CN106067699A - 用于减缓有机液体中永磁体热老化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于减缓有机液体中永磁体热老化的方法。提供了用于使用自动传动液的机电传动装置中的电动机。所述电动机包括定子和转子。所述转子包括多个永磁体，所述永磁体可以包括涂覆有氢不可渗透材料的磁性粒子。根据一个替代实施方案，整个永磁体或转子本身可以涂覆有氢不可渗透材料。根据另一个替代实施方案，所述永磁体粒子可以通过粘合剂固定，所述粘合剂包含防止氢影响永磁体的磁性质的储氢化合物。

Description

用于减缓有机液体中永磁体热老化的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年4月20日提交的美国临时申请号62/150102的权益。以上申请的全部公开内容通过引用并入本文。

本发明在美国能源部授予的计划号GA21-GG8P.92—注塑磁体DPN下依靠政府支持做出。政府享有一定的发明权利。

技术领域

本公开涉及减缓有机液体中永磁体热老化的方法。

背景技术

本部分提供关于本公开的背景信息，其不一定是现有技术。

电动车辆和混合动力车辆使用电动机提供对车轮的驱动力矩。在一些情况下用作电气化车辆的主驱动系统的电力牵引电动机位于驱动单元内部并使用自动传动液（ATF）润滑和冷却。运行期间，牵引电动机中使用的永磁体在相对高的运行温度下暴露于ATF；车辆运行期间，电动机的可达到150-160℃。所进行的长达2000小时时间的热老化研究已经显示暴露于ATF的压塑和注塑NdFeB磁体比在空气中老化的相同磁体老化地更快，并且永磁性质，尤其是固有矫顽磁性的退化可以大至18%。进一步研究确定从ATF释放并被磁性材料吸收的氢是ATF内的磁性材料加速热老化的最可能的原因。本公开试图通过保护磁性粉末免于氢暴露来减少或消除用于暴露于传动液或相似的有机液体的环境中的粘结磁体的热老化。

目前，全密度（full density）NdFeB磁体，例如烧结磁体经常表面涂覆有意图保护磁体免于由氧、湿气或盐导致的腐蚀的阻隔层（barrier）。在许多情况下，出于相同的原因，压塑磁体也进行表面涂覆。阻隔材料并不基于其对氢的低渗透率来选择。也不挑选具有对氢的低渗透率的粘合剂材料。

发明内容

本部分提供本公开的总体概述，并且不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

提供阻隔涂层以减少注塑或压塑磁体暴露于由有机液体，例如自动传动液释放的氢的热老化作用。还提供了免于由其它环境老化试剂，包括直接暴露于ATF、空气、氧、湿气、盐和其它反应或腐蚀试剂导致的退化的保护。

进一步的适用范围将从本文提供的描述变得明显。本概述中的描述和具体实例仅意在出于举例说明的目的并且不意在限制本公开的范围。

因此，本文公开了以下技术方案。

方案1. 电动机，其包括：

定子；

转子，其包括多个磁体，所述磁体具有涂覆有氢不可渗透材料的磁性粒子。

方案2. 根据方案1的电动机，其中所述氢不可渗透材料包括金属或含金属化合物。

方案3. 根据方案2的电动机，其中所述金属或含金属化合物包括Cu、Ni、FeTi、NiTi、Al、Al₂O₃、AlSi、TiC、TiN、TiO₂、SiC、W、BN、Mo、Sn、Cr、Cr₂O₃中的至少一种。

方案4. 根据方案1的电动机，其中所述氢不可渗透材料包括致密高温聚合物。

方案5. 根据方案4的电动机，其中所述致密高温聚合物包括氟聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对二甲苯、乙烯四氯乙烯、氯三氟乙烯、聚吡咯、聚醚醚酮、聚砜、聚酰胺和聚酰亚胺中的至少一种。

方案6. 根据方案1的电动机，其中所述氢不可渗透材料包括石墨碳、石墨烯、还原氧化石墨烯中的至少一种。

方案7. 电动机，其包括：

定子；

转子，其包括多个磁体，所述磁体涂覆有氢不可渗透材料。

方案8. 根据方案7的电动机，其中所述氢不可渗透材料包括金属或含金属化合物。

方案9. 根据方案8的电动机，其中所述金属或含金属化合物包括Cu、Ni、FeTi、NiTi、Al、Al₂O₃、AlSi、TiC、TiN、TiO₂、SiC、W、BN、Mo、Sn、Cr、Cr₂O₃中的至少一种。

方案10. 根据方案7的电动机，其中所述氢不可渗透材料包括致密高温聚合物。

方案11. 根据方案10的电动机，其中所述致密高温聚合物包括氟聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对二甲苯、乙烯四氯乙烯、氯三氟乙烯、聚吡咯、聚醚醚酮、聚砜、聚酰胺和聚酰亚胺中的至少一种。

方案12. 根据方案7的电动机，其中所述氢不可渗透材料包括石墨碳、石墨烯、还原氧化石墨烯中的至少一种。

方案13. 电动机，其包括：

定子；

转子，其包括多个磁体，所述转子涂覆有氢不可渗透材料。

方案14. 根据方案13的电动机，其中所述氢不可渗透材料包括金属或含金属化合物。

方案15. 根据方案14的电动机，其中所述金属或含金属化合物包括Cu、Ni、FeTi、NiTi、Al、Al₂O₃、AlSi、TiC、TiN、TiO₂、SiC、W、BN、Mo、Sn、Cr、Cr₂O₃中的至少一种。

方案16. 根据方案13的电动机，其中所述氢不可渗透材料包括致密高温聚合物。

方案17. 根据方案16的电动机，其中所述致密高温聚合物包括氟聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对二甲苯、乙烯四氯乙烯、氯三氟乙烯、聚吡咯、聚醚醚酮、聚砜、聚酰胺和聚酰亚胺中的至少一种。

方案18. 根据方案13的电动机，其中所述氢不可渗透材料包括石墨碳、石墨烯、还原氧化石墨烯中的至少一种。

方案19. 电动机，其包括：

定子；

转子，其包括多个磁体，所述磁体具有用粘合剂材料固持在一起的磁性粒子，其中所述粘合剂材料包含储氢化合物。

方案20. 根据方案19的电动机，其中所述储氢化合物包括LaNi₅和Mg₂Ni中的一种。

附图说明

本文描述的附图仅是出于举例说明所选择的实施方案而非所有可能的实施方式的目的并且不意在限制本公开的范围。

本文描述的附图仅是出于举例说明所选择的实施方案而非所有可能的实施方式的目的并且不意在限制本公开的范围。

该图图示说明了在根据本公开的原理的机电传动装置中的示例性电动机/发电机的示意图。

附图的全部几个视图中相应的附图标记表示相应的部件。

具体实施方式

现在将参考附图更充分地描述示例实施方案。

提供示例实施方案以便使本公开内容变得详尽，并且这些实施方案充分地将范围传达给本领域技术人员。阐述了许多特定细节，例如特定组件、装置和方法的实例，以提供对本公开的实施方案的详尽理解。对于本领域技术人员而言将明显的是不一定要采用特定细节，示例实施方案可以以许多不同形式体现，并且两者都不应当解释为限制本公开的范围。在一些示例实施方案中，公知的方法、公知的装置结构和公知的技术不进行详细描述。

本文所用的术语仅是出于描述具体示例实施方案的目的且并非意图进行限制。除非上下文另外清楚地指明，如本文所用的单数形式“一”、“一个/种”和“该”可意图还包括复数形式。术语“包含”、“含有”、“包括”和“具有”是包含性的，并因此明确了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或增加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。除非明确地确定为执行的顺序，本文所述的方法步骤、处理和操作不应解释为必须要求它们以讨论或说明的具体顺序来执行。还应理解的是可采用另外或替代的步骤。

参考该图，显示了示例性电磁传动装置10，其包括第一电动机12和第二电动机14，其有效地对行星齿轮系统16提供驱动力矩以驱动输出轴18。第一和第二电动机12、14各自包括固定在外壳21内的定子20和本领域公知的转子22。如本领域通常已知的，各转子22包括多个永磁体24。应该理解的是为了举例说明的目的而示出示例性电磁传动装置10，并且可以使用替代形式的电磁传动装置和电动机。

本公开包括保护压塑和注塑磁体24免于有机液体（例如传动装置10内使用的自动传动液（ATF））的热老化作用的方法。压塑和注塑磁体通常包括悬浮在粘合剂材料（例如工程塑料）内的磁性粒子/粉末。使用稀土磁体组合物的粉末，例如NdFeB (Nd₂Fe₁₄B)和SmCo(SmCo₅；SM₂Co₁₇)磁性粉末制成的磁体是易受氢的磁性质退化的影响的磁性材料之一。

在一个实施方案中，可以通过用氢不可渗透膜涂覆单独的粉末粒子来实现保护。这样的膜应该尽可能薄，以尽量减少永磁体性质的淡化，同时还通过形成无针孔涂层为粉末粒子提供足够的保护，所述无针孔涂层阻止氢扩散至可接受的水平。涂层材料可以是金属或含金属化合物，例如Cu、Ni、FeTi、NiTi、Al、Al₂O₃、AlSi、TiC、TiN、TiO₂、SiC、W、BN、Mo、Sn、Cr、Cr₂O₃和已知对氢具有低扩散系数的其它含金属化合物。可以通过无电镀膜法、物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）和原子层沉积（ALD）等施加金属涂层或含金属化合物。

可替代地，也可以使用致密高温聚合物以足够的厚度包围各粒子来阻止氢扩散到磁性粒子中。另一替代方案是使用石墨碳、石墨烯、还原氧化石墨烯（RGO）等的壳包围粒子以抑制氢扩散。在一个优选方法中，通过无电Ni镀膜法涂覆单独的粒子。在另一优选方法中，通过化学气相沉积来施加涂层材料。可替代的涂覆技术可以包括静电涂覆和丝网法。静电粉末涂料是一种作为自由流动的干粉末施加的涂料。常规的液体漆（paint）与粉末涂料之间的主要区别在于粉末涂料不需要溶剂以使粘合剂和填料部分保持为液体悬浮液形式。通常静电施加涂层，然后在加热下固化以使其流动并形成“皮层（skin）”。粉末可以是热塑性或热固性聚合物。通常将其用于产生比常规漆更坚韧的硬涂饰层（finish）。

在另一个实施方案中，注塑或压塑磁体的粘合剂材料可以选自高密度、高温聚合物，其充当注压塑载体、耐热粘合剂和氢扩散阻隔层。具有低的氢渗透率的聚合物包括：氟聚合物（PVDF、PVF，如Kynar）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对二甲苯、乙烯四氯乙烯（ETFE）、氯三氟乙烯（CTFE）、聚吡咯、聚醚醚酮（PEEK）、聚砜（PSF）、高温聚酰胺、聚酰亚胺和具有低的氢渗透率的其它材料。

在另一实施方案中，根据先前已知的成型技术形成压塑或注塑磁体。然后使成品磁体涂覆有不可渗透层，所述不可渗透层包含已知对氢具有低扩散系数的金属和化合物，例如Cu、Ni、FeTi、NiTi、Al、Al₂O₃、AlSi、TiC、TiN、TiO₂、SiC、W、BN、Mo、Sn、Cr、Cr₂O₃、碳、石墨烯、还原氧化石墨烯等，或具有低的氢渗透率的聚合物，其包括：氟聚合物（PVDF、PVF，如Kynar）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对二甲苯、氯三氟乙烯、乙烯四氯乙烯（ETFE）、聚吡咯、聚醚醚酮（PEEK）、聚砜（PSF）、高温聚酰胺、聚酰亚胺和具有低的氢渗透率的其它材料。

在另一实施方案中，将阻隔涂层或膜施加至模具或装置空腔内，在所述模具或装置空腔内注塑或压塑磁体。应该理解是可以将永磁体直接注塑到电动机的转子的磁体空腔中。然后在阻隔层内将磁体模塑到带内衬的空腔中。在模塑后，将最后的阻隔涂层施加至模塑过程中留下的磁体的暴露外部面上。阻隔涂层或膜可以是非适型的（non-conformable），即在模塑前紧密地衬贴模具或空腔，或适型的，即松散地放置在空腔中，以使随后的模塑压力拉伸相对于模具或空腔壁压下的阻隔材料。阻隔涂层或膜可以是已知对氢具有低扩散系数的Cu、Ni、FeTi、NiTi、Al、Al₂O₃、AlSi、TiC、TiN、TiO₂、SiC、W、BN、Mo、Sn、Cr、Cr₂O₃、碳、石墨烯、还原氧化石墨烯（RGO）等或具有低的氢渗透率的聚合物，其包括：氟聚合物（PVDF、PVF，如Kynar）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对二甲苯、氯三氟乙烯（CTFE）、乙烯四氟乙烯（ETFE）、聚吡咯、聚醚醚酮（PEEK）、聚砜（PSF）、高温聚酰胺、聚酰亚胺和具有低的氢渗透率的其它材料。

在另一实施方案中，在将注塑或压塑磁体模塑或插入到装置中之后，将保护性涂层施加至整个装置，所述保护性涂层包含已知对氢具有低扩散系数的金属和化合物，例如Cu、Ni、FeTi、NiTi、Al、Al₂O₃、AlSi、TiC、TiN、TiO₂、SiC、W、BN、Mo、Sn、Cr、Cr₂O₃、碳、石墨烯、还原氧化石墨烯（RGO）等或具有低的氢渗透率的聚合物，其包括：氟聚合物（PVDF、PVF，如Kynar）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对二甲苯、氯三氟乙烯（CTFE）、乙烯四氯乙烯（ETFE）、聚吡咯、聚醚醚酮（PEEK）、聚砜（PSF）、高温聚酰胺、聚酰亚胺和具有低的氢渗透率的其它材料。例如，在转子组装完成之后，可以以其整体涂覆整个电动机转子。

在另一实施方案中，压塑或注塑磁体的粘合剂材料中包含第二化合物，所述第二化合物优先吸收渗透注塑或压塑永磁体的粘合剂的氢或与其反应。在该方法中，第二化合物通过比永磁体粉末更容易地吸收氢或通过消耗性地（sacrificially）与氢反应来捕获氢，由此在氢与永磁体粉末相互作用之前除去氢。例如，储氢化合物，如LaNi₅和Mg₂Ni容易吸收氢以形成LaNi₅H₆和Mg₂NiH₄。

已出于说明和描述的目的而提供了实施方案的以上描述。其并非意图穷尽与此或限制本公开。具体实施方案的单独的元件或特征通常不限于该具体实施方案，而是在适用的情况下可互换，并且可用于所选的实施方案中，即使没有明确示出或描述。同一实施方案也可以以多种方式变化。两个或更多个实施方案也可以一起使用。不应将此类变化视为背离本公开，并且意在将所有这样的修改包括在本公开的范围内。

Claims (10)

1.电动机，其包括：

定子；

转子，其包括多个磁体，所述磁体具有涂覆有氢不可渗透材料的磁性粒子。

2.根据权利要求1的电动机，其中所述氢不可渗透材料包括金属或含金属化合物。

3.根据权利要求2的电动机，其中所述金属或含金属化合物包括Cu、Ni、FeTi、NiTi、Al、Al₂O₃、AlSi、TiC、TiN、TiO₂、SiC、W、BN、Mo、Sn、Cr、Cr₂O₃中的至少一种。

4.根据权利要求1的电动机，其中所述氢不可渗透材料包括致密高温聚合物。

5.根据权利要求4的电动机，其中所述致密高温聚合物包括氟聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对二甲苯、乙烯四氯乙烯、氯三氟乙烯、聚吡咯、聚醚醚酮、聚砜、聚酰胺和聚酰亚胺中的至少一种。

6.根据权利要求1的电动机，其中所述氢不可渗透材料包括石墨碳、石墨烯、还原氧化石墨烯中的至少一种。

7.电动机，其包括：

定子；

转子，其包括多个磁体，所述磁体涂覆有氢不可渗透材料。

8.根据权利要求7的电动机，其中所述氢不可渗透材料包括金属或含金属化合物。

9.根据权利要求8的电动机，其中所述金属或含金属化合物包括Cu、Ni、FeTi、NiTi、Al、Al₂O₃、AlSi、TiC、TiN、TiO₂、SiC、W、BN、Mo、Sn、Cr、Cr₂O₃中的至少一种。

10.根据权利要求7的电动机，其中所述氢不可渗透材料包括致密高温聚合物。