分层磁体制造技术

本发明专利技术涉及分层磁体。本发明专利技术描述了一种用于电机（2）的磁体布置的分层磁体（1，1'），该分层磁体（1，1'）包括多个主要磁体层（10，10'）和多个辅助磁体层（11，12，13，11'，12'，13'，14），其中每一个磁体层（10，10'，11，12，13，11'，12'，13'，14）均包括具有镧系元素的层浓度的铁磁体，并且其中镧系元素的层浓度在主要磁体层（10，10'）中最高。本发明专利技术还描述了一种制造这种分层磁体（1，1'）的方法；一种用于电机（2）的磁体布置；和一种包括这种磁体布置的电机（2）。

【技术实现步骤摘要】
分层磁体本申请是申请日为2012年3月9日、申请号为201210060917.1、专利技术名称为“分层磁体”的专利申请的分案申请。
本专利技术描述了一种分层磁体以及一种制造分层磁体的方法。
技术介绍
在电机诸如发电机或者电动机（motor）中，与多个线圈或者绕组相对地布置了多个磁体。通常，特别地在大型电机中，磁体被布置于旋转部件即转子上，并且绕组被布置于静止部件即定子上。为了在以下描述中简洁起见，可以采取这种布置，但是将会指出，磁体能够同样被附接到定子并且绕组能够被布置于转子上。在发电机的情形中，磁体可以是由硬质（hard）铁磁性材料制成的永久磁体，使用适当地强的磁场来磁化该硬质铁磁性材料，并且在它的寿命期间保持它的磁矩。在发电机中，永久磁体的强磁场在定子绕组中感应出电流。然而，永久磁体的磁场不是均匀的，并且去磁场起作用以便减小磁体的总磁矩。能够通过添加少量的稀土（镧系元素）金属诸如钕（Nd）或者镝（Dy）来改进永久磁体的矫顽磁性，或者它的抵制去磁的能力。因此，使用这种稀土永久磁体的布置能够提高发电机的效率。在已知类型的稀土永久磁体中，一种或者多种适当的镧系元素金属诸如钕、镝、钐（Sm）等在制造过程期间与磁体的材料组合以便增加在磁体材料的颗粒之间的磁隔离并且增加磁体的矫顽磁性。磁体的矫顽磁性直接地与所选择的镧系元素的浓度（concentration）相关。在通常地在大的永久磁体的制造中使用的粉末烧结方法中，磁体材料诸如铁（Fe）以粉末形式与任何镧系元素和其它材料（诸如在NdFeB磁体的情形中的硼（B））组合、被挤压到模具中，并且被烧结。在这个方案中，镧系元素在磁体的本体（body）中基本上均匀地分布，从而给出均质的矫顽磁性。然而，镧系元素诸如镝是非常昂贵的，并且显著地增加了电机的总体成本。机器越大，相应地大的磁体要求越多的材料。例如，风力涡轮机的多极直接驱动发电机能够具有在7m–10m的范围中的直径和大约2m的长度，并且能够要求几百个永久磁体，其中的每一个永久磁体均能够具有几厘米的宽度和高度，并且能够具有达2m的长度以沿着转子的长度延伸。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的在于提供一种更加经济的稀土永久磁体。利用根据权利要求1的分层磁体；利用制造分层磁体的根据权利要求9的方法；利用根据权利要求12的磁体布置；以及利用根据权利要求13的电机实现了这个目的。根据本专利技术，用于电机的磁体布置的分层磁体包括至少一个主要磁体层和多个辅助磁体层，其中每一个磁体层均包括具有镧系元素的层浓度的铁磁体（ferromagnet），并且其中镧系元素的层浓度在主要磁体层中最高。根据本专利技术的分层磁体的一个优点在于，镧系元素的总量能够被保持为最小，而同时提供了一种具有非常有利的矫顽磁性性质的稀土永久磁体。本专利技术是基于对在电机的操作期间作用于永久磁体上的去磁力的观察。已经观察到去磁力并不以相等的程度作用于磁体的所有区域上，并且因此并非磁体的所有区域均受益于高矫顽磁性。磁场强度在磁体的外部区域即更加靠近场的区域处最高。这些区域是最靠近空气间隙的区域，并且去磁场在那些区域中最强。在现有技术稀土永久磁体中，其中镧系元素浓度在磁体中是均匀的，镧系元素的相当大的部分被有效地“浪费”，因为实际上并非在磁体的所有区域中均要求高矫顽磁性。在根据本专利技术的分层磁体中，其中使用具有不同的镧系元素的数量或者浓度的磁体层，能够在较高的镧系元素浓度是最有益的位置处，即在磁体的、其中要求高矫顽磁性的那些区域中获得该较高的镧系元素浓度，而能够在磁体的、其中高矫顽磁性无益处的那些部分中使用较低的浓度。与已知类型的稀土永久磁体相比，根据本专利技术的分层磁体仅仅使用与为了在磁体的各种区域中经受去磁场而实际上要求的数量一样多的镧系元素。根据本专利技术，制造用于电机的磁体布置的分层磁体的方法包括以下步骤：形成多个主要磁体层和多个辅助磁体层，其中每一个磁体层均包括铁磁体；在磁体层中引入镧系元素的层浓度以使得镧系元素的层浓度在主要磁体层中最高；以及布置磁体层以给出一种分层磁体。根据本专利技术的方法的一个优点在于，能够使用适当的已知技术例如粉末烧结技术来制造每一个磁体层，并且该层能够被堆叠以获得一种具有总体非均质的以及一种或者多种镧系元素的有利地经济分布的永久磁体。根据本专利技术，用于电机的磁体布置包括多个被布置于电机的转子或者定子上的这种分层磁体。根据本专利技术，该电机包括这种磁体布置。如在以下描述中揭示地，从属权利要求给出了本专利技术的特别有利的实施例和特征。不同的权利要求范畴的特征可以被适当地组合以给出未在这里描述的其它实施例。为了简洁起见，但是不以任何方式限制本专利技术地，在下文中可以假设该电机是发电机，例如风力涡轮机的直接驱动发电机，并且分层磁体被布置于涡轮机的转子上。通常，永久磁体的下侧或者安装表面被胶合或者被以其它方式附接到转子的外表面，从而磁体突出到转子外表面上方。这种磁体还通常地具有基本上矩形的形状，带有两个长侧或者横向表面和顶表面。在下文中，参考根据本专利技术的分层磁体，术语“磁体”、“分层磁体”、“永久磁体”和“稀土永久磁体”可以被可互换地使用。在下文中，为了简洁起见，作为被结合到分层磁体中的镧系元素提到了镝。然而，这不应该被解释成仅仅限制为镝，并且将会理解，能够替代镝或者除了镝之外地使用其它适当的镧系元素。如以上指示地，根据电机的磁路设计，磁体的外部区域（最靠近空气间隙的区域）可以经受较高的去磁场，而磁体的进一步从空气间隙移除的区域经受较弱的去磁场。因此，在本专利技术的一个特别优选的实施例中，主要磁体层被布置在分层磁体的外部区域处，该外部区域位于邻近于电机的空气间隙。在本专利技术的一个优选实施例中，该分层磁体包括安装表面和至少一个横向表面，并且镧系元素的层浓度朝向安装表面降低和/或朝向横向表面增加。因为磁体的安装表面最远离空气间隙，所以使得镝的层浓度朝向安装表面降低是有利的。在这种实施例中，主要磁体层能够被布置在磁体的“上”表面处从而最高的镝浓度最靠近空气间隙。因为空气间隙延伸到在相邻磁体之间的区域，所以去磁场沿着磁体的长侧也是强的。因此，可以有利地基本上平行于磁体的纵向轴线地沿着磁体的外边缘之一或两者布置主要磁体层，从而沿着磁体的外侧实现了高镝浓度。已经观察到能够利用具有均质镝分布的现有技术磁体的质量的百分之几例如5%到6%的范围中的镝的浓度获得对去磁性的有利抵抗。因此，在本专利技术的一个特别优选的实施例中，在主要磁体层中的镝的层浓度包括主要磁体层的质量的至少5%。因为主要磁体层具有最高的镝浓度并且被布置在磁体的、其中要求最高矫顽磁性的区域中，所以如果这个区域表示总磁体的相对大的部分，则这可以是有利的。因此，在本专利技术的进一步优选的实施例中，主要磁体层具有大于任何辅助磁体层的厚度的层厚度。通过使用相对大的主要磁体层和多个较小或者较薄的辅助层，能够获得具有高矫顽磁性的、相对大的磁体区域，而其它区域由于它们相对较小的体积以及它们较低的镝浓度而呈现低矫顽磁性。如以上已经指示地，用于在电机诸如风力涡轮机中使用的永久磁体是大的，并且能够容易地达到几米的长度和几厘米的宽度和高度。相应地，遍布磁体的去磁场能够具有相当高的强度。因此，在本专利技术的一个特别优选的实施例中，磁体层的镝部分与磁体材料组合从而镝通过该磁体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电机（2）的磁体布置的分层磁体（1，1'），所述分层磁体（1，1'）包括多个主要磁体层（10，10'）和多个辅助磁体层（11，12，13，11'，12'，13'，14），其中每一个磁体层（10，10'，11，12，13，11'，12'，13'，14）均包括具有镧系元素的层浓度的铁磁体，并且其中镧系元素的层浓度在主要磁体层（10，10'）中最高，其中主要磁体层（10，10'）被布置在分层磁体（1，1'）的外部区域处，该外部区域邻近于电机（2）的空气间隙，其中分层磁体（1，1'）包括最远离空气间隙的安装表面（30）和至少一个横向表面（31），并且其中镧系元素的层浓度朝向安装表面（30）降低和/或朝向横向表面（31）增加，分层磁体的磁体层被确定尺寸和/或布置成使得暴露于电机的空气间隙的主要磁体层的表面面积大于任何辅助磁体层的暴露的表面面积，其中所述镧系元素包括镝，并且其中在主要磁体层（10，10'）中的镝的层浓度包括至少5%，并且在辅助磁体层（11，12，13，11'，12'，13'，14）中的镝的层浓度包括至多3%，其中主要磁体层（10，10'）具有大于任何辅助磁体层（11，12，13，11'，12'，13'，14）的厚度的层厚度，其中主要磁体层（10，10'）具有20mm的层厚度，其中分层磁体（1，1'）包括用于基本上平行于电机（2）的转子或者定子的外表面布置的磁体层（10，11，12，13，14）的水平堆叠（S）。...

【技术特征摘要】
2011.03.09 EP 11157463.81.一种用于电机（2）的磁体布置的分层磁体（1，1'），所述分层磁体（1，1'）包括多个主要磁体层（10，10'）和多个辅助磁体层（11，12，13，11'，12'，13'，14），其中每一个磁体层（10，10'，11，12，13，11'，12'，13'，14）均包括具有镧系元素的层浓度的铁磁体，并且其中镧系元素的层浓度在主要磁体层（10，10'）中最高，其中主要磁体层（10，10'）被布置在分层磁体（1，1'）的外部区域处，该外部区域邻近于电机（2）的空气间隙，其中分层磁体（1，1'）包括最远离空气间隙的安装表面（30）和至少一个横向表面（31），并且其中镧系元素的层浓度朝向安装表面（30）降低和/或朝向横向表面（31）增加，分层磁体的磁体层被确定尺寸和/或布置成使得暴露于电机的空气间隙的主要磁体层的表面面积大于任何辅助磁体层的暴露的表面面积，其中所述镧系元素包括镝，并且其中在主要磁体层（10，10'）中的镝的层浓度包括至少5%，并且在辅助磁体层（11，12，13，11'，12'，13'，14）中的镝的层浓度包括至多3%，其中主要磁体层（10，10'）具有大于任何辅助磁体层（11，12，13，11'，12'，13'，14）的厚度的层厚度，其中主要磁体层（10，10'）具有20mm的层厚度，其中分层磁体（1，1'）包括用于基本上平行于电机（2）的转子或者定子的外表面布置的磁体层（10，11，12，13，14）的水平堆叠（S）。2.根据权利要求1的分层磁体，其中在磁体层（10，10'，11，12，13，11'，12'，13'，14）中的总镝含量包括分层磁体（1，1'）的质量的至多4.8%、更加优选地至多4.4%、最优选地至多4%。3.根据前述权利要求中任何一项的分层磁体，其中分层磁体（1，1'）包括用于基本上垂直于电机（2）的转子或者定子的外表面布置的磁体层（10'，11'，12'，13'）的垂直堆叠（S'）。4.一种制造用于电机（2）的磁体布置的分层磁体（1，1'）的方法，所述方法包括以下步骤：-获得多个主要磁体层（10，10'）和多个辅助磁体层（11，12，13，11'，12'，13'，14），其中每一个磁体层（10，10'，...

【专利技术属性】
技术研发人员：E格勒恩达尔，H施蒂斯达尔，AC乌尔达，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE