CN116622316A - 具有磁性填料的粘合剂粘接涂层 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“具有磁性填料的粘合剂粘接涂层”。公开了包括其中具有磁性填料的粘接材料的磁性芯，以及包括所述磁性芯的装置。所述磁性芯可具有优异的磁性性质，或者采用软磁性复合材料芯和层压板芯两者的益处。本文公开的所述磁性芯表现出在所述归一化方向上较大的相对磁导率以及较大的饱和磁通密度。

Description

具有磁性填料的粘合剂粘接涂层
技术领域
本公开涉及用于叠片芯的粘合剂、胶水和粘接涂层。
背景技术
叠片芯是广泛用于电磁装置和机电装置(诸如但不限于电机的变压器、发电机、电感器、定子和转子)中的一种形式的磁性芯。叠片芯是粘附、胶合或粘接在一起的钢片。例如，可将自粘接涂层预先施加到片材，以便稍后诸如通过加热来活化，以从叠片堆叠形成磁性叠片芯。
发明内容
公开了一种包括含铁片材堆叠和所述片材之间的粘合剂的磁性芯。所述粘合剂包括树脂和磁性填料。
还公开了一种包括钢叠片和粘接材料的电机。所述粘接材料安置在所述钢叠片之间。所述粘接材料包括环氧树脂和分散在其中的磁性填料。
公开了一种包括转子和定子的电机。所述转子包括第一磁性芯，并且所述定子包括第二磁性芯。每个磁性芯包括叠片堆叠和安置在所述叠片之间的粘合剂。所述转子的所述粘合剂包括第一树脂，并且所述定子的所述粘合剂包括其中安置有磁性填料的第二树脂。
附图说明
图1是叠片芯的一部分的横截面示意视图。
图2是示出相对于叠片芯的堆叠因子的相对磁导率的曲线图。
图3A是示出各种芯的饱和磁通密度(Js)的曲线图。
图3B是示出各种芯的法线方向相对磁导率(μr)的曲线图。
图3C是示出各种芯的切向相对磁导率(μr)的曲线图。
图4A至图4C示出了各种芯以及其磁性流动路径。
具体实施方式
本文描述了本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例并且其他实施例可呈现各种形式和替代形式。附图不一定按比例绘制。一些特征可被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构细节和功能细节并不解释为限制性，而仅解释为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的实施例的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解，参考附图中的任何一个示出和描述的各种特征可与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确地示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定的应用或实现方式，可能期望与本公开的教示一致的对特征的各种组合和修改。
除非明确相反地说明，否则百分比、“份数”和比率值是按重量计的。首字母缩写或其他缩写的第一定义适用于相同缩写在本文中的所有随后使用，并且经过适当的修改可适用于最初定义的缩写的正常语法变体。除非有明确的相反说明，否则特性的测量结果通过与之前或之后针对同一特性引用的相同技术来确定。
本公开并不限于下文所述的具体实施例和方法，因为具体部件和/或状况可不同。此外，本文所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意在以任何方式进行限制。
除非上下文另外明确指明，否则如说明书和所附权利要求中所使用，单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数个参考物。例如，以单数形式提及部件意在包括多个部件。
术语“基本上”或“大体上”在本文中可用来描述公开或要求保护的实施例。术语“基本上”可修饰本公开中公开或要求保护的值或相对特性。在此类实例中，“基本上”可表示其所修饰的值或相对特性在值或相对特性的±0％、0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％或10％内。
还应了解，整数范围明确包括所有中间整数。例如，整数范围1至10明确包括1、2、3、4、5、6、7、8、9和10。相似地，范围1至100包括1、2、3、4、....、97、98、99、100。相似地，当需要任何范围时，作为上限与下限之间的差值除以10的增量的中间数值可被视为替代的上限或下限。例如，如果范围是1.1至2.1，则以下数值1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9和2.0可被选择作为下限或上限。
如图1中所示，公开了一种磁性芯100。磁性芯100可包括含铁片材102的堆叠，其间具有粘合剂、胶水或粘接材料104。磁性芯100可用于各种电机和/或电气装置中。例如，磁性芯100可包括在变压器、发电机、电感器、定子和转子中。磁性芯包括具有磁性性质的材料。磁性芯100可增加由承载电流的线圈生成的磁场的强度。
含铁片材102可具有铁磁性质。例如，含铁片材102可能是钢片102。钢片102可能是被配置用于诸如小磁滞(即，具有小于100A/m的矫顽磁性)的特定磁性性质的电工钢/叠片钢。电工钢/叠片钢可包括以0.1重量％至10重量％或更优选地0.5重量％至6.5重量％或甚至更优选地1.0重量％至3.5重量％的量存在的硅。电工钢/叠片钢还可包括锰和/或铝。例如，锰和/或铝可各自以0.01重量％至1重量％，或更优选地0.05重量％至0.75重量％，或者甚至更优选地0.1重量％至0.5重量％存在。片材102的厚度可不超过5mm，或更优选地不超过2mm，或者甚至更优选地不超过1mm。
粘合剂、胶水或粘接材料104可安置在含铁片材102之间和/或覆盖含铁片材102的表面。粘合剂、胶水或粘接材料104可在堆叠(例如，冲压)之前预先施加到片材102，或者在冲压期间施加在压模或模具内。粘合剂、胶水或粘接材料104可施加在表面的选择性部分处，或者作为涂层施加，以使得其覆盖片材102的一部分或整个表面。涂覆片材102可被称为层压板或叠片。叠片也可能是自粘接的，以使得粘合剂、胶水、粘接材料104可被活化以用于粘接，诸如通过堆叠之后的热。可通过在炉中烘烤或感应加热来引起热。
粘合剂、胶水或粘接材料104可包括树脂106和填料108。树脂106可粘附到钢并且具有有利的粘接强度。例如，树脂可能是环氧树脂或清漆。
填料108可能是具有磁性性质的磁性填料108。常规地，粘合剂、胶水或粘接材料104不包括磁性填料108。因此，粘合剂、胶水或粘接材料可能不利地阻止磁通量垂直地或沿法线方向穿过片材102表面，并且可能降低芯堆叠饱和磁通密度。例如，非铁磁粘合剂、胶水或粘接材料可在法线方向(y)上具有大约1.0的相对磁导率(μr)。含铁片材(例如，钢片)之间的粘接材料可类似于气隙起作用。粘接材料和气隙作用来降低沿法线方向(y)的磁导率，以使得芯100具有非常低的磁导率和低的饱和磁通密度。可通过添加更多层从而包括更厚的粘合剂、胶水或粘接材料104来使这些效果进一步复杂化。例如，随着堆叠因子远离1.00移动(即，减小)，相对磁导率(μr)显著减小，如图2中所示。举例来说，在1.0的堆叠因子下，常规的叠片芯可具有至少10000的相对磁导率(μr)，但是在0.99的堆叠因子下，可具有小于100或大约1.0的堆叠法线方向相对磁导率(μr)。因此，尽管电工钢叠片具有为大约10000或更大的磁导率(μr)，但常规的叠片磁性芯可能仅使沿表面平面的切向(x)上的磁通量通过，并且在法线方向(y)上具有低磁通量和磁导率(例如，小于250)。
然而，具有粘合剂、胶水或粘接材料104的具有磁性填料108的磁性芯100可在法线方向(y)上具有显著相对的磁导率(μr)和更大的磁通量。例如，在1.0的堆叠因子下，相对磁导率(μr)可能是至少8000，或更优选地至少为9000，或者甚至更优选地至少为10000，并且在0.99的堆叠因子下，相对磁导率(μr)可能是至少1000，或更优选地至少为2000，或者甚至更优选地至少为3000。在0.99的堆叠因子下的相对磁导率(μr)可能是500至8000，或更优选地1000至6000，或者甚至更优选地2000至4000。在0.95的堆叠因子下，相对磁导率(μr)可能是至少100，或更优选地至少250，或者甚至更优选地至少500。
磁性填料108可能是具有磁性性质的任何颗粒或粉末。磁性填料108可具有不同的磁阶，诸如铁磁性或亚铁磁性。例如，磁性填料108可能是以下的颗粒或粉末：铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、它们的合金、铁-硅(FeSi)、锰-锌(MnZn)铁氧体、镍-锌(NiZn)铁氧体、镁-锰-锌(MgMnZn)铁氧体、钴-镍-锌(CoNiZn)铁氧体、镍(Ni)铁氧体、钴(Co)铁氧体、钇-铁石榴石(例如，Yt3Fe5O12)或它们的组合。
磁性填料108可具有导电性质(即，是导体)或绝缘性质(即，绝缘体)。导电磁性填料108可能是铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、它们的合金、铁-硅(FeSi)或它们的组合。绝缘磁性填料108可能是锰-锌(MnZn)铁氧体、镍-锌(NiZn)铁氧体、镁-锰-锌(MgMnZn)铁氧体、钴-镍-锌(CoNiZn)铁氧体、镍(Ni)铁氧体、钴(Co)铁氧体、钇-铁石榴石(例如，Yt3Fe5O12)或它们的组合。
磁性填料108可能是平均粒度或直径不超过25μm，或更优选地不超过10μm，或者甚至更优选地不超过5μm的颗粒或粉末。例如，平均粒度或直径可能为1nm至25μm，或更优选地10nm至10μm，或者甚至更优选地100nm至5μm。所述颗粒可能是圆形、球形、薄片状或任何其他合适的形状。
可通过改变粘接材料104中的磁性填料108的装载量或浓度来改变磁性性质的程度。磁性填料108可以一定量存在，以使得粘合剂、胶水或粘接层具有至少5或更优选地至少10或更优选地至少25的相对磁导率(μr)。例如，粘合剂、胶水或粘接材料104可被装载到一定的水平，以使得相对磁导率(μr)为1至100、或5至60、或20至45(例如，30)。磁性填料108可大于粘合剂、胶水或粘接材料104的重量的10％，或更优选地大于50％，或者甚至更优选地大于80％。例如，磁性填料108可以粘合剂、胶水或粘接材料104的10重量％至99重量％，或者甚至更优选地50重量％至97重量％，或者甚至更优选地80重量％至95重量％的量存在。粘合剂、胶水或粘接层可不超过5mm，或更优选地不超过2mm，或者甚至更优选地不超过1mm。
例如，表1示出了相对于堆叠因子的相对磁导率(μr)。计算具有不含任何磁性填料的粘接材料的常规叠片芯和具有磁性填料(例如，具有90重量％的FeSi粉末的粘接材料)的磁性芯两者的相对磁导率(μr)。
表1
常规的叠片芯的粘接材料在归一化方向上具有大约1.0的相对磁导率(μr)，并且具有本文公开的磁性芯并且具有磁性填料的粘接材料具有大约30的相对磁导率。示出了在归一化(μ堆叠,n)和切向(μ堆叠,t)方向上的堆叠的相对磁导率(μr)。例如，在0.995的堆叠因子下，常规芯沿着归一化方向具有196的相对磁导率(μr)，并且本文公开的磁性芯具有显著大于常规芯的为3757的相对磁导率(μr)。相似地，在0.95的堆叠因子下，常规的叠片芯具有为20的磁导率(μr)，并且如本文所公开的磁性芯具有大25倍以上的为568的磁导率。如图所示，在0.95或更大的堆叠因子下，本文公开的磁性芯的磁导率(μr)大于500。
表2示出了各种常规磁性芯和本文公开的并且在粘接材料或涂层中具有磁性填料的磁性芯的磁性性质。
表2
表2是图3A至图3C中示出的结果的汇总。软磁性复合材料(SMC)芯、常规层压板(即，没有磁性填料)和如本文所公开的芯(即，具有磁性填料)的性质。如表2和图3A至图3C中所示，如本文所公开的并且具有磁性填料的芯具有类似于SMC芯和常规叠片芯两者的有益性质。例如，图4A至图4C示出了以下中的每个的磁通路径，即SMC芯(图4A)、常规芯(图4B)和如本文所述的芯(图4C)。
将磁性填料108并入粘接材料中允许形成新的磁性电路设计。例如，电机或发动机可并入包括磁性芯的许多装置。磁性芯中的一个或多个可包括磁性填料108，但是并非所有磁性芯都可包括磁性填料108。因此，磁性电机可被设计成具有部件，所述部件具有不同的磁通路径。例如，电机可包括各自具有磁性芯的第一部件(诸如转子)和第二部件(诸如定子)。第一部件(例如，转子芯)可包括具有钢叠片的常规磁性芯，所述钢叠片具有不含磁性填料的粘接材料，以使得其具有2D磁通路径。然而，第二部件(例如，定子芯)可包括如本文所述的磁性芯100(例如，具有带有包括磁性填料108的粘接材料104的钢叠片102)，以使得其具有3D磁通路径或反之亦然。
虽然上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意在描述权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中使用的词语是描述性词语而非限制词语，并且应当理解，可在不背离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如先前所述，各种实施例的特征可组合以形成可能未明确描述或示出的本发明的另外的实施例。虽然各种实施例就一个或多个期望的特性而言可能已经被描述为提供优点或优于其他实施例或现有技术实现方式，但本领域普通技术人员应认识到，可折衷一个或多个特征或特性来达成期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实现方式。这些属性可包括但不限于强度、耐久性、可销售性、外观、包装、大小、适用性、重量、可制造性、易组装性等。为此，就一个或多个特性而言被描述为不如其他实施例或现有技术实现方式所期望的实施例处在本公开的范围内，并且对于特定应用来说可能是期望的。
根据本发明，提供了一种磁性芯，具有：含铁片材堆叠；以及所述含铁片材之间的粘合剂，所述粘合剂包括树脂和磁性填料。
根据实施例，所述含铁片材是钢片。
根据实施例，所述树脂是环氧树脂。
根据实施例，所述磁性填料具有导电性。
根据实施例，所述磁性填料包括Fe、Co、Ni、它们的合金、FeSi或它们的组合。
根据实施例，所述磁性填料是绝缘体。
根据实施例，所述磁性填料包括MnZn铁氧体、NiZn铁氧体、MgMnZn铁氧体、CoNiZn铁氧体、Ni铁氧体、Co铁氧体、钇铁石榴石或它们的组合。
根据实施例，所述粘合剂具有至少10的相对磁导率(μr)。
根据本发明，提供了一种电机，具有：钢叠片；以及在所述叠片之间的粘接材料，所述粘接材料包括环氧树脂和分散在其中的磁性填料。
根据实施例，所述磁性填料包括Fe、Co、Ni、它们的合金、FeSi、MnZn铁氧体、NiZn铁氧体、MgMnZn铁氧体、CoNiZn铁氧体、Ni铁氧体、Co铁氧体、钇铁石榴石或它们的组合。
根据实施例，所述磁性填料具有不超过25μm的平均粒径。
根据实施例，所述磁性填料具有不超过10μm的平均粒径。
根据实施例，所述磁性填料占所述粘接材料的10重量％至99重量％。
根据实施例，所述磁性填料占所述粘接材料的50重量％至97重量％。
根据实施例，所述磁性填料占所述粘接材料的80重量％至95重量％。
根据本发明，提供了一种电机，具有：第一部件，所述第一部件具有第一磁性芯，所述第一磁性芯包括第一叠片和它们之间的第一粘合剂，所述第一粘合剂包括第一树脂，以使得所述第一磁性芯具有2D磁通路径；以及第二部件，所述第二部件具有第二磁性芯，所述第二磁性芯包括第二叠片和它们之间的第二粘合剂，所述第二粘合剂包括第二树脂和磁性填料，以使得所述第二磁性芯具有3D磁通路径。
根据实施例，所述磁性填料包括Fe、Co、Ni、它们的合金、FeSi、MnZn铁氧体、NiZn铁氧体、MgMnZn铁氧体、CoNiZn铁氧体、Ni铁氧体、Co铁氧体、钇铁石榴石或它们的组合。
根据实施例，所述磁性填料包括FeSi。
根据实施例，所述第一部件是转子，并且所述第二部件是定子。
根据实施例，所述第一部件是定子，并且所述第二部件是转子。

Claims (15)

1.一种磁性芯，包括：
含铁片材堆叠；以及
所述含铁片材之间的粘合剂，所述粘合剂包括树脂和磁性填料。
2.如权利要求1所述的磁性芯，其中所述含铁片材是钢片。
3.如权利要求2所述的磁性芯，其中所述树脂是环氧树脂。
4.如权利要求3所述的磁性芯，其中所述磁性填料是导电的。
5.如权利要求4所述的磁性芯，其中所述磁性填料包括Fe、Co、Ni、它们的合金、FeSi或它们的组合。
6.如权利要求3所述的磁性芯，其中所述磁性填料是绝缘体。
7.如权利要求6所述的磁性芯，其中所述磁性填料包括MnZn铁氧体、NiZn铁氧体、MgMnZn铁氧体、CoNiZn铁氧体、Ni铁氧体、Co铁氧体、钇铁石榴石或它们的组合。
8.如权利要求3所述的磁性芯，其中所述粘合剂具有至少为10的相对磁导率(μr)。
9.一种电机，包括：
钢叠片；以及
在所述叠片之间的粘接材料，所述粘接材料包括环氧树脂和分散在其中的磁性填料。
10.如权利要求9所述的电机，其中所述磁性填料包括Fe、Co、Ni、它们的合金、FeSi、MnZn铁氧体、NiZn铁氧体、MgMnZn铁氧体、CoNiZn铁氧体、Ni铁氧体、Co铁氧体、钇铁石榴石或它们的组合。
11.如权利要求10所述的电机，其中所述磁性填料具有不超过25μm的平均粒径。
12.如权利要求11所述的电机，其中所述磁性填料具有不超过10μm的平均粒径。
13.如权利要求10所述的电机，其中所述磁性填料占所述粘接材料的10重量％至99重量％。
14.如权利要求13所述的电机，其中所述磁性填料占所述粘接材料的50重量％至97重量％。
15.一种电机，包括：
第一部件，所述第一部件具有第一磁性芯，所述第一磁性芯包括第一叠片和它们之间的第一粘合剂，所述第一粘合剂包括第一树脂，以使得所述第一磁性芯具有2D磁通路径；以及
第二部件，所述第二部件具有第二磁性芯，所述第二磁性芯包括第二叠片和它们之间的第二粘合剂，所述第二粘合剂包括第二树脂和磁性填料，以使得所述第二磁性芯具有3D磁通路径。
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