In the search for more efficient and less environmentally harmful cooling technologies, the field of magnetocalorics is considered a promising alternative. To generate cooling spans, rotating permanent magnet assemblies are used to cyclically magnetize and demagnetize magnetocaloric materials, which change their temperature under the application of a magnetic field. In this work, an axial rotary permanent magnet assembly, aimed for commercialization, is computationally designed using topology and shape optimization. This is efficiently facilitated in an isogeometric analysis framework, where harmonic mortaring is applied to couple the rotating rotor-stator system of the multipatch model. Inner, outer and co-rotating assemblies are compared and optimized designs for different magnet masses are determined. These simulations are used to homogenize the magnetic flux density in the magnetocaloric material. The resulting torque is analyzed for different geometric parameters. Additionally, the influence of anisotropy in the active magnetic regenerators is studied in order to guide the magnetic flux. Different examples are analyzed and classified to find an optimal magnet assembly for magnetocaloric cooling.


翻译:在寻找更高效且对环境危害更小的冷却技术过程中,磁热学领域被视为一种有前景的替代方案。为产生冷却温差,旋转永磁组件用于周期性磁化和退磁磁热材料,这些材料在磁场作用下会改变自身温度。本研究针对面向商业化的轴向旋转永磁组件,通过拓扑与形状优化进行计算设计。该方法在等几何分析框架中高效实现,采用谐波拼接技术耦合多片模型中的旋转定子-转子系统。对比分析了内转子型、外转子型及共转子型组件,并针对不同磁体质量确定了优化设计方案。这些仿真用于均匀化磁热材料中的磁通密度,同时分析不同几何参数对产生的转矩的影响。此外,研究了主动磁回热器中各向异性对磁通引导的作用。通过对不同案例的分析与分类,最终确定了磁热冷却的最优磁体组件。

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