各向异性。然而，与烧结磁体的方法相比，现有挤压磁体通过不同工艺实现磁硬化。现有的挤压磁体以磁性各向同性融熔纺丝NdFeB带为基础，其中极高的冷却速率(>100000℃/s)形成Nd2Fe14B的无规取向的等轴晶粒，晶粒尺寸在30-100nm(纳米)的范围内-比烧结磁体中的3-10μm(微米)晶粒直径小两个数量级。通过在约500和800℃之间的温度下热压，然后在约800℃下热挤压，将带材固结至全密度。在挤出过程中，流动期间优先的晶粒生长和晶粒旋转的显著组合产生垂直于挤出方向的磁性取向。逆向挤压、径向取向的环形磁体可商购获得，并且已公开了具有垂直于所述板的磁性取向的正向挤压的矩形板。挤压的NdFeB的磁特性堪比烧结磁体的磁特性，并且即使在不含重稀土的组合物中也表现出良好的温度特性。然而，现在挤压的NdFeB磁体仅可作为环形磁体和平板。即使现在挤压的NdFeB环形磁体分成段，所得到的磁体也仅限于圆弧段。与此形成鲜明对比的是，本公开的磁体可以是包括抛物线段，椭圆形段或任何一般形状或尺寸的任何形状。
图3为环形圆柱体36逆向挤压装置33的半示意剖视图。工作坯料35在容器34中加热。活塞37将模具38推进工作坯料35中，使得环形圆柱体36沿与模具38在容器34和模具38之间的运动方向39相反的方向40挤出。
本公开包括一种用于从最初成型作为热变形板或环的磁体中成型曲面永磁体32的方法。现有制造方法可用于通过挤压粉末状融熔纺丝NdFeB带状薄片制造钕铁硼(NdFeB)板和环形磁体。现有制造方法的实例为融熔纺丝前体粉末的逆向挤压(参见图3)以形成环形磁体。在本公开的实例中，前体粉末按体积计至少包含90％的NdFeB磁体材料。挤压工艺导致磁力矩通过挤出流机械对准。因而，热挤压NdFeB板和环形磁体为各向异性的。
挤压温度范围可介于约600℃与约900℃之间。本公开包括随后的二次热变形以将板形磁体转换成曲面形状，或通过圆环形磁体的热变形形成非圆形磁体段。不受任何理论的约束，据信本公开的非平面各向异性钕铁硼永磁体可方便制造与具有平板形或圆形段磁体的IPM电机相比更节能高效的IPM电机。最终，本公开改进的方法将会生产出以较低成本实现节能高效的IPM电机。因此，本公开改进的方法可用于以较低成本制造更节能高效的车辆。
本公开包括一种制造非平面磁体方法的实例，方法包括下述步骤：1.将包括钕铁硼晶粒在内的前体材料43(参见图3)挤压成具有原始形状47的原始各向异性钕铁硼永磁体45(参见图7A)。原始各向异性钕铁硼永磁体45具有按体积计至少90％的钕铁硼磁性材料。2.将原始各向异性钕铁硼永磁体45加热至变形温度。3.使用加热后的工具，将原始各向异性钕铁硼永磁体45变形成为具有在完全不同于原始形状47的第二形状51的重构各向异性钕铁硼永磁体50以将变形载荷施加到原始各向异性钕铁硼永磁体45上。应当理解本公开的变形步骤不包括重要材料的清除。换句话讲，原始各向异性钕铁硼永磁体45中基本上全部材料均变形成为重构的各向异性钕铁硼永磁体50。在一个实例中，可通过对模具的磨损自各向异性钕铁硼永磁体45中清除掉微量的材料。如本文所用，“完全不同于原始形状”意指形状与永久性变形的差异大于制造上的为化。
在另一实例中，所述方法可包括如下步骤：A)将包括钕铁硼晶粒的前体材料加热到挤出温度；B)将前体材料挤压成具有原始形状的原始各向异性钕铁硼永磁体，其中原始各向异性钕铁硼永磁体具有按体积计至少90％的钕铁硼磁性材料；以及C)使用加热后的工具使原始各向异性钕铁硼永磁体变形为具有大致上区别于原始形状的第二形状的重构各向异性钕铁硼永磁体以在原始各向异性钕铁硼永磁体冷却至最小变形温度以下之前将变形载荷施加到原始各向异性钕铁硼永磁体。在本节所述的实例中，挤出温度可介于约450℃与约900℃之间；并且最小变形温度可介于约450℃与约900℃之间。
原始各向异性钕铁硼永磁体可使用合适的工具变形成为具有完全不同于原始形状的第二形状的重构各向异性钕铁硼永磁体以将变形载荷施加到原始各向异性钕铁硼永磁体。合适工具的非限制性实例包括锻造模具、重构模具以及辊。所述工具可相对于原始重构各向异性钕铁硼永磁体移动。或者，原始重构各向异性钕铁硼永磁体可相对于工具移动。例如，具有矩形棱柱形状的原始构造磁体可通过将原始构造磁体撞击到坚固的弯曲表面上而变形以此将重构磁体偏转成弯曲的形状。重构模具可用于在不大幅度改动横截面积大小的条件下重构原始挤压磁体的横截面积，从而在磁体退出挤压模具后改变磁体的形状和曲率。如本文所用，“大幅度改变横截面积大小”意指横截面总面积的改变量大于制造方面的变化。例如，如果横截面积大小为100平方毫米，则在磁体通过重构模具后的横截面积大小将介于95平方毫米和102平方毫米之间。横截面积的大小可在挤压前体材料步骤过程中以垂直于挤压前体材料的运输方向确定。如本文所用，棱柱为实心形状，其具有两个尺寸和形状均相同的相对面(相同)。连接这两个相对面的所有其他面为矩形的。在矩形棱柱内，访两个相对面为矩形的，因此，所有六个面均为矩形的。大多数框为矩形棱柱。矩形棱柱还可称为长方体。
图4A和图4B示出了本公开所述方法的实例。在图4A和图4B所示的实例中，原始各向异性钕铁硼永磁体为热压平板状磁体48。生成平板状磁体48的挤压工艺中出现原始各向异性钕铁硼永磁体的一次变形。根据本公开，二次热变形工艺从平板状磁体48中呈现出曲面永磁体32。平板状磁体48放置于具有凹曲面下模表面54的模腔53内，以便平板状磁体48沿其凹曲面下模表面54上方边缘悬挂。加热后的冲头55和加热后的模具38’共同界定模腔53。模腔53界定平板状磁体48将要转换成的第二形状51的至少一个外表面84。在图4B所示的实例中，模腔53还界定了第二形状51的内表面85。在一个实例中，第二形状51的外表面轮廓86可界定抛物线圆柱57的线段。在另一实例中，第二形状51的外表面轮廓86可界定椭圆圆柱58的至少一部分。应当理解加热后的模具38’和加热后的冲头55的位置可以交换。
如本文所用，术语“柱面”意指具有2个相同且平行基础的三维(3D)几何图形。圆柱基础不必是闭合曲线。图18描述了抛物线圆柱面57的实例。应当理解本文预期的形状在具有包括非平行基础在内的变化不是圆柱形的。此外，上述实例的微小变化，例如，环形圆柱体的坡口端也纳入到本公开中。
然后，平板状磁体48、模具38’和冲头55加热至热变形温度(600℃到900℃)，压力施加到模具38’与具有互补凸曲线56的冲头55之间，从而将平板状磁体48变形成为具有第二形状的曲面永磁体32。第二热变形步骤结束时，与凹曲面下模表面54和冲头55的凸曲线56接触将修补可能在平板状磁体部分48未被支撑的二次变形过程部分期间出现的任何裂缝或不均匀性。换句话讲，平板状磁体48可在二次变形过程中形成裂缝；然而，热量和压力将致使材料流靠近裂缝。
图5A和图5B示出本公开方法的另一实例。在图5A和图5B所示的实例中，原始各向异性钕铁硼永磁体45的原始形状47’为环形圆柱体36。图5A和图5B中所示的冲头55’和模具38未界定模腔。原始各向异性钕铁硼永磁体45可为具有圆形横截面的环形磁体59。如本文所公开，环形磁体59放置在冲头55’与模具38之间，并加热至变形温度。达到变形温度后，压机60在冲头接触点61和模具接触点62处施加一个力以将环形磁体59形状从原始(环形)形状47变形成第二(非圆形)形状51。在图5A和图5B所示的实例中，第二形状51的外表面轮廓86界定椭圆圆柱58。应当理解第二形状51的外表面轮廓86可能自完好的椭圆形柱面58出现变化。例如，在冲头接触点61和模具接触点62处可能存在平点。
图6A和图6B描述了将重构各向异性钕铁硼永磁体50分成多个最终各向异性钕铁硼永磁体63。具有第二形状51的重构各向异性钕铁硼永磁体50冷却后，曲线段64从具有第二形状51的重构各向异性钕铁硼永磁体50中切下以提供所需的曲线段64。
图7A为具有由用于圆环形磁体59热变形的冲头55和模具38界定的模腔53的压机60的半示意性横截面侧视图。图7B为在圆环形磁体59尚未变形成具有符合冲头55和模具38界定的模腔53的第二形状51的重构各向异性钕铁硼永磁体50后图7A中所述的压力60的半示意横截面侧视图。图7A和图7B与图5A和图5B在冲头55和模具38的形状上有所区别。在图5A和图5B中，冲头55和模具38均呈现原始各向异性钕铁硼永磁体45和重构各向异性钕铁硼永磁体50的平整表面。然而，图7A和图7B中，冲头55和模具38界定了一个模腔53，所述模腔界定第二形状51的至少一个外表面84。在图7A和图7B中所示的实例中，原始形状47为环形圆柱体36，而重构各向异性钕铁硼永磁体50具有界定椭圆圆柱58的外表面84。通过改变模腔53的形状，第二形状51的外表面轮廓可界定一对相对的抛物线圆柱面(未示出)。
图8A和图8B描述了将重构各向异性钕铁硼永磁体50分成多个最终各向异性钕铁硼永磁体63。具有第二形状51的重构各向异性钕铁硼永磁体50冷却后，曲线段64从具有第二形状51的重构各向异性钕铁硼永磁体50中切下以提供所需的曲线段64。
在变形成为重构各向异性钕铁硼永磁体50期间变形以支撑原始各向异性钕铁硼永磁体45之前，环形圆柱体36和重构各向异性钕铁硼永磁体50具有插入环形圆柱体36芯部66内的可变形芯材65外，图9A和图9B与图7A和图7B相似。在图9A和图9B所示的实例中，在可变形芯材65变形之前，填充待变形环形圆柱体36的芯部66以便在变形期间向原始各向异性钕铁硼永磁体45和重构各向异性钕铁硼永磁体50提供内部支撑。可变形芯材65可为在变形温度下可变形的任何材料，在所述温度下暴露，将退化或以其他方式分解，并且在环形圆柱体36保持在变形温度的期间内将不与变形温度下的磁体材料反应。可变形芯材65可完全填充图9A所示环形圆柱体36的芯部66，或其自身可为空心圆柱体(未示出)。可变形芯材65可包括由未在变形温度下熔融的软质金属组成的管。用于可变形芯材65的软质金属的实例可以包括铜、铜合金、铝、铝合金、锌或锌合金。可变形芯材65可以为另一种半软质金属材料。石英砂可以为另一种合适的可变形芯材65。
图10A和图10B描述了将重构各向异性钕铁硼永磁体50分成多个最终各向异性钕铁硼永磁体63。具有第二形状51的重构各向异性钕铁硼永磁体50冷却后，曲线段64从具有第二形状51的重构各向异性钕铁硼永磁体50中切下以提供所需的曲线段64。
在本公开的实例中，原始各向异性钕铁硼永磁体45可在曲面加热后的辊67间变形。如图11所示，凸面辊68和凹面辊69共同配合将重构各向异性钕铁硼永磁体50成形为第二形状51。如本文所公开，可在原始各向异性钕铁硼永磁体45热挤压之后立即在相同的设备室内实施热轧。
在本公开的其他实例(未示出)中，热变形可通过热锻、热模锻或类似的机械变形完成。在足够高到允许NdFeB材料在压力条件下流动的温度下执行变形步骤。制造原始各向异性钕铁硼永磁体的材料在于变形温度下施加到原始各向异性钕铁硼永磁体的变形应力下流动。对于大多数NdFeB组合物，变形温度高于450℃，并且可能高于600℃。在本公开的实例中，可对原始各向异性钕铁硼永磁体和加热的工具(例如冲头55、模具38以及加热后的辊67)进行预热，从而使在压力条件下执行变形所需的时间缩短到最少。
挤压平板状NdFeB磁体具有垂直平板状磁体48定向的磁力矩，径向定向逆向挤压的环形磁体59。图12A为描述了基本上与曲面法线对准的磁力矩70的逆向挤压环形磁体59的半示意横截面侧视图。如本文所用，“基本上与曲面法线对准的磁力矩”意指磁力矩沿最近的曲面法线对准或在其附近对准，以便沿曲面法线的磁化强度至少为其饱和值的85％。在下述详图所示的实例1中，沿长方体72的曲面法线的磁化强度约为93％，并且沿变形的热压盘74的曲面法线的磁化强度约为88％。尽管图12A-13B中所示的磁力矩70具有通常箭头所示的北极性，应当理解本文还公开了相反的极性。图12B为由图12A中本公开的方法描述的逆向挤压环形磁体59制成的椭圆圆柱磁体71的半示意性横截面侧视图。磁力矩70充分与图12B中的曲面法线对准。图13A为描述了充分与曲面法线对准的磁力矩70的挤压平板状磁体48的半示意性横截面侧视图。图13B为由图13A中本公开的方法描述的挤压平板状磁体48制成的曲面磁体32的半示意性横截面侧视图。磁力矩70充分与图13B中的曲面法线对准。
变形后，磁力矩70将在局部曲面法线方向保持基本定向。由于平板状磁体48或逆向挤压环形磁体59已在初始制造期间经历了热变形，因此，在附加的热处理后保持磁特性。
为了进一步阐述本公开，本文给出一些实例。应当理解这些实例为了进行示意性的说明，而不可理解为限定本公开的范围。
实例1
长75为7mm，宽76为7mm和高73为4mm的长方体72从4mm厚的NdFeB挤压板中切下。长方体72放置于在模具中垂直定向且具有尺寸4mm(高73)、直径1/2”的石墨热压模具中。本实例中的压机与图5A中的压机60相似，其具有取代图5A中所示环形圆柱体36的矩形工件。对准后的磁化方向是垂直的，即与压机运动方向平行。长方体72在800℃下进行热轧。热轧期间，在将原始高度73从4mm减小到1.6mm的重构高度的同时，长方体72完全变形填充直径1/2”的模具。直径显示在图14B的参考数字77处。近似的体积计算显示了变形为体积守恒，其中初始长方体和最终变形盘均具有约200mm3的体积(立方毫米)。图14A显示了未变形的长方体72件的草图，图14B显示了变形后的热轧盘74。
图15显示了热轧过程中作为时间函数的温度82、施加压力83和活塞位置78(“冲程”)。样品以约0.3kN(千牛)的活塞力预装载。模具以每分钟100℃加热到700℃，然后以每分钟50℃加热到800℃。在770℃时候，将活塞力增加到最大值50kN，并且在施加压力时迅速变形。当完成变形时，手动终止热压。最初，如图15冲程曲线78所示，活塞位移与温度成正比。所述位移由加热过程中活塞与样品的热膨胀引起；样品的膨胀在活塞上向后推动。然而，在高于约450℃的温度下，冲程曲线78变平。为了更清晰地显示，冲程的温度导数79显示在图16中。在低温下，热膨胀为0.8-1.3微米/℃；然而，在高于450℃的温度下，斜率下降并在高于约600℃时候略微为负。这显示为挤压板72已软化，并且表示出现变形的温度状况。
长方体72和热压盘74的磁特性通过振动样品磁强计(VSM)评定。磨掉表面材料后，在一侧大致为1.4mm的立方体自热压盘74的中心切下。为了比较，4mm x 4mm x 1mm样品从挤压板中切下，也可通过VSM测量。图17将这两个样品的去磁曲线与包括以每米千安(kA/m)为单位的矫顽磁性Hci、以特斯拉(T)为单位的顽磁Br以及以兆高斯奥斯特(MGOe)为单位的能量乘积(BH)max的表1进行比较，并总结了硬磁参数。图17中，与热压盘74相关的曲线位于附图标号80处，并且与自挤压板切下的4mm x 4mm x 1mm样品有关的曲线显示在附图标号81处。
这些结果表明产生的变形样品保留了硬磁特性，并且基于环路和横向磁场测量，保留了沿盘的轴线(与初始板相同的方向)的大择优取向。观察到一些矫顽磁力的损失。矫顽磁力的损失归因为极高的变形温度(800℃)和较大的变形度(Δ高度/高度＝60％)。相比之下，800℃下在压机中镦锻的具代表性的烧结NdFeB磁体模具及其硬磁特性几乎全部毁坏。获得电机磁体应用所需的形状，如图2中的形状，涉及与从长方体72产生热轧盘74的变形相比更低的变形度以及更低的变形温度。不受任何理论的约束，据信较少的变形和较低的温度可有助于保存矫顽磁力。
实例2
具有长10mm、宽6mm和高4mm的长方体从4mm厚的挤压NdFeB板中切下。长方体放置在两个具有与图4A中所示相似的曲面的石墨活塞间直径1/2”的石墨热压模具之间，其中4mm尺寸(高度)在模具中垂直定向。活塞面曲率半径设计为38mm。样品置于下活塞面的凹面上，如图4A所示。长方体磁化的对准方向是垂直的，即平行于压机的运动方向。长方体在650℃下使用5kN的压制力实施热轧。热轧期间，长方体变形成为与凹面下活塞和凸面上活塞表面一致的弯曲弧形。
大致为2mm x 2mm x 2mm的立方体在弧中心和弧两端从弧形磁体切下。所述立方体沿与弧曲率垂直的一个立方体轴切割，即沿着曲表的法线切割。立方体的磁特性通过振动样品磁强计(VSM)评估。表2给出了磁特性的概述，包括矫顽磁性Hci、顽磁Br和能量乘积(BH)max。为了比较，顶行给出了挤压板在变形成为弯曲弧前的磁特性。
这些结果表明在保持原挤压板良好磁特性的同时，扁平挤压板变形成所需的曲面磁体。通过变形充分保持，或甚至稍微增加矫顽磁力形成弯曲弧。顽磁保持在2-4％的初值内，显示所述弯曲弧几乎全部保持了起始板的各向异性以及显示垂直所述弧表面保持的磁化强度。自所述弧切下的立方体的能量乘积落在原挤压板3-6％的初值内。
图18描述了抛物线圆柱57的实例。抛物线圆柱57的基底87为相同、平行的抛物线。
图19为根据本公开的用于制造曲面永磁体装置实例的半示意性横截面侧视图。图19描述了输出具有原始形状为矩形棱柱形状的原各向异性钕铁硼永磁体的连续流96的挤出机90。第一圆柱辊91和第二圆柱辊92重构连续流96形成具有弯曲非平面形状(例如，曲面壁部分)的重构各向异性钕铁硼永磁体95。第一圆柱辊91旋转，使得第一圆柱辊91在第一圆柱辊直径88处的第一切向速度98不同于第二圆柱辊92在第二圆柱辊直径89处的第二切线速度97以将具有原始形状的原各向异性钕铁硼永磁体96转换成为具有第二形状为矩形棱柱形状的重构各向异性钕铁硼永磁体95。第一圆柱辊直径98可与第二圆柱辊直径99相同或不同。如本文使用，切向速度意指圆柱体相对于其旋转中心的线速度切向分力的大小。如图19所述，附图标号98处的单箭头表示比附图标号97处两个相邻箭头表示的速度慢的速度。因此，由于第一圆柱辊91的滚动速度比第二圆柱辊92慢，从而重构各向异性钕铁硼永磁体95获得朝向第一圆柱辊91的凹度。
重构各向异性钕铁硼永磁体95进入将重构各向异性钕铁硼永磁体95的连续流切割成弧形磁体块94的分隔器93。原各向异性钕铁硼永磁体96和重构各向异性钕铁硼永磁体95分别具有基本上与对应于各自磁力矩的各局部曲面法线对准的磁力矩。分隔器93可以为砂轮切割轮。在一些实例中，分隔器93可以为刻痕和卡扣分隔器。
图20A-图20C为根据本公开的描述用于制造非平面磁体方法100实例的流程图。图20A描述了一系列方法100中涉及的框110所示的步骤。图20A-图20C流程图中的虚线描述了可根据本公开在方法100中任意实施的原理和步骤。
图20A、框120描述了“钕铁硼晶粒等前体材料挤压成具有原始形状的原各向异性钕铁硼永磁体，其中原各向异性钕铁硼永磁体具有按体积计至少90％的钕铁硼磁性材料”。框122处为“将原各向异性钕铁硼永磁体加热到变形温度”。框124处为“使用加热后的工具将原各向异性钕铁硼永磁体变形成具有完全不同于原始形状的第二形状的重构各向异性钕铁硼永磁体以将变形载荷施加到原各向异性钕铁硼永磁体，其中，原各向异性钕铁硼永磁体和重构各向异性钕铁硼永磁体各自的磁力矩基本上与对应于各自磁力矩的局部曲面法线对准”。框130处为“将重构各向异性钕铁硼永磁体分成多个最终各向异性钕铁硼永磁体”。
流程图连接符A表示图20A中框110与图20B中所示框140间的连接。框140处为“其中，变形包括压制加热后的冲头与加热后的模具间的原各向异性钕铁硼永磁体”。流程图连接符B表示图20A中框110与图20B中所示框150间的连接。框150处为“其中，加热后的冲头和加热后的模具共同限定一个模腔，其中，所述模腔限定至少一个第二形状的外表面”。在框151处为“其中，第二形状的外表面轮廓限定了抛物线圆柱的一条线段，或第二形状的外表面轮廓限定了椭圆圆柱的至少一个部分。”框153处为“其中，原始形状为环形圆柱体”。框154处为“在变形成为重构各向异性钕铁硼永磁体期间变形以支撑原各向异性钕铁硼永磁体之前，可变形芯材插入环形圆柱体芯部”。框155处为“其中，第二形状的外表面轮廓限定了椭圆圆柱”。框156处为“其中，第二形状的外表面轮廓限定两个抛物线圆柱”。
流程图连接符C表示图20A中框110与图20C中所示框160间的连接。框160处为“其中，挤压前体材料过程中与输送方向垂直的挤压前体材料的原始横截面积的大小在第二形状中是基本不变的”。
流程图连接符D表示图20A中框110与图20C中所示框170间的连接。在框170处为“其中，变形包括具有第一圆柱辊直径的第一圆柱辊与具有第二圆柱辊直径的第二圆柱辊间的滚轧；第一圆柱辊在第一圆柱辊直径处的切向速度不同于第二圆柱辊在第二圆柱辊直径处的切向速度以将具有原始形状的原各向异性钕铁硼永磁体转换成具有第二形状的重构各向异性钕铁硼永磁体；原始形状为矩形棱柱；第二形状为曲面壁的一部分”。
流程图连接符E表示图20A中框110与图20C中所示框180间的连接。框180处为“其中，变形包括加热后的辊间的滚轧”。
流程图连接符F表示图20A中框110与图20C中所示框190间的连接。框190为“其中，变形温度介于约450℃与约900℃之间”。
流程图连接符G表示图20A中框110与图20C中所示框195间的连接。框195处为“其中，包括原各向异性钕铁硼永磁体的材料在变形温度下于施加到原各向异性钕铁硼永磁体的变形应力下流动”。
图21为根据本公开的描述用于制造非平面磁体方法200另一实例的流程图。图21描述了一系列代表方法200的框200中所示的步骤。框210处为“将包括钕铁硼晶粒的前体材料加热至挤压温度”。框220处为“将前体材料挤压成具有原始形状的原各向异性钕铁硼永磁体，其中原各向异性钕铁硼永磁体具有至少按体积计90％的钕铁硼磁性材料”。框230处为“使用加热后的工具使原始各向异性钕铁硼永磁体变形为具有完全不同于原始形状的第二形状的重构各向异性钕铁硼永磁体以在原始各向异性钕铁硼永磁体冷却至最小变形温度以下之前将变形载荷施加到原各向异性钕铁硼永磁体”。框240处为“其中，挤压温度介于约450℃与约900℃之间”。框250处为“其中，最小变形温度介于约450℃与约900℃之间”。
在整个说明书中提到的“一个实例”、“另一实例”，“一实例”等，是指结合所述实例描述的一个特定元素(例如，特征、结构和/或特性)被包括在本文所描述的至少一个实例中，并且可能或可能不存在于其它实例中。此外，应当理解，对于任何实例所描述的元素可以在不同的实例中以任何适当的方式组合，除非上下文另有明确说明。
应当理解，本文所提供的范围包括所述范围以及所述范围内的任何值或子范围。例如，约600℃到约900℃的范围应解释为不仅包括明确列举的约600℃到约900℃的范围，而且包括650℃、790℃、805℃等单独值以及约675℃到约800℃的子范围等。此外，当用“约”描述一个数值时，意味着包含指定值的微小变化(高达+/-10％)。
此外，术语“连接/连接的/连接”和/或类似术语在本文中广义限定为包含各种不同的连接构造和组装工艺。这些构造和工艺包括但不限于(1)一个部件与另一部件间没有介于两者间部件的直接连通；以及(2)一个部件与另一部件间带有一个或多个部件的连通，但前提是“连接至”另一部件的这个部件以某种方式与另一部件操作性连通(尽管两者间存在一个或多个附加部件)。
在描述和要求保护本文所公开的实例时，单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数指代物，除非上下文另有明确说明。
虽然已详细描述了几个实例，但应当理解，所公开的实例可以被修改。因此，认为前面所述为非限制性的。

Claims (9)

1.一种非平面磁体的制造方法，包括：
将包括钕铁硼晶粒的前体材料挤压成具有原始形状的原始各向异性钕铁硼永磁体，其中，所述原始各向异性钕铁硼永磁体具有按体积计至少90%的钕铁硼磁性材料；
加热所述原始各向异性钕铁硼永磁体到变形温度；以及
使用加热后的工具将变形载荷施加到所述原始各向异性钕铁硼永磁体，将所述原始各向异性钕铁硼永磁体变形成具有完全不同于原始形状的第二形状的重构各向异性钕铁硼永磁体，其中，所述原始各向异性钕铁硼永磁体和所述重构各向异性钕铁硼永磁体分别具有各自的磁力矩，所述各自的磁力矩基本上与对应于所述各自的磁力矩的局部曲面法线对准；
其中，所述变形包括压制加热后的冲头与加热后的模具间的所述原始各向异性钕铁硼永磁体；且其中，所述加热后的冲头和所述加热后的模具共同限定模腔，其中，所述模腔限定所述第二形状的至少外表面。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述重构各向异性钕铁硼永磁体分成多个最终各向异性钕铁硼永磁体。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述第二形状的外表面轮廓限定抛物线圆柱的线段；或
所述第二形状的所述外表面轮廓限定椭圆圆柱的至少一部分。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述原始形状为环形圆柱体，并且所述方法还包括：
在变形成为所述重构各向异性钕铁硼永磁体期间，变形以支撑所述原始各向异性钕铁硼永磁体之前，将可变形芯材插入所述环形圆柱体的芯部。
5.根据权利要求4所述的方法，其中：
所述第二形状的外表面轮廓限定椭圆圆柱；或
所述第二形状的外表面轮廓限定两个抛物线圆柱。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，挤压所述前体材料过程中与输送方向垂直的所述挤压前体材料的原始横截面积的大小在所述第二形状中基本上不变。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述变形温度介于450°C与900°C之间。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，包括所述原始各向异性钕铁硼永磁体的所述前体材料在所述变形温度下于施加到所述原始各向异性钕铁硼永磁体的变形应力下流动。
9.一种非平面磁体的制造方法，包括：
将包括钕铁硼晶粒的前体材料加热到挤出温度；
将所述前体材料挤压成具有原始形状的原始各向异性钕铁硼永磁体，其中所述原始各向异性钕铁硼永磁体具有按体积计至少90％的钕铁硼磁性材料；以及
在所述原始各向异性钕铁硼永磁体冷却至最小变形温度以下之前，使用工具将变形载荷施加到所述原始各向异性钕铁硼永磁体，使所述原始各向异性钕铁硼永磁体变形为具有完全不同于所述原始形状的第二形状的重构各向异性钕铁硼永磁体；
其中，所述挤出温度介于450°C与900°C之间；
且其中，所述最小变形温度介于450°C与900°C之间；
其中，所述变形包括压制加热后的冲头与加热后的模具间的所述原始各向异性钕铁硼永磁体；且其中，所述加热后的冲头和所述加热后的模具共同限定模腔，其中，所述模腔限定所述第二形状的至少外表面。
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