(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸に軸受装置を介して支承されたハウジングの内部に、前記駆動軸により回動可能に設けられた永久磁石回転体と、該回転体と僅かなギャップを隔てて対向配置した導体を有しかつ該導体側に熱媒体用流体を循環させる熱媒体用流体ジャケットが設けられ、前記永久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ことを特徴とするマグネット式ヒーター。
【請求項２】
外周に熱媒体用流体を循環させる熱媒体用流体ジャケットが設けられ、内周面に導体が取付けられた筒形のハウジング内に軸受装置を介して回動可能に支承された駆動軸に、外周に前記導体と僅かなギャップを隔てて対向配置した永久磁石回転体が取付けられ、前記永久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ことを特徴とするマグネット式ヒーター。
【請求項３】
駆動軸に軸受装置を介して支承されたハウジングの内部に永久磁石が収納され、さらに前記永久磁石と僅かなギャップを隔てて対向配置した導体を有しかつ該導体側に熱媒体用流体を循環させる熱媒体用流体ジャケットが前記ハウジング内周面との間に介在させたシール材を介して前記駆動軸により回動可能に設けられ、前記導体の回動により当該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ことを特徴とするマグネット式ヒーター。
【請求項４】
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１〜３記載のうちいずれか１項に記載のマグネット式ヒーター。
【請求項５】
導体にエディカレント材またはヒステリシス材を用いることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載のマグネット式ヒーター。
【請求項６】
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３記載のマグネット式ヒーター。
【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９−６６７２９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。
【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、駆動軸に軸受装置を介して支承されたハウジングの内部に、前記駆動軸により回動可能に設けられた永久磁石回転体と、該回転体と僅かなギャップを隔てて対向配置した導体を有しかつ該導体側に熱媒体用流体を循環させる熱媒体用流体ジャケットが設けられ、前記永久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、外周に熱媒体用流体を循環させる熱媒体用流体ジャケットが設けられ、内周面に導体が取付けられた筒形のハウジング内に軸受装置を介して回動可能に支承された駆動軸に、外周に前記導体と僅かなギャップを隔てて対向配置した永久磁石回転体が取付けられ、前記永久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、駆動軸に軸受装置を介して支承されたハウジングの内部に永久磁石が収納され、さらに前記永久磁石と僅かなギャップを隔てて対向配置した導体を有しかつ該導体側に熱媒体用流体を循環させる熱媒体用流体ジャケットが前記ハウジング内周面との間に介在させたシール材を介して前記駆動軸により回動可能に設けられ、前記導体の回動により当該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を特徴とするものであり、また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、前記導体にエディカレント材または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。
【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】
そして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。
【００１０】
本発明において、僅かなギャップを隔てて対向配置した磁石と導体を相対的に回転させて磁路をせん断する方法としては、磁石側と導体側のいずれか一方を回転させる方法、磁石側と導体側を互いに相反する方向に回転させる方法、磁石側と導体側の回転数を変えて同一方向に回転させる方法などがある。なお、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。
【００１１】
本発明における熱交換方式としては、発熱体である導体に熱媒体用流体を直接または間接に接触させる方式を用いることができる。導体に熱媒体用流体を直接接触させて熱交換する方式としては、熱媒体用流体ジャケット内に導体の磁石と反対側の面を熱媒体用流体ジャケット内に露出させる方式を、また導体に熱媒体用流体を間接的に接触させて熱交換する方式としては、熱媒体用流体ジャケットを介して熱交換する方式をそれぞれ用いることができる。
【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や風力、水力などを用いることができる。
【００１３】
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、電磁ブレーキ、電磁コイル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、電磁石を用いて回転させる場合はスリップリングなどを介して通電する方法をとることになる。
【００１４】
【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、図３は同じくマグネット式ヒーターの別の例を示す縦断側面図、図４は同じくマグネット式ヒーターのさらに他の例を示す縦断側面図であり、１、１１、２１、３１は駆動軸、２、２−１、１２、２２、２２−１、３２はハウジング、３、１３は永久磁石回転体、４、１４、２４は永久磁石、５、１５、２５、３５はウォータージャケット、６、１６、２６、３６は導体、７、１７、２７、３７は軸受装置、８、１８、２８、３８は入水ポート、９、１９、２９は締結ボルト、１０、２０、３０、４０はプーリ、３４は電磁石、４１はスリップリング、４２は給電用摺動子、４３は給電ケーブルをそれぞれ示す。
【００１５】
すなわち、図１に示すマグネット式ヒーターは、駆動軸１の外周に軸受装置７を介して支承されたハウジング２内に前記駆動軸１に嵌着された永久磁石回転体３が収納され、この永久磁石回転体３と僅かなギャップを隔てて対向するウォータージャケット５が該ジャケット背面側のハウジング２−１との間に介在させたガスケットＧを介して各々積層された状態で締結ボルト９にて駆動軸１側のハウジング２に締結されている。永久磁石回転体３にはドーナツ状の永久磁石４がヨーク４ａを介して取付けられ、この永久磁石４と僅かなギャップを隔てて相対向する導体６がウォータージャケット５に取付けられている。前記導体６はヒステリシス材または鉄板などの基材の片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。ウォータージャケット５の背面側に取付けられたハウジング２−１には、入水ポート８および図示しない出水ポートが隣接して設けられ、入水ポート８と出水ポートとはウォータージャケット５に連通されている。ウォータージャケット５には熱交換効率をよくするためにフィン５ａが設けられている。このフィンの形状としては、例えばスパイラル状や放射状、あるいは円弧状に設けることができる。
なお、駆動軸１にはボルト１ａによりプーリ１０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。
【００１６】
上記構成のマグネット式ヒーターにおいて、駆動軸１がプーリ１０を介してエンジンにより駆動されると、該駆動軸１側のハウジング２内で永久磁石回転体３が回動し永久磁石４が回動することにより、ハウジング２に締結されているウォータージャケット５の前面に取付けられた導体６と永久磁石４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、ウォータージャケット５内の熱媒体用流体としての循環水に熱交換され、加熱された循環水が暖房回路で車両の暖房に供されることとなる。
【００１７】
つぎに、図２に示すマグネット式ヒーターは、いわゆるシリンダータイプのもので、駆動軸１１の外周に軸受装置１７を介して支承されたシリンダー型ハウジング１２内に前記駆動軸１１に嵌着された永久磁石回転体１３が収納され、この永久磁石回転体１３にヨーク１４ａを介して取付けられたリング状の永久磁石１４と僅かなギャップを隔てて相対向する導体１６をシリンダー型ハウジング１２の内周面に取付けている。この導体１６も前記同様、ヒステリシス材または鉄板などの基材の片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。この導体１６が取付けられたシリンダー型ハウジング１２の外周にはウォータージャケット１５が締結ボルト１９にて取付けられ、このウォータージャケット１５には入水ポート１８および図示しない出水ポートが隣接して設けられ、入水ポート１８と出水ポートとがウォータージャケット１５に連通されている。なお、駆動軸１はプーリ２０と一体構造となっており、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。
【００１８】
上記図２に示すマグネット式ヒーターにおいて、駆動軸１１がプーリ２０を介してエンジンにより駆動されると、該駆動軸１１側のシリンダー型ハウジング１２内で永久磁石回転体１３が回動し永久磁石１４が回動することにより、ハウジング１２の内周面に取付けられた導体１６と永久磁石１４との間に形成されている磁路がせん断されて導体１６にスリップ発熱が生じる。この導体１６の発熱は、ウォータージャケット１５内の熱媒体用流体としての循環水に熱交換され、加熱された循環水が暖房回路で車両の暖房に供されることとなる。
【００１９】
図１、図２に示すマグネット式ヒーターは、導体６、１６側を固定し、永久磁石４、１４側を回動させることにより導体６、１６にスリップ発熱を生じさせる方式であるが、図３に示すマグネット式ヒーターは、永久磁石側を固定し、導体側を回動させて導体にスリップ発熱を生じさせる方式を例示したもので、その型式は図１に示すマグネット式ヒーターを変形したものである。
すなわち、駆動軸２１の外周に軸受装置２７を介して支承されたハウジング２２内にドーナツ形の永久磁石２４が収納され、さらにこの永久磁石２４と僅かなギャップを隔てて対向するウォータージャケット２５がハウジング２２の内周面との間に介在させた摺動式シール部材３１を介して回動可能に前記駆動軸２１に嵌着され、このウォータージャケット２５に前記永久磁石２４と僅かなギャップを隔てて相対向する導体２６が取付けられている。この導体も前記と同様、ヒステリシス材または鉄板などの基材の片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。このウォータージャケット２５の背面側に締結ボルト２９にて取付けられたハウジング２２−１には、ウォータージャケット２５に連通されている入水ポート２８および出水ポート３８が設けられている。なお、駆動軸１には図１に示すマグネット式ヒーターと同様、プーリ３０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や風水力を使用することも可能である。２５ａは放熱フィンである。
【００２０】
上記構成のマグネット式ヒーターにおいて、駆動軸２１がプーリ３０を介してエンジンにより駆動されると、該駆動軸２１に軸受装置２７を介して支承されたハウジング２２内でウォータージャケット２５が回動し導体２６が回動することにより、ハウジング２２に固定されている永久磁石２４と前記導体２６との間に形成されている磁路がせん断されて導体２６にスリップ発熱が生じる。この導体２６の発熱は、ウォータージャケット２５内の熱媒体用流体としての循環水に熱交換され、加熱された循環水が暖房回路で車両の暖房に供されることとなる。
【００２１】
また、図３に示す構成において、永久磁石２４に替えて電磁石を用いる場合は、永久磁石２４を電磁石に変更し、この電磁石に給電用ケーブル４３を接続すればよい。
【００２２】
上記図１、図２、図３に示す構成のマグネット式ヒーターにおけるＯＮ／ＯＦＦ制御手段としては、プーリ１０、２０、３０を電磁クラッチなどに置換える方式や、永久磁石に替えてサーマルフェライトや電磁石を用いてＯＮ／ＯＦＦ制御す方式を用いることができる。また、導体６、１６、２６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。
【００２３】
なお、図４に示すマグネット式ヒーターは、磁石に電磁石３４を用い、この電磁石３４を回転させ、固定側の導体にスリップ発熱を生じさせる方式を例示したもので、この場合はプーリ４０に電磁石３４を組込み、該プーリの側面にスリップリング４１を取付け、給電ケーブル４３より給電用摺動子４２を介して電磁石３４に給電するように構成するとともに、プーリ４０に軸受装置３７を介して支承された駆動軸３１に、前記プーリ４０と僅かなギャップを隔てて対向するウォータージャケット３５が一体に設けられ、このウォータージャケット３５のプーリ対向面に導体３６が取付けられている。なお、ウォータージャケット３５の背面側に取付けられたハウジング３２には、上記の各ヒーターと同様、ウォータージャケット３５に連通する入水ポート３８および図示しない出水ポートが隣接して設けられている。
【００２４】
図５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１．０ｍｍ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、導体側にウォータージャケットを取付けた場合には、循環水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。
【００２５】
なお、上記の各実施例では、熱媒体用流体として水を採用したが、これに限定されず、他の熱媒体用流体、例えば熱媒体油、シリコンオイル、あるいは空気なども採用できる。
【００２６】
【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、エディカレント材または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】同じくマグネット式ヒーターの別の例を示す縦断側面図である。
【図４】同じくマグネット式ヒーターのさらに他の例を示す縦断側面図である。
【図５】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、１１、２１、３１  駆動軸
２、２−１、１２、２２、２２−１、３２  ハウジング
３、１３  永久磁石回転体
４、１４、２４  永久磁石
５、１５、２５、３５  ウォータージャケット
６、１６、２６、３６  導体
７、１７、２７、３７  軸受装置
８、１８、２８、３８  入水ポート
９、１９、２９  締結ボルト
１０、２０、３０、４０  プーリ
３４  電磁石
４１  スリップリング
４２  給電用摺動子
４３  給電ケーブル
【図１】
0003988904.tif 000002
【図２】
0003988904.tif 000003
【図３】
0003988904.tif 000004
【図４】
0003988904.tif 000005
【図５】
0003988904.tif 000006