(57)【要約】【課題】容易な温度制御により発電することができ、また、安全性にも優れる電力発生装置、および、その電力発生装置を備える車載エネルギー回生装置を提供すること。【解決手段】電力発生装置１に、固定配置される第１磁性材料２と、第１磁性材料２と反発または引き合うように第１磁性材料２に対向配置され、第１磁性材料２に対して近接および離間可能な第２磁性材料３と、第１磁性材料２および第２磁性材料３を収容する収容筒４と、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の温度を上下させるための加熱装置５と、第２磁性材料３を第１磁性材料２に対して近接および／または離間させた状態において保持するための保持装置６と、収容筒４の外周面に巻きつけられるコイル８を有し加熱装置５により第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の温度が上下されることで第２磁性材料３が振動して生じる誘導起電力を取り出すための電力取出装置７とを備える。【選択図】図１
2014011839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定配置される第１磁性材料と、
前記第１磁性材料と反発するように、または、引き合うように前記第１磁性材料に対向配置され、前記第１磁性材料に対して近接および離間可能な第２磁性材料と、
前記第１磁性材料および前記第２磁性材料の対向方向に沿って延び、前記第１磁性材料および前記第２磁性材料を収容する収容筒と、
前記第１磁性材料および／または前記第２磁性材料の温度を上下させるための温度調節手段と、
前記第２磁性材料を、前記第１磁性材料に対して近接および／または離間させた状態において保持するための保持手段と、
前記収容筒の外周面に巻きつけられるコイルを有し、
前記温度調節手段により前記第１磁性材料および／または前記第２磁性材料の温度が上下されることで前記第２磁性材料が振動して生じる誘導起電力を取り出すための電力取出手段と
を備えることを特徴とする、電力発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力発生装置を備え、
前記電力発生装置の前記温度調節手段が、内燃機関を備えることを特徴とする、車載エネルギー回生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力発生装置および車載エネルギー回生装置、詳しくは、電力発生装置、および、その電力発生装置を備える車載エネルギー回生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車エンジンなどの内燃機関や、ボイラー、空調設備などの熱交換器、発電機、モータなどの電動機関、照明などの発光装置などの各種エネルギー利用装置では、例えば、排熱、光などとして、多くの熱エネルギーが放出および損失されている。
【０００３】
近年、省エネルギー化の観点から、放出される熱エネルギーを回収し、エネルギー源として再利用することが要求されており、このような方法として、例えば、自動車の排気ガスシステムにおいて、排ガス浄化触媒およびマフラーの間に排気ガス熱交換器を設け、その排気ガス熱交換器において、排気管中の排気ガスを均質化するとともに、排気管および冷却器の間にＢｉ２Ｔｅ３からなる熱電素子（サーモエレクトリックモジュール）を配置してなるサーモエレクトリックジェネレーター（ＴＥＧ）が、提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
このサーモエレクトリックジェネレータでは、排気ガスにより温められた排気管と、冷却器との間に熱電素子を配置し、その一方面および他方面に温度差を生じさせて、熱電素子のゼーベック効果により、発電している。このようにして得られた電力は、通常、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータなどを介して車載バッテリーなどに蓄電され、必要に応じて、適宜使用される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＭＴＺ  Ｍｏｔｏｒｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ  Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ  ０４１２００９  Ｖｏｌｕｍｅ７０（出版社  ｖｉｅｗｅｇ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に記載されるサーモエレクトリックジェネレータでは、熱電素子を用いるので１つの素子の表面および裏面を異なる温度条件にする必要があり、温度制御が困難な場合がある。
【０００７】
また、熱電素子は、ビスマスなどの有毒物質を含有する場合があり、安全性にも劣るという不具合がある。
【０００８】
本発明の目的は、容易な温度制御により発電することができ、また、安全性にも優れる電力発生装置、および、その電力発生装置を備える車載エネルギー回生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の電力発生装置は、固定配置される第１磁性材料と、前記第１磁性材料と反発するように、または、引き合うように前記第１磁性材料に対向配置され、前記第１磁性材料に対して近接および離間可能な第２磁性材料と、前記第１磁性材料および前記第２磁性材料の対向方向に沿って延び、前記第１磁性材料および前記第２磁性材料を収容する収容筒と、前記第１磁性材料および／または前記第２磁性材料の温度を上下させるための温度調節手段と、前記第２磁性材料を、前記第１磁性材料に対して近接および／または離間させた状態において保持するための保持手段と、前記収容筒の外周面に巻きつけられるコイルを有し、前記温度調節手段により前記第１磁性材料および／または前記第２磁性材料の温度が上下されることで前記第２磁性材料が振動して生じる誘導起電力を取り出すための電力取出手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の車載エネルギー回生装置は、上記の電力発生装置を備え、前記電力発生装置の前記温度調節手段が、内燃機関を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電力発生装置および車載エネルギー回生装置では、温度調節手段によって第１磁性材料および／または第２磁性材料が高温状態とされ、その磁気特性が減少するときと、温度調節手段によって第１磁性材料および／または第２磁性材料が低温状態とされ、その磁気特性が回復するときとで、第１磁性材料と第２磁性材料とが反発する力、または、引き合う力が変化する。そのため、第２磁性材料と第１磁性材料との間隔が変化するように、第２磁性材料が、収容筒内において振動する。
【００１２】
このように第２磁性材料が振動すると、電磁誘導によって、収容筒の外周面に巻きつけられたコイルに誘導起電力が生じ、電力取出手段によって取り出される。
【００１３】
このように、本発明の電力発生装置および車載エネルギー回生装置では、第１磁性材料および／または第２磁性材料を単純に加熱または冷却することにより電力を生じさせるので、磁性材料（第１磁性材料および／または第２磁性材料）の表面および裏面を異なる温度条件にする必要がなく、容易に温度制御することができる。
【００１４】
また、本発明の電力発生装置および車載エネルギー回生装置では、ビスマスなどの有毒物質を含有しない磁性材料が用いられるので、安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の電力発生装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に記載の電力発生装置において、第１磁性材料と第２磁性材料とが磁石であり、互いに引き合うように配置される場合に、電力を発生させる方法を示す工程図であって、（ａ）は、第１磁性材料および／または第２磁性材料を加熱する工程、（ｂ）は、第２磁性材料を、第１磁性材料から離間させる工程、（ｃ）は、第１磁性材料および／または第２磁性材料を冷却する工程、（ｄ）は、第２磁性材料を、第１磁性材料に近接させる工程を、それぞれ示す。
【図３】図１に記載の電力発生装置において、第１磁性材料と第２磁性材料とが磁石であり、互いに反発するように配置される場合に、電力を発生させる方法を示す工程図であって、（ａ）は、第１磁性材料および／または第２磁性材料を加熱する工程、（ｂ）は、第２磁性材料を、第１磁性材料に近接させる工程、（ｃ）は、第１磁性材料および／または第２磁性材料を冷却する工程、（ｄ）は、第２磁性材料を、第１磁性材料から離間させる工程を、それぞれ示す。
【図４】本発明の車載エネルギー回生装置の一実施形態を搭載する自動車の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
１．電力発生装置の全体構成
図１は、本発明の電力発生装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【００１７】
図１において、電力発生装置１は、互いに対向配置される第１磁性材料２および第２磁性材料３と、第１磁性材料２および第２磁性材料３を収容する収容筒４と、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の温度を上下させるための温度調節手段としての加熱装置５と、第２磁性材料３を第１磁性材料２に対して近接および／または離間させた状態において保持するための保持手段としての保持装置６と、加熱装置５により第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の温度が上下されることで第２磁性材料３が振動して生じる誘導起電力を取り出すための電力取出手段としての電力取出装置７とを備えている。
【００１８】
第１磁性材料２は、収容筒４の一方側（筒底側）端部において、固定配置されている。
【００１９】
第１磁性材料２としては、特に制限されず、例えば、磁石などが挙げられる。
【００２０】
磁石としては、特に制限されず、公知の磁石を用いることができ、好ましくは、資源保護および低コスト化の観点から、Ｄｙ（ジスプロシウム）を含有しない磁石が挙げられる。
【００２１】
また、後述する第２磁性材料３が磁石である場合には、第１磁性材料２として、軟磁性材料を用いることができる。軟磁性材料としては、特に制限されず、公知の軟磁性材料を用いることができ、具体的には、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、または、これらを含む合金などが挙げられる。
【００２２】
軟磁性材料のキュリー点は、例えば、２０〜９００℃、好ましくは、５０〜８００℃である。
【００２３】
第１磁性材料２の形状およびサイズは、特に制限されず、目的および用途に応じて適宜設定される。
【００２４】
第２磁性材料３は、収容筒４内において、第１磁性材料２に対して他方側に対向配置されている。
【００２５】
また、第２磁性材料３は、上記の第１磁性材料２とは異なり収容筒４内に固定されておらず、収容筒４内において、収容筒４の長手方向に沿ってスライド自在であり、第１磁性材料２に対して近接および離間可能とされるように、後述する保持装置６により保持されている。
【００２６】
第２磁性材料３としては、特に制限されず、上記した磁石を用いることができる。
【００２７】
また、上記した第１磁性材料が磁石である場合には、第２磁性材料３として、上記した軟磁性材料を用いることができる。
【００２８】
第２磁性材料３の形状およびサイズは、特に制限されず、目的および用途に応じて適宜設定される。好ましくは、第１磁性材料２と同形状および同サイズである。
【００２９】
そして、これら第１磁性材料２および第２磁性材料３は、互いに反発するように、または、引き合うようにそれぞれ配置されている。
【００３０】
すなわち、第１磁性材料２および第２磁性材料３の両方が磁石である場合、第１磁性材料２の一方極（例えば、Ｎ極）と、第２磁性材料３の一方極（例えば、Ｎ極）とを対向させることにより、第１磁性材料２および第２磁性材料３を互いに反発するように配置することができる。
【００３１】
また、第１磁性材料２の一方極（例えば、Ｎ極）と、第２磁性材料３の他方極（例えば、Ｓ極）とを対向させることにより、第１磁性材料２および第２磁性材料３を互いに引き合うように配置することができる。
【００３２】
また、第１磁性材料２および第２磁性材料３のいずれか一方を磁石とし、他方を軟磁性材料とすることにより、第１磁性材料２および第２磁性材料３を互いに引き合うように配置することができる。
【００３３】
エネルギー効率の観点から、好ましくは、第１磁性材料２を軟磁性材料とし、第２磁性材料３を磁石として、それらを互いに引き合うように配置する。
【００３４】
収容筒４は、第１磁性材料２および第２磁性材料３の対向方向に沿って延び、その内部に第１磁性材料２および第２磁性材料３を収容する有底筒状部材であって、その内周形状が第２磁性材料３の外周形状と略同形状となるように形成されている。収容筒４は、第１磁性材料２および第２磁性材料３に対して磁気的に干渉しないよう、公知の非磁性材料から形成されている。
【００３５】
このような収容筒４は、第２磁性材料３の動作をガイドしており、後述するように第２磁性材料３が第１磁性材料２に対して近接または離間するときに、収容筒４の長手方向に沿って第２磁性材料３が動作するように、第２磁性材料３の可動方向を規制している。
【００３６】
加熱装置５は、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を任意のタイミングで加熱および冷却するための装置であって、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の温度を上下させることができれば、特に制限されず、公知のヒータ（例えば、シーズヒータ、バンドヒータ、ＩＨヒータなど）を用いることができる。また、詳しくは後述するが、例えば、車両などの動力を出力する内燃機関であってもよく、その排熱を用いて、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を加熱および冷却することもできる。
【００３７】
保持装置６は、第２磁性材料３を第１磁性材料２に対して近接および／または離間させた状態において保持するための装置であって、第２磁性材料３の表面、具体的には、第１磁性材料２と対向しない他方側の表面に連結するように、固定配置されている。
【００３８】
保持装置６としては、特に制限されないが、例えば、第２磁性材料３を第１磁性材料２に向けて押圧可能であり、また、第１磁性材料２から離間するように引張可能であるばね部材などを用いることができる。保持装置６としてばね部材を用いれば、そのばね部材の伸縮によって、第２磁性材料３を第１磁性材料２に対して近接および／または離間させた状態において保持することができる。
【００３９】
すなわち、詳しくは後述するが、第２磁性材料３が、第１磁性材料２に対して近接するときには、その近接状態が、伸長状態のばね部材によって保持される。一方、第２磁性材料３が、第１磁性材料２に対して離間するときには、その離間状態が、収縮状態のばね部材によって保持される。
【００４０】
電力取出装置７は、収容筒４の外周面に巻き付けられるコイル８と、バッテリー９とを備えている。
【００４１】
コイル８としては、特に制限されず、公知のコイルを用いることができる。
【００４２】
なお、コイル８の長さおよび巻き付け数などは、目的および用途に応じて、適宜設定される。
【００４３】
バッテリー９としては、特に制限されず、公知のバッテリーを用いることができる。
【００４４】
このようなバッテリー９は、詳しくは後述するが、電磁誘導によりコイル８に生じる誘導起電力を取り出し、蓄電できるように、コイル８に電気的に接続されている。
【００４５】
また、この電力発生装置１は、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の温度を効率的に上下させるため、さらに、冷却装置（図示せず）を備えることができる。
【００４６】
冷却装置（図示せず）としては、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を任意のタイミングで冷却するための装置であって、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の温度を低下させることができれば、特に制限されず、例えば、公知の空冷装置などを用いることができる。
２．電力発生
（１）第１磁性材料と第２磁性材料とが磁石であり、互いに引き合うように配置される場合
図２は、図１に記載の電力発生装置において、第１磁性材料と第２磁性材料とが磁石であり、互いに引き合うように配置される場合に、電力を発生させる方法を示す工程図である。
【００４７】
以下において、第１磁性材料２と第２磁性材料３とが磁石であり、互いに引き合うように配置される場合において、電力発生装置１に電力を発生させる方法について、図２を参照して詳述する。
【００４８】
図２に示す電力発生装置１では、第１磁性材料２および第２磁性材料３が、ともに磁石であり、それらが引き合うように、すなわち、第１磁性材料２の一方極（例えば、Ｎ極）と、第２磁性材料３の他方極（例えば、Ｓ極）とが対向するように、配置されている。
【００４９】
この方法では、まず、図２（ａ）に示すように、所定のタイミングで加熱装置５を作動させ、熱エネルギーを第１磁性材料２および／または第２磁性材料３に供給することにより、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を加熱する。これにより、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を高温状態にする。
【００５０】
好ましくは、エネルギー効率の観点から、第１磁性材料２および第２磁性材料３の両方を加熱し、これにより、第１磁性材料２および第２磁性材料３の両方を高温状態にする。
【００５１】
なお、磁石を所定温度（例えば、１００〜３５０℃）以上に加熱すると、不可逆減磁を生じるため、高温状態における温度として、好ましくは、不可逆減磁を生じる温度未満である。
【００５２】
より具体的には、高温状態における第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の温度は、それらが磁石である場合には、例えば、２０〜３５０℃、好ましくは、５０〜２００℃である。
【００５３】
このように、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３が高温状態にされると、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の磁気特性が低下（熱減磁）するため、第１磁性材料２と第２磁性材料３との引き合う力が低下する。
【００５４】
その結果、図２（ｂ）において矢印で示すように、保持装置６（ばね部材）の引張力に従って、第２磁性材料３が、第１磁性材料２に対して離間し、保持装置６（ばね部材）の引張力と、第１磁性材料２および第２磁性材料３の引き合う力とが均衡することにより、その離間状態が保持される。
【００５５】
次いで、この方法では、図２（ｃ）に示すように、所定のタイミングで加熱装置５を停止させ、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を冷却（放冷）する。また、電力発生装置１が冷却装置（図示せず）を備える場合には、冷却装置（図示せず）を作動させることによって、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を効率的に冷却する。これにより、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を冷却し、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を低温状態にする。
【００５６】
好ましくは、エネルギー効率の観点から、第１磁性材料２および第２磁性材料３の両方を冷却し、これにより、第１磁性材料２および第２磁性材料３の両方を低温状態にする。
【００５７】
低温状態における第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の温度は、それらが磁石である場合には、例えば、０〜３００℃、好ましくは、２０〜１８０℃である。
【００５８】
また、高温状態における第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の温度と、低温状態における第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の温度との差は、それら両方が磁石である場合には、例えば、５〜２００℃である。
【００５９】
このように、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３が低温状態にされると、上記の加熱により減少された第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の磁気特性が回復するため、第１磁性材料２と第２磁性材料３との引き合う力が復元（向上）する。
【００６０】
その結果、図２（ｄ）において矢印で示すように、保持装置６（ばね部材）の引張力に抗して、第２磁性材料３が、第１磁性材料２に近接し、保持装置６（ばね部材）の引張力と、第１磁性材料２および第２磁性材料３の引き合う力とが均衡することにより、その近接状態が保持される。
【００６１】
そして、上記の操作を繰り返して、加熱装置５により第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を加熱および冷却し、それらの温度を上下させることにより、第２磁性材料３と第１磁性材料２との間隔が変化するように、第２磁性材料３を、収容筒４内において振動させる。
【００６２】
このように第２磁性材料３が振動すると、電磁誘導によって、収容筒４の外周面に巻きつけられたコイル８に誘導起電力が生じ、その電力が取り出されるとともに、バッテリー９に蓄電される。
（２）第１磁性材料および第２磁性材料のいずれか一方が磁石であるとともに、他方が軟磁性材料であり、互いに引き合うように配置される場合
上記した説明では、第１磁性材料２および第２磁性材料３の両方が磁石である場合について説明したが、第１磁性材料２および第２磁性材料３のいずれか一方を磁石とし、他方を軟磁性材料とすることもできる。
【００６３】
より具体的には、例えば、第１磁性材料２を磁石とし、第２磁性材料３を軟磁性材料とすることができる。また、例えば、第１磁性材料２を軟磁性材料とし、第２磁性材料３を磁石とすることもできる。エネルギー効率の観点から、好ましくは、第１磁性材料２を軟磁性材料とし、第２磁性材料３を磁石とする。
【００６４】
このような場合にも、第１磁性材料２と第２磁性材料３とは、上記と同様に、互いに引き合うように配置される。
【００６５】
そして、このように第１磁性材料２および第２磁性材料３が選択される場合にも、上記と同様、まず、図２（ａ）に示すように、所定のタイミングで加熱装置５を作動させ、熱エネルギーを第１磁性材料２および／または第２磁性材料３に供給することにより、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を加熱する。これにより、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を高温状態にする。
【００６６】
このような場合において、磁石（第１磁性材料２または第２磁性材料３）と、軟磁性材料（第２磁性材料３または第１磁性材料２）の両方や、磁石のみを加熱することもできるが、好ましくは、軟磁性材料のみを加熱する。
【００６７】
すなわち、磁石を所定温度（例えば、１００〜３５０℃）以上に加熱すると、不可逆減磁を生じるため、温度制御が難しく、また、磁束振幅が小さいので、エネルギー効率にも劣る場合がある。そのため、容易に温度を制御し、また、エネルギー効率の向上を図る観点から、磁石を加熱することなく、軟磁性材料のみを加熱する。
【００６８】
高温状態における第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の温度は、磁石である場合には、上記と同様、例えば、２０〜３５０℃、好ましくは、５０〜２００℃である。また、軟磁性材料である場合には、好ましくは、軟磁性材料のキュリー点以上、より好ましくは、キュリー点よりわずかに高い温度であって、具体的には、例えば、３０〜９５０℃、好ましくは、６０〜８５０℃である。
【００６９】
そして、軟磁性材料（第２磁性材料３または第１磁性材料２）が加熱され、高温状態にされると、軟磁性材料の磁化の温度依存性によって、磁気特性が低下するため、第１磁性材料２と第２磁性材料３との引き合う力が低下する。
【００７０】
その結果、上記と同様、図２（ｂ）において矢印で示すように、保持装置６（ばね部材）の引張力に従って、第２磁性材料３が、第１磁性材料２に対して離間し、保持装置６（ばね部材）の引張力と、第１磁性材料２および第２磁性材料３の引き合う力とが均衡することにより、その離間状態が保持される。
【００７１】
次いで、この方法では、上記と同様、図２（ｃ）に示すように、所定のタイミングで加熱装置５を停止させ、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を冷却（放冷）する。また、電力発生装置１が冷却装置（図示せず）を備える場合には、冷却装置（図示せず）を作動させることによって、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を効率的に冷却する。これにより、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を冷却し、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を低温状態にする。
【００７２】
好ましくは、軟磁性材料のみが加熱されている場合には、軟磁性材料のみを冷却し、低温状態にする。
【００７３】
低温状態における第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の温度は、磁石である場合には、上記と同様、例えば、０〜３００℃、好ましくは、２０〜１８０℃である。また、軟磁性材料である場合には、好ましくは、軟磁性材料のキュリー点未満、具体的には、例えば、１０〜８５０℃、好ましくは、４０〜７５０℃である。
【００７４】
また、高温状態における第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の温度と、低温状態における第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の温度との差は、一方が磁石であり、他方が軟磁性材料である場合には、例えば、５〜２００℃である。
【００７５】
このように、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３が低温状態にされると、上記の加熱により減少された第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の磁気特性が回復するため、第１磁性材料２と第２磁性材料３との引き合う力が復元（向上）する。
【００７６】
その結果、上記と同様、図２（ｄ）において矢印で示すように、保持装置６（ばね部材）の引張力に抗して、第２磁性材料３が、第１磁性材料２に近接し、保持装置６（ばね部材）の引張力と、第１磁性材料２および第２磁性材料３の引き合う力とが均衡することにより、その近接状態が保持される。
【００７７】
そして、上記の操作を繰り返して、加熱装置５により第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を加熱および冷却し、それらの温度を上下させることにより、第２磁性材料３と第１磁性材料２との間隔が変化するように、第２磁性材料３を、収容筒４内において振動させる。
【００７８】
このように第２磁性材料３が振動すると、電磁誘導によって、収容筒４の外周面に巻きつけられたコイル８に誘導起電力が生じ、その電力が取り出されるとともに、バッテリー９に蓄電される。
（３）第１磁性材料と第２磁性材料とが磁石であり、互いに反発するように配置される場合
図３は、図１に記載の電力発生装置において、第１磁性材料と第２磁性材料とが磁石であり、互いに反発するように配置される場合に、電力を発生させる方法を示す工程図である。
【００７９】
以下において、第１磁性材料２と第２磁性材料３とが磁石であり、互いに反発するように配置される場合において、電力発生装置１に電力を発生させる方法について、図３を参照して詳述する。
【００８０】
図３に示す電力発生装置１では、第１磁性材料２および第２磁性材料３が、ともに磁石であり、それらが反発するように、すなわち、第１磁性材料２の一方極（例えば、Ｎ極）と、第２磁性材料３の一方極（例えば、Ｎ極）とが対向するように、配置されている。
【００８１】
この方法では、まず、図３（ａ）に示すように、所定のタイミングで加熱装置５を作動させ、熱エネルギーを第１磁性材料２および／または第２磁性材料３に供給することにより、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を加熱する。これにより、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を高温状態にする。
【００８２】
好ましくは、エネルギー効率の観点から、第１磁性材料２および第２磁性材料３の両方を加熱し、これにより、第１磁性材料２および第２磁性材料３の両方を高温状態にする。
【００８３】
このように、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３が高温状態にされると、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の磁気特性が低下（熱減磁）するため、第１磁性材料２と第２磁性材料３との反発力が低下する。
【００８４】
その結果、図３（ｂ）において矢印で示すように、保持装置６（ばね部材）の押圧力に従って、第２磁性材料３が、第１磁性材料２に近接し、保持装置６（ばね部材）の押圧力と、第１磁性材料２および第２磁性材料３の反発力とが均衡することにより、その近接状態が保持される。
【００８５】
次いで、この方法では、図３（ｃ）に示すように、所定のタイミングで加熱装置５を停止させ、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を冷却（放冷）する。また、電力発生装置１が冷却装置（図示せず）を備える場合には、冷却装置（図示せず）を作動させることによって、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を効率的に冷却する。これにより、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を冷却し、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を低温状態にする。
【００８６】
好ましくは、エネルギー効率の観点から、第１磁性材料２および第２磁性材料３の両方を冷却し、これにより、第１磁性材料２および第２磁性材料３の両方を低温状態にする。
【００８７】
このように、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３が低温状態にされると、上記の加熱により減少された第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の磁気特性が回復するため、第１磁性材料２と第２磁性材料３との反発力が復元（向上）する。
【００８８】
その結果、図３（ｄ）において矢印で示すように、保持装置６（ばね部材）の押圧力に抗して、第２磁性材料３が、第１磁性材料２に対して離間し、保持装置６（ばね部材）の押圧力と、第１磁性材料２および第２磁性材料３の反発力とが均衡することにより、その離間状態が保持される。
【００８９】
そして、上記の操作を繰り返して、加熱装置５により第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を加熱および冷却し、それらの温度を上下させることにより、第２磁性材料３と第１磁性材料２との間隔が変化するように、第２磁性材料３を、収容筒４内において振動させる。
【００９０】
このように第２磁性材料３が振動すると、電磁誘導によって、収容筒４の外周面に巻きつけられたコイル８に誘導起電力が生じ、その電力が取り出されるとともに、バッテリー９に蓄電される。
＜作用・効果＞
以上述べたように、上記の電力発生装置１では、加熱装置５（および必要により備えられる冷却装置（図示せず））によって第１磁性材料２および／または第２磁性材料３が高温状態とされ、その磁気特性が減少するときと、加熱装置５によって第１磁性材料２および／または第２磁性材料３が低温状態とされ、その磁気特性が回復するときとで、第１磁性材料２と第２磁性材料３とが反発する力、または、引き合う力が変化する。そのため、第２磁性材料３と第１磁性材料２との間隔が変化するように、第２磁性材料３が、収容筒４内において振動する。
【００９１】
このように第２磁性材料３が振動すると、電磁誘導によって、収容筒４の外周面に巻きつけられたコイル８に誘導起電力が生じ、電力取出装置７によって取り出される。
【００９２】
このように、上記した電力発生装置１では、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を単純に加熱または冷却することにより電力を生じさせるので、それらの表面および裏面を異なる温度条件にする必要がなく、容易に温度制御することができる。
【００９３】
また、上記した電力発生装置１では、ビスマスなどの有毒物質を含有しない磁性材料（磁石および／または軟磁性材料）が用いられるので、安全性を確保することができる。
３．車載エネルギー回生装置の全体構成
図４は、本発明の車載エネルギー回生装置の一実施形態を搭載する車両の概略構成図である。
【００９４】
図４において、車両１１は、車載エネルギー回生装置１０を備えており、その車載エネルギー回生装置１０は、上記した電力発生装置１の第１磁性材料２、第２磁性材料３、収容筒４、加熱装置５としての内燃機関１２および開閉弁１３（後述）、保持装置６および電力取出装置７を備えている。
【００９５】
すなわち、車載エネルギー回生装置１０において、加熱装置５は、内燃機関１２および開閉弁１３（後述）を備えている。そして、内燃機関１２および開閉弁１３（後述）が加熱装置５を構成し、第１磁性材料２、第２磁性材料３、収容筒４、保持装置６および電力取出装置７とともに、電力発生装置１を構成する。
【００９６】
より具体的には、車両１１には、略直方体状の箱型空間１４が区画されており、この箱型空間１４内に、上記した電力発生装置１の収容筒４、収容筒４に収容される第１磁性材料２および第２磁性材料３、保持装置６、および、電力取出装置７のコイル８が格納されるとともに、バッテリー９が、箱型空間１４の外側に配置されている。
【００９７】
内燃機関１２は、車両１１の動力を出力する装置であって、例えば、単気筒型または多気筒型（例えば、２気筒型、３気筒型、４気筒型、６気筒型）が採用されるとともに、その各気筒において、多サイクル方式（例えば、２サイクル方式、４サイクル方式、６サイクル方式など）が採用される。
【００９８】
例えば、内燃機関１２において、４気筒型４サイクル方式が採用される場合には、詳しくは図示しないが、複数（４つ）の気筒を備えており、各気筒において、ピストンの昇降運動が繰り返され、吸気工程、圧縮工程、爆発工程、排気工程が順次実施されることにより、燃料が燃焼され、動力が出力されている。
【００９９】
また、このような内燃機関１２の各気筒には、排気管１５が接続されている。
【０１００】
排気管１５は、内燃機関１２の各気筒から排出される排気ガスを収束するために設けられる排気多岐管（エキゾーストマニホールド）であって、内燃機関１２の各気筒に接続される複数（４つ）の分岐管１６と、それら分岐管１６の下流側において、各分岐管１６を１つに統合する集気管１７とを備えている。
【０１０１】
複数（４つ）の分岐管１６は、車両１１の車幅方向に沿って、互いに間隔を隔てて並列配置されている。
【０１０２】
このような排気管１５では、分岐管１６の上流側端部が、それぞれ、内燃機関１２の各気筒に接続されるとともに、分岐管１６の下流側端部と集気管１７の上流側端部とが接続されている。また、集気管１７の下流側端部は、後述する触媒搭載部２４の上流側端部に接続されている。
【０１０３】
また、排気管１５の流れ方向途中には、分岐管１６からさらに分岐するように、排気ガス輸送管１８が接続されている。
【０１０４】
排気ガス輸送管１８は、内燃機関１２から排気された排気ガスを、箱型空間１４内に導入するために設けられており、その上流側端部が分岐管１６に接続され、下流側端部が箱型空間１４に接続されている。
【０１０５】
また、排気ガス輸送管１８には、図示しない制御ユニットに電気的に接続される加熱装置５としての開閉弁１３が備えられており、制御ユニット（図示せず）によりその開閉が制御されている。
【０１０６】
また、箱型空間１４には、車両１１の走行に伴って生じる走行風を、箱型空間１４内に導入するための走行風導入管１９が接続されている。
【０１０７】
具体的には、車両１１の車両前後方向前面のパネルには、車両１１の走行時に生じる走行風（車両１１の進行方向と対向する方向に向かって生じる空気流。）を、車両１１内に導入するための前面開口部２０が、貫通形成されている。また、このような前面開口部２０には、走行風を走行風導入管１９に向かって案内するための複数の風向板２１が、その開口内において、上下方向に間隔を隔てて設けられている。
【０１０８】
そして、走行風導入管１９は、その上流側端部が、前面開口部２０と前後方向に対向配置され、前面開口部２０に向かうように開口されるとともに、内燃機関１２を迂回してその後側に延びるように配置されている。また、走行風導入管１９の下流側端部は、箱型空間１４に接続されている。これにより、前面開口部２０により車両１１内に導入された走行風を、箱型空間１４内に導入可能としている。
【０１０９】
また、走行風導入管１９には、図示しない制御ユニットに電気的に接続される冷却装置としての開閉弁２２が備えられており、制御ユニット（図示せず）によりその開閉が制御されている。
【０１１０】
また、箱型空間１４には、排気ガスおよび走行風を箱型空間１４から排出させるための排気ガス排出管２３が接続されている。排気ガス排出管２３は、その上流側端部が、箱型空間１４に接続されるとともに、下流側端部が、後述する触媒搭載部２４に接続されている。これにより、排気ガスおよび走行風を箱型空間１４から排出可能としている。
【０１１１】
また、この車両１１は、上記の車載エネルギー回生装置１０のほか、さらに、触媒搭載部２４、エキゾーストパイプ２５、マフラー２６および排出パイプ２７を備えている。
【０１１２】
触媒搭載部２４は、例えば、触媒担体およびその担体上にコーティングされる触媒を備えており、内燃機関１２から排出される排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）などの有害成分を浄化するために、集気管１７の下流側端部に接続されている。
【０１１３】
エキゾーストパイプ２５は、触媒搭載部２４において浄化された排気ガスをマフラー２６に案内するために設けられており、上流側端部が触媒搭載部２４に接続されるとともに、下流側端部がマフラー２６に接続されている。
【０１１４】
マフラー２６は、内燃機関１２（とりわけ、爆発工程）において生じる騒音を、静音化すために設けられており、その上流側端部がエキゾーストパイプ２５の下流側端部に接続されている。また、マフラー２６の下流側端部は、排出パイプ２７の上流側端部に接続されている。
【０１１５】
排出パイプ２７は、内燃機関１２から排出され、排気管１５、触媒搭載部２４、エキゾーストパイプ２５およびマフラー２６を順次通過し、浄化および静音化された排気ガスを、外気に放出するために設けられており、その上流側端部がマフラー２６の下流側端部に接続されるとともに、その下流側端部が、外気に開放されている。
【０１１６】
そして、この車載エネルギー回生装置１０では、内燃機関１２から排出される排気ガスが、開閉弁１３の開閉により排気ガス輸送管１８を介して箱型空間１４に供給または供給停止され、これにより、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３が加熱および冷却される。そして、この車載エネルギー回生装置１０では、内燃機関１２から排気ガスとして排出される熱エネルギーが、電力発生装置１を介して回生される。
４．エネルギー回生
以下において、車載エネルギー回生装置１０よりエネルギーを回生する方法について、詳述する。なお、以下においては、第１磁性材料２と第２磁性材料３とが、互いに引き合うように配置されるものとして、説明する。
【０１１７】
この車両１１では、内燃機関１２の各気筒において、ピストンの昇降運動が繰り返されており、例えば、４サイクル方式では、吸気工程、圧縮工程、爆発工程、排気工程などが順次実施され、燃料が燃焼され、動力が出力されている。
【０１１８】
そして内燃機関１２から出力された動力により、駆動輪が回転され、車両１１が駆動される。
【０１１９】
一方、排気工程では、高温の排気ガスが内燃機関１２の各気筒から排気され、排気管１５に排出される。
【０１２０】
排気管１５に排出された排気ガスは、大部分が、各分岐管１６を通過した後、集気管１７に供給され、集気された後、触媒搭載部２４に供給され、その触媒搭載部２４に備えられる触媒により浄化される。その後、排気ガスは、エキゾーストパイプ２５に供給され、マフラー２６において静音化された後、排出パイプ２７を介して、外気に排出される。
【０１２１】
一方で、これとともに、排気ガスの一部が、分岐管１６から分岐する排気ガス輸送管１８に導入される。
【０１２２】
このとき、制御ユニット（図示せず）の制御により排気ガス輸送管１８の開閉弁１３が開かれると、排気ガスが箱型空間１４に供給され、その排気ガスを熱媒体として熱エネルギーが第１磁性材料２および／または第２磁性材料３に供給される。これにより、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３が加熱され、高温状態とされる（図２（ａ）参照）。
【０１２３】
なお、排気ガスの温度が高すぎる場合には、例えば、箱型空間１４に排気ガスを供給するとともに、走行風導入管１９の開閉弁１３を開き、箱型空間１４に走行風を供給するなどにより、温度を調節することができる。
【０１２４】
そして、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３が高温状態にされると、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の磁気特性が低下（熱減磁）するため、第１磁性材料２と第２磁性材料３との引き合う力が低下する。
【０１２５】
その結果、図２（ｂ）において矢印で示すように、保持装置６（ばね部材）の引張力に従って、第２磁性材料３が、第１磁性材料２に対して離間し、保持装置６（ばね部材）の引張力と、第１磁性材料２および第２磁性材料３の引き合う力とが均衡することにより、その離間状態が保持される。
【０１２６】
一方、制御ユニット（図示せず）の制御により排気ガス輸送管１８の開閉弁１３が閉じられると、内燃機関１２からの排気ガスの供給が停止され、これにより、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３が冷却（放冷）される。また、これと同時に、走行風導入管１９の開閉弁１３が開かれ、走行風が箱型空間１４に供給されると、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３がさらに冷却される。これにより、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３が低温状態とされる（図２（ｃ）参照）。
【０１２７】
このように、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３が低温状態にされると、上記の加熱により減少された第１磁性材料２および／または第２磁性材料３の磁気特性が回復するため、第１磁性材料２と第２磁性材料３との引き合う力が復元（向上）する。
【０１２８】
その結果、図２（ｄ）において矢印で示すように、保持装置６（ばね部材）の引張力に抗して、第２磁性材料３が、第１磁性材料２に近接し、保持装置６（ばね部材）の引張力と、第１磁性材料２および第２磁性材料３の引き合う力とが均衡することにより、その近接状態が保持される。
【０１２９】
そして、上記の操作を繰り返して、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を加熱および冷却することにより、第２磁性材料３と第１磁性材料２との間隔が変化するように、第２磁性材料３を、収容筒４内において振動させる。
【０１３０】
このように第２磁性材料３が振動すると、電磁誘導によって、収容筒４の外周面に巻きつけられたコイル８に誘導起電力が生じ、その電力が取り出されるとともに、バッテリー９に蓄電される。
【０１３１】
そして、バッテリー９に蓄電された電力は、例えば、ハイブリッドカーに搭載されるモータや、例えば、照明などのアクセサリに用いられる。
【０１３２】
なお、上記では、第１磁性材料２と第２磁性材料３とが、互いに引き合うように配置されるものとして、説明したが、第１磁性材料２と第２磁性材料３とが互いに反発するように配置される場合おいても、図３が参照されるように、上記と同様にして、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を加熱および冷却することにより、第２磁性材料と第１磁性材料との間隔が変化するように、第２磁性材料３を、収容筒４内において振動させることができ、また、その振動によりコイル８に生じる誘導起電力をバッテリー９に蓄電することができる。
【０１３３】
このように、上記の車載エネルギー回生装置１０では、加熱装置５によって第１磁性材料２および／または第２磁性材料３が高温状態とされ、その磁気特性が減少するときと、加熱装置５によって第１磁性材料２および／または第２磁性材料３が低温状態とされ、その磁気特性が回復するときとで、第１磁性材料２と第２磁性材料３とが反発する力、または、引き合う力が変化する。そのため、第２磁性材料３と第１磁性材料２との間隔が変化するように、第２磁性材料３が、収容筒４内において振動する。
【０１３４】
このように第２磁性材料３が振動すると、電磁誘導によって、収容筒４の外周面に巻きつけられたコイル８に誘導起電力が生じ、電力取出装置７によって取り出される。
【０１３５】
このように、上記した車載エネルギー回生装置１０では、第１磁性材料２および／または第２磁性材料３を単純に加熱または冷却することにより電力を生じさせるので、それらの表面および裏面を異なる温度条件にする必要がなく、容易に温度制御することができる。
【０１３６】
また、上記した車載エネルギー回生装置１０では、ビスマスなどの有毒物質を含有しない磁性材料（磁石および／または軟磁性材料）が用いられるので、安全性を確保することができる。
【０１３７】
なお、上記した説明では、排気ガス（および走行風）を、箱型空間１４全体に供給したが、例えば、第２磁性材料３を収容することなく、第１磁性材料２を収容する内箱空間３０（図４破線参照）を備え、排気ガス（および走行風）を、その内箱空間３０に供給することもできる。
【０１３８】
排気ガス（および走行風）を、その内箱空間３０に供給すれば、第１磁性材料２のみを加熱および／または冷却することができる。その結果、第１磁性材料２を軟磁性材料とし、第２磁性材料３を磁石とする場合などにおいて、エネルギー効率の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【０１３９】
１      電力発生装置
２      第１磁性材料
３      第２磁性材料
４      収容筒
５      加熱装置
６      保持装置
７      電力取出装置
８      コイル
【図１】
2014011839.tif 000003
【図２】
2014011839.tif 000004
【図３】
2014011839.tif 000005
【図４】
2014011839.tif 000006