具有结构设计的增材制造式磁性材料的制作方法

1.本技术涉及具有三维结构以减少涡流损耗的磁性材料，并且更具体地涉及具有三维结构的磁芯和永磁体，及其制造方法。


背景技术：

2.常规的磁芯(例如，定子芯和转子芯)采用各种方法(诸如层压芯，或者使用压实的绝缘粉末或薄片来形成芯)来减少芯损耗。用于压实磁芯和永磁体的常规增材制造式磁性材料通常形成为实心块而无需层压。替代地，具有绝缘(或非导电)层的层压结构可以通过将涡流路径限制在薄叠层内来帮助减少涡流损耗。这些绝缘层应当能够承受磁性材料的高温热处理，所述高温热处理用于增加零件密度并改善材料性质。此外，在增材制造工艺期间原位层压磁性材料可能具有挑战性，因为需要使用兼容的增材制造工艺来沉积非常薄的绝缘层。因而，当使用增材制造时，这两种方法都是具有挑战性的。


技术实现要素：

3.根据一个或多个实施例，一种电机定子包括软磁轭，所述软磁轭具有沿着中心轴线延伸的圆柱形轭体，其中所述轭体具有限定外周边的外表面和围绕所述中心轴线限定中心开口的内周边。所述电机定子还包括多个软磁性定子齿，所述多个软磁性定子齿在所述内周边上连接到所述轭体并且朝向所述中心轴线延伸。每个定子齿限定第一组气穴，所述第一组气穴基于所述中心沿着所述定子齿轴向地间隔开并延伸，其中所述第一组中的每个气穴从所述定子齿的内表面朝向所述外表面径向地向外延伸。每个定子齿还限定第二组气穴，所述第二组气穴沿着所述定子齿轴向地间隔开并相对于所述外表面跨所述定子切向地延伸，其中所述第二组中的每个气穴从所述内表面朝向所述外表面径向地向外延伸。
4.根据至少一个实施例，所述圆柱形轭体的所述外表面可以限定第三组气穴，其中所述第三组中的每个气穴沿着所述外周边延伸并且相对于所述中心在所述外表面上方轴向地间隔开。在另外的实施例中，所述圆柱形轭体可以具有沿着所述中心轴线限定在所述圆柱形轭体的第一端处的顶表面以及与所述顶表面相对的底表面，并且所述顶表面和所述底表面中的一者或两者可以包括限定在其中并且从所述顶表面或所述底表面延伸到所述外表面的第四组气穴。在至少一个其他实施例中，所述圆柱形轭体可以具有沿着所述中心轴线限定在所述圆柱形轭体的第一端处的顶表面以及与所述顶表面相对的底表面，并且所述顶表面和所述底表面中的一者或两者可以包括限定在其中并且从所述顶表面或所述底表面延伸到所述外表面的第四组气穴。在某些实施例中，来自所述第一组的所述气穴可以间隔开以在所述第二组中的气穴的图案之间形成中心线。在至少一个实施例中，来自所述第一组和所述第二组的所述气穴可以沿着每个定子齿在轴向方向上以交替图案定位。在一个或多个实施例中，来自所述第二组的每隔一个气穴可以与来自所述第一组的所述气穴重叠以在所述第二组中的其他气穴之间形成图案化气穴。在至少一个实施例中，每个气穴可以被设定尺寸并定位在每个定子齿内以引导涡流并减少涡流损耗。在某些实施例中，每个
气穴可以在所述内表面处朝向所述中心开口打开并且针对定子齿的径向延伸表面封闭。在其他实施例中，每个气穴可以针对所述内表面封闭并且针对所述定子齿的径向延伸表面封闭。在某些实施例中，至少一个气穴可以包括定位在所述至少一个气穴内的绝缘构件。
5.根据一个或多个实施例，一种电机转子包括软磁轭，所述软磁轭具有圆柱形轭体，所述圆柱形轭体具有外表面和内表面，所述外表面限定外周边，所述内表面具有围绕中心轴线限定中心开口的内周边。所述轭体包括定位在所述外表面的径向内侧的弧形区段组，其中所述弧形区段组包括根据从所述外表面径向向外定位的中心同心地成形的相邻弧形区段。所述相邻弧形区段通过轴向间隔开且径向延伸的连接构件连接。所述弧形区段中的每一者限定径向气穴，所述径向气穴轴向地间隔开并且朝向所述外表面径向向外延伸，并且所述弧形区段中的每一者在所述轴向方向上在所述相邻弧形区段之间以及在连接构件之间限定轴向气穴。每个径向气穴针对轴向气穴封闭。
6.根据至少一个实施例，所述轭体可以包括多个弧形区段组，所述多个弧形区段组围绕所述轭体的圆周等距定位，使得每个弧形区段组包括根据从所述外表面径向向外定位的对应中心同心地成形的相邻弧形区段。在一个或多个实施例中，径向向内弧形区段可以包括比相邻径向向外弧形区段更少的径向气穴。在某些实施例中，相邻弧形区段中的径向向内弧形区段中的径向气穴可以比相邻径向向外弧形区段中的径向气穴间隔得更远。在至少一个实施例中，相邻弧形区段之间的径向向内轴向气隙可以在所述径向方向上宽于径向向外轴向气隙。根据一个或多个实施例，所述连接构件可以包括轴向对准的连接构件组，并且每个弧形区段可以包括轴向对准径向气穴，所述轴向对准径向气穴与所述轴向对准的连接构件组轴向对准。在至少一个实施例中，所述轴向气穴中的顶部气穴和底部气穴可以分别通向轭体的顶表面和底表面并限定在其中。在至少一个实施例中，每个气穴和气隙可以被设定尺寸并定位以引导涡流并减少涡流损耗。在某些实施例中，至少一个气穴可以包括定位在所述至少一个气穴内的绝缘构件。
7.根据一个或多个实施例，永磁体包括硬磁性主体，所述硬磁性主体具有成形的磁性主体和磁化方向。所述硬磁性主体限定针对所述磁性主体的外表面封闭的气穴，其中每个气穴限定平行于所述磁化方向的平面。在一个或多个实施例中，至少一个气穴可以被定位成使得所述平面垂直于由所述磁体主体的边缘限定的磁体主体平面。
附图说明
8.图1a示出了从垂直于磁通量的观察平面看的磁芯的示意图；
9.图1b示出了图1a的常规磁芯的区域q1的涡流路径的示意图；
10.图2a至图2d示出了根据一个或多个实施例的具有气穴图案的磁芯的示意图；
11.图3a是根据实施例的电机定子的定子齿的局部透视图；
12.图3b是根据另一个实施例的电机定子的定子齿的局部透视图；
13.图3c是根据又一实施例的电机定子的定子齿的局部透视图；
14.图4是根据实施例的电机定子的透视图；
15.图5是根据另一个实施例的电机定子的透视图；
16.图6a是根据实施例的电机转子的透视图；
17.图6b是图6a的电机转子沿着平面b-b'截取的截面图；
18.图7a至图7b是根据各种实施例的永磁体的俯视截面图；以及
19.图8a至图8e是根据各种其他实施例的永磁体的俯视截面图。
具体实施方式
20.根据需要，本文中公开了本发明的详细实施例；然而，应理解，所公开的实施例仅仅是可以各种形式和替代形式体现的本发明的示例。附图不一定按比例；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节并不解释为限制性，而仅解释为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。
21.此外，除非另有明确指明，否则本公开中的所有数值量应理解为由字词“约”修饰。术语“基本上”、“大致上”或“约”可以在本文中使用，并且可以修饰所公开或要求保护的值或相对特性。在此类情况下，“基本上”、“大致上”或“约”可以表示其所修饰的值或相对特性是在所述值或相对特性的
±
0％、0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％或10％以内(例如，在提及基本上垂直或平行时相对于角度偏离程度)。在所陈述的数值极限内的实践通常是优选的。而且，除非明确相反地陈述，否则结合本公开将一组或一类材料描述为对于给定目的而言是合适或优选的暗示该组或该类中的任何两个或更多个成员的混合物可同样地是合适或优选的。
22.根据一个或多个实施例，软磁性材料包括图案化气穴以增加涡流路径长度并减小磁通量回路的横截面积以减少磁性材料内的涡流损耗。可以通过增材制造磁性材料而不是将磁性材料层与绝缘层进行层压来在磁性材料中限定气穴。因而，可以形成针对特定涡流路径定制的独特结构设计。气穴引导涡流路径并且在不显著影响磁导率和饱和磁通量密度的情况下对磁通量方向成形，使得磁通量可以是各向异性的并且在磁性材料中产生局部期望的磁通量图案。
23.参考图1a，示出了增材制造式磁芯100中的结构设计的示例。增材制造式磁芯100的横截面的观察平面垂直于进入或离开页面(未示出)的磁通量。磁芯100可以具有晶胞(unit cell)110，所述晶胞具有限定的气穴120，所述气穴通向磁芯100的外表面102。在图1b中，示出了使用晶胞110的象限q1的轴对称模型的有限元模拟。图1b示出了气穴120迫使涡流(如描绘路径130的箭头所示)采取更长的蜿蜒路径，如描绘路径130的箭头所示，并且阴影描绘了涡流密度。因而，路径130的长度上的电阻增加，并且涡流密度和损耗降低。涡流损耗降低与气穴120设计直接相关。值得注意的是，气穴120的长度减少了涡流损耗，因为电流路径长度随着气穴120的长度的增加而增加。因此，最长侧垂直于由箭头130所示的局部涡流方向的气穴120在阻挡路径130并减少损耗方面是最有效的。由于磁芯100的饱和磁通量密度和磁导率与气穴120的体积成反比，因此设计具有最小气穴体积的气穴120可以优化磁导率和饱和磁通量密度。因此，气穴120可以被设计成具有大的纵横比(即，与宽度相比，长度较大)，其中长侧尺寸垂直于局部涡流方向。例如，在某些实施例中，纵横比(长度比宽度)可以是1:500，在其他实施例中为1:250，并且在又其他实施例中为1:100。在另外的实施例中，纵横比可以是1:75，并且在又另外的实施例中，纵横比可以是1:50。在至少一个实施例中，纵横比可以是至少1:2，在其他实施例中，至少为1:5，并且在又另外的实施例中，至少为1:10。此外，气穴120不需要是线性设计，并且尽管在附图中仅示出了线性设计，但是也可以设想其他形状，诸如但不限于弯曲形状、振荡形状或具有一定维度方面的其他图案，从而
形成垂直于涡流方向的长尺寸。气穴大小和尺寸可以基于磁芯、定子或转子的大小来选择，并且可以基于不切穿垂直于磁通量的平面来进行约束。此外，气穴的深度还可以取决于磁芯、定子或转子的尺寸。例如，气穴的最小尺寸(即，宽度)在一些实施例中可以为1μm至75cm，在其他实施例中为1μm至50cm，并且在又一实施例中为1μm至40cm。
24.此外，增材制造式磁性材料可以形成有暴露于磁性主体的外表面的气穴(如图1中可见)，或者可以形成在磁性材料主体内而不将气穴暴露于芯的外表面，如图2a至图2d的图案中所示。增材制造技术(诸如粉末床熔合和粘结剂喷射)通过凭借熔化或胶合将松散粉末保持在一起来形成磁性主体，使得气穴暴露于外表面以允许通过去粉工艺去除未使用的松散粉末。然而，诸如直接能量沉积和3d丝网打印的增材制造技术可以形成不需要暴露于外表面进行去粉化的气穴，并且因而可以在磁性主体内形成更复杂的设计结构。参考图2a至图2d，示出了磁体200a、200b、200c、200d的结构设计，其中磁体主体205a、205b、205c、205d具有暴露的气穴210a、210b、210c、210d和针对外表面封闭的气穴220a、220b、220c、220d的图案，如在垂直于磁通量的观察平面中所示。两组气穴都限定在相应的磁性主体中，并且可以具有各种几何形状、纵横比、宽度、长度、位置和布置，并且图2a至图2d中对某些图案的描绘是示例而不意图进行限制。例如，在某些实施例中，具有类似狭缝形状的均匀气穴可以均匀地分布在整个主体中，或者在其他实施例中取决于与表面的接近度而不均匀地分布。气穴220a、220b、220c、220d可以重叠，使得它们部分地互连或彼此断开连接。类似地，气穴210a、210b、210c、210d可以部分地互连，使得气穴210a、210b、210c、210d在多于一个位置处暴露于表面，或者可以彼此断开连接。在图2d中所示的示例中，减少涡流损耗是基于由气穴220d的位置和大小控制的磁通回路的横截面积减小。因此，电动势和涡流两者都被形成晶胞230d的气穴220d抑制，其中芯体205d通过重复晶胞230d来建立。由晶胞230d包围的面积越小，芯体200d中的涡流损耗就越少。由晶胞230d包围的面积可以基于局部涡流损耗而在主体200d的位置中变化，并且晶胞230d可以具有任何合适的形状，诸如但不限于正方形或六边形。
25.根据一个或多个实施例，增材制造式软磁性材料包括限定在其中并且被定位成使涡流路径和磁通量的方向成形的气穴。气穴具有低磁导率，气穴的布置和几何形状可以用于引导涡流路径并使磁通量的方向成形。如将在下面的示例中讨论的，可以在整个磁性主体的不同位置处使用不同的结构设计和图案，以满足区域芯损耗和磁通量分布要求。
26.参考图3a至图3c，部分地示出了根据一个实施例的电机定子300。电机定子300包括软磁轭310，所述软磁轭具有沿着中心轴线z延伸的圆柱形轭体312，其中轭体312由软磁性材料制成。软磁性材料被定义为内矫顽磁力小于1000a/m的磁性材料。软磁性材料的示例包括但不限于铁、fe-si合金、fe-co合金、fe-ni合金、fe-si-al合金等。轭体312包括外表面314，所述外表面限定圆柱形轭体312的外周边。轭体312还具有内表面316，所述内表面限定围绕中心轴线z形成中心开口318的内周边。电机定子300还包括在内表面316处连接到轭体312并且围绕内周边定位的多个定子齿320。每个定子齿320朝向中心轴线z延伸。每个定子齿320在齿320内限定多个气穴330。每个气穴330限定在齿320中，使得每个气穴330从定子齿320的内表面322朝向轭体312的外表面314径向向外延伸，其中气穴330布置在齿中320并且不延伸到轭体312中。因而，气穴330针对外表面314封闭，使得限定在定子齿内。气穴330在图中示出为通向定子齿320的内表面322。尽管被示出为通向内表面322，但是在其他实施
例(未示出)中，气穴330可以针对内表面322封闭，使得它们从内表面322内凹，并且对通向内表面322的气穴330的描绘并不意图进行限制。在所示实施例中，气穴330可以仅通向内表面322(而不通向任何其他表面)。
27.在图3a中所示的实施例中，每个定子齿320包括第一组332气穴330，所述第一组气穴沿着齿320在轴向方向上(相对于中心轴线z)间隔开，并且被成形为在轴向方向上伸长和延伸，使得气穴332平行于轴向-径向平面。每个定子齿320还包括第二组334气穴330。第二组334的气穴330也相对于中心轴线z沿着齿320在轴向方向上间隔开，然而第二组334中的每个气穴330如相对于外表面314跨定子齿320切向地延伸，使得其平行于切向(或周向)-径向平面延伸。此外，在某些实施例中，第二组334可以基本上垂直于第一组332。
28.如先前所讨论的，气穴330的尺寸可以基于磁芯的大小来选择，并且可以通过不切穿垂直于磁通量的平面来进行约束。另外，气穴330的深度还可以取决于磁芯的尺寸。此外，基于优化气穴体积，大小和尺寸可以被设计成具有大的纵横比(即，与宽度相比，长度较大)。例如，在某些实施例中，纵横比(长度比宽度)可以是1:500，在其他实施例中为1:250，并且在又其他实施例中为1:100。在另外的实施例中，纵横比可以是1:75，并且在又另外的实施例中，纵横比可以是1:50。在至少一个实施例中，纵横比可以是至少1:2，在其他实施例中，至少为1:5，并且在又另外的实施例中，至少为1:10。在某些示例中，气穴的最小尺寸(即，宽度)在一些实施例中可以为1μm至75cm，在其他实施例中为1μm至50cm，并且在又一实施例中为1μm至40cm。此外，气穴330不需要是线性设计，并且尽管在附图中仅示出了线性设计，但是也可以设想其他形状，诸如但不限于弯曲形状、振荡形状或具有一定维度方面的其他图案，从而形成垂直于涡流方向的长尺寸。
29.在某些示例中，如图3a中所示，第一组332的气穴330的纵横比可以大于第二组332的气穴330的纵横比。此外，每个组332、334中可以包括任何数量的气穴330，并且第一组332和第二组334可以协作以跨定子齿320形成重复图案。尽管在图3a中示出了一个图案，但是设想了用于控制涡流路径和磁通量方向的任何合适的图案(例如，参见图3b至图3c)。通常，定子齿320区域具有一维磁通量线并且经历高芯损耗。气穴330可以如图3a所示布置，其中某些气穴330平行于磁通量方向延伸，其中两组332、334气穴330分别以切向取向和轴向取向彼此垂直地布置。
30.图3b和图3c中示出了附加的图案。在图3b和图3c两者中，气穴330沿着定子齿320的轴向方向从第一组332和第二组334交替。然而，在图3b中，第一组332和第二组334中的某些气穴330重叠以形成气穴330的加号形横截面。因而，某些气穴330在定子齿320内互连以允许具有更复杂的结构，从而导致更适合的磁通量控制。在图3c中，第一组332的气穴330不与第二组334的气穴330互连。
31.参考图4，示出了根据一个实施例的电机定子400。电机定子400包括软磁轭410，所述软磁轭具有沿着中心轴线z延伸的圆柱形轭体412，所述圆柱形轭体由软磁性材料制成。软磁性材料被定义为内矫顽磁力小于1000a/m的磁性材料。软磁性材料的示例包括但不限于铁、fe-si合金、fe-co合金、fe-ni合金、fe-si-al合金等。轭体412包括外表面414，所述外表面限定圆柱形轭体412的外周边。轭体412还具有内表面416，所述内表面限定围绕中心轴线z形成中心开口418的内周边。电机定子400还包括在内表面416处连接到轭体412并且围绕内周边定位的多个定子齿420。每个定子齿420朝向中心轴线z延伸。电机定子400还包括
气穴430，所述气穴限定在轭体412内、从外表面414延伸到主体412中。气穴430在围绕由外表面414限定的周边的方向上周向地延伸，并且相对于中心轴线z在轴向方向上间隔开。此外，气穴430围绕外表面414的周边径向地移位。在某些实施例中，如图所示，气穴430可以暴露于外表面414。在其他实施例(未示出)中，气穴430可以针对外表面414封闭，使得它们从表面414内凹。
32.参考图5，示出了根据又一实施例的电机定子500。电机定子500包括软磁轭510，所述软磁轭具有沿着中心轴线z延伸的圆柱形轭体512，所述圆柱形轭体由软磁性材料制成。软磁性材料被定义为内矫顽磁力小于1000a/m的磁性材料。软磁性材料的示例包括但不限于铁、fe-si合金、fe-co合金、fe-ni合金、fe-si-al合金等。轭体512包括外表面514，所述外表面限定圆柱形轭体512的外周边。轭体512还具有内表面516，所述内表面限定围绕中心轴线z形成中心开口518的内周边。电机定子500还包括在内表面516处连接到轭体512并且围绕内周边定位的多个定子齿520。每个定子齿520朝向中心轴线z延伸。类似于图4，电机定子500还包括限定在轭体512内的气穴530。此外，磁轭510具有沿着中心轴线z限定的顶表面502和底表面504。电机定子500包括气穴540，所述气穴从顶表面502和/或底表面504延伸到外表面514。气穴540可以相对于中心轴线z围绕顶表面502和/或底表面504径向间隔开。在某些实施例中，气穴540可以围绕顶表面502和/或底表面504等距间隔开，并且顶表面502和底表面504中的气穴540可以在圆柱形轭体512中沿轴向方向对准。
33.尽管图3a至图3c、图4和图5的实施例是分开示出的，但是可以设想，所述实施例中的任一者的电机定子可以在所描述的位置中的一者或多者中包括气穴，并且包括基于所需要的涡流路径控制和磁通量控制的任何合适的图案或图案组合的气穴。除了考虑电磁要求之外，还可以优化位置之间的气穴位置、布置和形状以实现机械完整性。例如，定子可以在定子齿和轭体中(在图4至图5中所示的位置中的任一者或两者中)包括气穴。在其他示例中，定子可以仅在轭体的一个或多个区域中包括气穴(例如，仅顶表面/底表面到外表面，或仅外表面气穴)。
34.参考图6a和图6b，示出了根据另一个实施例的电机转子600，其中图6b描绘了在平面a-a'处截取的径向和轴向横截面。电机转子600包括转子背铁610(或在本文中可互换地，软磁轭610)，所述转子背铁具有沿着中心轴线z延伸的圆柱形主体612，所述圆柱形主体由软磁性材料制成。软磁性材料被定义为内矫顽磁力小于1000a/m的磁性材料。软磁性材料的示例包括但不限于铁、fe-si合金、fe-co合金、fe-ni合金、fe-si-al合金等。主体612包括外表面614，所述外表面限定圆柱形主体612的外周边。主体612还具有内表面616，所述内表面限定围绕中心轴线z形成中心开口618的内周边。主体612包括定位在外表面614的径向内侧的弧形区段组620。在某些实施例中，如图6a所示，软磁轭610包括围绕主体612周向地间隔开的多个弧形区段组620。每个弧形区段组620包括相对于从外表面614径向向外定位的中心同心地成形的相邻弧形区段622。每个弧形区段组620可以包括任何数量的弧形区段622，并且对任何特定数量的区段622的描绘不意图进行限制。弧形区段622中的每一者通过连接构件625连接到相邻区段622，所述连接构件在径向方向上延伸以连接相邻弧形区段622。连接构件625相对于中心轴线z在轴向方向上间隔开。弧形区段622中的每一者在其中限定径向延伸(或径向)气穴630，以用于控制磁通量并定制弧形区段622中的涡流路径，其中每个径向气穴630都针对弧形区段622的外表面封闭。气穴630在弧形区段622上轴向地间隔开，
并且每个气穴630在径向方向上朝向外表面614延伸。此外，软磁轭610具有在轴向方向上在相邻弧形区段622之间以及在连接构件625之间径向地限定的轴向延伸(或轴向)气穴640。气穴630和640协作以通过产生各向异性通量来改善电机性能。轴向延伸气穴640产生磁通屏障，而气穴630打破轴向分区内的涡流路径。尽管被示出为通向主体612的顶表面并通向外表面614，但是轴向气穴640可以针对主体612的外表面封闭，使得它们从外表面内凹一定深度，并且对通向外表面的轴向气穴640的描绘并不意图进行限制。此外，径向气穴630针对轴向气穴640封闭。
35.在某些实施例中，轴向气穴640的大小可以在径向方向上变化。例如，更靠近中心开口618的气穴640可以比朝向外表面614径向向外定位的气穴640更宽(在径向方向上)。此外，气穴630的密度可以在相邻弧形区段622之间从中心开口618附近的弧形区段622到朝向外表面614的那些弧形区段变化。例如，朝向外表面614的弧形区段622可以包括比朝向中心开口618的弧形区段622更多的气穴630。该密度分布是基于转子表面614是高损耗区域，从而需要更多气穴630。在一个或多个实施例中，如图6b所示，每个弧形区段622可以包括与连接构件625轴向对准以最大程度地减少磁通量泄漏的气穴630。此外，尽管大致上示出为具有类似尺寸，但是基于期望的磁通量分布，气穴630可以在轭体612内的不同位置处具有不同的几何形状，并且对图6a至图6b的描绘不意图进行限制。
36.参考图7a至图7b，示出了根据各种实施例的永磁体700a、700b的俯视截面图。永磁体700a、700b是由硬磁性材料制成的弧形永磁体，从而形成磁性主体710a、710b。硬磁材料可以是内矫顽磁力大于1000a/m的任何合适的材料，诸如但不限于nd-fe-b、sm-co、alnico等。磁性主体710a、710b在其中限定气穴720a、720b以帮助减少涡流损耗。气穴720a、720b的平面基本上与永磁体700a、700b的磁化方向ma、mb对准。在图7a中，磁体700a包括平行于磁化方向ma延伸的平行气穴720b。在图7b中，磁体700b包括相对于磁体主体710外部的中心715径向向外延伸的气穴720b，其中磁化方向mb从中心715径向向外。气穴720a、720b从磁体主体710a、710b的外表面封闭以对磁体分段。分段磁体中的气穴减少了涡流损耗，并且因此允许降低磁体温度，使得可以降低去磁的可能性。
37.参考图8a至图8e，示出了根据各种实施例的矩形永磁体800。永磁体800包括其中限定有气穴820的磁体主体810。气穴820的图案在图8a至图8e中示出。例如，在图8a中，气穴820作为延伸到页面中的第一组822(根据磁化方向m)分布，并且是位于磁体主体810的高度h上的宽狭缝。第二气穴824基本上垂直于第一组822的气穴820定位，并且在第一组822的气穴820之间在磁体800的高度h上延伸达磁体主体810的长度，所述第一组的气穴在气穴824的任一侧上对准。在图8b中，在主体810的高度h上延伸的气穴824与它们之间的第一组822的气穴820间隔开。与图8a的实施例相比，第一组822的气穴820更宽，使得它们在磁体主体810的宽度w的一部分上延伸。在图8c至图8e中，气穴820全部平行延伸，并且在磁体主体810的高度h上间隔开。气穴820可以在高度h上并且与磁体主体810的边缘等距地间隔开(图8c)，或者可以交替地更靠近磁体主体810的边缘间隔开(或暴露于磁体主体的表面)(如图8d中所示)。此外，如图8e中所示，气穴820可以在磁体主体810的高度h上间隔开，并且可以在磁体主体810的中点处中断，使得气穴820是不连续的。此外，如图8e中可见，与相邻气穴820相比，交替的气穴820可以不断开连接，并且可以从边缘向内定位。还可以设想附加图案和设计(例如，更复杂的形状和结构或间隔)以定制对永磁体的涡流控制，并且对永磁体800
中的气穴830的某些图案的描绘不意图进行限制。
38.还可以设想，通过增材制造在电机定子、转子和磁体材料中具有气穴的结构设计，所述结构设计可以由定位在气穴内的绝缘材料形成。增材制造允许在设计中将材料改变为绝缘材料，使得气穴可以在增材制造工艺期间形成具有不同材料的区域。为了减少涡流损耗，材料可以是绝缘体(例如，陶瓷、金属氧化物和金属氮化物)或高电阻材料(例如，硅、金属间化合物)或两者的组合。用其他材料填充设计中的开放气穴也可以帮助改善磁芯的机械完整性。因此，尽管未在附图中示出，但是本文公开的任何或所有气穴都可以在一个或多个气穴内包括绝缘构件，如期望的特定电流路径所确定的。
39.根据一个或多个实施例，增材制造式磁性材料形成其中限定有气穴的主体。气穴针对磁性主体的外表面封闭，并且被定位和成形为优化磁性主体的期望电磁性质。增材制造允许定制磁性材料的主体内的气穴的形状和位置，并且在不暴露于磁性主体的外表面的情况下形成气穴。因而，可以利用详细的图案和设计，使得结合在磁性主体内的气穴可以引导涡流路径以减少涡流损耗，以及引导磁通量。
40.尽管上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述本发明的所有可能形式。相反，本说明书中所使用的字词为描述性而非限制性的字词，并且应理解，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种改变。另外，可以将各种实施的实施例的特征进行组合，以形成本发明的另外的实施例。
41.根据本发明，提供了一种电机定子，所述电机定子具有：软磁轭，所述软磁轭具有沿着中心轴线延伸的圆柱形轭体，所述轭体具有限定外周边的外表面和围绕所述中心轴线限定中心开口的内周边；以及多个软磁性定子齿，所述多个软磁性定子齿在所述内周边上连接到所述轭体并且朝向所述中心轴线延伸，每个定子齿限定第一组气穴和第二组气穴，所述第一组气穴基于所述中心沿着所述定子齿轴向地间隔开并延伸，其中所述第一组中的每个气穴从所述定子齿的内表面朝向所述外表面径向地向外延伸，所述第二组气穴沿着所述定子齿轴向地间隔开并相对于所述外表面跨所述定子切向地延伸，其中所述第二组中的每个气穴从所述内表面朝向所述外表面径向地向外延伸。
42.根据实施例，所述圆柱形轭体的所述外表面限定第三组气穴，所述第三组中的每个气穴沿着所述外周边延伸并且相对于所述中心在所述外表面上方轴向地间隔开。
43.根据实施例，所述圆柱形轭体具有沿着所述中心轴线限定在所述圆柱形轭体的第一端处的顶表面以及与所述顶表面相对的底表面，并且所述顶表面和所述底表面中的一者或两者包括限定在其中并且从所述顶表面或所述底表面延伸到所述外表面的第四组气穴。
44.根据实施例，所述圆柱形轭体具有沿着所述中心轴线限定在所述圆柱形轭体的第一端处的顶表面以及与所述顶表面相对的底表面，并且所述顶表面和所述底表面中的一者或两者包括限定在其中并且从所述顶表面或所述底表面延伸到所述外表面的第四组气穴。
45.根据实施例，来自所述第一组的所述气穴间隔开以在所述第二组中的气穴的图案之间形成中心线。
46.根据实施例，来自所述第一组和所述第二组的所述气穴沿着每个定子齿在轴向方向上以交替图案定位。
47.根据实施例，来自所述第二组的每隔一个气穴与来自所述第一组的所述气穴重叠以在所述第二组中的其他气穴之间形成图案化气穴。
48.根据实施例，每个气穴被设定尺寸并定位在每个定子齿内以引导涡流并减少涡流损耗。
49.根据实施例，每个气穴在所述内表面处朝向所述中心开口打开并且针对所述定子齿的径向延伸表面封闭。
50.根据实施例，至少一个气穴包括定位在所述至少一个气穴内的绝缘构件。
51.根据本发明，提供了一种电机转子，所述电机转子具有：软磁轭，所述软磁轭具有圆柱形轭体，所述圆柱形轭体具有外表面和内表面，所述外表面限定外周边，所述内表面具有围绕中心轴线限定中心开口的内周边，所述轭体包括定位在所述外表面的径向内侧的弧形区段组，所述弧形区段组包括相邻弧形区段，所述相邻弧形区段根据从所述外表面径向向外定位的中心同心地成形并且通过轴向间隔开且径向延伸的连接构件连接，所述弧形区段中的每一者限定径向气穴，所述径向气穴轴向地间隔开并且朝向所述外表面径向向外延伸，并且所述弧形区段中的每一者在所述轴向方向上在所述相邻弧形区段之间以及在连接构件之间限定轴向气穴，其中每个轴向气穴针对所述轴向气穴封闭。
52.根据实施例，所述轭体包括多个弧形区段组，所述多个弧形区段组围绕所述轭体的圆周等距定位，使得每个弧形区段组包括根据从所述外表面径向向外定位的对应中心同心地成形的相邻弧形区段。
53.根据实施例，径向向内弧形区段包括比相邻径向向外弧形区段更少的径向气穴。
54.根据实施例，相邻弧形区段中的径向向内弧形区段中的所述径向气穴比相邻径向向外弧形区段中的径向气穴间隔得更远。
55.根据实施例，相邻弧形区段之间的径向向内轴向气穴在所述径向方向上宽于径向向外轴向气穴。
56.根据实施例，所述连接构件包括轴向对准的连接构件组，并且每个弧形区段包括轴向对准径向气穴，所述轴向对准径向气穴与所述轴向对准的连接构件组轴向对准。
57.根据实施例，所述轴向气穴中的顶部轴向气穴和底部轴向气穴分别通向轭体的顶表面和底表面并限定在其中。
58.根据实施例，至少一个气穴包括定位在所述至少一个气穴内的绝缘构件。
59.根据本发明，提供了一种永磁体，所述永磁体具有：硬磁性主体，所述硬磁性主体具有成形的磁性主体和磁化方向，所述硬磁性主体限定针对所述磁性主体的外表面封闭的气穴，其中每个气穴限定平行于所述磁化方向的平面。
60.根据实施例，至少一个气穴被定位成使得所述平面垂直于由所述磁体主体的边缘限定的磁体主体平面。