[发明专利]反磁性材料在聚焦磁场线中的用途

说明书

本发明涉及反磁性材料在聚焦磁场线中的用途，还涉及由磁热材料构成的用于冷却器、热泵或发电机的成型体，其包含反磁性材料。

为了产生强大的磁场，常常使用昂贵的磁性材料如NdFeB磁体。为了节省成本和材料，设计磁体以使得用最小量的磁性材料可以产生最大的磁场。通常使用铁磁性材料以放大磁场特殊区域中的磁场线。然而，该铁磁性材料仅可以在磁场不应作用于其它材料的地方实施使用，因为由于它们的铁磁性能，它们聚焦磁场线远离这些材料并朝向本身。

本发明的目的是提供使定向磁场的磁场线聚焦在其中需要这样放大的区域上的材料或装置。

根据本发明，该目的由反磁性材料在引入顺磁性材料的磁场中作为聚焦体在顺磁性材料中聚焦磁场线的用途实现。

另外，根据本发明，该目的由一种由磁热材料构成的用于冷却器、热泵或发电机的成型体实现，其具有使热载体介质通过的通道和适于引入磁场中的形式，其中所述成型体至少部分在基本上平行于磁场线运行的表面处由反磁性材料包围。

另外，根据本发明，该目的由一种由磁热材料构成的用于冷却器、热泵或发电机的成型体实现，其具有使热载体介质通过的通道和适于引入磁场中的形式，其中所述成型体具有在磁场线方向运行的反磁性材料的包合体。

具有在非均匀磁场中从高场强度位点移动到低场强度位点性能的材料称为反磁体或反磁性材料。具有相反行为，特别是具有迁移到更强磁场中倾向的物质称为顺磁体。反磁性是由在磁场和移动带电粒子特别是电子之间的相互作用引起的。在数量方面，它比顺磁性小。另一方面，顺磁性是由电子的自旋角动量和轨道角动量引起的。反磁性物质是所有其原子或分子紧密占用电子壳的那些，在这种情况下，因为电子的各磁力矩相互消除，因此总磁力矩没有在外部出现。反磁性物质例如包括所有稀有气体和所有具有类似稀有气体的离子或原子的物质。这些例如包括大多数有机化合物。本发明优选使用的反磁性材料为塑料、木材、金属氧化物、陶瓷、皮革、纺织品或其混合物。塑料优选选自聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚缩醛、聚苯醚、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯及其混合物。

已经通过磁体设计的常规方法，例如通过用铁磁性鞋体集中磁场而放大的磁场可以额外通过将反磁性材料用于不需要磁场的区域中或包围磁场区的区域中而放大。磁场线被反磁性材料排斥并偏转向材料附近的区域中。因此反磁性材料外部的磁场放大，并且因此需要磁场区域内的磁场放大。例如若材料A引入磁场以发挥物理效果，则有利的是将此材料A用反磁性材料B包围以将磁场线集中在材料A内。在本发明的一个实施方案中，还可行的是将反磁性材料引入磁场以甚至更强力地将磁场线集中于需要高场强的区域中。反磁性材料平行于磁场线的排列是特别有利的。

根据本发明，反磁性材料因此与顺磁性材料结合使用，其结果是磁场线偏转或聚焦于顺磁性材料中，或聚焦其中。

在这种情况下，顺磁性材料可以由基本上沿着或平行于磁场线的反磁性材料包围。当起点为垂直引入磁场中的立方形顺磁性材料时，该立方体例如可以在四个表面上由反磁性材料包围，而对于磁场线为垂直或基本垂直，面向磁极的表面则没有被反磁性材料覆盖。术语“基本上”沿着或平行于磁场线允许±10°的角度偏差，优选±5°，尤其是±2°。

在本发明的另一实施方案中，顺磁性材料可以包含基本上沿着磁场线的反磁性材料的包合体。这些包合体可以渗透平行于磁场线的顺磁性材料的棒状形式存在。这些棒状物可以具有圆形、三角形、多边形、椭圆形或其它横截面并优选以直线、平行线渗透顺磁性成型体中。棒状物可以在顺磁性材料中空间相隔均匀分布。

在本发明的一个实施方案中，在磁场中引入顺磁性材料的空间由基本上沿着或平行于磁场线的反磁性材料包围。这使得基本上所有磁场线可以贯穿顺磁性材料。

若将顺磁性、铁磁性或反铁磁性材料用于包围需要最高场强区或将其分成子区，则可能带来相反的效果。

顺磁性材料优选为磁热材料。

该类材料原则上是已知的并例如描述于WO 2004/068512中。在呈现出磁热效果的材料中，通过外部磁场无规排列磁力矩的排列导致材料的加热。该热量可以通过传热从MCE材料中转移至周围气氛中。然后当关闭或除去磁场时，磁力矩恢复无规设置，这导致材料冷却至环境温度以下。该效果可以开发用于冷却目的；还参见Nature，第415卷，2002年1月10日，第150-152页中。通常传热介质如水用于从磁热材料除去热量。因此可以应用于热泵和发电机。