JPWO2010137597A1 - 複合磁性体リングおよびエネルギー変換器 - Google Patents

Abstract

複数の永久磁石２を所定の間隔でリング状に並べ、相隣り合う２つの永久磁石２の間に低温キュリー点磁性体３を挟み、複数の永久磁石２と複数の低温キュリー点磁性体３とが交互に並んで配置されるように複合磁性体リング１が構成される。複合磁性体リング１内の低温キュリー点磁性体３のキュリー点近傍の透磁率の変化により排熱エネルギーや太陽光の熱エネルギーを機械・電気エネルギー等に変換するエネルギー変換器が、複合磁性体リング１と、複合磁性体リング１の内部に配置される複数の磁極を有するローター５とを備え、複合磁性体リング１内の少なくとも１つの低温キュリー点磁性体３が、キュリー点の近傍の温度に加熱され、加熱後の低温キュリー点磁性体３の近傍に磁界が発生してローター５が回転する。

Description

本発明は、１００℃以下の低温の排熱エネルギーや太陽光の熱エネルギーを機械エネルギーまたは電気エネルギーとして有効に利用するために使用され得る複合磁性体リング、および、複合磁性体リングにおける低温キュリー点磁性体のキュリー点近傍の透磁率の変化を利用して低温の排熱エネルギーや太陽光の熱エネルギーを機械エネルギーまたは電気エネルギーに効率良く変換するための熱磁気モーター等のエネルギー変換器に関する。

１００℃以下の低温の排熱エネルギーや太陽光の熱エネルギーは大きなエネルギー源であるにもかかわらず、機械エネルギーまたは電気エネルギーとして有効に利用されていないのが現状である。これらの排熱エネルギーや太陽光の熱エネルギーを回収して有効に利用するための一方策として、軟磁性体（例えば低温キュリー点磁性体）におけるキュリー点近傍の透磁率の変化を利用して排熱エネルギーや太陽光の熱エネルギーを機械エネルギーに変換するための熱磁気モーター（熱磁気エンジンともよばれる）が従来提案されている。ここで、熱磁気モーターは、温度に依存してその磁気特性が変化する軟磁性体と永久磁石とにより構成される磁気回路を用いて低温の排熱エネルギーや太陽光の熱エネルギーを効率良く機械エネルギーに変換する装置である。

従来の熱磁気モーターは、例えば後述の非特許文献１に開示されているように、整磁合金等の低温キュリー点磁性体からなる円盤型軟磁性体を有するローター（回転子）と、外部磁界を印加するための永久磁石を設けたステーター（固定子）とを具備している。さらに、ローターの主要部を構成する円盤型軟磁性体の一部の領域を加熱して高温部を形成し、円盤型軟磁性体の他の領域を冷却して低温部を形成すると、円盤型軟磁性体内で温度差が生じる。一般に、整磁合金等の円盤型軟磁性体は、キュリー点より低い温度領域では、キュリー点の温度に近づくにつれて透磁率が急激に低下する。このため、円盤型軟磁性体の高温部の透磁率は、低温部の透磁率よりもはるかに低い値になる。このときに、ステーターの永久磁石により、円盤型軟磁性体の高温部と低温部との境界面に対してほぼ垂直に外部磁界を印加すると、透磁率の高い円盤型軟磁性体の低温部が、透磁率の低い円盤型軟磁性体の高温部の方向に引かれるように力が発生する。それゆえに、円盤型軟磁性体の低温部から高温部の方向にローターを回転させるための回転力（駆動力）が発生し、この回転力に従ってローターが回転する。

このような従来の熱磁気モーターにおいては、円盤型軟磁性体の一部をステーターの永久磁石の磁極の間に挟み、磁場勾配の大きな領域にある円盤型軟磁性体の一部を加熱するようになっている。このため、円盤型軟磁性体の高温部から低温部へ熱が流れてしまい、円盤型軟磁性体の十分な加熱が行われなかった。また一方で、従来の熱磁気モーターの構造では、円盤型軟磁性体の大きさが限られているので、円盤型軟磁性体の高温部と低温部との間隔をそれほど大きく取ることができない。さらに、大きな回転力を得るためには、円盤型軟磁性体の高温部と低温部の透磁率の差を大きくするために、円盤型軟磁性体の高温部と低温部との境界における温度勾配を大きくする必要がある。それゆえに、円盤型軟磁性体を加熱する際の熱の流れによる熱損失が大きい。この結果として、低温の排熱エネルギーや太陽光の熱エネルギーを機械エネルギー等に効率良く変換することが難しくなる。

ここで、前述のような従来の熱磁気モーター等のエネルギー変換器に関連した下記の特許文献１〜特許文献５および非特許文献１を先行技術文献として呈示する。

特許文献１では、整磁合金ドラムを有する加熱ローラと、加熱ローラの磁束密度の分布により回転トルクを発生させる永久磁石とを備える画像形成装置が開示されている。しかしながら、この画像形成装置では、整磁合金ドラムを有する加熱ローラの一部を加熱する際に、加熱ローラの高温部から低温部への熱の流れによる熱損失が大きくなる。

特許文献２では、太陽光熱を集光熱するレンズと、このレンズにより集光熱された熱源を所定の場所にガイドする光導ファイバーと、この光導ファイバーからの熱源にて回転させられ、複数の感温磁性体（低温キュリー点磁性体）からなるチップが配置された光熱磁気モーター型の磁気回転盤と、この磁気回転盤と一体に設けられている磁束発生手段とで光熱磁気発電部を構成し、また一方で、風力を受けて回転する翼車と、この翼車の回転により回転する回転軸と、この回転軸と一体に設けられている外筒と、この外筒の内周面に設けられ、上記磁束発生手段と対面している電機子巻線とで風力発電部を構成するようなハイブリッド発電装置が開示されている。しかしながら、このハイブリッド発電装置では、光熱磁気モーター型の磁気回転盤に配置された複数の感温磁性体からなるチップの一部を加熱する際に、１つのチップの中で、高温部から低温部への熱の流れが生じ、熱損失が大きくなる。また、感温磁性体チップの片側に磁石を配置しているためチップに強い磁場が印加されず強い回転トルクを発生できない。

特許文献３では、回転自在に支持された非磁性材料からなる支持体と、この支持体上で当該支持体の回転方向に所定の間隔をおいて配置された、低温のキュリー点を有するＮｉ基合金からなる複数の感温磁性材料（低温キュリー点磁性体）と、これらの感温磁性材料の１つ又は複数と対向して配置された磁場発生用の磁石と、この磁石と対向して位置する感温磁性材料の磁石による磁化中心とずれた位置に、光熱源より熱をスポット的に集熱する集熱部とを具備する光熱磁気駆動装置が開示されている。しかしながら、この光熱磁気駆動装置では、支持体上に配置された複数の感温磁性材料の一部を加熱する際に、１つの感温磁性材料の高温部から低温部への熱の流れによる熱損失が大きくなる。また、感温磁性体の十分広い領域にわたって強い磁場が印加されないため強い回転トルクを発生できない。

特許文献４では、回転自在に軸支した感熱磁性材製の円筒体と、この円筒体の円周方向に磁極を位置せしめて円筒体の外周面と対向状に配設された磁石と、円筒体の一部を加熱する加熱領域と、円筒体の他の部分を冷却する冷却領域とからなる熱磁気回転装置において、エンジンから流出する高温冷却水により円筒体の一部を加熱し、高温冷却水の熱エネルギーの一部を熱磁気回転装置により機械エネルギーに変換する方法が開示されている。しかしながら、この熱磁気回転装置では、感熱磁性材製の円筒体の一部を加熱する際に、この円筒体の高温部から低温部への熱の流れによる熱損失が大きくなる。

特許文献５では、第１の界磁マグネット（永久磁石）と、第１の感熱磁性体（第１の低温キュリー点磁性体）と、第１の界磁磁極（ヨーク）とにより構成されるＵ相の界磁ユニットと、第２の界磁マグネットと、第２の感熱磁性体（第２の低温キュリー点磁性体）と、第２の界磁磁極とにより構成され、Ｕ相の界磁ユニットに対し９０度の位相差を有する別のＶ相の界磁ユニットとを備え、第１の界磁マグネット、第１の感熱磁性体、第１の界磁磁極、第２の界磁マグネット、第２の感熱磁性体および第２の界磁磁極を磁気的に直列に接続して磁気回路を形成しており、第１の感熱磁性体を冷却し、かつ、第２の感熱磁性体を加熱し、次に、この冷却・加熱を切り替えることにより回転子マグネットを回転駆動させるような、感熱磁性体を用いた熱モーターが開示されている。

しかしながら、特許文献５に開示されている熱モーターでは、後述の本発明の複合磁性体リングと異なり、第１および第２の界磁マグネットが熱モーターの回転軸に平行な方向に磁化されており、かつ、わざわざ一対のヨーク（界磁磁極）等の軟磁性体を用いて回転軸に平行な方向に磁気回路を形成している。それゆえに、この熱モーターでは、感熱磁性体を加熱する際に、この感熱磁性体の高温部からヨーク等の他の構成要素の低温部へ熱が流れることによる熱損失が大きくなる。

さらに、特許文献５に開示されている熱モーターでは、説明図３および説明図４に示されるように、ヨーク４Ｕが感熱磁性体１Ｕの端面から内側に折れ曲がっており、永久磁石３Ｕに沿って永久磁石３ＵのＳ極方向へ伸びている。このため、ヨーク４Ｕの一部が永久磁石３ＵのＮ極に近づいており、感熱磁性体１Ｕが高温になって透磁率が下がったときに、永久磁石３ＵのＮ極から出た磁束を、ヨーク４Ｕの一部の永久磁石３ＵのＮ極に近い部分で拾ってしまう。その結果、感熱磁性体１Ｕの温度が変化しても、ヨーク４Ｕを通り、界磁ユニットの内部に磁界を発生させる磁束の量は、大きく変化せず、したがって強い回転磁界を作ることは困難である。

また、特許文献５に開示されている熱モーターの説明図４によれば、永久磁石／３ＵのＮ極と永久磁石３ＵのＳ極とはヨーク／４Ｕでつながっており、かつ、永久磁石３ＵのＮ極と永久磁石／３ＵのＳ極とは、感熱磁性体１Ｕおよび感熱磁性体／１Ｕを介して、ヨーク４Ｕでつながっている。このため、大部分の磁束は、説明図４の断面図において反時計回りに上記ループに沿って循環してしまい、回転子の入る場所に強い回転磁界を作ることは困難である。さらに、説明図４によれば、２個の永久磁石から出た磁束は、ヨーク４Ｕとヨーク／４Ｕとの間の隙間を通り、多くの部分がそれぞれ循環してしまい、回転子の入る場所に大きく漏れてこないため、強い回転磁界により充分大きな回転力を発生させることは困難である。

非特許文献１では、既に説明したように、整磁合金等の低温キュリー点磁性体からなる円盤型軟磁性体を有するローターと、外部磁界を印加するための永久磁石を設けたステーターとを具備し、円盤型軟磁性体の一部をステーターの永久磁石の磁極の間に挟み、磁場勾配の大きな領域にある円盤型軟磁性体の一部を加熱するようにした熱磁気エンジンが開示されている。この熱磁気エンジンでは、既に説明したように、円盤型軟磁性体を加熱する際に、この円盤型軟磁性体の低温部から高温部への熱の流れによる熱損失が大きくなる。

したがって、特許文献１〜特許文献５および非特許文献１のいずれにおいても、前述のような従来の熱磁気モーターと同様の問題が発生する。

特開２００８−１２９３１０号公報 特開２００５−７６５６５号公報 特開２００２−２０４５８８号公報 特開２００１−２８９０４５号公報 特開平６−３５１２２２号公報

西川雅弘（大阪大学）および吉川和博（株式会社フジキン）、「排熱エネルギー回収利用のための熱磁気エンジンの開発（１００Ｗ級熱磁気エンジンの設計製作）」（平成１２年度 新エネルギー・産業技術総合開発機構 新規産業創造型提案公募事業 研究成果報告書（最終版）），平成１３年３月，大阪大学（エネルギー・環境技術９８Ｅ 代 ０５−００１）

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、高温部から低温部への熱の流れによる熱損失を最小限に抑えつつ、低コストで排熱エネルギーや太陽光の熱エネルギーを機械エネルギーまたは電気エネルギーとして有効に利用するために使用され得る複合磁性体リング、および、複合磁性体リングにおける低温キュリー点磁性体の高温部から低温部への熱の流れによる熱損失を最小限に抑えつつ、低温の排熱エネルギーや太陽光の熱エネルギーを機械エネルギーまたは電気エネルギーに効率良く変換するためのエネルギー変換器を提供することを目的とするものである。

上記問題点を解決するために、本発明の態様に係る複合磁性体リングは、複数の永久磁石を所定の間隔でリング状に並べ、相隣り合う２つの上記永久磁石の間に、低温のキュリー点を有する低温キュリー点磁性体を挟むことによって、複数の上記永久磁石と複数の上記低温キュリー点磁性体とが交互に並んでリング状に配置されるように構成される。

好ましくは、本発明の態様に係る複合磁性体リングにおいて、各々の上記永久磁石と当該永久磁石と隣り合う上記低温キュリー点磁性体との間に、断熱材を挟むように構成される。

さらに、好ましくは、本発明の態様に係る複合磁性体リングにおいて、少なくとも１つの上記低温キュリー点磁性体が、当該低温キュリー点磁性体のキュリー点の近傍の温度に加熱され、当該低温キュリー点磁性体の透磁率が変化することによって、当該低温キュリー点磁性体の近傍に磁界（磁場）が発生するようになっている。

さらに、好ましくは、本発明の態様に係る複合磁性体リングにおいて、加熱される対象である上記低温キュリー点磁性体を次々に切り替えて加熱し、かつ、加熱される対象以外の上記低温キュリー点磁性体を次々に切り替えて冷却することによって、上記複合磁性体リングの内部に回転磁界が発生するようになっている。

また一方で、本発明の態様に係るエネルギー変換器は、複数の永久磁石を所定の間隔でリング状に並べ、相隣り合う２つの上記永久磁石の間に、低温の（例えば室温の近傍の）キュリー点を有する低温キュリー点磁性体を挟むことによって、複数の上記永久磁石と複数の上記低温キュリー点磁性体とが交互に並んでリング状に配置される複合磁性体リングと、上記複合磁性体リングの内部に配置され、かつ、複数の磁極を有するローターとを備え、上記複合磁性体リング内の少なくとも１つの上記低温キュリー点磁性体が、当該低温キュリー点磁性体のキュリー点の近傍の温度に加熱され、当該低温キュリー点磁性体の透磁率が変化することによって、当該低温キュリー点磁性体の近傍に磁界が発生して上記ローターが回転するように構成される。

好ましくは、本発明の態様に係るエネルギー変換器において、各々の上記永久磁石と当該永久磁石と隣り合う上記低温キュリー点磁性体との間に、断熱材を挟むように構成される。

さらに、好ましくは、本発明の態様に係るエネルギー変換器において、上記ローターに連動して、加熱される対象である上記低温キュリー点磁性体を次々に切り替えて加熱し、かつ、加熱される対象以外の上記低温キュリー点磁性体を次々に切り替えて冷却することによって、上記ローターが連続して回転するように構成される。

また一方で、本発明の他の態様に係るエネルギー変換器は、複数の永久磁石を所定の間隔でリング状に並べ、相隣り合う２つの上記永久磁石の間に、低温のキュリー点を有する低温キュリー点磁性体を挟むことによって、複数の上記永久磁石と複数の上記低温キュリー点磁性体とが交互に並んでリング状に配置される複合磁性体リングと、上記複合磁性体リングの内部に配置され、かつ、複数の磁極を有するローターと、上記複合磁性体リング内の少なくとも１つの上記低温キュリー点磁性体を加熱する加熱手段とを備え、上記加熱手段により、少なくとも１つの上記低温キュリー点磁性体が、当該低温キュリー点磁性体のキュリー点の近傍の温度に加熱され、当該低温キュリー点磁性体の透磁率が変化することによって、当該低温キュリー点磁性体の近傍に磁界が発生して上記ローターが回転するように構成される。

好ましくは、本発明の他の態様に係るエネルギー変換器において、各々の上記永久磁石と当該永久磁石と隣り合う上記低温キュリー点磁性体との間に、断熱材を挟むように構成される。

さらに、好ましくは、本発明の他の態様に係るエネルギー変換器において、上記ローターに連動して、加熱される対象である上記低温キュリー点磁性体を次々に切り替えて加熱し、かつ、加熱される対象以外の上記低温キュリー点磁性体を次々に切り替えて冷却することによって、上記ローターが連続して回転するように構成される。

要約すれば、本発明では、複数の低温キュリー点磁性体と複数の永久磁石とを交互に並べてリング状に配置しているので、加熱される対象である低温キュリー点磁性体のみを他の低温キュリー点磁性体から分離した状態で均一に加熱することができる。それゆえに、当該低温キュリー点磁性体の高温部から他の低温キュリー点磁性体等の低温部への熱の流れによる熱損失が顕著に少なくなり、当該低温キュリー点磁性体を加熱する際の効率が上がる。この場合、低温キュリー点磁性体の高温部と低温部との温度差がごくわずかであっても、この温度差に応じて低温キュリー点磁性体のキュリー点の温度を適切に設定することにより、ローターを回転させることが可能になる。この結果として、低コストで効率良く低温の排熱エネルギーや太陽光の熱エネルギーを機械エネルギーまたは電気エネルギーに変換することが可能になる。

さらに、本発明では、複合磁性体リング内の各々の永久磁石と当該永久磁石と隣り合う低温キュリー点磁性体との間に、断熱材を挟むことによって、低温キュリー点磁性体が断熱材により永久磁石と隔てられた構造になっている。それゆえに、加熱される対象である低温キュリー点磁性体の高温部から他の低温キュリー点磁性体等の低温部へ熱が流れることがなくなり、熱損失が最小限に抑えられる。

本発明との比較の対象として提示された一般の熱磁気モーターの概略的構成を示す平面図である。 本発明に係る複合磁性体リングの概略的構成を示す平面図である。 図２の複合磁性体リングを加熱する方法を説明するための平面図である。 図２の複合磁性体リングを用いた熱磁気モーターの動作原理を示す平面図である。 本発明に係る熱磁気モーターの実施例の概略的構成を示す斜視図である。 図５の実施例における低温キュリー点磁性体と集熱板との配置関係を示す斜視図である。 図５の実施例における太陽光の集光経路とミラーとの関係を示す正面図である。 図５の実施例においてローターが回転する様子を示す平面図である。 図５の実施例の変形例の概略的構成を示す平面図である。 図４の熱磁気モーターの変形例の動作原理を示す図である。

まず、本発明の複合磁性体リングおよびエネルギー変換器の実施例の構成および動作を説明する前に、本発明との比較の対象として提示された一般の熱磁気モーターの構成およびその問題点を、添付の図面（図１）を参照して説明する。

図１は、本発明との比較の対象として提示された一般の熱磁気モーターの概略的構成を示す平面図である。なお、図１に示す熱磁気モーターは、前述の非特許文献１に開示されている熱磁気エンジンにほぼ対応している。

図１において、一般の熱磁気モーターは、整磁合金（例えばＮｉ−Ｆｅ（ニッケル−鉄）合金）等の低温キュリー点磁性体からなる円盤型軟磁性体２１０を有するローター２００と、外部磁界を印加するための永久磁石１１０を設けたステーター１００とを具備している。さらに、ローター２００の主要部を構成する円盤型軟磁性体２１０の一部の領域を加熱して高温部２２０を形成し、円盤型軟磁性体２１０の他の領域を冷却して低温部２３０を形成すると、円盤型軟磁性体内で温度差が生じる。一般に、整磁合金等の円盤型軟磁性体２１０は、キュリー点より低い温度領域では、キュリー点近傍において、キュリー点の温度に近づくにつれて透磁率が急激に低下する。このため、円盤型軟磁性体２１０の高温部の透磁率は、低温部の透磁率よりもはるかに低い値になる。このときに、ステーター１００の永久磁石１１０により、円盤型軟磁性体１００の高温部と低温部との境界面に対してほぼ垂直に外部磁界を印加すると、透磁率の高い円盤型軟磁性体２１０の低温部２３０が、透磁率の低い円盤型軟磁性体２１０の高温部２２０の方向に引かれるように力が発生する。それゆえに、円盤型軟磁性体２１０の低温部２３０から高温部２２０の方向にローター２００を回転させるための回転力（駆動力）が発生し、この回転力に従ってローターが反時計回りに回転する。

図１に示すような一般の熱磁気モーターにおいては、円盤型軟磁性体２１０の一部をステーター１００の永久磁石１１０の磁極の間に挟み、磁場勾配の大きな領域にある円盤型軟磁性体２１０の一部を加熱するようになっている。このため、円盤型軟磁性体２１０の高温部２２０から低温部２３０へ熱が流れてしまい、円盤型軟磁性体２１０の十分な加熱が行われにくくなる（第１の不都合な事態）。

さらに、図１に示すような一般の熱磁気モーターの構造では、円盤型軟磁性体２１０の大きさが限られているので、円盤型軟磁性体２１０の高温部２２０と低温部２３０との間隔をそれほど大きく取ることができない。さらに、大きな回転力を得るためには、円盤型軟磁性体２１０の高温部２２０と低温部２３０の透磁率の差を大きくするために、円盤型軟磁性体２１０の高温部２２０と低温部２３０との境界における温度勾配をある程度大きくする必要がある。代表的に、円盤型軟磁性体２１０の高温部２２０は約１００℃に設定され、低温部２３０は約６０℃に設定されており、その温度差は約４０℃に達する。それゆえに、円盤型軟磁性体を加熱する際の熱の流れによる熱損失が大きい。この結果として、低温の排熱エネルギーや太陽光の熱エネルギーを機械エネルギー等に効率良く変換することが難しくなる（第２の不都合な事態）。

ついで、上記のような第１および第２の不都合な事態に対処するために考え出された本発明の複合磁性体リングおよびエネルギー変換器の実施例の構成および動作を、添付図面（図２〜図１０）を参照しながら説明する。

図２は、本発明に係る複合磁性体リングの概略的構成を示す平面図である。ここでは、低温の排熱エネルギーや太陽光の熱エネルギーを機械エネルギーまたは電気エネルギーに変換するためのエネルギー変換器（例えば熱磁気モーター）に適用されるような本発明の実施例による複合磁性体リング１の構成を簡略化して示す。なお、これ以降、前述した構成要素と同様のものについては、同一の参照番号を付して表すこととする。

本発明の実施例による複合磁性体リング１を作製する場合、図２の（Ｉ）に示すように、複数の永久磁石２を一定の間隔でリング状に並べ、相隣り合う２つの永久磁石の間に、比較的低温（例えば室温の近傍）のキュリー点を有する低温キュリー点磁性体３を挟む。これによって、複合磁性体リング１は、図２の（ＩＩ）に示すように、複数の永久磁石２と複数の低温キュリー点磁性体３とが交互に並んでリング状に配置されるような構造になる。ここでは、複合磁性体リング１は、６個の低温キュリー点磁性体を有しているが、これ以外の任意の数の低温キュリー点磁性体を有する複合磁性体リングを作製することも可能である。実際上、複合磁性体リング１を作製する場合、複数の永久磁石２を一定の間隔でＳ極とＮ極を向かい合わせてリング状に並べ、相隣り合う２つの永久磁石の間に低温キュリー点磁性体３を挟むことが好ましい。

さらに、図２の（Ｉ）に示すように、各々の永久磁石２と当該永久磁石２と隣り合う低温キュリー点磁性体３との間に、断熱シート等の断熱材４を挟む。これらの断熱材４によって、複数の永久磁石２のいずれか一方の端部（Ｎ極またはＳ極の部分）と、複数の低温キュリー点磁性体３のいずれか一方の端とが直接接触しないようになっており、低温キュリー点磁性体３の高温部から低温部へ熱が流れるのを防止することが可能になる（断熱材４による断熱効果が得られる）。なお、図２の（ＩＩ）ならびに後述の図３、図４、図５および図１０では、複合磁性体リング１の構造に関連した説明を簡単にするために、断熱材４の図示を省略している。

好ましくは、永久磁石２として、低価格のバリウムフェライト磁石が使用される。また一方で、低温キュリー点磁性体３として、同様に低価格のマンガン亜鉛フェライト（例えば、組成Ｍｎ_０．２５Ｚｎ_０．７５Ｆｅ_２Ｏ_４のマンガン亜鉛フェライト）が使用される。ここでは、低温キュリー点磁性体のキュリー点の温度は、室温（２５℃）の近傍（例えば３０℃〜６０℃）に予め設定されているが、通常、その組成に依存して約−４０℃〜１００℃まで変化させることが可能である。さらに、断熱材４として、例えばテフロン（登録商標）シートからなる断熱シートが使用されている。

あるいは、代替的な構成として、各々の永久磁石と当該永久磁石と隣り合う低温キュリー点磁性体との間に断熱材を挟む代わりに、各々の低温キュリー点磁性体の両側に狭い隙間（ギャップ）を設けておくことも可能である。このような構成においても、前述の図１の複合磁性体リングの場合と同様に、複数の永久磁石のいずれか一方の端部と、複数の低温キュリー点磁性体のいずれか一方の端とが直接接触しないようになっているので、低温キュリー点磁性体の高温部から低温部へ熱が流れるのを防止することが可能になる。

図３は、図２の複合磁性体リングを加熱する方法を説明するための平面図であり、図４は、図２の複合磁性体リングを用いた熱磁気モーターの動作原理を示す平面図である。ここでは、熱磁気モーター等のエネルギー変換器において、本発明の実施例による複合磁性体リング１が、１２個の磁極を有するステーターとして使用される場合を想定する。ただし、１２個以外の任意の数の磁極を有するステーターを熱磁気モーター等に使用することも可能である。

複数の低温キュリー点磁性体３が全て加熱されずに低温（Ｌ）（例えば室温（２５℃））になっている状態では、全ての低温キュリー点磁性体３の透磁率が比較的高い値になっているままである。この状態では、各々の永久磁石２の端部（Ｎ極またはＳ極の部分）にて発生する磁束は、各々の永久磁石２に隣接して配置される低温キュリー点磁性体３内を集中的に通過し、低温キュリー点磁性体３の外部にはほとんど漏れてこない。このため、低温キュリー点磁性体３の外部には磁界が発生しない。

ここで、図３の（１）に示すように、複数の低温キュリー点磁性体３を全て加熱して高温（Ｈ）（例えば４０℃）にし、複数の低温キュリー点磁性体３のキュリー点の近傍の温度に上昇させた状態では、全ての低温キュリー点磁性体３の透磁率が比較的低い値になるように変化する。この状態では、各々の永久磁石２の端部にて発生する磁束は、各々の永久磁石２に隣接して配置される低温キュリー点磁性体３内を通過するのみでなく、当該低温キュリー点磁性体３の近傍の外部にも漏れてくる。ただし、このときには、全ての低温キュリー点磁性体３の近傍に同様に磁界が発生するので、回転磁界を発生することができない。複合磁性体リング１の内側に回転磁界を発生させることができないので、複合磁性体リング１の内部に配置されているローターを回転させることができない。

また一方で、図３の（２）に示すように、複数の低温キュリー点磁性体３を交互に加熱して（すなわち、６個の低温キュリー点磁性体３を１つおきに加熱して）３個の低温キュリー点磁性体３を高温（Ｈ）にし、加熱される対象である低温キュリー点磁性体３のキュリー点の近傍の温度に上昇させた状態では、加熱される対象である低温キュリー点磁性体３の透磁率が比較的低い値になるように変化する。これに対して、加熱される対象以外の３個の低温キュリー点磁性体３は、低温（Ｌ）の近傍まで自然冷却されており、加熱される対象以外の低温キュリー点磁性体３の透磁率は比較的高い値になっているままである。この状態では、加熱される対象である３個の低温キュリー点磁性体３に隣接して配置される永久磁石２の端部にて発生する磁束は、加熱される対象である低温キュリー点磁性体３内を通過するのみでなく、当該低温キュリー点磁性体３の近傍の外部にも漏れてくる。このときには、加熱される対象である３個の低温キュリー点磁性体３の近傍にのみ磁界が発生し、複合磁性体リング１の内側に回転磁界を発生させることができるので、複合磁性体リング１の内部に配置されているローターを回転させることができる。

さらに、図３の（３）に示すように、複合磁性体リング１の中心を通り対称に２個の低温キュリー点磁性体３を加熱して高温（Ｈ）にし、加熱される対象である低温キュリー点磁性体３のキュリー点の近傍の温度に上昇させた状態では、加熱される対象である低温キュリー点磁性体３の透磁率が比較的低い値になるように変化する。これに対して、加熱される対象以外の４個の低温キュリー点磁性体３は、低温（Ｌ）の近傍で自然冷却されており、加熱される対象以外の低温キュリー点磁性体３の透磁率は比較的高い値になっているままである。この状態では、加熱される対象である２個の低温キュリー点磁性体３に隣接して配置される永久磁石２の端部にて発生する磁束は、加熱される対象である低温キュリー点磁性体３の近傍の外部に漏れてくる。このときには、加熱される対象である２個の低温キュリー点磁性体３の近傍にのみ磁界が発生し、複合磁性体リング１の内側に回転磁界を発生させることができるので、前述の図３の（２）の場合と同様に、複合磁性体リング１の内部に配置されているローターを回転させることができる。

さらに、図３の（４）に示すように、１個の低温キュリー点磁性体３のみを加熱して高温（Ｈ）にし、加熱される対象である低温キュリー点磁性体３のキュリー点の近傍の温度に上昇させた状態では、加熱される対象である低温キュリー点磁性体３の透磁率が比較的低い値になるように変化する。これに対して、加熱される対象以外の５個の低温キュリー点磁性体３は、低温（Ｌ）の近傍で自然冷却されており、加熱される対象以外の低温キュリー点磁性体３の透磁率は比較的高い値になっているままである。この状態では、加熱される対象である１個の低温キュリー点磁性体３に隣接して配置される永久磁石２の端部にて発生する磁束は、加熱される対象である低温キュリー点磁性体３の近傍の外部に漏れてくる。このときには、加熱される対象である１個の低温キュリー点磁性体３の近傍にのみ磁界が発生し、複合磁性体リング１の内側に回転磁界を発生させることができるので、前述の図３の（２）および（３）の場合と同様に、複合磁性体リング１の内部に配置されているローターを回転させることができる。

なお、図３の（２）〜（４）にて説明した複合磁性体リングを加熱する方法では、加熱される対象である低温キュリー点磁性体が加熱された後に、低温（例えば室温）の近傍になるように自然冷却されるようになっているが、冷却水等の流体を使用して、加熱された後の低温キュリー点磁性体を室温またはそれより低い温度まで強制的に冷却することも可能である。このようにすれば、高温の低温キュリー点磁性体の透磁率と低温の低温キュリー点磁性体の透磁率との差を相対的に大きくすることができるので、複合磁性体リングの内側にて前述の図３の（２）〜（４）の場合よりも強い回転磁界を発生させることが可能になる。

ついで、図４の（ａ）〜（ｄ）に示す動作原理を参照しながら、例えば図３の（３）の加熱方法（すなわち、複合磁性体リング１の中心を通り対称に２個の低温キュリー点磁性体を加熱する方法）に従って熱磁気モーターを回転動作させる場合の動作原理を説明する。

図４の（ａ）〜（ｄ）に例示されている熱磁気モーターは、前述の図２の（ＩＩ）のような６個の永久磁石２と６個の低温キュリー点磁性体３とが交互に並んで配置される複合磁性体リング１からなる１２個の磁極を有するステーター１０と、複合磁性体リング１の内部に配置されるローター５とを備えている。ここでは、ローター５は、８個の磁極６−１〜６−８を有しているが、これ以外の任意の数の磁極を有するローターをステーターの内部に配置することも可能である。ただし、ローターの磁極の位置に関係なくローターの起動（ローターの静止状態から回転が始まること）を可能にするために、ステーターの永久磁石の数と低温キュリー点磁性体の数が３の倍数であるときには、ローターの磁極の数が３の倍数でないことが望ましい。あるいは、ローターの磁極の数が３の倍数であるときには、ステーターの永久磁石の数と低温キュリー点磁性体の数が３の倍数でないことが望ましい。

初めに、ローター５が、図４の（ａ）に示すような位置にあると想定する。ここでは、ｄ−１の方向にある低温キュリー点磁性体３の中心の位置と、ローター５のＮ極の磁極６−１とＳ極の磁極６−２との中間の位置とが少しずれている。また一方で、ｄ−４の方向にある低温キュリー点磁性体３の中心の位置と、ローター５のＮ極の磁極６−５とＳ極の磁極６−６の中間の位置とが少しずれている。ｄ−１の方向にある低温キュリー点磁性体３と、ｄ−４の方向にある低温キュリー点磁性体３とは、複合磁性体リング１の中心を通り互いに対称の位置に存在する。

このときに、図４の（ａ）に示すように、複合磁性体リング１の中心を通り対称の位置に存在するようなｄ−１の方向にある低温キュリー点磁性体３と、ｄ−４の方向にある低温キュリー点磁性体３とを同時に加熱して高温（Ｈ）にし、ｄ−１の方向およびｄ−４の方向にある２個の低温キュリー点磁性体３のキュリー点の近傍の温度にまで上昇させる。この状態では、ｄ−１の方向およびｄ−４の方向にある２個の低温キュリー点磁性体３の透磁率が比較的低い値になるように変化する。このときに、ｄ−１の方向にある低温キュリー点磁性体３の両側にＳ極およびＮ極の磁極が発生し、ｄ−１の方向にある低温キュリー点磁性体３の近傍に磁界が形成される。この場合、ｄ−１の方向にある低温キュリー点磁性体３の両側のＳ極およびＮ極の磁極により形成される磁界の向きと、ローター５の２個の磁極６−１、６−２により形成される磁界の向きとがほぼ平行でかつ反対方向になるように（すなわち、静磁エネルギーが最小になるように）、ローター５に対して回転トルクが発生する。また一方で、ｄ−４の方向にある低温キュリー点磁性体３の両側のＳ極およびＮ極の磁極により形成される磁界の向きと、ローター５の２個の磁極６−５、６−６により形成される磁界の向きとがほぼ平行でかつ反対方向になるように、ローター５に対して前述の２個の磁極６−１、６−２の場合と同様の回転トルクが発生する。

図４の（ａ）では、この回転トルクによって、ｄ−１の方向にある低温キュリー点磁性体３の中心の位置と、ローター５のＮ極の磁極６−１とＳ極の磁極６−２との中間の位置とが複合磁性体リング１の中心の位置から見て同一の方向に位置するように（すなわち、静磁エネルギーが最小になるように）、ローター５が反時計回りにわずか回転する。同様に、ｄ−４の方向にある低温キュリー点磁性体３の中心の位置と、ローター５のＮ極の磁極６−５とＳ極の磁極６−６との中間の位置とが複合磁性体リング１の中心の位置から見て同一の方向に位置するように、ローター５が、前述の２個の磁極６−１、６−２の場合と同じ角度だけ反時計回りに回転する。もし、加熱される対象である低温キュリー点磁性体３が切り替わらなければ、ローター５は、反時計回りにわずか回転して停止することになる。

次に、図４の（ｂ）に示すように、前述の図４の（ａ）で加熱されなかった互いに対称の位置に存在する２個の低温キュリー点磁性体３を、今回加熱される対象として切り替える。ここでは、複合磁性体リング１の中心を通り対称の位置に存在するｄ−３の方向にある低温キュリー点磁性体３と、ｄ−６の方向にある低温キュリー点磁性体３とを同時に加熱して高温（Ｈ）にし、ｄ−３の方向およびｄ−６の方向にある２個の低温キュリー点磁性体３のキュリー点の近傍の温度にまで上昇させる。この状態では、ｄ−３の方向およびｄ−６の方向にある２個の低温キュリー点磁性体３の透磁率が比較的低い値になるように変化する。このときに、ｄ−３の方向にある低温キュリー点磁性体３の両側にＳ極およびＮ極の磁極が発生し、ｄ−３の方向にある低温キュリー点磁性体３の近傍に磁界が形成される。この場合、ｄ−３の方向にある低温キュリー点磁性体３の両側のＳ極およびＮ極の磁極により形成される磁界の向きと、ローター５の２個の磁極６−３、６−４により形成される磁界の向きとがほぼ平行でかつ反対方向になるように、ローター５に対して回転トルクが発生する。また一方で、ｄ−６の方向にある低温キュリー点磁性体３の両側のＳ極およびＮ極の磁極により形成される磁界の向きと、ローター５の２個の磁極６−７、６−８により形成される磁界の向きとがほぼ平行でかつ反対方向になるように、ローター５に対して前述の２個の磁極６−３、６−４の場合と同様の回転トルクが発生する。

図４の（ｂ）では、この回転トルクによって、ｄ−３の方向にある低温キュリー点磁性体３の中心の位置と、ローター５のＮ極の磁極６−３とＳ極の磁極６−４との中間の位置とが複合磁性体リング１の中心の位置から見て同一の方向に位置するように、ローター５０が反時計回りに所定の角度だけ（例えば３０度）回転する。同様に、ｄ−６の方向にある低温キュリー点磁性体３の中心の位置と、ローター５のＮ極の磁極６−７とＳ極の磁極６−８との中間の位置とが複合磁性体リング１の中心の位置から見て同一の方向に位置するように、ローター５が、前述の２個の磁極６−３、６−４の場合と同じ角度だけ反時計回りに回転する。ただし、図４の（ｂ）に示すローター５は、図４の（ｂ）に示す複合磁性体リング１の温度分布の結果発生した回転トルクによって、図４の（ａ）の方向から所定の角度回転した後の状態を示している。

これと同時に、ｄ−１およびｄ−４の方向にある２個の低温キュリー点磁性体３は、加熱されなくなったために温度が低下し、低温（Ｌ）の近傍になるように自然冷却される。この状態では、ｄ−１およびｄ−４の方向にある２個の低温キュリー点磁性体３の透磁率が比較的高い値になるように変化する。このため、当該低温キュリー点磁性体３の両側に発生していた磁極が消滅する。この結果として、ローター５の２個の磁極６−１、６−２と、ｄ−１の方向にある低温キュリー点磁性体３の両側に発生していた磁界との相互作用がなくなると共に、ローター５の２個の磁極６−５、６−６と、ｄ−４の方向にある低温キュリー点磁性体３の両側に発生していた磁界との相互作用がなくなり、前述のようにローター５が例えば３０度回転することを容易にする。

なお、図４の（ｂ）では、ｄ−１およびｄ−４の方向にある２個の低温キュリー点磁性体３が加熱された後に、低温（Ｌ）の近傍になるように自然冷却されるようになっているが、冷却水等の流体を使用して、加熱された後の２個の低温キュリー点磁性体を室温またはそれより低い温度まで強制的に冷却することも可能である。このようにすれば、高温（Ｈ）の低温キュリー点磁性体の透磁率と低温（Ｌ）の低温キュリー点磁性体の透磁率との差を相対的に大きくすることができるので、複合磁性体リングの内側にて前述の図４の（ｂ）の場合よりも強い回転磁界を発生させることが可能になる。

さらに、図４の（ｃ）に示すように、前述の図４の（ａ）および（ｂ）で加熱されなかった互いに対称の位置に存在する２個の低温キュリー点磁性体３を、今回加熱される対象として切り替える。ここでは、複合磁性体リング１の中心を通り対称の位置に存在するｄ−２の方向にある低温キュリー点磁性体３と、ｄ−５の方向にある低温キュリー点磁性体３とを同時に加熱して高温（Ｈ）にし、ｄ−２の方向およびｄ−５の方向にある２個の低温キュリー点磁性体３のキュリー点の近傍の温度にまで上昇させる。この状態では、ｄ−２の方向およびｄ−５の方向にある２個の低温キュリー点磁性体３の透磁率が比較的低い値になるように変化する。このときに、ｄ−２の方向にある低温キュリー点磁性体３の両側にＳ極およびＮ極の磁極が発生し、ｄ−５の方向にある低温キュリー点磁性体３の近傍に磁界が形成される。この場合、ｄ−２の方向にある低温キュリー点磁性体３の両側のＳ極およびＮ極の磁極により形成される磁界の向きと、ローター５の２個の磁極６−１、６−２により形成される磁界の向きとがほぼ平行でかつ反対方向になるように、ローター５に対して回転トルクが発生する。また一方で、ｄ−５の方向にある低温キュリー点磁性体３の両側のＳ極およびＮ極の磁極により形成される磁界の向きと、ローター５の２個の磁極６−５、６−６により形成される磁界の向きとがほぼ平行でかつ反対方向になるように、ローター５に対して前述の２個の磁極６−１、６−２の場合と同様の回転トルクが発生する。

図４の（ｃ）では、この回転トルクによって、ｄ−２の方向にある低温キュリー点磁性体３の中心の位置と、ローター５のＮ極の磁極６−１とＳ極の磁極６−２との中間の位置とが複合磁性体リング１の中心の位置から見て同一の方向に位置するように、ローター５がさらに反時計回りに例えば３０度回転する。同様に、ｄ−５の方向にある低温キュリー点磁性体３の中心の位置と、ローター５のＮ極の磁極６−５とＳ極の磁極６−６との中間の位置とが複合磁性体リング１の中心の位置から見て同一の方向に位置するように、ローター５が、前述の２個の磁極６−１、６−２の場合と同じ角度だけ反時計回りに回転する。ただし、図４の（ｃ）に示したローター５は、図４の（ｃ）に示す複合磁性体リング１の温度分布の結果発生した回転トルクによって、図４の（ｂ）の方向から所定の角度回転した後の状態を示している。

これと同時に、ｄ−３およびｄ−６の方向にある２個の低温キュリー点磁性体３は、加熱されなくなったために温度が低下し、低温（Ｌ）の近傍になるように自然冷却される。この状態では、ｄ−３およびｄ−６の方向にある２個の低温キュリー点磁性体３の透磁率が比較的高い値になるように変化する。このため、当該低温キュリー点磁性体３の両側に発生していた磁極が消滅する。この結果として、ローター５の２個の磁極６−３、６−４と、ｄ−３の方向にある低温キュリー点磁性体３の両側に発生していた磁界との相互作用がなくなると共に、ローター５の２個の磁極６−７、６−８と、ｄ−６の方向にある低温キュリー点磁性体３の両側に発生していた磁界との相互作用がなくなり、前述のようにローター５が例えば３０度回転することを容易にする。

なお、図４の（ｃ）では、ｄ−３およびｄ−６の方向にある２個の低温キュリー点磁性体３が加熱された後に、低温（Ｌ）の近傍になるように自然冷却されるようになっているが、冷却水等の流体を使用して、加熱された後の２個の低温キュリー点磁性体を室温またはそれより低い温度まで強制的に冷却することも可能である。このようにすれば、高温（Ｈ）の低温キュリー点磁性体の透磁率と低温（Ｌ）の低温キュリー点磁性体の透磁率との差を相対的に大きくすることができるので、複合磁性体リングの内側にて前述の図４の（ｃ）の場合よりも強い回転磁界を発生させることが可能になる。

さらに、図４の（ｄ）に示すように、前述の図４の（ｂ）および（ｃ）で加熱されなかった互いに対称の位置に存在する２個の低温キュリー点磁性体３（ここでは、前述の図４の（ａ）で加熱された後に自然冷却されているような互いに対称の位置に存在する２個の低温キュリー点磁性体３）を、今回加熱される対象として切り替える。ここでは、複合磁性体リング１の中心を通り対称の位置に存在するｄ−１の方向にある低温キュリー点磁性体３と、ｄ−４の方向にある低温キュリー点磁性体３とを同時に加熱して高温（Ｈ）にし、ｄ−１の方向およびｄ−４の方向にある２個の低温キュリー点磁性体３のキュリー点の近傍の温度にまで再度上昇させる。この状態では、ｄ−１の方向およびｄ−４の方向にある２個の低温キュリー点磁性体３の透磁率が比較的低い値になるように変化する。このときに、ｄ−１の方向にある低温キュリー点磁性体３の両側にＳ極およびＮ極の磁極が発生し、ｄ−４の方向にある低温キュリー点磁性体３の近傍に磁界が形成される。この場合、ｄ−１の方向にある低温キュリー点磁性体３の両側のＳ極およびＮ極の磁極により形成される磁界の向きと、ローター５の２個の磁極６−７、６−８により形成される磁界の向きとがほぼ平行でかつ反対方向になるように、ローター５に対して回転トルクが発生する。また一方で、ｄ−４の方向にある低温キュリー点磁性体３の両側のＳ極およびＮ極の磁極により形成される磁界の向きと、ローター５の２個の磁極６−３、６−４により形成される磁界の向きとがほぼ平行でかつ反対方向になるように、ローター５に対して前述の２個の磁極６−７、６−８の場合と同様の回転トルクが発生する。

図４の（ｄ）では、この回転トルクによって、ｄ−１の方向にある低温キュリー点磁性体３の中心の位置と、ローター５のＮ極の磁極６−７とＳ極の磁極６−８との中間の位置とが複合磁性体リング１の中心の位置から見て同一の方向に位置するように、ローター５がさらに反時計回りに例えば３０度回転する。同様に、ｄ−４の方向にある低温キュリー点磁性体３の中心の位置と、ローター５のＮ極の磁極６−３とＳ極の磁極６−４との中間の位置とが複合磁性体リング１の中心の位置から見て同一の方向に位置するように、ローター５が、前述の２個の磁極６−７、６−８の場合と同じ角度だけ反時計回りに回転する。ただし、図４の（ｄ）に示したローター５は、図４の（ｄ）に示す複合磁性体リング１の温度分布の結果発生した回転トルクによって、図４の（ｃ）の方向から所定の角度回転した後の状態を示している。

これと同時に、ｄ−２およびｄ−５の方向にある２個の低温キュリー点磁性体３は、加熱されなくなったために温度が低下し、低温（Ｌ）の近傍になるように自然冷却される。この状態では、ｄ−２およびｄ−５の方向にある２個の低温キュリー点磁性体３の透磁率が比較的高い値になるように変化する。このため、当該低温キュリー点磁性体３の両側に発生していた磁極が消滅する。この結果として、ローター５の２個の磁極６−１、６−２と、ｄ−２の方向にある低温キュリー点磁性体３の両側に発生していた磁界との相互作用がなくなると共に、ローター５の２個の磁極６−５、６−６と、ｄ−５の方向にある低温キュリー点磁性体３の両側に発生していた磁界との相互作用がなくなり、前述のようにローター５が例えば３０度回転することを容易にする。

なお、図４の（ｄ）では、ｄ−２およびｄ−５の方向にある２個の低温キュリー点磁性体３が加熱された後に、低温（Ｌ）の近傍になるように自然冷却されるようになっているが、冷却水等の流体を使用して、加熱された後の２個の低温キュリー点磁性体を室温またはそれより低い温度まで強制的に冷却することも可能である。このようにすれば、高温（Ｈ）の低温キュリー点磁性体の透磁率と低温（Ｌ）の低温キュリー点磁性体の透磁率との差を相対的に大きくすることができるので、複合磁性体リングの内側にて前述の図４の（ｄ）の場合よりも強い回転磁界を発生させることが可能になる。

上記のような図４の（ａ）〜（ｄ）の動作原理に従って、加熱される対象である低温キュリー点磁性体３を次々に切り替えて加熱し、これと同時に、加熱される対象以外の低温キュリー点磁性体３（加熱された後の低温キュリー点磁性体３も含む）を次々に切り替えて自然冷却することによって、複合磁性体リング１の内部に連続した回転磁界が発生し、ローター５の磁極の位置に関係なくローター５の起動ができる状態で、ローター５が連続して回転するようになる。なお、前述のように、加熱された後の低温キュリー点磁性体を自然冷却する代わりに、冷却水等の流体を使用して、加熱された後の２個の低温キュリー点磁性体を室温またはそれより低い温度まで強制的に冷却することも可能である。

図４の（ａ）〜（ｄ）に例示されている熱磁気モーターは、６個の永久磁石と６個の低温キュリー点磁性体とが交互に並んで配置される複合磁性体リングからなる１２個の磁極を有するステーターと、上記複合磁性体リングの内部に配置される８個の磁極を有するローターとから構成されており、複合磁性体リングの中心を通り対称に、２個の低温キュリー点磁性体を時計回りに６０度ずつ次々に切り替えて加熱したときに、ローターは反時計回りに３０度ずつ回転する。
また、複合磁性体リングの中心を通り対称に、２個の低温キュリー点磁性体を反時計回りに６０度ずつ次々に切り替えて加熱したときに、ローターは時計回りに３０度ずつ回転する。

なお、例えば図１０にて後述するように、熱磁気モーターが、３個の永久磁石（または６個の永久磁石）と３個の低温キュリー点磁性体とが交互に並んで配置される複合磁性体リングからなる６個の磁極を有するステーターと、上記複合磁性体リングの内部に配置される４個の磁極を有するローターとから構成される場合には、複合磁性体リングの１個の低温キュリー点磁性体を時計回りに１２０度ずつ次々に切り替えて加熱したときに、ローターは反時計回りに６０度ずつ回転する。
また、複合磁性体リングの１個の低温キュリー点磁性体を反時計回りに１２０度ずつ次々に切り替えて加熱したときに、ローターは時計回りに６０度ずつ回転する。

上記の図２〜図４の実施例による複合磁性体リングでは、複数の低温キュリー点磁性体と複数の永久磁石とを交互に並べてリング状に配置しているので、加熱される対象として選択された低温キュリー点磁性体のみを他の低温キュリー点磁性体から分離した状態で均一に加熱することができる。それゆえに、加熱される対象である低温キュリー点磁性体の高温部から、室温の近傍で自然冷却されている低温キュリー点磁性体の低温部への熱の流れによる熱損失が顕著に少なくなり、当該低温キュリー点磁性体を加熱する際の効率が上がる。それゆえに、低温キュリー点磁性体の高温部（例えば４０℃）と低温部（例えば室温（２５℃））との温度差（例えば１５℃）がごくわずかであっても、この温度差に応じて低温キュリー点磁性体のキュリー点の温度を適切に設定することにより、ローターが連続して回転するような熱磁気モーターを提供することが可能になる。

さらに、上記実施例による複合磁性体リングでは、永久磁石として、低価格のバリウムフェライト磁石を使用し、また一方で、低温キュリー点磁性体として、同様に低価格のマンガン亜鉛フェライトを使用している。それゆえに、上記のような複合磁性体リングを有する熱磁気モーター等を使用して、低コストで効率良く低温の排熱エネルギーや太陽光の熱エネルギーを機械エネルギーまたは電気エネルギーに変換することが可能になる。

さらに、上記実施例による複合磁性体リングでは、複合磁性体リング内の各々の永久磁石と当該永久磁石と隣り合う低温キュリー点磁性体との間に、断熱材を挟むことによって、低温キュリー点磁性体が断熱材により永久磁石と隔てられた構造になっている。それゆえに、加熱される対象である低温キュリー点磁性体の高温部から、当該低温キュリー点磁性体に隣接して配置される永久磁石や他の低温キュリー点磁性体の低温部へ熱が流れることがなくなり、熱損失が最小限に抑えられる。

あるいは、代替的に、各々の永久磁石と当該永久磁石と隣り合う低温キュリー点磁性体との間に断熱材を挟む代わりに、各々の低温キュリー点磁性体の両側に狭い隙間（ギャップ）を設けておく構造にすることも可能である。このような構造においても、上記実施例による複合磁性体リングの場合と同様に、複数の永久磁石のいずれか一方の端部と、複数の低温キュリー点磁性体のいずれか一方の端とが直接接触しないようになっているので、加熱される対象である低温キュリー点磁性体の高温部から、当該低温キュリー点磁性体に隣接して配置される永久磁石や他の低温キュリー点磁性体の低温部へ熱が流れることがなくなり、熱損失が最小限に抑えられる。

さらに、上記実施例による複合磁性体リングでは、各々の永久磁石と低温キュリー点磁性体との間に、軟磁性体のヨークを挟むことによって、複合磁性体リングの外側へ流れる磁束を減らし、複合磁性体リングの内側へ流れる磁束を増やすことができるので、その結果、ヨークのない場合より強い磁界を複合磁性体リングの内側へ発生させ、ローターの回転トルクを増大させることが可能である。

さらに、上記実施例による複合磁性体リングでは、太陽光を照射することにより複数の複合磁性体リングの少なくとも１個を加熱して複合磁性体リングの高温部を作り出すことによって、太陽熱による回転機発電が可能になる。ここで、前述のように、永久磁石として、低価格のバリウムフェライト磁石を使用し、かつ、低温キュリー点磁性体として、低価格のマンガン亜鉛フェライトを使用することによって、極めて低コストの太陽熱発電を実現することが可能になる。

さらに、上記実施例による複合磁性体リングでは、低温の排熱エネルギーにより複数の複合磁性体リングの少なくとも１個を加熱して複合磁性体リングの高温部を作り出すことによって、極めて低コストの排熱回収システムを実現することが可能になる。

図５は、本発明に係る熱磁気モーターの実施例の概略的構成を示す斜視図、図６は、図５の実施例における低温キュリー点磁性体と集熱板との配置関係を示す斜視図、そして、図７は、図５の実施例における太陽光の集光経路とミラーとの関係を示す正面図である。ただし、ここでは、本発明の実施例によるエネルギー変換器として、太陽光の熱エネルギーを機械エネルギーに変換するための熱磁気モーターの構成を例示する。

図５において、本発明の実施例による熱磁気モーターは、マンガン亜鉛フェライト（組成Ｍｎ_０．２５Ｚｎ_０．７５Ｆｅ_２Ｏ_４）等からなる６対の低温キュリー点磁性体３（すなわち、６個の上側低温キュリー点磁性体３ａおよび６個の下側低温キュリー点磁性体３ｂ）と、バリウムフェライト等からなる６個の永久磁石２とが交互に並んで配置される複合磁性体リング１により構成されたステーター１０を備えている。さらに、ステーター１０の中央部に、２個の希土類磁石等からなる磁極６１、６２（Ｎ極とＳ極）を有するローター５０が配置されている。ローター５０には、このローター５０に連動して回転する回転シャフト８が取り付けられている。

さらに、図５において、第１の反射面７１ａを有する第１のミラー７１が、ローター５０の回転軸に対し４５度傾いた状態で、回転シャフト８に固定されている。さらに、第２の反射面７２ａを有する第２のミラー７２が、第１のミラー７１からローター５０の回転軸に対し垂直の方向に突き出した状態で、かつ、ローター５０の回転軸に対し４５度傾いた状態で配置されている。この第２のミラー７２は、透明のボックス７３により第１のミラー７１に固定されている。第１のミラー７１の上部には、太陽光ＳＬを集光して第２のミラー７２に入射するためのレンズ７０が配置されている。さらに、複合磁性体リング１の周囲には、複数の低温キュリー点磁性体３にそれぞれ別個に接触して配置される複数の集熱板７が張り出している。各々の集熱板７は、Ｃｕ（銅）等の非磁性でかつ良好な熱伝導率を有する材料により作製される。高温部から低温部へ熱が流れるのを防止するために、各々の集熱板と当該集熱板と隣り合う集熱板との間には、わずかな空隙ＳＰが形成されている。上記の第１のミラー７１、第２のミラー７２、透明のボックス７３およびレンズ７０は、太陽光ＳＬを集光して少なくとも１つの集熱板７に照射する光学装置を構成する。

この光学装置により少なくとも１つの集熱板７の表面に照射された光は、当該集熱板７により熱エネルギーに変換される。変換された熱エネルギーは、当該集熱板７に接触している低温キュリー点磁性体３に伝達され、この低温キュリー点磁性体３を加熱するために利用される。

より詳しく説明すると、太陽光ＳＬはレンズ７０により集光され、レンズ７０の中心Ｏと第１のミラー７１の中心とを結ぶラインに向かって集束する。このようにして集束された光ＦＬは、第１のミラー７１の第１の反射面７１ａおよび第２のミラーの７２の第２の反射面７２ａにて反射され、複合磁性体リング１の周囲に張り出している任意の１つの集熱板７の表面のスポットＰに集中的に照射される。この集熱板７の表面のスポットＰに照射された光によって、集熱板７が加熱されて高温（Ｈ）になり、このときに発生する熱によって、当該集熱板７に接触している低温キュリー点磁性体３が、当該低温キュリー点磁性体３のキュリー点の近傍の温度になるように加熱される。このような低温キュリー点磁性体の加熱方法は、前述の図３の（４）に説明されている加熱方法（すなわち、１個の低温キュリー点磁性体のみを加熱する方法）とほぼ同様である。

集熱板７により加熱される対象である低温キュリー点磁性体３が、そのキュリー点の近傍の温度にまで上昇した場合、前述の図４の（ａ）〜（ｄ）で説明したように、加熱される対象である低温キュリー点磁性体３の透磁率が比較的低い値になるように変化し、当該低温キュリー点磁性体３に隣接して配置される永久磁石２の端部から出る磁束が、当該低温キュリー点磁性体３の近傍の外部に漏れてくる。この磁束は、複合磁性体リング１の中央に置かれたローター５０の２個の磁極６１、６２が存在する場所に磁界を形成する。この磁界によってローター５０に回転トルクが与えられ、ローター５０が反時計回りに回転する。

ローター５０が回転すると同時に、このローター５０に連動して回転する回転シャフト８に固定されている第１のミラー７１が回転し、さらに、透明のボックス７３により第１のミラー７１に固定されている第２のミラー７２も回転してスポットＰが集熱板７の上を順次移動する。このため、加熱される対象である低温キュリー点磁性体３が次々に切り替えられ、当該低温キュリー点磁性体３のキュリー点の近傍の温度になるように次々に加熱される。第２のミラー７２が、これまで加熱されていた集熱板７を通過した後は、当該集熱板７は、空気の対流により室温（２５℃）の近傍まで自然冷却される。

あるいは、代替的な構成として、冷却水等の流体を使用して、加熱された後の集熱板７および当該集熱板に接触している低温キュリー点磁性体を室温またはそれより低い温度まで強制的に冷却することも可能である。このようにすれば、加熱される対象の低温キュリー点磁性体の透磁率と加熱された後の低温キュリー点磁性体の透磁率との差を相対的に大きくすることができるので、複合磁性体リングの内側により強い回転磁界を発生させることが可能になる。

さらに、加熱される対象である低温キュリー点磁性体３に隣接して配置される永久磁石２が加熱されないようにするために、各々の低温キュリー点磁性体３と当該低温キュリー点磁性体３と隣り合う永久磁石２との間には、薄いテフロン（登録商標）シート等の断熱シートが挟まれている（図５では、断熱シートの図示を省略する：後述の図８を参照のこと）。この断熱シートによって、加熱される対象である低温キュリー点磁性体３の高温部から、当該低温キュリー点磁性体３に隣接して配置される永久磁石２へ熱が流れるのを防止することが可能になる。

あるいは、代替的な構成として、各々の永久磁石と当該永久磁石と隣り合う低温キュリー点磁性体との間に断熱シートを挟む代わりに、各々の低温キュリー点磁性体の両側に狭い隙間（ギャップ）を設けておくことも可能である。このような構成においても、前述の図５の複合磁性体リングの場合と同様に、複数の永久磁石のいずれか一方の端部と、複数の低温キュリー点磁性体のいずれか一方の端とが直接接触しないようになっているので、加熱される対象である低温キュリー点磁性体の高温部から、当該低温キュリー点磁性体に隣接して配置される永久磁石へ熱が流れるのを防止することが可能になる。

図６に示すように、各々の低温キュリー点磁性体３は、各々の集熱板７に形成された突出部７ｐの上部および下部に分離された状態で配置されている。より詳しく説明すると、各々の上側低温キュリー点磁性体３ａは、各々の集熱板７の上部表面に接触した状態で固定されており、各々の下側低温キュリー点磁性体３ｂは、各々の集熱板７の下部表面に接触した状態で固定されている。これによって、上側低温キュリー点磁性体３ａおよび下側低温キュリー点磁性体３ｂと集熱板７との熱的な接触を良好に保つことが可能になる。なお、ここでは、上側低温キュリー点磁性体３ａと下側低温キュリー点磁性体３ｂに分離した形状になっているが、上側低温キュリー点磁性体３ａと下側低温キュリー点磁性体３ｂとが部分的につながっている形状になっていてもよい。

図５の実施例における太陽光ＳＬの集光経路と第１のミラー７１および第２のミラー７２との関係が、図７に例示されている。図７に示すように、太陽光ＳＬは、レンズ７０により集光され、レンズ７０の中心Ｏと第１のミラー７１の中心とを結ぶラインに向かって集束する。このようにして集束された光ＦＬは、第１のミラー７１の第１の反射面７１ａにより反射され、９０度方向を変えて第２のミラーの７２に向かって進む。さらに、集束された光ＦＬは、第２のミラー７２の第２の反射面７２ａにより反射され、９０度方向を変えて、複合磁性体リング１の周囲に張り出している任意の１つの集熱板７の表面に向かって進む。最終的に、集束された光ＦＬは、当該集熱板７の表面のスポットＰに集中的に照射される。第１のミラー７１を固定するための回転シャフト８は、第１の軸受８１および第２の軸受８２に連結されており、回転シャフト８を介してローター５０の回転による機械エネルギーが熱磁気モーターの外部に伝達される。

図８は、図５の実施例においてローターが回転する様子を示す平面図である。この場合も、熱磁気モーターは、６対の低温キュリー点磁性体３（図８では、６個の上側低温キュリー点磁性体３ａのみ示す）と６個の永久磁石２とが交互に並んで配置される複合磁性体リング１により構成されたステーター１０と、ステーター１０の中央部に配置され、かつ、２個の矩形状の磁極６１、６２を有するローター５０とを備えている。

複合磁性体リング１と、ローター５０と、第１のミラー７１および第２のミラー７２との関係が、図８に例示されている。図８に示すように、低温キュリー点磁性体３を加熱してローター５０に回転トルクを与えるために、ローター５０の２個の磁極６１、６２を結ぶ方向と、第１のミラー７１と第２のミラー７２とを結ぶ方向とを角度Ａ（例えば３０度）だけずらして第１のミラー７１および第２のミラー７２を固定している。

図８において、第２のミラー７２はＤ−１の方向にあり、ローター５０のＮ極の磁極６１はＤ−２の方向にあり、Ｓ極の磁極６２はＤ−８の方向にある。太陽光が１つの集熱板７に照射されると、Ｄ−１の方向にある集熱板７が加熱される。これによって、同一方向にある低温キュリー点磁性体３が加熱され、当該低温キュリー点磁性体３の透磁率が比較的低い値になるように変化する。このときに、当該低温キュリー点磁性体３の両側にＳ極およびＮ極の磁極が発生し、当該低温キュリー点磁性体３の近傍に磁界が形成される。この場合、当該低温キュリー点磁性体３の両側のＳ極およびＮ極の磁極により形成される磁界の向きと、ローター５０の２個の磁極６１、６２により形成される磁界の向きとがほぼ平行でかつ反対方向になるように（すなわち、静磁エネルギーが最小になるように）、ローター５０に対して回転トルクが発生する。

図８では、この回転トルクによって、ローター５０が反時計回りに６０度回転する。ローター５０が６０度回転すると、加熱される対象である低温キュリー点磁性体３の両側に発生した磁極による磁界の向きと、ローター５０の２個の磁極６１、６２により形成される磁界の向きとがほぼ平行でかつ反対方向になるように当該ローター５０が向いたため、ローター５０は停止すると考えられる。しかしながら、ローター５０の回転によって、第２のミラー７２が、Ｄ−３の方向に配置されている集熱板７の上に移動する、これによって、Ｄ−３の方向にある集熱板７と当該集熱板７に接触している低温キュリー点磁性体３の温度が上昇し、当該低温キュリー点磁性体３の両側にＳ極およびＮ極の磁極が発生する。

これと同時に、Ｄ−１の方向にある集熱板７および当該集熱板７に接触している低温キュリー点磁性体３は、加熱されなくなったために温度が低下し、当該低温キュリー点磁性体３の透磁率が比較的高い値になるように変化する。このため、当該低温キュリー点磁性体３の両側に発生していた磁極が消滅する。この結果として、ローター５０の２個の磁極６１、６２と、Ｄ−１の方向にある低温キュリー点磁性体３の両側に発生していた磁界との相互作用がなくなり、ローター５０が６０度回転することを容易にする。

なお、図８では、Ｄ−１の方向にある集熱板７および当該集熱板７に接触している低温キュリー点磁性体３が加熱された後に、室温の近傍になるように自然冷却されるようになっているが、冷却水等の流体を使用して、加熱された後の集熱板および当該集熱板に接触している低温キュリー点磁性体を室温またはそれより低い温度まで強制的に冷却することも可能である。このようにすれば、加熱される対象である低温キュリー点磁性体の透磁率と加熱された後の低温キュリー点磁性体の透磁率との差を相対的に大きくすることができるので、複合磁性体リングの内側にて前述の図８の場合よりも強い回転磁界を発生させることが可能になり、より強い回転トルクが得られる。

以上の工程を繰り返し実行することによって、Ｄ−５、Ｄ−７、Ｄ−９およびＤ−１１の方向にある集熱板７および当該集熱板７に接触している低温キュリー点磁性体３が次々に切り替えられて加熱され、これと同時に、加熱された後の集熱板７および当該集熱板７に接触している低温キュリー点磁性体３が次々に切り替えられて自然冷却されるかまたは強制的に冷却され、ローター５０が連続して回転するようになる。なお、図８に示した熱磁気モーターにおいて、第２のミラー７２がＤ−２の方向にあり、集光スポットＰの径が集熱板の空隙ＳＰの幅より大きい場合には、図８におけるＤ−１およびＤ−３方向の集熱板７が同時に加熱され、Ｄ−１方向およびＤ−３方向の低温キュリー点磁性体３の温度が上がり透磁率が減少するため、Ｄ−１２方向の永久磁石２のＮ極から、Ｄ−４方向の永久磁石２のＳ極へ向かって磁束が流れ、強い磁場が発生する。このときローター５０のＮ極の磁極６１はＤ−３の方向にあり、Ｓ極の磁極６２はＤ−９の方向にあるのでローター５０に対して反時計回りの回転トルクが生じ、ローター５０が反時計方向に回転する。したがって、図８に示した熱磁気モーターは、第２のミラー７２が集熱板７の上方にある場合でも、集熱板７の空隙の上方にある場合でも起動が可能である。なお、Ｄ−２の方向の永久磁石２のＳ極およびＮ極により生ずる磁場は、Ｄ−１２の方向の永久磁石２のＮ極およびＤ−４の方向の永久磁石２のＳ極により生ずる磁場に対し方向が逆であるが、その強度は小さく与える影響は少ない。

さらに、図８では、加熱される対象である低温キュリー点磁性体３に隣接して配置される永久磁石２が加熱されないようにするために、各々の低温キュリー点磁性体３と当該低温キュリー点磁性体３と隣り合う永久磁石２との間には、薄いテフロン（登録商標）シート等の断熱シート４０が挟まれている。この断熱シート４０によって、加熱される対象である低温キュリー点磁性体３の高温部から、当該低温キュリー点磁性体３に隣接して配置される永久磁石２へ熱が流れるのを防止することが可能になる。

なお、図５〜図８の実施例による熱磁気モーターにおいては、ステーター１０は、６対の低温キュリー点磁性体３と６個の永久磁石２とが交互に並んで配置される複合磁性体リング１により構成されているが、これ以外の任意の数の低温キュリー点磁性体および永久磁石を使用して構成された複合磁性体リングをステーターとして使用することも可能である。また一方で、図５〜図８の実施例による熱磁気モーターにおいては、ステーター１０の中央部に、２個の磁極を有するローターが配置されているが、これ以外の任意の数の磁極を有するローターを使用することも可能である。ただし、図５〜図８の実施例においても、図４の場合と同様に、ステーターの永久磁石の数と低温キュリー点磁性体の数が３の倍数であるときには、ローターの磁極の数が３の倍数でないことが望ましい。あるいは、ローターの磁極の数が３の倍数であるときには、ステーターの永久磁石の数と低温キュリー点磁性体の数が３の倍数でないことが望ましい。

さらに、図５〜図８の実施例による熱磁気モーターにおいては、複数の低温キュリー点磁性体と複数の永久磁石２とが交互に並んで配置される複合磁性体リング１をステーター１０として使用し、かつ、ステーター１０の中央部に、複数の磁極を有するローターを配置しているが、上記の複合磁性体リング１をローターとして回転させ、当該ローターの中央部に２個あるいはこれ以上の磁極を有するステーターを配置するような構造にすることも可能である。

これまで説明した図５〜図８の実施例による熱磁気モーターでは、複数の低温キュリー点磁性体と複数の永久磁石とが交互に並んでリング状に配置された複合磁性体リングをステーターとして使用し、加熱される対象として選択された低温キュリー点磁性体のみを他の低温キュリー点磁性体から分離した状態で均一に加熱することができる。それゆえに、加熱される対象である低温キュリー点磁性体の高温部から、室温の近傍で自然冷却されている低温キュリー点磁性体の低温部への熱の流れによる熱損失が顕著に少なくなり、当該低温キュリー点磁性体を加熱する際の効率が上がる。それゆえに、低温キュリー点磁性体の高温部と低温部との温度差がごくわずかであっても、この温度差に応じて低温キュリー点磁性体のキュリー点の温度を適切に設定することにより、ローターが連続して回転するような熱磁気モーターを提供することが可能になる。

さらに、上記実施例による熱磁気モーターでは、複合磁性体リングの永久磁石として、低価格のバリウムフェライト磁石を使用し、また一方で、複合磁性体リングの低温キュリー点磁性体として、同様に低価格のマンガン亜鉛フェライトを使用している。それゆえに、上記のような複合磁性体リングを有する熱磁気モーターを使用して、低コストで効率良く低温の排熱エネルギーや太陽光の熱エネルギーを機械エネルギーまたは電気エネルギーに変換することが可能になる。

さらに、上記実施例による熱磁気モーターでは、複合磁性体リング内の各々の永久磁石と当該永久磁石と隣り合う低温キュリー点磁性体との間に、断熱シートを挟むことによって、低温キュリー点磁性体が断熱シートにより永久磁石と隔てられた構造になっている。それゆえに、加熱される対象である低温キュリー点磁性体の高温部から、当該低温キュリー点磁性体に隣接して配置される永久磁石や他の低温キュリー点磁性体の低温部へ熱が流れることがなくなり、熱損失が最小限に抑えられる。

あるいは、代替的に、各々の永久磁石と当該永久磁石と隣り合う低温キュリー点磁性体との間に断熱シートを挟む代わりに、各々の低温キュリー点磁性体の両側に狭い隙間（ギャップ）を設けておく構造にすることも可能である。このような構造においても、上記実施例による熱磁気モーターの複合磁性体リングの場合と同様に、複数の永久磁石のいずれか一方の端部と、複数の低温キュリー点磁性体のいずれか一方の端とが直接接触しないようになっているので、加熱される対象である低温キュリー点磁性体の高温部から、当該低温キュリー点磁性体に隣接して配置される永久磁石や他の低温キュリー点磁性体の低温部へ熱が流れることがなくなり、熱損失が最小限に抑えられる。

図９は、図５の実施例の変形例の概略的構成を示す平面図である。この場合も、前述の図５の実施例と同様に、熱磁気モーターは、６対の低温キュリー点磁性体３（図９では、６個の上側低温キュリー点磁性体３ａのみ示す）と６対の永久磁石２とが交互に並んで配置される複合磁性体リング１により構成されたステーター１０と、ステーター１０の中央部に配置され、かつ、２個の磁極６１ｍ、６２ｍ（Ｎ極とＳ極）を有するローター５０ｍとを備えている。

図９の変形例の構成は、前述の図８の実施例の構成と概ね同じである。ただし、図９の変形例において、各々の永久磁石（一対の永久磁石２−１、２−２）の中央部に軟磁性体のヨーク９を形成している点と、ローターの磁極６１ｍ、６２ｍが丸みを帯びた形状を有している点が前述の図８の実施例の場合と異なる。これらのヨーク９の各々の先端には、複合磁性体リング１の内周部より円弧状に突き出した先端部９ａが形成されている。さらに、これらのヨーク９のキュリー点の温度は、室温（２５℃）よりはるかに高い温度に設定されている。

ここで、ヨーク９の各々の先端にて円弧状に突き出した先端部９ａが形成されている理由、および、ローター５０ｍの磁極６１ｍ、６２ｍが丸みを帯びた形状を有している理由について説明する。各々の一対の永久磁石２−１、２−２の中央部に軟磁性体のヨーク９を形成すると、一対の永久磁石２−１、２−２の磁極により発生する磁束の一部が、対応するヨーク９の先端部９ａに出てくる。ローター５０ｍにて大きな回転トルクを発生させるために、これらのヨーク９より突き出した先端部９ａを矩形状としたり、大きく突き出したり、かつ、ローター５０ｍの２個の磁極６１ｍ、６２ｍを矩形状にしていると想定した場合、ローター５０ｍの磁極６１ｍ、６２ｍの両側にそれぞれ配置される２個のヨークと、磁極６１ｍ、６２ｍとの間の磁気的な相互作用があまりにも強くなって、ローター５０ｍのコギング（ｃｏｇｇｉｎｇ）が強くなりすぎるおそれがある。このため、ローター５０ｍが回転しなくなる場合が生じてくる。このような事態を回避するために、ヨーク９の各々の先端部９ａを円弧状とし、突き出す長さを調節すると共に、ローターの磁極６１ｍ、６２ｍを丸みを帯びた形状にすることによって、図９においてローター５０ｍの磁極６１ｍ、６２ｍの両側にそれぞれ位置する２個のヨークと、磁極６１ｍ、６２ｍとの間の磁気的な相互作用を適度に弱めるようにしている。

図９において、第２のミラー７２はＤ−１の方向にあり、ローター５０ｍのＮ極の磁極６１ｍはＤ−２の方向にあり、Ｓ極の磁極６２ｍはＤ−８の方向にある。太陽光が１つの集熱板７に照射されると、Ｄ−１の方向にある集熱板７が加熱される。これによって、同一方向にある低温キュリー点磁性体３が加熱され、当該低温キュリー点磁性体３の透磁率が比較的低い値になるように変化する。このときに、当該低温キュリー点磁性体３の両側にＳ極およびＮ極の磁極が発生し、当該低温キュリー点磁性体３の近傍に磁界が形成される。さらに、Ｄ−１２の方向にある一対の永久磁石２−１、２−２の磁極により発生する磁束の一部が、対応するヨーク９の先端部９ａに出てくる。さらにまた、Ｄ−２の方向にある一対の永久磁石２−１、２−２の磁極により発生する磁束による磁界が、対応するヨーク９の先端部９ａに出てくる。このようにして上記の２つのヨーク９の先端部９ａに出てくる磁束に対する磁界は、Ｄ−１の方向にある低温キュリー点磁性体３の近傍に形成される磁界に付加されるので、前述の図８の実施例の場合よりも大きな磁界が、ローター５０ｍの２個の磁極６１ｍ、６２ｍにより形成される磁界と磁気的な相互作用を行う。それゆえに、ローター５０ｍに対して、前述の図８の実施例の場合よりも大きな回転トルクが発生する。この結果として、ローター５０ｍが、前述の図８の実施例の場合よりも安定に回転するようになり、前述の図８の実施例の場合よりも効率良く太陽光の熱エネルギーを機械エネルギーに変換することが可能になる。

図９では、この回転トルクによって、ローター５０ｍが反時計回りに６０度回転する。ローター５０ｍが６０度回転すると、加熱される対象である低温キュリー点磁性体３の両側に発生した磁極による磁界の向きと、ローター５０ｍの２個の磁極６１ｍ、６２ｍにより形成される磁界の向きとがほぼ平行でかつ反対方向になるように当該ローター５０ｍが向いたため、ローター５０ｍは停止すると考えられる。しかしながら、ローター５０ｍの回転によって、第２のミラー７２が、Ｄ−３の方向に配置されている集熱板７の上に移動する。これによって、Ｄ−３の方向にある集熱板７と当該集熱板７に接触している低温キュリー点磁性体３の温度が上昇し、当該低温キュリー点磁性体３の両側にＳ極およびＮ極の磁極が発生する。さらに、Ｄ−２の方向にある一対の永久磁石２−１、２−２の磁極により発生する磁束の一部が、対応するヨーク９の先端部９ａに出てくる。さらにまた、Ｄ−４の方向にある一対の永久磁石２−１、２−２の磁極により発生する磁束の一部が、対応するヨーク９の先端部９ａに出てくる。このようにして上記の２つのヨーク９の先端部９ａに出てくる磁束に対する磁界は、Ｄ−３の方向にある低温キュリー点磁性体３の近傍に形成される磁界に付加されるので、前述の図８の実施例の場合よりも大きな磁界が、ローター５０ｍの２個の磁極６１ｍ、６２ｍにより形成される磁界と磁気的な相互作用を行う。

これと同時に、Ｄ−１の方向にある集熱板７および当該集熱板７に接触している低温キュリー点磁性体３は、加熱されなくなったために温度が低下し、当該低温キュリー点磁性体３の透磁率が比較的高い値になるように変化する。このため、当該低温キュリー点磁性体３の両側に発生していた磁極が消滅する。この結果として、ローター５０ｍの２個の磁極６１ｍ、６２ｍと、Ｄ−１の方向にある低温キュリー点磁性体３の両側に発生していた磁界との相互作用がなくなり、ローター５０ｍが６０度回転することを容易にする。

以上の工程を繰り返し実行することによって、前述の図８の実施例の場合と同様に、Ｄ−５、Ｄ−７、Ｄ−９およびＤ−１１の方向にある集熱板７および当該集熱板７に接触している低温キュリー点磁性体３が次々に切り替えられて加熱され、これと同時に、加熱された後の集熱板７および当該集熱板７に接触している低温キュリー点磁性体３が次々に切り替えられて自然冷却されるかまたは強制的に冷却され、ローター５０ｍが連続して安定に回転するようになる。

なお、図９の変形例による熱磁気モーターにおいては、ステーター１０は、６対の低温キュリー点磁性体３と６対の永久磁石２とが交互に並んで配置される複合磁性体リング１により構成されているが、これ以外の任意の数の低温キュリー点磁性体および永久磁石を使用して構成された複合磁性体リングをステーターとして使用することも可能である。また一方で、図９の変形例による熱磁気モーターにおいては、ステーター１０の中央部に、２個の磁極を有するローターが配置されているが、これ以外の任意の数の磁極を有するローターを使用することも可能である。ただし、図９の変形例においても、前述の図５〜図８の実施例の場合と同様に、ステーターの永久磁石の数と低温キュリー点磁性体の数が３の倍数であるときには、ローターの磁極の数が３の倍数でないことが望ましい。あるいは、ローターの磁極の数が３の倍数であるときには、ステーターの永久磁石の数と低温キュリー点磁性体の数が３の倍数でないことが望ましい。

図１０は、図４の熱磁気モーターの変形例の動作原理を示す図である。ここでは、３個の低温キュリー点磁性体３と６個の永久磁石２−１、２−２とが交互に並んで配置される複合磁性体リングからなる６個の磁極を有するステーター１０と、上記複合磁性体リングの内部に配置される４個の磁極を有するローター５とから構成される熱磁気モーターの変形例について説明する。なお、これまでは、複数の永久磁石と複数の低温キュリー点磁性体とが交互に並んでリング状に配置される円形の複合磁性体リングからなるステーターを使用していたが、例えば図１０に示すように、必ずしも複合磁性体リングの形状を円形にしなくても（例えば、複合磁性体リングの形状が正三角形または正六角形等の正多角形であっても）、前述の図４の熱磁気モーターとほぼ同様の機能を有する熱磁気モーターを作製することが可能である。

図１０の（ａ）〜（ｄ）に示すように、ほぼ正三角形の複合磁性体リングは、３個の低温キュリー点磁性体３と、６個の永久磁石２−１、２−２と、相隣り合う２個の永久磁石の間から内側に伸びた３個のヨーク９−２と、磁束を導くためのみに設けられた６個のヨーク９−１、９−３とから形成されている。

さらに詳しく説明すると、複合磁性体リングからの磁束をできるだけ多くローター５の近傍に導き、強い回転磁界を形成するために、図１０のように、内側に向かって例えば純鉄のヨーク９−２が伸びている。さらに、永久磁石２−１、２−２も、複合磁性体リングの形状が円形のときの位置から、内側へ折れ曲がっている。このようにすると、熱磁気モーターを含む装置の体積が減少し、かつ、低温キュリー点磁性体３とローター５とを離すことができるので、加熱・冷却のための設備の設計が容易に行えるという利点がある。

ここで、図１０の（ａ）〜（ｄ）を参照しながら、例えば図３の（４）の加熱方法（すなわち、１個の低温キュリー点磁性体のみを加熱する方法）に従って熱磁気モーターを回転動作させる場合の動作原理を説明する。

図１０の（ａ）において、３個の低温キュリー点磁性体３が全て低温であれば、磁束は複合磁性体リングの中を通り、外部には出てこない。ここで、ＤＤ−１の方向にある低温キュリー点磁性体３が加熱されると、磁気回路が切断されるため、ＤＤ−２の方向の磁石２−２のＮ極からＤＤ−６の方向の磁石２−１のＳ極に向かう磁束の一部が複合磁性体リングの内側に漏れてくるが、ローター５の磁極から離れているために、その効果は小さい。

これと同時に、ＤＤ−２の方向のヨーク９−２からＤＤ−６の方向のヨーク９−２へ向かう磁束が複合磁性体リングの内側に発生する。上記磁束は、ＤＤ−６の方向のヨーク９−２、永久磁石２−２およびヨーク９−３を通り、さらに、ＤＤ−５の方向の低温キュリー点磁性体３を通り、さらに、ＤＤ−４の方向のヨーク９−１、永久磁石２−１、ヨーク９−２、永久磁石２−２およびヨーク９−３を通り、さらに、ＤＤ−３の方向の低温キュリー点磁性体３を通り、さらに、ＤＤ−２の方向のヨーク９−１および永久磁石２−１を通り、そして、ＤＤ−２の方向のヨーク９−２へ至り、循環している。この磁束に伴って、ＤＤ−２の方向のヨーク９−２と、ＤＤ−６の方向のヨーク９−２との間に磁界が発生し、ローター５のＮ極の磁極６０−１およびＳ極の磁極６０−２が磁気的な力を受けるため、ローター５は反時計回りに僅か回転し、停止する。

次に、図１０の（ｂ）に示すように、ＤＤ−１の方向にある低温キュリー点磁性体３を低温とし、ＤＤ−５の方向にある低温キュリー点磁性体３を加熱すると、ＤＤ−６の方向のヨーク９−２とＤＤ−４の方向のヨーク９−２との間に磁界が発生し、ローター５のＮ極の磁極６０−３およびＳ極の磁極６０−４が磁気的な力を受けるため、ローター５が反時計回りに所定の角度だけ（例えば６０度）回転する。ただし、図１０の（ｂ）は、図１０の（ａ）のローターが所定の角度回転した後のローターの位置を表している。

さらに、図１０の（ｃ）に示すように、ＤＤ−５の方向にある低温キュリー点磁性体３を低温とし、ＤＤ−３の方向にある低温キュリー点磁性体３を加熱すると、ＤＤ−４の方向のヨーク９−２とＤＤ−２の方向のヨーク９−２との間に磁界が発生し、ローター５のＮ極の磁極６０−１およびＳ極の磁極６０−２が磁気的な力を受けるため、ローター５が反時計回りに所定の角度だけ（例えば６０度）回転する。ただし、図１０の（ｃ）は、図１０の（ｂ）のローターが所定の角度回転した後のローターの位置を表している。

さらに、図１０の（ｄ）に示すように、ＤＤ−３の方向にある低温キュリー点磁性体３を低温とし、ＤＤ−１の方向にある低温キュリー点磁性体３を加熱すると、ＤＤ−２の方向のヨーク９−２とＤＤ−６の方向のヨーク９−２との間に磁界が発生し、ローター５のＮ極の磁極６０−３およびＳ極の磁極６０−４が磁気的な力を受けるため、ローター５が反時計回りに所定の角度だけ（例えば６０度）回転する。ただし、図１０の（ｄ）は、図１０の（ｃ）のローターが所定の角度回転した後のローターの位置を表している。

以下、順次、ＤＤ−５の方向の低温キュリー点磁性体３、ＤＤ−３の方向の低温キュリー点磁性体３、および、ＤＤ−１の方向の低温キュリー点磁性体３を次々に加熱することにより、連続した回転が得られる。

上記のように、図１０の熱磁気モーターにおいては、複合磁性体リングの形状を円形から正多角形（例えば正三角形）に変形させることによって、より強い回転磁界をローターの近傍に形成することが可能になる。また、低温キュリー点磁性体をローターから離れた位置に置くことができるので、低温キュリー点磁性体を加熱する熱の一部がローターに伝わり、ローターに温度分布が発生して障害となるのを防止することが可能になる。また、装置の体積も、複合磁性体リングの形状が円形の場合より減少させることが可能になる。また、複合磁性体リングの形状を正多角形に変形させることによって、直線加工のみでステーターを作製することができるようになり、複合磁性体リングの形状が円形の場合よりもステーターの作製が容易になる。

ただし、図１０の熱磁気モーターにおいては、ローターが、加熱された低温キュリー点磁性体の方向へ引っ張られるので、ローターの軸受に負担がかかる。また一方で、図４に示したような１２個の磁極のステーターと、８個の磁極のローターとを備える熱磁気モーターにおいては、対称の位置の２箇所の低温キュリー点磁性体が加熱されるので、ローターの軸受に加わる横向きの力は相殺されてゼロ（０）になり、軸受にかかる負担は軽減される。

本発明は、複数の低温キュリー点磁性体と複数の永久磁石とを交互に並べて形成された複合磁性体リングにおける低温キュリー点磁性体のキュリー点近傍の透磁率の変化を利用して、１００℃以下の低温の排熱エネルギーや太陽光の熱エネルギーを機械エネルギーまたは電気エネルギーに効率良く変換するための熱磁気モーターや太陽熱発電機等のエネルギー変換器に適用することが可能である。

１ 複合磁性体リング
２ 永久磁石
２−１、２−２ 永久磁石
３ 低温キュリー点磁性体
３ａ 上側低温キュリー点磁性体
３ｂ 下側低温キュリー点磁性体
４ 断熱材
５ ローター
６−１〜６−８ 磁極
７ 集熱板
７ｐ 突出部
８ 回転シャフト
９ ヨーク
９ａ 先端部
１０ ステーター
４０ 断熱シート
５０ ローター
５０ｍ ローター
６１、６２ 磁極
６１ｍ、６２ｍ 磁極
７０ レンズ
７１ 第１のミラー
７１ａ 第１の反射面
７２ 第２のミラー
７２ａ 第２の反射面
７３ 透明のボックス
８１ 第１の軸受
８２ 第２の軸受

Claims (10)

1. 複数の永久磁石を所定の間隔でリング状に並べ、相隣り合う２つの前記永久磁石の間に、低温のキュリー点を有する低温キュリー点磁性体を挟むことによって、複数の前記永久磁石と複数の前記低温キュリー点磁性体とが交互に並んでリング状に配置されるように構成されることを特徴とする複合磁性体リング。
2. 各々の前記永久磁石と当該永久磁石と隣り合う前記低温キュリー点磁性体との間に、断熱材を挟むように構成される請求項１記載の複合磁性体リング。
3. 少なくとも１つの前記低温キュリー点磁性体が、当該低温キュリー点磁性体のキュリー点の近傍の温度に加熱され、当該低温キュリー点磁性体の透磁率が変化することによって、当該低温キュリー点磁性体の近傍に磁界が発生する請求項１または２記載の複合磁性体リング。
4. 加熱される対象である前記低温キュリー点磁性体を次々に切り替えて加熱し、かつ、加熱される対象以外の前記低温キュリー点磁性体を次々に切り替えて冷却することによって、前記複合磁性体リングの内部に回転磁界が発生する請求項３記載の複合磁性体リング。
5. 複数の永久磁石を所定の間隔でリング状に並べ、相隣り合う２つの前記永久磁石の間に、低温のキュリー点を有する低温キュリー点磁性体を挟むことによって、複数の前記永久磁石と複数の前記低温キュリー点磁性体とが交互に並んでリング状に配置される複合磁性体リングと、
   前記複合磁性体リングの内部に配置され、かつ、複数の磁極を有するローターとを備え、
   前記複合磁性体リング内の少なくとも１つの前記低温キュリー点磁性体が、当該低温キュリー点磁性体のキュリー点の近傍の温度に加熱され、当該低温キュリー点磁性体の透磁率が変化することによって、当該低温キュリー点磁性体の近傍に磁界が発生して前記ローターが回転するように構成されることを特徴とするエネルギー変換器。
6. 各々の前記永久磁石と当該永久磁石と隣り合う前記低温キュリー点磁性体との間に、断熱材を挟むように構成されることを特徴とする請求項５記載のエネルギー変換器。
7. 前記ローターに連動して、加熱される対象である前記低温キュリー点磁性体を次々に切り替えて加熱し、かつ、加熱される対象以外の前記低温キュリー点磁性体を次々に切り替えて冷却することによって、前記ローターが連続して回転するように構成されることを特徴とする請求項５または６記載のエネルギー変換器。
8. 複数の永久磁石を所定の間隔でリング状に並べ、相隣り合う２つの前記永久磁石の間に、低温のキュリー点を有する低温キュリー点磁性体を挟むことによって、複数の前記永久磁石と複数の前記低温キュリー点磁性体とが交互に並んでリング状に配置される複合磁性体リングと、
   前記複合磁性体リングの内部に配置され、かつ、複数の磁極を有するローターと、
   前記複合磁性体リング内の少なくとも１つの前記低温キュリー点磁性体を加熱する加熱手段とを備え、
   前記加熱手段により、少なくとも１つの前記低温キュリー点磁性体が、当該低温キュリー点磁性体のキュリー点の近傍の温度に加熱され、当該低温キュリー点磁性体の透磁率が変化することによって、当該低温キュリー点磁性体の近傍に磁界が発生して前記ローターが回転するように構成されることを特徴とするエネルギー変換器。
9. 各々の前記永久磁石と当該永久磁石と隣り合う前記低温キュリー点磁性体との間に、断熱材を挟むように構成されることを特徴とする請求項８記載のエネルギー変換器。
10. 前記ローターに連動して、加熱される対象である前記低温キュリー点磁性体を次々に切り替えて加熱し、かつ、加熱される対象以外の前記低温キュリー点磁性体を次々に切り替えて冷却することによって、前記ローターが連続して回転するように構成されることを特徴とする請求項８または９記載のエネルギー変換器。

Images