DE102023121488A1

DE102023121488A1 - Schnittstellenmaterialien für verbundmagnete

Info

Publication number: DE102023121488A1
Application number: DE102023121488.8A
Authority: DE
Inventors: Chuanbing Rong
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2022-08-12
Filing date: 2023-08-10
Publication date: 2024-02-15
Also published as: US20240055164A1; CN117637290A

Abstract

Verbundmagnete, wie etwa für elektrische Maschinen in Fahrzeugen, sind offenbart. Die Verbundmagneten weisen eine Schnittstellenphase auf, die sich von der hartmagnetischen Phase und der weichmagnetischen Phase unterscheidet, um den Übergang zu erleichtern oder einen graduellen Übergang zwischen der harten und der weichen Phase des Verbundmagneten zu schaffen. Das Hinzufügen von beispielsweise einer Schnittstellenschicht erhält oder verbessert die Leistung der magnetischen Eigenschaften auch bei höheren Korngrößen, wie etwa jenseits der nanoskaligen Ebene.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft Dauermagnete und insbesondere betrifft die Offenbarung Verbundmagnete mit einem Schnittstellenmaterial.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Magnete durchdringen viele Technologien des modernen Lebens. Dauermagnete, wie etwa seltende Erdmagnete (z. B. Nd-Fe-B), werden häufig in elektrischen Maschinen verwendet und können in modernen Fahrzeugen verwendet werden, die Elektrofahrzeuge und Hybridelektrofahrzeuge beinhalten. Beispielsweise können elektrische Maschinen Motoren, wie etwa Traktionsmotoren, beinhalten.
KURZDARSTELLUNG
Es wird ein Verbundmagnet mit Dauermagnetbereichen, nicht dauerhaften (d. h. temporären) Magnetbereichen und Schnittstellenbereichen dazwischen offenbart. Beispielsweise kann der Verbundmagnet eine Vielzahl von Dauermagnetbereichen, wie etwa Dauermagnetschichten, eine Vielzahl von Nicht-Dauermagnetbereichen, wie etwa Nicht-Dauermagnetschichten, und eine Vielzahl von Schnittstellenbereichen, die zwischen den Dauer- und Nicht-Dauermagnetschichten angeordnet sind, aufweisen. Die Dauermagnetbereiche, Nicht-Dauermagnetbereiche und Schnittstellenbereiche können sämtlich eine voneinander unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen. Beispielsweise kann jeder Bereich eine andere Zusammensetzung als der/die benachbarte(n) Bereich(e) aufweisen.
Ein weiterer Verbundmagnet mit einem hartmagnetischen Abschnitt, einem weichmagnetischen Abschnitt und einem Schnittstellenabschnitt, der zwischen dem hartmagnetischen und dem weichmagnetischen Abschnitt angeordnet ist, wird offenbart. In einer Verfeinerung ist die Zusammensetzung des hartmagnetischen Abschnitts, des weichmagnetischen Abschnitts und des Schnittstellenabschnitts unterschiedlich. Beispielsweise kann jeder eine andere chemische Struktur aufweisen.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundmagneten wird ebenfalls offenbart. Das Verfahren beinhaltet Anordnen einer Schnittstellenschicht auf einer weichmagnetischen Schicht, Anordnen einer hartmagnetischen Schicht auf der Schnittstellenschicht gegenüber der weichmagnetischen Schicht und Zusammenfügen der Schichten, um einen Verbundmagneten zu bilden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Verbundmagneten.
2 ist eine magnetische Flussdichte in Bezug auf die Magnetisierungskraft (BH-Verlauf), welche die Ergebnisse von herkömmlichen Verbundmagneten und den in dieser Schrift offenbarten Verbundmagneten darstellt.
3 ist ein BH-Verlauf, der einen herkömmlichen Verbundstoff und andere Ausführungsformen von in dieser Schrift beschriebenen Verbundstoffen darstellt.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines Magneten darstellt.
5 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Verbundmagneten.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In dieser Schrift sind Ausführungsformen beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht zwangsläufig maßstabsgetreu. Einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details konkreter Komponenten zu zeigen. Daher sind in dieser Schrift offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann zu lehren.
Verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, können mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für konkrete Anwendungen oder Umsetzungen gewünscht sein.
Außerdem gelten, sofern nicht ausdrücklich etwas Gegenteiliges angegeben ist, Prozent, „Teile von“ und Verhältniswerte für das Gewicht. Die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt für alle folgenden Verwendungen derselben Abkürzung in dieser Schrift und findet entsprechende Anwendung für normale grammatische Variationen der ursprünglich definierten Abkürzung. Sofern nicht ausdrücklich etwas Gegenteiliges angegeben ist, wird die Messung einer Eigenschaft durch die gleiche Technik bestimmt, die zuvor oder später für die gleiche Eigenschaft angegeben wird.
Diese Offenbarung ist nicht auf die nachstehend beschriebenen spezifischen Ausführungsformen und Verfahren beschränkt, da spezifische Komponenten und/oder Bedingungen variieren können. Darüber hinaus wird die in dieser Schrift verwendete Terminologie nur zum Zwecke des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen verwendet und soll in keiner Weise einschränkend sein.
Die in der Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen verwendeten Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ umfassen Pluralbezüge, sofern der Kontext nicht deutlich etwas anderes angibt. Beispielsweise soll eine Bezugnahme auf eine Komponente im Singular eine Vielzahl von Komponenten umfassen.
Der Ausdruck „im Wesentlichen“ oder „im Allgemeinen“ kann in dieser Schrift verwendet werden, um offenbarte oder beanspruchte Ausführungsformen zu beschreiben. Der Ausdruck „im Wesentlichen“ kann einen Wert oder eine relative Charakteristik modifizieren, der bzw. die in der vorliegenden Offenbarung offenbart oder beansprucht wird. In derartigen Fällen kann „im Wesentlichen“ bedeuten, dass der Wert oder die relative Charakteristik, den bzw. die es modifiziert, innerhalb von ± 0 %, 0,1 %, 0,5 %, 1 %, 2 %, 3 %, 4 %, 5 % oder 10 % des Werts oder der relativen Charakteristik liegt.
Es versteht sich zudem, dass Ganzzahlbereiche ausdrücklich alle dazwischenliegenden ganzen Zahlen beinhalten. Beispielsweise beinhaltet der Ganzzahlbereich 1-10 ausdrücklich 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 und 10. Gleichermaßen beinhaltet der Bereich 1 bis 100 1, 2, 3, 4, ..., 97, 98, 99, 100. Gleichermaßen können, wenn ein beliebiger Bereich erforderlich ist, dazwischenliegende Zahlen, die Inkremente der Differenz zwischen der oberen Grenze und der unteren Grenze geteilt durch 10 sind, als alternative obere oder untere Grenze herangezogen werden. Falls zum Beispiel der Bereich 1,1 bis 2,1 ist, können die folgenden Zahlen 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9 und 2,0 als untere oder obere Grenze ausgewählt werden.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Verbundmagnet 100 offenbart, der eine erste Vielzahl von ersten Bereichen 102, eine zweite Vielzahl von zweiten Bereichen 104 und eine dritte Vielzahl von dritten Bereichen 106 aufweist. In einer Verfeinerung können die ersten Bereiche hartmagnetische Abschnitte 102 sein, können die zweiten Bereiche Schnittstellen-/Übergangsabschnitte 104 sein und können die dritten Bereiche weichmagnetische Abschnitte 106 sein. In einer Verfeinerung kann ein zweiter Bereich der zweiten Vielzahl zwischen jedem des ersten und dritten Bereichs angeordnet sein. Anders ausgedrückt kann ein Schnittstellen-/Ubergangsmaterial zwischen dem hartmagnetischen und dem weichmagnetischen Bereich angeordnet sein. In einer Variation können die zweiten Bereiche (z. B. Schnittstellen-/Übergangsmaterial) nur auf einer Seite eines ersten (hartmagnetischen) Bereichs und/oder eines zweiten (weichmagnetischen) Bereichs angeordnet sein. Beispielsweise kann der Verbundmagnet aus einer ersten hartmagnetischen Schicht, einer ersten Schnittstellenschicht und einer ersten weichmagnetischen Schicht bestehen. Diese Abfolge kann nach Bedarf wiederholt werden, sodass eine zweite hartmagnetische Schicht benachbart zu der ersten weichmagnetischen Schicht gegenüber der ersten Schnittstellenschicht angeordnet ist, gefolgt von einer zweiten Schnittstellenschicht und einer zweiten weichmagnetischen Schicht, wie in 5 gezeigt.
Die hartmagnetischen Abschnitte 102 können ihre magnetischen Eigenschaften beibehalten, nachdem sie magnetisiert wurden, d. h. sie sind schwierig zu entmagnetisieren, während die weichmagnetischen Abschnitte 106 ihre magnetischen Eigenschaften nach dem Magnetisieren nicht beibehalten können, d. h. sie werden leicht entmagnetisiert. In einer oder mehreren Ausführungsformen können die hartmagnetischen Abschnitte 102 Dauermagnetabschnitte (z. B. Nd-Fe-B und/oder SmCo) sein und können die weichmagnetischen Abschnitte 106 Nicht-Dauermagnetabschnitte (z. B. Fe und/oder FeCo) sein. In einer Variation können die hartmagnetischen Abschnitte 102 eine hohe Koerzitivkraft aufweisen (z. B. mindestens 700 kA/m oder bevorzugter mindestens 800 kA/m oder noch bevorzugter mindestens 850 kA/m) und können eine niedrigere Sättigungsmagnetisierung aufweisen, wohingegen weichmagnetische Abschnitte 106 eine niedrige Koerzitivkraft aufweisen können (z. B. nicht mehr als 50 kA/m oder bevorzugter nicht mehr als 30 kA/m oder noch bevorzugter nicht mehr als 20 kA/m) und eine höhere Sättigungsmagnetisierung aufweisen können. In einer Variation kann der hartmagnetische Bereich überraschenderweise eine größere Dicke als herkömmliche Verbundmagnete im Nanobereich aufweisen, ohne die Leistung zu beeinträchtigen oder sogar mit besseren Leistungen, aufgrund der Hinzufügung des Schnittstellen-/Übergangsbereichs. Beispielsweise kann der hartmagnetische Bereich eine Dicke von mindestens 1 µm oder bevorzugter mindestens 500 nm oder noch bevorzugter mindestens 250 nm oder noch bevorzugter mindestens 100 nm aufweisen.
Verbundmaterialien, die aus hartmagnetischen und weichmagnetischen Materialien hergestellt sind, werden in US20210158999 erörtert, identifiziert durch Serien-Nr. 16/690,237 und eingereicht am 21. November 2019, die hiermit per Bezugnahme vollumfänglich aufgenommen ist. Nicht-Dauermagnete können sich auf Magnete beziehen, die ihre magnetischen Eigenschaften verlieren oder sich leicht entmagnetisieren lassen. Beispielsweise können unter Umgebungsbedingungen (d. h. bei Fehlen eines elektromagnetischen Felds) nicht dauerhafte, also temporäre Magnete ihre Magnetisierung innerhalb von 1 Millisekunde, 1 Sekunde, 30 Sekunden, 30 Minuten, 1 Stunde oder 12 Stunden verlieren. Alternativ dazu können sie unter mechanischer Scherung, wie etwa Hämmern, oder während des Erwärmens, wie etwa bei Temperaturen von 80 °C oder 100 °C oder bei 250 °C, entmagnetisiert werden.
Die Schnittstellenabschnitte 104 können ein Schnittstellen-/Übergangsmaterial beinhalten, sodass sie einen Gradienten über den ersten, den zweiten und den dritten Bereich erzeugen. Die Schnittstellenabschnitte 104 sind zwischen jedem hartmagnetischen Bereich und jedem weichmagnetischen Bereich angeordnet, sodass das Schnittstellen-/Übergangsmaterial den Übergang von dem hartmagnetischen Material zu dem weichmagnetischen Material erleichtert, d. h. den Übergang zwischen dem harten und dem weichen Bereich wird durch das Hinzufügen der Schnittstellen-/Übergangsregion gradueller. Beispielsweise kann der erste (d. h. hartmagnetische) Bereich eine höhere Koerzitivkraft aufweisen als der zweite (d. h. Schnittstellen-) Bereich, der eine höhere Koerzitivkraft als der dritte (d. h. weichmagnetische) Bereich aufweisen kann. Alternativ oder in Kombination kann der erste (d. h. hartmagnetische) Bereich eine geringere Sättigungsmagnetisierung als der zweite (d. h. Schnittstellen-) Bereich aufweisen, der eine geringere Sättigungsmagnetisierung als der dritte (d. h. weichmagnetische) Bereich aufweisen kann. Anders ausgedrückt kann die Sättigungsmagnetisierung des zweiten (d. h. Schnittstellen-) Bereichs zwischen dem ersten und dem dritten (d. h. hartmagnetischen und weichmagnetischen) Bereich liegen.
In einer Variation kann der Schnittstellenabschnitt 104 einen minderwertigen Dauermagneten und/oder ein halbhartmagnetisches Material beinhalten. Anders ausgedrückt liegt die Koerzitivkraft des zweiten (Schnittstellen-/Übergangs-) Bereichs/Abschnitts zwischen den Koerzitivkräften des ersten (hartmagnetischen) und des dritten (weichmagnetischen) Bereichs/Abschnitts. In einer Verfeinerung kann der zweite (d. h. Schnittstellen-) Bereich eine Koerzitivkraft von 5 bis 1500 oder bevorzugter 5 bis 950 kA/m oder noch bevorzugter 20 bis 800 kA/m oder noch bevorzugter 50 bis 700 kA/m aufweisen. Beispielsweise kann das Schnittstellen-/Übergangsmaterial ein minderwertiges Dauermagnetmaterial, Al-Ni-Co, Fe-N, Mn-Al, Mn-Al-C und/oder Mn-Bi, beinhalten. In einer Variation können das hartmagnetische Material, das weichmagnetische Material und/oder das Schnittstellenmaterial unterschiedlich sein, wie etwa chemisch unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Ein minderwertiger Dauermagnet kann sich auf einen Magneten mit einem niedrigeren maximalen Energieprodukt, wie etwa gemessen in Kilojoule pro Kubikmeter (KJ/m³) oder Mega-Gauss-Oersted (MGOe), und/oder einen Magneten mit einer niedrigeren Koerzitivkraft beziehen.
In einer Verfeinerung können die ersten (d. h. hartmagnetischen) Bereiche eine Sättigungsmagnetisierung von nicht mehr als 180 Emu/g oder bevorzugter nicht mehr als 100 Emu/g oder noch bevorzugter nicht mehr als 75 Emu/g aufweisen. Die zweiten (d. h. Schnittstellen-) Bereiche können eine Sättigungsmagnetisierung von 60 bis 200 Emu/g oder bevorzugter 100 bis 180 Emu/g oder noch bevorzugter 160 bis 120 Emu/g aufweisen und die dritten (weichmagnetischen) Bereiche können eine Sättigung von mindestens 180 Emu/g oder bevorzugter mindestens 200 Emu/g oder noch bevorzugter mindestens 210 Emu/g aufweisen.
In einer Variation können die Bereiche/Abschnitte eine Anordnung von Schichten sein. Beispielsweise können eine Vielzahl von hartmagnetischen Schichten, eine Vielzahl von Schnittstellenschichten und eine Vielzahl von weichmagnetischen Schichten so angeordnet sein, dass jede hartmagnetische Schicht und jede weichmagnetische Schicht durch eine Schnittstellenschicht getrennt sind. Da die Korngröße nicht auf ein nanoskaliges Niveau beschränkt ist (beispielsweise kann die durchschnittliche Korngröße mindestens 1 µm oder bevorzugter mindestens 500 nm oder noch bevorzugter mindestens 250 oder noch bevorzugter mindestens 100 nm betragen), können die Schichten mindestens 1 µm oder bevorzugter mindestens 0,5 µm oder noch bevorzugter mindestens 0,25 µm sein. Anders ausgedrückt kann die Dicke einer beliebigen Schicht 0,1 bis 2500 µm oder bevorzugter 0,5 bis 1000 µm oder noch bevorzugter 1 bis 500 µm oder noch bevorzugter 3 bis 250 µm betragen. In einer Verfeinerung kann die weichmagnetische Schicht eine Dicke aufweisen, die 10 bis 60 %, oder bevorzugter 15 bis 50 %, oder noch bevorzugter 25 bis 33 % der Dicke der hartmagnetischen Schicht beträgt, und die Grenzschicht kann eine Dicke aufweisen, die 10 bis 70 %, oder bevorzugter 15 bis 60 %, oder noch bevorzugter 25 bis 50 % der Dicke der weichmagnetischen Schicht beträgt (d h. die weichmagnetische Schicht eine Dicke aufweist, die 100 bis 700 % oder bevorzugter 150 bis 500 % oder noch bevorzugter 200 bis 400 % der Dicke der Grenzschicht beträgt, und die hartmagnetische Schicht eine Dicke aufweist, die 100 bis 700 % oder bevorzugter 150 bis 500 % oder noch bevorzugter 200 bis 400 % der Dicke der weichmagnetischen Schicht beträgt. Die Kombination aus einer Schnittstellen-/Übergangsschicht (d. h. die Anordnung aus drei oder mehr Schichten) funktioniert genauso gut, wenn nicht sogar besser als die Anordnung mit zwei Schichten und weist Korngrößen auf, welche die Herstellung erleichtern und Kosten reduzieren.
2 veranschaulicht einen normalisierten BH-Verlauf, der Verbundmagnete darstellt, wie in dieser Schrift beschrieben: (a) einen Verbundmagneten mit einem Schnittstellenmaterial, das eine Anisotropiekonstante aufweist, die 50 % des Dauermagnetmaterials beträgt (z. B. ein minderwertiger Dauermagnet). Der Verlauf stellt auch zwei Kontrollen dar, einschließlich (b) einen Verbundwerkstoff aus einem hartmagnetischen Material und einem weichmagnetischen Material, wobei die Schnittstellenschichten durch zusätzliche Dauermagnetschichten ersetzt sind, (c) einen Verbundwerkstoff aus einem hartmagnetischen Material und einem weichmagnetischen Material, wobei das Schnittstellenmaterial durch ein weichmagnetisches Material ersetzt ist. In noch einem weiteren Beispiel stellt 3 einen BH-Verlauf dar, der (c) eine Kontrolle, bei der die Schnittstellenschichten durch zusätzliche Dauermagnetschichten ersetzt sind, und zwei Verbundwerkstoffe wie in dieser Schrift beschrieben verwendet: (a) einen Verbundwerkstoff mit einem Schnittstellenmaterial mit einer Sättigungsmagnetisierung, die 80 % des Dauermagneten beträgt, und (b) einen Verbundwerkstoff mit einem Schnittstellenmaterial mit einer Sättigungsmagnetisierung, die 70 % des Dauermagneten beträgt. Wie in 2-3 gezeigt, stellt das Hinzufügen eines Schnittstellenmaterials verbesserte magnetische Eigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Verbundmagneten bereit. Beispielsweise können die Verbundstoffe, die ein Schnittstellenmaterial verwenden, eine überlegene Koerzitivkraft mit nur minimalen Einbußen bei der magnetischen Flussdichte aufweisen. Die Verbundmagnete, die ein Schnittstellenmaterial beinhalten, können ein besseres Energieprodukt bieten als Magnete ohne ein Schnittstellenmaterial.
Das Integrieren von Schnittstellen-/Ubergangsschichten reduziert auch die Kosten, da es die Menge an teureren Dauermagnetmaterialien reduziert, die benötigt werden. Die in dieser Schrift beschriebenen Magnete können in einer beliebigen geeigneten Anwendung verwendet werden, wie etwa in einer elektrischen Maschine. Beispielsweise können die in dieser Schrift beschriebenen Verbundmagnete in dem Stator oder Rotor einer elektrischen Maschine, wie etwa des Leistungssystems eines Fahrzeugs (z. B. eines Automobils, eines Motorrads, eines Flugzeugs, eines Wasserfahrzeugs und einer Lokomotive), verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 4 wird ein Verfahren 500 zum Herstellen eines Verbundmagneten offenbart. Das Verfahren beinhaltet Bereitstellen einer ersten Schicht (z. B. Schritt 510), wie etwa einer weichmagnetischen Schicht (z. B. Eisen- oder Eisen-Kobalt-Blech). Die erste Schicht kann eine vorgefertigte Bahn oder Folie sein. In einer Verfeinerung kann die erste Schicht auf ein Substrat aufgebracht sein. Eine zweite Schicht (z. B. Schritt 520), wie etwa eine Schnittstellenschicht, kann auf einer ersten Seite der ersten Schicht angeordnet sein und eine dritte Schicht (z. B. Schritt 530), wie etwa eine hartmagnetische Schicht, kann auf der zweiten Schicht gegenüber der ersten Schicht angeordnet sein. In einer Variante kann eine vierte Schicht, wie etwa eine Schnittstellenschicht, auf der zweiten Seite der ersten Schicht gegenüber der zweiten Schicht angeordnet sein (d. h. Schritt 540), und eine fünfte Schicht, wie etwa eine hartmagnetische Schicht, kann auf der vierten Schicht gegenüber der zweiten Schicht angeordnet sein (d. h. Schritt 550). Zusätzlich können zum Beispiel weichmagnetische Schichten auf die dritte und fünfte Schicht aufgebracht werden und der Prozess kann wiederholt werden, bis die gewünschte Größe des Verbundmagneten erreicht ist. Die Schichten können als Bahnen oder Folien, wie etwa vorgefertigte Bahnen oder Folien, aufgebracht werden. Alternativ können die Schichten als magnetische Pulvergemische aufgebracht werden, die heißverdichtet sind. In einer Verfeinerung können die Temperatur und der Druck ausreichend sein, um eine durchschnittliche Korngröße von mindestens 3 µm oder bevorzugter mindestens 1 µm oder noch bevorzugter mindestens 0,5 µm oder noch bevorzugter mindestens 0,25 µm zu erzielen. Beispielsweise können die Schichten bei 400 bis 700 °C oder bevorzugter 500 bis 600 °C zum Sintern erwärmt und gepresst werden. Die Schichten können durch Sintern verbunden werden oder können alternativ durch einen Klebstoff, wie etwa ein Epoxid, verbunden werden. In einer Verfeinerung kann der Klebstoff zum Verbinden vorgefertigter Bahnen aus jedem Material verwendet werden, das im Allgemeinen flache Oberflächen aufweist. Es kann sehr wenig Klebstoff erforderlich sein oder in dem Verbundmagneten verbleiben, wenn die vorgefertigten Schichten im Allgemeinen flache Oberflächen aufweisen, was Störungen oder den Verlust magnetischer Eigenschaften verringern kann. Anders ausgedrückt kann jede Schicht mit der benachbarten Schicht verbunden werden (z. B. Schritt 560). In einer oder mehreren Ausführungsformen können alle Schichten als Pulver bereitgestellt sein oder können alle Schichten als Bahnen bereitgestellt sein, sodass die Herstellung einheitlich ist. In noch einer anderen Ausführungsform können die verschiedenen Schichten durch additive Fertigungstechniken, wie etwa Laserschmelzen, angeordnet und/oder zusammengefügt werden. Beispielsweise kann Laserschmelzen selektives Laserschmelzen, direktes Laserschmelzen, direktes Metalllaserschmelzen oder Pulverbettfusion beinhalten.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen sind. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sein können. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben worden sein könnten, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass bei einem/einer oder mehreren Merkmalen oder Eigenschaften Kompromisse eingegangen werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der spezifischen Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Attribute können unter anderem Festigkeit, Lebensdauer, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Platzbedarf, Größe, Wartungsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. beinhalten. Demnach liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für konkrete Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verbundmagnet bereitgestellt, der Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Dauermagnetbereichen; eine Vielzahl von Nicht-Dauermagnetbereichen; und eine Vielzahl von Schnittstellenbereichen, die zwischen jedem der Dauermagnetbereiche und der Nichtdauermagnetbereiche angeordnet sind, wobei die Schnittstellenbereiche eine Koerzitivkraft von 5-1500 Kiloampere pro Meter aufweisen und sich von den Dauermagnetbereichen und den Nichtdauermagnetbereichen unterscheiden.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Dauermagnetbereiche eine Dicke von mindestens 100 Nanometern auf.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Dicke mindestens 250 Nanometer.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei der Vielzahl von Dauermagnetbereichen um Dauermagnetschichten, bei der Vielzahl von Nicht-Dauermagnetbereichen um Nicht-Permanentschichten und bei der Vielzahl von Schnittstellenbereichen um Schnittstellenschichten.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Vielzahl von Schnittflächenbereichen eine Koerzitivfeldstärke auf, die zwischen derjenigen der Vielzahl von Dauermagnetbereichen und der Nicht-Dauermagnetbereiche liegt.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Vielzahl von Schnittflächenbereichen jeweils eine Sättigungsmagnetisierung auf, die zwischen derjenigen der Vielzahl von Dauermagnetbereichen und der Vielzahl von Nicht-Dauermagnetbereichen liegt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Vielzahl von Schnittstellenbereichen einen minderwertigen Dauermagneten, Al-Ni-Co, Fe-N, Mn-Al, Mn-Al-C und/oder Mn-Bi.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verbundmagnet bereitgestellt, der Folgendes aufweist: einen hartmagnetischen Abschnitt; einen weichmagnetischen Abschnitt; und einen Schnittstellenabschnitt, der zwischen dem hartmagnetischen Abschnitt und dem weichmagnetischen Abschnitt angeordnet ist, wobei der Schnittstellenabschnitt ein minderwertigeres hartmagnetisches Material als der hartmagnetische Abschnitt oder ein halbhartmagnetisches Material beinhaltet, sodass er sich von dem hartmagnetisch Abschnitt und dem weichmagnetischen Abschnitt unterscheidet.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Schnittstellenabschnitt eine Koerzitivkraft zwischen dem hartmagnetischen Abschnitt und dem weichmagnetischen Abschnitt auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist der hartmagnetische Teil eine höhere Koerzitivfeldstärke als der weichmagnetische Teil auf.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der Schnittstellenabschnitt einen minderwertigen Dauermagneten, Al-Ni-Co, Fe-N, Mn-Al, Mn-Al-C, Mn-Bi und/oder ein magnetisches Material mit einer L1₀-Struktur.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der hartmagnetische Abschnitt Nd-Fe-B und/oder Sm-Co und beinhaltet der weichmagnetische Abschnitt Fe und/oder Fe-Co.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine elektrische Maschine bereitgestellt, die einen Rotor und/oder Stator aufweist, der den Verbundmagneten einer vorherigen Ausführungsform beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das ein Antriebssystem mit der elektrischen Maschine einer vorherigen Ausführungsform aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen eines Magneten: Anordnen einer ersten Schnittstellenschicht auf einer ersten weichmagnetischen Schicht; Anordnen einer ersten hartmagnetischen Schicht auf der ersten Schnittstellenschicht gegenüber der ersten weichmagnetischen Schicht; und Verbinden der Schichten miteinander, um einen Verbundmagneten zu bilden.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren: Anordnen einer zweiten Schnittstellenschicht an der ersten weichmagnetischen Schicht gegenüber der ersten Schnittstellenschicht und Anordnen einer zweiten hartmagnetischen Schicht an der zweiten Schnittstellenschicht gegenüber der ersten weichmagnetischen Schicht.
In einem Aspekt der Erfindung weist die erste Schnittstellenschicht eine Koerzitivkraft auf, die zwischen derjenigen der ersten hartmagnetischen Schicht und der ersten weichmagnetischen Schicht liegt.
In einem Aspekt der Erfindung beträgt die Koerzitivkraft der ersten Schnittstellenschicht 20-800 Kiloampere pro Meter.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet der erste Schnittstellenabschnitt ein minderwertiges Dauermagnetenmaterial, Al-Ni-Co, Fe-N, Mn-Al, Mn-Al-C, Mn-Bi und/oder ein magnetisches Material mit einer L1₀-Struktur.
In einem Aspekt der Erfindung weist jede Schicht eine Dicke von mindestens 0,5 Mikrometern auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20210158999 [0015]
WO 16/690237 [0015]

Claims

Verbundmagnet, Folgendes umfassend: eine Vielzahl von Dauermagnetbereichen; eine Vielzahl von Nicht-Dauermagnetbereichen; und eine Vielzahl von Schnittstellenbereichen die zwischen jedem der Dauermagnetbereiche und der Nichtdauermagnetbereiche angeordnet sind, wobei die Schnittstellenbereiche eine Koerzitivkraft von 5-950 Kiloampere pro Meter aufweisen und sich von den Dauermagnetbereichen und den Nichtdauermagnetbereichen unterscheiden.
Verbundmagnet nach Anspruch 1, wobei die Dauermagnetbereiche eine durchschnittliche Korngröße von mehr als 100 Nanometern aufweisen.
Verbundmagnet nach Anspruch 2, wobei die Dauermagnetbereiche eine durchschnittliche Korngröße von mehr als 500 Nanometern aufweisen.
Verbundmagnet nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Vielzahl von Dauermagnetbereichen um Dauermagnetschichten, bei der Vielzahl von Nicht-Dauermagnetbereichen um Nicht-Permanentschichten und bei der Vielzahl von Schnittstellenbereichen um Schnittstellenschichten handelt.
Verbundmagnet nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Schnittflächenbereichen eine Koerzitivfeldstärke aufweist, die zwischen derjenigen der Vielzahl von Dauermagnetbereichen und der Nicht-Dauermagnetbereiche liegt.
Verbundmagnet nach Anspruch 5, wobei die Vielzahl von Schnittstellenbereichen jeweils eine Koerzitivkraft von 20-800 Kiloampere pro Meter aufweist.
Verbundmagnet nach Anspruch 5, wobei die Vielzahl von Schnittstellenbereichen einen minderwertigen Dauermagneten, Al-Ni-Co, Fe-N, Mn-Al, Mn-Al-C, Mn-Bi und/oder ein magnetisches Material mit einer L1₀-Struktur beinhaltet.
Verbundmagnet, Folgendes umfassend: einen hartmagnetischen Abschnitt; einen weichmagnetischen Abschnitt; und einen Schnittstellenabschnitt, der zwischen dem hartmagnetischen Abschnitt und dem weichmagnetischen Abschnitt angeordnet ist, wobei der Schnittstellenabschnitt ein minderwertigeres hartmagnetisches Material als der hartmagnetische Abschnitt oder ein halbhartmagnetisches Material beinhaltet, sodass er sich von dem hartmagnetisch Abschnitt und dem weichmagnetischen Abschnitt unterscheidet.
Verbundmagnet nach Anspruch 8, wobei der Schnittstellenabschnitt eine Koerzitivkraft zwischen dem hartmagnetischen Abschnitt und dem weichmagnetischen Abschnitt aufweist.
Verbundmagnet nach Anspruch 9, wobei der hartmagnetische Teil eine höhere Koerzitivfeldstärke aufweist als der weichmagnetische Teil.
Verbundmagnet nach Anspruch 8, wobei der Schnittstellen einen minderwertigen Dauermagneten, Al-Ni-Co, Fe-N, Mn-Al, Mn-Al-C, Mn-Bi und/oder ein magnetisches Material mit einer L1₀-Struktur beinhaltet.
Verbundmagnet nach Anspruch 11, wobei der hartmagnetische Abschnitt Nd-Fe-B und/oder Sm-Co beinhaltet und der weichmagnetische Abschnitt Fe und/oder Fe-Co beinhaltet.
Elektrische Maschine, umfassend einen Rotor und/oder Stator, der den Verbundmagneten nach Anspruch 8 beinhaltet.
Fahrzeug, umfassend ein Antriebssystem einschließlich der elektrischen Maschine nach Anspruch 13.
Verfahren zum Herstellen eines Magneten, umfassend: Anordnen einer ersten Schnittstellenschicht auf einer ersten weichmagnetischen Schicht; Anordnen einer ersten hartmagnetischen Schicht auf der ersten Schnittstellenschicht gegenüber der ersten weichmagnetischen Schicht; und Zusammenfügen der Schichten, um einen Verbundmagneten zu bilden.