磁蓄冷器單元以及具有其的磁冷卻系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本公開的實施例涉及利用磁熱材料的磁熱效應的磁蓄冷器單元(magneticregenerator unit)以及具有該磁蓄冷器單元的磁冷卻系統。
【背景技術】
[0002]磁冷卻系統被配置為利用磁熱材料的在被磁場磁化時產生熱并在被外磁場退磁時吸收熱的特性。此外，磁冷卻系統可以代替使用空氣壓縮循環的傳統冷卻裝置。
[0003]通常，磁冷卻系統包括:磁蓄冷器，其由磁熱材料形成；磁通產生器，用于從磁熱材料獲得磁熱效應；流體供應裝置，用于由磁熱效應形成熱梯度；熱交換器，用于利用熱梯度從外部吸收熱或用于發射熱到外部；以及其他部件。
[0004]在磁冷卻系統中，包括外部定子和內部轉子的磁通產生器提供有磁熱材料，所述磁熱材料均勻地布置在定子的內表面上以降低轉子的轉矩從而獲得高效率。當磁熱材料均勻地布置在定子的內表面上時，被形成為橢圓形形狀的磁通產生器被分成磁化區域和退磁區域。
[0005]在橢圓形形狀的磁通產生器中，磁場的變化增大的區域和磁場的變化減小的區域通過永磁體的旋轉而出現，因此傳熱流體的流動可以不對應于磁場的變化。當磁場的變化和傳熱流體的流動成比例地改變時，磁通產生器可以獲得最大的冷卻能力。然而，在橢圓形形狀的磁通產生器中，傳熱流體可不成比例地改變并且可不均勻地流動，使得在考慮材料的量時不能獲得最大的冷卻能力。
【發明內容】
[0006]在一個或更多個實施例的一方面中，提供一種磁蓄冷器單元以及具有該磁蓄冷器單元的磁冷卻系統，該磁蓄冷器單元通過允許傳熱流體均勻地流動的圓形磁蓄冷器結構能夠獲得磁蓄冷器的最大冷卻能力，通過具有與磁蓄冷器的相對磁導率類似的相對磁導率的磁條能在降低轉子的轉矩的同時實現高效率的磁蓄冷器。
[0007]在一個或更多個實施例的一方面中，提供一種磁蓄冷器單元，其包括:磁蓄冷器，由磁熱材料形成；以及磁條(magnetic band)，具有與磁蓄冷器的相對磁導率類似的相對磁導率，并設置在磁蓄冷器的一側。
[0008]磁蓄冷器可以提供有多個，所述多個磁蓄冷器設置為彼此間隔開，磁條可以提供有多個，所述多個磁條被設置為在多個磁蓄冷器之間彼此間隔開。
[0009]磁蓄冷器和磁條可以在圓周方向上彼此交替地設置。
[0010]磁條可以形成為具有與磁條的圓柱表面的曲率相同的曲率的彎曲板的形狀，并可以設置在磁蓄冷器之間。
[0011 ] 磁條可以由具有高的相對磁導率的磁性材料和非磁性材料的化合物材料形成。
[0012]磁性材料可以包括鐵粉，非磁性材料可以包括空氣、塑料、聚合物和鐵氧化物中的至少一種。
[0013]磁條的相對磁導率可以通過在調整磁性材料和非磁性材料的體積比或調整每單位面積(per unit area)的磁性材料的密度比之后混合磁性材料和非磁性材料來改變。
[0014]磁條的相對磁導率可以具有在磁熱材料的相對磁導率的20%至150%的范圍內的值。
[0015]磁條的相對磁導率可以具有在由于溫度變化而改變的磁熱材料的相對磁導率的范圍內的值。
[0016]磁條可以包括在形成磁蓄冷器的溫度梯度的縱向方向上具有一個或更多個不同的相對磁導率的部分。
[0017]磁條可以形成為與磁蓄冷器相同的形狀，并設置在磁蓄冷器的一側。
[0018]磁條可以形成為不同于磁蓄冷器的橢圓形形狀，并設置在磁蓄冷器的一側。
[0019]磁條可以包括其中容納磁蓄冷器的容納槽。
[0020]磁條可以形成為環形。
[0021]磁條的厚度可以不同于磁蓄冷器的厚度。
[0022]磁蓄冷器單元還可以包括容器，磁蓄冷器和磁條被插入和固定在該容器中，該容器可以包括其中插入磁蓄冷器的磁蓄冷器容納槽和其中插入磁條的磁條容納槽。
[0023]容器可以形成為環形，其中磁蓄冷器容納槽和磁條容納槽可以在圓周方向上交替地布置。
[0024]在一個或更多個實施例的一方面中，提供一種磁冷卻系統，其包括:磁通產生器，產生磁場以從磁熱材料獲得磁熱效應；磁蓄冷器單元，設置在磁通產生器產生的磁場中；流體供應裝置，由磁熱效應形成溫度梯度；以及熱交換器，利用溫度梯度與外部交換熱，其中磁蓄冷器單元包括由磁熱材料形成的磁蓄冷器、以及具有與磁蓄冷器的相對磁導率類似的相對磁導率并設置在磁蓄冷器的一側的磁條。
[0025]磁通產生器可以包括作為定子的磁軛和作為轉子的永磁體。
[0026]磁軛可以形成為空心圓柱的形狀，并由硅鋼制成。
[0027]磁蓄冷器和磁條可以沿圓周方向布置在磁軛和永磁體之間。
[0028]磁冷卻系統還可以包括被配置為旋轉提供有永磁體的轉子的驅動裝置，其中驅動裝置可以包括安裝在磁冷卻系統的外面的電機。
[0029]磁冷卻系統還可以包括被配置為旋轉提供有永磁體的轉子的驅動裝置，其中驅動裝置可以包括形成在定子磁軛上的齒和線圈。
[0030]磁蓄冷器單元可以包括磁蓄冷器和磁條之間的間隙。
[0031]磁蓄冷器的形狀可以與磁條的形狀相同，以降低齒槽轉矩。
[0032]磁條可以形成為橢圓形形狀。
[0033]磁蓄冷器可以形成為橢圓形形狀。
[0034]磁蓄冷器可以設置在磁條內部，磁條和磁蓄冷器之間沒有間隙。
【附圖說明】
[0035]由以下結合附圖的對實施例的描述，本公開的這些和/或其他的方面將變得明顯并更易于理解，附圖中:
[0036]圖1A和圖1B是示出一般的磁冷卻系統中傳熱流體的流動的示意配置的圖；
[0037]圖2是示出一般磁冷卻系統中的冷卻循環的圖，包括該循環中的狀態(點或位置)(a)至(d);
[0038]圖3是示出根據一實施例的磁冷卻系統的外觀的透視圖；
[0039]圖4是示出根據一實施例的旋轉磁冷卻系統的分解透視圖；
[0040]圖5是圖3的縱向截面圖；
[0041]圖6是圖3的垂直截面圖；
[0042]圖7是示出根據一實施例的磁蓄冷器單元的分解圖；
[0043]圖8是示出根據一實施例的磁蓄冷器單元的磁條的取決于磁性材料的體積比的磁通分布的圖；
[0044]圖9是示出根據一實施例的磁蓄冷器單元的磁條的相對磁導率的隨磁性材料的體積比的變化的圖；
[0045]圖10是示出根據一實施例的磁蓄冷器單元的磁條的相對磁導率隨鐵粉的密度的變化的圖；
[0046]圖11是示出根據一實施例的磁蓄冷器單元的轉矩的變化的圖；
[0047]圖12是示出根據一實施例的磁蓄冷器單元的相對磁導率隨磁熱材料的溫度的變化的曲線圖；
[0048]圖13是示出根據一實施例的磁蓄冷器單元的磁條的構造的示例的圖；
[0049]圖14是圖13中示出的鐵的密度的表格；
[0050]圖15是示出根據一實施例的磁蓄冷器單元的平面圖；
[0051]圖16是示出根據一實施例的磁蓄冷器單元的分解圖；
[0052]圖17是示出根據一實施例的磁蓄冷器單元的齒槽轉矩(cogging torque)的曲線圖；
[0053]圖18是示出根據一實施例的磁蓄冷器單元的齒槽轉矩的曲線圖；
[0054]圖19是示出根據一實施例的磁蓄冷器單元的平面圖；
[0055]圖20是示出根據一實施例的磁蓄冷器單元的分解圖；
[0056]圖21是示出根據一實施例的磁蓄冷器單元的齒槽轉矩的曲線圖；
[0057]圖22是示出根據一實施例的磁蓄冷器單元的平面圖；
[0058]圖23是示出根據一實施例的磁蓄冷器單元的分解圖；以及
[0059]圖24是示出根據一實施例的磁蓄冷器單元的平面圖。
【具體實施方式】
[0060]現在將詳細參照本公開的實施例，其示例在附圖中示出。
[0061]圖1A和IB是示出傳統/ 一般磁冷卻系統中的傳熱流體的流動的示意配置的圖。
[0062]如圖1A和IB所示，一般的磁冷卻系統100包括一對由磁熱材料形成的磁蓄冷器110、用于施加磁場到磁蓄冷器110或從磁蓄冷器110除去磁場的永磁體120、用于供應傳熱流體到磁蓄冷器110的內部的流體供應裝置130、用于允許經過了磁蓄冷器110的傳熱流體從外部吸收熱或排出熱到外部的熱側熱交換器140和冷側熱交換器150、用于引導傳熱流體的流動的供給管160、以及設置在供給管上以循環傳熱流體的泵170。
[0063]該對磁蓄冷器110包括