使用变化的磁化强度制造磁通聚焦磁体制造技术

描述了一种用于制造永磁体（250、350）的设备（460）和一种方法。设备（460）包括（a）模具（470）；（b）第一磁装置（461）和第二磁装置（464）；（c）模件；以及（d）用于空间引导和/或改变磁通量的磁性元件（480）。磁性元件位于在第一磁装置和第二磁装置之间延伸的区域中并可移动地支撑在该区域中，使得在第一位置（480a）中，给出第一空间磁通量分布，并且在第二位置（480b）中，给出不同于第一空间磁通量分布的第二空间磁通量分布。进一步描述了利用所述方法制造的磁体（350）和包括这种磁体（350）的机电换能器（140）以及风力涡轮机（100）。

【技术实现步骤摘要】
使用变化的磁化强度制造磁通聚焦磁体
本专利技术涉及用于制造永磁体的设备和方法。此外，本专利技术涉及利用所述方法制造的磁体，以及包括至少一个这种磁体的机电换能器和风力涡轮机。
技术介绍
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FeNdB材料成分来最佳实现。然而，由PM装置或PM工件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装置时，往往是有利的，其产生有意地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装置中配置非均匀磁畴排列图案以便实现所谓的“磁通聚焦”。WO2012/141932A2公开了PM磁体布置，在该布置中，组合不同磁化的PM装置，使得实现“磁聚焦”。EP3276642A1公开了一种具有聚焦磁性排列图案的烧结稀土PM，其具有单件式PM主体。EP2762838A2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。磁通量提供了气隙磁通密度的大幅增加，这导致机电换能器、诸如用于直接驱动风力涡轮机的发电机的更高扭矩/功率。因此，在不久的将来，对磁通聚焦永磁体（FFPM）工件/装置的需求将会增加。然而，与光学器件类似的可以通过所谓的（磁）焦距来表征的磁聚焦的期望强度或程度取决于具体的应用领域。因此，制造不同类型的FFPM工件是昂贵的，因为对于具有不同焦距的FFPM工件来说，需要用于压实、磁化和烧结磁性粉末的不同设备。可能需要促进磁通聚焦永磁体（FFPM）工件的制造。
技术实现思路
根据独立权利要求的主题可以满足这种需要。从属权利要求描述了本专利技术的有利实施例。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于制造永磁体、特别是烧结永磁体的设备。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；（b）第一磁装置和第二磁装置，其用于产生用于磁化容纳在模腔内的粉末的磁通量；（c）用于压实容纳在模腔内的粉末的模件；以及（d）用于空间引导和/或改变磁通量的磁性元件。磁性元件位于在第一磁装置和第二磁装置之间延伸的区域中并可移动地支撑在该区域中，使得在磁性元件的第一位置中，至少在模腔内给出第一空间磁通量分布，并且在磁性元件的第二位置中，至少在模腔内给出第二空间磁通量分布。第二空间磁通量分布不同于第一空间磁通量分布。所描述的设备基于如下构思：当在粉末压实和磁化工序期间将磁性元件放置在至少两个不同位置时，空间磁通量分布在这些过程期间改变。具体地，空间磁通量分布以使得粉末经受至少一个空间非均匀或不均匀的磁通线分布的方式变化。这意味着由磁化和压实步骤产生的磁化压实块将不会表现出具有磁畴排列方向的平行取向的均匀磁化。相反，至少在磁化压实块的一些区域内产生磁畴排列方向的扩展角分布。该扩展角分布可以产生（烧结的）永磁体（PM）工件的聚焦磁化，其将借助于在适当的烧结炉或腔内的已知烧结工序从磁化的压实块获得。因此，（烧结的）PM（工件）的聚焦程度、并且特别是焦点或焦点区域的位置取决于在压实和磁化工序期间磁性元件被带到的位置。这意味着，通过适当选择磁性元件被带到的位置，可以调节所产生（烧结）和磁化块的磁聚焦特性。利用所描述的设备，可以制造不同类型的磁通聚焦永磁体（FFPM）工件。具体地，为了制造具有第一磁通聚焦特性的第一类型FFPM，将磁性元件带到第一组至少两个位置，并且为了制造具有第二磁通聚焦特性的第二类型FFPM工件，将磁性元件带到在空间上不同于第一组的位置的第二组至少两个位置。要提到的是，磁通聚焦特性不仅可以由磁性元件的位置的定位限定，而且可以由磁性元件存在于相应位置内的持续时间限定。此外，磁通聚焦特性还可以通过采用这些位置之间的相对定时以及磁化和压实工序的进展来确定。要进一步提到的是，磁化压实块的磁通聚焦特性通常至少部分地对应于烧结永磁体（PM）工件的磁聚焦特性，该永磁体（PM）工件将借助于已知的后处理步骤从烧结的磁化压实块制成。这些步骤可以包括例如适当的成形，例如借助于去除烧结磁性材料和/或表面精加工。此外，要提到的是，磁化和压实的步骤通常同时进行或至少在一定时间内重叠进行。此外，要提到的是，借助于磁通量磁化粉末可以与磁畴的排列相关联。根据本专利技术的另一个实施例，该设备进一步包括用于改变磁性元件位置的致动器机构。这可以提供的优点在于，可以精确地并且以自动化方式控制磁性元件的位置。致动器机构可以被配置成以连续方式移动磁性元件。然而，在某些应用中，致动器机构可以以逐步的方式将磁性元件驱动到离散位置和从离散位置驱动磁性元件。根据本专利技术的另一个实施例，第一磁装置和第二磁装置被配置成在磁性元件实质缺失的情况下产生磁通量图案，该磁通量图案至少在模腔内包括磁通线的扩散角分布。这可以提供的优点在于，即使在缺失磁性元件的情况下，也可以制成具有磁排列方向的聚焦图案的FFPM以及相应的磁化压实块。这意味着可移动磁性元件（的存在）将（仅）修改聚焦磁通量图案。在仅由（至少）两个磁装置产生的磁通线的扩展角分布在时间上为静止的情况下，可以被视为表示基础磁通量图案。因此，通过移动磁性元件产生的时变磁通量可以被视为表示与基础磁通量图案的偏移。根据本专利技术的另一个实施例，两个磁装置中的至少一者包括（a）用于产生磁通量的电磁线圈和（b）用于引导和/或用于成形由电磁线圈产生的磁通量的磁轭。通过提供适当的磁轭来支撑产生磁通量的电磁线圈可以提供这样的优点，即至少在模腔的选定区域内的磁通量（密度）可以明显增加。此外，通过以适当的方式设计磁轭的形状和/或几何形状，可以产生磁通线的期望（基础）扩展角分布，这产生了期望的聚焦磁通基础磁化设计。也可以称为磁极片的磁轭可以由铁磁材料制成，特别是由铁或钴铁制成，以用于获得较高的磁饱和度。与此相反，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）优选的材料为不锈钢。然而，也可以使用其他提供具有机械刚性的模具材料。根据本专利技术的实施例，磁性元件以它可以沿预定义轨迹连续移动的方式被支撑。这可以提供的优点在于，可以以高度精确的方式在空间上限定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造永磁体（250；350）、特别是烧结的永磁体（250、350）的设备（460；560），所述设备（460；560）包括：/n模具（470），其具有用于接收永磁体材料粉末（495）的模腔（472）；/n第一磁装置（461；561）和第二磁装置（464），其均用于产生用于磁化容纳在所述模腔（472）内的粉末（495）的磁通量；/n用于压实容纳在所述模腔（472）内的粉末（495）的模件；以及/n磁性元件（480；580、590），其用于空间引导和/或修改所述磁通量；其中，/n所述磁性元件（480；580、590）位于在所述第一磁装置（461；561）和所述第二磁装置（464）之间延伸的区域中并可移动地被支撑在所述区域中，使得/n在所述磁性元件（480；580、590）的第一位置（480a；580a、590a）中，至少在所述模腔（472）内给出第一空间磁通量分布，以及在所述磁性元件（480；580、590）的第二位置（480b；580b、590b）中，至少在所述模腔（472）内给出第二空间磁通量分布，其中所述第二空间磁通量分布不同于所述第一空间磁通量分布。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于制造永磁体（250；350）、特别是烧结的永磁体（250、350）的设备（460；560），所述设备（460；560）包括：
模具（470），其具有用于接收永磁体材料粉末（495）的模腔（472）；
第一磁装置（461；561）和第二磁装置（464），其均用于产生用于磁化容纳在所述模腔（472）内的粉末（495）的磁通量；
用于压实容纳在所述模腔（472）内的粉末（495）的模件；以及
磁性元件（480；580、590），其用于空间引导和/或修改所述磁通量；其中，
所述磁性元件（480；580、590）位于在所述第一磁装置（461；561）和所述第二磁装置（464）之间延伸的区域中并可移动地被支撑在所述区域中，使得
在所述磁性元件（480；580、590）的第一位置（480a；580a、590a）中，至少在所述模腔（472）内给出第一空间磁通量分布，以及在所述磁性元件（480；580、590）的第二位置（480b；580b、590b）中，至少在所述模腔（472）内给出第二空间磁通量分布，其中所述第二空间磁通量分布不同于所述第一空间磁通量分布。


2.根据前述权利要求所述的设备（460；560），进一步包括：
致动器机构（482），其用于改变所述磁性元件（480）的位置。


3.根据前述权利要求中任一项所述的设备（460；560），其中，
所述第一磁装置（461；561）和所述第二磁装置（464）被配置成在所述磁性元件（480；580、590）实质缺失的情况下产生磁通量图案，所述磁通量图案至少在模腔（472）内包括磁通线的扩展角分布。


4.根据前述权利要求中任一项所述的设备（460），其中，
所述两个磁装置（461、464；561）中的至少一者包括
用于产生所述磁通量的电磁线圈（462、465；562），以及
磁轭（463、466；563），其用于引导和/或用于成形由所述电磁线圈（462、466；562）产生的磁通量。


5.根据前述权利要求中任一项所述的设备（460；560），其中，
所述磁性元件（480；580、590）以它可以沿预定义轨迹（481；581、591）连续移动的方式被支撑。


6.根据前述权利要求所述的设备（460；560），其中，
所述预定义轨迹（481；581、591）的长度确定所述永磁体（250、350）的磁焦距（fd）。


7.根据前述两项权利要求中任一项所述的设备（460），其中，
所述预定义轨迹（481）为沿弯曲形状的路径，特别是沿圆弧的路径。


8.根据权利要求5至7中任一项所述的设备（460），其中，
所述第一磁装置（461）具有第一磁轭（463），并且所述第二磁装置（464）具有第二磁轭（465），
关于所述模腔（472），所述第一磁轭（463）和所述第二磁轭（466）位于相对侧，
所述第一磁轭（463）具有面向所述模腔（472）的第一外轭表面（463a），以及所述第二磁轭（466）具有面向所述模腔（472）的第二外轭表面（466a），并且，
所述第一外轭表面（463a）为凹形的，并且所述第二外轭表面（466a）为凸形的或平坦的。


9.根据前述权利要求所述的设备（460），其中，
所述第一外轭表面（463a）具有第一半径（R1），并且所述第二外轭表面（466a）具有不同于所述第一半径（R1）的第二半径（R2）...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z阿扎尔，黄清芳，HJ图加尔德，童庆坤，AC乌尔达，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK