一种筒形复合永磁体及包含其的磁组件的制作方法

本发明涉及永磁材料技术领域，特别是涉及一种筒形复合永磁体及包含其的磁组件。

背景技术：

磁性材料是电子行业的基础功能材料。永磁材料作为磁性材料的一个重要组成部分，在电子工业、信息产业、摩托车、电动工具行业、汽车工业等行业发挥着重要的作用。永磁材料就是产生磁场的功能材料，传统的直流电机使用的永磁材料，无论是烧结产品还是塑磁产品，都是采用一体成型的材料。当电机的尺寸确定后，相应的永磁材料的外形几何尺寸也就确定了。这样永磁材料在磁特性方面只能通过材料本身(材料的种类和同种材料的牌号)的变化进行调节。例如使用烧结钕铁硼n35sh、n42sh；铁氧体；粘结钕铁硼bnm-10(对应mq磁粉b粉)、bnm-8sr(对应mq磁粉14-12)、铝镍钴或钐钴等。而实际上不同种类的磁性材料各自在磁特性，包括最大磁能积(bh)max、剩磁br、矫顽力hcj、磁感矫顽力hcb等方面存在较大的差异，例如目前最为常见的铁氧体、粘结钕铁硼和烧结钕铁硼为主要代表磁特性见下表：

表1目前商业化主要磁体特性

从表1中可以看出，粘结钕铁硼在磁能积方面基本上可以同铁氧体对接。但烧结钕铁硼同粘结钕铁硼之间明显存在较大性能空白，例如粘结钕铁硼的最大磁能积在28-96kj/m³，而烧结钕铁硼的最大磁能积则在240-420kj/m³，二者在最大磁能积方面，存在100kj/m³以上的空白。因此，这些材料对电机的磁路设计和实际应用都存在比较大的制约。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种筒形复合永磁体及包含其的磁组件。具体技术方案如下：

本发明首先提供了一种筒形复合永磁体，包括至少一个具有第一磁参量值的环形永磁体及至少一个具有第二磁参量值的环形永磁体，所述至少一个具有第一磁参量值的环形永磁体及至少一个具有第二磁参量值的环形永磁体拼接形成所述筒形复合永磁体。

在本发明的一些具体实施方式中，所述环形永磁体是一体成型的，或是由多个磁参量值相同的永磁体沿环形永磁体的周向拼接而成的；优选地，所述多个磁参量值相同的永磁体的材料相同。更优选地，所述多个相同磁参量值的永磁体的形状为瓦形。

在本发明的一些具体实施方式中，所述具有第一磁参量值的环形永磁体及至少一个具有第二磁参量值的环形永磁体的材料相同或不同。

在本发明的一些具体实施方式中，所述环形永磁体的材料选自：各向异性烧结铁氧体、各向异性粘结铁氧体、各向同性烧结铁氧体、各向同性粘结铁氧体、烧结钕铁硼、各向异性烧结钕铁硼、各向异性粘结钕铁硼、各向同性粘结钕铁硼、铝镍钴、粘结钐钴、烧结钐钴及钐铁氮永磁材料中的一种或多种。

在本发明的一些具体实施方式中，各环形永磁体之间通过粘结剂固定；优选地，所述粘结剂为厌氧型粘结剂；更优选地，所述粘结剂为聚氨酯类粘结剂、双组份的改性丙烯酸酯固化剂或者环氧型粘结剂。

在本发明的一些具体实施方式中，在各环形永磁体之间通过粘结剂固定之前，将各环形永磁体表面进行活化处理，包括：

(1)将各环形永磁体分别进行防腐处理，所述防腐处理优选为电泳；

(2)将防腐处理后的各环形永磁体浸泡在粘结剂促进剂中进行表面活化处理；

(3)在各环形永磁体需要进行粘接的部位均匀涂上粘结剂，校正好位置后粘在一起，然后进行固化处理。

在本发明的一些具体实施方式中，当所述具有第一磁参量值的环形永磁体的数量为m，所述具有第二磁参量值的环形永磁体的数量为n，且m＝n±1(m≥1，n≥1)时，具有第一磁参量值的环形永磁体及至少一个具有第二磁参量值的环形永磁体按奇数间隔排列进行拼接；

当所述具有第一磁参量值的环形永磁体的数量为m，所述具有第二磁参量值的环形永磁体的数量为n，且m＝n或m＝n±2，(m、n均为大于等于2的偶数)时，具有第一磁参量值的环形永磁体及至少一个具有第二磁参量值的环形永磁体按偶数间隔排列进行拼接。

在本发明的一些具体实施方式中，所述筒形复合永磁体的表面包覆不导磁金属套；优选地，所述不导磁金属套为不导磁不锈钢套；更优选地，所述不导磁金属套的厚度为0.01-5mm。

本发明还提供了一种电机磁组件，其包括前述的筒形复合永磁体、电机轴芯及机壳。

在本发明的一些具体实施方式中，筒形复合永磁体通过内孔粘轴或注塑定位固定、外壁粘机壳或注塑定位固定方式固定于电机轴芯或机壳。

本发明通过至少一个具有第一磁参量值的环形永磁体及至少一个具有第二磁参量值的环形永磁体拼接而得到筒形复合永磁体；通过调整拼接环形永磁体的材料种类和长度可以调控筒形复合永磁体的磁性能，使永磁电机设计和使用者有更为广阔和灵活的材料选择空间和成本选择空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1中a图为本发明提供的筒形复合永磁体的结构示意图；

图1中b图为用于拼接筒形复合永磁体的环形永磁体的结构示意图；

图2为由多个磁参量值相同的永磁体拼接而成的环形永磁体的结构示意图；

图3为瓦形永磁体的结构示意图。

具体实施方式

本发明首先提供了一种筒形复合永磁体，包括至少一个具有第一磁参量值的环形永磁体及至少一个具有第二磁参量值的环形永磁体，所述至少一个具有第一磁参量值的环形永磁体及至少一个具有第二磁参量值的环形永磁体拼接形成所述筒形复合永磁体。

在本发明中，所说的磁参量具有所属领域所公知的含义，是表征永磁体磁特性的指标，包括但不限于包括最大磁能积(bh)max、剩磁br、矫顽力hcj、磁感矫顽力hcb、磁场强度(如表面磁场强度)及磁通量等。

本发明中，第一磁参量值与第二磁参量值用于表示同一磁参量对应的不同值。

本发明中，所说的筒形永磁体是指高度值较大，顶面、底面为环形的永磁体(如图1中a图所示)。

本发明中，所说的环形永磁体是指高度值较小，顶面、底面为环形的永磁体(如1中b图所示)。用于拼接筒形复合永磁体的各环形永磁体的顶面、底面的形状、大小相同；高度相同，或不同。所说的环形可以是圆环形或类圆环形。所说的类圆环形可以理解为带异形结构的环形；例如外径为圆形内孔带防滑平台或者防滑筋的环形，外径为圆形内孔为正8边形、正12边形的环形等。

本发明中，拼接是指各环形永磁体沿着筒形复合永磁体的高度方向进行拼接。

在本发明的一些具体实施方式中，环形永磁体可以是一体成型的，例如，可以是采用压制、注射、挤出等工艺通过一次成型得到环形永磁体；或是由多个磁参量值相同的永磁体沿环形永磁体的周向拼接而成的；例如图2所示的环形永磁体，其是通过5个磁参量值相同的永磁体沿环形永磁体的周向拼接而成。在具体实施过程中，多个磁参量值相同的永磁体可以通过粘结剂拼接固定成环形永磁体。

在本发明的一些具体实施方式中，所说的多个磁参量值相同的永磁体的材料相同。

在本发明的一些具体实施方式中，所述多个磁参量值相同的永磁体的形状为瓦形(如图3所示)。当然，也可以采用其形状的多个磁参量值相同的永磁体进行拼接，以得到环形永磁体。

在本发明的一些具体实施方式中，具有第一磁参量值的环形永磁体及至少一个具有第二磁参量值的环形永磁体为相同材料或不同材料。

在本发明的一些具体实施方式中，环形永磁体的材料可以选自：各向异性烧结铁氧体、各向异性粘结铁氧体、各向同性烧结铁氧体、各向同性粘结铁氧体、各向异性烧结钕铁硼、各向异性粘结钕铁硼、各向同性粘结钕铁硼、铝镍钴、粘结钐钴、烧结钐钴及钐铁氮永磁材料中的一种或多种。

更为具体地，具有第一磁参量值的环形永磁体及具有第二磁参量值的环形永磁体中磁性能较高的永磁体，其材料可以选自各向异性烧结铁氧体、各向异性粘结铁氧体、各向异性烧结钕铁硼、各向异性粘结钕铁硼、粘结钐钴、烧结钐钴、或通过压制、注射、挤出等工艺制成的其它粘结磁体中的一种或者多种。

具有第一磁参量值的环形永磁体及具有第二磁参量值的环形永磁体中磁性能较低的永磁体，其材料可以选自各向同性烧结铁氧体、各向异性烧结铁氧体、各向同性粘结铁氧体、各向异性粘结铁氧体、铝镍钴、烧结钕铁硼、各向同性粘结钕铁硼、各向异性粘结钕铁硼、烧结钐钴、粘结钐钴、钐铁氮或其它通过压制、注射、挤出等工艺制成的粘结磁体中的一种或者多种。

在本发明的一些具体实施方式中，各环形永磁体在拼接筒形复合永磁体时，各环形永磁体之间可以通过粘结剂固定；在本发明的一些具体实施方式中，粘结剂为厌氧型粘结剂；更为具体地，粘结剂为聚氨酯类粘结剂、双组份的改性丙烯酸酯固化剂或者环氧型粘结剂。

在本发明的一些具体实施方式中，在各环形永磁体之间通过粘结剂固定之前，可以将各环形永磁体表面进行活化处理，其包括：

(1)将各环形永磁体分别进行防腐处理；

(2)将防腐处理后的各环形永磁体浸泡在粘结剂促进剂中进行表面活化处理；

(3)在各环形永磁体需要进行粘接的部位均匀涂上粘结剂，校正好位置后粘在一起，然后进行固化处理。

在本发明的一些具体实施方式中，防腐处理具体可以为电泳。当然本领域技术人员也可以采用其它的防腐处理方式，例如电镀金属镀层(如镍、锌等)、空气喷涂防腐层、派瑞林parylene工艺等。

在本发明的一些具体实施方式中，组成筒形复合永磁体的各环形永磁体除采用粘结剂使彼此固定外，还可以通过内孔粘轴或注塑定位固定、外壁粘机壳或注塑定位固定等方式固定于电机轴芯或机壳内，从而拼接成筒形复合永磁体，并同时得到电机磁组件。这里所说的例如内孔粘轴等固定方式均为本领域技术人员能够实现的固定方式，本发明在此不进行赘述。

在本发明的一些具体实施方式中，当具有第一磁参量值的环形永磁体的数量为m，具有第二磁参量值的环形永磁体的数量为n，且m＝n±1(m≥1，n≥1)时，具有第一磁参量值的环形永磁体及至少一个具有第二磁参量值的环形永磁体按奇数间隔排列进行拼接。

例如，当具有第一磁参量值的环形永磁体的数量为m＝1，具有第二磁参量值的环形永磁体的数量为n＝2，并假设具有第一磁参量值的环形永磁体的磁性能较高(下面简称高磁环)，具有第二磁参量值的环形永磁体的磁性能较低(下面简称低磁环)，则按奇数间隔排列进行拼接为：低磁环+高磁环+低磁环；当具有第一磁参量值的环形永磁体(高磁环)的数量为m＝2，具有第二磁参量值的环形永磁体(低磁环)的数量为n＝3，则按奇数间隔排列进行拼接为：低磁环+高磁环+低磁环+高磁环+低磁环。

在本发明的一些具体实施方式中，当具有第一磁参量值的环形永磁体的数量为m，具有第二磁参量值的环形永磁体的数量为n，且m＝n或m＝n±2(m、n均为大于等于2的偶数)时，具有第一磁参量值的环形永磁体及至少一个具有第二磁参量值的环形永磁体按偶数间隔排列。

例如，当具有第一磁参量值的环形永磁体的数量为m＝4，具有第二磁参量值的环形永磁体的数量为n＝2，并假设具有第一磁参量值的环形永磁体为高磁环，具有第二磁参量值的环形永磁体为低磁环，则按偶数间隔排列进行拼接为：高磁环+高磁环+低磁环+低磁环+高磁环+高磁环；当具有第一磁参量值的环形永磁体(高磁环)的数量m＝2，具有第二磁参量值的环形永磁体(低磁环)的数量为n＝4，则按偶数间隔排列进行拼接为：低磁环+低磁环+高磁环+高磁环+低磁环+低磁环。

在本发明的一些具体实施方式中，筒形复合永磁体的表面可以包覆不导磁金属套。

在本发明的一些具体实施方式中，不导磁金属套可以为不导磁不锈钢套。在本发明的一些具体实施方式中，所述不导磁金属套的厚度为0.01-5mm。

本发明中，所说的筒形复合永磁体的表面可以理解为复合永磁体的全部的外面或者部分的外表面；例如可以是外侧壁面；或者包括顶面、底面中的至少一面及外侧壁面；或者包括顶面、底面中的至少一面及内侧壁面。

包覆不导磁金属套后，筒形复合永磁体应用于电机中时，不导磁金属套在电机中既不影响磁体性能也不影响电机的磁路，在电机高速运转时还可有效防止筒形复合永磁体因高速旋转产生的高离心力和产生的热量对本身结构的破坏。

本发明还提供了一种电机磁组件，其包括前述的筒形复合永磁体、电机轴芯及机壳。

在本发明的一些具体实施方式中，筒形复合永磁体可以通过内孔粘轴或注塑定位固定、外壁粘机壳或注塑定位固定方式固定于电机轴芯或机壳。

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下述实施例中的筒型复合体由各环形永磁体采用厌氧胶(如采用乐泰圆柱形固持胶-6系列和乐泰结构粘接胶-3系列)作为粘结剂粘合，在粘合之前将各环形永磁体表面进行活化处理：

(1)将各环形永磁体分别进行电泳；

(2)将电泳后的各环形永磁体浸泡在厌氧胶促进剂(如乐泰loctitie7649)中进行磁体表面活化处理；

(3)在各环形永磁体需要进行粘接的部分均匀涂上厌氧胶，校对好位置后粘在一起，10分钟后用碎布沾工业酒精或者丙酮擦拭干净磁体上粘接部位挤出来的多余的胶，1小时后再在120℃下固化10分钟。

对于电机永磁体的表征：表面磁场强度和磁通量是两个非常重要的参数，不同种类的磁体拼接后测试的两个主要参数是产品充磁后装轴上的表面磁场强度和磁通量。测试表面磁场强度和磁通量均采用本领域的常规方法，例如表面磁场强度可以用高斯计测定，磁通量可以用亥姆霍兹线圈与磁通计连接测试。

实施例1

通过以下方法制备顶面及底面的外径为12.5mm、内径为6mm，高度为12.5mm的永磁体产品：

(1)单采用粘结钕铁硼bnm-10，通过一次成型得到非拼接产品(对应mq磁粉b粉)；采用外径面径向2极充磁，装在轴上，测得的表面磁场强度为1950-2020gs，磁通量为4.12-4.22mwb；

(2)单采用粘结钕铁硼bnm-12，通过一次成型得到非拼接产品，(对应mq磁粉b+粉)；采用外径面径向8极充磁，装在轴上，测得的表面磁场强度为2100-2150gs，磁通量为4.43-4.54mwb；

(3)单采用烧结钕铁硼n35uh，通过一次成型得到非拼接产品；产品采用外径面径向2极充磁，装在轴上，测得表面磁场强度为5300-5500gs，磁通量为11.18-11.58mwb。

(4)使用高度h＝3.25mm的粘结钕铁硼bnm-10环形永磁体+高度h＝6mm的烧结钕铁硼n35uh环形永磁体+高度h＝3.25mm的粘结钕铁硼bnm-10环形永磁体拼接而成筒形复合永磁体，采用外径面径向2极充磁，装在轴上，测得两端粘结钕铁硼磁体表面磁场强度为1930-1990gs，中间高性能环表面磁场强度为5400-5500gs，磁通量为7.65-7.82mwb。

(5)使用高度h＝3.25mm的粘结钕铁硼bnm-12环形永磁体+高度h＝6mm的烧结钕铁硼n35uh环形永磁体+高度h＝3.25mm的粘结钕铁硼bnm-12环形永磁体拼接而成的筒形复合永磁体，采用外径面径向2极充磁，装在轴上，测得两端粘结钕铁硼磁体表面磁场强度为2090-2150gs，中间高性能环表面磁场强度为5300-5490gs，磁通量为7.69-7.90mwb。

通过将上述的方法(1)-(5)制得的永磁体产品进行比较可以看出，由不同性能的粘结钕铁硼磁体和烧结钕铁硼拼接复合，得到的筒形复合永磁体，在作为电机永磁体时，其磁通量可以实现由粘结钕铁硼特性到烧结钕铁硼特性的过渡，使永磁电机设计和使用者有更为广阔和灵活的材料选择空间和成本选择空间。

进一步地，将方法(4)-(5)制得的筒形复合永磁体的外侧壁用厚度0.05mm-5mm，高度较磁体长0.5mm-10mm的不导磁不锈钢或其他不导磁材料的管状物包覆，顶面及底面边角通过滚压或其他任何方式包覆住磁体，用于包覆的不导磁不锈钢或其他不导磁材料的管状物紧紧贴合筒形复合永磁体的外侧壁及边角，使整个拼接磁环结构更加稳定，适用于高速运转的电机。

实施例2：

制备外径为25mm，内径为21mm，高度为60mm的永磁体产品。

本领域技术人员均知，单独实现h＝60mm的粘结钕铁硼产品非常困难。可以采用以下方法制得：

(1)采用两个h＝30mm的粘结钕铁硼bnm-10环形永磁体拼接后的永磁体，采用外径面径向8极充磁，装轴上，测得表面磁场强度为1720-1760gs，磁通量为2.12-2.14mwb。

(2)采用三个h＝20的粘结钕铁硼bnm-10环形永磁体拼接后的永磁体，采用外径面径向8极充磁，装轴上，测得表面磁场强度为1750-1800gs，磁通量为2.15-2.17mwb。

(3)采用两个h＝30的粘结钕铁硼bnm-12环形永磁体拼接后的永磁体，采用外径面径向8极充磁，装轴上，测得表面磁场强度为2060-2120gs，磁通量为2.41-2.42mwb。

(4)采用三个h＝20的粘结钕铁硼bnm-12环形永磁体拼接后的永磁体，采用外径面径向8极充磁，装轴上，测得表面磁场强度为2100-2150gs，磁通量2.47-2.48mwb。

(5)采用高度h＝20的粘结钕铁硼bnm-12环形永磁体+高度h＝20的烧结钕铁硼n35sh环形永磁体+高度h＝20的粘结钕铁硼bnm-12环形永磁体拼接而成的筒形复合永磁体，采用外径面径向8极充磁，装在轴上，测得两端粘结钕铁硼磁体表面磁场强度为2090-2140gs，中间烧结钕铁硼表面磁场强度为3300-3340gs，磁通量3.07-3.09mwb。

本实施例中的(1)-(4)中制备的筒形粘结钕铁硼磁体，采用本领域常规的立式压制成型，因为是双向压制成型，产品两端密度高，中间密度低，产品高度较高，产品总密度不高。

另外，h＝20mm的粘结钕铁硼磁体密度较h＝30mm的粘结钕铁硼磁体高，使用三个h＝20mm粘结钕铁硼拼成h＝60的复合永磁材料要比使用两个h＝30mm粘结钕铁硼拼成h＝60的复合永磁材料整体密度高。因此三段粘接要比两段粘接的产品重量提高2-3％，因为粘结钕铁硼各向同性产品的磁特性基本同重量成正相关，充磁后产品磁通量高2-3％。

实施例2中方法(5)制备的筒形复合永磁磁体与方法(4)由三个粘结钕铁硼bnm-12环形永磁体制备的复合永磁体相比，磁通量高约24％；与方法(3)由两个结钕铁硼bnm-12环形永磁体拼接的复合永磁体相比，磁通量高约27％。

实施例3:

通过以下方法制备顶面及底面的外径为51.1mm，内径为46.4mm，高度为36.2mm的永磁体产品：

(1)采用两个h＝18.1mm的粘结钕铁硼bnm-12环形永磁体拼接，得到永磁体，采用内径面36极充磁，测得表面磁场强度3000-3200gs，磁通量为6.0-6.37mwb。

(2)采用两个h＝9mm的粘结钕铁硼bnm-12环形永磁体和一个由9片的烧结钕铁硼n35sh瓦状磁体通过外表面粘结到导磁铁套上拼接而成的h＝18.2mm的环形磁体，拼接后形成筒形复合永磁体，其中，两个h＝9mm粘结钕铁硼环形永磁体在两端；采用内径面36极充磁，测得两端磁体内表面磁场强度3100-3250gs，中间拼接环磁体内表面磁场强度3950-4100gs，磁通量为7.12-7.5mwb。

本实施例中，采用粘结钕铁硼+烧结钕铁硼+粘结钕铁硼比单使用粘结钕铁硼总体性能提高了约18％，大大提高了磁体利用率和整体性能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。