ES2611161T3

ES2611161T3 - Dispositivo de imán permanente

Info

Publication number: ES2611161T3
Application number: ES08834830.5T
Authority: ES
Inventors: Ming Zhang; Sesha Madireddi
Original assignee: Hussmann Corp
Current assignee: Hussmann Corp
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2008-10-03
Publication date: 2017-05-05
Anticipated expiration: 2028-10-03
Also published as: CN101874279B; US20090091411A1; EP2195815A1; US20120126922A1; WO2009046325A1; EP2195815B1; US8310325B2; CN101874279A; US8138873B2

Abstract

Una disposición de imanes para la creación de un campo magnético, que comprende: un primer imán (22) que tiene una primera superficie (32) que define un primer polo y una segunda superficie (26) que define un segundo polo opuesto al primer polo, en donde la segunda superficie (26) tiene una densidad de flujo magnético más alta que la primera superficie; un segundo imán (20) separado del primer imán y que tiene una tercera superficie (36) que define un tercer polo y una cuarta superficie (42) que define un cuarto polo opuesto al tercer polo, en donde la tercera superficie (36) tiene una densidad de flujo magnético más alta que la cuarta superficie (42), en donde el segundo imán está separado del primer imán para definir un primer hueco entre la segunda superficie (26) y la tercera superficie (36), y en donde las líneas de campo magnético del campo magnético se extienden de la primera superficie (32) a la segunda superficie (26), de la segunda superficie (26) a la tercera superficie (36) a través del primer hueco y de la tercera superficie (26) a la cuarta superficie (42); un tercer imán (20) separado del segundo imán (20) y que tiene una quinta superficie (42) que define un quinto polo y una sexta superficie (36) que define un sexto polo opuesto al quinto polo, en donde la sexta superficie (36) tiene una densidad de flujo magnético más alta que la quinta superficie (42), y en donde las líneas de campo magnético se extienden de la cuarta superficie (42) a la quinta superficie (32) y de la quinta superficie a la sexta superficie (36); un cuarto imán (22) separado del tercer imán (20) y que tiene una séptima superficie (26) que define un séptimo polo y una octava superficie (32) que define un octavo polo opuesto al séptimo polo, en donde la séptima superficie (26) tiene una densidad de flujo magnético más alta que la octava superficie (32), en donde el cuarto imán (22) está separado del tercer imán (20) para definir un segundo hueco entre la sexta superficie (36) y la séptima superficie (26), y en donde las líneas de campo magnético se extienden de la sexta superficie (36) a la séptima superficie (26) a través del segundo hueco, y de la séptima superficie (26) a la octava superficie (32); en donde el campo magnético converge a través del primer imán (22), a continuación se hace pasar a través del primer hueco, después diverge a través del segundo imán (20), a continuación converge a través del tercer imán (20), a continuación se hace pasar a través del segundo hueco, después diverge a través del cuarto imán (22) y después vuelve del cuarto imán (22) al primer imán (22); caracterizada por que la segunda superficie (26) es arqueada, la tercera superficie (36) es arqueada, la sexta superficie (26) es arqueada, la séptima superficie (26) es arqueada y por que la segunda superficie (26), la tercera superficie (36), la sexta superficie (36) y la séptima superficie (26) comparten un centro de arco común.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo de iman permanente Datos de aplicacion relacionados

Esta solicitud es una solicitud en fase nacional de la Solicitud de Patente Internacional n.° PCT/US08/78788, presentada el 3 de octubre de 2008, que reivindica prioridad de la Solicitud Provisional de los Estados Unidos n.° 60/997.687 presentada el 4 de octubre de 2007.

Antecedentes

La presente invencion se refiere a un conjunto de iman y, mas particularmente, a un conjunto de iman permanente para crear un cambio periodico en el campo magnetico. El conjunto de iman permanente podria utilizarse, por ejemplo, en un dispositivo de refrigeracion magnetico.

Los dispositivos de refrigeracion magneticos incluyen por lo general imanes y material magnetocalorico. Los imanes se mueven normalmente de forma alternativa con respecto al material magnetocalorico de tal manera que el material magnetocalorico experimenta un campo magnetico creciente cuando los imanes se acercan, calentando el material magnetocalorico y un campo magnetico decreciente cuando los imanes se alejan, enfriando el material magnetocalorico. Normalmente, se hace pasar un fluido de transferencia de calor a traves del material magnetocalorico para absorber el calor del material magnetocalorico cuando el campo magnetico aumenta y el fluido de transferencia de calor se dirige a un intercambiador de calor que libera el calor a la atmosfera. A continuacion, el fluido de transferencia de calor se hace pasar a traves del material magnetocalorico para suministrar calor al material magnetocalorico cuando el campo magnetico disminuye y el fluido de transferencia de calor se dirige a otro intercambiador de calor para eliminar calor del aire que circula en un espacio enfriado.

El documento US2005/241912 describe un conjunto de iman permanente que se adapta para proporcionar un campo magnetico a traves de un hueco en forma de arco que puede utilizarse para proporcionar un campo magnetico variable en el tiempo a una region anular para su uso en un refrigerador magnetico.

El documento DE 10 94 358 B divulga una disposicion de iman de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1.

Sumario

En un aspecto, la invencion proporciona una disposicion de iman para crear un campo magnetico. La disposicion de iman incluye un primer iman que tiene una primera superficie que define un primer polo y una segunda superficie que define un segundo polo opuesto al primer polo y un segundo iman que tiene una tercera superficie que define un tercer polo y una cuarta superficie que define un cuarto polo opuesto al tercer polo La segunda superficie tiene una densidad de flujo magnetico mas alta que la primera superficie. La tercera superficie tiene una densidad de flujo magnetico mas alta que la cuarta superficie. El segundo iman se separa del primer iman para definir un primer hueco entre la segunda superficie y la tercera superficie. Las lineas de campo magnetico del campo magnetico se extienden de la primera superficie a la segunda superficie, de la segunda superficie a la tercera superficie a traves del primer hueco y de la tercera superficie a la cuarta superficie. Un tercer iman se separa del segundo iman y tiene una quinta superficie que define un quinto polo y una sexta superficie que define un sexto polo opuesto al quinto polo. La sexta superficie tiene una densidad de flujo magnetico mas alta que la quinta superficie y las lineas de campo magnetico se extienden de la cuarta superficie hasta la quinta superficie y de la quinta superficie a la sexta superficie. Un cuarto iman se separa del tercer iman y tiene una septima superficie que define un septimo polo y una octava superficie que define un octavo polo opuesto al septimo polo, en el que la septima superficie tiene una densidad de flujo magnetico mas alta que la octava superficie, en el que el cuarto iman se separa del tercer iman para definir un segundo hueco entre la sexta superficie y la septima superficie y en el que las lineas de campo magnetico se extienden de la sexta superficie a la septima superficie a traves del segundo hueco y de la septima superficie a la octava superficie. El campo magnetico converge a traves del primer iman, despues se hace pasar a traves del primer hueco, despues se desvia a traves del segundo iman, despues converge a traves del tercer iman, despues se hace pasar a traves del segundo hueco, despues diverge a traves del cuarto iman y despues regresa del cuarto iman al primer iman. La segunda superficie es arqueada, la tercera superficie es arqueada, la sexta superficie es arqueada, la septima superficie es arqueada y la segunda superficie, la tercera superficie, la sexta superficie y la septima superficie comparten un centro de arco comun.

Tambien se describe aqui una disposicion de iman. La disposicion de iman incluye un primer iman y un segundo iman separado del primer iman para definir un primer hueco entre el primer iman y el segundo iman. El primer iman y el segundo iman crean un campo magnetico que incluye lineas de campo magnetico que convergen en el primer iman, se hacen pasar a traves del hueco entre el primer y segundo imanes y divergen en el segundo iman.

Tambien se describe aqui un iman. El iman incluye una primera superficie que define un primer polo, y una segunda superficie que define un segundo polo, estando la segunda superficie separada de la primera superficie. Un flujo

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magnetico aumenta en densidad de la primera superficie a la segunda superficie, y en el que el iman incluye una forma sustancialmente arqueada en una primera seccion transversal tomada a lo largo de un primer plano e incluye una forma sustancialmente trapezoidal en una segunda seccion transversal tomada a lo largo de un segundo plano sustancialmente perpendicular al primer plano.

Otros aspectos de la invencion se haran evidentes mediante la consideracion de la descripcion detallada y los dibujos adjuntos.

Breve descripcion de los dibujos

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un dispositivo de refrigeracion magnetico de acuerdo con una realizacion de la invencion.

La Figura 2 es una vista en perspectiva del dispositivo de refrigeracion magnetico mostrado en la Figura 1 con un yugo externo del dispositivo de refrigeracion magnetico retirado.

La Figura 3 es una vista en perspectiva de un yugo interno del dispositivo de refrigeracion magnetico de la Figura 1.

La Figura 4 es una vista desde arriba del yugo interno de la Figura 3.

La Figura 5 es una vista en seccion transversal tomada a lo largo de la linea 5-5 de la Figura 4.

La Figura 6 es una vista en perspectiva del yugo externo de la Figura 1.

La Figura 7 es una vista desde arriba del yugo externo de la Figura 6.

La Figura 8 es una vista en seccion transversal tomada a lo largo de la linea 8-8 de la Figura 7.

La Figura 9 es una vista en perspectiva de una placa de extremo del dispositivo de refrigeracion magnetico de la

Figura 1.

La Figura 10 es una vista desde arriba de la placa de extremo de la Figura 9.

La Figura 11 es una vista en seccion transversal tomada a lo largo de la linea 11-11 de la Figura 10.

La Figura 12 es una vista en perspectiva de un iman permanente externo del dispositivo de refrigeracion

magnetico de la Figura 1.

La Figura 13 es una vista desde arriba del iman permanente externo de la Figura 12.

La Figura 14 es una vista frontal del iman permanente externo de la Figura 12.

La Figura 15 es una vista lateral del iman permanente externo de la Figura 12.

La Figura 16 es una vista en perspectiva de un iman permanente interno del dispositivo de refrigeracion magnetico de la Figura 1.

La Figura 17 es una vista frontal del iman permanente interno de la Figura 16.

La Figura 18 es una vista lateral del iman permanente interno de la Figura 16.

La Figura 19 es una vista desde arriba del iman permanente interno de la Figura 16.

La Figura 20 es una vista en perspectiva del dispositivo de refrigeracion magnetico de la Figura 2 que muestra vectores de campo magnetico.

La Figura 21 es una vista superior en seccion transversal del dispositivo de refrigeracion magnetico mostrado en la Figura 1, tomada a traves del centro, incluyendo flechas que indican los vectores de campo magnetico.

La Figura 22 es una vista lateral en seccion transversal del dispositivo de refrigeracion magnetico mostrado en la Figura 1 que incluye los vectores de campo magnetico.

La Figura 23 es un grafico de la intensidad del campo magnetico a medida que varia en 360 grados a una distancia radial fija desde el centro del dispositivo.

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La Figura 24 es otra construccion del dispositivo de permanentes.

La Figura 25 es otra construccion del dispositivo de permanentes.

La Figura 26 es una vista en perspectiva del dispositivo de refrigeracion magnetico mostrado en la Figura 25 con un yugo externo del dispositivo de refrigeracion magnetico retirado.

La Figura 27 es otra construccion del dispositivo de refrigeracion magnetico que incluye doce imanes permanentes.

La Figura 28 es una vista desde arriba de los imanes individuales que constituyen los imanes permanentes interno y externo.

La Figura 29 es una vista en perspectiva de los imanes individuales que constituyen los imanes permanentes interno y externo.

La Figura 30 es una vista en perspectiva de un iman permanente externo (mostrado en la Figura 20) que muestra la direccion de los vectores de campo magnetico a traves del mismo.

Descripcion detallada

refrigeracion magnetico que incluye dos imanes refrigeracion magnetica que incluye seis imanes

Antes de que cualquier realizacion de la invencion se explique en detalle, se debe entender que la invencion no esta limitada en su aplicacion a los detalles de construccion ni a la disposition de componentes expuestos en la siguiente descripcion o ilustrados en los siguientes dibujos. La invencion es capaz de otras realizaciones y de implementarse o realizarse de diversas maneras. Ademas, se debe entender que la fraseologia y la terminologia utilizadas en la presente memoria son para fines de descripcion y no deben considerarse limitantes. El uso de "incluyendo", "comprendiendo", o "teniendo" y variantes de los mismos en la presente memoria pretende abarcar los articulos enumerados a continuation y sus equivalentes, asi como los articulos adicionales. A menos que se especifique o se limite de otra manera, los terminos "montado", "conectado", "soportado", y "acoplado" y variaciones de los mismos se utilizan ampliamente y abarcan montajes, conexiones, soportes y acoplamientos tanto directos como indirectos. Ademas, "conectado" y "acoplado" no estan restringidos a conexiones o acoplamientos fisicos o mecanicos.

Las Figuras 1 y 2 ilustran un dispositivo de refrigeracion magnetico 10 de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. El dispositivo de refrigeracion magnetico 10 incluye un conjunto de iman 12 que tiene un yugo interno 14, un yugo externo 16 dispuesto concentricamente fuera del yugo interno 14, una placa de extremo 18 que acopla los yugos interno y externo 14, 16, dos imanes permanentes internos 20 acoplados a El yugo interno 14 y dos imanes permanentes externos 22 acoplados al yugo externo 16. Se pueden utilizar dos placas de extremo 18, pero no se requiere ninguna. El dispositivo de refrigeracion magnetico 10 incluye tambien un conjunto de elementos magnetocaloricos que incluye cuatro elementos magnetocaloricos 24 dispuestos dentro de un espacio entre los imanes permanentes interno y externo 20, 22.

Mejor mostrado en las Figuras 3-5, el yugo interno 14 es un tubo cilindrico que tiene un diametro externo B concentrico con un diametro interno C y una altura D. El yugo interno 14 define un eje A. En una construccion, el diametro externo B es de aproximadamente 60 mm, el diametro interno C es de aproximadamente 40 mm y la altura D es aproximadamente 270 mm.

Mejor mostrado en las Figuras 6-8, el yugo externo 16 es un tubo cilindrico que tiene un diametro externo F que es concentrico con un diametro interno G (alrededor del eje A) y una altura H. En la construccion ilustrada, el diametro externo F es de aproximadamente 280 mm, el diametro interno G es de aproximadamente 250 mm y la altura H es de aproximadamente 250 mm.

Mejor mostrado en las Figuras 9-11, la placa de extremo 18 es un disco en forma de placa que tiene un diametro externo J que es concentrico con un diametro interno K (alrededor del eje A) y un espesor L. En la construccion ilustrada, el diametro externo J es de aproximadamente 280 mm, el diametro interno K es de aproximadamente 60 mm y el espesor L es de aproximadamente 20 mm.

Mejor mostrado en las Figuras 12-15, el iman permanente externo 22 incluye una superficie interna 26, una superficie externa 32 y superficies laterales 34. La superficie interna 26 tiene una superficie central 28 y dos superficies conicas 30 en extremos opuestos de la superficie central 28. La altura N del iman permanente externo 22, la altura P de la superficie central 28, las alturas R y S, el angulo V, y una anchura Q de la superficie lateral 34, definen por lo general un trapecio. En la realizacion ilustrada, el trapecio es un trapecio isosceles. En otras realizaciones, el iman permanente externo 22 puede adoptar otras formas que convergen por lo general de la superficie externa 32 a la superficie interna 26 (vista desde una section transversal radial tomada a lo largo de un plano que es paralelo al eje A). La superficie interna 26 se encuentra a una distancia radial T del eje central A del

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arco U. En la construccion ilustrada, la altura N es de aproximadamente 250 mm, la altura P es de aproximadamente 81,56 mm, la altura R es de aproximadamente 125 mm, la altura S es de aproximadamente 40,78 mm, el angulo V es aproximadamente 24,6 grados y la anchura Q es de aproximadamente 38,5 mm. El trapecio formado por estas dimensiones es el mismo para cualquier seccion transversal radial del iman permanente externo 22 tomada a lo largo de un plano que es paralelo al eje A. La superficie interna 26 se encuentra a una distancia T de aproximadamente 87,33 mm desde el eje A, que abarca un angulo de aproximadamente 90 grados.

Como se muestra mejor en las Figuras 28 y 29, el iman permanente externo puede estar compuesto por una pluralidad de imanes individuales 48 unidos entre si con epoxi, pegamento u otro medio de union de manera que los polos norte de cada uno de los imanes individuales esten adyacentes. Aunque se utilizan ciento ocho imanes individuales 48 para componer un iman entero en la construccion ilustrada, se podrian utilizar menos o mas en una construccion alternativa para crear el mismo efecto. En otra construccion, se pueden utilizar sesenta imanes individuales 48 para componer un iman entero. En una construccion, cada iman individual 48 incluye efectivamente una porcion de la superficie externa 32 y la superficie interna 26 del iman permanente externo; sin embargo, no es necesario que cada iman individual 48 incluya estas superficies. En otra construccion, el iman permanente externo puede estar construido como una sola pieza que tiene lineas de campo magnetico no paralelas que convergen o divergen de un polo a otro. Un iman que tiene lineas de campo magnetico no paralelas que convergen o divergen se denomina iman congruente y puede construirse de cualquier manera que realice este efecto, incluyendo, pero sin limitarse a, las formas descritas anteriormente.

Mejor mostrado en las Figuras 16-19, el iman permanente interno 20 incluye una superficie interna 42, una superficie externa 36 y superficies laterales 44. La superficie externa 36 tiene una superficie central 38 y dos superficies conicas 40 en extremos opuestos de la superficie central 38. La altura W del iman permanente externo 20, la altura X de la superficie central 38, las alturas Z y AA, el angulo AD, y una anchura Y de la superficie lateral 44, definen por lo general un trapecio. En la realizacion ilustrada, el trapecio es un trapecio isosceles. En otras realizaciones, el iman permanente interno 20 puede adoptar otras formas que divergen por lo general de la superficie externa 38 a la superficie interna 42, visto desde una seccion transversal radial tomada a lo largo de un plano que es paralelo al eje A (Figura 22), y convergen de la superficie externa 38 a la superficie interna 42 visto desde una seccion transversal tomada a lo largo de un plano que es normal al eje A (Figura 21). La superficie interna 42 se encuentra a una distancia radial AB desde el centro del arco AC. En la construccion ilustrada, la altura W es de aproximadamente 250 mm, la altura X es de aproximadamente 81,56 mm, la altura Z es de aproximadamente 125 mm, la altura AA es de aproximadamente 40,78 mm, el angulo AC es de aproximadamente 24,6 grados y la anchura Y es de aproximadamente 38,5 mm. El trapecio formado por estas dimensiones es el mismo para cualquier seccion transversal radial del iman permanente interno 20 tomada a lo largo de un plano que es paralelo al eje A. La superficie interna 42 se encuentra a una distancia AB de aproximadamente 30 mm del eje central A. La superficie interna 42 se extiende un angulo de aproximadamente 90 grados.

Como se muestra mejor en las Figuras 28 y 29, el iman permanente interno esta compuesto por una pluralidad de imanes individuales 48 unidos entre si con epoxi, pegamento u otros medios de union de manera que los polos norte de cada uno de los imanes individuales esten adyacentes y como tal se denomine un iman congruente. Aunque se utilizan ciento ocho imanes individuales 48 para componer un iman entero en la construccion ilustrada, se podrian utilizar menos o mas en una construccion alternativa para crear el mismo efecto. En otra construccion, se pueden utilizar sesenta imanes individuales 48 para componer un iman entero. En una construccion, cada iman individual 48 incluye efectivamente una porcion de la superficie externa 36 y la superficie interna 42 del iman permanente interno; sin embargo, no es necesario que cada iman individual 48 incluya estas superficies. En otra construccion, el iman permanente interno puede estar construido como una sola pieza que tiene lineas de campo magnetico no paralelas que convergen o divergen de un polo a otro. Un iman que tiene lineas de campo magnetico no paralelas que convergen o divergen se denomina un iman congruente y puede construirse de cualquier manera que realice este efecto, incluyendo, pero sin limitarse a, las formas descritas anteriormente.

Con referencia de nuevo a las Figuras 1 y 2, los yugos interno 14 y externo 16 se fabrican de un material magneticamente permeable (magneticamente blando) tal como acero 1010 o equivalente y se acoplan concentricamente a la placa de extremo 18 alrededor del eje A. La placa de extremo se fabrica tambien de un material magneticamente permeable (magneticamente blando) tal como acero 1010 o equivalente. El diametro externo B del yugo interno 14 es aproximadamente igual y encaja dentro del diametro interno K de la placa de extremo 18 de manera que el extremo de uno esta a ras con el extremo del otro. La altura D del yugo interno 14 es aproximadamente igual a la altura H del yugo externo 16 mas el espesor L de la placa de extremo 18.

Los dos imanes permanentes internos 20 y los dos imanes permanentes externos 22 son imanes Br de alta densidad de flujo remanente tales como NdFeB (Neodimio Hierro Boro) N52 o cualquier otro iman Br de alta densidad de flujo remanente equivalente. Las superficies internas 42 de los imanes permanentes internos 20 se acoplan al diametro externo B del yugo interno 14 y se separan equidistantemente entre si alrededor del eje A. Las superficies exteriores 32 de los dos imanes permanentes externos 22 se acoplan al diametro interno G del yugo externo 16 y se separan equidistantemente entre si alrededor del eje A. Adicionalmente, cada iman permanente interno 20 esta emparejado con un iman permanente externo 22 de manera que cada par de imanes permanentes internos 20 y 22 comparten el mismo eje central A y ocupan el mismo espacio angular con respecto a ese eje central

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En las Figuras 1 y 2 se encuentran los cuatro elementos magnetocaloricos 24 dispuestos concentricamente entre los imanes permanentes interno 20 y externo 22 y separados equidistantemente entre si alrededor del eje A. La altura de los elementos magnetocaloricos 24 es aproximadamente igual a la altura X de la superficie central 38 de los imanes permanentes internos 20 y la altura P de la superficie central 28 de los imanes permanentes externos 22. Los elementos magnetocaloricos 24 tienen un espesor de aproximadamente 18 mm. Cada elemento magnetocalorico 24 se configura como un arco que es concentrico con los arcos de los imanes permanentes 20, 22 y define un angulo que es ligeramente menor que los angulos U, AC de los imanes permanentes 20, 22. Un entrehierro, tambien de aproximadamente 18 mm de profundidad en la construccion ilustrada, se situa entre cada elemento magnetocalorico 24. Cada elemento magnetocalorico 24 podria estar encapsulado por una cubierta fina de plastico u otro material (no mostrado) que tiene sustancialmente la misma forma que los elementos magnetocaloricos 24 mostrados en las Figuras, en las que el elemento magnetocalorico 24 se dispone dentro de la cubierta fina en forma de un polvo o perlas.

Aunque no se ilustra, los expertos en la tecnica entenderan que cada elemento magnetocalorico 24 podria incluir al menos una entrada, al menos una salida, al menos una bomba y al menos una valvula y un sistema de tuberias (no mostrado) configurado para permitir que fluya un fluido a su traves y proporcionar transferencia de calor entre los elementos magnetocaloricos 24 y los intercambiadores de calor caliente y frio. El intercambiador de calor caliente se puede utilizar para liberar calor a la atmosfera y el intercambiador de calor frio se puede utilizar para enfriar un espacio, tal como un refrigerador. El presente diseno del conjunto de iman 12 es ventajoso por que proporciona un amplio espacio en el que se pueden disponer tales caracteristicas.

El yugo interno 14 se acopla a un dispositivo giratorio, tal como un motor (no mostrado), de manera que todo el conjunto de iman 12 gira conjuntamente como una pieza alrededor de los elementos magnetocaloricos 24 a una velocidad entre aproximadamente 0,1 y 10 giros/segundo. A medida que el motor gira, el yugo interno 14 y el yugo externo 16 comparten una velocidad angular comun. Durante el giro alrededor del eje A, no hay movimiento relativo entre los imanes permanentes interno y externo 20, 22. Como alternativa, los elementos magnetocaloricos 24 podrian configurarse para girar y el conjunto de iman 12 podria configurarse para permanecer estacionario.

La Figura 20, que ilustra el concepto de imanes congruentes, muestra la direccion de flujo de los vectores de campo magnetico 46 a traves de los imanes permanentes interno y externo 20, 22 en una vista similar a la de la Figura 2. Cada iman individual 48 produce vectores de campo magnetico que se desplazan paralelos entre si. Sin embargo, los imanes permanentes 20, 22 en conjunto son imanes congruentes, con un campo magnetico convergente o divergente que sigue la forma convergente y divergente de los imanes en su conjunto. La Figura 20 muestra que los vectores de campo magnetico 46 de la presente invencion no son paralelos ni viajan en una sola direccion; mas bien, los vectores de campo magnetico 46 se muestran en tres dimensiones para cambiar de direccion continuamente de un lado del iman a otro. Como resultado, la fuerza del campo magnetico aumenta a medida que los vectores 46 convergen y se concentran cada vez mas dentro del espacio.

La forma y la construccion de los imanes 20, 22 de la presente invencion, con las porciones convergentes que son adyacentes a los elementos magnetocaloricos 24, concentran (y por lo tanto refuerzan) el campo magnetico 46 a traves de los elementos magnetocaloricos 24 dispuestos entre los imanes 20, 22. Estos vectores 46 se muestran tambien en la Figura 21, que es una vista superior en seccion transversal que corta a traves del centro del dispositivo de refrigeracion magnetico 10 a una altura de aproximadamente 125 mm desde una superficie interna de la placa de extremo 18, junto con la intensidad de campo magnetico medida en Tesla.

Como se muestra en las Figuras 21 y 22, la disposicion y la construccion de los imanes permanentes interno y externo 20, 22 y los yugos interno y externo 14, 16 producen un campo magnetico significativo, tan alto como aproximadamente 2 Tesla en partes del yugo externo 16, partes de los imanes permanentes internos 20 y partes de los elementos magnetocaloricos 24 o huecos adyacentes a los imanes permanentes internos 20.

El iman permanente externo 22 converge de la superficie externa 32 a su superficie interna 26 por las superficies laterales radiales 34 y las superficies conicas 30. El area superficial de la superficie externa 32 es mayor que el area superficial de la superficie interna 26. Por consiguiente, la densidad del campo magnetico en el iman permanente externo 22 converge tambien, o aumenta en densidad, de la superficie externa mas grande 32 a la superficie interna mas pequena 26 cuando las lineas de campo magnetico se extienden de la superficie externa 32 a la superficie interna 26. Por el contrario, cuando las lineas de campo magnetico se extienden de la superficie interna 26 a la superficie externa 32, la densidad del campo magnetico en el iman permanente externo 22 diverge, o disminuye en densidad, de la superficie interna 26 a la superficie externa 32. La direccion de las lineas de campo depende de cual de las superficies interna y externa 26, 32 es el polo norte y cual es el polo sur.

El iman permanente interno 20 converge en forma de la superficie externa 36 a la superficie interna 42 por las superficies laterales radiales 44, como se observa en la Figura 21. Sin embargo, cuando se ve desde una seccion transversal lateral como en la Figura 22, el iman permanente interno 20 diverge en forma de la superficie externa 36 a la superficie interna 42 por las superficies conicas 40. El area superficial de la superficie interna 42 es mayor que el

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area superficial de la superficie externa 36. En consecuencia, la densidad de campo en el iman permanente interno 20 diverge, o disminuye en densidad, de la superficie externa mas pequena 36 a la superficie interna mas grande 42 cuando las lineas de campo magnetico se extienden de la superficie externa 36 a la superficie interna 42. Inversamente, cuando las lineas de campo magnetico se extienden de la superficie interna 42 a la superficie externa 36, la densidad del campo magnetico en el iman permanente interno 20 converge, o aumenta en densidad, de la superficie interna 42 a la superficie externa 36. La direccion de las lineas de campo depende de cual de las superficies interna y externa 36, 42 es el polo norte y cual es el polo sur.

Las respectivas superficies laterales 34, 44 de los imanes permanentes interno y externo 20, 22 estan sustancialmente alineadas. Las superficies interna y externa 42, 26 de los imanes interno y externo 20, 22 se situan todas concentricamente alrededor del eje A. Mediante esta disposicion, el campo magnetico se hace pasar a traves de un primer par de imanes permanentes interno y externo 20, 22 por lo general en una primera direccion hacia el eje A, se hace pasar a traves del yugo interno 14 y del eje A, y se hace pasar a traves del segundo par opuesto de imanes permanentes interno y externo 20, 22 por lo general en la primera direccion, pero lejos del eje A. Esta primera direccion general del campo magnetico define los polos norte y sur con respecto a todo el conjunto magnetico 12.

La Figura 22 muestra una vista lateral en seccion transversal de los vectores de campo magnetico 46 que se hacen pasar a traves del dispositivo de refrigeracion magnetico 10. En esta vista en seccion transversal, los imanes permanentes interno y externo de cada par de imanes permanentes son sustancialmente imagenes especulares entre si alrededor de un eje que se extiende verticalmente a traves del centro del elemento magnetocalorico 24. Sin embargo, el polo sur y polo norte de cada iman permanente 20, 22 alternan en la direccion de los vectores de campo magnetico 46 y, por lo tanto, no son simetricos.

En la Figura 23 es un grafico de la intensidad del campo magnetico a medida que varia en 360 grados a una distancia radial fija del eje central A del dispositivo 10, donde esta distancia radial termina en el centro de un elemento magnetocalorico 24 (o entrehierro), partiendo de un extremo de un elemento magnetocalorico 24 que se dispone entre los imanes permanentes interno y externo 20, 22 y que se mueve primero en una direccion a traves del elemento magnetocalorico 24. El eje x del grafico es la longitud circunferencial de esta distancia radial en mm, Pero tambien puede interpretarse como comenzando en 0 grados (correspondiente a 0 mm) y terminando en 360 grados (correspondiente a 487 mm). La grafica muestra dos picos y dos valles, siendo cada uno sustancialmente planos. Los picos, aproximadamente 1,46 Tesla, corresponden a la intensidad del campo magnetico en el centro de los elementos magnetocaloricos 24 que se disponen entre los imanes permanentes 20 y 22. Los valles, aproximadamente cero Tesla, corresponden a la intensidad del campo magnetico en los elementos magnetocaloricos 24 no dispuestos entre los imanes permanentes interno y externo 20, 22. La planitud de los picos y valles es significativa por que muestra que esta configuracion de dispositivo de refrigeracion magnetico permite mantener una elevada intensidad de campo magnetico a lo largo de la longitud circunferencial de los elementos magnetocaloricos 24 dispuestos entre los imanes permanentes 20, 22 y que se mantiene una baja intensidad de campo magnetico a lo largo de la longitud circunferencial de los elementos magnetocaloricos 4 no dispuestos entre los imanes permanentes 20, 22. Esta caracteristica de la invencion es particularmente deseable en dispositivos de refrigeracion magneticos por que los materiales magnetocaloricos cambian de temperatura con campos magneticos cambiantes, de modo que cuanto mas uniformemente se distribuya el campo magnetico a traves del elemento magnetocalorico, mas eficaz sera el dispositivo de refrigeracion magnetico.

Otra caracteristica de la presente invencion que mejora el rendimiento del dispositivo de refrigeracion magnetico 10 es la configuracion del yugo externo 16 y del material seleccionado para el mismo. Los materiales magneticamente permeables proporcionan una trayectoria a traves de la que las lineas de un campo magnetico siguen facilmente. La Figura 21 confirma esto mostrando que cuando las lineas de campo magnetico salen del polo norte del iman permanente externo 22, las lineas de campo magnetico viajan casi completamente a traves del yugo externo 16 (a una intensidad de aproximadamente 2 Tesla) hacia el polo sur del otro iman permanente externo 22. Las lineas de campo magnetico mostradas que escapan del yugo externo 16 tienen una resistencia muy baja de aproximadamente 0,2 Tesla o menos. Por lo tanto, hay muy poca fuga magnetica con este diseno, lo que lo hace mas eficaz.

Las ventajas de la construccion con iman congruente incluyen el hecho de que se requiere menos material magnetico para producir un campo magnetico mas fuerte, es decir, la relacion entre el volumen total del iman y el volumen del espacio de trabajo del campo magnetico (por ejemplo, el volumen de los dos elementos magnetocaloricos 24 dispuestos entre los imanes 20, 22) es menor que en los disenos anteriores, preferentemente una relacion de menos de 25. Tambien es inferior a una construccion de iman no congruente que tiene la misma forma general, es decir, si los imanes interno y externo tuvieran lineas de campo magnetico paralelas y la misma forma y dimensiones que los imanes congruentes 20, 22, la disposicion de iman congruente tendria una relacion mas baja. Esta es otra manera de decir que se necesita menos material magnetico para crear una cierta intensidad de campo magnetico en un espacio de trabajo cuando los imanes son imanes congruentes, como se describe por la presente invencion.

Ademas, podria utilizarse un dispositivo de refrigeracion magnetico que tenga cualquier numero par de imanes permanentes en una configuracion similar. Por ejemplo, la Figura 24 muestra una segunda construccion de un

dispositivo de refrigeracion magnetico que tiene dos imanes permanentes (uno interno y otro externo). Esta segunda construccion podria utilizarse con dos elementos magnetocaloricos. La Figura 25 muestra una tercera construccion de un dispositivo de refrigeracion magnetico que tiene seis imanes permanentes (tres internos y tres externos) y 6 elementos magnetocaloricos. La Figura 26 muestra una segunda vista de la tercera construccion con el yugo externo 5 oculto a la vista. La Figura 27 muestra una cuarta construccion de un dispositivo de refrigeracion magnetico que tiene 12 imanes permanentes (seis internos y seis externos) y 12 elementos magnetocaloricos.

Ademas, las configuraciones de iman permanente de la presente invencion no necesitan limitarse a aplicaciones en refrigeracion magnetica. Tales configuraciones de iman se pueden utilizar tambien con dispositivos de 10 almacenamiento de datos tales como disquetes, discos de exploracion y unidades flash, por ejemplo, para borrar datos de estos dispositivos o manipular los datos de otras formas.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

REIVINDICACIONES

1. Una disposition de imanes para la creation de un campo magnetico, que comprende:

un primer iman (22) que tiene una primera superficie (32) que define un primer polo y una segunda superficie (26) que define un segundo polo opuesto al primer polo, en donde la segunda superficie (26) tiene una densidad de flujo magnetico mas alta que la primera superficie;

un segundo iman (20) separado del primer iman y que tiene una tercera superficie (36) que define un tercer polo y una cuarta superficie (42) que define un cuarto polo opuesto al tercer polo, en donde la tercera superficie (36) tiene una densidad de flujo magnetico mas alta que la cuarta superficie (42), en donde el segundo iman esta separado del primer iman para definir un primer hueco entre la segunda superficie (26) y la tercera superficie (36), y en donde las lineas de campo magnetico del campo magnetico se extienden de la primera superficie (32) a la segunda superficie (26), de la segunda superficie (26) a la tercera superficie (36) a traves del primer hueco y de la tercera superficie (26) a la cuarta superficie (42);

un tercer iman (20) separado del segundo iman (20) y que tiene una quinta superficie (42) que define un quinto polo y una sexta superficie (36) que define un sexto polo opuesto al quinto polo, en donde la sexta superficie (36) tiene una densidad de flujo magnetico mas alta que la quinta superficie (42), y en donde las lineas de campo magnetico se extienden de la cuarta superficie (42) a la quinta superficie (32) y de la quinta superficie a la sexta superficie (36);

un cuarto iman (22) separado del tercer iman (20) y que tiene una septima superficie (26) que define un septimo polo y una octava superficie (32) que define un octavo polo opuesto al septimo polo, en donde la septima superficie (26) tiene una densidad de flujo magnetico mas alta que la octava superficie (32), en donde el cuarto iman (22) esta separado del tercer iman (20) para definir un segundo hueco entre la sexta superficie (36) y la septima superficie (26), y en donde las lineas de campo magnetico se extienden de la sexta superficie (36) a la septima superficie (26) a traves del segundo hueco, y de la septima superficie (26) a la octava superficie (32); en donde el campo magnetico converge a traves del primer iman (22), a continuation se hace pasar a traves del primer hueco, despues diverge a traves del segundo iman (20), a continuacion converge a traves del tercer iman (20), a continuacion se hace pasar a traves del segundo hueco, despues diverge a traves del cuarto iman (22) y despues vuelve del cuarto iman (22) al primer iman (22);

caracterizada por que la segunda superficie (26) es arqueada, la tercera superficie (36) es arqueada, la sexta superficie (26) es arqueada, la septima superficie (26) es arqueada y por que la segunda superficie (26), la tercera superficie (36), la sexta superficie (36) y la septima superficie (26) comparten un centro de arco comun.
2. La disposicion de imanes de la reivindicacion 1, que comprende ademas:

un primer elemento magneticamente permeable (14) dispuesto entre el segundo iman (20) y el tercer iman (20) para crear una trayectoria para que las lineas de campo magnetico se extiendan de la cuarta superficie (42) a la quinta superficie (42) a traves del primer elemento magneticamente permeable (14); y

un segundo elemento magneticamente permeable (16) dispuesto adyacente a la primera superficie (32) y a la octava superficie (32) para crear una trayectoria para que las lineas de campo magnetico se extiendan de la primera superficie a la octava superficie a traves del segundo elemento magneticamente permeable (16).
3. La disposicion de imanes de la reivindicacion 1, en la que la densidad de flujo magnetico en el hueco es mayor que la densidad de flujo magnetico de la primera superficie (32).
4. La disposicion de imanes de la reivindicacion 1, en la que la densidad de flujo magnetico en el segundo hueco es mayor que la densidad de flujo magnetico de la octava superficie (32).
5. La disposicion de imanes de la reivindicacion 1, en la que la segunda superficie (26) tiene menos area superficial que la primera superficie (32).
6. La disposicion de imanes de la reivindicacion 1, que comprende ademas un material magnetocalorico (24) dispuesto en el primer hueco.
7. La disposicion de imanes de la reivindicacion 1, en la que el primer iman (22) esta formado por una pluralidad de segmentos de iman (48), en donde al menos uno de los segmentos de iman incluye una portion de la primera superficie (32) y una porcion de la segunda superficie (26), en donde cada uno de los segmentos de iman (48) incluye lineas de campo magnetico paralelas y en donde el primer iman incluye lineas de campo magnetico no paralelas.
8. La disposicion de imanes de la reivindicacion 2, en la que el primer elemento magneticamente permeable (14) es un tubo cilindrico.
9. La disposicion de imanes de la reivindicacion 2, en la que el segundo elemento magneticamente permeable (16) es un tubo cilindrico que tiene un diametro mayor que el primer elemento magneticamente permeable (14).