用于制造磁体的方法、磁体和电机与流程

本发明涉及磁体制造领域，并且更具体而言，涉及一种采用热挤压工艺来制造磁体的方法、根据该方法制造的磁体和包括该磁体的电机。

背景技术：

电机中常设置有永磁体，典型地为带有稀土元素成分的永磁体。根据制造方法的不同，常用的磁体可分为烧结磁体和粘结磁体。

烧结磁体通常可具有较好的性能，例如达到35mgoe以上的最大磁能积(bh)max和20koe以上的矫顽力。常规制造方法是先通过烧结工艺来制成简单形状的磁体，然后切割并研磨成期望的板形或弧形形状。然而，现有技术手段难以制造复杂形状的烧结磁体。由于烧结磁体中的各个小块磁体是分离的，故磁通量未能连续地分布，从而在电机运行时产生振动。尤其是在高速电机中，磁场的小扰动将导致转子产生显著的振动，从而影响电机的运行稳定性。此外，将磁体从块状切割成小块的板形或圆弧形导致了磁体的浪费，典型的烧结磁体的产出率为65%-80%，这意味着在机加工期间造成了20%-35%的材料浪费。另外，烧结小块磁体需要复杂的安装工艺，并且需要较多的安装工时。

粘结磁体可以制备成各种复杂形状的磁体，例如管形、环形等。但此类粘结磁体具有磁性能低的缺点，典型地具有15mgoe的最大磁能积和15koe的矫顽力，难以满足高性能电机的需要。

在现有技术中，常通过模压工艺来制造平板形的磁体，然后通过背挤压工艺来制成环形磁体。然而，采用现有技术制成的环形磁体的性能往往较低，典型地性能低于期望值(35mgoe以上的最大磁能积和20koe以上的矫顽力)，从而难以满足高性能电机的需要。

因此，所期望的是设计一种在制造磁体的同时降低材料浪费并提高磁体的性能的方法，以及一种用于制造磁体的装置。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种制造磁体的方法，本发明的另一个目的在于提供一种根据该方法制造的磁体和包括该磁体的电机。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种用于制造磁体的方法，其包括预成形工艺和热挤压工艺，其中，预成形工艺用于从适于形成磁体的原料形成具有预定形状的预成型体，并且热挤压工艺使用热挤压模具来将预成型体通过近净成形工艺成型为预定的形状；

其中，热挤压模具包括外模具和沿第一纵向轴线延伸的内模具；外模具中具有一端开口并沿第二纵向轴线延伸的空腔，空腔构造为能容纳预成形体和内模具的至少一部分，以便在外模具和内模具之间形成填充空间。

上述用于制造磁体的方法，其中，预成形工艺包括下列步骤：

a.1将适于形成磁体的原料加入预成形模具中；

a.2将预成形模具放入加热装置的内部，并且调整加热装置的内部的真空度至第一预定程度；

a.3对预成形模具进行加热，同时对预成形模具施加第一预定压力；

a.4将预成形模具加热到第一预定温度后，对预成形模具进行第一预定时间长度的保温处理；

a.5停止保温和施压，并在预成形模具降温至第二预定温度后释放预成形模具来获得预成形体；

并且热挤压工艺包括下列步骤：

b.1将预成形体置入热挤压模具，并放入炉的内部；

b.2调整炉的内部的真空度至第二预定程度并且加入保护气体；

b.3将预成形体加热至第三预定温度，并且对预成形体进行第二预定时间长度的保温处理；

b.4对预成形体进行热挤压，其中，施力装置从内模具的一端对预成形体施压，或者同时从内模具的一端及外模具的一端来对预成形体施压，使得内模具和外模具以第二预定压力来挤压位于外模具中的预成形体，以便预成形体变形并至少部分地填充了填充空间；

b.5停止保温和施压，并且在热挤压模具降温至第四预定温度后，释放热挤压模具来获得磁体。

上述用于制造磁体的方法，其中，预成形体的形状选自以下形状构成的集合：圆柱形、圆台、正多边形棱柱、不规则多边形棱柱。

上述用于制造磁体的方法，其中，外模具的空腔的纵向横截面为圆形、椭圆形、正多边形或不规则多边形。

上述用于制造磁体的方法，其中，内模具的纵向横截面为圆形、椭圆形、正多边形或不规则多边形。

上述用于制造磁体的方法，其中，适于形成磁体的原料为磁粉，并且保护气体为惰性气体。

一种磁体，其中，其根据上述用于制造磁体的方法来制造。

上述磁体，其中，磁体的纵向横截面的外轮廓为圆形、椭圆形、正多边形或不规则多边形。

上述磁体，其中，磁体的纵向横截面的内轮廓为圆形、椭圆形、正多边形或不规则多边形。

一种电机，其中，其包括上述磁体，并且磁体构造为环绕电机的转子枢轴。

本发明的有益效果在于：通过采用本发明的磁体制造方法能够采用近净成形工艺制造具有不规则横截面的磁体，其可在电机中取代粘结磁体，并且制备的磁体的性能与烧结磁体的性能相当，而优于常规粘结磁体。采用近净成形工艺制造的磁体可带有较少的材料浪费。采用该磁体的电机具有运行平稳、安装便利、成本低等优点。

附图说明

以下将接合附图和优选实施例来对本发明进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本发明范围的限定。此外，除非特别指出，附图仅是意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并且可能进行了夸张性显示，并且附图也并非一定是按比例绘制的。

图1是本发明的用于制造磁体的方法的一个实施例的流程图。

图2a是本发明的一个实施例的预成形模具的示意图。

图2b是本发明的一个实施例的预成形体的示意图。

图2c是本发明的一个实施例的热挤压模具的示意图。

图2d是根据本发明的一个实施例制成的磁体的示意图。

图3a是本发明的另一个实施例的处理过程中的热挤压模具的立体视图。

图3b是图3a中所示实施例的部分剖面视图。

图3c是图3a中所示实施例最后制成的磁体的示意图。

图4a是本发明的另一个实施例的处理过程中的热挤压模具的立体视图。

图4b是图4a中所示实施例的部分剖面视图。

图4c是图4a中所示实施例最后制成的磁体的示意图。

图5a是根据本发明的用于制造磁体的方法制成的磁体的细节的扫描电镜照片。

图5b是根据本发明的用于制造磁体的方法制成的磁体的细节的另一张扫描电镜照片。

图6a是含有根据本发明的用于制造磁体的方法制成的一种磁体的电机的示意性横截面视图。

图6b是含有根据本发明的用于制造磁体的方法制成的另一种磁体的电机的示意性横截面视图。

具体实施方式

以下将参考附图来详细描述本发明的优选实施例。本领域技术人员将领会的是，这些描述仅为描述性的、示例性的，并且不应被解释为限定了本发明的保护范围。

首先，需要说明的是，在本文中所提到的顶部、底部、朝上、朝下等方位用语是相对于各个附图中的方向来定义的，它们是相对的概念，并且因此能够根据其所处于的不同位置和不同的实用状态而变化。所以，不应将这些或其他方位用语理解为限制性用语。

此外，还应当指出的是，对于本文的实施例中描述或隐含的任意单个技术特征，或在附图中示出或隐含的任意单个技术特征，仍能够在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行组合，从而获得未在本文中直接提及的本发明的其他实施例。

此外，在不同的附图中，相同的参考标号表示相同或大致相同的部件。

本发明涉及一种用于制造磁体的方法，其包括预成形工艺和热挤压工艺，其中，预成形工艺用于从适于形成磁体的原料形成具有预定形状的预成型体，并且热挤压工艺使用热挤压模具来将预成型体通过近净成形工艺成型为预定的形状；

图1是本发明的用于制造磁体的方法的一个实施例的流程图。如图所示，本发明的用于制造磁体的方法主要包括预成形工艺a和热挤压工艺b两部分。

a.1将原料加入预成形模具10中。在本发明的一个实施例中，原料优选地为用于形成磁体的磁粉，例如，可商业地获得的mqu-f粉末。另外，预成形模具用于容纳磁粉的内腔可具有期望的形状，例如，直径为37.6mm的圆柱形，或也可为长方体形状，带有38mm×38mm的正方形横截面。

a.2将预成形模具10放入加热装置中，并且降低加热装置的真空度至第一预定程度；在本发明的一个实施例中，加热装置可为线圈感应式加热热压机，并且将热压机内的真空度降低至低于6×10^-2pa的第一预定程度。

a.3对预成形模具10进行加热并施压，直到压力增大到第一预定压力。在本发明的一个实施例中，预成形模具上的第一预定压力加大到不低于50mpa。

a.4在将预成形模具10加热到第一预定温度后进行保温处理，并且保温处理的时间具有第一预定时间长度。在本发明的一个实施例中，将预成形模具加热到670℃的第一预定温度，并且然后进行保温处理。

a.5停止加热和加压，并在预成形模具10降低至第二预定温度后释放预成形模具10来获得预成形体11；在本发明的一个实施例中，在温度下降到200℃的第二预定温度后取出预成形体11。

在获得预成形体之后，可将预成形体进行热挤压工艺b。热挤压工艺b优选地使用热挤压模具来进行。热挤压模具包括外模具和沿第一纵向轴线延伸的内模具；外模具中具有一端开口并沿第二纵向轴线延伸的空腔，空腔构造为能容纳预成形体和内模具的至少一部分，以便在外模具和内模具之间形成填充空间。

热挤压工艺b的具体步骤包括：

b.1将预成形体11置入热挤压模具，并放入炉的内部；

b.2降低炉的真空度至第二预定程度，并且加入保护气体。在本发明的一个实施例中，炉真空度降低至低于6×10^-1pa的第二预定程度，并且注入诸如氩气或其他惰性气体等保护气体。

b.3将预成型体11加热至第三预定温度，并且对预成形体11进行第二预定时间长度的保温处理。在本发明的一个实施例中，保温处理是在800℃-860℃的温度下进行的，并且保温处理的时间为3分钟。

b.4对预成形体11进行热挤压，其中，用施力装置来对内模具的一端施压，同时从内模具的一端及外模具的一端来对预成形体11施压，使得内模具和外模具以第二预定压力来挤压预成形体11，使预成形体变形并至少部分地填充入填充空间中。本领域技术人员将领会的是，通过改变外模具和内模具的形状，可构造不同形状的填充空间，从而使预成形体形成为不同形状的磁体。

b.5停止加热和施压，并且在热挤压模具降温至第四预定温度后，释放热挤压模具来获得磁体。在本发明的一个实施例中，在磁体降低到室温之后将其取出。

图2a是本发明的一个实施例的预成形模具的立体示图。具体而言，预成形模具10用于在预成形工艺(a)中使用。预成形模具10优选地为大致圆柱形的形状，并且其顶部表面上带有圆柱形的凹部101。

图2b是本发明的一个实施例的预成形体的立体示图。具体而言，图2b图示了根据本发明的一个实施例的预成形工艺(a)制成的预成形体11，其优选地具有大致圆柱形的形状。然而，本领域技术人员将领会的是，预成形体11也可具有其他形状，包括但不限于圆柱形、圆台、正多边形棱柱、不规则多边形棱柱等。

图2c是本发明的一个实施例的热挤压模具的立体示图。具体而言，热挤压模具20包括外模具23和沿第一纵向轴线延伸的内模具21。在图示的实施例中，内模具21大致为长方体的形状。此外，外模具23中设置有一端开口并且沿第二纵向轴线延伸的空腔，空腔构造为能够容纳预成型体11，并且内模具21能够放置到空腔中，以使得空腔容纳预成型体11和内模具31的至少一部分。在外模具23与内模具21之间形成填充空间22。

此外，外模具的空腔的纵向横截面并非一定为图示的形状，而是可为圆形、椭圆形、正多边形或不规则多边形等。并且内模具的纵向横截面可为圆形、椭圆形、正多边形或不规则多边形等。

图2d是根据本发明的一个实施例制成的磁体的立体示图。具体而言，磁体220构造为管状形状，带有大致矩形或正方形的横截面。在图示的优选实施例中，磁体220的各个端部构造为具有圆角形状。

在根据本发明的一个优选实施例制成的磁体中，磁体构造为大致管形，并且具有35mm的高度。如图所示，磁体的横截面大致为38.1mm×38.1mm的正方形，并且管形磁体的厚度为3mm。

图3a是本发明的另一个实施例的处理过程中的热挤压模具的立体视图。具体而言，图3a图示了热挤压模具30的一个实施例。其中，热挤压模具30包括内模具31和外模具33。外模具33中设置有一端开口并且沿纵向轴线延伸的空腔，空腔构造为能够容纳预成型体11，并且内模具31能够放置到空腔中，以使得空腔容纳预成型体11和内模具31的至少一部分。在外模具33与内模具31之间形成填充空间32。

图3b是图3a中所示实施例的部分剖面视图。具体而言，图3b显示了在热挤压工艺(b)的步骤b.4中的热挤压模具30的一个实施例的部分剖面。其中，在热挤压模具30中，大致长方形或正方形的预成形体11设置于外模具33之内的填充空间32中，并且内模具31在液压装置(未示出)的作用下朝下挤压预成形体11，或内模具31和外模具33同时在液压装置的作用下共同挤压预成形体11。预成形体11可为已经在低真空度下经历了加热处理和保温处理而变为塑性且可受压变形的。因此，预成形体11在来自内模具31的压力作用下将趋向至少部分地填充在内模具31和外模具33之间的填充空间32，以形成期望的管形形状。

图3c是图3a中所示实施例制成的磁体的示意图。如图所示，虚线代表的是在此视图中不能直接观察到的磁体的轮廓。磁体320由预成形体11在内模具31和外模具33的挤压下成形。磁体320优选地形成为两端带有开口的长形管状磁体，并且在两端的开口之间形成带有内表面的空腔，以使得磁体320的两端连通。优选地，磁体320在纵向横截面上具有大致正方形的内轮廓和外轮廓。

图4a是本发明的另一个实施例的处理过程中的热挤压模具的立体视图。具体而言，图4a图示了热挤压模具40。其中，热挤压模具40包括内模具41和外模具43。外模具43中设置有一端开口并且沿纵向轴线延伸的空腔，空腔构造为能够容纳预成型体11，并且内模具41能够放置到空腔中，以使得空腔容纳预成型体11和内模具41的至少一部分。在外模具43与内模具41之间形成填充空间42。

图4b是图4a中所示实施例的部分剖面视图。具体而言，图4b显示了在热挤压工艺(b)的步骤b.4中的热挤压模具40的一个实施例的部分剖面。其中，在热挤压模具40中，径向横截面为大致六边形的预成形体11设置于填充空间42中，并且内模具41在液压装置(未示出)的作用下朝下挤压预成形体11，或内模具41和外模具43同时在液压装置的作用下共同挤压预成形体11。预成形体42可为已经在低真空度下经历了加热处理和保温处理而变为塑性且可受压变形的。因此，预成形体11在来自内模具41和外模具43的压力作用下将趋向至少部分地填充在内模具41和外模具43之间的填充空间42，以形成期望的管形形状。

图4c是图4a中所示实施例制成的磁体的示意图。如图所示，虚线代表的是在此视图中不能直接观察到的磁体的轮廓。磁体420由预成形体11在内模具41和外模具43的挤压下成形。磁体420优选地形成为两端带有开口的长形管状磁体，并且在两端的开口之间形成带有内表面的空腔，以使得磁体420的两端连通。优选地，磁体420在纵向横截面上具有大致正六边形的内轮廓和外轮廓。

本领域技术人员将领会的是，内模具和外模具也可根据实际需求而采用不同的形状，从而制成具有不同横截面形状的磁体。这些磁体的纵向横截面的内轮廓和外轮廓可为圆形、椭圆形、正多边形或不规则多边形等。

图5a是根据本发明的用于制造磁体的方法制成的磁体的细节的扫描电镜照片，并且图5b是根据本发明的用于制造磁体的方法制成的磁体的细节的另一张扫描电镜照片。根据对本发明的一个优选实施例制成的磁体进行的微结构分析，磁体的晶粒结构良好地形成。此外，通过磁滞测试仪对磁体进行的测试表明，磁体的剩余磁感应强度br是均质地分布的。这符合期望的特性要求。

图6a是含有根据本发明的用于制造磁体的方法制成的磁体的电机的示意性横截面视图。其中，电机转子铁芯52围绕枢轴51设置，并且如本发明的磁体53设置在电机转子铁芯52中作为永磁体。磁体53优选地也围绕转子枢轴51设置。在图6a中所示的实施例中，磁体53在纵向横截面上具有正方形的内轮廓和外轮廓。

图6b是含有根据本发明的用于制造磁体的方法制成的另一种磁体的电机的示意性横截面视图。其中，电机转子铁芯62围绕枢轴61设置，并且如本发明的磁体63设置在电机转子铁芯62中作为永磁体。磁体63优选地也围绕转子枢轴61设置。在图6b中所示的实施例中，磁体63在纵向横截面上具有不规则多边形的内轮廓和外轮廓。

本领域技术人员可领会的是，本发明的用于制造磁体的方法能够在一定的温度和压力范围内使用。除了上文已描述的温度和压力之外，本发明的用于制造磁体的方法还可在600℃至950℃之间的温度下进行预成形工艺的加热和/或热挤压工艺的加热，并且液压系统对内模具施加的压力范围可为在20mpa至150mpa之间。

本领域技术人员还将领会的是，本发明的用于制造磁体的方法适于采用在上述温度和压力范围内的任何合适的材料来制备磁体，包括但不限于制备带有稀土元素的永磁体等。

通过采用本发明的用于制造磁体的方法能够采用近净成形工艺制造具有不规则横截面的磁体，其可在电机中取代粘结磁体，并且制备的磁体的性能与烧结磁体的性能相当，而优于常规粘结磁体。由于采用了近净成形工艺，制造磁体的过程可带有较少的材料浪费，例如，用于制备磁体的材料的使用率可高达90%以上。采用该磁体的电机具有运行平稳、安装便利、成本低等优点。

根据本发明的用于制造磁体的方法制造的磁体优选地可在诸多电机应用中使用，包括但不限于家用电机、风力发电机等。根据本发明的电机可在电动车辆和混合动力车辆上使用，还可应用于车辆的电机助力转向系统(eps)和动力工具中。

本说明书参考附图来公开本发明，并且还使本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统、选用合适的材料以及使用任何结合的方法。本发明的范围由请求保护的技术方案限定，并且包含本领域技术人员想到的其他示例。只要此类其他示例包括并非不同于请求保护的技术方案字面语言的结构元件，或此类其他示例包含与请求保护的技术方案的字面语言没有实质性区别的等价结构元件，则此类其他示例应当视为处于由本发明的权利要求书请求保护的技术方案所确定的保护范围内。