用于三维形状磁形成电机芯的方法和设备技术

本发明专利技术涉及用于三维形状磁形成电机芯的方法和设备。一种形成具有预定的磁性质的圆柱形磁电机芯的方法包括：记录３Ｄ几何模型，将该模型的几何结形状转换为控制参数，并将磁性材料置于由可独立控制的磁场发生器围绕的中转区域。该控制参数被传送到该场发生器来产生３Ｄ磁场，该３Ｄ磁场被控制以将所述材料磁成形为与所述模型基本一致的电机芯。在成形之后，该芯被固结以形成成品芯。一种用来形成磁电机芯的系统包括控制每个该场发生器的位置和运动的主机。该三维模型被所述主机使用以控制该磁场发生器并将ＭＲ材料成形为磁电机芯。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于形成磁电机芯的方法和设备。
技术介绍
磁流变(MR)流体包括磁的或者易被磁化的颗粒，例如铁或者其氧化物，它们与适 当的粘性载体材料混合或者悬浮在适当的粘性载体材料中，所述粘性载体材料典型地为流 体例如油、溶剂、水和/或另外的适当的载体。这些颗粒可占据MR材料量的总重量的大约 30%至90%，但是取决于特定应用可使用其它的百分比。表面活性剂可与载体组合，以便增 加保护悬浮颗粒，并且以便进一步最优化颗粒在载体内的悬浮。当MR材料暴露于磁场时，MR材料的屈服应力会快速增加若干数量级。屈服应力 增加是由于在包含有MR材料的体积内或者在横跨包含有MR材料的空隙中形成了有序的磁 性颗粒柱，其中这些柱在所施加的磁场的磁通方向上对齐。在屈服应力上的这种变化通过 减少或者终止该磁场容易地且快速地可逆。因为电磁铁的磁场可通过控制从电源传输的 电流来控制，所以粘度和屈服应力可被精确地控制，以提供许多潜在的有用的应用，例如MR 流体离合器、联接器、防弹衣等。当MR材料经受磁场时，在悬浮颗粒上感生的磁偶极矩会最终形成复杂的链状结 构，即，形成如上所述的有序的颗粒柱结构。如果相同的磁性悬浮物被暴露于双轴磁场，那 么感生偶极矩可被用来使这些颗粒在更复杂的二维定向上对齐。然而，尽管如上所述，经受 这种磁场的MR材料的物理性质可用于转矩传递和为了特定目的临时地改变MR流体的表观 粘度，但是对于某些制造目的传统的方法仍然欠佳。
技术实现思路
因此，提供一种用来制造或者磁性地成形用于电机的成品磁芯的方法，其中所述 芯具有预定的颗粒分布。可采用最小量的加工使所述芯形成为复杂的或者三维(3D)成品 的几何形状。该方法包括使具有微米尺寸以及纳米尺寸颗粒的混合物的一定量的MR材料 成形。为了形成定子或者转子芯的复杂的形状即圆柱形形状，相对于所述量的MR材料 产生重叠的或叠加的3D磁场并精确控制所述磁场。同样地，该方法可被用来修整或者调整 电机芯的磁性质，其在一个实施例中通过使用按压或者其它的最小化加工可部分地或者基 本上预先形成，然后通过对叠加的3D磁场的控制应用来精确地成形和/或调整。成品芯具 有期望的复杂几何形状或3D几何形状，其可精确地和以高度的可重复方式而被提供。在成形之后，并同时保持在叠加的3D磁场的磁通路径内，成形部件经受适当的固化和/或固结处理以永久性地固定期望的3D几何形状，例如，使用两部分环氧固化处理、 和/或热固化、激光烧结、紫外线固化、化学固化、和/或任何其它适当的固化方法。该方法 可用于芯的复杂几何形状的静态和动态控制，以及其期望的磁性颗粒分布和相关联的磁性 质。特别地，一种形成成品电机芯的方法可包括将预定的3D几何模型记录在可由主 机访问的存储器位置中、并利用该主机和3D几何模型来获得或计算出将该模型的复杂的 几何形状转换为控制参数组的逆电磁成形问题的解决方案。定位在中转区域内的预定量的 MR材料由独立可控制的磁场发生器阵列例如电磁铁和/或永磁体组所围绕。该控制参数和 任何所需的能量和波形特征被传送至该场发生器。响应于所传送的参数和特性，场发生器 产生叠加的3D磁场组。控制参数可限定磁场发生器的位置和动态需求，并且当电磁装置用作为磁场发生 器时，用于阵列中的每个场发生器的电功率和波形特征被这样配置。在此之后，该方法包括 使用叠加的3D磁场磁成形MR材料，从而或者整体上或者作为层组，形成未加工的3D成形 部件，其中每个层都接近二维形状，然后在叠加的3D磁场仍然起作用时未加工的3D成形部 件被固化或者以其它方式固结，从而形成成品磁电机芯。一种用来形成成品电机芯的设备或者自动化系统可包括用来在其中的存储器位 置记录预定的3D几何模型的主机，和围绕中转区域并且使用所述主机可控制的磁场发生 器阵列。通过使用来自主机的信号或命令，阵列中的每个磁场发生器都具有可独立控制的 位置和动态运动，并适合于产生可独立控制的3D磁场。该主机利用所述3D几何模型来计算或者获得将该3D几何模型的复杂的几何形状 转换为控制参数组的逆电磁成形问题的解决方案。该参数被传送至场发生器，从而产生适 合于将所述量的MR材料磁成形为未加工的3D成形部件的叠加的3D磁场组，这以一组渐进 地覆盖的和大致二维的层的方式或者整体的方式成形，它们继而被固化或者固结，以形成 成品磁芯。当结合附图，从下面的对实现本专利技术的最佳方法的详细描述中，可以容易地看出 本专利技术的上述特征和优点以及其它的特征和优点。本专利技术还提供下述方案方案1 一种形成具有预定的磁性颗粒分布的磁电机芯的方法，该方法包括使用主机记录所述磁电机芯的3D几何模型，该模型至少限定所述磁电机芯的形 状和所述磁电机芯的预定的磁性颗粒分布；通过使用所述3D几何模型使用所述主机产生控制参数组，包括获得将所述3D几 何模型的几何形状转换为所述控制参数组的逆电磁成形问题的解决方案；通过使用对应的多个可独立控制的磁场发生器产生多个可独立控制的3D磁场；将一定量的磁性材料经受所述多个可独立控制的3D磁场；以及通过使用所述可独立控制的3D磁场，将所述量的磁性材料成形为具有预定的磁 性颗粒分布的所述磁电机芯；其中所述磁电机芯基本上与所述3D几何模型一致。方案2 如方案1所述的方法，还包括在电机芯经受所述磁场的同时固结磁电机 芯，以从而永久性地保持所述形状和预定的磁性颗粒的分布。方案3 如方案1所述的方法，其中将所述量的磁性材料成形为磁电机芯包括将所 述量的磁性材料成形为转子芯、定子芯和永磁体的圆柱部分其中之一。方案4 如方案3所述的方法，包括将所述量的磁性材料成形为转子芯和定子芯之 一，所述方法还包括在形成转子芯或者定子芯之一的同时，磁性地形成绕组。方案5 如方案1所述的方法，还包括将至少一些3D磁场相互叠加。方案6 如方案1所述的方法，其中产生多个可独立控制的3D磁场包括独立地激 励多个电磁场线圈中的每一个。方案7 —种形成具有预定的磁性颗粒分布的磁电机芯的方法，所述方法包括将所述磁电机芯的3D几何模型记录在可由主机访问的存储器位置，所述模型至 少限定该磁电机芯的形状和该电机芯的预定的磁性颗粒分布；使用所述主机和所述3D几何模型来获得将所述3D几何模型的几何形状转换为控 制参数组的逆电磁成形问题的解决方案；将预定量的磁流变(MR)材料放置于由可独立控制的磁场发生器阵列所围绕的中 转区域中；将来自主机的控制参数传送至所述磁场发生器，从而产生多个3D磁场，所述控制 参数至少限定每个磁场发生器的为将MR材料磁性地成形为磁电机芯所需的位置和运动， 其中该3D形状的磁性部件基本上与所述3D几何模型的几何形状一致；以及利用所述3D磁场磁成形所述量的MR材料，从而形成所述磁电机芯。方案8 如方案7所述的方法，还包括使用紫外线(UV)固化、化学固化、激光固化 和热固化中的至少一个来固结未加工的3D形状的部件。方案9 如方案7所述的方法，其中所述未加工的3D形状的部件为转子芯、定子芯 和永磁体的一部分中的一个。方案10 如方案7所述的方法，其中所述成品3D磁性部件为转子芯和定子芯之 一，该方法还包括在磁成形MR材料的同时，将线圈或绕组整体地形成到该转子芯或者定 子芯。方案11 如方案7所述的方法，其中磁成形所述量的MR材料包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成具有预定的磁性颗粒分布的磁电机芯的方法，该方法包括：使用主机记录所述磁电机芯的３Ｄ几何模型，所述模型至少限定所述磁电机芯的形状和所述磁电机芯的预定的磁性颗粒分布；通过使用所述３Ｄ几何模型使用所述主机产生控制参数组，包括获得将所述３Ｄ几何模型的几何形状转换为所述控制参数组的逆电磁成形问题的解决方案；通过使用对应的多个可独立控制的磁场发生器产生多个可独立控制的３Ｄ磁场；将一定量的磁性材料经受所述多个可独立控制的３Ｄ磁场；以及通过使用所述可独立控制的３Ｄ磁场，将所述量的磁性材料成形为具有预定的磁性颗粒分布的所述磁电机芯；其中所述磁电机芯基本上与所述３Ｄ几何模型一致。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：JP斯潘塞，JA阿贝尔，PE克拉杰夫斯基，JC乌利尼，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]