CN101997344B - 超导磁化器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及超导磁化器，具体而言，公开了一种用于磁化在机械构件(302)中放置就位的永久性磁体(308)的磁化器(304)。该磁化器包括至少一个主超导线圈(324)以及至少两个辅助线圈(326，328)，该至少一个主超导线圈配置成将第一类型的磁场通量形态投射至第一类型的远侧体积的至少一部分，该至少两个辅助线圈关于该至少一个主超导线圈对称地设置，并配置成将第二类型的磁场通量形态投射至第二类型的远侧体积的至少一部分。还公开了一种磁化在机械构件内就位的永久性磁体的方法(700)。

Description

超导磁化器
技术领域
本发明一般地涉及磁化器领域。更具体地，本发明涉及用于在机械构件内设置就位(in-situ)的磁体的磁化器，该机械构件诸如内部永久性磁体机械的转子。
背景技术
许多电机的转子包括产生磁场通量的永久性磁体，该磁场通量与定子电磁地相互作用。电磁相互作用导致在电机内电磁能转换成机械能。
内部永久性磁体电机构成一类电机，其中永久性磁体埋置在转子的体积内。在最初形成的状态下，永久性磁体没有任何净磁矩。然而，电机的设计原则要求设置在转子的体积内的永久性磁体在电机可以置于运行之前处于磁化状态。
本领域已知对磁化过程和组装永久性磁体电机的两种方案。在第一种方案中，永久性磁体在它们被设置在转子的体积内之前进行磁化。此方案从用于电机的工业组装过程的视点而言存在若干缺点。例如，将会意识到完全磁化的永久性磁体块将面临与周围物体之间的电磁相互作用，这又增加了它们的处理过程的复杂性。在第二种方案中，将最初形成的永久性磁体设置在转子内，并使用磁化器来磁化该永久性磁体。
从用于电机的工业组装过程的视点而言，第二种方案也存在若干缺点。例如，对于能够在永久性磁体的位置产生足以磁化永久性磁体的磁场通量的磁化器而言，能量和制造成本是非常高的。典型的现有技术就位的磁化器能够经济地磁化由诸如磁钢和铁磁的材料和等级制成的永久性磁体，此类材料和等级具有低的本征矫顽磁力。此类现有技术就位的磁化器对于磁化表面安装的永久性磁体用途也有限。对于永久性磁体电机许多正在出现的应用(如风力涡轮机应用或牵引应用)将受益于高矫顽磁力的稀土永久性磁体材料。通过现有技术就位的磁化器对此类高矫顽磁力的稀土永久性磁体的就位磁化经济上是不可行的。
因此，非常期望的是这样一种磁化器，其能够经济地在永久性磁体设置在机械构件内的位置处提供用户可限定的磁通量磁场构造，该永久性磁体例如为高矫顽磁力的稀土永久性磁体，该机械构件例如为转子；该磁化器还具有能够轻易适应具有不同尺寸和构造的电机。
发明内容
本发明的实施例涉及能够磁化在诸如转子的机械构件内设置就位的永久性磁体的磁化器。
一种用于磁化在机械构件中安置就位的永久性磁体的磁化器，包括至少一个主超导线圈以及至少两个辅助线圈，该至少一个主超导线圈配置成将第一类型的磁场通量形态(magnetic field flux configuration)投射至第一类型的远侧体积的至少一部分，该至少两个辅助线圈关于该至少一个主超导线圈对称地设置，并配置成将第二类型的磁场通量形态投射至第二类型的远侧体积的至少一部分。
一种磁化在机械构件中就位的永久性磁体的方法，所述方法包括如下步骤：(a)邻近该机械构件设置至少一个主超导线圈，(b)关于该至少一个主超导线圈对称地设置至少两个辅助线圈，以及(c)激励该至少一个主超导线圈和至少两个辅助线圈。
一种磁化器，包括至少一个主超导线圈、至少两个辅助超导线圈和铁磁构件，该至少一个主超导线圈配置成将第一类型的磁场通量形态投射至远侧体积，该至少两个辅助超导线圈关于该至少一个主超导线圈对称地设置并配置成独立地将第二类型的磁场通量形态投射至该远侧体积的至少一部分，铁磁构件构造成支持该磁场通量的至少一部分。
由结合附图提供的本发明的优选实施例的以下详细描述，这些和其他优点和特征将更容易理解。
附图说明
图1是用于使用现有技术磁化器磁化转子的现有技术布置的概略性图示。
图2是描绘对于不同的非限制性永久性磁性材料，作为所施加的磁化磁场的函数的磁化百分比变化的现有技术数据。
图3是根据本发明的一个实施例用于使用磁化器磁化转子的磁化器装置的概略性图示300。
图4以横截面剖切视图和顶部横截面剖切视图图示了一个室，该室设计为低温室。
图5是根据本发明的一个实施例通过磁化器产生的模拟磁场的磁化磁场通量密度分布曲线。
图6是根据本发明的一个实施例，显示对应于图5中显示的磁场通量密度分布曲线沿永久性磁体的长边缘可得到的磁场强度的曲线图。
图7是根据本发明的一个实施例磁化在机械构件内就位的永久性磁体的方法的流程图。
部件列表
100  概略性图示
102  转子
104  现有技术磁化器
106  永久性磁体电机
108  多个永久性磁体
110  多个永久性磁体的“V”形构造
112  磁化器头
114  线圈
116  背铁
118  转子管
120  转子的其它结构
122  背铁116的厚度
124  之间的距离
126  相对于磁化器104近邻的永久性磁体的部分
128  铁磁构件
130  磁场通量
132  相对于磁化器104远离的永久性磁体的部分
200  作为外部磁化磁场的函数的磁化百分比变化的现有技术数据
202  图表200的纵坐标
204  图表200的横坐标
206  磁化磁场值
208  对于Nd-Dy-Fe-B永久性磁化材料的数据
210  对于Nd-Dy-Fe-B永久性磁化材料的数据
212  对于Nd-Dy-Fe-B永久性磁化材料的数据
214  对于Nd-Dy-Fe-B永久性磁化材料的数据
300  概略性图示
302  转子
304  磁化器
306  永久性磁体电机(未绘出)
308  多个永久性磁体
310  多个永久性磁体308的“V”形构造
312  多个磁化器线圈(未描绘)
314  多个室
316  支承构件
318  背铁
320  转子302的其它结构
322  室
324  主超导线圈(未描绘)
326  辅助线圈(未描绘)
328  辅助线圈(未描绘)
330  多个极
332  转子302的轴向方向
334  转子302的径向方向
336  室
338  室
400  侧横截面剖切视图
402  顶横截面剖切视图
404  超导线圈
406  电机结构
408  直边缘长度
410  超导线圈404的第一弯曲部分
412  超导线圈404的第二弯曲部分
414  在超导线圈404的平面中并大致横切直边缘420的外部尺寸
416  在超导线圈404的平面中并大致横切直边缘420的内部尺寸
418  轴向厚度
420  直边缘长度
502  磁场通量密度分布曲线
504  转子的示意性描绘
506  磁化器
507  永久性磁体
508  永久性磁体
509  永久性磁体
510  多个永久性磁体
512  图表
514  多个永久性磁体的“V”形构造
516  永久性磁体508的长边缘
600  图表
602  图表600的原点
604  磁化磁场强度
606  图表600的纵坐标
608  图表600的横坐标
610  饱和磁化磁场HSat
700  流程图
具体实施方式
在以下描述中，每当本发明的一个实施例的特定的方面或特征被说成包括一组的至少一个元件及其组合或由一组的至少一个元件及其组合组成时，应该理解成该方面或特征可单独地或者与该组的任何其它元件结合地包括该组的元件中的任何一个的或由该组的元件中的任何一个组成。
例如带有稀土永久性磁体的发电机的永久性磁体电机典型地通过首先磁化设置在其中的永久性磁体，且然后将它们定位或组装到该电机的内部“大体积”中而组装。其中预磁化的永久性磁体被装配到电机的大体积中的此类组装过程通常仅对相对小的电机可行，此类电机仅需要尺寸上足够小的永久性磁体，由此它们可以方便地在磁化的状态下进行处理。另一方面，对于相对较大的电机，需要复杂的固定装置和过程来可靠地处理磁化的永久性磁体并将它们适当地定位在电机的大体积中。将会意识到的是此类复杂的固定装置和过程增加了成本，以及对于组装此类大型电机所需的时间。因而在将永久性磁体组装到电机中之后再磁化永久性磁体可能是有利的，就是说，在就位在电机内的永久性磁体已经定位在电机的大体积内之后再磁化它们。此类方法的可行性取决于能够可靠地磁化就位在电机内的永久性磁体的外部磁化器的可得性。如果开发了此类外部磁化器，则它们可能有利地影响材料和工程成本，以及组装时间，电机制造过程的多个方面。
常规的现有技术磁化器设计有电阻性的电磁线圈，并需要大的电源以便产生用来磁化永久性磁性材料的磁场。电磁线圈的电阻性特性导致它们内部的焦耳耗散，并需要精巧且从而昂贵的热学管理系统。减轻热学管理问题的一种当前方案涉及以高效能循环运行电源。此方案的伴随物是要求常规磁化器由此设计成以便它们可快速激励和去激励。例如，典型的常规磁化器需要以～1特斯拉每秒的缓变率激励和去激励，此缓变率仅可以大电源获得。此类高效能循环操作与其中磁化器连续运行的情况相比将可能导致能耗下降。因此很明显的是，磁化器的高效能循环运行还将会导致热学管理挑战方面的减少。然而，此类磁化器的高效能循环运行受磁化器由其构成的电磁线圈的感应系数和电阻限制，这又对电源提出了增加的能量要求。
此外，电阻性电磁线圈在将磁场投射到离它们自身有意义的距离处的位置方面的能力有限。例如，对于具有内部永久性磁体的典型的大型(大约1到大约5兆瓦)发电机，永久性磁体可定位在转子背铁内离转子背铁的最外周边大约3到大约10毫米(mm)的距离处。明显的是，磁化器必定只好定位成超出该周边，并且因此磁化器必须能够在此类距离范围上执行其磁化动作。现在关于图1讨论此类考虑。
图1是用于使用现有技术磁化器104磁化转子102的现有技术布置的概略性图示100。例如，转子是永久性磁体电机106(未绘出)的一部分。磁化器104设置成磁化设置在转子102内的多个永久性磁体108的其中一个或多个永久性磁体。现有技术中已知用于在转子104内多个磁体108的布置的多种构造。例如，在图1中显示的实施例102中，多个永久性磁体设置成“V”形构造110。磁化器104包括磁化器头112，以及形成磁化器104的电磁极的线圈114。线圈114被激励以执行磁化器104的磁化动作，由此至少部分地在由永久性磁体占据的体积内产生磁场通量130。转子102包括通常由叠层金属片构造的背铁116。在图1中显示的实施例中，多个永久性磁体108定位在背铁116的体积内。转子102还包括磁性上不活动的承载结构。转子102还包括另外的结构120，其目的和操作对于本领域技术人员将是已知的。
除了其它因素，电机方面的考虑决定了转子背铁116的厚度122。这些考虑例如涉及在背铁116内需要包含的永久性磁性材料的量，对于特定的运行速度所需的永久性磁性材料的布置，以及永久性磁体电机106的计划应用。此类考虑对于本领域技术人员是已知的。因此，此类考虑规定了背铁116的最小厚度122，其又固定了磁化器104和永久性磁体之间最小的可能距离范围124。永久性磁体的磁化作用必须在此距离范围124上可靠地执行。在本领域内，相对于磁化器104在远侧设置的永久性磁体的部分132(与更靠近磁化器104设置的永久性磁体的部分126相对)的可靠的就位磁化依然是一个挑战。
例如，在本领域中已知，要大体上完整地磁化例如属于钕-铁-硼(Nd-Fe-B)类的永久性磁体，需要至少大约1600千安培每米(kA/m)的磁场值(例如见国际电工协会，技术委员会68：磁性合金和钢铁)。本领域中已知结合电阻性电磁线圈的常规现有技术磁化器不能有效地将此类值的磁场可靠地投射到例如对于大型(典型地大于大约1兆瓦)风力发电机应用的转子中典型地遇到的背铁几何形状约束或背铁距离范围上。
除了以上讨论的电机方面的考虑，在可以形成用于磁化就位在转子内的永久性磁体的任何方案之前，还需要考虑所使用的永久性磁性材料的磁性特征。因此，图2是描绘对于不同的非限制性永久性磁性材料，作为所应用的磁化磁场的函数的磁化百分比的变化的现有技术数据的图表200，磁化百分比的变化沿纵坐标202描绘，而所应用的磁化磁场沿横坐标描绘。例如，数据组208，210，212和214代表具有如表1所列的磁性特征的四种代表性类型的烧结钕-镝-铁-硼(Nd-Dy-Fe-B)永久性磁性材料作为所应用的磁化磁场的函数的磁化百分比的变化。
Figure BSA00000237341400091
表1
由以上列出的本征矫顽磁力“HcJ”值，以及图2中所示的数据组208，210，212和214，对本领域技术人员明显的是，为了大体上完整地磁化典型的常规Nd-Dy-Fe-B永久性磁性材料，需要大约1.6兆安培每米(MA/m)的磁化磁场值。换句话说，磁化磁场206指饱和磁化磁场“HSat.”。按照以上讨论，可能明显的是在本领域需要一种磁化器，其能够将至少大约1600MA/m的磁化磁场投射到至少大约100mm的距离范围上。
如以下详细讨论的，本发明的实施例指向用于在诸如转子的机械构件内就位的永久性磁体的超导磁化器。如本文所用，用词“就位”指的是磁体定位在转子的体积内，例如，位于转子的背铁内。转子例如可为电机的一部分。很通常的是，其中永久性磁体定位在转子内的此类机械将被称作内部永久性磁体机械。本文公开的系统和方法的实施例可靠地使得能够大体上磁化就位于机械构件内的完整磁体。例如，即使永久性磁体的那些构成永久性磁体的体积并设置在一距离处的部分也能够可靠地通过本发明的实施例磁化，而在该距离处之前不能使得产生具有足够量级和构造的磁化磁场。
因此根据本发明的一个方面，公开了一种超导磁化器。该磁化器能够至少减轻如上所讨论的常规电阻性磁化器的缺点。可由此类磁化器磁化的其系统或子系统的非限制性示例包括用于有传动装置或无传动装置的风力涡轮发电机的内部永久性磁体电机转子，用于电动车辆和机车的电车用电动机，以及诸如用于油气工业的压缩机马达的工业应用。基本上本发明中的深刻后果在于能够承载增强的电流密度(与电阻性导体相比)而不显示出压降的超导体。换句话说，结合超导线圈的磁化器与结合常规电阻性线圈的磁化器相比将显示出降低的热耗散水平。此外，与常规的电阻性线圈相比，超导线圈能够支持增强的电流密度。超导线圈的这些特征导致对于使磁场脉动以便降低热耗散水平的需求的实质性减轻。例如，结合超导线圈的磁化器需要以～1特拉斯每分钟的缓变率激励和去激励(与结合常规电阻性线圈的常规磁化器相比，其需要以～1特拉斯每秒钟的缓变率激励和去激励)，该缓变率可用比对于常规磁化器(如上所讨论)所需的那些电源小得多的电源获得。结合超导线圈的磁化器具有进一步的伴随期望特征，即对电源设计的要求在能量需求方面以及在电感负载和电阻负载处理要求方面被简化了，这又导致了开发和维护此类电源的成本的降低。
本文公开的本发明的实施例至少在如参照图1所讨论的现有技术的磁化器装置的上述不足上有改善。在本发明的一个实施例中，公开了能够独立地磁化定位或埋置(即，就位)在诸如转子的机械构件内的多个永久性磁体中的至少一个永久性磁体。图3是用于使用根据本发明的一个实施例的磁化器304磁化转子302的磁化器装置的概略性图示300。转子302是永久性磁体电机306(未绘出)的一部分。很通常的是，转子302包括多个堆叠的叠层(未绘出)，以便沿转子302的轴向方向332定向。磁化器定位成磁化设置在转子302内的多个永久性磁体308中的至少一个永久性磁体。在图3中显示的转子实施例302中，多个永久性磁体设置成“V”形构造310。磁化器304包括独自容纳在多个室314内的多个磁化器线圈312(出于清晰起见未描绘，件图4)该多个室314可为低温室。磁化器304还包括构造成至少提供机械支承来支承该多个室314的支承构件316。在本发明的备选实施例中，支承构件316还构造成支持磁场通量的至少一部分(例如见图5)而同时向磁化器304提供机械支承。在支承构件316构造成支持磁场通量的磁化器的此类备选实施例中，支承构件316可由铁磁材料构成。
转子302包括通常由叠层金属片构造的背铁318。在图3中显示的实施例中，多个永久性磁体308定位在背铁318的体积内。很通常的是，转子背铁318包括容纳多个永久性磁体308的多个极330。在本发明的一个实施例中，多个永久性磁体308沿转子302的大致径向方向334定向。转子302还包括另外的结构320，其目的和操作对于本领域技术人员将是已知的。此外，图3中显示的实施例包括三个室322、336和338，每个都容纳一个线圈(见图4)。然而，设计有其它数目的室(每个室均可包含多个线圈)的304类型的磁化器落入本发明的范围内。
图4以横截面剖切视图400和顶部横截面剖切视图402图示了其中一个室，称为室336，该室336设计为低温室。横截面剖切视图400还显示了容纳在室336的所描绘的“低温”实施例内的超导线圈404的横截面视图。还描绘了对于本领域技术人员将已知的其它电机结构406。在一个实施例中，超导线圈404设计成具有在大约879安培的顶峰电流下产生大约10特斯拉的磁场(其在超导线圈404的大致中心处可获得)的顶峰磁场产生能力。在一个此类实施例中，超导线圈具有总共65层，每层21匝。在图4中也图示了超导线圈404的一个实施例的结构性尺寸。在图示的实施例中，如可能明显的是，线圈设计成“跑道”几何形状，由此超导线圈的直边420的长度408为大约372毫米(mm)，第一弯曲部分410的弯曲半径为大约56mm，第二弯曲部分412的弯曲半径为大约151mm。外部尺寸414(在超导线圈404的平面中并且大致横切超导线圈404的直边420)为大约302mm，而内部尺寸416(在超导线圈404的平面中并且大致横切直边420)为大约95mm。此外，超导线圈404具有大约45mm的轴向(大致垂直于超导线圈404的平面)厚度418。
执行有限元建模研究来确定磁化器304的电磁特征。计算在由永久性磁体占据的体积内产生的磁化磁场强度，且结果与图5和6相关讨论。为了有限元建模研究，使用具有1.2兆安匝的超导线圈，该线圈产生具有实质上大约1.6MA/m的值的最小内部磁场。
通过图3和图4公开的本发明的实施例能够可靠地磁化在诸如转子的机械构件内设置就位的永久性磁体。例如，图5是通过304类型的磁化器(图3)产生的模拟磁场的磁化磁场通量密度分布曲线。磁场通量密度分布曲线502显示为叠加在转子504的示意性描绘上。产生根据磁场通量密度分布曲线502的磁场的磁化器506类似于如图3中所示相对于转子504设置，就是说，位于转子504外面，且以便其(即磁化器506)相对于多个永久性磁体510的永久性磁体507和508大致对称地放置。在任意空间位置处产生的磁场的强度由表格512显示。在转子实施例504中，多个永久性磁体510设置成“V”形构造514。在以下的讨论中，将讨论涉及使用磁化器来磁化永久性磁体(即，永久性磁体507和508)的单极。但是，设计成同时磁化任何数目的永久性磁体的304类型的磁化器落入本发明的范围内。
磁化器实施例304包括主超导线圈304(为清楚起见未描绘)和两个对称地设置的辅助线圈326(为清楚起见未描绘)和328(为清楚起见未描绘)，主超导线圈324设置在“低温”室336内，两个辅助线圈326和328分别设置在室322和338内。然而，图4中描绘了超导线圈324的一个非限制性实施例，而326或328类型的线圈的设计考虑在本领域内是众所周知的。辅助线圈326和328用于在由永久性磁体占据的体积上提供“校正”磁场，例如在设置成“一极在上(one poleover)”的永久性磁体507和508的永久性磁体509上。需要辅助线圈的校正作用，因为已经确定当由主超导线圈324产生的磁场在永久性磁体507和508上有磁化作用时，相同的磁场在不期望的方向上有预磁化，或者在一极在上(相对于永久性磁体507和508)的永久性磁体509上有退磁作用。因此，在当前显示的实施例中，提供了两个辅助线圈326和328来在由永久性磁体509以及关于被磁化的极对称地设置的其它磁体占据的体积上提供校正磁场。所需要的校正磁场典型地是由主超导线圈产生的磁场的一部分，并且因此辅助线圈326和328可由普通的导体例如铜构成，或者可由低临界电流密度(“低温”)的超导体例如铌钛构成。
因此，在一个实施例中，辅助线圈326和328设计成以主超导线圈324的励磁的大约10％运行，该值足以通过线圈326和328产生所需的校正磁场的量级。与主线圈相比，辅助线圈具有减小的安匝要求，然而在其它方面可在构造和组装上和主线圈相似。在当前显示的实施例中，辅助线圈的存在实质上确保了永久性磁体(例如永久性磁体509)中的磁场在与在永久性磁体508上存在的磁场的方向“相反”的方向上被限制成低于500A/m。此外，如关于图6所讨论的，确定在由永久性磁体508占据的体积上的磁化磁场强度的最小值出现在永久性磁体的短极端或短边缘上。
主超导线圈可由其构成的材料的非限制性示例包括β-钨型超导体，高温超导体以及它们的组合。主超导线圈可由其构成的β-钨型超导体的非限制性示例包括Nb3Al，Nb3Ga，Nb3Sn，V3Al，V3Ga以及它们的组合。主超导线圈可由其构成的高温超导体的非限制性示例包括钇钡铜氧化物(YBCO)，铋锶铜氧化物(BSCCO)，以及它们的组合。在本发明的一个实施例中，该至少一个主超导线圈由具有在大约5开尔文到大约23开尔文之间的临界温度的材料构成。辅助线圈可由其构成的材料的非限制性示例包括普通导体材料、例如铌钛的低温超导材料、例如二硼化镁(MgB2)的中温超导体以及诸如YBCO，BSCCO的高温超导材料。
很通常的是，在本发明的范围内包括用于独立地将该至少一个主超导线圈维持在超导状态的装置。在本发明的一个实施例中，主超导线圈324对于大约225安培每平方毫米的工程电流密度能够产生高达10特斯拉的磁场。在本发明的备选实施例中，该至少一个主超导线圈324能够支持高达大约25安培每平方厘米(A/cm2)的电流密度。因此很通常的是，在本发明的范围内包括当该至少一个主超导线圈324处于超导状态时，驱动电流通过(即激励)该至少一个主超导线圈324的装置。其中至少辅助线圈326和328由超导材料构成的本发明的此类实施例可进一步包括当至少两个辅助线圈326和328处于超导状态时驱动电流通过(即激励)该至少两个辅助线圈326和328的装置。在本发明的一个实施例中，超导线圈由铌锡如Nb3Sn构成。可以想像的是，永久性磁体的深饱和将导致对超导线圈的顶峰磁场要求HSat和安匝要求的降低。
如所讨论的，其中该至少一个主超导线圈和该至少两个辅助超导线圈分别由超导导体和普通导体构成的磁化器落入本发明的范围内。在此类实施例中，必须执行该至少一个主超导线圈和该至少两个辅助线圈的磁化，以便超导线圈内的AC损耗以及该至少两个辅助线圈内的焦耳耗散不超过运行安全性极限。例如，该至少一个主超导线圈和该至少两个辅助线圈的激励的缓变率的控制可控制到确保磁化器的运行在运行安全性极限内。在此情况下，该至少一个主超导线圈和该至少两个辅助线圈可同时激励或彼此独立地激励。如果需要同时激励该至少一个主超导线圈和该至少两个辅助线圈，则例如电源的装置的设计考虑可能比如果需要彼此独立地激励该至少一个主超导线圈和该至少两个辅助线圈时该装置的设计考虑更简单。
因此很通常的是，本文公开的本发明的实施例包括用于磁化在机械构件(例如，302型的转子)内放置就位的永久性磁体(例如，508型)的磁化器(例如304型)，其包括至少一个主超导线圈(例如404型)和至少两个辅助线圈(例如326或328型)，该至少一个主超导线圈配置成将第一类型的磁场通量形态投射至第一类型的远侧体积的至少一部分(例如，由永久性磁体508占据的体积上)，该至少两个辅助线圈关于该至少一个主超导线圈对称地设置(例如，如图3所绘)，并配置成将第二类型的磁场通量形态(例如，以上讨论的“校正”磁场)投射至第二类型的远侧体积的至少一部分(例如，由永久性磁体509占据的体积上)。
按照关于图2和图5的较早的讨论，与图6有关的讨论将关于大约1.6MA/m的HSat的代表性值。现在关于永久性磁体508讨论由磁化器504产生的磁场构造。
图6是显示沿永久性磁体508的例如516型的长边缘可获得的对应于磁场通量密度分布曲线502的磁场强度的图表600。图表600的原点602对应于永久性磁体508的顶点518。图表600然后沿纵坐标606标记作为沿横坐标608标记的沿长边缘距原点的距离的函数的磁场强度604的模拟值。还显示了假定的饱和磁化磁场HSat的值610。明显的是对于大约110mm的长边缘的整个长度，磁化磁场强度604超过了HSat。因此明显的是，该磁化器装置将证明为足以可靠地整个磁化永久性磁体508。
图7是根据本发明的一个实施例磁化在机械构件(例如，302型的转子)内就位的永久性磁体的方法的流程图。该方法700包括邻近该机械构件设置至少一个主超导线圈(例如324型)的步骤702。该方法还包括关于该至少一个主超导线圈对称地设置至少两个辅助线圈(例如，326或328型)的步骤704。在方法700的备选实施例中，执行步骤702和704以便该至少一个主超导线圈和该至少两个辅助线圈相对于彼此对称地设置。很通常的是，在方法700的备选实施例中，执行步骤702和704以便该至少一个主超导线圈和该至少两个辅助线圈相对于该机械构件的至少一部分对称地设置。该方法700还包括激励该至少一个主超导线圈和该至少两个辅助线圈的步骤706。
尽管已仅联系有限数量的实施例详细描述了本发明，但应该容易懂得本发明不限于此类公开的实施例。相反，本发明可进行修改以结合迄今尚未描述但与本发明的精神和范围相称的多种变型、备选、替代或等价装置。此外，尽管已经描述了本发明的多个实施例，但应该懂得本发明的多个方面可仅包括所描述的实施例的其中一些。因此，本发明不应视为由前面的描述所限制，而是仅由所附权利要求书的范围限制。
本发明是新颖的且希望受到专利保护。

Claims (30)

1.一种用于磁化永久性磁体的磁化器，包括：
至少一个主超导线圈，其配置成将第一类型的磁场通量形态投射至第一类型的远侧体积的至少一部分；以及
至少两个辅助线圈，其关于所述至少一个主超导线圈对称地设置，并配置成将第二类型的磁场通量形态投射至第二类型的远侧体积的至少一部分；
其中，所述永久性磁体在机械构件内放置就位；且
其中，所述至少一个主超导线圈和所述至少两个辅助线圈配置成彼此独立地激励。
2.如权利要求1所述的磁化器，其特征在于，所述磁化器还包括构造成支持所述磁场通量的至少一部分并同时提供对所述磁化器的机械支承的结构性构件。
3.如权利要求1所述的磁化器，其特征在于，所述磁化器能够独立于其它磁体而磁化多个永久性磁体的至少其中一个，其中所述多个永久性磁体埋置在所述机械构件内。
4.如权利要求3所述的磁化器，其特征在于，所述机械构件包括转子的背铁，所述转子包括多个极。
5.如权利要求4所述的磁化器，其特征在于，所述转子是内部永久性磁体电机的一部分。
6.如权利要求4所述的磁化器，其特征在于，所述转子包括沿所述转子的轴向方向定向的多个堆叠的叠层。
7.如权利要求1所述的磁化器，其特征在于，所述至少一个主超导线圈由选自包括β-钨型超导体、高温超导体以及它们的组合的组的材料构成。
8.如权利要求7所述的磁化器，其特征在于，所述β-钨型超导体选自包括Nb3Al,Nb3Ga,Nb3Sn,V3Al以及V3Ga的组，且其中所述高温超导体选自包括YBCO以及BSCCO的组。
9.如权利要求7所述的磁化器，其特征在于，所述β-钨型超导体具有在大约5开尔文到大约23开尔文之间的临界温度。
10.如权利要求1所述的磁化器，其特征在于，所述至少两个辅助线圈由普通导体材料构成。
11.如权利要求1所述的磁化器，其特征在于，所述至少两个辅助线圈由选自包括低温超导体、中温超导体、高温超导体以及它们的组合的组的材料构成。
12.如权利要求11所述的磁化器，其特征在于，所述低温超导体是铌钛。
13.如权利要求11所述的磁化器，其特征在于，所述高温超导体是YBCO，且所述中温超导体是MgB2。
14.如权利要求11所述的磁化器，其特征在于，所述磁化器还包括以独立于所述至少一个主超导线圈的方式将所述至少两个辅助线圈维持于超导状态的装置。
15.如权利要求1所述的磁化器，其特征在于，所述至少一个主超导线圈能够支持高达大约25A/cm2的电流密度。
16.如权利要求1所述的磁化器，其特征在于，所述磁化器还包括以独立于所述至少两个辅助线圈的任一个的方式将所述至少一个主超导线圈维持于超导状态的装置。
17.如权利要求1所述的磁化器，其特征在于，所述磁化器还包括装置，所述装置用于在所述至少一个主超导线圈以独立于所述至少两个辅助线圈的任一个的方式处于超导状态时驱动电流通过所述至少一个主超导线圈，并以独立于所述至少一个主超导线圈的方式驱动电流通过所述至少两个辅助线圈。
18.如权利要求1所述的磁化器，其特征在于，当所述至少两个辅助线圈处于激励状态时，所述至少两个辅助线圈配置成减轻由激励的所述至少一个主超导线圈在所述第二类型的远侧体积内产生的磁场通量形态。
19.一种磁化永久性磁体的方法，所述方法包括如下步骤：
(a)邻近机械构件设置至少一个主超导线圈，所述至少一个主超导线圈配置成投射第一类型的磁场通量形态；
(b)关于所述至少一个主超导线圈对称地设置至少两个辅助线圈，所述至少两个辅助线圈配置成投射第二类型的磁场通量形态；以及
(c)彼此独立地激励所述至少一个主超导线圈和所述至少两个辅助线圈；
其中所述永久性磁体在所述机械构件内放置就位。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述机械构件包括转子的背铁，所述转子包括多个极，每个极均独立地容纳多个永久性磁体中的一个或更多。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，属于所述多个永久性磁体的各个永久性磁体沿所述机械构件的大致径向方向定向。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，执行步骤(a)和(b)以便所述至少一个主超导线圈和所述至少两个辅助线圈相对于彼此对称地设置。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，执行步骤(a)和(b)以便所述至少一个主超导线圈和所述至少两个辅助线圈相对于所述机械构件的至少一部分对称地设置。
24.一种磁化器，包括：
至少一个主超导线圈，其配置成将第一类型的磁场通量形态投射至远侧体积；
至少两个辅助超导线圈，其关于所述至少一个主超导线圈对称地设置，并配置成将第二类型的磁场通量形态投射至所述远侧体积的至少一部分；
其中，所述至少一个主超导线圈和所述至少两个辅助超导线圈配置成彼此独立地激励；以及铁磁构件，其构造成支持所述磁场通量的至少一部分；
其中，所述磁化器配置成磁化埋置在机械构件内的多个永久性磁体的至少其中一个，所述机械构件包括转子的背铁，其中所述转子包括多个极，并且是内部永久性磁体电机的一部分。
25.如权利要求24所述的磁化器，其特征在于，所述铁磁构件还提供对所述磁化器的机械支承。
26.如权利要求24所述的磁化器，其特征在于，所述转子包括沿所述转子的轴向方向定向的多个堆叠的叠层。
27.如权利要求24所述的磁化器，其特征在于，所述至少一个主超导线圈由选自包括β-钨型超导体、高温超导体以及它们的组合的组的材料构成，所述至少两个辅助超导线圈由选自包括低温超导体、中温超导体、高温超导体以及它们的组合的组的材料构成。
28.如权利要求24所述的磁化器，其特征在于，所述至少一个主超导线圈能够支持高达大约25A/cm2的电流密度。
29.如权利要求24所述的磁化器，其特征在于，所述磁化器还包括以彼此独立的方式将所述至少一个主超导线圈和所述至少两个辅助超导线圈保持于超导状态的装置。
30.如权利要求24所述的磁化器，其特征在于，所述磁化器还包括装置，所述装置在所述至少一个主超导线圈以独立于所述至少两个辅助线圈的任一个的方式处于超导状态时驱动电流通过所述至少一个主超导线圈，并且在所述至少两个辅助超导线圈以独立于所述至少一个主超导线圈的方式处于超导状态时驱动电流通过所述至少两个辅助超导线圈。
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