用于形成對(duì)齊的磁芯的夾具和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及對(duì)齊的磁芯以及用于制造對(duì)齊的磁芯的夾具(fixture)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電機(jī)通過電磁相互作用轉(zhuǎn)換能量，諸如電力到電力(變壓器)、電力到機(jī)械動(dòng)力(馬達(dá))或機(jī)械動(dòng)力到電力(發(fā)電機(jī))。影響能量轉(zhuǎn)換的因素是磁芯的材料，其通常由電工鋼(也稱為硅鋼)的疊片形成。除電機(jī)之外，電感器中的磁芯對(duì)其性能也發(fā)揮了作用。然而，由于材料內(nèi)的交流磁場(chǎng)而在磁芯中產(chǎn)生磁芯損耗(也稱為鐵損)，特別是在高頻操作期間。磁芯損耗通常包括三個(gè)分量:磁滯損耗、渦流損耗和附加損耗(或異常損耗)。磁滯損耗與頻率無(wú)關(guān)，而渦流損耗和附加損耗二者均與頻率相關(guān)。
[0003]由于燃料經(jīng)濟(jì)性是諸如混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(PHEV)和電池電動(dòng)車輛(BEV)的電動(dòng)車輛(EV)的重要因素，所以降低電機(jī)的磁芯(例如轉(zhuǎn)子芯和定子芯)和電力電子器件的磁芯(例如電感器芯)中的磁芯損耗并提高感應(yīng)(磁通密度)會(huì)是一個(gè)目標(biāo)。傳統(tǒng)的磁芯成型工藝一般通過犧牲其他的磁特性而降低損耗或提高諸如磁通密度的磁特性但犧牲損耗性能。
[0004]降低磁芯中的磁芯損耗的一種常用方法是通過機(jī)械乳制(包括熱乳和冷乳)來(lái)減小電工鋼的疊片厚度。具有較薄疊片的磁芯比具有較厚疊片的磁芯具有顯著降低的渦流損耗并因此具有較低的磁芯損耗。降低磁芯損耗的另一種方法是控制電工鋼的化學(xué)成分，例如，Si和Al的含量。因?yàn)镾i和Al提高電工鋼的電阻率，所以為了降低渦流損耗在制造期間它們通常是受控的。通常在無(wú)取向的電工鋼中使用2-3%的Si，在晶粒取向的電工鋼中使用大約6%的Si。雖然通過這兩種方法顯著降低了磁芯損耗，但是仍然存在問題，特別是對(duì)于高頻應(yīng)用來(lái)說(shuō)。降低磁芯損耗的另一種方法是在磁性顆粒上具有或沒有絕緣涂層的情況下，生產(chǎn)直接燒結(jié)成塊狀磁芯的磁粉。類似的方法是將磁粉與粘合劑混合，然后將它們壓入到近終成型設(shè)備(near-shape device)中。然而，使用粘合劑會(huì)降低磁芯的磁通密度和磁導(dǎo)率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在至少一個(gè)實(shí)施例中，提供一種磁芯，包括磁性體，磁性體包括磁晶粒和磁通路徑，磁晶粒按多個(gè)不同的定向取向?qū)R以順應(yīng)磁通路徑。每個(gè)取向可以是關(guān)于磁性體的主取向。在一個(gè)實(shí)施例中，磁性體具有內(nèi)部空腔。多個(gè)定向取向可圍繞內(nèi)部空腔的周邊延伸。
[0006]在一個(gè)實(shí)施例中，磁芯是電感器芯。在另一個(gè)實(shí)施例中，磁芯是包括多個(gè)定子齒和位于定子齒之間的多個(gè)定子槽的定子芯。多個(gè)定向取向可包括圍繞定子槽從一個(gè)定子齒到另一個(gè)定子齒的多個(gè)弧形取向。在另一個(gè)實(shí)施例中，磁芯是包括設(shè)置在其中的多個(gè)永磁體的轉(zhuǎn)子芯。多個(gè)定向取向可包括在永磁體和轉(zhuǎn)子芯的外周之間延伸的多個(gè)取向。
[0007]在至少一個(gè)實(shí)施例中，提供一種用于對(duì)齊磁芯中的晶粒的夾具。夾具可包括被構(gòu)造為位于磁芯內(nèi)部的一個(gè)或更多個(gè)內(nèi)部磁體，內(nèi)部磁體被構(gòu)造為在磁芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)并使晶粒按多個(gè)定向取向?qū)R。
[0008]內(nèi)部磁體可被構(gòu)造為在磁芯中產(chǎn)生模仿磁芯的磁通路徑的磁場(chǎng)。每個(gè)內(nèi)部磁體可具有北(N)側(cè)和南(S)側(cè)。夾具可包括多個(gè)內(nèi)部磁體和被構(gòu)造為位于磁芯外部的多個(gè)外部磁體，每個(gè)內(nèi)部磁體可與外部磁體形成磁體對(duì)。每個(gè)磁體對(duì)可具有彼此面對(duì)的N側(cè)或彼此面對(duì)的S側(cè)，并且相鄰的磁體對(duì)可具有相反的N側(cè)和S側(cè)構(gòu)造。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，磁芯是具有多個(gè)定子齒和位于定子齒之間的多個(gè)定子槽的定子芯。內(nèi)部磁體可被構(gòu)造為在定子芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)并使晶粒按圍繞定子槽從一個(gè)定子齒到另一個(gè)定子齒的多個(gè)弧形取向?qū)R。內(nèi)部磁體可被構(gòu)造為位于定子齒的頂端或定子槽中。在另一個(gè)實(shí)施例中，磁芯是轉(zhuǎn)子芯，內(nèi)部磁體是固結(jié)后保留在轉(zhuǎn)子芯中的轉(zhuǎn)子永磁體。
[0010]在至少一個(gè)實(shí)施例中，提供一種用于對(duì)齊磁芯中的晶粒的夾具。該夾具可包括被構(gòu)造為位于磁芯內(nèi)部并沿第一方向承載電流的一個(gè)或更多個(gè)內(nèi)部導(dǎo)線和被構(gòu)造為位于磁芯外部并沿與第一方向相反的第二方向承載電流的一個(gè)或更多個(gè)外部導(dǎo)線。內(nèi)部導(dǎo)線和外部導(dǎo)線可被構(gòu)造為在磁芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)部導(dǎo)線和外部導(dǎo)線被構(gòu)造為在磁芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)并使晶粒按模仿磁芯的磁通路徑的多個(gè)定向取向?qū)R。夾具可包括多個(gè)內(nèi)部導(dǎo)線和多個(gè)外部導(dǎo)線，每個(gè)內(nèi)部導(dǎo)線可與外部導(dǎo)線形成導(dǎo)線對(duì)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于對(duì)齊磁芯中的晶粒的夾具，包括:一個(gè)或更多個(gè)內(nèi)部磁體，被構(gòu)造為位于所述磁芯的內(nèi)部；所述內(nèi)部磁體被構(gòu)造為在所述磁芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)并使所述晶粒按多個(gè)定向取向?qū)R。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，內(nèi)部磁體被構(gòu)造為在磁芯中產(chǎn)生模仿磁芯的磁通路徑的磁場(chǎng)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)內(nèi)部磁體具有北(N)側(cè)和南(S)偵U。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，存在多個(gè)內(nèi)部磁體和被構(gòu)造為位于磁芯外部的多個(gè)外部磁體，每個(gè)內(nèi)部磁體與外部磁體形成磁體對(duì)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)磁體對(duì)具有彼此面對(duì)的N側(cè)或彼此面對(duì)的S側(cè)，并且相鄰的磁體對(duì)具有相反的N側(cè)和S側(cè)構(gòu)造。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，磁芯是具有多個(gè)定子齒和位于定子齒之間的多個(gè)定子槽的定子芯，內(nèi)部磁體被構(gòu)造為在定子芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)并使晶粒按圍繞定子槽從一個(gè)定子齒到另一個(gè)定子齒的多個(gè)弧形取向?qū)R。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，內(nèi)部磁體被構(gòu)造為位于定子齒的頂端或定子槽中。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，磁芯是轉(zhuǎn)子芯，內(nèi)部磁體是固結(jié)后保留在轉(zhuǎn)子芯中的轉(zhuǎn)子永磁體。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于對(duì)齊磁芯中的晶粒的夾具，包括:一個(gè)或更多個(gè)內(nèi)部導(dǎo)線，被構(gòu)造為位于磁芯的內(nèi)部并沿第一方向承載電流；一個(gè)或更多個(gè)外部導(dǎo)線，被構(gòu)造為位于磁芯的外部并沿與第一方向相反的第二方向承載電流；所述內(nèi)部導(dǎo)線和所述外部導(dǎo)線被構(gòu)造為在磁芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，內(nèi)部導(dǎo)線和外部導(dǎo)線被構(gòu)造為在磁芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)并使晶粒按模仿磁芯的磁通路徑的多個(gè)定向取向?qū)R。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，存在多個(gè)內(nèi)部導(dǎo)線和多個(gè)外部導(dǎo)線，每個(gè)內(nèi)部導(dǎo)線與外部導(dǎo)線形成導(dǎo)線對(duì)。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是根據(jù)實(shí)施例的形成燒結(jié)的磁芯的方法的流程圖；
[0024]圖2是根據(jù)實(shí)施例的形成粘結(jié)的磁芯的方法的流程圖；
[0025]圖3是具有沿其周邊的磁通方向的矩形電感器芯的示意圖；
[0026]圖4是根據(jù)實(shí)施例的使用一個(gè)或更多個(gè)電路向矩形電感器芯施加磁場(chǎng)的夾具的示意圖；
[0027]圖5是根據(jù)實(shí)施例的使用一個(gè)或更多個(gè)電路向圓柱形電感器芯施加磁場(chǎng)的夾具的不意圖；
[0028]圖6是根據(jù)實(shí)施例的使用多個(gè)永磁體向矩形電感器芯施加磁場(chǎng)的夾具的示意圖；
[0029]圖7是圖6的磁場(chǎng)的有限元分析模擬；
[0030]圖8是根據(jù)實(shí)施例的使用多個(gè)永磁體向圓柱形電感器芯施加磁場(chǎng)的夾具的示意圖；
[0031]圖9是根據(jù)實(shí)施例的使用多個(gè)永磁體和鐵芯向矩形電感器芯施加磁場(chǎng)的夾具的示意圖；
[0032]圖10是對(duì)齊的磁芯相比于各向同性磁芯的磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的曲線圖；
[0033]圖11是根據(jù)實(shí)施例的使用一個(gè)或更多個(gè)電路向定子芯施加磁場(chǎng)的夾具的示意圖；
[0034]圖12是根據(jù)實(shí)施例的使用一個(gè)或更多個(gè)電路向定子芯施加磁場(chǎng)的另一個(gè)夾具的示意圖；
[0035]圖13是根據(jù)實(shí)施例的使用多個(gè)永磁體向定子芯施加磁場(chǎng)的夾具的示意圖；
[0036]圖14是根據(jù)實(shí)施例的使用多個(gè)永磁體向定子芯施加磁場(chǎng)的另一個(gè)夾具的示意圖；
[0037]圖15是根據(jù)實(shí)施例的使用多個(gè)永磁體向轉(zhuǎn)子芯施加磁場(chǎng)的夾具的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]根據(jù)需要，在此公開本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施例；然而，將理解的是，所公開的實(shí)施例僅是本發(fā)明的示例，本發(fā)明可以以各種和替代的形式實(shí)施。附圖不一定按比例繪制；可夸大或最小化一些特征以示出特定組件的細(xì)節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為限制，而僅為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以各種方式使用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。
[0039]如在【背景技術(shù)】中所描述的，傳統(tǒng)的磁芯加工通常需要在良好的磁特性和良好的損耗性能(即，低損耗)之間進(jìn)行選擇。本公開提供了用于形成磁芯的方法和夾具，相對(duì)于傳統(tǒng)的磁芯，該磁芯具有良好的磁特性和低損耗或者一個(gè)特性相比于另一個(gè)特性有較少犧牲。在至少一個(gè)實(shí)施例中，形成具有沿指定的預(yù)定或優(yōu)選的方向或路徑的晶粒取向的磁芯?？赏ㄟ^在加工過程中