專利名稱：磁性組件、流體流動組件和指示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁性組件、流體流動組件和指示器。
背景技術(shù)：
公知有閥形式的磁性組件。在US-A-2006/0042260中公開了上述閥的一個示例。 在這篇文獻(xiàn)中，公開了一種包括永磁體和由鐵磁材料制成的閥部件的閥。閥用于控制流體 向燃?xì)鉁u輪引擎的部件的流動。由于該閥包括與流體熱接觸的并且由鐵磁材料制成的部 件，因此會對鐵磁材料的溫度作出響應(yīng)，隨著流向燃?xì)鉁u輪的流體溫度的改變，永磁體和鐵 磁部件之間的吸引力也會隨之改變。因此，上述組件實(shí)質(zhì)上是一種基于溫度的閥。因此，期望對上述組件作出改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種磁性組件，所述組件包括磁體；以及包括至 少兩個具有不同居里溫度的區(qū)域的部件，基于所述部件的溫度，所述磁體和所述部件彼此 相對移動。優(yōu)選地，所述部件具有鐵磁性，磁性等級溫度是居里溫度。本發(fā)明提供了一種磁性組件，其可以是完全無源的。換句話說，磁體和鐵磁部件之 間的吸引力和對應(yīng)的移動可以僅依賴于鐵磁部件的溫度。因此，在一個實(shí)施例中，該組件可 被用作自動開關(guān)，其用來當(dāng)環(huán)境(鐵磁部件)的溫度達(dá)到特定閾值時作出觸發(fā)，由此使得磁 體和鐵磁部件彼此之間相互移動。在一個實(shí)施例中，所述組件是磁性閥，其中，所述磁體和所述鐵磁部件彼此相對的 移動以打開和關(guān)閉所述閥，所述磁體和所述鐵磁部件中的至少一個是可被配置的，以便改 變與所述磁體接合的鐵磁部件的區(qū)域。在實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種磁性閥，其包括兩個具有不同居里溫度的區(qū)域的 鐵磁部件。所述鐵磁部件是可被設(shè)置的，以便改變與磁體配合的鐵磁部件的區(qū)域。相應(yīng)地， 還可改變啟動或停止所述閥的溫度。因此，在流動的流體的溫度是變化的并且期望改變所 述組件的啟動溫度的應(yīng)用中可使用單個的閥組件。閥可以是完全無源的，以便無需操作者的參與即可切換該閥。實(shí)際上，可以完全地 獨(dú)立于操作者的干預(yù)，唯一地依賴于其所處環(huán)境的溫度變化，例如流動的流體或是閥所處 的較寬環(huán)境。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種組件，包括管道，其用于流動流體；以及根 據(jù)本發(fā)明第一方面的閥，所述閥設(shè)置為提供對通過所述管道的流體的流動的自動控制。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種指示器，其包括磁體；以及鐵磁材料部件， 其包括至少兩個具有不同居里溫度的區(qū)域，所述磁體和所述鐵磁材料部件彼此相對地移動 以指示系統(tǒng)的狀態(tài)。


現(xiàn)在，參考所附的附圖詳細(xì)地說明關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例的示例，其中圖IA和圖IB示出了在第一配置中磁性閥在打開和關(guān)閉狀態(tài)下的示意性視圖；圖2A和圖2B示出了在一個不同的配置中在打開和關(guān)閉狀態(tài)下的圖IA和圖IB的 閥；圖3示出了磁性閥的示意性視圖；圖4示出了包括磁性閥的灌溉系統(tǒng)的示意性視圖；以及圖5A和圖5B示出了關(guān)于磁性組件的示例的示意性視圖。
具體實(shí)施例方式圖IA示出了磁性組件的截面的示意性視圖，其中在這個示例中該磁性組件是閥 2。閥2包括包含磁體的第一部分4，諸如永磁體；和用于改變閥的開口大小的第二部分6。 所示出的管道8用于承載流體。在這個特定的示例中，閥的第二部分6是由多個區(qū)域IO1至 IO4構(gòu)成的部件，可選擇區(qū)域IO1至IO4中的每一個以使其具有期望數(shù)值的磁性等級溫度的 組成。在閥的第二部分是鐵磁體的情形下，磁性等級溫度是居里溫度。優(yōu)選地，區(qū)域IO1至 IO4中的每一個的居里溫度都是不同的并且可由特定的應(yīng)用來確定。圖IB示出了在關(guān)閉配置下圖IA的閥2，其中閥的第二部分6阻擋了管道8中的 流體的流動。因此，閥的第二部分6可在第一配置和第二配置之間移動，在第一配置(如圖 IA所示)中閥是打開的以使流體可沿管道8自由地流動，并且在第二配置(如圖IB所示) 中閥是關(guān)閉的以使第二部分6實(shí)質(zhì)上阻擋管道8中流體的流動。圖IA中在管道8中流動的流體具有溫度 ；。圖IB中所示的管道8中流動的流體 具有溫度T1,其中T1大于Ttl并且T1還大于第二部分6的區(qū)域IO1的居里溫度Τα。第二部 分6是由鐵磁材料制成的，從而隨著第二部分6的溫度的改變，永磁體4和第二部分6之間 的吸引力也會隨之改變。因此，吸引力是隨著管道8中流動的流體溫度的改變而改變。在這個示例中，磁性閥可被看作包括磁體和分級有源部件(graded activecomponent)，而優(yōu)選地分級有源部件是由具有感興趣的溫度間隔變化的居里溫度的 陶瓷材料制成的。有源部件6是與流動介質(zhì)，即液體或氣體，熱耦合的，并且在這個特定的 示例中有源部件6是與流動介質(zhì)直接熱耦合的。鐵磁材料是與磁場梯度強(qiáng)吸引的。經(jīng)過了從高溫順磁狀態(tài)到低溫鐵磁狀態(tài)的第二 級相變的磁性材料在它們與磁體的相互作用方面最終具有顯著的差別。它們在高溫下具有與磁體的弱吸引，而它們在低溫下具有與磁體的強(qiáng)吸引。圖2 中的閥遵循上述原理。在低溫下，通過磁體4使部件6處在適當(dāng)?shù)奈恢?設(shè)置在流動介質(zhì) 的外部或內(nèi)部)，由此使得流體流過。隨著周邊溫度的升高或是流動的流體的溫度升高而引 起第二部分6的溫度升高，材料變?yōu)轫槾挪⑶遗c磁體4分離，由此阻擋流體的流動。當(dāng)溫度 降低時，材料重新獲得與磁體4的吸引，并且流動再次打開?？蛇x地，還可當(dāng)材料與磁體連 接時阻擋流動而當(dāng)材料與磁體不連接時打開流動。通過當(dāng)溫度低于特定水平時阻擋流動并 且當(dāng)流體的溫度高于不同的特定水平時也阻擋流動，而當(dāng)流體溫度處在上述兩個水平之間 時打開流動的方式形成雙重設(shè)置(double arrangement) 0
通過改變部分6的區(qū)域的構(gòu)成，部分6的各區(qū)域的居里溫度會是不同的。換句話說，第二部分作為整體的居里溫度不是均勻的。因此，通過移動磁體4和第二部分6的相對配置，可改變與磁體4配合的第二部分的區(qū)域，由此也將改變閥2的溫度依賴或是閥2的切 換溫度。如上所述，用來形成閥2的第二部分6的材料可以是陶瓷。這提供了抗腐蝕的優(yōu) 點(diǎn)并且因此使得閥的性能長時間下穩(wěn)定。進(jìn)而，利用陶瓷制造技術(shù)使得罰容易制造。利用 分級的居里溫度，在申請人自己的待審國際專利申請No. PCT/EP2005/013654中描述了一 種用于制造第二部分6的方法的示例。優(yōu)選地，可對閥的第一部分4和第二部分6在打開位置或關(guān)閉位置下作出偏置。這 可起到確定打開或關(guān)閉的吸引力的級別的閾值的作用。諸如彈簧等其他一些裝置也可用來 一并或獨(dú)立地偏置第一部分和第二部分。此外，還必須根據(jù)流體流動所產(chǎn)生的力來平衡磁 體和鐵磁材料之間的質(zhì)量和磁性強(qiáng)度。在使用中，溫度可調(diào)節(jié)的閥當(dāng)中的鐵磁材料是分級的，即具有從低到高變化的居 里溫度。為了設(shè)定閥2的工作溫度，閥2的第一部分和第二部分可彼此相對地移動，以使具 有所需居里溫度的第二部分6的區(qū)域靠近磁體4。這意味著閥2的切換溫度實(shí)質(zhì)上對應(yīng)于 與磁體4緊密接合的第二部分6的區(qū)域的居里溫度。在圖IA和圖IB所示的示例中，第二部分6的第一區(qū)域IO1的居里溫度Tel是T。。 因此，如果管道中流動的流體的溫度低于Ttl，則組件6將會維持與永磁體4的吸引，由此打 開管道。當(dāng)管道8中的流體的溫度升高時，如溫度是T1的圖IB所示，第二部分6的區(qū)域IO1 變?yōu)轫槾?，由此第二部?下落或是被偏置裝置所吸引以便阻擋管道8中流體的流動。在圖2A中，相對于磁體4的第二部分6的相對位置改變，以使當(dāng)前不同的區(qū)域IO4 變?yōu)榕c磁體4緊密接合。區(qū)域IO4的居里溫度1；4是1\。因此，對于小于1\的管道8當(dāng)中的 流體溫度，閥將會保持打開。如圖2B所示，當(dāng)流體的溫度達(dá)到T2時，并且T2大于T1,第二部 分6變?yōu)轫槾?，由此第二部?下落或是被偏置裝置所吸引以便阻擋管道8中流體的流動。重要的是，在管道8中流動的流體與閥2中的順磁部分之間存在直接的或是間接 的熱接觸。閥2的第二部分6是由諸如Lai_x_yCaxSryMn03_d等陶瓷材料或是諸如LaFexSiy等金 屬互化物或是Gd與例如Tb、Ge或Si的合金制成的。這提供了閥組件的靈敏度的溫度范圍 處在日常使用的范圍之內(nèi)。典型地，利用諸如如上所述的那些材料可獲得-200°C至100°C 之間的居里溫度，盡管還可使用其他適當(dāng)?shù)牟牧虾蛯?yīng)的范圍。圖3示出了磁性閥2的示意性視圖。與參考圖1和圖2所示和所描述的示例相類 似的是，閥具有第一和第二部分4和6，并且第二部分6又被細(xì)分為區(qū)域1(V 102···。在這個 示例中，第二部分6采用了可以旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤的形式，以使所期望的區(qū)域與在管道8外部 設(shè)置的磁體4緊密接合。還需要一些用來提供凹陷(recess) 12之間可再配置的邊界的隔 膜，其中當(dāng)閥打開時在凹陷12中收納第二部分6。以用戶可輕易地旋轉(zhuǎn)的方式安裝第二部 分，以使具有所需的居里溫度的所期望的區(qū)域與磁體4緊密接合。如上所述的閥具有許多可行的應(yīng)用。在一個實(shí)施例中，閥的移動部分可與電路相 連接，以便基于閥的移動來打開或是關(guān)閉開關(guān)。閥可被用作提供關(guān)于被暴露的相關(guān)貨物的 溫度信息的指示器的觸發(fā)器。在下面參考圖5A和圖5B所示并且詳細(xì)說明的公開實(shí)施例特 別適用于上述應(yīng)用。
在一個實(shí)施例中，在用來控制向莊稼噴水的水流的灌溉系統(tǒng)中使用上述閥。當(dāng)周 邊溫度達(dá)到所期望的高或低的閾值時，可切換閥以便打開或是關(guān)閉灌溉系統(tǒng)中水的流動。 可以理解的是，存在多種可行的閥的應(yīng)用。圖4示出了莊稼灌溉系統(tǒng)的一部分的示意性視圖。該系統(tǒng)包括與管道8相連的灑 水裝置16。提供了諸如圖1至圖3中任一個所示的閥等磁性閥2，用于提供灌溉系統(tǒng)的操 作的自動溫度控制。在這個示例中，第二部分6優(yōu)選地被安裝在管道的外部并且磁體4被 安裝在管道當(dāng)中，從而方便地使用周邊溫度來自動控制何時打開或是關(guān)閉灌溉系統(tǒng)。如果 采用其他替換方式，即第二部分處在管道當(dāng)中，則使用管道中流動的水的溫度來控制閥的 操作。上述兩種配置均可使用。特別有利的是，閥是完全無源的。因此，無需操作者的參與即可實(shí)現(xiàn)切換閥。實(shí)際上，可完全獨(dú)立于操作者的干預(yù)即可操作閥，而使閥唯一地依賴于其所處環(huán)境的溫度變化。圖5A和圖5B示出了起到指示器或觸發(fā)器功能的組件的示例。該組件包括第一部 分4和第二部分6，其中第一部分4包括磁體4并且第二部分6包括鐵磁材料。磁體4被 設(shè)置在兩塊有源鐵磁材料6之間。隨著溫度的升高，鐵磁的順磁性進(jìn)一步下降，并且或是由 于重力作用或是偏置力而導(dǎo)致磁體向下移動到材料仍是鐵磁性的位置處。如果溫度再次降 低，磁體不會折返(back up)移動-從而產(chǎn)生最大的溫度指示器。在圖5A中，溫度相對較低，以使第二部分的鐵磁性相對升高(依賴于它的組成)。 隨著溫度的升高，第二部分6的鐵磁性區(qū)域有效地下落(相對于附圖中所示的組件的配 置)，這實(shí)現(xiàn)了磁體4的對應(yīng)的向下移動(圖5B)。在一個示例中，磁體是與開關(guān)(未示出) 的部件相連接，以便當(dāng)溫度達(dá)到特定值并且磁體4達(dá)到對應(yīng)的位置時，啟動開關(guān)。因此，該 組件起到了開關(guān)的觸發(fā)器的功能。已經(jīng)參考特定示例說明了本發(fā)明的實(shí)施方式。然而，可以理解的是，在不脫離本發(fā) 明的范圍的前提下可對所述示例作出各種變形和改變。
權(quán)利要求
一種磁性組件，所述組件包括磁體；以及鐵磁部件，其包括至少兩個具有不同居里溫度的區(qū)域，基于所述鐵磁部件的溫度，所述磁體和所述鐵磁部件彼此相對移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述組件是閥，所述鐵磁部件和所述磁體彼此相對地移動以打開和關(guān)閉所述閥，所述磁體和所述鐵磁 部件中的至少一個是可被配置的，以便改變與所述磁體接合的鐵磁部件的區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其中，所述組件在使用中是可設(shè)置的，以使所述鐵磁部件與環(huán)境熱接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的組件，其中，所述閥在使用中是可設(shè)置的，以便控制管道中流體的流動，所述鐵磁部件在使用中是 可設(shè)置的以便與管道中流動的所述流體熱接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的組件，其中，所述鐵磁部件包括具有多個部分的伸長結(jié)構(gòu)，各部分都具有不同的居里溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的組件，其中，所述鐵磁部件包括可旋轉(zhuǎn)單元，從而隨著該可旋轉(zhuǎn)單元旋轉(zhuǎn)，與所述磁體緊密接合的 區(qū)域發(fā)生改變。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的組件，其中，所述鐵磁部件是由陶瓷材料、金屬互化物或合金制成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的組件，其中，所述磁體設(shè)置在承載流體的管道的外部，而所述鐵磁部件設(shè)置在所述管道當(dāng)中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的組件，其中，所述磁體包括一個或多個永磁體或電磁體、永磁體或電磁體的排布、或是永磁體和電 磁體的組合。
10.一種流體流動組件，包括管道，其用于流動流體；以及根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的磁性組件，所述磁性組件設(shè)置為提供對通過所述 管道的流體的流動的自動控制。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的磁性組件，所述磁性組件被設(shè)置為當(dāng)所述磁性 組件從打開到關(guān)閉的狀態(tài)或是從關(guān)閉到打開的狀態(tài)切換時，觸發(fā)外部的處理。
12.一種指示器，包括磁體；以及鐵磁材料部件，其包括至少兩個具有不同居里溫度的區(qū)域，所述磁體和所述鐵磁材料 部件彼此相對地移動以指示系統(tǒng)的狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種磁性組件，該組件包括磁體(4)；以及鐵磁部件(6)，其具有至少兩個不同居里溫度的區(qū)域，基于鐵磁部件(6)的溫度，磁體(4)和鐵磁部件彼此相對移動。
文檔編號F16K31/08GK101802471SQ200880103269
公開日2010年8月11日 申請日期2008年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月17日
發(fā)明者克里斯蒂安·羅伯特·哈芬登·巴爾, 安諾斯·斯米特, 尼尼·普呂斯 申請人:丹麥理工大學(xué)