CN107079537A - 涡流式发热装置 - Google Patents
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Abstract
所公开的发热装置(1)包括旋转轴(3)、发热构件(4)、多个永磁体(5)、磁体保持构件(6)以及热回收机构。旋转轴(3)以能够旋转的方式支承于作为非旋转部的主体(2)。发热构件(4)固定于主体(2)。磁体(5)以与发热构件(4)空开间隙的方式与发热构件(4)相对，在互相相邻的磁体(5)彼此之间磁极的配置交替地变化。磁体保持构件(6)保持磁体(5)，并被固定于旋转轴(3)。热回收机构用于回收发热构件(4)所产生的热。在发热构件(4)与磁体(5)之间的间隙设有非磁性的分隔壁(15)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于将旋转轴的动能转换为热能并进行回收的发热装置，特别是，涉及一种使用永磁体(以下简称为“磁体”)、并利用了在来自磁体的磁场的作用下产生的涡流的涡流式发热装置。
背景技术
近年，伴随着化石燃料的燃烧而导致的二氧化碳的产生被视为问题。因此，太阳热能、风能、水能等这样的自然能的利用得到推进。在自然能中，风能、水能等也是流体的动能。以往，利用流体动能进行了发电。
例如，在通常的风力发电设备中，叶轮接受风力并旋转。叶轮的旋转轴连结于发电机的输入轴，发电机的输入轴随着叶轮的旋转而旋转。由此，利用发电机发电。即，在通常的风力发电设备中，将风能转换为叶轮的旋转轴的动能，并将该旋转轴的动能转换为电能。
在日本特开2011-89492号公报(专利文献1)中提出有一种谋求提高能量的利用效率的风力发电设备。专利文献1的发电设备为了在自风能向电能的转换过程中产生热能，而设有发热装置(专利文献1的减速装置30)。
在专利文献1的发电设备中，将风能转换为叶轮的旋转轴的动能，并将该旋转轴的动能转换为液压泵的液压能。利用液压能，使液压马达旋转。液压马达的主轴连结于发热装置的旋转轴，该发热装置的旋转轴连结于发电机的输入轴。随着液压马达的旋转，发热装置的旋转轴旋转，并且，发电机的输入轴旋转，而利用发电机发电。
发热装置利用在来自永磁体的磁场的作用下产生的涡流使发热装置的旋转轴的转速减速。由此，使液压马达的主轴的转速减速，伴随于此，借助液压泵调整叶轮的转速。
另外，在发热装置中，通过产生涡流，而产生使旋转轴的转速减速的制动力，同时，产生热。即，风能的一部分被转换为热能。在专利文献1中设定为：该热(热能)被蓄热装置回收，利用被回收的热能驱动原动机，通过驱动该原动机，而驱动发电机，其结果，利用发电机发电。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-89492号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1的风力发电设备在作为旋转轴的叶轮与发热装置之间设有液压泵和液压马达。因此，设备的构造变得复杂。另外，由于需要多级的能量转换，因此，能量的转换损耗明显。伴随于此，由发热装置获得的热能也变小。
另外，在专利文献1的发热装置的情况下，多个磁体与圆筒状的转子的内周面相对，并沿圆周方向排列。这些磁体的磁极(N极、S极)沿圆周方向配置，且在圆周方向上相邻的磁体彼此之间磁极的配置一致。因此，来自磁体的磁场未扩大，而到达转子的磁通密度较少。于是，实际上在来自磁体的磁场的作用下在转子上产生的涡流变小，而无法获得充分的发热。
本发明即是鉴于上述的实际情况而做成的。本发明的目的在于提供一种能够有效地将旋转轴的动能转换为热能并进行回收的涡流式发热装置。
用于解决问题的方案
根据本发明的一实施方式，涡流式发热装置包括：
旋转轴，其以能够旋转的方式支承于非旋转部；
发热构件，其固定于所述非旋转部；
多个永磁体，其以与所述发热构件空开间隙的方式与所述发热构件相对，在互相相邻的所述永磁体彼此之间磁极的配置交替地变化；
磁体保持构件，其用于保持所述永磁体，并被固定于所述旋转轴；以及
热回收机构，其用于回收由所述发热构件产生的热，
在所述发热构件与所述永磁体之间的所述间隙设有非磁性的分隔壁。
发明的效果
采用本发明的涡流式发热装置，与发热构件相对的磁体的磁极的配置在互相相邻的磁体彼此之间交替地变化。因此，来自磁体的磁场扩大，到达发热构件的磁通密度增多。由此，在来自磁体的磁场的作用下在发热构件上产生的涡流变大，而能够获得充分的发热。因而，采用本发明，能够有效地将旋转轴的动能转换为热能并进行回收。另外，在本发明的涡流式发热装置中，通过在发热构件与永磁体之间的间隙设置非磁性的分隔壁，能够抑制磁体的温度上升。其结果，能够抑制装置的劣化。
附图说明
图1是第1实施方式的发热装置的纵剖视图。
图2是第1实施方式的发热装置的横剖视图。
图3是表示第1实施方式的发热装置中的发热构件的较佳的形态的一个例子的横剖视图。
图4是第2实施方式的发热装置的横剖视图。
图5是第3实施方式的发热装置的纵剖视图。
图6是第4实施方式的发热装置的纵剖视图。
图7是第5实施方式的发热装置的纵剖视图。
图8是第6实施方式的发热装置的纵剖视图。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施方式。另外，在以下的说明中，举例说明本发明的实施方式，但本发明并不限定于以下说明的例子。在以下的说明中，存在例示具体的数值、材料的情况，但只要能够获得本发明的效果即可，还可以应用其他的数值、材料。
本发明的一实施方式的涡流式发热装置包括旋转轴、发热构件、多个永磁体、磁体保持构件以及热回收机构。旋转轴以能够旋转的方式支承于非旋转部。发热构件固定于所述非旋转部。多个永磁体以与所述发热构件空开间隙的方式与所述发热构件相对，在互相相邻的永磁体彼此之间磁极的配置交替地变化。磁体保持构件用于保持所述永磁体，并被固定于所述旋转轴。热回收机构用于回收由所述发热构件产生的热。
发热构件的至少一部分由能产生电磁感应的材料(具体而言为导电性材料)形成。优选的是，发热构件中至少靠磁体侧的部分由能产生电磁感应的材料形成。发热构件的具体的材料的例子见后述。
根据本实施方式的涡流式发热装置，与发热构件相对的磁体的磁极的配置在互相相邻的磁体彼此之间交替地变化，因此，来自磁体的磁场扩大，到达发热构件的磁通密度增多。由此，在来自磁体的磁场的作用下在发热构件上产生的涡流变大，而能够获得充分的发热。因而，能够有效地将旋转轴的动能转换为热能并进行回收。
在上述的发热装置中，优选的是，在所述发热构件与所述永磁体之间的所述间隙设有非磁性的分隔壁。该情况下，优选的是，在所述发热构件与所述分隔壁之间填充绝热材料，或使所述发热构件与所述分隔壁之间成为真空状态。
在分隔壁不与磁体一起旋转的情况下，分隔壁优选由导电性较低的材料(包含非导电性材料在内)形成。导电性较低的材料的例子中包含导电率为5×106S/m以下(例如1S/m以下、10-6S/m以下、或10-10S/m以下)的材料。分隔壁的材料的例子包含奥氏体类不锈钢、PEEK树脂等高耐热性树脂以及陶瓷。分隔壁的靠发热构件侧的平面可以设为平滑度较高的镜面。由此，能够抑制热自发热构件向磁体移动。
上述的发热装置也可以包括配置于发热构件的周围的罩。通过使用这样的罩，能够抑制由发热构件产生的热被散热。从抑制散热的观点来看，罩优选由绝热性较高的材料形成。另外，从抑制散热的观点来看，可以在发热构件与罩之间填充绝热材料，或使发热构件与罩之间成为真空状态。在发热构件为圆筒状的情况下，可以以覆盖圆筒状的发热构件的外周面的方式配置罩。另外，在发热构件为圆板状的情况下，可以以覆盖发热构件的面中与磁体所在侧相反的那一侧的面的方式配置罩。另外，还可以以隔着发热构件的方式配置罩和分隔壁。在本发明的装置的一个例子中，罩还可以与其他的构件(例如分隔壁及其它的构件)一起覆盖整个发热构件的周围。
在上述的发热装置中，能够采用这样的结构：所述热回收机构包括：通路，其形成于所述发热构件的内部；配管，其分别连接于所述通路的入口和出口；蓄热装置，其连接于所述各配管；以及热介质，其在所述通路、所述配管以及所述蓄热装置之间循环。蓄热装置没有特殊限定，可以使用能够存储由热介质运送来的热能的公知的蓄热装置。热介质没有特殊限定，可以使用公知的热介质。热介质的例子为硝酸盐系的熔融盐(例如硝酸钠60％和硝酸钾40％的混合盐)。除此以外，热介质还可以应用热介质油、水(蒸气)、空气、超临界CO2等。
上述发热装置可以是将利用流体动能旋转的所述旋转轴的动能转换为热能并进行回收的装置。流体动能的例子中包含风力、水力等自然能。由自然能带来的动能并不恒定，而在上述发热装置中，即使是不恒定的动能，也能够在不大幅度降低效率的前提下转换为热能。
在上述的发热装置中，优选的是，设有用于冷却所述永磁体的冷却机构。
在上述的发热装置中，能够采用这样的结构：所述发热构件为圆筒状，所述永磁体与所述发热构件的内周面相对并沿圆周方向排列，磁极沿径向配置，且在圆周方向上相邻的所述永磁体彼此之间磁极的配置交替地变化。该情况下，优选的是，所述磁体保持构件包含圆筒构件，在该圆筒构件的外周面上保持所述永磁体，所述圆筒构件为强磁性体。磁体保持构件所使用的强磁性体的材料的例子中包含强磁性金属材料(例如碳钢、铸铁等)。
在上述的发热装置中，能够采用这样的结构：所述发热构件为圆筒状，所述永磁体与所述发热构件的内周面相对并沿圆周方向排列，磁极沿圆周方向配置，且在圆周方向上相邻的所述永磁体彼此之间磁极的配置交替地变化。该情况下，优选的是，所述磁体保持构件包含圆筒构件，在该圆筒构件的外周面上保持所述永磁体，所述圆筒构件为非磁性体，在圆周方向上相邻的所述永磁体之间设有磁极片。磁体保持构件所使用的非磁性体的材料的例子中包含非磁性金属材料(例如铝合金、奥氏体类不锈钢、铜合金等)。
在上述的发热装置中，能够采用这样的结构：所述发热构件为圆筒状，所述永磁体与所述发热构件的内周面相对并沿轴线方向排列，磁极沿轴线方向配置，且在轴线方向上相邻的所述永磁体彼此之间磁极的配置交替地变化。该情况下，优选的是，所述磁体保持构件包含圆筒构件，在该圆筒构件的外周面上保持所述永磁体，所述圆筒构件为非磁性体，在轴线方向上相邻的所述永磁体之间、以及轴线方向上的所述永磁体的排列的两端设有磁极片。
在上述的发热装置中，能够采用这样的结构：所述发热构件为圆板状，所述永磁体与所述发热构件的主表面相对并沿圆周方向排列，磁极沿轴线方向配置，且在圆周方向上相邻的所述永磁体彼此之间磁极的配置交替地变化。该情况下，能够采用这样的结构：所述磁体保持构件包含圆板构件，在该圆板构件的与所述发热构件的所述主表面相对的面上保持所述永磁体，所述圆板构件为强磁性体。
在上述的发热装置中，能够采用这样的结构：所述发热构件为圆板状，所述永磁体与所述发热构件的主表面相对并沿圆周方向排列，磁极沿圆周方向排列，且在圆周方向上相邻的所述永磁体彼此之间磁极的配置交替地变化。该情况下，优选的是，所述磁体保持构件包含圆板构件，在该圆板构件的与所述发热构件的所述主表面相对的面上保持所述永磁体，所述圆板构件为非磁性体，在圆周方向上相邻的所述永磁体之间设有磁极片。
在上述的发热装置中，能够采用这样的结构：所述发热构件为圆板状，所述永磁体与所述发热构件的主表面相对并沿径向排列，磁极沿径向排列，且在径向上相邻的所述永磁体彼此之间磁极的配置交替地变化。该情况下，优选的是，所述磁体保持构件包含圆板构件，在该圆板构件的与所述发热构件的所述主表面相对的面上保持所述永磁体，所述圆板构件为非磁性体，在径向上相邻的所述永磁体之间以及径向上的所述永磁体的排列的两端设有磁极片。
另外，相比于将发热构件设为圆板状的装置，将发热构件设为圆筒状的装置存在容易将发热构件与永磁体之间的相对速度设为高速且恒定、发热效率优异这样的优点。另外，相比于将发热构件设为圆板状的装置，将发热构件设为圆筒状的装置存在容易使装置小型化的优点。
在上述发热装置中，所述发热构件可以由一种以上的导电性磁性材料形成。
在上述发热装置中，可以是，所述发热构件至少由导电性强磁性材料和导电性非磁性材料形成，导电性非磁性材料靠近所述永磁体。导电性强磁性材料的例子中包含后述的导电性的强磁性金属材料。导电性非磁性材料的例子中包含后述的导电性的非磁性金属材料。
上述的发热装置能够搭载于风力发电设备、水力发电设备等那样利用了流体动能(例如风力、水力等自然能)的发电设备。例如，通过将公知的风力发电设备、水力发电设备的发电装置部分替换为上述的发热装置，能够生成热能。因此，除发热装置以外的部分能够应用公知的发电设备的结构。另外，上述的发热装置能够搭载于车辆。在任何情况下，发热装置都将旋转轴的动能转换为热能并进行回收。回收到的热能可以用于生成电能。
以下，详细说明本发明的涡流式发热装置的实施方式。
第1实施方式
图1是第1实施方式的发热装置的纵剖视图。图2是第1实施方式的发热装置的横剖视图。在图1和图2中例示搭载于风力发电设备的发热装置1。第1实施方式的发热装置1包括旋转轴3、发热构件4、多个永磁体5以及磁体保持构件6。旋转轴3借助轴承7以能够旋转的方式支承于作为非旋转部的固定的主体2。
发热构件4为以旋转轴3为轴心的圆筒状，固定于主体2。磁体保持构件6配置于发热构件4的内侧，并固定于旋转轴3。磁体保持构件6包含以旋转轴3为轴心的圆筒构件6a、以及将该圆筒构件6a和旋转轴3连接起来的圆板状的连结构件6b。圆筒构件6a保持磁体5。为了轻量化以及进行冷却，在连结构件6b上设有多个通孔6c。
磁体5固定于圆筒构件6a的外周面，并以与发热构件4的内周面空开间隙的方式与发热构件4的内周面相对。在此，如图2所示，磁体5沿着圆周方向排列。这些磁体5的磁极(N极、S极)沿径向配置，且在圆周方向上相邻的磁体5彼此之间磁极的配置交替地变化。在第1实施方式的情况下，直接保持磁体5的圆筒构件6a的材质为强磁性材料。
发热构件4的材质、特别是与磁体5相对的内周面的表层部的材质为导电性材料。作为导电性材料，可列举出强磁性金属材料(例如碳钢、铸铁等)、弱磁性金属材料(例如铁素体类不锈钢等)或非磁性金属材料(例如铝合金、奥氏体类不锈钢、铜合金等)。
另外，在发热构件4的外侧以包围发热构件4的整体的方式配置有圆筒状的罩8。该罩8固定于主体2。利用罩8能够抑制自发热构件4的散热。
当旋转轴3旋转时，磁体5与旋转轴3一体旋转(参照图1中的空心箭头)。由此，在磁体5与发热构件4之间产生相对的转速差。此时，如图2所示，关于与发热构件4的内周面相对的磁体5，磁极(N极、S极)沿径向配置，且在圆周方向上相邻的磁体5彼此之间磁极的配置交替地变化。另外，保持磁体5的圆筒构件6a为强磁性体。
因此，来自磁体5的磁通(磁场)成为以下这样的状态。从互相相邻的磁体5中的一个磁体5的S极出来的磁通到达与该磁体5相对的发热构件4。到达了发热构件4的磁通到达另一个磁体5的N极。从另一个磁体5的S极出来的磁通穿过圆筒构件6a到达一个磁体5的N极。也就是说，在圆周方向上相邻的磁体5彼此、保持磁体5的圆筒构件6a以及发热构件4之间形成有由磁体5产生的磁路。这样的磁路以交替地使该磁通的朝向成为相反朝向的方式形成于整个圆周方向上。于是，来自磁体5的磁场扩大，到达发热构件4的磁通密度增多。
在磁体5与发热构件4之间产生了相对的转速差的状态下，在自磁体5向发热构件4作用有磁场时，在发热构件4的内周面产生涡流。利用该涡流与来自磁体5的磁通密度之间的相互作用，按照弗莱明的左手定则，在与旋转轴3一体旋转的磁体保持构件6上产生与旋转方向相反的朝向的制动力。
另外，由于产生涡流，因而在产生制动力的同时，在发热构件4上产生热。如上所述，由于到达发热构件4的磁通密度较多，因此，在来自磁体5的磁场的作用下在发热构件4上产生的涡流变大，而能够获得充分的发热。
发热装置1包括热回收机构，用于回收并利用发热构件4所产生的热。在第1实施方式中，作为热回收机构，在发热构件4的内部形成有通路10。在该通路10的入口11连接有未图示的进入侧配管，在该通路10的出口12连接有未图示的排出侧配管。进入侧配管和排出侧配管连接于未图示的蓄热装置。发热构件的通路10、进入侧配管、排出侧配管以及蓄热装置形成一个连续的路径，热介质在该路径中流通并循环(参照图1中的实线箭头)。
发热构件4所产生的热被传递给在通路10中流通的热介质。通路10内的热介质自通路10的出口12排出，并通过排出侧配管被引导到蓄热装置。蓄热装置通过热交换从热介质接收并回收热，并储存该热量。经过了蓄热装置的热介质通过进入侧配管而自入口11返回到通路10。由此，发热构件4所产生的热被回收。
在第1实施方式的发热装置1中，如上所述，由于能够利用发热构件4获得充分的发热，因此，能够有效地将旋转轴3的动能转换为热能并进行回收。
第1实施方式的发热装置1可以搭载于风力发电设备。例如，可以利用第1实施方式的发热装置1替换风力发电设备的发电装置部分。即，如图1所示，可以在发热装置1的旋转轴3的延长线上设置作为风车的叶轮20。叶轮20的旋转轴21借助轴承25以能够旋转的方式支承于固定的主体2。叶轮20的旋转轴21借助离合器装置23和增速装置24连结于发热装置1的旋转轴3。发热装置1的旋转轴3伴随着叶轮20的旋转轴21的旋转而旋转。此时，发热装置1的旋转轴3的转速利用增速装置24而相对于叶轮20的旋转轴21的转速增大。增速装置24例如能够应用行星齿轮机构。
在这样的风力发电设备中，叶轮20接受风力并旋转(参照图1的空心箭头)。发热装置1的旋转轴3伴随着叶轮20的旋转而旋转，由此，利用发热构件4产生热，所产生的热被蓄热装置回收。即，基于叶轮20的旋转而产生的发热装置1的旋转轴3的动能的一部分被转换为热能并回收。此时，由于在叶轮20与发热装置1之间不存在专利文献1的风力发电设备那样的液压泵和液压马达，因此，能量的转换损耗较少。被蓄热装置回收的热例如能够用于利用热元件、斯特林发动机等所进行的发电。
另外，通过发热装置1的旋转轴3旋转，发热构件4发热，同时，在旋转轴3上产生使旋转减速的制动力。由此，借助增速装置24和离合器装置23调整叶轮20的转速。在此，离合器装置23具有以下的功能。在需要利用发热装置1发热的情况下，离合器装置23连接叶轮20的旋转轴21和发热装置1的旋转轴3。由此，将叶轮20的回转力传递到发热装置1。在存储于蓄热装置的热量达到容许量而不需要利用发热装置1发热的情况下、为了维护而使发热装置1停止的情况下等，离合器装置23切断叶轮20的旋转轴21与发热装置1的旋转轴3之间的连接。由此，叶轮20的回转力不会传递到发热装置1。此时，为了防止叶轮20在风力的作用下自由旋转，优选在叶轮20与离合器装置23之间设置用于阻止叶轮20的旋转的摩擦式、电磁式等的制动装置22。
在第1实施方式的发热装置1中，优选的是，在包围整体的罩8与发热构件4之间填充有绝热材料，或使罩8与发热构件4之间成为真空状态。这是因为，能够阻断来自发热的发热构件4的散热，而提高热的回收效率。
图3是表示第1实施方式的发热装置中的发热构件的较佳的形态的一个例子的横剖视图。在图3中，将与磁体5相对的发热构件4的内周面附近放大表示。如图3所示，发热构件4在基材4a的内周面依次层叠有第1层4b、第2层4c以及抗氧化保护膜层4d。在基材4a上形成有通路10。基材4a的材质为热导率较高的导电性金属材料(例如铜合金、铝合金等)。第1层4b的材质为强磁性金属材料(例如碳钢、铸铁等)。第2层4c的材质为非磁性金属材料或弱磁性金属材料，特别期望为导电率高于第1层4b的导电率的材料(例如铝合金、铜合金等)。抗氧化保护膜层4d例如为Ni(镍)镀层。
在基材4a与第1层4b之间、第1层4b与第2层4c之间、第2层4c与抗氧化保护膜层4d之间分别层叠有缓冲层4e。缓冲层4e的线膨胀系数大于相邻的一个材料的线膨胀系数，且小于另一个材料的线膨胀系数。这是为了防止各层之间的剥离。缓冲层4e例如为NiP(镍-磷)镀层。
根据这样的层叠构造，在来自磁体5的磁场的作用下在发热构件4上产生的涡流变得更大，而能够获得较高的制动力和更充分的发热。另外，既可以省略第2层4c，也可以省略缓冲层4e。
第2实施方式
图4是第2实施方式的发热装置的横剖视图。图4所示的第2实施方式的发热装置1以所述第1实施方式的发热装置1的结构为基础。在后述的第3实施方式～第6实施方式中也相同。第2实施方式的发热装置1主要在磁体5的排列形态上与所述第1实施方式不同。
如图4所示，磁体5在圆筒构件6a的外周面上沿着圆周方向排列。这些磁体5的磁极(N极、S极)沿着圆周方向配置，且在圆周方向上相邻的磁体5彼此之间磁极的配置交替地变化。在第2实施方式的情况下，直接保持磁体5的圆筒构件6a的材质为非磁性材料。在圆周方向上相邻的磁体5之间设有由强磁性体形成的磁极片9。
在第2实施方式中，来自磁体5的磁通(磁场)成为以下这样的状态。圆周方向上相邻的磁体5彼此的磁性相同的一极隔着磁极片9相面对。另外，保持磁体5的圆筒构件6a为非磁性体。因此，从两个磁体5的S极出来的磁通相互排斥，并通过磁极片9到达发热构件4。到达了发热构件4的磁通通过相邻的磁极片9到达各自的磁体5的N极。也就是说，在磁体5与磁极片9以及发热构件4之间形成由磁体5产生的磁路。这样的磁路以交替地使其磁通的朝向成为相反朝向的方式形成在整个圆周方向上。由此，来自磁体5的磁场扩大，到达发热构件4的磁通密度增多。
因而，在第2实施方式的发热装置1中也起到与所述第1实施方式相同的效果。
第3实施方式
图5是第3实施方式的发热装置的纵剖视图。第3实施方式的发热装置1主要在磁体5的排列形态上与所述第1实施方式不同。
如图5所示，磁体5在圆筒构件6a的外周面上沿轴线方向排列。磁体5为圆筒状的磁体。这些磁体5的磁极(N极、S极)沿着轴线方向配置，且在轴线方向上相邻的磁体5彼此之间磁极的配置交替地变化。与所述第2实施方式同样的，在第3实施方式的情况下，直接保持磁体5的圆筒构件6a的材质为非磁性材料。在轴线方向上相邻的磁体5之间设有由强磁性体形成的磁极片9。另外，磁极片9还设于轴线方向上的磁体5的排列的两端。
在第3实施方式中，来自磁体5的磁通(磁场)成为以下这样的状态。轴线方向上相邻的磁体5彼此的磁性相同的一极隔着磁极片9相面对。另外，保持磁体5的圆筒构件6a为非磁性体。因此，从两个磁体5的S极出来的磁通相互排斥，并通过磁极片9到达发热构件4。到达了发热构件4的磁通通过相邻的磁极片9到达各自的磁体5的N极。也就是说，在磁体5、磁极片9以及发热构件4之间形成由磁体5产生的磁路。这样的磁路以交替地使其磁通的朝向成为相反朝向的方式形成在整个轴线方向上。由此，来自磁体5的磁场扩大，到达发热构件4的磁通密度增多。
因而，第3实施方式的发热装置1也起到与所述第1实施方式相同的效果。
第4实施方式
图6是第4实施方式的发热装置的纵剖视图。第4实施方式的发热装置1是通过对所述第1实施方式的发热装置1的结构进行了变形而得到的。
如上所述，利用在发热构件4上产生的涡流，使发热构件4发热。因此，磁体5的温度因来自发热构件4的热(例如辐射热)而上升，而可能导致磁体5所保有的磁力下降。于是，期望实施抑制磁体5的温度上升的手段。
第4实施方式的发热装置1着眼于抑制磁体5的温度上升这一方面，而设有用于冷却磁体5的冷却机构。即，如图6所示，第4实施方式的发热装置1在与保持磁体5的圆筒构件6a在轴线方向上相邻的位置设有叶轮30。叶轮30固定于旋转轴3或磁体保持构件6。另外，在主体2上设有吸入口31，该吸入口31用于向磁体5和磁体保持构件6所存在的空间(以下也称为“磁体存在空间”)导入外部的空气。而且，在主体2上设有排出口32，该排出口32用于自磁体存在空间向外部排出空气。另外，在图6中，示出了排出口32贯通主体2和发热构件4的形态。
根据这样的结构，当旋转轴3旋转时，叶轮30与旋转轴3一体旋转。由此，将外部的空气自吸入口31导入磁体存在空间(参照图6中的虚线箭头)。被导入到磁体存在空间的空气被叶轮30朝向磁体5送出，并在磁体5的附近区域流通。此时，将磁体5冷却。冷却了磁体5的空气自排出口32被排出到外部(参照图6中的虚线箭头)。由此，能够强制性地冷却磁体5，而抑制磁体5的温度上升。
这样的磁体冷却机构还能够应用于所述第2实施方式和第3实施方式的发热装置1。
第5实施方式
图7是第5实施方式的发热装置的纵剖视图。与所述第4实施方式同样的，第5实施方式的发热装置1着眼于抑制磁体5的温度上升这一方面，是对所述图6所示的第4实施方式的发热装置1的结构进行了变形而得到的。
如图7所示，除了所述第4实施方式的磁体冷却机构以外，第5实施方式的发热装置1在发热构件4与磁体5之间的间隙设有圆筒状的分隔壁15。该分隔壁15固定于主体2。分隔壁15的材质为非磁性材料，且是低导电性材料或非导电性材料。这是为了防止对由磁体5产生的作用于发热构件4的磁场产生不良影响。另外，这是为了使分隔壁15即使在分隔壁15与磁体5相对移动的情况下也不会发热。另外，在图7中，示出了分隔壁15的两端部中一端部固定于主体2、另一端部固定于发热构件4的形态。示出了排出口32在与该分隔壁15错开的位置贯通主体2和发热构件4的形态。
根据这样的结构，除了像所述第4实施方式那样能够强制冷却磁体5以外，还能够利用分隔壁15阻断来自发热构件4的热(例如辐射热)。由此，能够防止磁体5的温度上升。另外，在第5实施方式的情况下，优选的是，在发热构件4与分隔壁15之间填充绝热材料，或使发热构件4与分隔壁15之间成为真空状态。这是为了能够更可靠地阻断来自发热构件4的热。
当然，在第5实施方式的情况下，还可以省略所述第4实施方式的磁体冷却机构。当然，第5实施方式的分隔壁15能够应用于本发明的其他的发热装置。例如，分隔壁15能够应用于所述第1实施方式、第2实施方式以及第3实施方式的发热装置1。另外，在后述的、发热构件为圆板状的实施方式中也能够应用分隔壁。在该情况下的典型的一个例子中，在圆板状的发热构件与圆板状的磁体保持构件之间配置圆板状的分隔壁。
第6实施方式
图8是第6实施方式的发热装置的纵剖视图。与所述第4实施方式同样的，第6实施方式的发热装置1着眼于抑制磁体5的温度上升这一方面，是对所述图7所示的第5实施方式的发热装置1的结构进行了变形而得到的。
如图8所示，第6实施方式的发热装置1作为磁体冷却机构而包括以下的结构。在磁体存在空间的吸入口31连接有吸入侧配管33，在磁体存在空间的排出口32连接有排出侧配管34。吸入侧配管33和排出侧配管34连接于换热器35。磁体存在空间、吸入侧配管33、排出侧配管34以及换热器35形成一个连续的路径，冷却介质在该路径中流通并循环(参照图8中的虚线箭头)。在该路径中设有用于输送冷却介质的泵36。
根据这样的结构，通过驱动泵36，将冷却介质自吸入口31导入到磁体存在空间(参照图8中的虚线箭头)。导入到磁体存在空间的冷却介质在磁体5的附近区域流通。此时，磁体5被冷却。将磁体5冷却后的冷却介质自排出口32排出到排出侧配管34(参照图8中的虚线箭头)。被排出到排出侧配管34的冷却介质利用换热器35冷却，并输送到吸入侧配管33。由此，能够利用冷却介质强制性地冷却磁体5，而抑制磁体5的温度上升。
在第6实施方式的情况下，冷却介质利用泵36的驱动力而进行移动，因此，可以省略叶轮30。但是，叶轮30在朝向磁体5输送冷却介质时是有用的。另外，在第6实施方式的情况下，可以省略分隔壁15。但是，分隔壁15在防止发热构件4不小心被冷却介质冷却时是有用的。当然，第6实施方式的磁体冷却机构能够应用于本发明的其他的发热装置。例如，第6实施方式的磁体冷却机构能够应用于所述第1实施方式、第2实施方式以及第3实施方式的发热装置1。另外，在后述的、发热构件为圆板状的实施方式中也能够应用磁体冷却机构。
另外，本发明并不限定于上述的实施方式，在不偏离本发明的主旨的范围内，能够进行各种变更。例如，在上述的实施方式中，发热构件4设为圆筒状，代替于此，还可以设为以旋转轴3为轴心的圆板状。该情况下，磁体保持构件6也设为以旋转轴3为轴心的圆板状。该圆板构件与圆板状的发热构件的主表面(轴线方向上的两面中的一面)相对，并在与该主表面相对的面保持磁体5。由此，磁体以与发热构件的主表面空开间隙的方式与发热构件的主表面相对。该情况下，磁体5的排列形式例如成为以下的三种形态。
第1排列形态以所述第1实施方式为基准。在第1排列形态中，磁体沿圆周方向排列。这些磁体的磁极(N极、S极)沿轴线方向配置，且在圆周方向上相邻的磁体彼此之间磁极的配置交替地变化。该情况下，直接保持磁体的圆板构件的材质为强磁性材料。
第2排列形态以所述第2实施方式为基准。在第2排列形态中，磁体沿圆周方向排列。这些磁体的磁极(N极、S极)沿圆周方向配置，且在圆周方向上相邻的磁体彼此之间磁极的配置交替地变化。该情况下，直接保持磁体的圆板构件的材质为非磁性材料。在圆周方向上相邻的磁体之间设有由强磁性体形成的磁极片。
第3排列形态以所述第3实施方式为基准。在第3排列形态中，磁体具有环状的形状，沿径向以同心圆状排列。这些磁体的磁极(N极、S极)沿径向配置，且在径向上相邻的磁体彼此之间磁极的配置交替地变化。该情况下，直接保持磁体的圆板构件的材质为非磁性材料。在径向上相邻的磁体之间设有由强磁性体形成的磁极片。另外，磁极片还设于配置在径向上的排列的两端的磁体的端部。
上述的发热装置不仅能够搭载于风力发电设备，还能够搭载于水力发电设备等那样利用了流体动能的发电设备。
另外，上述的发热装置能够搭载于车辆(例如货车、公共汽车等)。该情况下，上述的发热装置既可以相对于作为辅助制动器的涡流式减速装置独立的设置，也可以兼用作辅助制动器。在兼用作辅助制动器的情况下，设置在制动和非制动之间进行切换的开关机构即可。在上述的发热装置用作辅助制动器(减速装置)的情况下，用于使传动轴、驱动轴等那样的旋转轴的转速减速。由此，能够调整车辆的行驶速度。此时，在产生用于使旋转轴的转速减速的制动力的同时，产生热。利用搭载于车辆的发热装置回收到的热例如被用作用于对车身内进行供暖的供暖机的热源、或被用作用于对集装箱内进行冷却的冷冻机的热源。
产业上的可利用性
本发明的涡流式发热装置对于风力发电设备、水力发电设备等那样利用了流体动能的发电设备、以及货车、公共汽车等车辆是有用的。
附图标记说明
1、涡流式发热装置；2、主体；3、旋转轴；4、发热构件；4a、基材；4b、第1层；4c、第2层；4d、抗氧化保护膜层；4e、缓冲层；5、永磁体；6、磁体保持构件；6a、圆筒构件；6b、连结构件；6c、通孔；7、轴承；8、罩；9、磁极片；10、通路；11、入口；12、出口；15、分隔壁；20、叶轮；21、旋转轴；22、制动装置；23、离合器装置；24、增速装置；25、轴承；30、叶轮；31、吸入口；32、排出口；33、吸入侧配管；34、排出侧配管；35、换热器；36、泵。
Claims (19)
1.一种涡流式发热装置，其中，
该涡流式发热装置包括：
旋转轴，其以能够旋转的方式支承于非旋转部；
发热构件，其被固定于所述非旋转部；
多个永磁体，其以与所述发热构件空开间隙的方式与所述发热构件相对，在互相相邻的永磁体彼此之间磁极的配置交替地变化；
磁体保持构件，其保持所述永磁体，并被固定于所述旋转轴；以及
热回收机构，其用于回收所述发热构件所产生的热，
在所述发热构件与所述永磁体之间的所述间隙设有非磁性的分隔壁。
2.根据权利要求1所述的涡流式发热装置，其中，
该涡流式发热装置在所述发热构件与所述分隔壁之间填充有绝热材料，或者使所述发热构件与所述分隔壁之间成为真空状态。
3.根据权利要求1或2所述的涡流式发热装置，其中，
所述热回收机构包括：
通路，其形成于所述发热构件的内部；
配管，其分别连接于所述通路的入口和出口；
蓄热装置，其连接于所述各配管；以及
热介质，其在所述通路、所述配管以及所述蓄热装置之间循环。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的涡流式发热装置，其中，
该涡流式发热装置将利用流体动能而旋转的所述旋转轴的动能转换为热能并进行回收。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的涡流式发热装置，其中，
该涡流式发热装置设有用于冷却所述永磁体的冷却机构。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的涡流式发热装置，其中，
所述发热构件为圆筒状，
所述永磁体与所述发热构件的内周面相对并沿圆周方向排列，磁极沿径向配置，且在圆周方向上相邻的所述永磁体彼此之间磁极的配置交替地变化。
7.根据权利要求6所述的涡流式发热装置，其中，
所述磁体保持构件包含圆筒构件，在该圆筒构件的外周面上保持所述永磁体，
所述圆筒构件为强磁性体。
8.根据权利要求1～5中任一项所述的涡流式发热装置，其中，
所述发热构件为圆筒状，
所述永磁体与所述发热构件的内周面相对并沿圆周方向排列，磁极沿圆周方向配置，且在圆周方向上相邻的所述永磁体彼此之间磁极的配置交替地变化。
9.根据权利要求8所述的涡流式发热装置，其中，
所述磁体保持构件包含圆筒构件，在该圆筒构件的外周面上保持所述永磁体，
所述圆筒构件为非磁性体，在圆周方向上相邻的所述永磁体之间设有磁极片。
10.根据权利要求1～5中任一项所述的涡流式发热装置，其中，
所述发热构件为圆筒状，
所述永磁体与所述发热构件的内周面相对并沿轴线方向排列，磁极沿轴线方向配置，且在轴线方向上相邻的所述永磁体彼此之间磁极的配置交替地变化。
11.根据权利要求10所述的涡流式发热装置，其中，
所述磁体保持构件包含圆筒构件，在该圆筒构件的外周面上保持所述永磁体，
所述圆筒构件为非磁性体，在轴线方向上相邻的所述永磁体之间以及轴线方向上的所述永磁体的排列的两端设有磁极片。
12.根据权利要求1～5中任一项所述的涡流式发热装置，其中，
所述发热构件为圆板状，
所述永磁体与所述发热构件的主表面相对并沿圆周方向排列，磁极沿轴线方向配置，且在圆周方向上相邻的所述永磁体彼此之间磁极的配置交替地变化。
13.根据权利要求12所述的涡流式发热装置，其中，
所述磁体保持构件包含圆板构件，该圆板构件在与所述发热构件的所述主表面相对的面上保持所述永磁体，
所述圆板构件为强磁性体。
14.根据权利要求1～5中任一项所述的涡流式发热装置，其中，
所述发热构件为圆板状，
所述永磁体与所述发热构件的主表面相对并沿圆周方向排列，磁极沿圆周方向配置，且在圆周方向上相邻的所述永磁体彼此之间磁极的配置交替地变化。
15.根据权利要求14所述的涡流式发热装置，其中，
所述磁体保持构件包含圆板构件，在该圆板构件的与所述发热构件的所述主表面相对的面上保持所述永磁体，
所述圆板构件为非磁性体，在圆周方向上相邻的所述永磁体之间设有磁极片。
16.根据权利要求1～5中任一项所述的涡流式发热装置，其中，
所述发热构件为圆板状，
所述永磁体与所述发热构件的主表面相对并沿径向排列，磁极沿径向配置，且在径向上相邻的所述永磁体彼此之间磁极的配置交替地变化。
17.根据权利要求16所述的涡流式发热装置，其中，
所述磁体保持构件包含圆板构件，在该圆板构件的与所述发热构件的所述主表面相对的面上保持所述永磁体，
所述圆板构件为非磁性体，在径向上相邻的所述永磁体之间以及径向上的所述永磁体的排列的两端设有磁极片。
18.根据权利要求1～17中任一项所述的涡流式发热装置，其中，
所述发热构件由一种以上的导电性磁性材料形成。
19.根据权利要求1～17中任一项所述的涡流式发热装置，其中，
所述发热构件至少由导电性强磁性材料和导电性非磁性材料形成，导电性非磁性材料靠近所述永磁体。
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