用于減緩有機(jī)液體中永磁體熱老化的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了用于減緩有機(jī)液體中永磁體熱老化的方法。提供了用于使用自動(dòng)傳動(dòng)液的機(jī)電傳動(dòng)裝置中的電動(dòng)機(jī)。所述電動(dòng)機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子。所述轉(zhuǎn)子包括多個(gè)永磁體，所述永磁體可以包括涂覆有氫不可滲透材料的磁性粒子。根據(jù)一個(gè)替代實(shí)施方案，整個(gè)永磁體或轉(zhuǎn)子本身可以涂覆有氫不可滲透材料。根據(jù)另一個(gè)替代實(shí)施方案，所述永磁體粒子可以通過(guò)粘合劑固定，所述粘合劑包含防止氫影響永磁體的磁性質(zhì)的儲(chǔ)氫化合物。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于減緩有機(jī)液體中永磁體熱老化的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求2015年4月20日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/150102的權(quán)益。以上申請(qǐng)的全部公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用并入本文。
[0002]本發(fā)明在美國(guó)能源部授予的計(jì)劃號(hào)GA21-GG8P.92—注塑磁體DPN下依靠政府支持做出。政府享有一定的發(fā)明權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開(kāi)涉及減緩有機(jī)液體中永磁體熱老化的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]本部分提供關(guān)于本公開(kāi)的背景信息，其不一定是現(xiàn)有技術(shù)。
[0005]電動(dòng)車(chē)輛和混合動(dòng)力車(chē)輛使用電動(dòng)機(jī)提供對(duì)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)力矩。在一些情況下用作電氣化車(chē)輛的主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電力牽引電動(dòng)機(jī)位于驅(qū)動(dòng)單元內(nèi)部并使用自動(dòng)傳動(dòng)液(ATF)潤(rùn)滑和冷卻。運(yùn)行期間，牽引電動(dòng)機(jī)中使用的永磁體在相對(duì)高的運(yùn)行溫度下暴露于ATF;車(chē)輛運(yùn)行期間，電動(dòng)機(jī)的可達(dá)到150-160°C。所進(jìn)行的長(zhǎng)達(dá)2000小時(shí)時(shí)間的熱老化研究已經(jīng)顯示暴露于ATF的壓塑和注塑NdFeB磁體比在空氣中老化的相同磁體老化地更快，并且永磁性質(zhì)，尤其是固有矯頑磁性的退化可以大至18%。進(jìn)一步研究確定從ATF釋放并被磁性材料吸收的氫是ATF內(nèi)的磁性材料加速熱老化的最可能的原因。本公開(kāi)試圖通過(guò)保護(hù)磁性粉末免于氫暴露來(lái)減少或消除用于暴露于傳動(dòng)液或相似的有機(jī)液體的環(huán)境中的粘結(jié)磁體的熱老化。
[0006]目前，全密度(fulldenSity)NdFeB磁體，例如燒結(jié)磁體經(jīng)常表面涂覆有意圖保護(hù)磁體免于由氧、濕氣或鹽導(dǎo)致的腐蝕的阻隔層(barrier)。在許多情況下，出于相同的原因，壓塑磁體也進(jìn)行表面涂覆。阻隔材料并不基于其對(duì)氫的低滲透率來(lái)選擇。也不挑選具有對(duì)氫的低滲透率的粘合劑材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本部分提供本公開(kāi)的總體概述，并且不是其全部范圍或其所有特征的全面公開(kāi)。
[0008]提供阻隔涂層以減少注塑或壓塑磁體暴露于由有機(jī)液體，例如自動(dòng)傳動(dòng)液釋放的氫的熱老化作用。還提供了免于由其它環(huán)境老化試劑，包括直接暴露于ATF、空氣、氧、濕氣、鹽和其它反應(yīng)或腐蝕試劑導(dǎo)致的退化的保護(hù)。
[0009]進(jìn)一步的適用范圍將從本文提供的描述變得明顯。本概述中的描述和具體實(shí)例僅意在出于舉例說(shuō)明的目的并且不意在限制本公開(kāi)的范圍。
[0010]因此，本文公開(kāi)了以下技術(shù)方案。
[0011]方案1.電動(dòng)機(jī)，其包括:
定子；
轉(zhuǎn)子，其包括多個(gè)磁體，所述磁體具有涂覆有氫不可滲透材料的磁性粒子。
[0012]方案2.根據(jù)方案I的電動(dòng)機(jī)，其中所述氫不可滲透材料包括金屬或含金屬化合物。
[0013]方案3.根據(jù)方案2的電動(dòng)機(jī)，其中所述金屬或含金屬化合物包括Cu、N1、FeT1、NiT1、Al、Al203、AlS1、TiC、TiN、Ti02、SiC、W、BN、Mo、Sn、Cr、Cr203 中的至少一種。
[0014]方案4.根據(jù)方案I的電動(dòng)機(jī)，其中所述氫不可滲透材料包括致密高溫聚合物。
[0015]方案5.根據(jù)方案4的電動(dòng)機(jī)，其中所述致密高溫聚合物包括氟聚合物、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)二甲苯、乙烯四氯乙烯、氯三氟乙烯、聚吡咯、聚醚醚酮、聚砜、聚酰胺和聚酰亞胺中的至少一種。
[0016]方案6.根據(jù)方案I的電動(dòng)機(jī)，其中所述氫不可滲透材料包括石墨碳、石墨烯、還原氧化石墨稀中的至少一種。
[0017]方案7.電動(dòng)機(jī)，其包括:
定子；
轉(zhuǎn)子，其包括多個(gè)磁體，所述磁體涂覆有氫不可滲透材料。
[0018]方案8.根據(jù)方案7的電動(dòng)機(jī)，其中所述氫不可滲透材料包括金屬或含金屬化合物。
[0019]方案9.根據(jù)方案8的電動(dòng)機(jī)，其中所述金屬或含金屬化合物包括Cu、N1、FeT1、NiT1、Al、Al203、AlS1、TiC、TiN、Ti02、SiC、W、BN、Mo、Sn、Cr、Cr203 中的至少一種。
[0020]方案10.根據(jù)方案7的電動(dòng)機(jī)，其中所述氫不可滲透材料包括致密高溫聚合物。
[0021]方案11.根據(jù)方案10的電動(dòng)機(jī)，其中所述致密高溫聚合物包括氟聚合物、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)二甲苯、乙烯四氯乙烯、氯三氟乙烯、聚吡咯、聚醚醚酮、聚砜、聚酰胺和聚酰亞胺中的至少一種。
[0022]方案12.根據(jù)方案7的電動(dòng)機(jī)，其中所述氫不可滲透材料包括石墨碳、石墨烯、還原氧化石墨稀中的至少一種。
[0023]方案13.電動(dòng)機(jī)，其包括:
定子；
轉(zhuǎn)子，其包括多個(gè)磁體，所述轉(zhuǎn)子涂覆有氫不可滲透材料。
[0024]方案14.根據(jù)方案13的電動(dòng)機(jī)，其中所述氫不可滲透材料包括金屬或含金屬化合物。
[0025]方案15.根據(jù)方案14的電動(dòng)機(jī)，其中所述金屬或含金屬化合物包括Cu、N1、FeT1、NiT1、Al、Al203、AlS1、TiC、TiN、Ti02、SiC、W、BN、Mo、Sn、Cr、Cr203 中的至少一種。
[0026]方案16.根據(jù)方案13的電動(dòng)機(jī)，其中所述氫不可滲透材料包括致密高溫聚合物。
[0027]方案17.根據(jù)方案16的電動(dòng)機(jī)，其中所述致密高溫聚合物包括氟聚合物、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)二甲苯、乙烯四氯乙烯、氯三氟乙烯、聚吡咯、聚醚醚酮、聚砜、聚酰胺和聚酰亞胺中的至少一種。
[0028]方案18.根據(jù)方案13的電動(dòng)機(jī)，其中所述氫不可滲透材料包括石墨碳、石墨烯、還原氧化石墨稀中的至少一種。
[0029]方案19.電動(dòng)機(jī)，其包括:
定子；
轉(zhuǎn)子，其包括多個(gè)磁體，所述磁體具有用粘合劑材料固持在一起的磁性粒子，其中所述粘合劑材料包含儲(chǔ)氫化合物。
[0030]方案20.根據(jù)方案19的電動(dòng)機(jī)，其中所述儲(chǔ)氫化合物包括LaNidPMg2Ni中的一種。
【附圖說(shuō)明】
[0031]本文描述的附圖僅是出于舉例說(shuō)明所選擇的實(shí)施方案而非所有可能的實(shí)施方式的目的并且不意在限制本公開(kāi)的范圍。
[0032]本文描述的附圖僅是出于舉例說(shuō)明所選擇的實(shí)施方案而非所有可能的實(shí)施方式的目的并且不意在限制本公開(kāi)的范圍。
[0033]該圖圖示說(shuō)明了在根據(jù)本公開(kāi)的原理的機(jī)電傳動(dòng)裝置中的示例性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的示意圖。
[0034]附圖的全部幾個(gè)視圖中相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的部件。
【具體實(shí)施方式】
[0035]現(xiàn)在將參考附圖更充分地描述示例實(shí)施方案。
[0036]提供示例實(shí)施方案以便使本公開(kāi)內(nèi)容變得詳盡，并且這些實(shí)施方案充分地將范圍傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。闡述了許多特定細(xì)節(jié)，例如特定組件、裝置和方法的實(shí)例，以提供對(duì)本公開(kāi)的實(shí)施方案的詳盡理解。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將明顯的是不一定要采用特定細(xì)節(jié)，示例實(shí)施方案可以以許多不同形式體現(xiàn)，并且兩者都不應(yīng)當(dāng)解釋為限制本公開(kāi)的范圍。在一些示例實(shí)施方案中，公知的方法、公知的裝置結(jié)構(gòu)和公知的技術(shù)不進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0037]本文所用的術(shù)語(yǔ)僅是出于描述具體示例實(shí)施方案的目的且并非意圖進(jìn)行限制。除非上下文另外清楚地指明，如本文所用的單數(shù)形式“一”、“一個(gè)/種”和“該”可意圖還包括復(fù)數(shù)形式。術(shù)語(yǔ)“包含”、“含有”、“包括”和“具有”是包含性的，并因此明確了所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但不排除存在或增加一個(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或其群組。除非明確地確定為執(zhí)行的順序，本文所述的方法步驟、處理和操作不應(yīng)解釋為必須要求它們以討論或說(shuō)明的具體順序來(lái)執(zhí)行。還應(yīng)理解的是可采用另外或替代的步驟。
[0038]參考該圖，顯示了示例性電磁傳動(dòng)裝置10，其包括第一電動(dòng)機(jī)12和第二電動(dòng)機(jī)14，其有效地對(duì)行星齒輪系統(tǒng)16提供驅(qū)動(dòng)力矩以驅(qū)動(dòng)輸出軸18。第一和第二電動(dòng)機(jī)12、14各自包括固定在外殼21內(nèi)的定子20和本領(lǐng)域公知的轉(zhuǎn)子22。如本領(lǐng)域通常已知的，各轉(zhuǎn)子22包括多個(gè)永磁體24。應(yīng)該理解的是為了舉例說(shuō)明的目的而示出示例性電磁傳動(dòng)裝置10，并且可以使用替代形式的電磁傳動(dòng)裝置和電動(dòng)機(jī)。
[0039]本公開(kāi)包括保護(hù)壓塑和注塑磁體24免于有機(jī)液體(例如傳動(dòng)裝置10內(nèi)使用的自動(dòng)傳動(dòng)液(ATF))的熱老化作用的方法。壓塑和注塑磁體通常包括懸浮在粘合劑材料(例如工程塑料)內(nèi)的磁性粒子/粉末。使用稀土磁體組合物的粉末，例如NdFeB (Nd2Fe14B)和SmCo(SmCo5 ； SM2Coi7)磁性粉末制成的磁體是易受氫的磁性質(zhì)退化的影響的磁性材料之一。
[0040]在一個(gè)實(shí)施方案中，可以通過(guò)用氫不可滲透膜涂覆單獨(dú)的粉末粒子來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。這樣的膜應(yīng)該盡可能薄，以盡量減少永磁體性質(zhì)的淡化，同時(shí)還通過(guò)形成無(wú)針孔涂層為粉末粒子提供足夠的保護(hù)，所述無(wú)針孔涂層阻止氫擴(kuò)散至可接受的水平。涂層材料可以是金屬或含金屬化合物，例如 Cu、N1、FeT1、NiT1、Al、Al203、AlS1、TiC、TiN、Ti02、SiC、W、BN、Mo、Sn、Cr、Cr203和已知對(duì)氫具有低擴(kuò)散系數(shù)的其它含金屬化合物。可以通過(guò)無(wú)電鍍膜法、物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)和原子層沉積(ALD)等施加金屬涂層或含金屬化合物。
[0041]可替代地，也可以使用致密高溫聚合物以足夠的厚度包圍各粒子來(lái)阻止氫擴(kuò)散到磁性粒子中。另一替代方案是使用石墨碳、石墨稀、還原氧化石墨稀(RGO)等的殼包圍粒子以抑制氫擴(kuò)散。在一個(gè)優(yōu)選方法中，通過(guò)無(wú)電Ni鍍膜法涂覆單獨(dú)的粒子。在另一優(yōu)選方法中，通過(guò)化學(xué)氣相沉積來(lái)施加涂層材料?？商娲耐扛布夹g(shù)可以包括靜電涂覆和絲網(wǎng)法。靜電粉末涂料是一種作為自由流動(dòng)的干粉末施加的涂料。常規(guī)的液體漆(paint)與粉末涂料之間的主要區(qū)別在于粉末涂料不需要溶劑以使粘合劑和填料部分保持為液體懸浮液形式。通常靜電施加涂層，然后在加熱下固化以使其流動(dòng)并形成“皮層(skin)”。粉末可以是熱塑性或熱固性聚合物。通常將其用于產(chǎn)生比常規(guī)漆更堅(jiān)韌的硬涂飾層(finish)。
[0042]在另一個(gè)實(shí)施方案中，注塑或壓塑磁體的粘合劑材料可以選自高密度、高溫聚合物，其充當(dāng)注壓塑載體、耐熱粘合劑和氫擴(kuò)散阻隔層。具有低的氫滲透率的聚合物包括:氟聚合物(PVDF、PVF，如Kynar)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對(duì)二甲苯、乙烯四氯乙烯(ETFE)、氯三氟乙烯(CTFE)、聚吡咯、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF)、高溫聚酰胺、聚酰亞胺和具有低的氫滲透率的其它材料。
[0043]在另一實(shí)施方案中，根據(jù)先前已知的成型技術(shù)形成壓塑或注塑磁體。然后使成品磁體涂覆有不可滲透層，所述不可滲透層包含已知對(duì)氫具有低擴(kuò)散系數(shù)的金屬和化合物，例如 Cu、N1、FeT1、NiT1、Al、Al203、AlS1、TiC、TiN、Ti02、SiC、W、BN、Mo、Sn、Cr、Cr203、碳、石墨烯、還原氧化石墨烯等，或具有低的氫滲透率的聚合物，其包括:氟聚合物(PVDF、PVF，如Kynar)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對(duì)二甲苯、氯三氟乙烯、乙烯四氯乙烯(ETFE)、聚吡咯、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF)、高溫聚酰胺、聚酰亞胺和具有低的氫滲透率的其它材料。
[0044]在另一實(shí)施方案中，將阻隔涂層或膜施加至模具或裝置空腔內(nèi)，在所述模具或裝置空腔內(nèi)注塑或壓塑磁體。應(yīng)該理解是可以將永磁體直接注塑到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的磁體空腔中。然后在阻隔層內(nèi)將磁體模塑到帶內(nèi)襯的空腔中。在模塑后，將最后的阻隔涂層施加至模塑過(guò)程中留下的磁體的暴露外部面上。阻隔涂層或膜可以是非適型的(non-conformable)，即在模塑前緊密地襯貼模具或空腔，或適型的，即松散地放置在空腔中，以使隨后的模塑壓力拉伸相對(duì)于模具或空腔壁壓下的阻隔材料。阻隔涂層或膜可以是已知對(duì)氫具有低擴(kuò)散系數(shù)的Cu、N1、FeT1、NiT1、Al、Al203、AlS1、TiC、TiN、Ti02、SiC、W、BN、Mo、Sn、Cr、Cr203、碳、石墨烯、還原氧化石墨烯(RGO)等或具有低的氫滲透率的聚合物，其包括:氟聚合物(PVDF、PVF，如Kynar)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對(duì)二甲苯、氯三氟乙烯(CTFE)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚吡咯、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF)、高溫聚酰胺、聚酰亞胺和具有低的氫滲透率的其它材料。
[0045]在另一實(shí)施方案中，在將注塑或壓塑磁體模塑或插入到裝置中之后，將保護(hù)性涂層施加至整個(gè)裝置，所述保護(hù)性涂層包含已知對(duì)氫具有低擴(kuò)散系數(shù)的金屬和化合物，例如Cu、N1、FeT1、NiT1、Al、Al203、AlS1、TiC、TiN、Ti02、SiC、W、BN、Mo、Sn、Cr、Cr203、碳、石墨烯、還原氧化石墨烯(RGO)等或具有低的氫滲透率的聚合物，其包括:氟聚合物(PVDF、PVF，如Kynar)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對(duì)二甲苯、氯三氟乙烯(CTFE)、乙烯四氯乙烯(ETFE)、聚吡咯、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF)、高溫聚酰胺、聚酰亞胺和具有低的氫滲透率的其它材料。例如，在轉(zhuǎn)子組裝完成之后，可以以其整體涂覆整個(gè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子。
[0046]在另一實(shí)施方案中，壓塑或注塑磁體的粘合劑材料中包含第二化合物，所述第二化合物優(yōu)先吸收滲透注塑或壓塑永磁體的粘合劑的氫或與其反應(yīng)。在該方法中，第二化合物通過(guò)比永磁體粉末更容易地吸收氫或通過(guò)消耗性地(sacrificial Iy)與氫反應(yīng)來(lái)捕獲氫，由此在氫與永磁體粉末相互作用之前除去氫。例如，儲(chǔ)氫化合物，如LaNidPMg2Ni容易吸收氫以形成LaNi5H6和Mg2NiH4。
[0047]已出于說(shuō)明和描述的目的而提供了實(shí)施方案的以上描述。其并非意圖窮盡與此或限制本公開(kāi)。具體實(shí)施方案的單獨(dú)的元件或特征通常不限于該具體實(shí)施方案，而是在適用的情況下可互換，并且可用于所選的實(shí)施方案中，即使沒(méi)有明確示出或描述。同一實(shí)施方案也可以以多種方式變化。兩個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案也可以一起使用。不應(yīng)將此類(lèi)變化視為背離本公開(kāi)，并且意在將所有這樣的修改包括在本公開(kāi)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.電動(dòng)機(jī)，其包括: 定子； 轉(zhuǎn)子，其包括多個(gè)磁體，所述磁體具有涂覆有氫不可滲透材料的磁性粒子。2.根據(jù)權(quán)利要求1的電動(dòng)機(jī)，其中所述氫不可滲透材料包括金屬或含金屬化合物。3.根據(jù)權(quán)利要求2的電動(dòng)機(jī)，其中所述金屬或含金屬化合物包括Cu、N1、FeT1、NiT1、A1、Al203、AlS1、TiC、TiN、Ti02、SiC、W、BN、Mo、Sn、Cr、Cr203 中的至少一種。4.根據(jù)權(quán)利要求1的電動(dòng)機(jī)，其中所述氫不可滲透材料包括致密高溫聚合物。5.根據(jù)權(quán)利要求4的電動(dòng)機(jī)，其中所述致密高溫聚合物包括氟聚合物、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)二甲苯、乙烯四氯乙烯、氯三氟乙烯、聚吡咯、聚醚醚酮、聚砜、聚酰胺和聚酰亞胺中的至少一種。6.根據(jù)權(quán)利要求1的電動(dòng)機(jī)，其中所述氫不可滲透材料包括石墨碳、石墨烯、還原氧化石墨稀中的至少一種。7.電動(dòng)機(jī)，其包括: 定子； 轉(zhuǎn)子，其包括多個(gè)磁體，所述磁體涂覆有氫不可滲透材料。8.根據(jù)權(quán)利要求7的電動(dòng)機(jī)，其中所述氫不可滲透材料包括金屬或含金屬化合物。9.根據(jù)權(quán)利要求8的電動(dòng)機(jī)，其中所述金屬或含金屬化合物包括Cu、N1、FeT1、NiT1、A1、Al203、AlS1、TiC、TiN、Ti02、SiC、W、BN、Mo、Sn、Cr、Cr203 中的至少一種。10.根據(jù)權(quán)利要求7的電動(dòng)機(jī)，其中所述氫不可滲透材料包括致密高溫聚合物。
【文檔編號(hào)】H02K1/27GK106067699SQ201610246029
【公開(kāi)日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日 公開(kāi)號(hào)201610246029.7, CN 106067699 A, CN 106067699A, CN 201610246029, CN-A-106067699, CN106067699 A, CN106067699A, CN201610246029, CN201610246029.7
【發(fā)明人】M.P.湯普森, F.E.平克頓, M.P.巴洛, G.V.達(dá)希奇, X.曾
【申請(qǐng)人】通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司