JP2005098335A - Magnet type fan clutch device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種自動車等における機関冷却用ファンの回転を、適切に制御し得るマグネット式ファンクラッチ装置に係り、詳しくはマグネットカップリングと電磁クラッチを１本の駆動軸を介して組み合わせて、装置の小型化と構造上の簡略化を図ると共に、該装置における電磁クラッチ側において導体又はヒステリシス材を設けてなる円板、若しくは必要に応じてマグネットカップリング側における永久磁石回転体の熱伝導性の向上を図り、長期にわたり安定した運転を保証し得るための材質の改善に関するものである。 The present invention relates to a magnet-type fan clutch device capable of appropriately controlling the rotation of an engine cooling fan in various automobiles, and more specifically, by combining a magnet coupling and an electromagnetic clutch via a single drive shaft. Of the magnetic clutch of the device, a disk provided with a conductor or a hysteresis material on the electromagnetic clutch side, or if necessary, the thermal conductivity of the permanent magnet rotor on the magnet coupling side. The present invention relates to the improvement of materials so as to improve and ensure stable operation over a long period of time.
従来、車両用内燃機関などに適用される冷却ファンの回転を、適切に制御するためのファンクラッチ装置としては、液体（流体）ファンクラッチ装置、油圧駆動式ファンクラッチ装置などがある。例えば液体ファンクラッチ装置は、トルク伝達室に供給された油によって駆動ディスクの駆動トルクを、外周部にファンブレードを取着したカバー若しくはケースに伝達する方式のものが一般的であるが、具体的には図１５に示すように必要に応じて外面に冷却フィン８１７、８１７′を突設したケース８０２とカバー８０３とからなるハウジングの内部を、油の供給調整孔８０５′を有する仕切板８０５により、油溜り室８０６と駆動ディスク８０７を内装するトルク伝達室８０４とに区劃し、回転時の油の集溜する駆動ディスク８０７の外周壁部に対向するハウジングの内周壁面の一部にダム８１２と、これに連なってトルク伝達室８０４より油溜り室８０６に通ずる循環排出路８１３′を形成すると共に、外部周囲の温度が設定値を越えると前期仕切板８０５の供給調整孔８０５′を開放し、設定値以下では前記仕切板８０５の供給調整孔８０５′を閉鎖する弁部材８１９を内部に備え、駆動ディスク８０７と前記ケース８０２及びカバー８０３との外方付近の対向壁面に設けたトルク伝達間隙部での油の有効接触面積を増減させて、回転軸体側から被駆動側のハウジング側へのトルク伝達を制御するものがある（例えば特許文献１参照）。
Conventionally, as a fan clutch device for appropriately controlling the rotation of a cooling fan applied to an internal combustion engine for a vehicle, there are a liquid (fluid) fan clutch device, a hydraulically driven fan clutch device, and the like. For example, a liquid fan clutch device is generally of a type that transmits the drive torque of the drive disk to the cover or case with the fan blade attached to the outer peripheral portion by the oil supplied to the torque transmission chamber. As shown in FIG. 15, the inside of the housing formed of the
この種の液体ファンクラッチ装置によると、油溜り室８０６からトルク伝達室８０４に供給される油によって、駆動ディスク８０７の駆動トルクがケース８０２に伝達され、該ケース８０２に取付けられたファンが回転し、例えば自動車用エンジン等のラジエーターの冷却が行われる。また、該液体クラッチ装置は感温体によって雰囲気温度を検出して、その温度が上昇すると供給調整孔８０５′の開度を上げて、トルク伝達室８０４への給油量の増加を促し、ケース８０２の回転数を上げてファンを高速度で回転させることによって、冷却効果を上げるように設計されている。
According to this type of liquid fan clutch device, the drive torque of the
ところが前記液体ファンクラッチ装置においては、トルク伝達室８０４内に、油が多量に存在している状態において、エンジンを再始動するか、若しくは運転中の急加速を余儀なくされる際は、駆動側における駆動ディスクの加速に追随して、トルク伝達室内に存在する油により、被駆動側のケース８０２（冷却ファン）も短時間ではあるが回転の急上昇を引起す。この現象は通常「つれ廻り」と呼ばれているが、ファンの不規則急回転によってもたらされる騒音と、それに伴う不快感を生じ、しかも燃料効率が低下するために忌避することが求められている。
However, in the liquid fan clutch device, when a large amount of oil is present in the
このような従来タイプの液体ファンクラッチ装置における所謂「つれ廻り」現象は、エンジン再始動に際し、トルク伝達室内の油量が多いほど顕著に現れることが判っているため、前記特公昭６３−２１０４８号公報においては、図１６に示すように排出循環路８１３′に連なる油溜り室８０６の内部を、弧状の隔壁８１６によって流出調整孔８０５′側を仕切り、該流出調整孔８０５′に通ずる流路室８１４によって区劃し、前記仕切板８０５上に設けた流出調整孔８０５′と、前記隔壁８１６の端部に設けた供給孔８１５との相互の位置関係を、如何なる回転停止の状態にあっても少なくともその一方が、油溜り室８０６内に存在する油面上に位置するようにしたため、油溜り室８０６に多量の油が存在する状態でエンジンを停止した場合であっても、トルク伝達室８０４への油の流入は阻止され、エンジン再起動に際しても「つれ廻り」現象は発生しない様に改善されている。然しながら、トルク伝達室８０４内に多量の油が存在している状態でエンジン停止をした場合の再始動時や、運転中の急加速時には効果が及ばず、「つれ廻り」現象を完全に防止することは叶わなかった。
The so-called “swinging” phenomenon in such a conventional liquid fan clutch device is known to appear more prominently as the amount of oil in the torque transmission chamber increases when the engine is restarted. In the official gazette, as shown in FIG. 16, the
一方、油圧駆動式ファンクラッチ装置の場合は、任意の回転数に制御することができるが、オイルリザーバータンク、油圧配管類、オイルクーラー、リリーフバルブ等の油圧機器が不可欠であり、広範なスペースを必要とする上に高価である。 On the other hand, in the case of a hydraulically driven fan clutch device, it can be controlled to an arbitrary rotational speed, but hydraulic equipment such as an oil reservoir tank, hydraulic piping, oil cooler, and relief valve is indispensable, and a wide space is required. It is necessary and expensive.
このような実情に鑑み本発明者らは、マグネットカップリングと電磁クラッチとを一体化することによって、構造の簡易化とコストの低減を図り、しかも所謂「つれ廻り」現象を未然に防止し得るマグネット式ファンクラッチ装置を開発し、既に提案している。具体的には共通する１本の駆動軸を介して、電磁クラッチと該電磁クラッチに連動するマグネットカップリングとによって構成されている。茲で前記マグネットカップリングはその外周部分にファンを取着した永久磁石回転体と、該永久磁石回転体と僅かな間隙を隔てて対向する導体又はヒステリシス材（以下単に「導体」と略記することがある。）を有する円板とで構成され、該永久磁石回転体に設けられた永久磁石と、導体間に働く吸引作用によって、当該永久磁石回転体と円板とが一体として回転するか、或いは相対回転する仕組みとなしている（例えば、特許文献２参照）。この永久磁石回転体と円板とによって構成されるマグネットカップリングは、前記電磁クラッチによってＯＮ／ＯＦＦ制御されるために、上記の所謂「つれ廻り」現象は未然に防止されることとなる。 In view of such circumstances, the present inventors can simplify the structure and reduce the cost by integrating the magnet coupling and the electromagnetic clutch, and can also prevent the so-called “spinning” phenomenon. A magnet-type fan clutch device has been developed and already proposed. Specifically, it is constituted by an electromagnetic clutch and a magnet coupling interlocked with the electromagnetic clutch via a common drive shaft. The magnet coupling is abbreviated as a permanent magnet rotating body with a fan attached to the outer periphery thereof, and a conductor or hysteresis material (hereinafter simply referred to as “conductor”) facing the permanent magnet rotating body with a slight gap. Or the permanent magnet rotating body and the disc rotate as a unit by an attractive action acting between the conductor and the permanent magnet provided on the permanent magnet rotating body, Or it is set as the mechanism which carries out relative rotation (for example, refer patent document 2). Since the magnet coupling constituted by the permanent magnet rotating body and the disc is ON / OFF controlled by the electromagnetic clutch, the so-called “running” phenomenon is prevented in advance.
電磁クラッチと該電磁クラッチに連動するマグネットカップリングとによって構成されるマグネット式ファンクラッチ装置としては、導体がバックプレートと弾性部材を介して円板に取付けられ、電磁クラッチＯＦＦ時における該導体と永久磁石との間隙が、該永久磁石の磁界による吸引力が殆ど及ばない程度に大きく設定することによって、電磁クラッチをＯＮにして始動する際、前記弾性部材の作用によって永久磁石側に緩やかに吸引されて、所謂クッションスタートによるスムースな立ち上がりを実現した、マグネット式クラッチ装置も提案されている（例えば、特許文献３参照）。 As a magnet type fan clutch device constituted by an electromagnetic clutch and a magnet coupling interlocked with the electromagnetic clutch, a conductor is attached to a disk via a back plate and an elastic member, and the conductor is permanently attached when the electromagnetic clutch is OFF. By setting the gap with the magnet so large that the attractive force due to the magnetic field of the permanent magnet does not reach almost, when starting with the electromagnetic clutch turned on, the elastic member is gently attracted to the permanent magnet side. In addition, a magnetic clutch device that realizes a smooth rise by so-called cushion start has also been proposed (see, for example, Patent Document 3).
また、永久磁石回転体に装着された永久磁石の内側及び外側に、マグネチック・ループエレメントを組み込み、電磁クラッチの磁束方向を切り替え制御することにより、マグネットカップリングの円板の回転数を任意に変化させたマグネット式ファンクラッチ装置（例えば、特許文献４参照）や、永久磁石回転体を内側永久磁石回転体と外側磁石回転体の二分割構造とすると共に、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ュアを各別に設けると共に、外側又は内側のアーマチュアにそれぞれ永久磁石を組込み、電磁クラッチのＯＮ／ＯＦＦによって、ファン付き円板の回転速度を任意に制御し得るマグネット式ファンクラッチ装置（例えば、特許文献５参照）、更には、マグネットカップリングに装着される永久磁石の両側に導体を配置し、該永久磁石の両側でトルク伝達を行うことにより、装置を小径化してその分ファンブレードを長くすることによって、風力を増し、冷却効率を向上せしめたマグネット式ファンクラッチ装置（例えば、特許文献６参照）などが提案されそれぞれ優れた成果が報告されている。
上記各マグネット式ファンクラッチ装置によれば、従来の液体式ファン・カップリング装置に比較して、構造上小型化されると共に所謂「つれ廻り」現象を未然に防止し、クッションスタートを実現することによってスムースな始動が図られるなど、数々の優れた成果が報告され、既に実用化の域に達したものもある。然しながらマグネットと導体間には相対回転が生ずることが避けられず、この相対回転によって通常銅製の円盤によって形成される導体内に渦電流が発生し、その電気抵抗によって発熱する。導体内で温度上昇が進行すると導体の比抵抗が上昇して、渦電流が減少し、伝達トルクが減少するためファンの回転速度が低下し、所定の風量が維持できなくなり、結果的に冷却効率が低下することとなる。そこで導体を装着する円板には様々な形状の冷却フィンを設け、導体内に発生する熱を極力系外に放熱するよう配慮している。然しながら、それらの改善手段を以ってしても、導体内で発生する熱の全てを放熱する迄には至らないため、長時間の運転における蓄熱は避けれず、早急に解決を望まれる課題であった。斯かる実情に鑑み本発明は、より優れた熱伝導性を有する素材によって円板を形成することにより、導体内に発生した熱を効率良く系外に排出することにより、コンパクトで且つシンプルな構造であるにも拘らず、導体内の蓄熱に起因する伝達トルクの減少を、効果的に阻止し得るマグネット式ファンクラッチ装置を提供することを目的とするものである。 According to each of the above-described magnet type fan clutch devices, compared with the conventional liquid type fan coupling device, the structure is reduced in size and the so-called "running" phenomenon is prevented in advance, and a cushion start is realized. A number of excellent results have been reported, such as a smooth start-up, and some have already been put into practical use. However, it is inevitable that relative rotation occurs between the magnet and the conductor, and due to this relative rotation, an eddy current is normally generated in the conductor formed by a copper disk, and heat is generated by its electrical resistance. As the temperature rises in the conductor, the specific resistance of the conductor increases, the eddy current decreases, the transmission torque decreases, the fan speed decreases, and the specified air volume cannot be maintained, resulting in cooling efficiency. Will be reduced. Therefore, various shapes of cooling fins are provided on the disk on which the conductor is mounted, and consideration is given to radiating the heat generated in the conductor to the outside of the system as much as possible. However, even with these means of improvement, it is not possible to radiate all the heat generated in the conductor, so heat storage in long-term operation is unavoidable, and a problem that is desired to be solved immediately. there were. In view of such circumstances, the present invention has a compact and simple structure by efficiently discharging heat generated in the conductor out of the system by forming a disk with a material having better thermal conductivity. Nevertheless, an object of the present invention is to provide a magnet type fan clutch device that can effectively prevent a decrease in transmission torque caused by heat storage in a conductor.
上記課題を解決するための本発明によるマグネット式ファンクラッチ装置は、共通する１本の駆動軸を介してマグネットカップリングと電磁クラッチとが組み合わされ、ファンがマグネットカップリング側に組みつけられてなるマグネット式ファンクラッチ装置であって、前記駆動軸に支承されかつ外部に支持された励磁コイルが組み込まれたクラッチローターと、該駆動軸に軸受装置を介して回転可能に支承された円板に取付けられたアーマチュアとからなる回転可能な電磁クラッチと、前記駆動軸に軸受装置を介して回転可能に支承され、その外周部分にファンが取着された永久磁石回転体及び該永久磁石と、僅かな間隙を隔てて対向するように前記円板に取付けられた導体又はヒステリシス材を有し、前記導体又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、前記円板とが一体に回転するよう仕組まれ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、前記導体又はヒステリシス材を組み込む円板及び／又は永久磁石回転体が、カーボンナノファイバーを含有せしめてなるアルミニウム基合金若しくはマグネシウム基合金によって形成されることを特徴的構成要件とするものである。 In order to solve the above problems, a magnet type fan clutch device according to the present invention is configured such that a magnet coupling and an electromagnetic clutch are combined through a common drive shaft, and the fan is assembled on the magnet coupling side. A magnet type fan clutch device, which is attached to a clutch rotor in which an excitation coil supported on the drive shaft and supported externally is incorporated, and a disc rotatably supported on the drive shaft via a bearing device A rotatable electromagnetic clutch comprising a fixed armature, a permanent magnet rotating body rotatably supported on the drive shaft via a bearing device, and a fan attached to the outer peripheral portion thereof, and the permanent magnet, A conductor or a hysteresis material attached to the disk so as to face each other with a gap between the conductor or the hysteresis material; In addition, the permanent magnet rotating body and a magnetic coupling that is structured so that the disk rotates integrally by an attractive action, and the electromagnetic coupling is controlled ON / OFF by the electromagnetic clutch. In the magnet type fan clutch device, the disk and / or the permanent magnet rotating body incorporating the conductor or the hysteresis material is formed of an aluminum-based alloy or a magnesium-based alloy containing carbon nanofibers. It is a requirement.
本発明における前記カーボンナノファイバーの、前記アルミニウム基合金若しくはマグネシウム基合金に対する含有量としては、重量比において０．１〜３％であることを特徴とするものである。すなわち、０．１未満では効果が少なく、他方、３％をを超えると効果に差がなく、かつ高価につくためである。 The content of the carbon nanofibers in the present invention with respect to the aluminum-based alloy or magnesium-based alloy is 0.1 to 3% by weight. That is, if it is less than 0.1, the effect is small, and if it exceeds 3%, there is no difference in the effect and the cost is high.
本発明における前記マグネット式ファンクラッチ装置において、マグネットカップリングの外周部に、ファン・ブレードが一体として取付けられてなることを特徴とするものである。 In the magnet type fan clutch device according to the present invention, fan blades are integrally attached to the outer peripheral portion of the magnet coupling.
更に、本発明における前記マグネット式ファンクラッチ装置において、導体又はヒステリシス材を設けてなる円板及び／又は永久磁石回転体には、プレートフィン及び／又はピンフィンを形成することができる。 Furthermore, in the magnet type fan clutch device according to the present invention, plate fins and / or pin fins can be formed on the disk and / or the permanent magnet rotating body provided with the conductor or the hysteresis material.
本発明によるマグネット式ファンクラッチ装置は、導体を装着する円板、若しくは永久磁石を装着し、僅かな間隙を隔てて該導体と対向する永久磁石回転体のうち、少なくとも導体を装着する前記円板、若しくは所望により前記永久磁石回転体を、カーボンナノファイバーを含有するアルミニウム基合金、若しくはマグネシウム基合金によって形成するため、該合金が本来的に保有する優れた熱伝導性が更に著しく向上する。また、カーボンナノファイバーとして用いられるカーボンナノチューブ、若しくはカーボンナノホーンは、それ自体が直径１〜３０ｎｍの自然界に存在する最も細いチューブであるにも拘らず、その引っ張り強度は鋼の１０倍に達する程の強度を有する上に、金属的特性にも優れているため、装置の小型化、軽量化並びに簡略化においても著しく寄与することが確認されている。加えて本発明による上記円板に、放熱フィンとしてのプレートフィンやピンフィンを突設させて一体として鋳造することにより、導体の内部に発生した熱がより効率的に系外に放熱され、導体の比抵抗の上昇を抑制して、渦電流の減少に伴う伝達トルクの減少を防止し、それに起因するファン回転速度の低下を未然に防止して適正な風量を維持する。更にその素材の比強度が増して寿命性能が大幅に改善されると共に、極めて軽量な素材によって構成されるために、エネルギー効率の上昇にも著しく寄与する。 A magnet type fan clutch device according to the present invention includes a disk on which a conductor is mounted, or a disk on which a permanent magnet is mounted and at least a permanent magnet rotating body facing the conductor with a slight gap therebetween. Alternatively, if desired, the permanent magnet rotor is formed of an aluminum-based alloy or a magnesium-based alloy containing carbon nanofibers, so that the excellent thermal conductivity inherently possessed by the alloy is further significantly improved. In addition, carbon nanotubes or carbon nanohorns used as carbon nanofibers are the thinnest tubes existing in nature with a diameter of 1 to 30 nm, but their tensile strength is about 10 times that of steel. In addition to its strength, it has also been confirmed to contribute significantly to miniaturization, weight reduction, and simplification of the apparatus because of its excellent metallic characteristics. In addition, by projecting plate fins and pin fins as heat radiating fins and casting them integrally with the above-mentioned disk according to the present invention, the heat generated inside the conductor is radiated more efficiently outside the system, An increase in specific resistance is suppressed to prevent a decrease in transmission torque due to a decrease in eddy current, and a decrease in fan rotation speed due to the decrease is prevented and an appropriate air volume is maintained. Furthermore, the specific strength of the material is increased, the life performance is greatly improved, and the material is composed of an extremely light material, so that it contributes significantly to an increase in energy efficiency.
以下、本発明の最良の実施形態について添付した図面に基づいて説明するが、本発明はこれにより拘束されるものではなく、本発明の主旨の範囲内において自由に設計変更が可能である。
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面図、図２〜図７は同様関連する各実施例におけるマグネット式ファンクラッチ装置の縦断面図、図８は更に他の実施例におけるマグネット式ファンクラッチ装置の縦断面図、図９は同実施例における円板と板バネの取付け状態を示す正面図、図１０〜１７はそれぞれ関連する他の実施例におけるマグネット式ファンクラッチ装置の縦断面図である。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not restricted thereby, and the design can be freely changed within the scope of the gist of the present invention.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a magnet type fan clutch device according to the present invention, FIGS. 2 to 7 are longitudinal sectional views of the magnet type fan clutch device in each related embodiment, and FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a magnet type fan clutch device in FIG. 9, FIG. 9 is a front view showing a mounting state of a disc and a leaf spring in the embodiment, and FIGS. 10 to 17 are magnet type fans in other related embodiments. It is a longitudinal cross-sectional view of a clutch apparatus.
本発明によるマグネット式ファンクラッチ装置は、その基本的構造として図１に示すように共通する１本の駆動軸１１を介して電磁クラッチ１２と、マグネットカップリング１３が配置され、電磁クラッチ１２は駆動軸１１の端部に一体に支承されたクラッチロータ１２−１と、このクラッチロータ１２−１内に、軸受装置１５を介して相互に回転可能に嵌合され、かつブラケット１２−３を介して外部に固定された励磁コイル１２−２と、駆動軸１１に軸受装置１５を介して回転可能に支承された円板１３−３の前記励磁コイル１２−２側に、前後動可能に保持されたアーマチュア１２−４とから構成されている。該アーマチュア１２−４は駆動軸１１に外嵌され、かつその一端部をボルト１２−５にて円板１３−３に固着されたステー１２−７に、他の一端を固定されたバネ１２−６を介してクラッチロータ１２−１側に取付けられている。一方、マグネットカップリング１３は、前記駆動軸１１に電磁クラッチ１２と反対側の駆動側に、軸受装置１５を介して回転自在に支承した永久磁石回転体１３−１にファン１６が取付けられ、該永久磁石回転体１３−１に装着された永久磁石１３−２と、僅かな間隙を隔てて対向する導体１３−４がコア１３−５を介して円板１３−３に取着され、該永久磁石１３−２と導体１３−４間に働く渦電流による吸引作用により、当該永久磁石回転体１３−１と円板１３−３とが一体として、若しくは相対回転する如く構成されている。なお、前記円板１３−３の背面には放熱フィン１３−６が突設されている。茲で本発明における前記円板１３−３は、カーボンナノファイバーを含有せしめてなる、アルミニウム基合金若しくはマグネシウム基合金によって形成される。また、前記永久磁石回転体１３−１を、所望により同様カーボンナノファイバーを含有せしめてなる、アルミニウム基合金若しくはマグネシウム基合金によって形成することも可能である。
As shown in FIG. 1, the magnet type fan clutch device according to the present invention has an
前記アルミニウム基合金若しくはマグネシウム基合金に含有されるカーボンナノファイバーが、単層若しくは複層のカーボンナノチューブ及び／又はカーボンナノホーンよりなり、その含有量の総計は、それぞれの合金に対する重量比で０．１〜３％の範囲内であることが望ましい。その含有量が０．１％未満では所期の効果が得られず、３％を超えるとコスト面でのメリットが得られない。 Carbon nanofibers contained in the aluminum-based alloy or magnesium-based alloy are composed of single-walled or multi-walled carbon nanotubes and / or carbon nanohorns, and the total content thereof is 0.1 by weight ratio to each alloy. It is desirable to be within a range of ˜3%. If the content is less than 0.1%, the desired effect cannot be obtained, and if it exceeds 3%, no merit in cost can be obtained.
本発明において用いられるカーボンナノファイバーは、通常アーク放電やレーザー蒸発及び化学気相成長（ＣＶＤ）法によって合成される直径約１〜３ｎｍの単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ）、主としてアーク放電によって合成される直径が５〜５０ｎｍの多層ナノチューブ（ＭＷＮＴ）の中から、１種若しくは２種以上を選択して用いることができるが、更に水素とアルゴンの混合気相中で、炭素をアーク放電することによって合成される直径が３〜４ｎｍの二層のナノチューブ（ＤＷＮＴ）を用いることも可能であり、チューブ形状が角型のカーボンナノホーンを用いることも妨げない。なお、径や長さ、アスペクト比は問わない。 The carbon nanofiber used in the present invention is a single-walled nanotube (SWNT) having a diameter of about 1 to 3 nm, which is usually synthesized by arc discharge, laser evaporation, and chemical vapor deposition (CVD), and is mainly synthesized by arc discharge. Can be selected from one or more types of multi-walled nanotubes (MWNTs) of 5 to 50 nm (MWNT), but further synthesized by arc discharge of carbon in a mixed gas phase of hydrogen and argon. It is also possible to use a double-walled nanotube (DWNT) having a diameter of 3 to 4 nm, and the use of carbon nanohorns having a square tube shape is not hindered. In addition, a diameter, a length, and an aspect ratio are not ask | required.
上記カーボンナノファイバーを含有してなる本発明の前記円板１３−３及び／又は永久磁石回転体１３−１は、通常アルミニウム基合金やマグネシウム基合金などを用い、ダイキャスト鋳造や重力鋳造等の適宜手段によって成形され、本例においてはこの際に上記カーボンナノファイバーを含有させることも可能であるが、通常は予めアルミニウム基合金やマグネシウム基合金の製造工程において、所定の含有量に調製することが望ましい。 The disk 13-3 and / or permanent magnet rotating body 13-1 of the present invention containing the carbon nanofiber is usually made of an aluminum base alloy, a magnesium base alloy, or the like, such as die casting or gravity casting. In this example, the carbon nanofibers can be contained at this time. However, it is usually prepared in advance in a manufacturing process for an aluminum-based alloy or a magnesium-based alloy. Is desirable.
上記図1に示す本発明によるマグネット式ファンクラッチ装置の第1の実施例によれば、駆動軸１１が回転している状態において電磁クラッチ１２をＯＮすると、駆動軸１１と一体に回転するクラッチロータ１２−１内に設けられた励磁コイル１２−２により、マグネットカップリング１３側の円板１３−３に保持されているアーマチュア１２−４が吸引されてクラッチロータ１２−１に吸着し、該クラッチロータ１２−１とアーマチュア１２−４及び円板１３−３が一体に回転する。この円板１３−３が回転すると、当該円板１３−３に取着されている導体１３−４と、永久磁石回転体１３−１に装着されている永久磁石１３−２との間に働く吸引作用により、当該永久磁石回転体１３−１が回転し始める。この際、マグネットカップリングは１３クッションスタートとなるため、電磁クラッチ１２がＯＮに入った時の負荷が小さく、かつファン１６の回転速度も徐々に上昇するために騒音の発生が著しく低減される。また、電磁クラッチ１２をＯＦＦにすると、バネ１２−６の弾発力でアーマチュア１２−４がクラッチロータ１２−１から離れることにより、円板１３−３の回転速度が大幅に低下するか、若しくは停止し、従ってファン１６の回転速度も大幅に低下するか、若しくは停止する。このように本例によるマグネット式ファンクラッチ装置は、電磁クラッチ１２をＯＮ／ＯＦＦ操作することにより、ファン１６の回転を任意にコントロールすることができる。また、該電磁クラッチ１２は、冷却水温、スロット開度、エンジン回転速度及びエアコンスイッチ等に連動させてＯＮ／ＯＦＦ制御が可能であるため、精度良く安定してファン１６の回転を制御し得る。更に、本例によれば前記円板１３−３は、カーボンナノファイバーを含有せしめてなる、アルミニウム基合金若しくはマグネシウム基合金によって形成されているため、その優れた熱伝導性の作用によって、前記円板１３−３に設けられた放熱フィン１３−６の働きを一層助長し、導体の内部に発生した熱が該円板１３−３を介してより効率的に系外に放熱され、導体の比抵抗の上昇を抑制して、渦電流の減少に伴う伝達トルクの減少を防止し、それに起因するファン回転速度の低下を未然に防止して適正な風量を安定的に維持することが確認された。
According to the first embodiment of the magnet type fan clutch device according to the present invention shown in FIG. 1, when the
図２に示すマグネット式ファンクラッチ装置は、本発明に係る前記第１の実施例に基づく応用例で、電磁クラッチ２２と、マグネットカップリング２３を、前記第１の実施例とは逆の配置にした以外は、実質的に同一に構成され、実施例１と同様の操作によってほぼ同一の効果が確認された。
The magnet type fan clutch device shown in FIG. 2 is an application example based on the first embodiment according to the present invention, and the
図３に示すマグネット式ファンクラッチ装置は本発明に係る他の実施例で、駆動軸３１側に設けた電磁クラッチ３２と、従動軸３４−１側に設けたマグネットカップリング３３とから構成され、この電磁クラッチ３２は、駆動軸３１に支承されたプーリ３２−１ａ付きクラッチロータ３２−１と、該クラッチロータ３２−１内に設けられて前記駆動軸３１のブラケット３２ｂを介して取付けられた励磁コイル３２−２と、前記クラッチロータ３２−１に軸受装置３５を介して回転可能に支承された従動側ハウジング３４に、前後動可能に保持されたアーマチュア３２−３とからなり、一方、マグネットカップリング３３は、前記従動側ハウジング３４に前記駆動軸３１と同軸線上に突設した従動軸３４−１に、軸受装置３５を介して外周方向にファン３６を取付けた永久磁石回転体３３−１が回転自在に支承され、該永久磁石回転体３３−１に装着された永久磁石３３−２と僅かな間隙を隔てて対向する導体３３−４を有する円板３３−３が、前記従動軸３４−１の先端にボルト３３−５によって固着され、前記永久磁石３３−２と導体３３−４間に働く渦電流による吸引作用により、当該永久磁石回転体３３−１と前記導体３３−４を有する円板とが、一体、若しくは相対回転する如く構成されている。なお、前記円板３３−３の背面には放熱フィン３３−６が突設されている。茲で本実施例における前記円板３３−３は、前記第１の実施例と同様、カーボンナノファイバーを含有せしめてなる、アルミニウム基合金若しくはマグネシウム基合金によって形成される。また、前記永久磁石回転体３３−１を、所望により同様カーボンナノファイバーを含有せしめてなる、アルミニウム基合金若しくはマグネシウム基合金によって形成することも可能である。
The magnet type fan clutch device shown in FIG. 3 is another embodiment according to the present invention, and includes an electromagnetic clutch 32 provided on the
本実施例の上記マグネット式ファンクラッチ装置において、プーリ３２−１ａを介してクラッチロータ３２−１及び駆動軸３１が回転している状態で、電磁クラッチ３２をＯＮすると、クラッチロータ３２−１内に設けられた励磁コイル１２−２により、従動側ハウジング３４に前後動可能に保持されているアーマチュア３２−３が吸引されてクラッチロータ３２−１に吸着し、該クラッチロータ３２−１とアーマチュア３２−３及び従動側ハウジング３４が一体に回転する。この従動側ハウジング３４が回転すると、当該従動側ハウジング３４に突設している従動軸３４−１に設けたマグネットカップリング３３によりファン３６が回転する。即ち、従動軸３４−１が回転することにより該従動軸３４−１に取付けられた円板３３−３と永久磁石回転体３３−１が、導体３３−４と永久磁石回転体１３−１に装着されている永久磁石１３−２との間に働く吸引作用により、ファン３６共々回転し始める。この際、マグネットカップリングは３３クッションスタートとなるため、電磁クラッチ３２がＯＮに入った時の負荷が小さく、かつファン３６の回転速度も徐々に上昇するために騒音の発生が著しく低減される。また、電磁クラッチ３２をＯＦＦにすると、アーマチュア３２−３がクラッチロータ３２−１から離れることにより、従動側ハウジング３４の回転速度が大幅に低下するか、若しくは停止し、従ってファン３６の回転速度も大幅に低下するか、若しくは停止する。このように本例によるマグネット式ファンクラッチ装置も、電磁クラッチ３２をＯＮ／ＯＦＦ操作することにより、ファン３６の回転を任意にコントロールすることができる。また、該電磁クラッチ３２は、冷却水温、スロット開度、エンジン回転速度及びエアコンスイッチ等に連動させてＯＮ／ＯＦＦ制御が可能であるため、精度良く安定してファン３６の回転を制御し得る。更に、本例によれば前記円板３３−３は、カーボンナノファイバーを含有せしめてなる、アルミニウム基合金若しくはマグネシウム基合金によって形成されているため、その優れた熱伝導性の作用によって、前記円板３３−３に設けられた放熱フィン３３−６の働きを一層助長し、導体３３−４の内部に発生した熱が該円板３３−３を介してより効率的に系外に放熱され、導体３３−４の比抵抗の上昇を抑制して、渦電流の減少に伴う伝達トルクの減少を防止し、それに起因するファン回転速度の低下を未然に防止して適正な風量を安定的に維持することが確認された。本例の応用例として前記永久磁石回転体３３−１を、前記円板３３−３同様にカーボンナノファイバーを含有せしめてなる、アルミニウム基合金若しくはマグネシウム基合金によって形成することにより、より優れた放熱効果を奏することも確認され、コストとの見合いにおいて選択的に採用し得ることを示唆している。
In the magnet fan clutch device of the present embodiment, when the
本発明に係る更に他に実施例によるマグネット式ファンクラッチ装置を、図４〜図７に示すが、いずれにおいても導体を内装する円板を、予め０．１〜３．０重量％のカーボンナノファイバーを含有せしめてなるアルミニウム合金若しくはマグネシウム合金によって形成することを必須の要件とし、所望により永久磁石回転体を、同様カーボンナノファイバーを含有せしめてなるアルミニウム合金若しくはマグネシウム合金によって形成することにより、上記各実施例と同様、導体内に発生する熱が該円板を介して効果的に放熱され、伝達トルクの減少が未然に防止されることが確認された。 4 to FIG. 7 show a magnet type fan clutch device according to another embodiment of the present invention. In any case, a disk in which a conductor is housed is preliminarily provided with 0.1 to 3.0% by weight of carbon nano-device. It is an essential requirement to form an aluminum alloy or magnesium alloy containing fibers, and if desired, the permanent magnet rotor is formed of an aluminum alloy or magnesium alloy containing carbon nanofibers as described above. As in each example, it was confirmed that the heat generated in the conductor was effectively dissipated through the disk and the reduction of the transmission torque was prevented.
茲で、図８に示す実施例によれば、導体８３−８の円板８７への固定手段が、図９に示すようにバックプレート８３−９を介した板バネ８３−１０によるため、電磁クラッチ８２のＯＦＦ時における該導体８３−８と永久磁石８３−７との間隙が、該永久磁石８３−７の磁界による吸引力が殆ど及ばない程度に大きく設定することによって、電磁クラッチ８２をＯＮにして始動する際、前記板バネ８３−１０の作用によって永久磁石側に緩やかに吸引されて、所謂クッションスタートによるスムースな立ち上がりを実現した、マグネット式クラッチ装置が示されている。
On the other hand, according to the embodiment shown in FIG. 8, the means for fixing the conductor 83-8 to the
また、図１０又は１１に示す他の実施例によれば、永久磁石回転体９４−１、１０４−１に装着された永久磁石９４−２、１１４−２の内側及び外側に、マグネチック・ループエレメント９５ａ、１１５−ａ及び９５ｂ、１１５ｂを組み込み、電磁クラッチ９３、１１３の磁束方向を切り替え制御することにより、マグネットカップリング９４、１１４の円板９４−３、１１４−３の回転数を任意に変化させたマグネット式ファンクラッチ装置示されている。
Further, according to another embodiment shown in FIG. 10 or 11, magnetic loops are provided inside and outside the permanent magnets 94-2 and 114-2 attached to the permanent magnet rotors 94-1 and 104-1. Elements 95a, 115-a and 95b, 115b are incorporated, and the magnetic flux directions of the
更に、図１２に示す他の実施例においては、永久磁石回転体２０３−１を内側永久磁石回転体２０３−１１と外側磁石回転体２０３−１２の二分割構造とすると共に、両回転体を軸受装置５ａ〜５ｄ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２０３−１１と外側永久磁石回転体２０３−１２にアーマチュア２０４を各別に設けると共に、外側又は内側のアーマチュア２０４−２、２０４−１にそれぞれ永久磁石２０３−１１ａ、２０３−１２ａを組込み、電磁クラッチ２０２のＯＮ／ＯＦＦによって、ファン２０６付き円板２０３−２の回転速度を任意に制御し得るマグネット式ファンクラッチ装置が示されている。
Furthermore, in another embodiment shown in FIG. 12, the permanent magnet rotating body 203-1 has a two-part structure of an inner permanent magnet rotating body 203-11 and an outer magnet rotating body 203-12, and both rotating bodies are bearings. The inner permanent magnet rotating body 203-11 and the outer permanent magnet rotating body 203-12 are separately provided with
また、図１３及び１４に示す実施例においては、マグネットカップリング３１３、３３０に装着される永久磁石３１３−３ａ、３３３−３ａの両側に導体３１３−４ａ、３１３−４ｂ、３３３−４ａ、３３３−４ｂを配置し、該永久磁石３１３−３ａ、３３３−３ａの両側でトルク伝達を行うことにより、装置を小径化してその分ファン・ブレード３１６、３３６を長くすることによって、風力を増し、冷却効率を向上せしめたマグネット式ファンクラッチ装置が示されている。
13 and 14, the conductors 313-4a, 313-4b, 333-4a, 333 are arranged on both sides of the permanent magnets 313-3a, 333-3a attached to the
上記の各実施例におけるマグネット式ファンクラッチ装置は、それ自体ファンの不快な騒音を低減して、安定的な運転を実現しているが、導体を装着するそれぞれの円板を、前記実施例１と同様のカーボンナノファイバーを含有せしめてなる、アルミニウム基合金若しくはマグネシウム基合金によって形成することにより、導体と永久磁石の間で発生する渦電流による電気抵抗がもたらす発熱を、該円板内を迅速に伝達されて表面から放熱されることにより、導体の温度上昇がもたらす比抵抗の上昇を抑制して、渦電流が確保されて伝達トルクの減少は未然に防止されることが確認された。また、永久磁石を装着する前記永久磁石回転体を、所望によりカーボンナノファイバーを含有せしめてなるアルミニウム基合金若しくはマグネシウム基合金によって形成することにより、その効果を一層高めることが確認され、コストとの兼ね合いにおいて適宜に選択し得ることも可能となる。 The magnet type fan clutch device in each of the above embodiments itself reduces the unpleasant noise of the fan and realizes stable operation. However, each disk on which the conductor is mounted is replaced with the first embodiment. By using an aluminum-based alloy or magnesium-based alloy that contains the same carbon nanofibers, heat generated by electrical resistance due to eddy currents generated between the conductor and the permanent magnet can be quickly generated in the disc. It was confirmed that the increase in the specific resistance caused by the increase in the temperature of the conductor is suppressed by transmitting the heat to the surface and radiating heat from the surface, thereby ensuring the eddy current and preventing the decrease in the transmission torque. Further, it is confirmed that the permanent magnet rotating body on which the permanent magnet is mounted is formed of an aluminum-based alloy or a magnesium-based alloy containing carbon nanofibers if desired, and the effect is further enhanced. It is also possible to appropriately select the balance.
上記各実施例からも明らかなように本発明によるマグネット式ファンクラッチ装置は、導体又はヒステリシス材を収納して装着する円板、若しくは該円板に突設されるプレートフィンやピンフィンからなる放熱フィン、更には所望により永久磁石を装着する永久磁石回転体を、所定の重量％でカーボンナノファイバーを含有するアルミニウム基合金、又はマグネシウム基合金を素材として形成することにより、該素材が有する優れた熱伝導性が、改善されたそれら各部材の形状や配列がもたらすそれぞれの効果と相俟って作用して、磁石と導体間の相対回転による渦電流がもたらす電気抵抗によって発生する熱を、該円板を介して効率的に放熱するため、温度上昇に伴う比抵抗の上昇により、渦電流が減少して伝達トルクの減少によるファンの回転速度の低下を未然に防止し、長時間に亘る過酷な条件下においても、安定的な運転が保障される。また、アルミニウム基合金やマグネシウム基合金に所定量のカーボンナノファイバーを含有させることにより、素材としての機械的強度等が著しく改善されるため、長時間に亘って外部周辺の温度変化に追従して、適正に制御機能を発揮し得るマグネット式ファンクラッチ装置を提供することができる。更に付言すると、本発明のマグネット式ファンクラッチ装置は、その放熱効果に加えてその機械的強度が極端に優れるため、装置そのものの小型化と軽量化が図られるために、コストの削減とエネルギー消費の節減を併せて実現することが可能となる。 As is clear from each of the above embodiments, the magnet type fan clutch device according to the present invention includes a disk for housing and mounting a conductor or a hysteresis material, or a heat radiating fin comprising a plate fin and a pin fin protruding from the disk. Furthermore, by forming a permanent magnet rotating body, on which a permanent magnet is mounted, if desired, by using an aluminum-based alloy or a magnesium-based alloy containing carbon nanofibers at a predetermined weight% as a material, the excellent heat possessed by the material can be obtained. The heat generated by the electrical resistance caused by the eddy currents due to the relative rotation between the magnet and the conductor, combined with the respective effects of the improved shape and arrangement of each of these members, is conducted in the circle. In order to efficiently dissipate heat through the plate, the eddy current decreases due to the increase in specific resistance accompanying the temperature rise, and the fan due to the decrease in transmission torque A reduction in the rotational speed is prevented, even under severe conditions for a long time, stable operation is ensured. In addition, by including a predetermined amount of carbon nanofibers in an aluminum-based alloy or magnesium-based alloy, the mechanical strength as a material is remarkably improved. Thus, it is possible to provide a magnet type fan clutch device that can appropriately exert a control function. In addition, since the magnetic fan clutch device of the present invention has extremely excellent mechanical strength in addition to its heat dissipation effect, the device itself can be reduced in size and weight, thereby reducing costs and energy consumption. It is possible to realize the saving of the above.
１１、２１、３１、４１、５１、６１、８１ 駆動軸体
１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２、
８２、９３、１１３、２０２、３１２、３３２ 電磁クラッチ
１３、２３、３３、４３、５３、６３、７３、
８３、９４、１１４、２０３、３１３、３３０ マグネットカップリング
１３−１、２３−１、３３−１、４３−１、５３−１、６３−１、７３−１、８３−６、９４−１、１０４−１、２０３−１、３１３−１、３３３−１ 永久磁石回転体
１３−２、２３−２、３３−２、４３−１、５３−２、６３−２、７３−２、８３−７、９４−２、１１４−２、３１３−１ａ、３３３−３ａ 永久磁石
２０３−１１ａ 内側永久磁石
２０３−１２ａ 外側永久磁石
１３−３、２３−３、３３−３、４３−３、５３−３、６３−３、７３−３、８３−６、９４−３、１１４−３、２０３−２、３１３−２、３３３−２ 円板
１３−４、２３−４、３３−４、４３−４、５３−４、６３−４、７３−４、８３−８、９４−４、１１４−５、２０３−３、３１３−４ａ、３１３−４ｂ、
３３３−４ａ、３３３−４ｂ 導体
１２−４、２２−４、３２−３、４２−４、６２−４、７２−４、８２−４、９６、
11, 21, 31, 41, 51, 61, 81
82, 93, 113, 202, 312, 332 Electromagnetic clutch 13, 23, 33, 43, 53, 63, 73,
83, 94, 114, 203, 313, 330 Magnet coupling 13-1, 23-1, 33-1, 43-1, 53-1, 63-1, 73-1, 83-6, 94-1, 104-1, 203-1, 313-1, 333-1 Permanent magnet rotating body 13-2, 23-2, 33-2, 43-1, 53-2, 63-2, 73-2, 83-7 , 94-2, 114-2, 313-1a, 333-3a Permanent magnet 203-11a Inner permanent magnet 203-12a Outer permanent magnet 13-3, 23-3, 33-3, 43-3, 53-3, 63-3, 73-3, 83-6, 94-3, 114-3, 203-2, 313-2, 333-2 Disc 13-4, 23-4, 33-4, 43-4, 53 -4, 63-4, 73-4, 83-8, 94-4, 114-5, 203-3, 3 3-4a, 313-4b,
333-4a, 333-4b conductors 12-4, 22-4, 32-3, 42-4, 62-4, 72-4, 82-4, 96,
Claims (4)
The magnet according to any one of claims 1 to 4, wherein a plate fin and / or a pin fin is formed on the disk and / or the permanent magnet rotating body provided with the conductor or the hysteresis material. Fan clutch device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003330731A JP2005098335A (en) | 2003-09-22 | 2003-09-22 | Magnet type fan clutch device |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2003330731A JP2005098335A (en) | 2003-09-22 | 2003-09-22 | Magnet type fan clutch device |
Publications (1)
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| JP (1) | JP2005098335A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102606276A (en) * | 2012-04-10 | 2012-07-25 | 龙口市汽车风扇离合器厂 | Electromagnetic fan clutch |
| CN113677907A (en) * | 2019-04-10 | 2021-11-19 | 华纳电气科技有限公司 | Rotary coupling device with magnetic flux conducting bearing shield |
-
2003
- 2003-09-22 JP JP2003330731A patent/JP2005098335A/en active Pending
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