TWI481158B

TWI481158B - 多層微結構磁鐵

Info

Publication number: TWI481158B
Application number: TW100144499A
Authority: TW
Inventors: Ming Tsan Peng; Yee Pien Yang; Shih Hsiang Chien
Original assignee: Ind Tech Res Inst
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2015-04-11
Also published as: TW201325029A; CN103138416A

Description

多層微結構磁鐵

本發明是一種磁鐵，特別是一種於材料層結構上佈有微結構磁鐵之多層微結構磁鐵。

傳統馬達設計中，轉子上所佈置之永磁磁鐵為單層磁鐵或有用多層結構，而磁鐵的幾何構形多為單純的塊狀體。為了輸出高功率密度永磁馬達普遍使用高磁化永磁，但高磁化永磁一般價格較高，但低價磁鐵用低稀土以節省成本，然而磁力大幅縮減。

習知美國專利US7847461，如圖1所示，該技術教導多層磁鐵的馬達技術，其中定子31，定子的齒部39，定子線圈37，內置式的轉子34，定子鐵心片32，定子的槽33，並以於兩定子的齒部39間用於放置定子線圈37。馬達轉子34，轉子芯心35，氣隙41位於定子鐵心片32及轉子芯心35之間，而轉子芯心35內部具有多個洞穴結構以為置放永磁磁鐵36，轉子軸38，該永磁磁鐵36結構如圖2所示，磁鐵40、磁鐵42、磁鐵44及磁鐵46為永磁磁鐵36的多層結構，磁鐵40為磁化最強的磁鐵，和氣隙41有最遠的距離，磁鐵46具有最強的抗去磁化(抗溫)功能，整體而言，磁鐵40、磁鐵42、磁鐵44及磁鐵46依序從磁化最強至最弱，且依序由抗去磁(抗溫)能力最弱至最強，以不同磁鐵的佈置可以防止退磁，降低磁鐵成本，但無法有效增強磁場。

習知美國專利US7847461，如圖3所示，繞組22，轉子14，磁障29，定子12。藉由置入馬達轉子內部的磁化線圈來對馬達內部的磁鐵進行有效率的磁化過程。

習知美國專利US2006/0103251，如圖4所示，轉子1，轉子鐵芯2，槽3，其中置放N極永磁10及S極永磁11。轉子軸20，阻尼繞組4。藉由，磁鐵的置放角度可以提高有效的使用磁場。

本發明提供一種多層微結構磁鐵，使用單一或多層之材料層結構並於其表面或內部形成微結構磁鐵。透過微結構磁鐵表面幾何結構和分佈的變化，達到增強磁場的強度，及相對減少磁鐵稀土材料的使用，同時並增加馬達或發電機的磁場能量。

本發明提供一種多層微結構磁鐵，包括材料層結構，以及微結構磁鐵。該材料層結構，使用單層或多層相同或相異材料的組合方式，以產生不同的磁場強度；該材料層結構位於馬達或發電機中的該轉子及該定子之其中一者上，不同材料層結構組合以及該材料層結構的幾何結構改變，可以改變並增強轉子和定子之間的磁場磁通量及磁場能量。

本發明多層微結構磁鐵中，該微結構磁鐵細部組成份子具有複數種形狀的變化，且其分佈的形態也可以為複數形式。該微結構磁鐵的幾何形狀可以任意微調，且不同的微結構磁鐵於該材料層結構中會有某種分佈形態，即微結構磁鐵和微結構磁鐵之間的距離，視需求而有不同的值。藉由以上的結構，可以微調多層微結構磁鐵所產生的相應波形及其次頻的內容。該微結構磁鐵應可用於馬達或發電機中的該轉子及該定子之其中一者上，由於轉子徑向旋轉，產生相對電壓電流是弦波狀態，所以本發明之微結構磁鐵所產生之磁場的波形可以接近某些目標波型，如正弦波(sinusoidal)、階梯形的波形。於馬達應用時，可以視定子電流的磁動勢(magnetic motive force，mmf)波形，來決定該多層微結構磁鐵所產生的目標波形；若二種波形的形狀或其次頻的內容相近，則磁場的使用效率可以提高；而去除沒有用的次頻，也因此相應磁鐵或高稀土的使用量可以減少。由於微結構磁鐵本身具有磁場，所以該微結構磁鐵形狀的變化，及其分佈的形態，可以改變磁通量的大小及磁場能量的分佈。基頻磁場係馬達主要用於產生扭力的主磁場，一般仍會伴隨著更高階的次頻(harmonics)磁場。改變微結構磁鐵形狀的變化及其分佈的形態，將主要產生基頻磁場的微結構磁鐵增多或增厚，再將產生高階的次頻磁場的微結構磁鐵減少或減薄，可以達到改變增加磁場能量及增強馬達扭力的效果，相對的在磁鐵材料上，可以減少稀土材料的使用。

此外，本發明可以交互組合不同層該材料層結構，以及微結構磁鐵幾何結構和分佈改變，來達到增強相對應磁場能量，以及減少磁鐵稀土材料的最佳化。

本發明之多層微結構磁鐵，可以用於一能量轉換裝置上，該能量轉換裝置是一徑向磁通馬達、一軸向磁通馬達、一線性馬達或一發電機。

在一實施例中，本發明提供一種多層微結構磁鐵，包括：一材料層結構；以及一微結構磁鐵，其係形成於該材料層結構之一表面或內層，該微結構磁鐵具有由不同磁場大小所構成之一磁場分佈。

在另一實施例中，本發明提供一種多層微結構磁鐵，包括：一微結構磁鐵，其係形成於一轉子及一定子之其中一者上，該微結構磁鐵具有由不同磁場大小所構成之一磁場分佈。

在另一實施例中，本發明提供一種多層微結構磁鐵，包括：複數層材料層結構，其係形成於一轉子及一定子之其中一者上，該複數層材料層結構具有由不同磁場大小所構成之一磁場分佈。

本發明提供一種多層微結構磁鐵，如圖5所示一實施例，其中基層的材料層結構101上有微結構磁鐵100。在本實施例中，該材料層結構101之材質為磁鐵，其材質與微結構磁鐵100之材質可以為同材質磁鐵，也可為不同材質磁鐵。在此實施例中，微結構磁鐵100中的磁鐵細部分佈可以為脈衝寬度調變(pulse width modulation，PWM)方式，藉由所組成微結構磁鐵的長度及其和鄰近微結構磁鐵的距離的控制，以類似脈衝寬度調變週期比例(duty ratio)的方式，可以產生基頻的空間磁場分佈，而基頻磁場為馬達主要用於產生扭力的主磁場，一般仍會伴隨著更高階的次頻磁場。

如圖6所示，其係為一般能量轉換裝置，如馬達或發電機的二極磁鐵的佈置。能量轉換裝置內包含有轉子200，微結構磁鐵120以及定子230。微結構磁鐵120分為上、下兩個部分。

如圖7C所示，說明多層材料層結構的堆疊方向，該材料層結構，係設置於一磁化區域內，該磁化區域所具有之主要磁鐵磁化方向M係與該材料層結構之多層結構的堆疊方向S夾角接近90度；以馬達為例，該多層材料層結構堆疊的磁化區域內，主要磁鐵磁化方向M為徑向，徑向指向馬達軸心，多層材料層結構的堆疊方向S沿轉子表面堆疊，與徑向垂直成90度。

如圖7D所示，說明的多層材料結構的堆疊方向，該材料層結構，係設置於一磁化區域內，該磁化區域所具有之主要磁鐵磁化方向M係與該材料層結構之多層結構的堆疊方向S夾角接近0度；以馬達為例，該多層材料層結構堆疊的磁化區域內，主要磁鐵磁化方向M為徑向，徑向指向馬達軸心，多層材料層結構的堆疊方向S沿轉子表面向徑向堆疊，與徑向平行成0度。

以上二種多層材料結構的堆疊方向皆可以產生兩極磁場，為了確認磁場中基頻的強度，將沿氣隙圓周的磁場密度做計算，結果顯示於圖7A，圖7B的頻譜圖。分析結果顯示，徑向磁化的基頻磁場強度比固定90度磁化強度略強。其中，徑向磁化是主要磁鐵磁化方向M為徑向，與多層材料層結構的堆疊方向S的夾角是0度；90度磁化是主要磁鐵磁化方向M為徑向，與多層材料層結構的堆疊方向S的夾角是90度。圖中縱軸表磁場能量密度，橫軸表極數，縱軸由左至右，第一個峰值是二極，第二個峰值是六極，第三個峰值是十極，第一個谷值是四極，第二個谷值是八極，如圖7B所示是第一個峰值是二極的放大顯示圖。

圖8所示是另一較佳實施例，轉子200，材料層結構150，微微結構磁鐵160，定子230，而微結構磁鐵160的部分組成為較小的銣鐵錋(NdFeB)的磁鐵，且微結構磁鐵160分佈類似於脈衝寬度調變(PWM)的分佈，即微結構磁鐵160集中於中央區域較寬，而漸漸於側邊縮短。

如圖9所示，其中w為微結構磁鐵的弧度，h為微結構磁鐵的高度，d為二個微結構磁鐵202、201間的距離，轉子200；於中央區域w較長，d較小，而於靠近側邊時w較短且d較長，如圖中，微結構磁鐵201的w大於微結構磁鐵202的w，如此，有類似脈衝寬度調變(PWM)的結構。一般而言，w、h、d可以任意調變以得到不同的磁場波形，甚至微結構磁鐵層的磁鐵可為任意形狀。脈衝寬度調變(PWM)的調變方式，可以得到相應正弦(sinusoidal)的波形。本發明另一實施例，於微結構磁鐵中，如上述脈衝寬度調變結構中每二個小微結構磁鐵間的空間為空氣，但也可由別種磁鐵材質所填充。

如圖10所示，為(1)一般有徑向磁化磁鐵，無微結構磁鐵及(2)具表面1mm微結構磁鐵的磁場強度比較分析結果，其中(1)及(2)二種磁鐵皆具5mm的總厚度。結果：(一)、氣隙2極磁場密度：具微結構磁鐵(2)比一般有徑向磁化磁鐵(1)增加2.5%，(二)、所用的磁鐵總量：具微結構磁鐵(2)比一般有徑向磁化磁鐵(1)少10%，圖10中橫軸表空間頻率，橫軸第一峰值表二極，縱軸表磁場能量密度，圖示係有微結構磁鐵與無微結構磁鐵在二極馬達的應用比較。

如圖8所示另一種實施例，其中的磁鐵可以由不同的磁鐵材料所組成，例如，表面層微結構磁鐵160由銣鐵錋(NdFeB)的高磁化磁鐵所組成，而基層材料層結構150由陶質(ceramic)磁鐵所組成。

如圖11所示，本發明一實施例中，保留表面1mm銣鐵錋(NdFeB)的微結構磁鐵，而其4mm底層材料層結構用氧化鐵(Ferrite)磁鐵替代銣鐵錋(NdFeB)材料層結構，並做磁場強度分析。總厚度為5mm，由(1)表面1mm銣鐵錋(NdFeB)的微結構磁鐵加上底層材料層結構4mm氧化鐵(Ferrite)磁鐵，與(2)5mm徑向磁化磁鐵作磁場能量密度比較。結果顯示(一)、磁場能量密度：(1)較(2)原徑向磁化磁鐵所產生減弱18%，(二)、所用的磁鐵總量：(1)中銣鐵錋(NdFeB)的使用量比(2)減少90%。

本發明實施例中，如圖11所示的分析結果顯示：(一)、用表面微結構磁鐵可以用更少的稀土磁鐵但卻可以增強氣隙的基頻磁場能量密度。(二)、用不同的材料層結構的磁鐵組合，雖可能降低磁場密度至10~20%，然而卻減少90%左右的稀土磁鐵使用量的效用。

如圖12所示為另一實施例，轉子200多層結構磁鐵210含材料層結構211及材料層結構212二層磁鐵，氣隙220，定子230。其中，多層結構磁鐵210與氣隙220相接的外表面第二面形狀為一弧形，例如是正弦(sinusoidal)的形狀，而其內的二層磁鐵也為弧形，轉子200上有一層材料層結構211，材料層結構211的一面接轉子200，另一相對面接材料層結構212，材料層結構211、212間以弧形面第一面相接，材料層結構212與氣隙230相接的外表面第二面，是弧形表面如圖12所示。本實施例的特徵在於，(一)、多層材料層結構的堆疊結構，各層堆疊結構之間係以弧形面相接，(二)、多層材料層結構堆疊結構的最外層，其中最外層的表面是弧面。於本實施例中該二層磁鐵為不同磁鐵材質，例如，材料層結構211為陶質(ceramic)磁鐵材料層結構212為銣鐵錋(NdFeB)磁鐵。本發明該材料層結構表面係弧面，成正弦波(sinusoidal)形狀，以產生相應的磁場分佈；該材料層結構內部堆疊層之間，係以弧面的形狀相接，以產生相應的磁場分佈。

如圖13所示另一實施例，轉子200，正弦形狀的微結構磁鐵410，氣隙220，定子230。為了比較，微結構磁鐵410和定子230的最近氣隙220仍保持1mm的距離。

如圖14所示，為(1)一般徑向磁化和(2)具正弦形狀材料層結構磁鐵，所產生氣隙磁場能量密度之比較；其中結果：(一)、具正弦(sinusoidal)形狀材料層結構磁鐵比一般徑向磁化的磁場能量密度增加15%，(二)、稀土使用量：具正弦形狀材料層結構磁鐵卻比一般徑向磁化磁鐵減少50%左右。

如圖15A所示為另一實施例，轉子200，多層微結構磁鐵310含材料層結構311及微結構磁鐵312二層磁鐵，氣隙220，定子230。其中，多層微結構310的表面形狀為一弧形，例如是正弦的形狀，而其內，材料層結構的材料層結構311及微結構磁鐵312二層磁鐵也為弧形，其中材料層結構的磁鐵311一面接轉子200，材料層結構的材料層結構311的另一面第三面接微結構磁鐵312，第三面是弧形表面，而表面層微結構磁鐵312具有微結構磁鐵，例如微結構磁鐵312，可以是脈衝寬度調變(PWM)的佈置形式，並與第三面成弧形表面相接，所以整個具有微結構磁鐵的微結構磁鐵312同時以(1)脈衝寬度調變以及(2)弧形表面相接的雙重方式佈置在材料層結構的材料層結構311的第三面上。本發明該材料層結構表面係弧面，成正弦波(sinusoidal)形狀，該微結構磁鐵分佈在該材料層結構表面的弧面上，以產生相應的磁場分佈。

如圖15B所示為另一實施例，轉子2300，多層微結構磁鐵3100含材料層結構3110及微結構磁鐵3120二層磁鐵，氣隙2200，定子2000。其中，多層微結構3100的表面形狀為一弧形，例如是正弦的形狀，而其內，材料層結構的材料層結構3110及微結構磁鐵3120二層磁鐵也為弧形，其中材料層結構的磁鐵3110一面接定子2000，材料層結構的材料層結構3110的另一面第五面接微結構磁鐵3120，第五面是弧形表面，而表面層微結構磁鐵3120具有微結構磁鐵，例如微結構磁鐵3120，可以是脈衝寬度調變(PWM)的佈置形式，並與第五面成弧形表面相接，所以整個具有微結構磁鐵的微結構磁鐵3120同時以(1)脈衝寬度調變以及(2)弧形表面相接的雙重方式佈置在材料層結構的材料層結構3110的第五面上。本發明該材料層結構表面係弧面，成正弦波(sinusoidal)形狀，該微結構磁鐵分佈在該材料層結構表面的弧面上，以產生相應的磁場分佈。

如圖16所示，為(1)與(2)兩種結構所產生氣隙磁場能量密度之比較：(1)材料層結構磁鐵的弧狀正弦表面做微結構，其微結構組成之磁鐵大致上以脈衝寬度調變(PWM)的形式分佈，(2)僅有材料層結構磁鐵的弧狀正弦表面，而無脈衝寬度調變(PWM)的微結構磁鐵。結果顯示：(一)、氣隙磁場密度(1)比(2)可以增加9%，(二)、稀土磁鐵用量(1)比(2)卻可以減少10%。若和一般徑向磁鐵比較，氣隙磁場密度增加25%，而稀土磁鐵使用量減少55%，效果更佳。

如圖17所示之本發明另一實施例，轉子200，材料層結構610，材料層結構620，材料層結構630/或該位置是空間氣隙，微結構磁鐵層640，材料層結構650，氣隙670，定子680。其中磁鐵640為微結構磁鐵層，其佈置可以產生一種相應磁場波形，例如用脈衝寬度調變(PWM)的佈置。於另一種佈置中，材料層結構中的材料層結構610或材料層結構620，材料層結構650等可以用導磁材料取代。

如圖18所示，為本發明另一實施例，轉子200，材料層結構710，微結構磁鐵720，氣隙220，定子230。其中，材料層結構710具有凹槽，使微結構磁鐵720能以嵌入(dovetail)的方式接續其上，而微結構磁鐵720本體可以是完全嵌入該該材料層結構710，或該微結構磁鐵720本體可以是一部分嵌入該材料層結構710，另一部分位於該材料層結構710表面上，或該微結構磁鐵本體可以是完全位於該材料層結構710的表面。所要說明的是該材料層結構之表面或內部具有複數個凹槽，該微結構磁鐵更具有複數個磁鐵，每一個磁鐵嵌入於每個凹槽內。該微結構磁鐵係高於、等於、或低於該材料層結構凹槽之深度。

如圖19所示，為本發明另一實施例，是以5層材料層結構作比較，轉子200，1mm材料層結構810，1mm材料層結構820，1mm材料層結構830，1mm材料層結構840，1mm材料層結構850，氣隙220，定子230，其中5層材料層的總厚度為5mm，轉子上磁鐵的材料厚度決定氣隙的磁場能量密度。本實施例，係利用不同的厚度來決定一最佳層數的磁鐵，即以最少層數，然而卻也有相當強的磁場能量密度；本發明材料層結構的多層結構，各層之材料為永磁，導磁或不導磁材料。

如圖20所示，為分析中的五層材料層結構的能量密度比較，(1)由五層皆為銣鐵錋(NdFeB)，即5mm銣鐵錋(NdFeB)；再由靠近轉子的地方逐漸用鐵(iron)取代銣鐵錋NdFeB,如(2)1mm鐵(iron)加上4 mm銣鐵錋(NdFeB)，圖中以1mm鐵(iron)+4 mm銣鐵錋(NdFeB)表示，(3)2 mm鐵(iron)加上銣鐵錋(NdFeB)，圖中以2 mm鐵(iron)+銣鐵錋(NdFeB)，(4)3 mm鐵(iron)加上2 mm銣鐵錋(NdFeB)，圖中以3 mm鐵(iron)+2 mm銣鐵錋(NdFeB)表示，(5)4mm鐵(iron)加上1 mm銣鐵錋(NdFeB)，圖中以4mm鐵(iron)+1 mm銣鐵錋(NdFeB)表示。其中磁場能量比較，圖中縱軸表磁場能量，橫軸表空間頻率，縱軸第一個高峰點表二極，縱軸第二個高峰點表六極，縱軸第三個高峰點表十極，第一個谷值是四極，第二個谷值是八極，由圖20可知具3mm厚度的銣鐵錋(NdFeB)可以得到相當強的磁場密度，並用材料層結構3mm厚度的銣鐵錋(NdFeB)作為以下實施例的比較基準。

如圖21A所示，本發明另一實施例，由5層材料層結構中，交互改變其中的材料以及組合微結構磁鐵，產生不同的磁場密度，轉子200，氣隙220，定子230，其中5層材料層結構的總厚度為5mm，改變其中一層材料層結構為微結構磁鐵，如圖21B所示本發明另一實施例，其中轉子200，1mm材料層結構910,1mm材料層結構920，1mm材料層結構930，1mm材料層結構940，上述1mm材料層950改為微結構磁鐵，有微結構磁鐵951，微結構磁鐵952，微結構磁鐵953等，分布在材料層結構1mm材料層結構940上。

如圖22所示，本發明另一實施例，由5層材料層結構中，找到3層(3mm)或4層(4mm)銣鐵錋(NdFeB)，所具有的磁場能量密度接近；但由3層以下的材料層結構如1mm銣鐵錋NdFeB+3mm(iron)+1mm銣鐵錋(NdFeB)組合，共2mm銣鐵錋(NdFeB)，很明顯的，磁場能量密度下降；但其他4組合至少共3mm銣鐵錋(NdFeB)材料層結構，磁場能量密度較高且接近。例如圖中(1)4mm銣鐵錋NdFeB，共4mm銣鐵錋NdFeB材料層結構，圖中以4mm表示。(2)3mm銣鐵錋NdFeB材料層結構，共3mm銣鐵錋NdFeB，圖中以3mm表示。(3)1mm銣鐵錋(NdFeB)加上2mm鐵(iron)再加上2mm銣鐵錋(NdFeB)，共3mm銣鐵錋(NdFeB)材料層結構，圖中以1mm+2mm(iron)+2mm表示。(4)1mm銣鐵錋NdFeB加上1mm鐵(iron)加上1mm銣鐵錋NdFeB加上1mm鐵(iron)加上1mm銣鐵錋(NdFeB)，共3mm銣鐵錋NdFeB材料層結構，圖中以1mm+1mm(iron)+1mm+1mm鐵(iron)+1mm表示。

上述圖22的實施例結果，下述實施例均採3層材料層結構及微結構磁鐵作為比較。

如圖23所示之本發明另一實施例，磁場能量密度比較(1)2mm銣鐵錋(NdFeB)材料層結構加上脈衝寬度調變(pulse width modulation，PWM)的微結構磁鐵，圖中以2mm+PWM表示。(2)3mm銣鐵錋(NdFeB)材料層結構，圖中以3mm表示。由此結果可以看出，2mm NdFeB+1mm微結構磁鐵不但省下約15%的稀土，磁場能能量密度增加。

如圖24所示另一實施例，這裏比較一個不同的結構，將2mm銣鐵錋(NdFeB)材料層結構加上脈衝寬度調變PWM的一層銣鐵錋(NdFeB)材料層結構用鐵(iron)取代，變成1mm銣鐵錋(NdFeB)材料層結構加上脈衝寬度調變PWM的微結構磁鐵，如圖中的(1)2mm+PWM與(2)1mm+PWM，其中(1)(2)之間磁場密度變化相當小，但(2)可比(1)節省大部分的稀土。

如圖25所示另一實施例，更將有一層氧化鐵(Ferrite)磁鐵材料層結構取代鐵(iron)材料層結構來做比較，即圖示1mm Ferrite+1mm NdFeB+PWM表為1mm氧化鐵(Ferrite)材料層結構加上1mm銣鐵錋(NdFeB)材料層結構加上脈衝寬度調變PWM的微結構磁鐵，磁場能量密度不如原先用的鐵(iron)層，即1mm+PWM表為1mm銣鐵錋(NdFeB)材料層結構加上脈衝寬度調變(PWM)的微結構磁鐵。

如圖26所示另一實施例，將3mm銣鐵錋(NdFeB)材料層結構和1mm氧化鐵(Ferrite)材料層結構+2mm銣鐵錋(NdFeB)材料層結構比較，如圖中，發現1mm氧化鐵(Ferrite)材料層結構加上2mm銣鐵錋(NdFeB)材料層結構的磁場密度會約略減少。

如圖27所示另一實施例，將1mm氧化鐵(Ferrite)材料層結構+2mm NdFeB材料層結構的一層1mm NdFeB材料層結構改為有脈衝寬度調變(PWM)的微結構磁鐵，成為1mm氧化鐵(Ferrite)材料層結構+1mm銣鐵錋(NdFeB)材料層結構+脈衝寬度調變(PWM)的微結構磁鐵，結果磁場密度幾乎和3mm銣鐵錋(NdFeB)材料層結構產生的相同，如此可以省下55%的稀土。但若用2mm氧化鐵(Ferrite)材料層結構取代銣鐵錋(NdFeB)，成為2mm氧化鐵(Ferrite)材料層結構+1mm有脈衝寬度調變(PWM)的微結構磁鐵，則磁場密度顯著減少。

如圖28所示另一實施例，由圖26中材料層結構氧化鐵(ferrite)材料層結構改為鋁鎳鈷(AlNiCo)材料層結構，由(1) 3mm銣鐵錋(NdFeB)材料層結構。(2) 1mm鋁鎳鈷(AlNiCo)材料層結構+1mm銣鐵錋(NdFeB)材料層結構+脈衝寬度調變(PWM)的微結構磁鐵。(3) 2mm鋁鎳鈷(AlNiCo)材料層結構+1mm脈衝寬度調變(PWM)的微結構磁鐵。(4) 2mm銣鐵錋(NdFeB)材料層結構+脈衝寬度調變(PWM)的微結構磁鐵。(1)(2)(3)(4)作比較，結果與圖26相類似。

如圖29所示另一實施例，將微結構磁鐵，作週期性(period)排列，且大小一致。圖中可表為2mm銣鐵錋(NdFeB)材料層結構+週期性(period)排列的微結構磁鐵。其中轉子200，氣隙220，定子230，1mm材料層結構910，1mm材料層結構920，1mm材料層結構930，1mm材料層結構940，週期性(period)排列微結構磁鐵960。

如圖30所示之如圖29的磁場能量比較，(1) 2mm銣鐵錋(NdFeB)材料層結構+週期性(period)排列的微結構磁鐵，如圖中period。(2) 2mm銣鐵錋(NdFeB)材料層結構+脈衝寬度調變PWM的微結構磁鐵，如圖中2mm+PWM。如圖所示，PWM微結構磁鐵的磁場能量比週期(period)微結構磁鐵的磁場能量大。

雖然前面實施例，說明多層微結構磁鐵設置在轉子上，但熟悉此項技術之人，可以根據本發明之精神，如同圖15B所示，將多層微結構磁鐵設置在定子上。

本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍，當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1．．．轉子rotor

2．．．轉子鐵蕊rotor core

3．．．槽slot

4．．．阻尼繞組damper windings

10．．．N極永磁N-pole permanent magnets

11．．．S極永磁S-pole permanent magnets

12．．．定子stator

14．．．轉子rotor

20．．．轉子軸rotary shaft

22．．．繞組windings

29．．．磁障barrier

31．．．定子stator

32．．．定子鐵心片stator lamination

33．．．槽slot

34．．．轉子rotor

35．．．轉子蕊心rotor core

36．．．永磁磁鐵permanent magnet

37．．．線圈coil

38．．．轉子軸rotary shaft

39．．．齒部teeth

40．．．磁鐵magnet

41．．．氣隙gap

42．．．磁鐵

44．．．磁鐵

46．．．磁鐵

100．．．微結構磁鐵

101．．．材料層結構

110．．．轉子

120．．．微結構磁鐵

130．．．定子

150．．．材料層結構

160．．．微結構磁鐵

200．．．轉子

201．．．微結構磁鐵

202．．．微結構磁鐵

210．．．多層微結構磁鐵

211．．．材料層結構

212．．．材料層結構

220．．．氣隙

230．．．定子

310．．．多層微結構磁鐵

311．．．材料層結構

312．．．微結構磁鐵

410．．．微結構磁鐵

610．．．材料層結構

620．．．材料層結構

630．．．材料層結構

640．．．材料層結構

650．．．材料層結構

710．．．材料層結構

720．．．微結構磁鐵

810．．．1mm材料層結構

820．．．1mm材料層結構

830．．．1mm材料層結構

840．．．1mm材料層結構

850．．．1mm材料層結構

910．．．1mm材料層結構

920．．．1mm材料層結構

930．．．1mm材料層結構

940．．．1mm材料層結構

950．．．1mm材料層結構

951．．．微結構磁鐵

952．．．微結構磁鐵

953．．．微結構磁鐵

960．．．微結構磁鐵

2000．．．定子

2200．．．氣隙

2300．．．轉子

3100．．．多層微結構磁鐵

3110．．．材料層結構

3120．．．材料層結構

圖1　習知馬達定子及轉子

圖2　習知轉子永磁磁鐵分層圖

圖3　習知轉子磁化線圈

圖4　習知馬達內置式磁鐵

圖5　具表面微結構磁鐵

圖6　二極磁鐵佈置

圖7A　氣隙磁場能量頻譜圖

圖7B　氣隙磁場能量頻譜圖

圖7C　區域磁場方向與堆疊方向平行

圖7D　區域磁場方向與堆疊方向同向

圖8　具微結構磁鐵的轉子

圖9　具微結構磁鐵的轉子

圖10　一般徑向磁化和具表面微結構磁鐵場能量比較

圖11　一般徑向磁化和具表面微結構磁鐵磁場能量比較

圖12　多層微結構磁鐵組成，具正弦波(sinusoidal)形狀

圖13　具正弦(sinusoidal)形狀微結構磁鐵的轉子

圖14　一般徑向磁化和具正弦(sinusoidal)形狀磁鐵磁場能量比較

圖15A與15B　多層微結構磁鐵組成，且有表面微結構磁鐵

圖16　正弦(sinusoidal)材料層結構與微結構磁鐵表面的磁場能量比較

圖17　多層磁鐵，具中層微結構磁鐵

圖18　多層磁鐵，具有嵌入式微結構磁鐵

圖19　5層材料層結構的轉子磁鐵

圖20　5層材料層結構變化的磁場能量比較

圖21A　5層材料層結構的轉子磁鐵

圖21B　4層材料層結構組成，且有一層表面微結構磁鐵

圖22　5層(5mm)材料層結構變化的磁場能量比較

圖23　3層(3mm)銣鐵錋與兩層(2mm)銣鐵錋加脈衝調變(PWM)微結構磁鐵的磁場能量比較

圖24　3層(3mm)材料層結構變化的磁場能量比較

圖25　3層(3mm)材料層結構變化的磁場能量比較

圖26　3層(3mm)材料層結構變化的磁場能量比較

圖27　3層(3mm)材料層結構變化的磁場能量比較

圖28　3層(3mm)材料層結構變化的磁場能量比較

圖29　週期排列微結構磁鐵

圖30　週期排列微結構磁鐵的磁場能量比較