增强的磁体的制作方法
【专利说明】増强的磁体
[0001]本申请是申请日为2011年9月2日、申请号为201180045662.5、发明名称为“增强的磁体”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及增强的磁体，其适用于，但不限于使用在电机的转子中。
【背景技术】
[0003]电机的转子可包括磁体，该磁体具有孔，轴穿过所述孔被固定。当转子旋转时，径向力加于磁体。遗憾的是，大部分磁体相对较脆，并且如果经受过大的拉伸应力将断裂。因此，电机的速度可能受磁体的抗拉强度限制。
【发明内容】
[0004]在第一方面，本发明提供一种磁体，该磁铁包括复合本体和嵌入在在该本体中的至少一个增强元件，该增强元件围绕所述本体中的孔。
[0005]增强元件的径向刚度和径向抗拉强度比复合本体的更大，因而用于抵抗本体内产生的径向和周向应力。因此，磁体能够以更高的速度旋转而不发生复合本体的断裂。
[0006]传统的具有固定到轴的磁体的转子可包括外部套管，外部套管对磁体施加压缩力。但是，合成应力可能使磁体蠕变。结果，压缩力的大小可随着时间减小。逐渐地，压缩力可能不足以抵抗作用在磁体上的径向力，因而磁体可能断裂。通过在复合本体中嵌入增强元件，获得增强的磁体而无需对磁体预加应力。因此，磁体抵抗径向力的能力不随着时间而减小。
[0007]增强元件可以是线圈和垫圈之一。如果磁体处于旋转磁场(例如来自电机的转子)下，则可能在由电导体形成的增强元件中产生涡流。涡流往往在平行于旋转轴的回路中流动。为螺旋状或平直环中任一种的增强元件沿轴向不包括任何连续通路。因此在增强元件中感应出的任何涡流将相对较小。
[0008]增强元件可沿径向，即沿垂直于孔的纵轴的方向最厚。结果，增强元件具有提高的径向刚度。另外，增强元件的轴向厚度可保持相对小，而不折损径向刚度。于是更多的增强元件可嵌入在复合本体中。替代地，如果增强元件为线圈，则可采用更多匝。而且，较大的接合面形成在增强元件和复合本体之间。结果，拉伸应力可更好地从复合本体传递到增强元件。
[0009]增强元件可与孔相邻设置，这也就是说复合本体和增强元件的内径大约相同。当磁体旋转时，拉伸应力在孔处最大。通过将增强元件与孔相邻设置，增强元件能够更好地抵抗拉伸应力最大处的拉伸应力。
[0010]增强元件可包括在复合本体的相对端部之间延伸的线圈。替代地，磁体可包括沿复合本体的长度轴向地间隔开的多个垫圈。结果，一个或多个增强元件用于沿复合本体的长度抵抗径向和周向应力。
[0011]增强元件可包括由带形成的线圈。线圈因而沿垂直于线圈的纵轴的方向最厚。结果，线圈的轴向厚度可保持相对小，而不折损径向刚度。而且，较大的接合面形成在线圈和复合本体之间。
[0012]磁体可在使用和/或制造过程中遭受热膨胀和收缩。复合本体和增强元件的热膨胀系数可导致在复合本体中形成低密度区域，这可能使磁体的抗拉强度变弱。因此增强元件可具有不大于复合本体的热膨胀系数的两倍的热膨胀系数。
[0013]增强元件可由金属或预浸渍材料(pre-preg material)形成，这两者通常都具有相对高的刚度和抗拉强度，并且往往与大部分磁性复合物形成良好结合。
[0014]在第二方面，本发明提供一种转子，该转子包括轴，所述轴布置在如前述自然段中任一段所述的磁体的孔中。
[0015]增强元件用于抵抗由于转子旋转产生的径向和周向应力。结果，可能具有更高的旋转速度而不发生磁体断裂。
[0016]在第三方面，本发明提供一种制造磁体的方法，所述方法包括提供具有销的模具；将增强元件放置到销上；将包覆粘结剂的磁性粉末引入到模具中；和压缩粉末和增强元件。
[0017]因此获得包括其中嵌入有增强元件的复合本体的磁体。销用于在复合本体中形成孔。通过将增强元件放置在销上，使增强元件围绕复合本体中的孔。
[0018]增强元件可包括线圈和垫圈之一。通过采用在磁性粉末压实过程中压缩的线圈，可获得具有沿磁体整个长度延伸的增强元件的磁体。类似地，通过采用沿销由磁性粉末轴向地间隔开的垫圈，可获得具有沿磁体的长度嵌入的增强元件的磁体。
[0019]增强元件可包括由带形成的线圈，该线圈沿垂直于线圈的纵轴的方向最厚。带提供较大的表面积，粘结剂可在该较大的表面积上结合到线圈。另外，可使用具有相对弱压缩强度的线圈而不折损径向刚度。线圈因此不影响形成磁体所需的压缩力。另外，当磁体从模具移除时，线圈的回复力相对较弱，并且因而具有相对小的内部轴向应力。
[0020]在第四方面，本发明提供一种制造磁体的方法，该方法包括:将垫圈设置在一对环状磁体之间，垫圈和环状磁体中的至少一个具有可固化粘结剂；和将粘结剂固化。
[0021]因此获得包括具有其中嵌入垫圈的复合本体的整体磁体。比环状磁体具有更大径向刚度和径向抗拉强度的垫圈用于抵抗作用在复合本体上的径向和周向应力。
[0022]垫圈可由预浸渍材料，即使用粘结剂浸渍的增强纤维复合物形成。预浸渍材料通常具有相对高的刚度和抗拉强度。另外，预浸渍材料的粘结剂通常较黏。因此，垫圈可设置在环状磁体之间，以形成可方便地移动到加热炉或类似物来将粘结剂固化的组件。
[0023]该方法可包括提供多个环状磁体，和将垫圈设置在每一对环状磁体之间。结果，可获得较长的增强的磁体。
【附图说明】
[0024]为了使本发明更易于理解，现在将参照附图以示例的方式描述本发明的实施例，附图中:
[0025]图1是根据本发明的磁体的剖视图；
[0026]图2示出磁体制造中的多个步骤；
[0027]图3是根据本发明的又一个磁体的剖视图；和
[0028]图4示出所述又一个磁体的制造中的多个步骤。
【具体实施方式】
[0029]图1的磁体I包括具有嵌入其中的线圈3的复合本体2。
[0030]复合本体2为圆柱状，并且包括中心孔4，中心孔4从第一端部5到第二端部6延伸穿过本体2。复合本体2由磁性粉末7和粘结剂8形成。
[0031]线圈3为螺旋状，并且由带形成，该线圈3沿径向，即沿垂直于线圈3的纵轴的方向最厚。线圈3嵌入在复合本体2内，并且由粘结剂8结合到本体2。线圈3沿复合本体2的整个长度从第一端部5延伸到第二端部6。线圈3围绕孔4并且与孔4同轴。而且，复合本体2和线圈3的内径大约相同，以使线圈3与孔4相邻设置。
[0032]磁体I可形成电机的转子的一部分。特别地，轴可例如通过粘合剂固定到孔4内。当转子旋转时，径向力沿径向和周向施加于磁体I。在不存在线圈3的情况下，合应变可使复合本体2断裂并且断开。线圈3具有比复合本体2的更大的径向刚度和径向抗拉强度。线圈3因此用于抵抗作用在复合本体2上的径向和周向应力。结果，可避免复合本体2的过大的应变，该过大的应变否则可能导致磁体I断裂。
[0033]大部分粘结剂在抵抗剪切应力时相对较好，但是在抵抗纯拉伸应力时相对较差。通过将线圈3嵌入在复合本体2中，在线圈3和粘结剂8之间形成接合面，该接合面沿径向和圆周方向延伸。因此，当磁体I受到径向力时，剪切力产生在粘结剂8和线圈3之间。粘结剂8因此能够有效地将应力从复合本体2传递到线圈3。作为对照，如果线圈3使用圆柱状套管代替，则套管和粘结剂8之间的接合面将仅沿轴向方向延伸。因此，当磁体I受到径向力时，纯拉伸应力产生在套管和粘结剂8之间。结果，粘结剂8和套管之间的结合可能失效。
[0034]通过由带形成线圈3，粘结剂8在较大的表面积上结合到线圈3。另外，由于带沿径向方向最厚，因此较大的径向接合面形成在粘结剂8和线圈3之间。结果，粘结剂8能够更好地将径向和周向应力从复合本体2传递到线圈3。线圈3的径向刚度也提高。结果，可减小线圈3的轴向厚度。这于是允许线圈3具有更多的匝数，因而进一步增强复合本体2。而且，可使用具有相对较弱的轴向刚度的线圈3而不会折损径向刚度。如下面详细所述，这于是有助于磁体I的制造，并且降低内部轴向应力。
[0035]在磁体I旋转过程中产生的径向和周向应力在复合本体2的孔4处最大。通过将线圈3与孔4相邻设置，线圈3能够更好地抵抗应力最大处的应力。
[0036]当磁体I在磁场中旋转时，或暴露于旋转磁场(例如来自电机的定子)时，如果线圈3由电导体形成，则将在线圈3中感应产生涡流。涡流往往在平行于旋转轴的回路中流动。具有螺旋形状的线圈3不包括任何连续的轴向路径。结果，在线圈3中感应出的任何涡流将相对较小。另外，通过由带形成线圈3，线圈3的轴向厚度可保持相对小，因而进一步降低任何涡流的大小。
[0037]传统的具有固定到轴的磁体的转子可包括外部套管，该外部套管对磁体施加压缩力。但是，合应力可能使磁体蠕变。结果，压缩力的大小可能随时间减小。逐渐地，压缩力可能不足以抵抗作用在磁体上的径向力，并且因而磁体可能断裂。作为对照，通过将线圈3嵌入复合本体2中，获得增强的磁体I而不需要对磁体I预加应力。因此，磁体I抵抗径向力的能力不随着时间而减小。而且，套管可一起省略，并且因而可实现更便宜并且更轻的转子。
[0038]现在将参照图2描述磁体I的制造方法。
[0039]提供具有从底部13直立的中心圆柱状销12和圆柱状外壁11的模具10。线圈3被放置在模具10的销12上。然后将包覆粘结剂的磁性粉末14引入模具10中。粉末14穿入线圈3的间隙中，并且覆盖线圈3的顶部。然后压机15施加向下的力，并且压缩模具中的线圈3和磁性粉末14，以形成整体磁体I。然后将磁体I从模具10移除，放置在加热炉中，并且加热，以将粘结剂8固化。
[0040]通过采用线圈3，该线圈3在包覆粘结剂的粉末14的压实过程中压缩，获得具有嵌入线圈3的复合本体2，该嵌入线圈3沿本体2的整个长度延伸。由于制造公差(例如引