CN110506315B - 永磁体、制造该永磁体的方法及包括该永磁体的电机 - Google Patents

永磁体、制造该永磁体的方法及包括该永磁体的电机 Download PDF

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Abstract

实施例的永磁体包括：由a‑b‑c(a包含稀土基元素，b包含过渡元素，c包含硼(B))表示的基础磁体；以及涂覆在基础磁体的表面上的涂层，其中，涂层包含含有磁性金属的化合物，该化合物包含磷(P)和属于元素周期表第四周期的金属。

Description

永磁体、制造该永磁体的方法及包括该永磁体的电机
技术领域
实施例涉及一种永磁体、制造该永磁体的方法及包括该永磁体的电机。
背景技术
近来，Nd-Fe-B基永磁体用于例如车辆和电梯中的电机。这种永磁体根据应用可能暴露于高温或潮湿环境，特别是暴露于含盐的水分。因此，需要一种具有高耐蚀性且能够以低制造成本制造的永磁体。
另外，由于在制造电机的工艺中或者在电机的工作环境中永磁体可以被加热到200℃至300℃以上，因此永磁体即使在短时间内受热也需要表现出优异的耐热性。Nd-Fe-B基永磁体失去磁力的居里温度约为300℃。因此，为了使永磁体在高温环境下保持磁力，近来使用了诸如镝(Dy)或铽(Tb)元素之类的重稀土元素。然而，重稀土元素很昂贵。
因此，为了减少昂贵的重稀土元素的使用，已经进行了通过在永磁体的表面上涂覆重稀土元素并进行扩散热处理来改善晶界的研究。
Nd-Fe-B基永磁体可能通过与空气接触而容易地被氧化，因此其磁力可能减小。因此，可以在永磁体的表面上进行镀覆和涂覆处理，以在永磁体的表面上形成保护层。例如，保护层可以包含磷酸盐膜、环氧树脂或电解/无电解Ni和Al。然而，由于形成在永磁体表面上的现有保护层由非磁性材料制成，因此可能使永磁体的性能劣化。
此外，在永磁体表面上实施保护层作为磷酸盐膜的情况下，可能存在相对大量的针孔。因此，当暴露于含盐的水分时，永磁体可能生锈。此外，在通过涂覆树脂在永磁体的表面上形成保护层的情况下，可能无法确保足够的耐蚀性和耐热性。
发明内容
技术问题
实施例提供了一种具有优异的耐蚀性、耐热性和抗氧化性以及改善的磁性能的永磁体及其制造方法以及包括该永磁体的电机。
技术方案
在一个实施例中，一种永磁体可以包括：由“a-b-c”(其中，“a”包含稀土基元素，“b”包含过渡元素，“c”包含硼(B))表示的基础磁体，以及涂覆在基础磁体的表面上的涂层。涂层可以包含含有磁性金属的化合物，并且该化合物可以包含磷(P)和元素周期表第4周期的金属。
例如，“a”可以是钕(Nd)，“b”可以是铁(Fe)。
例如，基础磁体可以包括在其表面形成的空隙，并且涂层的至少一部分可以嵌入到形成在基础磁体中的空隙中。
例如，元素周期表第4周期的金属可以包含选自由铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)组成的组中的一种。元素周期表第4周期的金属可以是钴(Co)。磷(P)的含量可以为1％至12％。
例如，形成涂层的每个颗粒的尺寸可以小于每个空隙的尺寸。
例如，涂层的厚度可以大于每个空隙的深度。涂层的厚度可以为1μm至20μm。
例如，涂层可以包括朝向基础磁体的第一表面，以及形成为与第一表面相对的第二表面。基础磁体的外表面的粗糙度可以大于涂层的第二表面的粗糙度。
例如，当永磁体的环境温度为120℃时，永磁体可以具有大于11.71kG的剩余磁通密度。
例如，当永磁体的环境温度为120℃时，永磁体可以具有大于7kOe的矫顽力。
例如，当永磁体的环境温度为120℃时，永磁体可以具有大于32MGOe的最大磁能积。
例如，当永磁体的环境温度为120℃以上时，永磁体可以具有大于100％的矩形比。
例如，当永磁体的环境温度为120℃时，温度系数可以具有0.6％/℃以下的绝对值。温度系数的绝对值可以表示如下。
Figure BDA0002229493070000031
这里，β表示温度系数的绝对值，Hc(Tr)表示室温(Tr)下的矫顽力，Hc(Tp)表示环境温度(Tp)下的矫顽力，ΔT表示环境温度(Tp)与室温(Tr)之差。
在另一个实施例中，一种制造永磁体的方法可以包括：制备基础磁体，基础磁体由“a-b-c”表示(其中，“a”包含稀土基元素，“b”包含过渡元素和“c”包含硼(B))；以及在基础磁体的表面上形成涂层。涂层可以包含磁性化合物，并且该化合物可以包含磷(P)和元素周期表第4周期的金属。
例如，可以使用无电镀(electroless plate)方法或电镀方法在基础磁体的表面上形成涂层。
在又一个实施例中，一种电机可以包括：定子，定子中形成有圆柱形的通孔；多个定子绕组槽，多个定子绕组槽设置在定子的内周面中；转子，转子设置在定子中的通孔中；以及多个永磁体，多个永磁体耦接到转子。每个永磁体可以包括：由“a-b-c”(其中，“a”包含稀土基元素，“b”包含过渡元素，“c”包含硼(B))表示的基础磁体，以及在基础磁体的表面上涂覆的涂层。涂层可以包含含有磁性金属的化合物，并且该化合物可以包含磷(P)和元素周期表第4周期的金属。
例如，“a”可以是钕(Nd)，“b”可以是铁(Fe)，并且涂层可以包含磷(P)和钴(Co)。磷(P)的含量可以为1％至12％。
在又一个实施例中，一种永磁体可以包括：由“a-b-c”(其中，“a”包含稀土基元素，“b”包含过渡元素，“c”包含硼(B))表示的基础磁体，在基础磁体的第一表面上涂覆的第一涂层，以及在基础磁体的形成为与第一表面相对的第二表面上涂覆的第二涂层。第一涂层可以包含磁性金属并且可以具有-0.35％/K至-0.05％/K的Hci(内禀矫顽力)可逆温度系数，并且第二涂层可以具有100W/(m·K)以上的导热率。
例如，“a”可以是钕(Nd)，“b”可以是铁(Fe)。
例如，元素周期表第4周期的金属可以包含选自由铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)组成的组中的一种。元素周期表第4周期的金属可以是钴(Co)。磷(P)的含量可以为1％至12％。
例如，第一涂层可以具有0.1μm至10μm的厚度。
例如，第二涂层可以具有1μm至30μm的厚度。
例如，当永磁体的环境温度为120℃时，永磁体可以具有大于11.71kG的剩余磁通密度。
例如，当永磁体的环境温度为120℃时，永磁体可以具有大于7.0kOe的矫顽力。
例如，第二涂层可以进一步涂覆在第一表面和第二表面之间的侧表面上。
在又一个实施例中，一种电机可以包括：定子，定子中形成有圆柱形的通孔；多个定子绕组槽，多个定子绕组槽设置在定子的内周面中；转子，转子设置在定子中的通孔中；以及多个永磁体，多个永磁体耦接到转子。每个永磁体可以包括：由“a-b-c”(其中，“a”包含稀土基元素，“b”包含过渡元素，“c”包含硼(B))表示的基础磁体，在基础磁体的第一表面上涂覆的第一涂层，以及在基础磁体的与第一表面相对形成的第二表面上涂覆的第二涂层。第一涂层可以包含磁性金属并且可以具有-0.35％/K至-0.05％/K的Hci可逆温度系数，并且第二涂层可以具有100W/(m·K)以上的导热率。
例如，每个永磁体可以包括多个表面，并且第二表面可以包括多个表面中的最靠近转子的旋转轴的至少一个表面。
例如，第二涂层可以进一步涂覆在第一表面和第二表面之间的侧表面上。
有益效果
根据实施例的永磁体、制造该永磁体的方法以及包括该永磁体的电机具有优异的防氧化性能、优异的耐热性、改善的磁性能、高的价格竞争力以及提高的生产率。
附图说明
图1示出表示永磁体模拟的BH磁滞曲线图的示例，图2示出图1的曲线图中的每个点处的铁磁材料的自旋状态。
图3是根据实施例的永磁体的剖视图。
图4a至图4d是当涂层被实施为CoP时包含不同磷含量的涂层的表面的放大照相图像。
图5是根据图3所示实施例的永磁体的ˋAˊ部分的放大照相图像。
图6是示出根据实施例的永磁体根据涂层各个厚度的剩余磁通密度的曲线图。
图7是根据另一个实施例的永磁体的剖视图。
图8是根据又一个实施例的永磁体的剖视图。
图9是用于说明根据制造图3中所示永磁体的实施例的永磁体制造方法的流程图。
图10a和图10b是用于说明图5中所示方法的工艺剖视图。
图11是示意性地示出根据实施例的电镀设备的结构的视图。
图12是示出在比较例及第一示例和第二示例中，磁通密度在室温下相对于从外部施加的磁场强度的变化的曲线图。
图13是示出在比较例和第一示例中，磁通密度根据温度变化相对于从外部施加的磁场强度的变化的曲线图。
图14是示出在比较例和第二示例中，磁通密度根据温度变化相对于从外部施加的磁场强度的变化的曲线图。
图15a是SPM电机的剖视图，图15b是IPM电机的剖视图，图15c是辐条型电机的剖视图。
具体实施方式
现在将参照示出了各个实施例的附图在下文中更充分地描述本公开。然而，示例可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文所阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加详尽和完整，并且使本公开的范围更加充分地传达给本领域技术人员。
应当理解，当一个元件被称为在另一个元件“上”或“下”时，它可以直接在该元件上/下，或者也可以存在一个或多个中间元件。
当一个元件被称为“在……上”或“在……下”时，可以基于该元件包括“在元件下”以及“在元件上”。
此外，诸如“第一”、“第二”、“上/上部/上方”和“下/下部下方”之类的关系术语仅用于区分一个主体或元件与另一个主体或元件，而不一定要求或涉及主体或元件之间的任何物理的或逻辑的关系或顺序。
在描述根据本公开实施例的永磁体之前，将参照图1和图2描述永磁体的磁性能劣化的情况。
图1示出表示在高温下永磁体模拟的BH磁滞曲线图的示例，图2示出图1的曲线图中的每个点处的铁磁材料的自旋状态。
在图1的曲线图中，横轴表示从外部施加的磁场的强度H，其单位是Oe，而纵轴表示M/MS值。这里，M/MS值是当将磁性材料置于磁场中时磁性材料感应的磁化强度的标准化值。模拟环境的温度为300K。
图2示出了四个磁畴矩阵，该四个磁畴矩阵示出了在与图1中的①至④相对应的各个点处永磁体的自旋方向的变化。在图2中的每个矩阵中，上侧与永磁体的表面对应，相对的侧端与永磁体的边缘对应。因此，图2中每个矩阵的上侧的相对侧端与永磁体的拐角对应。
参照图1和图2，可以看出，在磁体的表面和拐角上首先形成反向磁畴，并且自旋转换逐渐扩散到磁体的中心(本体)(在曲线图中，依次从点①经由点②和点③移动到点④)。特别是，随着Hci可逆温度系数(％/K，其表示外部磁场的变化根据温度的变化来影响内部磁场变化的程度)的增加，这种变化趋于更容易发生。
通常，由于用于永磁体的铁磁材料具有高的Hci可逆温度系数，所以当将铁磁材料置于诸如高输出电机之类的高温环境中时，铁磁材料的磁性能可能容易劣化。
因此，根据本公开的实施例，具有低的Hci可逆温度系数的硬磁材料设置在永磁体的表面上，以在邻近热源设置时抵抗由于高温引起的磁性能的劣化，从而抑制反磁畴的形成并改善矫顽力特性。
图3是根据实施例的永磁体100A的剖视图。
图3中所示的永磁体100A可以包括基础磁体110和第一涂层120。
基础磁体110可以用“a-b-c”表示。这里，“a”可以包含稀土基元素，“b”可以包含过渡元素，“c”可以包含硼(B)。
“a”可以是稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu中的至少一种。例如，“a”可以是钕(Nd)或钐(Sm)，但是实施例不限于此。
此外，“b”可以是过渡元素中的任何一种，例如铁(Fe)，但实施例不限于此。
因此，例如，由“a-b-c”表示的基础磁体110可以是NdFeB。
另外，基础磁体110可以包括其表面中形成的空隙。
参照图3，第一涂层120可以以涂层形式设置在基础磁体110的表面上。第一涂层120可以是具有低的Hci可逆温度系数的硬磁材料，并且可以包含硬磁金属或含有金属的化合物。例如，第一涂层120可以具有-0.35％/K至-0.05％/K的Hci可逆温度系数。另外，第一涂层120可以包含钐钴(SmCo)、磷(P)和元素周期表第4周期的金属(例如，钴(Co)、镍(Ni)，或其化合物)。
当第一涂层120中包含的化合物是CoP时，即当元素周期表第4周期的金属是钴(Co)时，CoP可以起到防止基础磁体110氧化的作用并且可以是磁性的。另外，CoP具有低的Hci可逆温度系数，因此可以减少基础磁体110在高温环境中磁性能的劣化。
因此，第一涂层120可以包含磷(P)和钴(Co)，但实施例不限于此。
图4a至图4d是当第一涂层120被实施为CoP时包含不同磷(P)含量的第一涂层120的表面的放大照相图像。
图4a示出磷(P)含量小于1％的情况，图4b示出磷(P)含量为1％至6％的情况，图4c示出磷(P)含量为7％至12％的情况，图4d示出磷(P)含量超过12％的情况。附图标记120A表示精细纳米晶CoP。
当第一涂层120中包含的磷(P)含量小于1％时，如图4a所示，产生尺寸为10μm至20μm的过量晶粒，这可能使得难以用第一涂层120的颗粒填充基础磁体110的表面中所存在的空隙。
或者，当第一涂层120中包含的磷(P)的含量超过12％时，如图4d所示，非晶化程度急剧增加，并且形成针状颗粒，这可能降低基础磁体110的表面和第一涂层120之间的粘合力，并且可能导致涂层120从基础磁体110剥离。因此，第一涂层120中包含的磷(P)的含量可以为1％至12％，但实施例不限于此。
如上所述，第一涂层120中包含的磷(P)的含量可以在1％至12％的范围内进行调整，从而调整第一涂层120的要填充在空隙中的颗粒的尺寸。
参照图3，第一涂层120的至少一部分可以嵌入到基础磁体110的表面中的存在的空隙中。为此，形成第一涂层120的每个颗粒的尺寸可以小于每个空隙的尺寸。例如，每个空隙可以具有10μm至40μm的宽度Φ，并且形成第一涂层120的每个颗粒的尺寸可以小于每个空隙的宽度Φ。然而，实施例不限于此。
图5是根据图3所示实施例的永磁体100A的ˋAˊ部分的放大照相图像。
参照图3和图5，可以看出，第一涂层120的厚度T1大于每个空隙的深度D。
另外，图3中所示的第一涂层120的厚度T1可以为0.1μm至20μm，但实施例不限于此。
在下文中，将参照附图描述根据比较例和实施例的永磁体的剩余磁通密度(Br)。根据比较例的永磁体被配置成使得在基础磁体110的表面上执行磷酸盐处理，而不是在图3中所示的基础磁体110的表面上形成第一涂层120。在磷酸盐处理的情况下，基础磁体110的表面被人为氧化。
图6是示出根据实施例的永磁体根据第一涂层120的各个厚度T1的剩余磁通密度(Br)的曲线图，其中纵轴表示剩余磁通密度(Br)。
图6是当根据图3所示实施例的基础磁体110被实施为NdFeB并且第一涂层120被实施为CoP时获得的曲线图。可以看出，永磁体100A的剩余磁通密度(Br)根据涂层120的厚度T而变化。
参照图6，当第一涂层120的厚度T为5μm(T1＝Ta)、10μm(T1＝Tb)、15μm(T1＝Tc)或20μm(T1＝Td)时，剩余磁通密度(Br)高于比较例的剩余磁通密度(Br)。
如图6所示，依据根据实施例的永磁体100A，当作为第一涂层120的CoP的厚度T1增加到20μm时，剩余磁通密度(Br)减小。这是因为作为基础磁体110的NdFeB与包含在第一涂层120中的Co之间的相互作用减小。另外，当作为第一涂层120的CoP的厚度T1减小到1μm时，作为基础磁体110的NdFeB的表面很可能遇到氧，因此可能生锈。
因此，图3中所示的涂层120的厚度T可以为1μm至20μm，优选1μm至10μm，但是实施例不限于此。
另外，第一涂层120可以包括第一表面S1和第二表面S2。第一表面S1是朝向基础磁体110的表面，第二表面S2是形成为与第一表面S1相对的表面。
基础磁体110的朝向第一涂层120的第一表面S1的外表面的粗糙度可以大于第一涂层120的第二表面S2的粗糙度。也就是说，由于传统的永磁体不包括涂层120，而是仅包括基础磁体110，所以其最外表面的粗糙度大。
另一方面，由于根据实施例的永磁体100A被配置成使得第一涂层120形成在基础磁体110的表面上，所以永磁体100A的最外表面的粗糙度可以小于传统的永磁体的粗糙度。这是因为第一涂层120可以嵌入到在基础磁体110中形成的空隙中。
根据本公开的另一实施例，第一涂层120可以设置在基础磁体110的表面的一部分上，而由与第一涂层120不同的材料制成的第二涂层可以设置在基础磁体110的表面的剩余部分上。这将参照图7和图8在下文进行描述。
图7是根据另一个实施例的永磁体100B的剖视图，图8是根据又一个实施例的永磁体100C的剖视图。
在图7和图8中，假设基础磁体110具有六面体形状。然而，这仅是为了便于描述的示例，并且实施例不限于根据实施例的永磁体100B和永磁体100C的具体形状。
参照图7和图8，根据另一个实施例的永磁体100B可以包括基础磁体110、第一涂层120和第二涂层130。
由于基础磁体110和第一涂层120与上面参照图3所描述的相同，因此将省略其重复描述。
第二涂层130可以包含具有优异导热率的材料。例如，第二涂层130可以具有100W/(m·K)以上的导热率。具有优异导热率的材料的实例可以包含诸如铜(Cu)、铝(Al)和镍(Ni)之类的金属元素，以及诸如石墨、碳纳米管和石墨烯之类的碳复合材料。第二涂层130的厚度T2可以是1μm至30μm，但是实施例不限于此。另外，第二涂层130也可以嵌入到在基础磁体110中形成的空隙中。
当热源相对于永磁体沿特定方向设置时，第二涂层130可以是特别有效的。例如，如图7和图8所示，假设：永磁体具有六面体形状，热源位于朝向永磁体的上表面S3的位置，并且至少永磁体的下表面S4与具有预定值以上的导热率或具有相对较大的热容量的物体接触。在这种情况下，第一涂层120可以至少设置在永磁体的上表面上，第二涂层130可以至少设置在永磁体的与第一涂层120相对的表面上(即永磁体的下表面S4上)。因此，永磁体可以使用设置在其靠近热源的表面上的第一涂层来抵抗磁性能的劣化，并且从热源传递到永磁体的热量可以通过设置在永磁体的相对表面上的第二涂层迅速地散发到外部。
如图7所示，第一涂层120可以设置在永磁体的所有侧表面(即除了上表面S3和下表面S4之外的表面)上。或者，如图8所示，第二涂层130可以沿从下表面S3朝向上表面S4的方向在侧表面的一部分上延伸。对于本领域技术人员显而易见的是，第一涂层120和第二涂层可以根据到热源的距离、与永磁体100B或100C接触的物体的位置关系、或者散热性和防止磁性能劣化之间的相对重要性而进行不同地设置。
当然，尽管未示出，但是可以在根据实施例的永磁体100A、100B或100C的第一涂层120和第二涂层130的边缘上另外进行用于防止腐蚀的抗腐蚀处理或镍(Ni)涂覆。
在下文中，将参照附图描述根据上述实施例的制造永磁体100A的方法。
图9是用于说明根据制造图3中所示永磁体100A的实施例的永磁体制造方法200的流程图。图10a和图10b是用于说明图5中所示方法200的工艺剖视图。
尽管图3中所示的永磁体100A将被描述为通过图9中所示的方法200制造，但实施例不限于此。也就是说，图3中所示的永磁体100A可以通过与图9中所示的方法200不同的方法制造。另外，通过图9所示的方法200，可以制造出与图3所示的永磁体不同的永磁体100。
如图10a所示，根据制造根据实施例的永磁体的方法200，首先制备基础磁体110(步骤210)。如上所述，基础磁体110可以由“a-b-c”表示。这里，由于“a”、“b”和“c”与上述相同，因此将省略其重复描述。
当基础磁体110是NdFeB时，可以如下进行步骤210。
可以通过对尺寸为几十微米的磁粉进行模制、烧结/热处理、切割和抛光来形成基础磁体110。由于产生实施为NdFeB的基础磁体110的方法是公知的，因此将省略其详细描述。
在进行步骤210之后，在基础磁体110的表面上形成涂层120(步骤220)。涂层120可以包含含有磁性金属的化合物，并且该化合物可以包含磷(P)和元素周期表第4周期的金属(例如，铁(Fe)、钴(Co)或镍(Ni))。由于包含在涂层120中的化合物与上述相同，因此将省略其重复描述。例如，当涂层120实施为CoP时，如图10b所示，CoP颗粒120A可以镀在基础磁体110的表面上，以便被填充在空隙中，从而形成涂层120。
根据实施例，步骤220可以通过无电镀方法或电镀方法进行。也就是说，第一涂层120可以通过无电镀方法或电镀方法形成在基础磁体110的表面上。
在下文中，将描述通过电镀方法形成第一涂层120的步骤220。
图11是示意性地示出根据实施例的电镀设备300的结构的视图。
图11中所示的电镀设备300可以包括水箱302、电解质溶液304、阳极305、阴极306以及电源308。
可以在图10中所示的电镀设备300中进行图9中所示的步骤220，但是实施例不限于此。也就是说，图9中所示的步骤220可以在具有与图10中所示的电镀设备300的结构不同的结构的电镀设备中进行。
首先，将含有钴(Co)金属和磷(P)的电解质溶液304(即镀覆溶液)倒入水箱302中。将阳极305和阴极306放入水箱302中，并且电源308提供电流使得电流在两个电极305和306之间流动。为了使电流连续流动，需要在电极305和306与电解质溶液304之间的界面处发生电荷转移。此时，电解质溶液304的钴金属离子在阴极306的界面处被还原，并且阴离子在阳极305处被氧化。因此，钴金属离子310被还原并从阴极306沉淀，由此作为第一涂层120的CoP的薄膜形成在阴极306上所放置的基础磁体110的表面上。
在根据本公开的另一个实施例的永磁体100B或100C的情况下，当进行图9所示的步骤220时，可以增加掩模工艺，并且包括用于第一涂层120的镀覆工艺和用于第二涂层130的镀覆工艺在内的两个镀覆工艺可以分别进行。具体地，在将基础磁体110的要设置第二涂层130的表面被遮蔽的状态下，可以首先进行用于形成第一涂层120的镀覆工艺。因此，第一涂层120仅形成在基础磁体110的表面上，而不形成在其被遮蔽的表面上。此后，对第一涂层120进行遮蔽，并将要设置第二涂层的表面上的掩膜去除。此后，可以进行用于形成第二涂层130的镀覆工艺。因此，第二涂层130可以仅形成在基础磁体110的去除了掩膜的表面的区域上。此后，将第一涂层120上的掩膜去除，从而完成根据另一个实施例的永磁体100B或100C的制造。当然，可以以相反的顺序进行用于第一涂层120的镀覆工艺和用于第二涂层130的镀覆工艺。由于具体的镀覆工艺与上述相同，因此将省略重复的描述。
在下文中，将对根据上述实施例的永磁体100和根据比较例的永磁体进行比较。如上所述，在根据比较例的永磁体的情况下，第一涂层120未形成在基础磁体110的表面上，而是在基础磁体110的表面上进行了磷酸盐处理。在根据实施例的永磁体的情况下，被实施为Co的第一涂层120形成在被实施为NdFeB的基础磁体110的表面上。
通常，将剩余磁通密度(Br)、矫顽力(Hc)、拐点(Hk)、最大磁能积((BH)max)和矩形比(Hk/Hc)用作永磁体的磁性能指标。矫顽力(Hc)与磁滞回线中的磁通密度(B)变为0的磁场对应。最大磁能积与在磁滞曲线的第二象限内构造的最大B-H矩形的面积对应，并且可以用作永磁体的磁强度的相对指数。
根据比较例的永磁体的磁性能和温度系数与根据实施例的永磁体100的磁性能和温度系数之间的比较示于下面表1中。
[表1]
Figure BDA0002229493070000121
这里，第一示例被配置成使得涂层120中包含的磷(P)的含量为1％至6％，第二示例被配置成使得涂层120中包含的磷(P)的含量为7％至12％。在第一示例和第二示例的每一者中，涂层120的厚度为6μm，并且电流密度为2.0(A/dm2)。
作为温度系数之一的第一温度系数α可以使用以下的等式1算出，作为温度系数之另一个的第二温度系数β可以使用以下的等式2算出。
[等式1]
Figure BDA0002229493070000131
[等式2]
Figure BDA0002229493070000132
在等式1中，Br(Tr)表示在室温(Tr)下的剩余磁通密度，Br(Tp)表示在环境温度(Tp)下的剩余磁通密度。在等式2中，Hc(Tr)表示在室温(Tr)下的矫顽力，Hc(Tp)表示在环境温度(Tp)下的矫顽力。另外，等式1和2中的ΔT表示环境温度(Tp)和室温(Tr)之差。为了便于说明，表1中的温度系数(α和β)表示为绝对值。
尽管未在表1中示出，但在第一示例和第二示例的每一个中，将用于计算第一温度系数(α)的Br(Tr)替换为13.44kG，其是在室温下测得的比较例的Br(Tr)值，并且将用于计算第二温度系数(β)的Hc(Tr)替换为18.88kOe，其是在室温下测得的比较例的Hc(Tr)值。
参照上表1，可以看出，与比较例相比，根据实施例的永磁体100在相同温度下的所有磁性能均优异。即，可以看出，与比较例相比，根据在基础磁体110的表面上设置有涂层120的实施例的永磁体100具有改善的磁性能和优异的温度系数。下面将对其进行详细描述。
根据实施例的永磁体100在其环境温度为120℃时可以具有大于11.71kG的剩余磁通密度(Br)，并且在其环境温度为150℃时可以具有大于11.07kG的剩余磁通密度(Br)。
另外，根据实施例的永磁体100在其环境温度为120℃时可以具有大于7kOe的矫顽力(Hc)，并且在其环境温度为150℃时可以具有大于6kOe的矫顽力(Hc)。
另外，根据本实施例的永磁体100在其环境温度为120℃时可以具有大于32MGOe的最大磁能积，并且在其环境温度为150℃时可以具有大于28MGOe的最大磁能积。
另外，根据实施例的永磁体100在其环境温度为120℃以上时可以具有大于94.6％(例如，大于100％)的矩形比。
另外，根据本实施例的永磁体100在其环境温度为120℃时，可以具有绝对值为0.6％/℃以下的第二温度系数(β)，并且在其环境温度为150℃时，可以具有绝对值为0.55％/℃以下的第二温度系数(β)。第二温度系数(β)的绝对值小意味着即使永磁体100的环境温度(Tp)改变，矫顽力(Hc)的变化也小。因此，考虑到根据实施例的永磁体100的第二温度系数(β)为0.6％/℃以下，可以看出，矫顽力(Hc)随永磁体100的环境温度(Tp)的改变而变化较小。
如上所述，在相同温度下，与根据比较例的永磁体相比，根据实施例的永磁体100具有高的矩形比和改善的温度系数(α和β)。
当将根据实施例的永磁体100安装到电机等上时，电机的转矩与剩余磁通密度(Br)成比例。由于根据实施例的永磁体在相同的工作点处提供了更高的磁通密度，因此它可以有助于改善电机的输出。
通常，可以基于磁体的磁滞曲线的大小和形状来容易地确定磁体的特性。例如，软磁材料相对容易地被从外部施加的磁场磁化。软磁材料具有小的磁滞回线。例如，软磁材料具有高的初始磁导率和低的矫顽力。另一方面，难以利用从外部施加的磁场来使硬磁材料初始磁化。硬磁材料的磁滞回线较大。例如，硬磁材料具有高的剩磁和高的饱和磁通密度。
图12至图14是示出在表1中所示的比较例以及第一示例和第二示例中，随着温度的变化，磁通密度(J)相对于从外部施加的磁场的强度(H)而变化的曲线图。在曲线图中，横轴表示从外部施加的磁场的强度(H)，纵轴表示当将磁性材料置于磁场中时磁性材料感应的磁通密度(J)。
图12示出在室温下，比较例与第一示例和第二示例中的磁通密度的变化之间的比较。图13示出随着温度从室温升高到高温，比较例和第一示例中的磁通密度的变化之间的比较。图14示出随着温度从室温升高到高温，比较例和第二示例中的磁通密度的变化之间的比较。
参照图12至图14，可以看出，第一示例和第二示例比比较例具有更好的磁性能。其原因如下。
基础磁体110具有例如在其表面中形成了大量空隙的缺陷。从基础磁体110的表面的缺陷部分中可能产生晶核(nucleus)，并且磁畴可能在整个磁体上移动，从而可能发生退磁。在根据比较例的永磁体的情况下，可以通过在基础磁体110的表面上进行磷酸盐处理来防止基础磁体110的氧化。然而，由于空隙仍然存在于基础磁体110的表面中，因此可能发生退磁，并且磁性能可能劣化。
另一方面，在根据实施例的永磁体100的情况下，空隙是在基础磁体110的表面上产生反向磁畴的主要原因，并且空隙被涂层120和130的纳米晶体颗粒密集填充。另外，由于涂层120和130具有优异的磁性能，因此可以通过与基础磁体110的相互作用来提高永磁体100的抗退磁性能。
在根据比较例的永磁体的情况下，可以通过在基础磁体110的表面上进行磷酸盐处理或使用非磁性元素形成保护层来防止基础磁体110的氧化。这样，在基础磁体110的表面上形成的保护层的主要目的是防止氧化。
另一方面，在根据实施例的永磁体100的情况下，在基础磁体110的表面上形成磁性的涂层120和130，从而防止氧化并改善了耐热性和磁性能。
另外，不同于包含昂贵重稀土元素(例如，Dy或Tb)的常规永磁体，为了提高耐热性，根据实施例的永磁体100被配置成使得通过使用了比重稀土元素便宜的磁性材料(例如CoP)的无电镀方法或电镀方法在基础磁体110上形成涂层120和130，从而降低了制造成本，提高了价格竞争力，并且提高了生产率。
例如，根据实施例的永磁体100可以应用于诸如车辆、电梯或清洁能源等各个领域中的电机、发电机或电池。
在下文中，将参照附图描述包括根据实施例的永磁体100的电机的实施例。
图15a是表面永磁体(SPM)电机的剖视图，图15b是内部永磁体(IPM)电机的剖视图，图15c是辐条型电机(其中，永磁体插入到转子的侧表面中)的剖视图。
有一种作为高能效电机的永磁(PM)电机。永磁电机可以分为图15a所示的SPM电机、图15b所示的IMP电机以及图15c所示的辐条型电机。这里，图15c所示的辐条型电机是图15b所示的IMP电机的修改示例。
图15a、图15b和图15c中所示的SPM电机、IMP电机和辐条型电机中的每一者可以包括：定子402、412和422，定子绕组槽404、414和424，永磁体406、416和426，以及转子408、418和428。
定子402、412和422具有形成有圆柱形的通孔的环形截面。多个定子绕组槽404、414和424形成在定子402、412和422的内周面中，从而在穿透定子402、412和422的方向上延伸。线圈可以沿绕组槽404、414和424延伸的方向缠绕在绕组槽404、414和424上。绕组槽404、414和424的数量可以根据电机的设计而变化。例如，二十七个绕组槽404、414和424可以彼此以规则的间隔设置，但是实施例不限于此。
另外，如图15a至图15c所示，转子408、418和428可以设置在定子402、412和422内。如图15a和图15b所示，定子402和412可以包括形成在其中的圆柱形的通孔。转子408、418和428是安装在形成于定子402、412和422中的通孔中的构件。转子408、418和428可以包括多个永磁体406、416和426，以便通过接收当电流沿着缠绕在定子402、412和422上的线圈流动时产生的电磁力而旋转。旋转轴(未示出)可以连接至转子408、418和428，以便将旋转力传递至压缩机中所设置的压缩单元。为此，可以在与转子408、418和428的旋转轴平行的方向上穿过转子408、418和428形成多个插入孔，从而将永磁体406、416和426插入到转子408、418和428中。永磁体406、416和426中的每一个可以在与转子408、418和428的旋转轴平行的方向上或沿着转子404、418和428的旋转轴插入到各个插入孔中。此时，可以将极性彼此不同的永磁体406、416和426分别插入到彼此相邻设置的插入孔中。
根据上述实施例的永磁体100可以用作图15a至图15c所示的永磁体406、416和426。此时，由于根据实施例的永磁体100具有大的矫顽力(Hc)，因此可以将永磁体100设计成应用于图15a、图15b或图15c所示的电机并向定子402、412和422的线圈提供高电流，从而改善了电机的性能。也就是说，当将根据实施例的永磁体100安装于电机时，产生反向磁场的方向与面外方向(out-of-plane direction)大致相反，并且当矫顽力(Hc)在该相反方向上较大时，性能会进一步提高。当电流沿着定子的线圈流动时，在磁体处会形成反向磁场(外部磁场)。此时，当矫顽力(Hc)较大时，可以提高承受反向磁场的能力，从而改善了电机的性能。
当电流沿着缠绕在定子402、412和422上的线圈流动时，产生了高温热量。但是，由于具有低的Hci可逆温度系数的第一涂层120设置在永磁体406、416和426的与定子402、412和422相邻的表面的区域上，因此永磁体406、416和426可以抵抗由热引起的永磁体磁性能的劣化。另外，由于具有高导热率的第二涂层130设置在永磁体406、416和426的与缠绕在定子402、412和422上的线圈相对远离的表面的区域(例如，与转子404、418和428的旋转轴(未示出)相邻的区域)上，因此永磁体406、416和426的热量可以迅速地向转子404、418和428消散。
虽然已经参照本公开的示例性实施例具体示出和描述了本公开，但是这些实施例仅是出于说明性目的而提出的，而不限制本公开，并且对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本文阐述的实施例的基本特征的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。例如，可以修改和应用实施例中所阐述的各个结构。此外，这样的修改和应用中的差异应被解释为落入由所附权利要求限定的本公开的范围内。

Claims (19)

1.一种永磁体，包括：
基础磁体，所述基础磁体由“a-b-c”表示，其中，“a”包含稀土基元素，“b”包含过渡元素，“c”包含硼(B)；
第一涂层，所述第一涂层涂覆在所述基础磁体的第一表面上；以及
第二涂层，所述第二涂层涂覆在所述基础磁体的第二表面上，而不涂覆在所述基础磁体的所述第一表面上，
其中，所述第一涂层包含含有磁性金属的化合物，并且
其中，所述化合物包含磷(P)和元素周期表第4周期的金属，
其中，所述第二涂层包含铜(Cu)、铝(Al)、石墨、碳纳米管以及石墨烯中的任意一种或多种，
其中，所述第一涂层具有-0.35％/K至-0.05％/K的Hci可逆温度系数，并且
其中，所述第二涂层具有100W/(m·K)以上的导热率。
2.根据权利要求1所述的永磁体，其中，所述“a”是钕(Nd)，所述“b”是铁(Fe)。
3.根据权利要求1所述的永磁体，其中，所述基础磁体包括在其表面形成的空隙，并且
其中，所述第一涂层的至少一部分和所述第二涂层的至少一部分嵌入形成在所述基础磁体中的所述空隙中。
4.根据权利要求1所述的永磁体，其中，所述第一涂层具有0.1μm至10μm的厚度。
5.根据权利要求1所述的永磁体，其中，所述第二涂层具有1μm至30μm的厚度。
6.根据权利要求1所述的永磁体，其中，当所述永磁体的环境温度为120℃时，所述永磁体具有大于11.71kG的剩余磁通密度。
7.根据权利要求1所述的永磁体，其中，当所述永磁体的环境温度为120℃时，所述永磁体具有大于7.0kOe的矫顽力。
8.根据权利要求1所述的永磁体，其中，所述元素周期表第4周期的所述金属包含选自由铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)组成的组中的一种。
9.根据权利要求8所述的永磁体，其中，所述元素周期表第4周期的所述金属是钴(Co)。
10.根据权利要求3所述的永磁体，其中，形成所述第一涂层的每个颗粒的尺寸小于每个所述空隙的尺寸。
11.根据权利要求3所述的永磁体，其中，所述第一涂层的厚度大于每个所述空隙的深度。
12.根据权利要求1所述的永磁体，其中，所述第一涂层包括：
第一表面，所述第一表面朝向所述基础磁体；以及
第二表面，所述第二表面形成为与所述第一表面相对，
其中，所述基础磁体的外表面的粗糙度大于所述第一涂层的所述第二表面的粗糙度。
13.根据权利要求1所述的永磁体，其中，当所述永磁体的环境温度为120℃时，所述永磁体具有大于32MGOe的最大磁能积。
14.根据权利要求1所述的永磁体，其中，当所述永磁体的环境温度为120℃以上时，所述永磁体具有大于100％的矩形比。
15.根据权利要求1所述的永磁体，其中，当所述永磁体的环境温度为120℃时，温度系数具有0.6％/℃以下的绝对值，所述温度系数的所述绝对值表示如下：
Figure FDA0003012145690000021
其中，β表示所述温度系数的所述绝对值，Hc(Tr)表示室温(Tr)下的矫顽力，Hc(Tp)表示所述环境温度(Tp)下的矫顽力，ΔT表示所述环境温度(Tp)与所述室温(Tr)之差。
16.根据权利要求1所述的永磁体，其中，所述磷(P)的含量为1％至12％。
17.一种电机，包括：
定子，所述定子中形成有圆柱形的通孔；
多个定子绕组槽，所述多个定子绕组槽设置于所述定子的内周面；
转子，所述转子设置在所述定子中的所述通孔中；以及
多个永磁体，所述多个永磁体耦接到所述转子，
其中，每个所述永磁体包括：
基础磁体，所述基础磁体由“a-b-c”表示，其中，“a”包含稀土基元素，“b”包含过渡元素，“c”包含硼(B)；
第一涂层，所述第一涂层涂覆在所述基础磁体的第一表面上；以及
第二涂层，所述第二涂层涂覆在所述基础磁体的第二表面上，而不涂覆在所述基础磁体的所述第一表面上，
其中，所述第一涂层包含磁性金属并且具有-0.35％/K至-0.05％/K的Hci可逆温度系数，并且
其中，所述第二涂层具有100W/(m·K)以上的导热率，
其中，所述第二涂层包含铜(Cu)、铝(Al)、石墨、碳纳米管以及石墨烯中的任意一种或多种。
18.根据权利要求17所述的电机，其中，每个所述永磁体包括多个表面，并且
其中，所述第二表面包括所述多个表面中的最靠近所述转子的旋转轴的至少一个表面。
19.根据权利要求17所述的电机，其中，所述“a”是钕(Nd)，所述“b”是铁(Fe)，并且所述第一涂层包含磷(P)和钴(Co)。
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