CN113508512A - 包括具有不同磁畴对准模式的三个磁体装置的永磁体组件 - Google Patents

Abstract

描述了一种永磁体组件（360、460），其包括第一侧磁体装置（280a）、第二侧磁体装置（280b）和在两者之间的中心磁体装置（270、470）。中心磁体装置（270、470）具有导致聚焦磁化的磁畴对准方向（375、475）的扩展角分布，该聚焦磁化限定焦点（377）。两个侧磁体装置（280a、280b）仅具有导致平行磁化的单磁畴对准方向（382a、382b）。单磁畴对准方向（382a、382b）相对于由焦点（377）与中心磁体装置（270、470）的主表面（270a）之间的最短距离限定的磁轴线（377a）倾斜。进一步描述了一种具有这种永磁体组件（360、460）的转子组件（150）、一种具有这种转子组件（150）的机电换能器（140）、以及一种具有这种机电换能器（140）的风力涡轮机（100）。

Description

包括具有不同磁畴对准模式的三个磁体装置的永磁体组件

技术领域

本发明涉及具有非均匀磁畴对准模式的永磁体技术领域。本发明进一步涉及一种用于机电换能器的转子组件，所述转子组件包括至少一个这种永磁体。此外，本发明涉及一种包括这种转子组件的机电换能器以及一种包括这种机电换能器的风力涡轮机。

背景技术

永磁材料用于多个不同的应用领域中。很可能，在技术上和经济上最重要的应用领域是机电换能器，即电动机和发电机。配备有至少一个永磁体（PM）的电动机通过借助于绕组或线圈产生暂时变化的磁场而将电能转换成机械能。这种暂时变化的磁场与PM的磁场相互作用，从而导致例如转子组件相对于电动机的定子组件进行旋转运动。以物理上互补的方式，发电机（也称为电动发电机（dynamo electrical machine）将机械能转换成电能。

发电机是用于生成电能的任何发电厂的核心部件。这一点适用于直接捕获机械能的发电厂，例如也被命名为风力涡轮机的水力发电设施、潮汐发电设施和风力发电设施。然而，这一点也适用于这样的发电厂，即，所述发电厂（i）首先使用化学能（例如，来自燃烧的化石燃料或来自核能）以便生成热能，并且（ii）其次借助于适当的热力学过程将生成的热能转换成机械能。

明显的是，发电机的效率很可能是优化电能生产的最重要因素。对于PM发电机，必不可少的是，由永磁体（PM）产生的磁通量是强的。目前，这很可能可以用烧结稀土磁体来最好地实现，例如使用FeNdB材料组合物。然而，由PM产生的空间磁场分布对发电机效率也有影响。在后一种情况下，使用具有非均匀磁畴对准模式的PM装置或PM布置结构（arrangement）常常是有优势的，所述PM装置或PM布置结构导致有意地不均匀的磁场强度或磁通密度，特别是在转子组件与定子组件之间的气隙中。

WO 2012/141932 A2公开了PM磁体布置结构，其中不同地磁化的PM被组合成使得实现“磁聚焦”。不同地磁化的PM可安装在例如由铁制成的公共背板上。

EP 3 276 642 A1公开了一种烧结稀土PM，其具有通过一体地形成或单件式PM本体实现的聚焦磁对准模式。

EP 2 762 838 A2公开了用于制造PM的设备和方法，其中，在烧结过程期间，施加非均匀的外部磁场以便使PM的不同区域沿不同方向磁化。

通过恰当的外部磁场还可以产生磁畴对准模式，这些磁畴对准模式在PM本体内形成弯曲的磁化线。

WO 2009 017430 A1公开了一种磁体装置，其具有非各向同性对准的磁畴以便形成磁畴对准模式，其中，对应的磁化方向的方向跨越磁体装置的在其侧向边缘之间的至少一部分而从至少部分地径向基本上连续地变化到至少部分地切向。

所有上文提到的已知的PM和PM装置都不容易制造，因为适当的外部非均匀磁场是必要的，以便提供磁畴的恰当对准。

可能需要提供一种PM组件，其可以容易制造并且在许多应用中有助于改进机电换能器的效率。

发明内容

根据独立权利要求的主题可满足这种需求。本发明的有利实施例由从属权利要求来描述。

根据本发明的第一方面，提供了一种永磁体组件，其包括：中心磁体装置；第一侧磁体装置，其布置在中心磁体装置的第一侧处；以及第二侧磁体装置，其布置在中心磁体装置的第二侧处。所提供的永磁体组件进一步包括以下特征：

（a）中心磁体装置夹在第一侧磁体装置与第二侧磁体装置之间。

（b）中心磁体装置具有导致聚焦磁化的磁畴对准方向的扩展角分布，该聚焦磁化限定焦点，

（c）第一侧磁体装置和第二侧磁体装置两者都仅具有导致平行磁化的单磁畴对准方向。

（d）单磁畴对准方向相对于由焦点与中心磁体装置的主表面之间的最短距离限定的磁轴线倾斜。

所描述的永磁体（PM）组件是基于以下构思：通过组装三个磁体装置，可以在（i）生产整个PM组件的整体付出、（ii）由PM组件产生的磁通量的强度和（iii）磁聚焦程度之间实现合理的折衷，在所述三个磁体装置中，仅一个磁体装置（即，中心磁体装置）包括导致聚焦磁化的磁畴对准方向的非均匀分布，并且其他磁体装置包括（通常的）平行磁化方向。具体地，仅有必要使用一种比较复杂且难以制造的磁体装置（即，中心磁体装置）以便最终成为对于许多应用而言产生（i）足够强的磁场或磁通量和（ii）磁场（线）或磁通量（线）的期望的空间分布的PM组件。

术语“由焦点与中心磁体装置的主表面之间的最短距离限定的磁轴线”可特别地意指磁轴线被定向成垂直于中心磁体装置的主表面（的平面），并且焦点位于磁轴线上。在这方面，磁轴线可被视作对应于聚焦光学元件（例如，折射透镜）的光轴。在该文件中，术语“磁畴对准方向”也可被称为相应磁体装置的块体内的磁化方向。

应指出，中心磁体装置的聚焦可能并不完美。因此，磁畴对准方向的扩展角分布可能不产生精确或清晰的焦点，而是围绕期望的精确或清晰焦点产生（分布式）焦点区域。

根据本发明的实施例，磁轴线是中心磁体装置的对称轴线，其中，对称性由中心磁体装置的空间形状和尺寸和/或由磁畴对准方向的扩展角分布给出。

以对称方式构造中心磁体装置可提供以下优势：与非对称构型相比，中心磁体装置可以用已知的过程和设备比较容易地制造，以例如在烧结过程期间使中心磁体装置不均匀地磁化。

根据本发明的进一步实施例，磁轴线是整个永磁体组件的对称轴线，其中，对称性由整个永磁体组件的空间形状和尺寸和/或由磁畴对准方向的整体分布给出。

描述性地说，整个PM组件的所描述的对称性可意指两个（外）侧磁体装置关于对称轴线彼此镜像对称。这一点可适用于两个侧磁体装置的空间形状和尺寸和/或两个侧磁体装置的单磁畴对准方向。这可提供以下优势：可以以比较简单和有效的方式来设计和实现所描述的PM组件。

在优选构型中，两个侧磁体装置是相同的类型。因此，为了构建所描述的PM组件，仅两种不同类型的磁体装置是必要的，即，聚焦的中心磁体装置和（成双使用的）非聚焦的侧磁体装置。当组装PM组件时，两个侧磁体装置中的一个与两个侧磁体装置中的另一个相比可简单地以反向的方式定向。

在该文件中，术语“磁畴对准方向的整体分布”可指代磁体组件的所有磁体装置的或在磁体组件的所有磁体装置内的磁畴对准分布，该磁体组件包括中心磁体装置和两个侧磁体装置。如果磁体组件包括附加磁体装置，则“磁畴对准方向的整体分布”还可包括这些附加磁体装置中的磁畴对准磁化方向的分布。

所描述的镜像对称的PM组件可提供以下优势：与其中仅中心磁体装置是对称的而两个外侧磁体装置的整体是不对称的PM组件相比，它可以甚至更容易地设计和制造。

根据本发明的进一步实施例，中心磁体装置、第一侧磁体装置和第二侧磁体装置中的至少一者形成为单磁体件。这可提供以下优势：三个不同的磁体件足以实现所描述的PM组件。

在该文件的上下文中，术语“单磁体件”可特别地意指相应磁体装置借助于单一块状材料一体地或整体地形成。

根据本发明的进一步实施例，中心磁体装置、第一侧磁体装置和第二侧磁体装置中的至少一者包括至少两个磁体件。

描述性地说，在该实施例中，所述（至少）三个磁体装置中的至少一个磁体装置由至少两个单磁体件组成。这可提供以下优势：整个PM组件且特别是中心磁体装置可以通过组成或组装更小的磁体件来实现。尽管组装不同的磁体件可能需要一些付出，但在大多数情况下这种付出将被过度补偿，因为仅必须生产更小的磁体件。这一点是适用的，因为特别是对于聚焦磁体件，制造两个或更多个小的聚焦磁体件比制造一个大的聚焦磁体件更容易。

形成具有至少两个磁体件的磁体装置不仅可在磁体装置的制造过程方面提供优势，而且在配备有“多件式”磁体装置的发电机的操作效率方面也可提供优势。在该上下文中，可以减少由于磁回溯效应而在磁性装置的本体内产生的涡电流。具体地，由于由移动的磁体装置引起的时变磁场而在定子线圈中感应出的时变电流导致由相应定子线圈产生的时变磁场。该时变磁场再次在磁体装置的本体内引起涡流。因此，应清楚的是，不同的磁体件之间的界面可为这种涡流提供屏障。当在不同的磁体件之间提供电绝缘介质（例如，非导电胶）时，可加强该屏障。

根据本发明的进一步实施例，两个磁体件彼此直接邻接抵靠。

具有直接邻接的磁体件的PM组件可提供以下优势：可以在紧凑设计内实现该PM组件。进一步的优势可以是，在两个邻近磁体件之间的界面处，可至少近似地不存在磁通线的失真。如果在两个相应磁体件之间将存在间隙，则将极有可能发生磁通线的这种失真。

在该文件中，术语“直接邻接”可意指在两个磁体件之间不存在预期的间隙。这意指：例如在两个磁体件的实际磁性材料之间的一小层粘合剂和/或表面保护或钝化层并不意指两个磁体件彼此不直接邻接抵靠。

根据本发明的进一步实施例，中心磁体装置、第一侧磁体装置和第二侧磁体装置中的至少一者是烧结磁体，特别是包括NdFeB的烧结磁体。

当考虑到烧结磁体通常是极具刚性和/或脆性的结构使得对相应烧结磁体的进一步加工并不容易时，借助于不同磁体装置形成所描述的PM组件可以是特别有优势的，其中，这些磁体装置中的每一个可由一个或多个（永久）磁体件形成。这一点对于包括典型的NdFeB材料组合物的磁体可特别适用。

通过使用至少两个比较小型的烧结磁体装置或磁体件以代替一个较大型的烧结磁体装置或磁体件，可显著降低在进一步加工期间机械地损坏磁体装置或磁体件的风险。这种进一步加工可包括例如在磁体件的外表面处提供保护层的过程。

为了避免在烧结磁体的（内部）磁化结构方面的任何误解，应指出，上文所描述的磁畴对准方向是基于晶粒取向的优选方向或与其直接相关。这意指，所有晶粒（有助于特定的磁畴对准方向或磁化线）必须完全沿相同方向定向是不必要的。相反，仅必要的是，在晶粒取向的某种分布当中，存在（平均而言）优选的晶粒取向。

根据本发明的进一步实施例，磁畴对准方向的扩展角分布包括直线。

使聚焦磁化方向沿着直线可提供以下优势：例如，在烧结过程期间，可促进制造中心磁体装置的过程。这一点是特别适用的，因为为了产生中心磁体装置的磁畴对准（模式），可以通过外部磁体线圈的恰当的空间布置结构比较容易地生成具有对应和必要的不均匀性的外部磁场。优选地，中心磁体装置内的所有磁畴对准线都是直线。

根据本发明的进一步实施例，磁畴对准方向的扩展角分布（在中心磁体装置内）包括弯曲的磁畴对准线。

提供弯曲或弓形的磁畴对准线可提供以下优势：在中心磁体装置与两个侧磁体装置中的至少一者之间的界面处，可以存在磁畴对准方向或磁畴对准线的取向角的平稳过渡。这可意指：在该界面处，中心磁体装置和相应侧磁体装置的弯曲的磁畴对准线的角度之间的差异可以是小的。在优选实施例中，该角度差至少近似为零。换句话说，在该界面处，磁畴对准线的取向不存在（显著的）逐步变化。

磁畴对准线的取向的平稳过渡可提供以下优势：中心磁体装置朝向焦点的磁场或磁通量聚焦行为将不会受到干扰。这种干扰将会导致聚焦区域增加。相反，侧磁体装置可显著增加整个磁体组件的磁强度，使得与单聚焦（中心）磁体装置相比，磁场的特别是在焦点处的强度将会增加。

根据本发明的进一步实施例，对于中心磁体装置，（i）磁畴对准方向与（ii）磁轴线之间的在主表面处的（a）第一角度小于（i）磁畴对准方向与（ii）磁轴线之间的在中心磁体装置和两个侧磁体装置中的至少一者之间的界面处的（b）第二角度。

描述性地说，所描述的角度关系可意指：相对于主表面的平面，（i）在主平面处“离开”中心磁体装置的磁化线的磁畴对准方向比（ii）在相应界面处“进入”中心磁体装置的磁化线的磁畴对准方向更陡峭。

优选地，在一个界面处“进入”中心磁体装置以及在主表面处“离开”中心磁体装置的磁化线朝向“左手侧”弯曲，并且在相对的另一界面处“进入”中心磁体装置以及也在主表面处“离开”中心磁体装置的磁化线朝向“右手侧”弯曲。这可提供以下优势：也可以以（镜像）对称方式实现这样的构型，即，该构型的中心磁体装置具有弯曲的磁畴对准线。

根据本发明的进一步实施例，对于第一侧磁体装置和第二侧磁体装置中的至少一者，单磁畴对准方向与磁轴线之间的倾斜角在20°和70°的范围内，优选地在30°和60°的范围内，且更优选地在40°和50°的范围内。最优选地，所描述的倾斜角可至少近似为45°。

直线可被定向成使得它们朝向磁轴线倾斜。由此，以有利的方式，中心磁体的磁聚焦将由两个侧磁体装置来支持。

根据本发明的进一步实施例，磁体装置中的每一者均包括高度和宽度，其中，高度是沿着平行于磁轴线的方向测量的，且宽度是沿着平行于两个侧磁体装置的相互面对的侧表面的共同法向向量的方向测量的。所描述的磁体组件包括以下特征（A）、（B）和（C）中的至少一者：

特征（A）：中心磁体装置包括在0.2和1.0之间、特别地在0.4和1.0之间、且更特别地在0.6和1.0之间的范围内的纵横比。

由此，纵横比由中心磁体装置的高度与宽度之间的比率定义。

关于特征（A），发明人发现，聚焦的中心磁体装置的恰当纵横比对可以在发电机的气隙内实现的磁通量可具有显著影响。具体地，通过与通常由机器设计者以最小高度（特别是出于成本原因）确定尺寸的不聚焦磁体装置形成对比，聚焦磁体装置可提供显著更高的效率以产生强磁通量。这种显著更高的效率可能是将聚焦磁体装置设计成具有更大磁体体积的原因，更大磁体体积当然与必要磁体材料的更多成本或费用相关联。

至少对于适合于风力涡轮机的发电机，中心磁体装置的宽度可在25 mm和200 mm之间的范围内，且特别地在50 mm和100 mm之间的范围内。在这方面，发明人进一步发现，最佳纵横比可取决于宽度的绝对值。例如，对于宽度为50 mm的磁体装置，有益的纵横比可在0.4和0.8之间的范围内。对于宽度为100 mm的磁体装置，有益的纵横比可在0.2和0.6之间的范围内。在这些考虑中，还可考虑到磁性材料的费用。

特征（B）：中心磁体装置的高度不同于、特别是大于侧磁体装置中的至少一者的高度。

关于特征（B），发明人发现，在所描述的永磁体组件的高度不均匀的情况下，永磁体组件的（上）表面可以近似为弯曲的（正弦）表面，其可以以这种方式在空间上定形状、相应地修改磁通密度（特别是在转子组件与定子组件之间的气隙内的磁通密度），使得可以获得对应的机电换能器的平稳操作（小齿槽转矩、振动等）。

优选地，中心磁体装置具有第一高度，并且两个侧磁体装置具有第二高度。这可提供以下优势：具有高度不同的磁体装置的永磁体组件也可以以空间上（镜面）对称形状实现。

特征（C）：侧磁体装置中的至少一者的宽度不同于、特别是大于中心磁体装置的宽度。

关于特征（C），发明人发现，通过选择适当的宽度，可以以进一步的设计自由度实现永磁体组件。也可以利用该进一步的自由度，以便针对每个应用实现有助于机电换能器的平稳操作的永磁体组件。

优选地，中心磁体装置具有第一宽度，并且两个侧磁体装置具有第二宽度。这可提供以下优势：具有宽度不同的磁体装置的永磁体组件也可以以空间上（镜面）对称形状实现。

根据本发明的进一步方面，提供了一种用于机电换能器、特别是用于风力涡轮机的发电机的转子组件。所提供的转子组件包括支撑结构、以及如上文所描述的至少一个永磁体组件。永磁体组件安装到支撑结构。

所提供的转子组件是基于以下构思：通过上文所描述的PM组件，可以构建用于机电换能器的转子组件，该转子组件在操作中由于其磁聚焦所致而产生有效的操作。特别地，可以减少不想要的影响，诸如例如齿槽转矩、振动等，这不仅导致高效率因子而且还导致机电换能器的低噪音操作。

根据本发明的进一步方面，提供了一种机电换能器，特别是风力涡轮机的发电机。所提供的机电换能器包括定子组件和如上文所描述的转子组件。

所提供的机电换能器是基于以下构思：通过上文所描述的转子组件，可以设计一种PM机电换能器，在该PM机电换能器的情况下，由于减少了至少一些不想要的影响，因此可以针对所述至少一个PM组件以比较低的制造成本实现高的操作效率。

根据本发明的进一步方面，提供了一种用于发电的风力涡轮机。所提供的风力涡轮机包括：塔架；风轮（wind rotor），其布置在塔架的顶部部分处并且包括至少一个叶片；以及如上文所描述的机电换能器。机电换能器与风轮机械地联接。

所提供的风力涡轮机（也被命名为风能设施）是基于以下构思：表示用于风力涡轮机的发电机的上文所描述的机电换能器可允许提高发电效率和/或降低操作噪音，而同时将所述至少一个PM组件的制造费用保持为小的。与其他技术（诸如，太阳能发电厂）相比，这可有助于改进风力涡轮机技术对于再生发电的吸引力。

本发明的上文定义的方面以及进一步方面从下文中要描述的实施例的示例显而易见，并且参考实施例的示例来进行解释。在下文中，将参考实施例的示例来更详细地描述本发明，但是本发明并不限于实施例的这些示例。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的风力涡轮机。

图2以示意性表示示出了图1的风力涡轮机的发电机。

图3示出了产生聚焦磁场的永磁体（PM）组件，该PM组件具有中心磁体，该中心磁体沿着具有不同取向的相应地直线具有磁畴对准方向的扩展角分布。

图4示出了具有中心磁体装置的PM组件，该中心磁体装置具有弯曲的磁畴对准线。

图5示出了具有直的磁畴对准线的两部分式中心磁体装置。

图6示出了具有弯曲的磁畴对准线的两部分式中心磁体装置。

图7针对具有不同宽度的不同磁体装置示出了作为纵横比的函数的在气隙内可实现的磁通密度。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。应注意，在不同附图中，相似或相同的元件或特征设置有相同的附图标记或仅在第一位内与对应的附图标记不同的附图标记。为了避免不必要的重复，已经在先前描述的实施例中阐明的元件或特征在描述的后面位置处不再次阐明。

图1示出了根据本发明的实施例的风力涡轮机100。风力涡轮机100包括塔架120，该塔架安装在未描绘的基座上。在塔架120的顶部上布置有机舱122。在塔架120与机舱122之间设置有偏航角调节装置121，该偏航角调节装置能够使机舱122围绕与塔架120的纵向延伸部对准的未描绘的竖直轴线旋转。通过以适当的方式控制偏航角调节装置121，可以确保在风力涡轮机100的正常操作期间，机舱122始终与当前风向恰当地对准。

风力涡轮机100进一步包括具有三个叶片114的风轮110。在图1的透视图中，仅两个叶片114是可见的。转子110可围绕旋转轴线110a旋转。安装在毂112处的叶片114相对于旋转轴线110a径向地延伸。

在毂112与叶片114之间相应地设置有叶片角调节装置116，以便通过使相应叶片114围绕未描绘的轴线旋转来调节每个叶片114的叶片俯仰角，所述轴线与相应叶片114的纵向延伸部基本上平行对准。通过控制叶片角调节装置116，可以以这种方式调节相应叶片114的叶片俯仰角，使得至少当风不太强时，可以从驱动风轮110的风的可用机械动力恢复（retrieve）最大风力。

如从图1可以看出，在机舱122内设置有齿轮箱124。齿轮箱124用于将转子110的转数转换成轴125的更高转数，该轴以已知的方式联接到机电换能器140。机电换能器是发电机140。

此时应指出，齿轮箱124是任选的，并且发电机140也可通过轴125直接联接到转子110而不改变转数。在这种情况下，风力涡轮机是所谓的直驱式（DD）风力涡轮机。

进一步地，提供了制动器126，以便例如在紧急情况下停止风力涡轮机100的操作或以便降低转子110的转速。

风力涡轮机100进一步包括用于以高效的方式操作风力涡轮机100的控制***153。除了控制例如偏航角调节装置121之外，所描绘的控制***153还用于以优化的方式调节转子叶片114的叶片俯仰角。

根据电气工程的基本原理，发电机140包括定子组件145和转子组件150。在此处所描述的实施例中，以所谓的“内定子-外转子”构型实现发电机140，其中，转子组件150包围定子组件145。这意指转子组件150的未描绘的永磁体装置、相应地磁体组件围绕内定子组件145的多个未描绘线圈的布置结构行进，所述线圈产生由从行进的永磁体装置获得时变磁通量而产生的感应电流。

根据此处所描述的实施例，每个永磁体（PM）组件包括由Nd-Fe-B材料组合物制成的至少三个烧结永磁体装置。

图2以横截面图示出了发电机140的示意性表示。发电机140包括定子组件145。定子组件145包括：定子支撑结构247，其包括多个叠片的堆叠；以及多个定子绕组249，其容纳在定子支撑结构247内。绕组249借助于未描绘的电连接件以已知的方式互连。

发电机140的转子组件150（该转子组件通过气隙ag与定子组件145分离）包括转子支撑结构252，该转子支撑结构提供用于安装多个永磁体（PM）组件260的机械底座，每个PM组件包括三个磁体装置：中心磁体装置270、第一侧磁体装置280a和第二侧磁体装置280b。中心磁体装置270位于两个侧磁体装置280a、280b之间或夹在这两者之间。中心磁体装置270的主表面用附图标记270a命名。

应提到，在图2中，为了便于图示起见，仅描绘了一个PM组件260。实际上，取决于发电机140的尺寸，多个PM组件260安装到转子支撑结构252。PM组件260优选地围绕支撑结构252的弯曲表面区域布置成矩阵状结构，该弯曲表面区域围绕发电机轴线240a具有基本圆柱形的几何形状。

如从图2可以看出，PM组件260不直接安装到转子支撑结构252。相反，对于每个PM组件260，提供了由铁磁材料（例如，铁）制成的背板254。提供背板254为的是确保对磁通量的恰当引导。这以有益的方式显著降低了杂散磁场的强度。

图3示出了根据本发明的实施例的永磁体（PM）组件360。PM组件360包括三个磁体装置，这些磁体装置也在图2中示出并且已在上文提到。磁体装置280a、270和280b安装到背板254。

如从图3可以看出，中心磁体件270以这种方式被磁化，使得给出了各自遵循直的磁化线375a的磁畴对准方向375的扩展角分布。直线375a以扇状方式相对于彼此成角度或倾斜。具体地，直的磁化线375a的扩展角分布在主表面270a上方的区域中产生焦点377，该焦点的特征在于磁场、相应地磁通密度的局部最大值。

根据此处所描述的示例性实施例，磁畴对准模式关于对称轴线377a对称。在该文件中，对称轴线377a也被命名为磁轴线。磁轴线377a是主表面270的法向轴线，其延伸穿过焦点377。

两个侧磁体装置280a、280b各自仅具有导致非聚焦磁化的单磁畴对准方向。在该实施例中，对准方向与磁轴线377a之间的恒定角

（θ）近似为40°。由于两个侧磁体装置280a、280b的磁化应该支持焦点377的区域中的磁场强度、相应地磁通密度，因此角度

（θ）可取决于磁焦距（即，焦点377与主表面270a之间的距离）而变化。

图4示出了具有中心磁体装置470的PM组件460，该中心磁体装置具有磁畴对准方向475的扩展角分布。如从该图可以看出，对应的磁畴对准模式具有弯曲的磁畴对准线475a。所有线475a都以这种方式在主表面470a处“离开”中心磁体装置470，使得实现了至少一定的磁聚焦程度。磁对称轴线用附图标记477a来命名。

如从图4可以进一步看出，在该“对称”实施例中，磁畴对准线475a的一半从中心磁体装置470的右侧向表面或从与主表面470a相对的底表面的右部分“进入”该中心磁体装置。沿着这个方向，这些线475a向右弯曲。

对应地，磁畴对准线475a的另一半从中心磁体装置470的左侧向表面或从与主表面470a相对的底表面的左部分“进入”该中心磁体装置。沿着这个方向，这些其他线475a向左弯曲。

应指出，术语“离开”和“进入”是任意的，因为它们指代从南到北的磁体方向。当采取相反的磁体方向时，所有线475a都经由主表面470a“进入”中心磁体装置470。

图5示出了具有直的磁畴对准线的两部分式中心磁体装置570。中心磁体装置570由两个磁体件组成：第一磁体件571和第二磁体件572。

在图5中，仅仅为了图示起见，两个磁体件571、572被描绘为彼此间隔开且在两者之间具有小间隙。为了形成尽可能产生不受干扰的磁场的聚焦磁体装置，通常优选的是，将磁体件571、572布置成在两者之间没有间隙。

用两个比较小的磁体件571、752组成或组装中心磁体装置570可提供以下优势：不必制造具有导致聚焦磁化的磁畴对准方向的完整扩展角分布的（烧结）单磁体件。仅制造只具有完整的聚焦磁畴对准模式的一部分（例如，一半）的较小磁体件已相当足够。针对数量较大的较小聚焦磁体装置的制造付出可显著小于数量较小的较大聚焦磁体装置的制造付出。因此，在许多应用中，借助于两个或更多个单聚焦磁体件来组装中心聚焦磁体装置可能是有优势的。

当然，应提到，中心磁体装置570也可由三个或更多个磁体件组成。

图6示出了具有弯曲的磁畴对准线的两部分式中心磁体装置670。中心磁体装置670由两个磁体件组成：第一磁体件671和第二磁体件672。关于制造付出，适用与上文针对中心磁体装置570描述的相同的考虑和优点。

而且，中心磁体装置670可由三个或更多个不同的磁体件组成。

图7示出了图表，其中，在发电机的气隙内的磁通密度（该磁通密度可以用不同的磁体装置产生）被描绘为相应磁体装置的纵横比的函数。在聚焦磁体装置的该上下文中，纵横比是磁体装置的高度与宽度之间的比率，其中高度是沿着平行于磁轴线的方向测量的，且宽度由磁体装置的沿着垂直于高度方向的方向的尺寸给出。对于具有夹着聚焦的中心磁体装置的两个平行磁化的侧磁体装置的磁体组件，宽度是两个侧磁体装置的相互面对的侧表面之间的距离。

在图7的图表中，附图标记780指向的曲线出于比较的目的而描绘了气隙磁通密度，该气隙磁通密度可以用宽度为50 mm的平行磁化的磁体装置实现。曲线782描绘了对应的气隙磁通密度，其可以用具有相同空间尺寸的聚焦磁体装置实现。从两条曲线780与782之间的比较可以看出，对于较大的纵横比，由聚焦磁体装置产生的较大磁通密度与由平行磁化的磁体装置产生的较小磁通密度之间的差异更大。随着纵横比的增加，曲线782示出了从0.2开始一直到0.6的显著增加。对于大于0.8的纵横比，可实现的气隙磁通密度仅以小得多的范围增加。

曲线784和786示出了宽度为100 mm的磁体装置的对应曲线。再次，由聚焦磁体装置产生的较大磁通密度（见曲线786）与由平行磁化的磁体装置产生的较小磁通密度（见曲线784）之间的差异随着纵横比的增加而变大。对于100 mm的磁体装置，针对大于0.4的纵横比而达到了饱和。

对于较大的磁体装置（此处为对于宽度为100 mm的磁体装置），在气隙中可以实现的磁通密度的绝对值显著更大，这一点并不令人惊讶。

从上文所呈现的考虑可以看出，纵横比是可以为了增加气隙磁通密度而改变的另外的参数。当然，也可通过更改焦点区域的位置来控制通量聚焦的程度。

应注意，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一个”的使用不排除多个。而且，可组合与不同实施例相关联的所描述的元件。还应注意，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (15)

1.一种永磁体组件（360、460），其包括：

中心磁体装置（270、470）；

第一侧磁体装置（280a），其布置在所述中心磁体装置（270、470）的第一侧处；以及

第二侧磁体装置（280b），其布置在所述中心磁体装置（270、470）的第二侧处；其中

- 所述中心磁体装置（270、470）夹在所述第一侧磁体装置（280a）和所述第二侧磁体装置（280b）之间，

- 所述中心磁体装置（270、470）具有导致聚焦磁化的磁畴对准方向（375、475）的扩展角分布，所述聚焦磁化限定焦点（377），

- 所述第一侧磁体装置（280a）和所述第二侧磁体装置（280b）两者都仅具有导致平行磁化的单磁畴对准方向（382a、382b），并且

- 所述单磁畴对准方向（382a、382b）相对于由所述焦点（377）与所述中心磁体装置（270、470）的主表面（270a）之间的最短距离限定的磁轴线（377a）倾斜。

2.根据前一权利要求所述的永磁体组件（360、460），其中

所述磁轴线（377a）是所述中心磁体装置（270、470）的对称轴线，其中，对称性由所述中心磁体装置（270、470）的空间形状和尺寸和/或由磁畴对准方向（375、475）的所述扩展角分布给出。

3.根据前一权利要求所述的永磁体组件（360、460），其中

所述磁轴线（377a）是整个永磁体组件（360、460）的对称轴线，其中，对称性由所述整个永磁体组件（360、460）的空间形状和尺寸和/或由磁畴对准方向（375、382a、382b）的整体分布给出。

4.根据前述权利要求1至3中任一项所述的永磁体组件（360、460），其中

所述中心磁体装置（270、470）、所述第一侧磁体装置（280a）和所述第二侧磁体装置（280b）中的至少一者形成为单磁体件。

5.根据前述权利要求1至3中任一项所述的永磁体组件，其中

所述中心磁体装置（570、670）、所述第一侧磁体装置和所述第二侧磁体装置中的至少一者包括至少两个磁体件（571、572、671、672）。

6.根据前一权利要求所述的永磁体组件，其中

所述两个磁体件（571、572、671、672）彼此直接邻接抵靠。

7.根据前述权利要求中任一项所述的永磁体组件（360、460），其中

所述中心磁体装置（570、670）、所述第一侧磁体装置（280a）和所述第二侧磁体装置（280b）中的至少一者是烧结磁体，特别是包括NdFeB的烧结磁体。

8.根据前述权利要求1至7中任一项所述的永磁体组件（360），其中

磁畴对准方向（375）的所述扩展角分布包括直线（375a）。

9.根据前述权利要求1至7中任一项所述的永磁体组件（460），其中

磁畴对准方向（475）的所述扩展角分布包括弯曲的磁畴对准线（475a）。

10.根据前一权利要求所述的永磁体组件（460），其中

对于所述中心磁体装置（470），

（i）所述磁畴对准方向（475）与（ii）磁轴线（477a）之间的在所述主表面（470a）处的第一角度小于（i）所述磁畴对准方向（475）与（ii）所述磁轴线（477a）之间的在所述中心磁体装置（470）和所述两个侧磁体装置（280a、280b）中的至少一者之间的界面处的第二角度。

11.根据前述权利要求中任一项所述的永磁体组件（360、460），其中

对于所述第一侧磁体装置（280a）和所述第二侧磁体装置（280b）中的至少一者，

所述单磁畴对准方向（382a、382b）与所述磁轴线（377a）之间的倾斜角（

）在20°和70°的范围内，优选地在30°和60°的范围内，且更优选地在40°和50°的范围内。

12.根据前述权利要求中任一项所述的永磁体组件（360、460），其中

所述磁体装置中的每一者均包括高度和宽度，其中，所述高度是沿着平行于所述磁轴线（377a）的方向测量的，且所述宽度是沿着平行于所述两个侧磁体装置（280a、280b）的相互面对的侧表面的共同法向向量的方向测量的，其中，所述磁体组件包括以下特征中的至少一者：

（A）所述中心磁体装置（270、470）包括在0.2和1.0之间、特别地在0.4和1.0之间、且更特别地在0.6和1.0之间的范围内的纵横比，其中，所述纵横比由所述中心磁体装置（270、470）的所述高度与所述宽度之间的比率定义；

（B）所述中心磁体装置的所述高度不同于、特别是大于所述侧磁体装置中的至少一者的所述高度；以及

（C）所述侧磁体装置中的至少一者的所述宽度不同于、特别是大于所述中心磁体装置的所述宽度。

13. 一种用于机电换能器（140）、特别是用于风力涡轮机（100）的发电机（140）的转子组件（150），所述转子组件（150）包括：

支撑结构（252），以及

根据前述权利要求中任一项所述的至少一个永磁体组件（260、360、460），其中，所述永磁体组件（260、360、460）安装到所述支撑结构（252）。

14. 一种机电换能器（140），特别是风力涡轮机（100）的发电机（140），所述机电换能器（140）包括：

定子组件（145），以及

根据前一权利要求所述的转子组件（150）。

15.一种用于发电的风力涡轮机（100），所述风力涡轮机（100）包括：

塔架（120），

风轮（110），其布置在所述塔架（120）的顶部部分处并且包括至少一个叶片（114），以及

根据前一权利要求所述的机电换能器（140），其中，所述机电换能器（140）与所述风轮（110）机械地联接。

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