CN100432574C - 一种用于磁制冷的永磁电控动态磁路的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
用于磁制冷的永磁电控动态磁路的方法与装置：装置磁体由两种永磁材料构成，一种为高强磁体材料，另一永磁材料为控制用磁体材料，利用电流控制线圈对控制磁体材料进行充磁和反向充磁控制，致冷磁工质分布长条形，在其上下两侧，设有高强磁体材料，且每块磁铁磁场取向相反但均与磁工质分布长条形的长度方向平行，均充当固定磁铁的作用；左右相邻的两高强磁体材料之间设有至少两块并列的控制用磁体材料，且控制用磁体材料上设有充磁线圈；当对磁工质加磁场时，利用控制器对电控线圈加上一方向与高强磁体材料一致的增强磁场，对工质材料产生相变；反相充磁时，控制用磁体内形成若干个小的磁力线短路回路，使磁工质上的磁场减小，实现了退磁过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于磁制冷的动态磁路装置，尤其是永磁电控动态磁路装置。
背景技术
自1997年以来，室温磁制冷就开始了实用化研究。关键是获得动态磁路，最初使用往复的方式来获得的。该方法是让磁工质靠机械运动进入有磁场的工作空间，这个时候工质被磁化而有发热效应。再通过冷却流体带走因磁热效应而产生的热量后再用机械的方法使磁工质离开磁场区域，这样磁工质就因为磁热效应而降温。因为这个工作过程是断续的。
从目前来看，提供强大工作磁场环境的动态磁路磁体有两种方式：1、超导线圈提供的强大磁场环境。2、由永磁体提供的磁场环境。用超导线圈提供的强大磁场环境的优点是：1、提供磁场强度大；2、磁制冷材料的温度效应明显，制冷量大。缺点是：1、造价昂贵；2、体积庞大；3、实际的能耗仍会很大。永磁体提供的磁场环境的优点是：1、成本较低；2、体积相对较小。缺点是：1、能提供的磁场强度较小；2、需要复杂的运动机械结构来完成磁制冷材料的加减磁场。
一个比较理想的用于磁制冷的动态磁路装置能够提供强大工作磁场环境的磁体对室温磁制冷技术的商业化、实用性非常重要。对磁体有几个要素：
1、造价；2、体积；3、运动机械结构的复杂程度；4、提供的磁场强度变化范围大小(即加减磁场后的磁场变化量值，此参数决定制冷量)；5、提供的磁场空间大小(可决定磁制冷材料工质的装填量，此参数决定制冷量)：
本发明针对上述情况提出了永磁电控磁体成为动态磁路的方法和装置：本发明方法是：永磁电控动态磁路装置磁体由两种永磁材料构成，一种为高强磁体材料，另一永磁材料为控制用磁体材料，如钕铁硼和铝镍钴，控制用磁体材料具有较低的矩顽力，再利用电流控制线圈和控制器对控制磁体材料进行充磁控制，能用电控方式方便实现加减磁场，省去了复杂的运动机械结构来完成磁制冷材料的加减磁场。永磁材料的结构如下：致冷磁工质分布长条形，在其上下两侧，设有上下及左右相邻的高强磁体材料，且每块磁铁磁场取向相反但均与磁工质分布长条形的长度方向平行，均充当固定磁铁的作用。上下两侧的左右相邻的两高强磁体材料之间设有至少两块并列的控制用磁体材料，且控制用磁体材料上设有充磁线圈。当对磁工质加磁场时，利用控制器对电控线圈加上一方向与高强磁体材料一致的增强磁场，使得左右相邻控制用磁块材料的磁力线不闭合，磁场相加，实现对磁工质的励磁过程，对工质材料产生相变。而当控制器对电控线圈输入的电流反相时，控制用磁体内形成若干个小的磁力线短路回路，使磁工质上的磁场减小，实现了退磁过程。
永磁体的外部设有导磁板进行磁屏蔽。
本发明的装置是：包括高强磁体材料，和控制用磁体材料，如钕铁硼和铝镍钴，控制用磁体材料具有较低的矩顽力，再利用电流控制线圈和控制器对控制磁体材料进行充磁控制，该磁体由永磁材料钕铁硼、铝镍钴，纯铁块，电控线圈和控制器等部分构成。脉冲励磁电流源、励磁线圈和铝镍钴磁体组成了磁场方向可变的部分，改变这部分的磁场方向，可以达到整体外加有无磁场的目的。其中电控线圈和控制器相连，通过控制器对电控线圈加上电流方向可变的脉冲电流，电控线圈使钕镍钴磁铁上产生较强磁场，改变电流的方向，磁场方向也随之改变。
高强磁体材料采用钕铁硼、钐钴、钕铁氮等材料，而控制用磁体材料采用铝镍钴等磁性材料。
1、本发明优点是：1、成本较低；工作时能耗低，只要瞬时充放电即可；2、体积大大减小；3、制造成本低，不需要复杂的运动机械结构来完成磁制冷材料的加减磁场；4、磁场可方便地改变；5、能实现很大的磁场空间，供制冷用以提高制冷量。但其缺点是能提供的磁场强度较小，对磁致冷工质材料只能提供0.5T左右的磁场强度。从而缩小体积
2、磁制冷工质置于中央空腔，可以将载冷剂的进出口做在一起，从而减少死体积，提高载冷剂与蓄冷器的换热效率
3、减少了旋转式磁制冷机中大量管道的使用
载冷剂流向的切换阀门数量也减少了，而这种阀门不但占据不小的体积，而且制造困难，成本高.
附图说明
图1是本发明永磁电控磁体结构简图
1、2纯铁块；3铝镍钴磁块；4控制线圈；5钕铁硼磁块
图2、图3是本发明磁体的剖面图。图2为加磁场的剖面图。在磁体中，上下及左右相邻的钕铁硼磁铁取向相反，充当固定磁铁的作用。当对磁工质加磁场时，利用控制器对电控线圈加上如图2所示磁场，使得左右相邻磁块的磁力线不闭合，磁场相加，实现对磁工质的励磁过程。而当控制器对电控线圈输入的电流反相时，如图3所示(减磁场的剖面图)，磁体内形成若干个小的磁力线短路回路，使磁工质上的磁场减小，实现了退磁过程。
图4是是本发明磁体的顶面
图5为本发明电控系统硬件结构(如下图所示)
图6为本发明电源同步信号摄取电路
图7为本发明可控硅触发电路图
图8为控制电路主回路。
具体实施方式
纯铁块1、2包裹高强磁体材料和控制用磁体材料，典型的用如钕铁硼和铝镍钴，控制用磁体材料铝镍钴具有较低的矩顽力，再利用电流控制线圈和控制器对控制磁体材料进行充磁控制，电控线圈和控制器等对铝镍钴进行控制。本实施例并排三块铝镍钴磁性材料。电控充磁线圈和铝镍钴磁体组成了磁场方向可变的部分，改变这部分的磁场方向，可以达到整体外加有无磁场的目的。其中电控线圈和控制器相连，通过控制器对电控线圈加上电流方向可变的脉冲电流，电控线圈使铝镍钴磁铁上产生较强磁场，改变电流的方向，磁场方向也随之改变。
高强磁体材料采用钕铁硼、钐钴、钕铁氮等材料。磁制冷工质置于中央空腔，两侧高强永磁材料加上磁场。
控制器简介
(1)电源同步信号摄取电路
为了能微处理器必须准确地得到交流电源的过零点，输入端为变压器输出的15V交流电，经过限流电阻到运算放大器，整成如图所示的方波信号，再经过3K限流电阻，到微处理器的中断输入口和I\O口。图6为电源同步信号摄取电路，图7可控硅触发电路。
微处理器I\O口输出的控制信号经光电耦合器，再通过大功率三极管驱动脉冲变压器的一个线包，通过脉冲变压器隔离后驱动脉冲变压器另外两个线包，同时驱动两个大功率单向可控硅(如图7可控硅触发电路)。当系统工作时，微处理器根据电源过零同步信号，触发可控硅使主回路通过3个半波，(理论上充磁时只需一个半波即可，但实际工作时为了保证有效充磁，控制主回路通过3个半波)。当改变磁场方向时，微处理器再次根据电源过零同步信号，触发可控硅使主回路通过3个反相半波。
(2)被控电路主回路
控制器电路主回路由主电源开关、主回路、继电器、大功率可控硅(50A)和电控线圈组成。主回路继电器平时处于常开状态，以保证电控线圈处于无电安全状态。实际设计中需增加继电器数量，对多个通道(本方案为两个)的系统工作。因为整个充磁工作时间很短，小于1秒，并且整个回路总工作电流不会很大，瞬间最大值小于80A，所以从成本角度考查，选用50A的单向可控硅。
Claims (5)
1.用于磁制冷的永磁电控动态磁路的方法：其特征是装置磁体由两种永磁材料构成，一种为高强磁体材料，另一永磁材料为控制用磁体材料，利用电流控制线圈对控制磁体材料进行充磁和反向充磁控制，永磁材料的结构如下：致冷磁工质分布为长条形，在其上下两侧，设有上下及左右相邻的高强磁体材料，且每块高强磁体材料的磁场取向相反但均与磁工质分布长条形的长度方向平行，均充当固定磁铁的作用；上下两侧的左右相邻的两高强磁体材料之间设有至少两块并列的控制用磁体材料，且控制用磁体材料上设有充磁线圈；当对磁工质加磁场时，利用控制器对电控线圈加上一方向与高强磁体材料一致的增强磁场，使得左右相邻控制用磁体材料的磁力线不闭合，磁场相加，实现对磁工质的励磁过程，对工质材料产生相变；而当控制器对电控线圈输入的电流反相即反相充磁时，控制用磁体材料内形成若干个小的磁力线短路回路，使磁工质上的磁场减小，实现了退磁过程。
2.用于磁制冷的永磁电控动态磁路的装置：其特征是永磁电控动态磁路的磁体由两种永磁材料构成，一种为高强磁体材料，另一永磁材料为控制用磁体材料，永磁材料的结构如下：在分布长条形的致冷磁工质的上下两侧，设有上下及左右相邻的高强磁体材料，且每块高强磁体材料的磁场取向相反但均与磁工质分布长条形的长度方向平行，均充当固定磁铁的作用；上下两侧的左右相邻的两高强磁体材料之间设有至少两块并列的控制用磁体材料，且控制用磁体材料上设有充磁线圈。
3.由权利要求2所述的用于磁制冷的永磁电控动态磁路的装置：其特征是高强磁体材料为钕铁硼、钐钴或钕铁氮，控制用磁体材料为铝镍钴。
4.由权利要求2所述的用于磁制冷的永磁电控动态磁路的装置：其特征是两高强磁体材料之间设有三块并列的控制用磁体材料。
5.由权利要求2所述的用于磁制冷的永磁电控动态磁路的装置：其特征是永磁材料的外部设有导磁板。
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