具有方向性微结构的材料制造技术

本公开的实施例涉及具有方向性微结构的材料。一种材料包括多个畴的至少一个层，每个畴在第一方向上是扁平的，并且在垂直于第一方向的第二方向上是细长的。扁平且细长的畴限定了有助于第二方向上的磁通量流的各向异性微结构。结构。结构。

【技术实现步骤摘要】
具有方向性微结构的材料
[0001]本申请是国际申请日为2017年4月11日、国际申请号PCT/US2017/026974、于2017年11月13日进入中国国家阶段、中国国家申请号201780001590.1、专利技术名称为“具有方向性微结构的材料”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本文描述的示例性和非限制性实施例总体上涉及具有带有电绝缘畴的方向性微结构的材料以及包含这种材料的结构，并且更具体地，涉及具有方向相关且位置相关的微结构的材料，方向相关且位置相关的微结构给予这种材料方向相关且位置相关的物理性质。本文所描述的示例性和非限制性实施例还特别涉及用于制造这种材料和利用这种材料的设备的方法。

技术介绍

[0003]美国专利No.9,205,488描述了通过喷射成形(spray
‑
forming)工艺生产的软磁材料。美国专利公开No.2013/0000860描述了基于层状颗粒沉积的喷射成形工艺。

技术实现思路

[0004]以下
技术实现思路
仅仅旨在是示例性的。
技术实现思路
不旨在限制权利要求的范围。
[0005]根据一个方面，材料包括：多个畴的至少一个层，每个畴在第一方向上是扁平的，并且在垂直于第一方向的第二方向上是细长的。扁平且细长的畴限定了有助于第二方向上的磁通量流的各向异性微结构。
[0006]根据另一方面，径向场电动马达的定子芯包括：轭部，具有被配置为关于轴线旋转的环状结构；以及齿部结构，从轭部的内向表面在径向上向内延伸的。轭部包括由多个畴的层限定的材料，每个层的畴在第一方向上是扁平的，并且在垂直于第一方向的第二方向上是细长的。扁平且细长的畴限定了有助于轭部中第二方向上的磁通量流的各向异性微结构。
[0007]根据另一方面，混合场电动马达的定子绕组芯包括：轭部，具有环状结构；以及多个齿部，在轭部的内向表面上。轭部和齿部各自包括由多个畴的层限定的材料，每个层的畴在第一方向上是扁平的，并且在垂直于第一方向的第二方向上是细长的。扁平且细长的畴限定了如下的各向异性微结构，该各向异性微结构有助于轭部和齿部中的一个或多个中在第二方向上的磁通量流。
附图说明
[0008]在以下结合附图进行的描述中，说明了前述方面和其他特征，其中：
[0009]图1是具有带有电绝缘畴的方向性微结构的材料的一个示例实施例的示意性表示；
[0010]图2是图1材料的等距视图；
[0011]图3A至图3C是形成图1材料的过程的一个示例实施例的示意性表示；
[0012]图4A和图4B是具有带有电绝缘层的方向性微结构的材料的一个示例实施例的示意性表示；
[0013]图5是图4A和图4B的材料的等距视图的示意性表示；
[0014]图6A至图6C是具有带有方向相关且位置相关图案的方向性微结构的材料的示意性表示；
[0015]图7A和图7B是形成图6A至图6C的材料的过程的一个示例实施例的示意性表示；
[0016]图8A和图8B是包含具有方向性微结构的材料的径向场电动马达的定子芯的一个示例实施例的示意性表示；
[0017]图9A和图9B是径向场电动马达具有方向相关且位置相关的微结构的定子芯的示例实施例的示意性表示；
[0018]图10是混合场电动马达具有方向性微结构的定子绕组芯的一部分的一个示例实施例的截面图；
[0019]图11A图示了图10的定子绕组芯的示出两个齿部的一部分；
[0020]图11B和图11C是图11A中所示的齿部的截面视图；
[0021]图12至图14是图10的定子绕组芯的区域中的方向性微结构的示意性表示；以及
[0022]图15是定子绕组芯的区域中微结构中的过渡的示意性表示。
具体实施方式
[0023]美国专利No.9,205,488描述了通过喷射成形工艺生产的软磁材料，该申请以其整体内容通过引用并入本文。材料的微结构的特征在于由电绝缘边界隔开的紧密堆积的畴(晶粒)。这种材料的应用包括电动机器(例如，电动马达)的绕组芯，其利用具有诸如高磁导率、高饱和通量密度和高电阻率之类的适当磁性质的材料来控制涡电流损耗。
[0024]上述材料的微结构在材料的体积内基本相同，并且材料可以包括基本上各向同性的物理性质(即，性质在所有方向上接近相同)。虽然这允许生产用于一般用途的喷雾成形部件和块体喷雾成形材料，但是许多应用可以受益于具有针对特定应用设计(优化)的方向相关且位置相关性质的各向异性材料。
[0025]参考图1，总体上以10示出了具有带有电绝缘畴的方向性微结构的材料的一个示例实施例的概略性描绘，并且其在下文中被称为“材料10”。尽管将参考附图中所示的示例实施例来描述特征，但是应当理解，可以以实施例的许多替代形式来实施特征。此外，可以使用元件或材料的任何适当的尺寸、形状或类型。
[0026]如图所示，材料10可以包括具有方向性偏置的各向异性微结构。如图1所图示，各向异性微结构可以包括畴12(晶粒)，畴12可以被成形为有助于优选方向上的磁通量流14。具体来说，畴12(晶粒)可以沿磁通量流的优选方向(x方向16)是细长的，并且在垂直于磁通量流的优选方向的方向(z方向18)上是扁平的。
[0027]作为上述各向异性微结构的结果，材料10可以展示出方向性的磁性质。例如，在磁通量流的优选方向(x方向16)上磁导率可以期望地增加，而同时在垂直于磁通量流的优选方向的方向(z
‑
方向18)上保持期望高的电阻率(或增加电阻率)。
[0028]参考图2，材料10的等距视图示出了三个正交平面中的微结构。如图2所示，微结构
的畴12(晶粒)可以被成形为有助于如xy平面19所示的优选平面中的磁通量流。具体地，畴12(晶粒)在磁通量流的优选平面(xy平面19)中是加大的，并且在垂直于磁通量流的优选平面的方向(z方向18)上是扁平的。
[0029]现在参考图3A至图3C，图1和图2的材料10的方向性微结构可以例如通过喷射成形工艺来产生。可以设置喷射成形工艺的参数，诸如经受沉积的颗粒的速度和温度，以实现期望的飞溅程度，即，个体颗粒20着陆时的扁平化变形。特别地，颗粒20沿沉积方向的尺寸可以减小，并且颗粒20在垂直于沉积方向的平面中的尺寸可以增长，从而在材料10的微结构中创建上述形状的畴12(晶粒)。在图3A中，示出了颗粒20正在沉积方向22上被沉积，其中在沉积时获得期望形状，并且其中颗粒20在沉积方向22上以一速度移动。在图3B中，颗粒20接触先前沉积的材料10。在图3C中，颗粒20在沉积时变形为期望的形状。
[0030]喷射成形过程可以基于电弧丝工艺、等离子体工艺、超音速火焰喷涂工艺、空气助燃超音速火焰喷涂工艺、冷喷涂工艺或任何其他适当的沉积工艺。类似地，可以使用适当的技术来产生畴12(晶粒)之间的电绝缘边界。
[0031]在喷射成形工艺中可以使用各种化学物质。作为示例，可以在畴的芯中使用铁合金(例如，导电材料)，并且可以形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种材料，包括：至少两个层，所述至少两个层中的每个层包括多个畴，每个畴在第一方向上是扁平的，并且在垂直于所述第一方向的第二方向上是细长的；其中所述至少两个层中的上层的所述畴被形成于其底表面上，以对应于所述至少两个层中的下层的所述畴的上表面；并且其中扁平且细长的所述畴限定各向异性微结构，所述各向异性微结构有助于所述第二方向上的磁通量流。2.根据权利要求1所述的材料，其中每个畴包括导电材料芯，所述导电材料芯由电绝缘材料涂层至少部分地围绕，以在所述芯上形成绝缘边界。3.根据权利要求2所述的材料，其中所述导电材料芯包括铁合金，并且其中所述电绝缘材料涂层包括氧化铝。4.根据权利要求1所述的材料，其中扁平且细长的所述畴相对于所述第一方向上的磁导率在所述第二方向上展示出增加的磁导率。5.根据权利要求4所述的材料，其中扁平且细长的所述畴相对于所述第二方向上的电阻率在所述第一方向上展示出增加的电阻率。6.根据权利要求1所述的材料，其中所述层中至少一层的每个畴包括导电材料，并且所述层中至少一个其他层的每个畴包括电绝缘材料，其中所述至少一个其他层使所述至少一层的导电材料绝缘。7.根据权利要求1所述的材料，其中所述至少一层的多个畴被弯曲，以在非线性方向上传导磁通量。8.根据权利要求1所述的材料，其中所述上层的畴被沉积在所述下层的畴上，以便与所述下层的所述畴重叠。9.一种径向场电动马达的定子芯，所述定子芯包括：轭部，具有环状结构；以及齿部结构，从所述轭部的内向表面在径向上向内延伸；其中所述轭部包括由至少两个层限定的材料，所述至少两个层中的每个层包括多个畴，每个层的所述畴在第一方向上是扁平的并且在垂直于所述第一方向的第二方向上是细长的；其中所述至少两个层中的上层的所述畴被形成于其底表面上，以对应于所述至少两个层中的下层的所述畴的上表面；并且其中扁平且细长的所述畴限定各向异性微结构，所述各向异性微结构有助于所述轭部中所述第二方向上的磁通量流。10.根据权利要求9所述的定子...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：柿子技术公司，
类型：发明
国别省市：