内外双层磁环结构的制作方法

1.本实用新型涉及磁制冷领域，具体涉及一种内外双层磁环结构。


背景技术：

2.目前，室温磁制冷机的研究主要集中在往复式和旋转式两种，往复式磁制冷机用的永磁磁场是部分闭合磁路磁场，旋转式磁制冷机用的是全闭合磁路磁场。
3.基于材料基因工程研究方法，围绕提高稀土磁制冷材料性能的关键科学问题，需要开展从高通量计算与材料设计、多场调控与性能优化、高通量制备与表征到磁制冷机运行的全链条协同创新研究工作。研究稀土磁制冷材料，需要解决的问题包括：开发高通量制备稀土磁制冷材料测试平台，掌握磁制冷材料的关键成型技术，制备出高性能稀土磁制冷材料，研制测试平台0-1t可调磁场，稀土磁制冷材料在室温和液氦温区磁制冷机上得到应用示范。但是，现有的磁制冷测试系统的磁场结构简单、空间无密闭、漏磁较严重、磁场大小无法调节。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种内外双层磁环结构，解决了磁制冷测试系统的漏磁问题，内层磁环、外层磁环围成的磁场具有多层次、中心无漏磁，通过内外双层磁场的旋转来调节磁制冷测试系统的磁场方向和大小。
5.为达到上述目的，本实用新型使用的技术解决方案是：
6.内外双层磁环结构，包括：外层磁环和内层磁环，外层磁环的外形为圆柱体，轴线位置设置有中心气隙，中心气隙为磁场系统的工作空间；内层磁环套装在中心气隙内，外层磁环和内层磁环共轴。
7.进一步，外层磁环包括：外壳、第一支撑板、第一侧板、外层磁环单体、端板；外壳为圆筒状结构，两个端板设置在外壳的两端；端板设置有用于安装转轴的轴孔，八个第一侧板位于第一侧板内侧，第一侧板的侧边连接在两个第一侧板的连接处，第一侧板的外壁与外壳的内壁连接；外壳内部设置有八个第一支撑板，八个第一支撑板侧边依次连接围成八边形桶状结构；外层磁环单体为内侧面为弧形面，外侧面为平面的梯形柱体结构，外层磁环单体安装在第一支撑板、两个第一侧板围成的梯形槽内，八个外层磁环单体的磁化角度不同。
8.进一步，外壳的材质为合金，外壳的厚度为大于1mm，外层磁环单体为ndfeb磁体。
9.进一步，八个外层磁环单体的磁化角度分别为：90
°
、45
°
、0
°
、45
°
、90
°
、-45
°
。
10.进一步，第一支撑板的外形为矩形，开有多个固定通孔，外层磁环单体在背部设置有螺纹沉孔，固定螺钉穿过固定通孔将外层磁环单体固定在第一支撑板上。
11.进一步，内层磁环包括：内层磁环单体、固定筒、第二侧板；固定筒为正八面形筒体结构，第二侧板的侧边连接在固定筒内壁的折弯处，八个第二侧板与固定筒的内壁围成八个梯形槽，八个内层磁环单体分别安装在八个梯形槽内，八个内层磁环单体的磁化角度不同。
12.进一步，内层磁环单体为内侧边为弧形面，外侧为平面的梯形柱体结构，八个内层磁环单体的弧形面围成圆柱形空间；固定筒开有安装长孔，内层磁环单体背部设置有螺纹孔，螺钉穿过安装长孔调整位置后连接在螺纹孔上，将内层磁环单体固定在固定筒内壁上。
13.进一步，八个内层磁环单体的磁化角度分别为：90
°
、45
°
、0
°
、45
°
90
°
、-45
°
。
14.进一步，固定筒22为正八面形筒体结构，材质为钛合金，厚度大于0.5mm，内层磁环单体为ndfeb磁体。
15.进一步，转轴固定在内层磁环单体的内侧边围成的圆柱形空间内，两端从端板的轴孔伸出。
16.本实用新型至少包括以下有益效果：
17.本实用新型是针对现有磁制冷测试系统提出的，本实用新型采用密闭磁场的方案，解决了磁制冷测试系统的漏磁问题。外壳及其内部的梯形槽，以及固定筒内部的梯形槽，将磁体安装在梯形槽密闭，形成密闭磁场，避免了磁场漏磁。
18.为实现磁场大小调节，采用内外双层磁场设计，内层磁环、外层磁环形成双层磁环磁路，内层磁环、外层磁环围成的磁场具有多层次、中心无漏磁、磁场强度可调、磁场方向可旋转等特点。进一步，内层磁环、外层磁环分别形成正八边形磁环磁路，内层磁环、外层磁环分别有八个方向的磁场，通过套装在一起的内外双层磁场的旋转来调节磁制冷测试系统的磁场方向和大小，磁场大小能够从0-1t之间自由调节。
19.内层磁环、外层磁环的磁块按照不同磁化角度顺序进行安装，工作空间中会产生一定强度的磁场，该设计方法具有增强0
°
方向磁场强度的作用。在安装时，利用金属外壳内的梯形槽，通过调解内六角螺母连接支撑板与磁块，达到涨紧状态，并依次按照角度递减的规律顺序安装90
°
45
°0°
45
°
90
°‑
45
°
ndfeb磁体，得到0
°
方向磁场得到增强的正八边形双磁环磁场。
附图说明
20.图1是本实用新型中内外双层磁环结构的剖面结构示意图；
21.图2是本实用新型中外层磁环的剖面结构示意图；
22.图3是本实用新型中未安装外层磁环单体的外层磁环的剖面结构示意图；
23.图4是本实用新型中第一支撑板的结构示意图；
24.图5是本实用新型中内层磁环的结构示意图；
25.图6是本实用新型中固定筒的结构示意图
具体实施方式
26.以下描述充分地示出本实用新型的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。
27.如图1所示，是本实用新型中内外双层磁环结构的剖面结构示意图。
28.内外双层磁环结构，包括：外层磁环1和内层磁环2；外层磁环1的形状为圆柱体，轴线位置设置有中心气隙，中心气隙为磁场系统的工作空间；内层磁环2安装在中心气隙内。外层磁环1和内层磁环2能够相对转动，或者外层磁环1不转动，内层磁环2转动；或者外层磁环1转动，内层磁环2不转动。
29.如图2所示，是本实用新型中外层磁环1的剖面结构示意图；如图3所示，是本实用新型中未安装外层磁环单体14的外层磁环1的剖面结构示意图。
30.外层磁环1包括：外壳11、第一支撑板12、第一侧板13、外层磁环单体14、端板；外壳11为圆筒状结构，两个端板设置在外壳11的两端，形成相对封闭的结构；端板设置有轴孔，以便于安装转轴；第一侧板13位于第一支撑板12内侧，侧边连接在两个第一支撑板12的连接处；与外壳11内壁连接，外壳11内部设置有八个第一支撑板12，八个第一支撑板12的侧边依次相连围成八边形桶状结构；外层磁环单体14的内侧面为弧形面，外侧面为平面的梯形柱体结构，外层磁环单体14安装在第一支撑板12、两个第一侧板13围成的梯形槽内，梯形槽轴向设置。
31.八个外层磁环单体14的内侧面围成中心气隙，中心气隙为圆柱形空间。
32.外壳11的材质为合金，外壳11主要作用是密闭磁场，外壳11的厚度为大于1mm。
33.外层磁环单体14为ndfeb磁体，八个外层磁环单体14围成的磁场具有中心无漏磁、磁场方向可旋转等特点。在第一支撑板12的作用下，固定安装在外壳11上，该磁场中心磁场较大，外部磁场密闭。ndfeb磁体的工作点ji≥0.9br，退磁曲线方形度接近于1。
34.图2中，箭头方向代表磁化角度，八个外层磁环单体14的磁化角度不同，按照halbach旋转理论，角度分别为：90
°
、45
°
、0
°
、45
°
、90
°
、-45
°
。八个外层磁环单体14形成的磁场梯形阵列结构正八边形磁场。
35.如图4所示，是本实用新型中第一支撑板12的结构示意图。
36.第一支撑板12的外形为矩形，开有多个固定通孔121，外层磁环单体14在背部设置有螺纹沉孔，固定螺钉穿过固定通孔将外层磁环单体14固定在第一支撑板12上，实现将外层磁环单体14固定在梯形槽内。
37.第一支撑板12开有8个固定通孔121，每个外层磁环单体14的背部设有2个螺纹沉孔，螺纹沉孔的深度大于固定螺钉的长度，便于紧固。
38.如图5所示，是本实用新型中内层磁环2的结构示意图；如图6所示，是本实用新型中固定筒22的结构示意图。
39.内层磁环2包括：内层磁环单体21、固定筒22、第二侧板23；固定筒22为正八面形筒体结构，材质为钛合金，厚度大于0.5mm；第二侧板23的侧边连接在固定筒22的内壁上，八个第二侧板23与固定筒22的内壁围成八个梯形槽，八个内层磁环单体21分别安装在八个梯形槽内。
40.内层磁环单体21的内侧边为弧形面，外侧为平面的梯形柱体结构，八个内层磁环单体21的弧形面围成圆柱形空间。八个内层磁环单体21围成的磁场具有中心无漏磁、磁场方向可旋转等特点。转轴可以固定在内层磁环单体21的内侧边围成的圆柱形空间内，两端从端板的轴孔伸出，转轴可以带动内层磁环2转动，也可以固定内层磁环2，仅仅使外层磁环1转动。
41.八个内层磁环单体21的磁化角度不同，按照halbach旋转理论，角度分别为：90
°
、45
°
、0
°
、45
°
、90
°
、-45
°
。
42.固定筒22开有安装长孔，内层磁环单体21背部设置有螺纹孔，螺钉穿过安装长孔调整位置后连接在螺纹孔上，将内层磁环单体21固定在固定筒22内壁的合适位置。
43.外层磁环1中间的中心气隙为磁场的工作空间，外层磁环1和内层磁环2形成两个
内外双层共轴的磁环结构，通过内外磁环的旋转达到磁场从0t-1t范围内调节。
44.内外双层磁环结构的制备方法，具体步骤如下：
45.步骤1：将多个外层磁环单体14安装在外壳11内部第一支撑板12、两个第一侧板13围成的梯形槽内，组装成外层磁环1，外壳11内部通过外层磁环单体14形成磁场的中心气隙；
46.将八个外层磁环单体14分别安装在八个梯形槽内，按照角度大小递减的顺序陆续安装八个外层磁环单体14，八个外层磁环单体14在中心轴线位置形成中心气隙。该设计方法具有增强0
°
方向磁场强度的作用。
47.步骤2：将多个内层磁环单体21安装在固定筒22内部的梯形槽内，组装成内层磁环2，将内层磁环2放入中心气隙处的轴线位置，两个端板连接在外壳的两端，通过外层磁环1和内层磁环2形成双层磁环磁路。
48.转轴安装固定在内层磁环2轴线位置的圆柱形空间内。转轴的端部从端板的轴孔伸出，用于连接电机等动力部件。
49.将八个内层磁环单体21分别安装在固定筒22内部通过八个第二侧板23分隔成的八个梯形槽内。八个内层磁环单体21的弧形面围成圆柱形空间，便于安装转轴。内层磁环单体21选用磁体工作点ji≥0.9br，退磁曲线方形度接近于1的ndfeb磁体。
50.按照角度递减的安装方式，依次按照角度递减的规律顺序安装90
°
45
°0°
45
°
90
°‑
45
°
ndfeb磁体。外层磁环1、和内层磁环2形成0
°
方向磁场得到增强的正八边形双磁环磁场。
51.本实用新型所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。