(57)【要約】【課題】低キュリー点磁性体の高温部から低温部への熱の流れによる熱損失を最小限に抑えつつ、熱エネルギーを機械エネルギーに効率よく変換することができるエネルギー変換装置を実現する。【解決手段】エネルギー変換装置１は、複数の極数を有する回転可能なロータ１０と、ロータ１０を取り囲むようにロータ回転方向に並んで配置される複数の鉄部材１１であって、各鉄部材１１は、ロータ１０を取り囲むように対面する曲面を有する磁極部１１−１と、磁極部１１−１から２分岐して延びた枝部１１−２と、を有する、鉄部材１１と、鉄部材１１の各枝部１１−２の、当該鉄部材１１に隣接する他の鉄部材１１に対向する側の面上にそれぞれ設けられる永久磁石１２と、各永久磁石１２の、当該永久磁石１２に隣接する他の永久磁石１２に対向する側の面上に設けられる、永久磁石１２のキュリー点よりも低いキュリー点を有する低キュリー点磁性体１３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の極数を有する回転可能なロータと、
前記ロータを取り囲むようにロータ回転方向に並んで配置される複数の鉄部材であって、各前記鉄部材は、前記ロータを取り囲むように対面する曲面を有する磁極部と、前記磁極部から２分岐して延びた枝部と、を有する、鉄部材と、
前記鉄部材の各前記枝部の、当該鉄部材に隣接する他の鉄部材に対向する側の面上にそれぞれ設けられる永久磁石と、
各前記永久磁石の、当該永久磁石に隣接する他の永久磁石に対向する側の面上に設けられる、前記永久磁石のキュリー点よりも低いキュリー点を有する低キュリー点磁性体と、
を備えることを特徴とするエネルギー変換装置。
【請求項２】
複数の極数を有する回転可能なロータと、
前記ロータを取り囲むようにロータ回転方向に並んで配置される複数の鉄部材であって、各前記鉄部材は、前記ロータを取り囲むように対面する曲面を有する磁極部と、前記磁極部から２分岐して延びた第１および第２の枝部と、を有する、鉄部材と、
前記鉄部材の前記第１の枝部の、当該鉄部材に隣接する他の鉄部材に対向する側の面上に設けられる永久磁石と、
前記永久磁石の、前記鉄部材の前記第１の枝部が接する側とは反対側の面と、当該鉄部材に隣接する前記他の鉄部材の、前記第２の枝部の面と、の間に設けられる、前記永久磁石のキュリー点よりも低いキュリー点を有する低キュリー点磁性体と、
を備えることを特徴とするエネルギー変換装置。
【請求項３】
複数の極数を有する回転可能なロータと、
前記ロータを取り囲むようにロータ回転方向に並んで配置される複数の鉄部材であって、各前記鉄部材は、前記ロータを取り囲むように対面する曲面を有する磁極部と、前記磁極部から２分岐して延びた枝部と、を有する、鉄部材と、
前記鉄部材の各前記枝部の、当該鉄部材に隣接する他の鉄部材に対向する側の面上にそれぞれ設けられる低キュリー点磁性体と、
各前記低キュリー点磁性体の、当該低キュリー点磁性体に隣接する他の低キュリー点磁性体に対向する側の面上に設けられる、前記低キュリー点磁性体よりも高いキュリー点を有する永久磁石と、
を備えることを特徴とするエネルギー変換装置。
【請求項４】
隣接する前記磁極部間の前記ロータ回転方向に、前記ロータの磁極の磁極面よりも小さい大きさの空隙を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項５】
前記磁極部は、前記空隙に向かう方向を先端とする爪形状を有する請求項４に記載のエネルギー変換装置。
【請求項６】
前記磁極部が有する前記曲面は、当該磁極部と前記枝部との結合部における断面積よりも大きい面積を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項７】
ｍおよびｎを自然数としたとき、前記ロータは２ｍ極であり、前記鉄部材は３ｎ個設けられる請求項１〜６のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項８】
加熱範囲内に位置した前記低キュリー点磁性体を加熱する加熱ポイントを有する加熱手段であって、前記加熱ポイントは、前記ロータの回転軸を中心として点対称となる位置に２ｍ個設けられ、前記ロータの回転に同期して回転する加熱手段をさらに備える請求項７に記載のエネルギー変換装置。
【請求項９】
前記加熱ポイントは、隣接するもの同士で等間隔となるよう並んで配置される請求項８に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１０】
複数の極数を有する回転可能なロータと、
前記ロータを取り囲むようにロータ回転方向に並んで配置された複数の第１の鉄部材であって、各前記第１の鉄部材は、前記ロータを取り囲むように対面する曲面を有する磁極部と、前記磁極部から前記ロータに対して半径方向外方に延びた延長部と、を有する、第１の鉄部材と、
前記第１の鉄部材の前記延長部の、当該第１の鉄部材に隣接する他の第１の鉄部材側の面上に設けられる永久磁石と、
前記第１の鉄部材とともに前記永久磁石を挟むように設けられる第２の鉄部材と、
各前記第２の鉄部材の、当該第２の鉄部材に隣接する他の第２の鉄部材に対向する側の面上に設けられる、前記永久磁石のキュリー点よりも低いキュリー点を有する低キュリー点磁性体と、
を備えることを特徴とするエネルギー変換装置。
【請求項１１】
複数の極数を有する回転可能なロータと、
前記ロータを取り囲むようにロータ回転方向に並んで配置された複数の第１の鉄部材であって、各前記第１の鉄部材は、前記ロータを取り囲むように対面する曲面を有する磁極部と、前記磁極部から前記ロータに対して半径方向外方に延びた第１の延長部と、前記第１の延長部から一方の略ロータ回転方向へ延びた第２の延長部と、を有する、第１の鉄部材と、
前記第１の鉄部材の前記第２の延長部が延びた略ロータ回転方向とは反対側の面上に設けられる永久磁石と、
前記第１の鉄部材とともに前記永久磁石を挟むように設けられる第２の鉄部材と、
前記第２の鉄部材の、前記永久磁石が設けられる面とはロータ回転方向に沿って反対側の面と、当該永久磁石とは異なる前記永久磁石が設けられた前記第１の鉄部材の前記第２の延長部の、前記異なる永久磁石が設けられない側の面と、の間に設けられる、前記永久磁石のキュリー点よりも低いキュリー点を有する低キュリー点磁性体と、
を備えることを特徴とするエネルギー変換装置。
【請求項１２】
隣接する前記磁極部間の前記ロータ回転方向に、前記ロータの磁極の磁極面よりも小さい大きさの空隙を有する請求項１０または１１に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１３】
前記磁極部は、前記空隙に向かう方向を先端とする爪形状を有する請求項１２に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１４】
前記磁極部が有する前記曲面は、前記磁極部と前記延長部との結合部における断面積よりも大きい面積を有する請求項１０に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１５】
前記磁極部が有する前記曲面は、前記磁極部と前記第１の延長部との結合部における断面積よりも大きい面積を有する請求項１１に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１６】
前記永久磁石は、希土類磁石である請求項１０または１１に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１７】
ｍおよびｎを自然数としたとき、前記ロータは２ｍ極であり、前記第１の鉄部材は３ｎ個設けられる請求項１０〜１６のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１８】
加熱範囲内に位置した前記低キュリー点磁性体を加熱する加熱ポイントを有する加熱手段であって、前記加熱ポイントは、前記ロータの回転軸を中心として点対称となる位置に２ｍ個設けられ、前記ロータの回転に同期して回転する加熱手段をさらに備える請求項１７に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１９】
前記加熱ポイントは、隣接するもの同士で等間隔となるよう並んで配置される請求項１８に記載のエネルギー変換装置。
【請求項２０】
前記低キュリー点磁性体は、１５０℃以下のキュリー点を有する請求項１〜１７のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項２１】
前記低キュリー点磁性体上に、前記低キュリー点磁性体を加熱もしくは冷却する媒体が流入する流入口および前記媒体が流出する流出口を有する請求項１〜２０のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項２２】
前記低キュリー点磁性体が加熱もしくは冷却されることで、前記ロータが回転し、前記ロータの前記磁極の磁極面の、前記磁極部に対面する領域の面積が変化する請求項１〜２１のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱エネルギーを機械エネルギーに変換するエネルギー変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
低キュリー点磁性体などの軟磁性体におけるキュリー点近傍の透磁率の変化を利用して熱エネルギーを機械エネルギーに変換する熱磁気モータもしくは熱磁気エンジンと称されるエネルギー変換装置がある。このようなエネルギー変換装置は、永久磁石と、この永久磁石のキュリー点よりも低いキュリー点を有し、温度に依存して磁気特性が変化する軟磁性体とで構成される磁気回路を備える。
【０００３】
従来の熱磁気モータは、整磁合金等の低キュリー点磁性体からなる円盤型軟磁性体を有するロータと、外部磁界を印加するための永久磁石を設けたステータとを備える（例えば、非特許文献１参照。）。ロータの主要部を構成する円盤型軟磁性体の一部の領域を加熱して高温部を形成し、円盤型軟磁性体の他の領域を冷却して低温部を形成すると、円盤型軟磁性体内で温度差が生じる。一般に整磁合金等の円盤型軟磁性体は、キュリー点より低い温度領域では、キュリー点の温度に近づくにつれて透磁率が急激に低下する。このため、円盤型軟磁性体の高温部の透磁率は、低温部の透磁率よりもはるかに低い値になる。このときに、ステータの永久磁石により円盤型軟磁性体の高温部と低温部との境界面に対してほぼ垂直に外部磁界を印加すると、透磁率の高い円盤型軟磁性体の低温部が、透磁率の低い円盤型軟磁性体の高温部の方向に引かれるように力が発生する。それゆえに、円盤型軟磁性体の低温部から高温部の方向にロータを回転させるための回転力（駆動力）が発生し、この回転力に従ってロータが回転する。
【０００４】
このようなエネルギー変換装置を用いた画像形成装置として、整磁合金ドラムを有する加熱ローラの磁束密度の分布により回転トルクを発生させる永久磁石とを備える装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、このようなエネルギー変換装置を用いたハイブリッド発電装置として、太陽光熱を集光熱するレンズと、このレンズにより集光熱された熱源を所定の場所にガイドする光導ファイバーと、この光導ファイバーからの熱源にて回転させられ、複数の感温磁性体（低キュリー点磁性体）からなるチップが配置された光熱磁気モータ型の磁気回転盤と、この磁気回転盤と一体に設けられている磁束発生手段とで光熱磁気発電部を構成し、また一方で、風力を受けて回転する翼車と、この翼車の回転により回転する回転軸と、この回転軸と一体に設けられている外筒と、外筒の内周面に設けられ、磁束発生手段と対面している電機子巻線とで風力発電部を構成する装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
また、このようなエネルギー変換装置として、回転自在に支持された非磁性材料からなる支持体と、この支持体上に当該支持体の回転方向に所要の間隔をおいて配置された、低温のキュリー点を有するＮｉ基合金からなる複数の感温磁性材料（低キュリー点磁性体）と、これらの感温磁性材料の１または複数と対向して配置された磁場発生用の磁石と、この磁石と対向して位置する感温磁性材料の磁石による磁化中心とずれた位置に、光熱源より熱をスポット的に集熱する集熱部とを具備する光熱磁気駆動装置が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００７】
また、このようなエネルギー変換装置として、回転自在に軸支した感熱磁性材製の円筒体と、この円筒体の円周方向に磁極を位置せしめて円筒体の外周面と対向状に配設された磁石と、円筒体の一部分を加熱する加熱領域と、円筒体の他の部分を冷却する冷却領域とからなる熱磁気回転装置において、エンジンから流出する高温冷却水により円筒体の一部を加熱し、高温冷却水の熱エネルギーの一部を熱磁気回転装置により機会エネルギーに変換する方法が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
【０００８】
また、このようなエネルギー変換装置として、第１の界磁マグネット（永久磁石）と、第１の感熱磁性体（第１の低キュリー点磁性体）と、第１の界磁磁極（ヨーク）とにより構成されるＵ相の界磁ユニットと、第２の界磁マグネットと、第２の感熱磁性体（第２の低キュリー点磁性体）と、第２の界磁磁極とにより構成され、Ｕ相の界磁ユニットに対し９０度の位相差を有する別のＶ相の界磁ユニットとを備え、第１の界磁マグネット、第１の感熱磁性体と、第１の界磁磁極、第２の界磁マグネット、第２の感熱磁性体および第２の界磁磁極を磁気的に直列に接続して磁気回路を形成しており、第１の感熱磁性体を冷却し、かつ、第２の感熱磁性体を加熱し、次に、この冷却・加熱を切り替えることにより回転子マグネットを回転駆動させるような、感熱磁性体を用いた熱モータが提案されている（例えば、特許文献５参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１２９３１０号公報
【特許文献２】特開２００５−０７６５６５号公報
【特許文献３】特開２００２−２０４５８８号公報
【特許文献４】特開２００１−２８９０４５号公報
【特許文献５】特開平６−３５１２２２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】西川雅弘（大阪大学）および吉川和博（株式会社フジキン）著、「排熱エネルギー回収利用のための熱磁気エンジンの開発（１００Ｗ級熱磁気エンジンの設計製作）」（平成１２年度  新エネルギー・産業技術総合開発機構  新規産業創造型公募事業  研究成果報告書（最終版））、大阪大学（エネルギー・環境技術９８E  代  ０５−００１）、平成１３年３月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述の従来のエネルギー変換装置においては、高温部から低温部への熱損失が大きく、エネルギー変換効率が低い。また、低キュリー点磁性体の十分に広い領域にわたって強い磁場が印加されないため、強い回転トルクを発生することができない。
【００１２】
従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、低キュリー点磁性体の高温部から低温部への熱の流れによる熱損失を最小限に抑えつつ、熱エネルギーを機械エネルギーに効率よく変換することができるエネルギー変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を実現するために、本発明の第１の態様においては、エネルギー変換装置は、
複数の極数を有する回転可能なロータと、
このロータを取り囲むようにロータ回転方向に並んで配置される複数の鉄部材であって、各鉄部材は、ロータを取り囲むように対面する曲面を有する磁極部と、磁極部から２分岐して延びた枝部と、を有する、鉄部材と、
この鉄部材の各枝部の、当該鉄部材に隣接する他の鉄部材に対向する側の面上にそれぞれ設けられる永久磁石と、
各永久磁石の、当該永久磁石に隣接する他の永久磁石に対向する側の面上に設けられる、永久磁石のキュリー点よりも低いキュリー点を有する低キュリー点磁性体と、を備える。
【００１４】
また、本発明の第２の態様においては、エネルギー変換装置は、
複数の極数を有する回転可能なロータと、
ロータを取り囲むようにロータ回転方向に並んで配置される複数の鉄部材であって、各鉄部材は、ロータを取り囲むように対面する曲面を有する磁極部と、磁極部から２分岐して延びた第１および第２の枝部と、を有する、鉄部材と、
この鉄部材の第１の枝部の、当該鉄部材に隣接する他の鉄部材に対向する側の面上に設けられる永久磁石と、
永久磁石の、鉄部材の第１の枝部が接する側とは反対側の面と、当該鉄部材に隣接する他の鉄部材の、第２の枝部の面と、の間に設けられる、永久磁石のキュリー点よりも低いキュリー点を有する低キュリー点磁性体と、を備える。
【００１５】
また、本発明の第３の態様においては、エネルギー変換装置は、
複数の極数を有する回転可能なロータと、
このロータを取り囲むようにロータ回転方向に並んで配置される複数の鉄部材であって、各鉄部材は、ロータを取り囲むように対面する曲面を有する磁極部と、磁極部から２分岐して延びた枝部と、を有する、鉄部材と、
この鉄部材の各枝部の、当該鉄部材に隣接する他の鉄部材に対向する側の面上にそれぞれ設けられる低キュリー点磁性体と、
各低キュリー点磁性体の、当該低キュリー点磁性体に隣接する他の低キュリー点磁性体に対向する側の面上に設けられる、低キュリー点磁性体よりも高いキュリー点を有する永久磁石と、を備える。
【００１６】
上述の第１、第２および第３の態様によるエネルギー変換装置は、隣接する磁極部間のロータ回転方向に、ロータの磁極の磁極面よりも小さい大きさの空隙を有する。
【００１７】
上述の第１、第２および第３の態様によるエネルギー変換装置においては、磁極部は、空隙に向かう方向を先端とする爪形状を有する。
【００１８】
上述の第１、第２および第３の態様によるエネルギー変換装置においては、磁極部が有する上記曲面は、当該磁極部と枝部との結合部における断面積よりも大きい面積を有する。
【００１９】
上述の第１、第２および第３の態様によるエネルギー変換装置においては、上記永久磁石は、フェライト磁石であることが好ましいが、希土類磁石であってもよい。
【００２０】
上述の第１、第２および第３の態様によるエネルギー変換装置においては、ｍおよびｎを自然数としたとき、上記ロータは２ｍ極であり、上記鉄部材は３ｎ個設けられる。また、加熱範囲内に位置した低キュリー点磁性体を加熱する加熱ポイントを有する加熱手段であって、加熱ポイントは、ロータの回転軸を中心として点対称となる位置に２ｍ個設けられ、ロータの回転に同期して回転する加熱手段をさらに備えるようにしてもよい。このとき、加熱ポイントは、隣接するもの同士で等間隔となるよう並んで配置されるのがこのましい。
【００２１】
また、本発明の第４の態様においては、エネルギー変換装置は、
複数の極数を有する回転可能なロータと、
ロータを取り囲むようにロータ回転方向に並んで配置された複数の第１の鉄部材であって、各第１の鉄部材は、ロータを取り囲むように対面する曲面を有する磁極部と、この磁極部からロータに対して半径方向外方に延びた延長部と、を有する、第１の鉄部材と、
この第１の鉄部材の延長部の、当該第１の鉄部材に隣接する他の第１の鉄部材側の面上に設けられる永久磁石と、
第１の鉄部材とともに永久磁石を挟むように設けられる第２の鉄部材と、
各第２の鉄部材の、当該第２の鉄部材に隣接する他の第２の鉄部材に対向する側の面上に設けられる、永久磁石のキュリー点よりも低いキュリー点を有する低キュリー点磁性体と、を備える。
【００２２】
また、本発明の第５の態様においては、エネルギー変換装置は、
複数の極数を有する回転可能なロータと、
ロータを取り囲むようにロータ回転方向に並んで配置された複数の第１の鉄部材であって、各第１の鉄部材は、ロータを取り囲むように対面する曲面を有する磁極部と、磁極部からロータに対して半径方向外方に延びた第１の延長部と、第１の延長部から一方の略ロータ回転方向へ延びた第２の延長部と、を有する、第１の鉄部材と、
この第１の鉄部材の第２の延長部が延びた略ロータ回転方向とは反対側の面上に設けられる永久磁石と、
第１の鉄部材とともに永久磁石を挟むように設けられる第２の鉄部材と、
第２の鉄部材の、永久磁石が設けられる面とはロータ回転方向に沿って反対側の面と、当該永久磁石とは異なる永久磁石が設けられた第１の鉄部材の第２の延長部の、異なる永久磁石が設けられない側の面と、の間に設けられる、永久磁石のキュリー点よりも低いキュリー点を有する低キュリー点磁性体と、を備える。
【００２３】
上述の第４および第５の態様によるエネルギー変換装置は、隣接する磁極部間のロータ回転方向に、ロータの磁極の磁極面よりも小さい大きさの空隙を有する。
【００２４】
上述の第４および第５の態様によるエネルギー変換装置においては、磁極部は、空隙に向かう方向を先端とする爪形状を有する。
【００２５】
上述の第４の態様によるエネルギー変換装置においては、磁極部が有する上記曲面は、磁極部と延長部との結合部における断面積よりも大きい面積を有する。
【００２６】
上述の第５の態様によるエネルギー変換装置においては、磁極部が有する上記曲面は、磁極部と第１の延長部との結合部における断面積よりも大きい面積を有する。
【００２７】
上述の第４および第５の態様によるエネルギー変換装置においては、上記永久磁石は、希土類磁石である。
【００２８】
上述の第４および第５の態様によるエネルギー変換装置においては、ｍおよびｎを自然数としたとき、上記ロータは２ｍ極であり、上記第１の鉄部材は３ｎ個設けられる。したがって、上述の第４の態様によるエネルギー変換装置においては上記第２の鉄部材は６ｎ個設けられ、上述の第５の態様によるエネルギー変換装置においては上記第２の鉄部材は３ｎ個設けられることになる。また、加熱範囲内に位置した低キュリー点磁性体を加熱する加熱ポイントを有する加熱手段であって、加熱ポイントは、ロータの回転軸を中心として点対称となる位置に２ｍ個設けられ、ロータの回転に同期して回転する加熱手段をさらに備えるようにしてもよい。このとき、加熱ポイントは、隣接するもの同士で等間隔となるよう並んで配置されるのがこのましい。
【００２９】
上述の第１、第２、第３、第４および第５の態様によるエネルギー変換装置においては、低キュリー点磁性体は、１５０℃以下のキュリー点を有する。
【００３０】
上述の第１、第２、第３、第４および第５の態様によるエネルギー変換装置においては、低キュリー点磁性体上に、低キュリー点磁性体を加熱もしくは冷却する媒体が流入する流入口および媒体が流出する流出口を有する。
【００３１】
上述の第１、第２、第３、第４および第５の態様によるエネルギー変換装置においては、低キュリー点磁性体が加熱もしくは冷却されることで、上記ロータが回転し、このロータの磁極の磁極面の、磁極部に対面する領域の面積が変化する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、複数の低キュリー点磁性体と複数の永久磁石とを交互に並べてリング上に配置しているので、加熱対象である低キュリー点磁性体のみを他の低キュリー点磁性体から分離した状態で均一に加熱することができる。したがって、当該低キュリー点磁性体の高温部から他の低キュリー点磁性体等の低温部への熱の流れによる熱損失が著しく少なくなり、当該低キュリー点磁性体を加熱する際の効率が上がる。この場合、低キュリー点磁性体の高温部と低温部との温度差がごくわずかであっても、この温度差に応じて低キュリー点磁性体のキュリー点の温度を適切に設定することにより、ロータを回転させることが可能となる。この結果として、低コストで効率よく低温の熱エネルギーを機械エネルギーに変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置の構成を示す平面図である。
【図２】図１の示す低キュリー点磁性体１３内に設けられる冷却・加熱用媒体の流路の構造の一例を示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置の構成の変形例を示す平面図である。
【図４】本発明の第２の実施例によるエネルギー変換装置の構成を示す平面図である。
【図５】本発明の第２の実施例によるエネルギー変換装置の構成の変形例を示す平面図である。
【図６】本発明の第３の実施例によるエネルギー変換装置の構成を示す平面図である。
【図７】本発明の第３の実施例によるエネルギー変換装置の構成の変形例を示す平面図である。
【図８】本発明の第４の実施例によるエネルギー変換装置の構成を示す平面図である。
【図９】本発明の第４の実施例によるエネルギー変換装置の構成の変形例を示す平面図である。
【図１０】本発明の第５の実施例によるエネルギー変換装置の構成を示す平面図である。
【図１１】本発明の第５の実施例によるエネルギー変換装置の構成の変形例を示す平面図である。
【図１２】本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置の動作原理を示す図（その１）である。
【図１３】本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置の動作原理を示す図（その２）である。
【図１４】本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置の動作原理を示す図（その３）である。
【図１５】本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置の動作原理を示す図（その４）である。
【図１６】本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置と第１の実施例の変形例ならびに第２〜第５の実施例およびその変形例によるエネルギー変換装置との対応関係を示す図である。
【図１７】本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置における加熱手段を説明する図（その１）である。
【図１８】本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置における加熱手段を説明する図（その２）である。
【図１９】本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置における加熱手段を説明する図（その３）である。
【図２０】本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置における加熱手段を説明する図（その４）である。
【図２１】本発明によるエネルギー変換装置における加熱手段の加熱ポイントの数とステータの鉄部材（もしくは第１の鉄部材）の磁極部の数との関係を示す図である。
【図２２】本発明によるエネルギー変換装置における加熱手段について別の例を説明する模式図である。
【図２３】本発明によるエネルギー変換装置における加熱手段および冷却手段について模式的に示した上面図（その１）である。
【図２４】本発明によるエネルギー変換装置における加熱手段および冷却手段について模式的に示した断面図（その１）である。
【図２５】本発明によるエネルギー変換装置における加熱手段および冷却手段について模式的に示した上面図（その２）である。
【図２６】本発明によるエネルギー変換装置における加熱手段および冷却手段について模式的に示した断面図（その２）である。
【図２７】本発明によるエネルギー変換装置における加熱手段および冷却手段について模式的に示した上面図（その３）である。
【図２８】本発明によるエネルギー変換装置における加熱手段および冷却手段について模式的に示した断面図（その３）である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置の構成を示す平面図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。
【００３５】
ロータの回転軸方向から見た図１に示すように、本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置１は、ロータ１０と、鉄部材１１と、永久磁石１２と、低キュリー点磁性体１３と、を備える。鉄部材１１、永久磁石１２および低キュリー点磁性体１３はステータを構成するものである。
【００３６】
回転可能なロータ１０は、複数の極数を有するものであり、本実施例では、一例として極数を４極とする。ロータ１０の極数は４極に限定されるものではなく、ｍを自然数としたとき、ロータの極数は２ｍ極で表わされる。図示の例では、鉄からなるロータ基部１０−１上には４個のロータ用永久磁石１０−２がロータ回転方向に並んで配置されており、各ロータ用永久磁石１０−２の半径方向外方には鉄からなるロータ磁極１０−３が設けられる。ロータ磁極１０−３の磁極面は、ステータの構成要素の１つである鉄部材１１の磁極部１１−１に対向する面の面積をより大きく確保するために、ロータ１０の回転方向の沿った曲面を有する。ロータ用永久磁石１０−２は、バリウムフェライト磁石もしくはストロンチウムフェライト磁石などのフェライト磁石であっても、あるいはネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石もしくはサマリウム鉄窒素磁石などの希土類磁石であってもよい。
【００３７】
鉄部材１１は、ロータ１０を取り囲むようにロータ回転方向に並んで複数配置されるものであり、本実施例では、一例として鉄部材の個数を３個とする。鉄部材１１の極数は３個に限定されるものではなく、ｎを自然数としたとき、鉄部材１１の個数は３ｎ個である。各鉄部材１１は、ロータ１０を取り囲むように対面する曲面を有する磁極部１１−１と、磁極部１１−１から２分岐して延びた枝部１１−２と、を有する。図１に示す例では、磁極部１１−１と枝部１１−２とはこれらの結合部１１−３付近でＹ字形状を形成する。磁極部１１−１からの各枝部１１−２の開き具合、すなわち同一の鉄部材１１における枝部１１−２間のなす角は、０度より大きく１８０度以下であれは、どのようなものであってもよい。
【００３８】
各鉄部材１１において、磁極部１１−１が有する上記曲面は、当該磁極部１１−１と枝部１１−２との結合部１１−３における断面積よりも大きい面積を有する。また、エネルギー変換装置１は、互いに隣接する磁極部１１−１間のロータ回転方向において、ロータ１０のロータ磁極１０−３の磁極面よりも小さい大きさの空隙４１を有する。鉄部材１１の磁極部１１−１は、例えば図示のような空隙４１に向かう方向を先端とする爪状の形状を有する。
【００３９】
永久磁石１２は、本実施例では、バリウムフェライト磁石やストロンチウムフェライト磁石などのフェライト磁石である。この代替例として、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石もしくはサマリウム鉄窒素磁石などの希土類磁石であってもよい。永久磁石１２は、鉄部材１１の各枝部１１−２の、当該鉄部材１１に隣接する他の鉄部材１１に対向する側の面上にそれぞれ設けられる。換言すれば、永久磁石１２は、同一の鉄部材１１における２つの枝部１１−２の、互いに向き合う面上には設けられない。互いに隣接する鉄部材１１の枝部１１−２間において、高温の低キュリー点磁性体１３とこれに隣接する低温の低キュリー点磁性体１３との境界面において垂直となるような磁界が、ロータ１０の略回転方向に沿って一方向に形成されるように、永久磁石１２のＮ極およびＳ極が配置される。永久磁石１２によって形成される磁界は、当該永久磁石１２に接する鉄部材１１によって、当該鉄部材１１の磁極部１１−１の方向に向けられる。
【００４０】
低キュリー点磁性体１３は、永久磁石１２のキュリー点よりも低いキュリー点を有する整磁合金であり、例えば、ガドリニウムＧａ、鉄ニッケル合金（整磁合金）Ｆｅ−Ｎｉ、マンガン亜鉛フェライトＭｎ0.25Ｚｎ0.75Ｆｅ2Ｏ4などがある。ここでは、低キュリー点磁性体１３のキュリー点の温度は、室温（例えば２５℃）の近傍（例えば３０℃〜６０℃）に予め設定されるが、通常、その組成に依存して約−４０℃〜１５０℃まで変化させることが可能である。したがって、本実施例によるエネルギー変換装置１の設置場所の周辺温度は１５０℃以下であることが好ましい。
【００４１】
低キュリー点磁性体１３は、各永久磁石１２の、当該永久磁石１２に隣接する他の永久磁石１２に対向する側の面上に設けられる。すなわち、低キュリー点磁性体１３は、互いに隣接する永久磁石１２間の、鉄部材１１が接しない側に挟まれるようにして設けられるものであり、換言すれば、ある鉄部材１１の枝部１１−２の面上に設けられた永久磁石１２と当該ある鉄部材１１に隣接する他の鉄部材１１の枝部１１−２の面上に設けられた永久磁石１２との間に挟まれるようにして設けられる。したがって、本実施例によるエネルギー変換装置１によれば、図１に示すように、互いに隣接する鉄部材１１間において、ある鉄部材１１の枝部１１−２、永久磁石１２、低キュリー点磁性体１３、永久磁石１２、当該ある鉄部材１１とは別の他の鉄部材１１の枝部１１−２、の順に配置されることになる。なお、図示の例では、永久磁石１２、低キュリー点磁性体１３および永久磁石１２を挟む、隣接する鉄部材１１の枝部１１−２の対向する面が互いに並行になるようにし、これら面の間に積層される永久磁石１２、低キュリー点磁性体１３および永久磁石１２それぞれを、当該面に並行となるような面を有する直方体状に構成すれば、直線加工のみで容易に製造をすることができるが、本発明はこのような直方体状には特に限定されない。また、永久磁石１２と低キュリー点磁性体１３との間には断熱材（図示せず）が設けられるのが好ましい。
【００４２】
エネルギー変換装置１においては、リング状に配置された各低キュリー点磁性体１３に対する加熱もしくは冷却を順次切り替えていくことによって各低キュリー点磁性体１３の透磁率を周期的に変化させ、永久磁石１２により印加される磁界との関係で、透磁率の高い低温の低キュリー点磁性体１３から透磁率の低い高温の低キュリー点磁性体１３の方向に引かれるように力が発生する。これにより、ロータ用永久磁石１０−２を有するロータ１０に対し、低温の低キュリー点磁性体１３から高温の低キュリー点磁性体１３の方向に連続してトルクが発生し、ロータ１０が回転することになる。低キュリー点磁性体１３が加熱もしくは冷却されることで、ロータ１０が回転し、このロータ１０のロータ磁極１０−３の磁極面の、鉄部材１１の磁極部１１−１に対面する領域の面積が変化する。なお、本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置の動作原理の詳細については、図１２〜１５を参照しながら後述する。
【００４３】
上述の加熱および冷却のために、低キュリー点磁性体１３上には例えば、低キュリー点磁性体１３を加熱もしくは冷却する媒体が流入する流入口４２および媒体が流出する流出口４３が設けられる。図２は、図１の示す低キュリー点磁性体１３内に設けられる冷却・加熱用媒体の流路の構造の一例を示すＡ−Ａ断面図である。低キュリー点磁性体１３全体を均一かつ効率よく加熱もしくは冷却するために、図２に示すように流入口４２から流入した媒体が低キュリー点磁性体１３内を通過し流出口４３から流出するような同一の経路を構成するのが好ましい。すなわち、流入口４２から流入した媒体は、低キュリー点磁性体１３内において回転軸方向に沿って設けられた管４４−１を通過し、流出口４３から一旦流出し、低キュリー点磁性体１３の外部経路４４−２を経由して再び流入口４２から流入し、低キュリー点磁性体１３内において回転軸方向に沿って設けられた管４４−３を通過し、流出口４３から流出する構造にすると、低キュリー点磁性体１３全体を均一かつ効率よく加熱もしくは冷却することができる。流入口４２および流出口４３は、どのような形状であってもよく、例えば円形、多角形、ハニカム構造などがある。また、図１および２に示す例では、流入口４２および流出口４３の個数を低キュリー点磁性体１３につき１個ずつとしたが、その他の個数であってもよい。低キュリー点磁性体１３の加熱もしくは冷却に用いる媒体としては、気体でもよいが液体であるほうがより好ましく、液体である場合は、１００℃以上であっても沸騰しないものであるのが好ましく、例えばエチレングリコール、シリコンオイルなどがある。なお、低キュリー点磁性体１３の別の加熱方法については後述する。
【００４４】
図３は、本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置の構成の変形例を示す平面図である。上述のように、本発明の第１の実施例においては、鉄部材１１は、ロータ１０を取り囲むように対面する曲面を有する磁極部１１−１と磁極部１１−１から２分岐して延びた枝部１１−２とを有し、かつ磁極部１１−１が有する上記曲面は、当該磁極部１１−１と枝部１１−２との結合部１１−３における断面積よりも大きい面積を有していればよい。図１に示した例では、磁極部１１−１と枝部１１−２とはこれらの結合部１１−３付近でＹ字形状を形成していたが、上述のように、同一の鉄部材１１における枝部１１−２間のなす角は、０度より大きく１８０度以下であれはどのようなものであってもよい。例えば、図３に示すように、同一の鉄部材１１における枝部１１−２間のなす角が１８０度となるＴ字形状で形成してもよい。鉄部材１１の磁極部１１−１は、例えば図示のような爪状の形状を有する。永久磁石１２によって形成される磁界は、当該永久磁石１２に接する鉄部材１１によって、当該鉄部材１１の磁極部１１−１の方向に向けられる。また、永久磁石１２と低キュリー点磁性体１３との間には断熱材（図示せず）が設けられるのが好ましい。なお、これ以外の構成要素については図１に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該構成要素についての詳細な説明は省略する。
【００４５】
図４は、本発明の第２の実施例によるエネルギー変換装置の構成を示す平面図である。本発明の第２の実施例は、図１を参照して説明した第１の実施例において低キュリー点磁性体１３の両側に設けられた２つの永久磁石１２のうちいずれか一方を省略したものである。
【００４６】
ロータの回転軸方向から見た図４に示すように、本発明の第２の実施例によるエネルギー変換装置１は、ロータ１０と、鉄部材１１と、永久磁石１２と、低キュリー点磁性体１３と、を備える。鉄部材１１、永久磁石１２および低キュリー点磁性体１３はステータを構成するものである。
【００４７】
回転可能なロータ１０は、上述の第１の実施例の場合同様、複数の極数を有するものであり、本実施例では、一例として極数を４極とする。ロータ１０の極数は４極に限定されるものではなく、ｍを自然数としたとき、ロータの極数は２ｍ極で表わされる。図示の例では、鉄からなるロータ基部１０−１上には４個のロータ用永久磁石１０−２がロータ回転方向に並んで配置されており、各ロータ用永久磁石１０−２の半径方向外方には鉄からなるロータ磁極１０−３が設けられる。ロータ磁極１０−３の磁極面は、ステータの構成要素の１つである鉄部材１１の磁極部１１−１に対向する面の面積をより大きく確保するために、ロータ１０の回転方向の沿った曲面を有する。ロータ用永久磁石１０−２は、バリウムフェライト磁石もしくはストロンチウムフェライト磁石などのフェライト磁石であっても、あるいはネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石もしくはサマリウム鉄窒素磁石などの希土類磁石であってもよい。
【００４８】
鉄部材１１は、ロータ１０を取り囲むようにロータ回転方向に並んで複数配置されるものであり、本実施例では、一例として鉄部材の個数を３個とする。鉄部材１１の極数は３個に限定されるものではなく、ｎを自然数としたとき、鉄部材１１の個数は３ｎ個である。各鉄部材１１は、ロータ１０を取り囲むように対面する曲面を有する磁極部１１−１と、磁極部１１−１から２分岐して延びた第１の枝部１１−２−１および第２の枝部１１−２−２と、を有する。図４に示す例では、磁極部１１−１と第１の枝部１１−２−１および第２の枝部１１−２−２とはこれらの結合部１１−３付近でＹ字形状を形成する。磁極部１１−１からの第１の枝部１１−２−１および第２の枝部１１−２−２の開き具合、すなわち同一の鉄部材１１における第１の枝部１１−２−１および第２の枝部１１−２−２間のなす角は、０度より大きく１８０度以下であれは、どのようなものであってもよい。なお、本発明の第２の実施例は、図１を参照して説明した第１の実施例において低キュリー点磁性体１３の両側に設けられた２つの永久磁石１２のうちいずれか一方を省略したものであるので、図示の例では、第１の枝部１１−２−１と第２の枝部１１−２−２とは、第１の実施例の場合と異なりその形状は対称とはなっていないが、後述する永久磁石１２および／または低キュリー点磁性体１３の大きさを適宜調整して対象となるように構成してもよい。
【００４９】
各鉄部材１１において、磁極部１１−１が有する上記曲面は、当該磁極部１１−１と第１の枝部１１−２−１および第２の枝部１１−２−２との結合部１１−３における断面積よりも大きい面積を有する。鉄部材１１の磁極部１１−１は、例えば図示のような爪状の形状を有する。また、エネルギー変換装置１は、互いに隣接する磁極部１１−１間のロータ回転方向において、ロータ１０のロータ磁極１０−３の磁極面よりも小さい大きさの空隙４１を有する。磁極部１１−１は、空隙４１に向かう方向を先端とする爪形状を有する。
【００５０】
永久磁石１２は、本実施例では、バリウムフェライト磁石やストロンチウムフェライト磁石などのフェライト磁石である。この代替例として、永久磁石１２は、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石もしくはサマリウム鉄窒素磁石などの希土類磁石であってもよい。永久磁石１２は、鉄部材１１の第１の枝部１１−２−１の、当該鉄部材１１に隣接する他の鉄部材１１に対向する側の面上に設けられる。換言すれば、永久磁石１２は、鉄部材１１における第１の枝部１１−２−１および第２の枝部１１−２−２のうち、第２の枝部１１−２−２の面上には設けられない。互いに隣接する鉄部材１１の第１の枝部１１−２−１および第２の枝部１１−２−２間において、高温の低キュリー点磁性体１３とこれに隣接する低温の低キュリー点磁性体１３との境界面において垂直となるような磁界が、ロータ１０の略回転方向に沿って一方向に形成されるように、永久磁石１２のＮ極およびＳ極が配置される。永久磁石１２によって形成される磁界は、当該永久磁石１２に接する鉄部材１１によって、当該鉄部材１１の磁極部１１−１の方向に向けられる。
【００５１】
低キュリー点磁性体１３は、永久磁石１２のキュリー点よりも低いキュリー点を有する整磁合金であり、例えば、ガドリニウムＧａ、鉄ニッケル合金（整磁合金）Ｆｅ−Ｎｉ、マンガン亜鉛フェライトＭｎ0.25Ｚｎ0.75Ｆｅ2Ｏ4などがある。ここでは、低キュリー点磁性体１３のキュリー点の温度は、室温（例えば２５℃）の近傍（例えば３０℃〜６０℃）に予め設定されるが、通常、その組成に依存して約−４０℃〜１５０℃まで変化させることが可能である。したがって、本実施例によるエネルギー変換装置１の設置場所の周辺温度は１５０℃以下であることが好ましい。
【００５２】
低キュリー点磁性体１３は、永久磁石１２の、鉄部材１１の第１の枝部１１−２−１が接する側とは反対側の面と、当該鉄部材１１に隣接する他の鉄部材１１の、第２の枝部１１−２−２の面と、の間に設けられる。すなわち、ある鉄部材１１の第１の枝部１１−２−１の面上に設けられた永久磁石１２と当該ある鉄部材１１に隣接する他の鉄部材１１の第２の枝部１１−２−２との間に挟まれるようにして設けられる。
【００５３】
以上説明したように、本発明の第２の実施例によるエネルギー変換装置１によれば、図４に示すように、互いに隣接する鉄部材１１間において、ある鉄部材１１の第１の枝部１１−２−１、永久磁石１２、低キュリー点磁性体１３、当該ある鉄部材１１とは別の他の鉄部材１１の第２の枝部１１−２、の順に配置されることになる。このように、本発明の第２の実施例は、図１を参照して説明した第１の実施例において低キュリー点磁性体１３の両側に設けられた２つの永久磁石１２のうちいずれか一方を省略した構造となる。なお、図示の例では、永久磁石１２、低キュリー点磁性体１３および永久磁石１２を挟む、隣接する鉄部材１１の枝部１１−２の対向する面が互いに並行になるようにし、これら面の間に積層される永久磁石１２、低キュリー点磁性体１３および永久磁石１２それぞれを、当該面に並行となるような面を有する直方体状に構成すれば、製造容易となるが、本発明はこれに限定されない。また、永久磁石１２と低キュリー点磁性体１３との間には断熱材（図示せず）が設けられるのが好ましい。
【００５４】
図１および２を参照して説明した上述の第１の実施例の場合同様、低キュリー点磁性体１３上には、例えば、低キュリー点磁性体１３を加熱もしくは冷却する媒体が流入する流入口４２および媒体が流出する流出口４３が設けられる。流入口４２から流入した媒体が低キュリー点磁性体１３内を通過し流出口４３から流出するような同一の経路を構成するのが好ましく、低キュリー点磁性体１３全体を均一かつ効率よく加熱もしくは冷却することができる。流入口４２および流出口４３は、どのような形状であってもよく、例えば円形、多角形、ハニカム構造などがある。また、図４に示す例では、流入口４２および流出口４３の個数を低キュリー点磁性体１３につき１個ずつとしたが、その他の個数であってもよい。低キュリー点磁性体１３の加熱もしくは冷却に用いる媒体としては、気体でもよいが液体であるほうがより好ましく、液体である場合は、１００℃以上であっても沸騰しないものであるのが好ましく、例えばエチレングリコール、シリコンオイルなどがある。なお、低キュリー点磁性体１３の別の加熱方法については後述する。
【００５５】
本実施例によるエネルギー変換装置１においては、リング状に配置された各低キュリー点磁性体１３に対する加熱もしくは冷却を順次切り替えていくことによって各低キュリー点磁性体１３の透磁率を周期的に変化させ、永久磁石１２により印加される磁界との関係で、透磁率の高い低温の低キュリー点磁性体１３から透磁率の低い高温の低キュリー点磁性体１３の方向に引かれるように力が発生する。これにより、ロータ用永久磁石１０−２を有するロータ１０に対し、低温の低キュリー点磁性体１３から高温の低キュリー点磁性体１３の方向に連続してトルクが発生し、ロータ１０が回転することになる。低キュリー点磁性体１３が加熱もしくは冷却されることで、ロータ１０が回転し、このロータ１０のロータ磁極１０−３の磁極面の、鉄部材１１の磁極部１１−１に対面する領域の面積が変化する。
【００５６】
図５は、本発明の第２の実施例によるエネルギー変換装置の構成の変形例を示す平面図である。上述のように、本発明の第２の実施例においては、鉄部材１１は、ロータ１０を取り囲むように対面する曲面を有する磁極部１１−１と磁極部１１−１から２分岐して延びた第１の枝部１１−２−１および第２の枝部１１−２−２とを有し、かつ磁極部１１−１が有する上記曲面は、当該磁極部１１−１と第１の枝部１１−２−１および第２の枝部１１−２−２との結合部１１−３における断面積よりも大きい面積を有していればよい。図４に示した例では、磁極部１１−１と第１の枝部１１−２−１および第２の枝部１１−２−２とはこれらの結合部１１−３付近でＹ字形状を形成していたが、同一の鉄部材１１における第１の枝部１１−２−１および第２の枝部１１−２−２間のなす角は、０度より大きく１８０度以下であれはどのようなものであってもよい。例えば、図５に示すように、同一の鉄部材１１における第１の枝部１１−２−１および第２の枝部１１−２−２間のなす角が１８０度となるＴ字形状で形成してもよい。鉄部材１１の磁極部１１−１は、例えば図示のような爪状の形状を有する。永久磁石１２によって形成される磁界は、当該永久磁石１２に接する鉄部材１１によって、当該鉄部材１１の磁極部１１−１の方向に向けられる。また、永久磁石１２と低キュリー点磁性体１３との間には断熱材（図示せず）が設けられるのが好ましい。なお、これ以外の構成要素については図４に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該構成要素についての詳細な説明は省略する。
【００５７】
図６は、本発明の第３の実施例によるエネルギー変換装置の構成を示す平面図である。本発明の第３の実施例は、上述の第１の実施例における永久磁石と低キュリー点磁性体との配置を入れ替えたものである。
【００５８】
ロータの回転軸方向から見た図６に示すように、本発明の第３の実施例によるエネルギー変換装置１は、ロータ１０と、鉄部材１１と、永久磁石２２と、低キュリー点磁性体２３と、を備える。鉄部材１１、永久磁石２２および低キュリー点磁性体２３はステータを構成するものである。
【００５９】
回転可能なロータ１０は、上述の第１の実施例の場合同様、複数の極数を有するものであり、本実施例では、一例として極数を４極とする。ロータ１０の極数は４極に限定されるものではなく、ｍを自然数としたとき、ロータの極数は２ｍ極で表わされる。図示の例では、鉄からなるロータ基部１０−１上には４個のロータ用永久磁石１０−２がロータ回転方向に並んで配置されており、各ロータ用永久磁石１０−２の半径方向外方には鉄からなるロータ磁極１０−３が設けられる。ロータ磁極１０−３の磁極面は、ステータの構成要素の１つである鉄部材１１の磁極部１１−１に対向する面の面積をより大きく確保するために、ロータ１０の回転方向の沿った曲面を有する。ロータ用永久磁石１０−２は、バリウムフェライト磁石もしくはストロンチウムフェライト磁石などのフェライト磁石であっても、あるいはネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石もしくはサマリウム鉄窒素磁石などの希土類磁石であってもよい。
【００６０】
鉄部材１１は、上述の第１の実施例の場合同様、ロータ１０を取り囲むようにロータ回転方向に並んで複数配置されるものであり、本実施例では、一例として鉄部材の個数を３個とする。鉄部材１１の極数は３個に限定されるものではなく、ｎを自然数としたとき、鉄部材１１の個数は３ｎ個である。各鉄部材１１は、ロータ１０を取り囲むように対面する曲面を有する磁極部１１−１と、磁極部１１−１から２分岐して延びた枝部１１−２と、を有する、図６に示す例では、磁極部１１−１と枝部１１−２とはこれらの結合部１１−３付近でＹ字形状を形成する。各鉄部材１１において、磁極部１１−１が有する上記曲面は、当該磁極部１１−１と枝部１１−２との結合部１１−３における断面積よりも大きい面積を有する。また、エネルギー変換装置１は、互いに隣接する磁極部１１−１間のロータ回転方向において、ロータ１０のロータ磁極１０−３の磁極面よりも小さい大きさの空隙４１を有する。鉄部材１１の磁極部１１−１は、例えば図示のような空隙４１に向かう方向を先端とする爪状の形状を有する。
【００６１】
低キュリー点磁性体２３は、永久磁石２２のキュリー点よりも低いキュリー点を有する整磁合金であり、例えば、ガドリニウムＧａ、鉄ニッケル合金Ｆｅ−Ｎｉ、マンガン亜鉛フェライトＭｎ0.25Ｚｎ0.75Ｆｅ2Ｏ4などがある。ここでは、低キュリー点磁性体２３のキュリー点の温度は、室温（例えば２５℃）の近傍（例えば３０℃〜６０℃）に予め設定されるが、通常、その組成に依存して約−４０℃〜１５０℃まで変化させることが可能である。したがって、本実施例によるエネルギー変換装置１の設置場所の周辺温度は１５０℃以下であることが好ましい。低キュリー点磁性体２３は、鉄部材１１の各枝部１１−２の、当該鉄部材１１に隣接する他の鉄部材１１に対向する側の面上にそれぞれ設けられる。すなわち、低キュリー点磁性体２３は、同一の鉄部材１１における２つの枝部１１−２の、互いに向き合う面上には設けられるものではない。
【００６２】
永久磁石２２は、本実施例では、バリウムフェライト磁石やストロンチウムフェライト磁石などのフェライト磁石である。この代替例として、永久磁石２２は、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石もしくはサマリウム鉄窒素磁石などの希土類磁石であってもよい。永久磁石２２は、各低キュリー点磁性体２３の、当該低キュリー点磁性体２３に隣接する他の低キュリー点磁性体２３に対向する側の面上に設けられる。すなわち、永久磁石２２は、互いに隣接する低キュリー点磁性体２３間の、鉄部材１１が接しない側に挟まれるようにして設けられるものであり、換言すれば、ある鉄部材１１の枝部１１−２の面上に設けられた低キュリー点磁性体２３と当該ある鉄部材１１に隣接する他の鉄部材１１の枝部１１−２の面上に設けられた低キュリー点磁性体２３との間に挟まれるようにして設けられる。
【００６３】
このように、本発明の第３の実施例によるエネルギー変換装置１によれば、図６に示すように、互いに隣接する鉄部材１１間において、ある鉄部材１１の枝部１１−２、低キュリー点磁性体２３、永久磁石２２、低キュリー点磁性体２３、当該ある鉄部材１１とは別の他の鉄部材の枝部１１−２、の順に配置されることになる。なお、図示の例では、低キュリー点磁性体２３、永久磁石２２および低キュリー点磁性体２３を挟む、隣接する鉄部材１１の枝部１１−２の対向する面が互いに並行になるようにし、これら面の間に積層される永久磁石２２、低キュリー点磁性体２３および永久磁石２２それぞれを、当該面に並行となるような面を有する直方体状に構成すれば、製造容易となるが、本発明はこれに限定されない。なお、永久磁石２２と低キュリー点磁性体２３との間には断熱材（図示せず）が設けられるのが好ましい。
【００６４】
上述の第１の実施例の場合同様、例えば、低キュリー点磁性体２３上には、低キュリー点磁性体２３を加熱もしくは冷却する媒体が流入する流入口４２および媒体が流出する流出口４３が設けられる。流入口４２から流入した媒体が低キュリー点磁性体２３内を通過し流出口４３から流出するような同一の経路を構成するのが好ましく、低キュリー点磁性体２３全体を均一かつ効率よく加熱もしくは冷却することができる。流入口４２および流出口４３は、どのような形状であってもよく、例えば円形、多角形、ハニカム構造などがある。また、図６に示す例では、流入口４２および流出口４３の個数を低キュリー点磁性体２３につき１個ずつとしたが、その他の個数であってもよい。低キュリー点磁性体２３の加熱もしくは冷却に用いる媒体としては、気体でもよいが液体であるほうがより好ましく、液体である場合は、１００℃以上であっても沸騰しないものであるのが好ましく、例えばエチレングリコール、シリコンオイルなどがある。なお、低キュリー点磁性体２３の別の加熱方法については後述する。
【００６５】
上述の永久磁石２２と低キュリー点磁性体２３との配置関係については次の通りである。すなわち、互いに隣接する鉄部材１１の枝部１１−２間において、永久磁石２２と高温の低キュリー点磁性体２３との境界面および永久磁石２２と低温の低キュリー点磁性体２３との境界面において垂直となるような磁界が、ロータ１０の略回転方向に沿って一方向に形成されるように、永久磁石２２のＮ極およびＳ極が配置される。永久磁石２２によって形成される磁界は、当該永久磁石２２に低キュリー点磁性体２３を介して隣接する鉄部材１１によって、当該鉄部材１１の磁極部１１−１の方向に向けられる。
【００６６】
本実施例によるエネルギー変換装置１においては、リング状に配置された各低キュリー点磁性体２３に対する加熱もしくは冷却を順次切り替えていくことによって各低キュリー点磁性体２３の透磁率を周期的に変化させ、永久磁石２２により印加される磁界との関係で、透磁率の高い低温の低キュリー点磁性体２３から透磁率の低い高温の低キュリー点磁性体２３の方向に引かれるように力が発生する。これにより、ロータ用永久磁石１０−２を有するロータ１０に対し、低温の低キュリー点磁性体２３から高温の低キュリー点磁性体２３の方向に連続してトルクが発生し、ロータ１０が回転することになる。低キュリー点磁性体２３が加熱もしくは冷却されることで、ロータ１０が回転し、このロータ１０のロータ磁極１０−３の磁極面の、鉄部材１１の磁極部１１−１に対面する領域の面積が変化する。
【００６７】
図７は、本発明の第３の実施例によるエネルギー変換装置の構成の変形例を示す平面図である。上述のように、本発明の第３の実施例においては、第１の実施例の場合同様、鉄部材１１は、ロータ１０を取り囲むように対面する曲面を有する磁極部１１−１と磁極部１１−１から２分岐して延びた枝部１１−２とを有し、かつ磁極部１１−１が有する上記曲面は、当該磁極部１１−１と枝部１１−２との結合部１１−３における断面積よりも大きい面積を有していればよい。図６に示した例では、磁極部１１−１と枝部１１−２とはこれらの結合部１１−３付近でＹ字形状を形成しているが、その変形例として、図７に示すように例えばＴ字形状を形成してもよい。なお、これ以外の構成要素については図６に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該構成要素についての詳細な説明は省略する。
【００６８】
図８は、本発明の第４の実施例によるエネルギー変換装置の構成を示す平面図である。上述の第１〜第３の実施例では、永久磁石として磁束密度の低いフェライト磁石を用いた場合を考慮して、このフェライト永久磁石が低キュリー点磁性体に印加する磁界をできるだけ多くするために、永久磁石と低キュリー点磁性体との境界面の面積ができるだけ大きく確保する構造を有するようにした。これに対し、本発明の第４の実施例によれば、永久磁石として希土類磁石を用いる。希土類磁石は磁束密度が高く非常に磁力が強いことから、永久磁石と低キュリー点磁性体との境界面の面積が小さくても、永久磁石が低キュリー点磁性体に印加する磁界を十分に確保することができるので、ここで説明する第４の実施例のように構成すれば、装置全体をさらに小型化することができる利点がある。
【００６９】
ロータの回転軸方向から見た図８に示すように、本発明の第４の実施例によるエネルギー変換装置１は、ロータ１０と、第１の鉄部材３１と、永久磁石３２と、低キュリー点磁性体３３と、第２の鉄部材３４と、を備える。第１の鉄部材３１、永久磁石３２、低キュリー点磁性体３３および第２の鉄部材３４はステータを構成するものである。
【００７０】
回転可能なロータ１０は、上述の第１の実施例の場合同様、複数の極数を有するものであり、本実施例では、一例として極数を４極とする。ロータ１０の極数は４極に限定されるものではなく、ｍを自然数としたとき、ロータの極数は２ｍ極で表わされる。図示の例では、鉄からなるロータ基部１０−１上には４個のロータ用永久磁石１０−２がロータ回転方向に並んで配置されており、各ロータ用永久磁石１０−２の半径方向外方には鉄からなるロータ磁極１０−３が設けられる。ロータ磁極１０−３の磁極面は、ステータの構成要素の１つである第１の鉄部材３１の磁極部３１−１に対向する面の面積をより大きく確保するために、ロータ１０の回転方向の沿った曲面を有する。ロータ用永久磁石１０−２は、バリウムフェライト磁石もしくはストロンチウムフェライト磁石などのフェライト磁石であっても、あるいはネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石もしくはサマリウム鉄窒素磁石などの希土類磁石であってもよい。
【００７１】
第１の鉄部材３１は、ロータ１０を取り囲むようにロータ回転方向に並んで複数配置されるものであり、本実施例では、一例として第１の鉄部材３１の個数を３個とする。第１の鉄部材３１の極数は３個に限定されるものではなく、ｎを自然数としたとき、第１の鉄部材３１の個数は３ｎ個である。各第１の鉄部材３１は、ロータ１０を取り囲むように対面する曲面を有する磁極部３１−１と、磁極部３１−１からロータ１０に対して半径方向外方に延びた延長部３１−２と、を有する。各第１の鉄部材３１において、磁極部３１−１が有する上記曲面は、磁極部３１−１と延長部３１−２との結合部３１−３における断面積よりも大きい面積を有する。また、エネルギー変換装置１は、互いに隣接する磁極部３１−１間のロータ回転方向において、ロータ１０のロータ磁極１０−３の磁極面よりも小さい大きさの空隙４１を有する。第１の鉄部材３１の磁極部３１−１は、例えば図示のような空隙４１に向かう方向を先端とする爪状の形状を有する。
【００７２】
永久磁石３２は、本実施例では、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石もしくはサマリウム鉄窒素磁石などの希土類磁石である。永久磁石３２は、第１の鉄部材３１の延長部３１−２の、当該第１の鉄部材３１に隣接する他の第１の鉄部材３１側の面上に設けられる。すなわち、永久磁石３２は、第１の鉄部材３１の延長部３１−２の、磁極部３１−１からロータ１０に対して半径方向外方の側の面上に設けられるわけではない。
【００７３】
第２の鉄部材３４は、第１の鉄部材３１とともに永久磁石３２を挟むように設けられる。すなわち、第１の鉄部材３１の、ロータ１０の略回転方向両側に、永久磁石３２および第２の鉄部材３４がそれぞれ設けられることになる。したがって、本実施例では、一例として第１の鉄部材３１の個数を３個としているので、第２の鉄部材３４の個数は６個となる。第１の鉄部材３１の極数は３個に限定されるものではなく、ｎを自然数としたとき、第１の鉄部材３１の個数は３ｎ個であるので、第２の鉄部材３４は６ｎ個設けられることになる。
【００７４】
低キュリー点磁性体３３は、永久磁石３２のキュリー点よりも低いキュリー点を有する整磁合金であり、例えば、ガドリニウムＧａ、鉄ニッケル合金Ｆｅ−Ｎｉ、マンガン亜鉛フェライトＭｎ0.25Ｚｎ0.75Ｆｅ2Ｏ4などがある。ここでは、低キュリー点磁性体３３のキュリー点の温度は、室温（例えば２５℃）の近傍（例えば３０℃〜６０℃）に予め設定されるが、通常、その組成に依存して約−４０℃〜１５０℃まで変化させることが可能である。したがって、本実施例によるエネルギー変換装置１の設置場所の周辺温度は１５０℃以下であることが好ましい。
【００７５】
低キュリー点磁性体３３は、各第２の鉄部材３４の、当該第２の鉄部材３４に隣接する他の第２の鉄部材３４に対向する側の面上に設けられる。すなわち、低キュリー点磁性体３３は、互いに隣接する第２の鉄部材３４間の、永久磁石３２が接しない側に挟まれるようにして設けられるものである。
【００７６】
上述の永久磁石３２と低キュリー点磁性体３３との配置関係については次の通りである。すなわち、各永久磁石３２については、高温の低キュリー点磁性体３３とこれに隣接する低温の低キュリー点磁性体３３との間において、ロータ１０の略回転方向に沿って一方向の磁界が、第１の鉄部材３１および第２の鉄部材３４を通じて形成するように、Ｎ極およびＳ極が配置される。永久磁石３２によって形成される磁界は、当該永久磁石３２に接する第１の鉄部材３１によって、当該第１の鉄部材３１の磁極部３１−１の方向に向けられ、当該永久磁石３２に接する第２の鉄部材３２によって、当該第２の鉄部材３２に隣接する低キュリー点磁性体３３の方向に向けられる。
【００７７】
このように、本発明の第４の実施例によるエネルギー変換装置１によれば、図８に示すように、互いに隣接する第１の鉄部材３１間において、ある第１の鉄部材３１の延長部３１−２、永久磁石３２、第２の鉄部材３４、低キュリー点磁性体３３、当該第２の鉄部材３４とは別の他の第２の鉄部材３４、永久磁石３２、当該ある第１の鉄部材３１とは別の他の第１の鉄部材３１の枝部３１−２、の順に配置されることになる。なお、第２の鉄部材３４と低キュリー点磁性体３３との間には断熱材（図示せず）が設けられるのが好ましい。
【００７８】
上述の第１〜第３の実施例の場合同様、例えば、低キュリー点磁性体３３上には、低キュリー点磁性体３３を加熱もしくは冷却する媒体が流入する流入口４２および媒体が流出する流出口４３が設けられる。流入口４２から流入した媒体が低キュリー点磁性体３３内を通過し流出口４３から流出するような同一の経路を構成するのが好ましく、低キュリー点磁性体３３全体を均一かつ効率よく加熱もしくは冷却することができる。流入口４２および流出口４３は、どのような形状であってもよく、例えば円形、多角形、ハニカム構造などがある。また、図８に示す例では、流入口４２および流出口４３の個数を低キュリー点磁性体３３につき１個ずつとしたが、その他の個数であってもよい。低キュリー点磁性体３３の加熱もしくは冷却に用いる媒体としては、気体でもよいが液体であるほうがより好ましく、液体である場合は、１００℃以上であっても沸騰しないものであるのが好ましく、例えばエチレングリコール、シリコンオイルなどがある。また、加熱についてのみ媒体を用いて、冷却については自然冷却としてもよい。
【００７９】
本実施例によるエネルギー変換装置１においては、リング状に配置された各低キュリー点磁性体３３に対する加熱もしくは冷却を順次切り替えていくことによって各低キュリー点磁性体３３の透磁率を周期的に変化させ、永久磁石３２により印加される磁界との関係で、透磁率の高い低温の低キュリー点磁性体３３から透磁率の低い高温の低キュリー点磁性体３３の方向に引かれるように力が発生する。これにより、ロータ用永久磁石１０−２を有するロータ１０に対し、低温の低キュリー点磁性体３３から高温の低キュリー点磁性体３３の方向に連続してトルクが発生し、ロータ１０が回転することになる。低キュリー点磁性体３３が加熱もしくは冷却されることで、ロータ１０が回転し、このロータ１０のロータ磁極１０−３の磁極面の、第１の鉄部材３１の磁極部３１−１に対面する領域の面積が変化する。
【００８０】
図９は、本発明の第４の実施例によるエネルギー変換装置の構成の変形例を示す平面図である。上述のように、本発明の第４の実施例においては、図８に示すように、第１の鉄部材３１の延長部３１−２の半径方向外方の面と、これに隣接する永久磁石３２の、延長部３１−２の半径方向外方の面とが連続した同一平面となるように形成されているが、その変形例として、図９に示すように、第１の鉄部材３１の延長部３１−２の長さを図８の場合よりさらに長くし、これに合わせて永久磁石３２を設けるようにしてもよい。なお、これ以外の構成要素については図８に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該構成要素についての詳細な説明は省略する。
【００８１】
図１０は、本発明の第５の実施例によるエネルギー変換装置の構成を示す平面図である。本発明の第５の実施例は、図８を参照して説明した第４の実施例において第１の鉄部材３１の両側に設けられた２つの永久磁石３２のうちいずれか一方を省略したものである。
【００８２】
ロータの回転軸方向から見た図１０に示すように、本発明の第５の実施例によるエネルギー変換装置１は、ロータ１０と、第１の鉄部材３１と、永久磁石３２と、第２の鉄部材３４と、低キュリー点磁性体３３と、を備える。第１の鉄部材３１、永久磁石３２、第２の鉄部材３４および低キュリー点磁性体３３はステータを構成するものである。
【００８３】
回転可能なロータ１０は、上述の第１の実施例の場合同様、複数の極数を有するものであり、本実施例では、一例として極数を４極とする。ロータ１０の極数は４極に限定されるものではなく、ｍを自然数としたとき、ロータの極数は２ｍ極で表わされる。図示の例では、鉄からなるロータ基部１０−１上には４個のロータ用永久磁石１０−２がロータ回転方向に並んで配置されており、各ロータ用永久磁石１０−２の半径方向外方には鉄からなるロータ磁極１０−３が設けられる。ロータ磁極１０−３の磁極面は、ステータの構成要素の１つである第１の鉄部材３１の磁極部３１−１に対向する面の面積をより大きく確保するために、ロータ１０の回転方向の沿った曲面を有する。ロータ用永久磁石１０−２は、バリウムフェライト磁石もしくはストロンチウムフェライト磁石などのフェライト磁石であっても、あるいはネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石もしくはサマリウム鉄窒素磁石などの希土類磁石であってもよい。
【００８４】
第１の鉄部材３１は、ロータ１０を取り囲むようにロータ回転方向に並んで複数配置されるものであり、本実施例では、一例として第１の鉄部材の個数を３個とする。第１の鉄部材３１の極数は３個に限定されるものではなく、ｎを自然数としたとき、第１の鉄部材３１の個数は３ｎ個である。各第１の鉄部材３１は、ロータ１０を取り囲むように対面する曲面を有する磁極部３１−１と、磁極部３１−１からロータ１０に対して半径方向外方に延びた第１の延長部３１−２−１と、第１の延長部３１−２−１から一方の略ロータ回転方向へ延びた第２の延長部３１−２−２と、を有する。図１０に示す例では、第１の延長部３１−２−１と第２の延長部３１−２−２とはこれらの結合部付近でＬ字形状を形成する。換言すれば、第１の鉄部材３１の第１の延長部３１−２−１の半径方向外方の面と、これに隣接する永久磁石３２の、第１の延長部３１−２−１の半径方向外方の面と、第２の延長部３１−２−２の、第１の延長部３１−２−１の半径方向外方の面と、が連続した同一平面となるように形成される。なお、第１の延長部３１−２−１と第２の延長部３１−２−２との開き具合、すなわち同一の第１の鉄部材３１における第１の延長部３１−２−１および第２の延長部３１−２−２間のなす角は、０度より大きく１８０度以下であれは、どのようなものであってもよい。
【００８５】
各第１の鉄部材３１において、磁極部３１−１が有する上記曲面は、磁極部３１−１と第１の延長部３１−２−１との結合部３１−３における断面積よりも大きい面積を有する。また、エネルギー変換装置１は、互いに隣接する第１の磁極部３１−１間のロータ回転方向において、ロータ１０のロータ磁極１０−３の磁極面よりも小さい大きさの空隙４１を有する。第１の鉄部材３１の磁極部３１−１は、例えば図示のような空隙４１に向かう方向を先端とする爪状の形状を有する。
【００８６】
永久磁石３２は、本実施例では、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石もしくはサマリウム鉄窒素磁石などの希土類磁石である。永久磁石３２は、第１の鉄部材３１の第２の延長部３１−２−２が延びた略ロータ回転方向とは反対側の面上に設けられる。
【００８７】
第２の鉄部材３４は、第１の鉄部材３１とともに永久磁石３２を挟むように設けられる。すなわち、永久磁石３２の、第１の鉄部材３１が接しない面上に第２の鉄部材３４が設けられることになる。したがって、本実施例では、一例として第１の鉄部材３１の個数を３個としているので、第２の鉄部材３４の個数は３個となる。第１の鉄部材３１の極数は３個に限定されるものではなく、ｎを自然数としたとき、第１の鉄部材３１の個数は３ｎ個であるので、第２の鉄部材３４は３ｎ個設けられることになる。
【００８８】
低キュリー点磁性体３３は、永久磁石３２のキュリー点よりも低いキュリー点を有する整磁合金であり、例えば、ガドリニウムＧａ、鉄ニッケル合金Ｆｅ−Ｎｉ、マンガン亜鉛フェライトＭｎ0.25Ｚｎ0.75Ｆｅ2Ｏ4などがある。ここでは、低キュリー点磁性体３３のキュリー点の温度は、室温（例えば２５℃）の近傍（例えば３０℃〜６０℃）に予め設定されるが、通常、その組成に依存して約−４０℃〜１５０℃まで変化させることが可能である。したがって、本実施例によるエネルギー変換装置１の設置場所の周辺温度は１５０℃以下であることが好ましい。
【００８９】
低キュリー点磁性体３３は、第２の鉄部材３４の、永久磁石３２が設けられる面とはロータ回転方向に沿って反対側の面と、当該永久磁石３２とは異なる永久磁石３２が設けられた第１の鉄部材３１の第２の延長部３１−２−２の、上記異なる永久磁石３２が設けられない側の面と、の間に設けられる。
【００９０】
上述の永久磁石３２と低キュリー点磁性体３３との配置関係については次の通りである。すなわち、各永久磁石３２については、高温の低キュリー点磁性体３３とこれに隣接する低温の低キュリー点磁性体３３との間において、ロータ１０の略回転方向に沿って一方向の磁界が、第１の鉄部材３１および第２の鉄部材３４を通じて形成するように、Ｎ極およびＳ極が配置される。永久磁石３２によって形成される磁界は、当該永久磁石３２に接する第１の鉄部材３１によって、当該第１の鉄部材３１の磁極部３１−１の方向に向けられ、当該永久磁石３２に接する第２の鉄部材３２によって、当該第２の鉄部材３２に隣接する低キュリー点磁性体３３の方向に向けられる。
【００９１】
このように、本発明の第５の実施例によるエネルギー変換装置１によれば、図１０に示すように、互いに隣接する第１の鉄部材３１間において、ある第１の鉄部材３１の第２の延長部３１−２−２、永久磁石３２、第２の鉄部材３４、低キュリー点磁性体３３、当該ある第１の鉄部材３１とは別の他の第１の鉄部材３１の第２の延長部３１−２−２、の順に配置されることになる。なお、第２の鉄部材３４と低キュリー点磁性体３３との間には断熱材（図示せず）が設けられるのが好ましい。
【００９２】
上述の第４の実施例の場合同様、低キュリー点磁性体３３上には、低キュリー点磁性体３３を加熱もしくは冷却する媒体が流入する流入口４２および媒体が流出する流出口４３が設けられる。流入口４２から流入した媒体が低キュリー点磁性体３３内を通過し流出口４３から流出するような同一の経路を構成するのが好ましく、低キュリー点磁性体３３全体を均一かつ効率よく加熱もしくは冷却することができる。流入口４２および流出口４３は、どのような形状であってもよく、例えば円形、多角形、ハニカム構造などがある。また、図１０に示す例では、流入口４２および流出口４３の個数を低キュリー点磁性体３３につき１個ずつとしたが、その他の個数であってもよい。低キュリー点磁性体３３の加熱もしくは冷却に用いる媒体としては、気体でもよいが液体であるほうがより好ましく、液体である場合は、１００℃以上であっても沸騰しないものであるのが好ましく、例えばエチレングリコール、シリコンオイルなどがある。
【００９３】
本実施例によるエネルギー変換装置１においては、リング状に配置された各低キュリー点磁性体３３に対する加熱もしくは冷却を順次切り替えていくことによって各低キュリー点磁性体３３の透磁率を周期的に変化させ、永久磁石３２により印加される磁界との関係で、透磁率の高い低温の低キュリー点磁性体３３から透磁率の低い高温の低キュリー点磁性体３３の方向に引かれるように力が発生する。これにより、ロータ用永久磁石１０−２を有するロータ１０に対し、低温の低キュリー点磁性体３３から高温の低キュリー点磁性体３３の方向に連続してトルクが発生し、ロータ１０が回転することになる。低キュリー点磁性体３３が加熱もしくは冷却されることで、ロータ１０が回転し、このロータ１０のロータ磁極１０−３の磁極面の、第１の鉄部材３１の磁極部３１−１に対面する領域の面積が変化する。
【００９４】
図１１は、本発明の第５の実施例によるエネルギー変換装置の構成の変形例を示す平面図である。上述のように、本発明の第５の実施例においては、図１０に示すように、第１の鉄部材３１の第１の延長部３１−２−１の半径方向外方の面と、これに隣接する永久磁石３２の、第１の延長部３１−２−１の半径方向外方の面と、第２の延長部３１−２−２の、第１の延長部３１−２−１の半径方向外方の面と、が連続した同一平面となるように形成されているが、その変形例として、図１１に示すように、第１の鉄部材３１の第１の延長部３１−２−１の長さを図１０の場合よりさらに長くし、これに合わせて永久磁石３２および第２の延長部３１−２−２を設けるようにしてもよい。なお、これ以外の構成要素については図１０に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該構成要素についての詳細な説明は省略する。
【００９５】
次に、本発明によるエネルギー変換装置の動作原理の詳細について説明する。ここでは、上述の本発明の第１〜第５の実施例およびその変形例を代表して、本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置の動作原理について説明する。
【００９６】
図１２〜１５は、本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置の動作原理を示す図である。図１〜３を参照して説明したように、本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置１は、３個の鉄部材１１と、６個の永久磁石１２−１および１２−２と、３個の低キュリー点磁性体１３と、を備える。
【００９７】
図１２において、３個の低キュリー点磁性体１３が全て低温であれば、磁束は鉄部材１１、永久磁石１２および低キュリー点磁性体１３で構成されるステータの中を通り、外部には出てこない。このとき、ＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３がキュリー点近傍まで加熱されると、当該低キュリー点磁性体１３の透磁率が低くなるので磁気回路が切断される、このため、ＤＤ−２の方向にある鉄部材１１の枝部１１−２の面上に設けられた永久磁石１２−１および１２−２のうち永久磁石１２−１のＮ極から、ＤＤ−６の方向にある鉄部材１１の枝部１１−２の面上に設けられた永久磁石１２−１および１２−２のうち永久磁石１２−２のＳ極へ向かう磁束の一部が、ロータ回転方向にリング状に並んで配置された鉄部材１１の当該リングの内側に漏れてくる。
【００９８】
これと同時に、ＤＤ−２の方向にある鉄部材１１の磁極部１１−１からＤＤ−６の方向にある鉄部材１１の磁極部１１−１へ向かう磁束が、ロータ回転方向にリング状に並んで配置された鉄部材１１の当該リングの内側に発生する。上記磁束は、ＤＤ−６の方向にある鉄部材１１から、ＤＤ−５の方向にある永久磁石１２−２、低キュリー点磁性体１３および永久磁石１２−１を通り、さらに、ＤＤ−４の方向にある鉄部材１１を通り、さらに、ＤＤ−３の方向にある永久磁石１２−２、低キュリー点磁性体１３および永久磁石１２−１を通り、そして、ＤＤ−２の方向にある鉄部材１１へ至り、循環している。この磁束に伴って、ＤＤ−２の方向にある鉄部材１１と、ＤＤ−６の方向にある鉄部材１１との間に磁界が発生し、ロータ１０のロータ用永久磁石１０−２−１のＮ極のロータ磁極１０−３−１およびロータ用永久磁石１０−２−２のＳ極のロータ磁極１０−３−２が磁気的な力を受けるため、ロータ１０は反時計回りにわずか回転し、停止する。
【００９９】
次に、図１３に示すように、ＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３を低温とし、ＤＤ−５の方向にある低キュリー点磁性体１３をキュリー点近傍まで加熱すると、当該低キュリー点磁性体１３の透磁率が低くなるので磁気回路が切断され、ＤＤ−６の方向にある鉄部材１１の磁極部１１−１とＤＤ−４の方向にある鉄部材１１の磁極部１１−１との間に磁界が発生し、ロータ１０のロータ用永久磁石１０−２−３のＮ極の磁極１−３−３およびロータ用永久磁石１０−２−４のＳ極のロータ磁極１０−３−４が磁気的な力を受けるため、ロータ１０が反時計回りに所定の角度だけ（例えば６０度）回転する。ただし、図１３は、図１２のロータ１０が所定の角度回転した後のロータ１０の位置を表している。
【０１００】
さらに、図１４に示すように、ＤＤ−５の方向にある低キュリー点磁性体１３を低温とし、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３をキュリー点近傍まで加熱すると、当該低キュリー点磁性体１３の透磁率が低くなるので磁気回路が切断され、ＤＤ−４の方向にある鉄部材１１の磁極部１１−１とＤＤ−２の方向にある鉄部材１１の磁極部１１−１との間に磁界が発生し、ロータ１０のロータ用永久磁石１０−２−１のＮ極のロータ磁極１０−３−１およびロータ用永久磁石１０−２−２のＳ極のロータ磁極１０−３−２が磁気的な力を受けるため、ロータ１０が反時計回りに所定の角度だけ（例えば６０度）回転する。ただし、図１４は、図１３のロータ１０が所定の角度回転した後のロータ１０の位置を表している。
【０１０１】
さらに、図１５に示すように、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３を低温とし、ＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３をキュリー点近傍まで加熱すると、当該低キュリー点磁性体１３の透磁率が低くなるので磁気回路が切断され、ＤＤ−２の方向にある鉄部材１１の磁極部１１−１とＤＤ−６の方向にある鉄部材１１の磁極部１１−１との間に磁界が発生し、ロータ１０のロータ用永久磁石１０−２−３のＮ極のロータ磁極１０−３−３およびロータ用永久磁石１０−２−４のＳ極のロータ磁極１０−３−４が磁気的な力を受けるため、ロータ１０が反時計回りに所定の角度だけ（例えば６０度）回転する。ただし、図１５は、図１４のロータ１０が所定の角度回転した後のロータ１０の位置を表している。
【０１０２】
これ以降、順次、ＤＤ−５の方向にある低キュリー点磁性体１３、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３、および、ＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３を次々に加熱することにより、ロータ１０を連続して回転させることができる。このように、時計回りに１２０度ずつずれて配置された３個の低キュリー点磁性体１３を順次加熱していけば、ロータ１０は反時計回りに６０度ずつ回転することになる。なお、ここでは詳細には説明しないが、３個ある低キュリー点磁性体１３を反時計回りに１２０度ずつ順次加熱していけば、ロータ１０は時計回りに６０度ずつ回転することになる。
【０１０３】
上述した本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置の動作原理は、その変形例ならびに本発明の第２〜第５の実施例およびその変形例にも適用可能である。図１６は、本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置と第１の実施例の変形例ならびに第２〜第５の実施例およびその変形例によるエネルギー変換装置との対応関係を示す図である。すなわち、本発明の第１の実施例の変形例ならびに本発明の第２〜第５の実施例およびその変形例における低キュリー点磁性体、永久磁石および鉄部材（もしくは第１の鉄部材）を、図１６に示す対応関係に基づき本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置１における低キュリー点磁性体１３、永久磁石１２（１２−１および１２−２）ならびに鉄部材１１にそれぞれ置き換えて、上述した本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置の動作原理を適用すればよい。なお、図１６に示すように、第４および第５の実施例における第２の鉄部材３４については、永久磁石３２と低キュリー点磁性体３３との間で磁束を導くために設けられた部材であるので、上述した本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置の動作原理の適用に際しては影響を及ぼさない。
【０１０４】
また、以上説明した本発明の第１〜第５の実施例およびその変形例によるエネルギー変換装置では、３個の鉄部材を備えるステータの中央部に４個のロータ磁極を有するロータ用永久磁石を有するロータが配置されているが、これ以外の任意の個数の磁極を有するロータおよび低キュリー点磁性体を使用することも可能であり、その動作原理も上述したものと同じである。ただし、ステータ内の永久磁石の数と低キュリー点磁性体の数が３の倍数であるときには、ロータ用永久磁石のロータ磁極の数が３の倍数でないことが望ましい。あるいは、ロータ用永久磁石のロータ磁極の数が３の倍数であるときには、ステータ内の永久磁石の数と低キュリー点磁性体の数が３の倍数でないことが望ましい。
【０１０５】
次に、低キュリー点磁性体の加熱方法について説明する。上述した第１〜第５の実施例およびその変形例では、低キュリー点磁性体１３、２３もしくは３３の加熱および冷却のために、低キュリー点磁性体１３、２３もしくは３３上には、加熱もしくは冷却する媒体が流入する流入口４２および媒体が流出する流出口４３が設けられていた。この代替例として、ロータ１０の回転に同期して回転する加熱手段を設けることにより、低キュリー点磁性体１３、２３もしくは３３の加熱機構の構造を、より一層容易なものとしてもよい。ここでは、この加熱手段について、上述の本発明の第１〜第５の実施例およびその変形例を代表して、本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置の場合を例にとり説明する。
【０１０６】
図１７〜２０は、本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置における加熱手段を説明する図である。図１〜３を参照して説明したように、本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置１は、４極のロータ１０と、３個の鉄部材１１と、６個の永久磁石１２と、３個の低キュリー点磁性体１３と、を備える。
【０１０７】
加熱手段５０は、加熱範囲内に位置した低キュリー点磁性体１３のみを加熱する加熱ポイントを有するものである。ここで、４極のロータ１０に対して、加熱ポイントは２個設けられる。図１７〜２１では、加熱手段５０に設けられる２個の加熱ポイントを、参照符号ＨＡおよびＨＢで表す。加熱ポイントＨＡおよびＨＢは、ロータ１０の回転軸を中心として点対称となる位置に設けられ、隣接するもの同士で等間隔となるよう並んで配置される。加熱手段５０の加熱ポイントＨＡおよびＨＢは、ロータ１０の回転に同期して回転する構造とする。例えば図１７〜２０に示すように、加熱手段５０は、ロータ１０に直接装着された構造とすれば、加熱ポイントＨＡおよびＨＢはロータ１０の回転に同期して回転することになる。
【０１０８】
図１２〜１５を参照して説明したように、本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置では、ＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３、次いでＤＤ−５の方向にある低キュリー点磁性体１３、次いでＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３、といったように、時計回りに１２０度ずつずれて配置された３個の低キュリー点磁性体を順次加熱していけば、ロータ１０は反時計回りに６０度ずつ回転することになる。
【０１０９】
まず、図１７に示す回転位置にロータ１０がある場合において、ＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３が既に高温に加熱されていると仮定する。このとき、加熱手段５０の加熱ポイントＨＢは、当該加熱ポイントＨＢの加熱範囲内に位置するＤＤ−５の方向にある低キュリー点磁性体１３を加熱する。一方、加熱ポイントＨＢとロータ１０の回転軸を中心として点対称の位置に配置された加熱ポイントＨＡは、ＤＤ−２の方向にあり、当該加熱ポイントＨＡの加熱範囲には、ステータを構成する鉄部材１１、永久磁石１２および低キュリー点磁性体１３のいずれの部位も存在しない。つまりこのときの加熱ポイントＨＡは、いずれの低キュリー点磁性体１３の加熱にも寄与しない。当該低キュリー点磁性体１３がキュリー点近傍まで加熱されると、ロータ１０は反時計回りに６０度回転し、図１８に示す状態に遷移する。
【０１１０】
図１８は、図１７に示したロータ１０が約６０度反時計回りに回転した後の状態を示す。この状態では、加熱手段５０の加熱ポイントＨＢは、ＤＤ−５の方向にある低キュリー点磁性体１３の位置から離れており、いずれの低キュリー点磁性体１３の加熱にも寄与していないが、ＤＤ−５の方向にある低キュリー点磁性体１３は、上述のように図１７に示す状態において加熱手段５０の加熱ポイントＨＢにより既に加熱され、高温となる。一方、加熱手段５０の加熱ポイントＨＡは、ＤＤ−２の方向から反時計回りに６０度ずれたＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３の位置に到達する。したがって、加熱ポイントＨＡは、加熱範囲内にある当該低キュリー点磁性体１３を加熱する。ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３が加熱ポイントＨＡによってキュリー点近傍まで加熱されると、ロータ１０は反時計回りにさらに６０度回転し、図１９に示す状態に遷移する。
【０１１１】
図１９は、図１８に示したロータ１０が約６０度反時計回りに回転した後の状態を示す。この状態では、加熱手段５０の加熱ポイントＨＡは、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３の位置から離れており、いずれの低キュリー点磁性体１３の加熱にも寄与していないが、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３は、上述のように図１８に示す状態において加熱手段５０の加熱ポイントＨＡにより既に加熱され、高温となる。一方、加熱手段５０の加熱ポイントＨＢは、ＤＤ−６の方向から反時計回りに６０度ずれたＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３の位置に到達する。したがって、加熱ポイントＨＢは、加熱範囲内にある当該低キュリー点磁性体１３を加熱する。ＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３が加熱ポイントＨＢによってキュリー点近傍まで加熱されると、ロータ１０は反時計回りにさらに６０度回転し、図２０に示す状態に遷移する。
【０１１２】
図２０は、図１９に示したロータ１０が約６０度反時計回りに回転した後の状態を示す。この状態では、加熱手段５０の加熱ポイントＨＢは、ＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３の位置から離れており、いずれの低キュリー点磁性体１３の加熱にも寄与していないが、ＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３は、上述のように図１９に示す状態において加熱手段５０の加熱ポイントＨＢにより既に加熱され、高温の状態となる。一方、加熱手段５０の加熱ポイントＨＡは、ＤＤ−４の方向から反時計回りに６０度ずれたＤＤ−５の方向にある低キュリー点磁性体１３の位置に到達する。したがって、加熱ポイントＨＡは、加熱範囲内にある当該低キュリー点磁性体１３を加熱する。図１７の状態では、ＤＤ−５の方向にある低キュリー点磁性体１３は加熱ポイントＨＢによって加熱されたが、図１７に示したロータ１０が１８０度回転することで、ＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３は加熱ポイントＨＢによって加熱されることになる。このように、図１７に示した状態にあるロータ１０が反時計回りに１８０度回転することで、図２０に示すように、加熱ポイントこそ入れ替わったものの、一巡してＤＤ−５の方向にある低キュリー点磁性体１３が再び加熱される状態になる。したがって、これ以降は再び図１７〜２０を参照して説明した動作が繰り返されることになる。
【０１１３】
このように、本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置１では、加熱範囲内に位置した低キュリー点磁性体のみを加熱する加熱ポイントＨＡおよびＨＢを有する加熱手段を、加熱ポイントがロータ１０の回転軸を中心として点対称となる位置になるように設け、ロータ１０の回転に同期して加熱ポイントＨＡおよびＨＢが回転するよう構成することによって、ロータ１０が６０度反時計方向に順次回転すれば加熱ポイントＨＡおよびＨＢのいずれか一方が、時計方向に１２０度ずつずれた低キュリー点磁性体１３を時計方向の順序で順次加熱していくことになる。なお、ロータ１０の６０度回転後に必ず１２０度ずれた低キュリー点磁性体１３が加熱されるようにするために、加熱手段５０は、加熱ポイントの位置を、ロータ１０のロータ磁極１０−３−１〜１０−３−４との位置を考慮して設計するのが好ましい。
【０１１４】
上述した本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置における加熱手段５０は、本発明の第１の実施例の変形例ならびに本発明の第２〜第５の実施例およびその変形例にも使用可能である。この場合、図１６に示す対応関係に基づき使用すればよい。
【０１１５】
以上説明した本発明の第１〜第５の実施例およびその変形例によるエネルギー変換装置では、３個の鉄部材を備えるステータの中央部に４個のロータ磁極を有するロータ用永久磁石を有するロータが配置されているが、これ以外の任意の個数の磁極を有するロータおよび低キュリー点磁性体に対しても加熱手段１０を使用することも可能である。図２１は、本発明によるエネルギー変換装置における加熱手段の加熱ポイントの数とステータの鉄部材（もしくは第１の鉄部材）の磁極部の数との関係を示す図である。ロータの磁極数が２ｍ極（ただし、ｍは自然数）でありかつステータの鉄部材（もしくは第１の鉄部材）の磁極部の数が３ｍ個のエネルギー変換装置については、加熱ポイントの数を２ｍ個とするのが好ましい。ただし、ステータ内の永久磁石の数と低キュリー点磁性体の数が３の倍数であるときには、ロータ用永久磁石のロータ磁極の数が３の倍数でないことが好ましく、またロータ用永久磁石のロータ磁極の数が３の倍数であるときには、ステータ内の永久磁石の数と低キュリー点磁性体の数が３の倍数でないことが好ましいので、図２１ではこれらの場合については示していない。しかしながら、図２１に示したロータの磁極数が２ｍ極（ただし、ｍは自然数）かつステータの鉄部材（もしくは第１の鉄部材）の磁極部の数が３ｍ個かつ加熱ポイントの数が２ｍ個の組み合わせ以外の場合であっても、ロータが回転する場合がある。例えば、ステータの鉄部材の磁極部の数を3個、ロータ用永久磁石のロータ磁極の数を2個、加熱ポイントの数を１個とした場合、起動トルクは小さいもののロータは自発的に回転する。
【０１１６】
図２２は、本発明によるエネルギー変換装置における加熱手段について別の例を説明する模式図である。ここでは、本発明によるエネルギー変換器１が、８極のロータ１０と、６個の永久磁石１２および６個の低キュリー点磁性体１３を有するステータと、を備える場合（すなわち上記ｍが２の場合）について説明するが、これら構成要素の配置については上述した本発明の第１〜第５の実施例のいずれであっても適用可能であるので、図２２については、鉄部材については省略した模式図の形式で表す。
【０１１７】
初めに、ロータ１０が、図２２（ａ）に示すような位置にある場合において、ＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３が既に高温に加熱されていると仮定する。このときに、図２２（ａ）に示すように、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３を加熱手段５０の加熱ポイントＨＢにより、またＤＤ−６の方向にある低キュリー点磁性体１３を加熱手段５０の加熱ポイントＨＤにより、同時に加熱して高温（Ｈ）にし、ＤＤ−３の方向およびＤＤ−６の方向にある２個の低キュリー点磁性体１３のキュリー点の近傍の温度にまで上昇させる。この状態では、ＤＤ−３の方向およびＤＤ−６の方向にある２個の低キュリー点磁性体１３の透磁率が比較的低い値になるように変化する。このときに、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３の両側にＳ極およびＮ極の磁極が発生し、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３の近傍に磁界が形成される。この場合、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３の両側のＳ極およびＮ極の磁極により形成される磁界の向きと、ロータ１０の２個の磁極により形成される磁界の向きとがほぼ平行でかつ反対方向になるように、すなわち、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＳ極とロータ１０のＳ極とが反発し、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＮ極とロータ１０のＮ極とが反発し、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＮ極とロータ１０のＳ極とが吸引するので、反時計方向の回転トルクがロータ１０に発生する。また一方で、ＤＤ−６の方向にある低キュリー点磁性体１３の両側のＳ極およびＮ極により形成される磁界の向きと、ロータ１０の２個の磁極により形成される磁界の向きとがほぼ平行でかつ反対方向になるように、すなわち、ＤＤ−６の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＳ極とロータ１０のＳ極とが反発し、ＤＤ−６の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＮ極とロータ１０のＮ極とが反発し、ＤＤ−６の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＮ極とロータ１０のＳ極とが吸引するので、反時計方向の回転トルクがロータ１０に発生する。この回転トルクにより、ロータ１０は反時計回りに３０度回転し、図２２（ｂ）に示す状態に遷移する。
【０１１８】
上述の回転トルクにより、図２２（ｂ）に示す位置までロータ１０が回転すると、加熱手段５０の加熱ポイントＨＡは、ＤＤ−２の方向にある低キュリー点磁性体１３の位置に到達し、加熱ポイントＨＣは、ＤＤ−５の方向にある低キュリー点磁性体１３の位置に到達する。したがって、加熱ポイントＨＡは、加熱範囲内にあるＤＤ−２の方向にある低キュリー点磁性体１３を加熱し、これと同時に、加熱ポイントＨＣは、加熱範囲内にあるＤＤ−５の方向にある低キュリー点磁性体１３を加熱する。これによりＤＤ−２の方向およびＤＤ−５の方向にある２個の低キュリー点磁性体１３は、キュリー点の近傍の温度にまで上昇する。このとき加熱ポイントＨＢは、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体の位置から離れており、加熱ポイントＨＤは、ＤＤ−６の方向にある低キュリー点磁性体の位置から離れており、いずれの低キュリー点磁性体１３の加熱にも寄与していない。この状態では、ＤＤ−２の方向およびＤＤ−５の方向にある２個の低キュリー点磁性体１３の透磁率が比較的低い値になるように変化する。このときに、ＤＤ−２の方向にある低キュリー点磁性体１３の両側にＳ極およびＮ極の磁極が発生し、ＤＤ−５の方向にある低キュリー点磁性体１３の近傍に磁界が形成される。この場合、ＤＤ−２の方向にある低キュリー点磁性体１３の両側のＳ極およびＮ極の磁極により形成される磁界の向きと、ロータ１０の２個の磁極により形成される磁界の向きとがほぼ平行でかつ反対方向になるように、すなわち、ＤＤ−２の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＳ極とロータ１０のＳ極とが反発し、ＤＤ−２の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＮ極とロータ１０のＮ極とが反発し、ＤＤ−２の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＮ極とロータ１０のＳ極とが吸引するので、反時計方向の回転トルクがロータ１０に発生する。また一方で、ＤＤ−５の方向にある低キュリー点磁性体１３の両側のＳ極およびＮ極の磁極により形成される磁界の向きと、ロータ１０の２個の磁極により形成される磁界の向きとがほぼ平行でかつ反対方向になるように、すなわち、ＤＤ−５の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＳ極とロータ１０のＳ極とが反発し、ＤＤ−５の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＮ極とロータ１０のＮ極とが反発し、ＤＤ−５の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＮ極とロータ１０のＳ極とが吸引するので、反時計方向の回転トルクがロータ１０に発生する。この回転トルクにより、ロータ１０は反時計回りに３０度回転し、図２２（ｃ）に示す状態に遷移する。
【０１１９】
これと同時に、ＤＤ−３およびＤＤ−６の方向にある２個の低キュリー点磁性体１３は、加熱されなくなったために温度が低下し、低温（Ｌ）の近傍になるように自然冷却される。この状態では、ＤＤ−３およびＤＤ−６の方向にある２個の低キュリー点磁性体１３の透磁率が比較的高い値になるように変化する。このため、当該低キュリー点磁性体１３の両側に発生していた磁極が消滅する。この結果として、ロータ１０の２個の磁極と、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３の両側に発生していた磁界との相互作用がなくなると共に、ロータ１０の２個の磁極と、ＤＤ−６の方向にある低キュリー点磁性体１３の両側に発生していた磁界との相互作用がなくなり、前述のようにロータ１０が３０度回転することを容易にする。
【０１２０】
上述の回転トルクにより、図２２（ｃ）に示す位置までロータ１０が回転すると、加熱手段５０の加熱ポイントＨＢは、ＤＤ−４の方向にある低キュリー点磁性体１３の位置に到達し、加熱ポイントＨＤは、ＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３の位置に到達する。したがって、加熱ポイントＨＢは、加熱範囲内にあるＤＤ−４の方向にある低キュリー点磁性体１３を加熱し、これと同時に、加熱ポイントＨＤは、加熱範囲内にあるＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３を加熱する。これによりＤＤ−４の方向およびＤＤ−１の方向にある２個の低キュリー点磁性体１３は、キュリー点の近傍の温度にまで上昇する。このとき加熱ポイントＨＡは、ＤＤ−２の方向にある低キュリー点磁性体の位置から離れており、加熱ポイントＨＣは、ＤＤ−５の方向にある低キュリー点磁性体の位置から離れており、いずれの低キュリー点磁性体１３の加熱にも寄与していない。この状態では、ＤＤ−４の方向およびＤＤ−１の方向にある２個の低キュリー点磁性体１３の透磁率が比較的低い値になるように変化する。このときに、ＤＤ−４の方向にある低キュリー点磁性体１３の両側にＳ極およびＮ極の磁極が発生し、ＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３の近傍に磁界が形成される。この場合、ＤＤ−４の方向にある低キュリー点磁性体１３の両側のＳ極およびＮ極の磁極により形成される磁界の向きと、ロータ１０の２個の磁極により形成される磁界の向きとがほぼ平行でかつ反対方向になるように、すなわち、ＤＤ−４の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＳ極とロータ１０のＳ極とが反発し、ＤＤ−４の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＮ極とロータ１０のＮ極とが反発し、ＤＤ−４の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＮ極とロータ１０のＳ極とが吸引するので、反時計方向の回転トルクがロータ１０に発生する。また一方で、ＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３の両側のＳ極およびＮ極の磁極により形成される磁界の向きと、ロータ１０の２個の磁極により形成される磁界の向きとがほぼ平行でかつ反対方向になるように、すなわち、ＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＳ極とロータ１０のＳ極とが反発し、ＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＮ極とロータ１０のＮ極とが反発し、ＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＮ極とロータ１０のＳ極とが吸引するので、反時計方向の回転トルクがロータ１０に発生する。この回転トルクにより、ロータ１０は反時計回りに３０度回転し、図２２（ｄ）に示す状態に遷移する。
【０１２１】
これと同時に、ＤＤ−２およびＤＤ−５の方向にある２個の低キュリー点磁性体１３は、加熱されなくなったために温度が低下し、低温（Ｌ）の近傍になるように自然冷却される。この状態では、ＤＤ−２およびＤＤ−５の方向にある２個の低キュリー点磁性体１３の透磁率が比較的高い値になるように変化する。このため、当該低キュリー点磁性体１３の両側に発生していた磁極が消滅する。この結果として、ロータ１０の２個の磁極と、ＤＤ−２の方向にある低キュリー点磁性体１３の両側に発生していた磁界との相互作用がなくなると共に、ロータ１０の２個の磁極と、ＤＤ−５の方向にある低キュリー点磁性体１３の両側に発生していた磁界との相互作用がなくなり、前述のようにロータ１０が３０度回転することを容易にする。
【０１２２】
上述の回転トルクにより、図２２（ｄ）に示す位置までロータ１０が回転すると、加熱手段５０の加熱ポイントＨＡは、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３の位置に到達し、加熱ポイントＨＣは、ＤＤ−６４の方向にある低キュリー点磁性体１３の位置に到達する。したがって、加熱ポイントＨＡは、加熱範囲内にあるＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３を加熱し、これと同時に、加熱ポイントＨＣは、加熱範囲内にあるＤＤ−６の方向にある低キュリー点磁性体１３を加熱する。これによりＤＤ−３の方向およびＤＤ−６の方向にある２個の低キュリー点磁性体１３は、キュリー点の近傍の温度にまで再度上昇することになる。このとき加熱ポイントＨＢは、ＤＤ−４の方向にある低キュリー点磁性体の位置から離れており、加熱ポイントＨＤは、ＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体の位置から離れており、いずれの低キュリー点磁性体１３の加熱にも寄与していない。この状態では、ＤＤ−３の方向およびＤＤ−６の方向にある２個の低キュリー点磁性体１３の透磁率が比較的低い値になるように変化する。このときに、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３の両側にＳ極およびＮ極の磁極が発生し、ＤＤ−６の方向にある低キュリー点磁性体１３の近傍に磁界が形成される。この場合、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３の両側のＳ極およびＮ極の磁極により形成される磁界の向きと、ロータ１０の２個の磁極により形成される磁界の向きとがほぼ平行でかつ反対方向になるように、すなわち、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＳ極とロータ１０のＳ極とが反発し、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＮ極とロータ１０のＮ極とが反発し、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＮ極とロータ１０のＳ極とが吸引するので、反時計方向の回転トルクがロータ１０に発生する。また一方で、ＤＤ−６の方向にある低キュリー点磁性体１３の両側のＳ極およびＮ極の磁極により形成される磁界の向きと、ロータ１０の２個の磁極により形成される磁界の向きとがほぼ平行でかつ反対方向になるように、すなわち、ＤＤ−６の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＳ極とロータ１０のＳ極とが反発し、ＤＤ−６の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＮ極とロータ１０のＮ極とが反発し、ＤＤ−６の方向にある低キュリー点磁性体１３に接して形成されたＮ極とロータ１０のＳ極とが吸引するので、反時計方向の回転トルクがロータ１０に発生する。
【０１２３】
これと同時に、ＤＤ−４およびＤＤ−１の方向にある２個の低キュリー点磁性体１３は、加熱されなくなったために温度が低下し、低温（Ｌ）の近傍になるように自然冷却される。この状態では、ＤＤ−４およびＤＤ−１の方向にある２個の低キュリー点磁性体１３の透磁率が比較的高い値になるように変化する。このため、当該低キュリー点磁性体１３の両側に発生していた磁極が消滅する。この結果として、ロータ１０の２個の磁極と、ＤＤ−４の方向にある低キュリー点磁性体１３の両側に発生していた磁界との相互作用がなくなると共に、ロータ１０の２個の磁極と、ＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３の両側に発生していた磁界との相互作用がなくなり、前述のようにロータ１０が例えば３０度回転することを容易にする。このように、図２２（ａ）に示した状態にあるロータ１０が反時計回りに１８０度回転することで、図２２（ｄ）に示すように、加熱ポイントこそ入れ替わったものの、一巡してＤＤ−４の方向にある低キュリー点磁性体１３およびＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３が再び加熱される状態になる。したがって、これ以降は再び図２２（ａ）〜２２（ｄ）を参照して説明した動作が繰り返されることになる。
【０１２４】
上記の図２２（ａ）〜（ｄ）の動作原理に従って、加熱される対象である低キュリー点磁性体１３を順次切り替えて加熱し、これと同時に、加熱される対象以外の低キュリー点磁性体１３（加熱された後の低キュリー点磁性体１３も含む）を次々に切り替えて自然冷却することによって、ステータの内部に連続した回転磁界が発生し、ロータ１０の磁極の位置に関係なくロータ１０の起動ができる状態で、ロータ１０が連続して回転するようになる。すなわち、ロータ１０の回転軸中心を通り対称に、２個の低キュリー点磁性体１３を時計回りに６０度ずつ次々に切り替えて加熱したときに、ロータ１０は反時計回りに３０度ずつ回転する。また、ロータ１０の回転軸中心を通り対称に、２個の低キュリー点磁性体を反時計回りに６０度ずつ次々に切り替えて加熱したときに、ロータ１０は時計回りに３０度ずつ回転する。ただし、このときには、加熱手段５０は、ロータ１０に対して図２２に示した位置から反時計回りに３０度ずれた位置にある。
【０１２５】
加熱手段５０の熱源の具体例としては、例えば温水など熱を持った流体や気体など、バーナーの炎などがある。またあるいは、太陽光を熱源としてもよく、この場合、太陽光を導くレンズ、鏡、あるいは光ファイバーなどのような光導管などの光学系を用いて加熱手段を構成すればよい。
【０１２６】
図１２〜１５および２４に例示されているエネルギー変換装置１では、加熱された後の低キュリー点磁性体１３を、自然冷却により低温にしているが、冷却水等の流体を使用して、加熱された後の低キュリー点磁性体１３を室温またはそれより低い温度まで強制的に冷却するようにしてもよい。このようにすれば、高温（Ｈ）の低キュリー点磁性体１３の透磁率と低温（Ｌ）の低キュリー点磁性体１３の透磁率との差を相対的に大きくすることができるので、ステータの内側にてより強い回転磁界を発生させることが可能になる。次に、この加熱手段および冷却手段として、温水および冷水を用いた場合について、図２３〜２８を参照して説明する。
【０１２７】
図２３、２５および２７は、本発明によるエネルギー変換装置における加熱手段および冷却手段について模式的に示した上面図である。また、図２４、２６および２８は、本発明によるエネルギー変換装置における加熱手段および冷却手段について模式的に示した断面図である。図２４は図２３のＡ−Ａ断面の一部を示す図であり、図２６は図２５のＡ−Ａ断面の一部を示す図であり、図２８は図２７のＡ−Ａ断面の一部を示す図である。ここでは、これら加熱手段および冷却手段について、上述の本発明の第１〜第５の実施例およびその変形例を代表して、本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置の場合を例にとり説明する。図１〜３を参照して説明したように、本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置１は、４極のロータ１０と、３個の鉄部材１１と、６個の永久磁石１２と、３個の低キュリー点磁性体１３と、を備える。
【０１２８】
図２３〜２８に示すように、本発明の第１の実施例によるエネルギー変換装置１は、ステータの鉄部材１１の磁極部１１−１の数が３個であるので、図２１に示す表に従い、加熱手段５０の加熱ポイントを２個設ける。本具体例では、加熱手段５０は、加熱範囲を規定する温水流入溝４０−Ｈ１、４０−Ｈ３および４０−Ｈ５に接続された移動管４５が配置された低キュリー点磁性体１３を加熱する２個の加熱ポイントとして、温水吹出し口ＨＡおよびＨＢを有する。温水吹出し口ＨＡおよびＨＢは、ロータ１０の回転軸を中心として点対称となる位置に設けられ、隣接するもの同士で等間隔となるよう並んで配置される。加熱手段５０の温水吹出し口ＨＡおよびＨＢは、ロータ１０の回転に同期して回転する構造とする。例えば図２３、２５および２７に示すように、加熱手段５０は、ロータ１０に直接装着された構造とすれば、温水吹出し口ＨＡおよびＨＢはロータ１０の回転に同期して回転することになる。
【０１２９】
また、エネルギー変換装置１のステータ上には、ＤＤ−１、ＤＤ−３およびＤＤ−５の方向それぞれについて、温水流入溝４０−Ｈ１、４０−Ｈ３および４０−Ｈ５が設けられる。加熱手段５０の温水吹出し口ＨＡおよびＨＢからは温水が常に流れ出しており、図２５および２６に示すように温水吹出し口ＨＡおよびＨＢが温水流入溝４０−Ｈ１、４０−Ｈ３もしくは４０−Ｈ５上に到達したとき、温水吹出し口ＨＡおよびＨＢから流れ出した温水は、温水流入溝４０−Ｈ１、４０−Ｈ３もしくは４０−Ｈ５に流入して温水移動管４５−Ｈ１および移動管４５を経て低キュリー点磁性体１３に到達し、当該低キュリー点磁性体１３を加熱する。なお、図２３、２４、２７および２８に示すように温水吹出し口ＨＡおよびＨＢが温水流入溝４０−Ｈ１、４０−Ｈ３もしくは４０−Ｈ５上にない場合には、温水吹出し口ＨＡおよびＨＢから流れ出る温水が低キュリー点磁性体１３に到達することはない。
【０１３０】
冷却手段５１は、加熱手段５０に対し、ロータの回転軸方向からみて９０度ずれた位置に設けられる。冷却手段５１の冷却ポイントは、加熱手段５０の加熱ポイントと同数設けられる。本具体例では、冷却手段５１は、冷却範囲を規定する冷水流入溝４０−Ｌ２、４０−Ｌ４および４０−Ｌ６に接続された移動管４５が配置された低キュリー点磁性体１３を冷却する２個の冷却ポイントとして、冷水吹出し口ＬＡおよびＬＢを有する。冷水吹出し口ＬＡおよびＬＢは、ロータ１０の回転軸を中心として点対称となる位置に設けられ、隣接するもの同士で等間隔となるよう並んで配置される。冷却手段５１の冷水吹出し口ＬＡおよびＬＢは、ロータ１０の回転に同期して回転する構造とする。例えば図２３、２５および２７に示すように、冷却手段５０は、ロータ１０に直接装着された構造とすれば、冷水吹出し口ＬＡおよびＬＢはロータ１０の回転に同期して回転することになる。
【０１３１】
また、エネルギー変換装置１のステータ上には、ＤＤ−１、ＤＤ−３およびＤＤ−５の方向にある鉄部材１１の半径方向外方に、冷水流入溝４０−Ｌ２、４０−Ｌ４および４０−Ｌ６がそれぞれ設けられる。冷水手段５０の冷水吹出し口ＬＡおよびＬＢからは冷水が常に流れ出しており、図２７および２８に示すように冷水吹出し口ＬＡおよびＬＢが冷水流入溝４０−Ｌ２、４０−Ｌ４もしくは４０−Ｌ６上に到達したとき、冷水吹出し口ＬＡおよびＬＢから流れ出した冷水は、冷水流入溝４０−Ｌ２、４０−Ｌ４もしくは４０−Ｌ６に流入して冷水移動管４５−Ｌ１および移動管４５を経て低キュリー点磁性体１３に到達し、当該低キュリー点磁性体１３を冷却する。なお、図２３〜２６に示すように冷水吹出し口ＬＡおよびＬＢが冷水流入溝４０−Ｌ１、４０−Ｌ３もしくは４０−Ｌ５上にない場合には、冷水吹出し口ＬＡおよびＬＢから流れ出る冷水が低キュリー点磁性体１３に到達することはない。
【０１３２】
このように、エネルギー変換装置１は、温水吹出し口ＨＡおよびＨＢから流れ出した温水は、温水吹出し口ＨＡおよびＨＢが温水流入溝４０−Ｈ１、４０−Ｈ３もしくは４０−Ｈ５上に到達したときに当該温水流入溝４０−Ｈ１、４０−Ｈ３もしくは４０−Ｈ５に流入し、冷水吹出し口ＬＡおよびＬＢから流れ出した冷水は、冷水吹出し口ＬＡおよびＬＢが冷水流入溝４０−Ｌ２、４０−Ｌ４もしくは４０−Ｌ６上に到達したときに当該冷水流入溝４０−Ｌ２、４０−Ｌ４もしくは４０−Ｌ６に流入する構造を有する。
【０１３３】
図２３の示す状態では、ＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３は、加熱手段５０の温水吹出し口ＨＡから流れ出す温水による加熱が終了した直後であるので、最も温度が高い。このとき、ＤＤ−３およびＤＤ−５の方向にある各低キュリー点磁性体１３は低温の状態にあり、ロータ１０は最も安定な方向に向いている。ロータ１０が図２３に示す位置にある状態では、加熱手段５０の温水吹出し口ＨＡは温水流入溝４０−Ｈ１から外れているのでＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３の過熱は終了し、一方で、冷却手段５１の冷水吹出し口ＬＡは冷水流入溝４０−Ｌ４の上方にあるので、冷水流入溝４０−Ｌ４の近傍にあるすなわちＤＤ−１の方向にある低キュリー点磁性体１３の冷却を開始する。同時に、この時点では、ＤＤ−５の方向にある低キュリー点磁性体１３は加熱手段５０の温水吹出し口ＨＢから流れ出る温水により加熱中にあり、また、ＤＤ−３の方向にある低キュリー点磁性体１３は冷却手段５１の冷水吹出し口ＬＢから流れ出る冷水により冷却中にある。
【０１３４】
以上説明したように、ステータの構成要素の１つである永久磁石について、第１および第２の実施例における永久磁石１２および第３および第４の実施例における永久磁石２２は、バリウムフェライト磁石もしくはストロンチウムフェライト磁石などのフェライト磁石であり、第４および第５の実施例における永久磁石３２は、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石もしくはサマリウム鉄窒素磁石などの希土類磁石である。フェライト磁石については、ストロンチウムフェライト磁石のほうがバリウムフェライト磁石よりも磁束密度が高いが、高価である。また、希土類磁石については、サマリウム系の磁石のほうがネオジム磁石よりも高温時においても強い磁力を維持できるが、高価である。また、希土類磁石は磁束密度が高く非常に磁力が強いことから装置の小型化に大きく寄与するが、高価である。このようなことから、コストや利用環境などを考慮して本発明の第１〜第５の実施例のいずれに従ってエネルギー変換装置を実現するかを決定すれば本発明の利点をより多く享受することができる。
【０１３５】
また、本発明の第１〜第５の実施例およびその変形例では、ステータの構成要素の１つである低キュリー点磁性体については、室温（例えば２５℃）の近傍（例えば３０℃〜６０℃）に予め設定されるが、通常、その組成に依存して約−４０℃〜１５０℃まで変化させることが可能である。したがって、本実施例によるエネルギー変換装置１の設置場所の周辺温度は１５０℃以下であることが好ましい。設置場所の周辺温度は１５０℃より大きい場合、例えば周辺温度が３００度であるような利用環境においては、本発明によるエネルギー変換装置１ではなく、水蒸気ガスタービンを用いることが考えられる。ただし、ステータの構成要素の１つである永久磁石としてキュリー点が例えば８００℃前後のものを用いれば、設定される低キュリー点磁性体のキュリー点を３００℃として本発明によるエネルギー変換装置を実現することが可能であるので、本発明においては、低キュリー点磁性体のキュリー点は永久磁石のキュリー点よりも低ければよい。
【０１３６】
上述の第１〜第５の実施例およびその変形例によるエネルギー変換装置と発電機とを組み合わせ、エネルギー変換装置の回転力で発電機を回転させれば、熱エネルギーを電気エネルギーに変換することも可能である。
【０１３７】
また例えば、低キュリー点磁性体１３、２３もしくは３３上に設けられた流入口４２および流出口４３に、加熱もしくは冷却用の媒体を循環させる場合、この媒体を循環させるための動力として、ロータ１０の回転力の一部を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明は、熱エネルギーを機械エネルギーに効率よく変換するためのエネルギー変換装置に適用可能であり、またさらに、このエネルギー変換装置を発電機と組み合わせれば、例えば太陽熱発電機などにも適用可能である。
【符号の説明】
【０１３９】
１    エネルギー変換装置
１０    ロータ
１０−１    ロータ基部
１０−２、１０−２−１、１０−２−２、１０−２−３、１０−２−４    ロータ用永久磁石
１０−３、１０−３−１、１０−３−２、１０−３−３、１０−３−４    ロータ磁極
１１    鉄部材
１１−１    磁極部
１１−２    枝部
１１−３、３１−３    結合部
１２、１２−１、１２−２、２２、３２    永久磁石
１３、２３、３３    低キュリー点磁性体
３１    第１の鉄部材
３１−１    磁極部
３１−２    延長部
３１−２−１    第１の延長部
３１−２−２    第２の延長部
３４    第２の鉄部材
４０−Ｈ１、４０−Ｈ３および４０−Ｈ５    温水流入溝
４０−Ｌ２、４０−Ｌ４および４０−Ｌ６    冷水流入溝
４１    空隙
４２    流入口
４３    流出口
４４−１、４４−３    管
４４−２    外部経路
４５    移動管
４５−Ｈ１    温水移動管
４５−Ｌ４    冷水移動管
５０    加熱手段
５１    冷却手段
ＨＡ、ＨＢ    加熱ポイント
ＬＡ、ＬＢ    冷却ポイント
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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