專利名稱：電機(jī)槽楔用復(fù)合軟磁粉末導(dǎo)磁材料及其制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軟磁材料領(lǐng)域，特別涉及一種電機(jī)槽楔用復(fù)合軟磁粉末導(dǎo)磁材料。
背景技術(shù)：
眾所周知，電機(jī)的總損耗由銅耗、鐵耗、機(jī)械損耗和附加損耗等組成。其中，鐵耗主要由磁滯損耗和渦流損耗組成，附加損耗由脈振損耗和表面損耗組成。目前，國內(nèi)外電機(jī)研制機(jī)構(gòu)都正在從電機(jī)結(jié)構(gòu)和電機(jī)材料方面著手，尋找減少電機(jī)損耗，提高電機(jī)效率的方法。從電機(jī)材料的角度來說，最為有效的方法是采用導(dǎo)磁材料制備的磁性槽楔來取代原來電機(jī)定子齒槽結(jié)構(gòu)中的絕緣槽楔，利用磁性槽楔的導(dǎo)磁作用來減小電機(jī)運(yùn)行時(shí)定轉(zhuǎn)子齒表面的磁通密度的脈振幅度，使磁通密度分布趨于均勻，進(jìn)而減少電機(jī)的脈振損耗和表面損耗，提高電機(jī)的效率。
目前電機(jī)槽楔用導(dǎo)磁材料有鋼絲引拔導(dǎo)磁材料、磁性槽泥和模壓導(dǎo)磁材料等。鋼絲引拔導(dǎo)磁材料由于加工困難，服役時(shí)易出現(xiàn)鋼絲脫落而引發(fā)事故，現(xiàn)已被淘汰。磁性槽泥是將導(dǎo)磁粉末與環(huán)氧樹脂混合后制成可塑性泥狀物，如日本的富士FM系列，德國西門子的Protofer系列等。模壓導(dǎo)磁材料是將導(dǎo)磁粉末和環(huán)氧樹脂、玻璃纖維以及固化劑等材料混合后在壓模內(nèi)經(jīng)熱壓固化得到，如湘潭電機(jī)廠的MC模壓磁性槽楔、宜興磁楔廠的MCR磁性槽楔等，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。兩類導(dǎo)磁材料的性能如表1所示。由此可知，這兩類導(dǎo)磁材料的相對(duì)導(dǎo)磁率較高，但力學(xué)性能和絕緣性能都很低。這是因?yàn)檫@兩類導(dǎo)磁材料中鐵粉含量較高，故相對(duì)導(dǎo)磁率較高。磁性槽泥中沒有增強(qiáng)纖維，材料僅靠其中少量樹脂固化后來承受外力；而模壓導(dǎo)磁材料中的玻璃纖維量很少，而且全部集中在材料表面，也承受不了太大的外力，故這兩類導(dǎo)磁材料力學(xué)性能較低。這兩類導(dǎo)磁材料中使用的導(dǎo)磁粉末都是Fe粉，電阻很低，僅有0.25Ω左右，故這兩類導(dǎo)磁材料絕緣性能也較低。力學(xué)性能低使這兩類導(dǎo)磁材料加工困難，應(yīng)用于電機(jī)后常出現(xiàn)脫落和開裂現(xiàn)象，極大限制了其應(yīng)用。絕緣性能很低使這兩類導(dǎo)磁材料在電機(jī)應(yīng)用造成電機(jī)的渦流損耗大幅上升。雖然電機(jī)附加損耗降低，效率仍有提高，但這是以犧牲電機(jī)的渦流損耗為前提的。
國內(nèi)外研究表明，導(dǎo)磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率不需要太高，否則電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩大幅下降。導(dǎo)磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率只需在5～10之間就能有效提高電機(jī)效率。因而，可從導(dǎo)磁材料的組分和結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，制備出既有一定導(dǎo)磁性能，還有較高絕緣性能，同時(shí)還有較高力學(xué)性能的導(dǎo)磁材料，用其制備的磁性槽楔不但可以降低電機(jī)的附加損耗，還可以降低電機(jī)的渦流損耗，進(jìn)一步提高電機(jī)效率。
表1兩類導(dǎo)磁材料的性能


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種復(fù)合軟磁粉末導(dǎo)磁材料及其制作方法，用這種方法得到的導(dǎo)磁材料即具有一定的磁性能，還具有一定的絕緣性能，同時(shí)還具有較高的力學(xué)性能。本發(fā)明的技術(shù)方案涉及導(dǎo)磁材料的導(dǎo)磁粉末組分設(shè)計(jì)和導(dǎo)磁材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體措施如下1、導(dǎo)磁粉末組分設(shè)計(jì)常用的導(dǎo)磁材料中的鐵粉電阻很低，表面電阻率僅有0.25Ω左右；并且，鐵粉在導(dǎo)磁材料內(nèi)形成導(dǎo)電通道，進(jìn)而造成導(dǎo)磁材料電阻很低。要制備電阻較高的導(dǎo)磁材料，最直接的方法是選用電阻率較高的磁性粉末。目前最常用的電阻率較高的磁性粉末是MnZn軟磁鐵氧體，其表面電阻率達(dá)到25kΩ左右。雖然MnZn鐵氧體的磁導(dǎo)率較高，但這是相對(duì)于燒結(jié)后致密的環(huán)狀試樣而言。制備導(dǎo)磁材料無法使用堅(jiān)硬的環(huán)狀試樣，只能使用MnZn鐵氧體球磨后的預(yù)燒料，而這種預(yù)燒料導(dǎo)磁率較低。因此，要得到具有一定磁導(dǎo)率的導(dǎo)磁板，還需要在MnZn鐵氧體粉末中加入磁導(dǎo)率相對(duì)較高的鐵粉混合得到復(fù)合軟磁粉末。電阻高的MnZn鐵氧體粉末分散于鐵粉中，阻止鐵粉的導(dǎo)電通道形成，使復(fù)合軟磁粉末既具有一定磁性能，還具有一定的絕緣性能。復(fù)合粉末中鐵粉含量越高，磁性能越高；MnZn鐵氧體含量越高，電阻率越高。
2、導(dǎo)磁材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)磁性槽泥和模壓導(dǎo)磁材料力學(xué)性能和絕緣性能很低同材料的結(jié)構(gòu)也有很大關(guān)系。為了保證導(dǎo)磁材料的力學(xué)性能，必須加入一定量的增強(qiáng)纖維。增強(qiáng)玻璃纖維通常用玻璃布的形式加入。但是玻璃布不能如模壓導(dǎo)磁材料那樣僅分布在材料表面，否則外力作用下裂紋很容易在鐵粉層產(chǎn)生并失穩(wěn)擴(kuò)展。如果把玻璃布均勻地分散在磁粉層中，得到如圖2所示的結(jié)構(gòu)，則磁粉層變成許多彼此被玻璃布隔開的獨(dú)立的磁粉層。這樣即使裂紋在某個(gè)磁粉層中產(chǎn)生后，由于玻璃布的阻隔，裂紋也不易向相鄰磁粉層擴(kuò)張。并且，復(fù)合材料中，界面增強(qiáng)效應(yīng)對(duì)其力學(xué)性能也有很大影響。界面纖維層數(shù)越多，界面效應(yīng)越強(qiáng)。因而這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)磁材料的力學(xué)性能較高。
玻璃纖維不但具有較高力學(xué)性能，而且自身也具有很高的絕緣性能。在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，纖維層將磁粉層彼此隔斷，磁粉層之間不容易彼此相連，磁粉之間的導(dǎo)電通道很難形成，這也大大提高了導(dǎo)磁材料的絕緣性能。并且，環(huán)氧樹脂可以全部浸漬在玻璃布上。熱壓時(shí)，玻璃布上的環(huán)氧樹脂熔融后流向磁粉層，對(duì)磁粉進(jìn)行包覆。環(huán)氧樹脂固化后，磁粉之間彼此以絕緣的環(huán)氧樹脂相連，這不但有利于提高材料的力學(xué)性能，也阻礙了導(dǎo)電粉末之間導(dǎo)電通道的形成，有利于材料絕緣性能的提高。
本發(fā)明的有益效果是在導(dǎo)磁材料中的鐵粉中加入了電阻率較高的MnZn鐵氧體粉末，并采用了玻璃纖維層分割復(fù)合磁粉層的結(jié)構(gòu)，這樣的得到的導(dǎo)磁材料既具有一定的相對(duì)導(dǎo)磁率，還具有較高的絕緣性能，同時(shí)還具有較高的力學(xué)性能。用其制備的磁性槽楔應(yīng)用于電機(jī)后，不但可以減少電機(jī)的附加損耗，還可以減少電機(jī)的渦流損耗，提高電機(jī)的效率。


圖1是模壓導(dǎo)磁材料的結(jié)構(gòu)圖；圖2是軟磁復(fù)合粉末導(dǎo)磁材料的結(jié)構(gòu)圖；具體實(shí)施方式
實(shí)施例1本實(shí)施例制作羰基鐵粉/MnZn鐵氧體軟磁復(fù)合粉末制備的導(dǎo)磁材料，工藝步驟如下(1)配料玻璃纖維30％；軟磁復(fù)合粉末20％(MnZn鐵氧體粉末∶Fe粉末＝4∶1)；環(huán)氧樹脂50％。以上百分?jǐn)?shù)為體積百分比。玻璃纖維以玻璃布的形式加入，樹脂全部浸漬在玻璃布上。
(2)疊層將混合均勻的復(fù)合軟磁粉末按玻璃布層數(shù)均分，然后將均分的復(fù)合粉末置于玻璃布上得到預(yù)壓料。預(yù)壓料層層重疊得到如圖2所示的結(jié)構(gòu)。
(3)熱壓將疊層后的預(yù)壓料放入模板中進(jìn)行熱壓，讓樹脂熔融流動(dòng)粘結(jié)復(fù)合磁粉和纖維。熱壓溫度為環(huán)氧樹脂固化溫度，熱壓壓力為10MPa。熱壓時(shí)間為120Min。保壓冷卻得到軟磁復(fù)合粉末導(dǎo)磁材料。
將制得的導(dǎo)磁復(fù)合材料按照GB/T5130-1985的方法測試力學(xué)性能，按照GB/T3657-1983的方法測試相對(duì)導(dǎo)磁率，按照GB/T5130-1997的方法測試絕緣性能。測試的性能如下最大相對(duì)導(dǎo)磁率為5.3；常溫彎曲強(qiáng)度為423MPa；沖擊強(qiáng)度為92.6kJ/m2；體積電阻系數(shù)為3.6×109Ωcm；擊穿電壓為9.2kV/mm。由此可知，軟磁復(fù)合粉末導(dǎo)磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率達(dá)到要求，力學(xué)性能和絕緣性能有很大的提高。
實(shí)施例2本實(shí)施例制作FeSiAl/MnZn鐵氧體軟磁復(fù)合粉末制備的導(dǎo)磁材料，工藝步驟如下(1)配料玻璃纖維25％；軟磁復(fù)合粉末25％(MnZn鐵氧體粉末∶FeSiAl粉末＝3∶2)；環(huán)氧樹脂50％。以上百分?jǐn)?shù)為體積百分比。玻璃纖維以玻璃布的形式加入，樹脂全部浸漬在玻璃布上。
(2)疊層將混合均勻的復(fù)合軟磁粉末按玻璃布層數(shù)均分，然后將均分的復(fù)合粉末置于玻璃布上得到預(yù)壓料。預(yù)壓料層層重疊得到如圖2所示的結(jié)構(gòu)。
(3)熱壓將疊層后的預(yù)壓料放入模板中進(jìn)行熱壓，讓樹脂熔融流動(dòng)粘結(jié)復(fù)合磁粉和纖維。熱壓溫度為環(huán)氧樹脂固化溫度，熱壓壓力為8MPa。熱壓時(shí)間為150Min。保壓冷卻得到軟磁復(fù)合粉末導(dǎo)磁材料。
將制得的導(dǎo)磁復(fù)合材料按照GB/T5130-1985的方法測試力學(xué)性能，按照GB/T3657-1983的方法測試相對(duì)導(dǎo)磁率，按照GB/T5130-1997的方法測試絕緣性能。測試的性能如下最大相對(duì)導(dǎo)磁率為5.5；常溫彎曲強(qiáng)度為404MPa；沖擊強(qiáng)度為101kJ/m2；體積電阻系數(shù)為9.4×107Ωcm；擊穿電壓為3.1kV/mm。由此可知，軟磁復(fù)合粉末導(dǎo)磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率有所增加，力學(xué)性能和絕緣性能較高。但是，電阻率低的軟磁粉末含量的增大使導(dǎo)磁材料的絕緣性能下降。
實(shí)施例3
本實(shí)施例制作還原鐵粉/MnZn鐵氧體軟磁復(fù)合粉末制備的導(dǎo)磁材料，工藝步驟如下(1)配料玻璃纖維20％；軟磁復(fù)合粉末20％(MnZn鐵氧體粉末∶還原Fe粉末＝1∶4)；環(huán)氧樹脂60％。以上百分?jǐn)?shù)為體積百分比。玻璃纖維以玻璃布的形式加入，樹脂全部浸漬在玻璃布上。
(2)疊層將混合均勻的復(fù)合軟磁粉末按玻璃布層數(shù)均分，然后將均分的復(fù)合粉末置于玻璃布上得到預(yù)壓料。預(yù)壓料層層重疊得到如圖2所示的結(jié)構(gòu)。
(3)熱壓將疊層后的預(yù)壓料放入模板中進(jìn)行熱壓，讓樹脂熔融流動(dòng)粘結(jié)復(fù)合磁粉和纖維。熱壓溫度為環(huán)氧樹脂固化溫度，熱壓壓力為6MPa。熱壓時(shí)間為120Min。保壓冷卻得到軟磁復(fù)合粉末導(dǎo)磁材料。將制得的導(dǎo)磁復(fù)合材料按照GB/T5130-1985的方法測試力學(xué)性能，按照GB/T3657-1983的方法測試相對(duì)導(dǎo)磁率，按照GB/T5130-1997的方法測試絕緣性能。測試的性能如下最大相對(duì)導(dǎo)磁率為6.5；常溫彎曲強(qiáng)度為421MPa；沖擊強(qiáng)度為120kJ/m2；體積電阻系數(shù)為2.5×106Ωcm；擊穿電壓為1.0kV/mm。由此可知，軟磁復(fù)合粉末導(dǎo)磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率繼續(xù)增加，力學(xué)性能和絕緣性能較高。但是，電阻率低的軟磁粉末含量的增大使導(dǎo)磁材料的絕緣性能繼續(xù)下降。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)槽楔用導(dǎo)磁材料，其特征在于導(dǎo)磁材料由熱固性環(huán)氧樹脂、玻璃纖維布和磁性粉末組成，磁性粉末的體積百分比在20％～40％之間，玻璃纖維的體積百分比在15％～30％之間，環(huán)氧樹脂的體積百分比在40％～60％之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性粉末，其特征在于磁性粉末是復(fù)合軟磁粉末。復(fù)合軟磁粉末中一種是電阻率較高的MnZn鐵氧體粉末，另一種是相對(duì)磁導(dǎo)率較高金屬軟磁粉末，如還原鐵粉、羰基鐵粉、FeSiAl等粉末中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的磁性粉末，其特征在于高電阻的MnZn鐵氧體粉末體積百分比在10％～95％之間，高磁導(dǎo)率的金屬軟磁粉末體積百分比在10％～95％之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3所述的導(dǎo)磁材料，其特征在于材料中玻璃纖維布均勻分散于復(fù)合磁粉中，形成復(fù)合磁粉被一定層數(shù)的玻璃纖維布彼此分隔的結(jié)構(gòu)，阻礙電阻率低的粉末在材料內(nèi)形成導(dǎo)電通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3所述的導(dǎo)磁材料，其特征在于制備材料時(shí)，通過熱壓使環(huán)氧樹脂熔融，包覆復(fù)合磁粉和玻璃纖維布。熱壓溫度為環(huán)氧樹脂固化溫度，熱壓壓力為6～10MPa。熱壓時(shí)間為120～150Min。保壓冷卻得到導(dǎo)磁材料。
全文摘要
一種電機(jī)槽楔用復(fù)合軟磁粉末導(dǎo)磁材料，其磁性粉末是由電阻率較高的MnZn鐵氧體粉末與還原鐵粉或羰基鐵粉等高磁導(dǎo)率的軟磁粉末復(fù)合而成的復(fù)合軟磁粉末。復(fù)合磁粉的配比(體積百分比)為高電阻率的磁粉10％`90％，高磁導(dǎo)率的磁粉10％～90％。將一定量的玻璃纖維布加入到復(fù)合磁粉層中，形成復(fù)合磁粉被一定層數(shù)的玻璃纖維布彼此分隔的結(jié)構(gòu)。通過熱壓得到的導(dǎo)磁材料不但具有一定的相對(duì)磁導(dǎo)率，還具有較高的絕緣性能，同時(shí)還具有較高的力學(xué)性能。用這種導(dǎo)磁材料制備的磁性槽楔不但能夠減少電機(jī)的附加損耗，還能減少電機(jī)的渦流損耗，進(jìn)而提高電機(jī)的效率。
文檔編號(hào)H02K3/493GK1949406SQ20051002183
公開日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2005年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月10日
發(fā)明者劉穎, 李軍, 許自貴, 涂銘旌 申請(qǐng)人:四川大學(xué)