JPH11329691A - マグネット式ヒーター - Google Patents

マグネット式ヒーター

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JPH11329691A
JPH11329691A JP10153728A JP15372898A JPH11329691A JP H11329691 A JPH11329691 A JP H11329691A JP 10153728 A JP10153728 A JP 10153728A JP 15372898 A JP15372898 A JP 15372898A JP H11329691 A JPH11329691 A JP H11329691A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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自動車などの車両用補助暖房
熱源補助ヒータの提供。 【解決手段】 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、ポンプのポンプホイールに導体を取付
け、該導体と僅かなギャップを隔てて対向配置した永久
磁石を当該ポンプ本体に組込み、前記ポンプホイールの
回動により導体に生じるスリップ発熱により当該ポンプ
内の流体が加熱される構造となす。

Description

【発明の詳細な説明】
【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
性向上や電気自動車を含む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９−６６７２
９号公報、特開平９−３２３５３０公報など参照）。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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】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。
【０００５】本発明は、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なされたもので、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提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係るマグネット
式ヒーターは、磁石と導体間に形成される磁路をせん断
することにより導体側に発生するスリップ発熱を熱媒体
用流体に熱交換する方式であり、その要旨はポンプに磁
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
リップ発熱でポンプ内の流体を加熱する方式であって、
ポンプのポンプホイールに導体を取付け、該導体と僅か
なギャップを隔てて対向配置する永久磁石を当該ポンプ
本体に組込み、前記インペラーの回動により導体に生じ
るスリップ発熱により当該ポンプ内の流体が加熱される
構造となしたことを特徴とし、またポンプのポンプホイ
ールを導体製とし、該ホイールと僅かなギャップを隔て
て対向配置する永久磁石を当該ポンプ本体に組込み、前
記ポンプホイールの回動により当該ホイールに生じるス
リップ発熱により当該ポンプ内の流体が加熱される構造
となしたことを特徴とするものである。さらに本発明は
前記永久磁石に替えてサーマルフェライトまたは電磁石
を用いたり、導体に、ヒステリシス材またはエディカレ
ント材を磁石側表面に設けたヒステリシス材を用いたり
するものである。
【０００７】すなわち、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（以下「ヒステリシス材」と呼ぶ）やエディカレン
ト材などを磁石側表面に設けたヒステリシス材の導体
（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、ヒス
テリシス材またはエディカレント材を磁石側表面に設け
たヒステリシス材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。なお、前記ギャップは特に限定するも
のではないが、通常０．３〜１．０ｍｍである。
【０００８】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意味する。
【０００９】また、本発明における回転駆動方式として
は、エンジンによりプーリなどを介してウォーターポン
プとして駆動する方式、あるいはエンジンとは別設の専
用のモーターや風力、水力などによりポンプを駆動する
方式を用いることができる。
【００１０】さらに、このマグネット式ヒーターのＯＮ
／ＯＦＦ制御手段としては、電磁クラッチ、サーマルフ
ェライトなどを用いることができる。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、磁
石にサーマルフェライトを用いた場合は、自動的にＯＮ
／ＯＦＦ制御が可能となるので、ＯＮ／ＯＦＦ制御系は
不要である。また、温度センサーを用いて流体の温度を
測定し、所定の温度に達した時点で電磁石をＯＦＦある
いは磁力を弱めて発熱量を制御する方式を用いることも
可能である。
【００１１】なお、本発明は磁石と導体間の相対回転に
より主として導体が発熱し、磁石も導体からの輻射熱に
より磁力は少し弱まるが、発熱量はビスカス式ヒーター
をはるかに凌ぐ高い値を維持し続けることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係るマグネット式
ヒーターの一例を示す縦断側面図、図２は同じくマグネ
ット式ヒーターの他の例を示す縦断側面図であり、１は
ポンプ本体、２は駆動軸、３は軸受装置、４はメカニカ
ルシール、５はポンプホイール、５−１はインペラー、
６は導体、７は永久磁石支持体、８は永久磁石、９は締
結ボルト、１０は電磁石、１１は給電ケーブル、１２は
シリンダーブロック（エンジンブロック）、矢印は流体
（水）の流れをそれぞれ示す。
【００１３】すなわち、図１に示すマグネット式ヒータ
ーは、ポンプ本体１内に軸受装置３およびメカニカルシ
ール４を介して回転可能に支承された駆動軸２の先端に
取付けられたポンプホイール５の背面に導体６が取着さ
れ、この導体と僅かなギャップを隔てて対向する永久磁
石支持体７が締結ボルト９にてポンプ本体１に取付けら
れている。永久磁石支持体７にはドーナツ状の永久磁石
８がヨーク８ａを介して取付けられている。前記導体６
はヒステリシス材または鉄板などの基材の永久磁石８側
の表面にエディカレント材を貼着して構成されたもので
ある。なお、駆動軸２は専用のモーターも可能である
が、エンジンにより駆動する方式が一般的であるが、風
水力などを使用して駆動する方式を採用することもでき
る。
【００１４】上記構成のマグネット式ヒーターにおい
て、駆動軸２がエンジンやモーターなどにより駆動され
ると、インペラー５−１の作用により流体が矢印で示す
ように流れると同時に、ポンプホイール５の背面に取着
した導体６とポンプ本体１に取付けられた永久磁石支持
体７の永久磁石８との間に形成されている磁路がせん断
されて導体６にスリップ発熱が生じる。この導体６の発
熱は、ポンプ本体１内を流れる流体に熱交換され、加熱
された流体が暖房回路で車両などの暖房に供されること
となる。
【００１５】上記図１に示す構成のマグネット式ヒータ
ーにおいて、永久磁石に替えてサーマルフェライトを用
いた場合には、前記したごとくこのマグネット式ヒータ
ーのＯＮ／ＯＦＦ制御を自動化することができる。ま
た、導体６としては、エディカレント材やヒステリシス
材を用いることができる。
【００１６】次に、図２に示すマグネット式ヒーターは
エンジンのウォーターポンプとして使用した場合を例示
するが、永久磁石に替えて電磁石を用い、回転する側の
ポンプホイールを導体製とし、このポンプホイール自体
にスリップ発熱を生じさせる方式を例示したもので、こ
の場合はポンプ本体１内に電磁石１０を組込み、この電
磁石１０に給電ケーブル１１を接続し電磁石１０に給電
するように構成するとともに、ポンプ本体１内に軸受装
置３およびメカニカルシール４を介して回転可能に支承
された駆動軸２の先端に導体製のポンプホイール５を前
記電磁石１０と僅かなギャップを隔てて取付けた構造と
なしたもので、この場合は導体製のポンプホイール５と
ポンプ本体１内に組込まれた電磁石１０との間に形成さ
れている磁路がせん断されてポンプホイール５にスリッ
プ発熱が生じ、この発熱が主としてインペラー５−１か
ら放熱されてポンプ本体１内を流れるエンジン冷却水に
熱交換され、加熱された流体がシリンダーブロック１２
内などへ導入される。なお、導体製のポンプホイール５
の電磁石１０対向面に銅板などのエディカレント材を貼
りつけると発熱効果がより高められる。
【００１７】図３は本発明者が試験的に行った希土類エ
ディカレント材発熱データを例示したもので、このデー
タは永久磁石とエディカレント材間のギャップを１．０
ｍｍに設定して対向配置し、エディカレント材側を固定
した状態で磁石側の回転数を種々変えて測定した時間
（ｓｅｃ）と温度の関係を示したものである。このデー
タより、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、数
秒〜数十秒で導体に２００〜６００℃のスリップ発熱が
生じることがわかる。したがって、ウォーターポンプの
ポンプホイールに導体を取付けた場合、あるいはポンプ
ホイール自体を導体製とした場合には、流体との熱交換
表面の温度を極短時間に２００〜６００℃の高温に加熱
することができることとなる。
【００１８】なお、流体としては水に限定されず、他の
熱媒体用流体、例えば熱媒体油、シリコンオイル、冷媒
あるいは空気などのガス体も採用できることはいうまで
もない。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したごとく、本発明に係るマグ
ネット式ヒーターは、永久磁石や電磁石、サーマルフェ
ライトなどの磁石と、ヒステリシス材またはエディカレ
ント材を磁石側を表面に設けたヒステリシス材からなる
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
ップ発熱を利用したものであるから、構造をよりシンプ
ルにでき、小型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
ることができるという効果に加え、例えばエンジン冷間
時、急速に暖房が必要な場合、磁石側または導体側をエ
ンジンなどにより駆動することによりエンジン冷却水を
急速に暖めるとともにエンジンの暖房機能を著しく向上
させることができるという優れた効果を有する。したが
って、本発明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補助ヒータとして優れた
効果を発揮し、特にディーゼルエンジン搭載の寒冷地仕
様車などに極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマグネット式ヒーターの一例を示
す縦断側面図である。
【図２】同じくマグネット式ヒーターの他の例を示す縦
断側面図である。
【図３】本発明者が試験的に行った希土類エディカレン
ト材発熱データの一例を示す図である。
【符号の説明】
１ ポンプ本体 ２ 駆動軸 ３ 軸受装置 ４ メカニカルシール ５ ポンプホイール ５−１ インペラー ６ 導体 ７ 永久磁石支持体 ８ 永久磁石 ９ 締結ボルト １０ 電磁石 １１ 給電ケーブル １２ シリンダーブロック

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 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、ポンプのポンプホイールに導体を取付
    け、該導体と僅かなギャップを隔てて対向配置する永久
    磁石を当該ポンプ本体に組込み、前記ポンプホイールの
    回動により導体に生じるスリップ発熱により当該ポンプ
    内の流体が加熱される構造となしたことを特徴とするマ
    グネット式ヒーター。
  2. 【請求項２】 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、ポンプのポンプホイールを導体製とし、
    該ホイールと僅かなギャップを隔てて対向配置する永久
    磁石を当該ポンプ本体に組込み、前記ポンプホイールの
    回動により当該ホイールに生じるスリップ発熱により当
    該ポンプ内の流体が加熱される構造となしたことを特徴
    とするマグネット式ヒーター。
  3. 【請求項３】 永久磁石に替えてサーマルフェライトを
    用いることを特徴とする請求項１または２記載のマグネ
    ット式ヒーター。
  4. 【請求項４】 導体に、ヒステリシス材またはエディカ
    レント材を磁石側表面に設けたヒステリシス材を用いる
    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
    ヒーター。
  5. 【請求項５】 永久磁石に替えて、電磁石を用いること
    を特徴とする請求項１〜３項のうちいずれか１項記載の
    マグネット式ヒーター。
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