(57)【要約】【課題】電磁クラッチのＯＮ、ＯＦＦおよび励磁電流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ファンクラッチ装置において、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を特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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、外側または内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。
【発明の詳細な説明】
【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。
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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