CN107359046A - 曲线磁体和制造方法 - Google Patents

Abstract

一种制造曲线磁体的方法包括在材料钢坯中形成至少一个狭槽。将槽形材料钢坯插入至具有曲线凹座的模具中。围绕槽形材料钢坯关闭该模具使得槽形材料钢坯符合曲线凹座并且形成曲线钢坯。曲线钢坯设置在结构中。曲线钢坯设置在结构中并且接着被磁化。

Description

曲线磁体和制造方法

技术领域

本发明涉及一种曲线磁体和其制造方法。

背景技术

此章节的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，并且未必构成现有技术。

永磁体被发现或用于产生从在工具、车辆等中使用的扬声器至电动马达的许多当代技术。当选择使用磁体时，设计考虑包括磁体强度和必需的磁场设置。某些设计考虑和/或包装约束规定使用曲线磁体来满足要求。此前，曲线磁体一直被生产为粘合磁性粉末复合物或加工烧结磁体块。然而，复合磁体通常具有较差的磁性性质，而从矩形钢坯切割磁弧可能是昂贵的并且不一定提供必需的磁场设置。

发明内容

一种制造曲线磁体的方法包括在材料钢坯中形成至少一个狭槽。将槽形材料钢坯插入至具有曲线凹座的模具中。围绕槽形材料钢坯关闭该模具使得槽形材料钢坯符合曲线凹座并且形成曲线钢坯。曲线钢坯设置在结构中并且接着被磁化。

一种制造曲线磁体的方法包括在材料钢坯中形成至少一个狭槽。将槽形材料钢坯插入至具有曲线凹座的模具中。围绕槽形材料钢坯关闭该模具使得槽形材料钢坯在至少一个狭槽处断裂并且符合曲线凹座以形成其间设置有开口的多个材料段。开口填充有粘结剂材料以限定曲线钢坯。

一种制造曲线磁体的方法包括在材料钢坯中形成至少一个狭槽。将背衬插入至具有曲线凹座的模具中。将槽形材料钢坯也插入至该模具中。围绕槽形材料钢坯和背衬关闭该模具使得槽形材料钢坯在至少一个狭槽处断裂。背衬和槽形材料钢坯符合曲线凹座以形成其间设置有开口的多个材料段。背衬和多个材料段粘合在一起以限定曲线钢坯。

从本文所提供的描述中将明白进一步应用领域。应当理解的是，该描述和具体实例仅旨在用于说明目的并且不旨在限制本发明的范围。

附图说明

本文所述的附图仅用于说明目的并且不旨在以任何方式限制本发明的范围。

图1是根据本发明的示例性切缝材料钢坯的透视图；

图2A是示例性切缝钢坯插入示例性压模机中之前的示意图；

图2B是示例性切缝段在压模机关闭之后的示意图；

图2C是该段在插入至转子期间的示意图；

图2D是该段在插入至转子之后且压模机开启以供另一个切缝钢坯使用时的示意图；

图3A是示例性切缝钢坯在插入示例性压模机中之前的示意图；

图3B是示例性切缝段在压模机关闭之后的示意图；

图3C是在关闭的压模机中粘结剂填充段之间的开口的示意图；

图3D是曲线段在从压模机中移除之后具有粘结剂且压模机开启以供另一个切缝钢坯使用时的示意图；

图4A是一对示例性切缝钢坯在插入示例性压模机之前且其中设置模壳时的示意图；

图4B是示例性切缝段在压模机关闭且粘合至该模壳之后的示意图；

图4C是粘合至模壳的曲线段在从压模机中移除之后且压模机开启以供另一个切缝钢坯使用时的示意图；

图5A是示例性楔状切口钢坯插入示例性压模机中之前的示意图；

图5B是示例性切缝段在压模机关闭之后的示意图；

图5C是在关闭的压模机中该段具有填充该段之间的开口的粘结剂时的示意图；

图5D是具有粘结剂的曲线段在从压模机中移除之后且压模机开启以供另一个切缝钢坯使用时的示意图；

图6A是具有粘附剂垫的示例性切缝钢坯的两个替代性设置的示意图；

图6B是具有粘附剂垫的切缝钢坯插入示例性压模机中之前的示意图；

图6C是具有粘附剂垫的切缝段在压模机关闭之后的示意图；以及

图6D是具有粘附剂垫的切缝段在插入转子之后的示意图。

具体实施方式

以下描述在本质上仅是示例性的并且不旨在限制本发明、应用或用途。应当理解的是，在附图中，对应的元件符号指示相同或对应的部分和特征。另外，除非另有说明，否则诸如“顶部”、“侧面”、“背面”、“下部”以及“上面”的方向用于解释目的并且不旨在需要具体定向。这些方向仅作为相对于所提供的实施例的参考框架提供，但可在替代应用中改变。

诸如马达或发电机的电机使用电势能以产生机械能，或相反地，使用机械能以通过磁场和载流导体的相互作用产生电能。通常，内部永磁体电机包括转子，该转子具有围绕转子的外周边的多个交替极性磁体。转子可在定子内旋转，该定子通常包括具有交替极性的多个绕组和磁极。用于内部永磁体电机的磁体通常为矩形；然而，已经发现弧形或抛物线磁体提供改进的性能特性。迄今为止，已经通过加工矩形材料钢坯来塑形或通过在模壳中模制复合材料以实现必需的最终形状形成了弧形或抛物线磁体。然而，加工过程实质上是浪费的，且模制过程提供较差的磁性性能。

现在参考图1，示出了示例性扁平、矩形材料钢坯10。材料钢坯10是磁性应用中使用的市售材料钢坯，诸如在永磁体电动马达或永磁发电机中使用的永磁转子。永磁体可有益于在以下行业中使用：汽车和航空航天制造业；纸浆和金属处理加工业；农业、军工、家电、电子、发电、建筑/工具、食品饮料、消费品和医疗服务业；以及一般制造应用。材料钢坯10可由诸如铁、镍或钴的铁磁材料形成，或可由稀土材料的合金形成。该材料可为磁性各向同性的，使得磁体内的磁矩不具有优选定向，且磁体可在任何方向上磁化。在一个实例中，起始材料钢坯是定向磁性材料，使得磁矩位于钢坯内的具体方向上并且可仅沿着该方向磁化。定向方向可沿着钢坯内的任何方向。例如，磁化可以垂直于大面(例如，图1中的材料钢坯10的左和右面)。

材料钢坯10包括狭槽12，其设置成部分或完全延伸穿过材料厚度(例如，在整个切缝过程中)。狭槽12可以是直切口或可以采取楔形切口的形式。换言之，材料钢坯10的部分可由较小矩形棱镜或梯形棱镜(即“楔石”段)的阵列近似。材料钢坯10中可存在一个或多个狭槽12，其中狭槽12沿着材料钢坯10的长度以预定关系设置以在下文描述的弯曲过程之后提供最终的曲线形状。虽然狭槽12示为沿着材料钢坯10均匀分布，但是应当理解的是，狭槽12也可以(例如)偏压至材料钢坯10的一侧、仅设置在材料钢坯10的端部附近或中心部分处、紧密地定位在材料钢坯10的第一区域处并且稀疏地定位于材料坯料10的第二区域处，或可以定位于材料钢坯10的任一侧上(例如，以产生具有至少两个相反曲率方向的所需最终形状，诸如“S”形)。

现在参考图2A，提供了切缝材料钢坯10在插入示例性压模机14之前的示意图。如所示的压模机14包括第一工具16和对应的第二工具18。工具16、18移动(即，第一工具朝第二工具移动，第二工具朝第一工具移动，或两个工具一起移动)以围绕凹座20内的切缝材料钢坯10关闭压模机14，如图2B中最佳地示出。第一工具16示为具有凸出形状且第二工具18示为具有凹入形状使得凹座20在其整个长度内均为弧形。虽然压模机14的第一工具16和第二工具18示为具有对应的弧形，但是应当理解的是，还预期工具的任何曲线形状。作为实例，第一工具16和第二工具18可以具有对应的抛物线形状、弧形端部，该端部之间具有线性部分；或波形(即，凸出曲线和凹入曲线邻接)。另外，第一工具16和第二工具18还可以具有不对应的形状，使得凹座20可以具有另一种几何形状(例如，半圆、多边形)。

凹座20调整大小以接纳切缝材料钢坯10。材料钢坯10是当在室温下执行时(例如，冷加工)由于弯曲作用而断裂的易碎材料。压模机14关闭使切缝材料钢坯10在狭槽12的位置处的断裂受到控制，因为材料钢坯10被迫符合模具凹座20的曲线形状。以此方式，切缝材料钢坯10断裂成设置在曲线凹座20内的多个材料段22。材料钢坯10可设置成使得狭槽12优选地朝第一工具16或第二工具18开口。虽然材料钢坯10被描述为由在弯曲时断裂的易碎材料形成，但是应当理解的是，某些应用可以利用由将屈服(即，弯曲)的延性材料形成的磁体。

现在参考图2C，多个材料段22可以从压模机14移动至转子26中(例如，利用柱塞)。在材料段22完全插入至转子26中之后，压模机14接着可开启用于接纳另一个切缝材料钢坯10(参见图2D)。在插入之后，材料段22在转子26内可自由地移动，因此粘附剂可以施用至转子26中的段22以相对于转子26保持材料段22的几何形状和间距。替代地，多个材料段22可以调整大小以利用干涉或按压配合按压至转子26中以将它们的定向保持在转子26内。一旦固定在转子26内，材料段22可以利用稳态或脉冲型磁化器而磁化。虽然材料段22被描述为在组装状态内完全磁化，但是应当理解的是，部分磁化可发生在任何预组装步骤期间以便于最终所需磁极性配置中的再磁化。

材料钢坯10可以由定向磁性材料构成，其中磁性对准方向垂直于钢坯10的扁平表面(例如，平行于切缝方向)。在形成曲线磁体之后，单个材料段22保持垂直于表面的对准方向，使得当被磁化时，曲线磁体具有随着沿着磁体的位置(即，垂直于局部表面)变化的磁矩方向。在空间上改变磁矩方向的能力提供了改进的马达效率。然而，应当注意的是，如果需要，起始钢坯可制造成具有不同的磁矩方向，且形成曲线磁体之后的单个段将保持该定向。另外，磁体也可以是各向同性的，这意味着其可在任何方向被磁化，且形成之后单个段的磁化方向将由磁化过程期间的磁场的空间分布和强度来限定。

现在参考图3A，提供了切缝材料钢坯110在插入示例性压模机114之前的示意图。材料钢坯110和压模机114类似于材料钢坯10和压模机14，且因而将使用相同的数字来描述相同部分。压模机114示为具有第一凸出工具116和对应的第二凹入工具118。凹入工具118朝凸出工具116移动以围绕凹座120内的切缝材料钢坯110关闭压模机114，如图3B中最佳地示出。凹座120调整大小以接纳切缝材料钢坯110。压模机114关闭使切缝材料钢坯110在切缝狭槽112的位置处的断裂受到控制，因为材料钢坯110被迫符合模具凹座120的曲线形状。切缝材料钢坯110断裂成设置在曲线凹座120内的多个材料段122。

现在参考图3C，在凹座120处添加粘结剂130至压模机114以填充多个材料段122之间的开口间距132。粘结剂130可以是用于保持材料段122的曲线形状的任何粘结材料，诸如粘附剂、低温焊料、热固化材料、纯的或增强的热塑性塑料或纯的或增强的热固性材料。在粘结剂130在材料段122之间和/或周围硬化/固化之后，接着可以开启压模机114以移除曲线磁体134(参见图3D)。曲线磁体134在从压模机114中移除之后归因于粘结剂130将保持其形状。曲线磁体134可以插入至转子的表面中或固定在该表面上或可在其它永磁体应用中使用。一旦固定在位置中，曲线磁体134可以利用稳态或脉冲型磁化器而磁化使得单个材料段122在整个曲线形状内具有受控的磁矩(例如，垂直于曲线的切线)。如前所述，应当理解的是，部分磁化过程可以发生在任何预组装步骤期间以便于最终所需磁极性配置中的再磁化。

如先前关于材料钢坯10所讨论，材料钢坯110可以由定向磁性材料构成，其中磁性对准方向垂直于钢坯110的扁平表面(例如，平行于切缝方向)。在形成曲线磁体之后，单个材料段122保持垂直于表面的对准方向，使得当被磁化时，曲线磁体具有随着沿着磁体的位置(即，垂直于局部表面)变化的磁矩方向。在空间上改变磁矩方向的能力提供了改进的马达效率。然而，应当注意的是，如果需要，起始钢坯可制造成具有不同的磁矩方向，且形成曲线磁体之后的单个段将保持该定向。另外，磁体也可以是各向同性的，这意味着其可在任何方向被磁化，且形成之后单个段的磁化方向将由磁化过程期间的磁场的空间分布和强度来限定。

现在参考图4A，提供了一对切缝材料钢坯210、211在插入示例性压模机214之前的示意图。材料钢坯210、211和压模机214类似于材料钢坯10和压模机14，且因而将使用相同的数字来描述相同部分。压模机214示为具有第一凸出工具216和对应的第二凹入工具218，其中模壳236设置在该第二凹入工具上。模壳236可以是刚性形式(例如，钢、刚性塑料)或延性形式(例如，铝、软质聚合物、橡胶)的薄带材料，其用于将材料钢坯210、211以预定关系固定至彼此。模壳236可以是磁性材料(例如，铁或钢)或可以是用于在材料钢坯210、211与配接结构(例如，转子的内壁)之间产生“磁隙”的非磁性材料(例如，铝、不锈钢、其它非磁性金属或聚合物)。虽然模壳236描绘为设置在凹入工具218上，但是其也可替代地设置在凸出工具216上，或一对模壳236可设置在凸出工具216和凹入工具218这二者上。另外，模壳236描绘为在其整个长度内具有均匀厚度，但是还可以预期非均匀的横截面。

在操作期间，凹入工具216和/或凸出工具218移动以围绕凹槽220内的切缝材料钢坯210、211关闭压模机214，如图4B中最佳地示出。凹座220调整大小以接纳组合的切缝材料钢坯210、211和模壳236。材料钢坯210、211是由于弯曲作用断裂的易碎材料形成。压模机214关闭使切缝材料钢坯210、211在切缝狭槽212的位置处的断裂受到控制，因为材料钢坯210、211被迫符合模具凹座220的曲线形状。以此方式，切缝材料钢坯210、211断裂成设置在曲线凹座220内的多个材料段222。多个材料段222粘合至模壳236以产生曲线磁体234。

现在参考图4C，压模机214可以开启以移除曲线磁体234。曲线磁体234在从压模机214中移除之后归因于模壳236的结构将保持其形状。曲线磁体234可以插入至转子的表面中或固定在该表面上(如先前所述)或可在其它永磁体应用中使用。一旦固定在位置中，曲线磁体234可以利用稳态或脉冲型磁化器而磁化。如果起始磁体是定向磁体，那么磁矩沿着具体方向对准使得单个材料段222在整个曲线形状内具有受控的磁矩(例如，垂直于磁体表面)。材料钢坯210、211之间的间距在永磁体中产生“气隙”以克服包装约束和/或实现马达效率的提高，因为每个段的磁矩在整个曲线形状内可受到控制。

现在参考图5A，提供了切缝材料钢坯310在插入示例性压模机314之前的示意图。显而易见的是，此图中的狭槽312是呈角度开口的形式(例如，楔形)。材料钢坯310和压模机314类似于材料钢坯10和压模机14，且因而将使用相同的数字来描述相同部分。压模机314示为具有第一凸出工具316和对应的第二凹入工具318。凸出工具316和/或凹入工具318移动以围绕凹座320内的切缝材料钢坯310关闭压模机314，如图5B中最佳地示出。凹座320调整大小以接纳切缝材料钢坯310。压模机314关闭使得切缝材料钢坯310在角槽312的位置处的断裂受到控制。以此方式，切缝材料钢坯310断裂成设置在曲线凹座320内的多个材料段322。切缝材料钢坯310设置成使得角槽312朝凸出工具316开口使得断裂导致角槽312的相对面一起移动，由此将梯形材料段322紧密地封装在一起。虽然压模机314的凸出工具316和凹入工具318示为具有对应的弧形配置，但是应当理解的是，还预期工具的任何曲线形状。作为实例，凸出工具316和凹入工具318可以具有对应的抛物线形状、弧形端部，该端部之间具有线性部分；或波形(即，凸出曲线和凹入曲线邻接)。利用此类交替公开的设置，角槽312可以适当地设置在材料钢坯310的两侧上以提供紧密封装的材料段设置。

现在参考图5C，在凹座320处添加粘结剂330至压模机314以填充多个材料段322之间的开口间距332。粘结剂330可以是用于保持材料段322的曲线形状的任何粘结材料，诸如粘附剂、低温焊料、热固化材料、纯的或增强的热塑性塑料或纯的或增强的热固性材料。在粘结剂330在材料段322之间和/或周围硬化/固化之后，接着可以开启压模机314以移除曲线磁体334(参见图5D)。曲线磁体334在从压模机314中移除之后归因于粘结剂330将保持其形状。曲线磁体334可以插入至转子的表面中或贴附至该表面(如先前所述)或可在其它永磁体应用中使用。一旦固定在位置中，曲线磁体334可以利用稳态或脉冲型磁化器而磁化使得单个材料段322在整个曲线形状内具有受控的磁矩(例如，垂直于曲线的切线)。

如先前关于材料钢坯10所讨论，材料钢坯310可以由定向磁性材料构成，其中磁性对准方向垂直于钢坯310的扁平表面(例如，平行于切缝方向)。在形成曲线磁体之后，单个材料段322保持垂直于表面的对准方向，使得当被磁化时，曲线磁体具有随着沿着磁体的位置(即，垂直于局部表面)变化的磁矩方向。在空间上改变磁矩方向的能力提供了改进的马达效率。然而，应当注意的是，如果需要，起始钢坯可制造成具有不同的磁矩方向，且形成曲线磁体之后的单个段将保持该定向。另外，磁体也可以是各向同性的，这意味着其可在任何方向被磁化，且形成之后单个段的磁化方向将由磁化过程期间的磁场的空间分布和强度来限定。

现在参考图6A，提供了具有背衬垫438的切缝材料钢坯410的示意图。背衬垫438可为用于设计和尺寸灵活性的柔性背衬(例如，铝箔或与聚合物粘合的纤维)，并且可以在第一表面440上用粘附剂涂覆以将背衬垫438固定至材料钢坯410。背衬垫438的相对、非粘附剂表面442可涂覆有具有低表面能(例如，用于促进插入)或高表面能(例如，用于增加插入后的保持)的材料。背衬垫438在材料钢坯410插入压模机414内之前固定至该材料钢坯的一侧或两侧。材料钢坯410和压模机414类似于材料钢坯10和压模机14，且因而将使用相同的数字来描述相同部分。

现在参考图6B和6C，压模机414示为具有第一凸出工具416和对应的第二凹入工具418，其可移动以围绕切缝材料钢坯410关闭压模机414。凹座420调整大小以接纳组合的切缝材料钢坯410和背衬垫438。压模机414关闭使切缝材料钢坯410在切缝狭槽412的位置处的断裂受到控制以符合模具凹座420的曲线形状。以此方式，切缝材料钢坯410断裂成设置在曲线凹座420内的多个材料段422。

现在参考图6D，具有背衬垫438的曲线磁体434可归因于背衬垫438的结构挠曲为适当形状以便插入转子426。曲线磁体434可以插入至转子426中(如先前所述)或可在其它永磁体应用中使用。一旦固定在位置中，曲线磁体434可以利用稳态或脉冲型磁化器而磁化使得单个材料段422在整个曲线形状内具有受控的磁矩(例如，垂直于曲线的切线)。如可见，背衬垫438允许曲线磁体434移动而无需使用粘结剂，同时仍然维持磁体的完整性(即，无松开部分)。显而易见的是，粘结剂材料可在曲线磁体434设置于最终位置中之后添加以缓解可能出现的任何维度问题。另外，背衬垫438可用于在永磁体中产生“气隙”以克服包装约束和/或实现马达效率的提高，因为每个段的磁矩在整个曲线形状内可受到控制。

如先前关于材料钢坯10所讨论，材料钢坯410可以由定向磁性材料构成，其中磁性对准方向垂直于钢坯410的扁平表面(例如，平行于切缝方向)。在形成曲线磁体之后，单个材料段422保持垂直于表面的对准方向，使得当被磁化时，曲线磁体具有随着沿着磁体的位置(即，垂直于局部表面)变化的磁矩方向。在空间上改变磁矩方向的能力提供了改进的马达效率。然而，应当注意的是，如果需要，起始钢坯可制造成具有不同的磁矩方向，且形成曲线磁体之后的单个段将保持该定向。另外，磁体也可以是各向同性的，这意味着其可在任何方向被磁化，且形成之后单个段的磁化方向将由磁化过程期间的磁场的空间分布和强度来限定。

本文描述了本发明的实施例。本说明书在本质上仅仅是示例性的，且因此不脱离本发明的主旨的变化旨在属于本发明的范围。图式不一定按比例绘制；某些特征可以被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节并不解释为限制，而仅仅解释为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。如本领域一般技术人员将列及的是，参考任何一个图式说明并描述的各个特征可结合一个或多个其它图式中说明的特征以产生未明确说明或描述的实施例。所说明的特征组合提供用于各个应用的代表性实施例。然而，特定应用或实施方案可期望与本发明的教导一致的特征的各个组合和修改。

Claims (10)

1.一种制造曲线磁体的方法，其包括：

在材料钢坯中形成至少一个狭槽；

将所述槽形材料钢坯插入至具有曲线凹座的模具中；

围绕所述槽形材料钢坯关闭所述模具使得所述槽形材料钢坯符合所述曲线凹座并且形成曲线钢坯；

将所述曲线钢坯设置在结构中；以及

将设置在所述结构中的所述曲线钢坯磁化。

2.根据权利要求1所述的制造曲线磁体的方法，其进一步包括：

提供粘结剂至所述结构中的所述曲线钢坯以将所述曲线钢坯固定至所述结构。

3.根据权利要求2所述的制造曲线磁体的方法，其进一步包括：

将所述粘结剂固化在所述曲线钢坯内。

4.根据权利要求1所述的制造曲线磁体的方法，其中所述结构是永磁电机的转子。

5.根据权利要求1所述的制造曲线磁体的方法，其中所述至少一个狭槽是倾斜的且所述曲线钢坯限定多个梯形材料段。

6.根据权利要求1所述的制造曲线磁体的方法，其进一步包括：

在插入所述槽形材料钢坯之前将背衬插入至所述模具中；以及

将所述背衬粘合至所述曲线钢坯。

7.根据权利要求6所述的制造曲线磁体的方法，其中所述背衬是延性材料板。

8.根据权利要求6所述的制造曲线磁体的方法，其中多个背衬设置在所述模具的所述曲线凹座内。

9.根据权利要求6所述的制造曲线磁体的方法，其中所述背衬是柔性粘附剂垫。

10.根据权利要求9所述的制造曲线磁体的方法，其中所述粘附剂垫涂覆有具有不同于所述粘附剂垫的表面能的材料，且其中所述不同的表面能是用于促进所述曲线钢坯插入至所述结构中的较低表面能。