特許 6380147 渦電流式発熱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6380147

(24)【登録日】2018年8月10日

(45)【発行日】2018年8月29日

(54)【発明の名称】渦電流式発熱装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 49/10 20060101AFI20180820BHJP

   H02K 49/02 20060101ALI20180820BHJP

【ＦＩ】

   H02K49/10 B

   H02K49/02 B

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-24766(P2015-24766)

(22)【出願日】2015年2月10日

(65)【公開番号】特開2016-149850(P2016-149850A)

(43)【公開日】2016年8月18日

【審査請求日】2017年10月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001553

【氏名又は名称】アセンド特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】瀬戸 厚司

(72)【発明者】

【氏名】今西 憲治

(72)【発明者】

【氏名】山口 博行

(72)【発明者】

【氏名】野上 裕

(72)【発明者】

【氏名】中山 英介

【審査官】 若林 治男

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５７−１３１８７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第１９９７／４６０５１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０１８１８９５５（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１７４８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平１０−５０３６１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ４９／１０

Ｈ０２Ｋ ４９／０２

Ｈ０５Ｂ ６／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

非回転部に回転可能に支持された回転軸と、
前記回転軸に固定された円筒状の発熱部材と、
前記発熱部材の外周面又は内周面に隙間を空けて対向し、互いに隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる複数の永久磁石と、
前記永久磁石を保持し、前記非回転部に固定された磁石保持部材と、
前記発熱部材に生じた熱を回収する熱回収機構と、を備え、
前記熱回収機構は、
前記非回転部に固定されて前記発熱部材を包囲する密閉容器であって、前記発熱部材と前記永久磁石との前記隙間に非磁性の隔壁を有する密閉容器と、
前記密閉容器の内部空間に繋がる入口及び出口にそれぞれ接続された配管と、
前記各配管に接続された蓄熱装置と、
前記密閉容器、前記配管、及び前記蓄熱装置を循環する熱媒体と、を含み、
前記永久磁石と対向する前記発熱部材の前記周面に非磁性の突起を備えた、渦電流式発熱装置。

【請求項2】

請求項１に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記突起は前記発熱部材の周方向に複数設けられる、渦電流式発熱装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記突起は前記発熱部材の軸方向に複数設けられる、渦電流式発熱装置。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記突起は前記発熱部材の軸方向に沿って螺旋状に延びる、渦電流式発熱装置。

【請求項5】

請求項４に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記突起は前記発熱部材の回転方向に傾斜する、渦電流式発熱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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

【背景技術】

【0002】

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

【0003】

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

【0004】

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

【0005】

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

【0006】

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

【0007】

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

【0008】

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

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１１−８９４９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

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

【0011】

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

【0012】

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

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の実施形態による渦電流式発熱装置は、
非回転部に回転可能に支持された回転軸と、
前記回転軸に固定された円筒状の発熱部材と、
前記発熱部材の外周面又は内周面に隙間を空けて対向し、互いに隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる複数の永久磁石と、
前記永久磁石を保持し、前記非回転部に固定された磁石保持部材と、
前記発熱部材に生じた熱を回収する熱回収機構と、を備える。
前記熱回収機構は、
前記非回転部に固定されて前記発熱部材を包囲する密閉容器であって、前記発熱部材と前記永久磁石との前記隙間に非磁性の隔壁を有する密閉容器と、
前記密閉容器の内部空間に繋がる入口及び出口にそれぞれ接続された配管と、
前記各配管に接続された蓄熱装置と、
前記密閉容器、前記配管、及び前記蓄熱装置を循環する熱媒体と、を含む。
前記永久磁石と対向する前記発熱部材の前記周面に非磁性の突起を備える。

【発明の効果】

【0014】

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

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、第１実施形態の発熱装置の縦断面図である。

【図2】図２は、第１実施形態の発熱装置の横断面図である。

【図3】図３は、第１実施形態の発熱装置における発熱部材の外観を示す平面図である。

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

【図5】図５は、第２実施形態の発熱装置の横断面図である。

【図6】図６は、第３実施形態の発熱装置の縦断面図である。

【図7】図７は、第４実施形態の発熱装置の縦断面図である。

【図8】図８は、第５実施形態の発熱装置の横断面図である。

【図9A】図９Ａは、発熱部材における突起の変形態様の一例を示す平面図である。

【図9B】図９Ｂは、図９Ａに示す発熱部材の横断面図である。

【図10】図１０は、発熱部材における突起の変形態様の他の一例を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の実施形態による渦電流式発熱装置は、回転軸と、発熱部材と、複数の永久磁石と、磁石保持部材と、熱回収機構と、を備える。回転軸は、非回転部に回転可能に支持される。発熱部材は円筒状であり、前記回転軸に固定される。複数の永久磁石は、前記発熱部材の外周面又は内周面に隙間を空けて対向し、互いに隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる。磁石保持部材は、前記永久磁石を保持し、前記非回転部に固定される。熱回収機構は、前記発熱部材に生じた熱を回収する。

【0017】

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

【0018】

本実施形態の渦電流式発熱装置によれば、発熱部材に対向する磁石の磁極の配置が、互いに隣接する磁石同士で交互に異なるため、磁石からの磁界が広がり、発熱部材に到達する磁束密度が多くなる。これにより、磁石からの磁界の作用によって発熱部材に生じる渦電流が大きくなり、十分な発熱が得られる。しかも、発熱部材と隔壁との間の熱媒体は、発熱部材と一体で回転する突起によって攪拌される。この攪拌により、発熱部材から熱媒体への熱伝達が効率良く均一に行われる。したがって、回転軸の運動エネルギを熱エネルギに有効に変換して回収することができる。

【0019】

上記の発熱装置において、前記突起は前記発熱部材の周方向に複数設けられる構成とすることができる。

【0020】

上記の発熱装置において、前記突起は前記発熱部材の軸方向に複数設けられる構成とすることができる。

【0021】

上記の発熱装置において、前記突起は前記発熱部材の軸方向に沿って螺旋状に延びることが好ましい。この場合、前記突起は前記発熱部材の回転方向に傾斜することが好ましい。

【0022】

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

【0023】

以下に、本発明の渦電流式発熱装置の実施形態について詳述する。

【0024】

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の発熱装置の縦断面図である。図２は、第１実施形態の発熱装置の横断面図である。図３は、その発熱装置における発熱部材の外観を示す平面図である。図１〜図３には、風力発電設備に搭載した発熱装置１を例示する。図１及び図２に示すように、第１実施形態の発熱装置１は、回転軸３と、発熱部材４と、複数の永久磁石５と、磁石保持部材６と、を備える。回転軸３は、非回転部である固定の本体２に対し、軸受７を介して回転可能に支持される。

【0025】

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

【0026】

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

【0027】

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

【0028】

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

【0029】

磁石５と対向する発熱部材４の周面、すなわち円筒部材４Ａの外周面に、突起１６が固定される。この突起１６は、発熱部材４の軸方向の全域にわたり、発熱部材４の軸方向に沿って螺旋状に延びる。突起１６は、円筒部材４Ａの外周面から垂直に突出する。図３には、発熱部材４の周方向に突起１６が８つ設けられた態様を示す。突起１６の材質は非磁性材料である。磁石５から円筒部材４Ａへの磁界に悪影響を及ぼさないようにするためである。

【0030】

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

【0031】

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

【0032】

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

【0033】

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

【0034】

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

【0035】

発熱部材４に生じた熱は、発熱部材存在空間を流通する熱媒体に伝達される。その際、発熱部材４（円筒部材４Ａ）の外周面と隔壁１５の内周面との間の熱媒体は、発熱部材４と一体で回転する突起１６によって攪拌される。このため、発熱部材４から熱媒体への熱伝達が効率良く均一に行われる。発熱部材存在空間内の熱媒体は、発熱部材存在空間の出口１２から排出され、出側配管を通じて蓄熱装置に導かれる。蓄熱装置は、熱交換によって熱媒体から熱を受け取って回収し、その熱を蓄える。蓄熱装置を経た熱媒体は、入側配管を通じ、入口１１から発熱部材存在空間に戻る。このようにして、発熱部材４に生じた熱が回収される。

【0036】

第１実施形態の発熱装置１においては、上記のとおり、発熱部材４で十分な発熱が得られる。しかも、熱媒体の攪拌により、発熱部材４から熱媒体への熱伝達が効率良く均一に行われる。したがって、回転軸３の運動エネルギを熱エネルギに有効に変換して回収することができる。特に、第１実施形態では、突起１６が螺旋状であることから、熱媒体が旋回流となる。このため、発熱部材４から熱媒体への熱伝達の際、熱媒体がより攪拌される。更に、第１実施形態では、突起１６が複数設けられるため、熱媒体の攪拌がより一層大きくなる。

【0037】

第１実施形態の発熱装置１は、風力発電設備に搭載される。すなわち、図１に示すように、発熱装置１の回転軸３の延長線上に、風車である羽根車２０が設けられる。羽根車２０の回転軸２１は、固定の本体２に対し、軸受２５を介して回転可能に支持される。羽根車２０の回転軸２１は、クラッチ装置２３及び増速装置２４を介して、発熱装置１の回転軸３に連結される。羽根車２０の回転軸２１の回転に伴って発熱装置１の回転軸３が回転する。このとき、発熱装置１の回転軸３の回転速度は、増速装置２４によって、羽根車２０の回転軸２１の回転速度よりも増加する。増速装置２４には、例えば遊星歯車機構を適用できる。

【0038】

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

【0039】

更に、発熱装置１の回転軸３が回転することにより、発熱部材４が発熱すると同時に、回転軸３には、回転を減速させる制動力が発生する。これにより、増速装置２４及びクラッチ装置２３を介し羽根車２０の回転速度が調整される。ここで、クラッチ装置２３は以下の機能を有する。発熱装置１で発熱が必要な場合には、クラッチ装置２３は、羽根車２０の回転軸２１と発熱装置１の回転軸３とを接続する。これにより、羽根車２０の回転動力が発熱装置１に伝達される。蓄熱装置に蓄積された熱量が許容量に達し、発熱装置１で発熱の必要が無くなった場合、メンテナンスのために発熱装置１を停機する場合等には、クラッチ装置２３は、羽根車２０の回転軸２１と発熱装置１の回転軸３との接続を切る。これにより、羽根車２０の回転動力が発熱装置１に伝達されない。このときに羽根車２０が風力で自由に回転することのないように、羽根車２０とクラッチ装置２３との間に、羽根車２０の回転を止める摩擦式、電磁式等のブレーキ装置２２を設置するのが好ましい。

【0040】

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

【0041】

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

【0042】

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

【0043】

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

【0044】

このような積層構造によれば、磁石５からの磁界の作用によって発熱部材４に生じる渦電流がより大きくなり、高い制動力とより十分な発熱を得ることが可能になる。ただし、第２層４ｃは省いて構わないし、緩衝層４ｅも省いて構わない。

【0045】

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態の発熱装置の横断面図である。図５に示す第２実施形態の発熱装置１は、前記第１実施形態の発熱装置１の構成を基本とする。後述する第３〜第５実施形態でも同様とする。第２実施形態の発熱装置１は、前記第１実施形態と比較し、主に磁石５の配列態様が相違する。

【0046】

図５に示すように、磁石５は、円筒部材６ａの内周面に、円周方向にわたり配列される。これらの磁石５の磁極（Ｎ極、Ｓ極）の配置は、回転軸３を中心とする周方向であって、円周方向に隣接する磁石５同士で交互に異なる。第２実施形態の場合、磁石５を直接保持する円筒部材６ａの材質は、非磁性材料である。円周方向で隣接する磁石５の間に強磁性体からなるポールピース９が設けられる。

【0047】

第２実施形態では、磁石５からの磁束（磁界）は、次のような状況になる。周方向に隣接する磁石５同士は、ポールピース９を挟んで同極が向き合う。また、磁石５を保持する円筒部材６ａが非磁性体である。このため、両磁石５のＮ極から出た磁束は、互いに反発し、ポールピース９を通じて発熱部材４（円筒部材４Ａ）に達する。発熱部材４に達した磁束は、隣のポールピース９を通じて各々の磁石５のＳ極に達する。つまり、磁石５、ポールピース９、及び発熱部材４との間に、磁石５による磁気回路が形成される。このような磁気回路が、円周方向の全域にわたり、交互にその磁束の向きを逆向きにして形成される。そうすると、磁石５からの磁界が広がり、発熱部材４に到達する磁束密度が多くなる。

【0048】

したがって、第２実施形態の発熱装置１でも、前記第１実施形態と同様の効果を奏する。

【0049】

［第３実施形態］
図６は、第３実施形態の発熱装置の縦断面図である。第３実施形態の発熱装置１は、前記第１実施形態と比較し、主に磁石５の配列態様が相違する。

【0050】

図６に示すように、磁石５は、円筒部材６ａの内周面に、軸方向にわたり配列される。これらの磁石５の磁極（Ｎ極、Ｓ極）の配置は、回転軸３に沿った軸方向であって、軸方向に隣接する磁石５同士で交互に異なる。第３実施形態の場合、磁石５を直接保持する円筒部材６ａの材質は、前記第２実施形態と同様に非磁性材料である。軸方向で隣接する磁石５の間に、強磁性体からなるポールピース９が設けられる。更に、ポールピース９は、軸方向の両端に配置された磁石５の端にも設けられる。

【0051】

第３実施形態では、磁石５からの磁束（磁界）は、次のような状況になる。軸方向に隣接する磁石５同士は、ポールピース９を挟んで同極が向き合う。また、磁石５を保持する円筒部材６ａが非磁性体である。このため、両磁石５のＮ極から出た磁束は、互いに反発し、ポールピース９を通じて発熱部材４（円筒部材４Ａ）に達する。発熱部材４に達した磁束は、隣のポールピース９を通じて各々の磁石５のＳ極に達する。つまり、磁石５、ポールピース９、及び発熱部材４との間に、磁石５による磁気回路が形成される。このような磁気回路が、軸方向の全域にわたり、交互にその磁束の向きを逆向きにして形成される。そうすると、磁石５からの磁界が広がり、発熱部材４に到達する磁束密度が多くなる。

【0052】

したがって、第３実施形態の発熱装置１でも、前記第１実施形態と同様の効果を奏する。

【0053】

［第４実施形態］
図７は、第４実施形態の発熱装置の縦断面図である。第４実施形態の発熱装置１は、磁石５の温度上昇を抑制する点に着目し、前記第１実施形態の発熱装置１に磁石５を冷却する冷却機構を設けたものである。

【0054】

図７に示すように、第６実施形態の発熱装置１は、磁石冷却機構として、以下の構成を備える。本体２には、磁石５及び磁石保持部材６が存在する空間（以下、「磁石存在空間」ともいう）に繋がる吸入口３１及び排出口３２が設けられる。なお、図７では、排出口３２が磁石保持部材６（円筒部材６ａ）を貫通する態様を示す。

【0055】

磁石存在空間の吸入口３１及び排出口３２のそれぞれには、吸入側配管３３及び排出側配管３４が接続される。吸入側配管３３及び排出側配管３４は、熱交換器３５に接続される。磁石存在空間、吸入側配管３３、排出側配管３４、及び熱交換器３５は一連の経路を形成し、この経路中を冷媒体が流通して循環する（図７中の点線矢印参照）。この経路中には、冷媒体を送り出すポンプ３６が設置される。

【0056】

このような構成によれば、ポンプ３６の駆動により、冷媒体が吸入口３１から磁石存在空間に導入される（図７中の点線矢印参照）。磁石存在空間に導入された冷媒体は、磁石５の近傍領域を流通する。その際、磁石５が冷却される。磁石５を冷却した冷媒体は、排出口３２から排出側配管３４に排出される（図７中の点線矢印参照）。排出側配管３４に排出された冷媒体は、熱交換器３５で冷却され、吸入側配管３３に送り出される。このようにして、磁石５を冷媒体によって強制的に冷却し、磁石５の温度上昇を抑制することができる。

【0057】

このような磁石冷却機構は、前記第２及び第３実施形態の発熱装置１に適用することも可能である。

【0058】

第４実施形態の変形例として、吸入側配管３３、排出側配管３４、熱交換器３５、及びポンプ３６は省くこともできる。この場合、送風機等によって、外部の空気を吸入口３１から磁石存在空間に導入し、排出口３２から排出させればよい。磁石５は、磁石存在空間内を流通する空気によって冷却される。

【0059】

［第５実施形態］
図８は、第５実施形態の発熱装置の横断面図である。第５実施形態の発熱装置１は、前記第１実施形態の発熱部材４に設けた突起１６の態様を変形したものである。

【0060】

図８に示すように、螺旋状の突起１６は、円筒部材４Ａの外周面から発熱部材４の回転方向に傾斜して突出する。これにより、突起１６によって生じる熱媒体の旋回流が強力になる。このため、熱媒体の攪拌が更に大きくなる。

【0061】

したがって、第５実施形態の発熱装置１によれば、前記第１実施形態よりも優れた効果が期待できる。

【0062】

このような突起１６の態様は、前記第２〜第４実施形態の発熱装置１に適用することも可能である。

【0063】

その他本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、突起１６の設置数は、特に限定しない。図９Ａ、図９Ｂ及び図１０は、突起の態様の変形例を示す図である。図９Ａ及び図９Ｂに示すように、螺旋状の突起１６が周方向に４つ設けられても構わない。図１０に示すように、螺旋状の突起１６が複数に分割されても構わない。また、突起１６の形状は、螺旋状でなくてもよく、単純なピン状であってもよい。要するに、突起１６は、周方向に複数設けられてもよいし、軸方向に複数設けられてもよい。もちろん、単数であってもよい。

【0064】

上記の実施形態では、発熱部材４（円筒部材４Ａ）の外側に磁石５を配置し、磁石５は発熱部材４の外周面に対向する。これとは逆に、発熱部材４（円筒部材４Ａ）の内側に磁石５を配置し、磁石５が発熱部材４の内周面に対向するようにすることもできる。ただし、この場合であっても、発熱部材４は回転軸３に固定され、磁石５は磁石保持部材６を介して本体２に固定される。

【0065】

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

【0066】

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

【産業上の利用可能性】

【0067】

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

【符号の説明】

【0068】

１：渦電流式発熱装置、 ２：本体、 ３：回転軸、
４：発熱部材、 ４Ａ：円筒部材、 ４Ｂ：連結部材、 ４Ｃ：貫通穴、
４ａ：基材、 ４ｂ：第１層、 ４ｃ：第２層、
４ｄ：酸化防止皮膜層、 ４ｅ：緩衝層、
５：永久磁石、 ６：磁石保持部材、 ６ａ：円筒部材、
７：軸受、 ８：カバー、 ９：ポールピース、
１１：入口、 １２：出口、 １５：隔壁、 １６：突起
２０：羽根車、 ２１：回転軸、 ２２：ブレーキ装置、
２３：クラッチ装置、 ２４：増速装置、 ２５：軸受、
３１：吸入口、 ３２：排出口、
３３：吸入側配管、 ３４：排出側配管、
３５：熱交換器、 ３６：ポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】