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CN111834117B - 利用具有不对称形成的磁装置的设备制造烧结磁通聚焦永磁体 - Google Patents

利用具有不对称形成的磁装置的设备制造烧结磁通聚焦永磁体 Download PDF

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CN111834117B CN201910328872.3A CN201910328872A CN111834117B CN 111834117 B CN111834117 B CN 111834117B CN 201910328872 A CN201910328872 A CN 201910328872A CN 111834117 B CN111834117 B CN 111834117B
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Abstract

描述了用于制造烧结磁通聚焦永磁体(250、350)的设备(460、560)和方法。该设备包括(a)模具(470、570);以及(b)第一磁装置(461、561‑1、561‑2)和第二磁装置(464、564)。第一磁装置(461;561‑1、561‑2)包括具有第一形状的第一轭结构(463;563‑1、563‑2),并且第二磁装置(464、564)包括具有第二形状的第二轭结构(466、566)。第二形状在空间上与第一形状不同。此外,两个轭结构(463、466;563‑1、563‑2、566)的形状的空间差异引起磁场不均匀,使得模腔(472、572)内的磁场与磁通线的扩展角分布相关联。进一步描述了利用所述方法制造的烧结磁通聚焦永磁体(250、350)和包括烧结磁通聚焦永磁体(250、350)的机电换能器(140)以及风力涡轮机(100)。

Description

利用具有不对称形成的磁装置的设备制造烧结磁通聚焦永 磁体
技术领域
本发明涉及用于制造烧结磁通聚焦永磁体的设备和方法。此外,本发明涉及利用所述方法制造的烧结磁通聚焦永磁体,以及包括至少一个这种烧结磁体的机电换能器和风力涡轮机。
背景技术
永磁材料用于多个不同的应用领域。可能在技术上和经济上最重要的应用领域为机电换能器,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临时变化的磁场将电能转换为机械能。该临时变化的磁场与PM的磁场相互作用,PM的磁场例如在电动机的转子组件相对于定子组件的旋转运动中产生。在物理上互补的方式中,发电机将机械能转换成电能。
发电机为用于产生电能的任何发电厂的核心部件。这适用于直接捕获机械能的发电厂,例如,水力发电装置、潮汐发电装置和也称为风力涡轮机的风力发电装置。然而,这也适用于如下发电厂,该发电厂(i)首先使用例如来自燃烧化石燃料或来自核能的化学能,以便产生热能,并且(ii)其次借助于适当的热力学过程将所产生的热能转换成机械能。
发电机的效率可能是用于优化电能生产的最重要因素。对于PM发电机,必要的是,由永磁体(PM)产生的磁通量很强。这可以利用烧结的稀土磁体,例如,使用NdFeB材料成分来最佳实现。然而,由PM产生的空间磁场分布也对发电机效率产生影响。在后一种情况下,当使用具有不均匀磁畴排列图案的PM装置或PM布置时,往往是有利的,该PM装置或PM布置有意地产生不均匀的磁场强度或磁通密度,特别是在转子组件和定子组件之间的气隙中。
已知在PM中配置非均匀磁畴排列图案以便实现所谓的“磁通量聚焦”。WO2012/141932A2公开了PM磁体布置,在该布置中,组合不同磁化的PM,使得实现“磁聚焦”。EP3276642 A1公开了一种具有聚焦磁性排列图案的烧结稀土PM,其具有一体形成的或单件式PM主体。EP2762838 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不均匀的外部磁场,以便在不同方向上磁化PM的不同区域。在该文献中,磁通聚焦永磁体缩写为FFPM。
为了制造FFPM,需要一种用于产生存在于模腔内的适当的非均匀磁场以便磁化被压缩在模腔内的磁性粉末的设备。
发明内容
根据本发明的用于制造烧结磁通聚焦永磁体的设备、制造烧结磁通聚焦永磁体的方法、烧结的磁通聚焦永磁体、机电换能器和用于产生电力的风力涡轮机可以满足这种需要。
根据本发明的第一方面,提供了一种用于制造烧结磁通聚焦永磁体的设备。所提供的设备包括:(a)模具,该模具具有用于接收永磁体材料粉末的模腔;以及(b)第一磁装置和第二磁装置,两者用于产生用于磁化容纳在模腔内的粉末的磁场。第一磁装置包括具有第一形状的第一(磁)轭结构,并且第二磁装置包括具有第二形状的第二(磁)轭结构,该第二形状在空间上不同于第一形状。此外,两个轭结构的形状的空间差异引起磁场不均匀,使得模腔内的磁场与磁通线的扩展角分布相关联。
所描述的设备基于如下构想:通过选择磁体系统的空间不对称设计,该磁体系统包括两个磁装置并且用于磁化存在于模腔内的(压缩的)粉末,因此很容易产生适当的至少在模腔的区域内的非均匀磁场。
所描述的磁通线的扩展角分布可以特别用于在要生产的磁通聚焦永磁体(FFPM)内产生磁畴排列方向的扩展角分布,该扩展角分布产生烧结块的聚焦磁化。因此,在FFPM的大部分外部,可以限定磁焦点或至少磁聚焦区域。在该点中或该区域中,与从焦点和相应聚焦区域外部的点或区域相比,由相应的FFPM引起的磁通密度增加。
通过以适当(非对称)的方式设计磁轭结构的形状和/或几何形状,可以产生磁通线的扩展角分布,这产生了期望的聚焦磁通磁化设计。
也可以称为磁极片的磁轭结构可以由铁磁材料制成,特别是由铁或钴铁制成,以用于更高的饱和度。与此相比,模具可以由非磁性材料制成,并且特别是由非铁磁性材料制成。(目前)优选的模具材料为不锈钢。然而,也可以使用其他提供为具有机械刚性的模具材料。
根据本发明的实施例,(a)两个磁装置中的至少一者包括至少一个用于产生磁场的至少一部分的电磁线圈,以及(b)相应的轭结构被配置用于引导和/或用于成形由相应的电磁线圈产生的磁场。
使用由适当的磁轭结构支撑的至少一个电磁线圈来产生磁场可以提供的优点在于,即至少在模腔的选定区域内的磁场和相应磁通量(密度)可以明显增加。
通过设定流过各个线圈的电流,可以适当地调节由每个磁装置产生的磁场强度。通过独立地改变流过每个线圈的电流,不仅磁场线的强度而且磁场线的方向可以朝向所产生的磁场的期望特性改变。
根据本发明的另一实施例,该设备包括以下特征:
(A)关于模腔,第一轭结构和第二轭结构位于相对侧处,以及(B)第一轭结构具有面向模腔的第一外轭表面,以及第二轭结构具有面向模腔的第二外表面,其中第一外轭表面具有与第二外轭表面不同的曲率。
通过以适当的方式设计相应的外轭表面,可以选择从各个轭出现的磁场线的方向。因此,可以以容易且有效的方式调节磁通线的角分布的扩展程度。
根据本发明的另一实施例,第一外轭表面具有(至少在第一外轭表面的一部分内)第一曲率半径,以及第二外轭表面具有(至少在第二外轭表面的一部分内)不同于第一曲率半径的第二曲率半径。
V:这可以提供的优点在于:可以实现在FFPM的侧边缘处和相对于FFPM的侧边缘的磁畴排列方向的更高的排列角度。
根据本发明的另一实施例,模腔包括关于两个外轭表面的以下特征之一:
(A)第一外轭表面(463a)为凸形的,并且第二外轭表面(466a)为凸形的;
(B)所述第一外轭表面为凸形的,并且所述第二外轭表面为凹形的;
(C)所述第一外轭表面为凹形的,并且所述第二外轭表面为凸形的;以及
(D)所述第一外轭表面为凹形的,并且所述第二外轭表面为凹形的。
通过为两个外轭表面选择合适的曲率,可以以简单且有效的方式产生适当且良好限定的磁通线的扩展角分布。根据具体应用,外轭表面的弯曲可以为规则的(没有任何角和边缘(“块和凸起”)或不规则的。
两个外轭表面中的至少一者可具有至少近似圆柱形的形状。这产生一维(1D)磁通量聚焦,这产生线性延伸的聚焦区域。这种磁聚焦对应于借助于圆柱形光学透镜的光学聚焦。另选地,外轭表面中的至少一者可具有至少近似球形的形状。这引起二维(2D)磁通量聚焦,这产生至少近似焦点。这种磁聚焦对应于借助于球面光学透镜的光学聚焦。
根据本发明的另一实施例,第一轭结构包括第一轭子结构和第二轭子结构,两个轭子结构在空间上彼此分开。在该设备的上述特定特征的这种配置中,根据这种配置第一形状不同于第二形状通过两个子形状实现,所述两个子形状在空间上彼此分开。
除了两个轭结构之外,通过第一轭结构“分开”为两个轭子结构,使用至少三个轭结构可以允许在模腔内产生高度空间不均匀的磁场。当生产用于FFPM的烧结磁体块时,这可能特别有利,该FFPM具有小的焦距。因此,焦距可以被定义为焦点或聚焦区域与FFPM的主表面之间的距离。
要提到的是,对子结构的数量没有主要限制。还可以将第二轭子结构细分为至少两个子结构。
要进一步提到的是,轭结构和/或轭子结构具有相同(外部)形状或者它们中的至少两者具有不同的(外部)形状。在这方面,需要指出,当所有外部形状在几何形状上相同时,上述限定的特征通过将(整个)第一外轭表面分为两个子表面来实现,每个子表面被分配给一个轭子结构,根据上述限定的特征(整个)第一外轭表面具有与第二外轭表面不同的曲率。
在现在至少三个轭(子)结构中的至少一者借助于通过电磁线圈产生的磁场被磁化的情况下,有机会通过选择流过该电磁线圈的适当电流来修改整体磁场(的不均匀性)。这可以允许所描述的设备用于制造具有不同通量聚焦特性的FFPM。
根据本发明的另一方面,提供了一种用于借助于上述设备来制造烧结磁通聚焦永磁体的方法。所提供的方法包括:(a)将永磁体材料粉末填充到模具的模腔中;(b)借助于第一磁装置和第二磁装置产生用于磁化容纳在模腔内的粉末的磁场;(c)借助于模件压实容纳在模腔内的粉末,磁化和压实产生粉末的磁化压实块;(d)在产生磁通聚焦永磁体的烧结炉中烧结磁化的压实块;以及(e)从烧结炉中取出磁通聚焦永磁体。
此外,所描述的方法基于这样的构思:利用磁体系统的适当的空间不对称设计,该磁体系统包括两个磁装置并且用于磁化(压缩的)粉末,非常容易生产具有期望的磁畴排列方向的扩散角分布的FFPM。
要提到的是,产生磁场以便获得磁性排列的步骤和压实粉末的步骤通常至少部分地同时完成。
要进一步提到的是,在烧结步骤之后,可以进行进一步或后处理,以便以FFPM片结束,其可以用于例如发电机的转子组件。这种后处理可以包括例如,表面精加工使烧结材料的表面平滑和/或施加外表面层,这使得FFPM片的表面对外部冲击不太敏感。此外,后处理可以包括烧结FFPM的成形以便具有期望的几何形状。例如,通过传统的铣削可以实现这种成形。
根据本发明的另一个实施例,永磁体材料包括稀土材料,特别是NdFeB。这可以提供以下优点:可以制造非常强的PM而不需要产生大量浪费(稀土材料通常非常昂贵)以用于实现期望的PM几何形状。
要提到的是,永磁体材料的其他成分可包括铁素体和/或SmCo。
根据本发明的另一方面,提供了一种通过实施上述方法制成的烧结磁通聚焦永磁体。
根据本发明的另一方面,提供了一种机电换能器,特别是发电机。所提供的机电换能器包括定子组件和转子组件。转子组件包括支撑结构和至少一个烧结磁通聚焦永磁体,如上所述的,其中磁通聚焦永磁体被安装到支撑结构。
通过以使得焦点和相应聚焦区域位于定子组件和转子组件之间的气隙内的方式设计发电机,可以明显增加可由发电机产生的电力。
根据本发明的另一方面,提供了一种用于产生电力的风力涡轮机。所提供的风力涡轮机包括(a)塔架,(b)风力转子,其布置在塔架的顶部部分处并且包括至少一个叶片;以及(c)如上所述的机电换能器。机电换能器与风力转子机械联接。
所提供的风力涡轮机也称为风能装置,其基于以下构思:上述机电换能器允许实现风力涡轮机,该风力涡轮机在机械功率转换为电力方面具有改进的效率,该转换由包括FFPM的发电机完成。与诸如太阳能发电厂的其他技术相比,这可以有助于提高风力涡轮机技术对再生电力生产的吸引力。
需指出,已经参考不同的主题描述了本发明的实施例。特别地,已经参考方法类型权利要求描述了一些实施例,而已经参考设备类型权利要求描述了其他实施例。然而,本领域技术人员将从以上和以下描述中收集,除非另有通知,否则除了属于一种类型主题的特征的任何组合之外,还有与不同主题相关的特征之间的任何组合,特别是在方法类型权利要求的特征与设备类型权利要求的特征之间的任何组合被认为与本文件一起公开。
根据下文将描述的实施例的示例,本发明的上述方面和其他方面是明显的,并且参考实施例的示例进行解释。下面将参考实施例的示例更详细地描述本发明,但本发明不限于此。
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以示意图示出了图1的风力涡轮机的发电机。
图3示出了根据本发明实施例制成的磁通聚焦永磁体(FFPM)。
图4示出了用于制造FFPM的设备,该设备具有两个磁装置,所述两个磁装置具有不同形状的轭结构。
图5示出了用于制造FFPM的设备,该设备包括三个磁装置,这三个磁装置用于不均匀地磁化在模腔内的磁性材料粉末。
具体实施方式
附图中的图示为示意图。需指出,在不同的附图中,相似或相同的元件或特征设置有相同的附图标记或设置有附图标记,该附图标记仅在第一数字内与相应的附图标记不同。为了避免不必要的重复,已经关于前面描述的实施例阐明的元件或特征在说明书的稍后位置处未再次阐明。
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,塔架120安装在未示出的基础上。在塔架120的顶部上布置有机舱122。在塔架120和机舱122之间设置有偏航角调节装置121,该偏航角调节装置121能够使机舱122围绕未示出的垂直轴线旋转,该未示出的垂直轴线与塔架120的纵向延伸部对齐。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总是与当前风向恰当地对齐。
风力涡轮机100进一步包括具有三个叶片114的风力转子110。在图1的透视图中,仅可见两个叶片114。转子110可绕旋转轴线110a旋转。安装在轮毂112处的叶片114相对于旋转轴线110a径向延伸。
在轮毂112和叶片114之间分别设置有叶片角度调节装置116,以通过围绕未示出的轴线旋转相应的叶片114来调节每个叶片114的叶片间距角,该未示出的轴线基本上与相应叶片114的纵向延伸部平行地对齐。通过控制叶片角度调节装置116,可以调节相应叶片114的叶片间距角,使得至少当风不太强时,可以从风力驱动的风力转子110的可用机械动力中获取最大风力。
如从图1中可以看出,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,轴125以已知的方式联接到机电换能器130。机电换能器为发电机130。
在这一点上,需要指出,齿轮箱124为可选的,并且发电机140也可以通过轴125直接联接到转子110而不改变转数。在这种情况下,风力涡轮机为所谓的直接驱动(DD)风力涡轮机。
此外,提供制动器126以便停止风力涡轮机100的操作或者以便例如在紧急情况下降低转子110的转速。
风力涡轮机100进一步包括用于以高效方式操作风力涡轮机100的控制系统143。除了控制例如偏航角调节装置121之外,所描绘的控制系统153还用于以优化的方式调节转子叶片114的叶片间距角。
根据电气工程的基本原理,发电机130包括定子组件135和转子组件140。在这里描述的实施例中,发电机130以所谓的“内定子-外转子”构型实现,其中,转子组件140环绕定子组件135。这意味着转子组件140的未示出的永磁体和相应的磁体组件围绕内定子组件135的多个未示出的线圈的布置行进,这些线圈产生由拾取来自行进的永磁体随时间变化的磁通量而产生的感应电流。
根据这里描述的实施例,每个永磁体(PM)组件包括至少三个烧结的磁通聚焦永磁体(FFPM),其由Nd-Fe-B材料成分制成。
图2以截面图示出了发电机130的示意图。发电机130包括定子组件135。定子组件135包括定子支撑结构237,定子支撑结构237包括多个层压片的堆叠和容纳在定子支撑结构237内的多个定子绕组239。绕组239借助于未示出的电连接以已知的方式互连。
发电机130的转子组件140通过气隙ag与定子组件135分离,转子组件140包括转子支撑结构242,转子支撑结构242提供用于安装多个FFPM250的机械基部。在图2中,转子组件140的旋转轴线用附图标记230a表示。
在这里描述的示例性实施例中,在转子组件140的每个角位置处布置有三个彼此相邻布置的FFPM。要提到的是,在图2中,为了便于说明,仅示出了三个分配给一个角位置的FFPM250。实际上,根据发电机130的尺寸,多个FFPM250被安装到转子支撑结构242。FFPM250优选地围绕支撑结构242的弯曲表面区域以矩阵状结构布置,该弯曲表面区域具有围绕发电机轴线240a的基本圆柱形的几何形状。
如从图2中可以看出,FFPM250没有直接安装到转子支撑结构242。相反,提供了一种由铁磁体材料、例如铁制成的背板244。提供背板244以便确保适当的磁通量引导。这以有利的方式明显降低了磁杂散场的强度。
图3更详细地示出了根据本发明实施例制成的磁通聚焦永磁体(FFPM)350。
FFPM 350以给出磁畴排列方向352的扩展角分布的方式被磁化。根据这里描述的实施例,每个磁畴排列方向352遵循直线磁化线。直线以扇形方式相对于彼此成角度或倾斜。具体地,直线磁化线的扩展角分布在FFPM 350的主表面350a上方的区域中产生焦点354,焦点354的特征在于由FFPM 350产生的磁场和相应的磁通密度的局部最大值。
根据这里描述的示例性实施例,所描绘的磁畴排列图案相对于对称轴线354a对称。在该文献中,对称轴线354a也称为磁轴线。磁轴线354a为主表面350a的法线轴线,其行进穿过焦点354。
图4示出了用于制造压制磁体粉末形式的块的设备460,该压制磁体粉末可以在炉中烧结以便变成FFPM。具体地,设备460用于磁化和压实磁性材料粉末495。随后所得的磁化压实块的烧结在未示出的烧结炉中进行。设备460包括模具470,在模具470内形成模腔472。模腔472可以通过未示出的模件封闭,该模件用于压实磁性材料粉末495,根据用于制造烧结磁体的通常过程,必须将磁性材料粉末495填充到模腔472中。未描绘的模件沿垂直于附图平面的方向执行移动。
设备460进一步包括用于产生磁场的装置,该磁场在烧结过程期间施加到压实粉末495。这些磁场产生装置包括第一磁装置461和第二磁装置464。在图4中所示的实施例中,第一磁装置461产生磁北极N,并且第二磁装置464产生磁南极S。根据已知设备,第一磁装置461包括(i)用于产生磁场的第一电磁线圈462,以及(ii)用于引导和/或用于成形存在于模腔472内的磁场(线)的第一磁轭结构463。相应地,第二磁装置464包括(i)第二电磁线圈465和(ii)第二磁轭结构466。
根据这里描述的示例性实施例,分配给北极的第一磁轭结构463和分配给南极的第二磁轭结构466具有不同的几何形状。具体地,两个磁轭结构463、466的外表面的弯曲半径彼此不同。如从图4中可以看出,第一磁轭结构463包括弯曲的第一外轭表面463a,其(在表面463a的一部分中)具有第一曲率半径R1。相应地,第二磁轭结构466包括弯曲的第二外轭表面466a,其(在表面466a的一部分中)具有不同于第一曲率半径R1的第二曲率半径R2。
图5示出了根据本发明另一实施例的用于从准备好在炉中烧结的磁体粉末制造FFPM块的设备560。
根据图4中所示的实施例,设备560包括模具570,模具570具有用于容纳磁性材料粉末595的模腔572。此外,未示出的模件用于压实填充到模腔572中的磁性材料粉末595。模件的移动沿着垂直于附图平面的方向。
设备560与图4中所示的设备460的不同之处在于,模腔572内的空间不均匀的磁场/磁通量不仅利用两个磁装置产生,而且利用三个磁装置产生。因此,通过将第一磁装置461分为两个磁性子装置(第一磁性子装置561-1和第二磁性子装置561-2)来实现两个磁装置。在图5中所示的实施例中,第一磁性子装置561-1包括电磁线圈562-1和第一磁轭子结构563-1。因此,第二磁性子装置561-2包括电磁线圈562-2和第二磁轭子结构563-2。磁轭子结构561-1和561-2都从模腔572的角度限定磁北极。
磁南极由第二磁装置564产生,第二磁装置564包括电磁线圈565和第二磁轭结构566。
要提到的是,在图5中所示的实施例中,面向模腔572的所有外轭表面具有相同的凸曲率。然而,这不是必需的。模腔572内的适当的不均匀磁场也可以用不同形状的或弯曲的外轭表面实现。
需指出,术语“包括”不排除其他元件或步骤,并且冠词“一”或“一个”的使用不排除多个。还可以组合结合不同实施例描述的元件。还需指出,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 (10)

1.一种用于制造烧结磁通聚焦永磁体(250、350)的设备(460、560),所述设备(460、560)包括:
模具(470、570),其具有用于接收永磁体材料粉末(495、595)的模腔(472、572);以及
第一磁装置(461;561-1、561-2)和第二磁装置(464、564),其均用于产生用于磁化容纳在所述模腔(472、572)内的永磁体材料粉末(495、595)的磁场;其中,
所述第一磁装置(461;561-1、561-2)包括具有第一形状的第一轭结构(463;563-1、563-2),以及所述第二磁装置(464、564)包括具有第二形状的第二轭结构(466、566),所述第二形状在空间上与所述第一形状不同,并且
所述两个轭结构(463、466;563-1、563-2、566)的形状的空间差异引起所述磁场不均匀,使得所述模腔(472、572)内的磁场与磁通线的扩展角分布相关联,
其中,所述第一磁装置(461;561-1、561-2)和所述第二磁装置(464、564)中的至少一者包括至少一个用于产生至少一部分所述磁场的电磁线圈(462、465;562-1、562-2、565),以及相应的轭结构(463、466;563-1、563-2、566)被配置用于引导和/或用于成形由相应的电磁线圈(462、465;562-1、562-2、565)产生的所述磁场,
其中,关于所述模腔(472),所述第一轭结构(463)和所述第二轭结构(466)位于相对侧处,以及所述第一轭结构(463)具有面向所述模腔(472)的第一外轭表面(463a),以及所述第二轭结构(466)具有面向所述模腔(472)的第二外轭表面(466a),其中,所述第一外轭表面(463a)具有不同于所述第二外轭表面(466a)的曲率,
其中,所述第一外轭表面(463a)具有第一曲率半径(R1),并且所述第二外轭表面(466a)具有不同于所述第一曲率半径(R1)的第二曲率半径(R2)。
2.根据权利要求1所述的设备(460),其中,
关于所述模腔(472),所述两个外轭表面(463a、466a)包括以下特征中的一者:
所述第一外轭表面(463a)为凸形的,并且所述第二外轭表面(466a)为凸形的;
所述第一外轭表面为凸形的,并且所述第二外轭表面为凹形的;
所述第一外轭表面为凹形的,并且所述第二外轭表面为凸形的;以及
所述第一外轭表面为凹形的,并且所述第二外轭表面为凹形的。
3.根据权利要求1或2所述的设备(560),其中,
所述第一轭结构包括第一轭子结构(563-1)和第二轭子结构(563-2),所述两个轭子结构(563-1、563-2)在空间上彼此分开。
4.一种借助于权利要求1-3中任一项所述的设备制造烧结磁通聚焦永磁体(250、350)的方法,所述方法包括:
将永磁体材料粉末(495、595)填充到所述模具(470、570)的所述模腔(472、572)中;借助于所述第一磁装置(461;561-1、561-2)和所述第二磁装置(464、564)产生用于磁化容纳在所述模腔(472、572)内的永磁体材料粉末(495、595)的所述磁场;
借助于模件压实容纳在所述模腔(472、572)内的所述永磁体材料粉末(495、595),所述磁化和压实产生所述永磁体材料粉末(495、595)的磁化压实块;
在烧结炉中烧结所述磁化的压实块,从而产生所述磁通聚焦永磁体(250、350);以及
从所述烧结炉中取出所述磁通聚焦永磁体(250、350)。
5.根据权利要求4所述的方法,其中,
所述永磁体材料粉末(495、595)包括稀土材料。
6.根据权利要求4所述的方法,其中,
所述永磁体材料粉末(495、595)包括NdFeB。
7.通过执行权利要求5或6中所述的方法制造烧结的磁通聚焦永磁体(250、350)。
8.一种机电换能器(130),所述机电换能器(130)包括:
定子组件(135),以及
转子组件(140)包括
支撑结构(242)以及
根据权利要求7所述的至少一个烧结的磁通聚焦永磁体(250、350),其中,所述磁通聚焦永磁体(250、350)安装到所述支撑结构(242)。
9.根据权利要求8所述的机电换能器(130),其中,所述机电换能器(130)是发电机。
10.一种用于产生电力的风力涡轮机(100),所述风力涡轮机(100)包括:
塔架(120),
风力转子(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
根据权利要求8或9所述的机电换能器(130),其中,所述机电换能器(130)与所述风力转子(110)机械地联接。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118969433A (zh) * 2024-10-16 2024-11-15 宁波金鸡强磁股份有限公司 一种弧形取向的磁体及其应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006228937A (ja) * 2005-02-17 2006-08-31 Tdk Corp 希土類焼結磁石の製造方法、磁場中成形装置
CN103779036A (zh) * 2012-10-19 2014-05-07 西门子公司 不含镝的钕铁硼永磁体,转子组件,机电换能器,风力涡轮机

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1162235C (zh) * 2000-03-28 2004-08-18 住友特殊金属株式会社 粉体压制装置及稀土合金磁性粉末成型体的制作方法
CN100513124C (zh) * 2001-07-26 2009-07-15 株式会社普利司通 磁辊的制造方法
JP4134616B2 (ja) * 2001-10-02 2008-08-20 日立金属株式会社 プレス装置および磁石の製造方法
CN1985339B (zh) * 2004-02-03 2010-12-08 美国宇航公司 永磁体组件
WO2006064589A1 (ja) * 2004-12-17 2006-06-22 Hitachi Metals, Ltd. モータ用回転子およびその製造方法
US7994674B2 (en) * 2008-01-25 2011-08-09 Mcclellan W Thomas Flux-focused shaped permanent magnet, magnetic unit having the magnets, device having the magnetic units and method for asymmetrically focusing flux fields of permanent magnets
MX2013011851A (es) 2011-04-13 2014-03-13 Boulder Wind Power Inc Arreglo que enfoca el flujo para imanes permantes, metodos de abricacion de tales arreglos y maquinas que incluyen tales arreglos.
US9312057B2 (en) * 2013-01-30 2016-04-12 Arnold Magnetic Technologies Ag Contoured-field magnets
EP2827357A1 (en) * 2013-07-18 2015-01-21 Fei Company Magnetic lens for focusing a beam of charged particles
JP2015032805A (ja) * 2013-08-07 2015-02-16 パナソニック株式会社 異方性ボンド磁石の製造方法
DE102014105172B4 (de) * 2014-04-11 2023-06-15 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Verfahren zur simultanen herstellung von wenigstens zwei permanentmagneten
TWI674594B (zh) 2015-03-24 2019-10-11 日商日東電工股份有限公司 稀土類磁石形成用燒結體及稀土類燒結磁石
JP6706487B2 (ja) * 2015-11-19 2020-06-10 日東電工株式会社 希土類永久磁石をもった回転子を備える回転電機
CN107946018B (zh) * 2017-12-29 2020-06-30 中国科学院电工研究所 一种聚焦磁场调控装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006228937A (ja) * 2005-02-17 2006-08-31 Tdk Corp 希土類焼結磁石の製造方法、磁場中成形装置
CN103779036A (zh) * 2012-10-19 2014-05-07 西门子公司 不含镝的钕铁硼永磁体,转子组件,机电换能器,风力涡轮机

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