(57)【要約】【課題】磁性流体を利用した流体駆動装置の効率を向上するとともに、用途に応じて吐出圧、流量、流速を自由に変更できるようにする。さらに、磁性流体から磁力が解放されたときに発生する冷却効果を利用して、磁性流体を冷却用媒体としても利用できるようにする。【解決手段】流体駆動装置は、磁性粒子を含む磁性流体が充填された磁性流体回路３と、この磁性流体回路３の外方において、長手方向に直交する方向に磁力線を形成する磁石５を配置し、磁力線により形成される磁界を、磁性流体回路３の長手方向に沿って順次移動させる。磁石の強度、磁界の集中度、磁石配置の個数、磁石の移動速度等を制御することにより、吐出圧、流量、流速、さらには磁性流体の磁気冷却効果等を制御する。【選択図】  図１
2015004322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性粒子を含む磁性流体が充填された磁性流体回路と、前記磁性流体回路の外方において、その長手方向に直交する方向に配置されて磁力線を形成する磁石を配置し、該磁力線により形成される磁界を、前記磁性流体回路の長手方向に沿って順次移動させることにより、前記磁性流体を移送させることを特徴とする流体駆動装置。
【請求項２】
円筒状回転体の外周に沿って対向面を設け、該対向面にＮ極とＳ極が互いに対向するよう永久磁石を配置し、
前記磁性流体回路の一部を前記円筒状回転体の外周に沿わせることにより、前記円筒状回転体の回転に伴い、前記対向面の間に作用する磁界により、前記磁性流体を移送させることを特徴とする請求項１に記載された流体駆動装置。
【請求項３】
前記円筒状回転体の外周に沿わせた前記磁性流体回路の一部に、前記Ｎ極とＳ極と干渉しないように冷却フィンを設け、前記円筒状回転体の回転に伴って発生する空気流により、前記磁性流体を冷却することを特徴とする請求項２に記載された流体駆動装置。
【請求項４】
前記磁性流体回路の外方において、その長手方向に直交する方向に磁界を形成する電磁石を複数配置し、該電磁石を前記磁性流体回路の長手方向に沿って順次作動させることにより、前記磁性流体を移送させることを特徴とする請求項１に記載された流体駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性流体を作動流体とした流体駆動装置に関し、特に、冷媒、油圧駆動装置用作動油等の循環回路を流れる流体の駆動に適した流体駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、こうした流体駆動装置には、電動モータやエンジンにより駆動される軸流ポンプ、遠心ポンプを使用することが一般的である。しかし、循環回路内に、ポンプ羽根や流量制御弁を設ける必要があるため、各所に流体をシールするための構造を採用しなければならず、構造の複雑化やコストアップの原因となっている。
【０００３】
このような問題を解決するため、下記特許文献１〜３にみられるように、磁性流体を利用し、磁力により流体を駆動する流体循環装置が知られている。
特許文献１には、外周に回転軸と平行に、かつ互いに間隔に凹部が形成されている回転円筒体からなる第１磁極と、本体側に配置した第２磁極とによって形成した通路内に磁性流体を満たし、磁性流体に磁極を介して磁界を与え、かつ、第１磁極を回転駆動させることにより、磁極間に引き寄せられた磁性流体を送り出すポンプが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、両端部に吸入口と吐出口を有する２巻以上の螺旋状パイプで形成した筒状の圧力発生部の中心部側と外側に、複数の相対する異相の磁極が向き合うように永久磁石を配置した回転子と回転筒を設け、この回転子と回転筒を同時に回転させることにより、螺旋状パイプ内の磁性流体を、回転子と回転筒の磁極間に引きつけて磁性流体塊を形成し、前後の磁性流体塊で目的の液体を挟み込んで螺旋状に回転移動させ、吐出させることが記載されている。
【０００５】
特許文献３には、回転子の永久磁石を、同極同士が対向し、且つその対向面の外端間の周方向距離が磁気作業体１４の内面範囲を超えない角度となるように固定子の半径方向へＶ字状に一対配設したものとして、永久磁石間に形成される周方向の空間に磁極を介在させた。これにより、総磁束数を増やして磁気作業体への磁束密度を大きくして、冷凍能力を高めることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１３６４９号公報
【特許文献２】特開２００３−７４４６２号公報
【特許文献３】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】
【０００７】
特許文献１〜３は、いずれも、磁性流体が循環する通路に沿って永久磁石あるいは電磁石を回転させることにより、磁性流体中の磁性粒子を引き寄せながら、連れ回らせることにより、磁性流体を一方向に循環させるものである。
しかし、特許文献１のものでは、第２磁極としての永久磁石あるいは電磁石が磁性流体を駆動する通路に沿って固定されており、磁性流体通路を挟んで、第１磁極としての永久磁石あるいは電磁石を備えた回転体を回転させている。このため、固定された第２磁極から常時発生する磁界により、磁性粒子が吸引された状態で留まり、円滑な流動が行われず、効率低下を招いている。
【０００８】
特許文献２、３のものでは、磁性流体通路の内部で磁石が回転するのみで、磁気回路が閉回路になっておらず、磁性粒子に印加される磁界の効率を下げており、圧送効率の低下を招いている。
また、これらの特許文献に記載された磁性流体の駆動方式では、特に低速域での磁性流体の追随性に限界があり、磁性流体の吐出圧、流量、流速を広いレンジで調整することが困難である。
【０００９】
そこで、本発明は、磁性流体を利用した流体駆動装置の効率を向上するとともに、用途に応じて吐出圧、流量、流速を自由に変更できるようにすることを目的としている。
さらに、磁性流体から磁力が解放されたときに発生する冷却効果を利用して、磁性流体を冷却用媒体としても利用できるようにすることも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の流体駆動装置は、磁性粒子を含む磁性流体が充填された磁性流体回路と、この磁性流体回路の外方において、その長手方向に直交する方向に配置されて磁力線を形成する磁石を配置し、磁力線により形成される磁界を、磁性流体回路の長手方向に沿って順次移動させることにより、磁性流体を移送させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、磁性流体回路には、その上流端から徐々にＮ極とＳ極間の磁界が作用し、円周方向に沿って引き連れられた後、下流端から徐々に磁気解放されるので、円滑な流動を実現できる。さらに、各磁石は、常に閉鎖した磁気回路を形成しているため、従来のものと比較して効率を高めることができる。しかも、低速域での磁性流体の追随性が高いので、磁性流体の吐出圧、流量、流速を広いレンジで調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の模式図である。
【図２】実施例２の模式図である。
【図３】実施例２で使用する電磁石の模式図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例】
【００１４】
［実施例１］
本実施例は、熱源の冷却循環装置に適用したもので、図１に示すように、内燃機関などの熱源１と、ラジエータ等の熱交換器２は、樹脂等の磁力線透過材料からなる磁性流体回路３により接続されており、少なくともその一部が回転体４に沿うよう円弧部３ａが形成されている。
回転体４は、モータ等により回転駆動されるもので、円周に沿って４５°毎に、直径方向に突出する上下一対の対向面４ａが８組形成されている。なお、図１の右下は、Ａ―Ａ断面図を示している。
【００１５】
この対向面４ａは、回転体４と一体成形してもよいし、ボルト等で取り付けてもよい。さらに、回転体４の軸方向中間部に縮径部を形成し、中心軸を含む断面でみたとき、コの字状の凹部を円周方向に形成し、対向面４ａを形成するようにしてもよい。
磁性流体回路３の円弧部３ａは、対向面４ａ間で形成される凹部の内部において、その略中央部に沿うよう配置される。対向面４ａ、４ａの対向面には永久磁石５が装着され、そのＮ極５ＮとＳ極５Ｓが、磁性流体回路３の断面に対し、直径方向に対向するように配置されている。これにより、磁性流体回路３の長手方向に直交する方向に磁界が形成される。
【００１６】
熱源の冷却循環装置に供給される冷却水は、磁性材料粒子を含有させた流体等の磁性流体であり、回転体４を図１において、時計方向に駆動することで、対となったＮ極（５Ｎ）とＳ極（５Ｓ）間の磁界の移動に引き連れられて、冷却水が磁性流体回路３内で矢印の方向に循環することになる。
【００１７】
なお、回転体４を駆動するモータ６は、冷却水温度を検出する温度センサ７の検出値に基づいて、モータ制御回路８により回転数が制御され、最適な流量の冷却水が供給されるようになっている。
【００１８】
本実施例によれば、磁性流体回路３の円弧部３ａについては、回転体４の回転に伴い、その上流端から徐々にＮ極（５Ｎ）とＳ極間（５Ｓ）の磁界が作用し、円周方向に沿って引き連れられた後、下流端から徐々に磁気解放されるので、円滑な流動を実現できる。さらに、各対の永久磁石は、常に閉鎖した磁気回路を形成しているため、従来のものと比較して効率を高めることができる。
【００１９】
なお、対となった永久磁石５Ｎ、５Ｓは、すべて対向面の一方がＮ極、他方がＳ極となるように配置してもよいが、本実施例のように、Ｎ極とＳ極を交互に配置すると、冷却液中の磁性材料粒子が上下一方に偏ることがなく、より効率を高めることができる。なお、この実施例では上下一対の対向面４ａ、４ａを８組設けたが、対向面の組数は１組を含め、種々選定することができる。
【００２０】
本発明の磁性流体を用いた流体駆動装置は、内燃機関のほか、熱せられた雰囲気・筐体・基盤、電動機、モータ、アクチュエータ等の熱源冷却に適用可能である。
【００２１】
永久磁石としては、ネオジム鉄硼素磁石あるいはサマリウムコバルト磁石などを使用する。冷却用磁性流体としては、市販の磁性流体のほか、例えば内燃機関の冷却用には不凍液が混入されている市販のクーラントに粒度の小さい磁性材料粒子を１０〜５０％ｗｔ程度混入したものが利用可能である。また、磁性材料として、Ｍｎ、Ｆｅを含む強磁性酸化物が磁性流体用強磁性微粒子及び磁気冷凍物質として使用できる。
【００２２】
［実施例２］
実施例１において、回転体２の回転に伴い、永久磁石５Ｎ、５Ｓにより空気流が発生し、円弧部３ａの周囲に流れ、内部の磁性流体を冷却する作用が発生する。実施例２は、この作用をさらに高めたもので、特に各種機器の冷却に適用する際、円弧部３ａと回転体４の配置を利用して、作動流体を効率よく冷却する。
本実施例では、特に、円弧部３ａを形成する材料として、磁力線透過特性と熱伝達率特性の観点で選択し、図２に示すように、その周囲に永久磁石５Ｎ、５Ｓと干渉しないように、円弧部３ａに沿って直径方向に延びる冷却フィン９を形成する。
一方、回転体２には、所定の間隙を介して各冷却フィン９の上下に対向するよう、ファン翼１０を直径方向に延出するよう取り付ける。
【００２３】
磁性流体が円弧部３ａの上流端（図２における円弧部３ａの上端付近）で磁力線により拘束された際、磁気拘束に伴う温度上昇が発生するが、外気との温度差が増大するため、円弧部３ａの下流端（図２における円弧部３ａの下端付近）に到るまでに、ファン翼１０の回転に伴う空気流が冷却フィン９の周囲を流れ、効率よく放熱が行われる。
しかも、円弧部３ａの下流端で、磁気開放による冷却効果が発生し、磁性流体が急速に冷却された後、機器に循環されるので、冷却効率を高めることができる。そのため、発生熱量が小さな機器では、冷却装置が不要になり、例えば、内燃機関の冷却に適用する場合でも、ラジエータの冷却容量を小さくすることができる。
【００２４】
なお、この実施例では、永久磁石５Ｎ、５Ｓの形状を、遠心ファンの翼形状にしたり、さらには、回転体４を軸方向の中央部に凹部を形成した円筒体として、この凹部の軸方向対向面に、永久磁石５Ｎ、５Ｓとファン翼を等間隔で設けるようにしてもよい。
本実施例では、特に、磁気冷凍物質を含む磁性流体を用いることにより、磁気冷凍装置を構成することができる。
【００２５】
［実施例３］
実施例１では、円筒状回転体に永久磁石の対を取り付けたが、本実施例では、図３に示すように、Ｎ極とＳ極がコの字状に対向する電磁石を円弧に沿って固設し、磁性流体回路３の円弧部３ａを、各電磁石１１ａ〜１１ｅの対向面中央に位置するよう配置した。
すなわち、図３のＡ−Ａ断面である図４に示すように、各電磁石１１ａ〜１１ｅは、コの字型の鉄心１２と、この鉄心１２に巻装したコイル１３とからなり、対向両面の中心点を結ぶ線分の中点が、円弧部３ａの中心点と一致するように配置されている。なお、上記鉄心１２の軟磁性材料は軟鉄、シリコン鉄、パーマロイ、パーメンジュールなどが好ましく、コイル１３はエナメル線に代表される絶縁被覆された銅線などが好ましい。
【００２６】
各電磁石１１ａ〜１１ｅには、位相制御機能を備えたスイッチング回路１４が接続されており、磁性流体回路３の上流端から下流端に向けて、順次位相をずらせて電流を印加して作動させる。
この位相変化に合わせて、磁性流体には、上流端から順次磁界が作用し、円周方向に沿って引き連れられ、実施例１と同様に冷却水を矢印の方向に循環させることができる。
本実施例では、冷却水温に基づいて、スイッチング回路１４の周波数や、各電磁石に印加する電圧を可変とすることで、流量制御を行うことができる。
なお、この実施例では、各電磁石１１ａ〜１１ｅを磁性流体回路３の円弧部３ａに沿って配置したが、これに限らず、磁性流体回路３の直線部に沿って配列してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明によれば、永久磁石あるいは電磁石を用いた磁力線強度、磁界の集中度、配置個数に加え、磁性流体中の磁性粒子濃度を種々選択することにより、吐出圧、流量、流速などを種々調整することで、流体駆動装置として様々な用途に利用されることが期待される。
【符号の説明】
【００２８】
１    熱源
２    熱交換器
３    磁性流体回路
４    円筒状回転体
５    永久磁石
６    モータ
７    温度センサ
８    モータ制御回路
９    冷却フィン
１０  ファン翼
１１  電磁石
１２  鉄心
１３  コイル
１４  スイッチング回路
【図１】
2015004322.tif 000003
【図２】
2015004322.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015004322.tif 000006