(57)【要約】【課題】磁気作業物質に磁気作業物質を貫く磁束の密度分布のばらつきを抑制することを目的とする。【解決手段】この磁気冷凍装置は、開口部を有するヨークと、前記ヨークの内周面に位置し、磁気作業物質を含む磁気作業体と、前記ヨークの前記開口部の内部に位置し、回転軸を中心に回転する回転子と、を備え、前記回転子は、前記回転軸方向から見て径方向のいずれかの方向に着磁され、着磁方向の端部に磁極面を有する永久磁石を備え、前記回転軸を基準に前記磁極面の周方向の中心における前記磁極面と前記磁気作業体との対向距離は、前記周方向の端部における前記磁極面と前記磁気作業体との対向距離より長い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有するヨークと、
前記ヨークの内周面に位置し、磁気作業物質を含む磁気作業体と、
前記ヨークの前記開口部の内部に位置し、回転軸を中心に回転する回転子と、を備え、
前記回転子は、前記回転軸が延在する回転軸方向から見て径方向のいずれかの方向に着磁され、着磁方向の端部に磁極面を有する永久磁石を備え、
前記回転軸を基準に前記磁極面の周方向の中心における前記磁極面と前記磁気作業体との対向距離は、前記周方向の端部における前記磁極面と前記磁気作業体との対向距離より長い、磁気冷凍装置。
【請求項２】
前記磁極面は、前記回転軸から見て平坦面又は凸面である、請求項１に記載の磁気冷凍装置。
【請求項３】
前記磁極面と前記磁気作業体との対向距離が、前記磁極面の前記周方向の中心から端部に向かって漸近的に短くなる、請求項１又は２に記載の磁気冷凍装置。
【請求項４】
前記回転子は、磁束制御部をさらに備え、
前記磁束制御部は、前記回転軸を基準に前記磁極面の外側に位置し、磁性体を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気冷凍装置。
【請求項５】
前記磁束制御部の前記周方向の中心における厚さは、前記磁束制御部の前記周方向の端部における厚さより厚い、請求項４に記載の磁気冷凍装置。
【請求項６】
前記磁束制御部の厚さが、前記周方向の中心から端部に向かって漸近的に薄くなる、請求項４又は５に記載の磁気冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、冷凍技術の一つとして磁気冷凍装置への注目が高まっている。磁気冷凍装置は、フロンガス等を使用せず、環境への影響が少ないと言われている。
【０００３】
磁気冷凍装置に用いられる磁気冷凍技術の一つとしてＡＭＲ（Active Magnetic Regenerative Refrigeration）方式が知られている（例えば、特許文献１）。ＡＭＲ方式は、磁気熱量効果と蓄熱効果とを利用した冷凍技術である。
【０００４】
磁気熱量効果は、磁性体内の磁気エントロピーの変化に伴い、磁性体が発熱又は吸熱する物理現象である。断熱状態で磁性体に磁場を印加すると、磁気エントロピーは減少する。その結果、磁性体は発熱し、磁性体の温度が上がる。他方、磁性体に印加していた磁場を取り去ると、磁気エントロピーは増加する。その結果、磁性体は吸熱し、磁性体の温度が下がる。
【０００５】
他方、蓄熱効果は、磁性体内の結晶格子のエントロピーの変化を利用する物理現象である。断熱状態で磁性体に磁場を印加すると結晶格子のエントロピーは増加し、磁場を取り去ると、結晶格子のエントロピーは減少する。室温域における磁気冷凍にとって阻害要因となりうる結晶格子のエントロピーを積極的に利用することで、発生した冷熱を効率的に蓄えることができる。
【０００６】
また特許文献２には、永久磁石が固着された回転子と、磁気作業物質を有する磁気作業体を内面側に有する固定子と、を有する磁気冷凍装置が記載されている。回転子が固定子の内部で回転すると、磁気作業物質に磁場を印加する印加状態と、磁気作業物質に加わる磁場を除去する非印加状態との２状態が生み出される。磁気作業物質は、印加状態から非印加状態に移行する際に、被冷却体を冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−９８４９５号公報
【特許文献２】特開２００８−５１４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２に記載の磁気冷凍装置は、永久磁石の磁極面を、対向する固定子の内周面を反映した円弧状としている。磁極面が所定の円弧を描くと、磁極面と磁気作業体との距離が磁極面の位置ごとで変化する。例えば、中心における永久磁石の磁極面と磁気作業体との距離は、端部における永久磁石の磁極面と磁気作業体との距離より短くなる。永久磁石の磁束密度は、永久磁石の磁極面と磁気作業体との距離の影響を受ける。永久磁石の中心における磁束密度は高く、永久磁石の端部における磁束密度は低くなる。つまり、磁場が印加された印加状態において、磁気作業物質を貫く磁束密度分布がばらついている。
【０００９】
磁束密度分布にばらつきがある永久磁石が回転すると、励磁時の磁気エントロピー変化に時差が生じる。この時差は、発熱した磁気作業物質から温熱を除去する際に、磁気作業物質の一部が吸熱現象を起こすという問題を引き起こす。発熱現象と吸熱現象とが同時に生じると、全体としての磁気熱量効果が低下する。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、磁気作業物質を貫く磁束の密度分布のばらつきを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、鋭意検討の結果、磁束の発生源である永久磁石の形状を調整することで、磁気作業体を貫く磁束の密度分布のばらつきを抑制できることを見出した。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
【００１２】
（１）第１の態様にかかる磁気冷凍装置は、開口部を有するヨークと、前記ヨークの内周面に位置し、磁気作業物質を含む磁気作業体と、前記ヨークの前記開口部の内部に位置し、回転軸を中心に回転する回転子と、を備え、前記回転子は、前記回転軸が延在する回転軸方向から見て径方向のいずれかの方向に着磁され、着磁方向の端部に磁極面を有する永久磁石を備え、前記回転軸を基準に前記磁極面の周方向の中心における前記磁極面と前記磁気作業体との対向距離は、前記周方向の端部における前記磁極面と前記磁気作業体との対向距離より長い。
【００１３】
（２）上記態様にかかる磁気冷凍装置において、前記磁極面は、前記回転軸から見て平坦面又は凸面であってもよい。
【００１４】
（３）上記態様にかかる磁気冷凍装置において、前記磁極面と前記磁気作業体との対向距離が、前記磁極面の前記周方向の中心から端部に向かって漸近的に短くなってもよい。
【００１５】
（４）上記態様にかかる磁気冷凍装置において、前記回転子は、磁束制御部をさらに備え、前記回転軸を基準に前記磁極面の外側に位置し、磁性体を有してもよい。
【００１６】
（５）上記態様にかかる磁気冷凍装置において、前記磁束制御部の前記周方向の中心における厚さは、前記磁束制御部の前記周方向の端部における厚さより厚くてもよい。
【００１７】
（６）上記態様にかかる磁気冷凍装置において、前記磁束制御部の厚さが、前記周方向の中心から端部に向かって漸近的に薄くなっていてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
上記態様にかかる磁気冷凍装置によれば、磁気作業物質を貫く磁束の密度分布のばらつきを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態にかかる磁気冷凍システムの模式図である。
【図２】第１実施形態にかかる磁気冷凍装置の断面を模式的に示した図である。
【図３】第１実施形態にかかる磁気冷凍装置の動作を模式的に示した図である。
【図４】第１実施形態にかかる磁気冷凍装置の別の例の断面を模式的に示した図である。
【図５】第１実施形態にかかる磁気冷凍装置の別の例の断面を模式的に示した図である。
【図６】第２実施形態にかかる磁気冷凍システムの磁気冷凍装置の断面を模式的に示した図である。
【図７】磁束密度分布をシミュレーションする際に用いたＡモデルの模式図である。
【図８】磁束密度分布をシミュレーションする際に用いたＢモデルの模式図である。
【図９】磁束密度分布をシミュレーションする際に用いたＣモデルの模式図である。
【図１０】実施例１〜実施例６及び比較例１においてヨークの内周面近傍における磁束密度分布を測定した結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００２１】
「第１実施形態」
（磁気冷凍システム）
図１は、第１実施形態にかかる磁気冷凍システムの模式図である。図１に示す磁気冷凍システム２００は、磁気冷凍装置１００と、ポンプ１１０と、切り替え部１２０，１２１と、冷却室１３０と、貯留槽１４０と、流路１５０と、を備える。磁気冷凍装置１００、ポンプ１１０、切り替え部１２０，１２１、冷却室１３０及び貯留槽１４０は、流路１５０により接続されている。
【００２２】
ポンプ１１０は、熱交換媒体を循環させる。熱交換媒体は、水に限られず、他の溶液、空気等でもよい。ポンプ１１０から排出された熱交換媒体は、流路１５０を介して切り替え部１２０に供給される（流れＦ１）。
【００２３】
切り替え部１２０，１２１は、磁気冷凍装置１００のどの位置に熱交換媒体を供給するかを制御し、流路１５０の接続を切り替える。切り替え部１２０から排出された熱交換媒体は、流路１５０を介して磁気冷凍装置１００に供給される（流れＦ２）。熱交換媒体は、磁気冷凍装置１００における磁場が印加されていない磁気作業体２０に供給され、熱交換媒体が冷却される。
【００２４】
冷却室１３０は、冷却部１３２を有する。冷却された熱交換媒体は、流路１５０を介して冷却室１３０の冷却部１３２に供給される（流れＦ３）。熱交換媒体は、冷却室１３０の内部を冷やし、吸熱する。吸熱した熱交換媒体は、磁気冷凍装置１００に再度供給される（流れＦ４）。熱交換媒体は、磁気冷凍装置１００における磁場が印加されている磁気作業体２０に流路１５０を介して供給される。流路１５０は、切り替え部１２１により選択される。磁気作業体２０は、熱交換媒体を温める。熱交換媒体に熱を伝えることで、磁気作業体２０の温度が高くなることを抑制する。温められた熱交換媒体は、流路１５０を介して貯留槽１４０に供給される（流れＦ５）。
【００２５】
貯留槽１４０は、熱交換媒体を貯留する。磁気作業体２０により温められた熱交換媒体は、貯留槽１４０で室温まで冷却される。室温まで冷却された熱交換媒体は、貯留槽１４０からポンプ１１０に至る（流れＦ６）。上述の流れＦ１から流れＦ６を経て、磁気冷凍システム２００は一回循環する。磁気冷凍システム２００は、この循環を繰り返し、冷却室１３０内の被冷却体を冷却する。
【００２６】
（磁気冷凍装置）
図２は、第１実施形態にかかる磁気冷凍装置１００の断面模式図である。図２は、後述する回転軸３２に対して垂直な断面で磁気冷凍装置１００を切断した断面に対応する。磁気冷凍装置１００は、ヨーク１０と、磁気作業体２０と、回転子３０とを備える。
【００２７】
ヨーク１０は、内部に開口部１０Ａを有する。ヨーク１０は、図１に示すように一方向に延在する円管状の部材である。ヨーク１０は、磁性体からなる。ヨーク１０には、例えば、一般構造用鉄鋼材（ＳＳ４００）、ケイ素鋼板、機械構造用炭素材等を用いることができる。
【００２８】
磁気作業体２０は、ヨーク１０の内周面１０ａに位置する。磁気作業体２０は、ヨーク１０の内周面１０ａと接触していてもよいし、間隔をあけて配置されてもよい。
【００２９】
図２に示す磁気作業体２０は、ヨーク１０の延在方向と同じ方向に延在する仕切り板２２により複数の領域に区分されている。磁気作業体２０は、図２に示すようにヨーク１０の内周面１０ａ全面に設けてもよいし、その一部にのみ設けてもよい。例えば、ヨーク１０の内周面１０ａに、磁気作業体２０を一定の間隔をあけて複数配設してもよい。
【００３０】
磁気作業体２０は、磁気作業物質を有する。磁気作業物質は、磁気熱量効果を発現する材料からなる。磁気作業物質は、断熱状態で磁場が印加されると発熱し、印加していた磁場を取り去ると吸熱する。磁場を印加する印加状態と、印加されていた磁場を除去する非印加状態とで、磁気作業物質の磁気エントロピーは変化し、磁気作業物質が発熱又は吸熱する。
【００３１】
磁気作業物質は、例えば、Ｇｄ５Ｓｉ２Ｇｅ２系物質、Ｍｎ（Ａｓ-Ｓｂ）系物質、ＭｎＦｅ（Ｐ-Ａｓ）系物質、Ｌａ（Ｆｅ-Ｓｉ）Ｈ系物質等を用いることができる。
【００３２】
回転子３０は、ヨーク１０の開口部１０Ａ内に位置する。図２に示す回転子３０は、永久磁石３１と回転軸３２とを備える。回転軸３２の軸中心は、ヨーク１０の中心と一致する。回転子３０は、回転軸３２を中心に回転する。
【００３３】
永久磁石３１は、回転軸３２が延在する回転軸方向から見て径方向に着磁されている。着磁方向（径方向）の端部には、磁極面３１ａを有する。磁極面３１ａは、永久磁石３１の外表面のうち磁束が貫く面である。
【００３４】
図２に示す永久磁石３１は、回転軸方向から見て長軸と短軸とを有する。永久磁石３１の断面形状はこの場合に限られない。図２に示す永久磁石３１における第１方向は、永久磁石３１の長軸方向であり、長軸方向に着磁されている。
【００３５】
永久磁石３１の周方向の中心における磁極面３１ａと磁気作業体２０との対向距離Ｌ１は、周方向の端部における磁極面３１ａと磁気作業体２０との対向距離Ｌ２より長い。ここで対向距離とは、磁極面３１ａから磁気作業体２０に向かって着磁方向に沿って下した垂線の距離を意味する。磁極面３１ａは、永久磁石３１の端部を通り、磁気作業体２０と等距離にある基準面Ｓ１より回転軸３２側に位置する。
【００３６】
磁気作業体２０の各位置における磁束密度は、永久磁石３１が生み出す起磁力と、磁極面３１ａと磁気作業体２０との距離と、によって決定される。
【００３７】
磁極面３１ａが基準面Ｓ１に位置する場合、磁極面３１ａと磁気作業体２０との着磁方向における距離は、周方向の中央部より端部において長くなる。磁気作業体２０の各位置における磁束密度は、磁極面３１ａと磁気作業体２０との距離に応じて変化する。磁気作業体２０の各位置における磁束密度は、磁極面３１ａの端部と対向する位置より中央部と対向する位置において強く、磁気作業体２０の各位置における磁束密度がばらつく。
【００３８】
これに対し、図２に示す磁気冷凍装置１００は、周方向の中心における磁極面３１ａと磁気作業体２０との対向距離Ｌ１は、周方向の端部における磁極面３１ａと磁気作業体２０との対向距離Ｌ２より長い。つまり、磁極面３１ａから磁気作業体２０に至るまでに、磁束は磁極面３１ａの周方向の中心において周方向の端部より拡散する。
【００３９】
したがって、磁極面３１ａと磁気作業体２０との距離を制御することで、磁極面３１ａと対向する磁気作業体２０の各位置における磁束密度のばらつきが抑制される。
【００４０】
図２に示す永久磁石３１の磁極面３１ａは、回転軸３２から見て突出する凸面である。磁極面３１ａの形状は、図２に示すように、周方向の中心から端部に向かって漸近的に変化することが好ましい。磁極面３１ａの形状が漸近的に変化することで、磁極面３１ａと磁気作業体２０との対向距離が、磁極面３１ａの周方向の中心から端部に向かって漸近的に短くなる。ここで「漸近的」とは、徐々に変化することを意味し、磁極面３１ａの形状及び対向距離が段階的に変化する場合も含む。磁極面３１ａの形状及び対向距離が、漸近的に変化することで、磁極面３１ａと対向する磁気作業体２０の各位置における磁束密度のばらつきがより抑制される。
【００４１】
図３は、第１実施形態にかかる磁気冷凍装置１００の動作を模式的に示した図である。磁気冷凍装置１００は、回転子３０が回転することで、磁気作業体２０の内部の磁気作業物質が発熱、吸熱し、磁気作業体２０内部を流通する熱交換媒体を加熱、冷却する。
【００４２】
図３（ａ）はある任意の時間における磁気冷凍装置１００の断面を模式的に示した図である。図３に示す磁気作業体２０は、６つの領域に区分されている。磁束線は、磁極面３１ａとヨーク１０との間で発生する。そのため、ある任意の時間において磁場は、区分された６つの領域のうち第１領域２０Ａにおける磁気作業体２０の内部の磁気作業物質に印加される。第１領域２０Ａの内部の磁気作業物質の磁気エントロピーは減少する。つまり、第１領域２０Ａの内部の磁気作業物質は、発熱する。
【００４３】
磁極面３１ａは径方向に二つあるため、第１領域２０Ａも対向する位置に２つ存在する。以下、時計回りに第１領域２０Ａの隣の領域を第２領域２０Ｂ、さらに隣の領域を第３領域２０Ｃとする。
【００４４】
次いで、回転子３０が回転すると、磁気冷凍装置１００は図３（ａ）の状態から図３（ｂ）の状態に移行する。図３（ｂ）は別の任意の時間における磁気冷凍装置１００の断面を模式的に示した図である。図３（ｂ）の状態において磁場は、第２領域２０Ｂの内部の磁気作業物質に印加される。第２領域２０Ｂの内部の磁気作業物質は、発熱する。
【００４５】
一方で、図３（ａ）において第１領域２０Ａに印加されていた磁場は除去される。したがって、第１領域２０Ａの内部の磁気作業物質の磁気エントロピーは増加する。その結果、第１領域２０Ａの内部の磁気作業物質は、吸熱する。
【００４６】
図３（ａ）の状態から図３（ｂ）の状態に移行する際に、切り替え部１２０から磁気冷凍装置１００に熱交換媒体を供給する流路１５０を第１領域２０Ａに接続し、磁気冷凍装置１００から切り替え部１２０に熱交換媒体を排出する流路１５０を第２領域２０Ｂに接続する。
【００４７】
第１領域２０Ａにおける磁気作業物質は、この瞬間において吸熱反応を示すため、磁気冷凍装置１００に供給された熱交換媒体は冷却される。冷却された熱交換媒体は、冷却室１３０に供給され、被冷却体を冷却する。第２領域２０Ｂにおける磁気作業物質は、この瞬間において発熱反応を示すが、貯留槽１４０に戻る熱交換媒体を加熱することで高温になることが抑制されている。
【００４８】
回転子３０が回転することで、磁気作業体２０の磁場が印加される領域は、第１領域２０Ａ、第２領域２０Ｂ、第３領域２０Ｃと順次変化する。この変化に応じて切り替え部１２０、１２１によって流路１５０を切り替える。冷却室１３０に向かう熱交換媒体は常に冷却され、被冷却体は効率的に冷却される。
【００４９】
第１実施形態にかかる磁気冷凍装置１００は、第１領域２０Ａ、第２領域２０Ｂ、第３領域２０Ｃに印加される磁束密度のばらつきが少ない。つまり磁気作業物質に磁場を印加する印加状態と、磁気作業物質に加わる磁場を除去する非印加状態と、の２状態の切り替わりが明確になり、一つの領域内で発熱現象と吸熱現象とが同時に生じることを抑制できる。その結果、磁気作業体２０全体としての磁気熱量効果が効率的に発現する。
【００５０】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５１】
図４は、第１実施形態にかかる磁気冷凍装置の別の例の断面模式図である。図４に示す磁気冷凍装置１０１は、永久磁石３３の形状が図２に示す磁気冷凍装置１００と異なる。その他の構成は、図２に示す磁気冷凍装置１００と同一である。同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
【００５２】
図４に示す永久磁石３３は、回転軸方向から見て長軸と短軸とを有する長方形である。そのため、磁極面３３ａは回転軸３２から見て平坦面である。
【００５３】
図４に示す永久磁石３３は、磁極面３３ａの周方向の中心における着磁方向の厚さと、磁極面３３ａの周方向の端部における着磁方向の厚さとが一致する。周方向の中心における磁極面３３ａと磁気作業体２０との対向距離Ｌ１は、周方向の端部における磁極面３３ａと磁気作業体２０との対向距離Ｌ２より長い。つまり、磁極面３３ａから磁気作業体２０に至るまでに、磁束は周方向の中心において周方向の端部より拡散する。
【００５４】
この場合、磁極面３３ａの第２方向の中心と対向する位置における磁気作業体２０の磁束密度は、磁極面３３ａの第２方向の端部と対向する位置における磁気作業体２０の磁束密度より小さくなる。しかしながら、磁極面３３ａが基準面Ｓ１に位置する場合よりは、磁極面３１ａと対向する磁気作業体２０の各位置における磁束密度のばらつきが抑制される。
【００５５】
ここまで磁極面３１ａが回転軸３２に対して凸形状の場合（図２）と、磁極面３３ａが平坦面の場合（図４）とについて説明した。磁極面の形状は、効果を奏する範囲で回転軸３２に対して凹形状でもよい。一方で、磁束密度を高め、ばらつきを抑える観点では、上述のように磁極面が平坦、または凸形状であることが好ましい。
【００５６】
また図５は、第１実施形態にかかる磁気冷凍装置の別の例の断面模式図である。図５に示す磁気冷凍装置１０２は、回転子４０の形状が図２に示す磁気冷凍装置１００と異なる。その他の構成は、図２に示す磁気冷凍装置１００と同一である。同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
【００５７】
図５に示す回転子４０は、回転軸４２と、支持体４３と、複数の永久磁石４４とを有する。複数の永久磁石４４は、支持体４３によって支持される。支持体４３の４辺で永久磁石４４を支持することで、永久磁石４４は回転軸４２を基準に径方向の４方向に突出する。複数の永久磁石４４は、それぞれ支持体４３からの突出方向に着磁している。
【００５８】
複数の永久磁石４４は、それぞれ磁気作業体２０と対向する位置に磁極面４４ａを有する。それぞれの磁極面４４ａにおいて、周方向の中心における磁極面４４ａと磁気作業体２０との対向距離Ｌ１は、周方向の端部における磁極面４４ａと磁気作業体２０との対向距離Ｌ２より長い。つまり、磁極面４４ａから磁気作業体２０に至るまでに、磁束は周方向の中心において周方向の端部より拡散する。その結果、磁極面４４ａと対向する磁気作業体２０の各位置における磁束密度のばらつきが抑制される。
【００５９】
なお、磁気冷凍装置における磁極面の数は、図２及び図４に示す２つの場合、及び、図５に示す４つの場合に限られるものではなく、任意の数を選択できる。
【００６０】
「第２実施形態」
図６は、第２実施形態にかかる磁気冷凍装置１０３の断面模式図である。第２実施形態にかかる磁気冷凍装置１０３は、回転子３０が磁束制御部３５をさらに備える点が、第１実施形態にかかる磁気冷凍装置１００、１０１と異なる。その他の構成は、図２に示す磁気冷凍装置１００と同一である。同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
【００６１】
回転子３０は、回転軸３２と、永久磁石３４と、磁束制御部３５と、を備える。図６に示す永久磁石３４は、回転軸方向から見て長軸と短軸とを有する長方形であり、磁極面３４ａは平坦面である。周方向の中心における磁極面３４ａと磁気作業体２０との対向距離Ｌ１は、周方向の端部における磁極面３４ａと磁気作業体２０との対向距離Ｌ２より長い。永久磁石３４の回転軸方向からの平面視形状は、図２に示す永久磁石３１と同様でもよい。
【００６２】
磁束制御部３５は、回転軸３２を基準に磁極面３４ａの外側に位置する。磁束制御部３５は、強磁性体を有する。
【００６３】
磁束制御部３５が強磁性体の場合、強磁性体の透磁率は空気の透磁率より高い。つまり、強磁性体を設けない場合と比較して、磁極面３４ａから対向面３５ａに至る間における磁束密度の変化が少なくなる。その結果、磁極面３４ａの周方向の中心を貫通した磁束が磁気作業体２０に至るまでに拡散することが抑制される。磁束の拡散が抑制されると、磁気作業体２０の磁極面３４ａの第２方向の中心と対向する位置における磁束密度が小さくなることが抑制され、磁束密度のばらつきがより抑制される。
【００６４】
磁束制御部３５の周方向の中心における厚さは、磁束制御部３５の周方向の端部における厚さより厚いことが好ましく、周方向の中心から端部に向かって漸近的に薄くなることが好ましい。例えば、図６に示すように磁束制御部３５の対向面３５ａが円弧を描くことが好ましい。
【００６５】
磁束制御部３５の対向面３５ａの位置は、基準面Ｓ１と一致していてもよいし、基準面Ｓ１より回転軸３２側に位置していてもよいし、基準面Ｓ１より回転軸３２から離れた位置に位置していてもよい。また第２実施形態においても磁極面３４ａの数は、２つに限られるものではない。
【００６６】
上述のように、第２実施形態にかかる磁気冷凍装置１０３によれば、磁極面３４ａと対向する磁気作業体２０の各位置における磁束密度のばらつきをより抑制できる。
【実施例】
【００６７】
図７〜図９は、磁束密度分布をシミュレーションする際に用いたモデルである。シミュレーションは、三次元有限要素法電磁界解析ソフトウェアを用いて行った。計算を容易にするために、回転軸３２を中心に半円のみをモデリングし、シミュレーションを行った。また磁束密度分布に大きな影響を及ぼさない磁気作業体は、モデルから除去した。以下、図７のモデルをＡタイプ、図８のモデルをＢタイプ、図９のモデルをＣタイプという。
【００６８】
ヨーク１０は、厚さＤ１０が３３ｍｍの一般構造用鉄鋼材（ＳＳ４００）とした。Ａタイプ、Ｂタイプ及びＣタイプのいずれも回転子３０は、回転軸３２と第１部分３６と第２部分３７と第３部分３８とからなる。第１部分３６はネオジム磁石（ＮＥＯＲＥＣ５０Ｂ）からなり、第３部分３８はＳＳ４００からなるとした。また第２部分３７の対向面３７ａとヨーク１０の内周面との距離は一定とし、第２部分３７の構成は実施例ごとに変化させた。
【００６９】
Ａタイプの磁極面３６ａは、円弧と平坦面とが組み合わさった面である。Ｂタイプの磁極面３６ａは、円弧からなる面である。Ｃタイプの磁極面３６ａは、円弧と傾斜面とが組み合わさった面である。いずれのタイプにおいても、周方向の中心における磁極面３６ａとヨーク１０との対向距離Ｌ３は、周方向の端部における磁極面３６ａとヨーク１０との対向距離Ｌ４より長い。磁気作業体は、ヨークの内周面に沿って存在するため、磁極面３６ａとヨーク１０との対向距離は、磁極面３６ａと磁気作業体との対向距離に対応する。
【００７０】
「実施例１」
実施例１は、Ａタイプにおいて第２部分３７を空隙とした。すなわち、回転子３０の第２部分３７を削って除去した場合に対応する。周方向の中心における磁極面３６ａとヨーク１０との対向距離Ｌ３は２２．５ｍｍとし、周方向の端部における磁極面３６ａとヨーク１０との対向距離Ｌ４は１７．０ｍｍとした。また永久磁石である第１部分３６の周方向の中心における厚みＤ１は５２．０ｍｍとし、第２方向の端部における厚みＤ２は４７．５ｍｍとした。
【００７１】
「実施例２」
実施例２は、Ａタイプにおいて第２部分３７を一般構造用鉄鋼材（ＳＳ４００）とした点が実施例１と異なる。その他の条件は実施例１と同様にした。
【００７２】
「実施例３」
実施例３は、Ｂタイプにおいて第２部分３７を空隙とした。すなわち、回転子３０の第２部分３７を削って除去した場合に対応する。周方向の中心における磁極面３６ａとヨーク１０との対向距離Ｌ３は２０．５ｍｍとし、周方向の端部における磁極面３６ａとヨーク１０との対向距離Ｌ４は１７．０ｍｍとした。また永久磁石である第１部分３６の周方向の中心における厚みＤ１は５４．１ｍｍとし、周方向の端部における厚みＤ２は４７．５ｍｍとした。
【００７３】
「実施例４」
実施例４は、Ｂタイプにおいて第２部分３７を一般構造用鉄鋼材（ＳＳ４００）とした点が実施例３と異なる。その他の条件は実施例３と同様にした。
【００７４】
「実施例５」
実施例５は、Ｃタイプにおいて第２部分３７を空隙とした。すなわち、回転子３０の第２部分３７を削って除去した場合に対応する。周方向の中心における磁極面３６ａとヨーク１０との対向距離Ｌ３は１７．５ｍｍとし、周方向の端部における磁極面３６ａとヨーク１０との対向距離Ｌ４は１７．０ｍｍとした。また永久磁石である第１部分３６の周方向の中心における厚みＤ１は５７．０ｍｍとし、周方向の端部における厚みＤ２は４７．５ｍｍとした。
【００７５】
「実施例６」
実施例６は、Ｃタイプにおいて第２部分３７を一般構造用鉄鋼材（ＳＳ４００）とした点が実施例５と異なる。その他の条件は実施例５と同様にした。
【００７６】
「比較例１」
比較例１は、Ａタイプにおける第２部分３７をネオジム磁石とした。すなわち、第１部分３６と第２部分３７とはいずれもネオジム磁石からなり、一体化している。この場合の磁極面は、第２部分３７の対向面３７ａとなる。周方向の中心における対向面３７ａ（磁極面）とヨーク１０との対向距離Ｌ３は１４．５ｍｍとし、周方向の端部における対向面３７ａ（磁極面）とヨーク１０との対向距離Ｌ４は１７．０ｍｍとした。また永久磁石である第１部分３６及び第２部分３７を合わせた部分の周方向の中心における厚みＤ１は６０．０ｍｍとし、第２方向の端部における厚みＤ２は４７．５ｍｍとした。なお、Ｂタイプ又はＣタイプにおける第２部分３７をネオジム磁石とした場合も比較例１と同一となる。
【００７７】
以下の表１に、実施例１〜実施例６及び比較例１の各構成をまとめた。また実施例１〜実施例６及び比較例１においてヨークの内周面近傍における磁束密度分布を測定した結果を、図１０にまとめた。図１０に示すように、いずれの実施例も比較例１と比較して、磁場が印加されている部分における磁束密度のばらつきが抑制された。
【００７８】
【表１】
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【符号の説明】
【００７９】
１０  ヨーク
１０ａ  内周面
１０Ａ  開口部
２０  磁気作業体
２０Ａ  第１領域
２０Ｂ  第２領域
２０Ｃ  第３領域
２２  仕切り板
３０  回転子
３１、３３、３４、４４  永久磁石
３１ａ、３３ａ、３４ａ、３６ａ、４４ａ  磁極面
３２、４２  回転軸
４３  支持体
３５  磁束制御部
３５ａ、３７ａ  対向面
３６  第１部分
３７  第２部分
３８  第３部分
１００、１０１、１０２、１０３  磁気冷凍装置
１１０  ポンプ
１２０、１２１  切り替え部
１２２  ロータリー弁
１３０  冷却室
１３２  冷却部
１４０  貯留槽
１５０  流路
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６  流れ
Ｓ１  基準面
Ｌ１、Ｌ２  対向距離
Ｄ１、Ｄ２  厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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