(57)【要約】【課題】磁性流体を駆動する駆動装置の発熱量を低下させて磁性流体の温度上昇を抑え、冷却効率を高めた磁性流体を用いた冷却装置を提供する。【解決手段】非磁性体の冷却パイプ２を通して循環する磁性流体と、該磁性流体を循環させるための駆動装置５とからなる磁性流体を用いた冷却装置において、前記駆動装置５は、前記冷却パイプ２に沿って移動する永久磁石７を備えた。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性体の冷却パイプを通して循環する磁性流体と、
該磁性流体を循環させるための駆動装置とからなる磁性流体を用いた冷却装置において、
前記駆動装置は、前記冷却パイプに沿って移動する永久磁石を備えたことを特徴とする磁性流体を用いた冷却装置。
【請求項２】
前記駆動装置は、前記冷却パイプを挟んで該冷却パイプの両側に前記永久磁石を備えたことを特徴とする請求項１に記載の磁性流体を用いた冷却装置。
【請求項３】
前記駆動装置は、前記冷却パイプの片側のみに前記永久磁石を備えたことを特徴とする請求項１に記載の磁性流体を用いた冷却装置。
【請求項４】
前記駆動装置は、前記永久磁石を移動させるためのコイルを備えたことを特徴とする請求項１に記載の磁性流体を用いた冷却装置。
【請求項５】
前記駆動装置は、前記永久磁石が設けられた円板状のロータと、前記コイルが設けられたステータとからなり、前記ロータの周縁に沿って前記冷却パイプが配設されたことを特徴とする請求項４に記載の磁性流体を用いた冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁性流体を用いた冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁性流体を用いた冷却装置は公知である（例えば特許文献１）。この特許文献１に記載の冷却装置は、被冷却体に液体の冷媒を供給し、かつ回収する冷媒循環回路を構成し、この冷媒循環回路上に熱交換器と液ダメを設けたもので、冷媒を少なくとも磁性流体を含む他の液体との混合液とし、循環回路を構成する配管の少なくとも一部を非磁性体とし、非磁性体の配管部分の外周にリニアモータと同様の電機子を装着したものである。
【０００３】
この特許文献１の冷却装置においては、磁性流体の冷媒を配管内で循環させるための駆動装置として非磁性体の配管部分の外周にリニアモータの電機子を設けている。
【０００４】
磁性流体を配管内で流動させる駆動装置の別の例が例えば特許文献２に記載されている。この特許文献２に記載の磁性流体の駆動装置は、磁気回路を形成する鉄心にコイルを巻回した複数の電磁石を磁性流体の流路に沿って備え、前記鉄心による磁気回路中に前記磁性流体の流路を配設し、該流路に対し概ね直交する磁束が生じるように、前記鉄心を前記流路に沿って配設したものである。
【０００５】
上記特許文献１及び２のいずれにおいても、コイルを用いてコイルに通電することにより磁界を形成し、この磁界を磁性流体に対し直接作用させて磁性流体を配管内で移動させている。
【０００６】
しかしながら、このようにコイルに通電して磁性流体を循環させるためには、コイルに大きな電流を流す必要がある。このためコイルが発熱し、冷却装置として用いた場合に磁性流体の冷媒温度が上昇する。したがって、冷却効率が低くなり、冷却能力が低下する。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−７７５７１号公報
【特許文献２】
特開２００１−３３３５６９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術を考慮したものであって、磁性流体の駆動装置の発熱量を低下させて磁性流体の温度上昇を抑え、冷却効率を高めた磁性流体を用いた冷却装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、非磁性体の冷却パイプを通して循環する磁性流体と、該磁性流体を循環させるための駆動装置とからなる磁性流体を用いた冷却装置において、前記駆動装置は、前記冷却パイプに沿って移動する永久磁石を備えたことを特徴とする磁性流体を用いた冷却装置を提供する。
【００１０】
この構成によれば、永久磁石を冷却パイプに沿って移動させることにより、永久磁石の磁力により、冷却パイプ内の磁性流体が冷却パイプ内で移動する。
【００１１】
すなわち、磁性流体は、磁力が作用すると高粘度になることが知られている。
そこで、非磁性体の冷却パイプの外側に永久磁石を配置し、この永久磁石を移動させることにより、高粘度部分を移動させる。すると、高粘度部分が、その隣接部分である磁力の作用が少なく粘度の低い磁性流体を押すため、磁性流体の流れが生じる。
【００１２】
これにより、永久磁石を移動させるだけの小さなエネルギーで磁性流体の流れを生じさせることができるので、駆動装置の発熱量を低くすることができ、冷却媒体となる磁性流体の温度上昇を抑え、冷却効率を高めることができる。
【００１３】
好ましい構成例では、前記駆動装置は、前記冷却パイプを挟んで該冷却パイプの両側に前記永久磁石を備えたことを特徴としている。
【００１４】
この構成によれば、冷却パイプの両側から内部の磁性流体に磁力が作用するため、大きな力で確実に磁性流体の流れを生じさせることができる。
【００１５】
別の好ましい構成例では、前記駆動装置は、前記冷却パイプの片側のみに前記永久磁石を備えたことを特徴としている。
【００１６】
この構成によれば、永久磁石が冷却パイプの片側にのみ配設されるため、駆動装置の形状をコンパクトにすることができる。
【００１７】
好ましい構成例では、前記駆動装置は、前記永久磁石を移動させるためのコイルを備えたことを特徴としている。
【００１８】
この構成によれば、コイルにより電磁石を構成し、この電磁石の駆動制御により容易に大きな発熱を伴うことなく永久磁石を移動させることができる。
【００１９】
さらに好ましい構成例では、前記駆動装置は、前記永久磁石が設けられた円板状のロータと、前記コイルが設けられたステータとからなり、前記ロータの周縁に沿って前記冷却パイプが配設されたことを特徴としている。
【００２０】
この構成によれば、永久磁石のロータとコイルを設けたステータとにより直流モータを構成して、ロータを回転させ、これによりロータの外周部に設けた冷却パイプ内の磁性流体を移動させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る冷却装置のシステム全体図である。
この冷却装置１は、冷却パイプ２で構成した配管系と、この冷却パイプ２内を循環する磁性流体及びこの磁性流体を循環させるための駆動装置（ポンプ）５からなる。配管系の途中に冷却部（受熱部）３と放熱部４が設けられる。冷却部３は、冷却対象物（不図示）を冷却するための熱交換器を構成する部分であり、放熱部４は冷却対象物を冷却して温度上昇した磁性流体を放熱して温度を元に戻す部分である。この放熱部４には、ラジエータを設けて熱交換してもよいし、あるいは冷却部３以外の配管系全体で内部を流れる磁性流体を放熱させて配管全体を放熱部として、特に局部的なラジエータ等の放熱部を設けなくてもよい。
【００２２】
冷却装置１の冷媒である磁性流体は、オイル等の液体中に磁性体粒子を混合したものである。磁性体粒子は、例えば鉄粉あるいはニッケルその他の強磁性体からなる粉体である。冷却パイプ２は、少なくとも駆動装置５の部分は、塩ビ管あるいはその他のプラスチック管又は強磁性体（鉄等）以外の金属管などの非磁性体により形成される。冷却パイプ２全体を非磁性体材料で構成してもよいし、駆動装置５の部分のみを非磁性材料としてもよい。
【００２３】
図２は、本発明の磁性流体駆動装置の第１実施例の構成説明図である。
上下２枚の円板状のヨーク６の周縁部に、それぞれ単数又は複数（この例では４個）の永久磁石７が対向して設けられる。上下の永久磁石７の磁極は冷却パイプを挟んでＮ，Ｓが対向するように周縁に沿って放射状の位置に配置される。これにより上下の永久磁石７間に磁界が形成される。永久磁石７は、例えば、焼結材あるいはボンド磁石により形成される。
【００２４】
２枚のヨーク６同士は中央部の連結管１０により連結される。これら一対のヨーク６間に挟まれて、ヨーク６の周縁に沿って非磁性体材料からなる半円形のカバーパイプ８が設けられる。カバーパイプ８内に冷却パイプ２が挿通して配設される。カバーパイプ８は、３本のアーム９により連結管１０に固定される。この連結管１０を挿通してモータ１２の出力軸１３が配設される。出力軸１３と上下のヨーク６は相互に締結されている。これら一対のヨーク６は支持板１１上に搭載固定される。上下一対のヨーク６は、各永久磁石７が冷却パイプ２を上下両側から挟んだ状態で、出力軸１３により回転する。
【００２５】
これにより、上下一対の対向する永久磁石７が形成する磁界の磁力により、永久磁石７間に挟まれた位置の冷却パイプ２内の磁性流体が高粘度になり、永久磁石７の回転とともに冷却パイプ２内で移動して循環の流れを生じさせる。これにより、永久磁石を回転させるだけの小さなエネルギーで磁性流体を循環させることができモータ１２の発熱量を低く抑えることができる。この場合、冷却パイプ２は、両側から非発熱の永久磁石７やヨーク６で挟まれ、モータ１２からはヨーク６で遮蔽されるとともに距離が離れるため、モータ１２が発熱したとしてもその発熱の影響は極めて小さくなる。
【００２６】
中空の連結管１０内にモータ１２の出力軸１３を挿通させる構成に代えて、下側のヨーク６を支持板１１に固定し、この支持板１１に出力軸１３を連結して連結管１０内には出力軸１３を挿通させない構成としてもよい。いずれにしても、モータ１２の出力軸１３の回転により、各永久磁石７が冷却パイプ２を上下両側から挟んだ状態で、上下の両ヨーク６が各永久磁石７とともに回転する。
【００２７】
また、カバーパイプ８を省略して３本のアーム９により冷却パイプ２を直接支持してもよい。
【００２８】
図３は、本発明の磁性流体駆動装置の第２実施例の構成説明図である。
この実施例は、冷却パイプ２の片側にのみ永久磁石７を配設したものである。
永久磁石７の磁極は、各永久磁石７ごとに磁極Ｎ，Ｓがヨーク面に平行又は垂直に配置され、個々の永久磁石ごとに磁界を形成して磁性流体に磁力を作用させる。これにより、軸方向にコンパクトな形状の駆動装置を形成することができる。
その他の構成及び作用効果は前述の第１実施例と同様である。
【００２９】
図４は本発明の磁性流体駆動装置の第３実施例の構成説明図であり、図５はこの第３実施例の着磁パターンの説明図である。
この実施例は、円板状のロータヨーク１４に図５（Ａ）のように着磁した永久磁石ロータ１６を装着し、この永久磁石ロータ１６に対向して複数のコイル１７（例えば４個）をステータヨーク１８上に設けて、直流モータを構成したものである。永久磁石ロータ１６の外周側面に沿って、前述の実施例と同様にカバーパイプ８を設け内部に冷却パイプ２を挿通させる。各コイル１７は、駆動回路１９に接続される。駆動回路１９は、所定の順序でコイル１７を励磁し、コイル１７を介して回転する磁界を発生させ、これにより永久磁石ロータ１６を回転軸１５廻りに回転させる。
【００３０】
永久磁石ロータ１６は、図５（Ａ）に示すように、内部側１６ａと外縁側１６ｂに分けて着磁される。内部側１６ａは、例えば４個のコイル１７に対応して４分割されて着磁され、同図（Ｂ）に示すように、コイルとの間に磁界を形成して永久磁石ロータ１６を回転駆動する。外縁部１６ｂは、円周に沿ってＮ，Ｓが並ぶように着磁する。これにより、同図（Ｃ）に示すように、その外側の冷却パイプ２内の磁性流体（図４参照）に対する磁界を発生し、この外縁部１６ｂが回転すると、これに伴って磁性流体が高粘度となって冷却パイプ内で移動する。
【００３１】
このように、ロータとステータからなるモータを形成してそのロータの永久磁石に対向して冷却パイプを配設することにより、コイルでの発熱量が小さく且つコンパクトな形状の駆動装置が得られる。
【００３２】
図６は本発明の磁性流体駆動装置の第４実施例の構成説明図であり、図７はこの第４実施例の着磁パターンの説明図である。
この実施例は、前述の第３実施例と同様に永久磁石ロータ１６とコイル１７を搭載したステータヨーク１８とにより直流モータを構成した例である。この第４実施例では、ステータヨーク１８を延ばして冷却パイプ２の外周部の側縁まで配設し、このステータヨーク１８の延長側壁１８ａと永久磁石ロータ１６の外周部側面との間に冷却パイプ２を挟んだものである。
【００３３】
永久磁石ロータ１６の着磁パターンは、図７（Ａ）に示すように、内部側１６ａは、図５の場合と同様に、例えば４個のステータ側のコイルに合せて４分割して着磁される。外縁部１６ｂは、４個のステータ側コイルの磁界を利用するために、円周方向に４分割してＮ，Ｓを順番に配置して着磁される。
【００３４】
このように、ステータヨーク１８を延ばしてその延長側壁１８ａと永久磁石ロータ１６の外周側面との間に冷却パイプ２を挟むとともに磁界を形成し、この磁界により冷却パイプ内の磁性流体を移動させることにより、コイルの電磁エネルギーをさらに有効に利用して、小電力で効率よく磁性流体を循環させることができる。
【００３５】
図８は本発明の磁性流体駆動装置の第５実施例の構成説明図であり、図９はこの第５実施例の着磁パターンの説明図である。
この実施例は、冷却パイプ２をコイル１７の外側に隣接させて配設し、永久磁石ロータ１６の下面とステータヨーク１８の上面間に冷却パイプ２を挟んだものである。この例では、８個のコイル１７が円環状に設けられる。駆動回路１９によりコイル１７を順番に励磁することにより、永久磁石ロータ１６は回転軸２０廻りに回転する。回転軸２０は、例えばステータヨーク１８に固定し、この回転軸２０に対しベアリング２３を介してロータヨーク１４を回転可能に装着してもよい。これにより、コイル１７の励磁により永久磁石ロータ１６が、ステータ側に固定された回転軸２０に対しベアリング２３を介して回転する。
【００３６】
永久磁石ロータ１６の着磁パターンは、図９に示すように、８個のコイル１７に対応して放射状に８分割して形成される。これにより、円板状ロータの内部側でステータのコイル１７から回転駆動力を受けるとともに、外縁部側で磁性流体に対し磁界を形成して駆動力を付与する。
【００３７】
図１０は、上記第５実施例の変形例である。
この例は、回転軸２０をロータヨーク１４に固定し、この回転軸２０がベアリング２４を介してステータヨーク１８に装着されたものである。コイル１７を励磁することにより、永久磁石ロータ１６は、回転軸２０とともに回転する。その他の構成及び作用効果は、上記第５実施例と同様である。
【００３８】
図１１は本発明の磁性流体駆動装置の第６実施例の構成説明図であり、図１２はこの第６実施例の着磁パターンの説明図である。
この実施例は、コイル１７を備えたステータヨーク１８を挟んで上下両側に永久磁石ロータ１６，２２を設けたものである。第５実施例と同様に８個のコイル１７がステータヨーク１８上に搭載され、その外側にカバーパイプ８及び冷却パイプ２が配設される。回転軸２０は、例えば図１０の例と同様に、ベアリング２４を介してステータヨーク１８に対し回転可能に装着される。この回転軸２０の上下両端部にロータヨーク１４，２１が固定される。
【００３９】
コイル１７を励磁することにより、その回転磁界により上側の永久磁石ロータ１６が回転軸２０とともに回転し、これに伴って下側の永久磁石ロータ２２が回転軸２０とともに回転する。
【００４０】
上側の永久磁石ロータ１６の着磁パターンは、前述の図９の例と同じである。
すなわち、内部側でステータのコイル１７から回転駆動力を受けるとともに、外縁部側で磁性流体に対し磁界を形成して駆動力を付与する。
【００４１】
下側の永久磁石ロータ２２の着磁パターンは、図１２に示すように、外縁部にのみ上側の永久磁石ロータ１６に合せて円周方向に８分割して着磁される。これにより、上下の永久磁石ロータ１６，２２の外縁部に挟まれた冷却パイプ２内の磁性流体に対し、上下両側から回転磁界が作用し、効率よく磁性流体を移動させることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、永久磁石を冷却パイプに沿って移動させることにより、永久磁石の磁力により、冷却パイプ内の磁性流体が冷却パイプ内で移動する。したがって、永久磁石を移動させるだけの小さなエネルギーで磁性流体の流れを生じさせることができ、駆動装置の発熱量を低くすることができる。
これにより、冷却媒体となる磁性流体の温度上昇を抑え、冷却効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷却装置のシステム全体図。
【図２】本発明の磁性流体駆動装置の第１実施例の構成説明図。
【図３】本発明の磁性流体駆動装置の第２実施例の構成説明図。
【図４】本発明の磁性流体駆動装置の第３実施例の構成説明図。
【図５】第３実施例の着磁パターンの説明図。
【図６】本発明の磁性流体駆動装置の第４実施例の構成説明図。
【図７】第４実施例の着磁パターンの説明図。
【図８】本発明の磁性流体駆動装置の第５実施例の構成説明図。
【図９】第５実施例の着磁パターンの説明図。
【図１０】第５実施例の変形例の構成説明図。
【図１１】本発明の磁性流体駆動装置の第６実施例の構成説明図。
【図１２】第６実施例の着磁パターンの説明図。
【符号の説明】
１：冷却装置、２：冷却パイプ、３：冷却部、４：放熱部、５：駆動装置、
６：ヨーク、７：永久磁石、８：カバーパイプ、９：アーム、１０：連結管、
１１：支持板、１２：モータ、１３：出力軸、１４：ロータヨーク、
１５：回転軸、１６：永久磁石ロータ、１６ａ：内部側、１６ｂ：外縁部、
１７：コイル、１８：ステータヨーク、１８ａ：延長側壁、１９：駆動回路、
２０：回転軸、２１：ロータヨーク、２２：永久磁石ロータ、
２３：ベアリング、２４：ベアリング。
【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】
2004254437.tif 000009
【図８】
2004254437.tif 000010
【図９】
2004254437.tif 000011
【図１０】
2004254437.tif 000012
【図１１】
2004254437.tif 000013
【図１２】
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