JP4332873B2 - マグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に寒冷時や極寒時におけるディーゼルエンジンやガソリンエンジンを動力源とする主に自動車などの各種車両用エンジンの起動性向上や各種車両や船舶のキャビン暖房などに使用されるエンジン冷却水などの熱媒体用流体の補助加熱手段として用いられ、またエンジン駆動される発電機、溶接機、コンプレッサー、建設機械などのエンジン冷却水の予熱あるいは急速昇温（ウォーミングアップ時間の短縮）に用いるマグネット式ヒーターと、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ファンクラッチを一体化したマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
寒冷地などにおける始動時のエンジン冷却水の暖房に利用される自動車などの車両用補助暖房熱源として、ビスカス式ヒーターが知られている（特開平２−２４６８２３号公報、実開平４−１１７１６号公報、特開平９−２５４６３７公報、特開平９−６６７２９号公報、特開平９−３２３５３０公報等参照）。
ビスカス式ヒーターは、シリコンオイルなどの粘性流体をせん断により発熱させ、ウォータージャケット内を循環する循環水に熱交換して暖房熱源に利用する方式であって、その構造としては、例えばハウジング内部に発熱室と、この発熱室の外域にウォータージャケットを形成し、ハウジングには軸受装置を介して駆動軸が回動可能に支承され、駆動軸には発熱室内で回動可能なロータが固定されており、発熱室の壁面とロータとの間隙にシリコンオイルなどの粘性流体が封入され、ウォータージャケット内では循環水が入水ポートから取入れられ、出水ポートから外部の暖房回路へ送り出されるべく循環されている。
【０００３】
車両の暖房装置に組込まれたこのビスカス式ヒーターでは、駆動軸がエンジンにより駆動されれば、発熱室内でロータが回動するため、粘性流体が発熱室の壁面とロータの外面との間隙でせん断により発熱し、この発熱がウォータージャケット内の循環水に熱交換され、加熱された循環水が暖房回路でエンジン冷却水など車両の暖房に供されることとなる。しかし、上記したビスカス式ヒーターは、シンプルな構造により、小型化と低コストを実現でき、また摩耗のない非接触式の機構で高い信頼性と安全性を確保することができ、さらに水温が上昇し、補助ヒーターが不要になると温度制御により自動的に運転が停止するため、無駄なエネルギーは使用しないなどの特徴を有するが、粘性流体として用いるシリコンオイルの耐熱性は２４０℃程度が限界であり、シリコンオイルの温度をあまり高くできないことと、始動時シリコンオイルが撹拌されて高温に発熱するまでに時間がかかると共に、シリコンオイルの温度が上昇すると粘度が低下することによりせん断抵抗が低下して単位時間当りの発熱量が次第に減少する傾向があるためにエンジン冷間時間での急速な暖房効果が得られないという難点がある。このため、特にディーゼルエンジン搭載の寒冷地仕様車の場合、このようなビスカス式ヒータは有効性において十分とはいえず、より短時間にかつ効率よく熱媒体用流体を高温に加熱することができる補助ヒータが望まれていた。
【０００４】
そこで、本出願人はこのようなビスカス式ヒーターの有する問題点にかんがみ、前記のビスカス式ヒーターに比しより高温にしかも短時間に熱媒体用流体の温度を上昇させることができ、かつ耐熱性に優れたマグネット式ヒーターを開発し先に提案している。
このマグネット式ヒーターは、基本的には永久磁石、サーマルフェライトまたは電磁石などの磁石と、磁気ヒステリシスの大きな材料（例えばアルニコ材、フェライト系ステンレス鋼、ケイ素鋼など）やエディカレント材などの導体（発熱体）の２つの部材で構成され、この２つの部材が僅かなギャップを隔てて向かい合い、磁石と導体を相対的に回転させて磁路をせん断することにより導体側に発生するスリップ発熱を利用したもので、発熱体にエディカレント材またはヒステリシス材製リングを用いることによって数秒〜数十秒で２００〜６００℃の温度に発熱させることができるという特徴を有する。マグネット式ヒーターはこの原理を利用したもので、エンジン冷却水など車両の暖房に供される循環水をより短時間にかつ効率よく高温に加熱することができるという優れた特徴を有する。なお、上記した「スリップ発熱」とは前記磁石により発生した磁界内で、該磁界を切る方向に導体を動かす（回転させる）と、当該導体内に渦電流（エディカレント）が発生し、この渦電流の導体内における電気抵抗により発熱することを主に意味する。
【０００５】
一方、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、ヒステリシス材製リングを使用したマグネット式クラッチがある。このマグネット式クラッチは、磁性のヒステリシス材製リング内に置かれた永久磁石間に働く吸引作用によりトルクを伝達するもので、車両用内燃機関では主にラジエーターの冷却に用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、車両用内燃機関に用いられている前記のマグネット式ヒーターとマグネット式クラッチはそれぞれ別々に製作され独立して使用されているため、従来のマグネット式ヒーターとマグネット式クラッチはそれぞれ別々に制御系を設ける必要があり、コストやメンテナンスが比較的高くつく上、コンパクト化できないためそれぞれの設置スペースを必要とし、そのスペースの確保も容易でないという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたもので、マグネット式のクラッチとヒーターを一体化することによって、コンパクト化および低コスト化をはかったマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はマグネット式クラッチとマグネット式ヒーターが共に永久磁石を必須としている点に着目し、一つの永久磁石をマグネット式クラッチとマグネット式ヒーターに兼用できるように構成することによってマグネット式クラッチとヒーターを一体化した装置であり、その第１の実施態様は駆動軸に軸受装置を介して回転自在に支承されたファンケースの内周面に磁性のヒステリシス材製リングが嵌着され、前記駆動軸に軸方向にスライド可能に装着した磁石回転体に前記ヒステリシス材製リングと僅かなギャップを隔てて対向可能な永久磁石が取付けられ、前記ヒステリシス材製リングと永久磁石間に働く吸引作用により前記駆動軸のトルクをファンケースに伝達するようにしたマグネット式ファンクラッチと、磁石と導体を僅かなギャップを隔てて対向配置し、該磁石と導体を相対的に回転させることにより導体に生じるスリップ発熱で熱媒体用流体を加熱する方式であって、内側に熱媒体用流体ジャケットが設けられ、該ジャケットの内周面に前記永久磁石と僅かなギャップを隔てて対向可能な導体が取付けられたハウジングが前記ファンケースに軸受装置を介して回転自在に支承され、前記駆動軸に装着した磁石回転体を該ハウジング側にスライドさせて永久磁石を前記導体に対向させて駆動軸により永久磁石側を回動させることにより導体に生じるスリップ発熱により前記熱媒体用流体ジャケット内の熱媒体用流体が加熱される構造となしたマグネット式ヒーターとからなり、前記磁石支持体に軸受装置を介して相互に回転自在に接続され、流体圧シリンダー、サーモワックス、ソレノドなどの動力にて前後動するピストンロッドが前記ハウジング内に設けられ、該ピストンロッドにて前記磁石支持体を軸方向に前後動させて永久磁石を前記マグネット式ファンクラッチ側とマグネット式ヒーター側に移動させる切替機構を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また第２の実施態様は磁石と導体を僅かなギャップを隔てて対向配置し、該磁石と導体を相対的に回転させることにより導体に生じるスリップ発熱で熱媒体用流体を加熱する方式であって、内側に熱媒体用流体ジャケットが設けられ、該ジャケットの内周面に導体が取付けられたハウジング内に、流体圧シリンダー、サーモワックス、ソレノドなどの動力にて前後動可能に支持された駆動モーターが収納され、該駆動モータの回転軸に取付けられた磁石回転体に前記導体と僅かなギャップを隔てて対向可能な永久磁石が取付けられ、磁石回転体の回動により導体に生じるスリップ発熱により前記熱媒体用流体ジャケット内の熱媒体用流体が加熱される構造となしたマグネット式ヒーターと、前記永久磁石と僅かなギャップを隔てて対向可能な磁性のヒステリシス材製リングが内周面に嵌着され、前記ヒステリシス材製リングと永久磁石間に働く吸引作用により前記駆動軸のトルクをファンケースに伝達するようにしたマグネット式ファンクラッチとからなり、前記駆動モーターを前後動させて磁石回転体に取付けられた永久磁石を前記マグネット式ファンクラッチ側とマグネット式ヒーター側に移動させてクラッチとヒーターとを切替えるごとく構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
さらに第３の実施態様はマグネット式ヒーターとマグネット式ファンクラッチをそれぞれディスク形としたもので、駆動軸に軸受装置を介して回転自在に支承されたディスク形のファンケースの内面に磁性のヒステリシス材製リングが好ましくは嵌着して設けられ、前記駆動軸に軸方向にスライド可能に装着したディスク形の磁石回転体に前記ヒステリシス材製リングと僅かなギャップを隔てて対向可能な永久磁石が取付けられ、前記ヒステリシス材製リングと永久磁石間に働く吸引作用により前記駆動軸のトルクをファンケースに伝達するようにしたディスク形のマグネット式ファンクラッチと、磁石と導体を僅かなギャップを隔てて対向配置し、該磁石と導体を相対的に回転させることにより導体に生じるスリップ発熱で熱媒体用流体を加熱する方式であって、内側に熱媒体用流体ジャケットが設けられ、該ジャケットの前記ディスク形磁石回転体の背面と対向する面に前記永久磁石と僅かなギャップを隔てて対向可能な導体が取付けられたハウジングが前記ファンケースに軸受装置を介して回転自在に支承され、前記駆動軸に装着した磁石回転体を該ハウジング側にスライドさせて永久磁石を前記導体に対向させて駆動軸により永久磁石側を回動させることにより導体に生じるスリップ発熱により前記熱媒体用流体ジャケット内の熱媒体用流体が加熱される構造となしたディスク形のマグネット式ヒーターとからなり、前記磁石支持体の背面に軸受装置を介して相互に回転自在に接続され、流体圧シリンダー、サーモワックス、ソレノドなどの動力にて前後動するピストンロッドが前記ハウジング内に設けられ、該ピストンロッドにて前記磁石支持体を軸方向に前後動させて永久磁石を前記マグネット式ファンクラッチ側とマグネット式ヒーター側に移動させる切替機構を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
上記本発明のマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置においては、永久磁石に替えてサーマルフェライトを用いたり、導体にエディカレント材または鉄やフェライト系ステンレス鋼などを用いたりするものである。
【００１２】
また、本発明における回転駆動源としては、エンジンによりプーリなどを介して駆動軸を駆動する方式、あるいはエンジンとは別設の専用のモーターなどを用いることができる。
【００１３】
本発明においては、回転駆動される永久磁石をマグネット式ヒーター側に移動させると熱媒体用流体ジャケット内の熱媒体用流体が導体に生じるスリップ発熱で加熱される。また回転駆動される永久磁石をファンクラッチ側に移動させると、マグネット式ヒーター側がＯＦＦになると同時にファンクラッチ側がＯＮとなりヒステリシス材製リングと永久磁石間に働く吸引作用により駆動軸のトルクがファンケースに伝達されてファンが回転する。したがって、本発明装置は一つの永久磁石の軸方向の位置によりヒーターとファンのＯＮ／ＯＦＦを制御できるとともに、ファン回転およびヒーター性能を自由にコントロールできる。
なお、サーマルフェライトは、永久磁石にソフトフェライトを貼り付けたものが一般的であり、ある温度以上に発熱すると磁路がソフトフェライト中を通るようになり、反対に発熱温度がある温度以下に下がると磁路がソフトフェライトの外側に形成されるという特性を有する磁石であるため、永久磁石に替えてサーマルフェライトを用いた場合は、ヒーターは永久磁石をファンクラッチ側に移動させることなく自動的にＯＮ／ＯＦＦ制御が可能となる。
【００１４】
本発明に係るマグネット式ヒーターは導体側の回転により当該導体が発熱し、永久磁石も導体からの輻射熱により磁力は少し弱まり、駆動トルクは多少減少するが、前記したビスカス式ヒーター程の比ではなく、発熱量は高い値を維持し続けることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の請求項１に対応するマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の一実施例を示す縦断側面図、図２は同上のマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の他の実施例を示す縦断側面図、図３は本発明の請求項２に対応するマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の一実施例を示す縦断側面図、図４は同上のマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の他の実施例を示す縦断側面図、図５は本発明の請求項３に対応するマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の一実施例を示す縦断側面図、図６は同上のマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の他の実施例を示す縦断側面図であり、１、１１、２１は駆動軸、２、１２、２２はファンケース、３、１３はヒステリシス材製リング、４、１４、２４は磁石回転体、５、１５は永久磁石、６、１６、２６はハウジング、７、１７、２７はウォータージャケット、８、１８は導体、９、１９はヨーク、１０はピストン、３０は流体圧シリンダー、３１はスプリング、３２は駆動モーター、３３はモーター支持体、３４−１〜３４−４は軸受、３５はファン、３６はプーリ、３７は給電ケーブル、３８はエンジン冷却水、Ｐ１は入水ポート、Ｐ２は出水ポート、Ｐ３、Ｐ４は圧力流体ポートをそれぞれ示す。
【００１６】
図１に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置は、駆動軸１に軸受３４−１を介して回転自在に取付けられた大径短寸のファンケース２、このファンケース２の内周面に嵌着されたアルニコ、フェライト系ステンレス鋼や鉄などからなるヒステリシス材製リング３、前記駆動軸１にスプライン軸部を設けて軸方向にスライド可能に外嵌した磁石回転体４に前記ヒステリシス材製リング３と僅かなギャップを隔てて対向可能に取付けられたリング状の永久磁石５とからなるマグネット式ファンクラッチと、前記ファンケース２に軸受３４−２を介して相互に回転自在に外嵌したハウジング６、該ハウジングの内周側に設けたウォータージャケット７、前記ウォータージャケット７に前記永久磁石５と僅かなギャップを隔てて対向するごとくヨーク９を介して取付けた銅、アルミニウムなどの導体８とからなるマグネット式ヒーターと、前記ハウジング６に前記駆動軸１と同一軸線上に突設した筒体部６−１に流体圧シリンダー３０にて前後動可能に収納され、かつスプリング３１にて常時外方の力を付勢され前記磁石回転体４と軸受３４−３を介して接続されたピストン１０からなり、前記流体圧シリンダー３０により磁石回転体４を軸方向に前後動させることにより永久磁石５をマグネット式ファンクラッチ側とマグネット式ヒーター側に移動させる切替機構とから構成されている。
【００１７】
導体８およびウォータージャケット７を有するハウジング６には、入水ポートＰ１および出水ポートＰ２が設けられ、入水ポートＰ１と出水ポートＰ２は該ウォータージャケット７内に連通されている。一方、駆動軸１には締結ボルトなどによりプーリ３６が取付けられ、車両のエンジンによりベルトで回転されるようになっている。駆動源はエンジンに替えて専用のモーターを使用することも可能であることはいうまでもない。また、切替機構のピストン１０をスプリング３１に抗して軸方向に移動させる動力としては、油圧または空圧などの流体圧シリンダー３０のほか、サーモワックス、ソレノイドなどを用いることも可能である。
【００１８】
上記構成のマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置において、切替機構の流体圧シリンダー３０により磁石回転体４を図１に示すごとくハウジング６側に移動させて永久磁石５を導体８と対向位置させた状態で駆動軸１がプーリ３６を介してエンジンにより駆動されると、永久磁石５が回動することによりハウジング６内に収納されている導体８との間に形成されている磁路がせん断されて導体８にスリップ発熱が生じる。この導体８の発熱は、ウォータージャケット７内のエンジン冷却水２５に熱交換されて加熱される。このヒーター作動中はファンクラッチは機能していないためファンは停止している。
【００１９】
つぎに、エンジン冷却水の冷却が必要となった場合は切替機構の流体圧シリンダー３０によりスプリング３１に抗して磁石回転体４をファンケース２側に移動させて永久磁石５をヒステリシス材製リング３と対向位置させると、永久磁石５がマグネット式ヒーター側の導体８より離れることによりヒーターの機能が停止すると同時に、マグネット式ファンクラッチ側のヒステリシス材製リング３と永久磁石５間に働く吸引作用により駆動軸のトルクがファンケース２に伝達され冷却ファン３５が回転しラジエーターが冷却される。これによりウォータージャケット７内のエンジン冷却水２５は温度が徐々に低下する。
【００２０】
ウォータージャケット７内のエンジン冷却水３８がある温度まで低下し、昇温させる必要が生じた場合は、再び切替機構の流体圧シリンダー３０を開放してスプリング３１の押圧力により磁石回転体４をハウジング６側に移動させて永久磁石５を導体８と対向位置させてヒーターとして機能させる。この時冷却ファン３５の回転は停止する。そしてエンジン冷却水３８が暖まり始めると、今度は磁石回転体４をファンケース２側に移動させて永久磁石５をヒステリシス材製リング３と対向位置させて冷却ファン３５を回転させ、ラジエーター冷却用として作用させる。
【００２１】
つぎに、図２に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置は、ファンクラッチとヒーターの切替機構を変更した以外は図１に示す装置と同一である。すなわち、図１に示す装置では切替機構のピストン１０を流体圧シリンダー３０とスプリング３１にて作動させる方式を採用した場合を例示したが、図２に示す装置はハウジング６に前記駆動軸１と同一軸線上に突設した筒体部６−１を直接流体圧シリンダーとして用いて、図１に示す流体圧シリンダー３０とスプリング３１を省いた構成としたもので、筒体部６−１の長手方向両端部に設けた圧力流体ポートＰ３、Ｐ４より筒体部６−１内に圧力流体を出し入れすることによりピストン１０を作動させる方式である。３４−４はピストン１０をスライド自在に支持する軸受兼シールである。
【００２２】
図２に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置において、筒体部６−１内の圧力流体の供給量が加減されて磁石回転体４がヒーター側に位置した状態で駆動軸１が駆動されると、永久磁石５が回動することによりハウジング６内に収納されている導体８との間に形成されている磁路がせん断されて導体８にスリップ発熱が生じ、ウォータージャケット７内のエンジン冷却水３８が加熱される。つぎに筒体部６−１内の圧力流体の流れ方向を調節してピストン１０をファンケース２側に移動させて永久磁石５をヒステリシス材製リング３と対向位置させると、永久磁石５が導体より離れることによりヒーターの機能が停止すると同時に、ヒステリシス材製リング３と永久磁石５間に働く吸引作用により駆動軸のトルクがファンケース２に伝達され冷却ファン３５が回転しラジエーターが冷却される。この時ウォータージャケット７内のエンジン冷却水３８は温度が徐々に低下する。したがってこの装置の場合は、筒体部６−１内の圧力流体の供給方向を調整することによってファンクラッチ、ヒーターの両機能を選択機能させることができる。
【００２３】
一方、図３、図４に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置はモーター内蔵型を例示したもので、図３に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の構造は、ウォータージャケット１７、導体８およびヨーク９を具備するハウジング１６の背面側に突設した筒体部１６−１に流体圧シリンダー３０にて前後動可能に収納され、かつスプリング３１にて常時外方の力を付勢されたピストン１０の先端にモーター支持体３３を介して駆動モーター３２を取付け、この駆動モーター３２の駆動軸１１に円筒形の磁石回転体１４を取付けた構造となしたもので、内周面にアルニコ、フェライト系ステンレス鋼、鉄などからなるヒステリシス材製リング３を有するファンケース１２は前記ハウジング１６の前面側に軸受３４−２を介して回転自在に外嵌されている。なお、駆動モーター３２には給電ケーブル３７より通電されるように構成されている。
【００２４】
図３に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置において、切替機構の流体圧シリンダー３０を操作してピストン１０を後退させて磁石回転体１４に取付けた永久磁石５を導体８と対向位置させた状態で駆動モーター３２が起動すると、図１に示す装置と同様、永久磁石５が回動することによりハウジング１６内に収納されている導体８との間に形成されている磁路がせん断されて導体８にスリップ発熱が生じ、ウォータージャケット１７内のエンジン冷却水３８が加熱される。このヒーター作動中はファンクラッチは機能していないためファンは停止している。
【００２５】
つぎに、切替機構の流体圧シリンダー３０によりスプリング３１に抗して磁石回転体１４をファンケース１２側に移動させて永久磁石５をヒステリシス材製リング３と対向位置させると、永久磁石５が導体より離れることによりヒーターの機能が停止すると同時に、ヒステリシス材製リング３と永久磁石５間に働く吸引作用により駆動軸のトルクがファンケース１２に伝達され冷却ファン３５が回転しラジエーターが冷却される。この時ウォータージャケット１７内のエンジン冷却水３８は温度が徐々に低下する。ウォータージャケット１７内のエンジン冷却水３８がある温度まで低下し、昇温の必要が生じた場合は、再び切替機構の流体圧シリンダー３０を開放してスプリング３１の押圧力により磁石回転体１４をハウジング１６側に移動させて永久磁石５を導体８と対向位置させてヒーターとして機能させる。この時冷却ファン３５の回転は停止する。そしてエンジン冷却水３８が暖まり始めると、今度は磁石回転体１４をファンケース１２側に移動させて永久磁石５をヒステリシス材製リング３と対向位置させて冷却ファン２２を回転させ、ラジエーター冷却用として作用させる。
【００２６】
また、図４に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置は、ファンクラッチとヒーターの切替機構を変更した以外は図３に示す装置と同一である。すなわち、図３に示す装置では切替機構のピストン１０をスプリング３１と流体圧シリンダー３０にて作動させる方式を採用した場合を例示したが、図４に示す装置は前記図２に示す切替機構と同様、ハウジング１６に前記駆動軸１と同一軸線上に突設した筒体部１６−１を直接流体圧シリンダーとして用いて、図３に示す流体圧シリンダー３０とスプリング３１を省いた構成としたもので、筒体部１６−１の長手方向両端部に設けた圧力流体ポートＰ３、Ｐ４より筒体部１６−１内に圧力流体を出し入れすることによりピストンロッド１０を作動させる方式である。
【００２７】
図４に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置において、筒体部１６−１内の圧力流体の供給量が加減されて磁石回転体１４がヒーター側に位置した状態で駆動モーター３２が起動すると、図３に示す装置と同様、永久磁石５が回動することによりハウジング内に収納されている導体８との間に形成されている磁路がせん断されて導体８にスリップ発熱が生じ、ウォータージャケット１７内のエンジン冷却水３８が加熱される。つぎに筒体部１６−１内の圧力流体の流量を調節してピストン１０をファンケース１２側に移動させて永久磁石５をヒステリシス材製リング３と対向位置させると、永久磁石５が導体より離れることによりヒーターの機能が停止すると同時に、ヒステリシス材製リング３と永久磁石５間に働く吸引作用により駆動軸のトルクがファンケース１２に伝達され冷却ファン３５が回転しラジエーターが冷却される。この時ウォータージャケット１７内のエンジン冷却水３８は温度が徐々に低下する。したがってこの装置の場合も前記図２に示す装置と同様、筒体部１６−１内の圧力流体の供給量を加減することによってファンクラッチ、ヒーターの両機能を選択機能させることができる。
【００２８】
なお、図３、図４に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の場合は、ファンケース１２側のヒステリシス材製リング３とヒーター側の導体８との間にいわゆるニュートラルの状態にするための領域を設けているので、ファンクラッチおよびヒーター共に機能停止させたい場合は、図３に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置においては切替機構の流体圧シリンダー３０により、図４に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置においては筒体部１６−１内に出し入れする圧力流体により、それぞれ永久磁石５を図３、図４に示すニュートラルの位置に停止させておけばよい。
【００２９】
上記図１〜図４に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置は、マグネット式ファンクラッチおよびマグネット式ヒーター共に、永久磁石５とヒステリシス材リング３および導体８がそれぞれファンケース２、１２、ハウジング６、１６の半径方向に対向配置した構成となしているが、図５、図６に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置は、永久磁石とヒステリシス材リングおよび導体を軸方向に配置したデイスクタイプとしたものである。
すなわち図５に示すデイスクタイプのマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置は、駆動軸２１に軸受３４−１を介して回転自在に取付けられたディスク形のファンケース２２、このファンケース２２の内面に取着したアルニコ、フェライト系ステンレス鋼や鉄などからなるドーナツ形のヒステリシス材製リング１３、前記駆動軸２１にスプライン軸部を設けて軸方向にスライド可能に外嵌したディスク形の磁石回転体２４に前記ヒステリシス材製リング１３と僅かなギャップを隔てて対向可能に取付けられたドーナツ形の永久磁石１５とからなるマグネット式ファンクラッチと、前記ファンケース２２に軸受３４−２を介して相互に回転自在に外嵌したハウジング２６、該ハウジングの内周側に設けたウォータージャケット２７、前記ウォータージャケット２７に前記永久磁石１５と僅かなギャップを隔てて対向するごとくヨーク１９を介して取付けた銅、アルミニウムなどのドーナツ形の導体１８とからなるマグネット式ヒーターと、前記ハウジング２６に前記駆動軸２１と同一軸線上に突設した筒体部２６−１に流体圧シリンダー３０にて前後動可能に収納され、かつスプリング３１にて常時外方の力を付勢され前記磁石回転体２４と軸受３４−３を介して接続されたピストン１０からなり、前記流体圧シリ１５をマグネット式ファンクラッチ側とマグネット式ヒーター側に移動させる切替機構とから構成されている。
【００３０】
導体１８およびウォータージャケット２７を有するハウジング２６には、入水ポートＰ１および出水ポートＰ２が設けられ、入水ポートＰ１と出水ポートＰ２は該ウォータージャケット２７内に連通されている。一方、駆動軸２１には締結ボルトなどによりプーリ３６が取付けられ、車両のエンジンによりベルトで回転されるようになっている。駆動源はエンジンに替えて専用のモーターを使用することも可能であることはいうまでもない。また、切替機構のピストン１０をスプリング３１に抗して軸方向に移動させる動力としては、油圧または空圧などの流体圧シリンダー３０のほか、サーモワックス、ソレノドなどを用いることも可能である。
【００３１】
上記構成のマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置において、切替機構の流体圧シリンダー３０により磁石回転体２４を図１に示すごとくハウジング２６側に移動させて永久磁石１５を導体１８と対向位置させた状態で駆動軸２１がプーリ３６を介してエンジンにより駆動されると、永久磁石１５が回動することによりハウジング２６内に収納されている導体１８との間に形成されている磁路がせん断されて導体１８にスリップ発熱が生じる。この導体１８の発熱は、ウォータージャケット２７内のエンジン冷却水３８に熱交換されて加熱される。このヒーター作動中はファンクラッチは機能していないためファンは停止している。
【００３２】
つぎに、エンジン冷却水の冷却が必要となった場合は切替機構の流体圧シリンダー３０によりスプリング３１に抗して磁石回転体２４をファンケース２２側に移動させて永久磁石１５をヒステリシス材製リング１３と対向位置させると、永久磁石１５がマグネット式ヒーター側の導体１８より離れることによりヒーターの機能が停止すると同時に、マグネット式ファンクラッチ側のヒステリシス材製リング１３と永久磁石１５間に働く吸引作用により駆動軸のトルクがファンケース２２に伝達され冷却ファン３５が回転しラジエーターが冷却される。これによりウォータージャケット２７内のエンジン冷却水３８は温度が徐々に低下する。
【００３３】
ウォータージャケット２７内のエンジン冷却水３８がある温度まで低下し、昇温させる必要が生じた場合は、再び切替機構の流体圧シリンダー３０を開放してスプリング３１の押圧力により磁石回転体２４をハウジング２６側に移動させて永久磁石１５を導体１８と対向位置させてヒーターとして機能させる。この時冷却ファン３５の回転は停止する。そしてエンジン冷却水３８が暖まり始めると、今度は磁石回転体２４をファンケース２６側に移動させて永久磁石１５をヒステリシス材製リング１３と対向位置させて冷却ファン３５を回転させ、ラジエーター冷却用として作用させる。
【００３４】
つぎに、図６に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置は、ファンクラッチとヒーターの切替機構を変更した以外は図５に示す装置と同一である。すなわち、図５に示す装置では切替機構のピストン１０を流体圧シリンダー３０とスプリング３１にて作動させる方式を採用した場合を例示したが、図６に示す装置はハウジング２６に前記駆動軸１と同一軸線上に突設した筒体部２６−１を直接流体圧シリンダーとして用いて、図５に示す流体圧シリンダー３０とスプリング３１を省いた構成としたもので、筒体部２６−１の長手方向両端部に設けた圧力流体ポートＰ３、Ｐ４より筒体部２６−１内に圧力流体を出し入れすることによりピストン１０を作動させる方式である。３４−４はピストン１０をスライド自在に支持する軸受兼シールである。
【００３５】
図６に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置において、筒体部２６−１内の圧力流体の供給量が加減されて磁石回転体２４がヒーター側に位置した状態で駆動軸２１が駆動されると、永久磁石１５が回動することによりハウジング２６内に収納されている導体１８との間に形成されている磁路がせん断されて導体１８にスリップ発熱が生じ、ウォータージャケット２７内のエンジン冷却水３８が加熱される。
【００３６】
【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・ヒーター装置は、より短時間にかつ効率よく熱媒体用流体を高温に加熱することができるマグネット式ヒーターとヒステリシス材を使用したマグネット式クラッチとを一体化して一つの永久磁石でクラッチとヒーターの両機能を得ることができるように構成したことにより、構造をよりシンプルにでき、装置のコンパクト化と低コスト化を実現でき、また摩耗のない非接触式の機構でより高い信頼性と安全性を確保することができるなどの効果が得られるとともに、永久磁石の位置を調節することができるので、ファン回転およびヒーター性能を自由にかつ精度よくコントロールすることが可能となり、エンジン冷却水の温度を微調整できることにより燃費の向上をはかることができるとともに、例えばエンジン冷間時、急速に暖房が必要な場合、エンジン冷却水を急速に暖めることができるなど、多くの優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１に対応するマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の一実施例を示す縦断側面図である。
【図２】同上のマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の他の実施例を示す縦断側面図である。
【図３】本発明の請求項２に対応するマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の一実施例を示す縦断側面図である。
【図４】同上のマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の他の実施例を示す縦断側面図である。
【図５】本発明の請求項３に対応するマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の一実施例を示す縦断側面図である。
【図６】同上のマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の他の実施例を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１、１１、２１ 駆動軸
２、１２、２２ ファンケース
３、１３ ヒステリシス材製リング
４、１４、２４ 磁石回転体
５、１５ 永久磁石
６、１６、２６ ハウジング
７、１７、２７ ウォータージャケット
８、１８ 導体
９、１９ ヨーク
１０ ピストンロッド
３０ 流体圧シリンダー
３１ スプリング
３２ 駆動モーター
３３ モーター支持体
３４−１〜３４−４ 軸受
３５ ファン
３６ プーリ
３７ 給電ケーブル
３８ エンジン冷却水
Ｐ１ 入水ポート
Ｐ２ 出水ポート
Ｐ３、Ｐ４ 圧力流体ポート
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に寒冷時や極寒時におけるディーゼルエンジンやガソリンエンジンを動力源とする主に自動車などの各種車両用エンジンの起動性向上や各種車両や船舶のキャビン暖房などに使用されるエンジン冷却水などの熱媒体用流体の補助加熱手段として用いられ、またエンジン駆動される発電機、溶接機、コンプレッサー、建設機械などのエンジン冷却水の予熱あるいは急速昇温（ウォーミングアップ時間の短縮）に用いるマグネット式ヒーターと、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ファンクラッチを一体化したマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
寒冷地などにおける始動時のエンジン冷却水の暖房に利用される自動車などの車両用補助暖房熱源として、ビスカス式ヒーターが知られている（特開平２−２４６８２３号公報、実開平４−１１７１６号公報、特開平９−２５４６３７公報、特開平９−６６７２９号公報、特開平９−３２３５３０公報等参照）。
ビスカス式ヒーターは、シリコンオイルなどの粘性流体をせん断により発熱させ、ウォータージャケット内を循環する循環水に熱交換して暖房熱源に利用する方式であって、その構造としては、例えばハウジング内部に発熱室と、この発熱室の外域にウォータージャケットを形成し、ハウジングには軸受装置を介して駆動軸が回動可能に支承され、駆動軸には発熱室内で回動可能なロータが固定されており、発熱室の壁面とロータとの間隙にシリコンオイルなどの粘性流体が封入され、ウォータージャケット内では循環水が入水ポートから取入れられ、出水ポートから外部の暖房回路へ送り出されるべく循環されている。
【０００３】
車両の暖房装置に組込まれたこのビスカス式ヒーターでは、駆動軸がエンジンにより駆動されれば、発熱室内でロータが回動するため、粘性流体が発熱室の壁面とロータの外面との間隙でせん断により発熱し、この発熱がウォータージャケット内の循環水に熱交換され、加熱された循環水が暖房回路でエンジン冷却水など車両の暖房に供されることとなる。しかし、上記したビスカス式ヒーターは、シンプルな構造により、小型化と低コストを実現でき、また摩耗のない非接触式の機構で高い信頼性と安全性を確保することができ、さらに水温が上昇し、補助ヒーターが不要になると温度制御により自動的に運転が停止するため、無駄なエネルギーは使用しないなどの特徴を有するが、粘性流体として用いるシリコンオイルの耐熱性は２４０℃程度が限界であり、シリコンオイルの温度をあまり高くできないことと、始動時シリコンオイルが撹拌されて高温に発熱するまでに時間がかかると共に、シリコンオイルの温度が上昇すると粘度が低下することによりせん断抵抗が低下して単位時間当りの発熱量が次第に減少する傾向があるためにエンジン冷間時間での急速な暖房効果が得られないという難点がある。このため、特にディーゼルエンジン搭載の寒冷地仕様車の場合、このようなビスカス式ヒータは有効性において十分とはいえず、より短時間にかつ効率よく熱媒体用流体を高温に加熱することができる補助ヒータが望まれていた。
【０００４】
そこで、本出願人はこのようなビスカス式ヒーターの有する問題点にかんがみ、前記のビスカス式ヒーターに比しより高温にしかも短時間に熱媒体用流体の温度を上昇させることができ、かつ耐熱性に優れたマグネット式ヒーターを開発し先に提案している。
このマグネット式ヒーターは、基本的には永久磁石、サーマルフェライトまたは電磁石などの磁石と、磁気ヒステリシスの大きな材料（例えばアルニコ材、フェライト系ステンレス鋼、ケイ素鋼など）やエディカレント材などの導体（発熱体）の２つの部材で構成され、この２つの部材が僅かなギャップを隔てて向かい合い、磁石と導体を相対的に回転させて磁路をせん断することにより導体側に発生するスリップ発熱を利用したもので、発熱体にエディカレント材またはヒステリシス材製リングを用いることによって数秒〜数十秒で２００〜６００℃の温度に発熱させることができるという特徴を有する。マグネット式ヒーターはこの原理を利用したもので、エンジン冷却水など車両の暖房に供される循環水をより短時間にかつ効率よく高温に加熱することができるという優れた特徴を有する。なお、上記した「スリップ発熱」とは前記磁石により発生した磁界内で、該磁界を切る方向に導体を動かす（回転させる）と、当該導体内に渦電流（エディカレント）が発生し、この渦電流の導体内における電気抵抗により発熱することを主に意味する。
【０００５】
一方、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、ヒステリシス材製リングを使用したマグネット式クラッチがある。このマグネット式クラッチは、磁性のヒステリシス材製リング内に置かれた永久磁石間に働く吸引作用によりトルクを伝達するもので、車両用内燃機関では主にラジエーターの冷却に用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、車両用内燃機関に用いられている前記のマグネット式ヒーターとマグネット式クラッチはそれぞれ別々に製作され独立して使用されているため、従来のマグネット式ヒーターとマグネット式クラッチはそれぞれ別々に制御系を設ける必要があり、コストやメンテナンスが比較的高くつく上、コンパクト化できないためそれぞれの設置スペースを必要とし、そのスペースの確保も容易でないという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたもので、マグネット式のクラッチとヒーターを一体化することによって、コンパクト化および低コスト化をはかったマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はマグネット式クラッチとマグネット式ヒーターが共に永久磁石を必須としている点に着目し、一つの永久磁石をマグネット式クラッチとマグネット式ヒーターに兼用できるように構成することによってマグネット式クラッチとヒーターを一体化した装置であり、その第１の実施態様は駆動軸に軸受装置を介して回転自在に支承されたファンケースの内周面に磁性のヒステリシス材製リングが嵌着され、前記駆動軸に軸方向にスライド可能に装着した磁石回転体に前記ヒステリシス材製リングと僅かなギャップを隔てて対向可能な永久磁石が取付けられ、前記ヒステリシス材製リングと永久磁石間に働く吸引作用により前記駆動軸のトルクをファンケースに伝達するようにしたマグネット式ファンクラッチと、磁石と導体を僅かなギャップを隔てて対向配置し、該磁石と導体を相対的に回転させることにより導体に生じるスリップ発熱で熱媒体用流体を加熱する方式であって、内側に熱媒体用流体ジャケットが設けられ、該ジャケットの内周面に前記永久磁石と僅かなギャップを隔てて対向可能な導体が取付けられたハウジングが前記ファンケースに軸受装置を介して回転自在に支承され、前記駆動軸に装着した磁石回転体を該ハウジング側にスライドさせて永久磁石を前記導体に対向させて駆動軸により永久磁石側を回動させることにより導体に生じるスリップ発熱により前記熱媒体用流体ジャケット内の熱媒体用流体が加熱される構造となしたマグネット式ヒーターとからなり、前記磁石支持体に軸受装置を介して相互に回転自在に接続され、流体圧シリンダー、サーモワックス、ソレノドなどの動力にて前後動するピストンロッドが前記ハウジング内に設けられ、該ピストンロッドにて前記磁石支持体を軸方向に前後動させて永久磁石を前記マグネット式ファンクラッチ側とマグネット式ヒーター側に移動させる切替機構を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また第２の実施態様は磁石と導体を僅かなギャップを隔てて対向配置し、該磁石と導体を相対的に回転させることにより導体に生じるスリップ発熱で熱媒体用流体を加熱する方式であって、内側に熱媒体用流体ジャケットが設けられ、該ジャケットの内周面に導体が取付けられたハウジング内に、流体圧シリンダー、サーモワックス、ソレノドなどの動力にて前後動可能に支持された駆動モーターが収納され、該駆動モータの回転軸に取付けられた磁石回転体に前記導体と僅かなギャップを隔てて対向可能な永久磁石が取付けられ、磁石回転体の回動により導体に生じるスリップ発熱により前記熱媒体用流体ジャケット内の熱媒体用流体が加熱される構造となしたマグネット式ヒーターと、前記永久磁石と僅かなギャップを隔てて対向可能な磁性のヒステリシス材製リングが内周面に嵌着され、前記ヒステリシス材製リングと永久磁石間に働く吸引作用により前記駆動軸のトルクをファンケースに伝達するようにしたマグネット式ファンクラッチとからなり、前記駆動モーターを前後動させて磁石回転体に取付けられた永久磁石を前記マグネット式ファンクラッチ側とマグネット式ヒーター側に移動させてクラッチとヒーターとを切替えるごとく構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
さらに第３の実施態様はマグネット式ヒーターとマグネット式ファンクラッチをそれぞれディスク形としたもので、駆動軸に軸受装置を介して回転自在に支承されたディスク形のファンケースの内面に磁性のヒステリシス材製リングが好ましくは嵌着して設けられ、前記駆動軸に軸方向にスライド可能に装着したディスク形の磁石回転体に前記ヒステリシス材製リングと僅かなギャップを隔てて対向可能な永久磁石が取付けられ、前記ヒステリシス材製リングと永久磁石間に働く吸引作用により前記駆動軸のトルクをファンケースに伝達するようにしたディスク形のマグネット式ファンクラッチと、磁石と導体を僅かなギャップを隔てて対向配置し、該磁石と導体を相対的に回転させることにより導体に生じるスリップ発熱で熱媒体用流体を加熱する方式であって、内側に熱媒体用流体ジャケットが設けられ、該ジャケットの前記ディスク形磁石回転体の背面と対向する面に前記永久磁石と僅かなギャップを隔てて対向可能な導体が取付けられたハウジングが前記ファンケースに軸受装置を介して回転自在に支承され、前記駆動軸に装着した磁石回転体を該ハウジング側にスライドさせて永久磁石を前記導体に対向させて駆動軸により永久磁石側を回動させることにより導体に生じるスリップ発熱により前記熱媒体用流体ジャケット内の熱媒体用流体が加熱される構造となしたディスク形のマグネット式ヒーターとからなり、前記磁石支持体の背面に軸受装置を介して相互に回転自在に接続され、流体圧シリンダー、サーモワックス、ソレノドなどの動力にて前後動するピストンロッドが前記ハウジング内に設けられ、該ピストンロッドにて前記磁石支持体を軸方向に前後動させて永久磁石を前記マグネット式ファンクラッチ側とマグネット式ヒーター側に移動させる切替機構を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
上記本発明のマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置においては、永久磁石に替えてサーマルフェライトを用いたり、導体にエディカレント材または鉄やフェライト系ステンレス鋼などを用いたりするものである。
【００１２】
また、本発明における回転駆動源としては、エンジンによりプーリなどを介して駆動軸を駆動する方式、あるいはエンジンとは別設の専用のモーターなどを用いることができる。
【００１３】
本発明においては、回転駆動される永久磁石をマグネット式ヒーター側に移動させると熱媒体用流体ジャケット内の熱媒体用流体が導体に生じるスリップ発熱で加熱される。また回転駆動される永久磁石をファンクラッチ側に移動させると、マグネット式ヒーター側がＯＦＦになると同時にファンクラッチ側がＯＮとなりヒステリシス材製リングと永久磁石間に働く吸引作用により駆動軸のトルクがファンケースに伝達されてファンが回転する。したがって、本発明装置は一つの永久磁石の軸方向の位置によりヒーターとファンのＯＮ／ＯＦＦを制御できるとともに、ファン回転およびヒーター性能を自由にコントロールできる。
なお、サーマルフェライトは、永久磁石にソフトフェライトを貼り付けたものが一般的であり、ある温度以上に発熱すると磁路がソフトフェライト中を通るようになり、反対に発熱温度がある温度以下に下がると磁路がソフトフェライトの外側に形成されるという特性を有する磁石であるため、永久磁石に替えてサーマルフェライトを用いた場合は、ヒーターは永久磁石をファンクラッチ側に移動させることなく自動的にＯＮ／ＯＦＦ制御が可能となる。
【００１４】
本発明に係るマグネット式ヒーターは導体側の回転により当該導体が発熱し、永久磁石も導体からの輻射熱により磁力は少し弱まり、駆動トルクは多少減少するが、前記したビスカス式ヒーター程の比ではなく、発熱量は高い値を維持し続けることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の請求項１に対応するマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の一実施例を示す縦断側面図、図２は同上のマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の他の実施例を示す縦断側面図、図３は本発明の請求項２に対応するマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の一実施例を示す縦断側面図、図４は同上のマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の他の実施例を示す縦断側面図、図５は本発明の請求項３に対応するマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の一実施例を示す縦断側面図、図６は同上のマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の他の実施例を示す縦断側面図であり、１、１１、２１は駆動軸、２、１２、２２はファンケース、３、１３はヒステリシス材製リング、４、１４、２４は磁石回転体、５、１５は永久磁石、６、１６、２６はハウジング、７、１７、２７はウォータージャケット、８、１８は導体、９、１９はヨーク、１０はピストン、３０は流体圧シリンダー、３１はスプリング、３２は駆動モーター、３３はモーター支持体、３４−１〜３４−４は軸受、３５はファン、３６はプーリ、３７は給電ケーブル、３８はエンジン冷却水、Ｐ１は入水ポート、Ｐ２は出水ポート、Ｐ３、Ｐ４は圧力流体ポートをそれぞれ示す。
【００１６】
図１に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置は、駆動軸１に軸受３４−１を介して回転自在に取付けられた大径短寸のファンケース２、このファンケース２の内周面に嵌着されたアルニコ、フェライト系ステンレス鋼や鉄などからなるヒステリシス材製リング３、前記駆動軸１にスプライン軸部を設けて軸方向にスライド可能に外嵌した磁石回転体４に前記ヒステリシス材製リング３と僅かなギャップを隔てて対向可能に取付けられたリング状の永久磁石５とからなるマグネット式ファンクラッチと、前記ファンケース２に軸受３４−２を介して相互に回転自在に外嵌したハウジング６、該ハウジングの内周側に設けたウォータージャケット７、前記ウォータージャケット７に前記永久磁石５と僅かなギャップを隔てて対向するごとくヨーク９を介して取付けた銅、アルミニウムなどの導体８とからなるマグネット式ヒーターと、前記ハウジング６に前記駆動軸１と同一軸線上に突設した筒体部６−１に流体圧シリンダー３０にて前後動可能に収納され、かつスプリング３１にて常時外方の力を付勢され前記磁石回転体４と軸受３４−３を介して接続されたピストン１０からなり、前記流体圧シリンダー３０により磁石回転体４を軸方向に前後動させることにより永久磁石５をマグネット式ファンクラッチ側とマグネット式ヒーター側に移動させる切替機構とから構成されている。
【００１７】
導体８およびウォータージャケット７を有するハウジング６には、入水ポートＰ１および出水ポートＰ２が設けられ、入水ポートＰ１と出水ポートＰ２は該ウォータージャケット７内に連通されている。一方、駆動軸１には締結ボルトなどによりプーリ３６が取付けられ、車両のエンジンによりベルトで回転されるようになっている。駆動源はエンジンに替えて専用のモーターを使用することも可能であることはいうまでもない。また、切替機構のピストン１０をスプリング３１に抗して軸方向に移動させる動力としては、油圧または空圧などの流体圧シリンダー３０のほか、サーモワックス、ソレノイドなどを用いることも可能である。
【００１８】
上記構成のマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置において、切替機構の流体圧シリンダー３０により磁石回転体４を図１に示すごとくハウジング６側に移動させて永久磁石５を導体８と対向位置させた状態で駆動軸１がプーリ３６を介してエンジンにより駆動されると、永久磁石５が回動することによりハウジング６内に収納されている導体８との間に形成されている磁路がせん断されて導体８にスリップ発熱が生じる。この導体８の発熱は、ウォータージャケット７内のエンジン冷却水２５に熱交換されて加熱される。このヒーター作動中はファンクラッチは機能していないためファンは停止している。
【００１９】
つぎに、エンジン冷却水の冷却が必要となった場合は切替機構の流体圧シリンダー３０によりスプリング３１に抗して磁石回転体４をファンケース２側に移動させて永久磁石５をヒステリシス材製リング３と対向位置させると、永久磁石５がマグネット式ヒーター側の導体８より離れることによりヒーターの機能が停止すると同時に、マグネット式ファンクラッチ側のヒステリシス材製リング３と永久磁石５間に働く吸引作用により駆動軸のトルクがファンケース２に伝達され冷却ファン３５が回転しラジエーターが冷却される。これによりウォータージャケット７内のエンジン冷却水２５は温度が徐々に低下する。
【００２０】
ウォータージャケット７内のエンジン冷却水３８がある温度まで低下し、昇温させる必要が生じた場合は、再び切替機構の流体圧シリンダー３０を開放してスプリング３１の押圧力により磁石回転体４をハウジング６側に移動させて永久磁石５を導体８と対向位置させてヒーターとして機能させる。この時冷却ファン３５の回転は停止する。そしてエンジン冷却水３８が暖まり始めると、今度は磁石回転体４をファンケース２側に移動させて永久磁石５をヒステリシス材製リング３と対向位置させて冷却ファン３５を回転させ、ラジエーター冷却用として作用させる。
【００２１】
つぎに、図２に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置は、ファンクラッチとヒーターの切替機構を変更した以外は図１に示す装置と同一である。すなわち、図１に示す装置では切替機構のピストン１０を流体圧シリンダー３０とスプリング３１にて作動させる方式を採用した場合を例示したが、図２に示す装置はハウジング６に前記駆動軸１と同一軸線上に突設した筒体部６−１を直接流体圧シリンダーとして用いて、図１に示す流体圧シリンダー３０とスプリング３１を省いた構成としたもので、筒体部６−１の長手方向両端部に設けた圧力流体ポートＰ３、Ｐ４より筒体部６−１内に圧力流体を出し入れすることによりピストン１０を作動させる方式である。３４−４はピストン１０をスライド自在に支持する軸受兼シールである。
【００２２】
図２に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置において、筒体部６−１内の圧力流体の供給量が加減されて磁石回転体４がヒーター側に位置した状態で駆動軸１が駆動されると、永久磁石５が回動することによりハウジング６内に収納されている導体８との間に形成されている磁路がせん断されて導体８にスリップ発熱が生じ、ウォータージャケット７内のエンジン冷却水３８が加熱される。つぎに筒体部６−１内の圧力流体の流れ方向を調節してピストン１０をファンケース２側に移動させて永久磁石５をヒステリシス材製リング３と対向位置させると、永久磁石５が導体より離れることによりヒーターの機能が停止すると同時に、ヒステリシス材製リング３と永久磁石５間に働く吸引作用により駆動軸のトルクがファンケース２に伝達され冷却ファン３５が回転しラジエーターが冷却される。この時ウォータージャケット７内のエンジン冷却水３８は温度が徐々に低下する。したがってこの装置の場合は、筒体部６−１内の圧力流体の供給方向を調整することによってファンクラッチ、ヒーターの両機能を選択機能させることができる。
【００２３】
一方、図３、図４に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置はモーター内蔵型を例示したもので、図３に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の構造は、ウォータージャケット１７、導体８およびヨーク９を具備するハウジング１６の背面側に突設した筒体部１６−１に流体圧シリンダー３０にて前後動可能に収納され、かつスプリング３１にて常時外方の力を付勢されたピストン１０の先端にモーター支持体３３を介して駆動モーター３２を取付け、この駆動モーター３２の駆動軸１１に円筒形の磁石回転体１４を取付けた構造となしたもので、内周面にアルニコ、フェライト系ステンレス鋼、鉄などからなるヒステリシス材製リング３を有するファンケース１２は前記ハウジング１６の前面側に軸受３４−２を介して回転自在に外嵌されている。なお、駆動モーター３２には給電ケーブル３７より通電されるように構成されている。
【００２４】
図３に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置において、切替機構の流体圧シリンダー３０を操作してピストン１０を後退させて磁石回転体１４に取付けた永久磁石５を導体８と対向位置させた状態で駆動モーター３２が起動すると、図１に示す装置と同様、永久磁石５が回動することによりハウジング１６内に収納されている導体８との間に形成されている磁路がせん断されて導体８にスリップ発熱が生じ、ウォータージャケット１７内のエンジン冷却水３８が加熱される。このヒーター作動中はファンクラッチは機能していないためファンは停止している。
【００２５】
つぎに、切替機構の流体圧シリンダー３０によりスプリング３１に抗して磁石回転体１４をファンケース１２側に移動させて永久磁石５をヒステリシス材製リング３と対向位置させると、永久磁石５が導体より離れることによりヒーターの機能が停止すると同時に、ヒステリシス材製リング３と永久磁石５間に働く吸引作用により駆動軸のトルクがファンケース１２に伝達され冷却ファン３５が回転しラジエーターが冷却される。この時ウォータージャケット１７内のエンジン冷却水３８は温度が徐々に低下する。ウォータージャケット１７内のエンジン冷却水３８がある温度まで低下し、昇温の必要が生じた場合は、再び切替機構の流体圧シリンダー３０を開放してスプリング３１の押圧力により磁石回転体１４をハウジング１６側に移動させて永久磁石５を導体８と対向位置させてヒーターとして機能させる。この時冷却ファン３５の回転は停止する。そしてエンジン冷却水３８が暖まり始めると、今度は磁石回転体１４をファンケース１２側に移動させて永久磁石５をヒステリシス材製リング３と対向位置させて冷却ファン２２を回転させ、ラジエーター冷却用として作用させる。
【００２６】
また、図４に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置は、ファンクラッチとヒーターの切替機構を変更した以外は図３に示す装置と同一である。すなわち、図３に示す装置では切替機構のピストン１０をスプリング３１と流体圧シリンダー３０にて作動させる方式を採用した場合を例示したが、図４に示す装置は前記図２に示す切替機構と同様、ハウジング１６に前記駆動軸１と同一軸線上に突設した筒体部１６−１を直接流体圧シリンダーとして用いて、図３に示す流体圧シリンダー３０とスプリング３１を省いた構成としたもので、筒体部１６−１の長手方向両端部に設けた圧力流体ポートＰ３、Ｐ４より筒体部１６−１内に圧力流体を出し入れすることによりピストンロッド１０を作動させる方式である。
【００２７】
図４に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置において、筒体部１６−１内の圧力流体の供給量が加減されて磁石回転体１４がヒーター側に位置した状態で駆動モーター３２が起動すると、図３に示す装置と同様、永久磁石５が回動することによりハウジング内に収納されている導体８との間に形成されている磁路がせん断されて導体８にスリップ発熱が生じ、ウォータージャケット１７内のエンジン冷却水３８が加熱される。つぎに筒体部１６−１内の圧力流体の流量を調節してピストン１０をファンケース１２側に移動させて永久磁石５をヒステリシス材製リング３と対向位置させると、永久磁石５が導体より離れることによりヒーターの機能が停止すると同時に、ヒステリシス材製リング３と永久磁石５間に働く吸引作用により駆動軸のトルクがファンケース１２に伝達され冷却ファン３５が回転しラジエーターが冷却される。この時ウォータージャケット１７内のエンジン冷却水３８は温度が徐々に低下する。したがってこの装置の場合も前記図２に示す装置と同様、筒体部１６−１内の圧力流体の供給量を加減することによってファンクラッチ、ヒーターの両機能を選択機能させることができる。
【００２８】
なお、図３、図４に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の場合は、ファンケース１２側のヒステリシス材製リング３とヒーター側の導体８との間にいわゆるニュートラルの状態にするための領域を設けているので、ファンクラッチおよびヒーター共に機能停止させたい場合は、図３に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置においては切替機構の流体圧シリンダー３０により、図４に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置においては筒体部１６−１内に出し入れする圧力流体により、それぞれ永久磁石５を図３、図４に示すニュートラルの位置に停止させておけばよい。
【００２９】
上記図１〜図４に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置は、マグネット式ファンクラッチおよびマグネット式ヒーター共に、永久磁石５とヒステリシス材リング３および導体８がそれぞれファンケース２、１２、ハウジング６、１６の半径方向に対向配置した構成となしているが、図５、図６に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置は、永久磁石とヒステリシス材リングおよび導体を軸方向に配置したデイスクタイプとしたものである。
すなわち図５に示すデイスクタイプのマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置は、駆動軸２１に軸受３４−１を介して回転自在に取付けられたディスク形のファンケース２２、このファンケース２２の内面に取着したアルニコ、フェライト系ステンレス鋼や鉄などからなるドーナツ形のヒステリシス材製リング１３、前記駆動軸２１にスプライン軸部を設けて軸方向にスライド可能に外嵌したディスク形の磁石回転体２４に前記ヒステリシス材製リング１３と僅かなギャップを隔てて対向可能に取付けられたドーナツ形の永久磁石１５とからなるマグネット式ファンクラッチと、前記ファンケース２２に軸受３４−２を介して相互に回転自在に外嵌したハウジング２６、該ハウジングの内周側に設けたウォータージャケット２７、前記ウォータージャケット２７に前記永久磁石１５と僅かなギャップを隔てて対向するごとくヨーク１９を介して取付けた銅、アルミニウムなどのドーナツ形の導体１８とからなるマグネット式ヒーターと、前記ハウジング２６に前記駆動軸２１と同一軸線上に突設した筒体部２６−１に流体圧シリンダー３０にて前後動可能に収納され、かつスプリング３１にて常時外方の力を付勢され前記磁石回転体２４と軸受３４−３を介して接続されたピストン１０からなり、前記流体圧シリ１５をマグネット式ファンクラッチ側とマグネット式ヒーター側に移動させる切替機構とから構成されている。
【００３０】
導体１８およびウォータージャケット２７を有するハウジング２６には、入水ポートＰ１および出水ポートＰ２が設けられ、入水ポートＰ１と出水ポートＰ２は該ウォータージャケット２７内に連通されている。一方、駆動軸２１には締結ボルトなどによりプーリ３６が取付けられ、車両のエンジンによりベルトで回転されるようになっている。駆動源はエンジンに替えて専用のモーターを使用することも可能であることはいうまでもない。また、切替機構のピストン１０をスプリング３１に抗して軸方向に移動させる動力としては、油圧または空圧などの流体圧シリンダー３０のほか、サーモワックス、ソレノドなどを用いることも可能である。
【００３１】
上記構成のマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置において、切替機構の流体圧シリンダー３０により磁石回転体２４を図１に示すごとくハウジング２６側に移動させて永久磁石１５を導体１８と対向位置させた状態で駆動軸２１がプーリ３６を介してエンジンにより駆動されると、永久磁石１５が回動することによりハウジング２６内に収納されている導体１８との間に形成されている磁路がせん断されて導体１８にスリップ発熱が生じる。この導体１８の発熱は、ウォータージャケット２７内のエンジン冷却水３８に熱交換されて加熱される。このヒーター作動中はファンクラッチは機能していないためファンは停止している。
【００３２】
つぎに、エンジン冷却水の冷却が必要となった場合は切替機構の流体圧シリンダー３０によりスプリング３１に抗して磁石回転体２４をファンケース２２側に移動させて永久磁石１５をヒステリシス材製リング１３と対向位置させると、永久磁石１５がマグネット式ヒーター側の導体１８より離れることによりヒーターの機能が停止すると同時に、マグネット式ファンクラッチ側のヒステリシス材製リング１３と永久磁石１５間に働く吸引作用により駆動軸のトルクがファンケース２２に伝達され冷却ファン３５が回転しラジエーターが冷却される。これによりウォータージャケット２７内のエンジン冷却水３８は温度が徐々に低下する。
【００３３】
ウォータージャケット２７内のエンジン冷却水３８がある温度まで低下し、昇温させる必要が生じた場合は、再び切替機構の流体圧シリンダー３０を開放してスプリング３１の押圧力により磁石回転体２４をハウジング２６側に移動させて永久磁石１５を導体１８と対向位置させてヒーターとして機能させる。この時冷却ファン３５の回転は停止する。そしてエンジン冷却水３８が暖まり始めると、今度は磁石回転体２４をファンケース２６側に移動させて永久磁石１５をヒステリシス材製リング１３と対向位置させて冷却ファン３５を回転させ、ラジエーター冷却用として作用させる。
【００３４】
つぎに、図６に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置は、ファンクラッチとヒーターの切替機構を変更した以外は図５に示す装置と同一である。すなわち、図５に示す装置では切替機構のピストン１０を流体圧シリンダー３０とスプリング３１にて作動させる方式を採用した場合を例示したが、図６に示す装置はハウジング２６に前記駆動軸１と同一軸線上に突設した筒体部２６−１を直接流体圧シリンダーとして用いて、図５に示す流体圧シリンダー３０とスプリング３１を省いた構成としたもので、筒体部２６−１の長手方向両端部に設けた圧力流体ポートＰ３、Ｐ４より筒体部２６−１内に圧力流体を出し入れすることによりピストン１０を作動させる方式である。３４−４はピストン１０をスライド自在に支持する軸受兼シールである。
【００３５】
図６に示すマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置において、筒体部２６−１内の圧力流体の供給量が加減されて磁石回転体２４がヒーター側に位置した状態で駆動軸２１が駆動されると、永久磁石１５が回動することによりハウジング２６内に収納されている導体１８との間に形成されている磁路がせん断されて導体１８にスリップ発熱が生じ、ウォータージャケット２７内のエンジン冷却水３８が加熱される。
【００３６】
【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・ヒーター装置は、より短時間にかつ効率よく熱媒体用流体を高温に加熱することができるマグネット式ヒーターとヒステリシス材を使用したマグネット式クラッチとを一体化して一つの永久磁石でクラッチとヒーターの両機能を得ることができるように構成したことにより、構造をよりシンプルにでき、装置のコンパクト化と低コスト化を実現でき、また摩耗のない非接触式の機構でより高い信頼性と安全性を確保することができるなどの効果が得られるとともに、永久磁石の位置を調節することができるので、ファン回転およびヒーター性能を自由にかつ精度よくコントロールすることが可能となり、エンジン冷却水の温度を微調整できることにより燃費の向上をはかることができるとともに、例えばエンジン冷間時、急速に暖房が必要な場合、エンジン冷却水を急速に暖めることができるなど、多くの優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１に対応するマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の一実施例を示す縦断側面図である。
【図２】同上のマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の他の実施例を示す縦断側面図である。
【図３】本発明の請求項２に対応するマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の一実施例を示す縦断側面図である。
【図４】同上のマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の他の実施例を示す縦断側面図である。
【図５】本発明の請求項３に対応するマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の一実施例を示す縦断側面図である。
【図６】同上のマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置の他の実施例を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１、１１、２１ 駆動軸
２、１２、２２ ファンケース
３、１３ ヒステリシス材製リング
４、１４、２４ 磁石回転体
５、１５ 永久磁石
６、１６、２６ ハウジング
７、１７、２７ ウォータージャケット
８、１８ 導体
９、１９ ヨーク
１０ ピストンロッド
３０ 流体圧シリンダー
３１ スプリング
３２ 駆動モーター
３３ モーター支持体
３４−１〜３４−４ 軸受
３５ ファン
３６ プーリ
３７ 給電ケーブル
３８ エンジン冷却水
Ｐ１ 入水ポート
Ｐ２ 出水ポート
Ｐ３、Ｐ４ 圧力流体ポート
Claims (3)
- 駆動軸に軸受装置を介して回転自在に支承されたファンケースの内周面に磁性のヒステリシス材製リングが嵌着され、前記駆動軸に軸方向にスライド可能に装着した磁石回転体に前記ヒステリシス材製リングと僅かなギャップを隔てて対向可能な永久磁石が取付けられ、前記ヒステリシス材製リングと永久磁石間に働く吸引作用により前記駆動軸のトルクをファンケースに伝達するようにしたマグネット式ファンクラッチと、磁石と導体を僅かなギャップを隔てて対向配置し、該磁石と導体を相対的に回転させることにより導体に生じるスリップ発熱で熱媒体用流体を加熱する方式であって、内側に熱媒体用流体ジャケットが設けられ、該ジャケットの内周面に前記永久磁石と僅かなギャップを隔てて対向可能な導体が取付けられたハウジングが前記ファンケースに軸受装置を介して回転自在に支承され、前記駆動軸に装着した磁石回転体を該ハウジング側にスライドさせて永久磁石を前記導体に対向させて駆動軸により永久磁石側を回動させることにより導体に生じるスリップ発熱により前記熱媒体用流体ジャケット内の熱媒体用流体が加熱される構造となしたマグネット式ヒーターとからなり、前記磁石支持体に軸受装置を介して相互に回転自在に接続され、流体圧シリンダー、サーモワックス、ソレノドなどの動力にて前後動するピストンロッドが前記ハウジング内に設けられ、該ピストンロッドにて前記磁石支持体を軸方向に前後動させて永久磁石を前記マグネット式ファンクラッチ側とマグネット式ヒーター側に移動させる切替機構を備えたことを特徴とするマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置。
- 磁石と導体を僅かなギャップを隔てて対向配置し、該磁石と導体を相対的に回転させることにより導体に生じるスリップ発熱で熱媒体用流体を加熱する方式であって、内側に熱媒体用流体ジャケットが設けられ、該ジャケットの内周面に導体が取付けられたハウジング内に、流体圧シリンダー、サーモワックス、ソレノドなどの動力にて前後動可能に支持された駆動モーターが収納され、該駆動モータの回転軸に取付けられた磁石回転体に前記導体と僅かなギャップを隔てて対向可能な永久磁石が取付けられ、磁石回転体の回動により導体に生じるスリップ発熱により前記熱媒体用流体ジャケット内の熱媒体用流体が加熱される構造となしたマグネット式ヒーターと、前記永久磁石と僅かなギャップを隔てて対向可能な磁性のヒステリシス材製リングが内周面に嵌着され、前記ヒステリシス材製リングと永久磁石間に働く吸引作用により前記駆動軸のトルクをファンケースに伝達するようにしたマグネット式ファンクラッチとからなり、前記駆動モーターを前後動させて磁石回転体に取付けられた永久磁石を前記マグネット式ファンクラッチ側とマグネット式ヒーター側に移動させてクラッチとヒーターとを切替えるごとく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・ヒーター装置。
- 駆動軸に軸受装置を介して回転自在に支承されたディスク形のファンケースの内面に磁性のヒステリシス材製リングが設けられ、前記駆動軸に軸方向にスライド可能に装着したディスク形の磁石回転体に前記ヒステリシス材製リングと僅かなギャップを隔てて対向可能な永久磁石が取付けられ、前記ヒステリシス材製リングと永久磁石間に働く吸引作用により前記駆動軸のトルクをファンケースに伝達するようにしたディスク形マグネット式ファンクラッチと、磁石と導体を僅かなギャップを隔てて対向配置し、該磁石と導体を相対的に回転させることにより導体に生じるスリップ発熱で熱媒体用流体を加熱する方式であって、内側に熱媒体用流体ジャケットが設けられ、該ジャケットの前記ディスク形磁石回転体の背面と対向する面に前記永久磁石と僅かなギャップを隔てて対向可能な導体が取付けられたハウジングが前記ファンケースに軸受装置を介して回転自在に支承され、前記駆動軸に装着した磁石回転体を該ハウジング側にスライドさせて永久磁石を前記導体に対向させて駆動軸により永久磁石側を回動させることにより導体に生じるスリップ発熱により前記熱媒体用流体ジャケット内の熱媒体用流体が加熱される構造となしたディスク形マグネット式ヒーターとからなり、前記磁石支持体の背面に軸受装置を介して相互に回転自在に接続され、流体圧シリンダー、サーモワックス、ソレノドなどの動力にて前後動するピストンロッドが前記ハウジング内に設けられ、該ピストンロッドにて前記磁石支持体を軸方向に前後動させて永久磁石を前記マグネット式ファンクラッチ側とマグネット式ヒーター側に移動させる切替機構を備えたことを特徴とするマグネット式ファンクラッチ・ヒーター装置。
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