CN114300214A - 磁体组件及其制备方法、永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁体组件及其制备方法、永磁电机。该磁体组件包括至少两个层叠设置的磁片，且任意相邻的两个磁片之间设有粘接层，粘接层的厚度为0.01mm～0.1mm；粘接层的原料包括粘接树脂、电绝缘粒子及稀土氧化物粒子；且以粘接树脂的质量为基准，稀土氧化物粒子的质量百分数为0.1％～5％。该磁体组件能在保持磁通量基本不变的同时，降低磁体组件的涡流损耗。

Description

磁体组件及其制备方法、永磁电机

技术领域

本发明涉及功能材料制备技术领域，特别是涉及一种磁体组件及其制备方法、永磁电机。

背景技术

烧结钕铁硼磁体常用于制备永磁电机。但烧结钕铁硼磁体电导率较高，在一些高速电机、高功率密度的电机以及封闭结构的电机中，烧结钕铁硼磁体制成的磁体组件在快速变化的磁场中会产生较大的涡流损耗，会使转子部分产生较大的温升，在极端情况下可能会导致磁体组件退磁，从而降低电机性能及使用寿命。

为了制备出涡流较小的适合电机用的烧结钕铁硼磁体材料，人们探究了很多种方式。传统的降低磁体在电机中的涡流损耗的方法主要有：(1)通过在烧结钕铁硼磁体中添加一些非导体材料的粉末，从而在一定程度上，提高磁体的电阻率，但是这个方式有一些明显的缺陷，如加入的非导体材料颗粒，会降低材料的磁性能，而且提高磁体电阻率的效果有限；(2)通过在烧结钕铁硼磁体制备的熔炼阶段加入硅等元素，从而提高磁体的电阻率，但是效果非常有限；(3)通过将烧结钕铁硼磁体切成薄片状，然后粘接组合成块体尺寸的磁体组件，每片磁体之间有胶隔开而不导通，当磁体组件置于在变化的磁场时，涡流就被限制在较小的回路中，所以可以减小涡流损耗。然而，该方法存在不足之处，无法在保持较高的磁通量的同时降低涡流损耗。

因此，现有技术仍有待改进。

发明内容

基于此，本发明提供了一种能在保持磁通量基本不变的同时，降低涡流损耗的磁体组件及其制备方法、永磁电机。

本发明的一方面，提供一种磁体组件，所述磁体组件包括至少两个层叠设置的磁片，且任意相邻的两个磁片之间设有粘接层，所述粘接层的厚度为0.01mm～0.1mm；

所述粘接层的原料包括粘接树脂、电绝缘粒子及稀土氧化物粒子；且以所述粘接树脂的质量为基准，所述稀土氧化物粒子的质量百分数为0.1％～5％。

在其中一些实施例中，所述粘接层的厚度为0.02mm～0.08mm。

在其中一些实施例中，以所述粘接树脂的质量为基准，所述电绝缘粒子的质量百分数为0.1％～40％；和/或

所述电绝缘粒子的粒度D(97)为1μm～50μm；和/或

所述电绝缘粒子为氮化铝、氮化硼、氮化硅、碳化硅中的至少一种。

在其中一些实施例中，以所述粘接树脂的质量为基准，所述电绝缘粒子的质量百分数为0.5％～20％。

在其中一些实施例中，以所述粘接树脂的质量为基准，所述稀土氧化物粒子的质量百分数为1％～5％；和/或

所述稀土氧化物粒子的粒度D(97)为1μm～20μm；和/或

所述稀土氧化物粒子选自氧化钇和氧化铈中的至少一种。

在其中一些实施例中，所述粘接树脂为环氧树脂。

在其中一些实施例中，所述磁片的厚度为1mm～10mm；和/或

所述磁片的数量不小于4；和/或

所述磁片的材质为钕铁硼磁铁。

本发明的另一方面，提供一种磁体组件的制备方法，包括如下步骤：

提供粘接胶及至少两个磁片，所述粘接胶的组分包括粘接树脂、电绝缘粒子及稀土氧化物粒子；且以所述粘接树脂的质量为基准，所述稀土氧化物粒子的质量百分数为0.1％～5％；

将各所述磁片依次层叠设置，且在任意相邻的两个磁片之间采用所述粘接胶形成粘接层；

所述粘接层的厚度为0.01mm～0.1mm。

在其中一些实施例中，在形成所述粘接层的步骤之前，还包括如下步骤：

对所述磁片的表面进行喷砂处理。

本发明的又一方面，提供一种永磁电机，所述永磁电机包括如上所述的磁体组件。

上述磁体组件包括至少两个层叠设置的磁片，且任意相邻的两个磁片之间设有粘接层，粘接层的原料包括粘接树脂、电绝缘粒子及特定质量的稀土氧化物粒子，粘接树脂提供粘接力，电绝缘粒子保证了粘接层的绝缘性能，而特定质量的稀土氧化物粒子可以渗透进磁片表面的孔洞中以封闭孔洞，从而可以避免粘接层中的粘接树脂渗入磁片中对磁片的性能产生不利影响，同时可以提高粘接层和磁体的结合力，进而控制粘接层的厚度保持在较低的范围，在保证粘接层和磁体的结合力、绝缘性的同时，降低粘接层的厚度。如此，能在保持磁通量基本不变的同时，降低磁体组件的涡流损耗。

上述永磁电机包括如上所述的磁体组件，上述磁体组件在保持磁通量基本不变的同时，降低了涡流损耗，如此，可进一步避免永磁电机在使用过程中产生较大的涡流损耗而产生较大的温升或导致退磁，进一步提高了永磁电机的使用寿命。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。具体实施例中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

传统的降低磁体在电机中的涡流损耗的方法中，常通过将烧结钕铁硼磁体切成薄片状，然后粘接组合成块体尺寸的磁体组件，利用磁片间形成的绝缘的粘接层将磁片阻隔，使产生的涡流就被限制在较小的回路中。传统技术中一般认为粘结层越厚、结合力越高，起到的绝缘阻隔效果越好。例如，一技术中，在粘接层中添加了不规则的绝缘粒子，以使粘接层达到较高的厚度且保证厚度均匀。

然而，本发明的技术人员在进一步探索中发现：当粘接层的厚度在100μm以上时，磁体的绝缘性能就已经得到极大改善，但形成的粘结层的厚度太高反而会对磁体性能有不利影响，在磁体组件整体高度不变的情况下，粘结层厚度过高，磁片所占的比例就降低了，整个磁体的磁通就会降低；若粘接层的厚度过低，磁片之间基本处于导通的状态，不利于降低磁体组件的涡流损耗，磁体组件的粘接就失去了意义。因此，传统的制备方法无法在保持较高的磁通量的同时，降低涡流损耗。

基于此，本发明的技术人员打破现有技术的禁锢，创造性地提出改变粘结层的组分，以控制粘接层的厚度在保持在较低的范围，在保证粘接层和磁体的结合力、绝缘性的同时，降低粘接层的厚度，以实现在保持磁通量基本不变的同时，降低磁体组件的涡流损耗。本发明的技术人员在研究过程中发现：磁体材料一般为多孔结构技术材料，且在磁片的机械加工过程中，不可避免地会对磁片的晶体结构造成破坏，而胶体在与磁片表面接触后，胶体容易通过孔洞渗入磁片内部，反而对制得的磁体的性能有不利影响。在经过大量的创造实验后，获得了本发明中的磁体组件及其制备方法、永磁电机。具体技术方案如下。

本发明一实施方式提供了一种磁体组件，该磁体组件包括至少两个层叠设置的磁片，且任意相邻的两个磁片之间设有粘接层，粘接层的厚度为0.01mm～0.1mm。

其中，粘接层的原料包括粘接树脂、电绝缘粒子及稀土氧化物粒子；且以粘接树脂的质量为基准，稀土氧化物粒子的质量百分数为0.1％～5％。

上述磁体组件包括至少两个层叠设置的磁片，且任意相邻的两个磁片之间设有粘接层，粘接层的原料包括粘接树脂、电绝缘粒子及特定质量的稀土氧化物粒子，粘接树脂提供粘接力，电绝缘粒子保证了粘接层的绝缘性能，而特定质量的稀土氧化物粒子可以渗透进磁片表面的孔洞中以封闭孔洞，从而可以避免粘接层中的粘接树脂渗入磁片中对磁片的性能产生不利影响，同时可以提高粘接层和磁体的结合力，进而控制粘接层的厚度保持在较低的范围，在保证粘接层和磁体的结合力、绝缘性的同时，降低粘接层的厚度。如此，能在保持磁通量基本不变的同时，降低磁体组件的涡流损耗。

需要说明的是，上述“任意相邻的两个磁片之间形成粘接层”中，指的是任意一磁片与其临近的磁片间设有粘结层。

在其中一些实施例中，粘接层的厚度为0.02mm～0.08mm。

进一步控制粘接层的厚度，在保证粘接层和磁体的结合力、绝缘性的同时，进一步降低粘接层的厚度，如此，能在保持磁通量基本不变的同时，进一步降低磁体组件的涡流损耗。

在其中一些实施例中，以粘接树脂的质量为基准，电绝缘粒子的质量百分数为0.1％～40％。

优选地，电绝缘粒子的质量百分数为0.5％～20％。

在其中一些实施例中，电绝缘粒子的粒度D(97)为1μm～50μm；优选地，电绝缘粒子的粒度D(97)为10μm～50μm。

在其中一些实施例中，上述电绝缘粒子为氮化铝、氮化硼、氮化硅、碳化硅中的至少一种。

在其中一些实施例中，以粘接树脂的质量为基准，上述稀土氧化物粒子的质量百分数为1％～5％。

在其中一些实施例中，上述稀土氧化物粒子的粒度D(97)为1μm～20μm。

上述稀土氧化物可采用本领域常用的稀土元素的氧化物，稀土元素包括但不限于：镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及钇(Y)和钪(Sc)。

在其中一些实施例中，上述稀土氧化物粒子选自氧化钇和氧化铈中的至少一种。

在其中一些实施例中，磁片的厚度为1mm～10mm。

在其中一些实施例中，上述磁片由磁体母材切割而成。

在其中一些实施例中，磁片的数量不小于4。

在其中一些实施例中，上述磁片的材质为钕铁硼磁铁。

本发明一实施方式，提供一种磁体组件的制备方法，包括如下步骤S10～S20。

步骤S10、提供粘接胶及至少两个磁片，粘接胶的组分包括粘接树脂、电绝缘粒子及稀土氧化物粒子；且以粘接树脂的质量为基准，稀土氧化物粒子的质量百分数为0.1％～5％。

步骤S20、将各磁片依次层叠设置，且在任意相邻的两个磁片之间采用粘接胶形成粘接层；粘接层的厚度为0.01mm～0.1mm。

在其中一些实施例中，步骤S20的具体步骤为：将粘接胶涂敷在磁片的表面，并以磁片中涂敷有粘接胶的一面为接触面依次将磁片堆叠，然后固化处理，以使任意相邻的两个磁片间形成粘接层，得到磁体组件。

上述制备方法，将各磁片依次层叠设置，且在任意相邻的两个磁片之间采用粘接胶形成粘接层，同时控制粘接胶的组分，以使任意相邻的两个磁片间形成具有特定厚度及组分的粘接层，其中，粘接胶的组分包括粘接树脂、电绝缘粒子及特定质量的稀土氧化物粒子，粘接树脂提供粘接力，电绝缘粒子保证了粘接层的绝缘性能，而特定质量的稀土氧化物粒子可以渗透进磁片表面的孔洞中以封闭孔洞，从而可以避免粘接层中的粘接树脂渗入磁片中对磁片的性能产生不利影响，同时可以提高粘接层和磁体的结合力，进而控制粘接层的厚度在保持在较低的范围，在保证粘接层和磁体的结合力、绝缘性的同时，降低粘接层的厚度。如此，能在保持磁通量基本不变的同时，降低涡流损耗。

具体地，在步骤S20中，具体步骤如下：

将粘接胶涂敷在磁片的两个表面，然后将磁片叠在一起，用夹具固定，进一步将夹具和叠起来的磁体一起置于烘箱中固化处理。

在其中一些实施例中，上述固化处理的温度为100℃～180℃，时间为1h～8h。

在其中一些实施例中，在固化处理的步骤之后，还包括如下步骤S21。

步骤S21、将固化处理后的磁体进行打磨加工，然后进行电泳或喷涂环氧树脂。

在其中一些实施例中，在形成粘接层的步骤之前，还包括如下步骤：对磁片的表面进行喷砂处理。

喷砂处理可除去磁片的表面杂质，以进一步提高磁片与粘接胶的结合力。进一步地，在喷砂处理后，进一步清理掉磁片表面灰尘。

本发明一实施方式，还提供一种永磁电机，该永磁电机包括如上所述的磁体组件。

上述永磁电机包括如上所述的磁体组件，上述磁体组件包括至少两个层叠设置的磁片，且任意相邻的两个磁片之间设有粘接层，粘接层的原料包括粘接树脂、电绝缘粒子及特定质量的稀土氧化物粒子，粘接树脂提供粘接力，电绝缘粒子保证了粘接层的绝缘性能，而特定质量的稀土氧化物粒子可以渗透进磁片表面的孔洞中以封闭孔洞，从而可以避免粘接层中的粘接树脂渗入磁片中对磁片的性能产生不利影响，同时可以提高粘接层和磁体的结合力，能在保持磁通量基本不变的同时，降低涡流损耗。如此，可进一步避免永磁电机在使用过程中产生较大的涡流损耗而产生较大的温升或导致退磁，进一步提高了永磁电机的使用寿命。

下面将结合具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不局限于下述实施例，应当理解，所附权利要求概括了本发明的范围，在本发明构思的引导下本领域的技术人员应意识到，对本发明的各实施例所进行的一定的改变，都将被本发明的权利要求书的精神和范围所覆盖。

具体实施例

以下为具体实施例。

实施例1

(1)将母材尺寸为36.5×42×24.5的38UH牌号的烧结钕铁硼磁体，切割成10片3×42×24.5规格的粗坯磁片，然后对切割面进行喷砂处理，然后清理掉切割面的灰尘，得到磁片，厚度为3mm。

称取50g环氧树脂胶水、已经干燥处理的10g氮化铝粉末和2.5g氧化钇粒子，搅拌均匀形成粘接胶。氮化铝粉末的粒径D(97)为20μm，氧化钇粒子的粒径D(97)为10μm。

(2)用刮板将粘接胶均匀的涂抹在磁片的切割面上，依次将粗坯磁体的表面均涂抹胶水，且控制每次涂抹的工艺基本一致以使其形成厚度基本相同的胶层，将10片粗坯磁体叠在一起形成磁体，用夹具夹紧磁体，然后将夹具和磁体一起放入烘箱，于150℃下加热固化处理2h，形成粘结层，然后将加热固化后的磁体打磨加工成30*19.9*7.2的磁体组件。利用影像仪检测磁体组件间粘接层的厚度，厚度为0.02mm。

(3)并利用万用表分别检测磁体组件中与任意粘接层相邻的两磁片之间的电阻，然后计算得到磁体组件中的相邻磁片之间的电阻平均值，具体结果请见表1。

在磁体组件的表面喷涂环氧树脂层后利用磁通计测试其磁通，然后将其安装于电机中，得到永磁电机，并检测永磁电机的转子铁芯的温升。

具体测试结果请见表1。

实施例2

(1)将母材尺寸为36.5×42×24.5的38UH牌号的烧结钕铁硼磁体，切割成10片3×42×24.5规格的粗坯磁片，然后对切割面进行喷砂处理，然后清理掉切割面的灰尘，得到磁片，厚度为3mm。

称取50g环氧树脂胶水、已经干燥处理的10g氮化铝粉末和2.5g氧化钇粒子，搅拌均匀形成粘接胶。氮化铝粉末的粒径D(97)为20μm，氧化钇粒子的粒径D(97)为10μm。

(2)用刮板将粘接胶均匀的涂抹在磁片的切割面上，依次将粗坯磁体的表面均涂抹胶水，且控制每次涂抹的工艺基本一致以使其形成厚度基本相同的胶层，将10片粗坯磁体叠在一起形成磁体，用夹具夹紧磁体，然后将夹具和磁体一起放入烘箱，于150℃下加热固化处理2h，形成粘结层，然后将加热固化后的磁体打磨加工成30*19.9*7.2的磁体组件。利用影像仪检测磁体组件间粘接层的厚度，厚度为0.04mm。

其他步骤及条件均与实施例1相同。

实施例3

实施例3与实施例1基本相同，不同之处仅在于：实施例3步骤(2)中，磁体组件间粘接层的厚度为0.05mm。

其他步骤及条件均与实施例1相同。

实施例4

实施例4与实施例1基本相同，不同之处仅在于：实施例4步骤(2)中，磁体组件间粘接层的厚度为0.07mm。

其他步骤及条件均与实施例1相同。

实施例5

实施例5与实施例1基本相同，不同之处仅在于：实施例5步骤(2)中，磁体组件间粘接层的厚度为0.09mm。

其他步骤及条件均与实施例1相同。

对比例1

对比例1与实施例1基本相同，不同之处仅在于：对比例1步骤(1)中，粘接胶的成分只有环氧树脂胶水，不含电绝缘粒子及稀土氧化物粒子。

其他步骤及条件均与实施例1相同。

对比例2

(1)将母材尺寸为36.5×42×24.5的38UH牌号的烧结钕铁硼磁体，切割成30*19.9*7.2规格，制成磁体。

(2)利用万用表分检测磁体的电阻，在磁体的表面喷涂环氧树脂层后测试其磁通，然后将其安装于电机中，得到永磁电机，并检测永磁电机的转子铁芯的温升，具体测试步骤同实施例1步骤(3)。

测试结果请见表1。

对比例3

对比例1与实施例1基本相同，不同之处仅在于：对比例3步骤(2)中，磁体组件间粘接层的厚度为0.11mm。

其他步骤及条件均与实施例1相同。

对比例4

对比例1与实施例1基本相同，不同之处仅在于：对比例3步骤(1)的粘接胶中，含有50g环氧树脂胶水、已经干燥处理的15g氮化铝粉末，不含氧化钇粒子。

其他步骤及条件均与实施例1相同。

对比例5

对比例1与实施例1基本相同，不同之处仅在于：对比例3步骤(1)中，粘接胶的组分包括：50g环氧树脂胶水、10g氮化铝粉末和5g氧化钇粒子。

其他步骤及条件均与实施例1相同。

对比例6

对比例6与实施例2基本相同，不同之处仅在于：对比例6步骤(1)中，粘接胶的成分只有环氧树脂胶水，不含电绝缘粒子及稀土氧化物粒子。

其他步骤及条件均与实施例2相同。

对比例7

对比例7与实施例3基本相同，不同之处仅在于：对比例7步骤(1)中，粘接胶的成分只有环氧树脂胶水，不含电绝缘粒子及稀土氧化物粒子。

其他步骤及条件均与实施例3相同。

对比例8

对比例8与实施例4基本相同，不同之处仅在于：对比例8步骤(1)中，粘接胶的成分只有环氧树脂胶水，不含电绝缘粒子及稀土氧化物粒子。

其他步骤及条件均与实施例4相同。

实施例6

实施例6与实施例3基本相同，不同之处仅在于：实施例6步骤(1)中，粘接胶的组分包括：50g环氧树脂胶水、5g氮化铝粉末和1g氧化钇粒子。

其他步骤及条件均与实施例3相同。

实施例7

实施例7与实施例3基本相同，不同之处仅在于：实施例7步骤(1)中，粘接胶的组分包括：50g环氧树脂胶水、5g氮化铝粉末和2.5g氧化钇粒子。

其他步骤及条件均与实施例3相同。

实施例8

实施例8与实施例4基本相同，不同之处仅在于：实施例8步骤(1)中，粘接胶的组分包括：50g环氧树脂胶水、5g氮化铝粉末和2.5g氧化钇粒子。

其他步骤及条件均与实施例1相同。

实施例1～8及对比例1～8获得的磁体组件的性能数据如表1所示。

表1

由表1可知，本发明的磁体组件能在保持磁通量基本不变的同时，降低涡流损耗，使制得的永磁电机的温升降低。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种磁体组件，其特征在于，所述磁体组件包括至少两个层叠设置的磁片，且任意相邻的两个磁片之间设有粘接层，所述粘接层的厚度为0.01mm～0.1mm；

所述粘接层的原料包括粘接树脂、电绝缘粒子及稀土氧化物粒子；且以所述粘接树脂的质量为基准，所述稀土氧化物粒子的质量百分数为0.1％～5％。

2.如权利要求1所述的磁体组件，其特征在于，所述粘接层的厚度为0.02mm～0.08mm。

3.如权利要求1～2任一项所述的磁体组件，其特征在于，以所述粘接树脂的质量为基准，所述电绝缘粒子的质量百分数为0.1％～40％；和/或

所述电绝缘粒子的粒度D(97)为1μm～50μm；和/或

所述电绝缘粒子为氮化铝、氮化硼、氮化硅、碳化硅中的至少一种。

4.如权利要求3所述的磁体组件，其特征在于，以所述粘接树脂的质量为基准，所述电绝缘粒子的质量百分数为0.5％～20％。

5.如权利要求1～2任一项所述的磁体组件，其特征在于，以所述粘接树脂的质量为基准，所述稀土氧化物粒子的质量百分数为1％～5％；和/或

所述稀土氧化物粒子的粒度D(97)为1μm～20μm；和/或

所述稀土氧化物粒子选自氧化钇和氧化铈中的至少一种。

6.如权利要求1～2任一项所述的磁体组件，其特征在于，所述粘接树脂为环氧树脂。

7.如权利要求1～2任一项所述的磁体组件，其特征在于，所述磁片的厚度为1mm～10mm；和/或

所述磁片的数量不小于4；和/或

所述磁片的材质为钕铁硼磁铁。

8.一种磁体组件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供粘接胶及至少两个磁片，所述粘接胶的组分包括粘接树脂、电绝缘粒子及稀土氧化物粒子；且以所述粘接树脂的质量为基准，所述稀土氧化物粒子的质量百分数为0.1％～5％；

将各所述磁片依次层叠设置，且在任意相邻的两个磁片之间采用所述粘接胶形成粘接层；

所述粘接层的厚度为0.01mm～0.1mm。

9.如权利要求8所述的磁体组件的制备方法，其特征在于，在形成所述粘接层的步骤之前，还包括如下步骤：

对所述磁片的表面进行喷砂处理。

10.一种永磁电机，其特征在于，所述永磁电机包括如权利要求1～7任一项所述的磁体组件。