CN113785473A - 包括各自具有聚焦磁畴对准模式的磁体装置的磁体组件 - Google Patents

Abstract

描述了一种磁体组件（260），其包括：（a）第一磁体装置（362），其具有磁化方向的第一角分布（463），从而导致产生第一磁焦域（463a）的第一聚焦磁化；以及（b）第二磁体装置（364），其具有磁化方向的第二角分布（465），从而导致产生第二磁焦域（465a）的第二聚焦磁化。所述第一磁焦域（463a）不同于所述第二磁焦域（465a）。还描述了一种具有这样的磁体组件（360、460）的转子布置结构（150）、一种具有这样的转子布置结构（150）的机电换能器（140）以及一种具有这样的机电换能器（140）的风力涡轮机（100）。

Description

包括各自具有聚焦磁畴对准模式的磁体装置的磁体组件

技术领域

本发明涉及具有非均匀的磁畴对准模式（magnetic domain alignment pattern）的永磁体的技术领域。本发明还涉及一种用于机电换能器的转子布置结构，该转子布置结构包括至少一个这样的永磁体。此外，本发明涉及一种包括这样的转子布置结构的机电换能器以及一种包括这样的机电换能器的风力涡轮机。

背景技术

永磁材料被用于多种不同的应用领域中。可能在技术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。该暂时变化的磁场与PM的磁场相互作用，从而例如导致转子布置结构相对于电动机的定子布置结构的旋转运动。以物理互补的方式，发电机，也称为发电机电机，将机械能转换成电能。

发电机是用于产生电能的任何发电设备的核心部件。这适用于直接捕获机械能的发电设备，例如水力发电装置、潮汐发电装置和风力发电装置，该风力发电装置也称为风力涡轮机。然而，这也适用于如下发电设备，即：其（i）首先使用例如来自燃烧的化石燃料或来自核能的化学能，以便产生热能，并且其（ii）其次借助于适当的热力学过程将产生的热能转化成机械能。

很明显，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，永磁体所产生的磁通量必须强。目前，这可能最好利用烧结稀土磁体来实现，例如使用FeNdB材料组分。然而，PM所产生的空间磁场分布也对发电机效率具有影响。在后一种情况下，当使用具有非均匀的磁畴对准模式的PM装置或PM布置结构时，通常是有利的，这导致故意不均匀的磁场强度或磁通密度，特别是在转子布置结构和定子布置结构之间的气隙中。

WO 2012/141932 A2公开了PM磁体布置结构，其中组合了不同磁化的PM，使得实现了“磁聚焦”。这些不同磁化的PM可被安装在例如由铁制成的公共背板上。

EP 3 276 642 A1公开了一种具有聚焦磁对准模式的烧结稀土PM，其具有整体形成或单件式的PM主体。

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不均匀的外部磁场以便在不同方向上磁化PM的不同区域。利用适当的外部磁场，还可产生磁畴对准模式，其在PM主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，以形成磁畴对准模式，其中，对应磁化方向的方向跨磁体装置的至少一部分在其横向边缘之间从至少部分径向到至少部分切向基本上连续地变化。

可能需要提供一种磁体组件，当用于PM机电换能器的转子布置结构时，该磁体组件在换能器的转子布置结构和定子布置结构之间引起良好的电磁链（electromagneticlinkage），使得可实现良好的换能器效率。

发明内容

该需要可通过根据独立权利要求所述的主题来满足。本发明的有利实施例通过从属权利要求来描述。

根据本发明的第一方面，提供了一种磁体组件，其包括：（a）第一磁体装置，其具有磁化方向的第一角分布，从而导致产生第一磁焦域（magnetic focal region）的第一聚焦磁化；以及（b）第二磁体装置，其具有磁化方向的第二角分布，从而导致产生第二磁焦域的第二聚焦磁化。该第一磁焦域的第一位置不同于该第二磁焦域的第二位置。

所描述的磁体组件（MA）基于如下构思，即：至少对于几种类型的机电换能器，多磁焦域构造会增加转子布置结构和定子布置结构之间的电磁链的强度。结果，可提高对应换能器的效率。

在“显微图”中，所描述的磁化方向的分布可对应于相应磁体装置的基体材料内的“磁畴对准方向”的分布。

要指出的是，相应磁体装置的磁聚焦可能并不完美。因此，磁化方向的分布可至少在剖视图中导致具有特定空间延伸的焦体积。在完美聚焦的情况下，磁焦域至少在剖视图中可以是磁焦点。

在这方面还要提到的是，所描述的聚焦可以是（A）二维（2D）聚焦或（B）三维（3D）聚焦。

（A）在2D聚焦的情况下，磁化方向是二维分布的。这意味着所有磁化矢量都在由x轴和z轴限定的平面内或平行于该平面定向。由此，z轴可与磁体装置的厚度方向相关联，并且垂直于该z轴的x轴可与相应磁体装置的宽度方向相关联。在“真实的3D世界”中，理论上完美的聚焦将会导致焦线。在光学领域中，2D聚焦例如借助于柱面透镜来实现。

（B）在3D聚焦的情况下，磁化方向三维分布。这意味着不仅有沿一个方向（例如，上面提到的x方向）的聚焦，而且还有沿与其垂直的另一个方向的聚焦。具体而言，该另一个方向可平行于y轴，该y轴垂直于x轴和上面提到的z轴两者。该y轴可限定相应磁性装置的深度方向。在“真实的3D世界”中，理论上完美的3D聚焦将会导致焦点。在光学领域中，3D聚焦例如借助于球面透镜来实现。

根据本发明的实施例，第一磁体装置和/或第二磁体装置以对称构造实现。由此，该对称构造由（i）相应磁体装置的空间形状和尺寸和/或（ii）磁化方向的相应角分布给出。

以对称方式构造第一磁体装置和/或第二磁体装置可提供以下优点，即：与非对称构造相比，相应磁体装置可利用用于例如在烧结程序期间不均匀地磁化中央磁体装置的已知程序和设备相对容易地制造。此外，将有助于磁体装置和/或MA的“磁性设计”，该“磁性设计”产生期望的磁通密度的空间变化。

所描述的对称构造可用表示（镜面）对称轴线的“磁轴”给出，该对称轴线由相应磁焦域和相应磁体装置的主表面之间的最短距离限定。这意味着该磁轴垂直于相应磁体装置的主表面（的平面）定向，并且磁焦域位于该磁轴上。在这方面，该磁轴可被视为对应于例如折射透镜的聚焦光学元件的光轴。

根据本发明的另一实施例，（i）第一磁焦域和第一磁体装置的第一主表面之间的第一焦距与（ii）第二磁焦域和第二磁体装置的第二主表面之间的第二焦距至少近似相同。这可提供以下优点，即：为了实现所描述的MA，通过组装这些磁体装置中的至少两个，可仅使用一种类型的磁体装置。因此，所描述的MA的制造不仅在技术上而且还在物流角度上都将得到促进。

当两个磁体装置在空间上布置成使得第一主表面和第二主表面形成公共平面主表面时，两个磁焦域将具有关于该公共平面主表面具有相同的焦距。这不仅有助于MA的磁性设计，而且在许多应用中，还进一步改善了机电换能器内的磁链，该机电换能器具有带有至少一个所述MA的转子布置结构。

根据本发明的另一实施例，这两个磁体装置彼此直接邻接。具有直接邻接的磁体装置的MA可提供如下优点，即：其可在紧凑设计内实现。另一优点可以是，在两个相邻磁体装置之间的界面处，可至少近似地没有磁通线的畸变。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畸变。

可看到直接邻接的磁体装置的另一优点在于可实现公共主表面。这样的公共主表面例如可以是MA的前表面，其中，磁体装置利用其相应的后表面附接到铁磁（铁）背板。因此，可在没有不必要的粗糙边缘的情况下实现所描述的MA，这有助于MA的进一步处理，特别是在将MA与其他组件一起安装到转子布置结构的支撑结构时。

在本文件中，术语“直接邻接”可意味着在两个磁体装置之间没有预期的间隙。这意味着例如在两个磁体装置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味着这两个磁体装置彼此不直接邻接。

根据本发明的另一实施例，第一磁体装置和/或第二磁体装置由附接到彼此的至少两个磁体件形成。

描述性地说，在该实施例中，该（至少）两个磁体装置中的至少一个磁体装置由至少两个单磁体件构成。这可提供以下优点，即：（聚焦）磁体装置可通过组合或组装更小的磁体件来实现。虽然组装不同的磁体件可能需要一些附加的努力，但这种附加的努力在大多数情况下将会被过度补偿，因为只需要生产更小的磁体件。这是适用的，因为为了实现聚焦磁体装置，制造两个或更多个小的聚焦磁体件通常比制造一个更大的聚焦磁体件更容易。

要提到的是，当然可用单个磁体件来实现磁体装置中的至少一个。更进一步，所描述的MA的两个（或更多个）磁体装置也可被实现为单件。在本文的背景下，术语“单件”可特别地意味着相应磁体装置借助于单块磁性材料一体地或单件地形成。

根据本发明的另一实施例，所述磁体组件具有以下空间几何尺寸中的至少一者：（a）磁体装置的厚度在10 mm和40 mm之间的范围内，并且特别是在18 mm和25 mm之间的范围内。（B）磁体组件的宽度在20 mm和200 mm之间的范围内，并且特别是在50 mm和150 mm之间的范围内。

关于所描述的厚度，要提到的是，取决于可能的铁磁（铁）背板的厚度，整个MA的厚度可能大于所提及的厚度值。

关于所描述的MA的宽度，要提到的是，MA当然也具有一定的深度。当MA被安装到机电换能器的转子布置结构时，几何形状或相应的几何尺寸的名称“宽度”和“深度”可取自移动方向。具体而言，“宽度”可以是沿转子布置结构的周界测量的延伸，并且“深度”可以是沿轴向方向的延伸。相应地，厚度可以是沿转子布置结构的径向方向的延伸。

在一些示例性实施例中，第一磁体装置具有沿垂直于第一磁体装置的厚度方向的方向测量的第一宽度；并且第二磁体装置具有沿垂直于第二磁体装置的厚度方向的方向测量的第二宽度。该第一宽度可与第二宽度相同，或者该第一宽度可与第二宽度不同。

改变MA的磁体装置的宽度并且特别是改变MA的磁体装置之间的宽度比为所述MA的设计者提供了进一步的自由度，以用于在特别是包括所述MA的转子布置结构和定子布置结构之间的气隙内实现期望的磁通密度分布。

根据本发明的另一实施例，磁体装置中的至少一个包括的厚宽比在0.2和1.0之间、特别是在0.4和1.0之间并且更特别是在0.6和1.0之间的范围内。由此，所述厚宽比由磁体装置的厚度与磁体装置的宽度之间的比率定义。所述厚度沿平行于相应磁体装置的磁轴的方向测量，所述磁轴由相应磁体装置的主表面的法线方向和相应焦域的中心的空间位置限定。所述宽度由所述磁体装置沿如下方向的空间延伸给出，即：所述方向由在第一磁体装置（的主体的中心）和第二磁体装置（的主体的中心）之间延伸的轴线限定。

换言之，所述厚度可沿平行于磁轴的方向测量，并且所述宽度沿平行于两个侧方磁体装置的相互面对的侧表面的公共法向量的方向测量。

在这方面，本发明人发现，聚焦中央磁体装置的适当厚宽比可对可在发电机的气隙内实现的磁通量具有显著影响。具体而言，与通常由机器设计者以最小厚度（特别是出于成本原因）确定尺寸的不聚焦磁体装置相比，聚焦磁体装置可提供显著更高的效率以产生强磁通量。该显著更高的效率可能是设计具有更大磁体体积的聚焦磁体装置的原因，这当然与必要的磁体材料的更多成本或费用相关联。

至少对于适用于风力涡轮机的发电机而言，中央磁体装置的宽度可在25 mm和200mm之间的范围内，并且特别是在50 mm和100 mm之间的范围内。在这方面，本发明人进一步发现最佳的厚宽比可能取决于宽度的绝对值。例如，对于具有50 mm的宽度的磁体装置，有益的厚宽比可在0.4和0.8之间的范围内。对于具有100 mm的宽度的磁体装置，有益的厚宽比可在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。

要提到的是，MA的磁体装置的数量不限于三个。原则上，MA可包括任何更多数量的磁体装置。

优选地，所有磁体装置都被安装到共同的铁磁（铁）背板。对于许多应用，特别是对于风力涡轮机的发电机，三个、四个或五个聚焦磁体装置被用于一个MA。

根据本发明的另一实施例，所述磁体组件还包括第三磁体装置，该第三磁体装置具有磁化方向的第三角分布，从而导致产生第三磁焦域的第三聚焦磁化。该第三磁焦域的第三位置不同于第一磁焦域和第二磁焦域两者。此外，第二磁体装置位于第一磁体装置和第三磁体装置之间。此外，第一磁体装置具有第一宽度，第二磁体装置具有第二宽度，并且第三磁体装置具有第三宽度，上述宽度沿垂直于相应磁体装置的厚度方向的方向测量。

在该实施例中，第二磁体装置可被称为中央磁体装置，第一磁体装置可被称为第一侧方磁体装置，并且第三磁体装置可被称为第三侧方磁体装置。

能够以对称方式实现具有三个聚焦磁体装置的所述MA，该三个聚焦磁体装置具有三个不同的焦域。因此，不仅可简化MA的制造，而且还可简化MA的磁性设计。此外，通过改变（i）第二宽度和（ii）第一（和第二）宽度之间的比率，还可从上面提到的增加的设计自由度中获益。这意味着，换言之，MA能够以如下方式“磁性设计”，即：可实现期望的（空间）磁通密度分布或变化（特别是在气隙内）。

第三宽度可与第一宽度相同和/或第三磁体装置的第三厚度可与第一磁体装置的第一厚度相同。这可提供以下优点，即：整个MA能够以空间对称的方式实现，这有助于MA的（磁性）设计。

根据本发明的另一实施例，与第一磁体装置和第三磁体装置中的至少一个的厚度相比，第二磁体装置的厚度不同，特别是更大。

在这方面，本发明人发现，在所描述的MA的厚度不均匀的情况下，MA的（上）表面可能近似于弯曲的（正弦）表面，该表面可以如下方式特别是在转子组件和定子组件之间的气隙内在空间上成形或相应地修改磁通密度，即：使得可获得相对应的机电换能器的平稳操作（小的齿槽转矩、振动等）。

优选地，第二磁体装置的厚度不同于第一磁体装置和第三磁体装置的厚度。这可提供以下优点，即：具有不同厚度的磁体装置的磁体组件也能够以在空间上（镜面）对称的形状实现。

根据本发明的另一实施例，与第二磁体装置的宽度相比，第一磁体装置和第三磁体装置中的至少一个的宽度不同，特别是更大。

在这方面，本发明人发现，通过选择适当的宽度，MA可在设计上以进一步的自由度实现。也可利用该进一步的自由度，以便为每个特定应用实现有助于机电换能器的平稳操作的MA。

优选地，第二磁体装置具有第二宽度，并且第一磁体装置和第三磁体装置两者具有共同的第一宽度。这可提供以下优点，即：具有不同宽度的磁体装置的磁体组件也能够以在空间上（镜面）对称的形状实现。

根据本发明的另一实施例，至少第一磁体装置和第二磁体装置是烧结磁体，特别是包括NdFeB的烧结磁体。

使用烧结磁体材料，特别是具有稀土材料组分的烧结磁体材料，可提供如下优点，即：可实现特别是在各焦域内的强磁通密度。

此外，当考虑到通常烧结磁体是非常刚性和/或易碎的结构使得相应的烧结磁体的进一步处理并不容易时，具有至少两个单独的磁体装置的所述（多）聚焦MA可相对容易地制造，这是因为仅涉及相对小的磁体装置/磁体件。上面已经阐明的这种考虑可能特别适用于包括典型的NdFeB材料组分的磁体。

通过使用至少两个相对小尺寸的烧结磁体装置或磁体件来代替较少数量的较大尺寸的烧结磁体装置或磁体件，可显著降低在进一步处理期间机械损伤磁体装置或磁体将的风险。这样的进一步处理例如可包括在磁体件的外表面处设置保护层的程序。

为了避免对于烧结磁体的（内部）磁化结构的任何误解，要指出的是，如上所述的磁化方向的角分布是基于晶粒取向的优选方向或与之直接相关。这意味着不需要所有晶粒（有助于特定磁畴对准方向或磁化线）都必须精确地沿相同方向定向。更确切地说，仅需要在一定的晶粒取向分布中存在（平均而言）优选的晶粒取向。

根据本发明的另一实施例，至少第一角分布和第二角分布的磁化方向包括直线。优选地，上述磁化方向分别形成一直线。

具有沿直线的聚焦磁化方向可提供以下优点，即：例如在烧结程序期间，可有助于制造磁体装置的过程。特别是鉴于以下事实，这是适用的，即：利用外部磁线圈的适当空间布置结构可比较容易地产生具有对应且必要的不均匀性的外部磁场。

根据本发明的另一方面，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布置结构。所提供的转子布置结构包括：（a）支撑结构；以及（b）至少一个如上所述的磁体组件。该磁体组件被安装到该支撑结构。

所提供的转子布置结构是基于如下构思，即：利用上述的MA组件，可构建机电换能器，该机电换能器在操作中由于其（多）磁聚焦而产生高操作效率。特别地，可减少不希望的影响，例如齿槽转矩、振动等。这种降低不仅导致高效率因子，而且还导致机电换能器的低噪声操作。

根据本发明的另一方面，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：（a）定子布置结构；以及（b）如上所述的转子布置结构。

所提供的机电换能器是基于如下构思，即：利用上述的转子布置结构，可设计一种PM机电换能器，利用该机电换能器，由于减少了至少一些不期望的影响，因此能够以相对低的制造成本为至少一个PM组件实现高操作效率。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于产生电功率的风力涡轮机。所提供的风力涡轮机包括：（a）塔架；（b）风力转子，其被布置在该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。该机电换能器与该风力转子机械耦接。

所提供的风力涡轮机，也称为风能装置，是基于如下构思，即：代表用于风力涡轮机的发电机的上述机电换能器可允许电力生产效率增加和/或操作噪声减少，而同时保持该至少一个MA的制造费用低。与诸如太阳热装置之类的其他技术相比，这可有助于提高风力涡轮机技术对于再生发电的吸引力。

本发明的上文所限定的方面以及另外的方面通过将在下文中描述的实施例的示例是显而易见的，并且参考这些实施例的示例来解释。将在下文中参考实施例的示例来更详细地描述本发明，但本发明并不限于这些实施例的示例。

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以示意图示出了图1的风力涡轮机的发电机。

图3示出了该发电机的线性化表示。

图4示出了具有三个聚焦磁体装置的磁体组件。

图5示出了图4中所示的磁体组件的顶视图。

图6示出了不同的磁体或相应的磁体组件的磁通密度分布。

图7示出了对于中央磁体装置的不同宽度，具有三个聚焦磁体装置的磁体组件的磁通密度分布。

图8示出了对于具有不同宽度的不同磁体装置，根据厚宽比在气隙内可实现的磁通密度。

具体实施方式

附图中的图例是示意性的。要注意的是，在不同的附图中，相似或相同的元件或特征配有相同的附图标记，或者配有仅在第一数位内与相对应的附图标记不同的附图标记。为了避免不必要的重复，已关于先前描述的实施例说明过的元件或特征不会在本说明书中稍后的位置处再次说明。

此外，例如“前”和“后”、“上”和“下”、“左”和“右”之类的空间相对术语被用于描述如图中所示的元件与另一个元件的关系。因此，这些空间相对术语可适用于不同于图中所描绘的定向的使用中的定向。显然，所有这些空间相对术语仅是为了便于描述而参考图中所示的定向，并且不一定是限制性的，因为根据本发明的实施例的设备当在使用中时可采用与图中所示的那些定向不同的定向。

图1示出了根据本发明的实施例的风力涡轮机100。该风力涡轮机100包括塔架120，其被安装在未描绘出的基座上。在塔架120的顶部上布置有机舱122。在塔架120和机舱122之间设置有偏摆角调整装置121，该偏摆角调整装置121能够使机舱122围绕未描绘出的竖直轴线旋转，该竖直轴线与塔架120的纵向延伸部对准。通过以适当的方式控制偏摆角调整装置121，可确保在风力涡轮机100的正常操作期间，机舱122总是与当前风向适当地对准。

风力涡轮机100还包括具有三个叶片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可围绕旋转轴线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之间相应地设置有叶片角度调整装置116，以便通过使相应的叶片114围绕未描绘出的轴线旋转来调整每个叶片114的叶片桨距角，该未描绘出的轴线基本上与相应的叶片114的纵向延伸部平行地对准。通过控制叶片角度调整装置116，相应叶片114的叶片桨距角可按照如下方式调整，即：使得至少当风不太强时，可从驱动风力转子110的风的可获得机械功率中获取最大风功率。

如从图1可以看到的，在机舱122内设有齿轮箱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125以已知方式耦接到机电换能器140。该机电换能器为发电机140。

在这点上要指出的是，齿轮箱124是可选的，并且发电机140也可通过轴125直接耦接到转子110，而不改变转数。在这种情况下，风力涡轮机是所谓的直接驱动式（DD）风力涡轮机。

此外，设置制动器126以便停止风力涡轮机100的操作，或者例如在紧急情况下降低转子110的旋转速度。

风力涡轮机100还包括用于以高效方式操作风力涡轮机100的控制系统153。除了控制例如偏摆角调整装置121之外，所描绘的控制系统153还用于以优化的方式调整转子叶片114的叶片桨距角。

根据电气工程的基本原理，发电机140包括定子布置结构145和转子布置结构150。在这里描述的实施例中，发电机140以所谓的“内定子-外转子”构造来实现，其中，转子布置结构150围绕定子布置结构145。这意味着转子布置结构150的未描绘的永磁体或相应的磁体组件围绕内部的定子布置结构145的多个未描绘的线圈的布置结构行进，这些线圈产生感应电流，该感应电流是由于从行进的永磁体获得随时间变化的磁通量而产生的。

根据这里描述的实施例，每个磁体组件（MA）包括至少三个烧结永磁体装置，它们由Nd-Fe-B材料组分制成并且在下面进一步描述。

图2以剖视图示出了发电机140的示意图。发电机140的旋转轴线用附图标记240a命名。发电机140包括已经在图1中描绘的定子布置结构145。定子布置结构145包括定子支撑结构247，其包括容纳在定子支撑结构247内的多个叠片和多个定子绕组249的堆叠。绕组249借助于未描绘的电连接以已知方式互连。

通过气隙ag与定子布置结构145分开的发电机140的转子布置结构150包括转子支撑结构252，该转子支撑结构252提供用于安装多个磁体组件260的机械基部。根据这里描述的示例性实施例，每个磁体组件（MA）包括三个磁体装置，它们在图2中未示出但在下面详细呈现。

提到在图2中，为了便于说明，仅描绘了一个MA 260。实际上，取决于发电机140的尺寸，多个磁体组件260被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具有基本上圆柱形的几何形状。

如从图2可以看到的，磁体组件260没有被直接安装到转子支撑结构252。替代的是，对于每个MA 260，设置有由例如铁的铁磁材料制成的背板254。该背板254确保磁通量的适当引导。这以有益的方式显著降低了杂散磁场的强度并增加了气隙的区域中的磁通量。

图3示出了发电机140的线性化图示。在此背景下，“线性化”意味着尽管定子布置结构145和转子布置结构150两者都具有圆周形状（围绕垂直于图平面的未描绘的发电机轴线），但为了便于说明，它们被描绘（展开）为平直的装置。

沿定子布置结构145的周向方向放置有多个定子绕组249。沿转子布置结构150的周向方向放置有多个磁体组件260。根据这里描述的示例性实施例，每个MA被安装在铁背板254处，该铁背板254自身被安装到转子支撑结构252。

图4以放大视图示出了磁体组件260中的一个。MA 260被安装到铁背板254。

根据这里描述的示例性实施例，MA 260包括三个聚焦磁体装置，即第一磁体装置362、第二磁体装置364和第三磁体装置366。第二磁体装置364夹在第一磁体装置362和第三磁体装置366之间。

磁体装置362、364和366中的每一个包括磁化方向的角分布，其中，每个磁化方向都沿循直线。具体而言，第一磁体装置362包括磁化方向的第一角分布463，其（在磁体装置362之外）产生第一磁焦域463a。以相对应的方式，第二磁体装置364包括产生第二磁焦域465a的磁化方向的第二角分布465，并且第三磁体装置366包括产生第三磁焦域467a的磁化方向467的第三角分布。

对于磁体装置362、364和366中的每一个，存在磁轴471，其由相应磁体装置362、364、366的主表面470的法线方向和相应焦域463a、465a、467a的中心的空间位置限定。根据这里描述的示例性实施例，磁轴471也是相应磁装置362、364、366的几何形状的对称轴线。

要提到的是，在其他未描绘的实施例中，磁化方向不沿循直线。因此，为了实现根据本发明的MA，还可按照不同的方式来磁化磁体装置，除非磁化使得实现磁聚焦效果。

图5示出了已经在图4中示出的磁体组件260的顶视图。在相应磁体主体外部由磁体装置362、364和366产生的磁场线575以三维或透视的方式图示。

图6示出了对于不同的磁体装置或相应的磁体组件的磁通密度分布。当被安装到发电机的转子布置结构时，所描绘的磁通密度分布是存在于转子布置结构和定子布置结构之间的气隙中的分布。具体而言，这些绘图示出了磁通密度沿磁体表面上方（在气隙的中心处）的路径的法向分量。

仅出于比较的目的，第一绘图681描绘了由具有单一磁化方向的单个磁体产生的磁通密度分布。这意味着在该磁体中，所有磁化方向相对于彼此平行。

再次出于比较的目的，第二绘图682描绘了由具有如图4中所示的三个磁体装置的整体的空间尺寸的单个聚焦磁体（装置）产生的磁通密度分布。对于以平行方式单独磁化的单个磁体，磁通量682的最大值大于磁通量681的最大值。

第三绘图683描绘了具有三个聚焦磁体装置362、364、366的MA 260的磁通密度分布，如图4中最佳地示出的。如对于图4可知，磁通密度分布683包括三个空间上不同的最大值，它们各自分配给一个焦域463a、465a、467a。

图7示出了各自具有三个聚焦磁体装置的磁体组件的磁通密度分布。不同分布之间的差异是由被其他两个磁体装置夹在中间的中央（第二）磁体装置的不同宽度引起。

第一绘图793描绘了由MA 260产生的磁通密度分布，其中，中央或第二磁体装置364的宽度（沿转子装置的周向方向）与两个其他（侧方）磁体装置362和366的宽度相同。这意味着中央或第二磁体装置364的宽度是整个MA 260的总宽度的1/3。

第二绘图794描绘了由MA产生的磁通密度分布，其中，中央磁体装置的宽度大于两个其他（侧方）磁体装置的宽度。这意味着中央磁体装置364的宽度大于整个MA的总宽度的1/3。根据这里描述的示例性实施例，中央磁体装置的宽度与MA的总宽度之间的比率为1/2。如从图7可以看到的，在该实施例中，分布794的中央峰的宽度大于分布794的两个外部峰的宽度。

第三绘图795描绘了由MA产生的磁通密度分布，其中，中央磁体装置的宽度小于两个其他（侧方）磁体装置的宽度。这意味着中央磁体装置364的宽度小于整个MA的总宽度的1/3。根据这里描述的示例性实施例，中央磁体装置的宽度与MA的总宽度之间的比率为1/4。如从图7可以看到的，在该实施例中，分布795的中央峰的宽度和水平小于分布795的两个外部峰的宽度和水平。

图8示出了一图表，其中，可用不同磁体装置在发电机的气隙内产生的磁通密度被描绘为相应磁体装置的厚宽比的函数。在此背景下，对于聚焦磁体装置，所述厚宽比（aspect ratio）为磁体装置的厚度与宽度之间的比率，由此所述厚度沿平行于磁轴的方向测量，并且所述宽度由磁体装置沿垂直于厚度方向的方向的尺寸给出。

在图8的图表内，出于比较的目的，附图标记830指向的曲线描绘了可利用具有50mm的宽度的平行磁化的磁体装置实现的气隙磁通密度。曲线832描绘了可利用具有相同空间尺寸的聚焦磁体装置实现的对应气隙磁通密度。从这两个曲线830和832之间的比较可以看出，对于较大的厚宽比，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。随着厚宽比的增加，曲线832显示出从0.2开始直到0.6的显著增加。对于大于0.8的厚宽比，可实现的气隙磁通密度仅以小得多的幅度增加。

曲线834和836示出了具有100 mm的宽度的磁体装置的对应曲线。同样，随着厚宽比的增加，由聚焦磁体装置产生的较大磁通密度（见曲线836）与由平行磁化的磁体装置产生的较小磁通密度（见曲线834）之间的差异变得更大。对于100 mm的磁体装置，对于高于0.4的厚宽比达到饱和。

并不令人奇怪的是，对于较大的磁体装置（这里为对于具有100 mm的宽度的磁体装置），在气隙中可实现的磁通密度的绝对值显著更大。

从上面呈现的考虑可以看到，厚宽比是另一参数，可改变该参数以便增加气隙磁通密度。当然，也可通过改变焦域的位置来控制磁通聚焦的程度。

应当注意的是，术语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且措词“一”、“一个”或“一种”的使用并不排除多个。此外，也可组合联系不同实施例描述的元件。还应当注意的是，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. 一种磁体组件（260），包括：

第一磁体装置（362），其具有磁化方向的第一角分布（463），从而导致产生第一磁焦域（463a）的第一聚焦磁化；以及

第二磁体装置（364），其具有磁化方向的第二角分布（465），从而导致产生第二磁焦域（465a）的第二聚焦磁化；其中

所述第一磁焦域（463a）不同于所述第二磁焦域（465a）。

2.如前一权利要求所述的磁体组件（260），其中：

所述第一磁体装置（362）和/或所述第二磁体装置（364）以对称构造实现，其中，所述对称构造由以下给出：

（i）相应磁体装置（362、364）的空间形状和尺寸；和/或

（ii）磁化方向的相应角分布（463、465）。

3.如前述权利要求中任一项所述的磁体组件（260），其中：

所述第一磁焦域（463a）和所述第一磁体装置（362）的第一主表面（470）之间的第一焦距与所述第二磁焦域（465a）和所述第二磁体装置（364）的第二主表面（470）之间的第二焦距至少近似相同。

4.如前述权利要求中任一项所述的磁体组件（260），其中：

两个磁体装置（362、364）彼此直接邻接。

5.如前述权利要求中任一项所述的磁体组件（260），其中：

所述第一磁体装置（362）和/或所述第二磁体装置（364）由附接到彼此的至少两个磁体件形成。

6.如前述权利要求中任一项所述的磁体组件（260），其中：

所述磁体组件具有以下尺寸中的至少一者：

（a）所述磁体装置（362、364、366）的厚度在10 mm和40 mm之间的范围内，并且特别是在18 mm和25 mm之间的范围内；

（b）所述磁体组件（260）的宽度在20 mm和200 mm之间的范围内，并且特别是在50 mm和150 mm之间的范围内。

7.如前述权利要求中任一项所述的磁体组件（260），其中：

所述磁体装置中的至少一个包括如下厚宽比，即：所述厚宽比在0.2和1.0之间、特别是在0.4和1.0之间、并且更特别是在0.6和1.0之间的范围内，其中：

所述厚宽比由所述磁体装置的厚度与所述磁体装置的宽度之间的比率定义；

所述厚度沿平行于相应磁体装置的磁轴的方向测量，所述磁轴由相应磁体装置的主表面的法线方向和相应焦域的中心的空间位置限定；

所述宽度由所述磁体装置沿如下方向的空间延伸给出，即：所述方向由在所述第一磁体装置和所述第二磁体装置之间延伸的轴线限定。

8. 如前述权利要求中任一项所述的磁体组件（260），还包括：

第三磁体装置（366），其具有磁化方向的第三角分布（467），从而导致产生第三磁焦域（467a）的第三聚焦磁化；其中

- 所述第三磁焦域（467a）不同于所述第一磁焦域（463a）和所述第二磁焦域（465a）两者；

- 所述第二磁体装置（364）位于所述第一磁体装置（362）和所述第三磁体装置（366）之间；

- 所述第一磁体装置（362）具有第一宽度，所述第二磁体装置（364）具有第二宽度，并且所述第三磁体装置（366）具有第三宽度，所有宽度都沿垂直于相应磁体装置（362、364、366）的厚度方向的方向测量。

9.如前一权利要求所述的磁体组件，其中：

与所述第一磁体装置和所述第三磁体装置中的至少一者的厚度相比，所述第二磁体装置的厚度不同，特别是更大。

10.如两个前述权利要求中任一项所述的磁体组件，其中：

与所述第二磁体装置的宽度相比，所述第一磁体装置和所述第三磁体装置中的至少一者的宽度不同，特别是更大。

11.如前述权利要求中任一项所述的磁体组件（260），其中：

至少所述第一磁体装置（362）和所述第二磁体装置（364）为烧结磁体，特别是包括NdFeB的烧结磁体。

12.如前述权利要求中任一项所述的磁体组件（260），其中：

至少所述第一角分布（463）和所述第二角分布（465）的磁化方向包括直线。

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）的转子布置结构（150），所述转子布置结构（150）包括：

支撑结构（252），以及

至少一个如前述权利要求中任一项所述的磁体组件（260），其中，所述磁体组件（260）被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：

定子布置结构（145），以及

如前一权利要求所述的转子布置结构（150）。

15.一种用于产生电功率的风力涡轮机（100），所述风力涡轮机（100）包括：

塔架（120）；

风力转子（110），其被布置在所述塔架（120）的顶部部分处，并且包括至少一个叶片（114）；以及

如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）与所述风力转子（110）机械耦接。

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