專利名稱：磁極的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造》茲極的方法
背景纟支術(shù)
在諸如電動機、發(fā)電機以及其他這樣的機器的大型電機中，永磁體得到 了越來越多的使用。這是因為與電激勵相比，其具有更高的效率和魯棒性。
具體而言，已經(jīng)證實主要以釹鐵硼(縮寫為NdFeB )為基礎(chǔ)的稀土》茲體能夠 提供非常高的能量乘積，因此在小型機器中非常有用。
但是，仍然存在一些尚未解決的與實際應(yīng)用相關(guān)的問題。最佳的磁體材 料非常容易腐蝕，因而需要高度的保護，而且還非常易碎，不能只憑借栓接 安全地固定。此外，已知的制造方法包括一個長步驟系列，所述步驟中的一 些步驟費用高昂，而且會造成貴重材料的浪費。
將永磁體安裝在(例如)大型發(fā)電機轉(zhuǎn)子上的傳統(tǒng)方法包括在各個磁體 上提供廣泛的表面保護，并將磁體粘合到轉(zhuǎn)子輪緣上。此外，必須采用玻璃 纖維帶包裹所完成的帶有粘在其上的磁體的轉(zhuǎn)子。
這一方法面臨幾個困難。所述表面保護的范圍大，而且采用的是新技術(shù)， 其尚未在整個壽命范圍內(nèi)，例如20年內(nèi)得到驗證。無法對所述磁體進行就 地(insitu)磁化。這意味著需要磁化的部件來完成所有工作，而這需要專用工 具和嚴(yán)格的作業(yè)控制以避免危險情況。 一旦將磁體安裝到了電動機上并且受 到了玻璃纖維帶的覆蓋，那么在發(fā)生不可逆的退磁事件時，將無法拆卸磁體 重新/磁化。
為了克服這些困難情況，有人開發(fā)出了將磁體制造成整個極靴(pole piece)的解決方案。在極靴內(nèi)，將一個或多個磁體粘合到鋼底板上，并采用 保護罩將其覆蓋。保護罩通常由不銹鋼制成。這樣的極靴的制造需要預(yù)先制 造成品永f茲體，以供接下來完成極靴。
制造基于釹鐵硼的磁體的關(guān)鍵處理之一為燒結(jié)(sintering)。燒結(jié)的基于釹 鐵硼的磁體利用晶界處的富釹相(neodymium rich phase)實現(xiàn)其矯頑性，其作
用在于產(chǎn)生液相燒結(jié)，使邊界平化，并由此避免逆磁體疇(reverse magnet domain)成核。
用于燒結(jié)的基于釹鐵硼的磁體的當(dāng)前工藝水平的處理流程開始于 Nd2Fel4B成分的混合以鐵和硼的釹稀土材料的鑄錠。這樣的鑄4t首先被粉碎 成粉末。通過使所述錠暴露到氫氣中，所述氬氣吸附在錠的表面上，并在原 子之間的空間中進入材料，從而使材料膨脹，由此能夠方便地實現(xiàn)粉碎操作。 這一差異膨脹在錠內(nèi)產(chǎn)生了應(yīng)力，并使合金破碎為細粉末。這一處理稱為氫 氣爆裂(HD)。之后，通過噴射研磨階段進一步分裂HD粉末，從而將顆粒 尺寸降低至大約5mm。當(dāng)合金具有粉末形式時，其非常易于燃燒，因而必 須在惰性氣體中對其進行處理。
在將粉末破碎成這樣的細小尺寸時，粉末的每一顆粒都是能夠在磁場中 取向的單晶。通過將粉末壓成具有大約60%的致密度的生坯，將這一取向原 位保持。之后，在大約1060。C的真空中對這一坯塊加熱一小時。在加熱階段， 氫氣離開材料，并被抽出。當(dāng)在大約106(TC下保持一小時時，將產(chǎn)生燒結(jié)， 而且借助通過釹富相的熔化而形成的液體，所述坯塊變得致密。在燒結(jié)之后， 對磁體淬火，之后對其進行熱處理，以獲得最佳的磁特性。
之后，將^f茲體加工成所針對的應(yīng)用所需的最終尺寸。由于在燒結(jié)過程中 產(chǎn)生大的收縮度，該收縮沿上述取向方向較大，因而不可能將坯塊(將會收 縮)壓至剛好所需的尺寸。機械加工是非常昂貴的操作，尤其是對小磁體而 言， 一大部分材料可能需要加工掉。
由于釹富相的高反應(yīng)特性，所述磁體傾向于非?？斓馗g，尤其是在潮 濕環(huán)境下。因此，下一處理階段是在磁體的表面上提供保護阻擋。通常采用 鎳涂層完成這一操作。也可能采用鋁、鋅和環(huán)氧樹脂作為涂層。
在下一步驟中，將^f茲體安裝到極靴內(nèi)。將一個或多個》茲體粘合到鋼底板 上，并采用保護罩將其覆蓋。例如，所述保護罩可由不銹鋼構(gòu)成。當(dāng)與底板 之間的粘接散掉時，為了確保所述磁體不會在保護罩內(nèi)移動，采用諸如環(huán)氧 樹脂或硅橡膠的填充材料填充所述保護罩的內(nèi)部。如果保護罩不允許水蒸汽 擴散，并且所述填充材料完全包圍所述磁體，那么將不需要對磁體實施高程 度的腐蝕保護。
這種方法或多或少地消除了常規(guī)磁體安裝的困難。不需要昂貴的表面保 護，并且磁體能夠在安裝到極鞭內(nèi)之后進行磁化，在發(fā)生不可逆的退磁事件
的情況下，能夠拆下極靴重新磁化。但是，仍然存在一些實際困難。首先， 所述過程具有很多步驟，其中的一些花費高昂，而且需要通過研磨去除昂貴 的磁體材料。其次，所述的長過程涉及很多對成品質(zhì)量起著關(guān)鍵作用的步驟， 例如，粘合和其他步驟。第三，在不損壞填充材料的情況下，保護罩的固定 存在困難。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種有利的永磁極制造方法。此外，本發(fā) 明的目的還在于提供一種有利的磁極靴。
這一 目的是通過本發(fā)明的磁極的制造方法以及本發(fā)明的磁極靴實現(xiàn)的。 本發(fā)明的其它特征定義了本發(fā)明的其他實現(xiàn)。
本發(fā)明的用于制造燒結(jié)磁極的方法包括下述步驟將可玻璃化的原料粉 末(base material powder)填充到模件(mould)內(nèi)，所述模件最后將形成為成品 ^磁極的保護罩。用蓋使所述模件封閉，將所述蓋實現(xiàn)為板且所述蓋最后形成 磁極執(zhí)的底板。將帶有粉末的模件放到磁場內(nèi)，從而使所述粉末取向。將所 述蓋或板壓到粉末上，從而形成原位保持所述取向的坯塊。在最后的步驟中， 所述坯塊被燒結(jié)，以形成燒結(jié)的磁極。
本發(fā)明的方法允許直接在接下來能夠形成成品磁極的安裝底板和保護 罩的部件內(nèi)對磁體就地?zé)Y(jié)。與其他已知方法相比，本發(fā)明的制造方法具有 幾個優(yōu)點。首先，去除了已知^F茲極制造方法的幾個步驟。特別是所述磁體不 需要昂貴的機械加工，也沒有獨立的粘合過程。此外，不需要通過研磨去除 昂貴的磁體材料。而且，不需要對磁體提供腐蝕保護，因為其在暴露至任何 濕氣之前就基本得到了完全密封。
可以通過真空中的加熱執(zhí)行燒結(jié)。在坯塊的燒結(jié)過程中，通過在真空中 對具有坯塊的模件加熱，所含有的任何氫氣都將從坯塊中逸出?？梢詫Y(jié) 磁極淬火。此外，可以對燒結(jié)磁極進行熱處理，以獲得最佳的磁特性。
用于燒結(jié)的適當(dāng)?shù)目刹ＡЩ峡梢允腔阝S鐵硼的粉末?？梢酝ㄟ^包 括澆鑄、爆裂和研磨的常規(guī)步驟提供這樣的粉末，由此得到適于燒結(jié)的基于 釹鐵硼的粉末。
可以在淬火或熱處理之前或之后將所述模件固定到所述板上，其目的尤 其在于確保對磁性材料的腐蝕保護。例如，可以通過焊接(welding)或軟焊
(soldering)將所述模件固定到所述板上。有利地，所述模件最后形成燒結(jié)磁 極的保護罩。此外，所述板最后將形成所述磁極孰的底板?；蛘?，其還可以 形成成品磁極的底板。
此外，可以在磁極和模件之間引入填充材料?？梢栽趯⑺瞿＜潭ǖ?所述板上之后，通過真空注入引入填充材料?？梢圆捎?例如)環(huán)氧樹脂或 硅橡膠作為填充材料。所述填充材料為磁極提供了額外的保護。
一般地，可以由磁性或非磁性材料制造所述模件。尤其可以由不銹鋼或 者任何其他適當(dāng)?shù)膬?yōu)選非磁性的材料制造所述模件。但是，如果壁厚度只是 磁極寬度的一小部分，所述模件也可以由磁性材料制成。
在對坯塊進行燒結(jié)之前，所述模件可以處于其最終形狀?；蛘撸淇梢?只具有粗略形狀。之后，在坯塊燒結(jié)過程中，將其壓到模(die)內(nèi)，以獲得其 最終形狀。此外，可以在燒結(jié)之前，將所述蓋或板機械加工至其最終厚度， 或者可以在燒結(jié)之后或熱處理之后對其進行機械加工，其目的尤其在于確保 適當(dāng)?shù)钠教苟群推渌叽缭Ａ俊?br> 所述保護罩和/或底板優(yōu)選設(shè)有適當(dāng)?shù)目?、溝槽?或突起，從而與所述 磁體粉末以及接下來燒結(jié)的成品材料嚙合，進而建立成品磁體與保護罩和/ 或底板的幾何鎖定。
如，所述電機可以是發(fā)電機或電動機。優(yōu)選采用本發(fā)明的方法制造用于風(fēng)力 渦輪發(fā)電機、尤其是大型風(fēng)力渦輪發(fā)電機的磁極。
本發(fā)明的;茲極靴包括,茲極和底板，所述底板固定至保護罩，從而使所述 底板和所述保護罩包圍所述磁極。其特征在于，所述底板和/或所述保護罩包 括至少一個能夠?qū)⑺龃艠O鎖定至所述底板和/或保護罩的元件。所述元件可 以是孔、溝槽或突起。例如，可以額外地通過粘合將所述磁極固定至所述底 板。
有利地，所述保護罩每側(cè)設(shè)有至少一個突起，其將所述磁極固定到所述 保護罩內(nèi)的特定位置。在這種情況下，尤其可以放棄將磁極粘合至底板的方 案。這簡化磁極的拆卸，例如，以用于在發(fā)生不可逆的退磁事件時重新磁化。


通過下文結(jié)合附圖對實施例的說明，本發(fā)明的其他特征、特性和優(yōu)點將
變得顯而易見。
圖1以截面圖示意性地示出了填充了基于釹鐵硼的粉末的模件。
圖2以截面圖示意性地示出了在粉末的磁取向并采用底板將其覆蓋之后 的圖1的模件。
圖3以截面圖示意性地示出了燒結(jié)之后的磁極靴。
圖4以截面圖示意性地示出了額外配備了填充材料的圖3所示的磁極靴。
圖5以截面圖示意性地示出了備選磁極靱。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參考圖l到圖4說明本發(fā)明的第一實施例。首先，本發(fā)明的燒結(jié) 磁極的制造方法需要適當(dāng)?shù)挠糜跓Y(jié)的原料。例如，這一原料可以是適于燒 結(jié)的基于釹鐵硼的粉末2，即，可玻璃化的基于釹鐵硼的粉末。例如，如本 說明書的介紹部分所述，可通過包括澆鑄(casting)、爆裂和研磨的常規(guī)步驟 提供所述粉末。將粉末2填充到模件1內(nèi)，在本實施例中，模件l最終將形 成保護罩。在圖1中對其給出了示意性的圖示，其中，圖l表明模件l完全 被基于釹鐵硼的粉末2填充。原料粉末2包括單晶粉末顆粒，所述顆粒具有 隨機取向的磁偶極子(magnetic dipole)3。通過箭頭3指示粉末的磁偶極子的 隨機取向。模件1包括采用閥6關(guān)閉的開口 8。
在下一步驟中，采用具有板5的形式的蓋封閉模件1，在本實施例中， 板5將最終形成成品磁極的底板。之后，將帶有粉末填充物2的模件1放到 磁場內(nèi)，以用于定向粉末顆粒的^f茲偶極子。優(yōu)選將板5牢固地壓到粉末填充 物2上，以形成原位保持所述定向的坯塊14。圖2示意性地示出了結(jié)果，在 圖2中，以截面圖示出了模件l，其中模件1用板5封閉，并且填充有經(jīng)過 壓和定向的基于釹鐵硼的粉末2制成的坯塊14。通過箭頭4示出了坯塊14 的經(jīng)定向的磁偶極子。從圖2可以看出，模件l設(shè)有開口 8,這一點在圖1 中也給出了圖示。仍然采用閥6關(guān)閉開口8。
例如，模件l和/或板5可以由不銹鋼制成。在真空中對具有坯塊14的 模件l加熱，以去除HD過程殘留的氫氣，并對坯塊14燒結(jié)，以形成燒結(jié) 的磁極7。在燒結(jié)之后，可選地對所得到的磁極淬火，之后對其進行熱處理， 以獲得最佳的磁特性。
在燒結(jié)過程中，前述的基于釹鐵硼的粉末坯塊收縮，并形成磁極7。在
示意性地示出了對坯塊14進行燒結(jié)之后獲得的磁極7的圖3中可以看出， 沿磁偶極子4的取向方向收縮更大。由于收縮，在磁極7和保護罩1之間產(chǎn) 生了空腔IO。與圖2相比，圖3中的磁極7翻轉(zhuǎn)，因而現(xiàn)在板5處于底部。 在圖3中，作為燒結(jié)過程的結(jié)果，將磁極7固定到板5上。而且，磁極7包 括經(jīng)定向的》茲偶極子4。
在淬火和熱處理之后，模件1焊接至板5。于是，板5形成磁極7的底 板，其上固定作為保護罩的模件1。圖3示出了焊縫(weldseam)9，通過焊縫 9，模件1焊接至板5。焊縫9位于模件1和板5之間的連接處。或者，可以 在淬火和熱處理之前，將保護罩固定到底板5上。替代焊接(welding)，可以 采用軟焊(soldering)或任何其他適當(dāng)?shù)姆椒▽⒈Ｗo罩固定到底板上。
如圖3所示，保護罩1中的開口 8使得可以將空腔IO抽成真空，并采 用適當(dāng)?shù)奶畛洳牧?1對其填充。圖4以截面圖示意性地示出了》茲極靴，其 中采用填充材料11填充空腔10。例如，可以采用環(huán)氧樹脂或硅橡膠作為填 充材料ll。在采用填充材料11填充空腔IO之后，可以再次采用閥6關(guān)閉開 口 8?；蛘?，如圖4所示，可以利用填充材料11封閉開口 8。
現(xiàn)在將參考圖5說明本發(fā)明的第二實施例。將采用相同的附圖標(biāo)記表示 對應(yīng)于第一實施例的元件的本實施例的元件，為了避免重復(fù)，將不再對其予 以說明。
有關(guān)所應(yīng)用的本發(fā)明的方法的各個步驟，可以參考第一實施例。圖5以 截面圖示意性地示出了供選的成品^f茲極執(zhí)。從圖5可以看到其上固定了^f茲極 7的底板5。磁極7包括定向的磁偶極子4。此外，保護罩1 (在如第一實施 例中所述，在制造過程中可用作模件)焊接到底板5上從而使磁極7受到底 板5和保護罩1的包圍。替代焊接，也可以采用軟焊或任何其他適當(dāng)?shù)姆椒?將保護罩固定到底板上。
在這一實施例中，采用了最后形成保護罩1的模件，其包括處于其內(nèi)表 面上的突起13。底板5也設(shè)有突起12,所述突起12位于與保護罩1內(nèi)的基 于釹鐵硼的粉末接觸的表面上。突起12和13提供成品磁極7到保護罩1和 底板5的幾何鎖定。
替代突起12和13，保護罩1和/或底板5可以設(shè)有孔、溝槽或其他適當(dāng) 的機構(gòu)，以嚙合磁體粉末2以及接下來的成品燒結(jié)磁極7,從而建立成品磁
極7到保護罩1和/或底板5的鎖定。
利用底板5的突起12以及通過燒結(jié)工藝，在保護罩1內(nèi)將磁極7固定 到底板5上。采用填充材料11填充由燒結(jié)過程中磁極7的收縮導(dǎo)致的保護 罩1和磁極7之間的空間。例如，所述填充材料11可以是硅橡膠或環(huán)氧樹 脂。保護罩1包括通過其向保護罩1和磁極7之間的空間注入填充材料11 的孔8。在注入填充材料ll之后，利用閥6關(guān)閉開口8。
供選地，兩個實施例中的所述保護罩1也可以只具有粗略形狀，并通過 最后的研磨或者通過在燒結(jié)過程中將其壓到適當(dāng)?shù)腲f莫內(nèi)，而使其獲得最終形 狀。此外，在燒結(jié)之前，可以將底板5機械加工至其最終厚度，或者可以在 燒結(jié)之后完成所述處理，以確保熱處理之后的平坦度和其他尺寸裕量。
總之，本發(fā)明公開了一種永磁極靴的制造方法，其簡化了制造過程，并 且去除了幾個高成本的步驟。本發(fā)明還提供了 一種有利的磁極孰。
權(quán)利要求
1. 一種用于制造燒結(jié)磁極(7)的方法，其中- 將可玻璃化的原料粉末(2)填充到模件(1)內(nèi)；- 采用板(5)封閉所述模件(1)；- 將具有所述粉末(2)的所述模件(1)放到磁場內(nèi)，從而定向所述粉末；- 將所述板(5)壓到所述粉末(2)上，從而形成原位保持所述定向的坯塊(14)；及- 燒結(jié)所述坯塊(14)，從而形成燒結(jié)的磁極(7)，其特征在于所述模件(1)最后形成所述燒結(jié)的磁極(7)的保護罩，且所述板(5)最后形成所述磁極靴的底板。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于 通過真空中的加熱執(zhí)行所述燒結(jié)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于 所述燒結(jié)的磁極(7)被淬火。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任何一項所述的方法，其特征在于 對所述燒結(jié)的^t極(7)進行熱處理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任何一項所述的方法，其特征在于 所述可玻璃化的原料粉末(2)是基于釹鐵硼的粉末。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任何一項所述的方法，其特征在于 在淬火或熱處理之前或之后將所述模件(1 )固定到所述板(5 )上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于 通過焊接或軟焊將所述模件(1 )固定到所述板(5 )上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1到7中的任何一項所述的方法，其特征在于 在所述磁極(7 )和所述模件(1 )之間引入填充材料(11 )。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6到8中的任何一項所述的方法，其特征在于 在將所述模件(1)固定到所述板(5)上之后，通過真空注入引入所述填充材料(11 )。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1到9中的任何一項所述的方法，其特征在于 在燒結(jié)所述坯塊(14)之前，所述模件(1 )處于其最終形狀。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1到9中的任何一項所述的方法，其特征在于 所述模件(1 )具有粗略形狀，在所述坯塊(14)的燒結(jié)過程中將所述模件壓到模內(nèi)以獲得其最終形狀。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1到11中的任何一項所述的方法，其特征在于 在燒結(jié)之前或之后，或者在熱處理之后，將所述板(5)加工至其最終厚度。
13. —種磁極執(zhí)，其包括磁極(7)和底板(5),所述底板(5)固定至 保護罩(1 )，從而所述底板(5 )和所述保護罩(1 )包圍所述磁極(7 ),其特征在于所述底板(5 )和/或所述保護罩(1 )包括至少一個提供所述磁極(7 ) 至所述底板(5 )和/或保護罩(1 )的幾何鎖定的元件。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的磁極靴，其特征在于 所述元件為孔、溝槽或突起(12, 13)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的磁極靴，其特征在于 所述磁極(7)被固定至所述底板(5)。
全文摘要
提供了一種燒結(jié)的磁極(7)的制造方法，其包括下述步驟將可玻璃化原料粉末(2)填充到模件(1)內(nèi)；采用板(5)封閉模件(1)；將具有粉末(2)的模件(1)放到磁場內(nèi)，從而使所述粉末取向；將所述板壓到所述粉末(2)上，從而形成原位保持取向的坯塊(14)；并且對所述坯塊(14)燒結(jié)，以形成燒結(jié)的磁極(7)。所述模件(1)最后形成了所述燒結(jié)磁極(7)的保護罩，所述板(5)最后形成了所述磁極靴的底板。此外，提供了一種磁極靴，其底板(5)和/或保護罩(1)包括至少一個將所述磁極(7)鎖定至所述底板(5)和/或保護罩(1)的元件。
文檔編號B22F3/12GK101388286SQ200810128190
公開日2009年3月18日 申請日期2008年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者亨里克·斯蒂斯達爾, 埃里克·格朗達爾 申請人:西門子公司