永磁体组件

摘要

公开了一种永磁体组件，其适于提供跨过弧形间隙的磁场。这种永磁体组件例如可被用来为环形区域提供时变磁场。

权利要求

1.一种永磁体组件，包括：

弧形磁通回流段，其由透磁材料形成并且沿弧形部分延 伸，所述弧形磁通回流段包含具有第一端部和第二端部的上侧部 分、具有第一端部和第二端部的下侧部分、以及具有第一端部和 第二端部的中间部分，其中，所述上侧部分的第一端部操作性地 连接至所述中间部分的第一端部，并且所述下侧部分的第一端部 操作性地连接至所述中间部分的第二端部；

上侧弧形永磁体段，其具有N极端部和S极端部，其中 所述上侧弧形永磁体段的N极端部操作性地连接至所述弧形磁通 回流段的上侧部分的第二端部；以及下侧弧形永磁体段，其具有N极端部和S极端部，其中 所述下侧弧形永磁体段的S极端部操作性地连接至所述弧形磁通 回流段的下侧部分的第二端部；

其中，所述上侧弧形永磁体段的S极端部与下侧弧形永磁体 段的N极端部之间形成一个弧形间隙。

2.根据权利要求1所述的永磁体组件，其特征在于，所述弧 形磁通回流段具有整体式结构。

3.根据权利要求1所述的永磁体组件，其特征在于，所述弧 形磁通回流段由至少两个片形成，所述片操作性地连接起来以承 载磁通。

4.根据权利要求1所述的永磁体组件，其特征在于，所述上 侧弧形永磁体段具有整体式结构，所述下侧弧形永磁体段也具有 整体式结构。

5.根据权利要求1所述的永磁体组件，其特征在于，所述上 侧弧形永磁体段与所述下侧弧形永磁体段中的至少一个包括至少 两个永磁体部分。

6.根据权利要求1所述的永磁体组件，其特征在于，所述弧 形间隙具有矩形横截面。

7.根据权利要求1所述的永磁体组件，其特征在于，所述弧 形间隙具有梯形横截面。

8.根据权利要求1所述的永磁体组件，其特征在于，还包括 操作性地连接在所述上侧弧形永磁体段的S极端部上的至少一个 磁极片。

9.根据权利要求1所述的永磁体组件，其特征在于，还包括 操作性地连接在所述下侧弧形永磁体段的N极端部上的至少一个 磁极片。

10.根据权利要求1所述的永磁体组件，其特征在于，还包 括操作性地连接在所述上侧弧形永磁体段的S极端部上的至少一 个磁极片，以及操作性地连接在所述下侧弧形永磁体段的N极端 部上的至少一个磁极片。

11.一种永磁体组件，包括：

中央磁通回流段，其由透磁材料形成并且包含具有第一端 部和第二端部的上侧部分、具有第一端部和第二端部的下侧部分、 以及具有第一端部和第二端部的中心部分，其中，所述上侧部分 的第一端部操作性地连接至所述中心部分的第一端部，所述下侧 部分的第一端部操作性地连接至所述中心部分的第二端部；

上侧弧形永磁体段，其具有N极端部和S极端部，所述 上侧弧形永磁体段的N极端部操作性地连接至所述中央磁通回流 段的上侧部分的第二端部；

下侧弧形永磁体段，其具有N极端部和S极端部，所述 下侧弧形永磁体段的S极端部操作性地连接至所述中央磁通回流 段的下侧部分的第二端部；

其中，所述上侧弧形永磁体段的S极端部与所述下侧弧形永 磁体段的N极端部之间形成一个弧形间隙。

12.根据权利要求11所述的永磁体组件，其特征在于，所述 中央磁通回流段具有整体式结构。

13.根据权利要求11所述的永磁体组件，其特征在于，所述 中央磁通回流段由至少两个片形成，所述片操作性地连接起来以 承载磁通。

14.根据权利要求11所述的永磁体组件，其特征在于，所述 上侧弧形永磁体段具有整体式结构，所述下侧弧形永磁体段也具 有整体式结构。

15.根据权利要求11所述的永磁体组件，其特征在于，所述 上侧弧形永磁体段与所述下侧弧形永磁体段中的至少一个包括至 少两个永磁体部分。

16.根据权利要求11所述的永磁体组件，其特征在于，所述 弧形间隙具有矩形横截面。

17.根据权利要求11所述的永磁体组件，其特征在于，所述 弧形间隙具有梯形横截面。

18.根据权利要求11所述的永磁体组件，其特征在于，还包 括操作性地连接在所述上侧弧形永磁体段的S极端部上的至少一 个磁极片。

19.根据权利要求11所述的永磁体组件，其特征在于，还包 括操作性地连接在所述下侧弧形永磁体段的N极端部上的至少一 个磁极片。

20.根据权利要求11所述的永磁体组件，其特征在于，还包 括操作性地连接在所述上侧弧形永磁体段的S极端部上的至少一 个磁极片，以及操作性地连接在所述下侧弧形永磁体段的N极端 部上的至少一个磁极片。

21.一种永磁体组件，包括：

上侧磁通回流段，其由透磁材料形成并且包含中间段、第 一端部和第二端部；

第一弧形上侧永磁体段，其具有S极端部以及操作性地连 接在所述上侧磁通回流段的第一端部上的N极端部；

第二弧形上侧永磁体段，其具有N极端部以及操作性地 连接在所述上侧磁通回流段的第二端部上的S极端部；

下侧磁通回流段，其由透磁材料形成并且包含中间段、第 一端部和第二端部；

第一弧形下侧永磁体段，其具有N极端部以及操作性地 连接在所述下侧磁通回流段的第一端部上的S极端部；

第二弧形下侧永磁体段，其具有S极端部以及操作性地连 接在所述下侧磁通回流段的第二端部上的N极端部；

其中，所述第一弧形上侧永磁体段的S极端部与所述第一弧 形下侧永磁体段的N极端部之间形成第一弧形间隙，而所述第二 弧形上侧永磁体段的N极端部与所述第二弧形下侧永磁体段的S 极端部之间形成第二弧形间隙。

22.根据权利要求21所述的永磁体组件，其特征在于，所述 上侧磁通回流段具有整体式结构，所述下侧磁通回流段也具有整 体式结构。

23.根据权利要求21所述的永磁体组件，其特征在于，所述 上侧磁通回流段与所述下侧磁通回流段中的至少一个由至少两个 片形成，所述至少两个片操作性地连接起来以承载磁通。

24.根据权利要求21所述的永磁体组件，其特征在于，所述 第一弧形上侧永磁体段、所述第一弧形下侧永磁体段、所述第二 弧形上侧永磁体段以及所述第二弧形下侧永磁体段都具有整体式 结构。

25.根据权利要求21所述的永磁体组件，其特征在于，所述 第一弧形上侧永磁体段与所述第一弧形下侧永磁体段中的至少一 个包括至少两个永磁体部分，并且所述第二弧形上侧永磁体段与 所述第二弧形下侧永磁体段中的至少一个包括至少两个永磁体部 分。

26.根据权利要求21所述的永磁体组件，其特征在于，所述 第一弧形间隙具有矩形横截面，所述第二弧形间隙也具有矩形横 截面。

27.根据权利要求21所述的永磁体组件，其特征在于，所述 第一弧形间隙具有梯形横截面，所述第二弧形间隙也具有梯形横 截面。

28.根据权利要求21所述的永磁体组件，其特征在于，还包 括操作性地连接在所述第一弧形上侧永磁体段的S极端部上的至 少一个磁极片，以及操作性地连接在所述第二弧形上侧永磁体段 的N极端部上的至少一个磁极片。

29.根据权利要求21所述的永磁体组件，其特征在于，还包 括操作性地连接在所述第一弧形下侧永磁体段的N极端部上的至 少一个磁极片，以及操作性地连接在所述第二弧形下侧永磁体段 的S极端部上的至少一个磁极片。

30.根据权利要求21所述的永磁体组件，其特征在于，还包 括操作性地连接在第一弧形上侧永磁体段的S极端部上的至少一 个磁极片，以及操作性地连接在第一弧形下侧永磁体段的N极端 部上的至少一个磁极片。

31.一种永磁体组件，包括：

中央永磁体段，其具有N极端部以及S极端部；

上侧磁极片，其由透磁材料形成并且具有第一端部和第二 端部，其中所述第一端部承载具有磁极面的弧形侧面磁极片部分， 所述第二端部承载具有磁极面的弧形侧面磁极片部分；

下侧磁极片，其由透磁材料形成并且具有第一端部和第二 端部，其中所述第一端部承载具有磁极面的弧形侧面磁极片部分， 所述第二端部承载具有磁极面的弧形侧面磁极片部分；

其中，位于所述上侧磁极片的第一端部的弧形侧面磁极片部 分的磁极面与位于所述下侧磁极片的第一端部的弧形侧面磁极片 部分的磁极面之间形成第一弧形间隙，位于所述上侧磁极片的第 二端部的弧形侧面磁极片部分的磁极面与位于所述下侧磁极片的 第二端部的弧形侧面磁极片部分的磁极面之间形成第二弧形间 隙。

32.根据权利要求31所述的永磁体组件，其特征在于，所述 第一弧形间隙具有矩形横截面，所述第二弧形间隙也具有矩形横 截面。

33.根据权利要求31所述的永磁体组件，其特征在于，所述 第一弧形间隙和所述第二弧形间隙分别具有包含内侧尺寸和外侧 尺寸的梯形横截面，其中所述内侧尺寸小于所述外侧尺寸。

34.根据权利要求31所述的永磁体组件，其特征在于，所述 第一弧形间隙和所述第二弧形间隙分别具有包含内侧尺寸和外侧 尺寸的梯形横截面，其中所述内侧尺寸大于所述外侧尺寸。

35.根据权利要求31所述的永磁体组件，其特征在于，所述 上侧磁极片具有整体式结构，所述下侧磁极片也具有整体式结构。

36.根据权利要求31所述的永磁体组件，其特征在于，所述 上侧磁极片与下侧磁极片中的至少一个由至少两个片形成，所述 至少两个片操作性地连接起来以承载磁通。

37.根据权利要求31所述的永磁体组件，其特征在于，所述 中央永磁体段具有整体式结构。

38.根据权利要求31所述的永磁体组件，其特征在于，所述 中央永磁体段包括至少两个永磁体部分。

39.一种永磁体组件，包括：

上侧磁通回流段，其由透磁材料形成并且包含中间部分、 第一端部和第二端部；

第一弧形上侧永磁体段，其具有S极端部以及操作性地连 接在所述上侧磁通回流段的第一端部上的N极端部；

第二弧形上侧永磁体段，其具有S极端部以及操作性地连 接在所述上侧磁通回流段的第二端部上的N极端部；

下侧磁通回流段，其由透磁材料形成并且包含中间部分、 第一端部和第二端部；

第一弧形下侧永磁体段，其具有N极端部以及操作性地 连接在所述下侧磁通回流段的第一端部上的S极端部；

第二弧形下侧永磁体段，其具有N极端部以及操作性地 连接在所述下侧磁通回流段的第二端部上的S极端部；以及中央磁通回流段，其由透磁材料形成并且包含中间段、第 一端部和第二端部，其中所述第一端部操作性地连接至所述上侧 磁通回流段的中间部分，所述第二端部操作性地连接至所述下侧 磁通回流段的中间部分；

其中，所述第一弧形上侧永磁体段的S极端部与所述第一弧 形下侧永磁体段的N极端部之间形成第一弧形间隙，所述第二弧 形上侧永磁体段的S极端部与所述第二弧形下侧永磁体段的N极 端部之间形成第二弧形间隙。

40.根据权利要求39所述的永磁体组件，其特征在于，所述 第一弧形间隙具有矩形横截面，所述第二弧形间隙也具有矩形横 截面。

41.根据权利要求39所述的永磁体组件，其特征在于，所述 第一弧形间隙与所述第二弧形间隙分别具有包含内侧尺寸和外侧 尺寸的梯形横截面，其中所述内侧尺寸小于所述外侧尺寸。

42.根据权利要求39所述的永磁体组件，其特征在于，所述 第一弧形间隙与所述第二弧形间隙分别具有包含内侧尺寸和外侧 尺寸的梯形横截面，其中所述内侧尺寸大于所述外侧尺寸。

43.根据权利要求39所述的永磁体组件，其特征在于，所述 上侧磁通回流段具有整体式结构，所述中央磁通回流段具有整体 式结构，并且所述下侧磁通回流段具有整体式结构。

44.根据权利要求39所述的永磁体组件，其特征在于，所述 上侧磁通回流段、所述中央磁通回流段与所述下侧磁通回流段中 的至少一个由至少两个片形成，所述至少两个片操作性地连接在 一起以承载磁通。

45.根据权利要求39所述的永磁体组件，其特征在于，所述 第一弧形上侧永磁体段与所述第二弧形上侧永磁体段分别具有整 体式结构。

46.根据权利要求39所述的永磁体组件，其特征在于，所述 第一弧形上侧永磁体段与所述第二弧形上侧永磁体段分别包括至 少两个永磁体部分。

47.根据权利要求39所述的永磁体组件，其特征在于，所述 第一弧形下侧永磁体段与所述第二弧形下侧永磁体段中的至少一 个具有整体式结构。

48.根据权利要求39所述的永磁体组件，其特征在于，所述 第一弧形下侧永磁体段与所述第二弧形下侧永磁体段中的至少一 个包括至少两个永磁体部分。

49.根据权利要求39所述的永磁体组件，其特征在于，还包 括操作性地连接在所述第一弧形上侧永磁体段的S极端部上的至 少一个磁极片，以及操作性地连接在所述第二弧形上侧永磁体段 的S极端部上的至少一个磁极片。

50.根据权利要求39所述的永磁体组件，其特征在于，还包 括分别操作性地连接在第一弧形下侧永磁体段的N极端部与第二 弧形下侧永磁体段的N极端部二者中的每个上的至少一个磁极 片。

说明书

技术领域

本发明大体上涉及磁体，并且更具体地讲，涉及适于为环形 区域提供时变磁场的永磁体组件。

背景技术

永磁体已经被使用很长时间并且用于多种目的。然而，永磁 体的新的应用不断要求开发复杂的永磁体组件。尤其在磁致热材 料(magnetocaloric material)的应用领域中，特别关注的是可产生 跨过一间隙的高幅度磁场密度的永磁体组件。从铁磁状态接近转 变到顺磁状态的磁致热材料将在磁化时加热而在去磁时冷却。将 时变磁场作用在磁致热材料上的装置可例如被用来在磁制冷机中 提供加热或冷却。
产生跨过一间隙的磁场密度的磁体组件可被用来通过将磁致 热材料运动进和运动出所述间隙而将时变磁场施加在所述磁致热 材料上。例如，可通过以下方式来实现这点，即相对于静止的磁 体组件来运动磁致热材料，或者相对于静止的磁致热材料来运动 磁体组件。
磁致热材料相对于磁体组件的运动可通过旋转或平移运动方 式来实现。一种方法是将磁致热材料布置在静止的环形(圆环形) 结构中，并且然后绕该圆环转动永磁体组件。另一种方法是将磁 致热材料布置在由静止的永磁体组件部分地包围的环形结构中， 并且然后转动包含所述磁致热材料的环形结构。因而，尤其适于 为环形区域提供时变磁场的永磁体组件非常适合包括但不限于磁 致冷的应用。

发明内容

根据本发明的永磁体组件利用一个或多个永磁体块以及一个 或多个磁通回流段以形成一种永磁体组件，其尤其适于为环形区 域提供时变磁场。所述永磁体组件可包括一个或多个磁极片，然 而这并非是必须的。所述环形区域可具有矩形横截面，然而这并 非是必须的。例如，根据本发明的永磁体组件可被用于旋转床式 或旋转磁体式磁制冷装置。
根据本发明的永磁体组件的优选实施例包括弧形磁通回流 段、以及上侧和下侧弧形永磁体段，其中所述弧形磁通回流部分 由透磁材料形成，并具有C形横截面，其带有形成开口的两个端 部，所述上侧和下侧弧形永磁体段操作性地连接至所述磁通回流 段的C部分的对应端部，其中在所述上侧弧形永磁体段的S极端 部与所述下侧弧形永磁体段的N极端部之间形成弧形间隙。
根据本发明的永磁体组件的磁通回流段可安置在所述组件的 内部，在这种情况下，所述磁通回流段的开口从所述组件的中心 轴线面向外。可选地，磁通回流段以从所述组件的中心轴线向外 的一半径安置在所述组件的外侧，在这种情况下，所述磁通回流 段的开口向内面对朝向所述组件的中心轴线。
根据本发明的可选永磁体组件包括上侧磁通回流段以及下侧 磁通回流段，其中所述上侧磁通回流段由透磁材料形成而第一弧 形上侧永磁体段位于一个端部，并且第二弧形上侧永磁体段位于 另一个端部，所述下侧磁通回流段由透磁材料形成而第一弧形下 侧永磁体段位于一个端部，并且第二弧形下侧永磁体段位于另一 个端部，其中，在上侧和下侧磁通回流段的对应端部处的各永磁 体段之间形成两个弧形间隙。
根据本发明的另一永磁体组件包括中央永磁体段以及由透磁 材料形成的上侧和下侧磁极片，所述磁极片包括具有磁极面的弧 形侧面磁极片部分，其中所述磁极面在所述中央永磁体段的侧部 包围两个弧形间隙。
根据本发明的永磁体组件的一个不同实施例包括上侧磁通回 流段、下侧磁通回流段以及位于所述上侧与下侧磁通回流段之间 的中央磁通回流段，所述上侧磁通回流段由透磁材料形成而第一 弧形上侧永磁体段位于一个端部，并且第二弧形上侧永磁体段位 于另一个端部，所述下侧磁通回流段由透磁材料形成而第一弧形 下侧永磁体段位于一个端部，并且第二弧形下侧永磁体段位于另 一个端部，其中，在上侧和下侧磁通回流段的对应端部处的各永 磁体段之间形成两个弧形间隙。
各种结构可用于根据本发明的装置中。例如，在此实施例中 所说明的永磁体段可包括单一永磁体，或者这些永磁体段可包括 一个或多个复合永磁体以及一个或多个透磁材料的段以形成磁性 阵列结构。
尽管示意性实施例可说明作为整体式结构所形成的磁极片或 者磁通回流段，但是这些结构可包括操作性地连接在一起的独立 段。类似地，永磁体段、磁极片或磁通回流段的相关尺寸、形状 以及位置可对于特定应用进行优化。
根据本发明的磁体组件可为环形区域提供时变磁场。这种环 形区域的特定形状和结构可尤其适合用于旋转床式或旋转磁体式 磁制冷机。这种磁体组件可允许不断触及承受时变磁场密度的环 形区域，并且这可使得磁制冷机的部件例如磁致热材料以及热交 换器流体管件是静止的并安置在环形区域中。可选地，磁体组件 可以是静止的，并且磁制冷机的部件例如磁致热材料以及热交换 器流体管件在所述环形区域中旋转。根据本发明的磁体组件可具 有相对低的操作费用，例如通过最小化所需的空间并且通过最小 化任何移动部件的质量来实现。
这种磁体组件还可具有相对低的生产费用，例如通过减少需 要精机加工的永磁体。这种磁体组件的每个永磁体部分可以是弧 形的并带有矩形横截面或者形状上大体为矩形，在每种情况中， 采用正交磁化矢量以最小化生产费用。这种几何形状可尤其适合 于电流挤压(current pressing)方法生产热压结的NdFeB磁体，并 且相对少的磁体匹配表面的数目可减少有可能需要的精研磨操作 的次数。
使用在根据本发明的磁体组件中的精机加工的结构，例如包 围强磁场处的间隙的磁极片，可具有受益于紧公差的表面以允许 这些表面与磁制冷机的其他部件例如磁致热材料的容器紧密套在 一起。通过由透磁材料形成需要精机加工的任何结构，例如磁极 片，并且通过将这些精机加工的结构操作性地连接在矩形永磁体 部分上，永磁体材料的任何精机加工可减少或避免。
根据本发明的永磁体组件可被用来在环形区域上产生时变磁 场，而同时最小化这种组件的体积、质量和制造费用。在环形区 域中的磁场可被用于需要沿静止或转动轮机构的周边进行磁化的 这种轮机构的任何之处。这种结构的特定设计允许从内部或从外 部，从一侧不受阻碍地触及环形区域，例如管件，其承载流入和 流出位于所述环形区域中的包含床的磁致热材料的热交换器流 体。
根据本发明的永磁体组件可尤其有益用于磁制冷装置中。利 用旋转运动的示意性磁制冷装置在美国专利No.6526759和美国 专利申请No.2003/0106323A1中进行了说明，这些文献的说明结 合在此用于参考。

附图说明

结合附图并通过以下详细说明将清楚本发明的其他目的、特 征和优点。
在附图中：
图1是透视图，其示出了带有外部磁通回路的根据本发明的 永磁体组件；
图2是图1的永磁体组件的透视图，其示出了旋转轴线以及 由永磁体组件的旋转所扫过得到的环形区域；
图3是透视图，其示出了带有内部磁通回路的根据本发明的 永磁体组件；
图4是透视图，其示出了根据本发明的另一个永磁体组件， 其带有上侧和下侧内部磁通回路；
图5是根据发明的可选永磁体组件的透视图，其带有中央磁 体和上侧及下侧磁极片；
图6是沿图5中的线6-6的图5中所示的永磁体组件的剖视 图；并且
图7是透视图，其示出了根据本发明的一个可选永磁体组件， 其带有上侧内部磁通回路以及通过中央磁通回路与之连接的下侧 内部磁通回路。

具体实施方式

参看附图，图1是根据本发明的永磁体组件的透视图，所述 永磁体组件总体上由附图标记20表示。永磁体组件20围绕位于 强磁场21处的弧形间隙，所述间隙在大约120度的弧长范围内具 有矩形横截面22，然而所述间隙横截面可具有不同的形状，并且 所述弧长可大于或小于120度。正如图2中所示，永磁体组件20 适于绕旋转轴线23旋转，因而扫描出环形区域24。
永磁体组件20包括总体上由附图标记30表示的外部磁通回 流部分，以为磁通线提供回路并且因而产生磁路。磁通回流部分 30优选具有足够的尺寸以避免磁通饱和，并且优选被成形并从外 侧定位成与强磁场21处的间隙具有足够距离，以防止间隙的磁通 分流进入磁通回流部分30中。
磁通回流部分30可由任何适合的透磁材料形成，例如诸如低 碳钢的、可承载磁通的结构合金；或者一种适于用在磁性装置中 的特殊透磁材料，例如美国加利福尼亚的High Temp Metals公司 所售的商标名为Permendur 2V的材料；或者这些材料的结合，例 如使用或者不使用附加非透磁材料以提供结构支承。磁通回流部 分30可包括例如沿外侧棱角的一个或多个导角部31；或者例如 沿内侧棱角的一个或多个内导角部32，以最佳化磁通回路性能， 而同时最小化杂散磁通和组件的重量。
永磁体组件20包括总体上由附图标记33表示的上侧永磁体 部分以及总体上由附图标记36表示的下侧永磁体部分，其中所述 上侧永磁体部分具有N极34(北极，以“N”标识)和S极35 (南极，以“S”标识)，所述下侧永磁体部分具有N极37和S 极38。
上侧永磁体部分33和下侧永磁体部分36可由任何适合的永 磁体材料形成，例如日本住友特殊金属公司所售的商标名为 Neomax 50的那种类型的材料。如图1和2所示，上侧永磁体部 分33的S极35和下侧永磁体部分36的N极37面对强磁场21 处的间隙。
图3是根据本发明的永磁体组件的透视图，所述永磁体组件 总体上由附图标记45表示，并具有内部磁通回路。在转动磁体的、 其中关注转动惯量的应用中，永磁体组件45尤其有用。
永磁体组件45包围强磁场56处的弧形间隙，其在指定的弧 长范围中具有矩形横截面，然而这并不是必须的并且该横截面可 具有不同的形状，并且所述弧长可大于或小于永磁体组件45的弧 长。永磁体组件45包括总体上由附图标记46表示的内部磁通回 流部分，以为磁通线提供回路并且因而产生磁路。永磁体组件45 可适于绕旋转轴线47旋转，因而扫描出环形部分。
永磁体组件45的磁通回流部分46优选具有足够的尺寸以避 免磁通饱和并且避免在环形体(wheel)的任何其他地方产生磁通 泄漏。磁通回流部分46优选被成形并且从内侧定位成与强磁场 56处的间隙具有足够距离以防止间隙的磁通分流进入磁通回流 部分46中。磁通回流部分46可由任何适合的透磁材料例如上述 那种类型的材料形成。
尽管内部磁通回流部分46可在组件的中心轴线处具有陡变 的棱角，但是根据磁通密度、安装方式以及平衡重量等其他因素， 可使用其他形状。磁通回流部分46可包括例如沿外侧棱角的一个 或多个导角部48；或者例如沿内侧棱角的一个或多个内导角部 49，以最佳化磁通回流，而同时最小化杂散磁通、组件的重量以 及转动惯量。
永磁体组件45包括总体上由附图标记50表示的上侧永磁体 部分以及总体上由附图标记53表示的下侧永磁体部分，其中所述 上侧永磁体部分具有N极51(以“N”标识)和S极52(以“S” 标识)，所述下侧永磁体部分具有N极54和S极55。上侧永磁 体部分50和下侧永磁体部分53可由任何适合永磁体材料例如上 述那种类型的材料形成。如图3所示，上侧永磁体部分50的S 极52和下侧永磁体部分53的N极54包围强磁场56处的间隙。
图4是根据本发明的另一永磁体组件的透视图，其中所述永 磁体总体上由附图标记60表示，其包含上侧和下侧内部磁通回路 并且提供了强磁场处的两个间隙。与图1和3所示的使用单磁通 回路的永磁体组件相比，磁通线在永磁体组件60中从一个磁极经 过相对短的距离到达下一个磁极，从而永磁体组件60中的两个磁 通回路可分别比图1和3所示的单磁通回路占据空间更小。该特 性可使得永磁体组件60尤其可用于这样一种旋转磁体应用，即沿 同样与转动惯量有关的旋转轴线要求至少一些中央自由空间。
如图4所示，永磁体组件60包围强磁场74处的两个弧形间 隙，所述间隙具有在整个弧长中的矩形横截面，其中每个弧形间 隙延伸大约60度，然而这并非是必须的，并且间隙的横截面可具 有不同的形状并且弧长可大于或小于60度。永磁体组件60包括 两个内部磁通回流部分，即总体上由附图标记62表示的上侧磁通 回流部分和总体上由附图标记63表示的下侧磁通回流部分，以为 磁通线提供回路，并且因而产生磁路。永磁体组件60可绕旋转轴 线61旋转，因而扫描出环形区域。
上侧磁通回流部分62和下侧磁通回流部分63分别包括从旋 转轴线向外延伸的中央部分64。上侧磁通回流部分62和下侧磁 通回流部分63分别优选还包括水平锥形部分65，其将磁通线集 中在中央部分64中。沿旋转轴线61的非透磁性连接部可用于提 供结构支承，其中所述非透磁性连接部经过组件的中心将上侧磁 通回流部分62和下侧磁通回流部分63连接起来。
永磁体组件60的上侧磁通回流部分62和下侧磁通回流部分 63优选具有足够的尺寸，以避免磁通饱和并且避免在环形体的任 何其他地方产生磁通泄漏。上侧磁通回流部分62和下侧磁通回流 部分63优选被成形并且定位成与强磁场74处的间隙具有足够距 离，以防止间隙的磁通分流进入这些磁通回流部分中。上侧磁通 回流部分62和下侧磁通回流部分63可由任何适合的透磁材料例 如上述那种类型的材料形成。
上侧磁通回流部分62具有操作性地连接至第一上侧永磁体 部分66的第一端部以及操作性地连接至第二上侧永磁体部分67 的第二端部，而每个上侧永磁体部分66和67具有N极68(以“N” 标识)和S极69(以“S”标识)。类似地，下侧磁通回流部分 63具有操作性地连接至第一下侧永磁体部分70的第一端部以及 操作性地连接至第二下侧永磁体部分71的第二端部，而每个下侧 永磁体部分70和71具有N极68(以“N”标识)和S极69(以 “S”标识)。
如图4所示，上侧和下侧永磁体部分66、67、70和71的极 性指向被对正，以绕由各永磁体部分和各磁通回流部分所形成的 磁路产生循环磁通(circular flux)。相对于沿一个方向对正的第一 下侧永磁体部分70和第一上侧永磁体部分66，第二上侧永磁体 部分67和第二下侧永磁体部分71沿相反的方向一起对正，因而 形成循环磁通回路。
上侧永磁体部分66和67以及下侧永磁体部分70和71可由 任何适合的永磁体材料例如上述那种类型的材料形成。如图4所 示，第一下侧永磁体部分70的S极73和第一上侧永磁体部分66 的N极68包围强磁场74处的一个间隙，而第二上侧永磁体部分 67的S极69和第二下侧永磁体部分71的N极72包围强磁场74 处的第二间隙。
尽管在图4中上侧磁通回流部分62和下侧磁通回流部分63 沿竖直方向具有均匀的厚度，并且尽管这些磁通回流部分在陡变 的棱角处分别连接上侧和下侧永磁体部分66、67、70和71，但 是根据磁通密度、安装方式以及平衡重量等其他因素，可使用其 他形状。磁通回流部分可包括例如沿磁通回流部分的外侧棱角或 边缘的一个或多个过渡或者修圆棱角，或者例如沿磁通回流部分 与永磁体部分之间的接合部的内导角部，以最佳化磁通回流，而 同时最小化杂散磁通和组件的重量。
图5是根据本发明的可选永磁体组件的透视图，其中所述永 磁体组件总体上由附图标记80表示，带有中央磁体和上侧及下侧 磁极片，并且提供两个强磁场处的间隙。在永磁体组件80中，组 件的大部分位于环形体的外径中，因而最小化组件的转动惯量。
如图5所示，永磁体组件80包括中央永磁体部分81以及上 侧磁极片85和下侧磁极片86，所述磁极片从中央永磁体部分81 将磁通指向经过在特定弧长的范围中的两个强磁场处94的弧形 间隙。每个间隙通常延伸60度，但这并非必须并且可利用更大或 更小的弧长。永磁体组件80可适于绕旋转轴线82旋转，因而扫 描出环形区域。
永磁体组件80的中央永磁体部分81具有N极83(以“N” 标识)和S极84(以“S”标识)，而中央永磁体部分81的磁矢 量与旋转轴线82对正。中央永磁体部分81可由任何适合的永磁 体材料例如上述那种类型的材料形成。
永磁体组件80包括总体上由附图标记85表示的上侧磁极片 以及大体由86表示的下侧磁极片。上侧和下侧磁极片85和86 具有相似的结构，每个磁极片包含带有两个端部的中央磁极片 87，其中每个中央磁极片的对应端部承载一个侧面磁极片部分 88。上侧磁极片85和下侧磁极片86可由任何适合的透磁材料例 如上述那种类型的材料形成。每个侧面磁极片部分88可包括一个 或多个导角部89。
图6是沿图5中的线6-6的图5所示的永磁体组件的剖视图。 如图5和6所示，上侧磁极片85的每个端部终止于上侧磁极面(极 面)92。下侧磁极片86的每个端部终止于下侧磁极面93。各上 侧磁极面92和各下侧磁极面93分别包围强磁场94处的两个间 隙。
如图6所示，侧面磁极片部分88优选包括竖直锥形部分90， 并且如图5所示，侧面磁极片部分88优选还包括水平锥形部分 91。例如，竖直锥形部分90和水平锥形部分91可被用来将磁通 集中在强磁场94处的两个间隙中。由于磁通线离开永磁体部分 81，所以磁通线沿竖直锥形部分90和水平锥形部分91会聚，因 而如果间隙94中的磁通密度可大于包括永磁体部分81的磁性材 料的饱和磁通密度而不需要多磁极磁体组的话，则穿过间隙94 的磁通线的密度比永磁体部分81中的磁通线的密度更高。
永磁体组件80的上侧磁极片85和下侧磁极片86优选具有足 够尺寸以避免磁通饱和并且避免磁通泄漏到环形体的任何其他地 方。竖直锥形部分90、水平锥形部分91、以及磁极面92和93 优选被成形并且定位成将强磁场94处的间隙布置与永磁体部分 81足够远之处，以防止间隙磁通分流回到永磁体部分81中。
尽管上侧和下侧磁极片85和86的中央部分87沿竖直方向具 有均匀厚度，但是根据磁通密度、安装方式以及平衡重量等其他 因素，可使用其他形状。上侧和下侧磁极片85和86例如在中央 磁极片部分87与上侧和下侧磁极面92和93之间沿一个或者多个 方向包括附加锥形部，以进一步将磁通线集中在间隙94中。上侧 和下侧磁极片85和86可包括例如沿磁通回流部分的外侧棱角或 边缘的附加过渡或修圆棱角，或者例如沿磁通回流部分与永磁体 部分之间的接合部的内导角部，以最佳化穿过间隙94的磁通密度 而同时最小化杂散磁通和组件的重量。
如图6所示，在强磁场94处的间隙的横截面可以是梯形的， 而带有水平面与下侧磁极面93之间的角度(θ)95。在水平面与 上侧磁极面92之间还可具有互余角，然而这并非必须的。
在图5和6所示的永磁体组件80中，角度(θ)95是正的， 从而强磁场94处的间隙的横截面的内侧尺寸小于横截面的外侧 尺寸，然而这并非是必须的。角度(θ)95还可为零，在这种情 况下，强磁场处的间隙的横截面的内侧尺寸将等于横截面的外侧 尺寸。角度(θ)95还可以是负的，在这种情况下，强磁场处的 间隙的横截面的内侧尺寸将大于横截面的外侧尺寸。
尽管上侧磁极面92和下侧磁极面93示出为基本平坦的，但 是这并非必须的并且可使用其他形状。例如，在根据本发明的永 磁体组件的一些应用中，磁极面可以是凹的或凸的。因而，强磁 场94处的间隙的横截面可包括，但不限于，矩形(包含但不限于 方形)、平行四边形、梯形、圆形、椭圆形、或者几乎任何其他形 状以及这些形状的组合。
图7是根据本发明的可选永磁体组件的透视图，其中所述永 磁体组件总体上由附图标记100表示，带有上侧内部磁通回路以 及通过中央磁通回路而相连的下侧内部磁通回路。图7所示的永 磁体组件100与图4所示的永磁体组件60类似，除了永磁体组件 100包括中央磁通回路并且永磁体部分具有不同的极性。
通过在永磁体组件100中包含中央磁通回路，并且通过如图 7所示对正各永磁体段的极性，在永磁体组件100中的两个弧形 间隙承受具有相同极性的磁场。相反的是，在如图4所示的永磁 体组件60中的对应端部处的两个弧形间隙承受具有相反极性的 磁场。
与图4所示的永磁体组件60相比，安置在由永磁体组件100 扫描所得到的环形体中的结构将经受更小的磁滞，这是因为磁场 在永磁体组件100的两个端部处并未颠倒方向。这种性能可使得 永磁体组件100尤其适合于这样的应用，即在其中期望最小化磁 滞。
如图7所示，永磁体组件100包围强磁场115处的两个弧形 间隙，所述间隙在整个特定弧长上具有矩形横截面，然而这并非 是必须的并且横截面可具有不同的形状。每个弧形间隙大体延伸 60度，而这并非是必须的，并且可采用更大或更小的弧长。永磁 体组件100包括上侧磁通回流部分102，下侧磁通回流部分103， 以及中央磁通部分104，以为磁通线提供回路并且因而产生磁路。 永磁体组件100可适于绕旋转轴线101旋转，因而扫描出环形区 域。
上侧磁通回流部分102和下侧磁通回流部分103分别包括从 旋转轴线101向外延伸的中央部分105。中央磁通回流部分104 将上侧磁通回流部分102的中央部分105与下侧磁通回流部分 103的中央部分105操作性连接起来。上侧磁通回流部分102和 下侧磁通回流部分103分别优选还包括水平锥形部分106，其将 磁通线集中在上侧磁通回流部分102的中央部分105、下侧磁通 回流部分103的中央部分105以及中央磁通回流部分104中。
除了中央磁通回流部分104以外，永磁体组件100可还包括 位于上侧磁通回流部分102与下侧磁通回流部分103之间的一个 或多个非透磁构件，以提供附加结构支承，然而这并非是必须的。
永磁体组件100的上侧磁通回流部分102、下侧磁通回流部 分103以及中央磁通回流部分104优选具有足够的尺寸以避免磁 通饱和，并避免磁通泄漏到环形体中。上侧磁通回流部分102、 下侧磁通回流部分103以及中央磁通回流部分104优选被成形并 且定位成离开强磁场115处的间隙足够距离，以防止间隙磁通分 流进入这些磁通回流部分中。上侧磁通回流部分102、下侧磁通 回流部分103以及中央磁通回流部分104可由任何适合的透磁材 料例如上述类型的材料形成。
上侧磁通回流部分102具有第一端部和第二端部，其中所述 第一端部操作性地连接至第一上侧永磁体部分107，所述第二端 部操作性地连接至第二上侧永磁体部分108，而所述上侧永磁体 部分107和108分别具有N极109(以“N”标识)和S极110 (以“S”)。同样，下侧磁通回流部分103具有第一端部和第二 端部，其中所述第一端部操作性地连接至第一下侧永磁体部分 111，所述第二端部操作性地连接至第二下侧永磁体部分112，而 所述下侧永磁体部分111和112分别具有N极113(以“N”标 识)和S极114(以“S”标识)。
如图7所示，上侧和下侧永磁体部分107、108、111和112 的极性指向沿相同的方向全部对正。这种对正绕由永磁体部分、 和上侧、下侧及中央磁通回流部分所形成的磁路产生两个循环磁 通回路。
上侧永磁体部分107和108以及下侧永磁体部分111和112 可由任何适合的永磁体材料例如上述类型的材料形成。如图7所 示，第一上侧永磁体部分107的S极110和第一下侧永磁体部分 108的N极113包围强磁场115处的一个间隙，而第二上侧永磁 体部分108的S极110和第二下侧永磁体部分112的N极113包 围强磁场115处的第二间隙。
尽管在图7中上侧磁通回流部分102和下侧磁通回流部分 103沿一个方向具有均匀厚度而中央磁通回流部分104沿两个方 向具有均匀厚度，并且尽管这些磁通回流部分可连接在一起并且 在陡变的棱角处连接至上侧和下侧永磁体部分107、108、111和 112，但是根据磁通密度、安装方式以及平衡重量等其他因素，可 使用其他形状。磁通回流部分可包括例如沿磁通回流部分的外侧 棱角或边缘的一个或多个过渡或修圆的棱角。磁通回流部分还可 包括内导角部，它们例如沿磁通回流部分之间的接合部或者沿磁 通回流部分与永磁体部分之间的接合部。在特定的应用中，例如 可选择特定的形状以最大化磁通回流而同时最小化杂散磁通和组 件的重量。
关于根据本发明的磁体组件的可选实施例和应用具有各种不 同的可能性。尽管根据本发明的示意性实施例参照的是特定的材 料，但是具有适合性能的本领域技术人员公知的其他材料可适当 替换。
尽管在此所述的实施例的特定结构和部分参照使用了术语 “上侧”、“下侧”、“竖直”和“水平”等，但是应该理解的是， 这些术语被用来针对在此附图中所示的示意性指向。应该理解的 是，根据本发明的永磁体组件可被用于任何指向，并且诸如“竖 直”或“水平”的特定术语的使用被用来说明在此所述的实施例 的特定结构和部分之间的关系，并且实施例的这些结构或部分并 不限于所参照的任何特定指向或结构。
尽管根据本发明的示意性实施例说明了特定的形状和相对的 尺寸，但是可利用其他形状和尺寸。例如，尽管强磁场处的总弧 长将通常在90至180度的范围内，而通常为120度，但是在适合 的情况中可使用其他弧长，并且对于本发明而言，确切的弧长并 不重要。此外，强磁场处的总弧长可包括强磁场处的单弧形间隙， 或者强磁场处的总弧长可被分成强磁场处的多个弧形间隙。
尽管在此本发明的示意性实施例可说明具有整体式结构的单 独的部分或段，但是可利用其他结构。例如，磁通回流段或部分 可具有整体式结构，或者这种磁通回流段或部分可包括连接在一 起的多片。
类似地，永磁体段或部分可具有整体式结构，或者这种永磁 体段或部分可包括连接在一起的多个永磁体片，它们可包含透磁 片或者非透磁片。例如，矩形永磁体部件可操作性地连接至弧形 磁极片以获得等同于弧形永磁体段的结构。
尽管在此本发明的示意性实施例示出了具有方形或矩形横截 面的单独部分和段，但是可利用其他结构。例如，磁通回流段可 具有连续弯曲形状，梯形形状，或者各形状的组合。
尽管在此本发明的示意性实施例可示出不依靠任何中间构件 邻近弧形间隙而安置的永磁体段或部分，但是这并非是必须的。 例如，由透磁材料形成的一个或多个磁极面可被安置在永磁体段 或部分与弧形间隙之间，以使得将磁通导向或集中穿过弧形间隙。
在此这些示意性实施例说明适于绕轴线旋转，从而永磁体组 件提供了扫描出环形区域的强磁场处的间隙，因而将时变磁场施 加在环形区域上。通过旋转永磁体组件，时变磁场可被施加在位 于环形区域中的结构上，例如一圈包含磁致热材料的床。在这种 方式中，根据本发明的静止的永磁体组件可结合旋转磁致热材料 用来使用在旋转床式制冷机中。
当然，根据本发明的永磁体组件还可被用在这样一种结构中， 即在其中，永磁体组件和磁致热材料这两者以不同的角速度沿相 反方向或相同方向旋转。类似地，根据本发明的永磁体组件还可 被用在这样一种结构中，即在其中，永磁体组件和磁致热材料这 两者或它们中的任一个来回振动或者相对于彼此来回移动。
应该理解的是，本发明不限于在此所述的特定实施例，在不 脱离权利要求书的前提下，包括对于这些实施例的所有改型。