A magnetic field source system for magnetic refrigeration and its interaction with magnetocaloric material

The magnetic field source system constitutes an important component of magnetic refrigeration. A specific methodology for its' dimensioning is proposed in this paper. It is based on analytical calculation models and takes into account the geometry of the system, the magnetic properties of the magnetocaloric material and the magnetothermal cycle (direct or active magnetic regenerative refrigeration). The analytical calculation of the field is first developed and applied to usual permanent magnet-based field sources with and without soft magnetic materials. Then the forces generated by the interaction between the field and the magnetocaloric effect material are analytically evaluated considering the real field distribution. All calculations are validated thanks to two- or three-dimensional finite element method simulations.

RésuméLa source de champ magnétique est un composant important dans tout système de refrigération magnétique. Dans ce papier une méthodologie de dimensionnement basée sur des modèles analytiques de calcul de champ est proposée. Elle tient compte de la géométrie du système, des propriétés magnétocaloriques du matériau actif et du cycle magnétothermique qui peut être direct ou à régénération active. Le calcul du champ magnétique est tout d'abord développé et appliqué pour différentes structures à aimants usuelles comportant ou non des matériaux magnétiques doux. Ensuite, les forces d'interactions entre la source de champ et le matériau actif sont évaluées en tenant compte de la distribution réelle du champ magnétique. La démarche analytique développée est validée grâce à des simulations éléments finis bi- ou tri- dimensionnelles.