Title:
GEKRÜMMTER MAGNET UND HERSTELLUNGSVERFAHREN
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Ein Verfahren zum Herstellen eines Ringmagneten beinhaltet das Bilden von mindestens einem Schlitz in einem Materialrohling. Der geschlitzte Materialrohling wird in eine Form mit einer Ringaussparung eingesetzt. Die Form wird um den geschlitzten Materialrohling geschlossen, sodass der geschlitzte Materialrohling an die Ringaussparung angepasst ist und einen Ringrohling bildet wird. Der Ringrohling ist in einer Struktur angeordnet. Der Ringrohling ist in der Struktur angeordnet und wird dann magnetisiert.





Inventors:
Balogh, Michael P., Mich. (Warren, US)
Pinkerton, Frederick E., Mich. (Warren, US)
Bika, Anil Singh, Mich. (Warren, US)
Rousseau, Ingrid A., Mich. (Warren, US)
Application Number:
DE102017207546A
Publication Date:
11/16/2017
Filing Date:
05/04/2017
Assignee:
GM Global Technology Operations LLC (Mich., Detroit, US)
International Classes:
H01F41/02; H02K15/03
Attorney, Agent or Firm:
Manitz Finsterwald Patentanwälte PartmbB, 80336, München, DE
Claims:
1. Verfahren zum Herstellen eines Ringmagneten, umfassend:
das Bilden mindestens eines Schlitzes in einem Materialrohling;
das Einführen des geschlitzten Materialrohlings in eine Form mit einer Ringaussparung;
das Schließen der Form um den geschlitzten Materialrohling, sodass der geschlitzte Materialrohling an die Ringaussparung angepasst ist und einen Ringrohling bildet;
das Anordnen des Ringrohlings in einer Struktur; und
das Magnetisieren des Ringrohlings, der in der Struktur angeordnet ist.

2. Verfahren zum Herstellen eines Ringmagneten nach Anspruch 1, ferner umfassend:
das Bereitstellen eines Bindemittels für den Ringrohling in der Struktur, um den Ringrohling an der Struktur zu befestigen.

3. Verfahren zum Herstellen des Ringmagneten nach Anspruch 2, ferner umfassend:
das Härten des Bindemittels innerhalb des Ringrohlings.

4. Verfahren zum Herstellen des Ringmagneten nach Anspruch 1, worin die Struktur ein Rotor einer Dauermagnetmaschine ist.

5. Verfahren zum Herstellen des Ringmagneten nach Anspruch 1, worin der mindestens eine Schlitz abgewinkelt ist und der Ringrohling mehrere trapezförmige Materialsegmente definiert.

6. Verfahren zum Herstellen des Ringmagneten nach Anspruch 1, ferner umfassend:
das Einsetzen eines Gegenstücks in die Form vor dem Einsetzen des geschlitzten Materialrohlings; und
das Verbinden des Gegenstücks mit dem Ringrohling.

7. Verfahren zum Herstellen des Ringmagneten nach Anspruch 6, worin das Gegenstück ein duktiles Materialblech ist.

8. Verfahren zum Herstellen des Ringmagneten nach Anspruch 6, worin mehrere Gegenstücke innerhalb der Ringaussparung der Form angeordnet sind.

9. Verfahren zum Herstellen des Ringmagneten nach Anspruch 6, worin das Gegenstück eine flexible Klebstoffmatte ist.

10. Verfahren zum Herstellen des Ringmagneten nach Anspruch 9, worin die Klebstoffmatte mit einem Material beschichtet ist, das eine unterschiedliche Oberflächenenergie als die Klebstoffmatte aufweist und worin die unterschiedliche Oberflächenenergie eine untere Oberflächenenergie zur Erleichterung des Einsetzens des Ringrohlings in die Struktur ist.

Description:
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Ringmagneten und ein Verfahren zum Herstellen.

EINFÜHRUNG

Die Erklärungen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bereit, die die vorliegende Offenbarung betreffen und dem bisherigen Stand der Technik entsprechen können.

Dauermagnete befinden sich in vielen modernen Technologien oder werden zur Produktion dieser verwendet, von Lautsprechern über Elektromotoren, die in Werkzeugen, Fahrzeugen und vielen mehr verwendet werden. Beim Wählen eines Magneten zur Verwendung, beinhalten Konstruktionsüberlegungen die Magnetstärke und die erforderliche Magnetfeldanordnung. Bestimmte Konstruktionsüberlegungen und/oder Platzeinschränkungen verlangen die Verwendung von Ringmagneten, um den Anforderungen zu entsprechen. Bisher wurden Ringmagneten als gebundene Magnetpulververbundwerkstoffe bzw. als bearbeitete Sintermagnetblöcke hergestellt. Jedoch weisen Verbundwerkstoffmagneten im Allgemeinen schlechtere Magneteigenschaften auf, während das Schneiden von Magnetbögen aus rechteckigen Rohlingen kostenintensiv sein kann und nicht unbedingt die erforderliche Magnetfeldanordnung bereitstellt.

ZUSAMMENFASSUNG

Ein Verfahren zum Herstellen eines Ringmagneten beinhaltet das Bilden von mindestens einem Schlitz in einem Materialrohling. Der geschlitzte Materialrohling wird in eine Form mit einer Ringaussparung eingeführt. Die Form wird um den geschlitzten Materialrohling geschlossen, sodass der geschlitzte Materialrohling an die Ringaussparung angepasst ist und einen Ringrohling bildet wird. Der Ringrohling ist in einer Struktur angeordnet und wird dann magnetisiert.

Ein Verfahren zum Herstellen eines Ringmagneten beinhaltet das Bilden von mindestens einem Schlitz in einem Materialrohling. Der geschlitzte Materialrohling wird in eine Form mit einer Ringaussparung eingeführt. Die Form wird um den geschlitzten Materialrohling geschlossen, sodass der geschlitzte Materialrohling mindestens einen Schlitz anreißt und sich an die Ringaussparung anpasst, um mehrere Materialsegmente mit dazwischen angeordneten Perforierungen zu bilden. Die Perforierungen werden mit einem Bindemittel gefüllt, um einen Ringrohling zu definieren.

Ein Verfahren zum Herstellen eines Ringmagneten beinhaltet das Bilden von mindestens einem Schlitz in einem Materialrohling. Das Gegenstück wird in eine Form mit einer Ringaussparung eingesetzt. Der geschlitzte Materialrohling wird ebenso in eine Form eingesetzt. Die Form wird um den geschlitzten Materialrohling und das Gegenstück geschlossen, sodass der geschlitzte Materialrohling mindestens einen Schlitz anreißt. Das Gegenstück und der geschlitzte Materialrohling sind an die Ringaussparung anpasst, um mehrere Materialsegmente mit dazwischen angeordneten Perforierungen zu bilden. Das Gegenstück und die Vielzahl von Materialsegmenten sind miteinander verbunden, um einen Ringrohling zu definieren.

Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin dargebotenen Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.

ZEICHNUNGEN

Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur dem Zweck der Veranschaulichung und sind nicht dazu beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise zu begrenzen.

1 ist eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen spaltgeschnittenen Materialrohlings, gemäß der vorliegenden Offenbarung;

2A ist eine schematische Schnittansicht eines exemplarischen spaltgeschnittenen Rohlings vor dem Einsetzen in eine exemplarische Formpresse;

2B ist eine schematische Darstellung der exemplarischen spaltgeschnittenen Segmente nach dem Schließen der Formpresse;

2C ist eine schematische Darstellung der Segmente beim Einsetzen in einen Rotor;

2D ist eine schematische Darstellung der Segmente nach dem Einsetzen in den Rotor und mit der für einen weiteren spaltgeschnittenen Rohling geöffnete Formpresse;

3A ist eine schematische Schnittansicht eines exemplarischen spaltgeschnittenen Rohlings vor dem Einsetzen in eine exemplarische Formpresse;

3B ist eine schematische Darstellung der exemplarischen spaltgeschnittenen Segmente nach dem Schließen der Formpresse;

3C ist eine schematische Darstellung von Bindemitteleinfüllperforierungen zwischen den Segmenten bei geschlossener Formpresse;

3D ist eine schematische Darstellung der Ringsegmente mit Bindemittel nach dem Entfernen aus der Formpresse und mit einer für einen weiteren spaltgeschnittenen Rohling geöffneten Formpresse;

4A ist eine schematische Schnittansicht eines exemplarischen spaltgeschnittenen Rohlingpaars vor dem Einsetzen in eine exemplarische Formpresse mit einer darin angeordneten Form;

4B ist eine schematische Darstellung der exemplarischen spaltgeschnittenen Segmente nach dem Schließen der Formpresse und dem Binden an die Form;

4C ist eine schematische Darstellung der Ringsegmente, die an die Form nach dem Entfernen aus der Formpresse gebunden sind und mit einer für ein weiteres spaltgeschnittenes Rohlingpaar geöffneten Formpresse;

5A ist eine schematische Schnittansicht eines exemplarischen keilförmigen Spaltrohlings vor dem Einsetzen in eine exemplarische Formpresse;

5B ist eine schematische Darstellung der exemplarischen spaltgeschnittenen Segmente nach dem Schließen der Formpresse;

5C ist eine schematische Darstellung von Segmenten mit Bindemitteleinfüllperforierungen zwischen den Segmenten bei geschlossener Formpresse;

5D ist eine schematische Darstellung der Ringsegmente mit Bindemittel nach dem Entfernen aus der Formpresse und mit einer für einen weiteren spaltgeschnittenen Rohling geöffneten Formpresse;

6A ist eine schematische Darstellung von zwei alternativen Anordnungen für einen exemplarischen spaltgeschnittenen Rohling mit Klebematte;

6B ist eine schematische Darstellung des spaltgeschnittenen Rohlings mit Klebematte vor dem Einsetzen in eine exemplarische Formpresse;

6C ist eine schematische Darstellung der spaltgeschnittenen Segmente mit Klebermatte nach dem Schließen der Formpresse; und

6D ist eine schematische Darstellung der spaltgeschnittenen Segmente mit Klebematte nach dem Einsetzen in den Rotor.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und beabsichtigt nicht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen zu begrenzen. Es wird darauf hingewiesen, dass in allen Zeichnungen die gleichen Referenznummern auf die gleichen oder entsprechenden Teile und Merkmale verweisen. Weitere Richtungen, wie z. B. „oben“, „seitlich“, „rückwärts“, „untere“ und „obere“, werden zum Zwecke der Erläuterung verwendet und sollen, sofern nicht anders angegeben, nicht zur Erfordernis spezifischer Ausrichtungen führen. Diese Richtungen sind lediglich als Referenzsystem in Bezug auf die bereitgestellten Beispiele vorgesehen, könnten jedoch in alternativen Anwendungen verändert werden.

Elektromotoren, wie etwa Motoren oder Generatoren, verwenden elektrische potenzielle Energie, um mechanische Energie herzustellen oder umgekehrt, mechanische Energie zur Erzeugung elektrischer Energie über die Wechselwirkung von Magnetfeldern und stromführende Leiter zu verwenden. Ein Elektromotor mit eingebettetem Dauermagnet beinhaltet im Allgemeinen einen Rotor mit Magneten mit wechselnder Polarität um einen Außenumfang des Rotors aufweist. Der Rotor ist innerhalb eines Stators drehbar, der im Allgemeinen mehrere Wicklungen und magnetische Pole wechselnder Polarität beinhaltet. Die in den eingebetteten Dauermagnetmaschinen verwendeten Magnete sind häufig rechteckig; bogenförmige oder parabelförmige Magneten stellen jedoch verbesserte Leistungsmerkmale bereit. Bislang wurden bogenförmige oder parabelförmige Magneten durch das Bearbeiten eines rechteckigen Materialrohlings gebildet, um ein Verbundmaterial in eine Form zu passen oder zu formen, um die erforderlichen Endform zu erhalten. Der Bearbeitungsprozess ist jedoch Material-verschwenderisch und der Formprozess stellt eingebettete magnetische Fähigkeiten bereit.

Unter Bezugnahme nun auf 1 wird ein flacher, rechteckiger Materialrohling 10 dargestellt. Der Materialrohling 10 ist ein handelsüblicher Materialrohling, die in magnetischen Anwendungen verwendet werden, wie etwa mit einem Dauermagnet-Rotor in einem Dauermagnet-Elektromotor oder einem Dauermagnet-Generator. Dauermagneten können vorteilhaft zur Verwendung in der Automobil- und der Luftfahrtindustrie; der Zellstoff- und metallverarbeitenden Industrie; der Agrar-, Militär-, Hausgeräte-, Elektronik-, Energieerzeugnungs-, Baugewerbe-/Werkzeug-, Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie, der Konsumgüter- und Medizinbranche; und allgemeinen Herstellungsanwendungen sein. Der Materialrohling 10 kann aus einem ferromagnetischen Material gebildet werden, wie etwa Eisen, Nickel oder Kobalt oder aus einer Legierung aus einem seltenen Bodenmaterial. Das Material kann magnetisch isotrop sein, sodass die magnetischen Momente innerhalb des Magnets keine bevorzugte Ausrichtung aufweisen und der Magnet in jede Richtung magnetisierbar ist. In einem Beispiel ist der Ausgangsmaterialrohling ein ausgerichtetes magnetisches Material, sodass das magnetische Moment in einer bestimmten Richtung innerhalb des Rohlings liegt und nur längs dieser Richtung magnetisiert werden kann. Die Ausrichtungsrichtung kann längs einer beliebigen Richtung innerhalb des Rohlings liegen. Die Magnetisierung kann beispielsweise senkrecht zur Großfläche liegen (z. B. zu den linken und rechten Flächen des Materialrohlings 10 in 1).

Der Materialrohling 10 beinhaltet Schlitze 12, die angeordnet sind, um sich teilweise oder vollständig durch die Materialstärke zu erstrecken (z. B. durch ein spaltschneidendes Verfahren). Die Schlitze 12 können gerade Schnitte sein oder die Form eines keilförmigen Schnittes einnehmen. Mit anderen Worten können Abschnitte des Materialrohlings 10 durch eine Anordnung von kleineren rechteckigen Prismen oder trapezförmigen Prismen angeglichen werden (d. h., „Keystone“-Segmente). Es können ein oder mehrere Schlitze 12 im Materialrohling 10 mit den Schlitzen 12 vorliegen, die in einer zuvor festgelegten Beziehung entlang der Länge des Materialrohlings 10 angeordnet sind, um so eine endgültige Ringform nach dem Biegeverfahren, der nachfolgend beschrieben ist, bereitzustellen. Während die Schlitze 12 gleich verteilte entlang dem Materialrohling 10 dargestellt sind, ist zu beachten, dass die Schlitze 12 auch beispielsweise zu einer Seite des Materialrohlings 10 vorgespannt werden können, wobei sie nur nahe Enden oder am zentralen Abschnitt des Materialrohlings 10 angeordnet werden können, an einem ersten Bereich und spärlich an einem zweiten Bereich des Materialrohlings 10, angeordnet sein können oder beiderseits des Materialrohlings 10 angeordnet sein können (z. B. um die gewünschte Endform mit mindestens zwei gegenüberliegenden Krümmungsrichtungen zu erzeugen, wie etwa mit einer „S“-Form).

Mit Bezug nun auf 2A ist eine schematische Darstellung des spaltgeschnittenen Materialrohlings 10 vor dem Einsetzen in eine exemplarischen Formpresse 14 vorgesehen. Die Formpresse 14, wie dargestellt, beinhaltet ein erstes Werkzeug 16 und ein entsprechendes zweites Werkzeug 18. Die Werkzeuge 16, 18 bewegen sich (d. h., ersten hin bewegt zweiten, zweiten hin bewegt ersten oder beide zusammen bewegen) so um die Formpresse 14, um den spaltgeschnittenen Materialrohling 10 innerhalb einer Aussparung 20 zu schließen, wie am besten in 2B dargestellt ist. Das erste Werkzeug 16 weist eine konvexe Form und das zweite Werkzeug 18 eine konkave Form auf, sodass die Aussparung 20 bogenförmig über seine Länge geformt ist. Während das erste und zweite Werkzeug 16, 18 der Formpresse 14 mit entsprechenden Bogenformen dargestellt sind, ist zu beachten, dass auch jede Ringform für die Werkzeuge betrachtet ist. Als Beispiel weisen das erste und zweite Werkzeug 16, 18 eine entsprechende Parabelform, bogenförmige Endabschnitte mit einem linearen Abschnitt dazwischen oder eine Wellenform auf (d. h. angrenzende konvexe und konkave Kurven). Weiterhin weisen das erste und zweite Werkzeug 16, 18 zudem Formen auf, die nicht übereinstimmen, sodass die Aussparung 20 möglicherweise eine andere geometrische Form aufweist (z. B. Halbkreis, polygonal).

Die Aussparung 20 ist zur Aufnahme des spaltgeschnittenen Materialrohlings 10 bemessen. Der Materialrohling 10 hat ein spröden Material, dass bei einem Biegevorgang bricht, wenn der Vorgang bei Raumtemperatur durchgeführt wird (z. B. Kaltumformung). Das Schließen der Formpresse 14 bewirkt einen kontrollierten Bruch des spaltgeschnitten Materialrohlings 10 an der Stelle der Schlitze 12, während der Materialrohling 10 zum Anpassen an die Ringform der Formaussparung 20 gezwungen wird. Auf diese Weise wird der spaltgeschnittene Materialrohling 10 in mehrere Materialsegmente 22 gebrochen, die innerhalb der Ringaussparung 20 angeordnet sind. Der Materialrohling 10 kann mit den Schlitzen 12 angeordnet werden, die entweder in Richtung des ersten Werkzeugs 16 oder des zweiten Werkzeugs 18, wie bevorzugt, angeordnet werden. Während der Materialrohling 10 als aus einem spröden Material gebildet beschrieben wird, das beim Biegen bricht, ist zu beachten, dass bestimmte Anwendungen Magneten verwenden können, die aus duktilen Materialien gebildet werden, die nachgeben (d. h., biegen).

Unter Bezugnahme nun auf 2C kann die Vielzahl von Segmenten 22 so aus der Formpresse 14 in einen Rotor 26 bewegt werden (z. B. mit einem Stößel). Nachdem die Materialsegmente 22 vollständig in den Rotor 26 eingesetzt sind, kann die Formpresse 14 dann zur Aufnahme eines anderen spaltgeschnitten Materialrohlings 10 geöffnet werden (siehe 2D). Nach dem Einsetzen sind die Materialsegmente 22 innerhalb des Rotors 26 frei beweglich, sodass ein Klebstoff auf die Segmente 22 im Rotor 26 aufgebracht werden kann, um die Geometrie und Leerräume der Materialsegmente 22 bezüglich des Rotors 26 zu halten. Alternativ kann die Vielzahl von Materialsegmenten 22 so bemessen sein, um in der Rotor 26 mit einer Interferenz- oder Presspassung gepresst zu werden um ihre Ausrichtung innerhalb des Rotors 26 zu halten. Sobald sie innerhalb des Rotors 26 befestigt sind, können die Materialsegmente 22 entweder mit einem stationären oder Impulsmagnetisierer magnetisiert werden. Während die Materialsegmente 22 als vollständig magnetisiert innerhalb des montierten Zustands beschrieben sind, ist zu beachten, dass ein teilweises Magnetisierungsverfahren während einem der vormontierten Schritte auftreten kann, um die Neumagnetisierung in der endgültig gewünschten magnetischen Polaritätskonfiguration zu erleichtern.

Der Materialrohling 10 kann ein ausgerichtetes magnetisches Material in Richtung der magnetischen Ausrichtung senkrecht zur flachen Oberfläche des Rohlings 10 umfassen (z. B. parallel in Richtung der Spaltschnitte). Nach Bildung des Ringmagneten halten die einzelnen Materialsegmente 22 die Ausrichtung senkrecht zur Oberfläche, sodass, wenn magnetisiert, der Ringmagnet magnetische Momentrichtungen aufweist, die die Position entlang des Magnetes wechseln (d. h., senkrecht zur lokalen Oberfläche). Die Fähigkeit die magnetischen Momentrichtungen räumlich zu variieren, stellt eine verbesserte Motoreffizienz bereit. Es sollte jedoch erwähnt werden, dass der Rohling mit einer anderen Richtung des magnetischen Moments hergestellt werden kann, wenn gewünscht und die einzelnen Segmente nach Bildung des Ringmagneten die Ausrichtung halten. Ferner kann der Magnet auch isotrop sein, d.h., dass er in beliebiger Richtung magnetisiert sein kann und die Magnetisierungsrichtung der einzelnen Segmente nach der Bildung, während des magnetisierenden Verfahrens, wird durch die räumliche Verteilung und Festigkeit des magnetischen Felds definiert.

Mit Bezug nun auf 3A ist eine schematische Darstellung eines spaltgeschnittenen Materialrohlings 110 vor dem Einsetzen in eine exemplarischen Formpresse 114 vorgesehen. Der Materialrohling 110 und die Formpresse 114 ähneln dem Materialrohling 10 und der Formpresse 14 und als solches werden gleiche Zahlen verwendet, um gleiche Teile zu beschreiben. Die Formpresse 114 ist mit einem ersten, konvexen Werkzeug 116 und einem entsprechenden zweiten, konkaven Werkzeug 118 dargestellt. Das konkave Werkzeug 118 bewegt sich zum konvexen Werkzeug 116, um die Formpresse 114 um den spaltgeschnittenen Materialrohling 110 innerhalb einer Aussparung 120 zu schließen, wie am besten in 3B dargestellt ist. Die Aussparung 120 ist zur Aufnahme des spaltgeschnittenen Materialrohlings 110 bemessen. Das Schließen der Formpresse 114 bewirkt einen kontrollierten Bruch des spaltgeschnitten Materialrohlings 110 an der Stelle der spaltgeschnittenen Schlitze 112, während der Materialrohling 110 zum Anpassen an die Ringform der Formaussparung 120 gezwungen wird. Der spaltgeschnittene Materialrohling 110 wird in mehrere Materialsegmente 122 gebrochen, die innerhalb der Ringaussparung 120 angeordnet sind.

Unter Bezugnahme nun auf 3C wird ein Bindemittel 130 zur Formpresse 114 an der Aussparung 120 hinzugefügt, um offene Leerräume 132 zwischen der Vielzahl von Materialsegmenten 122 zu füllen. Das Bindemittel 130 kann jedes Bindematerial zum Halten der Ringform der Materialsegmente 122 sein, wie etwa ein Klebemittel, ein Niedertemperaturlot, ein hitzegehärtetes Material, ein hochwertiges oder verstärktes Thermoplast oder ein hochwertiges oder faserverstärktes Duroplast. Nachdem das Bindemittel 130 zwischen und/oder um die Materialsegmente 122 ausgehärtet/ gehärtet ist, kann die Formpresse 114 dann geöffnet werden, um den Ringmagneten 134 zu entfernen (siehe 3D). Der Ringmagnet 134 hält seine Form nach dem Entfernen aus der Formpresse 114 aufgrund des Bindemittels 130. Der Ringmagnet 134 kann in oder auf einer Oberfläche eines Rotors oder in anderen Dauermagnetanwendungen eingesetzt werden. Sobald an der Stelle befestigt, kann der Ringmagnet 134 entweder mit einem stationären oder Impulsmagnetisierer magnetisiert werden, sodass die einzelnen Materialsegmente 122 ein kontrolliertes magnetisches Moment über die Ringform aufweisen (z. B. normal bis tangent zur Kurve). Wie vorab bemerkt ist zu beachten, dass ein teilweiser Magnetisierungsverfahren während einem der vormontierten Schritte auftreten kann, um die Neumagnetisierung in der endgültig gewünschten magnetischen Polaritätskonfiguration zu erleichtern.

Wie bereits oben mit Bezug auf den Materialrohling 10 erörtert wurde, kann der Materialrohling 110 ein ausgerichtetes magnetisches Material in Richtung der magnetischen Ausrichtung senkrecht zur flachen Oberfläche des Rohlings 110 umfassen (z. B. parallel in Richtung der Spaltschnitte). Nach Bildung des Ringmagneten halten die einzelnen Materialsegmente 122 die Ausrichtung senkrecht zur Oberfläche, sodass, wenn magnetisiert, der Ringmagnet magnetische Momentrichtungen aufweist, die die Position entlang des Magnetes wechseln (d. h., senkrecht zur lokalen Oberfläche). Die Fähigkeit die magnetischen Momentrichtungen räumlich zu variieren, stellt eine verbesserte Motoreffizienz bereit. Es sollte jedoch erwähnt werden, dass der Rohling mit einer anderen Richtung des magnetischen Moments hergestellt werden kann, wenn gewünscht und die einzelnen Segmente nach Bildung des Ringmagneten die Ausrichtung halten. Ferner kann der Magnet auch isotrop sein, d.h., dass er in beliebiger Richtung magnetisiert sein kann und der Magnetisierungsrichtung der einzelnen Segmente nach der Bildung, während des magnetisierenden Verfahrens, durch die räumliche Verteilung und Festigkeit des magnetischen Felds definiert ist.

Mit Bezug nun auf 4A ist eine schematische Darstellung eines spaltgeschnittenen Materialrohlingpaars 210, 211 vor dem Einsetzen in eine exemplarischen Formpresse 214 vorgesehen. Die Materialrohlinge 210, 211 und die Formpresse 214 ähneln dem Materialrohling 10 und der Formpresse 14 und als solches werden gleiche Zahlen verwendet, um gleiche Teile zu beschreiben. Die Formpresse 214 ist mit einem ersten, konvexen Werkzeug 216 und einem entsprechenden zweiten, konkaven Werkzeug 218 mit einer Form 236 dargestellt, die darauf angeordnet ist. Die Form 236 kann ein dünner Materialstreifen in einer starren Form (z. B. Stahl, starren Kunststoff) oder in einer duktilen Form (z. B. Aluminium, weiches Polymer, Gummi) zum Befestigen der Materialrohlinge 210, 211 in einer zuvor festgelegten Beziehung zueinander sein. Die Form 236 kann ein magnetisches Material (z. B. Eisen oder Stahl) oder ein nicht-magnetisches Material (z. B. Aluminium, Edelstahl, ein anderes nicht-magnetisches Metall oder Polymer) zum Erzeugen eines „magnetischen Zwischenraums“ zwischen den Materialrohlingen 210, 211 und einer ineinander greifenden Struktur sein (z. B. Innenwand des Rotors). Während die Form 236 auf dem konkaven Werkzeug 218 angeordnet dargestellt ist, könnte es ebenso alternativ auf dem konvexen Werkzeug 216 oder einem Formpaar 236 auf jeweils den konvexen und konkaven Werkzeugen 216, 218 angeordnet sein. Ferner wird die Form 236 mit einer gleichmäßigen Dicke über seine Länge dargestellt, jedoch wird ebenso ein ungleichmäßiger Querschnitt betrachtet.

Während des Betriebs bewegen sich die konkaven und/oder konvexen Werkzeuge 216, 218 in die Nähe der Formpresse 214 um die spaltgeschnittenen Materialrohling 210, 211 innerhalb einer Aussparung 220 zu schließen, wie am besten in 4B dargestellt ist. Die Aussparung 220 ist zur Aufnahme der kombinierten spaltgeschnittenen Materialrohlinge 210, 211 und der Form 236 bemessen. Die Materialrohlinge 210, 211 werden aus einem spröden Material gebildet, dass bei einem Biegevorgang bricht. Das Schließen der Formpresse 214 bewirkt einen kontrollierten Bruch der spaltgeschnitten Materialrohlinge 210, 211 an der Stelle der spaltgeschnittenen Schlitze 212, während die Materialrohlinge 210, 211 zum Anpassen an die Ringform der Formaussparung 220 gezwungen wird. Auf diese Weise werden die spaltgeschnittenen Materialrohlinge 210, 211 in mehrere Materialsegmente 222 innerhalb der Ringaussparung 220 gebrochen. Die Vielzahl von Materialsegmenten 222 sind mit der Form 236 verbunden, um einen Ringmagneten 234 zu erzeugen.

Unter Bezugnahme nun auf 4C kann die Formpresse 214 geöffnet werden, um den Ringmagneten 234 zu entfernen. Der Ringmagnet 234 hält seine Form nach dem Entfernen aus der Formpresse 214 aufgrund der Struktur der Form 236. Der Ringmagnet 234 kann auf eine Oberfläche eines Rotors, wie zuvor beschrieben, eingesetzt bzw. befestigt oder in anderen Dauermagnetanwendungen verwendet werden. Sobald sie an der Stelle befestigt sind, können die Materialsegmente 234 entweder mit einem stationären oder Impulsmagnetisierer magnetisiert werden. Wenn der Ausgangsmagnet ein ausgerichteter Magnet ist, ist das magnetische Moment entlang einer bestimmten Richtung ausgerichtet, sodass die einzelnen Materialsegmente 222 ein kontrolliertes magnetisches Moment über die Ringform aufweisen (z. B. normal bis oberflächlich zur Kurve). Die Leerräume zwischen den Materialrohlingen 210, 211 erzeugen einen „Luftspalt“ im Dauermagneten zur Überwindung von Platzbeschränkungen und/oder zum Erreichen von verbesserter Motoreffizienz, da das magnetische Moment jedes Segments über die Ringform steuerbar ist.

Mit Bezug nun auf 5A ist eine schematische Darstellung eines spaltgeschnittenen Materialrohlings 310 vor dem Einsetzen in eine exemplarischen Formpresse 314 vorgesehen. Insbesondere weisen die Schlitze 312 in dieser Darstellung die Form von Winkelperforierungen auf (z. B. keilförmig). Der Materialrohling 310 und die Formpresse 314 ähneln dem Materialrohling 10 und der Formpresse 14 und als solches werden gleiche Zahlen verwendet, um gleiche Teile zu beschreiben. Die Formpresse 314 ist mit einem ersten, konvexen Werkzeug 316 und einem entsprechenden zweiten, konkaven Werkzeug 318 dargestellt. Die konkaven und/oder konvexen Werkzeuge 316, 318 bewegen sich in die Nähe der Formpresse 314 um den spaltgeschnittenen Materialrohling 310 innerhalb einer Aussparung 320 zu schließen, wie am besten in 5B dargestellt ist. Die Aussparung 320 ist zur Aufnahme des spaltgeschnittenen Materialrohlings 310 bemessen. Das Schließen der Formpresse 314 bewirkt einen kontrollierten Bruch des spaltgeschnitten Materialrohlings 310 an der Stelle der Schlitze 312. Auf diese Weise wird der spaltgeschnittene Materialrohling 310 in mehrere trapezförmige Materialsegmente 322 gebrochen, die innerhalb der Ringaussparung 320 angeordnet sind. Der Materialrohling 310 ist mit den Schlitzen 312 angeordnet, die zum konvexen Werkzeug 316 geöffnet sind, sodass der Bruch gegenüberliegende Flächen der eckigen Schlitze 312 bewirkt, um sich zusammen zu bewegen, wodurch die trapezförmigen Materialsegmente 322 eng aneinandergepackt werden. Während das konvexe und konkave Werkzeug 316, 318 der Formpresse 314 mit entsprechenden Bogenkonfigurationen dargestellt sind, ist zu beachten, dass auch jede Ringform für das Werkzeug betrachtet ist. Als Beispiel weisen das konvexe und konkave Werkzeug 316, 318 eine Parabelform, bogenförmige Endabschnitte mit einem linearen Abschnitt dazwischen oder eine Wellenform auf (d. h. angrenzende konvexe und konkave Kurven). Mit diesen alternativen offenbarten Vorrichtungen können die Schlitze 312 entsprechend beidseitig am Materialrohling 310 angebracht sein, um die dicht gepackte Materialsegmentanordnung bereitzustellen.

Unter Bezugnahme nun auf 5C wird ein Bindemittel 330 zur Formpresse 314 an der Aussparung 320 hinzugefügt, um offene Leerräume 332 zwischen der Vielzahl von Materialsegmenten 322 zu füllen. Das Bindemittel 330 kann jedes Bindematerial zum Halten der endgültigen Ringform der Materialsegmente 322 sein, wie etwa ein Klebemittel, ein Niedertemperaturlot, ein hitzegehärtetes Material, ein hochwertiges oder verstärktes Thermoplast oder ein hochwertiges oder faserverstärktes Duroplast. Nachdem das Bindemittel 330 zwischen und/oder um die Materialsegmente 322 ausgehärtet/ gehärtet ist, kann die Formpresse 314 dann geöffnet werden, um den Ringmagneten 334 zu entfernen (siehe 5D). Der Ringmagnet 334 hält seine Form nach dem Entfernen aus der Formpresse 314 aufgrund des Bindemittels 330. Der Ringmagnet 334 kann an eine Oberfläche eines Rotors, wie zuvor beschrieben, eingesetzt bzw. befestigt oder in anderen Dauermagnetanwendungen verwendet werden. Sobald an der Stelle befestigt, kann der Ringmagnet 334 entweder mit einem stationären oder Impulsmagnetisierer magnetisiert werden, sodass die einzelnen Materialsegmente 322 ein kontrolliertes magnetisches Moment über die Ringform aufweisen (z. B. normal bis tangent zur Kurve).

Wie bereits oben mit Bezug auf den Materialrohling 10 erörtert wurde, kann der Materialrohling 310 ein ausgerichtetes magnetisches Material in Richtung der magnetischen Ausrichtung senkrecht zur flachen Oberfläche des Rohlings 310 umfassen (z. B. parallel in Richtung der Spaltschnitte). Nach Bildung des Ringmagneten halten die einzelnen Materialsegmente 322 die Ausrichtung senkrecht zur Oberfläche, sodass, wenn magnetisiert, der Ringmagnet magnetische Momentrichtungen aufweist, die die Position entlang des Magnetes wechseln (d. h., senkrecht zur lokalen Oberfläche). Die Fähigkeit die magnetischen Momentrichtungen räumlich zu variieren, stellt eine verbesserte Motoreffizienz bereit. Es sollte jedoch erwähnt werden, dass der Rohling mit einer anderen Richtung des magnetischen Moments hergestellt werden kann, wenn gewünscht und die einzelnen Segmente nach Bildung des Ringmagneten die Ausrichtung halten. Ferner kann der Magnet auch isotrop sein und die Magnetisierungsrichtung der einzelnen Segmente nach der Bildung, während des magnetisierenden Verfahrens, wird durch die räumliche Verteilung und Festigkeit des magnetischen Felds definiert.

Mit Bezug nun auf 6A ist eine schematische Darstellung eines spaltgeschnittenen Materialrohlings 410 mit einer Gegenstückmatte 438 vorgesehen. Die Gegenstückmatte 438 kann ein flexibles Gegenstück für die Konstruktion sein und dimensionale Flexibilität aufweisen (z. B. Aluminiumfolie oder eine Faser mit einem Polymer) und kann mit einem Klebemittel auf einer ersten Oberfläche 440 zur Befestigung der Gegenstückmatte 438 an den Materialrohling 410 beschichtet sein. Eine gegenüberliegende, antihaftende Oberfläche 442 der Gegenstückmatte 438 kann mit einem Material mit entweder einer niedrigen Oberflächenenergie (z. B. zur Erleichterung des Einsetzens) oder einer hohen Oberflächenenergie (z. B. zur Erhöhung des Haltes nach dem Einsetzen) beschichtet sein. Die Gegenstückmatte 438 ist an einer oder beiden Seiten des Materialrohlings 410 vor dem Einsetzen innerhalb einer Formpresse 414 befestigt. Der Materialrohling 410 und die Formpresse 414 ähneln dem Materialrohling 10 und der Formpresse 14 und als solches werden gleiche Zahlen verwendet, um gleiche Teile zu beschreiben.

Unter Bezugnahme nun auf 6B und 6C, ist die Formpresse 414 mit einem ersten, konvexen Werkzeug 416 und einem entsprechenden zweiten, konkaven Werkzeug 418 beweglich zum Schließen der Form Presse 414 um den spaltgeschnitten Materialrohling 410 dargestellt. Die Aussparung 420 ist zur Aufnahme des kombinierten spaltgeschnittenen Materialrohlings 410 und die Gegenstückmatte(n) 438 bemessen. Das Schließen der Formpresse 414 bewirkt einen kontrollierten Bruch des spaltgeschnitten Materialrohlings 410 an der Stelle der spaltgeschnittenen Schlitze 412, um die Ringform der Formaussparung 420 anzupassen. Auf diese Weise wird der spaltgeschnittene Materialrohling 410 in mehrere Materialsegmente 422 gebrochen, die innerhalb der Ringaussparung 420 angeordnet sind.

Unter Bezugnahme nun auf 6D kann der Ringmagnet 434 mit Gegenstückmatte(n) 438 in eine entsprechende Form zum Einsetzen in einen Rotor 426 aufgrund der Struktur der Gegenstückmatte(n) 438 gebogen werden. Der Ringmagnet 434 kann in einen Rotor 426 eingesetzt werden, wie zuvor beschrieben, oder in anderen Dauermagnetanwendungen verwendet werden. Sobald an der Stelle befestigt, kann der Ringmagnet 434 entweder mit einem stationären oder Impulsmagnetisierer magnetisiert werden, sodass die einzelnen Materialsegmente 422 ein kontrolliertes magnetisches Moment über die Ringform aufweisen (z. B. normal bis tangent zur Kurve). Wie zu sehen ist, ermöglicht die Gegenstückmatte(n) 438 dem Ringmagneten 434 bewegt zu werden, ohne die Notwendigkeit eines Bindemittels, unter Beibehaltung der Unversehrtheit des Magneten (d. h., keine losen Teile). Vor allem kann ein Bindemittelmaterial hinzugefügt werden, nachdem der Ringmagnet 434 an einer endgültigen Stelle angeordnet ist, um etwaige Dimensionalitätsprobleme, die entstehen könnte, zu beheben. Ferner kann die Gegenstückmatte(n) 438 verwendet werden, um einen „Luftspalt” im Dauermagneten zur Überwindung von Platzbeschränkungen und/oder zum Erreichen von verbesserter Motoreffizienz zu erzeugen, da das magnetische Moment jedes Segments über die Ringform steuerbar ist.

Wie bereits oben mit Bezug auf den Materialrohling 10 erörtert wurde, kann der Materialrohling 410 ein ausgerichtetes magnetisches Material in Richtung der magnetischen Ausrichtung senkrecht zur flachen Oberfläche des Rohlings 410 umfassen (z. B. parallel in Richtung der Spaltschnitte). Nach Bildung des Ringmagneten halten die einzelnen Materialsegmente 422 die Ausrichtung senkrecht zur Oberfläche, sodass, wenn magnetisiert, der Ringmagnet magnetische Momentrichtungen aufweist, die die Position entlang des Magnetes wechseln (d. h., senkrecht zur lokalen Oberfläche). Die Fähigkeit die magnetischen Momentrichtungen räumlich zu variieren, stellt eine verbesserte Motoreffizienz bereit. Es sollte jedoch erwähnt werden, dass der Rohling mit anderen Richtung des magnetischen Moments hergestellt werden kann, wenn gewünscht und die einzelnen Segmente nach Bildung des Ringmagneten die Ausrichtung halten. Ferner kann der Magnet auch isotrop sein, d.h., dass er in beliebiger Richtung magnetisiert sein kann und der Magnetisierungsrichtung der einzelnen Segmente nach der Bildung, während des magnetisierenden Verfahrens, durch die räumliche Verteilung und Festigkeit des magnetischen Felds definiert ist.

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hierin beschrieben. Diese Beschreibung ist nur als Beispiel zu verstehen und Variationen, die sich nicht vom Kern der Offenbarung entfernen, werden somit als im Umfang der Offenbarung befindlich verstanden. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; einige Merkmale können größer oder kleiner dargestellt sein, um die Einzelheiten bestimmter Komponenten zu veranschaulichen. Folglich sind die hierin offenbarten strukturellen und funktionellen Details nicht als Beschränkungen zu verstehen, sondern lediglich als Basis für die Ansprüche sowie als repräsentative Grundlage, um den Fachleuten die verschiedenen Arten und Weisen der Nutzung der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Wie der Fachmann verstehen wird, können verschiedene Merkmale, die mit Bezug auf beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die Kombinationen der dargestellten Merkmale stellen repräsentative Ausführungsformen für verschiedene Anwendungen bereit. Beliebige Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen und Implementierungen erwünscht sein.