Title:
MAGNETPHASENKOPPLUNG IN VERBUNDPERMANENTMAGNET
Kind Code:
A1


Abstract:

Ein Verbundpermanentmagnet umfasst eine erste Phase, die ein hartmagnetisches Material beinhaltet, und eine zweite Phase, die ein magnetisches Material beinhaltet. Jedes der Materialien weist einen Anisotropiewert auf, der so ausgewählt ist, dass ein Verhältnis der Werte in einen vordefinierten Bereich fällt und eine resultierende Korngröße des magnetischen Materials größer als ein vordefinierter Schwellenwert ist, der durch den vordefinierten Bereich definiert ist.




Inventors:
Rong, C. Bing, Mich. (Canton, US)
Application Number:
DE102017118630A
Publication Date:
02/22/2018
Filing Date:
08/15/2017
Assignee:
Ford Global Technologies, LLC (Mich., Dearborn, US)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
PATERIS Theobald Elbel Fischer, Patentanwälte, PartmbB, 10117, Berlin, DE
Claims:
1. Verbundpermanentmagnet, umfassend:
eine erste Phase, die ein hartmagnetisches Material beinhaltet, und eine zweite Phase, die ein magnetisches Material beinhaltet, wobei jedes der Materialien einen Anisotropiewert aufweist, der so ausgewählt ist, dass ein Verhältnis der Werte in einen vordefinierten Bereich fällt und eine resultierende Korngröße des magnetischen Materials größer als ein vordefinierter Schwellenwert ist, der durch den vordefinierten Bereich definiert ist.

2. Magnet nach Anspruch 1, wobei der vordefinierte Schwellenwert 20 Nanometer beträgt.

3. Magnet nach Anspruch 1, wobei jedes der Materialien ferner einen Koerzitivfeldstärkenwert aufweist, der so ausgewählt ist, dass ein Verhältnis der Koerzitivfeldstärke des Permanentmagneten zu der Koerzitivfeldstärke des hartmagnetischen Materials in einen zweiten vordefinierten Bereich fällt und die resultierende Korngröße größer als ein vordefinierter Schwellenwert ist, der durch die vordefinierten Bereiche definiert ist.

4. Magnet nach Anspruch 1, wobei die resultierende Korngröße ferner durch eine Korngröße des hartmagnetischen Materials definiert ist.

5. Magnet nach Anspruch 1, wobei das magnetische Material ein hartmagnetisches, halbhartmagnetisches oder weichmagnetisches Material ist.

6. Magnet nach Anspruch 1, ferner umfassend eine dritte und eine vierte Phase, die jeweils ein magnetisches Material beinhalten, so dass Verhältnisse jeweiliger Anisotropiewerte der dritten und vierten Phase in Bezug auf den Anisotropiewert des hartmagnetischen Materials in den vordefinierten Bereich fallen und jeweilige resultierende Korngrößen der magnetischen Materialien der dritten und vierten Phase größer sind als der vordefinierte Schwellenwert, der durch den vordefinierten Bereich definiert ist.

7. Magnet nach Anspruch 6, wobei jedes der Materialien ferner eine Koerzitivfeldstärke aufweist, die so ausgewählt ist, dass ein Verhältnis der Koerzitivfeldstärke des Permanentmagneten zu der Koerzitivfeldstärke des hartmagnetischen Materials in einen dritten vordefinierten Bereich fällt und die resultierende Korngröße größer als der vordefinierte Schwellenwert ist, der durch die vordefinierten Bereiche definiert ist.

8. Verbundmaterial, umfassend:
eine Matrixphase und eine dispergierte Phase, wobei mindestens eine der Phasen ein magnetisches Material beinhaltet, das so ausgewählt ist, dass ein Verhältnis der magnetkristallinen Anisotropie des magnetischen Materials in Bezug auf die magnetkristalline Anisotropie der anderen der Phasen in einen vordefinierten Bereich fällt und eine resultierende Korngröße des magnetischen Materials größer ist als ein vordefinierter Schwellenwert, der durch den vordefinierten Bereich definiert ist.

9. Material nach Anspruch 8, wobei der vordefinierte Schwellenwert 20 Nanometer beträgt.

10. Material nach Anspruch 8, wobei das magnetische Material ferner so ausgewählt ist, dass ein Verhältnis der jeweiligen Koerzitivfeldstärkenwerte jeder der Phasen in einen zweiten vordefinierten Bereich fällt und die resultierende Korngröße größer als ein vordefinierter Schwellenwert ist, der durch die vordefinierten Bereiche definiert ist.

11. Material nach Anspruch 8, wobei die resultierende Korngröße ferner durch eine Korngröße der anderen Phase der Phasen definiert ist.

12. Material nach Anspruch 8, wobei die dispergierte Phase ein hartmagnetisches Material beinhaltet und die Matrixphase ein hartmagnetisches, halbhartmagnetisches oder weichmagnetisches Material beinhaltet.

13. Elektromotor, umfassend:
einen Stator, der eine Vielzahl von Wicklungen beinhaltet, die ein Magnetfeld als Reaktion auf Empfangen eines Stroms erzeugt; und
einen Rotor, der eine Vielzahl von Permanentmagneten beinhaltet, die den Rotor veranlassen, sich gemäß Anziehungs- und Abstoßungskräften zwischen den Magneten und dem Feld zu bewegen, wobei jeder der Magnete eine erste Phase beinhaltet, die ein hartmagnetisches Material beinhaltet, und eine zweite Phase beinhaltet, die ein magnetisches Material beinhaltet, und wobei jedes der Materialien einen magnetkristallinen Anisotropiewert aufweist, der so ausgewählt ist, dass ein Verhältnis der Werte in einen vordefinierten Bereich fällt, um eine resultierende Korngröße des magnetischen Materials zu definieren, die größer als 20 Nanometer ist.

14. Motor nach Anspruch 13, wobei die resultierende Korngröße ferner durch eine Korngröße des hartmagnetischen Materials definiert ist.

15. Motor nach Anspruch 13, wobei jedes der Materialien ferner einen Koerzitivfeldstärkenwert aufweist, der so ausgewählt ist, dass ein Verhältnis der Koerzitivfeldstärkenwerte in einen zweiten vordefinierten Bereich fällt.

Description:
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Offenbarung betrifft Systeme und Verfahren für eine Magnetphasenkopplung in einem Verbundpermanentmagnet.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Permanentmagnetmotoren können einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, was sie für eine Nutzung in Traktionsmotoren für Hybrid- und Elektrofahrzeuge potentiell geeignet macht. Die Ausgestaltung und Auswahl des Permanentmagneten ist bei dieser Art von Motor wichtig. Seltenerden-Permanentmagnete, wie Neodymin(Nd)-Magnete, werden aufgrund ihrer hohen Flussdichte und hoher Anti-Entmagnetisierungsfähigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Nicht-Seltenerdenmagneten, wie Alnico (Eisenlegierungen mit Aluminium, Nickel und Kobalt) und Ferrit, häufig in Traktionsmotoren in Elektrofahrzeugen verwendet. Seltenerden-Permanentmagnete können eine große Menge an Seltenerdenelementen, z. B. mindestens 30 Gew.% in manchen handelsüblichen Magneten, enthalten.

KURZDARSTELLUNG

Ein Verbundpermanentmagnet kann eine erste Phase, die ein hartmagnetisches Material beinhaltet, und eine zweite Phase, die ein magnetisches Material beinhaltet, umfassen. Jedes der Materialien weist eine Anisotropiewert auf, der so ausgewählt ist, dass ein Verhältnis der Werte in einen vordefinierten Bereich fällt und eine resultierende Korngröße des magnetischen Materials größer als ein vordefinierter Schwellenwert ist, der durch den vordefinierten Bereich definiert ist.

Ein Verbundmaterial beinhaltet eine Matrixphase und eine dispergierte Phase. Mindestens eine der Phasen beinhaltet ein magnetisches Material, das so ausgewählt ist, dass ein Verhältnis der magnetkristallinen Anisotropie des magnetischen Materials in Bezug auf die magnetkristalline Anisotropie der anderen der Phasen in einen vordefinierten Bereich fällt und eine resultierende Korngröße des magnetischen Materials größer ist als ein vordefinierter Schwellenwert, der durch den vordefinierten Bereich definiert ist.

Ein Elektromotor beinhaltet einen Stator, der eine Vielzahl von Wicklungen beinhaltet, die ein Magnetfeld als Reaktion auf Empfangen eines Stroms erzeugt, und einen Rotor, der eine Vielzahl von Permanentmagneten beinhaltet, die den Rotor veranlasst, sich gemäß der Anziehungs- und Abstoßungskraft zwischen den Magneten und dem Feld zu bewegen. Jeder der Magneten beinhaltet eine erste Phase, die ein hartmagnetisches Material beinhaltet, und eine zweite Phase, die ein magnetisches Material beinhaltet. Jedes der Materialien weist einen magnetkristallinen Anisotropiewert auf, der so ausgewählt ist, dass ein Verhältnis der Werte in einen vordefinierten Bereich fällt, um eine resultierende Korngröße des magnetischen Materials zu definieren, die größer als 20 Nanometer ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 veranschaulicht eine Vielzahl von Phasen in einem Verbundpermanentmagneten;

2A2B veranschaulichen beispielhafte Anordnungen einer Vielzahl von Phasen in dem Verbundpermanentmagneten;

3 veranschaulicht eine beispielhafte Hysteresekurve für ein magnetisches Material;

4 veranschaulicht einen Verbundpermanentmagnet, der eine harte Phase und eine weiche Phase umfasst;

5 veranschaulicht einen Verbundpermanentmagnet, der eine harte Phase und eine zweite Phase umfasst;

6 veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen einer Korngröße und einem magnetkristallinen Anisotropieverhältnis;

7 veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen einer normalisierten Koerzitivfeldstärke und einer magnetkristallinen Anisotropie für variierende relative Korngrößen; und

8 veranschaulicht Entmagnetisierungskurven für einen Verbundpermanentmagneten, der eine zweite Phase umfasst, die unterschiedliche magnetische Materialien definiert.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier beschrieben. Es ist versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele darstellen und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten von bestimmten Komponenten zu zeigen. Dementsprechend sind hierin offenbarte konkrete bauliche und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Basis, um einen Fachmann eine vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Wie der Fachmann verstehen wird, können verschiedene Merkmale, die dargestellt und unter Bezugnahme auf beliebige der Figuren beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben sind. Die Kombinationen von dargestellten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, welche mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen erwünscht sein.

Die magnetischen Eigenschaften eines gegebenen Materials können durch seine mikrokristalline Struktur definiert werden, wie zum Beispiel seine Elektronenkonfiguration und die Neigung der Elektronen, ihre intrinsischen magnetischen Momente auszurichten, damit sie in die gleiche Richtung weisen, sei es spontan oder unter Anwendung eines externen Magnetfelds. Ein hartmagnetisches Material kann ein Material sein, das seine magnetischen Eigenschaften nach seiner Magnetisierung beibehalten kann, d. h. einer Entmagnetisierung widerstehen kann, und ein weichmagnetisches Material kann ein Material sein, dass dazu neigt, relativ schnell zu entmagnetisieren, nachdem ein externes Magnetfeld entfernt wurde.

Ein Permanentmagnet kann ein Magnet sein, der einer Entmagnetisierung widersteht, wenn ein magnetisierendes Magnetfeld entfernt wird, d. h. er zeigt Beibehaltung der magnetischen Flussdichte Br. Aufgrund dieser nützlichen Eigenschaft finden Permanentmagnete eine breite Palette von praktischen Anwendungen, wie etwa unter anderem bei der Konstruktion von Elektromotoren und/oder Generatoren für ein Hybrid-Elektrofahrzeug, der Konstruktion von elektrischen Transformatoren, der Konstruktion und Herstellung von Magnetspeichern, z. B. einer Festplatte, und so weiter. Ein Permanentmagnet kann ein hartmagnetisches Material beinhalten. Seltenerden-Materiallegierungen, wie Neodym-Eisen-Bor(Nd-Fe-B)-Magnete und Samarium-Kobald(Sm-Co)-Magnete, sind Beispiele für hartmagnetische Materialien und können eine oder mehrere einer Vielzahl von erwünschten Permanentmagneteigenschaften zeigen, wie etwa eine hohe Koerzitivfeldstärke Hc, eine hohe magnetische Flussdichte B und ein hohes Energieprodukt (BH)max.

Ein Permanentmagnet, der einen Verbund definiert, oder eine Mehrphasenkombination aus einem oder mehreren Materialien, kann magnetische Eigenschaften ähnlich zu denjenigen von Seltenerdenmateriallegierungen zeigen. In einem Beispiel kann ein Verbundpermanentmagnet konzipiert sein, um magnetische Eigenschaften zu zeigen, die denjenigen von Magneten, die nur aus Seltenerdenmateriallegierungen zusammengesetzt sind, überlegen sind. Bestandteilphasen eines Verbundpermanentmagneten können chemisch ähnlich, unähnlich und/oder durch eine klare Schnittstelle getrennt sein.

In 1 ist ein beispielhaftes Verbundmaterial 10, wie ein Verbundpermanentmagnet, gezeigt. Das Verbundmaterial 10 kann ein Zwei-Phasen-Verbundmaterial sein, das eine Matrixphase 12 und eine dispergierte Phase 14 beinhaltet. Die räumlichen und geometrischen Merkmale von einem oder mehreren Partikeln 16 der dispergierten Phase 14, wie etwa unter anderem Konzentration, Größe, Form, Verteilung und Ausrichtung, können die Eigenschaften des Verbundmaterials 10 beeinflussen.

Das Verbundmaterial 10 kann ein Nanoverbundmaterial sein, z. B. ein Mehrphasen-Festmaterial, bei dem eine der Phasen eine, zwei oder drei Abmessungen im Nanobereich aufweist, und/oder eine Struktur mit Wiederholungsabständen im Nanobereich zwischen den verschiedenen Phasen, die das Material ergeben. In einem Fall kann das Nanoverbundmaterial eine feste Kombination aus einer Massenmatrixphase und einer oder mehreren Phasen im Nanobereich sein, die sich aufgrund ihrer Unähnlichkeiten in Struktur und Chemie in ihren Eigenschaften unterscheiden. Die mechanischen, elektrischen, thermischen, optischen, elektrochemischen, katalytischen Eigenschaften des Nanoverbundmaterials können sich von denjenigen der Materialien, die die Matrixphase 12 und die dispergierte Phase 14 umfassen, unterscheiden.

Nanoverbundmaterialien können sich von herkömmlichen Verbundmaterialien zum Beispiel dadurch unterscheiden, dass sie ein hohes Flächen-Volumen-Verhältnis und/oder ein hohes Aspektverhältnis der dispergierten Phase 14 aufweisen. Das dispergierte Material kann aus Partikeln (z. B. Mineralien), Platten (z. B. geblähte Tonerdestapel) oder Fasern (z. B. Kohlenstoffnanoröhrchen oder elektrogesponnene Fasern) bestehen. Ein Bereich der Schnittstelle zwischen der Matrixphase und der dispergierten Phase in einem Nanoverbundmaterial kann eine beliebige Größenordnung größer als in herkömmlichen Verbundmaterialien aufweisen. In einem Beispiel können eine oder mehrere Eigenschaften des Matrixmaterials in der Nähe des dispergierten Materials beeinflusst sein.

Unter Bezugnahme auf 2A ist eine beispielhafte Implementierung eines Mehrphasen-Verbundpermanentmagneten 20 gezeigt. Der Verbundpermanentmagnet 20 kann eine erste Phase 22 und eine zweite Phase 24 beinhalten. Die erste Phase 22 und die zweite Phase 24 können in Schichten angeordnet sein, wie zum Beispiel in 2A veranschaulicht ist. In manchen Fällen kann die erste Phase 22 des Verbundpermanentmagneten 20, wie in 2B veranschaulicht, eine oder mehrere magnetische Materialpartikel 26 umfassen, die in der zweiten Phase 24 dispergiert sind.

Die erste Phase 22 kann eine erste Korngröße aufweisen, z. B. eine ersten Phasendicke terste28. Die zweite Phase 24 kann eine zweite Korngröße aufweisen, z. B. eine zweite Phasendicke tzweite30. Gemäß der Domaintheorie kann die Korngröße von einer oder mehreren Phasen des Verbundpermanentmagneten 20 die magnetischen Eigenschaften des Materials jeder der Phasen beeinflussen.

In 3 ist eine beispielhafte Hysteresekurve gezeigt, die magnetische Eigenschaften eines Material veranschaulicht. Das Material wird unter Verwendung eines angelegten externen Magnetfelds H magnetisiert, bis es seinen magnetischen Sättigungspunkt Ms erreicht, der zum Beispiel unter Verwendung von Bezugszeichen 32 veranschaulicht ist, so dass ein Anstieg des angelegten externen Magnetfelds H möglicherweise nicht zu einem Anstieg der Magnetisierung des Materials führt und ein Wert einer gesamten magnetischen Flussdichte B ungefähr gleich bleibt. Das Material zeigt einen maximalen restlichen Magnetfluss (oder Remanenz) Br, der zum Beispiel unter Verwendung von Bezugszeichen 34 veranschaulicht ist, wenn eine Wirkung eines angelegten externen Magnetfelds H entfernt wird. Das Material zeigt eine maximale Koerzitivfeldstärke Hc, die zum Beispiel unter Verwendung von Bezugszeichen 36 veranschaulicht ist, wenn es unter dem Einfluss eines umgekehrten externen Magnetfelds H entmagnetisiert wird. Ein maximales Energieprodukt (BH)max kann eine maximale Energiedichte des Materials anzeigen, z. B. eine maximale Energiemenge, die in dem Material pro Volumeneinheit gespeichert werden kann. In einem Beispiel kann ein Volumen eines Materials mit einem größeren Wert des maximalen Energieprodukts (BH)max kleiner sein als ein Volumen eines Materials mit einem kleineren Wert des maximalen Energieprodukts (BH)max.

Ein gegebenes ferromagnetisches oder ferrimagnetisches Material des Verbundpermanentmagneten 20 kann seine maximale Koerzitivfeldstärke Hc zeigen, wenn seine Korngröße in einem Einzeldomainbereich liegt. In einem Beispiel kann ein Erhöhen der Korngröße des Magneten 20, so dass es in mehr als eine Domain verteilt ist, d. h. Mehrfachdomain, verursachen, dass die Koerzitivfeldstärke Hc geringer wird, was bedeutet, dass ein angelegtes externes Magnetfeld H, das benötigt wird, um das Material zu entmagnetisieren, geringer wird. Die Korngröße von einer oder mehreren der Phasen des Verbundpermanentmagneten 20 kann seine magnetische Sättigung Ms beeinflussen. Eine größere Korngröße des Materials kann in einem Fall ein größeres externes Magnetfeld H erfordern, um die Richtungen einer größeren Anzahl von Domains auszurichten.

Bei einem weiteren Beispiel kann eine magnetkristalline Anisotropiekonstante K eines gegebenen Magneten repräsentativ für eine Neigung eines magnetischen Dipolmoments des Magneten, sich mit einer Achse eines angelegten externen Magnetfelds H auszurichten, sein, wie eine Achse, die eine energetisch vorteilhafteste Richtung aufweist. Bei noch einem weiteren Beispiel kann die Austauschsteifigkeitskonstante A eine Größe sein, die für ein Merkmal eines magnetischen Materials, wie etwa eine Stärke der Interaktion zwischen benachbarten magnetischen Momenten, repräsentativ ist. Ein Beispielswert für die Austauschsteifigkeitskonstante A in ferromagnetischen Metallen kann 10–6 erg/cm betragen, wobei erg eine Energieeinheit gleich 10–7 Joules (J) darstellt.

In 4 ist ein beispielhafter Verbundpermanentmagnet 38 gezeigt, der ein hartmagnetisches Material 40, z. B. eine erste Phase, und ein weichmagnetisches Material 42, z. B. eine zweite Phase, beinhaltet. Das hartmagnetische Material 40 kann zum Beispiel unter anderem Nd-Fe-B, Sm-Co, usw. sein und das weichmagnetische Material 42 kann zum Beispiel unter anderem Fe und/oder Fe-Co sein. Eine Kombination der hart- und weichmagnetischen Materialien 40, 42 kann die Remanenz Br und das Energieprodukt (BH)max des beispielhaften Verbundpermanentmagneten 38 gegenüber einem Nicht-Verbundpermanentmagneten oder einem Verbundpermanentmagneten, der unterschiedliche Materialien kombiniert, verbessern. Die Zufügung von weichmagnetischem Material 42 kann in manchen Fällen die Koerzitivfeldstärke Hc des beispielhaften Verbundpermanentmagneten 38 gegenüber einem Permanentmagneten, der vollständig aus dem hartmagnetischen Material besteht, senken. Bei einem Beispiel kann eine Korngröße tweich44 des weichmagnetischen Materials 42 eine vordefinierte Größe sein, so dass die verbesserte Remanenz Br und das verbesserte Energieprodukt (BH)max des beispielhaften Verbundpermanentmagneten 38 z. B. gegenüber denjenigen eines Permanentmagneten, der vollständig aus einem hartmagnetischen Material besteht, erreicht werden, ohne seine Koerzitivfeldstärke Hc unter einen vordefinierten Wert zu senken. Die Korngröße tweich44 des weichmagnetischen Materials 42 kann in einem Beispiel auf ungefähr 10 nm begrenzt sein.

In 5 ist ein beispielhafter Verbundpermanentmagnet 46 gezeigt, der eine hartmagnetische Phase 48 und eine zweite Phase 50 umfasst. Die zweite Phase 50 kann ein hartmagnetisches, ein halbhartmagnetisches oder eine andere Art von magnetischem oder nichtmagnetischem Material definieren. Jede der hartmagnetischen Phase 48 und der zweiten Phase 50 kann durch eine oder mehrere extrinsische und/oder intrinsische Eigenschaften definiert sein, wie etwa unter anderem magnetkristalline Anisotropie K, gesättigte Polarisation Ms und Austauschkonstante A. Bei einem Beispiel kann die Austauschkopplung zwischen der hartmagnetischen Phase 48 und der zweiten Phase 50, wie unter Verwendung der jeweiligen extrinsischen und/oder intrinsischen Eigenschaften jeder der Phasen 48, 50 definiert, größer als ein vordefinierter Wert sein. Bei einem weiteren Beispiel kann der Verbundpermanentmagnet 46 eine dritte Phase und eine vierte Phase umfassen, die ein hartes, halbhartes oder eine andere Arte von magnetischem oder nichtmagnetischem Material definieren, so dass die Austauschkopplung zwischen der hartmagnetischen Phase 48 und der zweiten Phase 50, der dritten Phase und der vierten Phase, wie unter Verwendung der jeweiligen extrinsischen und/oder intrinsischen Eigenschaften jeder der Phasen definiert, größer als ein vordefinierter Wert ist.

Die hartmagnetische Phase 48 kann eine Permanentmagnetmaterial definieren, wie etwa unter anderem Sm-Co, Nd-Fe-B, Mn-Bi, Ferrit usw. Die zweite Phase 50 kann ein einzelnes Material oder eine Kombination aus Materialien definieren. Die zweite Phase 50 kann in einem Beispiel ein weichmagnetisches Material umfassen, wie etwa unter anderem Fe, Fe-Co, Co, Ni usw. Bei einem weiteren Beispiel kann die zweite Phase 50 ein halbhartmagnetisches Material definieren, wie etwa unter anderem Alcino, Fe-N, ein L10-Material, Mn-Al, Mn-Al-C, Mn-Bi usw. Bei noch einem weiteren Beispiel kann die zweite Phase 50 eine Kombination aus Materialien umfassen, wie etwa unter anderem ein Verbundmaterial aus NdFeB + a-Fe(Co) mit einstellbarem Anteil von Fe(Co), SmCo + Fe(Co), eutectoidloses SmCo, NdFeB-Legierungen usw.

Die zweite Phase 50 kann eine Korngröße tzweite52 basierend auf einem relativen Zusammenhang zwischen einer oder mehreren intrinsischen und/oder extrinsischen Eigenschaften jeder der Phasen 48, 50 definieren, wodurch sichergestellt wird, dass das gesamte Verbundmaterial eine vordefinierte magnetische Leistung aufweist. Die Austauschkopplung der einen oder mehreren Phasen des Verbundpermanentmagneten 46 kann in einem Beispiel so definiert sein, dass es keinen wahrnehmbaren Einbruch in der B-H-Kurve und/oder M-H-Kurve gibt, die mit dem Magneten 46 verknüpft sind. Bei einem Beispiel kann die zweite Phase 50 eine Korngröße tzweite52 basierend auf einem relativen Zusammenhang zwischen Anisotropie K, gesättigter Polarisation Ms oder Austauschkonstante A jeder der Phasen 48, 50 definieren.

Die zweite Phase 50 kann eine Korngröße tzweite52 definieren, die größer als ein vordefinierter Schwellenwert ist. Bei einem Beispiel kann die Korngröße tzweite52 viel größer sein als eine Korngröße des weichmagnetischen Materials in dem Verbundpermanentmagneten, der eine hartmagnetische Phase und eine weichmagnetische Phase umfasst. Bei einem anderen Beispiel kann die Korngröße tzweite52 größer als 50 nm sein. Bei noch einem weiteren Beispiel kann die Korngröße tzweite52 eine kritische Korngröße sein.

Unter Bezugnahme auf 6 ist eine Graphik 54, die einen relativen Zusammenhang zwischen Materialeigenschaften der Phasen 48, 50 und der Korngröße tzweite52 der zweiten Phase 50 veranschaulicht, gezeigt. Die vertikale Achse 58 der Graphik 54 kann repräsentativ für eine Korngröße tzweite52 der zweiten Phase 50 sein. Die horizontale Achse 56 der Graphik 54 kann repräsentativ für ein Verhältnis zwischen der magnetkristallinen Anisotropie Kzweite der zweiten Phase 50 und der magnetkristallinen Anisotropie Khart der hartmagnetischen Phase 48 sein. Die exponentielle Kurve 59 der Graphik 54 kann allgemein angeben, dass die Korngröße tzweite52 der zweiten Phase 50 bei einer Erhöhung eines Verhältnisses zwischen der magnetkristallinen Anisotropie Kzweite und der magnetkristallinen Anisotropie Khart steigt.

Bei einem Beispiel kann das Einstellen des Materials der zweiten Phase 50, so dass ein Verhältnis zwischen der magnetkristallinen Anisotropie Kzweite der zweiten Phase 50 und der magnetkristallinen Anisotropie Khart der hartmagnetischen Phase 48 ein vordefinierter Wert ist, zu einer vordefinierten Korngröße tzweite52 führen. Bei einem anderen Beispiel kann eine vordefinierte Korngröße tzweite52 der zweiten Phase 50 ein Verhältnis zwischen der magnetkristallinen Anisotropie Kzweite der zweiten Phase 50 und der magnetkristallinen Anisotropie Khart der hartmagnetischen Phase 48 definieren. Bei noch einem weiteren Beispiel kann die Einstellung des Materials der zweiten Phase 50, so dass die magnetkristalline Anisotropie Kzweite ein vordefinierter Wert ist, wiederum die Korngröße tzweite52 des Materials der zweiten Phase 50 so definieren, dass sie größer als 50 nm ist.

Unter Bezugnahme auf 7 veranschaulicht eine Graphik 60 einen beispielhaften Zusammenhang zwischen den Verhältnissen der Koerzitivfeldstärke Hc und der magnetkristallinen Anisotropie K für verschiedene relative Korngrößen t einer Vielzahl von Phasen in einem Verbundpermanentmagneten. Die vertikale Achse 64 der Graphik 60 kann repräsentativ für einen relativen Zusammenhang, z. B. ein Verhältnis, zwischen der Koerzitivfeldstärke Hc_Verbund des Verbundpermanentmagneten 46 und der Koerzitivfeldstärke Hc_hart der hartmagnetischen Phase 48 des Verbundpermanentmagneten 46 sein. Die horizontale Achse 62 der Graphik 60 kann repräsentativ für einen relativen Zusammenhang, z. B. ein Verhältnis, zwischen der magnetkristallinen Anisotropie Kzweite der zweiten Phase 50 und der magnetkristallinen Anisotropie Khart der hartmagnetischen Phase 48 sein.

Bei einem Beispiel kann jede der Vielzahl von Kurven 66, 68, 70, 72 und 74 repräsentativ für einen relativen Zusammenhang zwischen der Koerzitivfeldstärke Hc und der magnetkristallinen Anisotropie K für einen gegebenen proportionalen Zusammenhang zwischen Korngröße tzweite der zweiten Phase 50 und der Korngröße thart der hartmagnetischen Phase 48 sein. Die Kurve 66 zum Beispiel kann repräsentativ für einen Zusammenhang zwischen Verhältnissen der Koerzitivfeldstärke Hc und der magnetkristallinen Anisotropie K sein, die zu einem Korngrößenverhältnis, wie etwa tzweite/thart, von 0,5, bei Kurve 68 zu einem Korngrößenverhältnis von 0,75, bei Kurve 70 zu einem Korngrößenverhältnis von 1, bei Kurve 72 zu einem Korngrößenverhältnis von 1,5 und bei Kurve 74 zu einem Korngrößenverhältnis von 2 führen.

Bei einem Beispiel kann die Graphik 60 angeben, dass eine Erhöhung der Korngröße der zweiten Phase 50 zu einer geringeren Koerzitivfeldstärke Hc_Verbund des Verbundpermanentmagneten 46 führen kann, z. B. im Vergleich zur Koerzitivfeldstärke Hc_hart der hartmagnetischen Phase 48 des Verbundpermanentmagneten 46. Bei einem weiteren Beispiel kann die Graphik 60 angeben, dass eine Erhöhung der Korngröße tzweite relativ zur Korngröße thart über eine vordefinierte Größe hinaus, d. h. eine kritische Größe, eine erhebliche Verringerung der Koerzitivfeldstärke Hc_Verbund des Verbundpermanentmagneten 46 verursachen kann, z. B. in Relation zu der Koerzitivfeldstärke Hc_hart der hartmagnetischen Phase 48, wodurch die Magnetkopplung zwischen den Phasen 48, 50, wie zum Beispiel durch die B-H-Kurve und/oder die M-H-Kurve dargestellt, geschwächt wird.

In 8 ist eine Graphik 76 gezeigt, die beispielhafte Hystereseschleifen einer Vielzahl von Mehrphasen-Verbundpermanentmagneten veranschaulicht. Die vertikale Achse 78 kann repräsentativ für eine Gesamtmagnetisierung M eines gegebenen Mehrphasen-Verbundpermanentmagneten sein und die horizontale Achse 80 kann repräsentativ für eine Größe eines angelegten Magnetfelds H sein. Eine Kurve 82 kann eine Hystereseschleife für einen ersten Mehrphasen-Verbundpermanentmagneten mit einer ersten Phase, die ein hartmagnetisches Material definiert, und einer zweiten Phase, die ein weichmagnetisches Material definiert, angeben. Eine Kurve 86 kann eine Hystereseschleife für einen zweiten Mehrphasen-Verbundpermanentmagneten mit einer ersten Phase, die ein hartmagnetisches Material definiert, und einer zweiten Phase, die ein halbhartmagnetisches Material definiert, angeben.

Die Kurve 82 veranschaulicht zum Beispiel, dass der erste Mehrphasen-Permanentmagnet einen Entmagnetisierungspunkt MA, angezeigt durch Bezugszeichen 84, als Reaktion auf ein angelegtes umgekehrtes Magnetfeld H mit einem Wert von H1 erreichen kann. Die Kurve 86 veranschaulicht zum Beispiel, dass der zweite Mehrphasen-Permanentmagnet einen gleichen Entmagnetisierungspunkt MA, angezeigt durch Bezugszeichen 88, als Reaktion auf ein angelegtes umgekehrtes Magnetfeld H mit einem Wert von H2 erreichen kann, wobei H2 größer ist als H1. Eine Kurve 82 kann eine schwächere Magnetkopplung zwischen einer Vielzahl von Phasen des ersten Mehrphasen-Verbundpermanentmagneten als eine Magnetkopplung zwischen einer Vielzahl von Phasen des zweiten Mehrphasen-Verbundpermanentmagneten angeben.

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 Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Obwohl verschiedene Ausführungsformen so beschrieben sein können, dass sie Vorteile bereitstellen oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen auf dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften bevorzugt sind, wird ein durchschnittlicher Fachmann erkennen, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erreichen, welche von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Zu diesen Attributen können gehören unter anderem Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Kosten über die Lebensdauer hinweg, Marktgängigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit der Montage usw. Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik beschrieben werden, liegen somit nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.