(57)【特許請求の範囲】
【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、熱媒体用流体ジャケットの一部が前記導体で構成されて駆動軸に軸受装置を介して非回動に支承され、前記駆動軸により回動可能に設けられ前記熱媒体用流体ジャケットの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有する永久磁石回転体を備え、前記永久磁石回転体の回動により熱媒体用流体ジャケットに生じるスリップ発熱により該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において、前記熱媒体用流体ジャケットを断面ほぼコ字状となし、該断面ほぼコ字状の熱媒体用流体ジャケットの前面側に当該ジャケット本体の断面形状に対応するごとく形成した導体にて当該永久磁石を囲むように設けることにより、永久磁石の漏洩磁束を低減す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】
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、熱媒体用流体ジャケットの一部が前記導体で構成されて駆動軸に軸受装置を介して非回動に支承され、前記駆動軸により回動可能に設けられ前記熱媒体用流体ジャケットの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有する永久磁石回転体を備え、前記永久磁石回転体の回動により熱媒体用流体ジャケットに生じるスリップ発熱により該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において、前記熱媒体用流体ジャケットの導体の永久磁石対向面に当該磁石の内外周面および導体対向面を囲繞する導体製のカバーを取着することにより、永久磁石の漏洩磁束を低減す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】
前記導体製のカバーは永久磁石の内外周面の一部と対向面を囲むような断面形状を有することを特徴とする請求項２記載のマグネット式ヒーター。
【請求項４】
前記導体製のカバーは永久磁石の外周面と対向面を囲むような断面形状を有することを特徴とする請求項２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ものである。
【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】
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。また、ビスカス式ヒーターは、使用環境が極低温の場合粘性流体の粘度が高くなるため、起動時の負荷トルクが増大する。特にエンジン駆動の場合は起動時に過大な負荷がかかることになる。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】
そこで本発明者は、このようなビスカス式ヒーターの有する問題点に鑑み、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の原理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、具体的には永久磁石、サーマルフェライトなどの磁石と、磁気ヒステリシスの大きな材料やエディカレント材などの導体（発熱体）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、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、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。
【０００６】
この方式のマグネット式ヒーターとしては、例えば前記導体を熱媒体用流体ジャケットとなして駆動軸に軸受装置を介して非回動に支承され、該前記駆動軸により回動可能に設けられ前記熱媒体用流体ジャケットと僅かなギャップを隔てて対向配置した永久磁石を有する永久磁石回転体の回動により熱媒体用流体ジャケットに生じるスリップ発熱により該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ものや、熱媒体用流体ジャケットの一部が前記導体で構成されて駆動軸に軸受装置を介して非回動に支承され、前記駆動軸により回動可能に設けられ前記熱媒体用流体ジャケットの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有する永久磁石回転体を備え、かつ前記熱媒体用流体ジャケット内の前記永久磁石と対向する側の導体の内壁にバックプレートを有し、前記永久磁石回転体の回動により熱媒体用流体ジャケットに生じるスリップ発熱により該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ものなどがある。
【０００７】
図４は熱媒体用流体ジャケットの一部が導体で構成されたマグネット式ヒーターを例示したもので、ウォータージャケット本体１２−１の前面側に導体製蓋体１２−２をシールリング１２−３、１２−４を介して一体に取付けてなるウォータージャケット１２を駆動軸１１の外周に軸受装置１３を介して非回動に支承し、このウォータージャケット１２の導体１２−２と僅かなギャップを隔てて対向配置したドーナツ状の永久磁石１４を有する磁石回転体（ヨーク）１５を締結ボルト１６にて前記駆動軸１１に一体に取付けている。前記ウォータージャケット１２には循環水１７の入水ポートＰ１と出水ポートＰ２が設けられている。
なお、駆動軸１はプーリ１８を介して車両のエンジンなどによりベルトで回転されるようになっている。
【０００８】
上記構成のマグネット式ヒーターの場合は、駆動軸１１がプーリ１８を介してエンジンにより駆動されると、該駆動軸１１と一体構造の永久磁石回転体１５が回動し永久磁石１４が回動することにより、ウォータージャケット本体１２−１に取付けられた導体１２−２との間に形成されている磁路がせん断されて該導体１２−２にスリップ発熱が生じる。このウォータージャケット１２の導体１２−２の発熱は、当該ジャケット１２内の熱媒体用流体としての循環水１７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。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに図４に示すようなマグネット式ヒーターの場合、ウォータージャケット本体１２−１に取付けられた導体１２−２と永久磁石回転体１５に取付けられた永久磁石１４との間には図５に示すごとく永久磁石１４の内周側および外周側に漏洩磁束１９が発生する。したがって図４に示すようなマグネット式ヒーターは前記漏洩磁束分が発熱ロスとなり、発熱効率が十分とは言い得ないものであった。
【００１０】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたもので、前記導体と永久磁石との間に前記漏洩磁束を少なくするための手段を施すことにより、発熱効率の高いマグネット式ヒーターを提供しようとするものである。
【００１１】
【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、その第１の実施態様は熱媒体用流体ジャケットの一部が前記導体で構成されて駆動軸に軸受装置を介して非回動に支承され、前記駆動軸により回動可能に設けられ前記熱媒体用流体ジャケットの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有する永久磁石回転体を備え、前記永久磁石回転体の回動により熱媒体用流体ジャケットに生じるスリップ発熱により該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において、前記熱媒体用流体ジャケットを断面ほぼコ字状となし、該断面ほぼコ字状の熱媒体用流体ジャケットの前面側に当該ジャケット本体の断面形状に対応するごとく形成した導体により当該永久磁石を囲むように設けることにより、永久磁石の漏洩磁束を低減する構造となしたことを特徴とし、また第２の実施態様は熱媒体用流体ジャケットの一部が前記導体で構成されて駆動軸に軸受装置を介して非回動に支承され、前記駆動軸により回動可能に設けられ前記熱媒体用流体ジャケットの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有する永久磁石回転体を備え、前記永久磁石回転体の回動により熱媒体用流体ジャケットに生じるスリップ発熱により該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において、前記熱媒体用流体ジャケットの導体の永久磁石対向面に当該磁石の内外周面および導体対向面を囲繞する導体製のカバーを取着することにより、永久磁石の漏洩磁束を低減する構造となしたことを特徴とするものである。さらに前記導体製のカバーは永久磁石の内外周面の一部と対向面を囲むような断面形状を有したり、永久磁石の外周面と対向面を囲むような断面形状を有したりするものである。
【００１２】
すなわち本発明は熱媒体用流体ジャケットの一部を構成する導体または導体製カバーにて永久磁石の内周側および外周側に発生する漏洩磁束を導体側に取込めるようにしたもので、これにより漏洩磁束を少なくできる結果、発熱量が高められることとなる。
【００１３】
なお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。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。
【００１４】
【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ヒーターの一実施例を示す縦断側面図、図２は同請求項２に対応するマグネット式ヒーターの一実施例を示す縦断側面図、図３は同請求項３、４に対応するマグネット式ヒーターを例示したもので、（ａ）（ｂ）は同請求項３に対応するマグネット式ヒーターの一部を示す縦断側面図、（ｃ）は同請求項４に対応するマグネット式ヒーターの一部を示す縦断側面図であり、１は駆動軸、２Ａ、２Ｂはウォータージャケット、２Ａ−１、２Ｂ−１はウォータージャケット本体、２Ａ−２、２Ｂ−２は導体製蓋体、２Ａ−３、２Ｂ−３はシールリング、３は軸受装置、４は磁石回転体、５は永久磁石、６はプーリ、７は循環水、８は締結ボルト、９−１、９−２、９−３、９−４は導体製カバーをそれぞれ示す。
【００１５】
まず、図１に示すマグネット式ヒーターは図４に示すものと同様、熱媒体用流体ジャケットの一部が導体で構成されたもので、その構造は断面ほぼコ字状のウォータージャケット本体２Ａ−１の前面側に当該ジャケット本体の断面形状に対応するごとく形成した導体製蓋体２Ａ−２をシールリング２Ａ−３を介して一体に取付けてなるウォータージャケット２Ａを駆動軸１の外周に軸受装置３を介して非回動に支承し、このウォータージャケット２Ａの前記導体製蓋体２Ａ−２の内側に当該蓋体の底面部と僅かなギャップを隔てて対向配置したドーナツ状の永久磁石５を有する磁石回転体（ヨーク）４を締結ボルト８にて前記駆動軸１に一体に取付けている。この場合、ウォータージャケット２Ａの導体製蓋体２Ａ−２は磁石回転体（ヨーク）４に取付けられている永久磁石５をほぼ囲繞できる程度の深さを有する。ウォータージャケット２Ａには入水ポートＰ１と出水ポートＰ２が設けられている。なお、駆動軸１はプーリ６を介して車両のエンジンなど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６を介してエンジンにより駆動されると、該駆動軸１と一体構造の磁石回転体４が回動し永久磁石５が回動することにより、ウォータージャケット本体２Ａ−１に取付けられた導体製蓋体２Ａ−２との間に形成されている磁路がせん断されて該導体２Ａ−２にスリップ発熱が生じる。このウォータージャケット２Ａの導体製蓋体２Ａ−２の発熱は、当該ジャケット２Ａ内の熱媒体用流体としての循環水７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。
このマグネット式ヒーターの場合、永久磁石５は導体製蓋体２Ａ−２によりほぼ囲繞されているので、特に漏洩磁束が大きい外周側の磁力線を当該蓋体２Ａ−２により取入れることが可能となり、発熱ロスを小さくできる。
【００１７】
つぎに図２に示すマグネット式ヒーターは構造的には図４に示す従来のマグネット式ヒーターと同一型式であって、入水ポートＰ１と出水ポートＰ２が設けられたウォータージャケット本体２Ｂ−１の前面側に平板状の導体製蓋体２Ｂ−２をシールリング２Ｂ−３を介して一体に取付けてなるウォータージャケット２Ｂを図１に示すものと同様、駆動軸１の外周に軸受装置３を介して非回動に支承し、このウォータージャケット２Ｂの前記導体製蓋体２Ｂ−２と僅かなギャップを隔てて対向配置したドーナツ状の永久磁石５を有する磁石回転体（ヨーク）４を締結ボルト８にて前記駆動軸１に一体に取付けてなるマグネット式ヒーターにおいて、前記導体製蓋体２Ｂ−２の前面に所望のギャップを隔ててドーナツ状の永久磁石５の内外周面および蓋体対向面を囲繞する導体製カバー９−１を取付けて構成したものである。なお、駆動軸１は前記と同様プーリ６を介して車両のエンジンなどによりベルトで回転されるようになっている。
【００１８】
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６を介してエンジンにより駆動されると、該駆動軸１と一体構造の磁石回転体４が回動し永久磁石５が回動することにより、ウォータージャケット本体２Ｂ−１の導体製蓋体２Ｂ−２に取付けられた導体製カバー９−１および導体製蓋体２Ｂ−２との間に形成されている磁路がせん断されて導体製カバー９−１および導体製蓋体２Ｂ−２にスリップ発熱が生じる。導体製カバー９−１および導体製蓋体２Ｂ−２に生じた発熱は、当該ジャケット２Ｂ内の熱媒体用流体としての循環水７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。
このマグネット式ヒーターの場合は、導体製カバー９−１により永久磁石５の内外周面および対向面が囲繞されているので、該永久磁石５の内周側および外周側に発生する漏洩磁束を導体側に取入れることが可能となり、発熱ロスをさらに小さくできる。
【００１９】
また図３（ａ）〜（ｃ）に示すマグネット式ヒーターは、前記図２に示すマグネット式ヒーターにおける導体製カバー９−１の構造を種々変えたものを例示したもので、このうち（ａ）（ｂ）に示すマグネット式ヒーターは、磁石回転体４に取付けられている永久磁石５の内外周面の一部と導体対向面を囲むような断面形状を有する導体製カバー９−２、９−３を用いたもので、（ａ）に示すマグネット式ヒーターにおける導体製カバー９−２は、永久磁石５の内外周面の一部を囲む部分を外側に広がる断面形状としたものであり、（ｂ）に示すマグネット式ヒーターにおける導体製カバー９−３は、永久磁石５の内外周面の一部を囲む部分を当該磁石の形状に沿うような断面形状としたものである。この図３（ａ）  （ｂ）に示すマグネット式ヒーターの場合、導体製カバー９−２、９−３により囲まれる部分は永久磁石５の導体対向面と内外周面の一部のみであるが、この場合も永久磁石５の内周側および外周側に発生する漏洩磁束を導体側に取入れることが可能となり、発熱ロスを小さくできる。さらに図３（ｃ）に示すマグネット式ヒーターは、永久磁石５の外周面と導体対向面を囲むような断面形状を有する導体製カバー９−４を用いたもので、この場合は特に漏洩磁束が大きい外周側の磁力線を当該カバー９−４により取入れることが可能となり、発熱ロスを小さくできる。
【００２０】
【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、熱媒体用流体ジャケットの一部を構成する導体または導体製カバーにて永久磁石の内周側および外周側に発生する漏洩磁束を導体側に取込めるようにしたことにより漏洩磁束のロスを低減でき、高い発熱量が得られるという優れた効果を奏する。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】本発明の請求項１に対応するマグネット式ヒーターの一実施例を示す縦断側面図である。
【図２】同請求項２に対応するマグネット式ヒーターの一実施例を示す縦断側面図である。
【図３】同請求項３、４に対応するマグネット式ヒーターを例示したもので、（ａ）および（ｂ）は同請求項３に対応するマグネット式ヒーターの一部を示す縦断側面図、（ｃ）は同請求項４に対応するマグネット式ヒーターの一部を示す縦断側面図である。
【図４】本発明の対象とする従来の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５】図４に示すマグネット式ヒーターにおける永久磁石と導体間に形成される磁力線を示す説明図である。
【符号の説明】
１  駆動軸
２Ａ、２Ｂ  ウォータージャケット
２Ａ−１、２Ｂ−１  ウォータージャケット本体
２Ａ−２、２Ｂ−２  導体製蓋体
２Ａ−３、２Ｂ−３  シールリング
３  軸受装置
４  磁石回転体
５  永久磁石
６  プーリ
７  循環水
８  締結ボルト
９−１、９−２、９−３、９−４  導体製カバー
【図１】
0004208105.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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