JP2017046404A - 渦電流式発熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸の運動エネルギを熱エネルギに有効に変換して回収することができる渦電流式発熱装置を提供する。【解決手段】発熱装置１は、第１回転軸３及び第２回転軸１３と、発熱部材４と、複数の永久磁石５と、磁石保持部材６と、モータ１４と、熱回収機構と、を備える。第１回転軸３及び第２回転軸１３は、非回転部に回転可能に支持される。発熱部材４は、第１回転軸３に固定される。複数の永久磁石５は、発熱部材４に隙間を空けて対向し、互いに隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる。磁石保持部材６は、永久磁石５を保持し、第２回転軸１３に固定される。モータ１４は、第２回転軸１３の回転を制御する。前記熱回収機構は、密閉容器と、配管と、蓄熱装置と、熱媒体と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸の運動エネルギ（回転動力）を熱エネルギに変換して回収するための発熱装置に関する。特に、本発明は、永久磁石（以下、単に「磁石」ともいう）を用い、磁石からの磁界の作用によって生じる渦電流を利用した渦電流式発熱装置に関する。

近年、化石燃料の燃焼に伴う二酸化炭素の発生が問題視される。このため、太陽熱エネルギ、風力エネルギ、水力エネルギ等のような自然エネルギの活用が推進される。自然エネルギの中でも、風力エネルギ、水力エネルギ等は流体の運動エネルギである。従来、流体運動エネルギを活用して発電が行われる。

例えば、一般的な風力発電設備では、羽根車が風力を受けて回転する。羽根車の回転軸は発電機の入力軸に連結されており、羽根車の回転に伴って発電機の入力軸が回転する。これにより、発電機で電気が発生する。つまり、一般的な風力発電設備では、風力エネルギが羽根車の回転軸の運動エネルギに変換され、この回転軸の運動エネルギが電気エネルギに変換される。

特開２０１１−８９４９２号公報（特許文献１）は、エネルギの利用効率の向上を図った風力発電設備を開示する。特許文献１の発電設備は渦電流式減速装置を備え、風力エネルギから電気エネルギへの変換過程で熱エネルギを発生する。

特許文献１の発電設備においては、風力エネルギが羽根車の回転軸の運動エネルギに変換され、この回転軸の運動エネルギが油圧ポンプの油圧エネルギに変換される。油圧エネルギによって油圧モータが回転する。油圧モータの主軸は渦電流式減速装置の回転軸に連結され、この減速装置の回転軸は発電機の入力軸に連結される。油圧モータの回転に伴って減速装置の回転軸が回転するとともに、発電機の入力軸が回転する。これにより、発電機で電気が発生する。

渦電流式減速装置は、永久磁石からの磁界の作用によって生じる渦電流を利用し、減速装置の回転軸の回転速度を減速する。これにより、油圧モータの主軸の回転速度が減速し、これに伴い油圧ポンプを介して羽根車の回転速度が調整される。

また、渦電流式減速装置においては、渦電流の発生により、回転軸の回転速度を減速させる制動力が発生すると同時に、熱が発生する。つまり、風力エネルギの一部が熱エネルギに変換される。その熱（熱エネルギ）が蓄熱装置に回収され、回収された熱エネルギによって原動機が駆動する。原動機の駆動によって発電機が駆動し、その結果として発電機で電気が発生する、と特許文献１には記載される。このことから、特許文献１の渦電流式減速装置は、羽根車の回転軸の運動エネルギを熱エネルギに変換して回収するための発熱装置ともいえる。

また、渦電流式減速装置は、トラック、バス等の車両に補助ブレーキとして搭載される場合がある。この場合の減速装置は、プロペラシャフト、ドライブシャフト等のような回転軸の回転速度を減速する。これにより、車両の走行速度が調整される。その際、回転軸の回転速度を減速させる制動力が発生すると同時に、熱が発生する。したがって、車両に搭載された渦電流式減速装置においても、回転軸の運動エネルギが熱エネルギに変換されることから、この熱エネルギを回収して活用することが望まれる。

特開２０１１−８９４９２号公報

特許文献１の風力発電設備は、回転軸である羽根車と渦電流式減速装置（発熱装置）との間に油圧ポンプ及び油圧モータを備える。このため、設備の構造が複雑になる。また、多段階のエネルギ変換が必要であるから、エネルギの変換ロスが著しい。これに伴って、発熱装置としての渦電流式減速装置で得られる熱エネルギも小さくなる。

また、特許文献１の渦電流式減速装置の場合、複数の磁石が円筒状のロータの内周面に対向し、円周方向にわたり配列される。これらの磁石の磁極（Ｎ極、Ｓ極）の配置は、回転軸を中心とする周方向であって、円周方向に隣接する磁石同士で一律である。このため、磁石からの磁界が広がらず、ロータに到達する磁束密度が少ない。そうすると、実質的に、磁石からの磁界の作用によってロータに生じる渦電流が小さくなり、十分な発熱が得られない。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、回転軸の運動エネルギ（回転動力）を熱エネルギに有効に変換して回収することができる渦電流式発熱装置を提供することである。

本発明の実施形態による渦電流式発熱装置は、下記（１）又は（２）の構成を備える。

（１）渦電流式発熱装置は、非回転部に回転可能に支持された第１回転軸及び第２回転軸と、
前記第１回転軸に固定された発熱部材と、
前記発熱部材に隙間を空けて対向し、互いに隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる複数の永久磁石と、
前記永久磁石を保持し、前記第２回転軸に固定された磁石保持部材と、
前記第２回転軸の回転を制御するモータと、
前記発熱部材に生じた熱を回収する熱回収機構と、を備える。

（２）渦電流式発熱装置は、非回転部に回転可能に支持された第１回転軸及び第２回転軸と、
前記第２回転軸に固定された発熱部材と、
前記発熱部材に隙間を空けて対向し、互いに隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる複数の永久磁石と、
前記永久磁石を保持し、前記第１回転軸に固定された磁石保持部材と、
前記第２回転軸の回転を制御するモータと、
前記発熱部材に生じた熱を回収する熱回収機構と、を備える。

上記（１）又は（２）の渦電流式発熱装置は、更に下記の構成を備える。

前記熱回収機構は、
前記非回転部に固定されて前記発熱部材を包囲する密閉容器であって、前記発熱部材と前記永久磁石との前記隙間に非磁性の隔壁を有する密閉容器と、
前記密閉容器の内部空間に繋がる入口及び出口にそれぞれ接続された配管と、
前記各配管に接続された蓄熱装置と、
前記密閉容器、前記配管、及び前記蓄熱装置を循環する熱媒体と、
を含む。

本発明の渦電流式発熱装置によれば、回転軸の運動エネルギを熱エネルギに有効に変換して回収することができる。

図１は、第１実施形態の発熱装置を示す縦断面図である。 図２は、第１実施形態の発熱装置を示す横断面図である。 図３は、第１実施形態の発熱装置における発熱部材の好適な態様の一例を示す横断面図である。 図４は、第２実施形態の発熱装置を示す縦断面図である。 図５は、第３実施形態の発熱装置を示す縦断面図である。 図６は、第４実施形態の発熱装置を示す縦断面図である。

本発明の実施形態による渦電流式発熱装置は、第１回転軸及び第２回転軸と、発熱部材と、複数の永久磁石と、磁石保持部材と、モータと、熱回収機構と、を備える。第１回転軸及び第２回転軸は、非回転部に回転可能に支持される。発熱部材は、前記第１回転軸に固定される。複数の永久磁石は、前記発熱部材に隙間を空けて対向し、互いに隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる。磁石保持部材は、前記永久磁石を保持し、前記第２回転軸に固定される。モータは、前記第２回転軸の回転を制御する。熱回収機構は、前記発熱部材に生じた熱を回収する。

また、本発明の他の実施形態による渦電流式発熱装置は、第１回転軸及び第２回転軸と、発熱部材と、複数の永久磁石と、磁石保持部材と、モータと、熱回収機構と、を備える。第１回転軸及び第２回転軸は、非回転部に回転可能に支持される。発熱部材は、前記第２回転軸に固定される。複数の永久磁石は、前記発熱部材に隙間を空けて対向し、互いに隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる。磁石保持部材は、前記永久磁石を保持し、前記第１回転軸に固定される。モータは、前記第２回転軸の回転を制御する。熱回収機構は、前記発熱部材に生じた熱を回収する。

前記熱回収機構は、密閉容器と、配管と、蓄熱装置と、熱媒体と、を含む。密閉容器は、前記非回転部に固定されて前記発熱部材を包囲する。密閉容器は、前記発熱部材と前記永久磁石との前記隙間に非磁性の隔壁を有する。配管は、前記密閉容器の内部空間に繋がる入口及び出口にそれぞれ接続される。蓄熱装置は、前記各配管に接続される。熱媒体は、前記密閉容器、前記配管、及び前記蓄熱装置を循環する。

本実施形態の渦電流式発熱装置によれば、発熱部材に対向する磁石の磁極の配置が、互いに隣接する磁石同士で交互に異なるため、磁石からの磁界が広がり、発熱部材に到達する磁束密度が多くなる。これにより、磁石からの磁界の作用によって発熱部材に生じる渦電流が大きくなり、十分な発熱が得られる。しかも、本実施形態の発熱装置では磁石と発熱部材とが別個に回転し、磁石及び発熱部材のいずれか一方の回転がモータにより制御される。そのため、第１回転軸の回転速度によらず発熱部材が十分に発熱する。その結果、熱エネルギを効率的に回収できる。

上記の発熱装置において、前記モータは、前記第２回転軸を前記第１回転軸の回転方向と反対方向に回転させるのが好ましい。

上記の発熱装置は、風力発電設備、水力発電設備等のように流体運動エネルギを利用した発電設備に搭載することができる。また、上記の発熱装置は、車両に搭載することができる。いずれの場合でも、発熱装置は回転軸の運動エネルギを熱エネルギに変換して回収する。回収した熱エネルギは、例えば電気エネルギの生成に利用される。

以下に、図面を参照して、本発明の渦電流式発熱装置の実施形態について詳述する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の発熱装置の縦断面図である。図２は、第１実施形態の発熱装置の横断面図である。図１及び図２には、風力発電設備に搭載した発熱装置１を例示する。図１及び図２に示すように、第１実施形態の発熱装置１は、第１回転軸３と、第２回転軸１３と、発熱部材４と、複数の永久磁石５と、磁石保持部材６と、モータ１４と、を備える。第１回転軸３及び第２回転軸１３は、非回転部である固定の本体２に対し、軸受７を介して回転可能に支持される。第２回転軸１３は、第１回転軸３と同軸上に配置される。第１実施形態の発熱装置１では、発熱部材４の外側に隔壁１５及び磁石５を配置する。

発熱部材４は、第１回転軸３に固定される。発熱部材４は、第１回転軸３を軸心とする円筒部材４Ａと、この円筒部材４Ａと第１回転軸３を繋ぐ円板状の連結部材４Ｂと、を含む。連結部材４Ｂには、軽量化及び熱回収のために、複数の貫通穴４Ｃが設けられる。磁石保持部材６は、発熱部材４の外側に配置され、第２回転軸１３に固定される。磁石保持部材６は、回転軸３を軸心とする円筒部材６ａを含む。円筒部材６ａは磁石５を保持する。

磁石５は、円筒部材６ａの内周面に固定され、発熱部材４（円筒部材４Ａ）の外周面に対し隙間を空けて対向する。ここで、図２に示すように、磁石５は、円周方向にわたり配列される。これらの磁石５の磁極（Ｎ極、Ｓ極）の配置は、第１回転軸３を中心とする径方向であって、円周方向に隣接する磁石５同士で交互に異なる。第１実施形態の場合、磁石５を直接保持する円筒部材６ａの材質は、強磁性材料である。

発熱部材４の材質、特に磁石５と対向する円筒部材４Ａの外周面の表層部の材質は、導電性材料である。導電性材料としては、強磁性金属材料（例：炭素鋼、鋳鉄等）、弱磁性金属材料（例：フェライト系ステンレス鋼等）、又は非磁性金属材料（例：アルミニウム合金、オーステナイト系ステンレス鋼、銅合金等）が挙げられる。

また、発熱部材４と磁石５との隙間には、円筒状の隔壁１５が配置される。この隔壁１５は本体２に固定され、発熱部材４を包囲する密閉容器を形成する。隔壁１５の材質は非磁性材料である。磁石５から発熱部材４への磁界に悪影響を及ぼさないようにするためである。

モータ１４は、図示しない非回転部に固定され、第２回転軸１３に接続される。モータ１４は、図示しない制御装置からの指令により、第２回転軸１３の回転を制御する。第２回転軸１３は、直接モータ１４に接続されてもよいし、減速機等を介してモータ１４に接続されてもよい。

第１回転軸３が回転すると、発熱部材４が第１回転軸３と一体で回転する（図１中の白抜き矢印参照）。これにより、磁石５と発熱部材４との間に相対的な回転速度差が生じる。このとき、図２に示すように、発熱部材４（円筒部材４Ａ）の外周面と対向する磁石５に関し、磁極（Ｎ極、Ｓ極）の配置は、第１回転軸３を中心とする径方向であって、円周方向に隣接する磁石５同士で交互に異なる。また、磁石５を保持する円筒部材６ａが強磁性体である。

このため、磁石５からの磁束（磁界）は、次のような状況になる。互いに隣接する磁石５のうちの一方の磁石５のＮ極から出た磁束は、この磁石５に対向する発熱部材４（円筒部材４Ａ）に達する。発熱部材４に達した磁束は、他方の磁石５のＳ極に達する。他方の磁石５のＮ極から出た磁束は、円筒部材６ａを通じて一方の磁石５のＳ極に達する。つまり、円周方向に隣接する磁石５同士、磁石５を保持する円筒部材６ａ、及び発熱部材４との間に、磁石５による磁気回路が形成される。このような磁気回路が、円周方向の全域にわたり、交互にその磁束の向きを逆向きにして形成される。そうすると、磁石５からの磁界が広がり、発熱部材４に到達する磁束密度が多くなる。

磁石５と発熱部材４との間に相対的な回転速度差が生じた状態において、磁石５から発熱部材４に磁界が作用すると、発熱部材４（円筒部材４Ａ）の外周面に渦電流が発生する。この渦電流と、磁石５からの磁束密度との相互作用により、フレミングの左手の法則に従い、第１回転軸３と一体で回転する発熱部材４には回転方向と逆向きの制動力が発生する。

更に、渦電流の発生により、制動力が発生すると同時に、発熱部材４に熱が発生する。上記のとおり、発熱部材４に到達する磁束密度が多いので、磁石５からの磁界の作用によって発熱部材４に生じる渦電流が大きくなり、十分な発熱が得られる。

発熱装置１は、発熱部材４に生じた熱を回収して活用するために、熱回収機構を備える。第１実施形態では、熱回収機構として、隔壁１５と一体で密閉容器を構成する本体２に、密閉容器の内部空間、すなわち発熱部材４が存在する空間（以下、「発熱部材存在空間」ともいう）に繋がる入口１１及び出口１２が設けられる。この発熱部材存在空間の入口１１及び出口１２のそれぞれには、図示しない入側配管及び出側配管が接続される。入側配管及び出側配管は、図示しない蓄熱装置に接続される。発熱部材存在空間（密閉容器の内部空間）、入側配管、出側配管、及び蓄熱装置は一連の経路を形成し、この経路中を熱媒体が流通して循環する（図１中の実線矢印参照）。

発熱部材４に生じた熱は、発熱部材存在空間を流通する熱媒体に伝達される。発熱部材存在空間内の熱媒体は、発熱部材存在空間の出口１２から排出され、出側配管を通じて蓄熱装置に導かれる。蓄熱装置は、熱交換によって熱媒体から熱を受け取って回収し、その熱を蓄える。蓄熱装置を経た熱媒体は、入側配管を通じ、入口１１から発熱部材存在空間に戻る。このようにして、発熱部材４に生じた熱が回収される。

第１実施形態の発熱装置１においては、上記のとおり、発熱部材４で十分な発熱が得られる。しかも、熱媒体の攪拌により、発熱部材４から熱媒体への熱伝達が効率良く均一に行われる。したがって、第１回転軸３の運動エネルギを熱エネルギに有効に変換して回収することができる。

第１実施形態の発熱装置１は、風力発電設備に搭載される。すなわち、図１に示すように、発熱装置１の第１回転軸３の延長線上に、風車である羽根車２０が設けられる。羽根車２０の回転軸２１は、固定の本体２に対し、軸受２５を介して回転可能に支持される。

羽根車２０の回転軸２１と第１回転軸３との間には、クラッチ装置２３が配置される。クラッチ装置２３は以下の機能を有する。発熱装置１で発熱が必要な場合には、クラッチ装置２３は、羽根車２０の回転軸２１と発熱装置１の第１回転軸３とを接続する。これにより、羽根車２０の回転動力が発熱装置１に伝達される。蓄熱装置に蓄積された熱量が許容量に達し、発熱装置１で発熱の必要が無くなった場合、メンテナンスのために発熱装置１を停機する場合等には、クラッチ装置２３は、羽根車２０の回転軸２１と発熱装置１の第１回転軸３との接続を切る。これにより、羽根車２０の回転動力が発熱装置１に伝達されない。このときに羽根車２０が風力で自由に回転することのないように、羽根車２０とクラッチ装置２３との間に、羽根車２０の回転を止める摩擦式、電磁式等のブレーキ装置２２を設置するのが好ましい。

このような風力発電設備では、羽根車２０が風力を受けて回転する（図１の白抜き矢印参照）。羽根車２０の回転に伴って発熱装置１の第１回転軸３が回転する。これにより、発熱部材４で熱が発生し、発生した熱は蓄熱装置に回収される。すなわち、羽根車２０の回転に基づく発熱装置１の第１回転軸３の運動エネルギの一部が熱エネルギに変換されて回収される。その際、羽根車２０と発熱装置１との間には、特許文献１の風力発電設備のような油圧ポンプ及び油圧モータが無いため、エネルギの変換ロスが少ない。蓄熱装置に回収された熱は、例えば、熱素子、スターリングエンジン等による発電に利用される。

ところで、従来の風力発電設備に搭載される発熱装置では、磁石及び発熱部材のいずれか一方が羽根車の回転により回転する。そして、他方は発熱装置本体等に固定されるため回転しない。このような発熱装置では、羽根車の回転速度は風力に依存する。したがって、このような発熱装置では、羽根車の回転速度（すなわち、風力）によって発生する渦電流の大きさが変わる。

そこで従来の発熱装置では、風力によらず安定して熱エネルギを発生させるため、羽根車の回転軸と発熱装置の回転軸（第１回転軸３に相当）との間に増速装置を設けていた。具体的には、羽根車の回転軸は、クラッチ装置及び増速装置を介して、発熱装置の回転軸に連結される。羽根車の回転軸の回転に伴って発熱装置の回転軸が回転する。このとき、発熱装置の回転軸の回転速度は、増速装置によって、羽根車の回転軸の回転速度よりも増加する。増速装置には、例えば遊星歯車機構を適用できる。

しかし、上述の増速装置は、歯車にかかる負荷が大きいため定期的にメンテナンスされる必要がある。発熱装置が収容されるナセルは、地上から１００メートル近い高さに配置される場合があるため、増速装置のメンテナンスには多大な費用、時間等が必要となる。

この不都合を解消するため、第１実施形態の発熱装置１は第２回転軸１３を備える。第２回転軸１３は、モータ１４によって制御される。また、第２回転軸１３には、磁石保持部材６が固定される。第２回転軸１３は、第１回転軸３から独立して回転できる。すなわち、磁石５は発熱部材４と別個に回転できる。これにより、発熱装置１に増速装置を設けなくても、発熱部材４（円筒部材４Ａ）は十分に発熱する。

風力が弱い場合、羽根車２０の回転速度が遅いため発熱部材４に生じる渦電流は小さい。すなわち、発熱部材４で十分な発熱が得られない。このとき、磁石５（すなわち、第２回転軸１３）が発熱部材４（すなわち、第１回転軸３）の回転方向と反対方向に回転すると、磁石５と発熱部材４との間の相対的な回転速度差が大きくなる。これにより、風力によらず安定して発熱部材４に熱エネルギを発生させることができる。その結果、ナセル内に増速装置を設ける必要がないため、メンテナンス費用等が削減できる。

モータ１４は、第１回転軸３の回転速度に対応して第２回転軸１３の回転速度を制御するのが好ましい。この場合、発熱装置１は、第１回転軸３の回転速度を検知する検知装置を備える。検知装置は、検知した第１回転軸３の回転速度データをモータ１４の制御装置に送る。送られた回転速度データに基づき、制御装置はモータ１４の回転速度を制御する。これにより、羽根車２０の回転速度が変化しても、磁石５と発熱部材４との間の相対的な回転速度差を所望の値に保持できる。そのため、より効率的に熱エネルギを回収できる。

上述の説明では、モータ１４は、第２回転軸１３を第１回転軸３の回転方向と反対方向に回転させる場合を説明した。この場合、大型の羽根車を有する風力発電設備に適する。羽根車の直径が大きいと、回転速度が上昇しにくいからである。一方、羽根車２０の回転速度が速い場合、モータ１４は、第２回転軸１３を第１回転軸３の回転方向と同じ方向に回転させてもよい。磁石５と発熱部材４との間の相対的な回転速度差が大きすぎる場合、発熱部材４が必要以上に発熱し、熱エネルギを効率的に回収できないことがある。このような場合、第２回転軸１３が第１回転軸３の回転方向と同一方向に回転すれば、磁石５と発熱部材４との間の相対的な回転速度差を小さくできる。

要するに、第１実施形態の発熱装置１は、第１回転軸３（発熱部材４）とは別個に回転する第２回転軸１３を備える。第１回転軸３は、風力によって回転する。第２回転軸１３は、モータ１４によって制御される。これにより、発熱部材４（第１回転軸３）の回転速度によらず、磁石５と発熱部材４との間の相対的な回転速度差を所望の値に制御できる。したがって、発熱装置に増速装置を設ける必要がないため、発熱装置のメンテナンス費用を削減できる。

上記のとおり、発熱部材４（円筒部材４Ａ）に発生した渦電流により、発熱部材４が発熱する。このため、磁石５は発熱部材４からの輻射熱によって温度が上昇し、保有する磁力が低下するおそれがある。そこで、磁石５の温度上昇を抑制する工夫を施すことが望ましい。

この点、第１実施形態の発熱装置１では、発熱部材４からの輻射熱が密閉容器の隔壁１５によって遮断される。これにより、磁石５の温度上昇を防止することができる。また、この場合、磁石５と隔壁１５との間に、断熱材が充填されたり、磁石５と隔壁１５との間が真空状態にされたりすることが好ましい。発熱部材４からの輻射熱をより確実に遮断することができるからである。

図３は、第１実施形態の発熱装置における発熱部材の好適な態様の一例を示す横断面図である。図３では、磁石５と対向する発熱部材４（円筒部材４Ａ）の外周面近傍を拡大して示す。図３に示すように、発熱部材４は、基材４ａの外周面に、第１層４ｂ、第２層４ｃ及び酸化防止皮膜層４ｄが順に積層される。基材４ａの材質は、熱伝導率の高い導電性金属材料（例：銅合金、アルミニウム合金等）である。第１層４ｂの材質は、強磁性金属材料（例：炭素鋼、鋳鉄等）である。第２層４ｃの材質は、非磁性金属材料又は弱磁性金属材料であり、特に第１層４ｂに比べて導電率の高い材料（例：アルミニウム合金、銅合金等）が望ましい。酸化防止皮膜層４ｄは、例えばＮｉ（ニッケル）めっき層である。

基材４ａと第１層４ｂとの間、第１層４ｂと第２層４ｃとの間、第２層４ｃと酸化防止皮膜層４ｄとの間には、それぞれ緩衝層４ｅが積層される。緩衝層４ｅの線膨張係数は、隣接する一方の材料の線膨張係数よりも大きく、他方の材料の線膨張係数よりも小さい。各層の剥離を防止するためである。緩衝層４ｅは、例えばＮｉＰ（ニッケル−リン）めっき層である。

このような積層構造によれば、磁石５からの磁界の作用によって発熱部材４に生じる渦電流がより大きくなり、高い制動力とより十分な発熱を得ることが可能になる。ただし、第２層４ｃは省いて構わないし、緩衝層４ｅも省いて構わない。このような構成は、後述する第２〜第４実施形態の発熱装置にも適用できる。

［第２実施形態］
図４は、第２実施形態の発熱装置の縦断面図である。図４に示す第２実施形態の発熱装置１は、前記第１実施形態の発熱装置１の構成を基本とする。第２実施形態の発熱装置１は、前記第１実施形態と比較し、主に磁石５及び発熱部材４の配置が相違する。

図４に示すように、第２実施形態の発熱装置１では、発熱部材４の内側に隔壁１５及び磁石５を配置する。

第２実施形態では、第１回転軸３は、第１回転軸３を軸心とする円筒部材３Ａを含む。発熱部材４は、第１回転軸３の円筒部材３Ａの内周面に固定され、磁石５の外周面に対し隙間を空けて対向する。磁石保持部材６は、発熱部材４の内側に配置され、第２回転軸１３に固定される。磁石保持部材６は、第２回転軸１３を軸心とする円筒部材６ａと、この円筒部材６ａと第２回転軸１３を繋ぐ円盤状の連結部材６ｂと、を含む。円筒部材６ａは磁石５を保持する。

磁石５は、磁石保持部材６を構成する円筒部材６ａの外周面に固定される。磁石５は、第１実施形態と同様に、円周方向にわたり配列される。これらの磁石５の磁極（Ｎ極、Ｓ極）の配置は、第２回転軸１３を中心とする径方向であって、円周方向に隣接する磁石５同士で交互に異なる。

また、第１実施形態と同様に、発熱部材４と磁石５との隙間には、円筒状の隔壁１５が配置される。第１実施形態と同様に、この隔壁１５は本体２に固定される。第２実施形態では、この隔壁１５と本体２とで発熱部材４を包囲する密閉容器を形成する。

［第３実施形態］
図５は、第３実施形態の発熱装置の縦断面図である。図５に示す第３実施形態の発熱装置１は、前記第１実施形態の発熱装置１の構成を基本とする。第３実施形態の発熱装置１は、前記第１実施形態と比較し、主に発熱部材４が第２回転軸１３に固定される点で相違する。

図５に示すように、第３実施形態の発熱装置１では、発熱部材４の内側に隔壁１５及び磁石５を配置する。

第３実施形態では、第２回転軸１３は、第２回転軸１３を軸心とする円筒部材１３Ａを含む。発熱部材４は、第２回転軸１３の円筒部材１３Ａの内周面に固定され、磁石５の外周面に対し隙間を空けて対向する。磁石保持部材６は、発熱部材４の内側に配置され、第１回転軸３に固定される。磁石保持部材６は、第１回転軸３を軸心とする円筒部材６ａと、この円筒部材６ａと第１回転軸３を繋ぐ円盤状の連結部材６ｂと、を含む。円筒部材６ａは磁石５を保持する。

磁石５は、磁石保持部材６を構成する円筒部材６ａの外周面に固定される。磁石５は、第１実施形態と同様に、円周方向にわたり配列される。これらの磁石５の磁極（Ｎ極、Ｓ極）の配置は、第１回転軸３を中心とする径方向であって、円周方向に隣接する磁石５同士で交互に異なる。

また、第１実施形態と同様に、発熱部材４と磁石５との隙間には、円筒状の隔壁１５が配置される。第１実施形態と同様に、この隔壁１５は本体２に固定され、発熱部材４を包囲する密閉容器を形成する。

［第４実施形態］
図６は、第４実施形態の発熱装置の縦断面図である。図６に示す第４実施形態の発熱装置１は、前記第３実施形態の発熱装置１の構成を基本とする。第４実施形態の発熱装置１は、前記第３実施形態と比較し、主に磁石５及び発熱部材４の配置が相違する。

図６に示すように、第４実施形態の発熱装置１では、発熱部材４の外側に隔壁１５及び磁石５を配置する。

発熱部材４は、第２回転軸１３に固定される。発熱部材４は、第２回転軸１３を軸心とする円筒部材４Ａと、この円筒部材４Ａと第２回転軸１３を繋ぐ円板状の連結部材４Ｂと、を含む。磁石保持部材６は、発熱部材４の外側に配置され、第１回転軸３に固定される。磁石保持部材６は、第１回転軸３を軸心とする円筒部材６ａを含む。円筒部材６ａは磁石５を保持する。

磁石５は、磁石保持部材６を構成する円筒部材６ａの内周面に固定され、発熱部材４（円筒部材４Ａ）の外周面に対し隙間を空けて対向する。磁石５は、第１実施形態と同様に、円周方向にわたり配列される。これらの磁石５の磁極（Ｎ極、Ｓ極）の配置は、第２回転軸１３を中心とする径方向であって、円周方向に隣接する磁石５同士で交互に異なる。

また、第１実施形態と同様に、発熱部材４と磁石５との隙間には、円筒状の隔壁１５が配置される。第１実施形態と同様に、この隔壁１５は本体２に固定され、発熱部材４を包囲する密閉容器を形成する。

上記の実施形態では、いずれも磁石５は第１回転軸３（又は第２回転軸１３）を中心とする円周方向にわたり配列され、磁石５の磁極の配置は、第１回転軸３（又は第２回転軸１３）を中心とする径方向である。しかしながら、磁石５の配列及び磁極の配置は、上記実施形態の態様に限定されない。例えば、円周方向にわたり配列された磁石５の磁極の配置は、第１回転軸３（又は第２回転軸１３）を中心とする円周方向であってもよい。この場合であっても、磁極の配置は円周方向に隣接する磁石５同士で交互に異なる。また、磁石５の配置は、軸方向にわたり配列されてもよい。この場合、磁極の配置は、第１回転軸３（又は第２回転軸１３）に沿った軸方向である。この場合であっても、磁極の配置は軸方向に隣接する磁石５同士で異なる。

その他本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、発熱部材４が円筒状とされているが、これに代えて、第１回転軸３（又は第２回転軸１３）を軸心とする円板状とされても構わない。この場合、磁石保持部材６も第１回転軸３（又は第２回転軸１３）を軸心とする円板状とされる。この円板部材は、円板状の発熱部材の主面（軸方向の両面のうちの一方の面）と対向し、この主面と対向する面に磁石５を保持する。これにより、磁石は、発熱部材の主面に対し隙間を空けて対向する。この場合、磁石５の配列形態は、例えば、以下の３種類となる。

第１の配列態様では、磁石は、第１回転軸３（又は第２回転軸１３）を中心とする円周方向にわたり配列される。これらの磁石の磁極（Ｎ極、Ｓ極）の配置は、軸方向であって、円周方向に隣接する磁石同士で交互に異なる。この場合、磁石を直接保持する円板部材の材質は、強磁性材料である。

第２の配列態様では、磁石は、第１回転軸３（又は第２回転軸１３）を中心とする円周方向にわたり配列される。これらの磁石の磁極（Ｎ極、Ｓ極）の配置は、周方向であって、円周方向に隣接する磁石同士で交互に異なる。この場合、磁石を直接保持する円板部材の材質は、非磁性材料である。円周方向で隣接する磁石の間に強磁性体からなるポールピースが設けられる。

第３の配列態様では、磁石は、第１回転軸３（又は第２回転軸１３）を中心とする径方向にわたり同心円状に配列される。これらの磁石の磁極（Ｎ極、Ｓ極）の配置は、径方向であって、径方向に隣接する磁石同士で交互に異なる。この場合、磁石を直接保持する円板部材の材質は、非磁性材料である。径方向で隣接する磁石の間に強磁性体からなるポールピースが設けられる。更に、ポールピースは、径方向の両端に配置された磁石の端にも設けられる。

また、上記の発熱装置は、風力発電設備のみならず、水力発電設備等のように流体運動エネルギを利用した発電設備に搭載することができる。

更に、上記の発熱装置は、車両に搭載することができる。この場合、上記の発熱装置は、補助ブレーキとしての渦電流式減速装置とは別個に設けられてもよいし、補助ブレーキとして兼用されてもよい。補助ブレーキとして兼用される場合、制動と非制動を切り替えるスイッチ機構を設置すればよい。車両に搭載した発熱装置によって回収された熱は、例えば、車体内を暖めるための暖房機の熱源に利用されたり、コンテナ内を冷却するための冷凍機の熱源に利用されたりする。

本発明の渦電流式発熱装置は、風力発電設備、水力発電設備等のように流体運動エネルギを利用した発電設備、及びトラック、バス等の車両に有用である。

１：渦電流式発熱装置、 ２：本体、
３：第１回転軸、 ３Ａ：円筒部材（第１回転軸）、
４：発熱部材、 ４Ａ：円筒部材、 ４Ｂ：連結部材、 ４Ｃ：貫通穴、
５：永久磁石、 ６：磁石保持部材、 ６ａ：円筒部材、 ６ｂ：連結部材、
７：軸受、 １１：入口、 １２：出口、
１３：第２回転軸、 １３Ａ：円筒部材（第２回転軸）、
１４：モータ、 １５：隔壁、
２０：羽根車、 ２１：回転軸、 ２２：ブレーキ装置、
２３：クラッチ装置、 ２５：軸受

Claims (3)

1. 非回転部に回転可能に支持された第１回転軸及び第２回転軸と、
   前記第１回転軸に固定された発熱部材と、
   前記発熱部材に隙間を空けて対向し、互いに隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる複数の永久磁石と、
   前記永久磁石を保持し、前記第２回転軸に固定された磁石保持部材と、
   前記第２回転軸の回転を制御するモータと、
   前記発熱部材に生じた熱を回収する熱回収機構と、を備え、
   前記熱回収機構は、
   前記非回転部に固定されて前記発熱部材を包囲する密閉容器であって、前記発熱部材と前記永久磁石との前記隙間に非磁性の隔壁を有する密閉容器と、
   前記密閉容器の内部空間に繋がる入口及び出口にそれぞれ接続された配管と、
   前記各配管に接続された蓄熱装置と、
   前記密閉容器、前記配管、及び前記蓄熱装置を循環する熱媒体と、
   を含む、渦電流式発熱装置。
2. 非回転部に回転可能に支持された第１回転軸及び第２回転軸と、
   前記第２回転軸に固定された発熱部材と、
   前記発熱部材に隙間を空けて対向し、互いに隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる複数の永久磁石と、
   前記永久磁石を保持し、前記第１回転軸に固定された磁石保持部材と、
   前記第２回転軸の回転を制御するモータと、
   前記発熱部材に生じた熱を回収する熱回収機構と、を備え、
   前記熱回収機構は、
   前記非回転部に固定されて前記発熱部材を包囲する密閉容器であって、前記発熱部材と前記永久磁石との前記隙間に非磁性の隔壁を有する密閉容器と、
   前記密閉容器の内部空間に繋がる入口及び出口にそれぞれ接続された配管と、
   前記各配管に接続された蓄熱装置と、
   前記密閉容器、前記配管、及び前記蓄熱装置を循環する熱媒体と、
   を含む、渦電流式発熱装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の渦電流式発熱装置であって、
   前記モータは、前記第２回転軸を前記第１回転軸の回転方向と反対方向に回転させる、渦電流式発熱装置。
   

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