用于永磁体的通量集中结构、制造这种结构的方法和包括这种结构的机器

摘要

公开了用于永磁体的多种结构，其能够集中由磁体产生的通量。根据使用了所公开的设计和技术的特定应用，通过使漏通量最小、增大峰值通量密度，以及定形通量场，而可提高效率和可靠性，以改善通量集中永磁体结构在加载时的有效矫顽磁性，并实现定制的电压和电流波形。所公开的磁体组件可以结合到具有绕组的机器例如马达/发电机中，其可以设置成用于相对于绕组运动。磁体组件可以安装在由一个或多个例如背铁的铁磁材料形成的支撑件上。所公开的通量集中磁体组件可以利用各种制造方法形成。

权利要求

1.一种设备，包括：

定子；和

转子，所述转子设置成用于相对于定子运动，所述转子包括：由铁磁材料形成并具有表面的背衬部件；和

附接于背衬部件的所述表面的通量集中磁体组件，所述通量集中磁体组件包括：具有标称极化角的中心部分；

在中心部分的第一侧向侧面上设置在背衬部件上的第一侧面部分，所述第一侧面部分具有比标称极化角大不到90°的第一极化角；和在中心部分的第二侧向侧面上设置在背衬部件上的第二侧面部分，所述第二侧面部分与第一侧面部分相反，并且所述第二侧面部分具有比标称极化角小不到90°的第二极化角，所述第一侧面部分和所述第二侧面部分构造成使通量指向所述中心部分，所述背衬部件被构造成用以形成用于通量集中磁体组件的主通量路径。

2.如权利要求1所述的设备，其中，通量集中磁体组件还包括在操作上至少与所述中心部分接合的铁磁透镜。

3.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一侧面部分的极化角比标称极化角大大约

45°，所述第二侧面部分的极化角比标称极化角小大约45°。

4.如权利要求1所述的设备，其中，所述中心部分、所述第一侧面部分和所述第二侧面部分中的至少一个在能积、剩磁、工作温度和矫顽磁性中的至少一个上的等级与所述中心部分、所述第一侧面部分和所述第二侧面部分中的至少另外一个的等级不同。

5.如权利要求1所述的设备，其中，形成所述中心部分、所述第一侧面部分和所述第二侧面部分中的至少一个的磁性材料与形成所述中心部分、所述第一侧面部分和所述第二侧面部分中的至少另外一个的磁性材料不同。

6.如权利要求1所述的设备，其中，所述中心部分、所述第一侧面部分和所述第二侧面部分中的至少一个的横向截面和纵向截面中的至少一个的尺寸不同于所述中心部分、所述第一侧面部分和所述第二侧面部分中的至少另外一个的横向截面和纵向截面中的至少一个的尺寸。

7.如权利要求1所述的设备，还包括至少一个铁磁插入件，所述铁磁插入件在操作上耦联于通量集中磁体组件。

8.如权利要求1所述的设备，其中，定子是柱形的，转子是柱形的，并且标称极化角处于径向方向。

9.如权利要求8所述的设备，其中，转子同心地设置在定子内，磁体组件设置在转子的外表面上。

10.如权利要求8所述的设备，其中，定子同心地设置在转子内，磁体组件设置在转子的内表面上。

11.如权利要求1所述的设备，其中，转子被设置成用于相对于定子旋转运动，定子是环形的，转子是环形的，标称极化角处于平行于转子的旋转轴线的轴向方向。

12.如权利要求1所述的设备，

其中：

转子具有设置在定子的第一侧上的第一部分和设置在定子的相反的第二侧上的第二部分；和磁体组件是第一磁体组件，设置在转子的所述第一部分上，并且具有定向成朝向定子的标称通量方向，并且还包括：设置在转子的所述第二部分上的第二磁体组件，所述第二磁体组件定位成与第一磁体组件相反，具有与第一磁体组件相同的构造，并且具有定向成远离第一磁体组件的标称通量方向。

13.如权利要求1所述的设备，其中，定子构造成利用横向通量。

14.如权利要求1所述的设备，其中，所述中心部分、所述第一侧面部分和所述第二侧面部分中的每一个都是分离的磁体。

15.如权利要求1所述的设备，其中，通量集中磁体组件是第一通量集中磁体组件，所述第一通量集中磁体组件具有第一纵向端以及相反的第二纵向端，所述设备还包括：第二通量集中磁体组件，所述第二通量集中磁体组件具有第一纵向端以及相反的第二纵向端，并且包括：具有标称极化角的中心部分；

在中心部分的第一侧向侧面上设置在背衬部件上的第一侧面部分，所述第一侧面部分具有比标称极化角大不到90°的第一极化角；和在中心部分的第二侧向侧面上设置在背衬部件上的第二侧面部分，所述第二侧面部分与第一侧面部分相反，并且所述第二侧面部分具有比标称极化角小不到90°的第二极化角，所述第一侧面部分和所述第二侧面部分构造成使通量指向所述中心部分，所述第二通量集中磁体组件设置在所述背衬部件上，并且所述第一通量集中磁体组件的第一纵向端紧邻所述第二通量集中磁体组件的第二纵向端设置。

16.如权利要求15所述的设备，其中，所述第一通量集中磁体组件还包括在其第一纵向端上设置在背衬部件上的第一端部分，所述第一端部分具有比第一通量集中磁体组件的标称极化角大不到90°的第三极化角。

17.如权利要求16所述的设备，其中，所述第二通量集中磁体组件还包括在其第二纵向端上设置在背衬部件上的第一端部分，所述第一端部分具有比所述第二通量集中磁体组件的标称极化角大不到90°的第四极化角。

18.一种设备，其包括：

定子；和

转子，所述转子设置成用于相对于定子运动，并且所述转子包括：由铁磁材料形成的背衬部件；和

附接于背衬部件的通量集中磁体组件，所述通量集中磁体组件包括：中心部分，所述中心部分具有标称极化角；

在所述中心部分的第一侧向侧面上设置在背衬部件上的第一侧面部分，所述第一侧面部分具有第一极化角，所述第一极化角比标称极化角大不到90°；和在所述中心部分的第二侧向侧面上设置在背衬部件上的第二侧面部分，所述第二侧面部分与所述第一侧面部分相反并且具有第二极化角，所述第二极化角比标称极化角小不到

90°，

第一侧面部分和第二侧面部分构造成使通量指向所述中心部分，在所述中心部分的第一纵向端上设置在背衬部件上的第一端部分，所述第一端部分具有比标称极化角大不到90°的第三极化角；和在所述中心部分的第二纵向端上设置在背衬部件上的第二端部分，所述第二端部分与所述第一端部分相反，并且所述第二端部分具有比标称极化角小不到90°的第四极化角。

19.如权利要求18所述的设备，其中，通量集中磁体组件还包括在操作上至少与所述中心部分接合的铁磁透镜。

20.如权利要求18所述的设备，其中，第一侧面部分的极化角比标称极化角大大约

45°，第二侧面部分的极化角比标称极化角小大约45°，第一端部分的极化角比标称极化角大大约45°，第二端部分的极化角比标称极化角小大约45°。

21.如权利要求18所述的设备，其中，所述中心部分、所述第一侧面部分、所述第二侧面部分、所述第一端部分和所述第二端部分中的至少一个在能积、剩磁、工作温度和矫顽磁性中的至少一个上的等级与所述中心部分、所述第一侧面部分、所述第二侧面部分、所述第一端部分和所述第二端部分中的至少另外一个的等级不同。

22.如权利要求18所述的设备，其中，形成所述中心部分、所述第一侧面部分、所述第二侧面部分、所述第一端部分和所述第二端部分中的至少一个的磁性材料与形成所述中心部分、所述第一侧面部分、所述第二侧面部分、所述第一端部分和所述第二端部分中的至少另外一个的磁性材料不同。

23.一种设备，包括：

定子；和

转子，所述转子设置成用于相对于定子运动，所述转子包括：由铁磁材料形成并具有表面的背衬部件；和

附接于背衬部件的所述表面的通量集中磁体组件，所述通量集中磁体组件包括：具有标称极化角的中心部分；

在中心部分的侧向侧面上设置在背衬部件上的侧面部分，所述侧面部分具有比标称极化角大不到90°的极化角并且构造成使通量指向所述中心部分，所述背衬部件被构造成用以形成用于通量集中磁体组件的主通量路径。

24.如权利要求23所述的设备，其中，通量集中磁体组件还包括在操作上至少与所述中心部分接合的铁磁透镜。

25.如权利要求23所述的设备，其中，所述中心部分和所述侧面部分中的一个在能积、剩磁、工作温度和矫顽磁性中的至少一个上的等级与所述中心部分和所述侧面部分中另外一个的等级不同。

26.如权利要求23所述的设备，其中，形成所述中心部分和所述侧面部分中的一个的磁性材料与形成所述中心部分和所述侧面部分中另外一个的磁性材料不同。

27.一种设备，包括：

定子；和

转子，所述转子设置成用于相对于定子运动，所述转子包括：由铁磁材料形成的背衬部件；和

附接于背衬部件的通量集中磁体组件，所述通量集中磁体组件包括：中心部分，所述中心部分具有相反的第一纵向端和第二纵向端、相反的第一侧向侧面和第二侧向侧面以及标称极化角；

在中心部分的第一侧向侧面上设置在背衬部件上的侧面部分，所述侧面部分具有比标称极化角大不到90°的第一极化角，并且被构造成使通量指向所述中心部分；以及在所述中心部分的第一纵向端上设置在背衬部件上的端部分，所述端部分具有比标称极化角大不到90°的第二极化角，并且被构造成使通量指向所述中心部分，所述标称极化角、第一极化角和第二极化角是非共面的。

28.如权利要求27所述的设备，其中，通量集中磁体组件还包括在操作上至少与所述中心部分接合的铁磁透镜。

29.如权利要求27所述的设备，其中，所述中心部分、所述侧面部分和所述端部分中的至少一个在能积、剩磁、工作温度和矫顽磁性中的至少一个上的等级与所述中心部分、所述侧面部分和所述端部分中的至少另外一个的等级不同。

30.如权利要求27所述的设备，其中，形成所述中心部分、所述侧面部分和所述端部分中的至少一个的磁性材料与形成所述中心部分、所述侧面部分和所述端部分中的至少另外一个的磁性材料不同。

31.一种方法，包括：

邻近第二磁体设置第一磁体，使第一磁体的磁畴排列成平行于第一轴线并使第一磁体具有侧向侧面和纵向端，使第二磁体的磁畴排列成平行于第二轴线，所述设置包括设置第一磁体和第二磁体，使得第一轴线与第二轴线不平行，并且使得第二磁体被设置成邻近第一磁体的侧向侧面；

邻近所述第一磁体的纵向端设置第三磁体，使第三磁体的磁畴排列成平行于第三轴线，所述设置第三磁体包括设置第三磁体使得所述第三轴线与所述第二轴线不平行并且在磁体上方的方向上定向成朝向第一轴线和第二轴线，所述第一轴线、第二轴线和第三轴线不共面；并且在设置之后，永久磁化第一磁体和第二磁体。

32.如权利要求31所述的方法，还包括：

在设置之前，在存在磁场的情况下，通过扩散结合和允许基于气或液的原材料固化中的一种，形成第一磁体和第二磁体中的每一个，以排列第一磁体和第二磁体中的每一个的磁畴。

33.如权利要求31所述的方法，还包括：邻近第一磁体和第二磁体中的至少一个设置铁磁透镜。

34.如权利要求31所述的方法，

其中，所述第一磁体的侧向侧面是第一侧向侧面，所述第一磁体还具有与所述第一侧向侧面相反的第二侧向侧面，并且还包括，在永久磁化之前：

在所述第一磁体的第二侧向侧面上设置第四磁体，所述第四磁体与所述第二磁体相反，使第四磁体的磁畴排列成平行于第四轴线，所述设置第四磁体包括设置第四磁体使得所述第四轴线与所述第二轴线不平行并且在磁体上方的方向上定向成朝向第一轴线和第二轴线。

35.如权利要求31所述的方法，其中，所述设置包括将第一磁体、第二磁体和第三磁体设置在铁磁支撑部件上。

36.如权利要求31所述的方法，其中，所述设置包括在第一磁体、第二磁体和第三磁体中的两个之间设置铁磁保持插入件。

37.如权利要求31所述的方法，其中，所述第一轴线和所述第二轴线之间的角大约为

45°。

38.如权利要求31所述的方法，其中，所述第一磁体、第二磁体和第三磁体中的至少一个在能积、剩磁、工作温度和矫顽磁性中的至少一个上的等级与所述第一磁体、第二磁体和第三磁体中的至少另外一个的等级不同。

39.如权利要求31所述的方法，其中，形成所述第一磁体、第二磁体和第三磁体中的至少一个的磁性材料与形成所述第一磁体、第二磁体和第三磁体中的至少另外一个的磁性材料不同。

40.如权利要求31所述的方法，其中，所述第一磁体、第二磁体和第三磁体中的至少一个的横向截面和纵向截面中的至少一个的尺寸不同于所述第一磁体、第二磁体和第三磁体中的至少另外一个的横向截面和纵向截面中的至少一个的尺寸。

41.如权利要求31所述的方法，

其中，所述第一磁体的纵向端是第一纵向端，所述第一磁体还具有与所述第一纵向端相反的第二纵向端，并且还包括，在永久磁化之前：

在所述第一磁体的第二纵向端上设置第四磁体，所述第四磁体与所述第三磁体相反，使第四磁体的磁畴排列成平行于第四轴线，所述设置第四磁体包括设置第四磁体使得所述第四轴线与所述第二轴线不平行并且在磁体上方的方向上定向成朝向第一轴线和第二轴线，所述第一轴线、第二轴线和第四轴线不共面。

42.一种方法，包括：

邻近第二磁体设置第一磁体，使第一磁体的磁畴排列成平行于第一轴线并使第一磁体具有侧向侧面，使第二磁体的磁畴排列成平行于第二轴线，所述设置包括在铁磁支撑部件的表面上设置第一磁体和第二磁体，所述铁磁支撑部件被构造成为所述第一磁体和第二磁体提供主通量路径，使得第一轴线与第二轴线不平行，并且使得第二磁体被设置成邻近第一磁体的侧向侧面；

在设置之后，永久磁化第一磁体和第二磁体。

43.如权利要求42所述的方法，还包括：

在设置之前，在存在磁场的情况下，通过扩散结合和允许基于气或液的原材料固化中的一种，形成第一磁体和第二磁体中的每一个，以排列第一磁体和第二磁体中的每一个的磁畴。

44.如权利要求42所述的方法，还包括：邻近第一磁体和第二磁体中的至少一个设置铁磁透镜。

45.如权利要求42所述的方法，

其中，所述第一磁体的侧向侧面是第一侧向侧面，所述第一磁体还具有相反的第二侧向侧面，并且还包括，在永久磁化之前，

在所述第一磁体的第二侧向侧面上设置与第二磁体相反的第三磁体，使第三磁体的磁畴排列成平行于第三轴线，所述设置第三磁体包括设置第三磁体使得所述第三轴线与所述第二轴线不平行并且在磁体上方的方向上定向成朝向第一轴线和第二轴线。

46.如权利要求45所述的方法，

其中，所述第一磁体具有纵向端，并且

还包括，在永久磁化之前，

邻近所述第一磁体的纵向端设置第四磁体，使第四磁体的磁畴排列成平行于第四轴线，所述设置第四磁体包括设置第四磁体使得所述第四轴线与所述第二轴线不平行并且在磁体上方的方向上定向成朝向第一轴线和第二轴线，所述第一轴线、第二轴线和第四轴线不共面。

47.如权利要求42所述的方法，所述设置包括在第一磁体和第二磁体之间设置铁磁保持插入件。

48.如权利要求42所述的方法，其中，所述第一轴线和所述第二轴线之间的角大约为

45°。

49.如权利要求42所述的方法，其中，所述第一磁体在能积、剩磁、工作温度和矫顽磁性中的至少一个上的等级与所述第二磁体的等级不同。

50.如权利要求42所述的方法，其中，形成所述第一磁体的磁性材料与形成所述第二磁体的磁性材料不同。

51.如权利要求42所述的方法，其中，所述第一磁体的横向截面和纵向截面中的至少一个的尺寸不同于所述第二磁体的横向截面和纵向截面中的至少一个的尺寸。

52.如权利要求42所述的方法，

其中，所述第一磁体具有纵向端，并且

还包括，在永久磁化之前，

邻近所述第一磁体的纵向端设置第三磁体，使第三磁体的磁畴排列成平行于第三轴线，所述设置第三磁体包括设置第三磁体使得所述第三轴线与所述第二轴线不平行并且在磁体上方的方向上定向成朝向第一轴线和第二轴线，所述第一轴线、第二轴线和第三轴线不共面。

53.如权利要求52所述的方法，

其中，所述第一磁体的纵向端是第一纵向端，所述第一磁体还具有与所述第一纵向端相反的第二纵向端，并且还包括，在永久磁化之前：

在所述第一磁体的第二纵向端上设置第四磁体，所述第四磁体与所述第三磁体相反，使第四磁体的磁畴排列成平行于第四轴线，所述设置第四磁体包括设置第四磁体使得所述第四轴线与所述第二轴线不平行并且在磁体上方的方向上定向成朝向第一轴线和第二轴线，所述第一轴线、第二轴线和第四轴线不共面。

说明书

用于永磁体的通量集中结构、制造这种结构的方法和包括

这种结构的机器

[0001] 优先权

[0002] 本申请要求2011年4月13日提交的美国临时申请序列号61/517,086的优先权，该专利的公开内容在此引入作为参考。

技术领域

[0003] 本发明涉及永磁体领域，包括永磁体和永磁体结构在机器及其它装置中的使用。

背景技术

[0004] 永磁体电磁机器（在此称为永磁机）利用来自永磁体的磁通量，以将机械能转换成电能，反之亦然。各种类型的永磁机都是已知的，包括轴向通量机器、径向通量机器和横向通量机器，在这些电磁机中，一个部件相对于另一个部件在单个方向上或在两个方向上绕一轴线旋转或者沿一轴线平移，例如往复运动。这种机器通常包括绕组以通过线圈携带电流，其中所述线圈通过磁体和绕组之间的相对运动与来自磁体的通量相互作用。在通常的工业应用结构中，永磁体例如安装成用于例如在转子（或其它运动部件）上运动，绕组安装在例如定子的静止部件上。由直流电源操作的、典型地用于低功率、低成本的机器的其它的构造也是清楚和可获得的，其中在这种构造中，磁体是静止的，机器的绕组是转子的一部分（由被称为具有“电刷”的“换向器”的装置激励），但是，为简洁起见，下文没有详细论述这些构造。

[0005] 在电马达中，例如，电流施加于定子中的绕组，导致磁体（由此导致转子）相对于绕组运动，从而将电能转换成机械能。在发电机中，对发电机的转子施加的外力导致磁体相对于绕组运动，由此产生的电压使电流流过绕组，从而将机械能转换成电能。

[0006] 表面安装的永磁机属于这样类型的永磁机，在该永磁机中，磁体安装在铁磁结构上或通常被称为背铁的背衬上。这种机器通常是成本最低、重量最轻的永磁机，但是其通常受到性能限制的困扰，这种性能限制可追溯到本领域众所周知的传统设计和制造的永磁体的通量密度限制上。作为常见情形，可以通过使用由具有较高磁能密度或较大厚度的材料形成的磁体来增大通量密度。高磁能密度材料，诸如钕铁硼系，通常成本更高，历来价格明显不稳定。更厚的磁体需要更多的磁性材料，成本通常与材料量成比例。因而，用这些方法增大这种机器的通量密度，并且成本通常与材料量成比例。因此，对于这种机器通过这些方法增加通量密度也增加了成本并且潜在地增加了成本的不稳定性，只能带来有限的性能改善。此外，在给定的磁路中通量存在固有的限制，进一步增加磁体厚度，可能只会带来极少的额外的通量或者不能带来额外的通量。

[0007] 考虑到表面安装的机器的改善电磁效率及其它性能属性的已知技术的缺陷，设计这种机器的本领域技术人员明显希望得到用于实现这种性能改善的新技术。进一步地，因为除了如上所述的永磁机之外的永磁体的许多应用都受益于在限制成本的同时提高磁性的能力，所以，如果这种新技术具有广泛适用性而不局限于永磁机，则是本领域技术人员更希望的。

[0008] 所公开的设计和技术的益处对设计和建造表面安装的永磁机的本领域技术人员来说是显而易见的。实际上，所公开的设计和技术的益处可以使表面安装的磁体机器在性能上与其它永磁机技术（诸如嵌入磁体机器）竞争，同时保持表面安装的永磁机的建造成本和重量的优点。此外，所公开的设计和技术的益处和效用不局限于表面安装的永磁机，而是扩展到各种各样的永磁体应用。

发明内容

[0009] 在附图和下文显示和描述了说明性实施例。但是，应当明白，没有任何意图将请求保护的发明限制于在该发明内容或在详细说明中描述的特定方式。本领域技术人员应当认识到，存在许多修改、等同物和替代构造，这些都落在请求保护的发明的精神和范围内。尤其是，本领域技术人员应当认识到，所公开的设计和技术可用于具有磁体阵列的任何机器中，包括以旋转或线性方式运行的径向、轴向和横向通量马达和发电机。诚然，本领域技术人员也应该认识到，所公开的结构和技术可用于利用来自永磁体的磁通量的任何应用中。

[0010] 本发明公开了永磁体的多种结构，其能够集中由磁体产生的通量。根据其中使用了所公开的设计和技术的特定应用，可通过使漏通量最小、增大峰值通量密度以及设计通量场的形态来提高效率和可靠性，以改善通量集中永磁体结构在加载时的有效矫顽磁性并且实现定制的电压和电流波形。

[0011] 通过非限制性的例子，一种通量集中磁体组件可包括具有标称极化轴线的第一磁体或第一磁体部分和毗邻或围绕第一磁体设置的一个或多个其它磁体或其它磁体部分，每个所述其它磁体或磁体部分均具有与第一磁体的标称极化轴线汇聚的标称极化轴线。所述一个或多个其它磁体或磁体部分的一个或多个标称轴线与第一磁体的标称极化轴线共面或者不共面，和/或彼此共面或者不共面。多个磁体或磁体部分的多个标称轴线可以朝它们的北极方向汇聚，或者朝它们的南极方向汇聚。磁体组件可包括铁磁透镜以进一步集中通量。磁体组件可以结合到具有绕组的机器中，并可以设置成用于相对于绕组运动并被定向成使得标称极化轴线朝绕组汇聚，或者使得标称极化轴线远离绕组汇聚。磁体组件可以安装在由一个或多个铁磁材料形成的支撑件上，所述支撑件例如是背铁。

[0012] 所公开的通量集中磁体组件可以利用各种制造方法形成。通过非限制性的例子，两个或更多个独立的磁体可以在存在磁场的情况下各自分开地形成，以使每个磁体中的磁畴排列成平行于标称极化轴线，这些磁体可定位或设置成彼此毗邻，并且其标称极化轴线汇聚，然后该组件可以被永久磁化。作为替代，也可以在磁体被设置成彼此毗邻之前，使各个磁体永久磁化。作为替代，单个磁体可以在存在复合磁场的情况下形成，以排列磁体不同部分中的磁畴，从而使磁畴排列成平行于不同的标称极化轴线，然后在复合磁场中永久磁化该单个磁体。一铁磁透镜可以在永久磁化之前或之后和/或在多个磁体被设置成彼此毗邻之前或之后耦联于磁体。

[0013] 这里将更加详细地描述这些及其它实施例。

附图说明

[0014] 在下面的具体实施方式中，参考了下面标记的附图。

[0015] 图1是依照一实施例的磁体组件的示意图。

[0016] 图2A是依照具有两个磁体的一实施例的磁体组件的示意性透视图，图2B是沿图2A中的线2B-2B剖取的组件的示意性横截面视图。

[0017] 图2C是图2A中的组件的变形的示意性横截面视图。

[0018] 图3是依照一实施例的北极通量集中磁体组件的示意性横截面视图。

[0019] 图4是依照一实施例的南极通量集中磁体组件的示意性横截面视图。

[0020] 图5A-图5F是具有一中心磁体和两个分离磁体的通量磁体组件的一实施例的各种构造的示意性透视图。

[0021] 图6A是依照具有十个磁体的一实施例的磁体组件的示意性透视图，图6B是沿图6A的线6B-6B剖取的组件的示意性横截面视图。

[0022] 图7A是依照具有一个磁体的一实施例的磁体组件的示意性透视图，图7B是沿图7A线7B-7B剖取的组件的示意性横截面视图。

[0023] 图8是一实施例的示意性横截面视图，在该实施例中，中心磁体与分离磁体具有不同的等级。

[0024] 图9A和9B是依照一实施例的具有两个推进磁体的通量集中磁体组件的示意性横截面视图。

[0025] 图10A-图10D是具有一个中心磁体、两个分离磁体和一个推进磁体的通量磁体组件的一实施例的各种构造的示意性透视图。

[0026] 图11是依照一实施例的具有分离磁体和一透镜的北极通量集中磁体的示意性横截面视图。

[0027] 图12是依照一实施例的具有分离磁体和一透镜的南极通量集中磁体的示意性横截面视图。

[0028] 图13A和图13B是依照一实施例的具有两个推进磁体和一透镜的通量集中磁体组件的示意性横截面视图。

[0029] 图14是依照一实施例的具有一推进磁体和一透镜的通量集中磁体组件的示意性横截面视图。

[0030] 图15A-图15E是具有一个中心磁体、两个分离磁体、一个透镜和可选的一个推进磁体的通量磁体组件的一实施例的各种构造的示意性透视图。

[0031] 图16是依照一实施例的具有至少两个通量集中磁体组件的磁极组件的示意图。

[0032] 图17A-图17F是具有一个或多个通量集中磁体组件的磁极组件的各种实施例的示意性透视图。

[0033] 图18是依照一实施例的具有两个磁极组件的磁性组件的示意图。

[0034] 图19是依照一实施例的具有两个磁极组件的磁性组件的示意性透视图。

[0035] 图20A、图20B、和图20C分别是图19的磁性组件沿线20A-20A、20B-20B、和20C-20C剖取的示意性横截面视图。

[0036] 图21是依照一实施例的具有两个磁极组件的磁性组件的示意性透视图。

[0037] 图22A、图22B、和图22C分别是图19的磁性组件沿线22A-22A、22B-22B、和22C-22C剖取的示意性横截面视图。

[0038] 图23是依照一实施例的结合了侧面插入件的磁性组件的示意性横截面。

[0039] 图24A和图24B是依照另外的实施例的具有替代性的背铁结构的磁性组件的示意性横截面。

[0040] 图25是依照一实施例的磁性组件的通量流的示意图。

[0041] 图26A是依照一实施例的引入了两个磁组件的磁性机器的示意图。

[0042] 图26B是依照一实施例的引入了一个磁性组件的磁性机器的示意图。

[0043] 图27是依照一实施例的轴向马达/发电机的透视图。

[0044] 图28是图27的马达/发电机的局部分解图。

[0045] 图29是图27的马达/发电机的转子的一区段的放大透视图。

[0046] 图30是在图29中标记为“A”的图28的那部分的详细透视图。

[0047] 图31是依照一实施例的马达/发电机的转子区段的详细透视图。

[0048] 图32是图31的马达/发电机的极组件的详细透视图。

[0049] 图33是依照一实施例的径向场马达/发电机的透视图。

[0050] 图34是图33的马达/发电机的转子的一区段的放大透视图。

[0051] 图35是图33的马达/发电机的示意性横截面视图。

[0052] 图36是依照一实施例的径向场马达/发电机的示意性横截面视图。

[0053] 图37是依照一实施例的横向通量马达/发电机的示意性横截面视图。

[0054] 图38是图37的马达/发电机的一部分的透视图。

[0055] 图39是图37的电马达/发电机的转子的透视图。

[0056] 图40是制造通量集中磁体组件的第一种方法的流程图；

[0057] 图41是制造通量集中磁体组件的第二种方法的流程图；

[0058] 图42是制造通量集中磁体组件的第三种方法的流程图；

[0059] 图43是制造通量集中磁体组件的第四种方法的流程图；

[0060] 图44是制造通量集中磁体组件的第五种方法的流程图；和

[0061] 图45是制造通量集中磁体组件的第六种方法的流程图。

具体实施方式

[0062] 下述的通量集中磁体组件可以有利地用于利用磁通量的任何应用中，尤其是可用于希望使穿过间隙的通量达到最大、同时使漏通量最小、从而提高穿过间隙的峰值通量密度和/或成型穿过所述间隙的通量场的那些应用中。

[0063] 在图1中示意性示出了一通量集中磁体组件20。磁体组件20包括第一磁体21和邻近第一磁体21设置的第二磁体22。各个磁体中的磁畴被排列成与相应的标称通量轴线平行，在图1中均由一个或多个箭头表示，对于第一磁体21，被标记为“通量”，并且各箭头的头部具有相同的极性（例如北极或南极）。如图1所示，磁体21和22的标称通量轴线不是平行的，而是朝向彼此定位，以朝磁体上方的方向汇聚。本领域技术人员应当认识到，在磁体上方的区域，由两个磁体21和22组合产生的通量场（即由汇聚的标称通量轴线产生的通量场）比两个磁体在其标称通量轴线平行的情况下产生的通量场更密集。磁体21和22的标称通量轴线可以共面，或者位于不同平面中。磁体组件20具有一总标称通量方向，由标记为通量MA的箭头指示。磁体组件的标称通量方向受磁体组件的组成磁体的通量轴线的影响，换言之，磁体通量轴线的相对方向可以选择成使磁体组件产生所希望的标称通量方向，例如垂直于磁体组件的面。

[0064] 可选地，磁体组件20可包括第三磁体23，所述第三磁体可被设置成邻近所述第一磁体21，使得磁体22和23位于磁体21的相对两侧上。磁体23的标称通量轴线可与磁体21和22的标称通量轴线汇聚，本领域技术人员应当认识到，在磁体组件20上方的区域，这产生的通量场将比只有磁体21和22所产生的通量场或者比磁体21、22和23在其标称通量平行的情况下产生的通量场更密集。磁体23的标称通量轴线可以与磁体21和/或磁体
22的标称通量轴线共面，或者可与它们均不共面。

[0065] 在第二磁体设置在第一磁体一侧或者第二磁体和第三磁体设置在第一磁体的相对两侧（可被称为“侧向地设置”或者沿着侧向方向设置）的磁体组件中，它们的标称通量轴线汇聚，第一磁体可被称为中心磁体，第二磁体或者第二和第三磁体可被称为一分离磁体或多个分离磁体，或者对于只具有两个磁体的组件，两者都可以被称为分离磁体，没有磁体被称作中心磁体。磁体组件20可以包括设置在磁体21、22和23的任一侧或两侧的一个或多个另外的分离磁体（未显示）。

[0066] 图2A和图2B中示意性示出了具有中心磁体（或分离磁体）121和分离磁体122（或两个分离磁体121、122）的示例性磁体组件120。图2A显示了具有磁体121和122的北极通量集中磁体组件的示意性透视图，图2B显示了其示意性横截面。虽然各个磁体21和22以及通量集中磁体组件20作为整体在图2A中被示作具有基本上矩形的横截面，但是，这仅仅是为了便于说明；本领域技术人员应当理解，通量集中磁体组件20的几何横截面将根据其组成磁体的尺寸和形状以及利用了这种磁体的特定应用中所需的特性而变化，正如下面更详细描述的。

[0067] 如图2B所示，中心磁体（或分离磁体）121和分离磁体122均具有一极化角或标称通量轴线，所述极化角或标称通量轴线定向为在磁体组件120的顶面上方朝着另一磁体的标称通量轴线汇聚。图2B中的磁体组件120的顶面具有向北的磁化作用，而底面具有向南的磁化作用。磁体121和122的磁极的极性和标称通量轴线的方向导致磁通量从磁体组件120的北极面倾斜地指向磁体组件120的中心，并相对于磁体组件120向上。磁体121和
122的磁极化角决定了每个磁体向磁体组件120的北极面上方的有效通量密度贡献了多大的通量。

[0068] 图2C显示了磁体组件120的变形例。在该变形例中，标称通量轴线不是相互对称的，即，磁体122的通量角度相对于磁体组件120的标称通量轴线通量MA所成的角比磁体121的小。

[0069] 图3中以示意性横截面显示了另一示例性磁体组件220。磁体组件220为北极通量集中磁体组件，具有一中心磁体221和两个分离磁体222、223。在图3A中，中心磁体221具有垂直于磁体组件220的顶面定向的极化角或标称通量轴线，而分离磁体221和222的通量路径相对于中心磁体221的通量路径成负45°和正45°的极化角或标称通量轴线，即标称通量轴线在顶面上方朝一方向汇聚。在图3中，磁体组件220的顶面具有向北的磁化作用，而底面具有向南的磁化作用。磁体221、222、和223的磁极的极性和标称通量轴线的方向导致磁通量从分离磁体222和223倾斜地指向中心磁体221，并从磁体组件220的北极面（相对于磁体组件220）向上。分离磁体222和223的磁极化角决定了分离磁体222和223向磁体组件220的北极面上方的有效通量密度贡献了多大的通量。

[0070] 图4示意性地图示出了磁体组件320，除了极性相反即磁体组件320为南极磁体组件之外，其与图3所示类似，其中，中心磁体321具有与标称通量方向相反的极化角。在该结构中，中心磁体321的通量定向为（相对于磁体组件320）向下指向，分离磁体322和323布置在中心磁体的每个侧面，并定向成以正45°角远离中心磁体321的极化角，如图所示。磁体组件320的顶面具有向南的磁化作用，而磁体组件320的底面具有向北的磁化作用。磁体321、322、和323的磁极方向与分离磁体322和323的极化角方向一起，导致磁通量从分离磁体322和323倾斜地远离中心磁体321，并从磁体组件320的北极面向下（相对于磁体组件320）。

[0071] 由诸如图1、图3和图4所示的通量集中磁体组件的分离磁体贡献的有效通量的量大于由同样尺寸的正极性磁体贡献的有效通量的量，这是因为垂直于分离磁体的极化角的截面面积大于垂直于同样尺寸的正极性磁体的极化角的截面面积。

[0072] 在通量集中磁体组件的任何给定应用中，例如在图1中的组件的应用中，磁体组件20中的分离磁体22（和可选的分离磁体23）的极化角可以是比中心磁体21的极化角大不到90°或小不到90°的任意角度，即汇聚，使得通量倾斜地指向从中心磁体21发出的通量（对于北极通量集中磁体组件）或者倾斜地远离进入中心磁体21的通量（对于南极通量集中磁体组件）。

[0073] 可以调整中心磁体21和分离磁体22（和/或分离磁体23）的尺寸和极化角，以定形由磁体组件20产生的通量场。例如，在具有一个转子和一个定子的电磁机器中，其中多个磁体组件20安装在转子上，可以调整分离磁体22和/或23的外周宽度和极化角，以定形穿过转子和定子之间的间隙的通量场（正如下面更详细描述的），以便使总谐波失真达到最小，并产生正弦电波形。在需要特定性能的应用中，也可以调整分离磁体22和23的相同的特性，以使峰值通量密度达到最大。本领域技术人员应当明白如何调整通量集中磁体组件20的各个部分的相对尺寸和极化角，以优化所希望的特性，并实现用于给定应用的有效构造。仅举例来说，这样的构造可以包括，比中心磁体21（和可选的分离磁体23）更宽的分离磁体22，或者与分离磁体23具有相同宽度的分离磁体22，其中两个分离磁体22和23都比中心磁体21窄但是比中心磁体21高。

[0074] 图5A-图5F中示意性地显示了具有三个磁体的通量集中磁体组件20的各种构造中的中心磁体21和分离磁体22的相应形状和尺寸的其它例子。每个所示构造都包括一主要磁体或中心磁体21和在侧向设置在中心磁体21的相对两侧上的分离磁体22、23。尽管没有在图中显示，但是每个分离磁体22、23的标称通量轴线都朝着另一个并且朝着中心磁体21的标称通量轴线汇聚。从图5A-图5F中可以看到，每个磁体的尺寸和形状可以变化很大。例如，在图5A示出的磁体组件中，每个磁体都具有大致相同的尺寸，并且在侧向和纵向方向上具有恒定（虽然不同）的横截面，而图5D示出了，磁体可以具有恒定的横截面，但中心磁体21明显大于分离磁体22、23。图5B和图5F示出了磁体组件的厚度可以沿着侧向方向变化（垂直于由N或S所示的磁极面）。图5B还示出了分离磁体22、23可以具有与磁体组件20的磁极面不垂直的侧向面或侧。可选地，分离磁体22、23的侧向面可以大致平行于其标称通量轴线。图5C和图5E示出了中心磁体和/或分离磁体的横截面可以在纵向方向上变化。所示的构造仅仅是示例性的，不意味着限制。所示的中心磁体和分离磁体的相对尺寸和几何结构的变化同样适用于具有两个、四个或更多个磁体的磁体组件，而不受所示的三磁体组件的限制。

[0075] 如上所述，通量集中磁体组件可以具有多于三个的磁体。在这样的结构中，每个区段的极化角或标称通量轴线的方向可以从一个相邻区段到另一个区段以步进的方式少量地改变，范围从相对于中心磁体的标称通量方向成0°的磁极化角到比磁体在磁体组件边缘上的标称通量方向大不到90°或小不到90°的任意角度。例如，如图6A和图6B所示，磁体组件420包括磁体区段421a和422a，所述磁体区段421a和422a紧挨着磁体组件420的中心定位，分别具有稍微小于和稍微大于标称极化角的极化角。每个连续的磁体区段422（即422b，422c，422d，422e）均具有大于紧挨在其前面的磁体区段的极化角，每个连续的磁体区段421（即421b，421c，421d，421e）均具有小于紧挨在其前面的磁体区段的极化角。图6A和图6B中所示的磁体组件420具有十个磁体区段，这只是为了便于说明；磁体组件可以具有任意数量的单独的磁体区段。

[0076] 作为替代，通量集中磁体组件可以由单个磁体区段形成。在图7A中以示意性透视图以及在图7B中以横截面显示了一示例性实施例。如图7B所示，磁体组件520具有单个区段，其中磁体材料的磁畴未排列成彼此平行。磁体组件520相对于磁体组件520的顶面从中心到边缘具有变化的磁极化角或标称通量轴线。磁体组件520的磁极化角可以在从0°到比标称极化角大不到90°或小不到90°的任意角度范围内变化，使得从磁体组件520的侧面部分发出的通量以标称极化角倾斜地指向从磁体组件520的中心部分发出的通量（对于北极通量集中磁体组件）或者以标称极化角倾斜地远离从磁体组件520的中心部分发出的通量（对于南极通量集中磁体组件）。

[0077] 通过对中心永磁体和分离磁体使用不同性能规格的磁体，还可以实现有益的通量密集度。例如，就钕铁硼（NdFeB）磁体来说，众所周知，可通过用于能积和/或剩磁Br的等级以及工作温度等级和/或矫顽磁性等级描述磁性材料性能。例如，在给定的磁路中，等级为N48的磁体提供的通量密度高于等级为N45的磁体，等级为N45M的磁体的矫顽磁性高于等级为N45的磁体。磁体的成本通常随着其通量密度等级和其矫顽磁性等级的增大而提高。所公开的通量集中磁体组件设计的一个优点在于，由通量集中结构引起的通量密集度使分离磁体具有比中心磁体低的通量密度，而不会明显影响磁体组件的整体通量密度。另一个优点在于，中心磁体的矫顽磁性可以低于分离磁体的矫顽磁性，但不会损害磁体组件的整体有效矫顽磁性，整体有效矫顽磁性仍保持在分离磁体的矫顽磁性水平或其附近。因而，如图8的示例性实施例所示，通量集中磁体组件620可以具有等级为N45的中心磁体621，分离磁体622、623可以具有N45M的通量等级。由于分离磁体通量路径长度增加，通量集中结构（例如磁体组件620）在运行中提供了改善的承载状态，这可以表示为与分离磁体622和
623的极化角平行于中心磁体621的极化角的磁体结构相比更高的“净”矫顽磁性或抗消磁性。这些特征允许磁体成本降低，但不会相应地降低整体性能，或者说提高了性能，而没有增加成本。更一般来说，在此描述的通量集中磁体组件中的每个磁体不管是在某些性能规格、材料、尺寸等方面都可以与其它磁体中任意或全部都不同。

[0078] 所公开的通量集中磁体组件设计的又一个优点在于，各个磁体区段不必由相同材料制成。例如，中心磁体可以由NdFeB制成，而分离磁体可以由AlNiCo、SmCo或另外的材料制成。这些材料仅仅是为了便于说明而引用的；对于中心磁体和分离磁体中的任一个或任意多个，可以使用任何适合的永磁体材料。

[0079] 回到图1，磁体组件20可任选地包括第四磁体24，所述第四磁体可以设置在第一磁体21的一端附近（即在横向或垂直于侧向方向的方向上，可被称为纵向方向）。第四磁体24的标称通量轴线可以与第一磁体21的标称通量轴线汇聚，并且可与之共面或不共面。在所示的实施例中，第四磁体24的标称通量轴线与第一磁体21的标称通量轴线汇聚，这些轴线在大致平行于纵向方向的平面中大致共面。当被包括在具有主磁体和设置在主磁体的侧向的一个或多个分离磁体的磁体组件中时，在主磁体纵向设置的磁体可以被称为“推进磁体”。磁体组件20可以进一步可选择地包括设置在磁体组件20的与推进磁体24纵向相对的那端上的第二推进磁体25。和分离磁体一样，可以在推进磁体24和25的任一端或两端设置一个或多个另外的推进磁体（未显示）。为了清楚起见，这些示意图中没有显示磁性组件720的分离磁体。

[0080] 在图9A和图9B中示出了具有中心磁体721和推进磁体724、725的示例性磁体组件720的示意性横截面。虽然所示出的每个磁体721、724、和725均具有基本上矩形的横截面，但是，这仅仅是为了便于说明；本领域技术人员应当理解，通量集中磁体组件的几何横截面将根据其组成磁体的尺寸和形状而变化，正如下面更详细描述的。

[0081] 如图9A所示，中心磁体721的极化角或标称通量方向沿磁体组件720的标称通量方向，推进磁体724的极化角或标称通量轴线定向为在磁体组件720的顶面上朝着中心磁体21的极化角或标称通量轴线汇聚。同样，如图9B所示，推进磁体725的极化角或标称通量轴线定向为在磁体组件720的顶面上朝着中心磁体721的极化角或标称通量轴线汇聚。图9A和图9B中的磁体组件720的顶面具有向北的磁化作用，而底面具有向南的磁化作用。
中心磁体121和推进磁体724、725的磁极的极性和标称通量轴线的方向导致磁通量从磁体组件720的北极面倾斜地指向磁体组件720的中心，并相对于磁体组件720向上指向。磁体721、724和725的磁极化角决定了每个磁体向磁体组件720的北极面上方的有效通量密度贡献了多大的通量。

[0082] 在所示的实施例中，推进磁体724具有相对于中心磁体721的标称通量方向或标称通量轴线正45°的极化角，推进磁体725具有相对于所述标称通量方向的负45°的极化角。但是，推进磁体724和725的极化角可以是比中心磁体721的标称极化角大不到90°或小不到90°的任意角度，以便使通量倾斜地指向从中心磁体721发出的通量（对于北极通量集中磁体组件）或者倾斜地远离从中心磁体721发出的通量指向（对于南极通量集中磁体组件）。

[0083] 推进磁体获得了类似于分离磁体的结果，但是方向不同：分离磁体限制漏通量离开通量集中磁体组件的侧面，而推进磁体44和46限制漏通量离开磁体组件的端部。另外，分离磁体可用于定形通量跨磁体组件的宽度的分布，而推进磁体可用于定形通量沿磁体组件的长度的分布。

[0084] 图10A-图10D中示意性地显示了通量集中磁体组件20的各种构造中的中心磁体21、分离磁体22、23和推进磁体24的相对形状和尺寸的其它例子。每个所示构造都包括一主要磁体或中心磁体21和侧向设置在中心磁体21的相对两侧的分离磁体22、23以及纵向设置在中心磁体21的一端上的推进磁体24或25。尽管没有在图中显示，但是，每个分离磁体22、23的标称通量轴线都朝着另一个以及朝着中心磁体21和磁体组件20的标称通量轴线汇聚。同样，每个推进磁体24或25的标称通量轴线都朝着中心磁体21和磁体组件20的标称通量轴线汇聚。从图10A-图10D中可以看到，每个磁体的尺寸和形状可以变化很大。
例如，在图10A和图10B示出的磁体组件中，每个磁体都具有大致相同的尺寸，并且在侧向和纵向方向上具有恒定（虽然不同）的横截面，不过，在图10A中，推进磁体25位于磁体组件20的一端，而在图10B中，推进磁体24位于磁体组件20的相对端。相反，图10C示出了推进磁体25可以具有与其它磁体相同的厚度，但是在平面视图中，其具有三角形或渐缩形状。同样，图10D示出了磁体组件20的厚度沿着侧向方向可以变化（垂直于由S所示的磁极面）。所示的构造仅仅是示例性的，不意味着限制。

[0085] 对于具有两个或更多磁体的上述磁体组件来说，各组成磁体之间的界面可以为各种几何结构或类型中的任何一种或多种，包括斜接的、搭接的和可变的。

[0086] 正如以上的讨论，通过在具有一个或多个推进磁体24、25的磁体组件20中使用不同性能规格或不同材料的磁体，可以实现有益的通量密集度和分布。更特别地，分离磁体22和23和/或推进磁体24和/或25在任何一种或多种特性上可以具有不同于中心磁体21的等级，例如在能积、剩磁、工作温度、和矫顽磁性上。中心磁体21、分离磁体22和23、和/或推进磁体24和25中的每个磁体均可以由相同磁性材料制成，或者由两种或更多种不同磁体材料制成。进一步地，可改变中心磁体21、分离磁体22和23、和推进磁体24和25的相对尺寸，以对于给定应用实现有益的通量密集度和分布。每种上述变化对降低成本和/或改善磁体组件20的整体性能都是有利的。

[0087] 正如以上的讨论，每个磁体21、23、23、24、25（上面描述的但未在图1中显示的任何另外的磁体）可以是截然不同的单独的磁体。作为替代，这些磁体中的任意两个或更多个或全部可以是单个磁体的一个区域或一部分，在该区域中，磁畴排列成与该区域的相应标称通量轴线平行。

[0088] 对于上述的北极通量集中磁体组件如上所述（除组件220之外），没有显示或描述相应的南极构造，但是在结构上与上述的北极构造没有什么不同。但是，相应南极磁体组件的通量路径与这些图中描绘的北极磁体组件的通量路径刚好相反。

[0089] 还是如图1所示，磁体组件20可任选地包括一透镜28，所述透镜邻近磁体设置。透镜28可以由导磁性较高的铁磁材料形成，这使得透镜28包含了来自磁体组件20中的交界磁体的通量，其通量密度高于组成磁体21、22、23、24和/或25本身。透镜28的形状可以改变，使得磁体组件20的磁极面上的组合通量可以集中成所希望的通量密度。透镜28还可以用来控制磁体组件20的整个磁极面上的密度分布，以确保总通量的更大百分比能获得利用。根据使用磁体组件20的应用，可以优化透镜28的形状，以使漏通量达到最小，或者以实现漏通量减少和通量密度分布的所希望的组合。

[0090] 利用具有通量集中磁体组件的铁磁透镜28，有助于实现有益的通量密集度。另外，通过定形透镜28的磁极面，例如定形成平面、凸面、凹面等等，可以操纵由通量集中磁体组件20形成的通量场形状和谐波，正如下面更详细地论述的。在通量集中磁体组件用于电磁机器时，这些特性影响了这些机器的电压和电流波形。

[0091] 图11中示意性显示了透镜和磁体的示例性结构。在该实施例中，分离磁体822和823可以布置成覆盖透镜828的边缘，以便在磁体组件面提供额外的通量密集度，以防止通量从透镜828的侧向面泄漏。图11A示出了北极磁体组件。除分离磁体922、923、中心磁体
921、和透镜928形成了南极磁体组件之外，图12中示出的实施例是类似的。分离磁体和透镜之间的交界面的几何结构可以进行其它变形；例如，在有些实施例中，透镜可以在分离磁体或推进磁体上方向外延伸，而在其它实施例中，透镜与中心磁体的毗邻面相连。例如，图
13A示出了磁体组件1020，其中透镜1028与中心磁体1021的毗邻面相连，并抵接推进磁体
1025。同样，图13B示出了磁体组件1020，其中透镜1028与中心磁体1021的毗邻面相连，并抵接推进磁体1024。

[0092] 虽然在前面的实施例中显示的透镜的横截面为矩形，但是，如上所述，透镜可以具有其它的横截面形状。例如，如图14所示，磁体组件1120具有在中心磁体1121之上在分离磁体1122、1123之间形成的凹部。透镜1128设置在该凹部中，具有凸的上表面，这可以进一步定形磁体面之上的通量密度，这在机器应用中例如具有杠杆作用从而获得了更大的转矩密度和/或降低了的谐波畸变。作为替代，如下面的图24A所示，透镜可以具有凹的上表面。

[0093] 任何通量集中磁体组件构造都可以与铁磁透镜结合使用。透镜的长度和宽度可以为与其一起使用的磁体组件的整个长度和宽度，或者其可以主要在中心磁体的上方居于中心，如图11和12所示。透镜的尺寸和形状可以优化，以用于所希望的任意特定的通量路径或间隙距离。

[0094] 图15A-图15E中示意性地显示了通量集中磁体组件20的各种构造中的中心磁体21、分离磁体22、23和推进磁体24的相对形状和尺寸的其它例子。每个所示构造都包括一主要或中心磁体21、侧向设置在中心磁体21的相对两侧上的分离磁体22、23、和透镜28。
某些构造包括纵向设置在中心磁体21的一端上的推进磁体24或25。从图15A-图15E中可以看到，每个磁体以及每个透镜的尺寸和形状可以变化很大。例如，在图10A示出的磁体组件中，每个分离磁体22、23都具有大致相同的尺寸，并且在侧向和纵向方向上具有恒定的横截面，而且中心磁体21和透镜28也具有恒定的横截面，但是，它们的总厚度等于分离磁体22、23的厚度。图15B示出了透镜28可以具有与其交界面处的中心磁体21相同的宽度，其宽度可以朝着磁体组件20的顶面增大。相反，图15E示出了中心磁体21朝着与透镜
128的交界面变窄。图15D示出了透镜28和中心磁体21可以具有非平面的交界面，即可以具有例如沿着侧向方向变化的厚度。图15C示出了推进磁体25和磁体组件20的其它部件之间的交界面可以是非平面的。所示的构造仅仅是示例性的，不意味着限制。

[0095] 多个磁体组件可以端部对端部地放置，以形成磁极组件。图16示意性示出了由两个通量集中磁体组件20、20'组成的磁极组件30。磁极组件30可以包括第三磁体组件20"，或者可以具有四个或更多个磁体组件。在该实施例中，每个磁体组件20、20'都是北极磁体组件，共同限定了“北极”磁极组件30。作为替代，南极磁体组件可以组合以形成“南极”磁极组件。磁极组件中的每个组成磁体构成的磁体组件可以为上述任一种构造（例如由一个、两个、三个或更多个磁体形成，具有一个或多个分离磁体、一个或多个推进磁体、和/或透镜）。

[0096] 图17A-图17F示出了磁极组件的各种示例性实施例。图17A显示了由五个相同的通量集中磁体组件1120形成的南极组件1130。图17B显示了由三个中心磁体组件1220和不同的端部磁体组件1220'（具有一推进磁体1225'）和1220"（具有设置在磁极组件1230的与推进磁体1224'相对的纵向端上的推进磁体1225"）形成的北极组件1230，其中每个中心磁体组件均具有中心磁体1221和分离磁体1222、1223。磁极组件1230因而实现了推进磁体1225'、1225"的益处。图17C进一步显示了磁极组件1330可以由三个相同的磁体组件1320形成，每个磁体组件1320除具有中心磁体1321和分离磁体1322、1323之外还均具有一透镜1328。磁极组件1330因而实现了铁磁透镜的益处。这些图仅仅是作为例子给出的；磁极组件可以包括任何两个或更多个单独的通量集中磁体组件，本领域技术人员应当认识和明白如何将在此所述的单独的通量集中组件组合成磁极组件，以为磁极组件的想要的应用获得所需的一组特性。

[0097] 如图17D和图17E所示，磁极组件可以由单个细长的通量集中磁体组件形成，而不是由多个磁体组件形成。在图17D的实施例中，磁极组件由中心磁体1421、分离磁体1422、1423、和推进磁体1424、1425形成。图17E显示了类似的磁极组件1530，其包括分离磁体
1522、1523、推进磁体1524、1525、和透镜1528。图17F进一步示出了磁极组件1630，其类似于磁极组件1230，除了各磁性组件1620、1620'和1620"分别包括透镜1628、1628'和1628"之外。

[0098] ]应当注意，沿图17B的线B-B和C-C剖取的截面分别对应于图9A和图9B所示的磁体组件720的横截面视图。同样，沿图17F的线L-L和M-M剖取的截面分别对应于图13所示的磁体组件1020和图14所示的磁体组件1120的横截面视图。

[0099] 多个磁极组件可以并排地放置，以形成磁性组件。图18示意性示出了由两个磁极组件、即北极组件30和南极组件30'组成的磁性组件40。可选择地，磁性组件40可以包括背衬部件35，磁极组件30、30'支撑或设置在所述背衬部件35上。背衬部件35优选由铁磁材料形成，可被称为背铁。背衬部件35可以为来自各个磁极组件的通量提供返回至相反极性的相邻磁极组件（未显示）的磁极的通量路径，例如为各个磁极组件的分离磁体提供上述通量路径。进一步地，磁性组件还可以包括位于磁极组件30、30'之间以及位于相邻磁极组件（未显示）之间的侧面保持部件或侧面插入件38。进一步地，磁性组件还可以包括位于磁极组件30、30'的一端或两端处的端部保持部件或插入件39。

[0100] 磁性组件中的磁极组件可以被空间间隙分开，或者可以不被分开。例如，图19示出了磁性组件1740具有背铁1735和支撑在背铁1735上的北极组件1730（具有中心磁体1721、分离磁体1722、1723、和推进磁体1724、1725）和南极组件1730'（具有中心磁体1721'、分离磁体1722'、1723'、和推进磁体1724'、1725'）。在该实施例中，每个磁极组件都显示为由单个磁体组件、而不是多个磁体组件形成，但这仅仅是为了便于说明，可以考虑每个磁极组件可以形成为上述的任意构造。在该实施例中，磁极组件1730、1730'之间没有空间间隙，因而它们相互接触。诚然，北极组件1730的分离磁体1722甚至可以固定到南极组件1730'的分离磁体1723'上。图20A、图20B、和图20C分别显示了图19沿线
20A-20A、20B-20B、和20C-20C剖取的局部横截面视图（为简化说明，没有显示背铁1735）。
如图20A-图20C所示，北极组件1730的中心磁体1721的顶面和底面分别具有向北和向南的磁化作用，而南极组件1730'的中心磁体1721'的顶面和底面分别具有向南和向北的磁化作用。在磁极组件1730、1730'中，分离磁体1722、1723和1722'、1723'以及推进磁体
1724、1725和1724'、1725'分别起到与上述针对结合有分离磁体和推进磁体的磁体组件和磁极组件的各种实施例所描述的相同的作用。

[0101] 图21示出了磁性组件1840的另一个实施例。磁性组件1840具有背铁1835和支撑在背铁1835上的北极组件1830和南极组件1830'。和前述实施例一样，在该实施例中，每个磁极组件都显示为由单个磁体组件而不是多个磁体形成，但这仅仅是为了便于说明，可以考虑每个磁极组件可以形成为上面描述的任意构造。而且在该实施例中，磁极组件1830、1830'之间没有空间间隙，因而它们相互接触。与前述实施例不同的是，每个磁极组件
1830、1830'包括透镜1828、1828'。进一步地，磁性组件1840包括位于磁极组件1830、1830'的各端的端部插入件1839，所述端部插入件耦联于背铁1835（虽然在图21中显示为与背铁1835一体形成，但是，端部插入件1839可以与背铁1835分开地形成，并在操作上与之耦联，或者设置在其附近）。图22A、图22B、和图22C分别显示了图21沿线22A-22A、22B-22B、和22C-22C剖取的局部横截面视图（还是为了简化说明，没有显示背铁1835或端部插入件
1839）。如图22A-图22C所示，北极组件1830的中心磁体1821的顶面和底面分别具有向北和向南的磁化作用，而南极组件1830'的中心磁体1821'的顶面和底面分别具有向南和向北的磁化作用。在磁极组件1830、1830'中，分离磁体1822、1823和1822'、1823'以及推进磁体1824、1825和1824'、1825'分别起到与上述针对结合有分离磁体和推进磁体的磁体组件和磁极组件的各种实施例所描述的相同的作用。

[0102] 如上参照图18所述，磁极组件可安装在背铁上，并可以通过铁磁侧面插入件或侧面保持部件分开，而不是彼此接触。诸如在此描述的通量集中磁体组件允许使用比传统磁体组件所使用的更薄的背铁。一般来说，随着背铁厚度减少，背铁携带通量的能力减弱，使通量更可能饱和。饱和使磁路的磁阻增大，当应用于永磁机中时，所引起的通量减少导致每安培转矩减小。当使用诸如在此所公开的通量集中磁体组件时，相邻磁极之间的极性定向成使得，除了促使通量除流过背铁之外，还促使通量流过磁极之间的空气或其它间隔（因为一部分通量进入分离磁体的侧面，并从分离磁体的侧面出来）。这一定程度上缓解了背铁携带通量的需要，由此使得背铁厚度得以减少。相反，在正极性磁体的传统构造中，包括损失到相邻磁极的更大量的漏通量在内的几乎所有流过磁体的通量都由背铁携带，背铁厚度必须足够携带全部这些通量。

[0103] 如果在磁极之间使用铁磁保持插入件38，则可以进一步减少背铁厚度，正如参照图23将要阐述的。图23A中所示的磁性组件1940包括磁极组件1930、背铁1934和侧面插入件1938。磁极组件1930包括一个或多个通量集中磁性组件，所述通量集中磁性组件包括中心磁体1921和分离磁体1922、1923，各磁体均与侧面插入件1938相接触。插入件1938允许更多的返回通量被携带在磁极之间并穿过磁极组件1930的分离磁体1922、1923。保持插入件1938可以直接形成在背铁1934上，或者可以分开地形成并安装在背铁1934上。因为保持插入件1938的磁阻低于空气（否则某些磁通量将穿过空气），所以保持插入件1938降低了总通量回路磁阻——益处表现为通量在预定位置进一步密集。

[0104] 可以优化保持插入件1938的尺寸，尤其是其高度和宽度，以按照所希望的方式使通量密集。最佳尺寸的保持插入件1938足够高、足够宽，以携带所希望量的返回通量，但不能太高、太宽，否则它们将提供例如被引导穿过机器气隙的通量的替代路径。使用保持插入件1938时，因为保持插入件1938在需要避免通量饱和的地方增加了背铁34的局部有效厚度，所以可以减少背铁1934的总体厚度。

[0105] 作为替代，如下面详细描述的那样，单独的通量集中磁体组件或完整的磁极组件可以利用铁磁磁体保持件安装到背铁上，以实现同样的结果。磁体组件或磁极组件还可以包括设置在其背表面上的自身的铁磁背衬部件，铁磁背衬部件可以起到携带来自相邻磁极组件中的相邻磁体组件的返回路径中的一些或全部通量的作用。这种背衬部件还可以起到支撑到或保持到承载有多个磁体组件或磁极组件的更大背铁或其它支撑结构上的结构支撑件和/或保持机构的作用。支撑结构可以整体上或部分地由铁磁材料形成，并起到携带相邻磁体组件/磁极组件之间的返回路径中的一些通量的作用，或者可以完全由非铁磁材料形成，仅仅作为用于磁性组件中的所述组成磁极组件的结构支撑件。各个背铁可以通过任何适合的机构耦联于较大背铁或结构支撑件，例如通过燕尾连接。

[0106] 值得注意的是，因为插入件1938将有效短接正极性磁体（从而吸引通量远离间隙），因此减少了穿过间隙的有效通量，因此利用正极性磁体不能获得铁磁保持插入件1938的益处。但是，通过通量集中磁体结构，分离磁体1922、1923（与保持插入件1938相邻）的极化角设计成使得保持件携带相邻磁极之间的有效通量，而不是提供相邻磁体面之间的上面描述的短接路径。铁磁保持插入件1938还可以为磁性组件1940或更大的组件或机器（磁性组件1940可以形成为该更大的组件或机器的一部分）提供有效的结构刚度。

[0107] 在前述实施例中，背铁、侧面插入件或端部插入件、和磁体组件或磁极组件都显示为具有直线性交界面。但是，这些交界面没必要这样限制。例如，如图24A所示，磁性组件2040具有耦联于背铁2035的磁极组件2030（由包括中心磁体2021、分离磁体2022和2023、和透镜2028的一个或多个磁体组件形成）和2030'（由包括中心磁体2021'、分离磁体2022'和2023'、和透镜2028'的一个或多个磁体组件形成），所述背铁形成有一上表面，该上表面具有横截面形状符合磁极组件2030、2030'的横截面形状的凹部。实质上，该背铁构造集成了上面描述的分开的背铁和侧面插入件的作用，正如图23中磁性组件1940中那些通量线的相似性所显示的。注意，透镜2028、2028'具有凹表面。再例如，图24B显示了具有同样“嵌入”在背铁2135的具有一定形状的上表面中的磁极组件2130、2130'的磁性组件2140。
注意，磁极组件由具有单个磁体2121、2121'和透镜2128、2128'的磁体组件形成，所述单个磁体形成有相对于其顶表面可变的磁极化角或标称通量轴线，所述透镜具有平的上表面和弓形的、凸的下表面（对应于磁体2121、2121'的弓形的、凹的上表面）。各透镜的平的上表面能够提供了将磁体材料放置成尽可能靠近磁性组件2140的机器应用中的定子绕组的优点。如磁体2121、2121'内的通量线方向所示的，不是所有的通量线需要定向成朝着（或离开）透镜2128、2128'——通过将某些磁畴排列至表面，磁性组件可以产生更平滑的波形。

[0108] 端部保持件或端部插入件的效能或作用显示在图25中，图25显示了磁性组件2240。磁性组件2240包括北极组件2230（为简化说明，显示为由具有中心磁体2221、分离磁体2222、2223、和推进磁体2224、2225的单个磁体组件形成）和南极组件2230'（具有中心磁体2221'、分离磁体2222'、2223'、和推进磁体2224'、2225'）。侧面插入件2238设置在分离磁体2222、2223'之间并与之接触，端部插入件2239设置在毗邻并接触推进磁体2224、
2224'、2225、2225'的磁极组件的相对两端上。箭头示出了流过磁极组件的推进磁体之间的插入件2239的通量以及流过分离磁体之间的插入件2238的通量。在图25中没有显示的是通量离开北极组件2230的上表面并进入南极组件2230'的上表面。

[0109] 如上所述的磁性组件可以结合到各种磁性机器中。图26A示意性示出了磁性机器2301的部件，该磁性机器可以是，例如，马达/发电机。磁性机器2301的部件可以包括磁性组件2340、2340'、其上可以安装磁性组件40、40'的磁性组件支撑件2350、和其上可以安装一个或多个导电绕组65的绕组支撑件2360。

[0110] 在该实施例中，磁性组件2340、2340'的磁极面由一气隙（如图26A中“气隙”所示）分开。如穿过气隙的箭头以及磁性组件支撑件2350中的箭头头部（圆）和尾部（叉）所示，通量基本上流过绕组2365，并在磁性组件支撑件2350内两次改变方向。磁极组件的组成磁体的标称通量轴线可以定向成朝着气隙、即朝着绕组2365汇聚，可选地，组成磁极组件的透镜（未显示）和/或磁性组件的插入件或具有一定形状的背铁（未显示）可以构造成改变由磁性组件产生的通量场，以在绕组2365形成所希望的通量密度分布。

[0111] 磁性组件2350和绕组支撑件2360可以耦联于组件支撑件（在该图中未显示），以便彼此相对运动。例如，磁性组件2350可以耦联于组件支撑件以便转动运动（即作为“转子”），绕组支撑件2360可以固定地耦联于组件支撑件（即作为“定子”）。如果转子2350的旋转轴线在图26A中处于竖直方向（例如在转子和定子的右边），则磁性机器2301为轴向通量机器。如果转子2350的旋转轴线在图26A中处于水平方向（例如在转子和定子的下方），则磁性机器2301为径向通量机器。作为替代，如果磁性支撑组件2350相对于定子2360直线运动，而不是转动，则磁性机器2301具有线性机器结构。

[0112] 图26B显示了磁性机器的另一种构造，其也是马达/发电机。磁性机器2401具有安装在磁性组件支撑件2450上的单个磁性组件2440。在传统构造中，绕组支撑件2460支撑一个或多个导电绕组2465，所述导电绕组2465缠绕在铁磁芯2467上。

[0113] 磁性组件2440的磁极面通过气隙（如图26B中“气隙”所示）与导电绕组2465和铁磁芯2467分开。如穿过气隙的箭头以及磁性组件支撑件2460中的箭头尾部（叉）和绕组支撑件2460中的箭头头部（圆）所示，通量大体上流入定子和转子，并在定子和转子中改变方向。定子中携带通量的任何给定点都看到完全通量反向（芯中的AC通量）。

[0114] 磁极组件的组成磁体的标称通量轴线可以定向成朝着气隙、即朝着绕组2465和芯2467汇聚，可选地，所述组成磁极组件的透镜（未显示）和/或磁性组件的插入件或具有一定形状的背铁（未显示）可以构造成改变由磁性组件产生的通量场，以在绕组2465形成所希望的通量密度分布。

[0115] 和前述实施例一样，磁性组件2450和绕组支撑件2460可以耦联于组件支撑件（在图26B中未显示），以便彼此相对运动。例如，磁性组件2350可以耦联于组件支撑件以便转动运动（即作为“转子”），绕组支撑件2460可以固定地耦联于组件支撑件（即作为“定子”）。如果转子2450的旋转轴线在图26B中处于竖直方向（例如在转子和定子的右边），则磁性机器2401为轴向通量机器。如果转子2450的旋转轴线在图26B中处于水平方向（例如在转子和定子的下方），则磁性机器2401为径向通量机器。作为选择，如果磁性支撑组件2450相对于定子2460直线运动，而不是转动，则磁性机器2401具有线性机器结构。

[0116] 图27-图32示出了结合有如上所述的通量集中磁体组件的表面安装的磁体轴向场磁性机器的示例性实施例，在该实施例中，磁体轴向场磁性机器为马达/发电机。如图26和图27所示，磁性机器2501具有类似于图26A中示意性显示的转子/定子构造，包括横截面为U形的区段环形转子2550和设置在转子的支腿之间的区段环形定子2560。

[0117] 转子2550利用结构支撑部件2552耦联于旋转转子轮毂2551。转子轮毂2551可旋转地安装在延伸穿过定子轮毂2561的中心开口的轮轴（未显示）上。定子2560利用结构支撑部件2562附接于定子轮毂2561。定子轮毂2561固定地附接于支撑结构和/或外壳配置（未显示），这进一步保持了定子2560的固定方向。转子2550具有第一磁性组件支撑部件2551和第二磁性组件支撑部件2555，所述第二磁性组件支撑部件2555利用紧固件（未显示）在分别位于支撑部件转子2551和2555的外周上的安装块2556上附接于第一支撑部件2551。

[0118] 该实施例的定子2560可以包括环形的定子区段2565的阵列，每个区段2565可以具有类似于美国专利号码7,109,625和国际申请PCT/US2010/000112中所述的电路板配置，这些专利文献的公开内容在此引入作为参考。

[0119] 图29放大显示了图28所示的第一磁性组件支撑件2551的一部分。磁极组件2530安装到第一磁性组件支撑件2551的背铁2534上。如图29中几个磁极组件2530的更详细视图所示，磁极组件利用磁体保持件2536在背铁2534保持就位。如图28所示，各磁极组件2530由一组径向排列的五个通量集中磁体组件2520组成。每个磁极组件2530均为马达/发电机2501的一个磁极。虽然在图27中看不见，但是，类似的磁极组件也安装到第二磁性组件2555上，使得第二支撑件2555上的“北极”磁极组件与第一支撑件2550上的“南极”磁极组件相对，反之亦然。给定“北极”磁极组件2530的组成磁体中的磁极的方向与这些磁体的极化角方向组合，导致磁通量从分离的磁体2522和2523倾斜地指向中心磁体2521，并向外穿过间隙朝向相对磁体组件上的相反极性的磁极。同样，给定“南极”磁极组件2530的组成磁体中的磁极方向与这些磁体的极化角方向组合，导致磁通量从分离磁体2522和2523远离中心磁体2521指向，并进入背铁2534，所述背铁提供返回相邻磁极的返回通量路径。在马达/发电机2501中，磁极组件2520的磁体组件2520的标称通量方向垂直于背铁2534。

[0120] 图30和图31示出了用于马达/发电机2601的替换实施例的磁极组件和通量集中磁体组成的组件。该实施例与上述实施例的不同仅在于：每个磁极组件2630在其径向内端和外端的每端均包括磁体组件，该磁体组件包括推进磁体。磁体组件2620'设置在各个磁极组件2630的径向内端上，并包括中心磁体2621'、分离磁体2622'和2623'、和推进磁体2625'。磁体组件2620"设置在各个磁极组件2630的径向外端上，并包括中心磁体2621"、分离磁体2622"和2623"、和推进磁体2625"。在磁极组件2630中使用推进磁体，通过使通量在径向上密集，以便提高穿过间隙至相对的转子上的相反极性的磁极的密度，而进一步改善了马达/发电机2601的性能。进一步地，在磁极在其外径处比其内径处稍宽的轴向机器中，推进磁体可用于将峰值气隙通量密度尽可能远离磁极的外径，从而增加用于通过转子和定子的电磁耦合而在转子表面处产生的剪切应力的转矩杠杆臂。这还具有减少径向导线长度的效果，从而对于给定的电流水平，通过减小机器的有效电阻，提高效率。

[0121] 在大多数永磁机中，诸如上面描述的通量集中磁体组件使通量集中在其上安装磁体组件的背铁与相对的背铁之间的间隙中，所述相对的背铁可以具有安装在其上的另外的磁体组件，也可以没有。这些磁体组件对于控制转子上的相邻磁极之间的漏通量、增大间隙中的峰值通量密度、调节穿过间隙的通量分布（从而实现改善的波形质量）、以及使磁体组件实现有益的总体有效矫顽磁性而言是有用的。铁磁透镜进一步使通量集中，并促进了上述优点。由使用这些磁体组件引起的每安培转矩的提高使得能够使用低等级的磁体，而低等级的磁体成本低而且更容易获得。

[0122] 诸如上面描述的通量集中磁体组件可用于利用表面安装磁体的任何电磁机器中。例如，图33和图34显示了具有定子2760和转子2750的表面安装磁体径向场机器2701。
所示的磁极组件2730安装到转子2750上。由于表面安装磁体径向场机器在本领域是众所周知的，所以在此仅论述这种机器与本发明有关的那些方面。

[0123] 参照图33，表面安装磁体径向场机器2701的转子2750具有转子背铁2734，多个磁极组件2730附接于所述转子背铁。每个磁极组件2730均包括五个磁体组件，其结构与前述实施例的磁极组件2630基本相同。特别地，各个磁极组件2730的端部上的磁体组件2720'和2620"分别包括推进磁体2725'和2724"。

[0124] 当在诸如机器2701的表面安装磁体径向场机器中使用时，每个通量集中磁体组件的中心磁体具有沿径向的极化角。径向机器中的分离磁体的极化角既有径向分量，又有切向分量（即与转子表面相切），这种机器中的推进磁体的极化角既有径向分量，又有轴向分量。注意，在径向场机器中，推进磁体对于使转子的轴向边缘处的涡流最小化有用。本领域普通技术人员应当理解，在有些实施例中，单独的通量集中磁体组件或由多个通量集中磁体组件形成的磁极组件可以卷曲成螺旋形，以减少齿槽效应转矩。

[0125] 如图35所示，马达/发电机2701的定子2760包括定子背铁2764和凹入绕组2762，凹入绕组与来自转子2750上的通量集中磁体组件的磁通量相互作用，以使转子2750转动（在马达构造中），或者随着转子2750的转动在绕组2762中产生电（在发电机构造中）。

[0126] 本发明径向场机器的应用不局限于图33-图35所示的具体实施例；相反，在此描述的任何通量集中磁体组件均可以用于替换这些图中的磁体组件2720、2720'和/或2720"，任何数量的通量集中磁体组件（即一个或多个）都可用于形成径向机器（例如径向马达/发电机2701）的各个磁极组件。

[0127] 此外，本领域普通技术人员应当明白，虽然图33-图35中描绘的表面安装磁体径向场马达/发电机2701具有外定子和内转子，但是，依照本发明的通量集中磁体组件也可以有利地用于具有内定子和外转子的表面安装磁体径向场机器中。图36显示了使用通量集中磁体组件的表面安装磁体径向场马达/发电机机器2801的示意图。马达/发电机2801包括具有安装在背铁2834上的磁体组件2820的转子2850和具有设置在定子背铁2864中的绕组2862的定子2860。

[0128] 当在表面安装磁体径向场机器中使用时，诸如上面描述的那些通量集中磁体组件实现了在此所述的同样的优点，包括使泄漏到相邻磁极的漏通量最小、增大峰值通量密度、允许通量场受控制以使总谐波失真最小、以及能够利用改变矫顽磁性的磁体区段而不会实质上影响通量集中磁体组件的总体矫顽磁性。保持插入件同样可以用于表面安装的磁体径向场机器中，并获得如上所述同样的益处。

[0129] 作为诸如上述的通量集中磁体组件的潜在用途的另一个例子，图37-图39显示了利用通量集中磁体组件的表面安装磁体横向通量马达/发电机机器2901的实施例。横向通量机器2901包括定子2960，绕组2962穿过所述定子。横向通量机器2901还包括转子2950，所述转子2950包括背铁组件2934，永磁体2920安装在所述背铁组件上。诸如定子2460的横向通量机器定子构造成提供一个或多个通量回路，当诸如转子2450的机器转子转动时，通量以交替的方向流过这些通量回路。在传统表面安装横向通量机器中，诸如在2007年3月IEEEMultidiscipiinary Engineering Education Magazine第二卷第一期中“Transverse Flux Machines:What For？”的图3中描绘的横向通量机器中（图37-图39中描绘的横向通量机器是从该横向通量机器中修改得来的），该文献的公开内容在此引入作为参考，两排平行永磁体安装在转子上。每排中的磁体具有交替的极性，所述各排排列成使得一排中的北极磁体与另一排中的南极磁体相对，反之亦然。如图38和图39所示，横向通量机器2901的永磁体2920布置在诸如上述组件的通量集中磁体组件中。

[0130] 如图39所示，在横向通量机器2901中，传统横向通量机器的简单永磁体被替换为可以具有上面描述的任意构造的通量集中磁体组件2920。横向通量机器中的通量集中磁体组件使泄漏到相邻磁极的漏通量以及转子轴向侧上的涡流最小化。这也允许增大峰值通量密度，并可用于使总谐波失真最小。而且，能够利用改变矫顽磁性的磁体区段而不会实质上影响通量集中磁体组件的总矫顽磁性。因而，可优化在此所述的全部实施例，用于以旋转方式或直线方式运行的任意径向、轴向或横向通量电马达或发电机，以便集中通量、减少漏通量、控制或定形通量场谐波，并获得大于至少一个组成磁体区段的矫顽磁性的总体磁体组件矫顽磁性，或者实现这些目的的任何组合。

[0131] 依照本发明的通量集中磁体组件还可用于电磁机器之外的许多其它应用。与由相同尺寸和形状的正极性磁体在相同体积中形成的磁场相比，通量集中磁体组件对给定体积中的磁场进行再分配。所以，通量集中磁体组件的表面周围的通量密度与相同尺寸和形状的正极性磁体的表面周围的通量密度不同。

[0132] 该特征的一个益处在于，与同样尺寸和形状的正极性磁体的理论最大表面通量密度相比，通量集中磁体组件可以实现更高的表面通量密度，因而实现更大的磁力。这不仅在电磁机器中有用，而且对利用磁体的吸引力或排斥力的其它应用也有效。例如，通量集中磁体组件对于磁提升有益，其中磁体的表面通量密度影响最大提升能力。通量集中磁体组件还对于磁支承有益，其中，与使用相同尺寸和形状的正极性磁体的情况相比，相同极性的相对的通量集中磁体组件形成更大的排斥力，从而形成更强的支承。

[0133] 该特征的另一个益处在于，通量集中磁体组件的顶部（即，通量集中磁体组件的、标称极化角所指向的那侧）的通量密度不同于通量集中磁体组件的底部（即与顶部相对的那侧）的通量密度。与正极性磁体不同，通量集中磁体组件在顶部具有比底部更强的磁吸力（或者在底部具有比顶部更强的磁吸力），这有助于通量集中磁体组件在磁吸力优选在一个方向上大于相反方向上的应用中使用。例如，通量集中磁体组件在用于组装和拆卸包括磁性部件的机器的工具中是有用的。还可以充分利用该特征以促进通量集中磁体组件的安装和移除，这是因为对组件的较少吸引一物体（例如背铁）的那侧进行保持的作用力可以被对组件的较多吸引一不同的物体（例如一件工具）的那侧进行保持的作用力克服。

[0134] 该特征的又一个益处在于，可调节通量集中磁体组件的分离磁体和/或推进磁体的极化角和相对尺寸，以定形由通量集中磁体组件产生的磁场，调节通量集中磁体组件表面上的磁力分布。例如在磁性传感器应用中，定形磁场是有益的，其中，调节磁场的形状可以改善位置排列分辨率，减少达到所需的通量密度所需的材料，并改善信号波形。调节通量集中磁体组件表面上的磁力分布的能力允许对于给定应用优化力的分布。

[0135] 上述应用仅仅是示例性的，本领域技术人员应该认识到，还存在许多其它应用，其中通量集中磁体组件具有超过同样尺寸和形状的传统正极性磁体的一个或多个优点。

[0136] 值得注意的是，如上所述，在依照本发明的通量集中磁体组件中使用的永磁体不一定必须是矩形或甚至不一定是菱形的。作为另一个示例，分离磁体和/或推进磁体的拐角部可以削减与极化角有关的某一角度，以在不会实质上损害性能的情况下减少磁体总体积。优选地，依照本发明的通量集中磁体组件的形状被设计成容易侧面对侧或端对端地放置在例如在轴向磁性机器中使用的磁极组件中。例如，优选非环形通量集中磁体组件。

[0137] 如上所述的任一磁体组件的单独的磁体区段可以在上述任何方式上与同一组件中的其它单独的磁体区段不同，所述方式包括能积等级、剩磁等级、工作温度等级和矫顽磁性等级；制造磁体区段的磁性材料类型；和相对尺寸，包括高度、宽度和长度。

[0138] 另外，如上所述，磁体组件可以由固定在一起的各个磁体区段形成。但是，利用具有变化极化角的单个磁体也可以实现相同的益处和效果，如上所述。

[0139] 现在参照图39-图44，描述制造例如如上所述的通量集中磁体组件的方法。

[0140] 存在至少六种不同的用于制造通量集中磁体组件的方法。如下所述的制造方法的目的在于定向如前面所述的各个磁体区段的最终磁极化。

[0141] 在此描述的五种方法涉及磁体，该磁体能使磁畴在制造工艺的一步骤期间预定向以实现上面描述的本发明。对于这些预定向磁畴的方法，当原材料处于其能够通过扩散结合或其它方式由粉末、塑料材料、液态转变成固态磁体材料而形成的状态时，形成所述排列，所述固态磁体材料包括存在具有已知磁极方向的磁场的永磁体。通过利用这种方式进行磁畴预排列，磁体体积能够在磁化时保持更强的剩磁，从而得到性能比磁畴随机定向的磁体更强的磁体。这五个方法中的每一个方法的最终结果都是得到了各子部件包含上面描述的磁化角的磁体组件。

[0142] 在此所述的最终制造方法形成了一种结构，通过该结构，组成材料的磁畴初始以随机取向排列。则磁体的体积中的各个点的最终磁化方向名义上等于磁化过程中施加的磁场的排列。净结果是，该磁体弱于使用采用了上面描述的磁畴排列的替代性方法制造的磁体，而且制造成本也低。

[0143] 在可行的制造方法的下列说明中，术语“磁体区段”指的是中心磁体、分离磁体或推进磁体中的任意磁体。“可适用的磁体区段”是形成所需的磁体组件所必须的那些磁体区段。例如，正如前面所阐述的，磁体组件可以只包括一个中心磁体和两个分离磁体，或者可以进一步还包括一个或两个推进磁体。

[0144] 现在描述提出的制造方法：

[0145] 如图40所示，在第一制造方法3000中，首先在步骤3002在磁场中通过例如扩散结合或粘结结合形成可适用的单独的磁体区段。随着粉末原材料被压成固体，磁场对该粉末原材料的磁畴进行排列。作为替代，可适用的磁体区段可以由基于气或液的原材料制成，这种原材料允许在存在磁场的情况下固化以排列磁畴。然后在步骤3004，将可适用的磁体区段彼此固定，磁畴处于合适的最终方向，以形成所希望的磁体组件。

[0146] 如果所希望的磁体组件包括铁磁透镜，则在步骤3006，将铁磁透镜固定到磁体组件上。

[0147] 然后，在步骤3008，考虑是需要北极组件还是南极组件，将整个磁体组件永久地磁化，以实现最终所希望的磁极化角。例如，在仅由分离磁体构成的北极磁体组件中，例如在图2B中所描绘的组件中，施加于所述组件上的单个磁场作为整体永久地磁化分离磁体122，以相对于磁体组件的标称通量方向实现负45°的通量方向，以及永久地磁化分离磁体
121，以相对于磁体组件的标称通量方向实现正45°的通量方向。

[0148] 如图41所示，在第二制造方法3100中，在步骤3102，首先通过上面对于方法3100所描述的技术之一形成可适用的磁体区段。然后，在步骤3104，考虑是将磁体区段组装成北极组件还是南极组件，将每个可适用的磁体区段永久地磁化，以使之具有所希望的极化角。例如，北极中心永磁体被永久地磁化，使得极化角与标称通量方向平行并沿着标称通量方向，而南极分离磁体被永久地磁化，使得极化角的范围从0°到比标称通量的相反方向大不到90°或小不到90°。

[0149] 最后，在步骤3106，根据需要，将磁体区段固定在一起，以形成所希望的磁体组件，如果适用，在步骤3108，将铁磁透镜与之固定。如果需要由多个磁体组件构成的磁极组件，则可以将多个磁体组件固定在一起以形成单个磁极组件，如果适用，可以将铁磁透镜与之固定。

[0150] 如图42所示，在第三制造方法3200中，在步骤3202，在复合磁场中形成单个磁体（通过上面描述的技术之一），该复合磁场相当于所希望的磁体组件的磁畴排列，以便以连续可变的方式排列磁畴。然后，在步骤3204，在一磁场中永久磁化该单个磁体，使得磁体的各个部分以合适的极化角饱和。例如，如果需要北极取向的磁体组件，则永久磁化该单个磁体，使磁体的中心部分具有与标称通量方向平行并沿标称通量方向的极化角，磁体的侧面部分具有偏离标称通量方向一比标称通量方向大不到90°或小不到90°的任意角度的极化角。为形成相应的南极磁体组件，反向施加磁化。

[0151] 如果所希望的磁体组件包括一铁磁透镜，则可在步骤3206中，在单个磁体已经被永久磁化之后，将铁磁透镜固定到该单个磁体上。作为替代择，铁磁透镜也可以在磁化之前已经定位。

[0152] 如图43所示，在第四制造方法3300中，在步骤3302，（通过上面描述的技术之一）在磁场中形成可适用的磁体区段以排列磁畴。然后，在步骤3304，将可适用的磁体区段固定到磁体组件支撑部件上，例如上文结合各种实施例描述的背铁或其它部件之一上，在将磁体区段固定于支撑部件时，利用固定装置来彼此紧密接触地保持这些磁体区段。如果需要由多个磁体组件构成的磁极组件，则将每个磁体组件用同样的方式固定到支撑部件上。如果所希望的磁体组件或磁极组件利用了铁磁透镜，则在步骤3306，将透镜固定到磁体组件或磁极组件上。然后，在步骤3308，利用如上所述的合适的磁化将整个磁体组件（或磁极组件）磁化。该方法通过能使用简化的工具在诸如上面描述的环上放置或移除磁体组件而有利地使制造简便。

[0153] 如图44所示，在第五制造方法3400中，在步骤3402，（通过上述技术之一）在磁场中形成可适用的磁体区段以排列磁畴。然后，在步骤3404，将可适用的磁体区段固定到磁体组件支撑部件上，例如上文结合各种实施例描述的背铁或其它部件之一上，在将磁体区段固定于支撑部件时，利用铁磁保持插入件使这些磁体区段保持接触。如果需要由多个磁体组件构成的磁极组件，则将每个磁体组件用同样的方式固定到支撑部件上。如果所希望的磁体组件或磁极组件利用了铁磁透镜，则在步骤3406，将铁磁透镜固定到磁体组件或磁极组件上。然后，在步骤3408，将整个磁体组件（或磁极组件）利用前面所述的合适的磁极化进行磁化。

[0154] 如图45所示，在第六制造方法3500中，在步骤3502，利用单独的粘合剂材料（例如环氧树脂）将包含硬磁复合物的粉末结合在一起，形成具有带随机磁畴排列的组成硬磁颗粒的各向同性固体。在有些实施例中，用于该步骤的粉末是各向异性的，磁畴排列与晶体结构有关，粉末的各个颗粒理论上接近单个晶粒或单个磁畴。

[0155] 如果所希望的磁性组件包括铁磁透镜，则在步骤3504，将透镜固定到新形成的固体上。

[0156] 在步骤3506，通过使该固体经受具有所希望的磁体组件的磁极化的复合磁场，永久磁化该固体。例如，如果需要具有从中心到边缘的一系列范围的极化角的磁体组件，则复合磁场具有从中心到边缘的可变极化角。因为该固体初始是具有随机磁畴排列的各向同性的，将在施加磁场的任何方向磁化该固体。

[0157] 除上述方法之外，除了铁磁透镜，在此所述的每个磁体区段也可以由粉末制成，由液体冷却，或者由近似液体冷却，然后被压成合适的形状。例如，铁磁透镜可以在磁体组件中直接被形成在该铁磁透镜的位置上。另外，对于包括铁磁透镜的磁体组件，每个磁体区段可以由粉末制成，由液体冷却，或者由近似液体冷却，然后模制在透镜周围，以形成所希望的磁体组件。作为对包括铁磁透镜的磁体组件的替代，可以在被固定的磁体区段的顶部加工一凹口，该凹口在将铁磁透镜固定到被固定的磁体区段上时使用，以形成所希望的磁体组件。