專利名稱：一種軟磁復(fù)合材料及相關(guān)制造電機(jī)中導(dǎo)磁組件的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬節(jié)能、環(huán)保的新一代電機(jī)材料及零部件制造領(lǐng)域，涉及一種交、直流電機(jī) 中采用的新型磁性材料制造方法和相關(guān)的電機(jī)導(dǎo)磁組件制造工藝，具體來說，采用改性純 鐵粉，添加若干小比例物質(zhì)，再干粉造粒后，經(jīng)過模壓和熱處理、交流充磁后制成軟磁復(fù)合 材料(SMC)，再用這種軟磁復(fù)合材料壓制成電機(jī)中導(dǎo)磁組件。
背景技術(shù)：
電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)是制造流程環(huán)境友好、成本低、可回收、功率比體積密度大，以電動(dòng) 汽車為例由于電池技術(shù)、能量管理技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)汽車技術(shù)開始成熟，電動(dòng)汽 車實(shí)現(xiàn)零排放、低噪音優(yōu)點(diǎn)，獲得用戶青睞，國(guó)家出臺(tái)了系列政策來支持電動(dòng)汽車的量產(chǎn)。 在電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，高功率密度和高效率的驅(qū)動(dòng)方式一直是設(shè)計(jì)者追求的目標(biāo)，目 前電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沒有形成統(tǒng)一模式，從動(dòng)力空間配制模式來看，有兩個(gè)不同發(fā)展方 向其一是沿著傳統(tǒng)的汽車技術(shù)演化，驅(qū)動(dòng)電機(jī)取代汽油內(nèi)燃機(jī)，采用集中動(dòng)力方式， 一臺(tái)高速電機(jī)，轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘2萬轉(zhuǎn)以上，再變速來驅(qū)動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)，在相同的額定輸出功 率下，高速電機(jī)相比低速時(shí)體積更小、重量更輕，然而與車輪之間功率傳遞過程中離合、減 速、差速會(huì)帶來功率損耗和零部件復(fù)雜性。其二是開發(fā)大轉(zhuǎn)矩的輪式電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，也就是電機(jī)集中到車輪里面，整車采用 分散動(dòng)力模式，例如一種模式是一臺(tái)約50kw的電機(jī)與兩臺(tái)20kw-40kw輪式電機(jī)構(gòu)成時(shí)速 約250公里的轎車體系。由于省去了功率傳遞部分，整車有用空間增大，運(yùn)行效率提高。美國(guó)米其林公司08 年正式推出主動(dòng)車輪并已用于車商車型中。車輪電機(jī)是一個(gè)重要方向，目前還看不出哪種方式會(huì)成為主流。共同的是，驅(qū)動(dòng)電 機(jī)都要高功率密度前提下體積小、發(fā)熱量低、噪音低。為了設(shè)計(jì)出這種電機(jī)，行業(yè)中都采用 復(fù)合軟磁材料(SMC)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硅鋼片制造導(dǎo)磁組件，主要是鐵芯部件。這種軟磁復(fù)合 材料要求每單位質(zhì)量損耗小、密度小、磁化性能好、制造簡(jiǎn)單、可以復(fù)雜構(gòu)型。由于采用粉末 冶金的壓鑄工藝代替硅鋼片的疊層工藝制造導(dǎo)磁組件，可以更有目的的設(shè)計(jì)磁場(chǎng)，如使主 極磁場(chǎng)的三次和五次諧波到達(dá)一定百分比，增大電機(jī)轉(zhuǎn)矩的同時(shí)減少電機(jī)的重量，其最大 轉(zhuǎn)矩可達(dá)550Nm以上，轉(zhuǎn)矩/重量比為llNm/Kg以上。電動(dòng)車中采用的橫向磁場(chǎng)(或稱為橫向磁通)電機(jī)，原理上是永磁同步電機(jī)，目前 是電動(dòng)軍艦主驅(qū)動(dòng)電機(jī)，正開始用于電動(dòng)汽車中，其磁場(chǎng)是三維的，磁場(chǎng)利用率高，但是導(dǎo) 磁組件異常復(fù)雜，利用軟磁復(fù)合材料壓鑄來制造已經(jīng)成為主要工藝路線。其它電動(dòng)車中電機(jī)，如永磁無刷直流電機(jī)、交流感應(yīng)電機(jī)等等，也都面臨相同的需 求用高性能的磁性材料來設(shè)計(jì)導(dǎo)磁組件，滿足電動(dòng)車整車指標(biāo)。汽車速度變換范圍大，電機(jī)都是按照市電頻率50Hz來設(shè)計(jì)的，傳統(tǒng)的電機(jī)設(shè)計(jì)，降低轉(zhuǎn)速是以提高電機(jī)極對(duì)數(shù)為前提的，比如要將電機(jī)額定轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)在500r/min，以傳統(tǒng) 的永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)為例，電機(jī)需要設(shè)計(jì)成6對(duì)極，這使得電機(jī)直徑變得很大、重量很 重、成本大大增加。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器和交流伺服驅(qū)動(dòng)器的誕生，電機(jī)設(shè)計(jì) 不再局限于50Hz，人們可以在較少的極對(duì)數(shù)下將電機(jī)設(shè)計(jì)成低速力矩電機(jī)。然而傳統(tǒng)硅鋼 片制成的電機(jī)導(dǎo)磁組件有致命缺陷即工作頻率升高后，總損耗中渦流損耗占有很高比例， 渦流損耗是頻率二次方函數(shù)，導(dǎo)致電機(jī)效率嚴(yán)重下降。而軟磁復(fù)合材料制成導(dǎo)磁組件的總 損耗幾乎全是磁滯損耗，磁滯損耗是頻率的線性函數(shù)，顯然，在高頻工作時(shí)，或者說變頻工 作時(shí)，保障電機(jī)中導(dǎo)磁組件渦流低則更為重要。用本發(fā)明材料制成的電機(jī)變頻調(diào)速時(shí)相比 硅鋼片材料電機(jī)性能穩(wěn)定，表現(xiàn)在電動(dòng)車高速和低速變速時(shí)無沖擊、無停滯感覺；負(fù)重爬坡 時(shí)動(dòng)力充足。但是軟磁復(fù)合磁性材料與硅鋼片在磁性能對(duì)比上有一個(gè)大的缺陷，即相比導(dǎo)磁率 要低很多，一般只有硅鋼片的十分之一，永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)正彌補(bǔ)了這一缺陷，因?yàn)樵谟来烹?機(jī)中，永磁體可以看作是有效磁隙，磁路磁導(dǎo)率由有效氣隙支配，因此相比硅鋼片，復(fù)合磁 性材料低的磁導(dǎo)率已經(jīng)不太重要，電動(dòng)汽車電機(jī)主流是大量采用永磁組件，顯然，復(fù)合磁性 材料取代硅鋼片，用于電動(dòng)車電機(jī)中制造導(dǎo)磁組件，制造的導(dǎo)磁組件克服了硅鋼片在疊層 方向和其垂直方向磁性能不同缺陷，具有各向同性、工藝簡(jiǎn)單、少或者無切削、可復(fù)雜成型、 成本路線低。且利于環(huán)保，但車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)也對(duì)軟磁復(fù)合磁性材料的指標(biāo)和制造工藝提出 了高要求，例如極低的渦流損耗、高的磁導(dǎo)率(或稱導(dǎo)磁率)、高的飽和磁通密度、導(dǎo)磁組 件高的橫向斷裂強(qiáng)度、導(dǎo)磁組件工作頻率可到400Hz、低的磁滯損耗等。上述指標(biāo)取決于復(fù)合磁性材料組份和制造工藝，也涉及導(dǎo)磁組件壓制工藝。具體來說，首先要選取磁性能好的磁性材料，涉及到鐵粉的種類、粒徑；其次涉及 到改性的措施，例如磷酸絕緣膜厚度；再其次涉及到壓制成導(dǎo)磁組件的工藝，要添加改善復(fù) 合磁性材料流動(dòng)性的助流劑和進(jìn)行干粉造粒，使得粉體壓制的密實(shí)度高。因?yàn)槟＞咧蟹垠w 傳遞壓力呈指數(shù)率遞減，一旦粉體流動(dòng)性不好，則會(huì)使得壓制密實(shí)度低、磁損大。再者就是 熱處理工藝，通過一次或者多次熱處理才能消除應(yīng)力和增強(qiáng)力學(xué)指標(biāo)。一些公司和研究者作出了一些研究，例如，專利號(hào)CN1^6669A公開了住友公司發(fā) 明專利軟磁性材料、壓粉磁芯、變壓器磁芯、電機(jī)磁芯、和制備壓粉磁芯的方法。其材料配 方采用本發(fā)明類似組份，但是沒有熱處理到400-700度左右的環(huán)節(jié)，導(dǎo)磁率低。專利號(hào)CN101213014A公開了三菱制鋼株式會(huì)社專利制造絕緣軟磁性金屬粉末 成型體的方法。用軟磁性金屬粉末，表面形成無機(jī)絕緣膜，再進(jìn)行熱處理方法來壓制導(dǎo)磁材 料，該專利部分工藝與本發(fā)明類似，沒有涉及干粉造粒提升壓制導(dǎo)磁組件密實(shí)度措施，且燒 結(jié)過程中，沒有添加增加強(qiáng)度的無機(jī)物。其制成的導(dǎo)磁組件橫向呈斷裂強(qiáng)度偏低。專利號(hào)CN1012^807A公開了湖州科達(dá)磁電有限公司專利有機(jī)/無機(jī)復(fù)合絕緣包 覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料及其制造方法，采用二氧化硅膠體和環(huán)氧樹脂等分別進(jìn)行無機(jī)硅包 覆和有機(jī)包覆，能形成較好的絕緣層，但是沒有對(duì)熱處理工藝進(jìn)行權(quán)利要求和進(jìn)行描述，事 實(shí)上，熱處理工藝對(duì)磁性參數(shù)的穩(wěn)定和提升非常重要。專利CN101199030A公開了瑞典霍加納斯股份有限公司專利軟磁性復(fù)合材料。采 用含軟磁性鐵或鐵基粉末，進(jìn)行表面磷化處理，形成絕緣層，添加有機(jī)屬性的、不耐高溫且 在高溫下會(huì)揮發(fā)的潤(rùn)滑劑混合均勻后壓制成導(dǎo)磁組件，再進(jìn)行熱處理，在熱處理工序中采用了蒸汽處理方式來氧化工件表面鐵粉，以提高產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度。該專利前段與本發(fā)明相 似，但是添加潤(rùn)滑劑并在熱處理中揮發(fā)，要不留下空洞是很難控制的，且該專利中沒有涉及 交流充磁降低磁損耗、提高導(dǎo)磁率的描述。專利號(hào)CN12476^公開了吳羽化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社專利軟磁性復(fù)合材料。其采用 的是鎂鋅系鐵氧體與有機(jī)樹脂混合工藝制造粉體，由于鎂鋅系比純鐵粉工作頻率高，不適 合低頻50Hz電機(jī)應(yīng)用。且有機(jī)材料不耐高溫，不適合高溫下熱處理工藝，制成的電機(jī)導(dǎo)磁 組件力學(xué)指標(biāo)低。專利號(hào)CN1656575A公開了羅博特博施有限公司專利軟磁體粉末復(fù)合材料、它的 制造方法和應(yīng)用。介紹了采用純鐵粉，磷化處理包覆絕緣層，再壓制成導(dǎo)磁組件和熱處理工 藝。但是缺添加增強(qiáng)強(qiáng)度的添加劑工序，也缺壓制成導(dǎo)磁部件的工藝中改進(jìn)密實(shí)度而添加 助流劑的措施。類似的專利有專利號(hào)CN1910706A，住友電氣株式會(huì)社專利軟磁材料和壓粉磁芯及其制備方 法；專利號(hào)CN1965379A，住友電氣株式會(huì)社專利軟磁材料、軟磁粉末和制備軟磁材 料的方法；專利號(hào)CN1902719A霍加納斯股份有限公司專利粉末組合物、制造軟磁元件和 軟磁復(fù)合元件的方法。以上專利中軟磁復(fù)合材料配方缺少增強(qiáng)強(qiáng)度的燒結(jié)添加劑，也沒有 涉及干粉造粒工藝環(huán)節(jié)。專利號(hào)CN1461089A公開了夏先斌專利用軟磁復(fù)合材料制造的電機(jī)電器，該專利 采用高達(dá)5-13%的絕緣劑來混合純鐵粉，制成的導(dǎo)磁組件導(dǎo)磁率低、飽和磁通密度低。該軟 磁復(fù)合材料不能用于電動(dòng)汽車主驅(qū)動(dòng)電機(jī)中。其它專利不再列舉，上述專利有足夠代表性，如上所述，都在采取復(fù)合磁性材料或 者工藝來制造電機(jī)，以克服硅鋼片(或稱為矽鋼片)材料制作電機(jī)回收不方便、功率比體積 密度低、噪音大、變頻到高頻段工作時(shí)候效率低的缺陷。但是所列舉的措施，有些在鐵粉品 種選取上、有些在改性方法上、在粉體壓制密度上、在熱處理工藝上有缺陷，使得復(fù)合磁性 材料制成的電機(jī)無法達(dá)到商用的性價(jià)比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題本發(fā)明的目的之一開發(fā)出低渦流損耗、高導(dǎo)磁率的復(fù)合磁性材料，并獨(dú)創(chuàng)和完善 諸多工藝來減少制成的導(dǎo)磁組件的渦流損耗，提高磁導(dǎo)率，適應(yīng)電動(dòng)汽車對(duì)電機(jī)的諸于三 維磁場(chǎng)、復(fù)雜導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)、高的磁性能的需求。代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硅鋼片，使得電動(dòng)汽車電機(jī)體積小、 功率密度高、重量輕、可靠性高、回收環(huán)保、性價(jià)比高。本發(fā)明的目的之二 不得在降低磁性能前提下，解決復(fù)合磁性材料導(dǎo)磁組件用于 高性能電機(jī)，例如電動(dòng)車電機(jī)中，遇到的橫向斷裂強(qiáng)度不足的問題。解決問題的方法為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下措施措施一選好鐵粉并做好包覆，滿足磁性能指標(biāo)。電機(jī)導(dǎo)磁組件磁感應(yīng)強(qiáng)度高、最大相對(duì)導(dǎo)磁率高、磁滯損耗低、矯頑力低。要達(dá)到 這些指標(biāo)，涉及到鐵粉選型、包覆、配制壓制復(fù)合粉體諸多環(huán)節(jié)工藝參數(shù)的優(yōu)化。本發(fā)明
其一是采用高純度材料。市售的鐵粉有還原鐵粉、霧化鐵粉、羰基鐵粉、硅鐵粉等 品種。還原鐵粉鐵含量在98. 5%以下，硅鐵粉含鐵量在75%以下，兩種鐵粉含雜質(zhì)多， 影響磁性能，而霧化鐵粉，其鐵含量在98. 5%以上，雜質(zhì)少，適合本發(fā)明采用。羰基鐵粉適合 用于頻率在IKhz電器中，不適合用于本發(fā)明領(lǐng)域。其二是選好鐵粉合適的形貌和粒度。鐵粉粒度在60-250目適合用于本發(fā)明。顆 粒狀態(tài)近似球形，長(zhǎng)棒狀最優(yōu)，因?yàn)閴褐频拿芏认啾惹蛐蔚囊?，具有良好的可壓縮性能和 小的氣隙。其三是添加絕緣劑來降低渦流損耗。降低復(fù)合磁性材料制成的導(dǎo)磁組件渦流損耗 的公知的方法是在純鐵粉顆粒之間引入絕緣層。絕緣層采用無機(jī)磷酸鹽來初始包覆純霧化 鐵粉，具有抗高密度壓制、抗高溫的特點(diǎn)。為了防止壓鑄和燒結(jié)過程中一些鐵粉有不規(guī)則的 突起部分刺破絕緣層，再加入納米氧化鋁、納米氧化鎂粉體，優(yōu)選納米氧化鋁來作絕緣添加 劑。其四是改善粉體的流動(dòng)性，首先在復(fù)合組份中添加助流劑，其次通過干粉造粒，使 得待壓制的復(fù)合磁性材料松裝密度高、流動(dòng)性好，在壓制成型過程中密實(shí)度高、磁損低。經(jīng)過以上多種減少渦流損耗的工序，使得制成的導(dǎo)磁組件渦流損耗低。措施二 成型時(shí)交流充磁保障磁性能復(fù)合磁性材料制成的導(dǎo)磁組件，需要采用壓制來保障磁性能指標(biāo)。具體來說，磁導(dǎo) 率與成型壓力有很大關(guān)系，壓制密度越大則磁導(dǎo)率越高，但是實(shí)驗(yàn)表明，磷酸化包覆的顆粒 之間有彈性，一味增強(qiáng)壓力，密度并不能同步增加。一種措施是采用良好潤(rùn)滑劑，使得壓制 時(shí)顆粒之間摩擦小，應(yīng)力低。但是助流劑的加入，使得絕緣層變厚，絕緣層象氣隙一樣，也會(huì) 降低磁導(dǎo)率，本發(fā)明除采用助流劑外，還在壓制的模具中增加交流充磁機(jī)給壓制件強(qiáng)迫充 磁的工藝來降低位錯(cuò)。具體來說，采用強(qiáng)的交變磁場(chǎng)，頻率是50hz-1000hz之間。一邊加交 變磁場(chǎng)一邊在模具中緩慢增加壓力。交變磁場(chǎng)下，材料內(nèi)部顆粒之間自動(dòng)調(diào)整位錯(cuò)和部分消除了應(yīng)力。措施三提升力學(xué)性能和熱處理改進(jìn)磁性能本發(fā)明為了適應(yīng)電動(dòng)汽車高轉(zhuǎn)矩、頻繁啟動(dòng)等力學(xué)要求，導(dǎo)磁組件的橫向斷裂強(qiáng) 度至少要到200Mpa以上，為此，在復(fù)合磁性材料的配方中添加了耐高溫粘接劑或者稱為燒 結(jié)劑，例如可由滿足粘接強(qiáng)度的低熔點(diǎn)無機(jī)粉體或者滿足粘接強(qiáng)度的其它耐高溫的無機(jī)粘 接劑組成，可以極大增強(qiáng)力學(xué)性能。壓制到高密度時(shí)雖提高了磁導(dǎo)率，但是也增加了位錯(cuò)和應(yīng)力，雖然在前述工藝中 有交流充磁工序，但是不能完全消除應(yīng)力和位錯(cuò)，公知的措施是壓制件進(jìn)行熱處理。熱處理 工序可以在壓制導(dǎo)磁組件過程中，在模具中加入，即保溫壓制，也可以壓制完畢后再移出模 具處理，為了提升工作效率，少占用壓機(jī)時(shí)間，優(yōu)選采用移出模具再熱處理模式?？商荻壬?溫來熱處理；另一種選擇是熱等靜壓處理導(dǎo)磁組件。本發(fā)明效果如上述，根據(jù)本發(fā)明，可以提供具有需要的磁性性能的軟磁復(fù)合材料和用之制造 導(dǎo)磁組件，用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)中和家用、工業(yè)電機(jī)中。


本發(fā)明的目的、特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)，從下面參考附圖所作的描述中，將變得更為明顯，附圖中圖1是本發(fā)明復(fù)合磁性材料壓制的導(dǎo)磁組件內(nèi)部磁性顆粒和絕緣物等剖面示意圖，其 中1-1表示純鐵粉；1-2表示包覆層由磷酸鐵等無機(jī)物構(gòu)成的復(fù)合絕緣層。圖2是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例二電動(dòng)車一種輪式或稱輪胎軸向磁場(chǎng)電機(jī)的導(dǎo)磁組件；2-1表示汽車軸；2-2表示輪胎；2-3表示轉(zhuǎn)子；2-4表示車架；2-5表示定子；2-6表示永磁體。圖3是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例三電動(dòng)車一種輪式或稱輪胎徑向磁場(chǎng)電機(jī)的導(dǎo)磁組件；3-1表示輪胎外胎；3-2表示安裝盤；3-3表示電機(jī)；3-4表示內(nèi)嵌入永磁體的電機(jī)轉(zhuǎn)子；3-5表示電機(jī)定子。圖4是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例四中交流電機(jī)定子示意圖下面再結(jié)合優(yōu)選的實(shí)施實(shí)例來進(jìn)一步講述本發(fā)明其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，或者從該以下 詳細(xì)說明中明白本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。下面參考附圖，描述本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式實(shí)施實(shí)例一復(fù)合磁性材料的制造和壓制成導(dǎo)磁組件(1)選取粒度為100目的霧化鐵粉，選用磷酸，濃度為85%，密度為1. 69克/毫 升；無水乙醇濃度不小于99. 7%，密度為0. 79克/毫升；將鐵粉與包覆液(磷酸與乙醇混 合物)照一定比例混合均勻，在60度水浴中充分?jǐn)嚢?，使其反?yīng)。然后在90度下烘干1小 時(shí)，除去乙醇，得到干燥的改性鐵粉。改變磷酸與鐵粉的質(zhì)量比可以得到包覆厚度不同的改 性鐵粉。(2)改性鐵粉與無機(jī)粘接劑、納米氧化鋁、氣相法二氧化硅粉體，照質(zhì)量百分比 96 3 0.5 0.5均與混合，再加入5%造粒助劑攪拌均勻后干粉造粒成顆粒狀，再干燥 成待壓制的復(fù)合磁性材料。(3)以上制成的復(fù)合磁性材料加入模腔內(nèi)，模具中噴涂潤(rùn)滑劑加壓，壓力逐步提升 到20噸/每平方厘米。并在壓機(jī)模具中安裝交流充磁裝置，交流充磁的方向視導(dǎo)磁組件使 用的磁場(chǎng)方向定，充磁的頻率50hz-1000hz，充磁能量可調(diào)。壓力提升的同時(shí)開始充磁。(4)壓力到10-20噸/每平方厘米后，移除模具到爐中加熱退火，退火溫度200度 左右，時(shí)間約30分鐘，之后再在非保護(hù)氣體下，在熱處理爐中700度內(nèi)熱處理，30分鐘不等。(5)制成的導(dǎo)磁組件，微觀形貌見附圖1所示圖1-1表示純鐵粉；圖1-2表示包覆層由磷酸鐵、納米氧化鋁、氣相法二氧化硅、無機(jī)粘接劑構(gòu)成的復(fù)合絕緣物組成。(6)上述步驟制成的導(dǎo)磁組件，導(dǎo)磁率在IOOkhz內(nèi)不變，有效導(dǎo)磁率500以上。橫 向斷裂強(qiáng)度200Mpa以上，事實(shí)上，可以通過調(diào)整無機(jī)粘接劑添加量來調(diào)整導(dǎo)磁組件橫向斷 裂強(qiáng)度，適應(yīng)不同的電機(jī)要求。實(shí)施實(shí)例二電動(dòng)車一種輪式或稱輪胎軸向磁場(chǎng)電機(jī)的導(dǎo)磁組件；軸向磁場(chǎng)電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、高轉(zhuǎn)矩密度，非常適合與輪胎一體化設(shè)計(jì)，形成輪胎電 機(jī)，常設(shè)計(jì)成軸向永磁無刷直流電機(jī)。附圖2是用本發(fā)明制造的這種輪胎電機(jī)中導(dǎo)磁組件 示意圖，其2-1表示汽車軸；2-2表示輪胎；2-3表示雙轉(zhuǎn)子；2-4表示車架；2_5表示定子； 2-6表示永磁體。其中轉(zhuǎn)子磁芯用本發(fā)明復(fù)合磁性材料制成導(dǎo)磁組件。此款電機(jī)屬于輪邊 電機(jī)，也是電動(dòng)汽車車輪電機(jī)的一種。實(shí)施實(shí)例三電動(dòng)車一種輪式或稱輪胎徑向磁場(chǎng)電機(jī)的導(dǎo)磁組件

本發(fā)明用于設(shè)計(jì)永磁徑向磁通輪式電機(jī)，結(jié)構(gòu)見附圖3所示是一種外轉(zhuǎn)子式輪式 電機(jī)，其原理與永磁無刷直流電機(jī)基本相同。采用本發(fā)明材料制造內(nèi)定子磁芯，其上繞線成 定子(其3-5)，轉(zhuǎn)子(3-4)上嵌入永磁體，轉(zhuǎn)子通過安裝盤(3-2)與車輪(3-1)相連，用本 發(fā)明制造的輪式電機(jī)功率在20Kw以上。實(shí)施實(shí)例四一種交流電機(jī)定子選用本發(fā)明材料照上述發(fā)明實(shí)例一工藝制成附圖4所示之交流電機(jī)定子，其具有 如下特征(1)冷卻性能優(yōu)良硅鋼片疊成是二維散熱架構(gòu)，本發(fā)明的導(dǎo)磁組件是三維散熱結(jié)構(gòu)。(2)低的損耗工作頻率也可以高于50Hz，正是本發(fā)明材料優(yōu)勢(shì)地方頻率高后，渦流損耗不增 力口。而硅鋼片是按照平方率增加。(3)回收環(huán)保采用壓制的方法可以壓碎定子組件，不像硅鋼片經(jīng)過環(huán)氧樹脂浸漬制成的定子回 收不便。(4)功率比體積率高、性價(jià)比高采用本發(fā)明的電機(jī)軸向長(zhǎng)度較硅鋼片定子電機(jī)減小了 20%，并節(jié)省了 5%銅線。以上根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施實(shí)例作了說明和論述，然而本發(fā)明不特別受限于這些 實(shí)施例，任何熟悉了該項(xiàng)技術(shù)者在本發(fā)明領(lǐng)域內(nèi)，作出的制造工藝微調(diào)和配方的修飾，皆涵 蓋在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種軟磁復(fù)合材料組份和制造方法及制成的導(dǎo)磁組件成型工藝，其特征 是選用一定粒徑和純度的軟磁材料經(jīng)過化學(xué)處理，再配制小比例的其余成份制成待壓制的 軟磁復(fù)合材料，電機(jī)中導(dǎo)磁組件用本發(fā)明之待壓制的軟磁復(fù)合材料經(jīng)一定壓制工藝制成， 可取代和部分取代電機(jī)中采用的傳統(tǒng)的硅鋼片(或稱為矽鋼片，以下同)的導(dǎo)磁組件，具體 包含如下流程和工藝參數(shù)步驟一待壓制的軟磁復(fù)合材料的配制；其復(fù)合組份由改性純鐵粉、粘接劑、絕緣劑、抗氧劑、助流劑(或稱為潤(rùn)滑劑、分散劑， 以下同)組成，照重量百分比計(jì)，改性純鐵粉占92% -99%，其余組 份占8% -1%，其中 粘接劑占總重量7% -1% ； 絕緣劑占總重量0. 1% -1% ； 抗氧劑(或稱為穩(wěn)定劑)占總重量0. 01% -1% ； 助流劑占總重量0.01% -5% ； 以上復(fù)合成份總和均需滿足100% ；按照比例稱量以上物質(zhì)，純鐵粉先經(jīng)過化學(xué)改性成為改性純鐵粉，再添加粘接劑、絕緣 劑、抗氧劑、助流劑構(gòu)成復(fù)合組份，再混合2-8%造粒助劑，混合均勻后干粉造粒成顆粒狀， 干燥后制成待壓制的復(fù)合磁性材料。步驟二 采用上述所述步驟一制成的待壓制的軟磁復(fù)合材料粉體在模具內(nèi)加壓壓制成 導(dǎo)磁組件；步驟三導(dǎo)磁組件熱處理和表面處理制成電機(jī)中可用的成品。
2.如權(quán)利要求1所述，改性純鐵粉是采用磷酸鹽膜包覆的粉狀鐵粉。鐵粉中鐵元素純 度98%以上，粒徑60-210目，鐵粉形貌扁平狀更佳，經(jīng)過磷酸處理，純鐵粉被一層磷酸鐵包 覆，包覆厚度為0. 01微米-1微米。
3.如權(quán)利要求1所述之助流劑，選用10微米以下的無機(jī)粉末，如氣相法氧化鋁、二氧化 鈦、高嶺土、滑石粉、云母粉等。用于減少改性鐵粉顆粒之間的團(tuán)聚，增強(qiáng)粉體流動(dòng)性。
4.如權(quán)利要求1所述，復(fù)合組份中燒結(jié)絕緣劑是納米氧化鋁粉或者納米氧化鎂粉。燒 結(jié)添加劑指低熔點(diǎn)無機(jī)物，或者其它保障粘接力學(xué)性能的耐高溫粘接劑。
5.如權(quán)利要求1所述，造粒助劑是一種乳液，優(yōu)選乙烯、環(huán)氧乙烷和水用乳化方法所制 成的一種均勻乳化液，無毒。
6.如權(quán)利要求1所述，導(dǎo)磁組件為電機(jī)磁芯、線圈骨架、電機(jī)鐵軛、電機(jī)鐵粉芯、電機(jī)鐵 芯等傳統(tǒng)硅鋼片制成的電機(jī)中部件。
7.如權(quán)利要求6所述，導(dǎo)磁組件采用如下方式制造首先采用本發(fā)明待壓制的軟磁復(fù) 合材料在模具中壓制成型，其次再進(jìn)行梯度升溫?zé)崽幚碓诟哂阼F粉居里溫度，但低于破壞絕緣膜的臨界溫度的高溫下，在非氧化氣氛中，例如 真空或惰性氣氛中熱處理(又稱為退火，以下同)溫度為200度-500度之間，時(shí)間10分鐘 以上；然后在300度-800度溫度下，在氧化性氣氛如空氣中再次熱處理，時(shí)間10分鐘以上。
8.如權(quán)利要求7所述，退火期間，裝配導(dǎo)磁組件的模具具有交流充磁設(shè)備，充磁頻率為 50Hz-1000Hz，充磁能量可調(diào)。
9.如權(quán)利要求6所述，導(dǎo)磁組件模壓壓力不低于500-800Mpa，采用靜壓或者保溫靜壓方式進(jìn)行；也可采用熱等靜壓后期處理。
10.如權(quán)利要求6所述導(dǎo)磁組件，指電機(jī)中傳統(tǒng)用硅鋼片制作的定子和轉(zhuǎn)子組件，用于 電動(dòng)車主驅(qū)動(dòng)電機(jī)中，如車胎電機(jī)或者其它名稱主動(dòng)輪胎電機(jī)、輪胎電機(jī)、輪內(nèi)電機(jī)、輪外 電機(jī)、輪邊電機(jī)、電動(dòng)汽車牽引電機(jī)等等，也可用于家用和工業(yè)電機(jī)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合軟磁材料制造方法和用之制造新一代交、直流節(jié)能、環(huán)保型電機(jī)中的導(dǎo)磁組件的工藝。步驟為其一選用霧化鐵粉化學(xué)改性表面形成絕緣層；其二均勻混合絕緣劑和耐高溫?zé)o機(jī)粘接劑、助流劑、造粒助劑后干粉造粒、烘干成待壓制的復(fù)合磁性材料；其三上述待壓制的復(fù)合磁性材料在有交流充磁的模具中壓制成導(dǎo)磁組件，再梯度熱處理；本發(fā)明之材料制成的導(dǎo)磁組件橫向斷裂強(qiáng)度高、導(dǎo)磁率和損耗等磁性指標(biāo)符合高性能的諸于電動(dòng)車等驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求，可以代替硅片鋼片制造電機(jī)中導(dǎo)磁組件。
文檔編號(hào)H02K15/00GK102130543SQ20101004442
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者周紅衛(wèi) 申請(qǐng)人:周紅衛(wèi)