專利名稱：用于生產(chǎn)具有磁性取向的馬達磁芯元件的方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及在電磁裝置例如電馬達中使用的部件，并且涉及生 產(chǎn)具有所需磁性取向和得到改進的導磁性的部件的方法。
背景技術：
電馬達中通常包括定子和轉子。定子一般是固定不動的，而轉子相對于定子進行轉動。在交流("AC")馬達中，定子中包括載有電流的 部件，所述部件產(chǎn)生磁場從而與轉子相互作用。由所述定子產(chǎn)生的場推 進轉子或者使轉子相對于定子進行轉動。在絕大多數(shù)情況下，定子或轉子中的每一個包括由可磁化材料制成 的磁芯，且因此，能夠容易地沿預定路徑發(fā)射磁場或磁通，以便馬達進 行工作。該磁芯一般由被沖壓成多塊具有適當形狀的迭片結構的金屬薄 板制成。所述迭片結構一般是扁平的且呈圓形，且?guī)в卸鄠€自護鐵環(huán)向 內(nèi)或向外進行延伸的齒。然后，這些扁平的迭片結構^f皮堆疊在一起并且 彼此被結合在一起從而形成定子和/或轉子的磁芯。接下來，磁芯被制 成可被磁場進行磁化的，/人而在其中形成所需的路徑取向。該磁場可交 替變化或者可相對于磁芯產(chǎn)生移動，由此產(chǎn)生旋轉和轉矩。在一些實例 中，在磁芯的構造和處理過程中，金屬薄板可被制成是可磁化的，從而 提供用于磁通的所需的預定路徑。另一種可選方式是，所述薄板按照特 定方式進行軋制，從而使得所述磁通路徑沿所需取向進行設置。當由薄片迭成的定子磁芯大體上是從使用觀點進行設計的時，所述 定子磁芯可能不會被用在一些空間有限的馬達設計中。具體而言，當較 短的堆疊在一起的磁芯由迭片結構制造成時，與相對更長的堆疊在一起 的磁芯相比，較短的堆疊在一起的磁芯產(chǎn)生更小的功率，同時需要相似 數(shù)量的導線繞組。因此，結合了較短的堆疊在一起的^f茲芯的這些馬達的 工作效率可能相對較差。為了提高工作效率，可能需要使用附加部件。 然而，所述附加部件可能會所不希望地增大了馬達的重量和成本。另外， 由軋制薄板制造具有迭片結構的定子磁芯將定子或轉子的構型限制成圓柱體，由此進一步限制了定子或轉子可在其中進行實施的空間的尺寸 和形狀。另外，在一些情況下，對具有迭片結構的定子磁芯進行磁化從 而形成用于磁通的所需的預定路徑可能是相對困難的。因此，所需的是一種相對簡單的制造可磁化i茲芯的方法。所述可磁 化磁芯需要在更長的馬達中以與在更短的馬達中一樣高效地進行工作， 而不需要使用附加部件。另外，所述可磁化磁芯所希望的是能夠被實施 在任何馬達設計中，而與形狀和尺寸限制因素無關。此外，通過下面的 詳細描述和所附權利要求書并結合附圖以及前文中的技術領域和背景 技術部分，本領域的技術人員易于理解本發(fā)明的其它所希望的特征和特 性。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)在電馬達中使用的可磁化磁芯部件的方法。該方法包括由粉末狀的金屬-陶資復合材料成形出生坯本體(green body)。該方法還包^"對生坯本體進^f亍加熱/人而成形出》茲芯。該方法還 包括對磁芯施加磁場從而在磁芯中產(chǎn)生具有預定取向的路徑，其中所述 路徑;故構造以允許》茲通沿所述路徑進4于流動。本發(fā)明還提供了 一種可磁化》茲芯部件。所述可i茲化磁芯部件采用 以下方法生產(chǎn)出，所述方法進一步包括以下步驟由粉末狀的金屬-陶 瓷復合材料成形出生坯本體；對生坯本體進行加熱從而成形出磁芯；對 磁芯施加磁場從而在磁芯中產(chǎn)生具有預定取向的路徑，其中所述路徑被 構造以允許f茲通沿所述路徑進4亍流動。


下面，結合附圖對本發(fā)明進行描述。在附圖中，使用相似的附圖標 號表示相似的零件。圖l是一種典型的交流("AC")馬達的簡明透視圖；圖2是一種典型的可以實施在圖1所示的馬達中的定子磁芯的端賴L圖；圖3是用于生產(chǎn)可以實施在圖1所示的馬達中的可i茲化磁芯部件的 方法的流程圖；圖4是在圖3所示的方法步驟過程中能夠被生產(chǎn)出的定子磁芯的一個典型的部分；圖5示出了在圖3所示的方法中可使用的被設置在磁芯內(nèi)的一種典 型的經(jīng)過簡化的磁化裝置；和圖6示出了在圖3所示的方法中可使用的其中具有磁芯部分的另一 種典型的經(jīng)過簡化的磁化裝置。
具體實施方式
下文中的具體描述在本質上僅是示例性的，且不是旨在限制本發(fā) 明或本申請和本發(fā)明的應用。雖然已經(jīng)結合在馬達中的實施情況對本發(fā)明進行了描述，但是應該意識到本發(fā)明總體上可適用于電磁體且 可被結合在包括磁芯的任何部件中。另外，本發(fā)明不是旨在受到前文 中的技術領域、背景技術、發(fā)明內(nèi)容或下文中的具體實施方式
中所表 示出或暗示出的理論的束縛限制。圖l是交流("AC")馬達100的簡明透視圖。馬達100包括外殼 102、定子104和轉子106。定子104被設置在外殼102內(nèi)且包括定子i茲 芯108和繞組110。如圖2中更加清晰地示出的定子^茲芯108包4舌具有 限定出通路114的內(nèi)表面112的護鐵環(huán)111。內(nèi)表面112包括沿徑向延 伸進入到通路114中的齒118。回到圖1,與電源(圖中未示出)電連 通的繞組110被纏繞在齒118上面。轉子1 06被設置在定子磁芯通路114 內(nèi)并且被裝配到軸桿120上面。在工作過程中，流動通過繞組110的電 流致使定子磁芯108產(chǎn)生具有一條或更多條預定路徑的磁場，磁通可沿 所述預定路徑進行傳導。所述路徑可被設置呈預定取向。例如，在一個 實施例中， 一條預定路徑可自轉子106延伸穿過部分通路114通過圍繞 一部分護^^環(huán)111的定子^f茲芯上的一些齒118進入到定子》茲芯108中， 且通過定子磁芯上的其它齒118中的一個或多個導出定子磁芯108。該 磁場致使轉子106相對于定子磁芯108進行轉動。雖然可以采用多種常規(guī)工藝中的任何一種生產(chǎn)定子104和轉子 106,但是圖3中示出了一種典型的方法。在該方法300中，金屬-陶瓷 粉末首先被成形為生坯，即步驟310中的未經(jīng)焙燒的本體。金屬-陶瓷 粉末可以是至少包括金屬和陶瓷的且可被成形為具有所需磁性取向的 實心部件的多種適當材料中的任何一種。適合的材料包括，但不限于，涂覆有陶瓷材料例如橄欖石(如鎂橄欖石)的鐵硅粉末。橄欖石是在工藝處理過程中通過鐵硅鋼與氧化鎂之間的反應而形成的復合氧化物?？墒褂枚喾N常規(guī)工藝方法中的任何一種成形出生坯本體。在一個實例中，金屬-陶瓷粉末首先被放置在具有與轉子106、定子磁芯108、或 者轉子106或定子磁芯108的一部分互補的一定形狀的容器中，參見步 驟312。圖4中示出了一種典型的磁芯部分400。這里，定子磁芯部分 400被成形以包括護鐵環(huán)111的一部分和一個或多個齒404。在將粉末 設置在具有適當形狀的容器中之后，該容器產(chǎn)生振動從而使其內(nèi)的粉末 密實化，參見步驟314。接下來，對所述粉末進行機械加壓，參見步驟 316。結杲是，粉末自身結合在一起并且呈現(xiàn)容器形狀，由此形成生坯 本體，參見步驟318。在容器被成形從而與定子磁芯108或轉子106的 一部分形成互補的實施例中，重復進4亍步驟312、 314、 316和318直至 成形出用于制造完整的定子磁芯108或轉子106所需的適當數(shù)量的生坯 本體，參見步驟320。接下來，生坯本體^皮加熱達到預定溫度從而成形出石茲芯或其一部 分，參見步驟330?？梢允褂萌魏芜m合的加熱工藝。在一個典型的實施 例中，生坯本體被放置在烘箱中并且受到加熱，參見步驟332。在另一 個典型的實施例中，生坯本體被設置在能夠產(chǎn)生快速交變的磁場的磁性 夾具例如電磁體附近，參見步驟334。生坯本體中的金屬與交變磁場發(fā) 生反應，由此升高了生坯本體的溫度。所述預定溫度大體上等于或低于金屬-陶瓷粉末中的金屬失去了產(chǎn) 生磁化的能力時所處的溫度。在金屬-陶瓷粉末中包含鐵或順磁性材料 的實施例中，所述預定溫度為大小大體上等于或低于鐵或順磁性材料的 居里溫度的溫度。在一些實施例中，所述預定溫度可以是居里溫度。在 其它一些實施例中，所述預定溫度可以大體上低于居里溫度，而同時依 然會允許鐵內(nèi)的磁性結構形成完全重新排列。重新排列由來自溫度和外 加磁場的能量組合產(chǎn)生。在步驟31(H皮用以制造出多個》茲芯部分的實施 例中，參見步驟335,該步驟還可^:用以將多個磁芯部分結合在一起， 從而形成完整的定子磁芯或轉子，參見步驟336。在該實施例中，所述預定溫度可以是略低于金屬-陶瓷粉末中的金屬失去了產(chǎn)生磁化的能力 時所處的溫度且高于金屬-陶瓷材料中的陶瓷的燒結溫度的溫度。隨后，磁芯(或者i茲芯的任何部分)受到i茲場作用，從而形成其內(nèi) 具有沿預定取向的路徑的可磁化的》茲芯部件，其中所述路徑被構造以允許磁通沿所述路徑進行流動，參見步驟350。該步驟致佳 磁芯金屬內(nèi)的 i茲性結構沿預定取向重新排列，由此形成所需路徑。該步驟可在步驟330 之后或與步驟330結合在一起執(zhí)行，且該步驟至少在磁芯冷卻至低于預 定溫度的一定溫度下時被執(zhí)行。在一些實施例中，施加磁場直至磁芯冷 卻至室溫?？梢允褂萌魏文軌虍a(chǎn)生磁場的磁性夾具，所述磁性夾具發(fā)出順著沿 預定路徑取向進行定向的路徑流動的》茲力線?？梢圆糠?也基于整個i茲芯 或者一部分磁芯是否要進行磁化而選擇特定的磁性夾具。在一個實例 中，使用了電磁體，參見步驟352。圖5示出了對整個》茲芯5 02進行》茲 化的一種典型的電磁，例如磁性夾具500的端視圖。磁性夾具500被設 置在通路504內(nèi)，所述通路504延伸穿過磁芯502且被構造用以產(chǎn)生磁 場512,所述磁場的場強度等于或大于從磁芯502中發(fā)出的磁場的場強 度。磁性夾具500包括勵》茲磁芯506和繞組508。為了產(chǎn)生所需大小的 磁通，勵磁磁芯506可由可被相對昂貴地加入到馬達磁芯元件中的專門 的材料制成，如基于鎳或鈷的磁性合金。被纏繞在勵磁磁芯5 06周圍的 繞組508與電源(圖中未示出)電連通，從而使得當功率被供應給繞組 508時，電流流過繞組從而產(chǎn)生磁場512。磁場512沿在預定取向上進 行流動的磁力線514從北極向南極流動。磁芯506材料的適當部分與磁 力線514排列對齊，從而在其中產(chǎn)生具有預定取向的路徑516。圖6示出了對磁芯部分602進行i茲化的一種典型的磁性夾具600。 磁性夾具600為包括磁芯604和圍繞磁芯進行設置的繞組6 06的電磁體。 磁芯部分602 一皮放置在磁性夾具600附近且受到由磁性夾具產(chǎn)生的i茲場 608的作用。磁場608沿在預定取向上進行流動的致橫J茲芯部分602的 材料在其中產(chǎn)生具有預定取向的路徑的磁力線610進行流動。例如，如 圖6所示，可形成所述路徑，從而使得磁通受到引導從而沿第一方向612 流動通過至少一個齒404且沿與所述第一方向612大體上垂直的第二方 向614流動通過護鐵環(huán)部分402。雖然以上實例對電磁體的應用進行了 描述，但是也可以備選使用其它類型的磁體，例如永磁體，參見步驟354。 在一些實施例中，在上面的步驟330中所^吏用的用以對生坯本體進4亍加 熱的磁性夾具可在該步驟即步驟356中得到使用。在磁芯部分受到》茲化的多個實施例中(參見步驟357 ),磁芯部分 隨后被結合從而形成完整的定子磁芯或轉子，參見步驟358?？梢圆捎枚喾N常規(guī)結合工藝中的任何一種。例如，磁芯部分可祐:放置在彼此相鄰 的位置處并且受到加熱，或者可使用適當?shù)恼辰Y劑以將多個磁芯部分結 合在一起。在成形出磁性磁芯之后，該磁性磁芯可被用在電馬達的生產(chǎn) 工藝中，或者另一種可選方式是，該磁性磁芯可>^皮改裝在現(xiàn)有的電馬達中，參見步驟370。雖然在前面的說明書中已對至少一個典型實施例進行了描述，但是應該意識到本發(fā)明存在多種變型。還應該意識到所述一個或多個典 型實施例僅為實例，且不是旨在以任何方式對本發(fā)明的范圍、適用性、 或構造進行限制。然而，前面的說明書會為本領域的技術人員提供用于 實施所述一個或多個典型實施例的便利的路線圖。應該理解在不偏離 由所附權利要求書和其法定等效方式限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可 在元件的功能和布置方面作出多種變化。
權利要求
1、一種生產(chǎn)在電磁裝置中使用的可磁化磁芯部件的方法，所述方法包括以下步驟由粉末狀的金屬-陶瓷復合材料成形出生坯本體；對生坯本體進行加熱從而成形出磁芯；以及對磁芯施加磁場從而制造出具有沿預定取向的路徑的可磁化磁芯部件，所述路徑被構造以允許磁通沿所述路徑進行流動。
2、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述對生坯本體進行加熱的 步驟與對磁芯施加i茲場的步驟是同時進行的。
3、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述粉末狀的金屬-陶瓷復合材料包括金屬材料且所述金屬材料具 有居里溫度；所述加熱的步驟包括將磁芯加熱至低于居里溫度的預定溫度；并且 所述施加i茲場的步驟包括在將i茲芯冷卻至j氐于預定溫度的一定溫 度的同時施加》茲場。
4、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述加熱的步驟包括使生坯 本體經(jīng)受由電磁體產(chǎn)生的交變磁場。
5、 根據(jù)權利要求4所述的方法，其中所述施加磁場的步驟包括使 磁芯暴露于由電磁體產(chǎn)生的磁場中。
6、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述形成生坯本體的步驟包 括由包含涂覆有陶瓷材料的鐵的粉末成形出生坯本體。
7、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述可磁化磁芯部件^皮構造 以在電馬達中被用作定子的一部分且包括護鐵和至少一個沿徑向從護 鐵向內(nèi)進行延伸的齒，所述方法進一步包括以下步驟成形出可磁化i茲芯部件的一部分，所述可》茲化i茲芯部件部分包括至 少一個齒和護4失的一部分；以及冷卻可i茲化A茲芯部件部分并且向所述可i茲化i茲芯部件部分施加i茲 場，從而使得磁通沿第 一方向流動通過至少 一個齒且沿與所述第 一方向 大體上垂直的第二方向流動通過護4^部分。
8、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中每一個磁芯包括所述可磁化 》茲芯部件的一部分并且所述方法進一步包括以下步驟重復進行成形、加熱和施加的步驟，從而成形出多個磁芯部分；并且將磁芯部分結合在 一起從而成形出可》茲化i茲芯部件。
9、 根據(jù)權利要求8所述的方法，其中所迷將磁芯部分結合在一起 的步驟與所述加熱的步驟是結合在一起進行的。
10、 根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括 才丸行在單個裝置上進行加熱和進行施加的步驟。
11、 一種生產(chǎn)可;茲化i茲芯部件的方法，所述方法包^"以下步驟 由具有居里溫度的鐵-陶瓷復合材料粉末成形出多個生坯本體； 同時將所述多個生坯本體加熱至低于居里溫度的第一預定溫度并且將所述多個生坯本體中的至少兩個;f皮此結合在一起乂人而產(chǎn)生》茲芯；以 及對磁芯施加磁場從而制造出具有沿預定取向的路徑的可磁化磁芯 部件，所述路徑被構造以允許磁通沿所述路徑進行流動。
12、 根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述施加磁場的步驟包括在將磁芯冷卻至低于居里溫度的第二預 定溫度的同時施加》茲場。
13、 根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述同時進行加熱的步驟 包括使生坯本體經(jīng)受由電磁體產(chǎn)生的交變磁場。
14、 根據(jù)權利要求13所述的方法，其中所述施加》茲場的步驟包括 使磁芯暴露于由電i茲體產(chǎn)生的磁場中。
15、 根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述可磁化磁芯部件被構 造以在電馬達中被用作定子的一部分且包括護鐵和至少一個沿徑向從 護鐵向內(nèi)進行延伸的齒，并且所述多個生坯本體分別包括可^f茲化磁芯部 件的一部分，且所述方法進一步包括以下步驟成形出包括至少一個齒和護鐵的一部分的至少一個生坯本體； 在施加磁場的步驟中冷卻所述至少一個生坯本體從而成形出至少一個》茲芯部分；以及對至少 一個磁芯部分施加磁場，從而使得磁通沿第 一方向流動通過至少一個齒且沿與所述第一方向大體上垂直的第二方向流動通過護鐵部分。
16、 一種采用以下方法生產(chǎn)出的可i茲化》茲芯部件，所述方法包4舌以 下步驟由粉末狀的金屬-陶瓷復合材料成形出生坯本體； 對生坯本體進行加熱從而成形出磁芯；以及對磁芯施加磁場從而制造出具有沿預定取向的路徑的可磁化磁芯 部件，所述路徑;故構造以允許磁通沿所述路徑進行流動。
17、 才艮據(jù)權利要求16所述的可磁化i茲芯部件，所述可i茲化i茲芯部 件被構造以在電馬達中被用作定子的一部分且進一步包括護鐵和至少 一個沿徑向從護鐵向內(nèi)進行延伸的齒，所述生坯本體包括可磁化磁芯部 件的一部分，且所述可磁化磁芯部件采用以下方法生產(chǎn)出，所述方法進 一步包"l舌以下步驟成形出包括至少一個齒和護鐵的一部分的生坯本體； 在施加磁場的步驟中冷卻所述生坯本體從而成形出磁芯部分；以及 對磁芯部分施加磁場，從而使得磁通沿第 一方向流動通過至少 一個 齒且沿與所述第一方向大體上垂直的第二方向流動通過護鐵部分。
18、 根據(jù)權利要求16所述的可磁化磁芯部件，其中 所述粉末狀的金屬-陶瓷復合材料具有居里溫度； 所述加熱的步驟包括將磁芯加熱至低于居里溫度的預定溫度；并且 所述施加^f茲場的步驟包括在將i茲芯冷卻至j氐于預定溫度的一定溫度的同時施加/磁場。
全文摘要
本發(fā)明提供了生產(chǎn)具有磁性取向的馬達磁芯元件的方法。該方法包括由粉末狀的金屬-陶瓷復合材料成形出生坯本體。該方法還包括對生坯本體進行加熱從而成形出磁芯。該方法還包括對磁芯施加磁場從而產(chǎn)生沿預定取向的路徑，其中所述路徑被構造以允許磁通沿所述路徑進行流動。本發(fā)明還提供了一種具有磁性取向的馬達磁芯元件。
文檔編號H02K1/00GK101266867SQ20081000379
公開日2008年9月17日 申請日期2008年1月23日 優(yōu)先權日2007年1月23日
發(fā)明者A·G·霍爾姆斯 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司