本發(fā)明涉及一種用于將旋轉軸的動能轉換為熱能并進行回收的發(fā)熱裝置,特別是,涉及一種使用永磁體(以下簡稱為“磁體”)、并利用了在來自磁體的磁場的作用下產生的渦流的渦流式發(fā)熱裝置。
背景技術:
近年,伴隨著化石燃料的燃燒而導致的二氧化碳的產生被視為問題。因此,太陽熱能、風能、水能等這樣的自然能的利用得到推進。在自然能中,風能、水能等也是流體的動能。以往,利用流體動能進行了發(fā)電。
例如,在通常的風力發(fā)電設備中,葉輪接受風力并旋轉。葉輪的旋轉軸連結于發(fā)電機的輸入軸,發(fā)電機的輸入軸隨著葉輪的旋轉而旋轉。由此,利用發(fā)電機發(fā)電。即,在通常的風力發(fā)電設備中,將風能轉換為葉輪的旋轉軸的動能,并將該旋轉軸的動能轉換為電能。
在日本特開2011-89492號公報(專利文獻1)中提出有一種謀求提高能量的利用效率的風力發(fā)電設備。專利文獻1的發(fā)電設備為了在自風能向電能的轉換過程中產生熱能,而設有發(fā)熱裝置(專利文獻1的減速裝置30)。
在專利文獻1的發(fā)電設備中,將風能轉換為葉輪的旋轉軸的動能,并將該旋轉軸的動能轉換為液壓泵的液壓能。利用液壓能,使液壓馬達旋轉。液壓馬達的主軸連結于發(fā)熱裝置的旋轉軸,該發(fā)熱裝置的旋轉軸連結于發(fā)電機的輸入軸。隨著液壓馬達的旋轉,發(fā)熱裝置的旋轉軸旋轉,并且,發(fā)電機的輸入軸旋轉,而利用發(fā)電機發(fā)電。
發(fā)熱裝置利用在來自永磁體的磁場的作用下產生的渦流使發(fā)熱裝置的旋轉軸的轉速減速。由此,使液壓馬達的主軸的轉速減速,伴隨于此,借助液壓泵調整葉輪的轉速。
另外,在發(fā)熱裝置中,通過產生渦流,而產生使旋轉軸的轉速減速的制動力,同時,產生熱。即,風能的一部分被轉換為熱能。在專利文獻1中設定為:該熱(熱能)被蓄熱裝置回收,利用被回收的熱能驅動原動機,通過驅動該原動機,而驅動發(fā)電機,其結果,利用發(fā)電機發(fā)電。
現(xiàn)有技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本特開2011-89492號公報
技術實現(xiàn)要素:
發(fā)明要解決的問題
專利文獻1的風力發(fā)電設備在作為旋轉軸的葉輪與發(fā)熱裝置之間設有液壓泵和液壓馬達。因此,設備的構造變得復雜。另外,由于需要多級的能量轉換,因此,能量的轉換損耗明顯。伴隨于此,由發(fā)熱裝置獲得的熱能也變小。
另外,在專利文獻1的發(fā)熱裝置的情況下,多個磁體與圓筒狀的轉子的內周面相對,并沿圓周方向排列。這些磁體的磁極(n極、s極)沿圓周方向配置,且在圓周方向上相鄰的磁體彼此之間磁極的配置一致。因此,來自磁體的磁場未擴大,而到達轉子的磁通密度較少。于是,實際上在來自磁體的磁場的作用下在轉子上產生的渦流變小,而無法獲得充分的發(fā)熱。
本發(fā)明即是鑒于上述的實際情況而做成的。本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效地將旋轉軸的動能轉換為熱能并進行回收的渦流式發(fā)熱裝置。
用于解決問題的方案
根據(jù)本發(fā)明的一實施方式,渦流式發(fā)熱裝置包括:
旋轉軸,其以能夠旋轉的方式支承于非旋轉部;
發(fā)熱構件,其固定于所述非旋轉部;
多個永磁體,其以與所述發(fā)熱構件空開間隙的方式與所述發(fā)熱構件相對,在互相相鄰的所述永磁體彼此之間磁極的配置交替地變化;
磁體保持構件,其用于保持所述永磁體,并被固定于所述旋轉軸;以及
熱回收機構,其用于回收由所述發(fā)熱構件產生的熱,
在所述發(fā)熱構件與所述永磁體之間的所述間隙設有非磁性的分隔壁。
發(fā)明的效果
采用本發(fā)明的渦流式發(fā)熱裝置,與發(fā)熱構件相對的磁體的磁極的配置在互相相鄰的磁體彼此之間交替地變化。因此,來自磁體的磁場擴大,到達發(fā)熱構件的磁通密度增多。由此,在來自磁體的磁場的作用下在發(fā)熱構件上產生的渦流變大,而能夠獲得充分的發(fā)熱。因而,采用本發(fā)明,能夠有效地將旋轉軸的動能轉換為熱能并進行回收。另外,在本發(fā)明的渦流式發(fā)熱裝置中,通過在發(fā)熱構件與永磁體之間的間隙設置非磁性的分隔壁,能夠抑制磁體的溫度上升。其結果,能夠抑制裝置的劣化。
附圖說明
圖1是第1實施方式的發(fā)熱裝置的縱剖視圖。
圖2是第1實施方式的發(fā)熱裝置的橫剖視圖。
圖3是表示第1實施方式的發(fā)熱裝置中的發(fā)熱構件的較佳的形態(tài)的一個例子的橫剖視圖。
圖4是第2實施方式的發(fā)熱裝置的橫剖視圖。
圖5是第3實施方式的發(fā)熱裝置的縱剖視圖。
圖6是第4實施方式的發(fā)熱裝置的縱剖視圖。
圖7是第5實施方式的發(fā)熱裝置的縱剖視圖。
圖8是第6實施方式的發(fā)熱裝置的縱剖視圖。
具體實施方式
以下,說明本發(fā)明的實施方式。另外,在以下的說明中,舉例說明本發(fā)明的實施方式,但本發(fā)明并不限定于以下說明的例子。在以下的說明中,存在例示具體的數(shù)值、材料的情況,但只要能夠獲得本發(fā)明的效果即可,還可以應用其他的數(shù)值、材料。
本發(fā)明的一實施方式的渦流式發(fā)熱裝置包括旋轉軸、發(fā)熱構件、多個永磁體、磁體保持構件以及熱回收機構。旋轉軸以能夠旋轉的方式支承于非旋轉部。發(fā)熱構件固定于所述非旋轉部。多個永磁體以與所述發(fā)熱構件空開間隙的方式與所述發(fā)熱構件相對,在互相相鄰的永磁體彼此之間磁極的配置交替地變化。磁體保持構件用于保持所述永磁體,并被固定于所述旋轉軸。熱回收機構用于回收由所述發(fā)熱構件產生的熱。
發(fā)熱構件的至少一部分由能產生電磁感應的材料(具體而言為導電性材料)形成。優(yōu)選的是,發(fā)熱構件中至少靠磁體側的部分由能產生電磁感應的材料形成。發(fā)熱構件的具體的材料的例子見后述。
根據(jù)本實施方式的渦流式發(fā)熱裝置,與發(fā)熱構件相對的磁體的磁極的配置在互相相鄰的磁體彼此之間交替地變化,因此,來自磁體的磁場擴大,到達發(fā)熱構件的磁通密度增多。由此,在來自磁體的磁場的作用下在發(fā)熱構件上產生的渦流變大,而能夠獲得充分的發(fā)熱。因而,能夠有效地將旋轉軸的動能轉換為熱能并進行回收。
在上述的發(fā)熱裝置中,優(yōu)選的是,在所述發(fā)熱構件與所述永磁體之間的所述間隙設有非磁性的分隔壁。該情況下,優(yōu)選的是,在所述發(fā)熱構件與所述分隔壁之間填充絕熱材料,或使所述發(fā)熱構件與所述分隔壁之間成為真空狀態(tài)。
在分隔壁不與磁體一起旋轉的情況下,分隔壁優(yōu)選由導電性較低的材料(包含非導電性材料在內)形成。導電性較低的材料的例子中包含導電率為5×106s/m以下(例如1s/m以下、10-6s/m以下、或10-10s/m以下)的材料。分隔壁的材料的例子包含奧氏體類不銹鋼、peek樹脂等高耐熱性樹脂以及陶瓷。分隔壁的靠發(fā)熱構件側的平面可以設為平滑度較高的鏡面。由此,能夠抑制熱自發(fā)熱構件向磁體移動。
上述的發(fā)熱裝置也可以包括配置于發(fā)熱構件的周圍的罩。通過使用這樣的罩,能夠抑制由發(fā)熱構件產生的熱被散熱。從抑制散熱的觀點來看,罩優(yōu)選由絕熱性較高的材料形成。另外,從抑制散熱的觀點來看,可以在發(fā)熱構件與罩之間填充絕熱材料,或使發(fā)熱構件與罩之間成為真空狀態(tài)。在發(fā)熱構件為圓筒狀的情況下,可以以覆蓋圓筒狀的發(fā)熱構件的外周面的方式配置罩。另外,在發(fā)熱構件為圓板狀的情況下,可以以覆蓋發(fā)熱構件的面中與磁體所在側相反的那一側的面的方式配置罩。另外,還可以以隔著發(fā)熱構件的方式配置罩和分隔壁。在本發(fā)明的裝置的一個例子中,罩還可以與其他的構件(例如分隔壁及其它的構件)一起覆蓋整個發(fā)熱構件的周圍。
在上述的發(fā)熱裝置中,能夠采用這樣的結構:所述熱回收機構包括:通路,其形成于所述發(fā)熱構件的內部;配管,其分別連接于所述通路的入口和出口;蓄熱裝置,其連接于所述各配管;以及熱介質,其在所述通路、所述配管以及所述蓄熱裝置之間循環(huán)。蓄熱裝置沒有特殊限定,可以使用能夠存儲由熱介質運送來的熱能的公知的蓄熱裝置。熱介質沒有特殊限定,可以使用公知的熱介質。熱介質的例子為硝酸鹽系的熔融鹽(例如硝酸鈉60%和硝酸鉀40%的混合鹽)。除此以外,熱介質還可以應用熱介質油、水(蒸氣)、空氣、超臨界co2等。
上述發(fā)熱裝置可以是將利用流體動能旋轉的所述旋轉軸的動能轉換為熱能并進行回收的裝置。流體動能的例子中包含風力、水力等自然能。由自然能帶來的動能并不恒定,而在上述發(fā)熱裝置中,即使是不恒定的動能,也能夠在不大幅度降低效率的前提下轉換為熱能。
在上述的發(fā)熱裝置中,優(yōu)選的是,設有用于冷卻所述永磁體的冷卻機構。
在上述的發(fā)熱裝置中,能夠采用這樣的結構:所述發(fā)熱構件為圓筒狀,所述永磁體與所述發(fā)熱構件的內周面相對并沿圓周方向排列,磁極沿徑向配置,且在圓周方向上相鄰的所述永磁體彼此之間磁極的配置交替地變化。該情況下,優(yōu)選的是,所述磁體保持構件包含圓筒構件,在該圓筒構件的外周面上保持所述永磁體,所述圓筒構件為強磁性體。磁體保持構件所使用的強磁性體的材料的例子中包含強磁性金屬材料(例如碳鋼、鑄鐵等)。
在上述的發(fā)熱裝置中,能夠采用這樣的結構:所述發(fā)熱構件為圓筒狀,所述永磁體與所述發(fā)熱構件的內周面相對并沿圓周方向排列,磁極沿圓周方向配置,且在圓周方向上相鄰的所述永磁體彼此之間磁極的配置交替地變化。該情況下,優(yōu)選的是,所述磁體保持構件包含圓筒構件,在該圓筒構件的外周面上保持所述永磁體,所述圓筒構件為非磁性體,在圓周方向上相鄰的所述永磁體之間設有磁極片。磁體保持構件所使用的非磁性體的材料的例子中包含非磁性金屬材料(例如鋁合金、奧氏體類不銹鋼、銅合金等)。
在上述的發(fā)熱裝置中,能夠采用這樣的結構:所述發(fā)熱構件為圓筒狀,所述永磁體與所述發(fā)熱構件的內周面相對并沿軸線方向排列,磁極沿軸線方向配置,且在軸線方向上相鄰的所述永磁體彼此之間磁極的配置交替地變化。該情況下,優(yōu)選的是,所述磁體保持構件包含圓筒構件,在該圓筒構件的外周面上保持所述永磁體,所述圓筒構件為非磁性體,在軸線方向上相鄰的所述永磁體之間、以及軸線方向上的所述永磁體的排列的兩端設有磁極片。
在上述的發(fā)熱裝置中,能夠采用這樣的結構:所述發(fā)熱構件為圓板狀,所述永磁體與所述發(fā)熱構件的主表面相對并沿圓周方向排列,磁極沿軸線方向配置,且在圓周方向上相鄰的所述永磁體彼此之間磁極的配置交替地變化。該情況下,能夠采用這樣的結構:所述磁體保持構件包含圓板構件,在該圓板構件的與所述發(fā)熱構件的所述主表面相對的面上保持所述永磁體,所述圓板構件為強磁性體。
在上述的發(fā)熱裝置中,能夠采用這樣的結構:所述發(fā)熱構件為圓板狀,所述永磁體與所述發(fā)熱構件的主表面相對并沿圓周方向排列,磁極沿圓周方向排列,且在圓周方向上相鄰的所述永磁體彼此之間磁極的配置交替地變化。該情況下,優(yōu)選的是,所述磁體保持構件包含圓板構件,在該圓板構件的與所述發(fā)熱構件的所述主表面相對的面上保持所述永磁體,所述圓板構件為非磁性體,在圓周方向上相鄰的所述永磁體之間設有磁極片。
在上述的發(fā)熱裝置中,能夠采用這樣的結構:所述發(fā)熱構件為圓板狀,所述永磁體與所述發(fā)熱構件的主表面相對并沿徑向排列,磁極沿徑向排列,且在徑向上相鄰的所述永磁體彼此之間磁極的配置交替地變化。該情況下,優(yōu)選的是,所述磁體保持構件包含圓板構件,在該圓板構件的與所述發(fā)熱構件的所述主表面相對的面上保持所述永磁體,所述圓板構件為非磁性體,在徑向上相鄰的所述永磁體之間以及徑向上的所述永磁體的排列的兩端設有磁極片。
另外,相比于將發(fā)熱構件設為圓板狀的裝置,將發(fā)熱構件設為圓筒狀的裝置存在容易將發(fā)熱構件與永磁體之間的相對速度設為高速且恒定、發(fā)熱效率優(yōu)異這樣的優(yōu)點。另外,相比于將發(fā)熱構件設為圓板狀的裝置,將發(fā)熱構件設為圓筒狀的裝置存在容易使裝置小型化的優(yōu)點。
在上述發(fā)熱裝置中,所述發(fā)熱構件可以由一種以上的導電性磁性材料形成。
在上述發(fā)熱裝置中,可以是,所述發(fā)熱構件至少由導電性強磁性材料和導電性非磁性材料形成,導電性非磁性材料靠近所述永磁體。導電性強磁性材料的例子中包含后述的導電性的強磁性金屬材料。導電性非磁性材料的例子中包含后述的導電性的非磁性金屬材料。
上述的發(fā)熱裝置能夠搭載于風力發(fā)電設備、水力發(fā)電設備等那樣利用了流體動能(例如風力、水力等自然能)的發(fā)電設備。例如,通過將公知的風力發(fā)電設備、水力發(fā)電設備的發(fā)電裝置部分替換為上述的發(fā)熱裝置,能夠生成熱能。因此,除發(fā)熱裝置以外的部分能夠應用公知的發(fā)電設備的結構。另外,上述的發(fā)熱裝置能夠搭載于車輛。在任何情況下,發(fā)熱裝置都將旋轉軸的動能轉換為熱能并進行回收。回收到的熱能可以用于生成電能。
以下,詳細說明本發(fā)明的渦流式發(fā)熱裝置的實施方式。
第1實施方式
圖1是第1實施方式的發(fā)熱裝置的縱剖視圖。圖2是第1實施方式的發(fā)熱裝置的橫剖視圖。在圖1和圖2中例示搭載于風力發(fā)電設備的發(fā)熱裝置1。第1實施方式的發(fā)熱裝置1包括旋轉軸3、發(fā)熱構件4、多個永磁體5以及磁體保持構件6。旋轉軸3借助軸承7以能夠旋轉的方式支承于作為非旋轉部的固定的主體2。
發(fā)熱構件4為以旋轉軸3為軸心的圓筒狀,固定于主體2。磁體保持構件6配置于發(fā)熱構件4的內側,并固定于旋轉軸3。磁體保持構件6包含以旋轉軸3為軸心的圓筒構件6a、以及將該圓筒構件6a和旋轉軸3連接起來的圓板狀的連結構件6b。圓筒構件6a保持磁體5。為了輕量化以及進行冷卻,在連結構件6b上設有多個通孔6c。
磁體5固定于圓筒構件6a的外周面,并以與發(fā)熱構件4的內周面空開間隙的方式與發(fā)熱構件4的內周面相對。在此,如圖2所示,磁體5沿著圓周方向排列。這些磁體5的磁極(n極、s極)沿徑向配置,且在圓周方向上相鄰的磁體5彼此之間磁極的配置交替地變化。在第1實施方式的情況下,直接保持磁體5的圓筒構件6a的材質為強磁性材料。
發(fā)熱構件4的材質、特別是與磁體5相對的內周面的表層部的材質為導電性材料。作為導電性材料,可列舉出強磁性金屬材料(例如碳鋼、鑄鐵等)、弱磁性金屬材料(例如鐵素體類不銹鋼等)或非磁性金屬材料(例如鋁合金、奧氏體類不銹鋼、銅合金等)。
另外,在發(fā)熱構件4的外側以包圍發(fā)熱構件4的整體的方式配置有圓筒狀的罩8。該罩8固定于主體2。利用罩8能夠抑制自發(fā)熱構件4的散熱。
當旋轉軸3旋轉時,磁體5與旋轉軸3一體旋轉(參照圖1中的空心箭頭)。由此,在磁體5與發(fā)熱構件4之間產生相對的轉速差。此時,如圖2所示,關于與發(fā)熱構件4的內周面相對的磁體5,磁極(n極、s極)沿徑向配置,且在圓周方向上相鄰的磁體5彼此之間磁極的配置交替地變化。另外,保持磁體5的圓筒構件6a為強磁性體。
因此,來自磁體5的磁通(磁場)成為以下這樣的狀態(tài)。從互相相鄰的磁體5中的一個磁體5的s極出來的磁通到達與該磁體5相對的發(fā)熱構件4。到達了發(fā)熱構件4的磁通到達另一個磁體5的n極。從另一個磁體5的s極出來的磁通穿過圓筒構件6a到達一個磁體5的n極。也就是說,在圓周方向上相鄰的磁體5彼此、保持磁體5的圓筒構件6a以及發(fā)熱構件4之間形成有由磁體5產生的磁路。這樣的磁路以交替地使該磁通的朝向成為相反朝向的方式形成于整個圓周方向上。于是,來自磁體5的磁場擴大,到達發(fā)熱構件4的磁通密度增多。
在磁體5與發(fā)熱構件4之間產生了相對的轉速差的狀態(tài)下,在自磁體5向發(fā)熱構件4作用有磁場時,在發(fā)熱構件4的內周面產生渦流。利用該渦流與來自磁體5的磁通密度之間的相互作用,按照弗萊明的左手定則,在與旋轉軸3一體旋轉的磁體保持構件6上產生與旋轉方向相反的朝向的制動力。
另外,由于產生渦流,因而在產生制動力的同時,在發(fā)熱構件4上產生熱。如上所述,由于到達發(fā)熱構件4的磁通密度較多,因此,在來自磁體5的磁場的作用下在發(fā)熱構件4上產生的渦流變大,而能夠獲得充分的發(fā)熱。
發(fā)熱裝置1包括熱回收機構,用于回收并利用發(fā)熱構件4所產生的熱。在第1實施方式中,作為熱回收機構,在發(fā)熱構件4的內部形成有通路10。在該通路10的入口11連接有未圖示的進入側配管,在該通路10的出口12連接有未圖示的排出側配管。進入側配管和排出側配管連接于未圖示的蓄熱裝置。發(fā)熱構件的通路10、進入側配管、排出側配管以及蓄熱裝置形成一個連續(xù)的路徑,熱介質在該路徑中流通并循環(huán)(參照圖1中的實線箭頭)。
發(fā)熱構件4所產生的熱被傳遞給在通路10中流通的熱介質。通路10內的熱介質自通路10的出口12排出,并通過排出側配管被引導到蓄熱裝置。蓄熱裝置通過熱交換從熱介質接收并回收熱,并儲存該熱量。經過了蓄熱裝置的熱介質通過進入側配管而自入口11返回到通路10。由此,發(fā)熱構件4所產生的熱被回收。
在第1實施方式的發(fā)熱裝置1中,如上所述,由于能夠利用發(fā)熱構件4獲得充分的發(fā)熱,因此,能夠有效地將旋轉軸3的動能轉換為熱能并進行回收。
第1實施方式的發(fā)熱裝置1可以搭載于風力發(fā)電設備。例如,可以利用第1實施方式的發(fā)熱裝置1替換風力發(fā)電設備的發(fā)電裝置部分。即,如圖1所示,可以在發(fā)熱裝置1的旋轉軸3的延長線上設置作為風車的葉輪20。葉輪20的旋轉軸21借助軸承25以能夠旋轉的方式支承于固定的主體2。葉輪20的旋轉軸21借助離合器裝置23和增速裝置24連結于發(fā)熱裝置1的旋轉軸3。發(fā)熱裝置1的旋轉軸3伴隨著葉輪20的旋轉軸21的旋轉而旋轉。此時,發(fā)熱裝置1的旋轉軸3的轉速利用增速裝置24而相對于葉輪20的旋轉軸21的轉速增大。增速裝置24例如能夠應用行星齒輪機構。
在這樣的風力發(fā)電設備中,葉輪20接受風力并旋轉(參照圖1的空心箭頭)。發(fā)熱裝置1的旋轉軸3伴隨著葉輪20的旋轉而旋轉,由此,利用發(fā)熱構件4產生熱,所產生的熱被蓄熱裝置回收。即,基于葉輪20的旋轉而產生的發(fā)熱裝置1的旋轉軸3的動能的一部分被轉換為熱能并回收。此時,由于在葉輪20與發(fā)熱裝置1之間不存在專利文獻1的風力發(fā)電設備那樣的液壓泵和液壓馬達,因此,能量的轉換損耗較少。被蓄熱裝置回收的熱例如能夠用于利用熱元件、斯特林發(fā)動機等所進行的發(fā)電。
另外,通過發(fā)熱裝置1的旋轉軸3旋轉,發(fā)熱構件4發(fā)熱,同時,在旋轉軸3上產生使旋轉減速的制動力。由此,借助增速裝置24和離合器裝置23調整葉輪20的轉速。在此,離合器裝置23具有以下的功能。在需要利用發(fā)熱裝置1發(fā)熱的情況下,離合器裝置23連接葉輪20的旋轉軸21和發(fā)熱裝置1的旋轉軸3。由此,將葉輪20的回轉力傳遞到發(fā)熱裝置1。在存儲于蓄熱裝置的熱量達到容許量而不需要利用發(fā)熱裝置1發(fā)熱的情況下、為了維護而使發(fā)熱裝置1停止的情況下等,離合器裝置23切斷葉輪20的旋轉軸21與發(fā)熱裝置1的旋轉軸3之間的連接。由此,葉輪20的回轉力不會傳遞到發(fā)熱裝置1。此時,為了防止葉輪20在風力的作用下自由旋轉,優(yōu)選在葉輪20與離合器裝置23之間設置用于阻止葉輪20的旋轉的摩擦式、電磁式等的制動裝置22。
在第1實施方式的發(fā)熱裝置1中,優(yōu)選的是,在包圍整體的罩8與發(fā)熱構件4之間填充有絕熱材料,或使罩8與發(fā)熱構件4之間成為真空狀態(tài)。這是因為,能夠阻斷來自發(fā)熱的發(fā)熱構件4的散熱,而提高熱的回收效率。
圖3是表示第1實施方式的發(fā)熱裝置中的發(fā)熱構件的較佳的形態(tài)的一個例子的橫剖視圖。在圖3中,將與磁體5相對的發(fā)熱構件4的內周面附近放大表示。如圖3所示,發(fā)熱構件4在基材4a的內周面依次層疊有第1層4b、第2層4c以及抗氧化保護膜層4d。在基材4a上形成有通路10?;?a的材質為熱導率較高的導電性金屬材料(例如銅合金、鋁合金等)。第1層4b的材質為強磁性金屬材料(例如碳鋼、鑄鐵等)。第2層4c的材質為非磁性金屬材料或弱磁性金屬材料,特別期望為導電率高于第1層4b的導電率的材料(例如鋁合金、銅合金等)??寡趸Wo膜層4d例如為ni(鎳)鍍層。
在基材4a與第1層4b之間、第1層4b與第2層4c之間、第2層4c與抗氧化保護膜層4d之間分別層疊有緩沖層4e。緩沖層4e的線膨脹系數(shù)大于相鄰的一個材料的線膨脹系數(shù),且小于另一個材料的線膨脹系數(shù)。這是為了防止各層之間的剝離。緩沖層4e例如為nip(鎳-磷)鍍層。
根據(jù)這樣的層疊構造,在來自磁體5的磁場的作用下在發(fā)熱構件4上產生的渦流變得更大,而能夠獲得較高的制動力和更充分的發(fā)熱。另外,既可以省略第2層4c,也可以省略緩沖層4e。
第2實施方式
圖4是第2實施方式的發(fā)熱裝置的橫剖視圖。圖4所示的第2實施方式的發(fā)熱裝置1以所述第1實施方式的發(fā)熱裝置1的結構為基礎。在后述的第3實施方式~第6實施方式中也相同。第2實施方式的發(fā)熱裝置1主要在磁體5的排列形態(tài)上與所述第1實施方式不同。
如圖4所示,磁體5在圓筒構件6a的外周面上沿著圓周方向排列。這些磁體5的磁極(n極、s極)沿著圓周方向配置,且在圓周方向上相鄰的磁體5彼此之間磁極的配置交替地變化。在第2實施方式的情況下,直接保持磁體5的圓筒構件6a的材質為非磁性材料。在圓周方向上相鄰的磁體5之間設有由強磁性體形成的磁極片9。
在第2實施方式中,來自磁體5的磁通(磁場)成為以下這樣的狀態(tài)。圓周方向上相鄰的磁體5彼此的磁性相同的一極隔著磁極片9相面對。另外,保持磁體5的圓筒構件6a為非磁性體。因此,從兩個磁體5的s極出來的磁通相互排斥,并通過磁極片9到達發(fā)熱構件4。到達了發(fā)熱構件4的磁通通過相鄰的磁極片9到達各自的磁體5的n極。也就是說,在磁體5與磁極片9以及發(fā)熱構件4之間形成由磁體5產生的磁路。這樣的磁路以交替地使其磁通的朝向成為相反朝向的方式形成在整個圓周方向上。由此,來自磁體5的磁場擴大,到達發(fā)熱構件4的磁通密度增多。
因而,在第2實施方式的發(fā)熱裝置1中也起到與所述第1實施方式相同的效果。
第3實施方式
圖5是第3實施方式的發(fā)熱裝置的縱剖視圖。第3實施方式的發(fā)熱裝置1主要在磁體5的排列形態(tài)上與所述第1實施方式不同。
如圖5所示,磁體5在圓筒構件6a的外周面上沿軸線方向排列。磁體5為圓筒狀的磁體。這些磁體5的磁極(n極、s極)沿著軸線方向配置,且在軸線方向上相鄰的磁體5彼此之間磁極的配置交替地變化。與所述第2實施方式同樣的,在第3實施方式的情況下,直接保持磁體5的圓筒構件6a的材質為非磁性材料。在軸線方向上相鄰的磁體5之間設有由強磁性體形成的磁極片9。另外,磁極片9還設于軸線方向上的磁體5的排列的兩端。
在第3實施方式中,來自磁體5的磁通(磁場)成為以下這樣的狀態(tài)。軸線方向上相鄰的磁體5彼此的磁性相同的一極隔著磁極片9相面對。另外,保持磁體5的圓筒構件6a為非磁性體。因此,從兩個磁體5的s極出來的磁通相互排斥,并通過磁極片9到達發(fā)熱構件4。到達了發(fā)熱構件4的磁通通過相鄰的磁極片9到達各自的磁體5的n極。也就是說,在磁體5、磁極片9以及發(fā)熱構件4之間形成由磁體5產生的磁路。這樣的磁路以交替地使其磁通的朝向成為相反朝向的方式形成在整個軸線方向上。由此,來自磁體5的磁場擴大,到達發(fā)熱構件4的磁通密度增多。
因而,第3實施方式的發(fā)熱裝置1也起到與所述第1實施方式相同的效果。
第4實施方式
圖6是第4實施方式的發(fā)熱裝置的縱剖視圖。第4實施方式的發(fā)熱裝置1是通過對所述第1實施方式的發(fā)熱裝置1的結構進行了變形而得到的。
如上所述,利用在發(fā)熱構件4上產生的渦流,使發(fā)熱構件4發(fā)熱。因此,磁體5的溫度因來自發(fā)熱構件4的熱(例如輻射熱)而上升,而可能導致磁體5所保有的磁力下降。于是,期望實施抑制磁體5的溫度上升的手段。
第4實施方式的發(fā)熱裝置1著眼于抑制磁體5的溫度上升這一方面,而設有用于冷卻磁體5的冷卻機構。即,如圖6所示,第4實施方式的發(fā)熱裝置1在與保持磁體5的圓筒構件6a在軸線方向上相鄰的位置設有葉輪30。葉輪30固定于旋轉軸3或磁體保持構件6。另外,在主體2上設有吸入口31,該吸入口31用于向磁體5和磁體保持構件6所存在的空間(以下也稱為“磁體存在空間”)導入外部的空氣。而且,在主體2上設有排出口32,該排出口32用于自磁體存在空間向外部排出空氣。另外,在圖6中,示出了排出口32貫通主體2和發(fā)熱構件4的形態(tài)。
根據(jù)這樣的結構,當旋轉軸3旋轉時,葉輪30與旋轉軸3一體旋轉。由此,將外部的空氣自吸入口31導入磁體存在空間(參照圖6中的虛線箭頭)。被導入到磁體存在空間的空氣被葉輪30朝向磁體5送出,并在磁體5的附近區(qū)域流通。此時,將磁體5冷卻。冷卻了磁體5的空氣自排出口32被排出到外部(參照圖6中的虛線箭頭)。由此,能夠強制性地冷卻磁體5,而抑制磁體5的溫度上升。
這樣的磁體冷卻機構還能夠應用于所述第2實施方式和第3實施方式的發(fā)熱裝置1。
第5實施方式
圖7是第5實施方式的發(fā)熱裝置的縱剖視圖。與所述第4實施方式同樣的,第5實施方式的發(fā)熱裝置1著眼于抑制磁體5的溫度上升這一方面,是對所述圖6所示的第4實施方式的發(fā)熱裝置1的結構進行了變形而得到的。
如圖7所示,除了所述第4實施方式的磁體冷卻機構以外,第5實施方式的發(fā)熱裝置1在發(fā)熱構件4與磁體5之間的間隙設有圓筒狀的分隔壁15。該分隔壁15固定于主體2。分隔壁15的材質為非磁性材料,且是低導電性材料或非導電性材料。這是為了防止對由磁體5產生的作用于發(fā)熱構件4的磁場產生不良影響。另外,這是為了使分隔壁15即使在分隔壁15與磁體5相對移動的情況下也不會發(fā)熱。另外,在圖7中,示出了分隔壁15的兩端部中一端部固定于主體2、另一端部固定于發(fā)熱構件4的形態(tài)。示出了排出口32在與該分隔壁15錯開的位置貫通主體2和發(fā)熱構件4的形態(tài)。
根據(jù)這樣的結構,除了像所述第4實施方式那樣能夠強制冷卻磁體5以外,還能夠利用分隔壁15阻斷來自發(fā)熱構件4的熱(例如輻射熱)。由此,能夠防止磁體5的溫度上升。另外,在第5實施方式的情況下,優(yōu)選的是,在發(fā)熱構件4與分隔壁15之間填充絕熱材料,或使發(fā)熱構件4與分隔壁15之間成為真空狀態(tài)。這是為了能夠更可靠地阻斷來自發(fā)熱構件4的熱。
當然,在第5實施方式的情況下,還可以省略所述第4實施方式的磁體冷卻機構。當然,第5實施方式的分隔壁15能夠應用于本發(fā)明的其他的發(fā)熱裝置。例如,分隔壁15能夠應用于所述第1實施方式、第2實施方式以及第3實施方式的發(fā)熱裝置1。另外,在后述的、發(fā)熱構件為圓板狀的實施方式中也能夠應用分隔壁。在該情況下的典型的一個例子中,在圓板狀的發(fā)熱構件與圓板狀的磁體保持構件之間配置圓板狀的分隔壁。
第6實施方式
圖8是第6實施方式的發(fā)熱裝置的縱剖視圖。與所述第4實施方式同樣的,第6實施方式的發(fā)熱裝置1著眼于抑制磁體5的溫度上升這一方面,是對所述圖7所示的第5實施方式的發(fā)熱裝置1的結構進行了變形而得到的。
如圖8所示,第6實施方式的發(fā)熱裝置1作為磁體冷卻機構而包括以下的結構。在磁體存在空間的吸入口31連接有吸入側配管33,在磁體存在空間的排出口32連接有排出側配管34。吸入側配管33和排出側配管34連接于換熱器35。磁體存在空間、吸入側配管33、排出側配管34以及換熱器35形成一個連續(xù)的路徑,冷卻介質在該路徑中流通并循環(huán)(參照圖8中的虛線箭頭)。在該路徑中設有用于輸送冷卻介質的泵36。
根據(jù)這樣的結構,通過驅動泵36,將冷卻介質自吸入口31導入到磁體存在空間(參照圖8中的虛線箭頭)。導入到磁體存在空間的冷卻介質在磁體5的附近區(qū)域流通。此時,磁體5被冷卻。將磁體5冷卻后的冷卻介質自排出口32排出到排出側配管34(參照圖8中的虛線箭頭)。被排出到排出側配管34的冷卻介質利用換熱器35冷卻,并輸送到吸入側配管33。由此,能夠利用冷卻介質強制性地冷卻磁體5,而抑制磁體5的溫度上升。
在第6實施方式的情況下,冷卻介質利用泵36的驅動力而進行移動,因此,可以省略葉輪30。但是,葉輪30在朝向磁體5輸送冷卻介質時是有用的。另外,在第6實施方式的情況下,可以省略分隔壁15。但是,分隔壁15在防止發(fā)熱構件4不小心被冷卻介質冷卻時是有用的。當然,第6實施方式的磁體冷卻機構能夠應用于本發(fā)明的其他的發(fā)熱裝置。例如,第6實施方式的磁體冷卻機構能夠應用于所述第1實施方式、第2實施方式以及第3實施方式的發(fā)熱裝置1。另外,在后述的、發(fā)熱構件為圓板狀的實施方式中也能夠應用磁體冷卻機構。
另外,本發(fā)明并不限定于上述的實施方式,在不偏離本發(fā)明的主旨的范圍內,能夠進行各種變更。例如,在上述的實施方式中,發(fā)熱構件4設為圓筒狀,代替于此,還可以設為以旋轉軸3為軸心的圓板狀。該情況下,磁體保持構件6也設為以旋轉軸3為軸心的圓板狀。該圓板構件與圓板狀的發(fā)熱構件的主表面(軸線方向上的兩面中的一面)相對,并在與該主表面相對的面保持磁體5。由此,磁體以與發(fā)熱構件的主表面空開間隙的方式與發(fā)熱構件的主表面相對。該情況下,磁體5的排列形式例如成為以下的三種形態(tài)。
第1排列形態(tài)以所述第1實施方式為基準。在第1排列形態(tài)中,磁體沿圓周方向排列。這些磁體的磁極(n極、s極)沿軸線方向配置,且在圓周方向上相鄰的磁體彼此之間磁極的配置交替地變化。該情況下,直接保持磁體的圓板構件的材質為強磁性材料。
第2排列形態(tài)以所述第2實施方式為基準。在第2排列形態(tài)中,磁體沿圓周方向排列。這些磁體的磁極(n極、s極)沿圓周方向配置,且在圓周方向上相鄰的磁體彼此之間磁極的配置交替地變化。該情況下,直接保持磁體的圓板構件的材質為非磁性材料。在圓周方向上相鄰的磁體之間設有由強磁性體形成的磁極片。
第3排列形態(tài)以所述第3實施方式為基準。在第3排列形態(tài)中,磁體具有環(huán)狀的形狀,沿徑向以同心圓狀排列。這些磁體的磁極(n極、s極)沿徑向配置,且在徑向上相鄰的磁體彼此之間磁極的配置交替地變化。該情況下,直接保持磁體的圓板構件的材質為非磁性材料。在徑向上相鄰的磁體之間設有由強磁性體形成的磁極片。另外,磁極片還設于配置在徑向上的排列的兩端的磁體的端部。
上述的發(fā)熱裝置不僅能夠搭載于風力發(fā)電設備,還能夠搭載于水力發(fā)電設備等那樣利用了流體動能的發(fā)電設備。
另外,上述的發(fā)熱裝置能夠搭載于車輛(例如貨車、公共汽車等)。該情況下,上述的發(fā)熱裝置既可以相對于作為輔助制動器的渦流式減速裝置獨立的設置,也可以兼用作輔助制動器。在兼用作輔助制動器的情況下,設置在制動和非制動之間進行切換的開關機構即可。在上述的發(fā)熱裝置用作輔助制動器(減速裝置)的情況下,用于使傳動軸、驅動軸等那樣的旋轉軸的轉速減速。由此,能夠調整車輛的行駛速度。此時,在產生用于使旋轉軸的轉速減速的制動力的同時,產生熱。利用搭載于車輛的發(fā)熱裝置回收到的熱例如被用作用于對車身內進行供暖的供暖機的熱源、或被用作用于對集裝箱內進行冷卻的冷凍機的熱源。
產業(yè)上的可利用性
本發(fā)明的渦流式發(fā)熱裝置對于風力發(fā)電設備、水力發(fā)電設備等那樣利用了流體動能的發(fā)電設備、以及貨車、公共汽車等車輛是有用的。
附圖標記說明
1、渦流式發(fā)熱裝置;2、主體;3、旋轉軸;4、發(fā)熱構件;4a、基材;4b、第1層;4c、第2層;4d、抗氧化保護膜層;4e、緩沖層;5、永磁體;6、磁體保持構件;6a、圓筒構件;6b、連結構件;6c、通孔;7、軸承;8、罩;9、磁極片;10、通路;11、入口;12、出口;15、分隔壁;20、葉輪;21、旋轉軸;22、制動裝置;23、離合器裝置;24、增速裝置;25、軸承;30、葉輪;31、吸入口;32、排出口;33、吸入側配管;34、排出側配管;35、換熱器;36、泵。