JP2000168348A - マグネット式ヒーター - Google Patents

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
方式であり、前記導体が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、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
ットの両側に該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磁石回転体を備え、こ
の左右一対の磁石回転体の回動により該磁石回転体の間
に配設した非回動の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。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】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、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
の実施態様は前記導体が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、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
ットの両側に該流体ジャケットと僅かなギャップを隔て
て対向配置した磁石を有する磁石回転体を備え、この左
右一対の磁石回転体の回動により該磁石回転体の間に配
設した非回動の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ことを特徴とし、その第２
の実施態様は前記導体が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、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
ットの両側に該流体ジャケットと僅かなギャップを隔て
て対向配置した磁石を有する磁石回転体を備え、この左
右一対の磁石回転体の回動により該磁石回転体の間に配
設した非回動の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、前記熱媒体用流体ジャケッ
トおよび該ジャケットの両側に配設した磁石回転体を囲
繞するケースを前記駆動軸に軸受装置を介して非回動に
支承した構成となしたことを特徴とするものである。ま
た、本発明では前記磁石に永久磁石または電磁石もしく
はサーマルフェライトを用いたり、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
り、さらに熱媒体用流体ジャケットは螺旋状または渦巻
状に巻かれた流路を有する角パイプまたは円形パイプで
構成されているものを用いたりするものである。

【０００７】すなわち、本発明に係るマグネット式ヒー
ターは永久磁石、電磁石、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（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、
あるいはこれらを組合わせたもの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０．３〜１．０ｍ
ｍ程度である。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】

【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であり、１、１１は駆動軸、
２、１２はウォータージャケット、３、１３は軸受装
置、４−１、４−２、１４−１、１４−２は永久磁石回
転体、５−１、５−２、１５−１、１５−２は永久磁
石、６、１６はプーリ、７、７−１、１７は締結ボル
ト、８、１８はスペーサ、９−１は入水ポート、９−２
は出水ポート、１９はケースをそれぞれ示す。

【００１４】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３を介して例えばエデ
ィカレント材製のウォータージャケット（導体）２が非
回動に支承され、このウォータージャケット２の両側に
該ジャケット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５−１、５−２を有する磁石回転体
４−１、４−２がそれぞれ前記駆動軸１と一体に取付け
られている。このうち、一方の磁石回転体４−１は締結
ボルト７−１にて駆動軸１に固着され、他方の磁石回転
体４−２はキー（図示せず）などにより駆動軸１に固着
されている。ドーナツ状の永久磁石５−１、５−２はそ
れぞれヨーク５−１ａ、５−２ａを介して取付けられて
いる。ウォータージャケット２には、入水ポート９−１
および出水ポート９−２が設けられている。なお、駆動
軸１には締結ボルト７によりプーリ６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。

【００１５】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と一体構造の両側の永久磁石回転体
４−１、４−２が回動しそれぞれの永久磁石５−１、５
−２が回動することにより、エディカレント材製のウォ
ータージャケット（導体）２との間に形成されている磁
路がせん断されて該ウォータージャケット２にスリップ
発熱が生じる。この場合、ウォータージャケット２の両
側に永久磁石５−１、５−２を配置したことにより、ウ
ォータージャケット２とその両側の永久磁石５−１、５
−２間に強力な磁場が形成され、ウォータージャケット
２に十分な渦電流が発生し、ヒーター効率が高められ
る。このウォータージャケット２の発熱は、当該ジャケ
ット２内の熱媒体用流体としての循環水１０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やエンジ
ンのウォーミングアップなどに供されることとなる。

【００１６】つぎに、図２に示すマグネット式ヒーター
は、駆動軸１１の外周に軸受装置１３−１を介して例え
ばエディカレント材製のウォータージャケット（導体）
１２が非回動に支承され、このウォータージャケット１
２の両側に該ジャケット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１５−１、１５−２を有
する磁石回転体１４−１、１４−２がそれぞれ前記駆動
軸１と一体に取付けられている。この２つの磁石回転体
１４−１、１４−２はそれぞれキー（図示せず）などに
より駆動軸１に固着されている。また、ドーナツ状の永
久磁石１５−１、１５−２はそれぞれヨーク１５−１
ａ、１５−２ａを介して取付けられている。前記ウォー
タージャケット１２は、内側に配設した角パイプ１２−
１と該角パイプの外周に重ね合わせた複数個の角パイプ
１２−２とで構成され、それぞれのパイプには図示して
いない入水ポートおよび出水ポートが設けられている。
これらウォータージャケット１２、磁石回転体１４−
１、１４−２などから構成される発熱機構全体を覆うケ
ース１９は、駆動軸１の外周に軸受装置１３−２を介し
て非回動に支承されウォータージャケット１２の放熱を
防ぐ断熱機能を有している。駆動軸１１には締結ボルト
１７によりプーリ１６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。

【００１７】上記構成のマグネット式ヒーターにおい
て、駆動軸１１がプーリ１６を介してエンジンにより駆
動されると、前記図１に示すヒーターと同様、該駆動軸
１１と一体構造の両側の磁石回転体１４−１、１４−２
が回動しそれぞれの永久磁石１５−１、１５−２が回動
することにより、エディカレント材製のウォータージャ
ケット（導体）１２との間に形成されている磁路がせん
断されて該ウォータージャケット１２にスリップ発熱が
生じる。この場合も、ウォータージャケット１２の両側
に永久磁石１５−１、１５−２を配置したことにより、
ウォータージャケット１２とその両側の永久磁石１５−
１、１５−２間に強力な磁場が形成され、ウォータージ
ャケット１２に十分な渦電流が発生し、ヒーター効率が
高められる。このウォータージャケット１２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１
０に熱交換され、加熱された循環水が暖房回路で車両の
暖房やエンジンのウォーミングアップなどに供されるこ
ととなる。

【００１８】なお、上記の各実施例では、磁石に永久磁
石を使用した場合を例にとり説明したが、永久磁石に替
えて電磁石を用いる場合は、スリップリングを使って電
磁石に通電する。また、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、あるいは空気などの気体も採
用できる。

【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。

【符号の説明】

１、１１ 駆動軸 ２、１２ ウォータージャケット ３、１３ 軸受装置 ４−１、４−２、１４−１、１４−２ 永久磁石回転体 ５−１、５−２、１５−１、１５−２ 永久磁石 ６、１６ プーリ ７、７−１、１７ 締結ボルト ８、１８ スペーサ ９−１ 入水ポート ９−２ 出水ポート １０ 循環水 １９ ケース

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、前記導体が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、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
   ケットの両側に該流体ジャケットと僅かなギャップを隔
   てて対向配置した磁石を有する磁石回転体を備え、この
   左右一対の磁石回転体の回動により該磁石回転体の間に
   配設した非回動の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、前記導体が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、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
   ケットの両側に該流体ジャケットと僅かなギャップを隔
   てて対向配置した磁石を有する磁石回転体を備え、この
   左右一対の磁石回転体の回動により該磁石回転体の間に
   配設した非回動の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、前記熱媒体用流体ジャケ
   ットおよび該ジャケットの両側に配設した磁石回転体を
   囲繞するケースを前記駆動軸に軸受装置を介して非回動
   に支承した構成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】 前記磁石には永久磁石または電磁石もし
   くはサーマルフェライトを用いることを特徴とする請求
   項１〜２のうちいずれか１項に記載のマグネット式ヒー
   ター。
4. 【請求項４】 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１〜３のうちい
   ずれか１項に記載のマグネット式ヒーター。
5. 【請求項５】 熱媒体用流体ジャケットは単一の角パイ
   プまたは複数の角パイプで構成されていることを特徴と
   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。