[发明专利]粉末基软磁感应元件、生产该元件的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及软磁复合材料领域，尤其是涉及一种由软磁复合材料组成的元件的生产方法和装置。本发明也涉及直接采用该方法获得的产品。

背景技术

现今的绝大部分先进工业产品都使用一定类型的电磁能量转换器，例如电动机，扩音器，麦克风，传感器和用于开/关滑动部件(例如DVD播放器)以及输送钞票(自动提款机)的驱动器等。

几乎所有的这些都是非常传统类型的标准马达/元件，在上个世纪，其生产方法和将元件组装在一个产品内的可能方式还没有得到充分的发展。

传统的马达生产过程包括变压器钢片的冲压和叠加。由于冲压的成本很高，大量生产必须考虑要有一个可接受的成本。进一步，由于在使用叠加的变压器钢板的机器中仅能存在二维磁通量，其电路的复杂程度会很高，会产生例如很多互联线圈，且经常是直接缠绕在马达齿上。为了制造这样的机器，需要很多的手工操作，这样就是它们变得很昂贵。

在钢片式变压器中能使用的最有可能的频率取决于每个变压器钢片的厚度。如果使用少于0.2毫米厚度的钢片会导致变压器的成本非常高，而价格合理的机器又不能被设计成高速或/和高极数的。

另外一个与电机有基本相同缺陷的例子是传统的感应器、扼流圈等，主要的区别是，由于大多数使用的电感磁芯材料的磁导率都相当高，为了不使磁芯材料饱和不得不引入气隙。如果线圈缠绕得超过了气隙，就要常考虑边缘损失，边缘损失会造成很难冷却的热点。

传统的感应加热线圈也存在相关的问题。这些线圈，几乎无一例外，都由液体冷却的铜管构建。由于高频下趋肤效应，铜管会存在有效性很受限制的导电区域。这自然会降低效率，但更糟糕的是，产生的全部磁通量无法穿透铜管，这就导致了铜管的感应加热。进一步，铜管的生产是费时的体力劳动。

在过去的十年当中，伴随着新材料技术的诞生，消除或缓和所有上述问题的第一步已经出现。新材料技术提供了几乎无限制的可能性，即特别适应、优化和组装这些在消费品和工业产品中使用的驱动器类型的可能性。正在讨论的材料技术为具有可变量的粘结剂以及填料的软磁金属材料的复合物，将其命名为软磁复合材料，即SMC。由SMC制备的这些元件的成型是非常令人感兴趣的，原因是在高密度的需求和设计自由方面与熟知的制备方法相矛盾。一种有效的成型过程将会制备出一个在很多方面都优于传统方式的能量转换器，如低损耗，小尺寸，在驱动装置/产品上更紧凑的组装。

本发明的目的在于提供一种生产SMC元件的新的、改进的方法和装置，以及利用该方法制造的SMC元件。

发明内容

本发明的一个方面，根据独立权利要求所述，涉及一种粉末基软磁感应元件的生产方法和装置，包括在模型中进行旋转铸造。优选的实施方式在从属权利要求中予以明确。在一些实施方式中模型可以形成最终产品的一部分。生产出来的元件可以构成一个完整的电磁能量转换器或仅构成其一部分，例如为，电机，发电机，感应线圈，感应器，生磁线圈，包含一个或更多电力绕组的螺旋管驱动器(旋转或平移运动)。

这可以和现今最常用的方法进行比较，该方法能使其紧凑并获得SMC元件的最终形状，不仅可以使用单轴挤压，还可以采用注射成型、等静压制和挤压方法得到。由于单轴加压和等静压制会对产品的设计自由产生限制，且不可能通过对生产的产品直接进行挤压而将各个元件，即传感器、电路板，组装为一体。使SMC成型需通过挤压来实现，但该方法仍不允许生产的产品中的其它元件的组装。挤压也限制了产品的设计自由。注射成型能允许一些设计自由和组装元件的可能性，但获得的SMC不够紧凑，导致磁导率降低。

本发明的另一方面涉及依据上述方法和装置生产的产品。

依据本发明的方法或装置能获得软磁粉末复合材料SMC的最优制造。SMC由软磁颗粒以及粘结剂组成，其中软磁颗粒有时可以被涂覆使得电导率最小，粘结剂优选为一种聚合物。发明是基于旋转成型，其主要是在塑料工业中应用的生产方法。发明的一个装置可以包括一个或多个安装在支架上可以绕一个或多个轴旋转的模型腔。如果模型腔需要加热，可以例如通过感应加热实现，以使循环时间缩短，当需要冷却时，可以通过喷水或空气实现。模型腔可以在静止或旋转过程中进行装填。模型腔甚至可以在旋转的过程中先装填聚合物再装填金属颗粒。整个过程中要为最佳的混合比例提供相应的物理条件。在旋转的过程中，由于离心力的作用，较重的金属颗粒被从旋转中心向外抛出，而具有较低密度的聚合物被向内推向旋转中心。