磁蓄冷器单元以及具有其的磁冷却系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开的实施例涉及利用磁热材料的磁热效应的磁蓄冷器单元(magneticregenerator unit)以及具有该磁蓄冷器单元的磁冷却系统。
【背景技术】
[0002]磁冷却系统被配置为利用磁热材料的在被磁场磁化时产生热并在被外磁场退磁时吸收热的特性。此外，磁冷却系统可以代替使用空气压缩循环的传统冷却装置。
[0003]通常，磁冷却系统包括:磁蓄冷器，其由磁热材料形成；磁通产生器，用于从磁热材料获得磁热效应；流体供应装置，用于由磁热效应形成热梯度；热交换器，用于利用热梯度从外部吸收热或用于发射热到外部；以及其他部件。
[0004]在磁冷却系统中，包括外部定子和内部转子的磁通产生器提供有磁热材料，所述磁热材料均匀地布置在定子的内表面上以降低转子的转矩从而获得高效率。当磁热材料均匀地布置在定子的内表面上时，被形成为椭圆形形状的磁通产生器被分成磁化区域和退磁区域。
[0005]在椭圆形形状的磁通产生器中，磁场的变化增大的区域和磁场的变化减小的区域通过永磁体的旋转而出现，因此传热流体的流动可以不对应于磁场的变化。当磁场的变化和传热流体的流动成比例地改变时，磁通产生器可以获得最大的冷却能力。然而，在椭圆形形状的磁通产生器中，传热流体可不成比例地改变并且可不均匀地流动，使得在考虑材料的量时不能获得最大的冷却能力。
【发明内容】
[0006]在一个或更多个实施例的一方面中，提供一种磁蓄冷器单元以及具有该磁蓄冷器单元的磁冷却系统，该磁蓄冷器单元通过允许传热流体均匀地流动的圆形磁蓄冷器结构能够获得磁蓄冷器的最大冷却能力，通过具有与磁蓄冷器的相对磁导率类似的相对磁导率的磁条能在降低转子的转矩的同时实现高效率的磁蓄冷器。
[0007]在一个或更多个实施例的一方面中，提供一种磁蓄冷器单元，其包括:磁蓄冷器，由磁热材料形成；以及磁条(magnetic band)，具有与磁蓄冷器的相对磁导率类似的相对磁导率，并设置在磁蓄冷器的一侧。
[0008]磁蓄冷器可以提供有多个，所述多个磁蓄冷器设置为彼此间隔开，磁条可以提供有多个，所述多个磁条被设置为在多个磁蓄冷器之间彼此间隔开。
[0009]磁蓄冷器和磁条可以在圆周方向上彼此交替地设置。
[0010]磁条可以形成为具有与磁条的圆柱表面的曲率相同的曲率的弯曲板的形状，并可以设置在磁蓄冷器之间。
[0011 ] 磁条可以由具有高的相对磁导率的磁性材料和非磁性材料的化合物材料形成。
[0012]磁性材料可以包括铁粉，非磁性材料可以包括空气、塑料、聚合物和铁氧化物中的至少一种。
[0013]磁条的相对磁导率可以通过在调整磁性材料和非磁性材料的体积比或调整每单位面积(per unit area)的磁性材料的密度比之后混合磁性材料和非磁性材料来改变。
[0014]磁条的相对磁导率可以具有在磁热材料的相对磁导率的20%至150%的范围内的值。
[0015]磁条的相对磁导率可以具有在由于温度变化而改变的磁热材料的相对磁导率的范围内的值。
[0016]磁条可以包括在形成磁蓄冷器的温度梯度的纵向方向上具有一个或更多个不同的相对磁导率的部分。
[0017]磁条可以形成为与磁蓄冷器相同的形状，并设置在磁蓄冷器的一侧。
[0018]磁条可以形成为不同于磁蓄冷器的椭圆形形状，并设置在磁蓄冷器的一侧。
[0019]磁条可以包括其中容纳磁蓄冷器的容纳槽。
[0020]磁条可以形成为环形。
[0021]磁条的厚度可以不同于磁蓄冷器的厚度。
[0022]磁蓄冷器单元还可以包括容器，磁蓄冷器和磁条被插入和固定在该容器中，该容器可以包括其中插入磁蓄冷器的磁蓄冷器容纳槽和其中插入磁条的磁条容纳槽。
[0023]容器可以形成为环形，其中磁蓄冷器容纳槽和磁条容纳槽可以在圆周方向上交替地布置。
[0024]在一个或更多个实施例的一方面中，提供一种磁冷却系统，其包括:磁通产生器，产生磁场以从磁热材料获得磁热效应；磁蓄冷器单元，设置在磁通产生器产生的磁场中；流体供应装置，由磁热效应形成温度梯度；以及热交换器，利用温度梯度与外部交换热，其中磁蓄冷器单元包括由磁热材料形成的磁蓄冷器、以及具有与磁蓄冷器的相对磁导率类似的相对磁导率并设置在磁蓄冷器的一侧的磁条。
[0025]磁通产生器可以包括作为定子的磁轭和作为转子的永磁体。
[0026]磁轭可以形成为空心圆柱的形状，并由硅钢制成。
[0027]磁蓄冷器和磁条可以沿圆周方向布置在磁轭和永磁体之间。
[0028]磁冷却系统还可以包括被配置为旋转提供有永磁体的转子的驱动装置，其中驱动装置可以包括安装在磁冷却系统的外面的电机。
[0029]磁冷却系统还可以包括被配置为旋转提供有永磁体的转子的驱动装置，其中驱动装置可以包括形成在定子磁轭上的齿和线圈。
[0030]磁蓄冷器单元可以包括磁蓄冷器和磁条之间的间隙。
[0031]磁蓄冷器的形状可以与磁条的形状相同，以降低齿槽转矩。
[0032]磁条可以形成为椭圆形形状。
[0033]磁蓄冷器可以形成为椭圆形形状。
[0034]磁蓄冷器可以设置在磁条内部，磁条和磁蓄冷器之间没有间隙。
【附图说明】
[0035]由以下结合附图的对实施例的描述，本公开的这些和/或其他的方面将变得明显并更易于理解，附图中:
[0036]图1A和图1B是示出一般的磁冷却系统中传热流体的流动的示意配置的图；
[0037]图2是示出一般磁冷却系统中的冷却循环的图，包括该循环中的状态(点或位置)(a)至(d);
[0038]图3是示出根据一实施例的磁冷却系统的外观的透视图；
[0039]图4是示出根据一实施例的旋转磁冷却系统的分解透视图；
[0040]图5是图3的纵向截面图；
[0041]图6是图3的垂直截面图；
[0042]图7是示出根据一实施例的磁蓄冷器单元的分解图；
[0043]图8是示出根据一实施例的磁蓄冷器单元的磁条的取决于磁性材料的体积比的磁通分布的图；
[0044]图9是示出根据一实施例的磁蓄冷器单元的磁条的相对磁导率的随磁性材料的体积比的变化的图；
[0045]图10是示出根据一实施例的磁蓄冷器单元的磁条的相对磁导率随铁粉的密度的变化的图；
[0046]图11是示出根据一实施例的磁蓄冷器单元的转矩的变化的图；
[0047]图12是示出根据一实施例的磁蓄冷器单元的相对磁导率随磁热材料的温度的变化的曲线图；
[0048]图13是示出根据一实施例的磁蓄冷器单元的磁条的构造的示例的图；
[0049]图14是图13中示出的铁的密度的表格；
[0050]图15是示出根据一实施例的磁蓄冷器单元的平面图；
[0051]图16是示出根据一实施例的磁蓄冷器单元的分解图；
[0052]图17是示出根据一实施例的磁蓄冷器单元的齿槽转矩(cogging torque)的曲线图；
[0053]图18是示出根据一实施例的磁蓄冷器单元的齿槽转矩的曲线图；
[0054]图19是示出根据一实施例的磁蓄冷器单元的平面图；
[0055]图20是示出根据一实施例的磁蓄冷器单元的分解图；
[0056]图21是示出根据一实施例的磁蓄冷器单元的齿槽转矩的曲线图；
[0057]图22是示出根据一实施例的磁蓄冷器单元的平面图；
[0058]图23是示出根据一实施例的磁蓄冷器单元的分解图；以及
[0059]图24是示出根据一实施例的磁蓄冷器单元的平面图。
【具体实施方式】
[0060]现在将详细参照本公开的实施例，其示例在附图中示出。
[0061]图1A和IB是示出传统/ 一般磁冷却系统中的传热流体的流动的示意配置的图。
[0062]如图1A和IB所示，一般的磁冷却系统100包括一对由磁热材料形成的磁蓄冷器110、用于施加磁场到磁蓄冷器110或从磁蓄冷器110除去磁场的永磁体120、用于供应传热流体到磁蓄冷器110的内部的流体供应装置130、用于允许经过了磁蓄冷器110的传热流体从外部吸收热或排出热到外部的热侧热交换器140和冷侧热交换器150、用于引导传热流体的流动的供给管160、以及设置在供给管上以循环传热流体的泵170。
[0063]该对磁蓄冷器110包括