(57)【要約】【課題】  磁気冷却装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】  この磁気冷却装置は、往復型磁気冷却装置と回転型磁気冷却装置において駆動力を提供するモーター及び動力伝達系に取り替えるより簡単な構造を提供する。この磁気冷却装置は、磁場を形成する磁石と、磁気熱量物質で形成され、コイルが設けられており、且つ磁場の中でコイルに電流が供給される時に発生する電磁気力から運動エネルギーを得る磁気再生部と、コイルに供給される電流を制御して磁気再生部の移動速度及び移動方向を制御する制御部、を備える。【選択図】      図３
2013145110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場を形成する複数の磁石と、
磁気熱量物質で形成され、コイルが設けられており、且つ前記磁場の中で前記コイルに電流が供給される時に発生する電磁気力を運動エネルギーとして用いる磁気再生部と、
前記磁気再生部が前記磁場の中で磁化される時に前記磁気再生部を介して形成される温水側の流路と、
前記磁気再生部が前記磁場から離れて脱磁化される時に前記磁気再生部を介して形成される冷水側の流路と、
前記磁気再生部の前記コイルへの電流供給を制御して、前記磁気再生部が前記磁場を通過しながら磁化されるようにし、前記磁場から離れながら脱磁化されるようにして、前記磁気再生部の脱磁化時に発生する温度の低下により冷却がなされるように前記磁気再生部の移動を制御する制御部と、
を備える、磁気冷却装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記コイルに供給される電流の大きさを制御して前記磁気再生部の移動速度を制御し、
前記コイルに供給される電流の方向を制御して前記磁気再生部の移動方向を制御する、請求項１に記載の磁気冷却装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記磁気再生部が前記磁場を離れる際に前記磁石の引力を克服する大きさの電磁気力が発生するように前記電流の大きさ及び方向を制御する、請求項２に記載の磁気冷却装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記磁気再生部が前記磁場に進入する際に前記磁石の引力に相応する大きさの制動力が発生するように前記電流の大きさ及び方向を制御する、請求項２に記載の磁気冷却装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記磁気再生部が前記磁石の磁場の外部と内部の間を直線往復運動するように、前記コイルに供給される電流の大きさ及び方向を制御する、請求項１に記載の磁気冷却装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記磁気再生部が前記磁石の磁場の外部と内部の間を回転運動するように、前記コイルに供給される電流の大きさ及び方向を制御する、請求項１に記載の磁気冷却装置。
【請求項７】
磁場を形成する磁石と、磁気熱量物質で形成され、コイルが設けられており、且つ前記磁場の中で前記コイルに電流が流れる時に発生する電磁気力を運動エネルギーとして用いる磁気再生部と、前記磁気再生部が前記磁場の中で磁化される時に前記磁気再生部を介して形成される温水側の流路と、前記磁気再生部が前記磁場から離れて脱磁化される時に前記磁気再生部を介して形成される冷水側の流路と、を備えている磁気冷却装置の制御方法であって、
前記磁気再生部の前記コイルへの電流供給を制御して、前記磁気再生部が前記磁場を通過しながら磁化されるようにし、
前記磁気再生部の前記コイルの電流供給を制御して、前記磁気再生部が前記磁場から離れながら脱磁化されるようにし、
前記磁気再生部の脱磁化時に発生する温度の低下により冷却がなされるように前記磁気再生部の移動を制御する、磁気冷却装置の制御方法。
【請求項８】
前記磁気再生部が前記磁場から離れる時に前記磁石の引力を克服する大きさの電磁気力が発生するように前記電流の大きさ及び方向を制御する、請求項７に記載の磁気冷却装置の制御方法。
【請求項９】
前記磁気再生部が前記磁場に進入する時に前記磁石の引力に相応する大きさの制動力が発生するように前記電流の大きさ及び方向を制御する、請求項７に記載の磁気冷却装置の制御方法。
【請求項１０】
前記磁気再生部が前記磁石の磁場の外部と内部の間を直線往復運動するように、前記コイルに供給される電流の大きさ及び方向を制御する、請求項７に記載の磁気冷却装置の制御方法。
【請求項１１】
前記磁気再生部が前記磁石の磁場の外部と内部の間を回転運動するように、前記コイルに供給される電流の大きさ及び方向を制御する、請求項７に記載の磁気冷却装置の制御方法。
【請求項１２】
磁気再生部が磁場を通過しながら磁化され、前記磁場から離れながら脱磁化されるように電流の供給を制御し、
前記磁気再生部の脱磁化により発生する温度を下げることによって冷却を達成するように前記磁気再生部の移動を制御する、冷却装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気熱量効果（ｍａｇｎｅｔｏｃａｌｏｒｉｃ  ｅｆｆｅｃｔ）を用いた冷却装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
塩化フッ化炭素（ＣＦＣ；ｃｈｌｏｒｏ  ｆｌｕｏｒｏ  ｃａｒｂｏｎ）のようなガス冷媒を圧縮または膨脹させて冷却効果を得る冷却装置は、家庭や産業全般に様々に用いられている。しかしながら、冷媒ガスとして利用可能な塩化フッ化炭素は、オゾン層を破壊して地球温暖化を引き起こす環境破壊の主犯とされており、この塩化フッ化炭素を用いた冷却装置に取って代わる新しい方式の冷却装置が望まれている。
【０００３】
磁気冷却装置とは、磁気熱量効果を用いた冷却装置のことをいい、磁気熱量効果とは、磁性物質に磁場を加えると磁性物質の温度が上昇し、磁性物質から磁場を除去すると磁性物質の温度が下降することを意味することができる。このような磁気熱量効果は、エントロピーの法則に基づく。すなわち、磁性物質に磁場が加えられると、磁性物質の粒子の配列が整列されながら磁性物質の温度が上昇し、磁場を除去すると、粒子の配列が乱れながら磁性物質の温度が下降することがある。この温度差を用いて磁気冷却装置は冷却効果を奏する。
【０００４】
磁気冷却装置には、磁性物質を有している磁気再生部が磁石の磁場の内部と外部を往復運動することによって、磁気再生部で磁気熱量物質の温度変化を誘発する往復型磁気冷却装置と、磁石が、例えば、磁性物質を有している磁気再生部が設けられた円環形コンテナの周囲を回転運動することによって、磁気再生部に対する磁場の変化を形成して磁気再生部で磁気熱量物質の温度変化を誘発することができる回転型磁気冷却装置と、がある。
【０００５】
これらの磁気冷却装置は、磁気再生部を往復運動または回転運動させるための動力源としてモーターを使用し、このモーターの駆動力を磁気再生部の往復運動または回転運動に切り替えるための動力伝達系を必要とする。そのため、磁気冷却装置の小型化が困難であり、磁気冷却装置の駆動時にエネルギー効率が低いという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一側面は、既存の往復型磁気冷却装置と回転型磁気冷却装置においてモーター及び動力伝達系を、より簡単な構造に取り替えることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面において、磁気冷却装置は、磁場を形成する磁石と、磁気熱量物質で形成され、コイルが設けられており、且つ前記磁場の中で前記コイルに電流が供給される時に発生する電磁気力を運動エネルギーとして用いる磁気再生部と、前記磁気再生部が前記磁場の中で磁化される時に前記磁気再生部を介して形成される温水側の流路と、前記磁気再生部が前記磁場から離れて脱磁化される時に前記磁気再生部を介して形成される冷水側の流路と、前記磁気再生部の前記コイルへの電流供給を制御して、前記磁気再生部が前記磁場を通過しながら磁化されるようにし、前記磁場から離れながら脱磁化されるようにして、前記磁気再生部の脱磁化時に発生する温度の低下により冷却がなされるように前記磁気再生部の移動を制御する制御部と、を備える。
【０００８】
ここで、前記制御部は、前記コイルに供給される電流の大きさを制御して前記磁気再生部の移動速度を制御し、前記コイルに供給される電流の方向を制御して前記磁気再生部の移動方向を制御してもよい。
【０００９】
前記制御部は、前記磁気再生部が前記磁場を離れる際に前記磁石の引力を克服する大きさの電磁気力が発生するように前記電流の大きさ及び方向を制御してもよい。
【００１０】
前記制御部は、前記磁気再生部が前記磁場に進入する際に前記磁石の引力に相応する大きさの制動力が発生するように前記電流の大きさ及び方向を制御してもよい。
【００１１】
前記制御部は、前記磁気再生部が前記磁石の磁場の外部と内部の間を直線往復運動するように、前記コイルに供給される電流の大きさ及び方向を制御してもよい。
【００１２】
前記制御部は、前記磁気再生部が前記磁石の磁場の外部と内部の間を回転運動するように、前記コイルに供給される電流の大きさ及び方向を制御してもよい。
【００１３】
本発明の一側面において、磁場を形成する磁石と、磁気熱量物質で形成され、コイルが設けられており、且つ前記磁場の中で前記コイルに電流が流れる時に発生する電磁気力を運動エネルギーとして用いる磁気再生部と、前記磁気再生部が前記磁場の中で磁化される時に前記磁気再生部を介して形成される温水側の流路と、前記磁気再生部が前記磁場から離れて脱磁化される時に前記磁気再生部を介して形成される冷水側の流路と、を備えている磁気冷却装置の制御方法は、前記磁気再生部の前記コイルへの電流供給を制御して、前記磁気再生部が前記磁場を通過しながら磁化されるようにし、前記磁気再生部の前記コイルの電流供給を制御して、前記磁気再生部が前記磁場から離れながら脱磁化されるようにし、前記磁気再生部の脱磁化時に発生する温度の低下により冷却がなされるように前記磁気再生部の移動を制御する。
【００１４】
前記磁気再生部が前記磁場から離れる時に前記磁石の引力を克服する大きさの電磁気力が発生するように前記電流の大きさ及び方向が制御されてもよい。
【００１５】
前記磁気再生部が前記磁場に進入する時に前記磁石の引力に相応する大きさの制動力が発生するように前記電流の大きさ及び方向が制御されてもよい。
【００１６】
前記磁気再生部が前記磁石の磁場の外部と内部の間を直線往復運動するように、前記コイルに供給される電流の大きさ及び方向が制御されてもよい。
【００１７】
前記磁気再生部が前記磁石の磁場の外部と内部の間を回転運動するように、前記コイルに供給される電流の大きさ及び方向が制御されてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
一側面によれば、往復型磁気冷却装置と回転型磁気冷却装置において駆動力を提供するモーター及び動力伝達系をより簡単な構造に取り替えることによって、磁気冷却装置をより小型化でき、且つ磁気冷却装置の駆動時にエネルギー効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】本発明の実施例に係る磁気冷却装置を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の実施例に係る磁気冷却装置を示す図である。
【図２】磁気冷却装置の冷却サイクルを例示する図である。
【図３】往復型磁気冷却装置を例示する図である。
【図４】往復型磁気冷却装置の磁気再生部に供給される電流プロファイルを例示する図である。
【図５Ａ】図４の電流プロファイルによって駆動される往復型磁気冷却装置の動作サイクルを例示する図である。
【図５Ｂ】図４の電流プロファイルによって駆動される往復型磁気冷却装置の動作サイクルを例示する図である。
【図５Ｃ】図４の電流プロファイルによって駆動される往復型磁気冷却装置の動作サイクルを例示する図である。
【図５Ｄ】図４の電流プロファイルによって駆動される往復型磁気冷却装置の動作サイクルを例示する図である。
【図５Ｅ】図４の電流プロファイルによって駆動される往復型磁気冷却装置の動作サイクルを例示する図である。
【図６】回転型磁気冷却装置を例示する図である。
【図７】図６の回転型磁気冷却装置の磁気再生部に供給される電流プロファイルを例示する図である。
【図８Ａ】図７の電流プロファイルによって駆動される回転型磁気冷却装置の動作サイクルを例示する図である。
【図８Ｂ】図７の電流プロファイルによって駆動される回転型磁気冷却装置の動作サイクルを例示する図である。
【図８Ｃ】図７の電流プロファイルによって駆動される回転型磁気冷却装置の動作サイクルを例示する図である。
【図８Ｄ】図７の電流プロファイルによって駆動される回転型磁気冷却装置の動作サイクルを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の実施例に係る磁気冷却装置を示す図である。図１Ａには、第１の磁気再生部１０２、第２の磁気再生部１０４、Ｎ極及びＳ極を有する一対の磁石１０６が示されている。第１の磁気再生部１０２及び第２の磁気再生部１０４は、能動磁気再生部（Ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ）とすることができる。第１の磁気再生部１０２及び第２の磁気再生部１０４は、磁石１０６のＮ極とＳ極との間に生成される磁場に交互に進入及び離脱するように制御することができる。磁場の中で第１の磁気再生部１０２及び第２の磁気再生部１０４は磁化され、磁場から離れると、第１の磁気再生部１０２及び第２の磁気再生部１０４は脱磁化される。第１の磁気再生部１０２が磁場に進入して磁化される際に、第２の磁気再生部１０４は磁場から離れて脱磁化される。逆に、第１の磁気再生部１０２が磁場から離れて脱磁化される際に、第２の磁気再生部１０４は磁場に進入して磁化される。第１の磁気再生部１０２及び第２の磁気再生部１０４の磁場への進入／離脱を具現するために、第１の磁気再生部１０２及び第２の磁気再生部１０４を往復運動させる方法（往復型）や、第１の磁気再生部１０２及び第２の磁気再生部１０４を回転させる方法（回転型）を用いることができる。
【００２１】
第１の磁気再生部１０２は高温側の流路１０８上に設けらてれおり、第２の磁気再生部１０４は低温側の流路１１０上に設けられている。第２の磁気再生部１０４を高温側の流路１０８上に配置し、第１の磁気再生部１０２を低温側の流路１１０上に配置することもできる。高温側の流路１０８上には、第１の磁気再生部１０２に加えて、高温側の弁１１２、高温側の熱交換器１１４、高温側のポンプ１１６が設けられている。低温側の流路１１０上にも、高温側の流路１０８と同様に、第２の磁気再生部１０４に加えて、低温側の弁１１８、低温側の熱交換器１２０、低温側のポンプ１２２が設けられている。高温側の弁１１２と低温側の弁１１８は、第１の磁気再生部１０２と第２の磁気再生部１０４のそれぞれの磁化及び脱磁化の時点に、高温側の流路１０８と低温側の流路１１０とを相互交差させる。すなわち、図１Ａに示すように、第１の磁気再生部１０２が磁化され、第２の磁気再生部１０４が脱磁化される場合には、磁化される第１の磁気再生部１０２を通じて高温側の流路１０８が形成されて流体が流れるようにし、脱磁化される第２の磁気再生部１０４を通じて低温側の流路１１０が形成されて流体が流れるようにしている。逆に、図１Ｂに示すように、第１の磁気再生部１０２が脱磁化され、第２の磁気再生部１０４が磁化される場合には、脱磁化される第１の磁気再生部１０２を通じて低温側の流路１１０が形成されて流体が流れるようにし、磁化される第２の磁気再生部１０４を通じて高温側の流路１０８が形成されて流体が流れるようにしている。このように、高温側の弁１１２と低温側の弁１１８の作用により、磁化される磁気再生部には常に高温側の流路１０８が形成され、脱磁化される磁気再生部には常に低温側の流路１１０が形成されることから、冷却時（脱磁化時）の流体の移動方向及び発熱時（磁化時）の流体の移動方向が高温側の熱交換器１１４と低温側熱交換器１２０で常に一定となる。高温側の熱交換器１１４と低温側熱交換器１２０は、第１の磁気再生部１０２及び第２の磁気再生部１０４の磁化及び脱磁化時に発生する冷却効果と発熱効果が加熱（暖房）及び冷却（冷房）に用いられるようにする。高温側のポンプ１１６と低温側のポンプ１２２は、それぞれ、ポンピング作用により高温側の流路１０８と低温側の流路１１０に沿って強制的に流体を循環させる。したがって、磁気冷却装置は、第１の磁気再生部１０２及び第２の磁気再生部１０４のそれぞれの発熱／冷却作用を用いて高温及び低温を得ることができる。
【００２２】
図２は、図１の磁気冷却装置の冷却サイクルを例示する図である。図２に示すように、例えば、（２１１）のように、第１の磁気再生部１０２が磁化されていない状態で、Ｎ極及びＳ極を有する磁石１０６により磁場を形成して第１の磁気再生部１０２を磁化させると発熱が起き、（２１２）の状態で第１の磁気再生部１０２の熱を放出させると、第１の磁気再生部１０２の温度が多少下降して（２１３）の状態になり、磁場を除去して第１の磁気再生部１０２を脱磁化させると、（２１４）のように温度が急に下降することで、目的とする低温を得ることができる。この低温を用いて熱負荷２０２を冷却させる。（２１１）乃至（２１４）の動作を繰り返し行うことで、持続して低温を得ることができる。
【００２３】
図３は、図１の磁気冷却装置の一実施例として往復型磁気冷却装置を示す図である。同図の往復型磁気冷却装置は、第１の磁気再生部３０２と第２の磁気再生部３０４が一定の区間の直線上を往復運動しながら、磁石３０６により生成される磁場への進入及び離脱を 交互に反復する構造である。すなわち、第１の磁気再生部３０２と第２の磁気再生部３０４が図面の右側（正方向という。）に移動すると、第１の磁気再生部３０２は磁場から離れるようになり（脱磁化）、第２の磁気再生部３０４は磁場に進入するようになる（磁化）。逆に、第１の磁気再生部３０２と第２の磁気再生部３０４が、図面の左側（逆方向という。）に移動すると、第２の磁気再生部３０４が磁場から離れるようになり（脱磁化）、第１の磁気再生部３０２は磁場に進入するようになる（磁化）。図３に示す第１の磁気再生部３０２及び第２の磁気再生部３０４は、図１に示した第１の磁気再生部１０２及び第２の磁気再生部１０４に相当する。
【００２４】
図３で、第１の磁気再生部３０２の両側には第１のコイル３０２ａが設けられ、第２の磁気再生部３０４の両側には第２のコイル３０４ａが設けられている。第１の磁気再生部３０２の第１のコイル３０２ａと第２の磁気再生部３０４の第２のコイル３０４ａは、第１の磁気再生部３０２と第２の磁気再生部３０４を正方向及び逆方向に直線往復運動させる役割を果たす。第１の磁気再生部３０２または第２の磁気再生部３０４が磁場の中に進入したときに、第１のコイル３０２ａまたは第２のコイル３０４ａに電流Ｉ１及びＩ２を供給すると、電流の供給により生成される電磁気力と磁石３０６により生成される磁気力の作用により、第１の磁気再生部３０２または第２の磁気再生部３０４を正方向または逆方向に移動させる力が発生する。この力を用いて、第１の磁気再生部３０２及び第２の磁気再生部３０４を正方向または逆方向に直線往復運動させることができる。磁場の中で第１のコイル３０２ａ及び第２のコイル３０４ａに電流Ｉ１及びＩ２を供給する時に発生する力により第１の磁気再生部３０２と第２の磁気再生部３０４が直線上を往復運動するように、第１のコイル３０２ａを第１の磁気再生部３０２に一体に固定し、第２のコイル３０４ａを第２の磁気再生部３０４に一体に固定することができる。また、第１の磁気再生部３０２と第２の磁気再生部３０４のいずれか一方が移動する時に他方も一緒に移動するように、第１の磁気再生部３０２と第２の磁気再生部３０４とを機械的に結合させることができる。
【００２５】
第１の磁気再生部３０２及び第２の磁気再生部３０４の移動方向は、磁場の方向が同一である場合は、第１のコイル３０２ａ及び第２のコイル３０４ａに供給される電流Ｉ１及びＩ２の方向（極性）によって決定することができる。また、第１の磁気再生部３０２及び第２の磁気再生部３０４の移動速度は、電流Ｉ１及びＩ２の大きさによって決定することができる。制御部３０８は、第１のコイル３０２ａ及び第２のコイル３０４ａに供給される電流Ｉ１及びＩ２の方向（極性）を制御して第１の磁気再生部３０２及び第２の磁気再生部３０４の移動方向を制御し、電流Ｉ１及びＩ２の大きさを制御して第１の磁気再生部３０２及び第２の磁気再生部３０４の移動速度を制御する。
【００２６】
図４は、図３に示した往復型磁気冷却装置の磁気再生部に供給される電流プロファイルを示す図である。また、図５Ａ乃至図５Ｅは、図４の電流プロファイルによって駆動される往復型磁気冷却装置の動作サイクルを示す図である。すなわち、図３における制御部３０８は、図４に示すような電流プロファイルによって電流Ｉ１及びＩ２の方向（極性）及び大きさを制御することによって、図５Ａ乃至図５Ｅに示すような磁気冷却装置の動作を実行する。次に、本発明の実施例に係る往復型磁気冷却装置の第１の磁気再生部３０２及び第２の磁気再生部３０４の直線往復運動を説明する。
【００２７】
ｔ０：初期状態及び正方向起動
初期状態では、図５Ａに示すように、第１の磁気再生部３０２が、磁石３０６により形成された磁場の中に位置しており、第２の磁気再生部３０４は磁石３０６の磁場の外部に位置している。この初期状態で、まず、第１の磁気再生部３０２の第１のコイル３０２ａに、図４のｔ０〜ｔ１区間の電流Ｉ１を供給すると、電磁気力により第１の磁気再生部３０２及び第２の磁気再生部３０４が正方向に移動し始める。この正方向移動によって第１の磁気再生部３０２は磁石３０６の磁場から離れるようになり、第２の磁気再生部３０４は磁石３０６の磁場の中に進入するようになる。この第１のコイル３０２ａに供給される電流は、第１の磁気再生部３０２が磁石３０６の引力を克服して磁場から離れるような大きさにし、第１の磁気再生部３０２を正方向に移動させて第２の磁気再生部３０４が磁場の中に進入できるような方向（極性）とする。
【００２８】
ｔ１：正方向制動
図５Ｂに示すように、第１の磁気再生部３０２が磁場から離れる際に、第２の磁気再生部３０４は磁場の中に進入する。第２の磁気再生部３０４が磁場の中に進入する際には、磁石３０６の引力により第２の磁気再生部３０４の正方向移動速度が急に増加することがある。したがって、第２の磁気再生部３０４に逆方向の力を発生させて磁石３０６の引力を打ち消すことによって、第２の磁気再生部３０４が磁石３０６の引力に引かれることなく本来の速度を保ちつつ磁場の中に進入できるようにする正方向制動力を発生させる。そのために、図４のｔ１〜ｔ２区間に示すように、第２の磁気再生部３０４が正方向に移動し続けるものの、磁場の中で磁石３０６の引力の影響を受けずに、そもそも意図した速度で磁石３０６の磁場の中に進入できるような大きさ及び方向（極性）の電流Ｉ２を、第２の磁気再生部３０４に供給する。
【００２９】
ｔ２：停止及び逆方向起動
図４におけるｔ２時点の前後の一定区間では、第２の磁気再生部３０４に供給される電流Ｉ２の大きさが極めて小さくなっている（略０に近づく）。これは、第２の磁気再生部３０４が正方向に移動しながら磁場を行き過ぎることを防ぐためである。これにより、第２の磁気再生部３０４は磁石３０６の中央部分で停止することができる。図５Ｃに示すように、磁場の中に移動した第２の磁気再生部３０４が磁石３０６の中央部分に位置すると、第２の磁気再生部３０４の第２のコイル３０４ａに供給される電流Ｉ２の大きさを増加させて（図４のｔ２〜ｔ３）、第２の磁気再生部３０４が逆方向に移動できるようにする。図４に示すように、ｔ１〜ｔ２区間の電流Ｉ２は、第２の磁気再生部３０４を制動させるためのものであり、ｔ２〜ｔ３区間の電流Ｉ２は、第２の磁気再生部３０４の逆方向起動（すなわち、移動方向の切り替え）のためのものである。
【００３０】
ｔ３：逆方向制動
図５Ｄに示すように、第２の磁気再生部３０４が逆方向に移動して磁石３０６の磁場から離れる際に、第１の磁気再生部３０２は磁場の中に進入する。第１の磁気再生部３０２が磁場の中に進入する際には、磁石３０６の引力により第１の磁気再生部３０２の逆方向移動速度が急に増加することがある。したがって、第１の磁気再生部３０２に正方向に移動しようとする力を発生させて磁石３０６の引力を打ち消すことによって、第１の磁気再生部３０２が磁石３０６の引力に引かれることなく本来の速度を保ちつつ磁場の中に進入できるようにする正方向制動力を発生させることができる。そのために、図４のｔ３〜ｔ４区間に示すように、第１の磁気再生部３０２に供給される電流は、第１の磁気再生部３０２が逆方向に移動し続けるものの、磁場の中で磁石３０６の引力に影響を受けずに、そもそも意図した速度で磁石３０６の磁場の中に進入できるような大きさ及び方向（極性）の電流Ｉ１を、第１の磁気再生部３０２に供給することができる。
【００３１】
ｔ４：停止
図４のｔ３〜ｔ４区間の後半区間では、第１の磁気再生部３０４に供給される電流Ｉ１の大きさが減少して略０に近づいている。これは、第１の磁気再生部３０２が逆方向に移動しながら磁場を行き過ぎることを防ぐためである。これにより、図５Ｅに示すように、第１の磁気再生部３０２は磁石３０６の中央部分で停止することとなり、これで、第１の磁気再生部３０２及び第２の磁気再生部３０４の直線往復運動の１サイクルが完了する。もし、図５Ａ乃至図５Ｅに示すような、第１の磁気再生部３０２及び第２の磁気再生部３０４の直線往復運動を続けようとする場合には、図４のｔ０〜ｔ４区間のような電流の供給を繰り返し行う。
【００３２】
図４、及び図５Ａ乃至図５Ｅに示すような一連の直線往復運動を通じて、第１の磁気再生部３０２及び第２の磁気再生部３０４が、磁石３０６により形成される磁場に対して交互に進入及び離脱を反復しながら磁化及び脱磁化されることから、発熱及び冷却がなされる。本発明の実施例によれば、第１の磁気再生部３０２及び第２の磁気再生部３０４の直線往復運動のために、第１の磁気再生部３０２及び第２の磁気再生部３０４のそれぞれに第１のコイル３０２ａ及び第２のコイル３０４ａを設け、第１のコイル３０２ａ及び第２のコイル３０４ａに供給される電流の方向（極性）及び大きさを制御するだけでも第１の磁気再生部３０２及び第２の磁気再生部３０４の直線往復運動を具現することができる。したがって、既存の磁気再生部の往復運動の動力源として用いたモーター及び動力伝達系を新しい構造に取り替えることができ、その結果、磁気冷却装置をより小型化でき、且つ磁気冷却装置の駆動時にエネルギー効率を向上させることができる。
【００３３】
図６は、図１の磁気冷却装置の実施例として回転型磁気冷却装置を示す図である。図６に示す回転型磁気冷却装置は、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４が回転軸６００を中心に反時計回り方向（ＣＣＷ）（正方向という。）に回転運動しながら、第１の磁石６０６ａ及び第２の磁石６０６ｂにより生成される磁場への進入及び離脱を反復する構造となっている。すなわち、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４が、第１の磁石６０６ａ及び第２の磁石６０６ｂにより形成される磁場の中に進入すると、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４が磁化され、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４が、第１の磁石６０６ａ及び第２の磁石６０６ｂにより形成される磁場から離れると、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４が脱磁化される。図６における第１の磁気再生部６０２と第２の磁気再生部６０４は、図１における第１の磁気再生部１０２と第２の磁気再生部１０４に相当する。
【００３４】
図６で、第１の磁気再生部６０２の両側には第１のコイル６０２ａが設けられ、第２の磁気再生部６０４の両側には第２のコイル６０４ａが設けられている。第１の磁気再生部６０２の第１のコイル６０２ａ及び第２の磁気再生部６０４の第２のコイル６０４ａは、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４を正方向（ＣＣＷ）に回転運動させる役割を果たす。第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４が磁場の中に進入したときに、第１のコイル６０２ａまたは第２のコイル６０４ａに電流を供給すると、電流の供給により生成される電磁気力と第１の磁石６０６ａ及び第２の磁石６０６ｂにより生成される磁気力の作用により、正方向（ＣＣＷ）に移動しようとする力が発生する。この力を用いて、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４を正方向（ＣＣＷ）に回転運動させることができる。電流の方向（極性）を切り替えると、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４が時計回り方向（ＣＷ）（逆方向という。）に移動しようとする力を発生させることができる。磁場の中で第１のコイル６０２ａと第２のコイル６０４ａに電流Ｉ１及びＩ２を供給するときに発生する力により第１の磁気再生部６０２と第２の磁気再生部６０４が回転運動できるように、第１のコイル６０２ａを第１の磁気再生部６０２に一体に固定し、第２のコイル６０４ａを第２の磁気再生部６０４に一体に固定することができる。
【００３５】
第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４の移動方向は、磁場の方向が同一である場合には、第１のコイル６０２ａ及び第２のコイル６０４ａに供給される電流Ｉ１及びＩ２の方向（極性）によって決定することができる。また、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４の移動速度は、電流Ｉ１及びＩ２の大きさによって決定することができる。制御部６０８は、第１のコイル６０２ａ及び第２のコイル６０４ａに供給される電流Ｉ１及びＩ２の方向（極性）を制御して、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４の移動方向を制御し、電流Ｉ１及びＩ２の大きさを制御して第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４の移動速度を制御する。
【００３６】
図７は、図６に示した回転型磁気冷却装置の磁気再生部に供給される電流プロファイルを示す図である。また、図８Ａ乃至図８Ｄは、図７の電流プロファイルによって駆動される回転型磁気冷却装置の動作サイクルを示す図である。すなわち、図６における制御部６０８は、図７に示すような電流プロファイルによって電流Ｉ１及びＩ２の方向（極性）及び大きさを制御することによって、図８Ａ乃至図８Ｄに示すような磁気冷却装置の動作を具現する。図６に示すように、第１の磁石６０６ａと第２の磁石６０６ｂとが回転軸６００を中心に向かい合って配置されているため、それぞれのＮ極とＳ極の位置が互いに反対に配置される。そのため、第１の磁石６０６ａの磁場の方向と第２の磁石６０６ｂの磁場の方向も、回転軸６００を中心に互いに反対になっている。したがって、第１の磁石６０６ａの磁場内にある磁気再生部（例えば、第１の磁気再生部６０２）と第２の磁石６０６ｂの磁場内にある磁気再生部（例えば、第２の磁気再生部６０４）のそれぞれに供給される電流の方向（極性）も互いに反対にしなければならない。また、第１の磁気再生部６０２と第２の磁気再生部６０４が回転する際に偏心が発生するのを防ぐためには、第１の磁気再生部６０２と第２の磁気再生部６０４のそれぞれに供給される電流の大きさの誤差を小さくしなければならない。そこで、図７に示す電流プロファイルのように、第１の磁気再生部６０２の第１のコイル６０２ａに供給される電流と第２の磁気再生部６０４の第２のコイル６０４ａに供給される電流とを、反対の方向（極性）、且つ同一の大きさにしている。次に、本発明の他の実施例に係る回転型磁気冷却装置の第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４の回転運動について説明する。
【００３７】
ｔ０：初期状態及び第１の正方向起動
初期状態では、図８Ａに示すように、第１の磁気再生部６０２が第１の磁石６０６ａの磁場の中に位置しており、第２の磁気再生部６０４は第２の磁石６０６ｂの磁場の中に位置している。この状態で、第１の磁気再生部６０２の第１のコイル６０２ａに、図７のｔ０〜ｔ１区間の電流Ｉ１を供給し、第２の磁気再生部６０４の第２のコイル６０４ａに、図７のｔ０〜ｔ１区間の電流Ｉ２を供給すると、電磁気力により第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４が正方向（ＣＣＷ）に回転し始める。この第１のコイル６０２ａ及び第２のコイル６０４ａに供給される電流は、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４が第１の磁石６０６ａ及び第２の磁石６０６ｂの引力を克服して磁場から離れるような大きさにする。この回転により、第１の磁気再生部６０２は第１の磁石６０６ａの磁場から離れて第２の磁石６０６ｂに向かって回転し、第２の磁気再生部６０４は第２の磁石６０６ｂの磁場から離れて第１の磁石６０６ａに向かって回転する。
【００３８】
ｔ１：第１の正方向制動
図８Ｂに示すように、第１の磁気再生部６０２が第２の磁石６０６ｂに近づき、第２の磁気再生部６０４が第１の磁石６０６ａに近づく際に、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４への電流の供給を一時的に中断してから、図７のｔ１〜ｔ２区間の電流Ｉ１、Ｉ２をそれぞれ再び供給する。第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４が第２の磁石６０６ｂ及び第１の磁石６０６ａの磁場の中に進入する際に、第２の磁石６０６ｂ及び第１の磁石６０６ａの引力により第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４の正方向回転速度が急に増加することがあるわけである。すなわち、図７のｔ１〜ｔ２区間のような電流供給により、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４に逆方向に回転しようとする力を発生させて第１の磁石６０６ａ及び第２の磁石６０６ｂの引力を打ち消すことによって、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４が第２の磁石６０６ｂ及び第１の磁石６０６ａの引力に引かれることなく本来の速度を保ちつつ磁場の中に進入できるようにする正方向制動力を発生させることができる。図７で、ｔ０〜ｔ１区間における電流Ｉ１及びＩ２とｔ１〜ｔ２区間における電流Ｉ１及びＩ２とが、同一の方向（極性）になっているが、ｔ０〜ｔ１区間で第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４に加えられる磁場の方向とｔ１〜ｔ２区間で第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４に加えられる磁場の方向とが反対であるから、ｔ０〜ｔ１区間で第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４に加えられる力の方向とｔ１〜ｔ２区間で第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４に加えられる力の方向も互いに反対になり、第１の磁石６０６ａ及び第２の磁石６０６ｂの引力の影響を相殺する制動力を発生させることができる。この第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４に供給される電流Ｉ１とＩ２は、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４が正方向に回転し続けるものの、新しく進入する磁場の中で第１の磁石６０６ａまたは第２の磁石６０６ｂの引力に影響を受けずに、そもそも意図した速度で新しい（他の）磁場の中に進入できるようにする大きさ及び方向（極性）を有する。
【００３９】
ｔ２：第２の正方向起動
図４のｔ２時点の前後の一定区間では、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４に供給される電流Ｉ１及びＩ２の大きさが極めて小さくなっている（略０に近づく）。これは、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４が正方向に回転しながら、速すぎる速度で磁場を通過しないように（すなわち、均一の速度が保たれるように）するためである。図８Ｃに示すように、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４がそれぞれ第２の磁石６０６ｂ及び第１の磁石６０６ａの中央部分に位置した状態で、第１の磁気再生部６０２の第１のコイル６０２ａに、図７のｔ２〜ｔ３区間の電流Ｉ１を供給し、第２の磁気再生部６０４の第２のコイル６０４ａに、図７のｔ２〜ｔ３区間の電流Ｉ２を供給すると、電磁気力により第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４が正方向に引き続き回転し、この回転により、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４はそれぞれ第２の磁石６０６ｂの磁場及び第１の磁石６０６ａの磁場から離れるようになる。この第１のコイル６０２ａ及び第２のコイル６０４ａに供給される電流は、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４が第２の磁石６０６ｂ及び第１の磁石６０６ａの引力を克服して磁場から離れるような大きさとし、且つ、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４を正方向に引き続き回転させるような方向（極性）とする。
【００４０】
ｔ３：第２の正方向制動
図８Ｄに示すように、第１の磁気再生部６０２が第２の磁石６０６ｂの磁場から離れて再び第１の磁石６０６ａに近づき、第２の磁気再生部６０４が第１の磁石６０６ａの磁場から離れて再び第２の磁石６０６ｂに近づく際に、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４への電流の供給を一時的に中断してから、図７のｔ３〜ｔ４区間の電流Ｉ１、Ｉ２をそれぞれ供給する。第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４が第１の磁石６０６ａ及び第２の磁石６０６ｂの磁場の中に進入する際に、第１の磁石６０６ａ及び第２の磁石６０６ｂの引力の影響により第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４の正方向回転速度が急に増加することがあるわけである。すなわち、図７のｔ３〜ｔ４区間のような電流供給により、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４に逆方向に回転しようとする力を発生させて第１の磁石６０６ａ及び第２の磁石６０６ｂの引力の影響を相殺することによって、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４が第１の磁石６０６ａ及び第２の磁石６０６ｂの引力に引かれることなく本来の速度を保ちつつ磁場の中に進入できるようにする正方向制動力を発生させる。図７で、ｔ２〜ｔ３区間における電流Ｉ１及びＩ２とｔ３〜ｔ４区間における電流Ｉ１及びＩ２とは、同一の方向（極性）になっているが、ｔ２〜ｔ３区間で第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４に加えられる磁場の方向とｔ３〜ｔ４区間で第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４に加えられる磁場の方向とが互いに反対であるから、ｔ２〜ｔ３区間で第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４に加えられる力の方向とｔ３〜ｔ４区間で第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４に加えられる力の方向も互いに反対になり、第１の磁石６０６ａ及び第２の磁石６０６ｂの引力の影響を相殺する制動力が発生する。この第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４に供給される電流Ｉ１とＩ２は、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４が正方向に回転し続けるものの、新しく進入する磁場の中で第１の磁石６０６ａまたは第２の磁石６０６ｂの引力を克服し、そもそも意図した速度で新しい磁場の中に進入できるようにする大きさ及び方向（極性）を有する。
【００４１】
ｔ４：停止
図７のｔ３〜ｔ４区間の後半区間では、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４に供給される電流Ｉ１及びＩ２の大きさが減少して略０に近づいている。これは、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４が回転しながら磁場を行き過ぎることを防ぐためである。これにより、図８Ａに示すように第１の磁気再生部６０２は磁石６０６の中央部分で停止し、これで、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４の回転運動の１サイクルが完了する。図８Ａ乃至図８Ｄのような、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４の回転運動を続けるためには、図７のｔ０〜ｔ４区間の電流供給を繰り返し行えばよい。
【００４２】
図７、及び図８Ａ乃至図８Ｄに示すような一連の回転運動を通じて、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４が、第１の磁石６０６ａ及び第２の磁石６０６により形成される磁場に対して交互に進入及び離脱を反復しながら磁化及び脱磁化されることから、発熱と冷却がなされる。このとき、第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４の回転運動のために第１の磁気再生部６０２及び第２の磁気再生部６０４のそれぞれに設けられた第１のコイル６０２ａ及び第２のコイル６０４ａに供給される電流の方向（極性）及び大きさを制御するだけでも第１のコイル６０２ａ及び第２のコイル６０４ａの直線往復運動を具現できるため、既存の磁気再生部の往復運動の動力源として用いられたモーター及び動力伝達系を効率的に取り替え、結果として、磁気冷却装置をより小型化し、且つ磁気冷却装置の駆動時にエネルギー効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０２，３０２，６０２    第１の磁気再生部
１０４，３０４，６０４    第２の磁気再生部
１０６，３０６，６０６ａ，６０６ｂ    磁石
１０８    高温側の流路
１１０    低温側の流路
１１２    高温側の弁
１１４    高温側の熱交換器
１１６    高温側のポンプ
１１８    低温側の弁
１２０    低温側の熱交換器
１２２    低温側のポンプ
【図１Ａ】
2013145110.tif 000003
【図１Ｂ】
2013145110.tif 000004
【図２】
2013145110.tif 000005
【図３】
2013145110.tif 000006
【図４】
2013145110.tif 000007
【図５Ａ】
2013145110.tif 000008
【図５Ｂ】
2013145110.tif 000009
【図５Ｃ】
2013145110.tif 000010
【図５Ｄ】
2013145110.tif 000011
【図５Ｅ】
2013145110.tif 000012
【図６】
2013145110.tif 000013
【図７】
2013145110.tif 000014
【図８Ａ】
2013145110.tif 000015
【図８Ｂ】
2013145110.tif 000016
【図８Ｃ】
2013145110.tif 000017
【図８Ｄ】
2013145110.tif 000018