JP4293418B2 - Magnet type fan clutch device - Google Patents
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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、高効率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、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(特開2002−195303号)。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、エアコンスイッチ等に連動させて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に入った時の負荷が小さく、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。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
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、ファンの回転数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。
【0004】
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、電磁クラッチのON、OFFおよび励磁電流の方向の制御のみで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しようとするものである。
【0005】
【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永久磁石回転体に前後動可能に保持されたアーマチャー、前記固定軸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、前記永久磁石回転体を内側永久磁石回転体と外側永久磁石回転体の二分割構造(ダブル構造)とするとともに、両回転体を軸受装置を介して相互に回転可能に設け、さらに内側永久磁石回転体と外側永久磁石回転体にアーマチャーを各別に設けるとともに、外側のアーマチャーに永久磁石を組込み、前記電磁クラッチをON、OFF制御し励磁コイルへの通電方向を変え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。
【0006】
【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は同上マグネット式ファンクラッチ装置のダブル構造の永久磁石回転体を示す図1A−A線矢視図、図3〜図5は同上マグネット式ファンクラッチ装置の作動原理を説明するために示した断面図で、図3は電磁クラッチOFF時の作動原理、図4は電磁クラッチON(+)時の作動原理(ファンはMiD回転)、図5は電磁クラッチON(ー)時の作動原理(ファンはON回転)をそれぞれ示す断面図である。図6〜図8は同上マグネット式ファンクラッチ装置の性能特性を例示したもので、図6はエンジン冷却水温とファン回転数の関係を示す図、図7はエンジン回転数とファン回転数の関係を示す図、図8は他の実施例におけるエンジン冷却水温とファン回転数の関係を示す図である。図中、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はアーマチュア、5a〜5dは軸受装置、6はファンである。
【0007】
図1〜図2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1に電磁クラッチ2とマグネットカップリング3を設けた構成となしたもので、電磁クラッチ2は固定軸1に軸受装置5aを介して回転自在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内に組込まれかつステー2−3を介して固定軸1に固定された励磁コイル2−2とから構成されている。
【0008】
一方、マグネットカップリング3は、前記固定軸1に軸受装置5bを介して回転自在に支承された二分割構造の永久磁石回転体3−1および該永久磁石回転体の内側回転体3−11と外側回転体3−12に装着された内側永久磁石3−11a、外側永久磁石3−12a、前記固定軸1に軸受装置5dを介して回転自在に支承されたファン6付き円板3−2、前記二分割構造の永久磁石回転体3−1に装着された内側永久磁石3−11aおよび外側永久磁石3−12aと僅かなギャップを隔てて対向するごとく前記円板3−2に取付けられた導体(またはヒステリシス材)3−3とで構成され、前記永久磁石3−11a、3−12aと導体3−3間に働く渦電流に伴なう吸引作用により当該永久磁石回転体3−1と前記導体3−3を有する円板3−2が相対的に回転する仕組みとなしている。
このマグネットカップリング3における二分割構造の永久磁石回転体3−1は、内側回転体3−11と外側回転体3−12が軸受装置5cを介して相互に回転自在となし、各回転体の背面(電磁クラッチ側)に内側アーマチュア4−1、外側アーマチュア4−2がそれぞれ板ばね4−1a、4−2aにて前後動可能に保持されている。なお、各回転体の背面に取付けられたアーマチュア4−1、4−2のうち、外側回転体3−12に取付けられた外側アーマチュア4−2には、内部に永久磁石(インナーマグネット)4−2bが組込まれている。
【0009】
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3の永久磁石3−11a、3−12aは、図2に示すようにそれぞれ多極構造となしている。すなわち、内側回転体3−11と外側回転体3−12の各円周上に分割構造の永久磁石3−11a、3−12aがそれぞれN極、S極と交互に配置された構造となっている。
【0010】
図1〜図2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、固定軸1に固定されている励磁コイル2−2により、二分割構造の永久磁石回転体3−1に前後動可能に保持された内側アーマチュア4−1、外側アーマチュア4−2が吸引されてクラッチロータ2−1に吸着し、該クラッチロータ2−1と永久磁石回転体3−1が一体に回転する。この永久磁石回転体3−1が回転すると、該永久磁石回転体の内側永久磁石3−11aおよび外側永久磁石3−12aと、円板3−2に取着されている導体3−3間に働く渦電流に伴なう吸引作用により円板3−2が回転しファン6が回転する。
【0011】
上記した図1〜図2に示す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3〜図5に基づいて説明する。
まず図3はエンジン冷却水温が例えば70℃以下と低い時、励磁コイルに通電されていない状態(電磁クラッチOFF)を示したもので、この場合は内側アーマチュア4−1と外側アーマチュア4−2はクラッチロータ2−1に吸着されないため、クラッチロータ2−1のみ回転し、ファン6は非回転状態にある。
つぎに、図4はエンジン冷却水温が中間温度(例えば70〜90℃)の時、励磁コイルに通電(+)して電磁クラッチをONした状態を示したもので、この場合は外側アーマチュア4−2に流れる磁束がインナーマグネット4−2bの逆磁束により打ち消されるため内側アーマチュア4−1のみ作動し、内側永久磁石3−11aのみで渦電流を発生させることとなるのでファン6はMid回転となる。
さらに、図5はエンジン冷却水温が高温(例えば90℃以上)の時、励磁コイルに通電(−)して電磁クラッチをONした状態を示したもので、この場合は、内側アーマチュア4−1および外側アーマチュア4−2が共に作動し、内側永久磁石3−11aおよび外側永久磁石3−12aの両方で発生する渦電流に伴なう強い吸引力により大きなトルクが伝達されてファン6はON回転となる。
【0012】
このように本発明のマグネット式ファンクラッチ装置の場合は性能特性を図6〜図8に示すように、電磁クラッチのON、OFF制御によりファンの回転を変化させることができる。
すなわち、エンジン冷却水温とファン回転数の関係を図6に示すように、エンジン冷却水温が例えば70℃以下と低く励磁コイルに通電されていない状態(電磁クラッチOFF)の時は、ファンは非回転状態にあるが、エンジン冷却水温が70℃の時には励磁コイルに通電(+)して電磁クラッチをONすることにより、内側永久磁石3−11aのみが作動しファンはMid回転となり、さらにエンジン冷却水温が90℃以上の時には内側永久磁石と外側永久磁石の両方が作動することによりファンはON回転となる。
また、エンジン冷却水温とファン回転速度の関係においては図7に示すようにファンの回転速度を変化させることができる。
なお、上記特性は外側アーマチュア4−2に永久磁石(インナーマグネット)4−2aを組込んだマグネット式ファンクラッチ装置の場合であるが、インナーマグネットを内側アーマチュア4−1の方に組込んだ場合は、図8にエンジン冷却水温とファン回転数の関係を示すようにMid回転を高く設定することができる。
【0013】
【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、永久磁石回転体を内側と外側の二分割構造とし、内側永久磁石回転体と外側永久磁石回転体にアーマチャーを各別に設けるとともに、外側または内側のアーマチャーに永久磁石を組込んで構成したことにより、一つの電磁クラッチのON、OFF制御のみでファン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がはかられるとともに、電磁クラッチにかかる初期トルクを押さえることができるため小型化と低コスト化を実現できるという効果を奏する。
【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】同上マグネット式ファンクラッチ装置のダブル構造の永久磁石回転体を示す図1A−A線矢視図である。
【図3】同上マグネット式ファンクラッチ装置の電磁クラッチOFF時の作動原理を説明するために示した断面図である。
【図4】同じく電磁クラッチON(+)時の作動原理(ファンはMiD回転)を説明するために示した断面図である。
【図5】同じく電磁クラッチON(ー)時の作動原理(ファンはON回転)を説明するために示した断面図である。
【図6】同上マグネット式ファンクラッチ装置の性能特性を例示したもので、エンジン冷却水温とファン回転数の関係を示す図である。
【図7】同じくエンジン回転数とファン回転数の関係を示す図である。
【図8】他の実施例におけるエンジン冷却水温とファン回転数の関係を示す図である。
【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
3−11a 内側永久磁石
3−12a 外側永久磁石
4 アーマチュア
4−1 内側アーマチュア
4−2 外側アーマチュア
4−1a、4−2a 板ばね
4−2b 永久磁石(インナーマグネット)
5a〜5d 軸受装置
6 ファン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a low-noise, high-efficiency magnet-type fan clutch device that controls rotation of a cooling fan that is mainly applied to an internal combustion engine for a vehicle.
[0002]
[Prior art]
As a fan clutch for controlling the rotation of a cooling fan applied to an internal combustion engine for a vehicle, there is a magnet type fan clutch device in which a magnet coupling and an electromagnetic clutch are integrated (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-195303). This type of magnetic fan clutch device is a combination of a magnetic coupling and an electromagnetic clutch, and a fan is attached to the magnetic coupling side. Specifically, for example, an excitation supported on a drive shaft or a fixed shaft. A rotatable electromagnetic clutch comprising a clutch rotor with a built-in coil and an armature, a permanent magnet rotating body with a fan attached to the outer periphery, and a hysteresis material or conductor arranged so as to face the permanent magnet with a slight gap And a permanent magnet rotating body and a magnet coupling that rotates relative to each other by the attraction acting between the permanent magnet and the hysteresis material or the conductor. This is a mechanism in which the ring is ON / OFF controlled.
In the case of the magnet type fan clutch device having such a configuration, when the excitation coil of the electromagnetic clutch is energized (ON), the armature is attracted and attracted to the clutch rotor, and the clutch rotor and the armature and the disc or the driven housing are integrated. The fan rotates by magnet coupling, and the rotation of the fan can be controlled by turning the electromagnetic clutch ON / OFF. The electromagnetic clutch is used for cooling water temperature, throttle opening, engine Since the ON / OFF control is linked to the rotation speed of the air conditioner switch, etc., the fan rotation can be controlled accurately and stably, and when the fan rotates with the magnet coupling, the magnet coupling is permanent. Due to the magnetic force of the magnet Since the slip torque is transmitted and the cushion starts, the load when the electromagnetic clutch is turned on is small, and the fan noise can be significantly reduced compared to a fan clutch device without a magnet coupling. It produces excellent effects such as
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional magnet type fan clutch device, the magnet coupling is composed of a permanent magnet rotating body and a permanent magnet attached to the rotating body, and the switching control of the direction of the magnetic flux between the permanent magnet and the electromagnetic clutch is possible. Since this is not possible, there has been a drawback that the rotational speed of the fan cannot be changed arbitrarily.
[0004]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a magnet type fan clutch device that can arbitrarily change the rotational speed of a fan only by controlling the ON / OFF of an electromagnetic clutch and the direction of an excitation current. It is something to be offered.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
A magnet type fan clutch device according to the present invention is a magnet type fan clutch device in which a magnet coupling and an electromagnetic clutch are combined, and a fan is attached to the magnet coupling side, and rotates on a fixed shaft via a bearing device. An electromagnetic clutch composed of a clutch rotor supported in an operative manner and an excitation coil provided in the rotor, a permanent magnet rotating body rotatably supported on the fixed shaft via a bearing device, and the permanent magnet An armature held by a rotating body so as to be movable back and forth, a disk with a fan rotatably supported on the fixed shaft via a bearing device, and a small gap from a permanent magnet mounted on the permanent magnet rotating body. It has a conductor or hysteresis material attached to the disk as opposed to it, and between the permanent magnet and the conductor or hysteresis material. A magnet type comprising a permanent magnet rotating body and a magnet coupling that rotates relative to each other by an attractive action, and the electromagnetic coupling is controlled ON / OFF by the electromagnetic clutch. In the fan clutch device, the permanent magnet rotating body has a two-part structure (double structure) of an inner permanent magnet rotating body and an outer permanent magnet rotating body, and both the rotating bodies are provided to be mutually rotatable via a bearing device, with further provided armature to each other in the inner permanent magnet rotating body and the outer permanent magnet rotator said, embedded permanent magnets on the outside of the armature, oN the electromagnetic clutch, the Rukoto changing the energization direction of the OFF control to the exciting coil The rotation speed of the fan-equipped disc is variable.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a longitudinal side view showing an embodiment of a magnet type fan clutch device according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a double-structure permanent magnet rotating body of the same magnet type fan clutch device as seen in the direction of the arrows in FIG. 3 to 5 are cross-sectional views for explaining the operating principle of the magnet type fan clutch device, FIG. 3 is an operating principle when the electromagnetic clutch is OFF, and FIG. 4 is an operating principle when the electromagnetic clutch is ON (+). FIG. 5 is a cross-sectional view showing the operating principle when the electromagnetic clutch is ON (−) (the fan is ON). 6 to 8 exemplify the performance characteristics of the magnet type fan clutch device, FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the engine cooling water temperature and the fan rotational speed, and FIG. 7 is the relationship between the engine rotational speed and the fan rotational speed. FIG. 8 shows the relationship between the engine coolant temperature and the fan speed in another embodiment. In the figure, 1 is a fixed shaft, 2 is an electromagnetic clutch, 3 is a magnet coupling, 4 is an armature, 5a to 5d are bearing devices, and 6 is a fan.
[0007]
The magnet type fan clutch device shown in FIGS. 1 to 2 has a configuration in which an
[0008]
On the other hand, the
The permanent magnet rotor 3-1 having a two-part structure in the
[0009]
The permanent magnets 3-11a and 3-12a of the
[0010]
In the magnet type fan clutch device shown in FIGS. 1 to 2, when the
[0011]
In the above-described magnet type fan clutch device shown in FIGS. 1 and 2, the operation when the electromagnetic clutch is turned on and off will be described with reference to FIGS.
First, FIG. 3 shows a state where the exciting coil is not energized (electromagnetic clutch OFF) when the engine cooling water temperature is as low as 70 ° C. or less. In this case, the inner armature 4-1 and the outer armature 4-2 are Since it is not attracted to the clutch rotor 2-1, only the clutch rotor 2-1 rotates and the
Next, FIG. 4 shows a state in which the electromagnetic clutch is turned on by energizing (+) the exciting coil when the engine coolant temperature is an intermediate temperature (for example, 70 to 90 ° C.). In this case, the outer armature 4- 2 is canceled out by the reverse magnetic flux of the inner magnet 4-2b, so that only the inner armature 4-1 operates and an eddy current is generated only by the inner permanent magnet 3-11a. .
Further, FIG. 5 shows a state in which the electromagnetic clutch is turned on by energizing (−) the exciting coil when the engine coolant temperature is high (for example, 90 ° C. or higher). In this case, the inner armature 4-1 and The outer armature 4-2 is operated together, and a large torque is transmitted by the strong attractive force accompanying the eddy current generated in both the inner permanent magnet 3-11a and the outer permanent magnet 3-12a, so that the
[0012]
Thus, in the case of the magnet type fan clutch device of the present invention, as shown in FIGS. 6 to 8, the rotation of the fan can be changed by ON / OFF control of the electromagnetic clutch.
That is, as shown in FIG. 6, the relationship between the engine coolant temperature and the fan rotation speed is such that the fan does not rotate when the engine coolant temperature is as low as 70 ° C. or less and the excitation coil is not energized (electromagnetic clutch OFF). However, when the engine coolant temperature is 70 ° C., the excitation coil is energized (+) and the electromagnetic clutch is turned on, so that only the inner permanent magnet 3-11a is operated and the fan is in the mid rotation, and further the engine coolant temperature When the temperature is 90 ° C. or higher, both the inner permanent magnet and the outer permanent magnet are operated to turn the fan on.
Further, in the relationship between the engine coolant temperature and the fan rotation speed, the fan rotation speed can be changed as shown in FIG.
The above characteristics are the case of the magnet type fan clutch device in which the permanent magnet (inner magnet) 4-2a is incorporated in the outer armature 4-2, but the case where the inner magnet is incorporated in the inner armature 4-1. The mid rotation can be set high as shown in FIG. 8 showing the relationship between the engine coolant temperature and the fan rotation speed.
[0013]
【The invention's effect】
As described above, the magnet type fan clutch device according to the present invention has a permanent magnet rotating body that is divided into an inner side and an outer side, and an armature is provided on each of the inner permanent magnet rotating body and the outer permanent magnet rotating body. Alternatively, by incorporating a permanent magnet into the inner armature, the fan rotation speed can be changed arbitrarily with only one electromagnetic clutch ON / OFF control, reducing fan noise and improving fuel efficiency. In addition to being peeled off, the initial torque applied to the electromagnetic clutch can be suppressed, so that the size and cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal side view showing an embodiment of a magnet type fan clutch device according to the present invention.
FIG. 2 is a view as seen from the direction of the arrows in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the operating principle of the magnet type fan clutch device when the electromagnetic clutch is OFF.
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the operating principle (fan is MiD rotation) when the electromagnetic clutch is ON (+).
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the operating principle when the electromagnetic clutch is ON (-) (the fan is turned ON).
FIG. 6 is a diagram illustrating the performance characteristics of the magnet type fan clutch device, and showing the relationship between the engine coolant temperature and the fan rotation speed.
FIG. 7 is also a diagram showing the relationship between engine speed and fan speed.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between engine coolant temperature and fan rotation speed in another embodiment.
[Explanation of symbols]
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5a to
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