多层微结构磁铁制造技术

本发明专利技术公开一种多层微结构磁铁，其使用单层或多层材料层结构为基本结构，并在该材料层结构表面或内部，结合微结构磁铁，以形成一多层微结构磁铁。通过该微结构磁铁所具有的几何结构及其分布改变，以及加上材料层结构材料及几何结构改变，可以加强磁场能量，进而省去不必要的稀土磁铁使用。在另一实施例中，利用该多层微结构磁铁于能量转换装置，例如马达及发电机，可以相对增加其磁场能量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁铁，特别是涉及一种于材料层结构上布有微结构磁铁的多层微结构磁铁。
技术介绍
传统马达设计中，转子上所布置的永磁磁铁为单层磁铁或有用多层结构，而磁铁的几何构形多为单纯的块状体。为了输出高功率密度永磁马达普遍使用高磁化永磁，但高磁化永磁一般价格较高，但低价磁铁用低稀土以节省成本，然而磁力大幅缩减。现有美国专利US7847461，如图1所示，该技术教导多层磁铁的马达技术，其中定子31，定子的齿部39，定子线圈37，内置式的转子34，定子铁心片32，定子的槽33，并以于两定子的齿部39间用于放置定子线圈37。马达转子34，转子芯心35，气隙41位于定子铁心片32及转子芯心35之间，而转子芯心35内部具有多个洞穴结构以为置放永磁磁铁36，转子轴38,该永磁磁铁36结构如图2所不,磁铁40、磁铁42、磁铁44及磁铁46为永磁磁铁36的多层结构，磁铁40为磁化最强的磁铁，和气隙41有最远的距离，磁铁46具有最强的抗去磁化(抗温)功能，整体而言，磁铁40、磁铁42、磁铁44及磁铁46依序从磁化最强至最弱，且依序由抗去磁(抗温)能力最弱至最强，以不同磁铁的布置可以防止退磁，降低磁铁成本，但无法有效增强磁场。现有美国专利US7847461，如图3所示，绕组22，转子14，磁障29，定子12。通过置入马达转子内部的磁化线圈来对马达内部的磁铁进行有效率的磁化过程。现有美国专利US2006/0103251，如图4所示，转子I，转子铁芯2，槽3，其中置放N极永磁10及S极永磁11。转子轴20，阻尼绕组4。通过，磁铁的置放角度可以提高有效的使用磁场。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多层微结构磁铁，使用单一或多层的材料层结构并于其表面或内部形成微结构磁铁。通过微结构磁铁表面几何结构和分布的变化，达到增强磁场的强度，及相对减少磁铁稀土材料的使用，同时并增加马达或发电机的磁场能量。为达上述目的，本专利技术提供一种多层微结构磁铁，包括材料层结构，以及微结构磁铁。该材料层结构，使用单层或多层相同或相异材料的组合方式，以产生不同的磁场强度；该材料层结构位于马达或发电机中的该转子及该定子的其中一者上，不同材料层结构组合以及该材料层结构的几何结构改变，可以改变并增强转子和定子之间的磁场磁通量及磁场倉tfi。本专利技术多层微结构磁铁中，该微结构磁铁细部组成具有多种形状的变化，且其分布的形态也可以为多种形式。该微结构磁铁的几何形状可以任意微调，且不同的微结构磁铁于该材料层结构中会有某种分布形态，即微结构磁铁和微结构磁铁之间的距离，视需求而有不同的值。通过以上的结构，可以微调多层微结构磁铁所产生的相应波形及其次频的内容。该微结构磁铁应可用于马达或发电机中的该转子及该定子的其中一者上，由于转子径向旋转，产生相对电压电流是弦波状态，所以本专利技术的微结构磁铁所产生的磁场的波形可以接近某些目标波型，如正弦波(sinusoidal)、阶梯形的波形。在马达应用时，可以视定子电流的磁动势(magnetic motive force, mmf)波形,来决定该多层微结构磁铁所产生的目标波形；若两种波形的形状或其次频的内容相近，则磁场的使用效率可以提高；而去除没有用的次频，也因此相应磁铁或高稀土的使用量可以减少。由于微结构磁铁本身具有磁场，所以该微结构磁铁形状的变化，及其分布的形态，可以改变磁通量的大小及磁场能量的分布。基频磁场是马达主要用于产生扭力的主磁场，一般仍会伴随着更高阶的次频(harmonics)磁场。改变微结构磁铁形状的变化及其分布的形态,将主要产生基频磁场的微结构磁铁增多或增厚，再将产生高阶的次频磁场的微结构磁铁减少或减薄，可以达到改变增加磁场能量及增强马达扭力的效果，相对的在磁铁材料上，可以减少稀土材料的使用。此外，本专利技术可以交互组合不同层该材料层结构，以及微结构磁铁几何结构和分布改变，来达到增强相对应磁场能量，以及减少磁铁稀土材料的最佳化。本专利技术的多层微结构磁铁，可以用于一能量转换装置上，该能量转换装置是一径向磁通马达、一轴向磁通马达、一线性马达或一发电机。在一实施例中，本专利技术提供一种多层微结构磁铁，包括:一材料层结构；以及一微结构磁铁，其形成于该材料层结构的一表面或内层，该微结构磁铁具有由不同磁场大小所构成的一磁场分布。`在另一实施例中，本专利技术提供一种多层微结构磁铁，包括:一微结构磁铁，其形成于一转子及一定子的其中一者上，该微结构磁铁具有由不同磁场大小所构成的一磁场分布。在另一实施例中，本专利技术提供一种多层微结构磁铁，包括:多层材料层结构，其形成于一转子及一定子的其中一者上，该多层材料层结构具有由不同磁场大小所构成的一磁场分布。附图说明 图1为现有马达定子及转子的示意图； 图2为现有转子永磁磁铁分层 图3为现有转子磁化线圈的示意图； 图4为现有马达内置式磁铁的示意图； 图5为本专利技术具有表面微结构磁铁的不意图； 图6为本专利技术两极磁铁布置的不意图； 图7A为本专利技术气隙磁场能量频谱图； 图7B为本专利技术气隙磁场能量频谱图； 图7C为本专利技术区域磁场方向与堆叠方向平行的示意图； 图7D为本专利技术区域磁场方向与堆叠方向同向的示意图； 图8为本专利技术具有微结构磁铁的转子的示意图； 图9为本专利技术具有微结构磁铁的转子的另一示意 图10为一般径向磁化和具有表面微结构磁铁场能量比较图图11为一般径向磁化和具有表面微结构磁铁磁场能量比较图；图12为本专利技术多层微结构磁铁组成，其具有正弦波(sinusoidal)形状的示意图；图13为本专利技术具有正弦(sinusoidal)形状微结构磁铁的转子示意图；图14为一般径向磁化和具有正弦(sinusoidal)形状磁铁磁场能量比较图；图15A与图15B分别为本专利技术多层微结构磁铁组成，且有表面微结构磁铁的示意图；图16为本专利技术正弦(sinusoidal)材料层结构与微结构磁铁表面的磁场能量比较图；图17为本专利技术多层磁铁，其具有中层微结构磁铁的示意图；图18为本专利技术多层磁铁，其具有嵌入式微结构磁铁的示意图；图19为本专利技术5层材料层结构的转子磁铁的示意图；图20为本专利技术5层材料层结构变化的磁场能量比较图；图21A为本专利技术5层材料层结构的转子磁铁的示意图；图21B为本专利技术4层材料层结构组成，且有一层表面微结构磁铁的示意图；图22为本专利技术5层(5mm)材料层结构变化的磁场能量比较图；图23为本专利技术3层(3mm)铷铁硼与两层(2mm)铷铁硼加脉冲调变(PWM)微结构磁铁的磁场能量比较图；图24为本专利技术3层(3mm)材料层结构变化的磁场能量比较25为本专利技术3层(3mm)材料层结构变化的磁场能量比较26为本专利技术3层(3mm)材料层结构变化的磁场能量比较27图本专利技术3层(3mm)材料层结构变化的磁场能量比较28为本专利技术3层(3mm)材料层结构变化的磁场能量比较29为本专利技术本专利技术周期排列微结构磁铁的示意图；图30为本专利技术周期排列微结构磁铁的磁场能量比较图。主要元件符号说明I 转子 rotor2 转子铁蕊 rotor core3 槽 slot4 阻尼绕组 damper windingsION 极永磁 N-pole permanent magnetsIlS 极永磁 S-pole permanent m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多层微结构磁铁，包括:材料层结构；以及微结构磁铁，其形成于该材料层结构的一表面或内层，该微结构磁铁具有由不同磁场大小所构成的一磁场分布。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：彭明灿，阳毅平，简士翔，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：