(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密に接続されたラジエータを冷却すべくファンに接続される、電子制御式電磁レオロジー流体利用のファン駆動アセンブリ６０において、
回転部分を有するカバー８２と、
前記回転部分に接続された複数のフィン１００ａであって、前記回転部分が回転するとき、電子制御式電磁レオロジー流体利用のファン駆動アセンブリ６０を冷却すべく使用される複数のフィン１００ａと、
前記回転部分に回転可能に取り付けられた入力軸６８と、
前記入力軸６８に接続された駆動リング７４と、
前記駆動リング７４に接続された複数の駆動リングの部分的な同心状のフープ７６と、
前記回転部分に接続された外側のスチール製リング７０と、
内側のスチール製リング７２と、
前記外側のスチール製リング７０及び前記内側のスチール製リング７２に接続された被駆動リング８４と、
前記被駆動リング８４に接続された複数の被駆動リングの部分的な同心状のフープ９０と、
前記駆動リング７４と前記被駆動リング８４との間の作用チャンバ９９と、
前記外側のスチール製リング７０と前記内側のスチール製リング７２との間に配置された非回転コイル６２と、
前記非回転コイルに接続されて、前記非回転コイル６２を通って流れる電流量を制御する電子式制御装置と、
前記作用チャンバ９９内に保持されたある量の電磁レオロジー流体とを備え、
前記複数の駆動リングの部分的な同心状のフープ７６の各々は、前記複数の駆動リングの部分的な同心状のフープ７６が溝７８内に押し込まれ且つ前記駆動リング７４の外側部８０の駆動リング空所８１内に保持された駆動リングのタブ７６ａにおいて前記複数の駆動リングの部分的な同心状のフープ７６の各々が曲げられることにより、前記駆動リング７４に接続され、
前記複数の被駆動リングの部分的に同心状のフープ９０の各々は、前記複数の被駆動リングの部分的な同心状のフープ９０の各々が溝９２内に押し込まれ且つ前記被駆動リングの上の空所９４内に保持された被駆動リングのタブ９２ａにおいて前記複数の被駆動リングの部分的に同心状のフープ９０の各々が曲げられることにより、前記被駆動リング８４に接続され、
前記駆動リング７４の回転により、前記電磁レオロジー流体の一部分が前記作用チャンバ９９内でせん断し、前記被駆動リング８４を回転させる、電子制御式電磁レオロジー流体利用のファン駆動アセンブリ。
【請求項２】
請求項１の電子制御式電磁レオロジー流体利用のファン駆動アセンブリ６０において、
前記駆動リング７４と前記回転部分との間に画定され、前記作用チャンバ９９と流体的に連通した流体リザーバ９７と、
前記駆動リング７４に設けられたポンプ９８とを備え、前記駆動リング７４の回転により前記量の電磁レオロジー流体が前記ポンプ９８によって前記流体リザーバ９７から前記作用チャンバ９９まで圧送されるようにする、電子制御式電磁レオロジー流体利用のファン駆動アセンブリ。
【請求項３】
請求項１の電子制御式電磁レオロジー流体利用のファン駆動アセンブリ６０において、前記カバー８２が非回転部分を有し、前記非回転部分がベアリング８８により前記入力軸６８に取り付けられ、前記非回転コイル６２が前記非回転部分に接続される、電子制御式電磁レオロジー流体利用のファン駆動アセンブリ。
【請求項４】
請求項１の電子制御式電磁レオロジー流体利用のファン駆動アセンブリ６０において、前記被駆動リング８４の回転動作量が、前記入力軸６８の回転速度、前記電磁レオロジー流体の量の組成及び前記作用チャンバ９９内でせん断される電磁レオロジー流体の前記部分の粘度の関数である、電子制御式電磁レオロジー流体利用のファン駆動アセンブリ。
【請求項５】
請求項４の電子制御式電磁レオロジー流体利用のファン駆動アセンブリ６０において、前記電磁レオロジー流体の前記部分の粘度が、前記作用チャンバ９９内の磁界の量の関数である、電子制御式電磁レオロジー流体利用のファン駆動アセンブリ。
【請求項６】
請求項５の電子制御式電磁レオロジー流体利用のファン駆動アセンブリ６０において、前記電磁レオロジー流体の前記部分の粘度が、前記電子式制御装置により前記非回転コイル６２に供給される電流の量の関数である、電子制御式電磁レオロジー流体利用のファン駆動アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全体として、冷却装置、より具体的には、電子的に制御された電磁レオロジー（ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ）流体利用の冷却ファン駆動アセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
運転中、エンジンを冷却するため今日、車にて冷却装置が使用されている。ファン駆動装置は、典型的に、エンジン冷却液がラジエータを通って流れるとき、そのエンジン冷却液を冷却するため一定の比率にてエンジンのクランク軸によって駆動される。このため、排出量を少なくすべく今日の車にて一般的な傾向であるように、エンジン速度が遅くなると、これに相応してファンの駆動速度が遅くなる。同様に、エンジン速度が増すと、これに相応してファンの駆動速度が速くなる。このファンの駆動速度の増加によりエンジンブロックの温度は最適レベル以下に冷えて、その結果、排出量及び燃料の経済性に影響を与える最適な状態以下となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
こうした問題点に対処するための１つの方法は、ラジエータの冷却ファンを駆動するための粘性流体継手を追加することである。典型的な粘性流体継手において、入力軸が出力継手部材内に受け入れられた入力継手部材（クラッチ）を駆動し、粘性流体の存在下、粘性せん断抵抗力によってトルクが入力側から出力側に伝動される。継手は、通常、何らかの型式の弁装置を備えており、その弁装置により粘性せん断チャンバ内の粘性流体の量を制御し、これにより、出力トルク及び速度と入力トルク及び速度との比率を制御する。典型的に、この弁装置は、リザーバと粘性せん断チャンバ（作用チャンバ）との間に配置された充填ポートを覆い又は露出させるように可動の弁部材を備えている。
【０００４】
ファン駆動装置用として現在、利用可能な粘性継手に伴う１つの問題点は、設計の複雑さである。入力継手部材を出力継手部材に接続し又は出力継手部材から切り離すため流体リザーバチャンバから作用チャンバまで粘性流体を動かさなければならない。このためには、粘性流体を作用チャンバ内に及び作用チャンバ外に動かすため、可動の弁部材、弁ワイパーアーム、及び逃がしチャンバを組み合わせることを必要となる。このことは、粘性継手の複雑さ及びコストを増すことになる。
【０００５】
より重要なことは、現在、利用可能な粘性継手は、エンジンブロックを瞬間的に冷却し得るように制御することができず、又は、エンジンブロックに利用可能な冷却量を増し又は減少させる時間を必要とすることである。この時間の遅れは、色々なエンジン速度及びエンジン温度にて燃料の経済性及び排出量に影響を与える可能性がある。
【０００６】
このため、粘性継手の複雑さを制限し且つ粘性継手を使用するとき、エンジンの冷却能力をより正確に制御することを可能にすることが極めて望ましい。
本発明の目的は、簡単な構造で冷却能力を正確に制御可能なファン駆動アセンブリ及び冷却ファンの冷却能力を制御する方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記及びその他の目的は、既知の粘性継手に優る改良である本発明によって実現される。
【０００８】
本発明は、固定した静止型コイル及び低コストの同心状のドラムの形態を使用する電磁レオロジー流体利用のファン駆動クラッチを開示するものである。通常薄い電磁レオロジー流体は、磁界が印加されたとき、一対の円筒状ドラムの間にて高濃度となる。この高濃度化は、電磁レオロジー流体がドラムの間でせん断することを許容し且つトルクを外側軸からファンに接続された内側軸に伝動する。スチール製の支持ハウジング上に取り付けられた静止型コイルは、通電して所望の磁界を発生させる。この通電量は、色々なエンジン温度及び速度にて燃料の経済性を最大にし且つ排出量を最小にし得るようにエンジン速度及びエンジンブロックの温度の関数として制御される。
【０００９】
本発明のその他の特徴、利点及び有利な点は、添付図面及び特許請求の範囲の記載に従って検討したとき、本発明の以下の説明から明らかになるであろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
先ず、図１乃至図５を参照すると、本発明の１つの好ましい実施の形態によるファン駆動機構６０は、ベアリング６６により入力軸６８上に支持されたスチール製の支持ハウジング６４上に取り付けられた静止型電磁コイル６２を備えている。入力軸６８は、当該技術にて考えられる幾つかの方法の１つにおいてエンジンクランク軸（図示せず）に接続されている。例えば、水ポンプ（図示せず）からの出力軸（図示せず）は、入力軸６８に螺着することができ、この場合、入力軸６８は、出力軸を介してエンジン速度に応答して回転する。
【００１１】
スチール製の支持ハウジング６４の穴又はスロット（図３に参照番号６５で図示）を貫通してコイルワイヤー（図示せず）が突き出した状態で固定具（図示せず）がスチール製の支持ハウジング６４上に取り付けられる。スチール製の支持ハウジング６４は、磁束の上方のすなわち半径方向外側のスチール製リング７０から下方のすなわち半径方向内側のスチール製リング７２まで運ぶために使用される。駆動リング７４は、その外側部８０上の溝７８内に保持された４つの部分的な同心状の駆動フープ７６を有している。駆動フープ７６は環状の形状を有していて、その一方の側部から伸びる複数のタブ７６ａ（この実施例では６個）を有している。これらのフープ７６は、保持し得るように外側部８０上の空所８１内でタブ７６ａが折り曲げられている。出力部材８６を形成し得るように、カバー８２が外側スチール製リング７０、内側スチール製リング７２及び被駆動の非磁性リング８４に接続される。被駆動の非磁性リング８４は、リング８４を所定の位置に保ち得るようにスチールを巻いた状態にて外側スチール製リング７０と内側スチール製リング７２との間に押し込まれる。ベアリング８８は出力部材８６を支持する。ファン（図示せず）は、ボルト穴８７にボルト止めされており、また、密に接続したラジエータ（図示せず）に対する冷却空気流を提供するために使用される。
【００１２】
被駆動の非磁性リング８４は、保持溝９２内に押し込まれた、３つの部分的な同心状の被駆動フープ９０又は被駆動の同心状のフープを収容し、フープ９０は、タブ９２ａが空所９４内で折り曲げられている。駆動フープ９０は環状の形状を有していて、その一方の側部から伸びる複数のタブ９２ａ（この実施例では６個）を有している。電磁レオロジー（「ＭＲ」）流体は、駆動フープ７６と被駆動フープ９０との間で回転力（遠心効果）により駆動フープ７６及び被駆動フープ９０を通じて圧送される。
【００１３】
ＭＲ流体は、粒子鎖を形成し得るようにＭＲ流体内に含まれた磁性的に方向決めされた粒子を整合させることにより、磁界が印加されるとき、自由流動液体から半固体状態に変化する制御可能な流体媒質である。このことは、ＭＲ流体の粘度を効果的に増大させることになる。磁界が除去されると、ＭＲ流体はその当初の液体状態に戻る。好ましくは、ＭＲ流体が安定状態の半固体相から安定状態の流体（液体）相に変化するための応答時間はミリ秒範囲である。
【００１４】
作動時、入力軸６８は、エンジン速度の関数として、エンジンクランク軸の回転に応答して回転する。入力軸６８により、駆動リング７４は回転する。駆動リング７４が回転すると、ＭＲ流体は、集め領域９１から流体リザーバ９７に圧送される。次に、ＭＲ流体は、駆動リング７４上に配置されたポンプ９８を通じて流体リザーバ９７から作用チャンバ９９に圧送される。次に、ＭＲ流体は、駆動フープ７６と被駆動フープ９０との間を流れる。ＭＲ流体は、駆動フープ７６と被駆動フープ９０との間に画定された作用チャンバ９９の一部分内でせん断され且つ連続的なループにて集め領域９１に戻る。作用チャンバ９９内のせん断作用により出力部材８６が回転し、滑り量に比例するトルクを発生させる（全体として、トルクは、入力軸のｒｐｍの二乗として増大する）。これにより、接続されたファンが回転して、ラジエータに対し冷却空気流を提供し、エンジン冷却液を冷却する。作用チャンバ９９内のＭＲ流体のせん断作用によって熱が発生するため、一連のフィン１００ａを有するフィンアセンブリ１００は、カバー８２に接続され、冷却して、ＭＲ流体を受容可能な温度範囲内に保つ作用を果たす。
【００１５】
上述したように、不作動状態において、流体の粘度は比較的低い。このため、ファンを駆動すべく発生されたトルク量は、これに相応して少ない。静止型コイル６２を電流で励起することに起因する作動状態において、磁束界が発生され、この磁束界は、外側スチール製リング７０、スチール製の支持構造体６４、内側スチール製リング７２、及び同心状のフープ７６、９０を通って流れ、これにより、コイル６２の周りの回路を完結する。この磁界により、作用チャンバ９９を通して圧送されるＭＲ流体は、自由流動状態から半固体状態に変化し、このことは、出力部材８６を駆動するために発生されるトルク量を増大させる。これにより、ファンはより迅速に回転し、ラジエータに対し追加的な冷却作用を提供する。一対の線（図示せず）によりコイルに接続された電子式制御装置（図示せず）はコイル６２を通って流れる電流の量を制御し、従って、発生されるトルク量を制御する。電子式制御装置は、エンジンブロックの温度が特定のエンジン速度時、所定の最大の許容可能な温度を超えるようなときのように余剰なファン速度が望まれるとき、ファン速度を増し得るように、静止型コイル６２に対して電流を流す。
【００１６】
本発明は、冷却装置に対する十分な冷却作用を提供すべくファンの回転速度を制御するための簡略化した設計を提供する。固定した静止型コイル及び同心状ドラムの形態を使用する、電子式に制御可能な電磁レオロジー流体利用のファン駆動クラッチ機構を使用することは、トルクの伝動を制御すべく複雑な弁装置及びポンプ装置を必要とする従来の粘性継手に対する低コストの代替例を提供することになる。本発明は、コイルに送られる電流の量を制御することだけでトルクを精密に且つ反復的に制御し、これにより、ＭＲ流体を自由に流動する液体から半固体状態に迅速に変化させる磁界を発生させる。重要なことは、ＭＲ流体は、同時的に、半固体状態から自由に流動する液体に変化して戻り、これにより、冷却が望まれないとき、ファンの回転速度を遅くすることができることである。このようにして、冷却装置内でより正確に冷却作用を制御することが可能となる。
【００１７】
本発明を実施する最良の形態について詳細に説明したが、本発明の関係する技術分野の当業者は、特許請求の範囲に記載された本発明を実施するための色々な代替的な設計及び実施の形態が認識されよう。特許請求の範囲及びその意義の範囲内に含まれるこれら実施の形態及び変更例の全ては本発明の範囲に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態による電磁レオロジー流体利用の制御式ファン駆動機構の斜視図である。
【図２】図１の左側面図である。
【図３】図１の右側面図である。
【図４】図１の線４−４に沿った図１の断面図である。
【図５】図１の線５−５に沿った図１の断面図である。
【符号の説明】
６０  ファン駆動機構              ６２  静止型電磁コイル
６４  スチール製の支持ハウジング／スチール製の支持構造体
６５  支持ハウジングの穴／支持ハウジングのスロット
６６  ベアリング                  ６８  入力軸
７０  外側スチール製リング        ７２  内側スチール製リング
７４  駆動リング                  ７６  部分的な同心状の駆動フープ
７６ａ  タブ                      ７８  溝
８０  駆動リングの外側部          ８１、９４  空所
８２  カバー                      ８４  被駆動の非磁性リング
８６  出力部材                    ８７  ボルト穴
８８  ベアリング                  ９０  部分的な同心状の被駆動フープ
９１  集め領域                    ９２  溝
９２ａ  タブ                      ９７  流体リザーバ
９８  ポンプ                      ９９  作用チャンバ
１００  フィンアセンブリ          １００ａ  フィン
【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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