一种低涡流发热的组合磁体的制作方法及夹持工装
技术领域
本发明涉及一种低涡流发热的组合磁体的制作方法及夹持工装。
背景技术
磁体尤其是永磁体,广泛用于发电机、电动机等领域。出于降低涡流发热,提高永磁电机的性能等方面的考虑,需要将磁体组合在一起使用。现有的低涡流发热磁体的制作方法通常将磁体组件通过粘胶粘合,一般都采用液态的树脂型粘胶,例如:
CN103021610A公开了一种复合永磁磁性材料。所述材料由一个以上的永磁磁性材料拼接而成,永磁磁性材料之间为粘结剂。在粘合之前将永磁磁性材料进行活化处理:(1)将各永磁磁性材料分别进行电泳;(2)将电泳后的各永磁磁性材料浸泡在厌氧胶促进剂中进行磁体表面活化处理;(3)在各永磁磁性材料需要进行粘接的部位均匀涂上厌氧胶,校对好位置后粘在一起,然后再进行固化。
CN 107425628A公开一种降低涡流发热的永磁电机磁体及生产方法。所述磁体为分体式,包括外观形状尺寸相同磁片,磁片间通过绝缘耐高温胶粘剂连接成磁体。该发明沿与磁体取向方向垂直的方向对磁体进行切割加工成片状,然后粘接,粘接后经高温烘烤固化,再将固化后磁片沿取向方向按设计的成品尺寸进行切割加工成片状即可。本发明沿磁体涡流路径方向对磁体进行多次切割分片处理,并优选粘接材料,粘接缝隙小于0.1mm,以保证磁通漏磁的影响。
CN107799292A公开了一种钕铁硼磁钢的分割方法及专用挤压工装,其特点是,方法包括钕铁硼磁钢表面脱脂活化处理、一次涂覆粘接剂、固化、再次钕铁硼磁钢表面脱脂活化处理,再次涂覆粘接剂、挤压工装挤压、固化;冷却后进行切割制作成目标尺寸产品,然后对目标产品进行磷化或者喷涂处理;挤压工装包括框架,内底部设凸台,内侧面对称设限位装置,顶端设拉起装置,拉起装置的下端设圆形压头,拉起装置下部外套保压弹簧;提高胶层厚度的可控性以及绝缘性的保证,提高效率,并且可以处理掉四周多余溢胶。
但以上的方法,在涂布、固化时,粘胶会在磁体表面残余,需要进行处理,另外磁体组件粘合容易产生气泡,影响磁体组件间的结合性。
发明内容
本发明提供了一种低涡流发热的组合磁体的制作方法,其克服了背景技术中低涡流发热磁体的制作方法所存在的不足。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是:
一种低涡流发热的组合磁体的制作方法,包括如下步骤:
a、预处理磁体组件;
b、在预处理后的所述磁体组件的至少一个表面形成未完全固化的热固性树脂层;
c、采用夹持工装对所述磁体组件进行堆叠,所述磁体组件的堆叠表面形成有所述的未完全固化的热固性树脂层,挤压所述堆叠后的磁体组件,所述挤压力为0.01MPa-2.5MPa;
d、将所述堆叠后的磁体组件连同夹持工装在烘箱中烘烤固化,烤箱内气压为0.5kPa-1atm,烘烤温度为150℃-200℃,烘烤时间为10min-24h;冷却后得到组合磁体。
本技术方案与背景技术相比,它具有如下优点:
本发明在磁体组件至少一个外表面形成未完全固化的热固性树脂层,通过后续堆叠、挤压、热处理,能够起到磁体组件间的结合作用,避免黏胶在磁体表面残余的问题,同时磁体组件叠片在0.5kPa-1atm的气压环境中烘烤,能够减少磁体组件结合面间树脂层的气泡产生,提高磁体组件间的结合力。
在本发明中,步骤a中,所述磁体组件的预处理可以包括除油、除锈、活化、磷化处理中的一种或多种。
在本发明中,步骤b中,所述未完全固化的热固性树脂层的邵氏A硬度为10-50。
在本发明中,所述的树脂包括环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、改性聚二丁烯树脂、酚醛树脂、环氧酯树脂中的任一种或多种。
在本发明中,优选地,烘烤固化后,所述组合磁体的磁体组件间树脂层的厚度为1μm-100μm。
在本发明中,步骤b中,所述磁体组件的外表面都形成有所述未完全固化的热固性树脂层。
本发明在磁体组件外表面都覆盖所述树脂层,该树脂层一方面可以提高磁铁表面的耐腐蚀性,另一方面又能够起到结合作用,从而省略粘结剂。
在本发明中,步骤b中,在磁体组件表面形成未完全固化的热固性树脂层的方法选自电泳法、喷涂法的任一种。
在本发明的一实施例中,采用喷涂法在所述磁体组件的至少一个表面形成未完全固化的热固性树脂层,所述喷涂法的涂料流量120-220mL/s,气压0.35-0.45MPa,喷幅1/2-1/3,所述磁体组件与枪嘴距离8cm—15cm。
在本发明的另一实施例中:采用电泳法在所述磁体组件的外表面都形成未完全固化的热固性树脂层,所述电泳法的电压60-90V,时间60-150s。
在本发明的优选实施例中,步骤d的烘烤温度为175℃-200℃,烘烤时间为20min-120min。
在烘烤过程中,采用150℃-200℃的温度,烘烤温度低于150℃时,不能使树脂发生充分的交联和固化;但高于200℃,树脂发生老化,会影响树脂层的附着力,严重时出现涂膜变脆,甚至脱落。优选温度范围175℃-200℃。
本发明解决其技术问题的所采用的第二种技术方案是:
一种用于制作上述的低涡流发热的组合磁体的夹持工装,所述夹持工装包括底板、顶板、导轨、转盘、传动导杆及用于施加挤压力的加压件,所述顶板和底板的两侧分别设有导槽,所述导轨可移动地安装在所述导槽中,所述顶板和底板的中间处设有转轴,所述转盘绕所述转轴转动,所述转盘两侧分别可转动的连接所述的传动导杆,所述传动导杆的一端与所述的导轨固定连接,所述转盘转动以带动所述传动导杆向外推所述的导轨或向内拉所述的导轨。
本技术方案与背景技术相比,它具有如下优点:
结构简单,通过设置转盘,能够同时带动导轨的移动,方便调节导轨间距。
优选的,所述导轨设置有隔片。
磁体组件装配在夹持工装后,在低气压环境堆叠过程中,磁体组件间隙中的空气会被抽走,从而减少磁体组件结合面间树脂层的气泡产生。隔片之间的距离由磁钢组件实际高度确定。
优选的,所述夹持工装至少两个,所述至少两个夹持工装联动连接。
可通过一拉杆将至少两个夹持工装的右侧导轨连接在一起,通过拉动拉杆,以带动导轨向外运动。也可以设置其他传动机构,联动地带动转盘转动,以带动导轨向外运动。
本发明通过在磁体组件表面形成树脂层,经堆叠后加热固化,无需另外处理多余粘胶。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为用于组合磁体制作的单个夹持工装立体示意图;
图2为用于组合磁体制作的单个夹持工装示意图;
图3为用于组合磁体制作的多个联动的夹持工装立体示意图;
图4为用于组合磁体制作的多个联动的夹持工装示意图。
具体实施方式
实施例一
采用电泳涂覆方法制作十分的组合磁体(即组合磁体由十个磁体组件构成)。采用的磁体组件均为钕铁硼磁体,例如市售的N42牌号钕铁硼磁体。本实施例中,每个磁体组件厚度相同,尺寸为26mm×20mm×15mm(15mm方向为取向方向)。
组合磁体制作主要包括四个步骤,即磁体组件预处理、电泳涂覆、叠片和烘烤。
磁体组件预处理包括除油、除锈、活化、磷化四个步骤:
1)除油:在70℃除油槽中除油5min-10min,再进行超声波清洗、去离子水清洗;
2)除锈:将除油后的钕铁硼样品在4%硝酸溶液中浸渍除锈30s-60s后,进行超声波清洗、去离子水清洗;
3)活化:将除锈后的钕铁硼磁体组件进行弱酸活化处理;
4)磷化:将活化后的钕铁硼磁体组件进行磷化处理,磷化时间5min。
将预处理后的钕铁硼磁体组件进行电泳涂覆,以在钕铁硼磁体组件的外表面都形成未完全固化的热固性树脂层。然后将电泳后的钕铁硼磁体组件用去离子水冲去表面残留液。本实施例采用的电泳漆为环氧阴极电泳漆,例如优立的EED-060M牌号,电泳电压60V,时间60s,电泳后在钕铁硼磁体组件的外表面都形成未完全固化的环氧树脂层,环氧树脂层的邵氏硬度为15。
叠片为采用夹持工装对十个一组的磁体组件进行堆叠,对叠片施加0.1MPa挤压力。夹持工装形式可以是卧式,也可以是立式的。立式工装如图2、图3所示。本实施例并不限于上述夹持工装,也可以采用现有的其他夹持工装,只需夹持工装具有夹持和限位功能即可。
请参照图1、图2,用于组合磁体制作的夹持工装100包括底板10、顶板20、导轨30、转盘40、传动导杆50及用于施加挤压力的加压件60,加压件60为重物或弹簧中的一种或多种,所述顶板20和底板10的两侧分别设有导槽70,所述导轨30可移动地安装在所述导槽70中,所述顶板20和底板10的中间处设有转轴,所述转盘40绕所述转轴转动,所述转盘40两侧分别可转动的连接所述的传动导杆50,所述传动导杆50的一端与所述的导轨30固定连接,所述转盘40转动以带动所述传动导杆50向外推所述的导轨30或向内拉所述的导轨30。所述的导轨30上等间距设置有隔片31,隔片31之间的距离由磁钢组件实际高度确定。当向外推所述导轨30时,钕铁硼磁体组件间的隔片31抽出,钕铁硼磁体组件在所述加压件60的作用下堆叠在一起。夹持工装的侧面还可以设有外框90。磁体组件装配在夹持工装100中时,磁体组件之间被夹持工装100的隔片31隔开,当烘箱中的气压控制在预设值后,通过转动夹持工装100上的转盘40或直接向外推所述导轨30以带动隔片31向外运动,磁体组件在加压件60的压力作用下堆叠在一起。
夹持工装100可以是多个,例如四个,请参照图3、图4,所述四个夹持工装100的右侧导轨30通过一拉杆80固定在一起,通过拉动所述拉杆80,以向外推所述的导轨30,带动隔片31向外运动。
将堆叠后的磁体组件连同夹持工装100放入烘箱中,按照表1控制烘箱内气压烘烤使环氧树脂固化,烘烤温度175℃,时间60min。冷却后即得十分的组合磁体。
对组合磁体进行树脂层结合力、树脂层老化性能、磁体组件之间高温剪切力、磁体组件之间树脂层厚度、磁体组件之间树脂层厚度、电阻测试。测试方法如下:
1)树脂层结合力测试:参考《GB/T 9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验》;
2)树脂层老化性能测试:使用PCT高压加速寿命老化试验箱。测试固定参数为:压力约2atm、温度100℃、湿度100%RH;
3)磁体组件之间高温剪切力测试:参考日本标准《JISK6852接着剤の圧縮せん断接着強さ試験方法》。
4)磁体组件之间树脂层厚度:在组合磁体中间部位沿断面切开,镶样并抛光,然后在金相显微镜下进行观察和测试。
5)磁体组件之间电阻:在相邻磁钢组件表面上刮去绝缘包覆层,使钕铁硼磁体暴露出不小于2×2mm2的表面,然后用电阻计测量二者之间的电阻。
实施例一中电泳电压为60V,电泳时间为60s,叠片加载压力为0.1MPa,烘烤温度为175℃,烘烤时间为60min。测试结果如下:
表1
显然通过控制烘箱内的气体压力小于1atm时,能够提升组合磁体间的高温剪切力。组合磁体间的高温剪切力的提升主要是因为烘箱中气压减小,在堆叠过程中,未完全固化的树脂层间的气体减少,在烘烤固化的过程中,磁体组件结合面间树脂层的气泡明显减少,有利于磁体组件的高温剪切力提升。烘箱内的气体压力在小于1KPa时,组合磁体间的高温剪切力下降。这是由于烘箱内气压较低,传热效果明显减弱,导致树脂固化不充分。综合考虑,优选的烘箱内气压为1kPa-50kPa。
实施例二
采用电泳涂覆方法制作十分的组合磁体(即组合磁体由十个磁体组件构成)。采用的磁体均为钕铁硼磁体,例如市售的N42牌号钕铁硼磁体,每个磁体组件的尺寸为26mm×20mm×15mm(15mm方向为取向方向),制作流程如图1所示。
组合磁体制作主要包括四个步骤,即磁体组件预处理、电泳涂覆、叠片和烘烤。
磁体组件预处理包括除油、除锈、活化、磷化四个步骤:
1)除油:在70℃除油槽中除油5min-10min,再进行超声波清洗、去离子水清洗;
2)除锈:将除油后的钕铁硼磁体组件在4%硝酸溶液中浸渍除锈30s-60s后,进行超声波清洗、去离子水清洗;
3)活化:将除锈后的钕铁硼磁体组件进行弱酸活化处理;
4)磷化:将活化后的钕铁硼磁体组件进行磷化处理,磷化时间5min。
将预处理后的钕铁硼磁体组件进行电泳涂覆,以在钕铁硼磁体组件的外表面都形成未完全固化的热固性树脂层。然后将电泳后的钕铁硼样品用去离子水冲去表面残留液。本实施例采用的电泳漆为环氧阴极电泳漆,例如优立的EEB-068A-05牌号,电泳电压60V,时间100s,电泳后在钕铁硼磁体组件的外表面都形成未完全固化的环氧树脂层,环氧树脂层的邵氏硬度为20。
叠片为采用夹持工装对十个一组的磁体组件进行堆叠,对叠片施加0.5MPa挤压力。夹持工装形式可以是卧式,也可以是立式的。立式工装采用实施例一中的夹持工装100。本实施例并不限于上述夹持工装,也可以采用现有的其他夹持工装,只需夹持工装具有夹持和限位功能即可。
将堆叠后的磁体组件连同夹持工装100放入真空烘箱中,在烘箱内气压50KPa下烘烤使环氧树脂固化,烘烤温度如表2,烘烤时间90min。冷却后即得十分的组合磁体。
对组合磁体进行树脂层结合力、树脂层老化性能、磁体组件之间高温剪切力、磁体组件之间树脂层厚度、磁体组件之间树脂层厚度、电阻测试。测试方法如下:
1)树脂层结合力测试:参考《GB/T 9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验》;
2)树脂层老化性能测试:使用PCT高压加速寿命老化试验箱。测试固定参数为:压力约2atm、温度100℃、湿度100%RH;
3)磁体组件之间高温剪切力测试:参考日本标准《JISK6852接着剤の圧縮せん断接着強さ試験方法》。
4)磁体组件之间树脂层厚度:在组合磁体中间部位沿断面切开,镶样并抛光,然后在金相显微镜下进行观察和测试。
5)磁体组件之间电阻:在相邻磁钢组件表面上刮去绝缘包覆层,使钕铁硼磁体暴露出不小于2×2mm2的表面,然后用电阻计测量二者之间的电阻。
实施例二中电泳电压为60V,电泳时间为100s,叠片加载压力为0.5MPa,烘箱内压力50KPa,烘烤时间为90min。测试结果如下:
表2
显然,烘烤温度低于150℃时,组合磁体的高温剪切力弱,树脂层的结合力差,树脂层厚度较厚,这是由于树脂固化不充分导致。当烘烤温度超过200℃时,组合磁体的高温剪切力弱,树脂层的结合力差,这是由于烘烤时温度过高,树脂发生老化,影响高温剪切力和结合力。综上,优选的烘烤温度为150℃-200℃,更优选的烘烤温度为175℃-200℃。
实施例三
采用电泳涂覆方法制作十分的组合磁体(即组合磁体由十个磁体组件构成)。采用的磁体均为钕铁硼磁体,采用市售的N42牌号和N48牌号钕铁硼磁体,每个磁体组件的尺寸为26mm×20mm×15mm(15mm方向为取向方向)。
组合磁体制作主要包括四个步骤,即磁体组件预处理、电泳涂覆、叠片和烘烤。
磁体组件预处理包括除油、除锈、活化、磷化四个步骤:
1)除油:在70℃除油槽中除油5min-10min,再进行超声波清洗、去离子水清洗;
2)除锈:将除油后的钕铁硼样品在4%硝酸溶液中浸渍除锈30s-60s后,进行超声波清洗、去离子水清洗;
3)活化:将除锈后的钕铁硼磁体组件样品进行弱酸活化处理;
4)磷化:将活化后的钕铁硼磁体组件样品进行磷化处理,磷化时间5min。
将预处理后的钕铁硼磁体组件进行电泳涂覆,以在钕铁硼磁体组件的外表面都形成未完全固化的热固性树脂层。然后将电泳后的钕铁硼样品用去离子水冲去表面残留液。本实施例采用的电泳漆为环氧阴极电泳漆,例如优立的EEB-068A-05牌号,电泳电压90V,时间150s,电泳后在钕铁硼磁体组件的外表面都形成未完全固化的环氧树脂层,环氧树脂层的邵氏硬度为25。
叠片为采用夹持工装对十个一组的磁体组件进行堆叠,对叠片施加如表3的挤压力。夹持工装形式可以是卧式,也可以是立式的。立式工装采用实施例一中的夹持工装100。本实施例并不限于上述夹持工装,也可以采用现有的其他夹持工装,只需夹持工装具有夹持和限位功能即可。
将堆叠后的磁体组件连同夹持工装100放入真空烘箱中,在不同叠片加载压力下烘烤使环氧树脂固化,烘烤温度200℃,烘烤时间20min。冷却后即得十分的组合磁体。
对组合磁体进行树脂层结合力、树脂层老化性能、磁体组件之间高温剪切力、磁体组件之间树脂层厚度、磁体组件之间树脂层厚度、电阻测试。测试方法如下:
1)树脂层结合力测试:参考《GB/T 9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验》;
2)树脂层老化性能测试:使用PCT高压加速寿命老化试验箱。测试固定参数为:压力约2atm、温度100℃、湿度100%RH;
3)磁体组件之间高温剪切力测试:参考日本标准《JISK6852接着剤の圧縮せん断接着強さ試験方法》。
4)磁体组件之间树脂层厚度:在组合磁体中间部位沿断面切开,镶样并抛光,然后在金相显微镜下进行观察和测试。
5)磁体组件之间电阻:在相邻磁钢组件表面上刮去绝缘包覆层,使钕铁硼磁体暴露出不小于2×2mm2的表面,然后用电阻计测量二者之间的电阻。
实施例三中电泳电压为90V,电泳时间为150s,烘箱内压力1KPa,烘烤温度200℃,烘烤时间为120min。
测试结果如下:
表3
显然,通过控制叠片加载压力可以对树脂层厚度进行调控,使符合产品需求。当加载过大时,不会对树脂层结合力、高温剪切力造成不利影响,但磁体组件结合面间树脂层的厚度会有减小,会有少量树脂会沿接合面挤出。综上,优选的加载压力为0.01MPa-0.5MPa。
实施例四
用喷涂方法制作八分的组合磁体(即组合磁体由八个磁体组件构成)。实施例四采用的磁体组件同样均为N48牌号的钕铁硼磁体。采用的磁体组件的初始尺寸为28mm×24mm×2.5mm,机加工后的成品组合磁体尺寸为4mm×24mm×20mm。先制得大块的组合磁钢,然后通过机加工,制得小尺寸的成品组合磁体。
组合磁体制作主要包括四个步骤,即磁体组件预处理、喷涂、叠片和烘烤。
磁体组件预处理包括除油、除锈、活化、磷化四个步骤:
1)除油:在70℃除油槽中除油5-10min,再进行超声波清洗、去离子水清洗;
2)除锈:将除油后的钕铁硼磁体组件在4%硝酸溶液中浸渍除锈30-60S后,进行超声波清洗、去离子水清洗;
3)活化:将除锈后的钕铁硼磁体组件进行弱酸活化处理;
4)磷化:将活化后的钕铁硼磁体组件进行磷化处理,磷化时间5min。
将预处理后的钕铁硼磁体组件进行表面单面或双面喷涂,喷涂涂料中的树脂成分可以为环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、改性聚二丁烯树脂、酚醛树脂、环氧酯树脂中的任一种或多种。本实施例选用环氧树脂类的涂料,进行单面喷涂,涂料流量120-220mL/s,气压0.35-0.45MPa,喷幅1/2-1/3,磁体组件与枪嘴距离8—15cm,与样品表面形成倾角45°-60°,手臂相对磁体组件表面平移,走枪速度0.1m/s,喷涂次数根据需要2-8次,每次间隔1min。喷涂后在钕铁硼磁体组件的外表面形成未完全固化的环氧树脂层,环氧树脂层的邵氏硬度为10。
叠片可为采用图1-图4所示的夹持工装,最上层叠片可以是没有喷涂涂料的磁体组件。对叠片施加挤压力0.01MPa-2MPa。
将堆叠后的磁体组件连同夹持工装放入烘箱中,在不同烘箱气压下烘烤使环氧树脂固化,烘烤温度175-200℃,时间20min-120min。冷却后即得八分的组合磁体。
冷却后,对制得的大块组合磁钢进行机加工,制得成品组合磁体。
对组合磁体进行磁体组件之间高温剪切力、磁体组件之间树脂层厚度、磁体组件之间树脂层厚度、电阻测试,测试项目和方法同实施例一。结果如下:
表4
显然,可以通过喷涂次数来调控树脂层厚度。当控制烘箱内的气压为50kPa时,组合磁体间的高温剪切力能够得到提升,组合磁体间的高温剪切力的提升主要是因为烘箱中气体气压减少小,在堆叠过程中,磁体组件间的气体减少,磁体组件间的未完全固化的树脂层在烘烤固化的过程中,结合面的气泡明显减少,有利于磁体组件的高温剪切力结合力提升。在烘烤温度175℃-200℃之间时,通过调整烘烤温度,能够在小范围调整树脂层厚度。
本发明的组合磁体采用的磁体组件并不限于钕铁硼磁体,也可以是其他类型的磁体,如钐钴磁体。本发明的组合磁体采用的磁体组件牌号可以相同,也可以不同。本发明的组合磁体采用的磁体组件的厚度可以相同,也可以不同。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的几种具体的实施方式,但本发明并不局限于实施例,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰,均落入本发明技术方案的保护范围内。