CN103310943B - 永久磁体、含有这种永久磁体的电机及制造电机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种永久磁体（10），其包含至少一种来自稀土金属簇的金属成分（13），具有第一涂覆膜（20），所述第一涂覆膜形成用于所述永久磁体（10）的阴极腐蚀防护，其中，所述第一涂覆膜（20）含有一种金属（23），所述金属在电化学的电化序中比所述永久磁体（10）的所述金属成分（13）贱，其中，在所述第一涂覆膜（20）上施加一个第二涂覆膜（30），它是电绝缘地构成的。此外本发明涉及一种具有转子（44）和/或定子（48）的电机（40），以及一种这种电机的制造方法，所述转子和定子具有这种永久磁体（10）。

Description

永久磁体、含有这种永久磁体的电机及制造电机的方法

技术领域

本发明涉及一种永久磁体以及一种含有这种永久磁体的电机、以及一种用于制造电机的方法。

背景技术

由EP0430198B1已知一种烧结的稀土永久磁体，它具有一个由耐腐蚀和耐氧化的材料制成的涂覆膜。在此，该涂覆膜例如通过电解电镀或借助于无电流的涂镀被施加到永久磁体上。

在将这种永久磁体例如安装到电机中时，在永久磁体的表面涂层与按照电化学的电化序更贵重的金属相接触的情况下，会导致该涂层的金属组分的氧化。由此损坏防腐蚀层，由此永久磁体的材料以电化学方式直接地与环境的较贵重的金属反应。由此在一定的环境条件下发生不希望的磁性材料的腐蚀。因此这种稀土磁体的一定的应用领域被排除。

发明内容

本发明的任务在于，改进上述永久磁体、含有这种永久磁体的电机、以及一种用于制造该电机的方法和根据所述永久磁铁的用途。

上述任务还通过一种永久磁体来实现。该永久磁体包含至少一种来自稀土金属族的金属成分，具有第一涂覆膜，所述第一涂覆膜形成用于所述永久磁体的阴极腐蚀防护，其中，所述第一涂覆膜含有一种金属，所述金属在电化学的电化序中比所述永久磁体的所述金属成分贱。根据本发明，在所述第一涂覆膜上施加一个第二涂覆膜，它是电绝缘地构成的，所述第一涂覆膜含有作为金属的锌，该锌以长形的金属的闪光薄片或者片状的絮状体的形式被嵌入到一种母质材料中，其中闪光薄片或者絮状体相互接触，因此磁芯的整个表面被金属颗粒包围，所述第二涂覆膜以及所述第一涂覆膜完全地包围所述永久磁体，所述第二涂覆膜具有高的耐冲击强度和耐磨强度，并且构造成有机的漆层。

上述任务还通过一种用于电机的转子或定子来实现。根据本发明，至少一个根据前述方案的永久磁体被固定在所述转子或所述定子上，以便在所述转子和所述定子之间产生磁场。

上述任务还通过一种具有所述转子或定子的电机来实现。根据本发明，所述至少一个永久磁体在安装状态下直接地顶接在所述转子或所述定子的一个含铁的部件上。

上述任务还通过一种用于制造电机的方法来实现。根据本发明，所述方法包括以下方法步骤：

－用第一涂覆膜涂敷永久磁体，所述永久磁体含有至少一种金属成分，所述第一涂覆膜含有一种金属，所述金属在电化学的电化序中比所述永久磁体的所述金属成分贱，

－施加第二涂覆膜，所述第二涂覆膜是电绝缘的并且以硬的、干燥的表面围住所述第一涂覆膜，

－在所述第二涂覆膜完全干燥或时效硬化之后，将所述永久磁体插入电机的转子或定子的容纳体中，所述第一涂覆膜含有作为金属的锌，该锌以长形的金属的闪光薄片或者片状的絮状体的形式被嵌入到一种母质材料中，其中闪光薄片或者絮状体相互接触，因此磁芯的整个表面被金属颗粒包围，所述第二涂覆膜以及所述第一涂覆膜完全地包围所述永久磁体，所述第二涂覆膜具有高的耐冲击强度和耐磨强度，并且构造成有机的漆层。

上述任务还通过一种根据上述的永久磁体的用途来实现。所述永久磁体用于发电机或电动机，所述发电机或电动机具有布置在下游的传动机构，所述传动机构用于电机驱动地调节机动车中的可活动的部件。

本发明的优点

与上述现有技术相比，按照本发明的永久磁体、按照本发明的电机、以及按照本发明的用于制造这种电机的方法具有下述优点，即通过用电绝缘的覆盖层（涂层）包覆永久磁体，位于其下面的防腐层不受到侵蚀。这尤其涉及到一种安装状况，在该安装状况下，永久磁体接触一种在电化学的电化序中比在防腐层中的金属更贵重的金属。由此保持这样的效果，即防腐层的金属作为牺牲阳极用于电化学的较贵重的磁性材料。因此这样被涂层的稀土磁体例如可以在电机中直接地顶接在由磁性钢片制成的叠片组上，而防腐层的金属不会通过与叠片组的电化学反应被氧化。

通过下述措施可以实现对于上述按照本发明的永久磁体、按照本发明的电机、以及按照本发明的用于制造这种电机的方法和根据所述永久磁铁的用途的一些有利的扩展方案和改进。特别有利的是将双涂层用于含有作为稀土金属的钕的永久磁体。这尤其适用于钕－铁－硼磁体（NeFeB），如例如具有特别高的磁能量密度的磁相Ne₂Fe₁₄B。

对于所谓的阴极防腐蚀而言，特别合适的是一种涂层，它含有金属的锌，锌例如在电化学上比铁更贱。在此情况下，锌有利地以在永久磁体的周面上延伸的（闪光）薄片（Flitter）或絮状体的形式构造成。

作为用于这种阴极防腐蚀的优选的涂层，采用一种所谓的锌薄片涂层，其中，锌颗粒被嵌入到一个母质（基层）中。在此，锌颗粒特别有利地以薄片形式或者盘形或者板状形式构造成。作为用于锌颗粒的、或者备选地也用于铝颗粒的母质，可以不仅使用有机的或无机的粘结剂（结合剂），其接着被干燥或烘烤（焙烧）。

为了阴极防腐层不与永久磁体的安装环境的较贵金属反应，第一涂覆膜（腐蚀防护）用（电绝缘的）第二涂覆膜覆盖。该第二涂覆膜有利地具有高的硬度和高的强度，因此第二涂覆膜在安装和/或运行例如电机时不被损坏。这是特别重要的，因为在第二涂覆膜损伤情况下存在危险，即第一涂覆膜（牺牲电极）的较不贵重的金属与较贵重的安装环境进行电化学反应。在此处，电绝缘的层由有机物质形成，例如漆层或者环氧树脂或者硅树脂。

备选地，第二涂覆膜由电绝缘的无机物质制成，例如以硅或硅酸酯（硅酸盐）为基础的无机物。

特别有利的是，永久磁体用电绝缘的第二涂覆膜完全地包覆，因此阴极防腐蚀层被最佳地相对于环境封闭（密封）。但是在一个备选的实施方案中，也可以仅仅将永久磁体的这样的表面用第二涂覆膜覆盖，即这些表面在安装环境中与在电化学上较贵重的材料发生接触。在此情况下，第二涂覆膜在被干燥的状态下例如具有5至50μm的厚度，其中，对于在电机中的永久磁体，优选提供10至30μm的层厚。

具有第一和第二涂覆膜的永久磁体可以特别有利地用于电机的转子或定子中，该电机例如设计成发电机或电动机。在此情况下，通过由永久磁体产生的磁场或者感应出电流或者驱动转子。

依据电机的设计结构的情况，可以在转子或定子中安装多个单独的永久磁体。备选地，也可以使用一体的永久磁体，其例如设计成环形的，并且在周面上具有不同的磁化方向。优选地，至少一个永久磁体顶靠在转子或定子的一个部件上，该部件含有铁金属。这例如可以是转子的一个叠片组，其例如由单个的薄片类型的磁性钢板（电工钢片）组装成的。在该叠片组中，例如形成敞开的或封闭的凹槽，其中插入永久磁体。在此，永久磁体例如用弹簧元件固定在这些凹槽内。在这种应用中，永久磁体通过第二电绝缘的涂覆膜不仅相对于叠片组而且相对于金属制的弹簧元件被电绝缘。因此阻止布置在第一涂覆膜中的“牺牲金属”与环境的铁金属实施电化学反应。在此特别有利的是，在叠片组中的作为凹槽构造成的空隙至少在一些磁性钢板处具有封闭的内周壁，在该内周壁内部插入永久磁体和/或弹簧元件。通过相对于周壁弹簧弹性地挤压永久磁体，永久磁体被非常可靠地固定在转子中并且通过封闭的周壁在高的转速下也可以防止被抛出。在这种负载下，硬的、耐冲击的、电绝缘的第二涂覆膜提供一种对作为阴极腐蚀防护构造成的第一涂覆膜的可靠的封闭蒙护。备选地，弹簧元件也可以设计成叠片组的一部分，其中，此时第二涂覆膜将第一涂覆膜同时既相对于叠片组也相对于弹簧元件进行电绝缘。

按照本发明的电机的制造方法，永久磁体先用阴极防腐蚀层包覆，该阴极防腐蚀层含有比永久磁体的金属成分较非贵重的金属。在此之后，该阴极防腐蚀层用一个电绝缘的涂层包覆，该涂层具有特别硬的和耐冲击的表面。在该电绝缘的涂层被完全干燥或烘烤之后才将永久磁体插入电机的相应的容纳体中。由此保证，阴极防腐蚀层在安装到电机中之前就已经通过电绝缘层保护。通过电绝缘层的完全干燥的硬的表面，永久磁体在制造技术上可以非常简单地插入到电机的容纳体中，其中，为此可以使用各种不同类型的夹持元件或者也可以使用粘结剂。第一涂覆膜在此最好构造成锌薄片涂层，其例如可以借助于拉抹、浸渍、旋转、或者喷溅法进行施加。接着将仍然熔化（液态）的锌薄片覆层例如在炉子中进行干燥或焙烧，以便形成干燥的粘附强的涂覆膜。必要时，为了更好地粘附第一和第二涂覆膜，可以在它们之间或者直接在永久磁体的表面上布置非常薄的附加的中间层或者实施表面处理。

第二涂覆膜的硬的表面特性实现了在制造技术上有利地先将永久磁体插入叠片组的空隙中和接着将弹簧元件插入该空隙中，以便固定永久磁体。第二涂覆膜的硬的表面防止由于插入弹簧元件而破坏电绝缘。备选地，弹簧元件可以由不锈钢构造成，它在电化学上可更好地与第一涂覆膜的金属相兼容。

特别有利地，按照本发明被涂敷的永久磁体可以应用于这样的电机中，在该电机中永久磁体直接地与电机部件处于接触中，该电机部件含有比阴极防腐蚀层金属在电化学上较贵重的金属。这种电机优选可以作为电机式驱动装置应用于机动车中，不仅作为用于电动机动车和混合动力机动车的驱动装置，而且用于机动车中的电机式舒适驱动装置，尤其是用于助力转向器。

附图说明

在附图中示出了按照本发明的装置的不同的实施例并且在以下的说明中详细阐述。

图1显示了通过按照本发明的具有第一和第二涂覆膜的永久磁体的截面图，和

图2显示了具有按照本发明的永久磁体的按照本发明的电机。

具体实施方式

图1显示了一个通过永久磁体10的截面图（未按真实比例尺），该永久磁体例如设计成棒形磁体12。永久磁体10具有磁芯11，磁芯由一种磁性材料制成，该磁性材料至少含有一种稀土金属13。例如该磁性材料构造成钕－铁－硼磁体14，其含有组分Ne₂Fe₁₄B16。磁芯11被第一涂覆膜20包围，它设计成用于磁芯11的腐蚀防护。在实施例中，磁芯11完全被第一涂覆膜20围住，因此该涂覆膜20的阻挡作用防止了对磁性材料的腐蚀或氧化。此外，涂覆膜20提供所谓的“阴极腐蚀防护”，其方式是，在涂覆膜20中嵌入金属23，该金属在电化学的电化序中比磁芯11的磁性材料或包含在其中的稀土金属13的磁性材料要贱。例如第一涂覆膜20为此含有由铝或锌构成的金属颗粒22，其用作所谓的牺牲电极，以便防止磁性材料的氧化。金属颗粒22构造成长形的（闪光）金属片24或者片状的絮状体，其最好相互接触（在右侧示出），因此磁芯11的整个表面近似地被金属颗粒22包围。在该具体的实施例中，涂覆膜20设计成所谓的锌薄片涂层21，其中薄片形的或板状的金属颗粒22布置在一种有机的或无机的母质（基层）26中。锌薄片涂层21例如借助于喷溅法或者浸渍－旋转法施加到磁芯11上并且接着进行受控干燥。在第一涂覆膜20上设置第二涂覆膜30，它电绝缘地构造成。在实施例中，第二涂覆膜30完全包围第一涂覆膜20，因此在永久磁体10的安装状态下，第一涂覆膜20相对于环境是电绝缘的。第二涂覆膜30以非常耐冲击和耐磨损的方式构造，因此电绝缘不仅在安装永久磁体10时而且在电机40运行期间都被维持。第二涂覆膜30构造成第一涂覆膜20的绝缘的蒙护层（密封层），例如构造成有机的漆层31，环氧树脂32，硅树脂或者无机的硅基涂层33。依赖于使用的材料或者涂覆方法（喷溅，浸渍，沉积），绝缘地构成的第二涂覆膜30具有5至50μm的层厚34。第一涂覆膜20最好也具有5至50μm的层厚36。在实施例中，永久磁体10具有矩形的横截面38。但是该横截面38依据应用情况也可以设计成梯形、“长条面包形”或者也可以是圆环或圆环段。在角部和棱边处，依据制造条件，可以在磁芯11上和在第一和第二涂覆膜20，30上成形有半径。

图2显示了电机40，在该电机中安装按照本发明的永久磁体10。电机40在此处设计成电动机42，尤其是电子换向的EC电机。在此情况下，转子44布置在转子轴45上，转子轴支承在电机外壳46中。在电机外壳中围绕转子44布置定子48，定子例如为了产生驱动磁场具有电子控制的电线圈49。转子44具有作为含铁部件43的叠片组50，它由单个的由磁性钢板（电工钢板）51形成的金属薄片52组装而成。转子44具有在轴向47上连续的空隙54，其中插入永久磁体10。棒形磁体12在此处例如被以轮辐形式布置，因此它们的尺寸在径向55上大于它们在切向56上的伸展长度。叠片组50在此处具有不同类型的金属薄片52，其中，空隙54部分地径向向外敞开或者径向向外封闭地构造成。永久磁体10借助于弹簧元件58被固定在空隙54中，其中永久磁体10被压向叠片组50。弹簧元件58在此处设计成金属的冲压弯曲件59，其以曲线形（弯曲的）的压板60顶接在永久磁体10上。弹簧元件58在此处在整个周长上一体地形成并且具有多个弯曲的压板60，它们各将一个永久磁体10相对于空隙54的内周壁62挤压。但是，备选地，也可以为每个永久磁体10使用单独的弹簧元件58，或者这些弹簧元件58可以是金属薄片52的整体的组成部分。通过在第一涂覆膜20上布置第二涂覆膜30，第一涂覆膜不仅相对于叠片组50而且相对于弹簧元件58被电绝缘。由此防止第一涂覆膜20的贱金属由于与含铁部件43的接触桥（连接片）通过氧化而被耗尽。如果弹簧元件58由不锈钢（优质钢）构造成，那么第一涂覆膜20的贱金属23的这种氧化即使在安装弹簧元件58时电绝缘的第二涂覆膜30被损坏时仍然在很大程度上被防止。因此，例如先可以将永久磁体10插入空隙54中，和接下来将弹簧元件58插入空隙54中，以便将永久磁体10相对于叠片组50夹紧并且可靠地固定。空隙54的具体的设计结构可以变化，以便相应地影响在转子44中的磁通量。在实施例中，永久磁体10沿着切向56顶接在叠片组50上。在径向55上，永久磁体10也通过弹簧元件58压向金属薄片52，其中，依据薄片类型，永久磁体10的径向外侧面64完全地或部分地顶接在相应的金属薄片52上。在实施例中，永久磁体10以第二涂覆膜30仅仅在它的径向外侧面64和切向外侧面66处顶靠在转子44上。因此在该实施例的一种变型中，在一定的情况下可以在永久磁体10的轴向端面68处取消第二涂覆膜30，由此磁芯11不再必须用第二涂覆膜30完全地包围。在电动机42的下游，在图2中布置一个示意示出的传动机构，它经由输出小齿轮72例如驱动机动车中的一个可调节的部件，尤其是转向系统的部件。备选地，这种驱动装置也可以用于机动车的前行。为了将电动机42的转矩传递到传动机构70上，转子轴45具有齿部74，其与对应的传动轮76啮合。在此情况下传动机构70最好设计成蜗轮蜗杆传动装置71。

应该注意的是，关于在附图中和说明书中示出的实施例，各单独的特征之间可以实现各种各样的组合的可能性。因此例如电机40也可以设计成没有传动机构70或具有与蜗轮蜗杆传动装置71不同的传动机构形式。因此电机40例如也可以被作为混合动力驱动装置或者作为发电机在机动车中使用。同样地，利用电动机42可以运行各种不同类型的泵或通风机。取代弹簧元件58，也可以的是，将永久磁体10用另外的连接机构固定在电机40的相应的含铁部件43处。因此永久磁体10例如也可以用另外的夹持机构被夹紧在定子48中或转子44中或粘接在它们里面。永久磁体10在转子44中或在定子48中的成形形状和布置和数量也可以被相应地改变，例如这样地改变，使得永久磁体10在切向56上的伸展长度比在径向55上要大。同样地，用于涂敷第一和第二涂覆膜20，30的具体的涂敷方法和它们的具体的材料选择可以相应于要求进行改变。

Claims (18)

1.永久磁体（10），其包含至少一种来自稀土金属族的金属成分（13），具有第一涂覆膜，所述第一涂覆膜形成用于所述永久磁体的阴极腐蚀防护，其中，所述第一涂覆膜（20）含有一种金属（23），所述金属在电化学的电化序中比所述永久磁体（10）的所述金属成分（13）贱，其特征在于，在所述第一涂覆膜（20）上施加一个第二涂覆膜（30），它是电绝缘地构成的，所述第一涂覆膜（20）含有作为金属的锌，该锌以长形的金属的闪光薄片（24）或者片状的絮状体的形式被嵌入到一种母质材料（26）中，其中闪光薄片（24）或者絮状体相互接触，因此磁芯（11）的整个表面被金属颗粒（22）包围，所述第二涂覆膜（30）以及所述第一涂覆膜（20）完全地包围所述永久磁体（10），所述第二涂覆膜（30）具有高的耐冲击强度和耐磨强度，并且构造成有机的漆层（31）。

2.根据权利要求1所述的永久磁体（10），其特征在于，所述金属成分（13）是钕（Nd），并且所述永久磁体（10）设计成NdFeB磁体（14）。

3.根据权利要求1或2所述的永久磁体（10），其特征在于，所述第一涂覆膜（20）构造成锌薄片涂层（21），其中薄片状的锌粒子被嵌入到一种无机的母质材料（26）中。

4.根据权利要求1或2所述的永久磁体（10），其特征在于，所述第二涂覆膜（30）构造成环氧树脂（32）。

5.根据权利要求1或2所述的永久磁体（10），其特征在于，所述第二涂覆膜（30）构造成无机的涂层（33）。

6.根据权利要求1或2所述的永久磁体（10），其特征在于，所述第二涂覆膜（30）的层厚（34）为5至50μm。

7.根据权利要求5所述的永久磁体（10），其特征在于，所述无机的涂层（33）在硅基上建造成。

8.电机（40）的转子（44）或定子（48），其特征在于，至少一个根据前述权利要求中任一项所述的永久磁体（10）被固定在所述转子（44）或所述定子（48）上，以便在所述转子（44）和所述定子（48）之间产生磁场。

9.具有根据权利要求8所述转子（44）或定子（48）的电机（40），其特征在于，所述至少一个永久磁体（10）在安装状态下直接地顶接在所述转子（44）或所述定子（48）的一个含铁的部件（43）上。

10.根据权利要求9所述的电机（40），其特征在于，所述转子（44）和/或所述定子（48）具有叠片组（50），在其中成形有至少一个空隙（54），所述至少一个永久磁体（10）插入所述空隙中。

11.根据权利要求10所述的电机（40），其特征在于，所述至少一个空隙（54）在横向于转子轴（45）的平面中具有内周壁（62），并且所述至少一个永久磁体（10）借助于一个弹簧元件（58）被压向所述内周壁（62）。

12.根据权利要求11所述的电机（40），其特征在于，所述第二涂覆膜（30）将所述永久磁体（10）相对于所述转子（44）或所述定子（48）的所述叠片组（50）和/或弹簧元件（58）电绝缘。

13.根据权利要求9所述的电机（40），其特征在于，所述至少一个永久磁体（10）顶接在所述转子（44）或所述定子（48）的一个由防锈的钢材制成的固定元件上。

14.用于制造电机（40）的方法，其特征在于，包括以下方法步骤：

－用第一涂覆膜（20）涂敷永久磁体（10），所述永久磁体（10）含有至少一种金属成分（13），所述第一涂覆膜（20）含有一种金属（23），所述金属在电化学的电化序中比所述永久磁体（10）的所述金属成分（13）贱，

－施加第二涂覆膜（30），所述第二涂覆膜（30）是电绝缘的并且以硬的、干燥的表面围住所述第一涂覆膜（20），

－在所述第二涂覆膜（30）完全干燥或时效硬化之后，将所述永久磁体（10）插入电机（40）的转子（44）或定子（48）的容纳体（54）中，所述第一涂覆膜（20）含有作为金属的锌，该锌以长形的金属的闪光薄片（24）或者片状的絮状体的形式被嵌入到一种母质材料（26）中，其中闪光薄片（24）或者絮状体相互接触，因此磁芯（11）的整个表面被金属颗粒（22）包围，所述第二涂覆膜（30）以及所述第一涂覆膜（20）完全地包围所述永久磁体（10），所述第二涂覆膜（30）具有高的耐冲击强度和耐磨强度，并且构造成有机的漆层（31）。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，至少一个永久磁体（10）借助于弹簧元件（58）保持在容纳体（54）中，其中，先将所述永久磁体（10）并且在此之后将所述弹簧元件（58）插入所述容纳体（54）中。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第二涂覆膜（30）直接地被施加到所述第一涂覆膜（20）上。

17.根据权利要求1至7中任一项所述的永久磁体（10）的用途，所述永久磁体用于发电机或电动机（42），所述发电机或电动机具有布置在下游的传动机构（70，71），所述传动机构用于电机驱动地调节机动车中的可活动的部件。

18.根据权利要求17所述的用途，其特征在于，所述可活动的部件被构造为用于助力转向机的驱动单元或用于电动机动车的驱动电机。