CN114743748B - 一种低涡流损耗钕铁硼磁体 - Google Patents

一种低涡流损耗钕铁硼磁体 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种开槽钕铁硼磁体，所述开槽钕铁硼磁体包括已经过渗透处理或未经渗透处理的钕铁硼磁方块磁体；以及设置在上述钕铁硼磁方块磁体表面上的槽。本发明设计的具有开槽结构的钕铁硼磁方块磁体，开槽位置灵活多变，操作简单，通过满足各部位性能需求，以应用于不同产品，而且本发明能够根据需要合理选取开槽位置，改善了不同位置的磁性能，对电机高速运行提升转矩输出能力、降低损耗有很大帮助，降低磁钢涡流损耗，提升电机效率，改善转子温升，减少了重稀土扩散源的使用量，降低了电机成本。

Description

一种低涡流损耗钕铁硼磁体
技术领域
本发明属于钕铁硼磁体制备技术领域，涉及一种开槽钕铁硼磁体，尤其涉及一种低涡流损耗钕铁硼磁体。
背景技术
烧结钕铁硼稀土永磁拥有优异的硬磁性能，在新能源汽车、智能通讯和风力发电等领域具有广泛的应用。近几年烧结钕铁硼磁体不断改善而具有更为优异的磁性能，特别其较强的磁场强度、较高的矫顽力、和耐高温性能而被广泛应用于永磁电机上，但作为一种永磁材料其本身还存在一定的缺陷。
在电机应用中，则随着电机转速或功率的提高，钕铁硼磁体内存在涡流效应，进而会引发温度升高，最坏情况下可能会导致钕铁硼磁体材料退磁，从而大大降低了电机的性能。钕铁硼磁体应用在电机中时，随着电机运转的升温，钕铁硼磁体的磁性能会出现一定程度衰减，由于电机不同位置的温度不同，钕铁硼磁体不同位置的磁性能衰减也有所不同，但是在钕铁硼磁体实际生产过程中，为了保证温度最高区域的磁性能，往往是整块磁体的性能都能够满足温度最高区域的磁性能衰减要求，这一定程度上阻碍了钕铁硼磁钢剩磁的提高及成本的降低。
现有技术中，通常电机永磁体大多采用具有较高的矫顽力和剩磁的钕铁硼材料，其电导率高、耐热性差，永磁体涡流损耗与铜耗、铁耗相比，在多数情况下并不大，但对于高速、高功率密度电机以及封闭结构的电机，钕铁硼永磁的涡流损耗会使其转子部分产生较大的温升，严重时甚至会造成永磁体的不可逆退磁，这对于永磁电机来说是致命的。
因此，如何在不影响电机使用的前提下，有效的降低钕铁硼磁钢涡流损耗，有效降低重稀土用量，降低整块磁钢的成本，是本领域技术人员需要解决的问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种开槽钕铁硼磁体，特别是一种低涡流损耗钕铁硼磁体，本发明设计的开槽的钕铁硼磁体，可以根据需要合理选取开槽位置，改善了不同位置的磁性能，对电机高速运行提升转矩输出能力、降低损耗有很大作用，能够降低磁钢涡流损耗，提升电机效率，改善转子温升。
本发明提供了一种开槽钕铁硼磁体，所述开槽钕铁硼磁体包括已经过渗透处理或未经渗透处理的钕铁硼磁方块磁体；
以及设置在上述钕铁硼磁方块磁体表面上的槽。
优选的，所述槽的数量包括1个或多个；
所述槽的平面尺寸为0.05～1.0mm。
优选的，所述槽的深度为钕铁硼磁体厚度的1％～80％；
所述槽的形状包括矩形槽、V型槽、U型槽和圆形槽中的一种或多种。
优选的，所述磁体表面的槽在磁体平面方向上，包括贯通槽和/或非贯通槽；
所述槽在磁体垂直方向上，为不贯通槽。
优选的，所述槽数量为多个时，槽与槽之间的间距包括等间距和/或不等间距。
优选的，所述间距为0.5～100mm。
优选的，所述槽的长度方向与槽所在磁体平面的任意边的夹角为0°～90°。
优选的，所述开槽钕铁硼磁体具有槽的表面包括一个或多个。
优选的，具有所述槽的表面包括垂直于钕铁硼磁体取向方向上的一个或多个表面，和/或，平行于钕铁硼磁体取向方向上的一个或多个表面。
优选的，所述开槽的方式包括多线开槽、电火花开槽、砂轮开槽、内圆切割开槽、外圆切割开槽和水刀切割开槽中的一种或多种。
本发明提供了一种开槽钕铁硼磁体，所述开槽钕铁硼磁体包括已经过渗透处理或未经渗透处理的钕铁硼磁方块磁体；以及设置在上述钕铁硼磁方块磁体表面上的槽。与现有技术相比，本发明设计了一种具有开槽结构的钕铁硼磁方块磁体，开槽位置灵活多变，操作简单，通过满足各部位性能需求，以应用于不同产品，而且本发明能够根据需要合理选取开槽位置，改善了不同位置的磁性能，对电机高速运行提升转矩输出能力、降低损耗有很大帮助，降低磁钢涡流损耗，提升电机效率，改善转子温升。本发明通过对经过扩散处理钕铁硼磁钢进行开槽处理，大幅度降低了电机运行时磁钢产生的涡流效应，降低了电机的工作温升，从而降低了电机的成本。
实验结果表明，表面开槽磁体与不开槽磁体相比，在电机运行过程中，磁体的涡流效应减少20％以上，由于涡流效应引起的电机温升降低20℃以上。
附图说明
图1为本发明实施例提供的开槽磁体的结构示意简图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用工业纯或钕铁硼磁体领域使用的常规纯度。
本发明提供了一种开槽钕铁硼磁体，所述开槽钕铁硼磁体包括已经过渗透处理或未经渗透处理的钕铁硼磁方块磁体；
以及设置在上述钕铁硼磁方块磁体表面上的槽。
在本发明中，所述槽的数量优选包括1个或多个。
在本发明中，所述槽的平面尺寸优选为0.05～1.0mm，更优选为0.1～0.8mm，更优选为0.1～0.3mm。
在本发明中，所述槽的深度优选为钕铁硼磁体厚度的1％～80％，更优选为10％～60％，更优选为30％～40％。具体为5％～60％或者为10％～40％。具体的，本发明所述厚度优选为切割方向产品的厚度。其中，所述槽的深度也可以表示为(1/100～80/100)*H mm。(H表示磁体产品的厚度，[1/100～80/100)*H]表示开槽的深度，单位是毫米)。
在本发明中，所述槽的形状优选包括矩形槽、V型槽、U型槽和圆形槽中的一种或多种，更优选为矩形槽、V型槽、U型槽或圆形槽。
在本发明中，所述磁体表面的槽在磁体平面方向上，优选包括贯通槽和/或非贯通槽，更优选为贯通槽或非贯通槽。
在本发明中，所述槽在磁体垂直方向上，优选为不贯通槽。
在本发明中，所述槽数量为多个时，槽与槽之间的间距优选包括等间距和/或不等间距，更优选为等间距或不等间距。
在本发明中，所述间距优选为0.5～100mm，更优选为1～80mm，更优选为4～60mm，更优选为4～40mm，更优选为4～10mm。
在本发明中，所述槽的长度方向与槽所在磁体平面的任意边的夹角优选为0°～90°，更优选为20°～70°，更优选为40°～50°。具体可以为1°～89°，或者为3°～88°，或者为5°～85°，或者为7°～83°。
在本发明中，所述开槽钕铁硼磁体具有槽的表面优选包括一个或多个。
在本发明中，具有所述槽的表面优选包括垂直于钕铁硼磁体取向方向上的一个或多个表面，和/或，平行于钕铁硼磁体取向方向上的一个或多个表面，更优选为垂直于钕铁硼磁体取向方向上的一个表面，或，平行于钕铁硼磁体取向方向上的一个表面。
在本发明中，所述开槽的方式优选包括多线开槽、电火花开槽、砂轮开槽、内圆切割开槽、外圆切割开槽和水刀切割开槽中的一种或多种，更优选为多线开槽、电火花开槽、砂轮开槽、内圆切割开槽、外圆切割开槽或水刀切割开槽。
本发明还提供了一种开槽钕铁硼磁体，所述开槽钕铁硼磁体包括未经渗透处理的钕铁硼磁方块磁体；
以及设置在上述钕铁硼磁方块磁体表面上的槽。
在本发明中，上述开槽钕铁硼磁体与前述开槽钕铁硼磁体在结构、参数以及相应的优选范围，均优选可以一一对应，仅是上述开槽钕铁硼磁体为未经渗透处理的钕铁硼磁方块磁体或者已经经过渗透处理的钕铁硼方块磁体。
在本发明中，已经经过渗透处理的钕铁硼方块磁体，用于渗透处理的重稀土浆料优选包括重稀土材料和溶剂。
在本发明中，所述重稀土材料优选包括铽粉、氟化铽粉、镝粉、氟化镝粉以及含镝和/或铽的重稀土合金粉中一种或多种，更优选为铽粉、氟化铽粉、镝粉、氟化镝粉以及含镝和/或铽的重稀土合金粉中一种。
在本发明中，所述溶剂优选包括汽油、乙醇、丙烯酸和环氧漆中的一种或多种，更优选为汽油、乙醇、丙烯酸或环氧漆。
在本发明中，所述重稀土浆料中，重稀土材料和溶剂的质量比优选为1：(2～6)，更优选为1：(2.5～5.5)，更优选为1：(3～5)，更优选为1：(3.5～4.5)。
在本发明中，所述重稀土合金粉的通式优选为HRE-X。
在本发明中，所述HRE优选包括Dy和/或Tb。
在本发明中，所述X优选包括Pr、Nd、Al、Cu、Ga、Ni、Co、Fe、Zr、Nb、Ti、Hf、W和V中的一种或多种，更优选为Pr、Nd、Al、Cu、Ga、Ni、Co、Fe、Zr、Nb、Ti、Hf、W或V。
本发明还提供了一种钕铁硼磁体，所述钕铁硼磁体由上述技术方案任意一项所述的经晶界扩散处理后钕铁硼磁体开槽后得到。
在本发明中，所述晶界扩散处理优选包括在第一温度下进行热处理和第二温度下进行扩散处理。
在本发明中，所述第一温度优选为350～450℃，更优选为370～430℃，更优选为390～410℃。
在本发明中，所述热处理的时间优选为3～5h，更优选为3.2～4.8h，更优选为3.5～4.5h，更优选为3.2～4.3h。
在本发明中，所述第二温度优选为710～1000℃，更优选为760～950℃，更优选为810～900℃。
在本发明中，所述扩散处理的时间优选为1～50h，更优选为5～40h，更优选为10～30h。
在本发明中，所述晶界扩散处理后优选还包括时效处理步骤。
在本发明中，所述时效处理的温度优选为400～600℃，更优选为420～580℃，更优选为450～550℃。
在本发明中，所述时效处理的时间优选为4～6h，更优选为4.2～5.8h，更优选为4.5～5.5h，更优选为4.8～5.3h。
在本发明中，所述钕铁硼磁体优选为低涡流损耗钕铁硼磁体。
本发明为完整和细化整体技术方案，更好的保证钕铁硼磁体的性能，提高其降低涡流损耗的性能，上述钕铁硼磁体及其制备方法，优选包括以下内容：
本发明提供了一种开槽钕铁硼磁体的制备方法，包括，在未经渗透处理的钕铁硼磁方块磁体或者已经经过渗透处理的钕铁硼方块磁体的表面开槽，开槽的磁铁的表面数至少为1且开槽的数量大于零，优选开槽的宽度为0.05～1.0mm，开孔的直径不为零，深度为(1/100～80/100)*H mm；(平面上可以贯通，可以不贯通)。
具体的，开槽的面可以在磁体的任意一个表面或者多个表面，优选垂直于取向方向的一个或者两个表面。
具体的，所述的所开的槽的深度更佳在(5/100～60/100)*H mm，其最佳在(10/100～40/100)*H mm。
具体的，所开的槽的宽度更佳在0.10～0.6mm，其最佳在0.10～0.3mm。
具体的，所开的槽的间距可以是相等的和不相等的，间距在0.5～100mm，其更佳在4～40mm，其最佳在5～20mm。
具体的，所述槽与所在表面的任意边成0°到90°的夹角(包含0°和90°)。
具体的，所述的槽形状包含但不限于矩型、V型、U型。
具体的，所述的同一表面的槽可以相互之间平行排列也可以不平行。
具体的，所述扩散处理前的钕铁硼磁方块磁体，配制重稀土浆料，在钕铁硼磁体的表面布置重稀土浆料。
将所述布置有重稀土浆料的钕铁硼磁体进行干燥、扩散和时效处理，得到性能较好的钕铁硼磁体。
具体的，所述重稀土浆料包括重稀土物质和溶剂，所述溶剂选自汽油、乙醇、丙烯酸和环氧漆中的一种或几种。所述重稀土物质和溶剂的质量比为1：(2～6)。所述重稀土物质选自铽粉、氟化铽粉、镝粉、氟化镝粉和重稀土合金粉HRE-x中一种或几种。
具体的，所述扩散后的磁体，表层晶界的重稀土含量高于磁体内部，磁体表层的矫顽力高于磁体内部。
具体的，所述重稀土合金粉HRE-X中，其中HRE至少含有Dy和Tb单质中的至少一种。
具体的，所述重稀土合金粉HRE-X中，其中x为Pr、Nd、Al、Cu、Ni、Co、Fe、Zr、Nb、Ti、Hf、W、V中的至少一种。
具体的，所述开槽磁体，扩散处理后的矫顽力相对于扩散处理前的矫顽力的增加值为8KOe～13KOe。也可以为1KOe～12KOe，或者为3KOe～10KOe，或者为5KOe～7KOe。
具体的，槽的表面磁体重稀土含量高于磁体内部，矫顽力也高于磁体内部；
具体的，所述开槽磁体的槽内部进行清洗，清洗后的槽可进行封口或不封口处理。
具体的，所述晶界扩散处理具体为：
将所述钕铁硼磁体材料在真空渗透炉中先于350～450℃保温3～5h，将有机溶剂脱烘干，再升温至710～1000℃，保温1～50h。
具体的，所述时效处理的温度为400～600℃，时间为4～6h。
本发明上述步骤提供了一种低涡流损耗钕铁硼磁体。这是一种具有开槽结构的钕铁硼磁方块磁体，开槽位置灵活多变，操作简单，通过满足各部位性能需求，以应用于不同产品，而且本发明能够根据需要合理选取开槽位置，改善了不同位置的磁性能，对电机高速运行提升转矩输出能力、降低损耗有很大帮助，降低磁钢涡流损耗，提升电机效率，改善转子温升。本发明通过对经过扩散处理钕铁硼磁钢进行开槽处理，大幅度降低了电机运行时磁钢产生的涡流效应，降低了电机的工作温升，从而降低了电机的成本。
实验结果表明，表面开槽磁体与不开槽磁体相比，在电机运行过程中，磁体的涡流效应减少20％以上，由于涡流效应引起的电机温升降低20℃以上。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种开槽钕铁硼磁体进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
对比实施例
通过配料、中频真空熔炼，浇铸温度为1040℃-1060℃，使用氢脆法对R-T-B类钕铁硼磁体合金铸片进行破碎的工序和将氢脆后的细粉再次粉碎得到气流磨粉的工序。优选地，所述压制成型包括：在磁场中将上述气流磨粉压制成型后，通过等静压机二次压制成型。磁场中的磁感应强度为1.7～1.9T。在磁场中压制成型后的成型密度为3～4.4g/cm3,将压坯真空封装好，然后再将所得的压坯进行等静压，等静压的压力为100～250MPa，以获得更加致密的压坯，密度为4.8～5.2g/cm3。
将经等静压后的压坯使用真空热处理炉进行烧结,烧结的温度为1000～1200℃；烧结的时间为180～600min。再进行热处理，温度为400～700℃，时间为180～300min。得到52M磁体；磁体的成分为：30.2％PrNd，0.4％Dy，规格为：40*20*8.0mm。
按照GB/T-3217-2013《永磁(硬磁)材料磁性试验方法》测试磁体的性能，检测结果如表1所示。
表1磁体磁性能数据表
样品种类 Br(KGs) HCJ(KOe) Hk/HCj (BH)max(MGOe)
对比例1基材 14.20 15.27 0.984 48.74
准备好平均粒度为2～10微米的金属铽合金粉，在氮气保护的手套箱中将铽合金粉倒入环氧漆中，铽合金粉和汽油的重量比为1:3，然后搅拌均匀备用；
然后将涂覆好的对比例1样品放入真空扩散炉里，先在400℃保温4小时以使硅油烘干，通过真空炉的真空系统把硅油排出扩散炉里，然后升温到700～1000℃进行晶界扩散处理，扩散时间30小时，扩散结束后急冷到80℃以下，然后再升温到500℃进行时效处理，时效时间为5小时，时效结束后，再急冷到80℃以下出炉，得到处理后的样品。
取处理后的样品线割出φ10*8mm样柱，按照本领域常规技术方式进行磁体的性能测试，结果如表2所示。
表2样品磁性能数据表
种类 Br(KGs) HCJ(KOe) Hk/HCj BH(MAX)(MGsOe)
对比例1 14.06 25.66 0.980 48.26
将扩散后的磁体加工到客户所需求的尺寸，然后在垂直取向方向上40mm*20mm的面上采用多线或者砂轮分别将磁体加工成槽深2.0mm、4.0mm；槽宽为0.2mm、0.4mm、0.8mm、1.0mm；槽间距为4mm、5mm的磁体，开槽后的磁体如图1所示。
图1为本发明实施例提供的开槽磁体的结构示意简图。其中，S：槽深，T：槽间距，D：槽宽。
将开槽加工后的磁体及槽内的异物清洗干净；将所得的磁体进行磁矩测试，并得到不同开槽磁体的磁矩相对值，并将开槽后的磁体装入电机中，在一定的负载及输出功率下运行，运行一定时间后，测试电机的温升，数据如下表3所示。
表3对比实施例扩散处理后磁体的相对磁矩、电机温升数据表
通过表3可以看出：磁体表面开槽简单、实用、高效，可以批量生产；能有效的降低电机运行过程中由于涡流效应带来的温升，避免电机由于温度过高而出现损坏；通过优化控制电机的温升，可以降低电机对磁体的矫顽力要求，进一步降低磁体的重稀土用量，降低电机的综合成本，保护稀缺的重稀土资源。
以上对本发明提供的一种低涡流损耗钕铁硼磁体进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

Claims (7)

1.一种降低钕铁硼磁体涡流损耗的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在已经经过扩散处理的钕铁硼方块磁体的表面开槽，得到开槽钕铁硼磁体；
所述槽的长度方向与槽所在磁体平面的任意边的夹角为20°~70°；
具有所述槽的表面包括垂直于钕铁硼磁体取向方向上的一个或多个表面，和/或，平行于钕铁硼磁体取向方向上的一个或多个表面；
所述槽的宽度为0.1~0.3mm；
所述槽的深度为钕铁硼磁体厚度的1%~80%；
所述槽的间距为20~100mm；
所述扩散处理用的重稀土浆料包括重稀土材料和溶剂；
所述重稀土材料包括含镝和/或铽的重稀土合金粉；
所述重稀土浆料中，重稀土材料和溶剂的质量比为1：（2~6）；
所述重稀土合金粉的通式为HRE-X；
所述HRE为Dy和/或Tb；
所述X为Pr、Nd、Al、Cu、Ga、Ni、Co、Fe、Zr、Nb、Ti、Hf、W和V中的一种或多种；
所述已经经过扩散处理的钕铁硼方块磁体的制备过程，包括以下步骤：
通过配料、中频真空熔炼，浇铸温度为1040~1060℃，使用氢脆法对R-T-B类钕铁硼合金铸片进行破碎的工序和将氢脆后的细粉再次粉碎，再进行气流磨粉工序；在磁场中将上述气流磨粉压制成型后，通过等静压机二次压制致密，将得到压坯真空封装好，然后再将所得的压坯进行等静压，将经等静压后的压坯使用真空热处理炉进行烧结后，再涂覆重稀土浆料进行晶界扩散处理；
所述晶界扩散处理包括在第一温度下进行热处理和第二温度下进行扩散处理；
所述第一温度为350~450℃；
所述热处理的时间为3~5h；
所述第二温度为710~1000℃；
所述扩散处理的时间为1~50h。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述槽的数量包括多个。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述槽的形状包括矩形槽、V型槽、U型槽和圆形槽中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁体表面的槽在磁体平面方向上，包括贯通槽和/或非贯通槽；
所述槽在磁体垂直方向上，为不贯通槽。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述槽数量为多个，槽与槽之间的间距包括等间距和/或不等间距。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述开槽钕铁硼磁体具有槽的表面包括一个或多个。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述开槽的方式包括多线开槽、电火花开槽、砂轮开槽、内圆切割开槽、外圆切割开槽和水刀切割开槽中的一种或多种。
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