[发明专利]多层微结构磁铁

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁铁，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。

背景技术

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所示，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1，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。

发明内容

本发明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，本发明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能量。

本发明多层微结构磁铁中，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，所以本发明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，本发明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。

本发明的多层微结构磁铁，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，本发明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，本发明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。