JP2020038026A - Magnetic refrigeration device - Google Patents

Magnetic refrigeration device Download PDF

Info

Publication number
JP2020038026A
JP2020038026A JP2018164913A JP2018164913A JP2020038026A JP 2020038026 A JP2020038026 A JP 2020038026A JP 2018164913 A JP2018164913 A JP 2018164913A JP 2018164913 A JP2018164913 A JP 2018164913A JP 2020038026 A JP2020038026 A JP 2020038026A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic
pole surface
magnetic pole
yoke
working body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2018164913A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
行人 仲澤
Yukihito Nakazawa
行人 仲澤
横田 英明
Hideaki Yokota
英明 横田
誠 武田
Makoto Takeda
誠 武田
巌 内門
Iwao Uchikado
巌 内門
誠 福島
Makoto Fukushima
誠 福島
相哲 ▲裴▼
相哲 ▲裴▼
Sangchul BAE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Sanden Corp
Original Assignee
Sanden Holdings Corp
TDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanden Holdings Corp, TDK Corp filed Critical Sanden Holdings Corp
Priority to JP2018164913A priority Critical patent/JP2020038026A/en
Publication of JP2020038026A publication Critical patent/JP2020038026A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Landscapes

  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

To suppress variations in density distribution of a magnetic flux penetrating magnetic working substances on the magnetic working substances.SOLUTION: A magnetic refrigeration device includes: a yoke having an opening; a magnetic working body which is disposed on an inner peripheral surface of the yoke, and includes magnetic working substances; and a rotator which is disposed in the inside of the opening of the yoke, and rotates about a rotation axis. The rotator is equipped with a permanent magnet that is magnetized in any direction of diametrical directions when viewed from the rotation axis direction and has a pole surface at an end portion in a magnetizing direction, and an opposite distance between the pole surface at the center in a circumferential direction of the pole surface with respect to the rotation axis and the magnetic working body is longer than an opposite distance between the pole surface at the end portion in the circumferential direction and the magnetic working body.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、磁気冷凍装置に関する。   The present invention relates to a magnetic refrigerator.

近年、冷凍技術の一つとして磁気冷凍装置への注目が高まっている。磁気冷凍装置は、フロンガス等を使用せず、環境への影響が少ないと言われている。   In recent years, attention has been paid to a magnetic refrigerator as one of refrigeration techniques. It is said that the magnetic refrigerating apparatus does not use Freon gas or the like and has little influence on the environment.

磁気冷凍装置に用いられる磁気冷凍技術の一つとしてAMR(Active Magnetic Regenerative Refrigeration)方式が知られている(例えば、特許文献1)。AMR方式は、磁気熱量効果と蓄熱効果とを利用した冷凍技術である。   An AMR (Active Magnetic Regenerative Refrigeration) method is known as one of the magnetic refrigeration techniques used for a magnetic refrigeration apparatus (for example, Patent Document 1). The AMR method is a refrigeration technology using a magnetocaloric effect and a heat storage effect.

磁気熱量効果は、磁性体内の磁気エントロピーの変化に伴い、磁性体が発熱又は吸熱する物理現象である。断熱状態で磁性体に磁場を印加すると、磁気エントロピーは減少する。その結果、磁性体は発熱し、磁性体の温度が上がる。他方、磁性体に印加していた磁場を取り去ると、磁気エントロピーは増加する。その結果、磁性体は吸熱し、磁性体の温度が下がる。   The magnetocaloric effect is a physical phenomenon in which a magnetic material generates or absorbs heat with a change in magnetic entropy in the magnetic material. When a magnetic field is applied to a magnetic body in an adiabatic state, the magnetic entropy decreases. As a result, the magnetic body generates heat, and the temperature of the magnetic body rises. On the other hand, when the magnetic field applied to the magnetic body is removed, the magnetic entropy increases. As a result, the magnetic material absorbs heat, and the temperature of the magnetic material decreases.

他方、蓄熱効果は、磁性体内の結晶格子のエントロピーの変化を利用する物理現象である。断熱状態で磁性体に磁場を印加すると結晶格子のエントロピーは増加し、磁場を取り去ると、結晶格子のエントロピーは減少する。室温域における磁気冷凍にとって阻害要因となりうる結晶格子のエントロピーを積極的に利用することで、発生した冷熱を効率的に蓄えることができる。   On the other hand, the heat storage effect is a physical phenomenon utilizing a change in entropy of a crystal lattice in a magnetic body. When a magnetic field is applied to the magnetic material in an adiabatic state, the entropy of the crystal lattice increases, and when the magnetic field is removed, the entropy of the crystal lattice decreases. By actively utilizing the entropy of the crystal lattice, which can be a hindrance to magnetic refrigeration in the room temperature range, the generated cold heat can be efficiently stored.

また特許文献2には、永久磁石が固着された回転子と、磁気作業物質を有する磁気作業体を内面側に有する固定子と、を有する磁気冷凍装置が記載されている。回転子が固定子の内部で回転すると、磁気作業物質に磁場を印加する印加状態と、磁気作業物質に加わる磁場を除去する非印加状態との2状態が生み出される。磁気作業物質は、印加状態から非印加状態に移行する際に、被冷却体を冷却する。   Patent Literature 2 describes a magnetic refrigeration apparatus including a rotor to which a permanent magnet is fixed, and a stator having a magnetic working body having a magnetic working substance on an inner surface side. When the rotor rotates inside the stator, two states are created: an applied state in which a magnetic field is applied to the magnetic working material and a non-applied state in which the magnetic field applied to the magnetic working material is removed. The magnetic working material cools the object to be cooled when transitioning from the applied state to the non-applied state.

特開2014−98495号公報JP 2014-98495 A 特開2008−51412号公報JP 2008-51412 A

特許文献2に記載の磁気冷凍装置は、永久磁石の磁極面を、対向する固定子の内周面を反映した円弧状としている。磁極面が所定の円弧を描くと、磁極面と磁気作業体との距離が磁極面の位置ごとで変化する。例えば、中心における永久磁石の磁極面と磁気作業体との距離は、端部における永久磁石の磁極面と磁気作業体との距離より短くなる。永久磁石の磁束密度は、永久磁石の磁極面と磁気作業体との距離の影響を受ける。永久磁石の中心における磁束密度は高く、永久磁石の端部における磁束密度は低くなる。つまり、磁場が印加された印加状態において、磁気作業物質を貫く磁束密度分布がばらついている。   In the magnetic refrigeration apparatus described in Patent Literature 2, the magnetic pole surface of the permanent magnet has an arc shape reflecting the inner peripheral surface of the opposed stator. When the pole face draws a predetermined arc, the distance between the pole face and the magnetic work body changes for each position of the pole face. For example, the distance between the pole face of the permanent magnet and the magnetic work body at the center is shorter than the distance between the pole face of the permanent magnet and the magnetic work body at the end. The magnetic flux density of the permanent magnet is affected by the distance between the magnetic pole surface of the permanent magnet and the magnetic working body. The magnetic flux density at the center of the permanent magnet is high and the magnetic flux density at the end of the permanent magnet is low. That is, in the applied state where the magnetic field is applied, the magnetic flux density distribution penetrating the magnetic work material varies.

磁束密度分布にばらつきがある永久磁石が回転すると、励磁時の磁気エントロピー変化に時差が生じる。この時差は、発熱した磁気作業物質から温熱を除去する際に、磁気作業物質の一部が吸熱現象を起こすという問題を引き起こす。発熱現象と吸熱現象とが同時に生じると、全体としての磁気熱量効果が低下する。   When a permanent magnet having a variation in magnetic flux density distribution rotates, a time difference occurs in a change in magnetic entropy at the time of excitation. This time difference causes a problem that a part of the magnetic working material causes an endothermic phenomenon when removing heat from the heated magnetic working material. When the heat generation phenomenon and the heat absorption phenomenon occur simultaneously, the magnetocaloric effect as a whole decreases.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、磁気作業物質を貫く磁束の密度分布のばらつきを抑制することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to suppress variations in the density distribution of magnetic flux penetrating a magnetic work material.

本発明者らは、鋭意検討の結果、磁束の発生源である永久磁石の形状を調整することで、磁気作業体を貫く磁束の密度分布のばらつきを抑制できることを見出した。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
As a result of intensive studies, the present inventors have found that by adjusting the shape of the permanent magnet that is the source of the magnetic flux, it is possible to suppress variations in the density distribution of the magnetic flux penetrating the magnetic working body.
That is, the present invention provides the following means in order to solve the above problems.

(1)第1の態様にかかる磁気冷凍装置は、開口部を有するヨークと、前記ヨークの内周面に位置し、磁気作業物質を含む磁気作業体と、前記ヨークの前記開口部の内部に位置し、回転軸を中心に回転する回転子と、を備え、前記回転子は、前記回転軸が延在する回転軸方向から見て径方向のいずれかの方向に着磁され、着磁方向の端部に磁極面を有する永久磁石を備え、前記回転軸を基準に前記磁極面の周方向の中心における前記磁極面と前記磁気作業体との対向距離は、前記周方向の端部における前記磁極面と前記磁気作業体との対向距離より長い。 (1) A magnetic refrigeration apparatus according to a first aspect, wherein a yoke having an opening, a magnetic working body located on an inner peripheral surface of the yoke and containing a magnetic working material, and a yoke having an opening inside the opening of the yoke. And a rotor that rotates about a rotation axis, wherein the rotor is magnetized in one of radial directions as viewed from the rotation axis direction in which the rotation axis extends, and has a magnetization direction. A permanent magnet having a magnetic pole surface at an end of the magnetic pole, and a facing distance between the magnetic pole surface and the magnetic work body at a center in a circumferential direction of the magnetic pole surface with respect to the rotation axis is the distance at the end in the circumferential direction. It is longer than the facing distance between the magnetic pole surface and the magnetic work body.

(2)上記態様にかかる磁気冷凍装置において、前記磁極面は、前記回転軸から見て平坦面又は凸面であってもよい。 (2) In the magnetic refrigerator according to the above aspect, the magnetic pole surface may be a flat surface or a convex surface viewed from the rotation axis.

(3)上記態様にかかる磁気冷凍装置において、前記磁極面と前記磁気作業体との対向距離が、前記磁極面の前記周方向の中心から端部に向かって漸近的に短くなってもよい。 (3) In the magnetic refrigeration apparatus according to the above aspect, a facing distance between the magnetic pole surface and the magnetic working body may be asymptotically shorter from the center of the magnetic pole surface in the circumferential direction toward an end.

(4)上記態様にかかる磁気冷凍装置において、前記回転子は、磁束制御部をさらに備え、前記回転軸を基準に前記磁極面の外側に位置し、磁性体を有してもよい。 (4) In the magnetic refrigerating apparatus according to the above aspect, the rotor may further include a magnetic flux control unit, and may be located outside the magnetic pole surface with respect to the rotation axis and include a magnetic body.

(5)上記態様にかかる磁気冷凍装置において、前記磁束制御部の前記周方向の中心における厚さは、前記磁束制御部の前記周方向の端部における厚さより厚くてもよい。 (5) In the magnetic refrigeration apparatus according to the above aspect, a thickness of the magnetic flux control unit at the center in the circumferential direction may be larger than a thickness of the magnetic flux control unit at an end in the circumferential direction.

(6)上記態様にかかる磁気冷凍装置において、前記磁束制御部の厚さが、前記周方向の中心から端部に向かって漸近的に薄くなっていてもよい。 (6) In the magnetic refrigeration apparatus according to the above aspect, the thickness of the magnetic flux control section may be asymptotically reduced from the center in the circumferential direction toward the end.

上記態様にかかる磁気冷凍装置によれば、磁気作業物質を貫く磁束の密度分布のばらつきを抑制できる。   According to the magnetic refrigeration apparatus of the above aspect, it is possible to suppress the variation in the density distribution of the magnetic flux penetrating the magnetic work material.

第1実施形態にかかる磁気冷凍システムの模式図である。It is a schematic diagram of the magnetic refrigeration system according to the first embodiment. 第1実施形態にかかる磁気冷凍装置の断面を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the cross section of the magnetic refrigeration apparatus concerning 1st Embodiment. 第1実施形態にかかる磁気冷凍装置の動作を模式的に示した図である。It is a figure showing typically operation of a magnetic refrigerating device concerning a 1st embodiment. 第1実施形態にかかる磁気冷凍装置の別の例の断面を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the cross section of another example of the magnetic refrigerator concerning 1st Embodiment. 第1実施形態にかかる磁気冷凍装置の別の例の断面を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the cross section of another example of the magnetic refrigerator concerning 1st Embodiment. 第2実施形態にかかる磁気冷凍システムの磁気冷凍装置の断面を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the cross section of the magnetic refrigerator of the magnetic refrigerator system concerning 2nd Embodiment. 磁束密度分布をシミュレーションする際に用いたAモデルの模式図である。It is a schematic diagram of the A model used when simulating the magnetic flux density distribution. 磁束密度分布をシミュレーションする際に用いたBモデルの模式図である。It is a schematic diagram of a B model used when simulating a magnetic flux density distribution. 磁束密度分布をシミュレーションする際に用いたCモデルの模式図である。It is a schematic diagram of the C model used when simulating the magnetic flux density distribution. 実施例1〜実施例6及び比較例1においてヨークの内周面近傍における磁束密度分布を測定した結果である。It is the result of measuring the magnetic flux density distribution in the vicinity of the inner peripheral surface of the yoke in Examples 1 to 6 and Comparative Example 1.

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。   Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the drawings used in the following description, a characteristic part may be enlarged for convenience in order to make the characteristic easy to understand, and the dimensional ratio of each component may be different from the actual one. The materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited thereto, and can be appropriately modified and implemented within a range in which the effects of the present invention are exhibited.

「第1実施形態」
(磁気冷凍システム)
図1は、第1実施形態にかかる磁気冷凍システムの模式図である。図1に示す磁気冷凍システム200は、磁気冷凍装置100と、ポンプ110と、切り替え部120,121と、冷却室130と、貯留槽140と、流路150と、を備える。磁気冷凍装置100、ポンプ110、切り替え部120,121、冷却室130及び貯留槽140は、流路150により接続されている。
"First Embodiment"
(Magnetic refrigeration system)
FIG. 1 is a schematic diagram of a magnetic refrigeration system according to the first embodiment. The magnetic refrigeration system 200 shown in FIG. 1 includes a magnetic refrigeration apparatus 100, a pump 110, switching units 120 and 121, a cooling chamber 130, a storage tank 140, and a flow path 150. The magnetic refrigeration apparatus 100, the pump 110, the switching units 120 and 121, the cooling chamber 130, and the storage tank 140 are connected by a flow path 150.

ポンプ110は、熱交換媒体を循環させる。熱交換媒体は、水に限られず、他の溶液、空気等でもよい。ポンプ110から排出された熱交換媒体は、流路150を介して切り替え部120に供給される(流れF1)。   Pump 110 circulates the heat exchange medium. The heat exchange medium is not limited to water, but may be another solution, air, or the like. The heat exchange medium discharged from the pump 110 is supplied to the switching unit 120 via the flow path 150 (flow F1).

切り替え部120,121は、磁気冷凍装置100のどの位置に熱交換媒体を供給するかを制御し、流路150の接続を切り替える。切り替え部120から排出された熱交換媒体は、流路150を介して磁気冷凍装置100に供給される(流れF2)。熱交換媒体は、磁気冷凍装置100における磁場が印加されていない磁気作業体20に供給され、熱交換媒体が冷却される。   The switching units 120 and 121 control where the heat exchange medium is supplied to the magnetic refrigeration apparatus 100, and switch the connection of the flow path 150. The heat exchange medium discharged from the switching unit 120 is supplied to the magnetic refrigerator 100 via the flow path 150 (flow F2). The heat exchange medium is supplied to the magnetic working body 20 in the magnetic refrigerator 100 to which no magnetic field is applied, and the heat exchange medium is cooled.

冷却室130は、冷却部132を有する。冷却された熱交換媒体は、流路150を介して冷却室130の冷却部132に供給される(流れF3)。熱交換媒体は、冷却室130の内部を冷やし、吸熱する。吸熱した熱交換媒体は、磁気冷凍装置100に再度供給される(流れF4)。熱交換媒体は、磁気冷凍装置100における磁場が印加されている磁気作業体20に流路150を介して供給される。流路150は、切り替え部121により選択される。磁気作業体20は、熱交換媒体を温める。熱交換媒体に熱を伝えることで、磁気作業体20の温度が高くなることを抑制する。温められた熱交換媒体は、流路150を介して貯留槽140に供給される(流れF5)。   The cooling chamber 130 has a cooling unit 132. The cooled heat exchange medium is supplied to the cooling unit 132 of the cooling chamber 130 via the flow path 150 (flow F3). The heat exchange medium cools the inside of the cooling chamber 130 and absorbs heat. The heat exchange medium that has absorbed the heat is supplied again to the magnetic refrigerator 100 (flow F4). The heat exchange medium is supplied to the magnetic working body 20 of the magnetic refrigeration apparatus 100 to which the magnetic field is applied, via the channel 150. The flow channel 150 is selected by the switching unit 121. The magnetic working body 20 warms the heat exchange medium. By transmitting heat to the heat exchange medium, the temperature of the magnetic working body 20 is prevented from increasing. The warmed heat exchange medium is supplied to the storage tank 140 via the flow path 150 (flow F5).

貯留槽140は、熱交換媒体を貯留する。磁気作業体20により温められた熱交換媒体は、貯留槽140で室温まで冷却される。室温まで冷却された熱交換媒体は、貯留槽140からポンプ110に至る(流れF6)。上述の流れF1から流れF6を経て、磁気冷凍システム200は一回循環する。磁気冷凍システム200は、この循環を繰り返し、冷却室130内の被冷却体を冷却する。   The storage tank 140 stores a heat exchange medium. The heat exchange medium warmed by the magnetic working body 20 is cooled to room temperature in the storage tank 140. The heat exchange medium cooled to room temperature reaches the pump 110 from the storage tank 140 (flow F6). The magnetic refrigeration system 200 circulates once through the flow F1 to the flow F6 described above. The magnetic refrigeration system 200 repeats this circulation to cool the object to be cooled in the cooling chamber 130.

(磁気冷凍装置)
図2は、第1実施形態にかかる磁気冷凍装置100の断面模式図である。図2は、後述する回転軸32に対して垂直な断面で磁気冷凍装置100を切断した断面に対応する。磁気冷凍装置100は、ヨーク10と、磁気作業体20と、回転子30とを備える。
(Magnetic refrigerator)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the magnetic refrigerator 100 according to the first embodiment. FIG. 2 corresponds to a section obtained by cutting the magnetic refrigeration apparatus 100 in a section perpendicular to the rotation shaft 32 described later. The magnetic refrigeration apparatus 100 includes a yoke 10, a magnetic work body 20, and a rotor 30.

ヨーク10は、内部に開口部10Aを有する。ヨーク10は、図1に示すように一方向に延在する円管状の部材である。ヨーク10は、磁性体からなる。ヨーク10には、例えば、一般構造用鉄鋼材(SS400)、ケイ素鋼板、機械構造用炭素材等を用いることができる。   The yoke 10 has an opening 10A inside. The yoke 10 is a cylindrical member extending in one direction as shown in FIG. The yoke 10 is made of a magnetic material. For the yoke 10, for example, a steel material for general structure (SS400), a silicon steel plate, a carbon material for machine structure, or the like can be used.

磁気作業体20は、ヨーク10の内周面10aに位置する。磁気作業体20は、ヨーク10の内周面10aと接触していてもよいし、間隔をあけて配置されてもよい。   The magnetic working body 20 is located on the inner peripheral surface 10 a of the yoke 10. The magnetic working body 20 may be in contact with the inner peripheral surface 10a of the yoke 10, or may be arranged at intervals.

図2に示す磁気作業体20は、ヨーク10の延在方向と同じ方向に延在する仕切り板22により複数の領域に区分されている。磁気作業体20は、図2に示すようにヨーク10の内周面10a全面に設けてもよいし、その一部にのみ設けてもよい。例えば、ヨーク10の内周面10aに、磁気作業体20を一定の間隔をあけて複数配設してもよい。   The magnetic working body 20 shown in FIG. 2 is divided into a plurality of regions by a partition plate 22 extending in the same direction as the direction in which the yoke 10 extends. The magnetic working body 20 may be provided on the entire inner peripheral surface 10a of the yoke 10 as shown in FIG. 2, or may be provided only on a part thereof. For example, a plurality of magnetic working bodies 20 may be arranged on the inner peripheral surface 10a of the yoke 10 at regular intervals.

磁気作業体20は、磁気作業物質を有する。磁気作業物質は、磁気熱量効果を発現する材料からなる。磁気作業物質は、断熱状態で磁場が印加されると発熱し、印加していた磁場を取り去ると吸熱する。磁場を印加する印加状態と、印加されていた磁場を除去する非印加状態とで、磁気作業物質の磁気エントロピーは変化し、磁気作業物質が発熱又は吸熱する。   The magnetic working body 20 has a magnetic working material. The magnetic working material is made of a material that exhibits a magnetocaloric effect. The magnetic working material generates heat when a magnetic field is applied in an adiabatic state, and absorbs heat when the applied magnetic field is removed. The magnetic entropy of the magnetic working material changes between an applied state where a magnetic field is applied and a non-applied state where the applied magnetic field is removed, and the magnetic working material generates or absorbs heat.

磁気作業物質は、例えば、GdSiGe系物質、Mn(As-Sb)系物質、MnFe(P-As)系物質、La(Fe-Si)H系物質等を用いることができる。 Magnetic working substance, for example, can be used Gd 5 Si 2 Ge 2 based materials, Mn (As-Sb) based material, MnFe (P-As) based material, a La (Fe-Si) H-based material or the like.

回転子30は、ヨーク10の開口部10A内に位置する。図2に示す回転子30は、永久磁石31と回転軸32とを備える。回転軸32の軸中心は、ヨーク10の中心と一致する。回転子30は、回転軸32を中心に回転する。   The rotor 30 is located in the opening 10 </ b> A of the yoke 10. The rotor 30 shown in FIG. 2 includes a permanent magnet 31 and a rotating shaft 32. The center of the rotation shaft 32 coincides with the center of the yoke 10. The rotor 30 rotates about a rotation shaft 32.

永久磁石31は、回転軸32が延在する回転軸方向から見て径方向に着磁されている。着磁方向(径方向)の端部には、磁極面31aを有する。磁極面31aは、永久磁石31の外表面のうち磁束が貫く面である。   The permanent magnet 31 is magnetized in the radial direction when viewed from the direction of the rotation axis where the rotation shaft 32 extends. At the end in the magnetization direction (radial direction), a magnetic pole surface 31a is provided. The magnetic pole surface 31 a is a surface of the outer surface of the permanent magnet 31 through which a magnetic flux penetrates.

図2に示す永久磁石31は、回転軸方向から見て長軸と短軸とを有する。永久磁石31の断面形状はこの場合に限られない。図2に示す永久磁石31における第1方向は、永久磁石31の長軸方向であり、長軸方向に着磁されている。   The permanent magnet 31 shown in FIG. 2 has a long axis and a short axis when viewed from the rotation axis direction. The cross-sectional shape of the permanent magnet 31 is not limited to this case. The first direction of the permanent magnet 31 shown in FIG. 2 is the long axis direction of the permanent magnet 31 and is magnetized in the long axis direction.

永久磁石31の周方向の中心における磁極面31aと磁気作業体20との対向距離L1は、周方向の端部における磁極面31aと磁気作業体20との対向距離L2より長い。ここで対向距離とは、磁極面31aから磁気作業体20に向かって着磁方向に沿って下した垂線の距離を意味する。磁極面31aは、永久磁石31の端部を通り、磁気作業体20と等距離にある基準面S1より回転軸32側に位置する。   The facing distance L1 between the magnetic pole surface 31a and the magnetic working body 20 at the center in the circumferential direction of the permanent magnet 31 is longer than the facing distance L2 between the magnetic pole surface 31a and the magnetic working body 20 at the circumferential end. Here, the facing distance means a distance of a perpendicular line that is lowered from the magnetic pole surface 31a toward the magnetic working body 20 along the magnetization direction. The magnetic pole surface 31a passes through the end of the permanent magnet 31 and is located closer to the rotation shaft 32 than the reference surface S1 equidistant from the magnetic work body 20.

磁気作業体20の各位置における磁束密度は、永久磁石31が生み出す起磁力と、磁極面31aと磁気作業体20との距離と、によって決定される。   The magnetic flux density at each position of the magnetic working body 20 is determined by the magnetomotive force generated by the permanent magnet 31 and the distance between the magnetic pole surface 31a and the magnetic working body 20.

磁極面31aが基準面S1に位置する場合、磁極面31aと磁気作業体20との着磁方向における距離は、周方向の中央部より端部において長くなる。磁気作業体20の各位置における磁束密度は、磁極面31aと磁気作業体20との距離に応じて変化する。磁気作業体20の各位置における磁束密度は、磁極面31aの端部と対向する位置より中央部と対向する位置において強く、磁気作業体20の各位置における磁束密度がばらつく。   When the magnetic pole surface 31a is located on the reference surface S1, the distance in the magnetizing direction between the magnetic pole surface 31a and the magnetic working body 20 is longer at the end than at the center in the circumferential direction. The magnetic flux density at each position of the magnetic working body 20 changes according to the distance between the magnetic pole surface 31a and the magnetic working body 20. The magnetic flux density at each position of the magnetic working body 20 is stronger at the position facing the center than at the position facing the end of the magnetic pole surface 31a, and the magnetic flux density at each position of the magnetic working body 20 varies.

これに対し、図2に示す磁気冷凍装置100は、周方向の中心における磁極面31aと磁気作業体20との対向距離L1は、周方向の端部における磁極面31aと磁気作業体20との対向距離L2より長い。つまり、磁極面31aから磁気作業体20に至るまでに、磁束は磁極面31aの周方向の中心において周方向の端部より拡散する。   On the other hand, in the magnetic refrigeration apparatus 100 shown in FIG. 2, the facing distance L1 between the magnetic pole surface 31a at the center in the circumferential direction and the magnetic working body 20 is equal to the distance between the magnetic pole surface 31a at the circumferential end and the magnetic working body 20. It is longer than the facing distance L2. That is, from the magnetic pole surface 31a to the magnetic work body 20, the magnetic flux is diffused from the circumferential end at the circumferential center of the magnetic pole surface 31a.

したがって、磁極面31aと磁気作業体20との距離を制御することで、磁極面31aと対向する磁気作業体20の各位置における磁束密度のばらつきが抑制される。   Therefore, by controlling the distance between the magnetic pole surface 31a and the magnetic work body 20, the variation in the magnetic flux density at each position of the magnetic work body 20 facing the magnetic pole surface 31a is suppressed.

図2に示す永久磁石31の磁極面31aは、回転軸32から見て突出する凸面である。磁極面31aの形状は、図2に示すように、周方向の中心から端部に向かって漸近的に変化することが好ましい。磁極面31aの形状が漸近的に変化することで、磁極面31aと磁気作業体20との対向距離が、磁極面31aの周方向の中心から端部に向かって漸近的に短くなる。ここで「漸近的」とは、徐々に変化することを意味し、磁極面31aの形状及び対向距離が段階的に変化する場合も含む。磁極面31aの形状及び対向距離が、漸近的に変化することで、磁極面31aと対向する磁気作業体20の各位置における磁束密度のばらつきがより抑制される。   The magnetic pole surface 31 a of the permanent magnet 31 shown in FIG. 2 is a convex surface projecting from the rotation shaft 32. As shown in FIG. 2, the shape of the magnetic pole surface 31a preferably changes asymptotically from the center in the circumferential direction toward the end. As the shape of the magnetic pole surface 31a changes asymptotically, the facing distance between the magnetic pole surface 31a and the magnetic work body 20 asymptotically decreases from the circumferential center of the magnetic pole surface 31a toward the end. Here, “asymptotically” means that the shape gradually changes, and also includes the case where the shape of the magnetic pole surface 31a and the facing distance change stepwise. The variation of the magnetic flux density at each position of the magnetic working body 20 facing the magnetic pole surface 31a is further suppressed by asymptotically changing the shape and the facing distance of the magnetic pole surface 31a.

図3は、第1実施形態にかかる磁気冷凍装置100の動作を模式的に示した図である。磁気冷凍装置100は、回転子30が回転することで、磁気作業体20の内部の磁気作業物質が発熱、吸熱し、磁気作業体20内部を流通する熱交換媒体を加熱、冷却する。   FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the operation of the magnetic refrigeration apparatus 100 according to the first embodiment. The magnetic refrigeration apparatus 100 heats and absorbs the magnetic working material inside the magnetic working body 20 by rotating the rotor 30 to heat and cool the heat exchange medium flowing inside the magnetic working body 20.

図3(a)はある任意の時間における磁気冷凍装置100の断面を模式的に示した図である。図3に示す磁気作業体20は、6つの領域に区分されている。磁束線は、磁極面31aとヨーク10との間で発生する。そのため、ある任意の時間において磁場は、区分された6つの領域のうち第1領域20Aにおける磁気作業体20の内部の磁気作業物質に印加される。第1領域20Aの内部の磁気作業物質の磁気エントロピーは減少する。つまり、第1領域20Aの内部の磁気作業物質は、発熱する。   FIG. 3A is a diagram schematically illustrating a cross section of the magnetic refrigeration apparatus 100 at an arbitrary time. The magnetic working body 20 shown in FIG. 3 is divided into six regions. The magnetic flux lines are generated between the magnetic pole surface 31a and the yoke 10. Therefore, at any given time, the magnetic field is applied to the magnetic work substance inside the magnetic work body 20 in the first region 20A among the six divided regions. The magnetic entropy of the magnetic working material inside the first region 20A decreases. That is, the magnetic work material inside the first region 20A generates heat.

磁極面31aは径方向に二つあるため、第1領域20Aも対向する位置に2つ存在する。以下、時計回りに第1領域20Aの隣の領域を第2領域20B、さらに隣の領域を第3領域20Cとする。   Since there are two magnetic pole surfaces 31a in the radial direction, two first regions 20A also exist at opposing positions. Hereinafter, the area adjacent to the first area 20A in the clockwise direction is referred to as a second area 20B, and the area adjacent to the first area 20A is referred to as a third area 20C.

次いで、回転子30が回転すると、磁気冷凍装置100は図3(a)の状態から図3(b)の状態に移行する。図3(b)は別の任意の時間における磁気冷凍装置100の断面を模式的に示した図である。図3(b)の状態において磁場は、第2領域20Bの内部の磁気作業物質に印加される。第2領域20Bの内部の磁気作業物質は、発熱する。   Next, when the rotor 30 rotates, the magnetic refrigerator 100 transitions from the state of FIG. 3A to the state of FIG. 3B. FIG. 3B is a diagram schematically illustrating a cross section of the magnetic refrigerator 100 at another arbitrary time. In the state of FIG. 3B, the magnetic field is applied to the magnetic work material inside the second region 20B. The magnetic work material inside the second region 20B generates heat.

一方で、図3(a)において第1領域20Aに印加されていた磁場は除去される。したがって、第1領域20Aの内部の磁気作業物質の磁気エントロピーは増加する。その結果、第1領域20Aの内部の磁気作業物質は、吸熱する。   On the other hand, the magnetic field applied to the first region 20A in FIG. 3A is removed. Therefore, the magnetic entropy of the magnetic work material inside the first region 20A increases. As a result, the magnetic work material inside the first region 20A absorbs heat.

図3(a)の状態から図3(b)の状態に移行する際に、切り替え部120から磁気冷凍装置100に熱交換媒体を供給する流路150を第1領域20Aに接続し、磁気冷凍装置100から切り替え部120に熱交換媒体を排出する流路150を第2領域20Bに接続する。   When shifting from the state of FIG. 3A to the state of FIG. 3B, the flow path 150 for supplying the heat exchange medium from the switching unit 120 to the magnetic refrigeration apparatus 100 is connected to the first region 20A, and the magnetic refrigeration is performed. The flow path 150 for discharging the heat exchange medium from the device 100 to the switching unit 120 is connected to the second region 20B.

第1領域20Aにおける磁気作業物質は、この瞬間において吸熱反応を示すため、磁気冷凍装置100に供給された熱交換媒体は冷却される。冷却された熱交換媒体は、冷却室130に供給され、被冷却体を冷却する。第2領域20Bにおける磁気作業物質は、この瞬間において発熱反応を示すが、貯留槽140に戻る熱交換媒体を加熱することで高温になることが抑制されている。   Since the magnetic working material in the first region 20A shows an endothermic reaction at this moment, the heat exchange medium supplied to the magnetic refrigerator 100 is cooled. The cooled heat exchange medium is supplied to the cooling chamber 130 to cool the object to be cooled. The magnetic working material in the second region 20B shows an exothermic reaction at this moment, but is prevented from being heated to a high temperature by heating the heat exchange medium returning to the storage tank 140.

回転子30が回転することで、磁気作業体20の磁場が印加される領域は、第1領域20A、第2領域20B、第3領域20Cと順次変化する。この変化に応じて切り替え部120、121によって流路150を切り替える。冷却室130に向かう熱交換媒体は常に冷却され、被冷却体は効率的に冷却される。   As the rotor 30 rotates, the area of the magnetic working body 20 to which the magnetic field is applied changes sequentially to the first area 20A, the second area 20B, and the third area 20C. The flow path 150 is switched by the switching units 120 and 121 according to this change. The heat exchange medium flowing to the cooling chamber 130 is always cooled, and the object to be cooled is efficiently cooled.

第1実施形態にかかる磁気冷凍装置100は、第1領域20A、第2領域20B、第3領域20Cに印加される磁束密度のばらつきが少ない。つまり磁気作業物質に磁場を印加する印加状態と、磁気作業物質に加わる磁場を除去する非印加状態と、の2状態の切り替わりが明確になり、一つの領域内で発熱現象と吸熱現象とが同時に生じることを抑制できる。その結果、磁気作業体20全体としての磁気熱量効果が効率的に発現する。   The magnetic refrigeration apparatus 100 according to the first embodiment has a small variation in the magnetic flux density applied to the first region 20A, the second region 20B, and the third region 20C. In other words, the switching between the applied state in which the magnetic field is applied to the magnetic working substance and the non-applied state in which the magnetic field applied to the magnetic working substance is removed becomes clear, and the heat generation and endothermic phenomena occur simultaneously in one region. This can be suppressed. As a result, the magnetocaloric effect of the magnetic working body 20 as a whole is efficiently exhibited.

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail, but the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications may be made within the scope of the present invention described in the appended claims. Can be modified and changed.

図4は、第1実施形態にかかる磁気冷凍装置の別の例の断面模式図である。図4に示す磁気冷凍装置101は、永久磁石33の形状が図2に示す磁気冷凍装置100と異なる。その他の構成は、図2に示す磁気冷凍装置100と同一である。同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of another example of the magnetic refrigerator according to the first embodiment. The magnetic refrigeration apparatus 101 shown in FIG. 4 differs from the magnetic refrigeration apparatus 100 shown in FIG. Other configurations are the same as those of the magnetic refrigerator 100 shown in FIG. The same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図4に示す永久磁石33は、回転軸方向から見て長軸と短軸とを有する長方形である。そのため、磁極面33aは回転軸32から見て平坦面である。   The permanent magnet 33 shown in FIG. 4 is a rectangle having a long axis and a short axis when viewed from the rotation axis direction. Therefore, the magnetic pole surface 33 a is a flat surface viewed from the rotation shaft 32.

図4に示す永久磁石33は、磁極面33aの周方向の中心における着磁方向の厚さと、磁極面33aの周方向の端部における着磁方向の厚さとが一致する。周方向の中心における磁極面33aと磁気作業体20との対向距離L1は、周方向の端部における磁極面33aと磁気作業体20との対向距離L2より長い。つまり、磁極面33aから磁気作業体20に至るまでに、磁束は周方向の中心において周方向の端部より拡散する。   In the permanent magnet 33 shown in FIG. 4, the thickness in the magnetizing direction at the center in the circumferential direction of the magnetic pole face 33a matches the thickness in the magnetizing direction at the circumferential end of the magnetic pole face 33a. The facing distance L1 between the magnetic pole surface 33a and the magnetic working body 20 at the center in the circumferential direction is longer than the facing distance L2 between the magnetic pole surface 33a and the magnetic working body 20 at the circumferential end. That is, from the magnetic pole surface 33a to the magnetic working body 20, the magnetic flux is diffused from the circumferential end at the circumferential center.

この場合、磁極面33aの第2方向の中心と対向する位置における磁気作業体20の磁束密度は、磁極面33aの第2方向の端部と対向する位置における磁気作業体20の磁束密度より小さくなる。しかしながら、磁極面33aが基準面S1に位置する場合よりは、磁極面31aと対向する磁気作業体20の各位置における磁束密度のばらつきが抑制される。   In this case, the magnetic flux density of the magnetic working body 20 at a position facing the center of the magnetic pole surface 33a in the second direction is smaller than the magnetic flux density of the magnetic working body 20 at a position facing the end of the magnetic pole surface 33a in the second direction. Become. However, the variation of the magnetic flux density at each position of the magnetic working body 20 facing the magnetic pole surface 31a is suppressed as compared with the case where the magnetic pole surface 33a is located on the reference surface S1.

ここまで磁極面31aが回転軸32に対して凸形状の場合(図2)と、磁極面33aが平坦面の場合(図4)とについて説明した。磁極面の形状は、効果を奏する範囲で回転軸32に対して凹形状でもよい。一方で、磁束密度を高め、ばらつきを抑える観点では、上述のように磁極面が平坦、または凸形状であることが好ましい。   The case where the magnetic pole surface 31a is convex with respect to the rotating shaft 32 (FIG. 2) and the case where the magnetic pole surface 33a is flat (FIG. 4) have been described. The shape of the magnetic pole surface may be concave with respect to the rotation shaft 32 as long as the effect is obtained. On the other hand, from the viewpoint of increasing the magnetic flux density and suppressing variations, it is preferable that the magnetic pole surface be flat or convex as described above.

また図5は、第1実施形態にかかる磁気冷凍装置の別の例の断面模式図である。図5に示す磁気冷凍装置102は、回転子40の形状が図2に示す磁気冷凍装置100と異なる。その他の構成は、図2に示す磁気冷凍装置100と同一である。同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of another example of the magnetic refrigerator according to the first embodiment. The magnetic refrigeration apparatus 102 shown in FIG. 5 differs from the magnetic refrigeration apparatus 100 shown in FIG. Other configurations are the same as those of the magnetic refrigerator 100 shown in FIG. The same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図5に示す回転子40は、回転軸42と、支持体43と、複数の永久磁石44とを有する。複数の永久磁石44は、支持体43によって支持される。支持体43の4辺で永久磁石44を支持することで、永久磁石44は回転軸42を基準に径方向の4方向に突出する。複数の永久磁石44は、それぞれ支持体43からの突出方向に着磁している。   The rotor 40 shown in FIG. 5 has a rotating shaft 42, a support 43, and a plurality of permanent magnets 44. The plurality of permanent magnets 44 are supported by the support 43. By supporting the permanent magnets 44 on the four sides of the support 43, the permanent magnets 44 protrude in four radial directions with respect to the rotation shaft 42. The plurality of permanent magnets 44 are magnetized in the direction in which they protrude from the support 43.

複数の永久磁石44は、それぞれ磁気作業体20と対向する位置に磁極面44aを有する。それぞれの磁極面44aにおいて、周方向の中心における磁極面44aと磁気作業体20との対向距離L1は、周方向の端部における磁極面44aと磁気作業体20との対向距離L2より長い。つまり、磁極面44aから磁気作業体20に至るまでに、磁束は周方向の中心において周方向の端部より拡散する。その結果、磁極面44aと対向する磁気作業体20の各位置における磁束密度のばらつきが抑制される。   Each of the plurality of permanent magnets 44 has a magnetic pole surface 44 a at a position facing the magnetic work body 20. In each magnetic pole surface 44a, the facing distance L1 between the magnetic pole surface 44a and the magnetic work body 20 at the center in the circumferential direction is longer than the facing distance L2 between the magnetic pole surface 44a and the magnetic work body 20 at the circumferential end. That is, from the magnetic pole surface 44a to the magnetic work body 20, the magnetic flux is diffused from the circumferential end at the circumferential center. As a result, variation in magnetic flux density at each position of the magnetic working body 20 facing the magnetic pole surface 44a is suppressed.

なお、磁気冷凍装置における磁極面の数は、図2及び図4に示す2つの場合、及び、図5に示す4つの場合に限られるものではなく、任意の数を選択できる。   The number of magnetic pole faces in the magnetic refrigerator is not limited to the two cases shown in FIGS. 2 and 4 and the four cases shown in FIG. 5, but an arbitrary number can be selected.

「第2実施形態」
図6は、第2実施形態にかかる磁気冷凍装置103の断面模式図である。第2実施形態にかかる磁気冷凍装置103は、回転子30が磁束制御部35をさらに備える点が、第1実施形態にかかる磁気冷凍装置100、101と異なる。その他の構成は、図2に示す磁気冷凍装置100と同一である。同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
"Second embodiment"
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the magnetic refrigerator 103 according to the second embodiment. The magnetic refrigerator 103 according to the second embodiment is different from the magnetic refrigerators 100 and 101 according to the first embodiment in that the rotor 30 further includes a magnetic flux controller 35. Other configurations are the same as those of the magnetic refrigerator 100 shown in FIG. The same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

回転子30は、回転軸32と、永久磁石34と、磁束制御部35と、を備える。図6に示す永久磁石34は、回転軸方向から見て長軸と短軸とを有する長方形であり、磁極面34aは平坦面である。周方向の中心における磁極面34aと磁気作業体20との対向距離L1は、周方向の端部における磁極面34aと磁気作業体20との対向距離L2より長い。永久磁石34の回転軸方向からの平面視形状は、図2に示す永久磁石31と同様でもよい。   The rotor 30 includes a rotating shaft 32, a permanent magnet 34, and a magnetic flux control unit 35. The permanent magnet 34 shown in FIG. 6 is a rectangle having a major axis and a minor axis when viewed from the rotation axis direction, and the pole face 34a is a flat surface. The facing distance L1 between the magnetic pole surface 34a and the magnetic working body 20 at the center in the circumferential direction is longer than the facing distance L2 between the magnetic pole surface 34a and the magnetic working body 20 at the circumferential end. The shape of the permanent magnet 34 in a plan view from the rotation axis direction may be the same as the permanent magnet 31 shown in FIG.

磁束制御部35は、回転軸32を基準に磁極面34aの外側に位置する。磁束制御部35は、強磁性体を有する。   The magnetic flux control unit 35 is located outside the magnetic pole surface 34a with respect to the rotation axis 32. The magnetic flux control unit 35 has a ferromagnetic material.

磁束制御部35が強磁性体の場合、強磁性体の透磁率は空気の透磁率より高い。つまり、強磁性体を設けない場合と比較して、磁極面34aから対向面35aに至る間における磁束密度の変化が少なくなる。その結果、磁極面34aの周方向の中心を貫通した磁束が磁気作業体20に至るまでに拡散することが抑制される。磁束の拡散が抑制されると、磁気作業体20の磁極面34aの第2方向の中心と対向する位置における磁束密度が小さくなることが抑制され、磁束密度のばらつきがより抑制される。   When the magnetic flux control unit 35 is a ferromagnetic material, the magnetic permeability of the ferromagnetic material is higher than the magnetic permeability of air. That is, the change in the magnetic flux density between the magnetic pole surface 34a and the opposing surface 35a is reduced as compared with the case where no ferromagnetic material is provided. As a result, the magnetic flux penetrating the center of the magnetic pole surface 34 a in the circumferential direction is suppressed from diffusing to the magnetic working body 20. When the diffusion of the magnetic flux is suppressed, a decrease in the magnetic flux density at a position facing the center of the magnetic pole surface 34a of the magnetic working body 20 in the second direction is suppressed, and the variation in the magnetic flux density is further suppressed.

磁束制御部35の周方向の中心における厚さは、磁束制御部35の周方向の端部における厚さより厚いことが好ましく、周方向の中心から端部に向かって漸近的に薄くなることが好ましい。例えば、図6に示すように磁束制御部35の対向面35aが円弧を描くことが好ましい。   The thickness at the circumferential center of the magnetic flux control unit 35 is preferably greater than the thickness at the circumferential end of the magnetic flux control unit 35, and is preferably asymptotically thinner from the circumferential center toward the end. . For example, as shown in FIG. 6, it is preferable that the opposing surface 35a of the magnetic flux controller 35 draws an arc.

磁束制御部35の対向面35aの位置は、基準面S1と一致していてもよいし、基準面S1より回転軸32側に位置していてもよいし、基準面S1より回転軸32から離れた位置に位置していてもよい。また第2実施形態においても磁極面34aの数は、2つに限られるものではない。   The position of the opposing surface 35a of the magnetic flux control unit 35 may coincide with the reference surface S1, may be located closer to the rotation axis 32 than the reference surface S1, or may be further away from the rotation shaft 32 than the reference surface S1. May be located at different positions. Also in the second embodiment, the number of the pole faces 34a is not limited to two.

上述のように、第2実施形態にかかる磁気冷凍装置103によれば、磁極面34aと対向する磁気作業体20の各位置における磁束密度のばらつきをより抑制できる。   As described above, according to the magnetic refrigeration apparatus 103 according to the second embodiment, it is possible to further suppress the variation in the magnetic flux density at each position of the magnetic working body 20 facing the magnetic pole surface 34a.

図7〜図9は、磁束密度分布をシミュレーションする際に用いたモデルである。シミュレーションは、三次元有限要素法電磁界解析ソフトウェアを用いて行った。計算を容易にするために、回転軸32を中心に半円のみをモデリングし、シミュレーションを行った。また磁束密度分布に大きな影響を及ぼさない磁気作業体は、モデルから除去した。以下、図7のモデルをAタイプ、図8のモデルをBタイプ、図9のモデルをCタイプという。   7 to 9 show models used for simulating the magnetic flux density distribution. The simulation was performed using three-dimensional finite element method electromagnetic field analysis software. In order to facilitate the calculation, only a semicircle centered on the rotation axis 32 was modeled and simulated. Magnetic working bodies that do not significantly affect the magnetic flux density distribution were removed from the model. Hereinafter, the model of FIG. 7 is referred to as an A type, the model of FIG. 8 is referred to as a B type, and the model of FIG. 9 is referred to as a C type.

ヨーク10は、厚さD10が33mmの一般構造用鉄鋼材(SS400)とした。Aタイプ、Bタイプ及びCタイプのいずれも回転子30は、回転軸32と第1部分36と第2部分37と第3部分38とからなる。第1部分36はネオジム磁石(NEOREC50B)からなり、第3部分38はSS400からなるとした。また第2部分37の対向面37aとヨーク10の内周面との距離は一定とし、第2部分37の構成は実施例ごとに変化させた。   The yoke 10 was a steel material for general structure (SS400) having a thickness D10 of 33 mm. In each of the A type, the B type, and the C type, the rotor 30 includes a rotating shaft 32, a first portion 36, a second portion 37, and a third portion 38. The first portion 36 was made of a neodymium magnet (NEOREC50B), and the third portion 38 was made of SS400. The distance between the opposing surface 37a of the second portion 37 and the inner peripheral surface of the yoke 10 was fixed, and the configuration of the second portion 37 was changed for each example.

Aタイプの磁極面36aは、円弧と平坦面とが組み合わさった面である。Bタイプの磁極面36aは、円弧からなる面である。Cタイプの磁極面36aは、円弧と傾斜面とが組み合わさった面である。いずれのタイプにおいても、周方向の中心における磁極面36aとヨーク10との対向距離L3は、周方向の端部における磁極面36aとヨーク10との対向距離L4より長い。磁気作業体は、ヨークの内周面に沿って存在するため、磁極面36aとヨーク10との対向距離は、磁極面36aと磁気作業体との対向距離に対応する。   The A-type magnetic pole surface 36a is a surface in which an arc and a flat surface are combined. The B-type magnetic pole surface 36a is a surface formed by an arc. The C-type magnetic pole surface 36a is a surface in which a circular arc and an inclined surface are combined. In each case, the facing distance L3 between the magnetic pole surface 36a and the yoke 10 at the center in the circumferential direction is longer than the facing distance L4 between the magnetic pole surface 36a and the yoke 10 at the circumferential end. Since the magnetic working body exists along the inner peripheral surface of the yoke, the facing distance between the magnetic pole surface 36a and the yoke 10 corresponds to the facing distance between the magnetic pole surface 36a and the magnetic working body.

「実施例1」
実施例1は、Aタイプにおいて第2部分37を空隙とした。すなわち、回転子30の第2部分37を削って除去した場合に対応する。周方向の中心における磁極面36aとヨーク10との対向距離L3は22.5mmとし、周方向の端部における磁極面36aとヨーク10との対向距離L4は17.0mmとした。また永久磁石である第1部分36の周方向の中心における厚みD1は52.0mmとし、第2方向の端部における厚みD2は47.5mmとした。
"Example 1"
In Example 1, the second portion 37 was a gap in the A type. That is, this corresponds to the case where the second portion 37 of the rotor 30 is shaved and removed. The facing distance L3 between the magnetic pole surface 36a and the yoke 10 at the center in the circumferential direction was 22.5 mm, and the facing distance L4 between the magnetic pole surface 36a and the yoke 10 at the circumferential end was 17.0 mm. The thickness D1 at the center in the circumferential direction of the first portion 36, which is a permanent magnet, was 52.0 mm, and the thickness D2 at the end in the second direction was 47.5 mm.

「実施例2」
実施例2は、Aタイプにおいて第2部分37を一般構造用鉄鋼材(SS400)とした点が実施例1と異なる。その他の条件は実施例1と同様にした。
"Example 2"
The second embodiment differs from the first embodiment in that the second portion 37 in the A type is made of a general structural steel material (SS400). Other conditions were the same as in Example 1.

「実施例3」
実施例3は、Bタイプにおいて第2部分37を空隙とした。すなわち、回転子30の第2部分37を削って除去した場合に対応する。周方向の中心における磁極面36aとヨーク10との対向距離L3は20.5mmとし、周方向の端部における磁極面36aとヨーク10との対向距離L4は17.0mmとした。また永久磁石である第1部分36の周方向の中心における厚みD1は54.1mmとし、周方向の端部における厚みD2は47.5mmとした。
"Example 3"
In Example 3, the second portion 37 was a void in the B type. That is, this corresponds to the case where the second portion 37 of the rotor 30 is shaved and removed. The facing distance L3 between the magnetic pole surface 36a and the yoke 10 at the center in the circumferential direction was 20.5 mm, and the facing distance L4 between the magnetic pole surface 36a and the yoke 10 at the circumferential end was 17.0 mm. The thickness D1 at the center in the circumferential direction of the first portion 36, which is a permanent magnet, was 54.1 mm, and the thickness D2 at the end in the circumferential direction was 47.5 mm.

「実施例4」
実施例4は、Bタイプにおいて第2部分37を一般構造用鉄鋼材(SS400)とした点が実施例3と異なる。その他の条件は実施例3と同様にした。
"Example 4"
The fourth embodiment is different from the third embodiment in that the second portion 37 of the B type is a steel material for general structure (SS400). Other conditions were the same as in Example 3.

「実施例5」
実施例5は、Cタイプにおいて第2部分37を空隙とした。すなわち、回転子30の第2部分37を削って除去した場合に対応する。周方向の中心における磁極面36aとヨーク10との対向距離L3は17.5mmとし、周方向の端部における磁極面36aとヨーク10との対向距離L4は17.0mmとした。また永久磁石である第1部分36の周方向の中心における厚みD1は57.0mmとし、周方向の端部における厚みD2は47.5mmとした。
"Example 5"
In Example 5, the second portion 37 was a void in the C type. That is, this corresponds to the case where the second portion 37 of the rotor 30 is shaved and removed. The facing distance L3 between the magnetic pole surface 36a and the yoke 10 at the center in the circumferential direction was 17.5 mm, and the facing distance L4 between the magnetic pole surface 36a and the yoke 10 at the circumferential end was 17.0 mm. The thickness D1 at the center in the circumferential direction of the first portion 36, which is a permanent magnet, was 57.0 mm, and the thickness D2 at the end in the circumferential direction was 47.5 mm.

「実施例6」
実施例6は、Cタイプにおいて第2部分37を一般構造用鉄鋼材(SS400)とした点が実施例5と異なる。その他の条件は実施例5と同様にした。
"Example 6"
The sixth embodiment is different from the fifth embodiment in that the second portion 37 of the C type is made of a general structural steel material (SS400). Other conditions were the same as in Example 5.

「比較例1」
比較例1は、Aタイプにおける第2部分37をネオジム磁石とした。すなわち、第1部分36と第2部分37とはいずれもネオジム磁石からなり、一体化している。この場合の磁極面は、第2部分37の対向面37aとなる。周方向の中心における対向面37a(磁極面)とヨーク10との対向距離L3は14.5mmとし、周方向の端部における対向面37a(磁極面)とヨーク10との対向距離L4は17.0mmとした。また永久磁石である第1部分36及び第2部分37を合わせた部分の周方向の中心における厚みD1は60.0mmとし、第2方向の端部における厚みD2は47.5mmとした。なお、Bタイプ又はCタイプにおける第2部分37をネオジム磁石とした場合も比較例1と同一となる。
"Comparative Example 1"
In Comparative Example 1, the second portion 37 of the A type was a neodymium magnet. That is, both the first portion 36 and the second portion 37 are made of a neodymium magnet and are integrated. The magnetic pole surface in this case is the facing surface 37a of the second portion 37. The opposing distance L3 between the opposing surface 37a (magnetic pole surface) and the yoke 10 at the center in the circumferential direction is 14.5 mm, and the opposing distance L4 between the opposing surface 37a (magnetic pole surface) and the yoke 10 at the circumferential end is 17. 0 mm. The thickness D1 at the center in the circumferential direction of the portion where the first portion 36 and the second portion 37, which are permanent magnets, were combined was 60.0 mm, and the thickness D2 at the end in the second direction was 47.5 mm. The case where the second portion 37 of the B type or the C type is a neodymium magnet is the same as that of the comparative example 1.

以下の表1に、実施例1〜実施例6及び比較例1の各構成をまとめた。また実施例1〜実施例6及び比較例1においてヨークの内周面近傍における磁束密度分布を測定した結果を、図10にまとめた。図10に示すように、いずれの実施例も比較例1と比較して、磁場が印加されている部分における磁束密度のばらつきが抑制された。   Table 1 below summarizes each configuration of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1. FIG. 10 summarizes the results of measuring the magnetic flux density distribution in the vicinity of the inner peripheral surface of the yoke in Examples 1 to 6 and Comparative Example 1. As shown in FIG. 10, in each of the examples, the variation of the magnetic flux density in the portion where the magnetic field was applied was suppressed as compared with Comparative Example 1.

Figure 2020038026
Figure 2020038026

10 ヨーク
10a 内周面
10A 開口部
20 磁気作業体
20A 第1領域
20B 第2領域
20C 第3領域
22 仕切り板
30 回転子
31、33、34、44 永久磁石
31a、33a、34a、36a、44a 磁極面
32、42 回転軸
43 支持体
35 磁束制御部
35a、37a 対向面
36 第1部分
37 第2部分
38 第3部分
100、101、102、103 磁気冷凍装置
110 ポンプ
120、121 切り替え部
122 ロータリー弁
130 冷却室
132 冷却部
140 貯留槽
150 流路
F1、F2、F3、F4、F5、F6 流れ
S1 基準面
L1、L2 対向距離
D1、D2 厚さ
10 Yoke 10a Inner peripheral surface 10A Opening 20 Magnetic working body 20A First area 20B Second area 20C Third area 22 Partition plate 30 Rotors 31, 33, 34, 44 Permanent magnets 31a, 33a, 34a, 36a, 44a Magnetic poles Surfaces 32, 42 Rotation shaft 43 Support 35 Magnetic flux control unit 35a, 37a Opposing surface 36 First part 37 Second part 38 Third part 100, 101, 102, 103 Magnetic refrigeration unit 110 Pump 120, 121 Switching unit 122 Rotary valve 130 Cooling room 132 Cooling unit 140 Storage tank 150 Flow path F1, F2, F3, F4, F5, F6 Flow S1 Reference plane L1, L2 Opposing distance D1, D2 Thickness

Claims (6)

開口部を有するヨークと、
前記ヨークの内周面に位置し、磁気作業物質を含む磁気作業体と、
前記ヨークの前記開口部の内部に位置し、回転軸を中心に回転する回転子と、を備え、
前記回転子は、前記回転軸が延在する回転軸方向から見て径方向のいずれかの方向に着磁され、着磁方向の端部に磁極面を有する永久磁石を備え、
前記回転軸を基準に前記磁極面の周方向の中心における前記磁極面と前記磁気作業体との対向距離は、前記周方向の端部における前記磁極面と前記磁気作業体との対向距離より長い、磁気冷凍装置。
A yoke having an opening,
A magnetic working body located on the inner peripheral surface of the yoke and including a magnetic working material;
A rotor that is located inside the opening of the yoke and rotates around a rotation axis,
The rotor is provided with a permanent magnet that is magnetized in any direction in a radial direction when viewed from a rotation axis direction in which the rotation axis extends, and has a pole face at an end in the magnetization direction.
The facing distance between the magnetic pole surface and the magnetic working body at the center in the circumferential direction of the magnetic pole surface with respect to the rotation axis is longer than the facing distance between the magnetic pole surface and the magnetic working body at the circumferential end. , Magnetic refrigeration equipment.
前記磁極面は、前記回転軸から見て平坦面又は凸面である、請求項1に記載の磁気冷凍装置。   The magnetic refrigeration apparatus according to claim 1, wherein the magnetic pole surface is a flat surface or a convex surface when viewed from the rotation axis. 前記磁極面と前記磁気作業体との対向距離が、前記磁極面の前記周方向の中心から端部に向かって漸近的に短くなる、請求項1又は2に記載の磁気冷凍装置。   The magnetic refrigeration apparatus according to claim 1, wherein an opposing distance between the magnetic pole surface and the magnetic working body is asymptotically reduced from the circumferential center of the magnetic pole surface toward an end. 前記回転子は、磁束制御部をさらに備え、
前記磁束制御部は、前記回転軸を基準に前記磁極面の外側に位置し、磁性体を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の磁気冷凍装置。
The rotor further includes a magnetic flux control unit,
The magnetic refrigeration apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetic flux control unit is located outside the magnetic pole surface with respect to the rotation axis and has a magnetic body.
前記磁束制御部の前記周方向の中心における厚さは、前記磁束制御部の前記周方向の端部における厚さより厚い、請求項4に記載の磁気冷凍装置。   The magnetic refrigeration apparatus according to claim 4, wherein a thickness of the magnetic flux control unit at the center in the circumferential direction is greater than a thickness of the magnetic flux control unit at an end in the circumferential direction. 前記磁束制御部の厚さが、前記周方向の中心から端部に向かって漸近的に薄くなる、請求項4又は5に記載の磁気冷凍装置。   The magnetic refrigeration apparatus according to claim 4, wherein the thickness of the magnetic flux control unit is gradually reduced from the center in the circumferential direction toward the end.
JP2018164913A 2018-09-03 2018-09-03 Magnetic refrigeration device Pending JP2020038026A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018164913A JP2020038026A (en) 2018-09-03 2018-09-03 Magnetic refrigeration device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018164913A JP2020038026A (en) 2018-09-03 2018-09-03 Magnetic refrigeration device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2020038026A true JP2020038026A (en) 2020-03-12

Family

ID=69737786

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018164913A Pending JP2020038026A (en) 2018-09-03 2018-09-03 Magnetic refrigeration device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2020038026A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115516258A (en) * 2020-05-14 2022-12-23 三菱电机株式会社 Magnetic refrigerator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115516258A (en) * 2020-05-14 2022-12-23 三菱电机株式会社 Magnetic refrigerator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100962136B1 (en) Air Conditioning System
JP5760976B2 (en) Magnetic air conditioner
AU2015232241B2 (en) Magnetic regenerator unit and magnetic cooling system with the same
JP4231022B2 (en) Magnetic refrigerator
US7552592B2 (en) Magnetic refrigerator
EP2634511A1 (en) Heat exchanger and magnetic refrigeration system
JP4564883B2 (en) Magnetic temperature controller
JP5602482B2 (en) Magnetic refrigeration equipment
JP2017207222A (en) Magnetic heat pump device
US20130186107A1 (en) Magnetic refrigeration control system, and method thereof
JP2010112606A (en) Magnetic temperature regulator
JP2008051409A (en) Magnetic refrigerating device
US11402136B2 (en) Drum-type magnetic refrigeration apparatus with multiple bed rings
JP2014095535A (en) Magnetic air-heating and cooling apparatus
JP2020038026A (en) Magnetic refrigeration device
JP2004254437A (en) Cooling device employing magnetic fluid
JP5816491B2 (en) Magnetic refrigeration equipment
US11125477B2 (en) Drum-type magnetic refrigeration apparatus with improved magnetic-field source
JP7309052B2 (en) Magnetic refrigeration system and refrigeration cycle system
JP2014206334A (en) Thermo-magnetic cycle device
JP2008051410A (en) Magnetic refrigerating device
JP2011069508A (en) Magnetic temperature adjustment device
JP2008051411A (en) Magnetic refrigerating device
JP2020038027A (en) Rotator for magnetic refrigeration device, magnetic refrigeration device, and method of manufacturing magnetic refrigeration device
JP2012167881A (en) Heat exchanger of magnetic temperature regulator

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181005