[发明专利]分层磁体

说明书

技术领域

本发明描述了一种分层磁体以及一种制造分层磁体的方法。

背景技术

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。

发明内容

因此，本发明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。

根据本发明，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。

根据本发明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。本发明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。在根据本发明的分层磁体中，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，根据本发明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。

根据本发明，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。

根据本发明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。

根据本发明，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。

根据本发明，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发明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。