用于永磁电机的永磁体的制作方法

本发明涉及优化永磁电机中的永磁体中重稀土(hre)元素的量和分布的领域。特定来说，本发明涉及一种用于永磁电机的永磁体以及一种制造用于永磁电机的永磁体的方法。

此永磁体和制造永磁体的方法可以特别地用于风力涡轮机的永磁发电机中。

背景技术：

在永磁电机的技术领域中，已知设置沿轴向或周向方向分段的磁体。根据分段过程，磁体通常从较大烧结块被切割成较小部分，该较小部分然后被涂覆并胶合在一起。

由其得到磁体的烧结块通常包括重稀土(hre)元素以提供抗退磁性。

重稀土(hre)元素是钇(y)、钆(gd)、铽(tb)、镝(dy)、钬(ho)、铒(er)、铥(tm)、镱(yb)和镥(lu)。

磁体中hre元素的含量通常高而没有针对不均匀场分布进行优化，然而在永磁电机中使用的磁体通常经受不均匀磁场分布。

技术实现要素：

本发明的目的可以是提供一种用于永磁电机的永磁体，其具有降低含量的重稀土(hre)元素并且同时具有重稀土(hre)元素含量的经优化分布。

其他目标可以是降低永磁体的制造成本并减少涡流损耗。

这些目的可以通过根据独立权利要求的用于永磁电机的永磁体、永磁电机和制造永磁体的方法解决。

根据本发明的第一方面，描述一种用于永磁电机的永磁体。所述永磁体包括：

-限定永磁体的内部容积的外表面，

-连接外表面的至少两个部分的至少一个内表面，

-相邻于该至少一个内表面的内部容积的至少一个第一部分以及远离该至少一个内表面的内部容积的至少第二部分，

其中该至少一个第一部分具有比该至少第二部分更高含量的重稀土元素。

根据本发明的第二方面，提供一种包括上述永磁体的永磁电机。

上述永磁电机可以方便地集成在风力涡轮机中。

根据本发明的第三方面，提供一种制造上述永磁体的方法。

本发明通过以下方式实现上述目的：

-减少永磁体中的hre元素含量，这导致较低磁体和总体成本，

-优化hre元素沿着永磁体的预定内表面的分布，从而优化永磁体的磁性质以适应磁场要求。

其他优点是：

-较低hre元素含量可能与高磁通量、并且因此较高发电机性能和效率相关联，

-磁体的分段有助于减少涡流损耗。

根据本发明的示例性实施例，永磁体包括接合在一起的至少两个段，

其中该至少一个内表面设置在该至少两个段之间的界面处。

该至少两个段可以例如通过胶合接合在一起。

永磁体的该至少两个段可以由烧结材料形成。

根据本发明的可能实施例，初步形成烧结材料块，由所述烧结材料块随后通过切割形成永磁体段。

根据本发明的实施例，可以通过应用重稀土元素扩散过程来形成具有较高含量的重稀土元素的该至少一个第一部分。

特定来说，重稀土元素扩散过程可以在永磁体段的两个相对表面上实施。

根据本发明的实施例，在已经应用重稀土元素扩散过程之后，所述段例如通过胶合接合在一起，使得具有较高含量的重稀土元素的该至少一个第一部分设置在至少两个段之间的界面处。

有利地，通过选择所述段的形状和相互取向，可以有效地控制具有较高含量的重稀土元素的那部分在永磁体内部的定位。

而且，可以选择段的数量，以实现具有较高含量的重稀土元素的那部分的所期望分布。

根据本发明的可能实施例，该至少一个内表面设置在永磁体上，以便正交于永磁电机的旋转轴线。

根据本发明的另一可能实施例，该至少一个内表面设置在永磁体上，以便相对于永磁电机的旋转轴线在径向上取向。

根据本发明的又一可能实施例，该至少一个内表面设置在永磁体上，以便相对于永磁电机的旋转轴线在周向上取向。

根据本发明的示例性实施例，永磁体被部分分段，即，永磁体包括至少一个缝，其中该至少一个内表面沿着该缝设置。

根据此类实施例，可以在不需要形成并且然后接合永磁体段的情况下实现本发明的优点。

为形成后一实施例的永磁体，初步形成烧结材料的固体永磁体。随后，在永磁体上切割至少一狭缝，该狭缝在永磁体的内部容积内从永磁体的外表面延伸到狭缝边界。此外，随后，将重稀土元素扩散过程应用于包括（多个）狭缝的永磁体，以相邻于该至少一个狭缝的内表面形成具有较高含量的重稀土元素的至少一个第一部分。

根据本发明的可能实施例，狭缝在永磁体的内部容积内从永磁体的外表面延伸到狭缝边界。狭缝边界可以相对于永磁体的外表面倾斜。

狭缝可以具有1至2mm的宽度。如果例如用线切割器完成狭缝，则宽度还可以小于1mm，即，0.2mm。

类似于其中永磁体被完全分段的实施例，狭缝可以相对于永磁电机的旋转轴线在轴向上、在径向上或在周向上取向。替代性地，狭缝可以具有任何其他取向。

必须注意，已经参考不同主题描述了本发明的实施例。特定来说，已经参考装置类权利要求描述了一些实施例，而已经参考方法类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得知，除非另有通知，否则除属于一种类型的主题的特征的任何组合以外，与不同主题有关的特征之间（特别是装置类权利要求的特征与方法类权利要求的特征之间）的任何组合也将被视为与本申请一起公开。

附图说明

本发明的上文限定的方面和其他方面根据将从在下文中描述的实施例的实例显而易见，并且参考实施例的实例对其进行解释。在下文中将参考实施例的实例更详细地描述本发明，但是本发明并不限于这些实施例的实例。

图1示出包括根据本发明的永磁电机的风力涡轮机的示意性截面。

图2示出图1的永磁电机的局部横截面，其中示出根据本发明的多个永磁体。

图3示出根据本发明的永磁体的第一实施例的周向视图。

图4示出图3的永磁体沿着图3中的剖面线iv-iv截取的横截面视图。

图5示出根据本发明的永磁体的第二实施例的周向视图。

图6示出根据本发明的永磁体的第三实施例的周向视图。

图7示出根据本发明的永磁体的第四实施例的周向视图。

图8示出根据本发明的永磁体的第五实施例的顶部视图。

图9示出图8的永磁体沿着图8中的剖面线ix-ix截取的周向截面。

具体实施方式

附图中的说明是示意性的。应注意，在不同图中，类似或相同元件带有相同参考符号。

图1示出根据本发明的风力涡轮机1。风力涡轮机1包括塔架2，该塔架2安装在未绘示的基部上。机舱3布置在塔架2的顶部上。

风力涡轮机1还包括具有三个叶片4的风轮5（在图1的透视图中仅两个叶片4可见）。风轮5可围绕旋转轴线y旋转。当没有不同指定时，下文中的术语轴向、径向和周向参考旋转轴线y进行。

叶片4相对于旋转轴线y在径向上延伸。

风力涡轮机1包括永磁发电机10。

根据本发明的其他可能实施例（附图中未表示），本发明可以应用于任何其他类型的永磁电机。

风轮5直接地（例如直接驱动（图1中未示出））或借助于可旋转主轴9与永磁发电机10可旋转地联接。设置示意性地绘示的轴承组件8以便将风轮5保持在适当位置。可旋转主轴9沿着旋转轴线y延伸。永磁发电机10包括定子11和转子12。转子12可相对于定子11围绕旋转轴线y旋转。

图2示出永磁发电机10的定子11和转子12的局部横截面视图。

定子11包括定子本体13，其具有多个径向定子齿15和多个中间槽16，每一槽16在两个相应齿15之间在周向上延伸。

转子12相对于定子11在径向上位于外部，并且可围绕旋转轴线y旋转。根据本发明的多个永磁体100附接到转子12的面向定子11的一侧。

图3示出永磁体100的第一实施例的周向视图。

图4示出永磁体100的第一实施例的轴向横截面视图。

永磁体100包括限定永磁体100的内部容积110的外表面120。

外表面120包括多个部分或面，包括底面121和顶面122，其由四个侧向面123,124,125,126连接。

永磁体100包括连接外表面120的若干部分（即，侧向面125,126）的多个内表面201（三个内表面201示出在图4中）。内表面201正交于侧向面125,126。

在内部容积110内，设置多个部分120，其具有比内部容积110的其他部分170更高含量的重稀土元素。根据本发明，具有较高含量的重稀土元素的多个部分120分别被设置成相邻于多个内表面201，而内部容积110的其他部分170远离多个内表面201。

在图3和图4的第一实施例中，多个内表面201以正交于永磁发电机10的旋转轴线y的方式取向。具有较高含量的重稀土元素的那部分120还被设置成相邻于外表面120的两个侧向面125,126，该侧向面在操作中正交于旋转轴线y。

此第一实施例的永磁体100包括沿着轴向方向例如通过胶合接合在一起的多个段200（四个段200示出在图3和图4的实施例中）。

在接合这些段之前，将重稀土元素扩散过程应用于这些段200以便相邻于内表面201和侧向面123,124形成具有较高含量的重稀土元素的多个部分120。

更详细来说，制造永磁体100的方法包括以下步骤：

-形成烧结磁性材料块（附图中未示出），

-由烧结的磁性材料块通过切割形成磁性段200，

-应用重稀土元素扩散过程以相邻于每一磁性段200的两个相对表面（其将在组装好的永磁体100中对应于内表面201和侧向面123,124）形成具有较高含量的重稀土元素的部分120。部分120被结构化为具有对应于重稀土元素扩散过程的穿透深度的厚度（即，20-30mm）的层，

-以一种方式沿着轴向方向y将段200接合在一起，使得具有较高含量的重稀土元素的部分120被设置在段200之间的界面处。

图5示出永磁体100的第二实施例的周向视图。

永磁体100包括连接外表面120的若干部分（即，底面121和顶面122）的多个内表面202（两个内表面202示出在图5中）。内表面202正交于底面121。设置多个部分130，其具有比内部容积110的其他部分170更高含量的重稀土元素。具有较高含量的重稀土元素的多个部分120分别被设置成相邻于多个内表面202，而内部容积110的其他部分170远离多个内表面202。

在图5的第二实施例中，多个内表面202相对于永磁发电机10的旋转轴线y在径向上取向。具有较高含量的重稀土元素的那部分130还被设置成相邻于外表面120的两个侧向面123,124，该侧向面正交于底面121。

此第二实施例的永磁体100包括沿着周向方向例如通过胶合接合在一起的多个段300（三个段300示出在图5的实施例中）。此第二实施例的制造永磁体100的方法类似于上文参考第一实施例所述的制造方法。

图6示出永磁体100的第三实施例的周向视图。

永磁体100包括连接外表面120的若干部分（即，侧向面123,124）的多个内表面203（两个内表面203示出在图6中）。内表面203正交于侧向面123,124。设置多个部分140，其具有比内部容积110的其他部分170更高含量的重稀土元素。具有较高含量的重稀土元素的多个部分140分别被设置成相邻于多个内表面203，而内部容积110的其他部分170远离多个内表面203。

在图6的第三实施例中，多个内表面203相对于永磁发电机10的旋转轴线y在周向上取向。具有较高含量的重稀土元素的那部分140还被设置成相邻于底面121和顶面122。

此第三实施例的永磁体100包括沿着径向方向通过胶合接合在一起的多个段400（三个段400示出在图6的实施例中）。此第三实施例的制造永磁体100的方法类似于上文参考第一实施例所述的制造方法。

图7示出永磁体100的第四实施例的周向视图。

永磁体100包括使底面121的边界与顶面122的边界倾斜地连接的一个内表面204。相邻于底面121和顶面122设置两个部分150，其具有比内部容积110的其他部分170更高含量的重稀土元素。具有较高含量的重稀土元素的那部分150还被设置成相邻于底面121和顶面122。

此第四实施例的永磁体100包括沿着径向方向例如通过胶合接合在一起的两个段500。此第四实施例的制造永磁体100的方法类似于上文参考第一实施例所述的制造方法。

根据本发明的其他实施例（未示出），可以获得类似于图3至图7的实施例的其他永磁体。可以针对每一实施例方便地选择段的数量和取向，从而实现具有较高含量的重稀土元素的那部分的所期望分布。

图8和图9分别示出永磁体100的第五实施例的顶部视图和周向截面视图，其包括设置在底面121、顶面122与侧向面123之间并与其正交的多个狭缝600（七个狭缝600）。每一狭缝600在底面121与顶面122之间在径向上延伸并且在永磁体100的内部容积110内在侧向面123与狭缝边界610之间在周向上延伸。狭缝边界610连接底面121和顶面122并且相对于底面121和顶面122两者倾斜。

根据本发明的其他实施例（未示出），狭缝600可以以任何数量（一个或多个）并且以任何取向设置。特别地，狭缝600可以相对于彼此平行或倾斜。

每一狭缝600包括两个相对的主表面205，内部容积110的相应部分150被设置成相邻于主表面205，该部分150具有比内部容积110远离表面205的其他部分170更高含量的重稀土元素。

此第五实施例的制造永磁体100的方法包括以下步骤：

-形成烧结材料的永磁体100，

-在永磁体100上切割一个或多个狭缝600，狭缝600在永磁体100的内部容积110内从永磁体100的外表面120延伸到狭缝边界610，

-应用重稀土元素扩散过程以相邻于每一狭缝600的两个相对主表面205形成具有较高含量的重稀土元素的两个部分160。