WO2019150817A1 - 磁気ヒートポンプ装置 - Google Patents

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WO2019150817A1
WO2019150817A1 PCT/JP2018/046912 JP2018046912W WO2019150817A1 WO 2019150817 A1 WO2019150817 A1 WO 2019150817A1 JP 2018046912 W JP2018046912 W JP 2018046912W WO 2019150817 A1 WO2019150817 A1 WO 2019150817A1
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WO
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permanent magnet
built
magnetic
yoke
heat pump
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PCT/JP2018/046912
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English (en)
French (fr)
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裕介 山口
相哲 ▲裴▼
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Sanden Corp
Original Assignee
Sanden Holdings Corp
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic heat pump apparatus using a magnetocaloric effect.
  • Patent Document 1 As a technique of the magnetic heat pump apparatus using the magnetocaloric effect, there is a technique described in Patent Document 1, for example.
  • the technique described in Patent Document 1 is formed using a permanent magnet rotatably arranged, a magnetic material, a material container surrounding the outer periphery of the permanent magnet, and a ferromagnetic material such as SUS, A frame body (yoke) for accommodating the material container is provided. Then, by rotating the permanent magnet inside the container accommodated in the frame, the magnetic material is excited and demagnetized between the permanent magnet and the yoke, and the direction in which the heat exchange medium flows at the timing of excitation and demagnetization is changed. By switching, heat and cold are obtained.
  • the flow of magnetic flux passes through the magnetic material from the permanent magnet and is folded back by the yoke.
  • the flow returns to the permanent magnet after passing through.
  • the magnetic circuit through which the magnetic flux flows is formed by the permanent magnet, the magnetic material, and the yoke, so that the flow of the magnetic flux is not concentrated and the magnetic flux density obtained per mass of the permanent magnet is reduced.
  • the present invention has been made paying attention to the above-described problems, and an object thereof is to provide a magnetic heat pump device capable of improving the magnetic flux density obtained per mass of a permanent magnet.
  • one aspect of the present invention is a magnetic heat pump device including a permanent magnet, a material container, and at least a pair of built-in yokes.
  • the permanent magnet is rotatable around the central axis of the rotation axis, and the magnetization direction of the N pole and the S pole is parallel to the direction orthogonal to the axial direction of the central axis.
  • the material container is made of resin, is disposed so as to surround the outer periphery of the permanent magnet, and contains a magnetic material therein.
  • the built-in yokes are in contact with the surfaces of the permanent magnets having different polarities, and are separated from each other.
  • the built-in yoke is a ferromagnetic body and has a portion closer to the material container than the permanent magnet.
  • the magnetic flux flows from the north pole of the permanent magnet to one of the pair of built-in yokes, the magnetic material accommodated in the material container, and the other of the pair of built-in yokes. It goes through the order and reaches the south pole of the permanent magnet.
  • the magnetic circuit can be formed by a permanent magnet, a magnetic material, and a pair of built-in yokes, and the magnetic flux flow can be concentrated to improve the magnetic flux density obtained per mass of the permanent magnet.
  • a possible magnetic heat pump device can be provided.
  • the first embodiment shown below exemplifies a configuration for embodying the technical idea of the present invention
  • the technical idea of the present invention is the material of the component parts, their shapes, The structure, arrangement, etc. are not specified below.
  • the technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope defined by the claims described in the claims.
  • the directions of “left and right” and “up and down” in the following description are merely definitions for convenience of description, and do not limit the technical idea of the present invention.
  • “left and right” and “up and down” are read interchangeably, and if the paper is rotated 180 degrees, “left” becomes “right” and “right” becomes “left”. Of course it becomes.
  • the magnetic heat pump device 1 includes a main body portion 2, two communication hole plates 4, two rotating disks 6, two end face plates 8, a circulation pump 10, and a heat radiation side heat exchange. And an endothermic heat exchanger 14.
  • the main-body part 2 is simplified and illustrated.
  • the main body 2 includes one permanent magnet 20, a plurality of material containers 22, a plurality of inter-material yokes 24, a pair of built-in yokes 26, a pair of spacers 28, and a single spacer.
  • a main body container 30 is provided. The detailed configuration of the main body 2 will be described later.
  • FIG. 2 is a view of the main body 2 viewed from the direction in which the main body 2, the communication hole plate 4, the rotating disk 6, and the end face plate 8 are arranged.
  • FIG.1 and FIG.2 only the material container 22 is shown with sectional drawing for description.
  • the two communication hole plates 4 are respectively fixed to two openings of the main body 2. Thereby, the two communication hole plates 4 block the opening of the main body 2.
  • Each communication hole plate 4 is formed with a plurality of communication holes 40 communicating with the main body 2.
  • the plurality of communication holes 40 include, for example, a plurality of outer peripheral side communication holes 40 a disposed on the outer peripheral side of the communication hole plate 4 and a plurality of inner peripheral side communication holes 40 b disposed on the inner peripheral side of the communication hole plate 4. Composed.
  • the outer end side communication hole 40 a and the inner peripheral side communication hole 40 b are respectively attached to open ends of the in-container pipe 16 that is a pipe disposed inside the material container 22.
  • the in-container pipes 16 are arranged in pairs for one material container 22. One open end of the two in-container pipes 16 is attached to the outer peripheral side communication hole 40a. The other open end of the two in-container pipes 16 is attached to the inner peripheral side communication hole 40b.
  • FIG. 1 for the sake of explanation, only the in-container pipes 16 arranged inside the two material containers 22 among the plurality of material containers 22, that is, only four in-container pipes 16 are illustrated. Yes.
  • the in-container piping 16 is not shown inside the material container 22 for the sake of explanation.
  • the state in which the open ends of the in-container piping 16 are attached to the outer peripheral side communication hole 40 a and the inner peripheral side communication hole 40 b is represented by an image.
  • the number of the communicating holes 40 illustrated in FIG. 1 is an example, and does not necessarily match the actual number provided in the magnetic heat pump device 1 of the first embodiment.
  • the two rotating disks 6 are respectively arranged to face the opening of the main body 2 with the communication hole plate 4 interposed therebetween, and are in contact with the communication hole plate 4.
  • Each rotating disk 6 rotates in synchronization with the permanent magnet 20.
  • Each rotary disk 6 has a plurality of notches 60 opened as valve ports.
  • the plurality of notches 60 include, for example, a plurality of outer periphery-side notches 60 a disposed on the outer peripheral side of the rotating disk 6 and a plurality of inner periphery-side notches 60 b disposed on the inner peripheral side of the rotating disk 6.
  • Both the outer peripheral side notch 60a and the inner peripheral side notch 60b are formed in a slit shape extending along the circumferential direction of the rotating disk 6, and the outer peripheral side notch 60a and the inner peripheral side notch 60b The supply control of the working fluid is performed.
  • the number of the notches 60 illustrated in FIG. 1 is an example, and does not necessarily match the actual number provided in the magnetic heat pump device 1 of the first embodiment.
  • the two end face plates 8 are arranged to face the opening of the main body 2 with the rotating disk 6 and the communication hole plate 4 interposed therebetween, and are in contact with the rotating disk 6.
  • Each end face plate 8 is connected to an outer peripheral side pipe 80a and an inner peripheral side pipe 80b. As described above, the main body 2, the communication hole plate 4 and the end face plate 8 do not rotate, and only the rotating disk 6 rotates in synchronization with the permanent magnet 20.
  • the discharge side of the circulation pump 10 communicates with an outer peripheral side pipe 80a connected to the end face plate 8a.
  • the end face plate 8a is one of the two end face plates 8 (left end face plate in FIG. 1).
  • the inlet of the heat radiation side heat exchanger 12 communicates with the inner peripheral side pipe 80b connected to the end face plate 8a.
  • the outlet of the heat radiation side heat exchanger 12 communicates with the suction side of the circulation pump 10 through a pipe.
  • the inlet of the heat absorption side heat exchanger 14 communicates with the outer peripheral side pipe 80a connected to the end face plate 8b.
  • the end face plate 8b is the other of the two end face plates 8 (the right end face plate in FIG. 1).
  • the outlet of the heat absorption side heat exchanger 14 communicates with the inner peripheral side pipe 80b connected to the end face plate 8b.
  • the permanent magnet 20 is fixed to the rotating shaft 32.
  • the rotating shaft 32 is rotated by a motor (not shown). Therefore, the permanent magnet 20 is formed to be rotatable around the central axis CS of the rotating shaft 32.
  • illustration of the rotating shaft 32 is abbreviate
  • the shape of the permanent magnet 20 is square (rectangular) when viewed from the axial direction of the rotating shaft 32. That is, the permanent magnet 20 is formed in a square shape when viewed from the axial direction of the rotary shaft 32.
  • the permanent magnet 20 has a pair of N and S poles, and the magnetization direction of the N and S poles is parallel to the direction orthogonal to the axial direction of the central axis CS.
  • the N pole is illustrated as “N”
  • the S pole is illustrated as “S”.
  • the center of gravity of the permanent magnet 20 overlaps the central axis CS of the rotating shaft 32 when viewed from the axial direction of the rotating shaft 32. That is, when viewed from the axial direction of the rotating shaft 32, the center axis CS and the center of gravity of the permanent magnet 20 overlap.
  • the plurality of material containers 22 are made of resin (for example, made of ABS resin), and a magnetic material 34 is accommodated therein. Further, the plurality of material containers 22 are arranged at intervals along the circumferential direction of the rotation shaft 32 so as to surround the outer periphery of the permanent magnet 20.
  • the number of material containers 22 is an odd number. In the first embodiment, a case where the number of material containers 22 is 15 will be described as an example.
  • the material container 22 is formed in a square shape (square) when viewed from the axial direction of the rotation shaft 32. Although not particularly illustrated, each material container 22 is positioned by, for example, a protrusion provided on the surface of the communication hole plate 4 facing the main body 2.
  • the in-container piping 16 shown in FIG. 1 is arranged inside the material container 22 so as to pass through the magnetic material 34. In FIG. Illustration of the piping 16 is omitted.
  • the plurality of inter-material yokes 24 are respectively disposed between adjacent material containers 22. Specifically, each material yoke 24 is in contact with the adjacent material container 22.
  • the inter-material yoke 24 is formed using a metal material such as SUS, and is a ferromagnetic material.
  • the number of inter-material yokes 24 is an odd number that is the same as the number of material containers 22. In the first embodiment, as an example, since the number of material containers 22 is 15, a case where the number of inter-material yokes 24 is also 15 will be described. Therefore, the magnetic heat pump device 1 according to the first embodiment includes 15 pairs formed by a pair of adjacent material containers 22 and an inter-material yoke 24.
  • each material yoke 24 is formed in a trapezoidal shape when viewed from the axial direction of the rotary shaft 32.
  • each material yoke 24 is positioned by, for example, a protrusion provided on the surface of the communication hole plate 4 facing the main body 2 as in the material container 22.
  • the pair of built-in yokes 26 are both made of a metal material such as SUS, and are ferromagnetic.
  • the pair of built-in yokes 26 are in contact with the surface of the permanent magnet 20 whose polarity is the N pole and the surface of the permanent magnet 20 whose polarity is the S pole, and are separated from each other.
  • the built-in yoke 26 is attached to the permanent magnet 20 using an adhesive or the like.
  • each of the pair of built-in yokes 26 has a rectangular shape when viewed from the axial direction of the rotating shaft 32 among the permanent magnets 20 formed in a rectangular shape when viewed from the axial direction of the rotating shaft 32. The case where it contacts the surface which forms a long side is demonstrated.
  • the built-in yoke 26 that is in contact with the surface of the permanent magnet 20 that is N-pole is defined as the N-pole-side built-in yoke 26a.
  • the built-in yoke 26 that is in contact with the surface of the permanent magnet 20 having the south pole is defined as the south pole-side built-in yoke 26b.
  • the north pole side built-in yoke 26 a has two projecting portions 36 a that are closer to the material container 22 than the permanent magnet 20.
  • the S pole-side built-in yoke 26b has two projecting portions 36b that are closer to the material container 22 than the permanent magnet 20 as in the N-pole side built-in yoke 26a.
  • the distance (gap) between the protruding portion 36a and the protruding portion 36b and the material container 22 is set according to the magnetic flux density required for the magnetic heat pump device 1, for example. In addition to this, for example, according to a value capable of avoiding contact between the protruding portion 36a and the protruding portion 36b and the material container 22 caused by swinging of the rotating shaft 32 when the permanent magnet 20 is rotated.
  • the distance (interval) between the projecting portion 36a and the projecting portion 36b is such that the distance between the projecting portion 36a and the distance between the projecting portions 36b with respect to two inter-material yokes 24 adjacent to one material container 22 is equal to each other.
  • the distance and shape between the projecting portion 36a and the projecting portion 36b are set to a distance and shape that does not affect the flow of magnetic flux MF through the spacer 28.
  • the pair of spacers 28 are made of resin (for example, made of ABS resin). As shown in FIG. 2, the shape of the spacer 28 is square (rectangular) when viewed from the axial direction of the rotary shaft 32.
  • the pair of spacers 28 are both arranged between the pair of built-in yokes 26 (N-pole side built-in yoke 26a and S-pole side built-in yoke 26b). Each spacer 28 is attached to the built-in yoke 26 using an adhesive or the like.
  • both the pair of spacers 28 are formed in a shape in which the distance from the material container 22 does not become shorter than the distance between the protruding portion 36 a and the protruding portion 36 b and the material container 22.
  • the pair of spacers 28 are both in contact with the permanent magnet 20.
  • the main body container 30 is made of resin (for example, made of ABS resin).
  • the main body container 30 has a cylindrical shape.
  • the axial direction of the main body container 30 is parallel to the axial direction of the rotation shaft 32.
  • a permanent magnet 20 Inside the main body container 30, a permanent magnet 20, a material container 22, an inter-material yoke 24, a built-in yoke 26, and a spacer 28 are accommodated.
  • FIG. 3 An example of the operation of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2 and FIG.
  • the magnitude of the magnetic field applied to the material container 22a increases when the permanent magnet 20 and the built-in yoke 26 are at 0 °. .
  • the material container 22a is the material container 22 disposed between the inter-material yoke 24a closest to the protruding portion 36a and the inter-material yoke 24b closest to the protruding portion 36b.
  • the magnetic field applied to the plurality of material containers 22b disposed at positions different from the phases of the permanent magnet 20 and the built-in yoke 26 at 0 ° is reduced, the magnetic field is accommodated in the material container 22b.
  • the magnetic material 34 is demagnetized and the temperature is lowered.
  • FIG. 3 for the purpose of explanation, two selected material containers 22 out of a plurality of material containers 22 arranged at a position different from the phase of the permanent magnet 20 and the built-in yoke 26 at 0 ° are shown. Only the material container 22b is illustrated.
  • the outer peripheral side communication hole 40a, the outer peripheral side notch 60a, and the outer peripheral side pipe 80a are communicated.
  • the medium for example, water
  • the in-container piping 16 arranged inside the material container 22b is passed.
  • the medium is moved to the heat absorption side heat exchanger 14 through the outer peripheral side communication hole 40a, the outer peripheral side notch 60a, and the outer peripheral side pipe 80a in this order.
  • the medium moved to the heat absorption side heat exchanger 14 is arranged inside the material container 22a through the inner circumference side pipe 80b, the inner circumference side cutout 60b, and the inner circumference side communication hole 40b in this order.
  • the in-container piping 16 is passed. Further, the medium is moved to the heat radiation side heat exchanger 12 through the inner circumference side communication hole 40b, the inner circumference side cutout 60b, and the inner circumference side pipe 80b in this order. Then, the medium moved to the heat radiation side heat exchanger 12 is moved to the suction side of the circulation pump 10 through the pipe.
  • the medium that has moved to the heat radiation side heat exchanger 12 releases the heat of work to the outside (outside air or the like).
  • the medium that has moved to the heat absorption side heat exchanger 14 absorbs heat from an object to be cooled (not shown) that contacts the heat absorption side heat exchanger 14 to cool the object to be cooled.
  • the cooled medium absorbs heat from the object to be cooled by the heat absorption side heat exchanger 14 by dissipating heat to the material container 22b containing the magnetic material 34 that has been demagnetized and the temperature has decreased.
  • the medium that has cooled the object to be cooled absorbs heat from the material container 22a that contains the magnetic material 34 that has been excited to increase the temperature, thereby cooling the magnetic material 34 contained in the material container 22a. It moves to the heat radiation side heat exchanger 12.
  • the medium that has moved to the heat radiation side heat exchanger 12 releases the heat of work to the outside (outside air or the like).
  • the N-pole side built-in yoke 26a and the S-pole side built-in yoke 26b which are ferromagnetic materials, are in contact with the surfaces of the permanent magnet 20 having different polarities, and are separated from each other.
  • the N pole side built-in yoke 26 a has a protruding portion 36 a that is closer to the material container 22 than the permanent magnet 20, and the S pole side built-in yoke 26 b is closer to the material container 22 than the permanent magnet 20. It has the protrusion part 36b which is a part.
  • the flow of magnetic flux MF causes the main body container 30 to pass through as shown in FIG.
  • the flow does not go through. That is, the magnetic flux MF is changed from the N pole of the permanent magnet 20 to the N pole side built-in yoke 26a, the inter-material yoke 24a, the magnetic material 34 accommodated in the material container 22, the inter-material yoke 24b, and the S pole-side built-in yoke.
  • the flow reaches the south pole of the permanent magnet 20 through the 26b in order.
  • the magnetic circuit through which the magnetic flux flows can be formed by the permanent magnet 20, the magnetic material 34, the two inter-material yokes 24a and 24b, and the pair of built-in yokes 26a and 26b.
  • the above-described first embodiment is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described first embodiment, and the present invention may be applied to other forms than this embodiment. Various modifications can be made according to the design or the like as long as they do not depart from the technical idea.
  • the pair of built-in yokes 26a and 26b that are in contact with the surfaces of the permanent magnet 20 having different polarities and are separated from each other are ferromagnetic and are closer to the material container 22 than the permanent magnet 20 is. It has a certain protruding portion 36. Therefore, a magnetic circuit through which magnetic flux flows can be formed by the permanent magnet 20, the magnetic material 34, and the pair of built-in yokes 26a and 26b.
  • the material container 22 is a plurality of material containers 22 arranged at intervals along the circumferential direction of the rotation shaft 32, and a plurality of inter-material yokes 24 arranged between adjacent material containers 22 It is a ferromagnetic material. Therefore, the magnetic circuit through which the magnetic flux flows includes a permanent magnet 20, a magnetic material 34, two inter-material yokes 24a and 24b adjacent to the material container 22 containing the magnetic material 34, and a pair of built-in yokes 26a and 26b. Can be formed.
  • the shape of the material container 22 can be simplified as compared with the configuration in which the material container 22 is entirely in contact with the inner diameter surface of the main body container 30, and the shapes of the magnetic material 34 and the material container 22 can be changed. When changing, it is possible to improve the degree of freedom of design and the like.
  • the straight pipe type magnetic heat pump device 1 it is possible to realize a structure in which the material container 22 is sandwiched between ferromagnetic materials. This makes it possible to realize a configuration in which the material container 22 is linearly extended along the axial direction of the rotary shaft 32, which is difficult with a disk-type magnetic circuit having a known configuration. For this reason, it becomes possible to utilize the structure which laminated
  • the number of the material containers 22 and the inter-material yokes 24 is the same, odd number. As a result, since the cogging torque generated when the permanent magnet 20 and the built-in yoke 26 are rotated can be reduced, the permanent magnet 20 and the built-in yoke 26 can be smoothly rotated. Can be improved.
  • the main body container 30 that houses the permanent magnet 20 and the material container 22 is made of resin. For this reason, it becomes possible to reduce the eddy current which generate
  • a spacer 28 made of resin is disposed between the pair of built-in yokes 26a and 26b.
  • contact between the pair of built-in yokes 26a and 26b can be prevented, and the flow of magnetic flux can be normalized.
  • air resistance generated when the permanent magnet 20 and the built-in yoke 26 are rotated can be reduced, and the capability of the magnetic heat pump device 1 can be improved.
  • wind noise generated when the permanent magnet 20 and the built-in yoke 26 are rotated can be suppressed, and the quietness of the magnetic heat pump device 1 can be improved.
  • the permanent magnet 20 is formed in a square shape when viewed from the axial direction of the rotary shaft 32. As a result, the amount of resources used as the material of the permanent magnet 20 can be reduced as compared with the case where the shape of the permanent magnet 20 is a shape in which the permanent magnet 20 is opposed to the material container 22 to generate magnetic flux. It becomes possible, and it becomes possible to reduce cost. Further, since the shape of the permanent magnet 20 is a simple shape, the permanent magnet 20 can be easily manufactured, and the cost can be reduced.
  • the material container 22 is formed in a square shape when viewed from the axial direction of the rotary shaft 32. As a result, compared with the case where the shape of the material container 22 is a shape having a tile-shaped portion along the inner diameter surface of the main body container 30, it is possible to simplify the manufacture of the material container 22 and reduce the cost. It can be reduced.
  • the configuration includes the pair of built-in yokes 26 that are in contact with the N-pole surface and the S-pole surface of the single permanent magnet 20, but the present invention is not limited to this. That is, for example, as shown in FIG. 4, the rotating block 38 a and the four permanent magnets 20 a to 20 d may be provided, and the four pairs of built-in yokes 26 in contact with the permanent magnets 20 may be provided.
  • the rotary block 38 a is formed in a square shape when viewed from the axial direction of the rotary shaft 32, and is fixed to the rotary shaft 32. Further, the center of gravity of the rotating block 38 a overlaps the center axis when viewed from the axial direction of the rotating shaft 32.
  • the four permanent magnets 20a to 20d are formed in a square (rectangular shape) when viewed from the axial direction of the rotary shaft 32, and are attached to the four sides of the rotary block 38a when viewed from the axial direction of the rotary shaft 32, respectively. It has been.
  • the four pairs of built-in yokes 26 are a pair of built-in yoke 26a and built-in yoke 26b that are in contact with the N pole surface and the S pole surface of the permanent magnet 20a, respectively, and the N pole surface and the S pole of the permanent magnet 20b. It includes a pair of a built-in yoke 26c and a built-in yoke 26d that are in contact with the surface.
  • the rotary block 38 b, the three plates 50, and the three permanent magnets 20 a to 20 c are provided, and the three pairs of built-in yokes 26 that are in contact with the permanent magnets 20 are provided. It is good also as a structure.
  • the rotating block 38 b is formed in an equilateral triangle when viewed from the axial direction of the rotating shaft 32, and is fixed to the rotating shaft 32. Further, the center of gravity of the rotating block 38 b overlaps with the central axis when viewed from the axial direction of the rotating shaft 32.
  • the three plates 50 are formed in a plate shape, and are respectively attached to three sides of the rotary block 38 b when viewed from the axial direction of the rotary shaft 32.
  • the thickness of the plate 50 is set to a value at which the N and S poles of the two permanent magnets 20 adjacent to each other in the direction along the axis of the rotary shaft 32 have a distance that does not affect each other. .
  • the three permanent magnets 20a to 20c are formed in a square shape (rectangular shape) when viewed from the axial direction of the rotary shaft 32, and are respectively surfaces facing the rotary block 38b of the plate 50 when viewed from the axial direction of the rotary shaft 32. It is attached to the opposite surface.
  • the three pairs of built-in yokes 26 are a pair of built-in yoke 26a and built-in yoke 26b that respectively contact the N-pole surface and S-pole surface of the permanent magnet 20a, and the N-pole surface and S-pole of the permanent magnet 20b. It includes a pair of a built-in yoke 26c and a built-in yoke 26d that are respectively in contact with the surface.
  • the three pairs of built-in yokes 26 include a pair of built-in yoke 26e and built-in yoke 26f that are in contact with the N-pole surface and the S-pole surface of the permanent magnet 20c, respectively.
  • the permanent magnet 20 is formed in a square shape when viewed from the axial direction of the rotary shaft 32, but the present invention is not limited to this. That is, for example, as shown in FIG. 6, when the permanent magnet 20 is viewed from the axial direction of the rotary shaft 32, two sides that form a square part are formed with straight sides that form a semicircular part. It may be an attached shape. In this case, the magnetic flux density can be improved as compared with the case where the permanent magnet 20 is formed in a square shape when viewed from the axial direction of the rotating shaft 32.
  • the permanent magnet 20 was formed with one magnet, it is not limited to this. That is, for example, the permanent magnet 20 may be formed by combining a plurality of magnets. Further, the permanent magnet 20 may be formed by arranging a plurality of magnets in a Halbach array along the axial direction of the rotary shaft 32.

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  • Dynamo-Electric Clutches, Dynamo-Electric Brakes (AREA)

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、且つ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永久磁石２０と、永久磁石２０の外周を包囲するように配置され、且つ内部に磁性材料３４を収容した材料容器２２と、永久磁石２０の極性が異なる面とそれぞれ接触し、且つ互いに離間している少なくとも一対の内蔵ヨーク２６を備える磁気ヒートポンプ装置であって、材料容器２２は、樹脂製であり、内蔵ヨーク２６は、強磁性体であり、且つ永久磁石２０よりも材料容器２２に近い部分を有する。

Description

磁気ヒートポンプ装置
　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、永久磁石と、材料容器と、少なくとも一対の内蔵ヨークを備える磁気ヒートポンプ装置である。永久磁石は、回転軸の中心軸周りに回転可能であり、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、樹脂製であり、永久磁石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。内蔵ヨークは、永久磁石の極性が異なる面とそれぞれ接触し、且つ互いに離間している。これに加え、内蔵ヨークは、強磁性体であり、且つ永久磁石よりも材料容器に近い部分を有する。
　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、一対の内蔵ヨークのうち一方と、材料容器に収容されている磁性材料と、一対の内蔵ヨークのうち他方とを順に経由して、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、一対の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、一つの永久磁石２０と、複数の材料容器２２と、複数の材料間ヨーク２４と、一対の内蔵ヨーク２６と、一対のスペーサ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。
（永久磁石）
　永久磁石２０は、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。したがって、永久磁石２０は、回転軸３２の中心軸ＣＳ周りに回転可能に形成されている。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。
　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。すなわち、永久磁石２０は、回転軸３２の軸方向から見て、方形に形成されている。
　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と平行である。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２０の重心は、回転軸３２の軸方向から見て、回転軸３２の中心軸ＣＳと重なっている。すなわち、回転軸３２の軸方向から見て、中心軸ＣＳと、永久磁石２０の重心が重なっている。
（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、永久磁石２０の外周を包囲するように、回転軸３２の周方向に沿って間隔を空けて配置されている。
　材料容器２２の数は、奇数である。第一実施形態では、一例として、材料容器２２の数を、１５個とした場合について説明する。
　また、材料容器２２は、回転軸３２の軸方向から見て、方形（正方形）に形成されている。
　なお、特に図示しないが、各材料容器２２は、例えば、連通孔プレート４の本体部２と対向する面に設けられた突起等により、位置決めされている。
　また、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。
（材料間ヨーク）
　複数の材料間ヨーク２４は、それぞれ、隣り合う材料容器２２の間に配置されている。具体的には、各材料間ヨーク２４は、隣り合う材料容器２２と接触している。
　また、材料間ヨーク２４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。
　材料間ヨーク２４の数は、材料容器２２と同数の奇数である。第一実施形態では、一例として、材料容器２２の数を１５個としているため、材料間ヨーク２４の数も、１５個とした場合について説明する。
　したがって、第一実施形態の磁気ヒートポンプ装置１は、一組の隣り合う材料容器２２と材料間ヨーク２４が形成する１５組のペアを備えている。
　また、材料間ヨーク２４は、回転軸３２の軸方向から見て、台形に形成されている。
　なお、特に図示しないが、各材料間ヨーク２４は、材料容器２２と同様、例えば、連通孔プレート４の本体部２と対向する面に設けられた突起等により、位置決めされている。
（内蔵ヨーク）
　一対の内蔵ヨーク２６は、共に、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。
　また、一対の内蔵ヨーク２６は、それぞれ、永久磁石２０の極性がＮ極である面と、永久磁石２０の極性がＳ極である面に接触しており、互いに離間している。また、内蔵ヨーク２６は、接着剤等を用いて、永久磁石２０に取り付けられている。
　第一実施形態では、一例として、一対の内蔵ヨーク２６が、それぞれ、回転軸３２の軸方向から見て長方形に形成された永久磁石２０のうち、回転軸３２の軸方向から見て、長方形の長辺を形成する面に接触している場合について説明する。
　なお、図２中及び以降の説明では、永久磁石２０の極性がＮ極である面と接触している内蔵ヨーク２６を、Ｎ極側内蔵ヨーク２６ａと規定する。同様に、図２中及び以降の説明では、永久磁石２０の極性がＳ極である面と接触している内蔵ヨーク２６を、Ｓ極側内蔵ヨーク２６ｂと規定する。
　Ｎ極側内蔵ヨーク２６ａは、永久磁石２０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。
　Ｓ極側内蔵ヨーク２６ｂは、Ｎ極側内蔵ヨーク２６ａと同様、永久磁石２０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。
　突出部分３６ａ及び突出部分３６ｂ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、突出部分３６ａ及び突出部分３６ｂ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。
　突出部分３６ａと突出部分３６ｂとの距離（間隔）は、一つの材料容器２２に隣り合う二つの材料間ヨーク２４に対する、突出部分３６ａの距離と突出部分３６ｂの距離とが、それぞれ、等しい距離となる値に設定する。突出部分３６ａと突出部分３６ｂとの距離及び形状は、磁束の流れＭＦがスペーサ２８を通って短絡してしまう影響が無い距離及び形状とする。
（スペーサ）
　一対のスペーサ２８は、樹脂製（例えば、ＡＢＳ樹脂製）である。
　スペーサ２８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、一対のスペーサ２８は、共に、一対の内蔵ヨーク２６（Ｎ極側内蔵ヨーク２６ａとＳ極側内蔵ヨーク２６ｂ）の間に配置されている。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。
　さらに、一対のスペーサ２８は、共に、材料容器２２との距離が、突出部分３６ａ及び突出部分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。
　また、一対のスペーサ２８は、共に、永久磁石２０と接触している。
（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、永久磁石２０と、材料容器２２と、材料間ヨーク２４と、内蔵ヨーク２６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に最も近い材料間ヨーク２４ａと、突出部分３６ｂに最も近い材料間ヨーク２４ｂとの間に配置されている材料容器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２２ｂに印加される磁場の大きさは減少するため、材料容器２２ｂ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２２ｂ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、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２２ｂ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から吸熱することで、材料容器２２ａ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Ｎ極側内蔵ヨーク２６ａ及びＳ極側内蔵ヨーク２６ｂが、永久磁石２０の極性が異なる面とそれぞれ接触しているとともに、互いに離間している。これに加え、Ｎ極側内蔵ヨーク２６ａ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３６ａを有し、Ｓ極側内蔵ヨーク２６ｂ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３６ｂを有する。
　このため、突出部分３６ａ及び突出部分３６ｂに最も近い二つの材料容器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が、永久磁石２０のＮ極から、Ｎ極側内蔵ヨーク２６ａ、材料間ヨーク２４ａ、材料容器２２に収容されている磁性材料３４、材料間ヨーク２４ｂ、Ｓ極側内蔵ヨーク２６ｂを順に経由して、永久磁石２０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、磁性材料３４と、二つの材料間ヨーク２４ａ，２４ｂと、一対の内蔵ヨーク２６ａ，２６ｂ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）永久磁石２０の極性が異なる面とそれぞれ接触し、且つ互いに離間している一対の内蔵ヨーク２６ａ，２６ｂが、強磁性体であり、且つ永久磁石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、磁性材料３４と、一対の内蔵ヨーク２６ａ，２６ｂ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）材料容器２２が、回転軸３２の周方向に沿って間隔を空けて配置された複数の材料容器２２であり、隣り合う材料容器２２の間に配置された複数の材料間ヨーク２４が、強磁性体である。
　このため、磁束が流れる磁気回路を、永久磁石２０と、磁性材料３４と、磁性材料３４が収容された材料容器２２に隣り合う二つの材料間ヨーク２４ａ，２４ｂと、一対の内蔵ヨーク２６ａ，２６ｂにより形成することが可能となる。
　その結果、一対の内蔵ヨーク２６ａ，２６ｂが二つの材料間ヨーク２４ａ，２４ｂと接近した状態でのみ、二つの材料間ヨーク２４ａ，２４ｂの間に配置された材料容器２２に収容されている磁性材料３４が励磁されることとなる。これにより、励磁と消磁との切り替え時に、磁束を急激に変化させることが可能となるため、効率的に温熱と冷熱を得ることが可能となる。
　また、隣り合う材料容器２２の接触を防止することが可能となり、励磁により昇温している材料容器２２と消磁により降温している材料容器２２との接触を防止して、伝熱によって発生するロスを低減させることが可能となる。これにより、効率的に温熱と冷熱を得ることが可能となる。
　また、材料容器２２が本体容器３０の内径面と全体的に接触している構成と比較して、材料容器２２の形状を単純化することが可能となり、磁性材料３４や材料容器２２の形状を変更する際に、設計等の自由度を向上させることが可能となる。
　また、直管型の磁気ヒートポンプ装置１において、材料容器２２を強磁性体により挟み込む構造を実現することが可能となる。これにより、公知の構成である円盤型の磁気回路では困難な、材料容器２２を回転軸３２の軸方向に沿って直線的に延長する構成を実現することが可能となる。このため、磁性材料３４を積層した構造を活用することが可能となり、磁気ヒートポンプ装置１で発生させることが可能な温度の範囲を拡大することが可能となる。
（３）材料容器２２及び材料間ヨーク２４の数が、同数の奇数である。
　その結果、永久磁石２０及び内蔵ヨーク２６の回転時に発生するコギングトルクを低減することが可能となるため、永久磁石２０及び内蔵ヨーク２６を円滑に回転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。
（４）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。
（５）一対の内蔵ヨーク２６ａ，２６ｂの間に、樹脂製であるスペーサ２８を配置する。
　その結果、一対の内蔵ヨーク２６ａ，２６ｂ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。
（６）永久磁石２０が、回転軸３２の軸方向から見て、方形に形成されている。
　その結果、永久磁石２０の形状が、永久磁石２０を材料容器２２と対向させて磁束を発生させる形状である場合と比較して、永久磁石２０の材料として用いる資源の使用量を低減させることが可能となり、コストを低減させることが可能となる。
　また、永久磁石２０の形状が、単純な形状であるため、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。
（７）回転軸３２の軸方向から見て、回転軸３２の中心軸ＣＳと、永久磁石２０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、永久磁石２０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。
（８）材料容器２２が、回転軸３２の軸方向から見て方形に形成されている。
　その結果、材料容器２２の形状が、本体容器３０の内径面に沿った瓦状の部分を有する形状である場合と比較して、材料容器２２の製造を簡略化することが可能となり、コストを低減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、一つの永久磁石２０が有するＮ極の面及びＳ極の面とそれぞれ接触する一対の内蔵ヨーク２６を備える構成としたが、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、回転ブロック３８ａと、四つの永久磁石２０ａ～２０ｄを備える構成とし、各永久磁石２０と接触する四対の内蔵ヨーク２６を備える構成としてもよい。
　回転ブロック３８ａは、回転軸３２の軸方向から見て正方形に形成されており、回転軸３２に固定されている。また、回転ブロック３８ａの重心は、回転軸３２の軸方向から見て、中心軸と重なっている。
　四つの永久磁石２０ａ～２０ｄは、回転軸３２の軸方向から見て方形（長方形）に形成されており、それぞれ、回転軸３２の軸方向から見て、回転ブロック３８ａが有する四つの辺に取り付けられている。
　四対の内蔵ヨーク２６は、永久磁石２０ａが有するＮ極の面及びＳ極の面とそれぞれ接触する内蔵ヨーク２６ａと内蔵ヨーク２６ｂの対と、永久磁石２０ｂが有するＮ極の面及びＳ極の面とそれぞれ接触する内蔵ヨーク２６ｃと内蔵ヨーク２６ｄの対を含む。また、四対の内蔵ヨーク２６は、永久磁石２０ｃが有するＮ極の面及びＳ極の面とそれぞれ接触する内蔵ヨーク２６ｅと内蔵ヨーク２６ｆの対と、永久磁石２０ｄが有するＮ極の面及びＳ極の面とそれぞれ接触する内蔵ヨーク２６ｇと内蔵ヨーク２６ｈの対を含む。
　図４中に示す構成であれば、一つの永久磁石２０と一対の内蔵ヨーク２６を備える構成と比較して、磁極が二極から四極となるため、永久磁石２０及び内蔵ヨーク２６の一回転あたりで励磁及び消磁する領域を、２倍に拡大することが可能となる。
　このため、回転軸３２の回転速度を低下させ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とともに、ＣＯＰ（成績係数）を低減させる
ことが可能となる。
　また、例えば、図５中に示すように、回転ブロック３８ｂと、三つのプレート５０と、三つの永久磁石２０ａ～２０ｃを備える構成とし、各永久磁石２０と接触する三対の内蔵ヨーク２６を備える構成としてもよい。
　回転ブロック３８ｂは、回転軸３２の軸方向から見て正三角形に形成されており、回転軸３２に固定されている。また、回転ブロック３８ｂの重心は、回転軸３２の軸方向から見て、中心軸と重なっている。
　三つのプレート５０は、板状に形成されており、それぞれ、回転軸３２の軸方向から見て、回転ブロック３８ｂが有する三つの辺に取り付けられている。プレート５０の厚さは、回転軸３２の軸回りに沿った方向で隣り合う二つの永久磁石２０に対し、それぞれが有するＮ極とＳ極が、互いに影響を及ぼさない距離となる値に設定する。
　三つの永久磁石２０ａ～２０ｃは、回転軸３２の軸方向から見て方形（長方形）に形成されており、それぞれ、回転軸３２の軸方向から見て、プレート５０の回転ブロック３８ｂと対向する面と反対の面に取り付けられている。
　三対の内蔵ヨーク２６は、永久磁石２０ａが有するＮ極の面及びＳ極の面とそれぞれ接触する内蔵ヨーク２６ａと内蔵ヨーク２６ｂの対と、永久磁石２０ｂが有するＮ極の面及びＳ極の面とそれぞれ接触する内蔵ヨーク２６ｃと内蔵ヨーク２６ｄの対を含む。また、三対の内蔵ヨーク２６は、永久磁石２０ｃが有するＮ極の面及びＳ極の面とそれぞれ接触する内蔵ヨーク２６ｅと内蔵ヨーク２６ｆの対を含む。
　図５中に示す構成であれば、一つの永久磁石２０と一対の内蔵ヨーク２６を備える構成と比較して、磁極が二極から三極となるため、永久磁石２０及び内蔵ヨーク２６の一回転あたりで励磁及び消磁する領域を、１．５倍に拡大することが可能となる。
　このため、回転軸３２の回転速度を低下させ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とともに、ＣＯＰ（成績係数）を低減させることが可能となる。
（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、永久磁石２０を、回転軸３２の軸方向から見て、方形の部分を形成する二つの辺に、半円状の部分を形成する直線の辺を取り付け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、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、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、２４…材料間ヨーク、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、３８…回転ブロック、３６ｂ…突出部分、４０ａ…外周側連通孔、４０ｂ…内周側連通孔、５０…プレート、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永久磁石と、
    　前記永久磁石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、
    　前記永久磁石の極性が異なる面とそれぞれ接触し、且つ互いに離間している少なくとも一対の内蔵ヨークと、を備え、
    　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、且つ前記永久磁石よりも前記材料容器に近い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. 　前記永久磁石は、一組の前記Ｎ極及び前記Ｓ極を有し、
    　前記内蔵ヨークは、前記Ｎ極の面及び前記Ｓ極の面とそれぞれ接触し、且つ互いに離間している一対の内蔵ヨークであり、
    　前記材料容器は、前記回転軸の周方向に沿って間隔を空けて配置された複数の材料容器であり、
    　隣り合う前記材料容器の間に配置された複数の材料間ヨークをさらに備え、
    　前記材料間ヨークは、強磁性体であ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. 　前記材料容器及び前記材料間ヨークの数は、奇数であ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. 　前記一対の内蔵ヨークの間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. 　前記永久磁石は、前記回転軸の軸方向から見て方形に形成されてい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. 　前記回転軸の軸方向から見て、前記中心軸と、前記永久磁石の重心と、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. 　前記材料容器は、前記回転軸の軸方向から見て方形に形成され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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