[发明专利]烧结磁性体、磁铁、电机、风力涡轮机及制造烧结磁性体的方法

说明书

本发明涉及烧结磁性体、磁铁、电机、风力涡轮机及制造烧结磁性体的方法。一种包括晶粒（110）的烧结磁性体（100），每个晶粒（110）具有优选磁化轴线（112），其中，在烧结磁性体（100）的至少一个横截面平面（CS、CS’）中，所述晶粒（110）中的大多数被定向成使得其优选磁化轴线（112）指向烧结磁性体（100）外部的聚焦区域（F、F’）。该烧结磁性体具有的优点是：与具有纯粹的平行磁化模式的烧结磁性体相比，在烧结磁性体的聚焦区域的一侧上的磁场强度或在某个区域中的磁通量密度得到增强。这能够用于提高电机的效率。

技术领域

本发明涉及烧结磁性体、磁铁、包括磁铁的电机、风力涡轮机及用于制造烧结磁性体的方法。烧结磁性体能够磁化并且在各种应用中用作磁铁。一个应用是在发电机或电动马达中使用此类磁铁。

背景技术

电机（诸如，发电机和马达）通常包括定子和转子。在发电机中，转子靠外部动量旋转并感应出电压，并且如果连接到电路，即，负载或电网，则电流将流动。在马达中，向转子抑或定子提供电流，从而导致动量作用在转子上，因此驱动转子旋转。

在永久磁铁电机中，永久磁铁被用于提供励磁磁场。永久磁铁可布置在定子抑或转子上，而线圈相应地布置在转子或定子上。当转子相对于定子旋转时，通过永久磁铁经过线圈在该线圈中产生时变（temporally changing）磁通量。这导致感应出电压，所述电压在线圈的绕组中驱动电流（如果连接到电路的话）。通过线圈的磁通量的变化率越高，所感应的电流就越大。因此，通常期望使永久磁铁与线圈之间的磁通量最大化。

能够通过以下方法来增加磁通量：使用更强的磁铁，例如，具有更高的能量积或更高的剩磁，或者使用更厚的磁铁来增加对于给定气隙的工作点，这通常是非常昂贵的，因为磁铁按此类机器的重量计是最昂贵的部件材料，并且大型电机通常需要数百个单独的磁铁。通过减小磁铁与线圈之间的气隙，也可增加磁通量，然而，由于机械约束和制造公差导致这极具挑战。通过增强对工作机器中的磁铁的冷却以保持磁铁在较低的温度下（这保持磁铁的磁场强度较高），磁通量也能够保持较高。然而，这增加了机器的冷却负载，因此降低了整体系统效率。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种增强的烧结磁性体，特别是用于在涡轮机的电机和/或发电机中使用。

根据第一方面，提出了一种包括晶粒的烧结磁性体。每个晶粒具有优选磁化轴线，其中，在烧结磁性体的至少一个横截面平面中，所述晶粒中的大多数被定向成使得其优选磁化轴线指向烧结磁性体外部的聚焦区域。

该烧结磁性体具有的优点是：与具有随机磁化模式或甚至平行磁化模式的烧结磁性体相比，在烧结磁性体的聚焦区域的一侧上的磁场强度或在某一区域中的磁通量密度得到增强。特别地，与平行磁化情况相比，表示烧结磁性体的磁场的磁场线集中在更小的区域中并且在烧结磁性体的位于聚焦区域的一侧上的表面的至少一部分中具有更高的密度。能够这样说，烧结磁性体中的磁场线朝向聚焦区域汇聚。

实际上，烧结磁性体的磁场模式与具有更高厚度和/或更强磁化的平行磁化的磁性体类似。因此，烧结磁性体以更低的成本实现了给定的磁场强度。与平行磁化体相比，所需的材料更少，并且材料的等级能够更低，因为更低的磁化在面向聚焦区域的表面处达到了类似的磁场强度。

烧结磁性体包括磁性和/或能磁化材料的晶粒。此类材料的示例是钕、铁和硼（Nd-Fe-B）的合金。例如，晶粒是在烧结磁性体内具有一个晶体结构的结晶区域。晶粒能够包括一个或几个磁畴。磁畴能够被定义为形成晶粒的颗粒的子集，这些颗粒具有优选的磁动量。颗粒的磁动量能够通过具有方向和大小的矢量来描述。磁畴中的颗粒的磁动量之和形成与该磁畴相关联的磁场矢量。晶粒的所有磁畴的磁场矢量之和产生与该晶粒相关联的磁场矢量。