KR100838517B1 - 자기냉동기의 영구자석 조립체 - Google Patents

자기냉동기의 영구자석 조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자기열량재료에 자장을 인가하는 자기장을 제공하는 자기냉동기의 영구자석 조립체에 관한 것으로, 특히 적어도 2방향 이상의 플럭스를 생성 집속하는 자기냉동기의 영구자석 조립체에 관한 것이다.

Description

자기냉동기의 영구자석 조립체{PERMANENT MAGNET ASSEMBLY OF MAGNETIC REFRIGERATOR}
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내측 2플럭스 리턴 경로를 가진 영구자석 조립체를 도시한 단면도.
도 3은 도 1 및 도 2의 조립 구성으로서, 내측 3플럭스 리턴 경로를 가진 영구자석 조립체를 도시한 단면도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 외측 2플럭스 리턴 경로를 가진 영구자석 조립체를 도시한 단면도.
도 6은 도 4 및 도 5의 조립 구성으로서, 외측 3플럭스 리턴 경로를 가진 영구자석 조립체를 도시한 단면도.
도 7은 종래 외측 1플럭스 리턴 경로를 가진 영구자석 조립체를 도시한 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100,200,300,100',200',300' : 영구자석 조립체
110,210,310,110',210',310' : 제1플럭스리턴부
111,211,311,111',211',311' : 제1상측부
113,213,313,113',213',313' : 제1하측부
115,215,315,115',215',315' : 연결부
130,230,330,130',230',330' : 제2플럭스리턴부
131,231,331,131',231',331' : 제2상측부
133,233,333,133',233',333' : 제2하측부
135,235,335,135',235',335' : (자기장 집속) 간극
150,250,350,150',250',350' : 제1상측영구자석부
160,260,360,160',260',360' : 제1하측영구자석부
180,280,380,180',280',380A : 제2상측영구자석부
190,290,390,190',290',390A : 제2하측영구자석부
212,312,212',312' : 상측사이드부
214,314,214',314' : 하측사이드부
340 : 제3플럭스리턴부
380B,B390 : 제2상측 및 하측영구자석부
특허문헌 : 미국특허 제6,946,941호 공보
본 발명은 자기열량재료에 자장을 인가하는 자기장을 제공하는 자기냉동기의 영구자석 조립체에 관한 것으로, 특히 적어도 2방향 이상의 플럭스를 생성 집속하 는 자기냉동기의 영구자석 조립체에 관한 것이다.
종래 자기냉동기용 영구자석 조립체로서, 예컨대 특허문헌에 개시된 것이 제안되어 있다. 도 7에 도시한 바와 같이, 영구자석 조립체(20)는 높은 자기장이 모이는 갭(21)을 갖는 'ㄷ'자 형상이다. 또한, 영구자석 조립체(20)는 자력선 리턴 경로를 제공하여 자기 회로를 완성하는 외측 플럭스 리턴부(30)를 포함한다. 또한, 영구자석 조립체(20)는 N극(34)과 S극(35)을 갖는 상측영구자석부(33)와, N극(37)과 S극(38)을 갖는 하측영구자석부(36)를 포함한다. 따라서, 상측영구자석부(33)의 S극(35)과 하측영구자석부(36)의 N극(37) 사이의 갭(21)에는 자력이 모아져 자력의 세기가 가장 높으며, 자력의 세기가 가장 높은 곳에 자기열량재료를 통과시켜 높은 냉각능력을 얻을 수 있다.
이처럼, 영구자석 조립의 목적은 높은 자기력을 원하는 위치로 모아주는 것인데, 종래에는 자력을 한 방향으로만 흐르게 하여 높은 자력을 모으는 데 한계가 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 자력의 이동 방향을 효율적으로 배치하여 냉각능력을 현저히 높일 수 있는 자기냉동기의 영구자석 조립체를 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자기냉동기의 영구자석 조립체는 제1상측부, 제1하측부, 상기 제1상측부의 일측과 상기 제1하측부의 일측을 연결하는 연결부로 구성되는 제1플럭스리턴부; N극과 S극을 가지며, N극이 제1상측부의 타측에 결합되는 제1상측영구자석부; N극과 S극을 가지며, S극이 제1하측부의 타측에 결합되는 제1하측영구자석부; 상기 제1하측영구자석부의 N극과 마주하는 상기 제1상측영구자석부의 S극에 결합되는 제2상측부와, 상기 제1하측영구자석부의 N극에 결합되는 제2하측부로 구성되는 제2플럭스리턴부; N극과 S극을 가지며, N극은 상기 연결부에, S극은 상기 제2상측부에 결합되는 제2상측영구자석부; N극과 S극을 가지며, S극은 상기 연결부에, N극은 상기 제2하측부에 결합되는 제2하측영구자석부;를 포함하되,
상기 제2상측부와 상기 제2하측부 사이에는 2방향의 플럭스를 집속하는 간극이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 자기냉동기의 영구자석 조립체는 제1상측부, 제1하측부, 상기 제1상측부의 일측과 상기 제1하측부의 일측을 연결하는 연결부로 구성되는 제1플럭스리턴부; N극과 S극을 가지며, N극이 제1상측부에 결합되는 제1상측영구자석부; N극과 S극을 가지며, S극이 제1하측부에 결합되는 제1하측영구자석부; 상기 제1상측부의 타측에 형성되는 상측사이드부, 상기 제1하측부의 타측에 형성되는 하측사이드부, 상기 제1하측영구자석부의 N극과 마주하는 상기 제1상측영구자석부의 S극에 결합되는 제2상측부와, 상기 제1하측영구자석부의 N극에 결합되는 제2하측부로 구성되는 제2플럭스리턴부; N극과 S극을 가지며, 상기 N극은 상기 상측사이드부에, 상기 S극은 상기 제2상측부에 결합되는 제2상측영구자석부; N극과 S극을 가지며, 상기 S극은 상기 하측사이드부에, 상기 N극은 상기 제2하측부에 결합되는 제2하측영구자석부;를 포함하되,
상기 상측사이드부와 상기 하측사이드부 사이, 상기 제2상측영구자석부와 상기 제2하측영구자석부 사이, 상기 제2상측부와 상기 제2하측부 사이에는 간극이 형성되고,
상기 제2상측부와 상기 제2하측부 사이의 간극은 2방향의 플럭스를 집속하는 것을 특징으로 한다.
이들 구성에 의하면, 자력의 이동 방향을 효율적으로 배치하여 냉각능력을 배가시킬 수 있다.
전술한 구성에서, N극과 S극을 가지는 제3상측영구자석부; N극과 S극을 가지는 제3하측영구자석부; 상기 제3상측영구자석부의 N극에 결합되는 상기 연결부와, 상기 제3상측영구자석부의 S극에 결합되는 상기 제2상측부와, 상기 제3하측영구자석부의 S극에 결합되는 상기 연결부와, 상기 제3하측영구자석부의 N극에 결합되는 상기 제2하측부로 구성되는 제3플럭스리턴부를 포함하면, 상기 제2상측부와 상기 제2하측부 사이의 간극에는 3방향의 플럭스를 집속할 수 있다.
또한, 상기 플럭스리턴부들은, 상기 제2상측부와 상기 제2하측부의 간극이 상기 연결부에 대해 외측에 배치(コ자 배치)되어 내측플럭스리턴경로를 형성하면, 자기열량재료는 고정, 영구자석 조립체는 회전하는 시스템을 구현하기 편리하다.
한편, 상기 플럭스리턴부들은, 상기 제2상측부와 상기 제2하측부의 간극이 상기 연결부에 대해서 내측에 배치(ㄷ자 배치)되어 외측플럭스리턴경로를 형성하면, 자기열량재료는 회전, 영구자석 조립체는 고정하는 시스템을 구현하기 편리하 다.
이하, 본 발명의 바람직한 다양한 실시예를 첨부한 도면에 따라 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내측 2방향 플럭스 리턴 경로를 가진 영구자석 조립체를 도시한 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 영구자석 조립체(100)는 크게 제1플럭스리턴부(110), 제2플럭스리턴부(130), 제1플럭스를 생성하는 제1상측영구자석부(150)와 제1하측영구자석부(160), 및 제2플럭스를 생성하는 제2상측영구자석부(180)와 제2하측영구자석부(190)로 구성하여 있다.
상기 제1플럭스리턴부(110)는 제1상측부(111), 제1하측부(113), 상기 제1상측부(111)의 일측과 상기 제1하측부(113)의 일측을 연결하는 연결부(115)로 구성되어 있다.
제1상측영구자석부(150)는 N극(151)과 S극(153)을 가지며, N극(151)이 제1상측부(111)의 타측에 결합된다. 제1하측영구자석부(160)는 N극(161)과 S극(163)을 가지며, S극(163)이 제1하측부(113)의 타측에 결합된다. 즉, 제1상측영구자석부(150)와 제1하측영구자석부(160)는 일렬로 배치되어 있다.
한편, 제2플럭스리턴부(130)는 상기 제1하측영구자석부(160)의 N극(161)과 마주하는 상기 제1상측영구자석부(150)의 S극(153)에 결합되는 제2상측부(131)와, 상기 제1하측영구자석부(160)의 N극(161)에 결합되는 제2하측부(133)로 구성되어 있다.
제2상측영구자석부(180)는 N극(181)과 S극(183)을 가지며, N극(181)은 상기 연결부(115)에, S극(183)은 상기 제2상측부(131)에 결합되어 있다. 제2하측영구자석부(190)는 N극(191)과 S극(193)을 가지며, S극(193)은 상기 연결부(115)에, N극(191)은 상기 제2하측부(133)에 결합되어 있다. 즉, 제2상측영구자석부(180)와 제2하측영구자석부(190)는 병렬로 배치되어 있다.
또한, 상기 제2상측부(131)와 상기 제2하측부(133) 사이에는 자기력이 집중되는 간극(135)이 형성되어 있다. 이 간극(135)에는 자기열량재료를 담은 자기열교환유닛이 배치되게 된다.
위와 같이, 제1플럭스리턴부(110), 제1상측영구자석부(150), 제1하측영구자석부(160), 제2상측부(131) 및 제2하측부(133)가 하나의 자기회로를 구성한다.
또한, 제2플럭스리턴부(130), 제2상측영구자석부(180), 제2하측영구자석부(190), 제2상측부(131) 및 제2하측부(133)가 또 하나의 자기회로를 구성한다.
따라서, 간극(135)에는 2방향으로 흐르는 자기력이 집속되는 공간이 되어, 냉각능력을 배가할 수 있다.
또한, 위 실시예에 있어서, 간극(135)이 연결부(115)에 대해 외측에 배치된 'コ'자 형상의 내측 플럭스 리턴 경로를 형성하고 있다. 이 내측 플럭스 리턴 경로에 의하여, 영구자석 조립체(100)는 회전, 자기열교환유닛은 고정하는 자기냉동시스템을 구현하는데 유용하다.
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 내측 2방향 플럭스 리턴 경로를 가진 영구자석 조립체를 도시한 단면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 영구자석 조립체(200)는 크게 제1플럭스리턴부(210), 제2플럭스리턴 부(230), 제1플럭스를 생성하는 제1상측영구자석부(250)와 제1하측영구자석부(260), 및 제2플럭스를 생성하는 제2상측영구자석부(280)와 제2하측영구자석부(290)로 구성하여 있다.
상기 제1플럭스리턴부(210)는 전술한 제1플럭스리턴부(110)와 마찬가지로, 제1상측부(211), 제1하측부(213), 상기 제1상측부(211)의 일측과 상기 제1하측부(213)의 일측을 연결하는 연결부(215)로 구성되어 있다.
마찬가지로, 제1상측영구자석부(250)도 N극(251)과 S극(253)을 가지며, N극(251)이 제1상측부(211)에 결합된다. 또한, 제1하측영구자석부(260)도 N극(261)과 S극(263)을 가지며, S극(263)이 제1하측부(213)에 결합된다. 즉, 제1상측영구자석부(250)와 제1하측영구자석부(260)는 일렬로 배치되어 있다.
한편, 제2플럭스리턴부(230)는 상기 제1상측부(211)의 타측에 형성되는 상측사이드부(212)와, 상기 제1하측부(213)의 타측에 형성되는 하측사이드부(214)와, 상기 제1하측영구자석부(260)의 N극(261)과 마주하는 상기 제1상측영구자석부(250)의 S극(253)에 결합되는 제2상측부(231)와, 상기 제1하측영구자석부(260)의 N극(261)에 결합되는 제2하측부(233)로 구성되어 있다. 또한, 상측사이드부(212)의 하단과 하측사이드부(214)의 상단 사이에는 자기열교환유닛이 배치될 간격이 형성되어 있다.
제2상측영구자석부(280)는 N극(281)과 S극(283)을 가지며, N극(281)은 상기 상측사이드부(212)에, S극(283)은 상기 제2상측부(231)에 결합되어 있다. 제2하측영구자석부(290)는 N극(291)과 S극(293)을 가지며, S극(293)은 상기 하측사이드 부(214)에, N극(291)은 상기 제2하측부(233)에 결합되어 있다. 즉, 제2상측영구자석부(280)와 제2하측영구자석부(290)도 마찬가지로, 자기열교환유닛이 배치될 간격이 형성되도록 병렬로 배치되어 있다.
또한, 상기 제2상측부(231)와 상기 제2하측부(233) 사이에는 자기력이 집중되는 간극(235)이 형성되어 있다.
위와 같이, 제1플럭스리턴부(210), 제1상측영구자석부(250), 제1하측영구자석부(260), 제2상측부(231) 및 제2하측부(233)가 하나의 자기회로를 구성한다. 또한, 제2플럭스리턴부(230), 제2상측영구자석부(280), 제2하측영구자석부(290), 제2상측부(231) 및 제2하측부(233)가 또 하나의 자기회로를 구성한다.
따라서, 간극(235)에는 2방향으로 흐르는 자기력이 집속되는 공간이 되어, 냉각능력을 배가할 수 있다.
도 3은 도 1과 도 2의 구성을 조합한 것으로, 내측 3플럭스 리턴 경로를 가진 영구자석 조립체를 도시한 단면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 영구자석 조립체(300)는 제1플럭스리턴부(310), 제2플럭스리턴부(330), 제3플럭스리턴부(340), 제1상측영구자석부(350)와 제1하측영구자석부(360), 제2상측영구자석부(380A)과 제2하측영구자석부(390A), 제3상측영구자석부(380B)과 제3하측영구자석부(390B)로 구성하여 있다.
제1플럭스리턴부(310)의 경로는 도 1 및 도 2와 마찬가지로, 제1상측영구자석부(350)의 N(351)이 결합되는 제1상측부(311), 제1하측영구자석부(360)의 S극(363)이 결합되는 제1하측부(313), 이들(311,313)의 일측을 연결하는 연결부(315)로 구성되어 있다.
제2플럭스리턴부(330)의 경로는 도 2와 마찬가지로, 제1상측부(311)와 제2하측부(313)의 타단에 형성되는 상측사이드부(312)와 하측사이드부(314), 제1상측영구자석부(350)의 S(353)에 결합되는 제2상측부(331), 제1하측영구자석부(360)의 N극(361)에 결합되는 제2하측부(333)로 이루어진다. 또한, 상측사이드부(312)와 제2상측부(331)는 제2상측영구자석부(380A)에 의해, 하측사이드부(314)와 제2하측부(333)는 제2하측영구자석부(390A)에 의해, 연결되어 하나의 자기 회로를 형성한다.
제3플럭스리턴부(340)의 경로는 도 1의 제2플럭스리턴부(130)와 같지만, 제2상측영구자석부(180)를 제3상측영구자석부(380B)로, 제2하측영구자석부(190)를 제3하측영구자석부(390B)로 구성하고 있다는 점에서 차이가 있다.
따라서, 제2상측부(331)와 제2하측부(333)의 간극(335)에는 3방향으로 흐르는 자기력을 집속시킬 수 있다. 또한, 영구자석 조립체(300)는 후술된 도 6과 같은 영구자석 조립체(300')를 부가하여 좌우 한 쌍으로 구현하여, 복수개의 자기열교환유닛에 적용하여 냉동능력을 더욱더 배가시킬 수 있다.
도 4 및 도 5는 도 1 및 도 2과 그 구조 및 기능은 같지만, 플럭스 리턴 경로가 외측으로 형성하고 있다는 점에 차이가 있다. 즉, 도 4 및 도 5의 영구자석 조립체(100')(200')는 간극(135')(235')이 연결부(115')(215')의 내측에 배치(ㄷ자 배치)되어 있다는 것이다. 따라서, 제1플럭스리턴부(110')(210')와 제2플럭스리턴부(130')(230')은 외측 플럭스 리턴 경로를 취하고 있기 때문에, 영구자석 조립체 는 고정, 자기열교환유닛은 회전하는 자기냉동시스템의 구현에 보다 유용하다.
도 6은 도 4 및 도 5의 구성을 조합한 것으로, 외측 3플럭스 리턴 경로를 가진 영구자석 조립체를 도시한 단면도이다. 즉, 영구자석 조립체(300')에는 제1플럭스리턴부(310'), 제2플럭스리턴부(330'), 제3플럭스리턴부(340')가 형성되고, 제2상측부(331')와 제2하측부(333') 사이의 간극(335')에 3방향으로 흐르는 자기력을 집속시키는 구조로 배치되어 있다.
이상과 같이, 본 실시예에서는 제2상측부와 제2하측부를 플럭스 집중 자극편으로 구성하여 2개 이상의 자기력을 모을 수 있어, 자기냉동시스템의 성능과 효율을 간단히 높일 수 있다.
본 발명에 따른 자기냉동기의 영구자석 조립체는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
이상의 설명으로부터 명백하듯이, 본 발명에 따른 자기냉동기의 영구자석 조립체에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
수직하게 배열된 한 쌍의 제1영구자석부와, 수평하게 배열된 한 쌍의 제2영구자석부에서 나오는 2방향의 자력선을 제2상측부와 제2하측부의 간극 사이로 모아주기 때문에, 냉동시스템의 성능과 효율을 배가할 수 있다.
또한, 한 쌍의 제3영구자석부를 제2상측부와 제2하측부에 결합하면, 3방향의 자력선을 모을 수 있기 때문에, 기존보다 월등히 높은 자력을 확보할 수 있어 자기 냉동에 온도차를 넓혀 적용범위의 확대에 기여할 수 있다.
또한, 'コ'자 형태로 구현한 내측 플럭스 리턴 경로를 형성함으로써, 영구자석 조립체는 회전, 자기열교환유닛은 고정하는 자기냉동시스템을 구현하기가 용이하다.
또한, 'ㄷ'자 형태로 구현한 외측 플럭스 리턴 경로를 형성함으로써, 영구자석 조립체는 고정, 자기열교환유닛은 회전하는 자기냉동시스템을 구현하기가 용이하다.

Claims (5)

  1. 제1상측부, 제1하측부, 상기 제1상측부의 일측과 상기 제1하측부의 일측을 연결하는 연결부로 구성되는 제1플럭스리턴부;
    N극과 S극을 가지며, N극이 제1상측부의 타측에 결합되는 제1상측영구자석부;
    N극과 S극을 가지며, S극이 제1하측부의 타측에 결합되는 제1하측영구자석부;
    상기 제1하측영구자석부의 N극과 마주하는 상기 제1상측영구자석부의 S극에 결합되는 제2상측부와, 상기 제1하측영구자석부의 N극에 결합되는 제2하측부로 구성되는 제2플럭스리턴부;
    N극과 S극을 가지며, N극은 상기 연결부에, S극은 상기 제2상측부에 결합되는 제2상측영구자석부;
    N극과 S극을 가지며, S극은 상기 연결부에, N극은 상기 제2하측부에 결합되는 제2하측영구자석부;를 포함하되,
    상기 제2상측부와 상기 제2하측부 사이에는 2방향의 플럭스를 집속하는 간극이 형성되는 것을 특징으로 하는 자기냉동기의 영구 자석 조립체.
  2. 제1상측부, 제1하측부, 상기 제1상측부의 일측과 상기 제1하측부의 일측을 연결하는 연결부로 구성되는 제1플럭스리턴부;
    N극과 S극을 가지며, N극이 제1상측부에 결합되는 제1상측영구자석부;
    N극과 S극을 가지며, S극이 제1하측부에 결합되는 제1하측영구자석부;
    상기 제1상측부의 타측에 형성되는 상측사이드부, 상기 제1하측부의 타측에 형성되는 하측사이드부, 상기 제1하측영구자석부의 N극과 마주하는 상기 제1상측영구자석부의 S극에 결합되는 제2상측부와, 상기 제1하측영구자석부의 N극에 결합되는 제2하측부로 구성되는 제2플럭스리턴부;
    N극과 S극을 가지며, 상기 N극은 상기 상측사이드부에, 상기 S극은 상기 제2상측부에 결합되는 제2상측영구자석부;
    N극과 S극을 가지며, 상기 S극은 상기 하측사이드부에, 상기 N극은 상기 제2하측부에 결합되는 제2하측영구자석부;를 포함하되,
    상기 상측사이드부와 상기 하측사이드부 사이, 상기 제2상측영구자석부와 상기 제2하측영구자석부 사이, 상기 제2상측부와 상기 제2하측부 사이에는 간극이 형성되고,
    상기 제2상측부와 상기 제2하측부 사이의 간극은 2방향의 플럭스를 집속하는 것을 특징으로 하는 자기냉동기의 영구 자석 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    N극과 S극을 가지는 제3상측영구자석부;
    N극과 S극을 가지는 제3하측영구자석부;
    상기 제3상측영구자석부의 N극에 결합되는 상기 연결부와, 상기 제3상측영구 자석부의 S극에 결합되는 상기 제2상측부와, 상기 제3하측영구자석부의 S극에 결합되는 상기 연결부와, 상기 제3하측영구자석부의 N극에 결합되는 상기 제2하측부로 구성되는 제3플럭스리턴부를 포함하여,
    상기 제2상측부와 상기 제2하측부 사이의 간극에는 3방향의 플럭스를 집속하는 것을 특징으로 하는 자기냉동기의 영구 자석 조립체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플럭스리턴부들은, 상기 제2상측부와 상기 제2하측부의 간극이 상기 연결부에 대해 외측에 배치되어, 내측플럭스리턴경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 자기냉동기의 영구 자석 조립체.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플럭스리턴부들은, 상기 제2상측부와 상기 제2하측부의 간극이 상기 연결부에 대해서 내측에 배치되어, 외측플럭스리턴경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 자기냉동기의 영구 자석 조립체.
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