專利名稱：一種用于磁制冷的永磁電控動態(tài)磁路的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于磁制冷的動態(tài)磁路裝置，尤其是永磁電控動態(tài)磁路裝置。
背景技術(shù)：
自1997年以來，室溫磁制冷就開始了實用化研究。關(guān)鍵是獲得動態(tài)磁路，最初使用往復的方式來獲得的。該方法是讓磁工質(zhì)靠機械運動進入有磁場的工作空間，這個時候工質(zhì)被磁化而有發(fā)熱效應。再通過冷卻流體帶走因磁熱效應而產(chǎn)生的熱量后再用機械的方法使磁工質(zhì)離開磁場區(qū)域，這樣磁工質(zhì)就因為磁熱效應而降溫。因為這個工作過程是斷續(xù)的。
從目前來看，提供強大工作磁場環(huán)境的動態(tài)磁路磁體有兩種方式1、超導線圈提供的強大磁場環(huán)境。2、由永磁體提供的磁場環(huán)境。用超導線圈提供的強大磁場環(huán)境的優(yōu)點是1、提供磁場強度大；2、磁制冷材料的溫度效應明顯，制冷量大。缺點是1、造價昂貴；2、體積龐大；3、實際的能耗仍會很大。永磁體提供的磁場環(huán)境的優(yōu)點是1、成本較低；2、體積相對較小。缺點是1、能提供的磁場強度較??；2、需要復雜的運動機械結(jié)構(gòu)來完成磁制冷材料的加減磁場。
一個比較理想的用于磁制冷的動態(tài)磁路裝置能夠提供強大工作磁場環(huán)境的磁體對室溫磁制冷技術(shù)的商業(yè)化、實用性非常重要。對磁體有幾個要素1、造價；2、體積；3、運動機械結(jié)構(gòu)的復雜程度；4、提供的磁場強度變化范圍大小(即加減磁場后的磁場變化量值，此參數(shù)決定制冷量)；5、提供的磁場空間大小(可決定磁制冷材料工質(zhì)的裝填量，此參數(shù)決定制冷量)本發(fā)明針對上述情況提出了永磁電控磁體成為動態(tài)磁路的方法和裝置本發(fā)明方法是永磁電控動態(tài)磁路裝置磁體由兩種永磁材料構(gòu)成，一種為高強磁體材料，另一永磁材料為控制用磁體材料，如釹鐵硼和鋁鎳鈷，控制用磁體材料具有較低的矩頑力，再利用電流控制線圈和控制器對控制磁體材料進行充磁控制，能用電控方式方便實現(xiàn)加減磁場，省去了復雜的運動機械結(jié)構(gòu)來完成磁制冷材料的加減磁場。永磁材料的結(jié)構(gòu)如下致冷磁工質(zhì)分布長條形，在其上下兩側(cè)，設有上下及左右相鄰的高強磁體材料，且每塊磁鐵取向相反但均與磁工質(zhì)分布長條形平行，均充當固定磁鐵的作用。上下兩側(cè)的左右相鄰的兩高強磁體材料之間設有至少兩塊并列的控制用磁體材料，且控制用磁體材料上設有充磁線圈。當對磁工質(zhì)加磁場時，利用控制器對電控線圈加上一方向與高強磁體材料一致的增強磁場，使得左右相鄰磁塊的磁力線不閉合，磁場相加，實現(xiàn)對磁工質(zhì)的勵磁過程，對工質(zhì)材料產(chǎn)生相變。而當控制器對電控線圈輸入的電流反相時，磁體內(nèi)形成若干個小的磁力線短路回路，使磁工質(zhì)上的磁場減小，實現(xiàn)了退磁過程。
永磁體的外部設有導磁板進行磁屏蔽。
本發(fā)明的裝置是包括高強磁體材料，和控制用磁體材料，如釹鐵硼和鋁鎳鈷，控制用磁體材料具有較低的矩頑力，再利用電流控制線圈和控制器對控制磁體材料進行充磁控制，該磁體由永磁材料釹鐵硼、釹鎳鈷，純鐵塊，電控線圈和控制器等部分構(gòu)成。脈沖勵磁電流源、勵磁線圈和釹鎳鈷磁體組成了磁場方向可變的部分，改變這部分的磁場方向，可以達到整體外加有無磁場的目的。其中電控線圈和控制器相連，通過控制器對電控線圈加上電流方向可變的脈沖電流，電控線圈使釹鎳鈷磁鐵上產(chǎn)生較強磁場，改變電流的方向，磁場方向也隨之改變。
高強磁體材料采用釹鐵硼、釤鈷、釹鐵氮等材料，而控制用磁體材料采用鋁鎳鈷等磁性材料。
1、本發(fā)明優(yōu)點是1、成本較低；工作時能耗低，只要瞬時充放電即可；2、體積大大減?。?、制造成本低，不需要復雜的運動機械結(jié)構(gòu)來完成磁制冷材料的加減磁場；4、磁場可方便地改變；5、能實現(xiàn)很大的磁場空間，供制冷用以提高制冷量。但其缺點是能提供的磁場強度較小，對磁致冷工質(zhì)材料只能提供0.5T左右的磁場強度。從而縮小體積2、磁制冷工質(zhì)置于中央空腔，可以將載冷劑的進出口做在一起，從而減少死體積，提高載冷劑與蓄冷器的換熱效率3、減少了旋轉(zhuǎn)式磁制冷機中大量管道的使用載冷劑流向的切換閥門數(shù)量也減少了，而這種閥門不但占據(jù)不小的體積，而且制造困難，成本高.


圖1是本發(fā)明永磁電控磁體結(jié)構(gòu)簡圖1、2純鐵塊；3釹鎳鈷磁塊；4控制線圈；5釹鐵硼磁塊圖2、圖3是本發(fā)明磁體的剖面圖。圖2為加磁場的剖面圖。在磁體中，上下及左右相鄰的釹鐵硼磁鐵取向相反，充當固定磁鐵的作用。當對磁工質(zhì)加磁場時，利用控制器對電控線圈加上如圖2所示磁場，使得左右相鄰磁塊的磁力線不閉合，磁場相加，實現(xiàn)對磁工質(zhì)的勵磁過程。而當控制器對電控線圈輸入的電流反相時，如圖3所示(減磁場的剖面圖)，磁體內(nèi)形成若干個小的磁力線短路回路，使磁工質(zhì)上的磁場減小，實現(xiàn)了退磁過程。
圖4是是本發(fā)明磁體的頂面圖5為本發(fā)明電控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)(如下圖所示)圖6為本發(fā)明電源同步信號攝取電路圖7為本發(fā)明可控硅觸發(fā)電路8為控制電路主回路。
具體實施例方式
純鐵塊1、2包裹高強磁體材料和控制用磁體材料，典型的用如釹鐵硼和鋁鎳鈷，控制用磁體材料鋁鎳鈷具有較低的矩頑力，再利用電流控制線圈和控制器對控制磁體材料進行充磁控制，電控線圈和控制器等對鋁鎳鈷進行控制。本實施例并排三塊鋁鎳鈷磁性材料。電控充磁線圈和釹鎳鈷磁體組成了磁場方向可變的部分，改變這部分的磁場方向，可以達到整體外加有無磁場的目的。其中電控線圈和控制器相連，通過控制器對電控線圈加上電流方向可變的脈沖電流，電控線圈使釹鎳鈷磁鐵上產(chǎn)生較強磁場，改變電流的方向，磁場方向也隨之改變。
高強磁體材料采用釹鐵硼、釤鈷、釹鐵氮等材料。磁制冷工質(zhì)置于中央空腔，兩側(cè)高強永磁材料加上磁場。
控制器簡介(1)電源同步信號攝取電路為了能微處理器必須準確地得到交流電源的過零點，輸入端為變壓器輸出的15V交流電，經(jīng)過限流電阻到運算放大器，整成如圖所示的方波信號，再經(jīng)過3K限流電阻，到微處理器的中斷輸入口和I\O口。圖6為電源同步信號攝取電路，圖7可控硅觸發(fā)電路。
微處理器I\O口輸出的控制信號經(jīng)光電耦合器，再通過大功率三極管驅(qū)動脈沖變壓器的一個線包，通過脈沖變壓器隔離后驅(qū)動脈沖變壓器另外兩個線包，同時驅(qū)動兩個大功率單向可控硅(如圖7可控硅觸發(fā)電路)。當系統(tǒng)工作時，微處理器根據(jù)電源過零同步信號，觸發(fā)可控硅使主回路通過3個半波，(理論上充磁時只需一個半波即可，但實際工作時為了保證有效充磁，控制主回路通過3個半波)。當改變磁場方向時，微處理器再次根據(jù)電源過零同步信號，觸發(fā)可控硅使主回路通過3個反相半波。
(2)被控電路主回路控制器電路主回路由主電源開關(guān)、主回路、繼電器、大功率可控硅(50A)和電控線圈組成。主回路繼電器平時處于常開狀態(tài)，以保證電控線圈處于無電安全狀態(tài)。實際設計中需增加繼電器數(shù)量，對多個通道(本方案為兩個)的系統(tǒng)工作。因為整個充磁工作時間很短，小于1秒，并且整個回路總工作電流不會很大，瞬間最大值小于80A，所以從成本角度考查，選用50A的單向可控硅。
權(quán)利要求
1.用于磁制冷的永磁電控動態(tài)磁路的方法其特征是裝置磁體由兩種永磁材料構(gòu)成，一種為高強磁體材料，另一永磁材料為控制用磁體材料，利用電流控制線圈對控制磁體材料進行充磁和反向充磁控制，永磁材料的結(jié)構(gòu)如下致冷磁工質(zhì)分布長條形，在其上下兩側(cè)，設有上下及左右相鄰的高強磁體材料，且每塊磁鐵取向相反但均與磁工質(zhì)分布長條形平行，均充當固定磁鐵的作用；上下兩側(cè)的左右相鄰的兩高強磁體材料之間設有至少兩塊并列的控制用磁體材料，且控制用磁體材料上設有充磁線圈。當對磁工質(zhì)加磁場時，利用控制器對電控線圈加上一方向與高強磁體材料一致的增強磁場，使得左右相鄰磁塊的磁力線不閉合，磁場相加，實現(xiàn)對磁工質(zhì)的勵磁過程，對工質(zhì)材料產(chǎn)生相變；而當控制器對電控線圈輸入的電流反相即反相充磁時，磁體內(nèi)形成若干個小的磁力線短路回路，使磁工質(zhì)上的磁場減小，實現(xiàn)了退磁過程。
2.用于磁制冷的永磁電控動態(tài)磁路的裝置其特征是永磁電控動態(tài)磁路的磁體由兩種永磁材料構(gòu)成，一種為高強磁體材料，另一永磁材料為控制用磁體材料，永磁材料的結(jié)構(gòu)如下在分布長條形的致冷磁工質(zhì)的上下兩側(cè)，設有上下及左右相鄰的高強磁體材料，且每塊磁鐵取向相反但均與磁工質(zhì)分布長條形平行，均充當固定磁鐵的作用；上下兩側(cè)的左右相鄰的兩高強磁體材料之間設有至少兩塊并列的控制用磁體材料，且控制用磁體材料上設有充磁線圈。
3.由權(quán)利要求2所述的用于磁制冷的永磁電控動態(tài)磁路的裝置其特征是高強磁體材料為釹鐵硼、釤鈷、釹鐵氮，控制用磁體材料鋁鎳鈷。
4.由權(quán)利要求2所述的用于磁制冷的永磁電控動態(tài)磁路的裝置其特征是兩高強磁體材料之間設有三塊并列的控制用磁體材料。
5.由權(quán)利要求2所述的用于磁制冷的永磁電控動態(tài)磁路的裝置其特征是永磁體的外部設有導磁板。
全文摘要
膠體微球自組裝及二維、三維膠體晶體的制備方法，在一個兩平板平行間隔的空間內(nèi)，設有一個三面密封、一端開口的微腔系統(tǒng)，先將膠體懸濁液注入微腔內(nèi)。然后微腔系統(tǒng)開口向斜下方，由于微球的重力大于懸濁液對其的浮力，微球首先在微腔的一個襯底上形成一無序密排結(jié)構(gòu)，然后利用微腔內(nèi)的膠體懸濁液從開口向內(nèi)部的干燥過程中，即液面從微腔的開口位置不斷向內(nèi)移動的過程中，微球在其表面張力的二次作用下自組織而形成有序結(jié)構(gòu)。本發(fā)明適用于重力大于膠體懸濁液浮力的膠體微球的自組裝過程，特別是解決了直徑大于1微米的大質(zhì)量的二氧化硅微球自組織組裝的技術(shù)問題。
文檔編號H01F7/02GK1598443SQ200410041940
公開日2005年3月23日 申請日期2004年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月10日
發(fā)明者葛道晗, 潘紅兵, 徐基華 申請人:南京大學