DE3800098A1 - Magnetokalorischer induktor mit kompensationskern fuer die erzeugung elektrischer energie - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Magnetkreise, welche so gestaltet sind, daß kleine elektromagnetische Steuerfelder und Flüsse, mit Hilfe metamagnetischer Schichten, weitaus größere Feld- und Fluß­ änderungen eines von starken Permanentmagneten gelieferten magne­ tischen Flusses bewirken, so, daß mehr elektrische Energie in einer Induktions-Spule deren Kern diesen viel größeren Flußände­ rungen unterworfen ist, entsteht, wie zur Hervorrufung dieser Änderungen, für die magnetischen Umwandlungs-Vorgänge im kriti­ schen Schwellfeldstärke-Bereich der metamagnetischen Schichten, benötigt wird. Als Folge davon entsteht ein magnetokalorischer Energiemangel in den Magnetkreisen, welcher durch Zufuhr von Niedertemperatur-Wärme, ausgeglichen werden muß!

Die Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht ein Ausführungs- Beispiel der Erfindung mit den großen Permanentmagneten N-S, S-N, ihrem Rückschlußkern 9, dem der Erhöhung der Felddichte dienen­ den, sich von der Magnetpolfläche aus verjüngenden Dynamoblech­ kern-Abschnitt 1, 1′, welcher im Stande ist den Blechkern-Ab­ schnitt 2, 2′ bis zur magnetischen Sättigung zu magnetisieren, dem Kern-Abschnitt 4, 4′ vorzugsweise bestehend aus einem Dyna­ moblech mit Goß-Textur G, dessen leichte Magnetisierungsrich­ tung den magnetischen Abzweigungs-Weg zum Steuerkern 3 mit Steuerspule 7 über die metamagnetischen Schichten 5 s, 5 s′ bevor­ zugt, dem Jochblechkern 6 mit seinen metamagnetischen Schichten 5, 5′ und seiner Induktions-Spule 8 mit Diode D, sowie die den antiferromagnetischen-Streufluß durch die Schichten 5, 5 s, vor der Umwandlung unterhalb ihrer Schwellfeldstärke, kompensierenden Kompensationskernen SK, SK′ mit ihren kleinen Permanentmagneten P.

Die zusätzlichen metamagnetischen Schichten 5 s, 5 s′ im Steuer­ kern-Zweig des Magnetkreises, bringen den Vorteil kleinerer Steuerleistung, denn je nach Stromrichtung in der Steuerspule 7 wird ein magnetischer Fluß durch ihren Steuerkern 3 ermöglicht, oder gesperrt. Für die Flußunterbrechung im Steuerkern 3, genügt schon ein kleines, gegenüber dem Kernabschnitt 4, 4′ gleichnami­ ges elektromagnetisches Gegenfeld, um die metamagnetischen Schichten 5 s, 5 s′ des Steuerkernes 3 zum Umkippen vom ferromagne­ tischen - in ihren antiferromagnetischen Zustand zu bringen.

Vorzugsweise wird die Metamagnetikum-Schichtdicke 5 s, 5 s′ des Steuerkernes 3 etwas geringer ausgelegt, als die Metamagnetikum- Schicht 5, 5′ des Jochkernes 6, so, daß ein magnetischer mono­ stabiler Zustand des Magnetkreises auftritt. Das heißt, daß im stromlosen ungesteuerten, statischen magnetischen Zustand, wegen der geringeren Metamagnetikum-Schichtdicke 5 s, 5 s′, der Magnet­ kreis über den kleinen Steuerkern 3 teilweise magnetisch kurzge­ schlossen ist und dadurch die Feldstärke für die antiferro-ferro­ magnetische-Umwandlung der dickeren Metamagnetikum-Schicht 5, 5′ des Jochkernes 6, gerade nicht mehr ausreicht.

Wird nun durch einen Steuerstrom in der Steuerspule 7, ein klei­ nes Gegenfeld im Steuerkern 3 erzeugt, wodurch seine metamagne­ tischen Schichten 5 s, 5 s′ in den antiferromagnetischen Zustand kippen und den ferromagnetischen Fluß durch den Steuerkern 3 da­ durch unterbrechen, so springt sofort die Feldstärke an den meta­ magnetischen Schichten 5, 5′ des Jochkernes 6 über ihren kriti­ schen Schwellenwert hinaus in die Höhe, macht sie ferromagnetisch leitend und der Jochkern 6 wird aufmagnetisiert!

Die Induktions-Spule 8 des Jochkernes 6 kann diesem Vorgang nicht engegenwirken, weil ihr Stromkreis während der Aufmagneti­ sierungsphase ihres Kernes durch eine Diode D, oder ein Thyristor unterbrochen ist. Sobald der Steuerstrom, welcher ein Wechsel­ strom sein kann, seine Richtung umkehrt, kippt der Magnetkreis in seinen monostabilen, statisch bevorzugten Zustand, zurück.

Dadurch entmagnetisiert sich aber der Jochkern 6, wodurch ein kräftiger Induktions-Stromstoß in seiner Spule 8 entsteht und bei zyklischer Wiederholung ein pulsierender Gleichstrom der Spule 8 auch entnommen werden kann, weil diese Stromrichtung wäh­ rend den Entmagnetisierungsphasen des Jochkernes, die Diode D oder ein Thyristor, zulassen!

Der Kompensationskern SK, SK′ des Jochkerns 6 muß im Querschnitt so ausgelegt sein, daß sein Kern bereits schon mit dem antiferro­ magnetischen Fluß der metamagnetischen Schichten 5, 5′, vor ihrer Umwandlung, magnetisch gesättigt wird, damit der Magnetisierungs­ sprung durch die plötzliche ferromagnetische Umwandlung der Schichten 5, 5′ beim Überschreiten ihrer Schwellfeldstärke, voll dem Jochkern 6 zu gute kommt.

Da die metamagnetischen Stoffe, wie die Mangan-Gold-Legierung Mn-Au₂, oder das Selten-Erdmetall Dysprosium polykristallin sind, mit regelloser Kristallit-Orientierung, aber wie an Ein­ kristallen dieser Stoffe nachgewiesen wurde, ihre metamagneti­ schen Eigenschaften nur in Richtungen der Flächen-Ebenen ihrer hexagonalen Kristalle aufweisen, während die Magnetisierungs- Richtung der hexagonalen kristallographischen c Achse der Kri­ stalle, antiferromagnetisch bleibt, könnte sich bei einer poly­ kristallinen metamagnetischen Schicht 5, 5 s, nur der Teil der Kristallite, welcher gerade zufällig günstig zur Feldrichtung liegt, am antiferro- ferromagnetischen- Umwandlungsprozesses betei­ ligen.

Zur Optimierung der metamagnetischen Schichten 5, 5 s, wird des­ halb empfohlen, den polykristallinen Ausgangsstoff auf Einkri­ stallgröße zu zerkleinern, mit starken Magnetfeldern höher der Schwellfeldstärke, bei Umwandlungstemperatur, unter Schütteln in der Kristallorientierung gleichzurichten, danach mit oder ohne Bindemittel zu pressen und vorzugsweise anschließend zu sintern. Nur ein gleichgerichtet kristallorientierter und damit anisotro­ per metamagnetischer Stoff, weist in seiner Vorzugsrichtung eine nahezu senkrechte, ideale Magnetisierungskurve, beim Überschrei­ ten der kritichen Schwellfeldstärke, auf!

Bezüglich der Kompensationskerne SK, SK′ soll nocht bemerkt werden, daß diese sowohl aus einem Dynamoblech-Paket, wie auch aus massiven Eisenkernen bestehen können, da ihr magnetischer Fluß sich kaum ändert und deshalb dort keine Wirbelströme auftreten.

Claims (2)

1. "Magnetokalorischer Induktor mit Kompensationskern für die Erzeugung elektrischer Energie", dadurch gekennzeichnet, daß in seinem Magnetkreis nicht nur der Jochkern (6) mit metamagnetischen Schichten (5, 5′) ausgefüllte Luftspalte, sowie Kompensationskerne (SK, SK′) zur Eliminierung des antiferromagnetischen Streuflusses durch die Schichten (5, 5′) aufweist, sondern auch der Steuerkern (3) metamagneti­ sche Schichten (5 S, 5 S′) und Kompensationskerne (SK, SK′) aufweisen kann.

2. "Magnetokalorischer Induktor mit Kompensationskern, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metamagneti­ schen Schichten (5, 5′, 5 S, 5 S′) aus gleichgerichtet - kristallorientierten und somit anosotrop gemachten meta­ magnetischen Stoffen, mit Einkristall-Eigenschaften, bestehen können.