CN208547142U - 一种用于磁制冷机的电磁场*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于磁制冷机的电磁场***，包括电磁线圈、L型铁芯、立柱铁芯、电源和安装台架；所述电磁线圈、L型铁芯和立柱铁芯均安装在安装台架上；所述L型铁芯和立柱铁芯配合形成C型铁芯，电磁线圈缠绕在C型铁芯的一侧，电磁线圈通电后产生磁场，磁场磁化C型铁芯；所述电源与电磁线圈的接线端子相连接，实现直流电压输出；所述L型铁芯和立柱铁芯之间具有气隙，气隙宽度能够调节，磁制冷机中的主动磁回热器安装在气隙中。本实用新型为磁工质提供周期性稳定的磁场，并可以方便地调节磁响应特性。
Description
技术领域
本实用新型涉及磁制冷技术领域，尤其涉及一种用于磁制冷机的电磁场***。
背景技术
磁制冷是以固态磁性材料的磁热效应为制冷原理，是具有发展前景的一种制冷技术。常规的磁制冷机设计中，磁场通过永磁体来提供，永磁体一旦制作与组装完成，其磁响应特性就固定而无法改变，***的流体、换热和磁响应过程匹配与配合的调试与优化受到很大限制。与永磁体不同，电磁场的响应特性可以按照要求进行宽范围的灵活调节(如上升与下降时间、平台时间和频率)，为优化***设计与性能提供了强有力的手段。然而，目前并没有这样的***，这是本实用新型的初衷与目的。
发明内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于磁制冷机的电磁场***。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于磁制冷机的电磁场***，包括电磁线圈、L型铁芯、立柱铁芯、电源和安装台架；所述电磁线圈、L型铁芯和立柱铁芯均安装在安装台架上；所述L型铁芯和立柱铁芯配合形成C型铁芯，电磁线圈缠绕在C型铁芯的一侧，电磁线圈通电后产生磁场，磁场磁化C型铁芯；所述电源与电磁线圈的接线端子相连接，实现直流电压输出；所述L型铁芯和立柱铁芯之间具有气隙，气隙宽度能够调节，磁制冷机中的主动磁回热器安装在气隙中。
进一步地，所述L型铁芯和立柱铁芯采用硅钢片叠加方式形成。
进一步地，所述电磁线圈采用多股并绕的方式，导线采用磁软铜圆漆包线。
进一步地，所述L型铁芯和立柱铁芯之间气隙宽度的调节范围为0～20mm。
进一步地，所述L型铁芯和立柱铁芯之间的气隙通过升降螺杆调节，升降螺杆安装在安装台架上，升降螺杆与立柱铁芯连接，转动升降螺杆的转盘使升降螺杆上下移动，从而带动立柱铁芯在垂直方向上下运动。
进一步地，所述电源通过变压器和整流滤波电路实现直流电压输出，或者通过蓄电池串并组合实现直流电压输出。
进一步地，通过IGBT桥路实现对电磁线圈的上电和断电过程。
进一步地，该电磁场***还包括控制板，所述控制板与电源连接，用于控制电源参数。
进一步地，该电磁场***还包括霍尔传感器，通过霍尔传感器检测电磁线圈当前磁场强度。
进一步地，该电磁场***还包括电流传感器，通过电流传感器检测通过电磁线圈的电流，采用滞环控制，保证电流强度稳定性。
本实用新型的有益效果是：本实用新型为磁制冷机的磁工质提供周期性稳定的磁场，并可以方便地调节磁响应特性。本实用新型的电磁场***可以实现电流交变频率在0.1～10Hz，磁场的上升沿和下降沿可控，同时磁场的上升时间小，电流可以在额定电流和0之间呈方波交变变化，同时本实用新型中通过升降螺杆可以控制立柱铁芯的升降来控制C型铁芯的气隙宽度，进而调节气隙中的磁场强度。
附图说明
图1为本实用新型电磁场***整体结构示意图；
图2为电源变压器方案结构示意图；
图3为电源蓄电池方案结构示意图；
其中，1、电磁线圈，2、L型铁芯，3、立柱铁芯，4、电源，5、控制板，6、安装台架，7、升降螺杆，8、固定支架；9、变压器，10、整流滤波装置，11、储能电容，12、第一IGBT，13、第二IGBT，14、第三IGBT，15、第四IGBT；16、蓄电池组，17、上IGBT，18、电流传感器，19、上续流二极管，20、下IGBT，21、下续流二极管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型提供的一种用于磁制冷机的电磁场***，包括电磁线圈1、L型铁芯2、立柱铁芯3、电源4和安装台架6；所述电磁线圈1、L型铁芯2和立柱铁芯3均安装在安装台架6上；所述L型铁芯2和立柱铁芯3配合形成C型铁芯，电磁线圈1缠绕在C型铁芯的一侧，电磁线圈1通电后产生磁场，磁场磁化C型铁芯，磁通汇聚形成一个强化磁场；所述电磁线圈1采用多股并绕的方式，可有效减小使用导线的直径大小，导线采用磁软铜圆漆包线；所述电源4与电磁线圈1的接线端子相连接，实现直流电压输出；所述L型铁芯2和立柱铁芯3之间的空隙称为气隙，气隙上下表面的距离称为气隙宽度，气隙宽度能够调节，磁制冷机中的主动磁回热器安装在气隙中，电磁场***为磁制冷机提供磁场。
进一步地，所述L型铁芯2和立柱铁芯3采用硅钢片叠加方式形成。
进一步地，所述L型铁芯2和立柱铁芯3通过固定支架8安装在安装台架6上。
进一步地，所述L型铁芯2和立柱铁芯3之间气隙宽度的调节范围为0～20mm。
进一步地，所述L型铁芯2和立柱铁芯3之间的气隙通过升降螺杆7调节，升降螺杆7安装在安装台架6上，升降螺杆7与立柱铁芯3连接，转动升降螺杆7的转盘可以使升降螺杆7上下移动，从而带动立柱铁芯3在垂直方向上下运动，升降螺杆7通过控制立柱铁芯3与L型铁芯2之间的距离来调节气隙，进而影响主动磁回热器内部的磁场强度。
进一步地，所述电源4通过变压器和整流滤波电路实现直流电压输出，或者通过蓄电池(铅酸蓄电池或者锂电池等)串并组合实现直流电压输出。
进一步地，通过IGBT桥路实现对电磁线圈1的上电和断电过程，打开IGBT桥路时，给电磁线圈1提供直流电源，电压在80-800V，电流在10-100A之间连续可调，使电磁线圈1产生周期性稳定磁场；磁场的响应曲线上升时间最短可以达到20ms，下降时间与上升时间相等，上升下降曲线斜率绝对值相等，磁场稳定时间可调，响应频率0.1～10Hz；在电磁线圈1断电后，回收电磁线圈1中释放的能量。
进一步地，该电磁场***还包括控制板5，所述控制板5与电源4连接，用于控制电源参数。
进一步地，该电磁场***还包括霍尔传感器，通过霍尔传感器检测电磁线圈1当前磁场强度，磁场强度测量精度优于1％。
进一步地，该电磁场***还包括电流传感器，通过电流传感器检测通过电磁线圈1的电流，采用滞环控制，保证电流强度稳定性；电流传感器测量范围0-120A，测量精度优于0.5％。
电源4实施方式有两种。
方式一为变压器方案。如图2所示，由工业电通过变压器9升压后通过整流滤波装置10输出最大800V直流电压，打开驱动电路中的第一IGBT 12和第四IGBT 15组成桥电路，给电磁线圈1上电，电磁线圈1电流达到需求值时，通过PWM斩波处理，维持稳定电流；关闭驱动电路中第一IGBT 12和第四IGBT 15，打开第二IGBT 13和第三IGBT 14组成另外一个桥电路，将电磁线圈1储存的能量释放至储能电容11中。
方式二为蓄电池方案。如图3所示，电源也可由蓄电池组16实现，通过打开上IGBT17和下IGBT 20给电磁线圈1上电，电流传感器18检测到电流到达需求电流后，通过PWM斩波处理，控制上IGB T17和下IGBT 20的开关来实现稳定电流，维持稳定磁场；断开上IGBT 17和下IGBT 20，电磁线圈1断电，电磁线圈1中储存的能量通过上续流二极管19和下续流二极管21释放至蓄电池组16中。
本实用新型的工作原理如下：
本实用新型中，控制板5通过控制电源4实现对电磁场***的电路控制，根据磁路理论，当电磁线圈1通电时，C型铁芯因电磁感应形成磁回路，进而在气隙中形成一定强度的均匀磁场。在磁路中，励磁电流是交变电流，因此磁路中的磁动势及其所激励的磁通均随时间而交变，因而C型铁芯内部的气隙磁场强度随时间变化，本实用新型的电磁场***可以实现电流交变频率在0.1～10Hz，磁场的上升沿和下降沿可控，同时磁场的上升时间小，电流可以在额定电流和0之间呈方波交变变化，同时本实用新型中通过升降螺杆可以控制立柱铁芯的升降来控制C型铁芯的气隙宽度，进而调节气隙中的磁场强度。
当电磁场***应用于磁制冷机时，通过控制电流的交变频率可以实现磁场的周期性变化。当电磁线圈1通电时，C型铁芯形成磁回路，气隙内形成一定强度的均匀磁场，安装在气隙空间的主动磁回热器内部磁工质经历励磁过程并进入放热过程；接着电磁线圈1断电，C型铁芯气隙内部的磁场强度迅速减弱，主动磁回热器内部磁工质经历退磁过程并进入吸热过程。
实施例1：
电磁线圈1采用28股线并绕的方式，每股导线采用1mm的线径。整个电磁线圈1可以等同于一个串联电阻和电感，公式计算可以得出整个线圈的电阻阻值为0.518Ω，电感为0.164H。电源4采用前述方式一，即变压器方案。如图2所示，由工业电通过变压器9升压后通过整流滤波装置10输出最大800V直流电压，打开驱动电路中的第一IGBT 12和第四IGBT 15组成桥电路，给电磁线圈1上电，电磁线圈1电流达到需求值时，通过PWM斩波处理，维持稳定电流；关闭驱动电路中第一IGBT 12和第四IGBT 15，打开第二IGBT 13和第三IGBT 14组成另外一个桥电路，将电磁线圈1储存的能量释放至储能电容11中。依据等效LR串联一阶电路原理，采用800V直流恒定电压，达到线圈电流80A，所需要的时间为t＝L/R*ln(1/(1-i*R/U))＝17.4ms，因为电感值的变化仿真得出时间约为20ms。控制电流维持稳定80A的时间为30ms，控制电流维持稳定0A的时间为30ms，与电流上升和电流下降时间一起组成一个运行周期100ms，实现***频率0.1HZ；当气隙宽度为16mm时，气隙内的磁场强度最大可达2T。
以上所述仅为说明本实用新型所具的实例，并非限定本实用新型的实施方式，凡在本实用新型精神和原则之内所作的任何修改、同等替换和改进等，都应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于磁制冷机的电磁场***，其特征在于，包括电磁线圈、L型铁芯、立柱铁芯、电源和安装台架；所述电磁线圈、L型铁芯和立柱铁芯均安装在安装台架上；所述L型铁芯和立柱铁芯配合形成C型铁芯，电磁线圈缠绕在C型铁芯的一侧，电磁线圈通电后产生磁场，磁场磁化C型铁芯；所述电源与电磁线圈的接线端子相连接，实现直流电压输出；所述L型铁芯和立柱铁芯之间具有气隙，气隙宽度能够调节，磁制冷机中的主动磁回热器安装在气隙中。
2.根据权利要求1所述的一种用于磁制冷机的电磁场***，其特征在于，所述L型铁芯和立柱铁芯采用硅钢片叠加方式形成。
3.根据权利要求1所述的一种用于磁制冷机的电磁场***，其特征在于，所述电磁线圈采用多股并绕的方式，导线采用磁软铜圆漆包线。
4.根据权利要求1所述的一种用于磁制冷机的电磁场***，其特征在于，所述L型铁芯和立柱铁芯之间气隙宽度的调节范围为0～20mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于磁制冷机的电磁场***，其特征在于，所述L型铁芯和立柱铁芯之间的气隙通过升降螺杆调节，升降螺杆安装在安装台架上，升降螺杆与立柱铁芯连接，转动升降螺杆的转盘使升降螺杆上下移动，从而带动立柱铁芯在垂直方向上下运动。
6.根据权利要求1所述的一种用于磁制冷机的电磁场***，其特征在于，所述电源通过变压器和整流滤波电路实现直流电压输出，或者通过蓄电池串并组合实现直流电压输出。
7.根据权利要求6所述的一种用于磁制冷机的电磁场***，其特征在于，通过IGBT桥路实现对电磁线圈的上电和断电过程。
8.根据权利要求1所述的一种用于磁制冷机的电磁场***，其特征在于，该电磁场***还包括控制板，所述控制板与电源连接，用于控制电源参数。
9.根据权利要求1所述的一种用于磁制冷机的电磁场***，其特征在于，该电磁场***还包括霍尔传感器，通过霍尔传感器检测电磁线圈当前磁场强度。
10.根据权利要求1所述的一种用于磁制冷机的电磁场***，其特征在于，该电磁场***还包括电流传感器，通过电流传感器检测通过电磁线圈的电流，采用滞环控制，保证电流强度稳定性。
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