CN103206804A - 磁冷却设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种磁冷却设备及其控制方法。所述磁冷却设备以简化结构取代了往复型和旋转型冷却设备的提供驱动力的电机与动力传输系统。磁冷却设备包括：磁体，形成磁场；磁再生单元，由磁热材料形成，设置有线圈，并将当向磁场中的线圈供应电流时产生的电磁力用作运动能量；以及控制器，控制供应到磁再生单元的线圈的电流以控制磁再生单元的移动速度和方向。

Description

磁冷却设备及其控制方法

技术领域

本发明的实施例涉及一种利用磁热效应的冷却设备和方法。

背景技术

在家庭中和工业上广泛使用通过压缩气态制冷剂(例如，氯氟碳(CFC))和使气态制冷剂膨胀而具有冷却效果的冷却设备。然而，可以用作气态制冷剂的CFC破坏臭氧层而且导致全球变暖，并且CFC被认为是环境破坏的一个主要原因，因此期望新的冷却设备来取代这些使用CFC的冷却设备。

磁冷却设备是使用磁热效应(magnetocaloric effect)的冷却设备。磁热效应可定义为当向磁性材料施加磁场时磁性材料的温度升高、而当从磁性材料去除磁场时磁性材料的温度降低的现象。这样的磁热效应是基于熵的定律，即，当向磁性材料施加磁场时，磁性材料的粒子进行排列。因此，磁性材料的温度可以升高。当从磁性材料去除磁场时，磁性材料的粒子的排列会变得不规则。因此，磁性材料的温度可以降低。磁冷却设备利用这样的温度差来得到冷却效果。

磁冷却设备包括往复型磁冷却设备和旋转型磁冷却设备，在往复型磁冷却设备中，包括磁性材料的磁再生单元在由磁体形成的磁场的内部和外部进行往复运动，以引起磁热材料的温度变化，在旋转型磁冷却设备中，磁体旋转(例如，围绕提供有包括安装在其内的磁性材料的磁性再生单元的环形容器)，从而可以形成磁再生单元的磁场的变化，以引起磁再生单元中磁性材料的温度变化。

磁冷却设备可以将电机用作动力源以实现磁再生单元的往复运动或旋转运动，并且需要动力传输系统以将电机的驱动力转换成磁再生单元的往复运动或旋转运动。因此，可能难于使磁冷却设备微型化并且驱动磁冷却设备的能量效率可能很低。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种以简化的结构来取代传统的往复型和旋转型的冷却设备的动力传输系统和电机的磁冷却设备。

本发明的另外的方面将在下面的描述中得到一定程度上的阐述，且在一定程度上通过描述而变得明显，或者可以通过本发明的实施而明了。

根据本发明的一个方面，一种磁冷却设备包括：多个磁体，形成磁场；磁再生单元，由磁热材料形成，提供有线圈，并将在向磁场中的线圈供应电流时产生的电磁力(安培力)用作运动能量；热水侧流动路径(高温侧流动路径)，当磁再生单元在磁场的内部被磁化时经由磁再生单元而形成该热水侧流动路径；冷水侧流动路径(低温侧流动路径)，当磁再生单元在磁场的外部退磁化时经由磁再生单元而形成该冷水侧流动路径；以及控制器，控制供应到磁再生单元的线圈的电流，使得磁再生单元在穿过磁场时被磁化并在退出磁场时退磁化，从而控制磁再生单元的运动以由通过磁再生单元的退磁化而产生的温度下降来实现冷却。

控制器可以通过控制供应到线圈的电流的强度来控制磁再生单元的移动速度，并可以通过控制供应到线圈的电流的方向来控制磁再生单元的移动方向。

控制器可以控制电流的强度和方向，以在磁再生单元退出磁场时产生充足的电磁力来克服磁体的吸引力。

控制器可以控制电流的强度和方向，以在磁再生单元进入磁场时产生强度与磁体的吸引力的强度对应的制动力。

控制器可以控制电流的强度和方向，使得磁再生单元在磁场的外部和内部之间直线往复运动。

控制器可以控制电流的强度和方向，使得磁再生单元在磁场的外部和内部之间旋转。

根据本发明的一个方面，提供了一种磁冷却设备的控制方法，所述磁冷却设备具有：多个磁体，形成磁场；磁再生单元，由磁热材料形成，被提供有线圈，并将在向磁场中的线圈供应电流时产生的电磁力用作运动能量；热水侧流动路径(高温侧流动路径)，当磁再生单元在磁场的内部被磁化时被形成为通过磁再生单元；以及冷水侧流动路径(低温侧流动路径)，当磁再生单元在磁场的外部退磁化时被形成为通过磁再生单元。磁冷却设备的控制方法包括：控制供应到磁再生单元的线圈的电流，使得磁再生单元在穿过磁场的同时被磁化；控制供应到磁再生单元的线圈的电流，使得磁再生单元在退出磁场的同时退磁化；以及控制磁再生单元的运动，以由通过磁再生单元的退磁化产生的温度下降来实现冷却。

可以控制电流的强度和方向，以在磁再生单元退出磁场时产生充足的电磁力来克服磁体的吸引力。

可以控制电流的强度和方向，以在磁再生单元进入磁场时产生强度与磁体的吸引力的强度对应的制动力。

可以控制供应到线圈的电流的强度和方向，使得磁再生单元在磁场的外部和内部之间直线往复运动。

可以控制供应到线圈的电流的强度和方向，使得磁再生单元在磁场的外部和内部之间旋转。

根据本发明的一个方面，提供了一种冷却装置的控制方法，所述方法包括下述步骤。可以控制电流供应，使得磁再生单元在穿过磁场的同时被磁化并在退出磁场的同时退磁化。可以控制磁再生单元的运动，以由通过磁再生单元的退磁化而产生的温度下降来实现冷却。

附图说明

从下面结合附图对实施例的描述中，本发明的这些和/或其他方面将变得明显且更容易理解，其中：

图1A和图1B示出了根据本发明的实施例的磁冷却设备；

图2示出了磁冷却设备的示例性冷却循环；

图3示出了示例性往复型磁冷却设备；

图4示出了供应到示例性往复型磁冷却设备的磁再生单元的示例性电流曲线图；

图5A至图5E示出了由图4中示出的示例性电流曲线图驱动的往复型磁冷却设备的示例性操作循环；

图6示出了示出的旋转型磁冷却设备；

图7示出了供应到在图6中示出的旋转型磁冷却设备的磁再生单元的示例性电流曲线图；以及

图8A至图8D示出了由图7中示出的示例性电流分布驱动的旋转型磁冷却设备的示例性操作循环。

具体实施方式

现将详细地参考本发明的实施例，在附图中示出了本发明的实施例的示例，其中，同样的标号始终表示同样的元件。

图1A和图1B示出了根据本发明的实施例的磁冷却设备。图1A示出了第一磁再生单元102、第二磁再生单元104以及具有N极和S极的一对磁体106。第一磁再生单元102和第二磁再生单元104可为主动磁再生器。第一磁再生单元102和第二磁再生单元104可以被控制，从而交替地进入和退出形成在N极和S极的磁体106之间的磁场。第一磁再生单元102和第二磁再生单元104在磁场的内部可被磁化，第一磁再生单元102和第二磁再生单元104在磁场的外部可退磁化。在第一磁再生单元102进入磁场并被磁化时，第二磁再生单元104退出磁场并退磁化。在第一磁再生单元102退出磁场并退磁化时，第二磁再生单元104进入磁场并被磁化。为了实现使第一磁再生单元102和第二磁再生单元104进入到磁场内/从磁场退出，可以使用使第一磁再生单元102和第二磁再生单元104往复运动的方法(往复型)和使第一磁再生单元102和第二磁再生单元104旋转的方法(旋转型)。

第一磁再生单元102可以设置在高温侧流动路径108上，第二磁再生单元104可以设置在低温侧流动路径110上。第二磁再生单元104可以设置在高温侧流动路径108上，第一磁再生单元102可以设置在低温侧流动路径110上。高温侧阀112、高温侧热交换器114以及高温侧泵116与第一磁再生单元102一起可以设置在高温侧流动路径108上。以与高温侧流动路径108类似的方式，可以将低温侧阀118、低温侧热交换器120以及低温侧泵122与第二磁再生单元103一起设置在低温侧流动路径110上。在当第一磁再生单元102和第二磁再生单元104分别被磁化和退磁化时的时刻，高温侧阀112和低温侧阀118使高温侧流动路径108和低温侧流动路径110贯通。即，如果如图1A中所示第一磁再生单元102被磁化，第二磁再生单元104退磁化，则通过磁化的第一磁再生单元102可以形成高温侧流动路径108，使得流体(例如，水)沿着高温侧流动路径108流动，且通过退磁化的第二磁再生单元104可以形成低温侧流动路径110，使得流体沿着低温侧流动路径110流动。如果如图1B中所示第一磁再生单元102退磁化，第二磁再生单元104被磁化，则可以通过退磁化的第一磁再生单元102形成低温侧流动路径110，使得流体沿着低温侧流动路径110流动，且可以通过磁化的第二磁再生单元104形成高温侧流动路径108，使得流体沿着高温侧流动路径108流动。通过高温侧阀112和低温侧阀118的作用，高温侧流动路径108可以形成在磁化的磁再生单元处，低温侧流动路径110可以形成在退磁化的磁再生单元处。因此，流体在冷却期间(在退磁化期间)的流动方向和流体在加热期间(在磁化期间)的流动方向在高温侧热交换器114处和低温侧热交换器120处一直是一致的。高温侧热交换器114和低温侧热交换器120允许在第一磁再生单元102和第二磁再生单元104的磁化和退磁化期间产生冷却效果和加热效果，以被用在加热和冷却中。高温侧泵116和低温侧泵122借助泵的作用强制地使流体沿着高温侧流动路径108和低温侧流动路径110循环。因此，磁冷却设备可以利用第一磁再生单元102和第二磁再生单元104的加热/冷却获得高温和低温。

图2示出了在图1中示出的磁冷却设备的示例性冷却循环。如图2所示，例如在第一磁再生单元102没有被磁化的状态(如211所示)下，当通过利用具有N极和S极的磁体106(如图1B所示)形成磁场使第一磁再生单元102磁化时，发生热的产生，当在状态212下第一磁再生单元102释放热时，第一磁再生单元102的温度稍微下降并到达状态213，当去除磁场从而第一磁再生单元102退磁化时，第一磁再生单元102的温度可以快速地降低并获得期望的低温(如214所示)。利用这样的低温使热负荷202冷却。通过重复211至214的操作可以连续地获得低温。

图3示出了作为图1中示出的磁冷却设备的实施例的往复型磁冷却设备。在图3中示出的往复型磁冷却设备具有在直线形的指定的部分上往复运动并交替地重复进入到由磁体306产生的磁场内和从所述磁场退出的第一磁再生单元302和第二磁再生单元304。即，当第一磁再生单元302和第二磁再生单元304移动到图3的右边(定义为正方向)时，第一磁再生单元302退出磁场(退磁化)，第二磁再生单元304进入磁场(被磁化)。当第一磁再生单元302和第二磁再生单元304移动到图3的左边(定义为反方向)时，第二磁再生单元304退出磁场(退磁化)，第一磁再生单元302进入磁场(被磁化)。在图3中示出的第一磁再生单元302和第二磁再生单元304对应于在图1中示出的第一磁再生单元102和第二磁再生单元104。

在图3中，第一线圈302a安装在第一磁再生单元302的两侧，第二线圈304a安装在第二磁再生单元304的两侧。第一磁再生单元302的第一线圈302a和第二磁再生单元304的第二线圈304a引起第一磁再生单元302和第二磁再生单元304沿着正方向和反方向直线地往复运动。当向第一线圈302a或第二线圈304a供应电流I1或I2时，在第一磁再生单元302或第二磁再生单元304进入磁场的情况下，因由于供应的电流产生的安培力和由磁体306产生的吸引力而出现使第一磁再生单元302或第二磁再生单元304沿着正方向或反方向移动的力。这样的力允许第一磁再生单元302和第二磁再生单元304在直线上沿着正方向或反方向往复运动。为了通过由向磁场中的第一线圈302a或第二线圈304a供应电流I1或I2而产生的安培力使第一磁再生单元302和第二磁再生单元304在直线上往复运动，第一线圈302a可以一体化地固定到第一磁再生单元302，第二线圈304a可以一体化地固定到第二磁再生单元304。可以机械地组合第一磁再生单元302和第二磁再生单元304，从而当第一磁再生单元302和第二磁再生单元304中的一个单元移动时，另一个单元也移动。

当磁场的方向相同时，第一磁再生单元302和第二磁再生单元304的移动方向可以根据供应到第一线圈302a和第二线圈304a的电流I1和I2的方向(极性)来确定。第一磁再生单元302和第二磁再生单元304的移动速度可以根据电流I1和电流I2的强度来确定。控制器308通过控制供应到第一线圈302a和第二线圈304a的电流I1和电流I2的方向(极性)来控制第一磁再生单元302和第二磁再生单元304的移动方向，通过控制电流I1和电流I2的强度来控制第一磁再生单元302和第二磁再生单元304的移动速度。

图4示出了供应到在图3中示出的往复型磁冷却设备的磁再生单元的示例性电流曲线图。图5A至图5E示出了由在图4中示出的电流曲线图驱动的往复型磁冷却设备的示例性操作循环。即，在图3中示出控制器308根据如图4中所示的电流曲线图来控制电流I1和电流I2的方向(极性)和强度，从而执行如图5A至图5E中所示的磁冷却设备的操作。公开了根据本发明的实施例的往复型磁冷却设备的第一磁再生单元302和第二磁再生单元304的直线往复运动。

t0：初始状态和在正方向上开始

在初始状态下，如图5A所示，第一磁再生单元302可以位于由磁体306形成的磁场的内部，第二磁再生单元304可以在由磁体306形成的磁场的外部。当将图4的t0至t1部分中的电流I1供应到初始状态下的第一磁再生单元302的第一线圈302a时，第一磁再生单元302和第二磁再生单元304因安培力而开始沿着正方向移动。凭借沿着正方向的这样的移动，第一磁再生单元302退出由磁体306形成的磁场，第二磁再生单元304进入由磁体306形成的磁场。供应到第一线圈302a的电流具有足够的强度以允许第一磁再生单元302克服磁体306的吸引力来退出磁场，并且具有使第一磁再生单元302沿着正方向移动的方向(极性)，使得第二磁再生单元304可以进入磁场。

t1：在正方向上制动

如图5B所示，在当第一磁再生单元302退出磁场时的时刻，第二磁再生单元304进入磁场。在当第二磁再生单元304进入磁场时的时刻，第二磁再生单元304沿着正方向的移动速度可以因为磁体306的吸引力而迅速增加。因此，产生沿着反方向的安培力，所述力抵消磁体306的吸引力的影响，从而在不受磁体306的吸引力的影响的情况下维持第二磁再生单元304的原始预期的速度使第二磁再生单元304沿正方向进入磁场内的同时，产生沿着反方向的制动力。如图4的t1至t2部分所示，向第二磁再生单元304供应电流I2，电流I2具有这样的强度和方向(极性)，以使第二磁再生单元304在磁场中沿着正方向连续地移动的同时在不受磁体306的吸引力的影响的情况下，以原始预期的速度进入由磁体306形成的磁场。

t2：停止和在反方向上开始

在图2的t2时间点附近的指定的部分中的供应到第二磁再生单元304的电流I2的强度可以非常低(几乎为0)。这防止第二磁再生单元304在沿正方向移动的同时穿过磁场。因此，第二磁再生单元304可以停在磁体306的中心部分处。如图5C所示，当在磁场的内部移动的第二磁再生单元304位于磁体306的中心部分处时，供应到第二磁再生单元304的第二线圈304a的电流I2的强度增加(图4的t2至t3部分)，从而使第二磁再生单元304沿着反方向移动。如图4所示，t1至t2部分中的电流I2用于制动第二磁再生单元304，t2至t3部分中的电流I2用于使第二磁再生单元304沿着反方向开始移动(即，改变第二磁再生单元304的移动方向)。

t3：在反方向上制动

如图5D所示，在当第二磁再生单元304沿着反方向移动并退出由磁体306形成的磁场时的时刻，第一磁再生单元302进入磁场。在当第一磁再生单元302进入磁场时的时刻，第一磁再生单元302沿着反方向的移动速度可以因磁体306的吸引力而快速增加。因此，可以产生沿着正方向的安培力，并且所述力抵消磁体306的吸引力的影响，从而在不受磁体306的吸引力的影响的情况下在维持第一磁再生单元302的原始预期的速度使第一磁再生单元302沿反方向进入磁场内的同时，产生沿着正方向的制动力。如图4的t3至t4部分所示，电流I1可以供应到第一磁再生单元302，电流I1具有这样的强度和方向(极性)，以使第一磁再生单元302在磁场中沿着反方向移动的同时在不受磁体306的吸引力的影响的情况下，以原始预期的速度进入由磁体306形成的磁场。

t4：停止

在图4的t3至t4部分的端部处的供应到第一磁再生单元302的电流I1的强度可以减少到几乎为0。这防止第一磁再生单元302在沿着反方向移动的同时穿过磁场。因此，如图5E所示，第一磁再生单元302在磁体306的中心部分处停止，完成第一磁再生单元302和第二磁再生单元304的直线往复运动的一个循环。如果期望继续执行如图5A至图5E所示的第一磁再生单元302和第二磁再生单元304的直线往复运动，则连续地重复在图4的t0至t4部分中示出的电流供应。

通过直线往复运动，如图4和图5A至图5E所示，第一磁再生单元302和第二磁再生单元304交替地重复进入到由磁体306形成的磁场内并从由磁体306形成的磁场退出，从而被磁化和退磁化，因此执行加热和冷却。根据本发明的示例性实施例，第一磁再生单元302和第二磁再生单元304的直线往复运动可以通过在第一磁再生单元302处和第二磁再生单元304处安装第一线圈302a和第二线圈304a，并通过控制供应到第一线圈302a和第二线圈304a的电流的方向(极性)和强度来实现。因此，有效地替代了传统的磁再生单元的用作往复运动的动力源和动力传输系统，磁冷却系统可以减小尺寸，并且可以在磁冷却设备的驱动过程中增加能量效率。

图6示出了作为在图1中示出的磁冷却设备的示例性实施例的旋转型磁冷却设备。在图6中示出的旋转型磁冷却设备具有沿着逆时针(CCW)方向(定义为正方向)绕旋转轴600旋转、并交替地重复进入到由第一磁体606a和第二磁体606b产生的磁场以及从由第一磁体606a和第二磁体606b产生的磁场退出的第一磁再生单元602和第二磁再生单元604。即，在第一磁再生单元602和第二磁再生单元604进入由第一磁体606a和第二磁体606b形成的磁场时，第一磁再生单元602和第二磁再生单元604被磁化，在第一磁再生单元602和第二磁再生单元604退出由第一磁体606a和第二磁体606b形成的磁场时，第一磁再生单元602和第二磁再生单元604退磁化。在图6中示出的第一磁再生单元602和第二磁再生单元604对应于在图1中示出的第一磁再生单元102和第二磁再生单元104。

在图6中，第一线圈602a可以安装在第一磁再生单元602的两侧，第二线圈604a可以安装在第二磁再生单元604的两侧。第一磁再生单元602的第一线圈602a和第二磁再生单元604的第二线圈604a用于引起第一磁再生单元602和第二磁再生单元604沿着正(CCW)方向旋转。当在第一磁再生单元602和第二磁再生单元604进入磁场的情况下，电流供应到第一线圈602a或第二线圈604a时，凭借因供应电流而产生的安培力和由第一磁体606a和第二磁体606b产生的吸引力的作用，来产生使第一磁再生单元602和第二磁再生单元604沿着正(CCW)方向移动的力。这样的力允许第一磁再生单元602和第二磁再生单元604沿着正(CCW)方向旋转。如果改变电流的方向(极性)，则可以产生使第一磁再生单元602和第二磁再生单元604沿着顺时针(CW)方向(定义为反方向)移动的安培力。为了使第一磁再生单元602和第二磁再生单元604因由向第一线圈602a和第二线圈604a供应电流I1和电流I2所产生的安培力而旋转，第一线圈602a一体化地固定到第一磁再生单元602，第二线圈604a一体化地固定到第二磁再生单元604。

当磁场的方向相同时，第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的旋转方向可以根据供应到第一线圈602a和第二线圈604a的电流I1和电流I2的方向(极性)来确定。此外，第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的旋转速度根据电流I1和电流I2的强度来确定。控制器608通过控制供应到第一线圈602a和第二线圈604a的电流I1和电流I2的方向(极性)来控制第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的旋转方向，并通过控制电流I1和电流I2的强度来控制第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的旋转速度。

图7示出了供应到在图6中示出的旋转型磁冷却设备的磁再生单元的电流曲线图。图8A至图8D示出了由在图7中示出的电流曲线图驱动的旋转型磁冷却设备的示例性操作循环。即，在图6中示出的控制器608根据在图7中示出的电流曲线图来控制电流I1和电流I2的方向(极性)和强度，从而执行如图8A至图8D所示的磁冷却设备的操作。如图6所示，由于第一磁体606a和第二磁体606b穿过旋转轴600彼此面对，所以第一磁体606a和第二磁体606b可以设置成第一磁体606a的N极和S极与第二磁体606b的N极和S极彼此相反。由第一磁体606a形成的磁场的方向和由第二磁体606b形成的磁场的方向彼此相反。因此，供应到在由第一磁体606a形成的磁场内的磁再生单元(例如，第一磁再生单元602)的电流的方向(极性)和供应到在由第二磁体606b形成的磁场内的磁再生单元(例如，第二磁再生单元604)的电流的方向(极性)应该彼此相反。为了防止在第一磁再生单元602和第二磁再生单元604旋转时产生偏心距(eccentricity)，供应到第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的电流的强度可以几乎没有差异。如图7中的电流曲线图所示，供应到第一磁再生单元602的第一线圈602a和供应到第二磁再生单元604的第二线圈604a的电流具有相反的方向(极性)，并具有相等的强度。公开了根据本发明示例性实施例的旋转型磁冷却设备的第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的旋转运动。

t0：初始状态和在正方向上开始

在初始状态中，如图8A所示，第一磁再生单元602位于由第一磁体606a形成的磁场的内部，第二磁再生单元604位于由第二磁体606b形成的磁场的内部。在这样的初始状态下，当将图7的t0至t1部分中的电流I1供应到第一磁再生单元602的第一线圈602a、且将图7的t0至t1部分中的电流I2供应到第二磁再生单元604的第二线圈604a时，第一磁再生单元602和第二磁再生单元604因安培力而开始沿着正(CCW)方向旋转。供应到第一线圈602a和第二线圈602b的电流具有足够的强度，以允许第一磁再生单元602和第二磁再生单元604克服第一磁体606a和第二磁体606b的吸引力而退出磁场。通过这样的旋转，第一磁再生单元602退出由第一磁体606a形成的磁场并朝着第二磁体606b旋转，第二磁再生单元604退出由第二磁体606b形成的磁场并朝着第一磁体606a旋转。

t1：在正方向上第一次制动

如图8B所示，在当第一磁再生单元602接近第二磁体606b且第二磁再生单元604接近第一磁体606a时的时刻，暂时停止将电流供应到第一磁再生单元602和第二磁再生单元604，并将图7的t1至t2部分中的电流I1和I2再次供应到第一线圈602a和第二线圈604a。在当第一磁再生单元602和第二磁再生单元604进入由第二磁体606b形成的磁场和由第一磁体606a形成的磁场时的时刻，第一磁再生单元602和第二磁再生单元604沿着正方向的旋转速度可因通过第二磁体606b的吸引力和第一磁体606a的吸引力而迅速地增加。因此，通过图7的t1至t2部分中的电流I1和I2的供应可以产生沿着反方向的安培力，所述力抵消第一磁体606a的吸引力和第二磁体606b的吸引力的影响，从而可以在不受第二磁体606b的吸引力和第一磁体606a的吸引力的影响的情况下在维持第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的原始预期的速度使第一磁再生单元602和第二磁再生单元604沿正方向进入磁场内的同时，产生沿着反方向的制动力。在图7中，由于在t0至t1部分中的电流I1和I2与在t1至t2部分中的电流I1和I2具有相同的方向(极性)，但是在t0至t1部分中施加到第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的磁场的方向与在t1至t2部分中施加到第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的磁场的方向彼此相反，因此在t0至t1部分中施加到第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的安培力的方向与在t1至t2部分中施加到第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的安培力的方向彼此相反，从而可以产生抵消第一磁体606a的吸引力和第二磁体606b的吸引力的影响的制动力。供应到第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的电流I1和I2具有这样的强度和方向(极性)，即，使第一磁再生单元602和第二磁再生单元604在不受不同(新)磁场内的第一磁体606a的吸引力和第二磁体606b的吸引力的影响的情况下，在沿着正方向连续地移动的同时，以原始预期的速度进入不同的(新的)磁场。

t2：在正方向上第二次开始

供应到第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的在图4的t2时间点附近的指定的部分中的电流I1和I2的强度极其低(几乎为0)。这防止第一磁再生单元602和第二磁再生单元604在沿着正方向旋转的同时以过高的速度穿过磁场。如图8C所示，当第一磁再生单元602和第二磁再生单元604分别位于第二磁体606b和第一磁体606a的中心部分处时，图7的t2至t3部分中的电流I1供应到第一磁再生单元602的第一线圈602a，图7的t2至t3部分中的电流I2供应到第二磁再生单元604的第二线圈604a。第一磁再生单元602和第二磁再生单元604因安培力而沿着正方向连续地旋转，第一磁再生单元602和第二磁再生单元604可以通过这样的旋转退出由第二磁体606b形成的磁场和由第一磁体606a形成的磁场。供应到第一线圈602a和第二线圈604a的电流具有引起第一磁再生单元602和第二磁再生单元604克服第二磁体606b的吸引力和第一磁体606a的吸引力以退出磁场的强度，具有使第一磁再生单元602和第二磁再生单元604沿着正方向连续地旋转的方向(极性)。

t3：在正方向上第二次制动

如图8D所示，当第一磁再生单元602退出由第二磁体606b形成的磁场并再次接近第一磁体606a、第二磁再生单元604退出由第一磁体606a形成的磁场并再次接近第二磁体606b时，暂时停止将电流供应到第一磁再生单元602和第二磁再生单元604，然后将图7的t3至t4部分中的电流I1和I2再次供应到第一线圈602a和第二线圈604a。在当第一磁再生单元602和第二磁再生单元604进入由第一磁体606a形成的磁场和由第二磁体606b形成的磁场时的时刻附近，第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的沿着正方向的旋转速度可以因第一磁体606a的吸引力和第二磁体606b的吸引力而迅速增加。因此，通过供应图7的t3至t4部分中的电流I1和I2，产生沿着反方向的安培力，所述力抵消第一磁体606a的吸引力和第二磁体606b的吸引力的影响，从而在不受第一磁体606a和第二磁体606b的影响的情况下在维持第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的原始预期的速度使第一磁再生单元602和第二磁再生单元604沿正方向进入磁场内的同时，产生沿着反方向的制动力。在图7中，由于在t2至t3部分中的电流I1和电流I2与在t3至t4部分中的电流I1和I2具有相同的方向(极性)，但是在t2至t3部分中施加到第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的磁场的方向与在t3至t4部分中施加到第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的磁场的方向彼此相反，因此在t2至t3部分中施加到第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的安培力的方向与在t3至t4部分中施加到第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的安培力的方向彼此相反，从而产生抵消第一磁体606a的吸引力和第二磁体606b的吸引力的影响的制动力。供应到第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的电流I1和I2具有引起第一磁再生单元602和第二磁再生单元604在不受不同的(新的)磁场内的第一磁体606a的吸引力和第二磁体606b的吸引力的影响的情况下在沿着正方向连续地移动的同时、以原始预期的速度进入不同的(新的)磁场的强度和方向(极性)。

t4：停止

供应到第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的在图7的t3至t4部分的端部处的电流I1和I2的强度可以减小到几乎为0。这防止第一磁再生单元602和第二磁再生单元604在旋转的同时穿过磁场。因此，如图8A所示，第一磁再生单元602停止在第一磁体606a的中心部分处，完成第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的旋转运动的一个循环。为了继续执行第一磁再生单元602和第二磁再生单元604在图8A至图8D中示出的旋转运动，可以连续地重复在图7的t0至t4部分中示出的电流供应。

通过旋转运动，如图7和图8A至图8D所示，第一磁再生单元602和第二磁再生单元604交替地重复进入到由第一磁体606a形成的磁场和由第二磁体606b形成的磁场内和从由第一磁体606a形成的磁场和由第二磁体606b形成的磁场退出，并因此被磁化和退磁化，从而执行加热和冷却。在这样的过程中，第一磁再生单元602和第二磁再生单元604的旋转运动可以通过在第一磁再生单元602处和第二磁再生单元604处安装第一线圈602a和第二线圈604a，并通过控制供应到第一线圈602a和第二线圈604a的电流的方向(极性)和强度来实现。因此，可以有效地取代传统的磁再生单元的用作往复运动的动力源的电机和动力传输系统，可以使磁冷却设备小型化、并且可以在驱动磁冷却设备的过程中增加能量效率。

根据本发明的实施例的磁冷却设备可以以简化结构来取代传统的往复型和旋转型冷却设备的提供驱动力的电机和动力传输系统，因此本发明的实施例的磁冷却设备具有较小的尺寸和在驱动磁冷却设备的过程中的增加的能量效率。

尽管已经示出并描述了本发明的一些实施例，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以在这些实施例中做出改变，在权利要求及其等同物中限定了本发明的范围。

Claims (12)

1.一种磁冷却设备，包括：

多个磁体，形成磁场；

磁再生单元，由磁热材料形成，磁再生单元设置有线圈，并将在向磁场中的线圈供应电流时产生的电磁力用作运动能量；

当磁再生单元在磁场的内部被磁化时通过磁再生单元形成的高温侧流动路径；

当磁再生单元在磁场的外部退磁化时通过磁再生单元形成的低温侧流动路径；以及

控制器，控制供应到磁再生单元的线圈的电流，使得磁再生单元在穿过磁场时被磁化并在退出磁场时退磁化，从而控制磁再生单元的运动以由通过磁再生单元的退磁化而产生的温度下降来实现冷却。

2.如权利要求1所述的磁冷却设备，其中，控制器被构造为：

通过控制供应到线圈的电流的强度来控制磁再生单元的移动速度；以及

通过控制供应到线圈的电流的方向来控制磁再生单元的移动方向。

3.如权利要求2所述的磁冷却设备，其中，控制器控制电流的强度和方向，以产生充足的电磁力来在磁再生单元退出磁场时克服磁体的吸引力。

4.如权利要求2所述的磁冷却设备，其中，控制器控制电流的强度和方向，以在磁再生单元进入磁场时产生强度与磁体的吸引力的强度对应的制动力。

5.如权利要求1所述的磁冷却设备，其中，控制器控制电流的强度和方向，使得磁再生单元在磁场的外部和内部之间直线往复运动。

6.如权利要求1所述的磁冷却设备，其中，控制器控制电流的强度和方向，使得磁再生单元在磁场的外部和内部之间旋转。

7.一种磁冷却设备的控制方法，所述磁冷却设备具有磁体、磁再生单元、高温侧流动路径和低温侧流动路径，其中，磁体形成磁场，磁再生单元由磁热材料形成、设置有线圈、并将在向磁场中的线圈供应电流时产生的电磁力用作运动能量，当磁再生单元在磁场的内部被磁化时通过磁再生单元形成高温侧流动路径，当磁再生单元在磁场的外部退磁化时通过磁再生单元形成低温侧流动路径，所述控制方法包括下述步骤：

控制供应到磁再生单元的线圈的电流以使磁再生单元在穿过磁场的同时被磁化；

控制供应到磁再生单元的线圈的电流以使磁再生单元在退出磁场的同时退磁化；

控制磁再生单元的运动，以由通过磁再生单元的退磁化而产生的温度下降来实现冷却。

8.如权利要求7所述的控制方法，其中，控制电流的强度和方向，以产生充足的电磁力来在磁再生单元退出磁场时克服磁体的吸引力。

9.如权利要求7所述的控制方法，其中，控制电流的强度和方向，以在磁再生单元进入磁场时产生强度与磁体的吸引力的强度对应的制动力。

10.如权利要求7所述的控制方法，其中，控制供应到线圈的电流的强度和方向，使得磁再生单元在磁场的外部和内部之间直线往复运动。

11.如权利要求7所述的控制方法，其中，控制供应到线圈的电流的强度和方向，使得磁再生单元在磁场的外部和内部之间旋转。

12.一种冷却装置的控制方法，所述方法包括下述步骤：

控制电流供应，使得磁再生单元在穿过磁场的同时被磁化并在退出磁场的同时退磁化；以及

控制磁再生单元的运动，以由通过磁再生单元的退磁化而产生的温度下降来实现冷却。

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