JP4062485B2 - マグネット式ファンクラッチ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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は、液体ファンクラッチ、油圧駆動式ファンクラッチなどがある。液体クラッチとしては、トルク伝達室に供給された油によって駆動ディスクの駆動トルクをケースに伝達する方式のものが一般的であり、その構造は例えば、密封ケース内を仕切り板によってトルク伝達室と油溜り室とに区分し、トルク伝達室内に駆動ディスクを駆動部の駆動によって回転自在に設け、油溜り室の油を仕切り板に形成した流出調整孔からトルク伝達室に供給し、トルク伝達室の油を循環路により油溜り室に戻すようにした構造のカップリング装置（液体クラッチ）が知られている（特公昭６３−２１０４８号公報等参照）。この種の液体クラッチによると、油溜り室からトルク伝達室に供給される油によって駆動ディスクの駆動トルクがケースに伝達され、ケースに取付けられたファンが回転し、例えば自動車用エンジンのラジエーターの冷却が行われる。また、この種の液体クラッチは、バイメタルによって雰囲気温度を検出し、この温度が上昇すると流出調整孔の開度を増加させてトルク伝達室内の油量を増加させ、ケースの回転数を上げ、ファンを高速度で回転し冷却効果を上げるようにしている。
【０００３】
しかしながら、前記の液体ファンクラッチ、油圧駆動式ファンクラッチには以下に記載する問題点がある。
すなわち、液体ファンクラッチはトルク伝達室内に油が多量に存在している状態においてエンジン再始動をする時または運転中の急加速時に、駆動側の駆動ディスクの加速に追随してトルク伝達室内に多量に存在する油により被駆動側のケース（冷却ファン）も短時間ではあるが回転の急上昇を引起こす。この現象は一般には“つれ廻り”現象と言われ、ファン騒音やそれに伴う不快感を生じ、かつ燃費も高くなる。
【０００４】
従来の液体ファンクラッチにおけるエンジン再始動の際の“つれ廻り”現象は、トルク伝達室内の油量が多い程顕著に現れる。この問題を解決する手段として、例えば特公昭６３−２１０４８号公報には、仕切板の流出調整孔から流出する油をいったん直径方向の反対側に導き、そこからトルク伝達室内に供給するようにしたものが提案されている。
【０００５】
このような構造は、トルク伝達室内に油がほとんどなく油溜り室内に多量の油が存在している時にエンジンが停止した場合、油が油溜り室からトルク伝達室へ流入しないためエンジン再始動時に“つれ廻り”現象が発生することはない。しかし、トルク伝達室内に多量の油が存在している状況でエンジン停止した場合の再始動時や、運転中の急加速時における“つれ廻り”現象の防止には効果がなかった。
【０００６】
一方、油圧駆動式ファンクラッチ装置の場合は任意回転数に制御できるが、オイルリザーバータンク、油圧配管類、オイルクーラー、リリーフバルブ等の油圧機器が必要であり、多くのスペースを必要としかつ高価であった。
【０００７】
そこで、本発明者は、マグネットカップリングと電磁クラッチを一体化することによって、構造の簡易化と低コスト化をはかったマグネット式ファンクラッチ装置を先に提案した（特願２０００−３２０７６４）。
こ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、アーマチュア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）するとアーマチュア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ュアおよび、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等の優れた効果を奏する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者が先に提案したこの種のマグネット式ファンクラッチ装置は、前記効果に加えて、電磁クラッチの励磁コイルに通電（ＯＮ）するとアーマチュア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ュアおよび、円板または駆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。
しかるに、先に提案したマグネット式ファンクラッチ装置の場合は、永久磁石とヒステリシス材または導体間のギャップが最初から正規の最小ギャップに設定されているため、常に永久磁石の磁界内にヒステリシス材または導体が完全に入った状態にることから、電磁クラッチをＯＮした瞬間、導体側が急激に回転を始めるためファン騒音が比較的大きく、またエンジンの回転速度が低下するという問題が発生する。
【０００９】
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、ヒステリシス材または導体の支持手段の改善および永久磁石とのギャップの調節によって、クッションスタート性のより優れたマグネット式ファンクラッチ装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る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内に励磁コイルが設けられ、さらに前記固定軸に軸受装置を介して回転可能に支承された駆動側ハウジングと、該駆動側ハウジングに取着されたアーマチュアとから構成された電磁クラッチと、前記駆動側ハウジングと一体構造の駆動軸に、ファンが取着された従動側ハウジングが軸受装置を介して回転自在に支承され、かつ前記従動側ハウジングの永久磁石と僅かなギャップを隔てて対向するヒステリシス材または導体が円板を介して前記駆動軸に取付けられ、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従動側ハウジングと前記円板が相対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、前記ヒステリシス材または導体と永久磁石とのギャップを電磁クラッチＯＦＦ時に永久磁石の磁界による吸引力がほとんど生じない程度に大きく設定すると共に、該ヒステリシス材または導体を弾性体を介して前記駆動軸に前後動可能に弾性支持し、前記電磁クラッチがＯＮされた時前記弾性支持されたヒステリシス材または導体が磁気作用と弾性作用により前記永久磁石側に緩やかに吸引されてスムースな立上がり特性が得られるように構成したことを特徴とするものである。
また、前記ヒステリシス材または導体の弾性支持手段として、前記駆動軸に固着した円板に複数個の板バネを介して該ヒステリシス材または導体を取着する方式、またはヒステリシス材または導体を有する円板を前記駆動軸にコイルバネまたは皿バネ、あるいはゴムを介して取着する方式を用いることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明において、ヒステリシス材または導体を弾性支持する方式を採用し、かつヒステリシス材または導体と永久磁石間のギャップを電磁クラッチＯＦＦ時にヒステリシス材または導体と永久磁石間に永久磁石の磁界による吸引力が生じない程度に大きく設定（正規の最小ギャップより大きく設定）したのは、電磁クラッチＯＮ時のクッションスタート性をより改善するためである。
すなわち、ヒステリシス材または導体を弾性支持すると共に、永久磁石間のギャップを電磁クラッチＯＦＦ時に磁界による吸引力が生じない程度に大きく設定した場合には、電磁クラッチがＯＮされた時ヒステリシス材または導体と永久磁石に発生する相対回転によりヒステリシス材または導体内にうず電流が発生し、その磁気作用で生じる吸引力により、弾性支持されているヒステリシス材または導体が永久磁石側に緩やかに吸引されるので、電磁クラッチＯＮ時、ファン側（永久磁石側）は急にＯＮ回転に移行することなしにスムーズな立上がり特性を示し、これにより急激なファン騒音を防止できるためである。その後、ヒステリシス材または導体と永久磁石間のギャップが正規の最小ギャップになると、ヒステリシス材または導体が永久磁石の磁界内に入ることによりＯＮ回転に必要なトルクが得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るマグネット式ファンクラッチ装置の一実施例を示す縦断側面図、図２は図１のイーイ矢視図、図３は図１に示すマグネット式ファンクラッチ装置におけるヒステリシス材または導体と永久磁石との関係を示したもので、（Ａ）は電磁クラッチＯＦＦ時の状態を示す説明図、（Ｂ）は電磁クラッチＯＮＮ時の状態を示す説明図、図４は本発明に係るマグネット式ファンクラッチ装置におけるヒステリシス材または導体の弾性支持手段を例示したもので、（Ａ）はコイルスプリングによる弾性支持手段を示す要部縦断側面図、（Ｂ）は皿バネによる弾性支持手段を示す要部縦断側面図、（Ｃ）はコムによる弾性支持手段を示す要部縦断側面図、図５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前記した先願のマグネット式ファンクラッチ装置と比較して示す図であり、１は固定軸、２は電磁クラッチ、３はマグネットカップリング、４は駆動側ハウジング、５は駆動軸、６は従動側ハウジング、７は永久磁石、８は導体、９はバックプレート、１０は板バネ、１１はコイルスプリング、１２は皿バネ、１３はゴム製リング、１４は軸受装置、１５はファン、１６はボルト、１７、１７′は円板、１８はスプライン機構、１９はナット、２０はバネ座である。
【００１３】
図１に示すマグネット式ファンクラッチ装置は、固定軸１側に設けた電磁クラッチ２と駆動軸５側に設けたマグネットカップリング３および、電磁クラッチ２とマグネットカップリング３間に配設した駆動側ハウジング４とから構成されており、その電磁クラッチ２は、固定軸１に軸受装置１４を介して回転可能に支承されたプーリ２−１ａ付きクラッチロータ２−１と、このクラッチロータ２−１内に設けられて固定軸１に背面板２−１ｂを介して取付けられた励磁コイル２−２と、固定軸１に外嵌され前記クラッチロータ２−１の前面に固着されたアーマチュア２−３とから構成されている。また、前記駆動側ハウジング４には、アーマチュア２−３とステーター４−１が取付けられている。２−４はバネである。
【００１４】
また、マグネットカップリング３は、固定軸１に軸受装置１４を介して回転可能に支承された駆動側ハウジング４に該固定軸１と同軸線上に突設した駆動軸５に軸受装置１４を介して回転自在に支承した従動側ハウジング６にファン１５が取付けられ、前記従動側ハウジング６に装着された永久磁石７と所望のギャップを隔てて対向する導体（もしくはヒステリシス材）８を有するバックプレート９が、前記駆動軸５の先端にボルト１６に取着された円板１７に複数（ここでは３個）の板バネ１０を介して取付けられ、前記永久磁石７と導体８間に働く渦電流による吸引作用により当該従動側ハウジング６と前記導体８が相対回転するごとく構成され、かつ板バネ１０を介して円板１７に取付けられた導体８が永久磁石７側に前後動可能に弾性支持された構造となしている。ここで、永久磁石７と導体８間のギャップは、図３に示すように電磁クラッチ２がＯＦＦの時最大となり、電磁クラッチ２がＯＮの時は最小となるように設定し、かつ導体８を弾性支持する板バネ１０は、アイドル時の相対回転で導体８中に発生するうず電流の磁気作用により生ずる永久磁石７の吸引力より弱いバネ力を有するものを用いる。すなわち、前記したごとくエンジンがアイドル回転時には、永久磁石７による磁界にて導体８が影響を受け、アイドル時の相対回転で導体８中にうず電流が発生し、その磁気作用で板ばね１０のバネ力に抗する吸引力が生じて永久磁石７と導体８が引き合うようになっている。
【００１５】
上記図１に示す構成のマグネット式ファンクラッチ装置において、プーリ２−１ａを介してクラッチロータ２−１が回転している状態において、電磁クラッチ２をＯＮすると、クラッチロータ２−１内に設けられた励磁コイル２−２により、駆動側ハウジング４に固着されているステーター４−１とアーマチュア２−３がクラッチロータ２−１に吸着し、該クラッチロータ２−１とアーマチュア２−３および駆動側ハウジング４が一体に回転する。この駆動側ハウジング４が回転すると、該駆動側ハウジング４に突設している駆動軸５に設けたマグネットカップリング３によりファンが回転する。すなわち、駆動軸５が回転することにより該駆動軸に取付けられた円板１７と従動側ハウジング６が永久磁石７と導体８間に働く磁気作用により回転しファン３６が回転する。
この時、本発明では、前記したごとく導体８が取付けられたバックプレート９が駆動軸５に固着された円板１７に板バネ１０を介して弾性支持され、かつ永久磁石７と導体８間のギャップは、図３に示すごとく電磁クラッチ２がＯＦＦの時最大となり、電磁クラッチ２がＯＮの時は最小となるように設定されているので、電磁クラッチ２がＯＮされた時導体８と永久磁石７に発生する相対回転により導体８内にうず電流が発生し、その磁気作用で生じる吸引力により導体８が板バネ１０に抗して永久磁石７側に緩やかに吸引される。したがって、電磁クラッチＯＮ時はファン１５側（永久磁石側）は急にＯＮ回転に移行することなしにスムーズな立上がり特性を示し（図５参照）、クッションスタート性がより改善され、これにより急激なファン騒音をよりいっそう防止できる。その後、永久磁石７と導体８間のギャップが正規の最小ギャップ（図３Ｂ）になると、導体８が永久磁石７の磁界内に入ることによりＯＮ回転に必要なトルクが得られる。
【００１６】
本発明に係るマグネット式ファンクラッチ装置における導体８の弾性支持手段としては、上記の板バネ方式に替えて、図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す弾性支持手段を用いても同様の作用効果が得られる。
すなわち、図４（Ａ）に示す弾性支持手段は、コイルスプリングによる弾性支持手段を例示したもので、この場合は導体８およびバックプレート９を有する円板１７′を駆動軸５にスプライン機構１８を介して軸方向にスライド可能に嵌合すると共に該駆動軸５の先端に螺着した抜止めナット１９にて固定し、駆動軸５に外嵌したバネ座２０との間に介装したコイルスプリング１１にて常時外方への押圧力を付勢されている。したがって、この弾性支持手段の場合は、電磁クラッチ２がＯＮされた時、導体８内に発生するうず電流の磁気作用で生じる吸引力により導体８がコイルスプリング１１に抗して永久磁石７側に緩やかに吸引される。また、図４（Ｂ）（Ｃ）はそれぞれ前記コイルスプリング１１に替えて皿バネ１３、ゴム製リング１４を用いた弾性支持手段をそれぞれ示す。この皿バネ１３、ゴム製リング１４を用いた場合もコイルスプリング１１のばあい同様の作用効果が得られることはいうまでもない。
【００１７】
なお、前記図１〜図４に示す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は、いずれも永久磁石と導体（またはヒステリシス材）とを組合わせた場合を例示したが、この組合わせに限定するものではなく、例えばヒステリシス材と永久磁石と組合わせたり、ヒステリシス材とその前面に配設したエディカレント材とで構成し、永久磁石と組合わせたり、鉄板製のコア材とその前面に配設した導体とで構成し、永久磁石と組合わせたりすることもできる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明に係るマグネット式ファンクラッチ装置は、ヒステリシス材または導体と永久磁石とのギャップを電磁クラッチＯＦＦ時に永久磁石の磁界による吸引力がほとんど生じない程度に大きく設定すると共に、該ヒステリシス材または導体を弾性体を介して駆動軸に前後動可能に弾性支持し、電磁クラッチがＯＮされた時前記弾性支持されたヒステリシス材または導体が弾性作用により前記永久磁石側に緩やかに吸引されてスムースな立上がり特性が得られるように構成したことことにより、マグネットカップリングのクッションスタート性がより改善され、これによりファン騒音の大幅軽減、慣性力の低減による電磁クラッチの小型軽量化、エンジン回転速度の低下防止がはかられるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマグネット式ファンクラッチ装置の一実施例を示す縦断側面図である。
【図２】図１のイーイ矢視図である。
【図３】図１に示すマグネット式ファンクラッチ装置におけるヒステリシス材または導体と永久磁石との関係を拡大して示したもので、（Ａ）は電磁クラッチＯＦＦ時の状態を示す説明図、（Ｂ）は電磁クラッチＯＮＮ時の状態を示す説明図である。
【図４】本発明に係るマグネット式ファンクラッチ装置におけるヒステリシス材または導体の弾性支持手段を例示したもので、（Ａ）はコイルスプリングによる弾性支持手段を示す要部縦断側面図、（Ｂ）は皿バネによる弾性支持手段を示す要部縦断側面図、（Ｃ）はコムによる弾性支持手段を示す要部縦断側面図である。
【図５】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前記した先願のマグネット式ファンクラッチ装置と比較して示す図である。
【符号の説明】
１ 固定軸
２ 電磁クラッチ
３ マグネットカップリング
４ 駆動側ハウジング
５ 駆動軸
６ 従動側ハウジング
７ 永久磁石
８ 導体
９ バックプレート
１０ 板バネ
１１ コイルスプリング
１２ 皿バネ
１３ ゴム製リング
１４ 軸受装置
１５ ファン
１６ ボルト
１７、１７′ 円板
１８ スプライン機構
１９ ナット
２０ バネ座

Claims (3)

1. 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内に励磁コイルが設けられ、さらに前記固定軸に軸受装置を介して回転可能に支承された駆動側ハウジングと、該駆動側ハウジングに取着されたアーマチュアとから構成された電磁クラッチと、前記駆動側ハウジングと一体構造の駆動軸に、ファンが取着された従動側ハウジングが軸受装置を介して回転自在に支承され、かつ前記従動側ハウジングの永久磁石と僅かなギャップを隔てて対向するヒステリシス材または導体が円板を介して前記駆動軸に取付けられ、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従動側ハウジングと前記円板が相対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、前記ヒステリシス材または導体と永久磁石とのギャップを電磁クラッチＯＦＦ時に永久磁石の磁界による吸引力がほとんど生じない程度に大きく設定すると共に、該ヒステリシス材または導体を弾性体を介して前記駆動軸に前後動可能に弾性支持し、前記電磁クラッチがＯＮされた時前記弾性支持されたヒステリシス材または導体が磁気作用と弾性作用により前記永久磁石側に緩やかに吸引されてスムースな立上がり特性が得られるように構成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。
2. 前記ヒステリシス材または導体の弾性支持手段として、前記駆動軸に固着した円板に複数個の板バネを介して該ヒステリシス材または導体を取着する方式を用いることを特徴とする請求項１記載のマグネット式ファンクラッチ装置。
3. 前記ヒステリシス材または導体の弾性支持手段として、該ヒステリシス材または導体を有する円板を前記駆動軸にコイルバネまたは皿バネ、あるいはゴムを介して取着する方式を用いることを特徴とする請求項１記載のマグネット式ファンクラッチ装置。

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