JP2004190853A

JP2004190853A - マグネット式クラッチ装置

Info

Publication number: JP2004190853A
Application number: JP2003367937A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Inoue; 洋井上; Masaru Shiozaki; 賢塩崎
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2004-07-08
Also published as: US6935477B2; CN1309967C; KR100518492B1; US20040118656A1; KR20040047690A; CN1512086A; DE10355378A1

Abstract

【課題】永久磁石と電磁クラッチの磁束の方向を切替制御することにより、ファンの回転速度を任意に変化させることができるマグネット式ファンクラッチ装置を提供する。
【解決手段】永久磁石を用いたマグネットカップリングと電磁クラッチを一体化したマグネット式クラッチ装置において、永久磁石回転体にマグネティック・ループエレメントを組込み、電磁クラッチの磁束方向を切り替え制御することによりファン等の回転速度を可変となしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般産業用伝動装置の可変トルククラッチ用や、車両用内燃機関に適用される冷却ファンを回転制御する低騒音のマグネット式ファンクラッチ装置等に関する。

車両用内燃機関などに適用される冷却ファンを回転制御するファンクラッチとして、マグネットカップリングと電磁クラッチを一体化したマグネット式ファンクラッチ装置がある（特許文献１等参照）。この種のマグネット式ファンクラッチ装置は、マグネットカップリングと電磁クラッチとが組合され、ファンがマグネットカップリング側に取付けられたもので、具体的には、例えば駆動軸または固定軸に支承された励磁コイル内蔵のクラッチロータと、アーマチャーとからなる回転可能な電磁クラッチと、外周にファンが取着された永久磁石回転体および該永久磁石と僅かなギャップを隔てて対向するごとく配置したヒステリシス材または導体を有し、前記永久磁石とヒステリシス材または導体間に働く吸引作用により当該永久磁石回転体と前記円板が一体に回転する仕組みとなしたマグネットカップリングとから構成され、前記電磁クラッチにより前記マグネットカップリングがＯＮ／ＯＦＦ制御される仕組みとなしたものである。

このような構成のマグネット式ファンクラッチ装置の場合は、電磁クラッチの励磁コイルに通電（ＯＮ）するとアーマチャーが吸引されてクラッチロータに吸着し該クラッチロータとアーマチャーおよび、円板または従動側ハウジングが一体に回転することにより、マグネットカップリングによりファンが回転する仕組みとなしたもので、電磁クラッチをＯＮ／ＯＦＦさせることによりファン回転をコントロールすることができること、電磁クラッチは冷却水温、スロットル開度、エンジンの回転速度、エアコンスイッチに連動させてＯＮ／ＯＦＦ制御するので、精度よくかつ安定してファン回転を制御することができること、さらにマグネットカップリングによりファンが回転する時、マグネットカップリングは、永久磁石の磁力により回転トルクを伝達しているためスリップしてクッションスタートとなるため、電磁クラッチがＯＮに入った時負荷が小さく、マグネットカップリングのないファンクラッチ装置に比べファン騒音を著しく低減できるという効果が得られる等の優れた効果を奏する。
特開平２００２−１９５３０３号公報

しかるに、従来のマグネット式ファンクラッチ装置は、マグネットカップリングが永久磁石回転体と、該回転体に装着された永久磁石とで構成され、永久磁石と電磁クラッチの磁束の方向を切替制御することができないため、ファンの回転速度を任意に変化させることができないという欠点があった。
本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、永久磁石と電磁クラッチの磁束の方向を切替制御することにより、ファン等の出力軸の回転速度を任意に変化させることができるマグネット式クラッチ装置を提供しようとするものである。

本発明に係るマグネット式クラッチ装置は、マグネットカップリングと電磁クラッチとが組合されたマグネット式クラッチ装置であって、入力軸に固定されたクラッチロータ内に設けられた励磁コイルとから構成された電磁クラッチと、出力軸に軸受装置を介して回転可能に支承された永久磁石回転体および該回転体に前後動可能に保持されたアーマチャー、前記出力軸に固定された円板、前記永久磁石回転体に装着された永久磁石と僅かなギャップを隔てて対向するごとく前記円板に取付けられた導体またはヒステリシス材を有し、前記永久磁石と導体またはヒステリシス材間に働く吸引作用により当該永久磁石回転体と前記円板が一体に回転する仕組みとなしたマグネットカップリングとから構成され、前記電磁クラッチにより前記マグネットカップリングがＯＮ／ＯＦＦ制御される仕組みとなしたマグネット式クラッチ装置において、前記永久磁石回転体に装着する永久磁石を周方向に多極とし、各Ｓ極およびＮ極の内周側および外周側で周方向に交互にマグネティック・ループエレメントを組込み、前記電磁クラッチの磁束方向を切り替え制御することにより前記円板の回転速度を可変となしたことを特徴とするものである。ここで、前記アーマチャーは、前記回転体に板ばねにて所定距離だけ前後動可能に保持されていることを特徴とし、前記永久磁石回転体は、軸受装置により前記出力軸に回転可能に支承されていることを特徴とするものである。

また、本発明は、マグネットカップリングと電磁クラッチとが組合され、ファンがマグネットカップリング側に取付けられたマグネット式ファンクラッチ装置であって、固定軸に軸受装置を介して回転可能に支承されたクラッチロータと、該ロータ内に設けられた励磁コイルとから構成された電磁クラッチと、前記固定軸に軸受装置を介して回転可能に支承された永久磁石回転体および該回転体に前後動可能に保持されたアーマチャー、前記永久磁石回転体に軸受装置を介して回転可能に支承されたファン付き円板、前記永久磁石回転体に装着された永久磁石と僅かなギャップを隔てて対向するごとく前記円板に取付けられた導体またはヒステリシス材を有し、前記永久磁石と導体またはヒステリシス材間に働く吸引作用により当該永久磁石回転体と前記円板が一体に回転する仕組みとなしたマグネットカップリングとから構成され、前記電磁クラッチにより前記マグネットカップリングがＯＮ／ＯＦＦ制御される仕組みとなしたマグネット式ファンクラッチ装置において、前記永久磁石回転体に装着する永久磁石を周方向に多極とし、各Ｓ極およびＮ極の内周側および外周側で周方向に交互にマグネティック・ループエレメントを組込み、前記電磁クラッチの磁束方向を切り替え制御することにより前記ファン付き円板の回転速度を可変となしたことを特徴とするものである。ここで、前記アーマチャーは、前記回転体に板ばねにて所定距離だけ前後動可能に保持されていることを特徴とし、また、前記クラッチロータおよび前記永久磁石回転体は、前記固定軸に軸受装置を介して回転可能に支承されていることを特徴とするものである。

本発明に係るマグネット式（ファン）クラッチ装置は、永久磁石と電磁クラッチの磁束の方向を切替制御するだけで、ファン等の出力軸の回転速度を任意に変化させることができるので、ファン騒音の低減と燃費の向上、電磁クラッチの小型化と低コスト化の実現がはかられる。

図１は本発明に係るマグネット式クラッチ装置の一実施例を示す縦断側面図、図２は同じく本発明に係るマグネット式ファンクラッチ装置の他の実施例を示す半截縦断側面図、図３は図２に示すマグネット式ファンクラッチ装置の永久磁石の配置構成を示す永久磁石回転体の一部正面図、図４は図２に示すマグネット式ファンクラッチ装置のマグネットカップリングと電磁クラッチの部分を拡大して示す部分斜視図、図５は本発明のマグネット式ファンクラッチ装置における電磁クラッチのＯＮ、ＯＦＦ時の磁束の流れを示す概略説明図、図６は本発明のマグネット式ファンクラッチ装置のファン回転特性を従来と比較して示す図であり、１は入力軸、１１は出力軸、２は固定軸、３、１３は電磁クラッチ、４、１４はマグネットカップリング、５、１５ａ、１５ｂはマグネティック・ループエレメント、６、１６はアーマチャーである。

図１に示すマグネット式クラッチ装置は、入力軸１に電磁クラッチ３が、出力軸１１にマグネットカップリング４がそれぞれ取付けられ、入力軸１および出力軸１１に軸受装置７、１７を介して回転可能に支承されたケース１８にて電磁クラッチ３およびマグネットカップリング４が囲繞された構造となしたもので、前記電磁クラッチ３は入力軸１に固定されたクラッチロータ３−１および該ロータ内でケース１８に固定された励磁コイル３−２とから構成されている。一方、マグネットカップリング４は出力軸１１に軸受装置８を介して回転可能に支承された永久磁石回転体４−１、該回転体に装着された永久磁石４−２、該永久磁石の内周面側および外周面側に配設したマグネティック・ループエレメント５ａ、５ｂ、前記回転体４−１に板ばね６−１にて前後動可能に保持されたアーマチャー６、前記出力軸１１に固定されたフィン４−５付き円板４−３、前記永久磁石回転体４−１に装着された永久磁石４−２と僅かなギャップを隔てて対向するごとく前記円板４−３に取付けられた導体４−４（またはヒステリシス材）とで構成され、前記永久磁石４−２と導体４−４間に働く渦電流を伴なう吸引作用により当該永久磁石回転体４−１と前記導体４−４を有する円板４−３が相対回転する仕組みとなしている。

上記構成のマグネット式クラッチ装置において、入力軸１と一体にクラッチロータ３−１が回転している状態において電磁クラッチ３をＯＮすると、クラッチロータ３−１内に装着された励磁コイル３−２によりアーマチャー６が吸引されてクラッチロータ３−１に吸着し、該クラッチロータ３−１と永久磁石回転体４−１が一体に回転する。この永久磁石回転体４−１が回転すると、該永久磁石回転体の永久磁石４−２と円板４−３に取着されている導体４−４間に働く渦電流による吸引作用により円板４−３が出力軸１１と一体に回転する。

次に、図２〜図４に示すマグネット式ファンクラッチ装置は、非回転の固定軸２に電磁クラッチ１３とマグネットカップリング１４を設けた構成となしたもので、電磁クラッチ１３は固定軸２に軸受装置９を介して回転自在に支承されたプーリ１３−１ａ付きクラッチロータ１３−１と、このクラッチロータ内に嵌合されかつステー１３−３を介して固定軸２に固定された励磁コイル１３−２とから構成されている。一方、マグネットカップリング１４は同固定軸２に軸受装置１０を介して回転自在に支承された永久磁石回転体１４−１および該回転体に装着された永久磁石１４−２、前記回転体１４−１に板ばね１６−１にて前後動可能に保持されたアーマチャー１６、前記回転体１４−１に軸受装置９−１を介して回転自在に支承されたファン１４−４付き円板１４−３、前記永久磁石回転体１４−１に装着された永久磁石１４−２と僅かなギャップを隔てて対向するごとく前記円板１４−３に取付けられた導体１４−５（またはヒステリシス材）とで構成され、前記永久磁石１４−２と導体１４−５間に働く渦電流による吸引作用により当該永久磁石回転体１４−１と前記導体１４−５を有する円板１４−３が相対回転するごとく構成されている。

このマグネット式ファンクラッチ装置におけるマグネットカップリング１４の永久磁石１４−２は図３、図４に示すように多極構造となしている。すなわち、永久磁石回転体１４−１の円周上に分割構造の永久磁石がＮ極、Ｓ極と交互に配置され、各磁石の内周面側と外周面側にマグネティック・ループエレメント１５ａ、１５ｂが交互に取付けられている。

図２〜図４に示すマグネット式ファンクラッチ装置において、プーリ１３−１ａを介してクラッチロータ１３−１が回転している状態において電磁クラッチ１３をＯＮすると、固定軸２に固定されている励磁コイル１３−２により、永久磁石回転体１４−１に前後動可能に保持されたアーマチャー１６が吸引されてクラッチロータ１３−１に吸着し、該クラッチロータ１３−１と永久磁石回転体１４−１が一体に回転する。この永久磁石回転体１４−１が回転すると、該永久磁石回転体１４−１の永久磁石１４−２と円板１４−３に取着されている導体１４−５間に働く渦電流による吸引作用により円板１４−３が回転しファン１４−４が回転する。

上記した図１、図２〜図４に示す各マグネット式（ファン）クラッチ装置において、電磁クラッチＯＮ、ＯＦＦ時の作動を図５に基づいて説明すると、まず電磁クラッチがＯＦＦの場合、アーマチャー６、１６には永久磁石４−２、１４−２の磁束は図５（イ）に矢印ａで示すように流れているが、アーマチャー６、１６は電磁クラッチ側へ移動しないため、クラッチロータ３−１、１３−１のみ回転し、円板４−３、１４−４は非回転状態にある。
次に、電磁クラッチがＯＮの場合は、図５（ロ）に矢印ｂで示すようにクラッチロータ３−１、１３−１に磁束が流れ、アーマチャー６、１６がクラッチロータ側に吸着されてクラッチロータ３−１、１３−１と永久磁石４−２、１４−２が一体に回転する。この場合、永久磁石４−２、１４−２から流れる磁束方向（矢印ａ）と、電磁クラッチ３、１３の磁束方向（矢印ｂ）を図示のように逆にした場合は、導体４−４、１４−５側に流れる磁束は最小となり、ファン回転速度は最小となる。他方、図５（ハ）に示すように永久磁石４−２、１４−２から流れる磁束方向（矢印ａ）と、電磁クラッチ３、１３の磁束方向（矢印ｂ）を図示のように同一にした場合は、導体４−４、１４−５側に流れる磁束は最大となり、ファン回転速度は最大となる。

すなわち、本発明のマグネット式（ファン）クラッチ装置の場合は、ファン回転特性を図６に示すように電磁クラッチＯＮ時の永久磁石４−２、１４−２から流れる磁束方向（矢印ａ）と、電磁クラッチ３、１３の磁束方向（矢印ｂ）を逆にした場合（図５ロ）のファン回転速度と、永久磁石４−２、１４−２から流れる磁束方向（矢印ａ）と、電磁クラッチ３、１３の磁束方向（矢印ｂ）を同一にした場合（図５ハ）のファン回転速度との間のゾーン（斜線部）は、電磁クラッチの磁束方向の切替および電流値をコントロールすることにより自由にファンの回転速度を変化させることができる。

本発明装置は、一般汎用機械の可変トルククラッチとしても応用できる。

本発明に係るマグネット式クラッチ装置の一実施例を示す縦断側面図である。同じく本発明に係るマグネット式ファンクラッチ装置の他の実施例を示す半截縦断側面図である。図２に示すマグネット式ファンクラッチ装置の永久磁石の配置構成を示す永久磁石回転体の一部正面図である。図２に示すマグネット式ファンクラッチ装置のマグネットカップリングと電磁クラッチの部分を拡大して示す部分斜視図である。本発明のマグネット式クラッチ装置における電磁クラッチのＯＮ、ＯＦＦ時の磁束の流れを示す概略説明図である。本発明のマグネット式ファンクラッチ装置のファン回転特性を従来と比較して示す図である。

符号の説明

１入力軸
２固定軸
３、１３電磁クラッチ
４、１４マグネットカップリング
５ａ、５ｂ、１５ａ、１５ｂマグネティック・ループエレメント
６、１６アーマチャー
１１出力軸

Claims

マグネットカップリングと電磁クラッチとが組合されたマグネット式クラッチ装置であって、入力軸に固定されたクラッチロータ内に設けられた励磁コイルとから構成された電磁クラッチと、出力軸に軸受装置を介して回転可能に支承された永久磁石回転体および該回転体に前後動可能に保持されたアーマチャー、前記出力軸に固定された円板、前記永久磁石回転体に装着された永久磁石と僅かなギャップを隔てて対向するごとく前記円板に取付けられた導体またはヒステリシス材を有し、前記永久磁石と導体またはヒステリシス材間に働く吸引作用により当該永久磁石回転体と前記円板が一体に回転する仕組みとなしたマグネットカップリングとから構成され、前記電磁クラッチにより前記マグネットカップリングがＯＮ／ＯＦＦ制御される仕組みとなしたマグネット式クラッチ装置において、前記永久磁石回転体に装着する永久磁石を周方向に多極とし、各Ｓ極およびＮ極の内周側および外周側で周方向に交互にマグネティック・ループエレメントを組込み、前記電磁クラッチの磁束方向を切り替え制御することにより前記円板の回転速度を可変となしたことを特徴とするマグネット式クラッチ装置。
前記アーマチャーは、前記回転体に板ばねにて所定距離だけ前後動可能に保持されていることを特徴とする請求項１記載のマグネット式クラッチ装置。
前記永久磁石回転体は、軸受装置により前記出力軸に回転可能に支承されていることを特徴とする請求項１または２記載のマグネット式クラッチ装置。
マグネットカップリングと電磁クラッチとが組合され、ファンがマグネットカップリング側に取付けられたマグネット式ファンクラッチ装置であって、固定軸に軸受装置を介して回転可能に支承されたクラッチロータと、該ロータ内に設けられた励磁コイルとから構成された電磁クラッチと、前記固定軸に軸受装置を介して回転可能に支承された永久磁石回転体および該回転体に前後動可能に保持されたアーマチャー、前記永久磁石回転体に軸受装置を介して回転可能に支承されたファン付き円板、前記永久磁石回転体に装着された永久磁石と僅かなギャップを隔てて対向するごとく前記円板に取付けられた導体またはヒステリシス材を有し、前記永久磁石と導体またはヒステリシス材間に働く吸引作用により当該永久磁石回転体と前記円板が一体に回転する仕組みとなしたマグネットカップリングとから構成され、前記電磁クラッチにより前記マグネットカップリングがＯＮ／ＯＦＦ制御される仕組みとなしたマグネット式ファンクラッチ装置において、前記永久磁石回転体に装着する永久磁石を周方向に多極とし、各Ｓ極およびＮ極の内周側および外周側で周方向に交互にマグネティック・ループエレメントを組込み、前記電磁クラッチの磁束方向を切り替え制御することにより前記ファン付き円板の回転速度を可変となしたことを特徴とするマグネット式ファンクラッチ装置。
前記アーマチャーは、前記回転体に板ばねにて所定距離だけ前後動可能に保持されていることを特徴とする請求項４記載のマグネット式ファンクラッチ装置。
前記クラッチロータおよび前記永久磁石回転体は、前記固定軸に軸受装置を介して回転可能に支承されていることを特徴とする請求項４または５記載のマグネット式ファンクラッチ装置。