JP2019132553A - 磁気ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石の質量あたりに得られる磁束密度を向上させることが可能な、磁気ヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】回転軸３２の中心軸ＣＳ周りに回転可能であり、中心軸ＣＳの軸方向から見て回転軸３２の外周側へ開口するコの字形に形成された複数の収容部５６を有する強磁性体の内蔵ヨーク２６と、各収容部５６に収容されて内蔵ヨーク２６と接触し、Ｎ極及びＳ極の着磁方向が中心軸ＣＳの軸方向と直交する方向と平行な複数の永久磁石２０と、内蔵ヨーク２６の外周を包囲し、磁性材料３４を収容した樹脂製の材料容器２２を備える磁気ヒートポンプ装置１であって、中心軸ＣＳの軸方向から見て、収容部５６を形成する一対の内壁面に、永久磁石２０の極性が異なる面がそれぞれ接触し、収容部５６が、永久磁石２０よりも材料容器２２に近い部分である突出部分３６を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、磁気熱量効果を用いた磁気ヒートポンプ装置に関する。

磁気熱量効果を用いた磁気ヒートポンプ装置の技術としては、例えば、特許文献１に記載されている技術がある。
特許文献１に記載されている技術は、回転可能に配置した永久磁石と、磁性材料を収容しており、永久磁石の外周を取り囲む材料容器と、ＳＵＳ等の強磁性体を用いて形成され、材料容器を収容する枠体（ヨーク）を備える。そして、枠体に収容された容器の内部で永久磁石を回転させることで、永久磁石とヨークとの間で磁性材料を励磁及び消磁させ、励磁及び消磁を行うタイミングで熱交換媒体が流れる方向を切り替えることで、温熱及び冷熱を得る。

特開２０１３−２０４９８４号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている技術のように、強磁性体を用いてヨークを形成した構成では、磁束の流れが、永久磁石から磁性材料を通過してヨークで折り返し、再度、磁性材料を通過して永久磁石へ戻る流れとなる。このため、磁束が流れる磁気回路が、永久磁石と、磁性材料と、ヨークにより形成されることとなり、磁束の流れが集中せず、永久磁石の質量あたりに得られる磁束密度が低くなるという問題点がある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、永久磁石の質量あたりに得られる磁束密度を向上させることが可能な、磁気ヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、強磁性体である内蔵ヨークと、複数の永久磁石と、樹脂製である材料容器とを備える磁気ヒートポンプ装置である。内蔵ヨークは、強磁性体であり、回転軸の中心軸周りに回転可能であり、且つ中心軸の軸方向から見て回転軸の外周側へ開口するコの字形に形成された複数の収容部を有する。各永久磁石は、複数の収容部に収容されて内蔵ヨークと接触し、且つＮ極及びＳ極の着磁方向が中心軸の軸方向と直交する方向と平行である。材料容器は、内蔵ヨークの外周を包囲するように配置され、且つ内部に磁性材料を収容している。また、中心軸の軸方向から見て、収容部を形成する一対の内壁面に、永久磁石の極性が異なる面がそれぞれ接触している。さらに、収容部は、永久磁石よりも材料容器に近い部分である突出部分を有する。

本発明の一態様によれば、磁束の流れが、永久磁石のＮ極から、収容部のＮ極との接触部分が有する突出部分と、材料容器に収容されている磁性材料と、収容部のＳ極との接触部分が有する突出部分とを順に経由して、永久磁石のＳ極へ至る流れとなる。
これにより、磁気回路を、永久磁石と、磁性材料と、内蔵ヨークにより形成することが可能となり、磁束の流れを集中させて、永久磁石の質量あたりに得られる磁束密度を向上させることが可能な、磁気ヒートポンプ装置を提供することが可能となる。

本発明の第一実施形態における磁気ヒートポンプ装置の構成を表す分解図である。 本体部の構成を表す図である。 本発明の第一実施形態における磁気ヒートポンプ装置を用いて行う動作を表す図である。 本体部の変形例を表す図である。 本体部の変形例を表す図である。 本体部の変形例を表す図である。

図面を参照して、本発明の第一実施形態を以下において説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係や、各層の厚さの比率等は、現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚さや寸法は、以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

さらに、以下に示す第一実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質や、それらの形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。また、以下の説明における「左右」や「上下」の方向は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。よって、例えば、紙面を９０度回転すれば「左右」と「上下」とは交換して読まれ、紙面を１８０度回転すれば「左」が「右」になり、「右」が「左」になることは勿論である。

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
（構成）
図１中に表すように、磁気ヒートポンプ装置１は、本体部２と、二つの連通孔プレート４と、二つの回転ディスク６と、二つの端面プレート８と、循環ポンプ１０と、放熱側熱交換器１２と、吸熱側熱交換器１４を備える。なお、図１中では、本体部２を簡略化して図示する。

本体部２は、図２中に示すように、一つの内蔵ヨーク２６と、複数の永久磁石２０と、複数の材料容器２２と、複数のスペーサ２８と、一つの本体容器３０を備える。なお、本体部２の詳細な構成は、後述する。なお、図２は、本体部２を、本体部２と、連通孔プレート４と、回転ディスク６と、端面プレート８とを配列した方向から見た図である。また、図１及び図２中では、説明のために、材料容器２２のみを、断面図で図示している。
二つの連通孔プレート４は、それぞれ、本体部２が有する二箇所の開口部に固定されている。これにより、二つの連通孔プレート４は、本体部２の開口部を閉塞している。
また、各連通孔プレート４には、本体部２と連通する複数の連通孔４０が形成されている。

複数の連通孔４０は、例えば、連通孔プレート４の外周側に配置された複数の外周側連通孔４０ａと、連通孔プレート４の内周側に配置された複数の内周側連通孔４０ｂにより構成される。
外周側連通孔４０ａと内周側連通孔４０ｂには、それぞれ、材料容器２２の内部に配置された配管である容器内配管１６の開口端が取り付けられている。容器内配管１６は、一つの材料容器２２に対し、二本一組で配置されている。二本の容器内配管１６のうち一方の開口端は、外周側連通孔４０ａに取り付けられている。二本の容器内配管１６のうち他方の開口端は、内周側連通孔４０ｂに取り付けられている。

なお、図１中では、説明のために、複数の材料容器２２のうち、二つの材料容器２２の内部に配置された容器内配管１６、すなわち、四本の容器内配管１６のみを図示している。また、図１中では、説明のために、材料容器２２の内部には、容器内配管１６を図示していない。また、図１中では、説明のために、容器内配管１６の開口端が、外周側連通孔４０ａ及び内周側連通孔４０ｂに取り付けられている状態を、イメージで表している。
また、図１中に図示した連通孔４０の数は、一例であり、第一実施形態の磁気ヒートポンプ装置１が備える実際の数と、必ずしも一致するものではない。

二つの回転ディスク６は、それぞれ、連通孔プレート４を間に挟んで、本体部２の開口部と対向して配置されており、連通孔プレート４と接触している。
また、各回転ディスク６は、永久磁石２０と同期して回転する。
また、各回転ディスク６には、複数の切欠き６０が弁のポートとして開口している。
複数の切欠き６０は、例えば、回転ディスク６の外周側に配置された複数の外周側切欠き６０ａと、回転ディスク６の内周側に配置された複数の内周側切欠き６０ｂにより構成される。

外周側切欠き６０ａ及び内周側切欠き６０ｂは、共に、回転ディスク６の周方向に沿って延びるスリット状に形成されており、外周側切欠き６０ａ及び内周側切欠き６０ｂを介して、作業流体の供給制御が行われる構成となっている。
また、図１中に図示した切欠き６０の数は、一例であり、第一実施形態の磁気ヒートポンプ装置１が備える実際の数と、必ずしも一致するものではない。
二つの端面プレート８は、それぞれ、回転ディスク６及び連通孔プレート４を間に挟んで、本体部２の開口部と対向して配置されており、回転ディスク６と接触している。

また、各端面プレート８には、それぞれ、外周側配管８０ａ及び内周側配管８０ｂが接続されている。
以上により、本体部２と、連通孔プレート４及び端面プレート８は回転せず、回転ディスク６のみが、永久磁石２０と同期して回転する構成となっている。
循環ポンプ１０の吐出側は、端面プレート８ａに接続されている外周側配管８０ａと連通している。なお、端面プレート８ａは、二つの端面プレート８のうち一方（図１中では、左側の端面プレート）である。

放熱側熱交換器１２の入口は、端面プレート８ａに接続されている内周側配管８０ｂと連通している。
放熱側熱交換器１２の出口は、配管を介して、循環ポンプ１０の吸入側と連通している。
吸熱側熱交換器１４の入口は、端面プレート８ｂに接続されている外周側配管８０ａと連通している。なお、端面プレート８ｂは、二つの端面プレート８のうち他方（図１中では、右側の端面プレート）である。
吸熱側熱交換器１４の出口は、端面プレート８ｂに接続されている内周側配管８０ｂと連通している。

（内蔵ヨーク）
内蔵ヨーク２６は、例えば、ＳＵＳ等の金属材料を用いて形成されており、強磁性体である。
内蔵ヨーク２６は、一つの回転板部５０と、複数の外板部５２と、複数の分割板部５４を備えている。
回転板部５０は、板状に形成されており、回転軸３２に固定されている。回転軸３２は、図外のモータにより回転する。なお、図１中では、説明のために、回転軸３２の図示を省略している。
具体的には、回転軸３２の軸方向から見て、回転板部５０の重心には、回転軸３２の中心軸ＣＳが貫通している。

外板部５２は、板状に形成されており、回転軸３２の軸方向から見た両端部のうち一方が、回転軸３２の軸方向から見て、回転板部５０が有する長辺のうち、一つの端部と連続している。外板部５２の両端部のうち他方は、材料容器２２へ向かう方向へ伸びている。
第一実施形態では、一例として、内蔵ヨーク２６が、四つの外板部５２を備えている場合について説明する。
四つの外板部５２のうち二つの外板部５２ａ，５２ｂは、それぞれ、回転軸３２の軸方向から見て、回転板部５０が有する長辺のうち一方（図２中では、上側の長辺）の異なる側の端部と連続している。また、四つの外板部５２のうち残り二つの外板部５２ｃ，５２ｄは、それぞれ、回転軸３２の軸方向から見て、回転板部５０が有する長辺のうち他方（図２中では、下側の長辺）の異なる側の端部と連続している。

分割板部５４は、板状に形成されており、回転軸３２の軸方向から見た両端部のうち一方が、回転軸３２の軸方向から見て、回転板部５０が有する長辺のうち、中心と連続している。したがって、分割板部５４は、回転軸３２の軸方向から見て、回転板部５０が有する長辺と連続している二つの外板部５２の中間位置に配置されている。
分割板部５４の両端部のうち他方は、材料容器２２へ向かう方向へ伸びている。
また、分割板部５４の両端部のうち他方と材料容器２２との距離は、外板部５２の両端部のうち他方と材料容器２２との距離と等しい。

第一実施形態では、一例として、内蔵ヨーク２６が、二つの分割板部５４を備えている場合について説明する。
二つの分割板部５４のうち一方の分割板部５４ａは、外板部５２ａと外板部５２ｂとの間に配置されている。また、二つの分割板部５４のうち他方の分割板部５４ｂは、外板部５２ｃと外板部５２ｄとの間に配置されている。
また、回転軸３２の軸方向から見て、回転板部５０と、一つの外板部５２と、一つの分割板部５４で囲まれた領域は、中心軸ＣＳの軸方向から見て、回転軸３２の外周側へ開口するコの字形の収容部５６を形成している。

第一実施形態では、一例として、内蔵ヨーク２６が、四つの収容部５６ａ〜５６ｄを有している場合について説明する。
収容部５６ａは、回転板部５０と、外板部５２ａと、分割板部５４ａで囲まれた領域によって形成されている。収容部５６ｂは、回転板部５０と、外板部５２ｂと、分割板部５４ａで囲まれた領域によって形成されている。収容部５６ｃは、回転板部５０と、外板部５２ｃと、分割板部５４ｂで囲まれた領域によって形成されている。収容部５６ｄは、回転板部５０と、外板部５２ｄと、分割板部５４ｂで囲まれた領域によって形成されている。
したがって、四つの収容部５６ａ〜５６ｄのうち二つの収容部５６ａ及び収容部５６ｂは、中心軸ＣＳの軸方向から見て、中心軸ＣＳの軸方向と直交する方向と平行な向きに沿って配列されている。同様に、四つの収容部５６ａ〜５６ｄのうち二つの収容部５６ｃ及び収容部５６ｄは、中心軸ＣＳの軸方向から見て、中心軸ＣＳの軸方向と直交する方向と平行な向きに沿って配列されている。

以上により、内蔵ヨーク２６は、回転軸３２の中心軸ＣＳ周りに回転可能であり、且つ中心軸ＣＳの軸方向から見て、回転軸３２の外周側へ開口するコの字形に形成された複数の収容部５６を有する。
また、内蔵ヨーク２６は、中心軸ＣＳの軸方向から見て、中心軸ＣＳから等しい距離に配置された四つの収容部５６ａ〜５６ｄを有する。
また、回転軸３２の軸方向から見て、中心軸ＣＳと、内蔵ヨーク２６の重心とは、重なっている。

（永久磁石）
複数の永久磁石２０は、それぞれ、収容部５６に収容されて、内蔵ヨーク２６と接触している。なお、収容部５６に収容された永久磁石２０は、接着剤等を用いて、内蔵ヨーク２６に取り付けられている。また、一つの収容部５６に収容する永久磁石２０は、一つの磁石により形成されている。
第一実施形態では、内蔵ヨーク２６が、四つの収容部５６ａ〜５６ｄを有しているため、永久磁石２０の数を、四つとした場合について説明する。なお、以降の説明では、収容部５６ａに収容されている永久磁石２０を「永久磁石２０ａ」と示し、収容部５６ｂに収容されている永久磁石２０を「永久磁石２０ｂ」と示す場合がある。同様に、収容部５６ｃに収容されている永久磁石２０を「永久磁石２０ｃ」と示し、収容部５６ｄに収容されている永久磁石２０を「永久磁石２０ｄ」と示す場合がある。

永久磁石２０の形状は、図２中に示すように、回転軸３２の軸方向から見て、方形（長方形）である。また、全ての永久磁石２０ａ〜２０ｄは、同一の形状である。
また、永久磁石２０は、一組のＮ極及びＳ極を有しており、Ｎ極及びＳ極の着磁方向が、中心軸ＣＳの軸方向と直交する方向を向いている。なお、図２中には、Ｎ極を「Ｎ」と図示し、Ｓ極を「Ｓ」と図示する。
永久磁石２０ａの極性がＮ極である面は、分割板部５４ａの外板部５２ａと対向する面に接触しており、永久磁石２０ａの極性がＳ極である面は、外板部５２ａの分割板部５４ａと対向する面に接触している。また、永久磁石２０ｂの極性がＮ極である面は、分割板部５４ａの外板部５２ｂと対向する面に接触しており、永久磁石２０ｂの極性がＳ極である面は、外板部５２ｂの分割板部５４ａと対向する面に接触している。

さらに、永久磁石２０ｃの極性がＮ極である面は、分割板部５４ｂの外板部５２ｃと対向する面に接触しており、永久磁石２０ｃの極性がＳ極である面は、外板部５２ｃの分割板部５４ｂと対向する面に接触している。また、永久磁石２０ｄの極性がＮ極である面は、分割板部５４ｂの外板部５２ｄと対向する面に接触しており、永久磁石２０ｄの極性がＳ極である面は、外板部５２ｄの分割板部５４ｂと対向する面に接触している。
したがって、中心軸ＣＳの軸方向と直交する方向と平行な向きに沿って配列され、且つ隣り合う二つの収容部５６に収容された二つの永久磁石２０は、Ｎ極の面とＳ極の面とが互いに対向している。

また、永久磁石２０ａと材料容器２２との距離は、分割板部５４ａと材料容器２２との距離及び外板部５２ａと材料容器２２との距離よりも長い。これにより、収容部５６ａは、分割板部５４ａ及び外板部５２ａにより、永久磁石２０ａよりも材料容器２２に近い部分である二つの突出部分３６ａを有する。
同様に、永久磁石２０ｂと材料容器２２との距離は、分割板部５４ａと材料容器２２との距離及び外板部５２ｂと材料容器２２との距離よりも長い。これにより、収容部５６ｂは、分割板部５４ａ及び外板部５２ｂにより、永久磁石２０ｂよりも材料容器２２に近い部分である二つの突出部分３６ｂを有する。

また、永久磁石２０ｃと材料容器２２との距離は、分割板部５４ｂと材料容器２２との距離及び外板部５２ｃと材料容器２２との距離よりも長い。これにより、収容部５６ｃは、分割板部５４ｂ及び外板部５２ｃにより、永久磁石２０ｃよりも材料容器２２に近い部分である二つの突出部分３６ｃを有する。
同様に、永久磁石２０ｄと材料容器２２との距離は、分割板部５４ｂと材料容器２２との距離及び外板部５２ｄと材料容器２２との距離よりも長い。これにより、収容部５６ｄは、分割板部５４ｂ及び外板部５２ｄにより、永久磁石２０ｄよりも材料容器２２に近い部分である二つの突出部分３６ｄを有する。

上述したように、分割板部５４の両端部のうち他方と材料容器２２との距離は、外板部５２の両端部のうち他方と材料容器２２との距離と等しい。このため、中心軸ＣＳの軸方向から見て、全ての突出部分３６と材料容器２２との距離が等しい。
各突出部分３６と材料容器２２との距離（隙間）は、例えば、磁気ヒートポンプ装置１に要求される磁束密度に応じて設定する。これに加え、例えば、永久磁石２０を回転させた際に回転軸３２の揺動等によって発生する、各突出部分３６と材料容器２２との接触を回避することが可能な値に応じて設定する。

（材料容器）
複数の材料容器２２は、樹脂製（例えば、ＡＢＳ樹脂製）であり、内部に磁性材料３４が収容されている。
また、複数の材料容器２２は、内蔵ヨーク２６の外周を包囲するように、回転軸３２の周方向に沿って配置されている。隣り合う材料容器２２は、互いに接触している。
なお、材料容器２２の内部には、磁性材料３４の中を通過するように、図１中に示した容器内配管１６が配置されているが、図２中では、説明のために、容器内配管１６の図示を省略している。

（スペーサ）
スペーサ２８は、樹脂製（例えば、ＡＢＳ樹脂製）である。
また、各スペーサ２８は、収容部５６内の永久磁石２０よりも材料容器２２に近い位置に配置されており、永久磁石２０と接触している。また、各スペーサ２８は、接着剤等を用いて、内蔵ヨーク２６に取り付けられている。
収容部５６ａ内に配置されたスペーサ２８ａは、二つの突出部分３６ａの間に配置されている。また、スペーサ２８ａは、材料容器２２との距離が、突出部分３６ａと材料容器２２との距離よりも短くならない形状に形成されている。収容部５６ｂ内に配置されたスペーサ２８ｂは、二つの突出部分３６ｂの間に配置されている。また、スペーサ２８ｂは、材料容器２２との距離が、突出部分３６ｂと材料容器２２との距離よりも短くならない形状に形成されている。収容部５６ｃ内に配置されたスペーサ２８ｃは、二つの突出部分３６ｃの間に配置されている。また、スペーサ２８ｃは、材料容器２２との距離が、突出部分３６ｃと材料容器２２との距離よりも短くならない形状に形成されている。収容部５６ｄ内に配置されたスペーサ２８ｄは、二つの突出部分３６ｄの間に配置されている。また、スペーサ２８ｄは、材料容器２２との距離が、突出部分３６ｄと材料容器２２との距離よりも短くならない形状に形成されている。

（本体容器）
本体容器３０は、樹脂製（例えば、ＡＢＳ樹脂製）である。
本体容器３０の形状は、円筒状である。また、本体容器３０の軸方向は、回転軸３２の軸方向と平行である。
本体容器３０の内部には、内蔵ヨーク２６と、永久磁石２０と、材料容器２２と、スペーサ２８が収容されている。

（動作）
図１及び図２を参照しつつ、図３を用いて、第一実施形態の動作の一例を説明する。
磁気ヒートポンプ装置１の使用時において、図３中に示すように、永久磁石２０及び内蔵ヨーク２６の位置が０°の位置である状態では、材料容器２２ａ及び材料容器２２ｂに印加される磁場の大きさが増大する。これにより、材料容器２２ａ及び材料容器２２ｂに収容されている磁性材料３４が励磁されて、温度が上昇する。なお、材料容器２２ａは、突出部分３６ａ及び突出部分３６ｂに最も近い材料容器２２である。また、材料容器２２ｂは、突出部分３６ｃ及び突出部分３６ｄに最も近い材料容器２２である。

一方、０°の位置である永久磁石２０及び内蔵ヨーク２６と位相が異なる位置に配置された、複数の材料容器２２ｃに印加される磁場の大きさは減少するため、材料容器２２ｃに収容されている磁性材料３４が消磁されて、温度が低下する。なお、図３中では、説明のために、０°の位置である永久磁石２０及び内蔵ヨーク２６と位相が異なる位置に配置された、複数の材料容器２２のうち、選択した二つの材料容器２２のみを、材料容器２２ｃと図示している。

また、永久磁石２０及び内蔵ヨーク２６の位置が０°の位置である状態では、例えば、外周側連通孔４０ａと、外周側切欠き６０ａと、外周側配管８０ａを連通させる。
そして、循環ポンプ１０を作動させることにより、媒体（例えば、水）を、循環ポンプ１０の吐出側から、外周側配管８０ａと、外周側切欠き６０ａ及び外周側連通孔４０ａを順に経由させて、材料容器２２ｃの内部に配置した容器内配管１６を通過させる。さらに、媒体を、外周側連通孔４０ａ、外周側切欠き６０ａ及び外周側配管８０ａを順に経由させて、吸熱側熱交換器１４へ移動させる。

次に、吸熱側熱交換器１４へ移動させた媒体を、内周側配管８０ｂと、内周側切欠き６０ｂ及び内周側連通孔４０ｂを順に経由させて、材料容器２２ａ及び材料容器２２ｂの内部に配置した容器内配管１６を通過させる。さらに、媒体を、内周側連通孔４０ｂ、内周側切欠き６０ｂ及び内周側配管８０ｂを順に経由させて、放熱側熱交換器１２へ移動させる。そして、放熱側熱交換器１２へ移動させた媒体を、配管を介して、循環ポンプ１０の吸入側へ移動させる。
上述した経路で媒体を循環させる際に、放熱側熱交換器１２に移動した媒体は、仕事分の熱量を外部（外気等）に放出する。一方、吸熱側熱交換器１４に移動した媒体は、吸熱側熱交換器１４に接触する被冷却体（図示せず）から吸熱して被冷却体を冷却する。

したがって、消磁されて温度が低下した磁性材料３４を収容している材料容器２２ｃに放熱することで、冷却された媒体は、吸熱側熱交換器１４で被冷却体から吸熱する。また、被冷却体を冷却した媒体は、励磁されて温度が上昇した磁性材料３４を収容している材料容器２２ａ及び材料容器２２ｂから吸熱することで、材料容器２２ａ及び材料容器２２ｂに収容されている磁性材料３４を冷却し、放熱側熱交換器１２へ移動する。放熱側熱交換器１２へ移動した媒体は、仕事分の熱量を外部（外気等）に放出する。

ここで、第一実施形態では、強磁性体である内蔵ヨーク２６が有する四つの収容部５６ａ〜５６ｄに、それぞれ、Ｎ極及びＳ極の着磁方向が中心軸ＣＳの軸方向と直交する方向と平行な四つの永久磁石２０ａ〜２０ｄが収容されている。これに加え、中心軸ＣＳの軸方向から見て、収容部５６を形成する一対の内壁面に、永久磁石２０の極性が異なる面がそれぞれ接触し、収容部５６が、永久磁石２０よりも材料容器２２に近い部分である突出部分３６を有する。
このため、突出部分３６に最も近い材料容器２２に収容されている磁性材料３４が励磁されると、図３中に示すように、磁束の流れＭＦが、本体容器３０を経由しない流れとなる。

すなわち、磁束の流れＭＦのうち一つが、永久磁石２０ａのＮ極から、内蔵ヨーク２６の分割板部５４ａ、材料容器２２ａに収容されている磁性材料３４、内蔵ヨーク２６の外板部５２ａを順に経由して、永久磁石２０ａのＳ極へ至る流れとなる。同様に、磁束の流れＭＦのうち一つが、永久磁石２０ｂのＮ極から、内蔵ヨーク２６の分割板部５４ａ、材料容器２２ａに収容されている磁性材料３４、内蔵ヨーク２６の外板部５２ｂを順に経由して、永久磁石２０ｂのＳ極へ至る流れとなる。
また、磁束の流れＭＦのうち一つが、永久磁石２０ｃのＮ極から、内蔵ヨーク２６の分割板部５４ｂ、材料容器２２ｂに収容されている磁性材料３４、内蔵ヨーク２６の外板部５２ｃを順に経由して、永久磁石２０ｃのＳ極へ至る流れとなる。同様に、磁束の流れＭＦのうち一つが、永久磁石２０ｄのＮ極から、内蔵ヨーク２６の分割板部５４ｂ、材料容器２２ｂに収容されている磁性材料３４、内蔵ヨーク２６の外板部５２ｄを順に経由して、永久磁石２０ｄのＳ極へ至る流れとなる。

これにより、磁束が流れる磁気回路を、永久磁石２０と、内蔵ヨーク２６と、磁性材料３４により形成することが可能となる。
したがって、磁気回路が、永久磁石２０と、磁性材料３４と、本体容器３０により形成される場合と比較して、磁束の流れを集中させることが可能となり、永久磁石２０の質量あたりに得られる磁束密度を向上させることが可能となる。
なお、上述した第一実施形態は、本発明の一例であり、本発明は、上述した第一実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

（第一実施形態の効果）
第一実施形態の磁気ヒートポンプ装置１であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
（１）強磁性体である内蔵ヨーク２６が有する複数の収容部５６に、それぞれ、Ｎ極及びＳ極の着磁方向が中心軸ＣＳの軸方向と直交する方向と平行な複数の永久磁石２０が収容されている。これに加え、中心軸ＣＳの軸方向から見て、収容部５６を形成する一対の内壁面に、永久磁石２０の極性が異なる面がそれぞれ接触し、収容部５６が、永久磁石２０よりも材料容器２２に近い部分である突出部分３６を有する。
このため、磁束が流れる磁気回路を、永久磁石２０と、内蔵ヨーク２６と、磁性材料３４により形成することが可能となる。
その結果、磁気回路が、永久磁石２０と、磁性材料３４と、本体容器３０により形成される場合と比較して、磁束の流れを集中させることが可能となる。これにより、永久磁石２０の質量あたりに得られる磁束密度を向上させることが可能な、磁気ヒートポンプ装置１を提供することが可能となる。

（２）複数の収容部５６のうち少なくとも二つは、中心軸ＣＳの軸方向から見て、中心軸ＣＳの軸方向と直交する方向と平行な向きに沿って配列されている。これに加え、中心軸ＣＳの軸方向と直交する方向と平行な向きに沿って配列され、且つ隣り合う二つの収容部５６に収容された二つの永久磁石２０は、Ｎ極の面とＳ極の面とが互いに対向している。
その結果、永久磁石２０のＮ極から、内蔵ヨーク２６及び磁性材料３４を経由して、永久磁石２０のＳ極へ至る流れとなる磁束の流れＭＦを、隣り合う二つの収容部５６に収容された二つの永久磁石２０から、効率的に発生させることが可能となる。
また、Ｎ極の面とＳ極の面とが互いに対向している永久磁石２０の数と、Ｎ極の面とＳ極の面とが互いに対向している永久磁石２０を収容する収容部５６の数を調整することで、磁性材料３４の吸着力と吸引力を調整することが可能となる。

（３）内蔵ヨーク２６が、中心軸ＣＳの軸方向から見て中心軸ＣＳから等しい距離に配置された四つの収容部５６ａ〜５６ｄを有する。
その結果、中心軸ＣＳを起点として、四つの永久磁石２０ａ〜２０ｄが等しい距離に配置されるため、磁束の流れＭＦを均等な流れとすることが可能となり、四つの永久磁石２０ａ〜２０ｄから、磁束密度を均等に得ることが可能となる。

（４）中心軸ＣＳの軸方向から見て、全ての突出部分３６と材料容器２２との距離が等しい。
このため、全ての永久磁石２０（永久磁石２０ａ〜２０ｄ）に対し、永久磁石２０のＮ極から、内蔵ヨーク２６及び磁性材料３４を経由して、永久磁石２０のＳ極へ至る流れとなる磁束の流れＭＦを均等な流れとすることが可能となる。
その結果、全ての永久磁石２０から、磁束密度を均等に得ることが可能となる。

（５）永久磁石２０及び材料容器２２を収容する本体容器３０が、樹脂製である。
このため、本体部２の最外層を形成する本体容器３０に発生する渦電流を低減させることが可能となり、本体容器３０の発熱を抑制することが可能となる。
その結果、本体容器３０が強磁性体である構成と比較して、低温が得やすくなるため、磁気ヒートポンプ装置１の能力を向上させることが可能となる。

（６）収容部５６内の永久磁石２０よりも材料容器２２に近い位置に、樹脂製であるスペーサ２８を配置する。
その結果、内蔵ヨーク２６が有する突出部分３６同士の接触を防止して、磁束の流れを正常化することが可能となる。
また、永久磁石２０及び内蔵ヨーク２６の回転時に発生する空気抵抗を低減させることが可能となり、磁気ヒートポンプ装置１の能力を向上させることが可能となる。
さらに、永久磁石２０及び内蔵ヨーク２６の回転時に発生する風切り音を抑制することが可能となり、磁気ヒートポンプ装置１の静粛性を向上させることが可能となる。

（７）全ての永久磁石２０ａ〜２０ｄが、同一の形状である。
その結果、永久磁石２０の製造が容易となり、コストを低減させることが可能となる。
（８）回転軸３２の軸方向から見て、回転軸３２の中心軸ＣＳと、内蔵ヨーク２６の重心とが重なっている。
その結果、回転軸３２の中心軸ＣＳと、内蔵ヨーク２６の重心とがずれている構成と比較して、永久磁石２０及び内蔵ヨーク２６の回転時に発生する揺動を低減させることが可能となり、磁気ヒートポンプ装置１の能力を向上させることが可能となる。

（第一実施形態の変形例）
（１）第一実施形態では、内蔵ヨーク２６の構成を、四つの収容部５６を有する構成としたが、これに限定するものではない。
すなわち、例えば、図４中に示すように、内蔵ヨーク２６の構成を、二つの収容部５６を有する構成としてもよい。また、例えば、図５中に示すように、内蔵ヨーク２６の構成を、六つの収容部５６を有する構成としてもよい。

（２）第一実施形態では、永久磁石２０を、回転軸３２の軸方向から見て、方形に形成したが、これに限定するものではない。
すなわち、例えば、図６中に示すように、回転軸３２の軸方向から見て、永久磁石２０の形状を、材料容器２２と近い辺を材料容器２２の形状に対応する円弧状の辺とした形状としてもよい。
この場合、永久磁石２０を、回転軸３２の軸方向から見て方形に形成した場合と比較して、磁束密度を向上させることが可能となる。

（３）第一実施形態では、一つの収容部５６に収容する永久磁石２０を、一つの磁石により形成したが、これに限定するものではない。
すなわち、例えば、複数の磁石を組み合わせて、一つの収容部５６に収容する永久磁石２０を形成してもよい。また、回転軸３２の軸方向に沿って、複数の磁石をハルバッハ配列することで、永久磁石２０を形成してもよい。

１…磁気ヒートポンプ装置、２…本体部、４…連通孔プレート、６…回転ディスク、８…端面プレート、１０…循環ポンプ、１２…放熱側熱交換器、１４…吸熱側熱交換器、１６…、２０…永久磁石、２２…材料容器、２６…内蔵ヨーク、２８…スペーサ、３０…本体容器、３２…回転軸、３４…磁性材料、３６ａ…突出部分、３６ｂ…突出部分、４０ａ…外周側連通孔、４０ｂ…内周側連通孔、５０…回転板部、５２…外板部、５４…分割板部、５６…収容部、６０ａ…外周側切欠き、６０ｂ…内周側切欠き、８０ａ…外周側配管、８０ｂ…内周側配管、ＣＳ…中心軸、ＭＦ…磁束の流れ

Claims (8)

1. 回転軸の中心軸周りに回転可能であり、且つ前記中心軸の軸方向から見て前記回転軸の外周側へ開口するコの字形に形成された複数の収容部を有する内蔵ヨークと、
   前記複数の収容部に収容されて前記内蔵ヨークと接触し、且つＮ極及びＳ極の着磁方向が前記中心軸の軸方向と直交する方向と平行な複数の永久磁石と、
   前記内蔵ヨークの外周を包囲するように配置され、且つ内部に磁性材料を収容した材料容器と、を備え、
   前記中心軸の軸方向から見て、前記収容部を形成する一対の内壁面に、前記永久磁石の極性が異なる面がそれぞれ接触し、
   前記材料容器は、樹脂製であり、
   前記内蔵ヨークは、強磁性体であり、
   前記収容部は、前記永久磁石よりも前記材料容器に近い部分である突出部分を有することを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
2. 前記複数の収容部のうち少なくとも二つは、前記中心軸の軸方向から見て中心軸の軸方向と直交する方向と平行な向きに沿って配列され、
   前記中心軸の軸方向と直交する方向と平行な向きに沿って配列され、且つ隣り合う二つの前記収容部に収容された二つの前記永久磁石は、前記Ｎ極の面と前記Ｓ極の面とが互いに対向していることを特徴とする請求項１に記載した磁気ヒートポンプ装置。
3. 前記内蔵ヨークは、前記中心軸の軸方向から見て中心軸から等しい距離に配置された四つの前記収容部を有することを特徴とする請求項２に記載した磁気ヒートポンプ装置。
4. 前記中心軸の軸方向から見て、全ての前記突出部分と前記材料容器との距離が等しいことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載した磁気ヒートポンプ装置。
5. 前記永久磁石及び前記材料容器を収容する本体容器をさらに備え、
   前記本体容器は、樹脂製であることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載した磁気ヒートポンプ装置。
6. 前記収容部内の前記永久磁石よりも前記材料容器に近い位置に配置されたスペーサをさらに備え、
   前記スペーサは、樹脂製であることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載した磁気ヒートポンプ装置。
7. 前記複数の永久磁石は、同一の形状であることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載した磁気ヒートポンプ装置。
8. 前記回転軸の軸方向から見て、前記中心軸と、前記内蔵ヨークの重心と、が重なっていることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載した磁気ヒートポンプ装置。

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