KR20120103494A

KR20120103494A - 층진 자석

Info

Publication number: KR20120103494A
Application number: KR1020120024063A
Authority: KR
Inventors: 에릭 그뢴달; 헨리크 스타이스달; 안드리아나 크리스티나 우르다
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2012-09-19
Also published as: CN102684323A; BR102012005246A2; DK2498267T3; JP6245790B2; JP2012191211A; EP2498267A1; EP2498267B1; IN2012DE00278A; CN108847724A; US20120229239A1; CN108847723A

Abstract

본 발명은 전기 머신(2)의 자석 어레인지먼트를 위한 층진 자석(1, 1')을 설명하고, 상기 층진 자석(1, 1')은 다수의 1차 자석층들(10, 10') 및 다수의 2차 자석층들(11, 12, 13, 11', 12', 13', 14)을 포함하고, 각각의 자석층(10, 10', 11, 12, 13, 11', 12', 13', 14)은 란타나이드(lanthanide) 층 농도를 갖는 강자성체 자석을 포함하고, 상기 란타나이드의 상기 층 농도는 1차 자석층(10, 10')에서 가장 크다. 본 발명은 또한 이러한 층진 자석(1, 1')을 제조하는 방법; 전기 머신(2)을 위한 자석 어레인지먼트; 및 이러한 자석 어레인지먼트를 포함하는 전기 머신(2)을 설명한다.

Description

층진 자석{LAYERED MAGNET}

본 발명은 층진 자석, 및 층진 자석을 제조하는 방법을 설명한다.

발전기 또는 모터와 같은 전기 머신에서, 복수의 자석들은 복수의 코일들 또는 권선들(windings)에 대향하여 배열된다. 일반적으로, 특히, 큰 전기 머신들에서, 자석들은 회전하는 컴포넌트, 즉 회전자(rotor) 상에 배열되고, 권선들은 정지된 컴포넌트, 즉 고정자(stator) 상에 배열된다. 아래의 설명에서 간략화를 위해, 자석들이 똑같이 적절히 고정자에 부착될 수 있고, 권선들이 회전자 상에 배열될 수 있는 것이 지적될 수 있지만, 이러한 어레인지먼트가 가정될 수 있다.

발전기의 경우에서, 자석들은, 적절하게 강한 자기장을 이용하여 자화되고 자신의 수명 동안 자신의 자기 모멘트를 유지하는 경질의(hard) 강자성체 자석 재료로 이루어진 영구 자석들일 수 있다. 전기 발전기에서, 영구 자석들의 강한 자기장들은 고정자 권선들에 전기 전류들을 유도한다. 그러나, 영구 자석의 자기장은 균일하지 않고, 자기소거장들(demagnetizing fields)은 자석의 총 자기 모멘트를 감소시키도록 작용한다. 영구 자석의 보자력(coercivity), 또는 자기소거화(demagnetization)에 저항하는 영구 자석의 능력은, 네오디뮴(Neodymium)(Nd) 또는 디스프로슘(Dysprosium)(Dy)과 같은, 적은 양들의 희토류(란타나이드(lanthanide)) 금속들의 부가에 의해 개선될 수 있다. 그러므로, 이러한 희토류 영구 자석들의 어레인지먼트를 이용하는 것은 전기 발전기의 효율을 개선시킬 수 있다.

알려진 유형들의 희토류 영구 자석들에서, 네오디뮴, 디스프로슘, 사마륨(Samarium)(Sm) 등과 같은 하나 이상의 적합한 란타나이드 금속들은, 자석 재료의 입자들 사이의 자성 격리성을 증가시키기 위해 그리고 자석의 보자력을 증가시키기 위해 제조 프로세스 동안 자석의 재료와 결합된다. 자석의 보자력은 선택된 란타나이드의 농도와 직접적으로 관련된다. 큰 영구 자석들의 제조시 일반적으로 이용되는 분말 소결(powder sintering) 방법에서, 철(Fe)과 같은 자석 재료는, NdFeB 자석의 경우에 붕소(B)와 같은 다른 재료들 및 임의의 란타나이드들과 분말 형태로 결합되고, 성형되게 가압되고, 소결된다. 이 접근방식에서, 란타나이드들은 본질적으로 자석의 몸체 내에 균일하게 분포되어 균질의 보자력을 제공한다.

그러나, 디스프로슘과 같은 란타나이드들은 매우 고가이고, 전기 머신의 전체 비용들을 상당히 증가시킨다. 머신이 클수록, 대응적으로 큰 자석들을 위해 보다 많은 재료가 요구된다. 예를 들면, 풍력발전용 터빈(wind turbine)의 다중-극 직접-구동 발전기(multi-pole direct-drive generator)는 약 7m 내지 10m의 직경 및 약 2m의 길이를 가질 수 있으며, 영구 자석들 각각이 수 센치미터의 폭 및 높이일 수 있고 회전자의 길이를 따라 길이가 2m까지 연장될 수 있는 수백개의 영구 자석들을 요구할 수 있다.

그러므로, 본 발명의 목적은 보다 경제적인 희토류 영구 자석을 제공하는 것이다.

이 목적은 청구항 제1항의 층진 자석; 제9항의 층진 자석을 제조하는 방법; 제12항의 자석 어레인지먼트; 및 제13항의 전기 머신에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 전기 머신의 자석 어레인지먼트를 위한 층진 자석은 적어도 하나의 1차 자석층 및 다수의 2차 자석층들을 포함하고, 각각의 자석층은 란타나이드의 층 농도를 갖는 강자성체 자석을 포함하고, 란타나이드의 층 농도는 1차 자석층에서 가장 크다.

본 발명에 따른 층진 자석의 이점은, 란타나이드의 총량이 최소한으로 유지될 수 있는 동시에 매우 긍정적인 보자력 특성들을 갖는 희토류 영구 자석을 제공한다는 것이다. 본 발명은 전기 머신의 동작 동안 영구 자석에 작용하는 자기 소거력들(demagnetizing forces)의 관찰들에 기초한다. 자기 소거력들이 자석의 모든 영역들에 동일한 범위로 작용하지 않고, 그러므로, 자석의 모든 영역들이 높은 보자력으로부터 이득을 보지 않는다는 것이 관찰되었다. 자기장 세기는 자석의 외부 영역들, 즉 장(field)에 보다 근접한 영역들에서 가장 크다. 이들은 에어 갭(air-gap)에 가장 근접한 영역들이고, 자기소거장들은 이들 영역들에서 가장 강하다. 란타나이드 농도가 자석에 걸쳐 균일한 종래 기술의 희토류 영구 자석들에서, 란타나이드의 상당한 부분이 실질적으로 "낭비(wasted)"되는데, 그 이유는 높은 보자력이 사실상 자석의 모든 영역들에서 요구되지는 않기 때문이다. 상이한 양들 또는 농도들의 란타나이드를 갖는 자석층들이 이용되는 본 발명에 따른 층진 자석에서, 보다 높은 란타나이드 농도는 가장 유익한 곳, 즉 높은 보자력이 요구되는 자석의 그러한 영역들에서 획득될 수 있는 반면에, 보다 낮은 농도는 높은 보자력이 이득이 없는 자석의 그러한 부분들에서 이용될 수 있다. 알려진 유형들의 희토류 영구 자석들과 대조적으로, 본 발명에 따른 층진 자석은 단지, 자석의 다양한 영역들에서 자기소거장들을 견디기 위해 실제로 요구되는 만큼의 란타나이드만을 이용한다.

본 발명에 따르면, 전기 머신의 자석 어레인지먼트를 위한 층진 자석을 제조하는 방법은, 다수의 1차 자석층들 및 다수의 2차 자석층들을 형성하는 단계 ? 각각의 자석층은 강자성체 자석을 포함함 ?, 란타나이드의 층 농도가 1차 자석층 내에서 가장 높도록 자석층들 내에 란타나이드의 층 농도들을 도입하는 단계, 및 층진 자석을 제공하기 위해 자석층들을 배열하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법의 이점은, 각각의 자석층이 적합한 알려진 기술, 예를 들어 분말 소결의 기술을 이용하여 제조될 수 있고, 층들이, 하나 이상의 란타나이드들의 전체적으로 균질하지 않고 긍정적으로 경제적인 분포를 갖는 영구 자석을 획득하도록 스택(stack)될 수 있다는 것이다.

본 발명에 따르면, 전기 머신을 위한 자석 어레인지먼트는, 전기 머신의 고정자 또는 회전자 상에 배열된 복수의 이러한 층진 자석들을 포함한다.

본 발명에 따르면, 전기 머신은 이러한 자석 어레인지먼트를 포함한다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예들 및 특징들은 아래 설명에서 나타나는 바와 같이 종속 청구항들에 의해 제공된다. 상이한 청구항 카테고리들의 특징부들은 본 명세서에 설명되지 않은 추가의 실시예들을 제공하기 위해 적절하게 결합될 수 있다.

간략화를 위해, 그러나 본 발명을 어떠한 방식으로도 제한함이 없이, 전기 머신이 발전기, 예를 들어 풍력발전용 터빈의 직접-구동 발전기이고, 층진 자석들이 상기 터빈의 회전자 상에 배열되는 것이 아래에서 가정될 수 있다. 일반적으로, 영구 자석의 장착 표면 또는 밑면이 회전자의 외부 표면에 접착(glue)되거나 또는 그렇지 않으면 부착되어서, 자석이 회전자 외부 표면을 넘어 돌출된다. 이러한 자석은 또한 일반적으로, 본질적으로, 2개의 장측들(long sides) 또는 측표면들(lateral surfaces) 및 상부표면(top surface)을 갖는 직사각형의 형상이다. 이하에서, '자석', '층진 자석', '영구 자석' 및 '희토류 영구 자석'이라는 용어들은 본 발명에 따른 층진 자석에 관하여 상호교환가능하게 이용될 수 있다.

이하에서, 간략화를 위해, 디스프로슘은 층진 자석에 포함되는 란타나이드로서 지칭된다. 그러나, 이는 디스프로슘만으로 제한하여 해석되지 않을 것이며, 다른 적합한 란타나이드들이 디스프로슘 대신에 또는 디스프로슘에 부가하여 이용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

상기 지시된 바와 같이, 전기 머신의 자기 회로 설계에 따라, 자석의 외부 영역(에어-갭에 가장 근접한 영역)은 보다 높은 자기소거장에 영향을 받을 수 있지만, 에어-갭으로부터 보다 멀리 동떨어진 자석의 영역들은 보다 약한 자기소거장들에 영향을 받는다. 그러므로, 본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 1차 자석층은 층진 자석의 외부 영역에 배열되지만, 상기 외부 영역은 전기 머신의 에어-갭에 근접하여 위치한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 층진 자석은 장착 표면 및 적어도 하나의 측표면을 포함하고, 란타나이드의 층 농도들은 장착 표면을 향하여 감소하거나 그리고/또는 측표면을 향하여 증가한다.

자석의 장착 표면이 에어-갭으로부터 가장 멀리 있기 때문에, 장착 표면을 향하여 감소하는 디스프로슘의 층 농도들을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 실시예에서, 가장 높은 디스프로슘 농도가 에어-갭에 가장 근접하도록, 1차 자석층은 자석의 '상부(upper)' 표면에 배열될 수 있다.

에어-갭이 인접 자석들 사이의 영역들로 연장하기 때문에, 자기소거장은 또한 자석의 장측들을 따라 강하다. 그러므로, 높은 디스프로슘 농도들이 자석의 외부측들을 따라 획득될 수 있도록, 1차 자석층을, 본질적으로 자석의 길이방향 축에 평행한, 자석의 외부 에지들 중 하나 또는 양자 모두를 따라 배열하는 것이 바람직할 수 있다.

자기소거화에 대한 긍정적인 저항(favourable resistance)이, 균질의 디스프로슘 분포를 갖는 종래 기술의 자석의 질량의 약간의 퍼센트, 예컨대 5% 내지 6%의 영역에서의 디스프로슘의 농도에 의해 획득될 수 있다는 것이 관찰되었다. 그러므로, 본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 1차 자석층의 디스프로슘의 층 농도는 1차 자석층의 질량의 적어도 5%를 포함한다.

1차 자석층이 가장 큰 디스프로슘 농도를 갖고, 가장 높은 보자력이 요구되는 자석 영역에 배열되기 때문에, 이는, 만약 상기 가장 높은 보자력이 요구되는 자석 영역이 전체 자석의 비교적 큰 부분을 나타내면 바람직할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 추가의 바람직한 실시예에서, 1차 자석층은 임의의 2차 자석층의 두께보다 두꺼운 층 두께를 갖는다. 비교적 큰 1차 자석층 및 다수의 보다 작은 또는 보다 얇은 2차 층들을 이용함으로써, 높은 보자력을 갖는 자석의 비교적 큰 영역이 획득될 수 있지만, 다른 영역들은 그들의 비교적 보다 작은 부피 및 그들의 보다 낮은 디스프로슘 농도로 인해 낮은 보자력을 나타낸다.

이미 상기에서 지시된 바와 같이, 풍력발전용 터빈과 같은 전기 머신에서의 이용을 위한 영구 자석들은 크고, 용이하게 길이가 수미터까지일 수 있고 폭 및 높이는 수센치미터까지일 수 있다. 따라서, 자석에 걸친 자기소거장들은 상당한 강도일 수 있다. 그러므로, 본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 디스프로슘이 자석층의 몸체를 통해 본질적으로 균일하게 분포되도록, 자석층의 디스프로슘 부분은 자석 재료와 결합된다. 이는 상술된 분말 소결 프로세스에 의해 달성될 수 있다. 특히, 비교적 큰 두께, 예를 들어 20㎜의 자석층을 위해 그리고/또는 에어-갭에 근접하게 배열된 자석층을 위해, 분말 소결 기술은 충분히 균질한 디스프로슘의 분포를 제공할 수 있다. 입계 확산(grain boundary diffusion)(GBD)의 기술이 또한 완성된 층의 자기 특성들을 개선하기 위해 적용될 수 있다.

보다 얇은 자석층을 위해 그리고/또는 에어-갭으로부터 보다 멀리 떨어져 배열된 자석층을 위해, 대안적인 보다 단순한 제조 기술이 적용될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 자석층의 디스프로슘 부분은 종래의 확산 프로세스로 상기 자석층으로 확산될 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 란타나이드들이 혼합되는, 예를 들어 디스프로슘이 많은 양의 네오디뮴과 함께 혼합되는 수지 점결제(resin binder)를 포함하는 '그린 시트(green sheet)'를 이용하여 이러한 얇은 자석층을 코팅하고, 코팅된 자석을 소결하는 것은 충분할 수 있다. 그 결과는, 란타나이드 부분이 대부분 자석층의 표면에 크게 집중되는 자석층이다. 이 기술은 단지 수밀리미터의 두께를 갖는 자석층을 위해 만족스러운 결과들을 제공할 수 있다.

자석층들은 최종적인 층진 자석을 제공하기 위해 다수의 상이한 방식들로 배열될 수 있다. 층진 자석의 제 1 바람직한 실시예는 자석층들의 수평 스택을 포함하고, 상기 수평 스택은 회전자의 외부 표면에 본질적으로 평행하게 회전자 상에 장착될 수 있다. 이 실시예에서, 장착 표면에서의 자석층, 즉 스택의 바닥의 2차 층은 가장 낮은 디스프로슘 농도를 갖지만, 상부 표면에서의 자석층, 즉 스택의 1차 층은 가장 높은 디스프로슘 농도를 갖는다.

층진 자석의 제 2 바람직한 실시예는 자석층들의 수직 스택을 포함하고, 상기 수직 스택은, 층들이 회전자의 표면에 본질적으로 수직하게(upright) 또는 직각으로(perpendicular) 배열되도록, 회전자 상에 장착될 수 있다. 층진 자석의 이 실시예에서, 장착 표면은 각각의 자석층의 일 측면을 포함하지만, 층진 자석의 측표면은 가장 높은 디스프로슘 농도를 갖는 1차 자석층을 포함한다. 보다 낮은 디스프로슘 농도들을 갖는 2차 자석층들은 1차 층들 사이에 '개재(sandwich)'될 수 있다.

물론, 이들 수평 및 수직 스택 설계들은 '체커판(checkerboard)' 형태의 설계를 제공하기 위해 결합될 수 있다. 이러한 조합을 이용하여, 층진 자석의 모든 외부 영역들에서 높은 디스프로슘 함량을 갖고, 모든 내부 또는 내부 영역들에서 낮은 디스프로슘 함량을 갖는 것이 가능할 것이다.

자석의 단지 특정 영역들에서만 높은 디스프로슘 농도를 가짐으로써, 본 발명에 따른 자석의 전체적인 디스프로슘 함량은, 비교되는 종래 기술의 희토류 영구 자석의 디스프로슘 함량보다 상당히 적다. 본 발명에 따른 층진 자석의 특히 바람직한 실시예에서, 총 디스프로슘 함량은, 자석 질량의 최대 4.8%, 보다 바람직하게는 최대 4.4%, 가장 바람직하게는 최대 4.0%를 포함한다. 예를 들면, 1차 자석층(들) 내의 6% 디스프로슘 및 에어-갭으로부터 가장 먼 2차 층 내의 단지 2%의 디스프로슘을 갖는 층진 자석에 있어서, 전체적인 또는 총 디스프로슘 함량은 단지 약 4.2%이고, 따라서 알려진 희토류 영구 자석 설계들보다 상당히 경제적인 이점을 제공한다.

도입부에서 설명된 바와 같이, 영구 자석의 외부 에지들은 보다 높은 장(field) 강도를 가져서, 자석의 이들 부분들에서 자기 소거력들이 가장 강하다. 개선된 자석 성능에 대해, 본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 전기 머신의 에어-갭에 노출된 1차 자석층의 표면 영역이 임의의 2차 자석층의 노출된 표면 영역보다 크도록, 층 스택의 자석층들은 치수가 정해지거나(dimension) 그리고/또는 배열된다.

자석의 길이방향 축에 대해 직각으로 취해진 단면이 직사각형 형상을 갖도록, 본 발명에 따른 층진 자석은 단순한 직사각형 블록 형상을 가질 수 있다. 그러나, 다른 설계들이 보다 양호한 성능을 전달할 수 있다. 예를 들면, 자석이 자신의 길이방향 축을 따라 가장 크도록, 자석은 곡선형의 외부 표면을 갖도록 설계될 수 있다. 개개의 자석층들의 형상들은 적합하게 조절될 수 있다. 예를 들면, 수평 스택 어레인지먼트에서, 1차 층은 곡선형의 상부 표면을 가질 수 있지만, 2차 층들은 본질적으로 평탄한 층들이다. 수직 스택 어레인지먼트에서, '긴(tall)' 중앙 2차 층 및 '짧은(short)' 외부 1차 층들을 제공하기 위해 자석층들은 상이한, 적합하게 설계된 주형들에서 주조(mould)될 수 있고, 그에 따라, 전체적인 층진 자석 또는 스택이 본질적으로 완만한 외부 표면을 갖도록, 에어-갭에 대해 노출될 상부 표면들은 미리규정된 곡면을 따르도록 형성(shape)된다.

외부 2차 층은 적절히 낮은 디스프로슘 농도, 예를 들어 약 2%의 농도를 가질 수 있다. 물론, '낮은 농도'는 또한, 층이 가장 외부의 또는 가장 낮은 층의 보자력이 전체 자석 설계에 특별히 관련되지 않을 수 있는 특히, 층진 자석에 대해서 무시해도 될 정도(negligible)의 양의 디스프로슘을 포함하는 것을 의미할 수 있다.

본 발명에 따른 층진 자석의 층 구조는, 예를 들어 분말의 층들(strata) 또는 층들(layers)을 갖는 적합한 형태를 필링(filling)함으로써 달성될 수 있고, 각각의 분말층은 상이한 디스프로슘 농도를 포함한다. 그 다음에, 이들 층들은 함께 가압되고 소결된다. 그러나, 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서, 층들은 개별적으로 형성되고, 완료된(finished) 자석층들은 스택을 제공하기 위해 함께 가압되거나 그리고/또는 접착된다. 바람직하게, 스택의 자석층들 사이에 현저한 갭들이 존재하지 않도록, 층들은 함께 근접하게 피팅(fit)되도록 형성되었다.

란타나이드 부가로 인하여 희토류 영구 자석이 부서지기 쉽기(brittle) 때문에, 본 발명에 따른 방법은 바람직하게, 전기 머신의 회전자 또는 고정자에 부착하기 위해 스택을 비-자성 용기(container) 내에 배열하는 단계를 또한 포함한다. 용기는, 회전자에 확실히 부착될 수 있고, 손상 및/또는 부식으로부터 자석을 보호하는 임의의 적합한 재료, 예를 들어 비-자성 강철 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 전기 머신은 바람직하게 풍력발전용 터빈의 다중-극 발전기, 특히 직접 구동 발전기이다. 이러한 발전기들은, 본 발명에 따른 매우 강한 희토류 층진 영구 자석들의 맞춤식(tailored) 보자력으로 인한 매우 긍정적으로 효율적인 방식으로 수행하도록 실현될 수 있다.

본 발명의 다른 목적들 및 특징들은 첨부된 도면들과 관련하여 고려된 아래의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 도면들이 본 발명의 제한들의 규정으로서가 아닌 단지 예시의 목적들을 위해서만 설계되었다는 것이 이해될 것이다.

도 1은 제 1 시간 순간에서 장(field) 라인들 및 전기 머신을 통한 부분 단면도를 도시한다.
도 2는 제 2 시간 순간에서 장 라인들을 갖는 도 1의 전기 머신을 통한 부분적 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 층진 자석을 도시한다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 층진 자석을 도시한다.

도면들에서, 전체를 통해 동일한 번호들은 동일한 객체들을 나타낸다. 도면들의 객체들은 반드시 축적적으로 그려지지 않았다.

도 1은 예를 들어, 고정자(21)에 대한 회전자(20)의 제 1 위치에 대해 제 1 시간 순간에서의 장(field) 라인들(F) 및 전기 머신(2)을 통한 부분적 단면을 도시한다. 영구 자석(M)은 회전자(20)의 외부 표면 상에 배열된다. 명료함을 위해 도면은 단지 하나의 자석만을 도시하지만, 복수의 자석들(M)이 회전자(20) 상에 배열될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 풍력발전용 터빈(wind turbine)의 다중-극 직접-구동 발전기는 수미터의 지름을 가질 수 있다. 예를 들면, 약 7m의 회전자 지름을 갖는 발전기는 회전자(20) 상에 배열된 100 내지 200개의 영구 자석들(M)을 가질 수 있다. 각각의 자석(M)은, 회전자(20)의 길이에 따라 1.5m 내지 2m 길이일 수 있고, 2㎝ 또는 그 이상의 높이일 수 있고, 15㎝ 폭일 수 있다.

머신(2)의 동작 동안, 자석들(M)의 자기장(F)은, 전류가 고정자(21)의 고정자 치형부(teeth)(22) 사이에 배열된 권선들(23)에 도입되게 한다. 머신의 동작 동안, 회전자(20)는 고정자(21)와 관하여 특정 방향으로 이동한다. 자기장 라인들(F)의 분포는 그에 따라 변동한다. 그러나, 자기소거장은 항상 자석의 외부 영역들에서 보다 강하다. 도 2는 장(field) 라인들(F)의 다른 분포를 도시한다. 자기 소거력들(demagnetizing forces)에 저항하기 위해, 특정 영역들에서 요구되는 보자력을 보장하기 위해 자석의 재료 내에 비교적 높은 퍼센티지의 디스프로슘(Dysprosium)을 포함함으로써 일반적으로 획득되는 높은 보자력이 요구된다. 그러나, 도면들이 도시하는 바와 같이, 자기 소거력은 자석 상에 균등하게 분포되지 않고, 에어-갭으로부터 가장 먼 자석(M)의 영역들에서 가장 약하다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 층진 자석(1)을 도시한다. 이 층진 자석(1)은 수평 스택(S) 내에 스택된 다양한 층들(10, 11, 12, 13, 14)을 포함한다. 에어-갭에 가장 근접하게 배열될 상부층(10)은, 약 5% 내지 6%의 높은 디스프로슘 함량을 갖는 1차 층(10)이다. 나머지 층들(11, 12, 13, 14)은 디스프로슘 농도들이 감소하는 2차 층들이다. 예를 들면, 디스프로슘 농도는 1차 층(10) 다음의 2차 층(11)에서 3% 내지 4%를 포함할 수 있고, 1차 층(10)으로부터 가장 멀고 그러므로 또한 에어-갭으로부터 가장 먼 2차 층(14)에서 2% 내지 3%의 농도로 감소할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 층진 자석(1')을 도시한다. 여기에서, 2개의 1차 층들(10')은 자석(1')의 외부측들에 배열되고, 여러 2차 층들(11', 12', 13')은 수직 스택(S') 내의 1차 층들 사이에 개재된다. 다시, 1차 층들(10')의 디스프로슘 함량은 약 5% 내지 6%로 높을 수 있다. 나머지 층들(11', 12', 13')은 점진적으로 감소하는 디스프로슘 농도들을 나타낼 수 있고, 예를 들어, 1차 층(10') 다음의 2차 층(11')에서의 3% 내지 4%에서부터, 1차 층들(10')로부터 가장 멀고 그러므로 또한 에어-갭으로부터 가장 먼 중심 2차 층(13')에서의 약 2% 내지 3%까지이다.

도 3 및 도 4의 자석 스택들(S, S') 양자 모두는, 전기 머신의 회전자 상으로의 장착 이전에 적합한 보호 재료로 둘러싸이거나 밀봉될 수 있다.

본 발명이 바람직한 실시예들 및 그에 대한 변형들의 형태로 개시되었지만, 많은 부가적인 변경들 및 변형들이 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 본 발명에 대해 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.

명료성을 위해, 본원에 걸쳐서 "단수"("a" 또는 "an")의 이용은 복수를 배제하지 않고, "포함하는(comprising)"은 다른 단계들 또는 엘리먼트들을 배제하지 않는다는 것이 이해될 것이다.

Claims

전기 머신(2)의 자석 어레인지먼트를 위한 층진 자석(layered magnet)(1, 1')으로서,
상기 층진 자석(1, 1')은 다수의 1차 자석층들(10, 10') 및 다수의 2차 자석층들(11, 12, 13, 11', 12', 13', 14)을 포함하고,
각각의 자석층(10, 10', 11, 12, 13, 11', 12', 13', 14)은 란타나이드(lanthanide)의 층 농도를 갖는 강자성체 자석(ferromagnet)을 포함하고,
상기 란타나이드의 상기 층 농도는 1차 자석층(10, 10')에서 가장 큰,
전기 머신의 자석 어레인지먼트를 위한 층진 자석.
제 1 항에 있어서,
1차 자석층(10, 10')은 상기 층진 자석(1, 1')의 외부 영역에 배열되는,
전기 머신의 자석 어레인지먼트를 위한 층진 자석.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 층진 자석(1, 1')은 장착 표면(30) 및 적어도 하나의 측표면(31)을 포함하고,
상기 란타나이드의 상기 층 농도들은 상기 장착 표면(30)을 향하여 감소하거나 그리고/또는 상기 측표면(31)을 향하여 증가하는,
전기 머신의 자석 어레인지먼트를 위한 층진 자석.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 란타나이드는 디스프로슘(Dysprosium)을 포함하고,
1차 자석층(10, 10') 내의 디스프로슘의 상기 층 농도는 적어도 5%를 포함하고,
2차 자석층(11, 12, 13, 11', 12', 13', 14) 내의 상기 층 농도는 최대 3%를 포함하는,
전기 머신의 자석 어레인지먼트를 위한 층진 자석.
제 4 항에 있어서,
상기 자석층들(10, 10', 11, 12, 13, 11', 12', 13', 14) 내의 총 디스프로슘 함량은, 상기 층진 자석(1, 1')의 질량의 최대 4.8%, 보다 바람직하게는 최대 4.4%, 가장 바람직하게는 최대 4%를 포함하는,
전기 머신의 자석 어레인지먼트를 위한 층진 자석.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
1차 자석층(10, 10')은 임의의 2차 자석층(11, 12, 13, 11', 12', 13', 14)의 두께보다 두꺼운 층 두께를 갖는,
전기 머신의 자석 어레인지먼트를 위한 층진 자석.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기 머신(20)의 회전자(rotor) 또는 고정자(stator)의 외부 표면에 본질적으로 평행한 배열을 위해 자석층들(10, 11, 12, 13, 14)의 수평 스택(S)을 포함하는,
전기 머신의 자석 어레인지먼트를 위한 층진 자석.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 층진 자석(1, 1')은, 상기 전기 머신의 회전자 또는 고정자의 외부 표면에 본질적으로 수직하는 배열을 위해 자석층들(10', 11', 12', 13')의 수직 스택(S')을 포함하는,
전기 머신의 자석 어레인지먼트를 위한 층진 자석.
전기 머신(2)의 자석 어레인지먼트를 위한 층진 자석(1, 1')을 제조하는 방법으로서,
다수의 1차 자석층들(10, 10') 및 다수의 2차 자석층들(11, 12, 13, 11', 12', 13', 14)을 획득하는 단계 ? 각각의 자석층(10, 10', 11, 12, 13, 11', 12', 13', 14)은 강자성체 자석을 포함함?;
란타나이드의 층 농도가 1차 자석층(10, 10') 내에서 가장 크도록, 상기 자석층들(10, 10', 11, 12, 13, 11', 12', 13', 14) 내에 란타나이드의 층 농도들을 도입하는 단계; 및
층진 자석(M, M')을 제공하기 위해 상기 자석층들(10, 10', 11, 12, 13, 11', 12', 13', 14)을 배열하는 단계
를 포함하는,
전기 머신의 자석 어레인지먼트를 위한 층진 자석을 제조하는 방법.
제 9 항에 있어서,
자석층(10, 10', 11, 12, 13, 11', 12', 13', 14)의 란타나이드 부분은 확산 프로세스에서 자석층(10, 10', 11, 12, 13, 11', 12', 13', 14)으로 확산되는,
전기 머신의 자석 어레인지먼트를 위한 층진 자석을 제조하는 방법.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 층진 자석(1, 1')은 상기 자석층들(10, 10', 11, 12, 13, 11', 12', 13', 14)을 함께 가압함으로써 그리고/또는 접착시킴으로써 조립되는,
전기 머신의 자석 어레인지먼트를 위한 층진 자석을 제조하는 방법.
전기 머신(2)을 위한 자석 어레인지먼트로서,
상기 전기 머신(2)의 회전자 또는 고정자 상에 배열된, 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 복수의 층진 자석들(10, 10', 11, 12, 13, 11', 12', 13', 14)을 포함하는,
자석 어레인지먼트.
제 12 항에 따른 자석 어레인지먼트를 포함하는 전기 머신(2).
제 13 항에 있어서,
상기 자석 어레인지먼트는 상기 전기 머신(2)의 상기 회전자(20) 상에 배열되는,
전기 머신.
제 14 항에 있어서,
상기 전기 머신(2)은 풍력발전용 터빈(wind turbine)의 다중-극 발전기인,
전기 머신.