(57)【要約】【課題】  高温を発生することができるとともに、永久磁石の温度上昇による磁力の低下を防止することができる磁石回転型発熱装置を提供する。【解決手段】  ベース２に対して回転自在に支持されて、上面に複数の永久磁石４が同心円状に配置されたロータ５と、その上方に近接してベース２に対して固定支持された発熱板６との間に、遮熱板２６が配置されている。遮熱板２６は、発熱板６から永久磁石４側へ放射される熱を遮断するとともに、ロータ５が回転することで生じる空気流が発熱板６に当たることを妨げて、前記空気流によって発熱板６から熱が奪われることを防止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、
前記ベースに対して回転自在に支持された入力軸と、
前記入力軸の一端に中心位置を固定され、当該入力軸側と反対側の面に、複数の同形の磁石保持穴が前記中心位置に対して同心円上に等間隔で複数形成された、非磁性材料からなるロータと、
前記それぞれの磁石保持穴内に埋設固定され、それぞれが前記ロータの軸方向に着磁され且つ当該ロータの周方向に隣合うものどうし互いに磁極が反対向きに着磁された、複数の永久磁石と、
非磁性金属材料で形成され、前記ロータの磁石保持穴が形成されている側の面と近接して対向するように、電気絶縁体を介して前記ベースに対して固定支持された発熱板と、
前記発熱板と前記ロータとの間の定位置に配置され、非磁性、電気絶縁性、耐熱性、及び断熱性を具備した材料で形成されて、当該発熱板とロータとの間の熱の移動を抑止する遮熱板とを備えたことを特徴とする磁石回転型発熱装置。
【請求項２】
ロータを回転駆動する可変速モータが内蔵され、前記モータの出力軸によって入力軸が兼用されていることを特徴とする請求項１記載の磁石回転型発熱装置。
【請求項３】
入力軸が風車又は水車により回転駆動されることを特徴とする請求項１記載の磁石回転型発熱装置。
【請求項４】
入力軸が増速機構を介して人力により回転駆動されることを特徴とする請求項１記載の磁石回転型発熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転運動のエネルギーを熱エネルギーに変換する装置に関し、特に、永久磁石の回転運動によって導体内に渦電流を生じさせて発熱させる構造の磁石回転型発熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１や特許文献２に記載されているように、導体と永久磁石を対向して配置し、この導体に対して永久磁石を回転させることによって、導体内に渦電流を生じさせて発熱する構造の発熱装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３１２５７４号公報
【特許文献２】特許第３９５５８８８号公報
【０００４】
前記特許文献１に記載されている装置は、駆動モータにより永久磁石を回転させてこれに対向する導体を加熱し、当該導体側に設けられた熱媒体用流体ジャケット内を循環する熱媒体用流体を加熱するようにしたマグネット式ヒーターとして構成されている。
【０００５】
また、前記特許文献２に記載されている装置は、風力によって永久磁石が取り付けられたロータを回転させて、その磁界中に配置された導電材料を含む加熱部を加熱し、当該加熱部に熱的に接続された流体回路を通過する流体を加熱するようにした永久磁石式渦電流加熱装置として構成されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述したような、永久磁石を回転させることによって導体内に渦電流を発生させる構造の従来の発熱装置においては、導体に近接して配置されている永久磁石が、当該導体から放射される熱に長時間に晒されていると、永久磁石が高温になってその磁力が弱まってしまう問題があった。
【０００７】
また、永久磁石が回転することによって、周囲の空気が引きずられて空気流が生じ、これが導体表面に当たると導体から熱が奪われてしまうため、導体を高温に加熱することが困難であった。
【０００８】
そこで、本発明は、前述したような従来の発熱装置の問題点を解消し、高温を発生することができるとともに、永久磁石の温度上昇による磁力の低下を防止することができる磁石回転型発熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的のために提供される本発明の磁石回転型発熱装置は、ベースと、前記ベースに対して回転自在に支持された入力軸と、前記入力軸の一端に中心位置を固定され、当該入力軸側と反対側の面に、複数の同形の磁石保持穴が前記中心位置に対して同心円上に等間隔で複数形成された、非磁性材料からなるロータと、前記それぞれの磁石保持穴内に埋設固定され、それぞれが前記ロータの軸方向に着磁され且つ当該ロータの周方向に隣合うものどうし互いに磁極が反対向きに着磁された、複数の永久磁石と、非磁性金属材料で形成され、前記ロータの磁石保持穴が形成されている側の面と近接して対向するように、電気絶縁体を介して前記ベースに対して固定支持された発熱板と、前記発熱板と前記ロータとの間の定位置に配置され、非磁性、電気絶縁性、耐熱性、及び断熱性を具備した材料で形成されて、当該発熱板とロータとの間の熱の移動を抑止する遮熱板とを備えたものである。
【００１０】
本発明の磁石回転型発熱装置においては、ロータを回転駆動する可変速モータが内蔵され、前記モータの出力軸によって入力軸が兼用されていることが望ましい。また、入力軸が風車又は水車により回転駆動されることも望ましい。さらに、入力軸が増速機構を介して人力により回転駆動されることも望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載された発明に係る磁石回転型発熱装置によれば、発熱板とロータに設けられた永久磁石との間に遮熱板が配置されているため、高温の発熱板から放射される熱が遮熱板に遮られて、永久磁石の温度上昇による磁力の低下を防ぐことができる。
【００１２】
また、ロータが高速で回転する際に、周囲の空気を巻き込んで生じる空気流が遮熱板で遮られて発熱板には当たらないため、発熱板が空気流に当たって冷やされることが防止され、高温を発生することができる。
【００１３】
また、請求項２に記載された発明に係る磁石回転型発熱装置によれば、請求項１に記載された発明の効果に加え、さらに、入力軸を、装置に内蔵した可変速モータの出力軸で兼用しているため、部品点数を少なく且つ装置全体をコンパクトに構成することができるとともに、ロータの回転速度を変えることによって、発熱板の発熱量を容易に調整することができる。
【００１４】
請求項３に記載された発明に係る磁石回転型発熱装置によれば、請求項１に記載された発明の効果に加え、さらに、発熱のための燃料や電力が不要になり、且つ、地球温暖化の原因と言われているＣＯ２を発生させずに発熱することが可能になるので、省エネルギーや環境負荷の低減に貢献することができる。
【００１５】
請求項４に記載された発明に係る磁石回転型発熱装置によれば、前記請求項３に記載された発明の効果に加え、さらに、電源や燃料が確保できないキャンプ地や地震等の非常時において、調理や暖房等のための熱源として効果的に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の磁石回転型発熱装置の１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の磁石回転型発熱装置の１実施形態を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の磁石回転型発熱装置の１実施形態におけるベースの平面図である。
【図４】本発明の磁石回転型発熱装置の１実施形態におけるロータの平面図である。
【図５】図４のＸ−Ｘ断面を示す部分断面図である。
【図６】本発明の磁石回転型発熱装置の１実施形態における支柱保持板の平面図である。
【図７】本発明の磁石回転型発熱装置の１実施形態における発熱板と遮熱板を示す斜視図である。
【図８】本発明の磁石回転型発熱装置の１実施形態における発熱板下面への遮熱板の取付構造を示す部分縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の磁石回転型発熱装置（以下、単に発熱装置という）の１実施形態を示す縦断面図、また図２は、その分解斜視図（一部の部品は図示を省略）であって、これらの図に示すように、本発明の発熱装置１は、ベース２上に設けられた可変速モータ３によって回転駆動される、上面に多数の永久磁石４（図２中では図示を省略）が埋設固定されたアルミニウム製のロータ５を備えている。
【００１８】
また、ロータ５の上方には、アルミニウム製の発熱板６が配置されていて、モータ３によってロータ５を回転させると、発熱板６を貫通する永久磁石４の磁束がロータ５とともに回転移動することで発熱板６内に渦電流が生じ、その際、発熱板６内部の電気抵抗によって発熱板６自体が発熱して、上面に載せた被加熱体Ｖを加熱する構造になっている。
【００１９】
ベース２は、図３に示すように平面視が正方形状であって、その４隅近傍に形成されているねじ孔２Ａにそれぞれ、ゴム製の防振パッド７の調整ねじ７Ａが螺着されており、これらの防振パッド７を介して床や台のような支持面Ａ上に支持されている。
【００２０】
これらの防振パッド７は、ベース２が支持面Ａ上で水平になるように、対応するねじ孔２Ａに対して調整ねじ７Ａの螺合位置を回転させて調整し、ロックナット８で固定できるようにしてある。また、ベース２の対角線上の中央部周辺にはモータ支柱取付孔２Ｂが４箇所形成されている。なお、この実施形態におけるベース２は軽量化のためアルミニウム製の厚板で製作されている。
【００２１】
これらのモータ支柱取付孔２Ｂにはそれぞれ、ベース２の下面側から固定ボルト９が差し込まれ、当該ベース２の上面に立設される４本のアルミニウム製のモータ支柱１０の下端面に形成されたねじ穴１０Ａ（図１参照）に螺合されることで、これらのモータ支柱１０がベース２の上面に垂直に固定されるようになっている。
【００２２】
図２に示すように、これらのモータ支柱１０の上端面には、下端面のねじ穴１０Ａと同様なねじ穴１０Ｂが形成されていて、モータ３の取付フランジ３Ａの４箇所に設けられたボルト孔３Ｂにそれぞれ固定ボルト１１を通して、これらのねじ穴１０Ｂに螺合することで、モータ３を上向きの状態でベース２上に固定してある。
【００２３】
取付フランジ３Ａから上方に突出するモータ３の出力軸３Ｃには、弾性変形可能に周面の一部に軸方向のスリ割り（図示せず）が形成された環状のスペーサ１２が外嵌されており、さらにその外周を包囲するように、固定リング１３が装着されている。
【００２４】
前記固定リング１３は、弾性変形可能に、周面の一部に軸方向のスリ割り１３Ａが形成されているとともに、軸方向に貫通する取付孔１３Ｂが、出力軸３Ｂと同心の円周上３箇所に形成されている。
【００２５】
また、図示していないが、固定リング１３には、スリ割り１３Ａを横断するように締結ねじが装着されていて、この締結ねじを締め込むことによってスリ割り１３Ａの隙間が狭まり、固定リング１３がスペーサ１２を介して出力軸３Ｃの外周面を締め付けて、これに摩擦固定されるようになっている。
【００２６】
一方、ロータ５の中心部には、モータ３の出力軸３Ｃの上端が嵌合される軸孔５Ａが形成されているとともに、その周囲には、前記３つの取付孔１３Ｂと中心がそれぞれ重なる位置にねじ孔５Ｂが貫通形成されている。
【００２７】
固定リング１３の取付孔１３Ｂには、下方から固定ボルト１４が差し込まれて、ロータ５のねじ孔５Ｂに螺着されており、固定リング１３を介してモータ３の出力軸３Ｃとロータ５とが一体に連結固定されている。
【００２８】
図４は、ロータ５の平面図、図５は、図４におけるＸ−Ｘ断面を示す部分断面図であって、図４に示すように、本実施形態のものにおいては、ロータ５の上面には、軸孔５Ａの中心に対して、内外２つの同心円上に、円筒状の磁石収容穴５Ｃがそれぞれ１２個ずつ形成されている。
【００２９】
それぞれの磁石収容穴５Ｃ内には、その内径と深さに適合するサイズの円筒状で且つ軸方向に着磁された永久磁石４が嵌め込まれている。図５に示すように、これらの永久磁石４には軸方向に貫通する貫通孔４Ａが形成されていて、皿ねじ１５を貫通孔４Ａに通して磁石収容孔５Ｃの底の中心部に形成されたねじ孔５Ｄに螺着することで、それぞれの永久磁石４が磁石収容穴内に埋設固定されている。
【００３０】
また、ロータ５の円周方向に隣合う永久磁石４どうしは、Ｎ磁極とＳ磁極の向きが交互に反対になるように配置されており、また、図４に示すように、外側の円周上に配置されている１２個の永久磁石４と、内側の円周上に配置されている１２個の永久磁石４とは、互いに中心角で１５度位相を異ならせて配置されている。なお、本実施形態のものにおいては、これらの永久磁石４には、現在流通している永久磁石の中で磁力が最も強力なネオジム磁石を用いている。
【００３１】
図１に示すように、ベース２の上面に重ねてアルミニウム製の支柱保持板１６が設けられている。図６に示すように、この支柱保持板１６は、平面視で正方形状に形成されており、その中央部には４本のモータ支柱１０を配置するために、大径の孔１６Ａが開口されている。
【００３２】
また、支柱保持板１６の４隅の近傍にはそれぞれ、支柱貫通孔１６Ｂが形成されているとともに、各辺に沿った方向に隣合う２つの支柱貫通孔１６Ｂの間にはそれぞれ、２つずつボルト孔１６Ｃが並べて形成されている。また、それぞれの支柱貫通孔１６Ｂの周囲には、４つの小径のねじ孔１６Ｄが貫通形成されている。
【００３３】
一方、図３に示すように、ベース２側には、支柱保持板１６の４つの支柱貫通孔１６Ｂと平面視においてそれぞれ重なる位置に、支柱貫通孔２Ｃが形成されているとともに、各ボルト孔１６Ｃの直下に対向する位置には、それぞれねじ孔２Ｄが形成されている。
【００３４】
支柱保持板１６は、これらのボルト孔１６Ｃに上方から固定ボルト１７（図２に１箇所のみ図示）を挿入して、対向するベース２側のそれぞれのねじ孔２Ｄに螺着することによりベース２に固定されている。
【００３５】
図１に示すように、ベース２と支柱保持板１６の４隅近傍位置で上下に重なって配置されている支柱貫通孔２Ｃと支柱貫通孔１６Ｂのそれぞれには、支柱１８の下端近傍部分が嵌合されている。
【００３６】
これらの支柱１８は、本実施形態のものにおいては、アルミニウム製の丸棒材で製作されており、支柱保持板１６上面に、４箇所の支柱貫通孔１６Ｂのそれぞれと、同軸に配置された固定具１９を介して支柱保持板１６に固定されている。
【００３７】
これらの固定具１９は、中央に支柱１８が貫通する貫通孔１９Ａを有しており、その下端に形成されているフランジのボルト孔１９Ｂに上方から固定ボルト２０を通し、支柱保持板１６の各支柱貫通孔１６Ｂの周囲に形成されているねじ孔１６Ｄに螺着することで、支柱保持板１６に固定されている。
【００３８】
また、これらの固定具１９の上半部分は、前述した固定リング１３と同様に、スリ割り構造によって弾性変形可能になっていて、締結ねじ２１（図２参照）の締め付けによって貫通孔１９Ａの上半部分の内周面を縮径させて、支柱１８の外周面を固定している。
【００３９】
それぞれの支柱１８の上端近傍部分は、発熱板６の４隅近傍に形成された貫通孔６Ａに嵌挿されている。これらの貫通孔６Ａの内径は、支柱１８の外径よりも大きく形成されていて、これらの径差で生じる環状の隙間内に、発熱板６の下面側から鍔付きの断熱カラー２２を嵌入し、また上面側には断熱ワッシャ２３を配置してあり、断熱カラー２２の下面と断熱ワッシャ上面にそれぞれ固定リング２４、２５を当接させて、発熱板６を支柱１８に固定してある。
【００４０】
これらの断熱カラー２２と断熱ワッシャは、本実施形態のものにおいてはセラミック製のものが用いられており、発熱板６と支柱１８の間を熱的及び電気的に絶縁している。また、これらの固定リング２４、２５は、前述した固定リング１３や固定具１９と同様に、スリ割りを横断する締付ねじを締め付けて支柱１８の外周面に固定する構造のものを用いている。
【００４１】
図７に示すように、発熱板６の下面には、略正方形状のグラスウール製の遮熱板２６がその４隅の近傍で固定ねじ２７によって取り付けられている。遮熱板２６の４隅部分は、前述した断熱カラー２２や固定リング２４との干渉を避けるために、角を落として凹んだ円弧状に加工されている。なお、遮熱板２６の素材はグラスウールに限定するものではなく、非磁性、電気絶縁性、耐熱性、及び断熱性がこれと同等以上のものであればよい。
【００４２】
また、それぞれの固定ねじ２７は、図８に示すように、遮熱板２６の下方からワッシャ２８を介して取付孔２６Ａに通し、さらにスペーサ２９を介して発熱板６下面に形成されているねじ穴６Ｂに螺着されており、スペーサ２９によって発熱板６と遮熱板２６間に隙間Ｓを生じさせることにより発熱板６と遮熱板２６間で熱が伝わり難くしてある。
【００４３】
次に、前述したように構成されている発熱装置１の動作について説明する。発熱装置１を使用する際には、図１に示すように、ベース２の底部４隅に取り付けられているそれぞれの防振パッド７が支持面Ａに対して密着し、且つ、ベース２が水平になるように、各防振パッド７の雄ねじ７Ａのベース２のねじ孔２Ａに対する螺合位置を調整した後、調整位置がずれないように、ロックナット８を締めて固定しておく。
【００４４】
次いで、発熱板６の上に、例えば、鍋のような被加熱体Ｖを載せてモータ３に通電し、これを起動する。モータ３の出力軸３Ｃが回転すると、この出力軸３Ｃに固定されているロータ５も一緒に回転する。
【００４５】
一方、ロータ６の上面に磁極ＮＳの向きを交互に反対にして円周方向に配置されているそれそれの永久磁石４の間からは、磁束がロータ６の上方へアーチ状に拡がっており、この磁束はロータ６の上面に配置されている磁性を持たないグラスウール製の遮熱板２６を透過して、その上方のアルミニウム製の発熱板６の内部に入り込んでいる。
【００４６】
そして、ロータ５が回転に伴って、永久磁石４から出た磁束は発熱板６の中を回転方向に移動し、その結果、導体である発熱板６内部には渦電流が生じる。その際、発熱板６自体の電気抵抗によってジュール熱が発生して発熱板６が高温になり、発熱板６の上面に載せてある被加熱体Ｖが加熱される。
【００４７】
本実施形態の発熱装置１においては、モータ３に可変速モータを用いているため、ロータ５の回転速度を変えることによって、発熱板６の発熱量を容易且つ安定して調整することができる。
【００４８】
なお、発熱板６にサーミスタ等の温度センサを取り付けてその温度を検出し、その温度情報に基づいて、モータ３の出力軸３Ｃの回転数を制御して、発熱板６の温度を所望の値に自動調整できる構造にしてもよい。
【００４９】
ここで、ロータ５に取り付けられている永久磁石４は、熱に弱く、高温に晒されると磁性が弱められてしまう問題があるが、発熱板６と永久磁石４との間はグラスウール製の遮熱板２６によって隔絶されているため、これらの永久磁石４は、高温の発熱板６から放射される熱の影響を回避することができる。
【００５０】
一方、ロータ５は高速に回転することによって、周囲の空気を巻き込んで空気流を生じるが、こうして生じた空気流は遮熱板２６によって遮られて発熱板６には当たらないため、発熱板６が空気流によって冷やされてしまう虞が無く、発熱板６を高温に維持することができる。
【００５１】
なお、前述した実施形態の発熱装置１は、ロータ５をモータ３の出力軸３Ｃに直接取り付けているが、ロータをベースに対して回転自在に支持させた入力軸に固定し、この入力軸をモータの出力軸に軸継手等を介して駆動連結するようにしてもよく、前述した実施形態の発熱装置１は、この入力軸を、モータ３の出力軸３Ｃによって兼用した形態となっている。
【００５２】
また、前述した実施形態の発熱装置１においては、図４に示すように、ロータ５上面の外側の円周上に１２個の永久磁石４を配置し、内側の円周上に１２個の永久磁石４を配置し、さらに外側の円周上の永久磁石４と内側の円周上の永久磁石４との間で、互いに中心角で１５度位相を異ならせているが、ロータ上の永久磁石の配置は、この実施形態に限定するものではなく、例えば、単一の円周上や３つ以上の同心の円周上に配置してもよい。
【００５３】
また、前述した実施形態の発熱装置１においては、ベース２を正方形板状とし、この上に支柱１８やモータ支柱１０を介して発熱板６やモータ３を取り付けているが、ベースの構造は、本実施形態のものに限定する必要はなく、例えば、枠状に形成したベースに直接発熱板やモータを取り付けてもよい。
【００５４】
また、本実施形態の発熱装置１においては、装置全体の軽量化のためにベース２や支柱１８等にアルミニウム材を多用しているが、これに限定するものではなく、同等以上の強度や耐熱性を有する他の素材を用いて製作してもよい。
【００５５】
また、前述した実施形態の発熱装置１においては、発熱板１の上面に鍋のような被加熱体Ｖを載せてこれを加熱する場合について説明しているが、本発明の発熱装置は、被加熱体を加熱する用途のみに限定するものではなく、例えば、発熱板に放熱フィン等を設けて熱を直接室内に放散したり、あるいは、発熱板に熱媒体となる流体の通路を設けて当該流体と熱交換し、この流体を介して間接的に室内に熱を放散することで、暖房の用途にも使用可能である。
【００５６】
さらに、入力軸を発熱装置の外部の回転駆動源に駆動連結して回転させることも可能である。外部の回転駆動源としては、ガソリンエンジン等の内燃機関や風車や水車等様々なものを利用することが可能である。
【００５７】
特に、入力軸を駆動するための回転駆動源として、風力や水力等の自然エネルギーで回転される風車や水車を利用した場合には、熱を発生させるための燃料や電力が一切不要になり、且つ、地球温暖化の原因と言われているＣＯ２を発生させずに発熱することが可能になるので、省エネルギーや環境負荷の低減に貢献することができる。
【００５８】
また、発熱装置は、入力軸を周知の歯車等を用いた増速機構を介して人力により、手動ハンドルや足踏みペダル等で回転させる構造にしてもよく、この場合には、電源や燃料が確保できないキャンプ地や地震等の非常時において、調理や暖房等のための熱源として効果的に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１        発熱装置
２        ベース
２Ａ      ねじ孔
２Ｂ      モータ支柱取付孔
２Ｃ      支柱貫通孔
２Ｄ      ねじ孔
３        モータ
３Ａ      取付フランジ
３Ｂ      ボルト孔
３Ｃ      出力軸（兼入力軸）
４        永久磁石
４Ａ      貫通孔
５        ロータ
５Ａ      軸孔
５Ｂ      ねじ孔
５Ｃ      磁石収容孔
５Ｄ      ねじ孔
６        発熱板
６Ａ      貫通孔
６Ｂ      ねじ穴
７        防振パッド
７Ａ      調整ねじ
８        ロックナット
９        固定ボルト
１０        モータ支柱
１０Ａ      ねじ穴
１０Ｂ      ねじ穴
１１        固定ボルト
１２        スペーサ
１３        固定リング
１３Ａ      スリ割り
１３Ｂ      取付孔
１４        固定ボルト
１５        皿ねじ
１６        支柱保持板
１６Ａ      孔
１６Ｂ      支柱貫通孔
１６Ｃ      ボルト孔
１６Ｄ      ねじ孔
１７        固定ボルト
１８        支柱
１９        固定具
１９Ａ      貫通孔
１９Ｂ      ボルト孔
２０        固定ボルト
２１        締結ねじ
２２        断熱カラー
２３        断熱ワッシャ
２４、２５  固定リング
２６        遮熱板
２７        固定ねじ
２８        ワッシャ
２９        スペーサ
【図１】
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【図２】
2012160369.tif 000004
【図３】
2012160369.tif 000005
【図４】
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【図５】
2012160369.tif 000007
【図６】
2012160369.tif 000008
【図７】
2012160369.tif 000009
【図８】
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