一种预防永磁体碎片堵塞微电机的制造方法

技术领域

本发明涉及微电机领域，尤其涉及一种预防永磁体碎片堵塞微电机的制造方法。

背景技术

随着汽车、家电等行业的不断自动化和智能化，对于驱动电机的需求也不断增加。在这一趋势中，永磁直流电机因其采用永磁体提供磁场，替代了传统依赖绕组激励电磁场的方式，具有更高的能量转换效率，因此已成为当前高能效微电机的主流设计方式。

铁氧体永磁体因其低成本而具有一定的优势。通过添加锶、镧等稀土元素，其剩磁（Br）可以超过0.42T，是常规永磁直流微电机的首选永磁体。然而，在制备过程中采用的粉末冶金方法，其中的氧化铁、碳酸锶、氧化镧等主要成分导致材料呈现出明显的各向异性。同时，为满足尺寸精度所需的研磨工序对局部强度较弱的区域施加了额外的应力，因此铁氧体永磁体容易出现裂纹问题。目前，铁氧体行业通常采用多重外观检查方式对产品进行管控，能够有效地排查出带有明显宏观裂纹的不良产品。然而，对于一些外观特征不明显的“暗裂纹”，目前缺乏有效的检测方法。

稀土钕铁硼被视为性能最卓越的永磁体之一，其剩磁（Br）超过1.0T，有利于获得极高的气隙磁密。这使得在电机设计中能够实现极高的能量密度和扭矩密度，因此成为高端微电机的首选永磁体。然而，由于钕铁硼永磁体属于金属间化合物，具有显著的“质脆”特性，因此同样存在较高的开裂风险。

在微电机的实际服役周期内，产品经受常规的冷热循环、振动等冲击，也可能遭受撞击、跌落等意外冲击。铁氧体和钕铁硼永磁体属于高度各向异性的脆性材料，采用粉末冶金成型方法，牵涉到粉末填充、高温烧结等工序。因此，可能存在成分偏析、应力集中等局部微区缺陷。这些微区虽然未呈现出明显的开裂特征，但其强度明显弱于其他正常区域。在受到外部条件如热冲击或振动诱导时，这些微区极易形成裂纹源头并迅速扩张，最终导致脆性永磁体出现局部“崩缺”，这些磨损后的小磁块进入转子与定子之间的空隙后，可能导致微电机卡死，从而引发严重的卡死失效情况。

然而，目前防止脆性永磁体崩缺进而预防微电机卡死的措施主要仍以人工目测为主。永磁体制造商在出货前进行的目测全检是预防步骤的核心，而微电机生产厂家在产品组装之前也进行一定程度的复检。然而，这些传统的人工目测手段主要针对已形成宏观裂纹的产品，对于尚未演变为宏观裂纹的微观裂纹缺乏有效的鉴别手段，存在明显的局限性。因此，对于难以预测和预防的偶发性质的永磁体碎片卡住微电机的问题，一直是微电机行业难以解决的“痛点”，尤其对于汽车行业而言，具有极为关键的意义。

目前，有些对微电机“卡死”风险要求极高的电机产品尝试采用在永磁体表面包覆一层薄锡纸的工艺方法。这种方法在一定程度上可以对崩缺的永磁碎片形成位置限制，降低电机“卡死”风险。然而，这种工艺存在如下问题：（1）锡纸材料的韧性较差，断裂伸长率一般只有20%-50%，因此对永磁体碎片的束缚阈值较低，对电机“卡死”的改善效果一般；（2）由于锡纸自身不具备在永磁材料表面的粘接能力，因此一般只能将锡纸在工作面上紧贴并塑性，然后再将锡纸边缘胶合在永磁体的非工作背面的边缘区域，工艺流程复杂；而且大部分工作面由于均为弧形，而且需要保证定子与转子间的气隙，因此一般不涂抹胶水，而是只能依靠锡纸两固定边缘产生的张力进行固定，存在“位移自由量”较大的风险，因此对碎片的原位限制效果不佳，影响风险的管控效果；（3）锡纸的包覆缺乏成熟的设备，因此多依赖人工进行，导致产能受限，而且成本较高。

因此，如何改善提升永磁体应对外部载荷和冲击的能力，从而减少微电机堵塞失效问题的发生，就成了提升微电机使用寿命的关键技术点。

发明内容

本发明公开了一种预防永磁体碎片堵塞微电机的制造方法，通过在微电机内的永磁体的表面喷涂聚脲涂层，以利用聚脲涂层具有的应变率敏感性、高的断裂伸长率、高的力学强度以及耐老化的特性，降低永磁电机的卡死失效风险。

为解决上述问题，本发明提供的一种预防永磁体碎片堵塞微电机的制造方法，包括有多组永磁体，所述永磁体的表面涂覆有聚脲涂层，所述聚脲涂层由A组分和B组分组成，所述聚脲涂层的涂覆方法包括有以下步骤：

S1：A组分和B组分分别盛放于A容器和B容器中；

其中，A组分采用聚天门冬氨酸酯树脂，B组分采用异氰酸酯固化剂；

S2：按重量配比将A组分及B组分别输送至配比容器中；

S3：利用电动搅拌器将A组分和B组分充分搅拌均匀，得到混合后的聚脲材料；

S4：将聚脲材料涂覆于永磁体的表面并形成保护膜。

优选地，步骤S4中的涂覆方法为喷涂法，该方法包括步骤：

S4-1-1：清洗永磁体的表面，使用定位工装夹具将永磁体定位；

S4-1-2：通过静电喷涂方式，以60~90KV的静电压力、0.3~0.4MPa的流速压力参数、0.1~0.15MPa的雾化压力、喷嘴距离永磁体的距离为200~300mm、喷嘴直径为14~15mm，喷嘴的相对位移速度为5~10cm/s，将聚脲材料均匀喷涂于永磁体表面；

S4-1-3：控制涂层厚度为50~80微米；

S4-1-4：喷涂完成后，让永磁体表面的聚脲涂层在常温常压下静置5分钟，等待其表面固化。

优选地，步骤S4中的涂覆方法为刮刀刮涂法，该方法包括步骤：

S4-2-1：将永磁体的表面清洗干净，使用定位工装夹具将永磁体定位；

S4-2-2：根据所需涂层厚度及聚脲材料的密度，计算所需的天门冬聚脲质量；

S4-2-3：以狭缝式涂布的方法将步骤S3中的聚脲材料涂布于永磁体表面；

S4-2-4：使用陶瓷刮刀以5 mm/s的速度沿电机旋转方向往复刮涂4~6次；

S4-2-5：常温常压下静置5分钟达至表面固化。

优选地，所述预防永磁体碎片堵塞微电机包括有定子与转子，所述定子和所述转子之间设有气隙，所述永磁体朝向所述气隙的一面为气隙面，所述气隙面以及与所述气隙面相邻的四个侧面上分别涂覆有所述聚脲涂层。

优选地，步骤S2中，当微电机的功率小于或者等于300瓦时，A组分与B组分的重量配比为1：1。

优选地，步骤S2中，当微电机的功率小于或者等于300瓦时，A组分与B组分的重量配比为1：1.2。

优选地，所述所需涂层厚度为50~80微米；所述陶瓷刮刀的材质为氧化锆材质。

优选地，所需的天门冬聚脲质量的计算公式为m=ρ*S*H，其中m为所需的天门冬聚脲质量，ρ为聚脲材料的密度，S为磁瓦表面积，H为所需涂层厚度。

优选地，步骤S4中的涂覆方法还包括有流延法、浸渍法、拉伸法或者沉积法。

优选地，所述聚脲涂层中还包括有由端氨基聚醚及液体胺扩链剂混合而成的活泼氢组分。

本发明的一种预防永磁体碎片堵塞微电机的制造方法，通过在永磁体表面涂覆聚脲涂层，当微电机受到瞬间外部冲击力时，聚脲涂层通过应变率敏感效应迅速发生变形，吸收相应的冲击能量，提升永磁体的开裂阈值，从而降低冲击对微电机永磁体等脆性部件造成的损害，降低微电机“卡死”的风险。当永磁体局部受到的冲击已经超过开裂阈值而产生碎片时，由于聚脲涂层的应变率敏感性，将会对产生的碎片施加较强的位移束缚，预防碎片转移到定子与转子间的气隙等位置，进一步降低电机“卡死”的风险。

在永磁体涂覆聚脲涂层的制造工艺中，在永磁体表面喷涂合适的天门冬聚脲涂层，利用了天门冬聚脲固化速率比传统芳香族聚脲、脂肪族聚脲的固化速率更加可控，并且附着力及耐老化等性能更好的特点，从而可以以低成本的工业化工艺制备出不影响电机气隙磁阻的保护涂层。

附图说明

图1为本发明一种预防永磁体碎片堵塞微电机的制造方法的流程图；

图2为本发明一种预防永磁体碎片堵塞微电机的制造方法中喷涂法的流程图；

图3为本发明一种预防永磁体碎片堵塞微电机的制造方法中刮刀刮涂法的流程图；

图4为本发明的微电机结构示意图；

其中，图中标记如下所示：1--永磁体、2--定子、3--转子。

实施方式

本发明公开了一种预防永磁体碎片堵塞微电机的制造方法，通过在微电机内的永磁体的表面喷涂聚脲涂层，以利用聚脲涂层具有的应变率敏感性、高的断裂伸长率、高的力学强度以及耐老化的特性，降低永磁电机的卡死失效风险。

请参考图1~图4。

本发明提供了一种预防永磁体1碎片堵塞微电机的制造方法，包括有多组永磁体1，所述永磁体1的表面涂覆有聚脲涂层，所述聚脲涂层由A组分和B组分组成，所述聚脲涂层的涂覆方法包括有以下步骤：

S1：A组分和B组分分别盛放于A容器和B容器中；

其中，A组分采用聚天门冬氨酸酯树脂，B组分采用异氰酸酯固化剂；

S2：按重量配比将A组分及B组分别输送至配比容器中；

S3：利用电动搅拌器将A组分和B组分充分搅拌均匀，得到混合后的聚脲材料；

S4：将聚脲材料涂覆于永磁体的表面并形成保护膜。

本技术方案主要通过在永磁体1表面喷涂适当的聚脲涂层，以有效降低永磁电机“卡死”失效的风险。具体地，聚脲涂层的微观结构包括硬链段和软链段。硬链段在应变率增加时增强其刚度，而在破坏应变方面则随应变率的增加而减小。这意味着当涂层受到快速冲击时，其具备出色的抗形变能力，表现出卓越的抗冲击性能，展现了应变率敏感性的特点，这是聚脲涂层最显著的动态特性。此外，聚脲涂层具有优越的机械强度，其拉伸强度超过20~40MPa，撕裂强度大于80N/mm，断裂伸长率可达300%~420%，表现出非常卓越的静态机械性能和耐磨性。

因此，本技术方案将聚脲涂层应用于永磁体1的生产制造上，涂覆有聚脲涂层的永磁体1可按照一般的生产工艺安装到微电机中。

在微电机的运行过程中，一旦微电机受到瞬间外部冲击力，永磁体1上的聚脲涂层通过应变率敏感效应迅速发生变形，吸收相应的冲击能量，提升永磁体1的开裂阈值，从而降低冲击对微电机永磁体1等脆性部件造成的损害。特别是在降低具有“暗裂纹”的高风险区域的开裂风险方面，这一措施能够从永磁体1源头降低微电机“卡死”的风险。当永磁体1局部受到的冲击已经超过开裂阈值而产生碎片时，由于聚脲涂层的应变率敏感性，将会对产生的碎片施加较强的位移束缚，预防碎片转移到定子2与转子3间的气隙等位置，从而降低电机“卡死”的风险。

聚脲涂层的静态力学机械强度高，能够有效地为内表面的脆性永磁体1基材提供明显的包覆保护作用，降低其断裂的风险。更为重要的是，聚脲涂层具有高断裂伸长率，能够显著降低永磁碎片在受到冲击时对聚脲涂层产生带动性大变形而诱导断裂失效的概率。因此，可以更可靠地将永磁体1的碎片固定在原位或附近区域，防止碎片进入电机的气隙或换向器等具有相互转动的部件内，从而有效降低电机“卡死”的风险。由于聚脲材料中的脲基具有极强的“氢键”作用，且分子间作用力很大，因此具有出色的耐候性、耐磨性和化学惰性，能够长期在恶劣的环境中使用，表现出非常高的稳定性和可靠性。鉴于微电机经常启停，容易产生热应力循环，并存在石墨电刷磨损下来的粉末、润滑油热挥发物等多种复杂气氛，聚脲涂层能够在微电机中稳定存在。

在本发明中，聚脲涂层的原材料选择了固化速度可控、对脆性永磁体1陶瓷附着力更佳的聚天门冬氨酸酯类型的A、B双组分聚脲材料。具体而言，A组分采用聚天门冬氨酸酯树脂，而B组分则是含有仲胺基的固化剂异氰酸酯，主要成分为脂肪族属性和环状结构的HDI三聚体系列。将A、B组分按照所需的比例混合，并利用电动搅拌器充分搅拌均匀备用。

在本发明中，A组分与B组分的重量配比可根据微电机的尺寸大小、功率、服役环境、气隙参数等实际情况来进行调整，以达到薄膜保护效果和固化速度的平衡。

优选地，步骤S4中的涂覆方法为喷涂法，该方法包括步骤：

S4-1-1：清洗永磁体1的表面，使用定位工装夹具将永磁体1定位；

S4-1-2：通过静电喷涂方式，以60~90KV的静电压力、0.3~0.4MPa的流速压力参数、0.1~0.15MPa的雾化压力、喷嘴距离永磁体1的距离为200~300mm、喷嘴直径为14~15mm，喷嘴的相对位移速度为5~10cm/s，将聚脲材料均匀喷涂于永磁体1表面；

S4-1-3：控制涂层厚度为50~80微米；

S4-1-4：喷涂完成后，让永磁体1表面的聚脲涂层在常温常压下静置5分钟，等待其表面固化。

在本发明的实施例中，采用喷涂的方法来完成永磁体1表面覆盖聚脲涂层。具体地，首先，对铁氧体或钕铁硼永磁体1表面进行清洗，使用定位工装夹具将永磁体1准确定位。通过静电喷涂方式，以60~90KV的静电压力、0.3~0.4MPa的流速压力参数、0.1~0.15MPa的雾化压力、喷嘴距离永磁体1200~300mm、14~15mm的喷嘴直径以及5~10cm/s的相对位移速度，将聚脲均匀喷涂于永磁体1表面，控制涂层厚度在50~80微米之间。喷涂完成后，让永磁体1表面的聚脲涂层在常温常压下静置5分钟，等待其表面固化，然后即可进行下一步的装配工序。喷涂有聚脲保护涂层的永磁体1，进入后续的涂胶、粘接铁壳等常规的微电机装配流程，便可得到具有降低永磁体1碎片卡死风险的产品。

基于聚脲薄膜卓越的拉伸强度及断裂伸长率，用于微电机脆性永磁体1的保护涂层可以非常薄，一般在50~80微米的厚度范围内便能呈现出卓越的保护效果。考虑到一般微电机的气隙为0.35~0.5毫米，薄涂层不会对微电机的气隙产生明显的影响，因此不会影响电机的工作效率、转动扭矩等性能。

优选地，步骤S4中的涂覆方法为刮刀刮涂法，该方法包括步骤：

S4-2-1：将永磁体1的表面清洗干净，使用定位工装夹具将永磁体1定位；

S4-2-2：根据所需涂层厚度及聚脲材料的密度，计算所需的天门冬聚脲质量；

S4-2-3：以狭缝式涂布的方法将步骤S3中的聚脲材料涂布于永磁体表面；

S4-2-4：使用陶瓷刮刀以5 mm/s的速度沿电机旋转方向往复刮涂4~6次；

S4-2-5：常温常压下静置5分钟达至表面固化。

其中，狭缝式涂布的方法采用狭缝式填料系统进行涂布，狭缝式填料系统及狭缝式涂布方法，是一种现有技术。

在本发明的实施例中，采用刮刀刮涂的方法来完成永磁体1表面覆盖聚脲涂层。具体地，涂层的原材料仍然选用固化速度可控、对脆性永磁体1陶瓷附着力更好的聚天门冬氨酸酯类型的A、B双组份聚脲材料。将A、B组分按照所需比例混合，以电动搅拌器充分搅拌均匀备用。

将铁氧体或者钕铁硼永磁体1的表面清洗干净，使用定位工装夹具将永磁体1定位。选择以刮涂方式将聚脲涂抹于永磁体1的待处理表面，首先根据所需的50~80微米涂层厚度及聚脲材料的密度，计算所需的天门冬聚脲质量，通过控制狭缝式填料系统将液态聚脲原材料初步涂抹于永磁体1表面；然后，使用陶瓷刮刀以5 mm/s的速度沿电机旋转方向往复刮涂4~6次，陶瓷刮刀优选具有自润滑、耐磨性能好的材质；最后，常温常压下静置5分钟达至表面固化后便可进入下一步的装配工序。喷涂有聚脲保护涂层的永磁体1，进入后续的涂胶、粘接铁壳等常规的微电机装配流程，便可得到具有降低永磁体1碎片卡死风险的产品。

优选地，所述预防永磁体1碎片堵塞微电机包括有定子2与转子3，所述定子2和所述转子3之间设有气隙，所述永磁体1朝向所述气隙的一面为气隙面，所述气隙面以及与所述气隙面相邻的四个侧面上分别涂覆有所述聚脲涂层。在本实施例中，喷涂时需要保证永磁体1朝向电机气隙的一面，即气隙面，以及与气隙面相邻的四个侧面均匀喷涂上聚脲保护涂层，而背面则不需要喷涂，以确保其与导磁外壳之间的小磁阻。这一步骤的完成使得永磁体1在后续装配中能够更好地保持稳定性和可靠性。

优选地，步骤S2中，当微电机的功率小于或者等于300瓦时，A组分与B组分的重量配比为1：1。在本实施例中，首选常规功率在300瓦以下的微电机，按照A:B=1：1的重量配比，以达到薄膜的平衡保护效果和固化速度。

优选地，步骤S2中，当微电机的功率小于或者等于300瓦时，A组分与B组分的重量配比为1：1.2。在本实施例中，常规300瓦以下的微电机，按照A:B=1：1.2的重量配比，以提升薄膜固化速度，同时也兼顾综合力学强度。

优选地，所述所需涂层厚度为50~80微米；所述陶瓷刮刀的材质为氧化锆材质。

优选地，所需的天门冬聚脲质量的计算公式为m=ρ*S*H，其中m为所需的天门冬聚脲质量，ρ为聚脲材料的密度，S为磁瓦表面积，H为所需涂层厚度。在本实施例中，聚脲涂层的涂覆厚度选用50~80微米的区间，涂厚了会增加转子3和定子2之间发生磨蹭的风险，涂薄了就影响对碎片的进行固定、限位效果，增加卡死和失效的风险。为此，本实施例提出了一种计算公式：即m=ρ*S*H。其中，m为所需的天门冬聚脲质量，ρ为聚脲材料的密度，S为磁瓦表面积，H为所需涂层厚度，通过上述公式可计算得到材料重量配比，能够达到保护效果与电机运行平稳定之间的平衡。

优选地，步骤S4中的涂覆方法还包括有流延法、浸渍法、拉伸法或者沉积法。在永磁体1涂覆聚脲涂层的工艺中，聚脲材料喷涂工艺中，除喷涂法、刮刀刮涂法外，还包括流延法、浸渍法、拉伸法、沉积法等可能用来达到成膜目的的其他工艺，均可以实现永磁体1的覆膜制作。

优选地，所述聚脲涂层中还包括有由端氨基聚醚及液体胺扩链剂混合而成的活泼氢组分。在喷涂聚脲体系中，采用了端氨基聚醚和液体胺扩链剂作为活泼氢组分，该组分与异氰酸酯组分的反应活性极高，无需任何催化剂，即可在室温甚至更低的温度下瞬间完成反应，从而聚脲薄膜的喷涂效率非常高，成本较低。此外，喷涂聚脲只需常规的喷涂设备，工艺简单，设备投资较小。

本发明的一种预防永磁体碎片堵塞微电机的制造方法，通过在永磁体表面涂覆聚脲涂层，当微电机受到瞬间外部冲击力时，聚脲涂层通过应变率敏感效应迅速发生变形，吸收相应的冲击能量，提升永磁体的开裂阈值，从而降低冲击对微电机永磁体等脆性部件造成的损害，降低微电机“卡死”的风险。当永磁体局部受到的冲击已经超过开裂阈值而产生碎片时，由于聚脲涂层的应变率敏感性，将会对产生的碎片施加较强的位移束缚，预防碎片转移到定子与转子间的气隙等位置，进一步降低电机“卡死”的风险。

在永磁体涂覆聚脲涂层的制造工艺中，在永磁体表面喷涂合适的天门冬聚脲涂层，利用了天门冬聚脲固化速率比传统芳香族聚脲、脂肪族聚脲的固化速率更加可控，并且附着力及耐老化等性能更好的特点，从而可以以低成本的工业化工艺制备出不影响电机气隙磁阻的保护涂层。

以上对本发明所提供的一种预防永磁体碎片堵塞微电机的制造方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。