JP2000209814A - オルタネ―タ及びそれを用いた車両用温水式暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、電気素子の被水によるショートを
防止する構造を提供することを目的とする。 【解決手段】 車両搭載状態におけるハウジング４の下
部にはハウジング４内に設けられた冷却水の通路４２の
出口側配管４５が設けられ、この出口側配管４５付近に
は、冷却水を加熱する電気ヒータ１４、１５が設けられ
ていることを特徴としている。これによると、電気ヒー
タ１４、１５はハウジング４の下部に設けられている。
そのため、万一電気ヒータ１４、１５の台座部１３から
冷却水が洩れ出した場合においても、電気ヒータ１４、
１５の台座部１３よりも上方に装備されている整流器５
等の電気素子に冷却水がかかることがなく、電気素子５
のショート等の不具合を防止でき、オルタネータの信頼
性を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷却水回路の出口
部付近に発熱体を有する水冷式オルタネータ及びそれを
用いた車両用温水式暖房装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、国際公開第９７／２２４８９号パ
ンフレット（１９９７）では、水冷式オルタネータのハ
ウジングに設けられた冷却水回路の出口側配管付近に電
気ヒータを取り付けたものが知られている。この電気ヒ
ータ付水冷式オルタネータは、エンジンから暖房用ヒー
タコアに温水を循環させる温水回路に配置されている。
そして、エンジン始動直後とか、エンジン低負荷運転時
等、温水温度が十分上昇しない時に、電気ヒータにより
温水を加熱して温水温度を上昇させることにより暖房能
力の低下を抑えている。

【０００３】上記従来技術では、電気ヒータを水冷式オ
ルタネータのハウジングと一体成形される配管に設けら
れているので、電気ヒータのための特別なハウジングを
必要とせず、装置体格の拡大を防止している。また、こ
の電気ヒータには、オルタネータの出力端子から直接電
力が供給され、電気配線の接続距離を短くしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の水冷式
オルタネータでは、ハウジングに設けられた冷却水回路
の入口側および出口側配管は、車両搭載状態においてハ
ウジングの上部に配置されている。また、出口側配管付
近に取り付けられた電気ヒータは、出口側配管に対して
上方から垂直に直交配置されている。

【０００５】このような上記従来技術について、本発明
者らが実験検討して確認したところ、次のごとき不具合
が生じることが判明した。電気ヒータの根元部近傍が温
度の異常上昇により熱膨張すると、電気ヒータの配管へ
の取り付け部分のシール性が悪化して、冷却水が洩れ出
すおそれがある。上記従来技術においては、電気ヒータ
はハウジングの上部に配置されており、また、電気配線
の接続距離を短くするために出力端子の近く、即ちオル
タネータのレギュレータや整流器等の電気素子の近くに
配置されている。そのため、冷却水が洩れ出した際に
は、レギュレータや整流器が被水してショートするおそ
れがある。

【０００６】また、電気ヒータの発熱部の根元部では、
温水流れの流速が低下して温水流れの淀みが発生しやす
い。また、電気ヒータは出口側配管の上方から配管に配
置されているため、電気ヒータの発熱部の根元部近傍に
温水中から分離した気泡が浮力にて集まり、滞留しやす
い。このように発熱部の根元部近傍では、温水流れの淀
みや気泡の滞留が発生することにより、発熱部から水へ
の放熱（熱伝達）が著しく阻害されるので、電気ヒータ
の温水加熱能力が低下する。また、根元部近傍での熱伝
達阻害により、根元部近傍のみ温度が異常上昇して、発
熱部のコイル状抵抗線が断線する原因となる。

【０００７】本発明は上記問題に鑑みなされたものであ
り、電気ヒータ付きの水冷式オルタネータの信頼性を向
上することを目的とする。詳しくは、本発明は、電気素
子の被水によるショートを防止する構造を提供すること
を目的とする。また、本発明は、電気ヒータの発熱部の
断線を防止することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、車両搭載状態における
ハウジング（４）の下部にはハウジング（４）内に設け
られた液状媒体の通路（４２）の出口側配管（４５）が
設けられ、この出口側配管（４５）付近には、液状媒体
を加熱する電気ヒータ（１４、１５）が設けられている
ことを特徴としている。

【０００９】これによると、電気ヒータ（１４、１５）
はハウジング（４）の下部に設けられている。そのた
め、万一電気ヒータ（１４、１５）の取付け部（１３）
から液状媒体が洩れ出した場合においても、電気ヒータ
（１４、１５）の取付け部（１３）よりも上方に装備さ
れている整流器（５）やレギュレータ等の電気素子に液
状媒体がかかることがなく、電気素子のショート等の不
具合を防止でき、オルタネータの信頼性を向上できる。

【００１０】請求項２及び３に記載の発明では、電気ヒ
ータ（１４、１５）の発熱部（１４ａ、１５ａ）は、前
記液状媒体の通路（４２）に対して下方から上方に向け
て配置されていることを特徴としている。これによる
と、電気ヒータ（１４、１５）使用状態において、発熱
部（１４ａ、１５ａ）根元側での気泡分離作用を促進で
きる。すなわち、発熱部（１４ａ、１５ａ）の加熱作用
により発熱部（１４ａ、１５ａ）根元側で液状媒体から
空気が分離して気泡が発生しても、発熱部（１４ａ、１
５ａ）根元側が天地方向の下側に位置しているので、発
熱部（１４ａ、１５ａ）根元側の気泡を浮力にてスムー
スに上方へ移動させ、液状媒体の流れとともに下流側へ
移動させることができる。

【００１１】従って、液状媒体と発熱部（１４ａ、１５
ａ）との間の熱伝達が気泡により阻害されるのを解消で
き、液状媒体加熱能力を向上できる。しかも、気泡によ
る熱伝達の阻害よって発熱部（１４ａ、１５ａ）根元側
のみが過度に温度上昇することも抑制できるので、発熱
部（１４ａ、１５ａ）根元側で発熱部の抵抗線が断線す
ることを抑制でき、電気ヒータ付オルタネータの信頼性
を向上できる。

【００１２】請求項４に記載の発明では、電気ヒータ
（１４、１５）は、前記ハウジング（４）に形成された
電気ヒータ取付穴（１６、１７）に締着され、前記電気
ヒータ（１４、１５）と前記電気ヒータ取付穴（１６、
１７）との間は、金属シールがされていることを特徴と
している。これによると、特別なシール部材を介するこ
となく、電気ヒータ（１４、１５）と電気ヒータ取付穴
（１６、１７）との間をシールできるため、構成が簡単
になる。また、電気ヒータ（１４、１５）は作動時には
高温になるが、シール部材を介さないため、シール部材
の変形等の問題も生じず、良好にシールできる。

【００１３】請求項５に記載の発明では、車両エンジン
（１９）からの温水を熱源として空気を加熱する暖房用
ヒータコア（１８）を備える車両用温水式暖房装置にお
いて、前記暖房用ヒータコア（１８）に温水を循環する
温水回路（１０１）に、請求項１から４のいずれか１つ
に記載のオルタネータを設置したことを特徴としてい
る。

【００１４】これによると、エンジン始動直後とか、エ
ンジン低負荷運転時等、温水温度が十分上昇しない時
に、電気ヒータ（１４、１５）により温水を加熱して温
水温度を上昇させることにより暖房能力の低下を抑えて
いる。また、電気ヒータ（１４、１５）はオルタネータ
液状媒体通路の出口側配管（４５）に設けられているの
で、電気ヒータ（１４、１５）のための特別なハウジン
グ（４）を必要とせず、装置体格の拡大を防止すること
ができる。

【００１５】なお、上記した括弧内の符号は、後述する
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１はオルタネータの主要部断面
図、図２は図１におけるＩ−Ｉ断面におけるハウジング
の断面図である。オルタネータ１は、電機子として働く
固定子２と、界磁として働く回転子３と、固定子２並び
に回転子３を支持するアルミニウムで成形されたハウジ
ング４及び交流出力を直流電力に変換する整流器５等を
備えて構成されている。

【００１７】固定子２は、回転子３の外周側に所定の間
隔で対向配置されており、円筒状の固定子鉄心２１に設
けられた複数のスロット（図示せず）に固定子巻線２２
を巻回して構成される。回転子３は、シャフト６と一体
になって回転するもので、ランデル型ポ−ルコア７、界
磁コイル８、スリップリング９、１０、冷却ファン１
１、１２を備えている。シャフト６は、プーリ２０に連
結され、自動車に搭載された走行用のエンジン（図示せ
ず）により回転駆動される。

【００１８】整流器５、レギュレータ（図示せず）等
は、反プーリ側のハウジング４の外部に配置される。整
流器５において、直流に変換された電力は、出力端子２
４からバッテリに取り出される。ハウジング４の外部に
配置される整流器５等の電気素子は、樹脂性のカバー２
３に覆われ保護されている。ハウジング４の軸方向端面
には吸入孔４１が設けられている。 また、上記樹脂性の
カバー２３の端面にも吸入孔３０が設けられている。そ
して、吸入孔３０、４１からは、回転子３の回転に伴っ
て、冷却風が取り込まれる。また、ハウジング４には、
固定子２の外周を取り囲むように冷却水（エンジン冷却
水）の流路４２が設けられている。この流路を流れる冷
却水は、オルタネータ１の作動時の発熱、特に固定子２
の発熱を吸収するためのものである。そして、冷却効率
を向上するため、流路４２には多数のフィン４３が設け
られている。

【００１９】図２に示されるように、ハウジング４に設
けられた流路４２の一端側には冷却水が流入する入口側
配管４４が、他端側には冷却水を流出させる出口側配管
４５がハウジング４と一体に配置されている。冷却水
は、入口側配管４４から流路４２に流入し、固定子２の
概ね全周囲に対応して設けられた流路４２を矢印Ａの方
向に流れて、出口側配管４５から流出する。出口側配管
４５は、オルタネータ１のハウジング４の下部から突設
されている。

【００２０】出口側配管４５の底面側、即ち、車両搭載
状態における出口側配管４５の下方側には、冷却水加熱
用の電気ヒータ１４、１５が取り付けられる台座部１３
が一体成形されている。この台座部１３は、２本の電気
ヒータ１４、１５を出口側配管４５の底面部に装着する
ためのものである。具体的には、電気ヒータ１４、１５
は上記出口側配管４５に対して下方から上方に向けて垂
直に直交配置されている。

【００２１】なお、電気ヒータ１４、１５が取り付けら
れる台座部１３は、整流器５などの電気素子よりも車両
搭載状態において下方に位置している。台座部１３の底
面部には、出口側配管４５内の流路に向けて２個のヒー
タ取付穴１６、１７が開けてあり、このヒータ取付穴１
６、１７に電気ヒータ１４、１５を挿入し、ねじにより
締め付け固定している。

【００２２】２本の電気ヒータ１４、１５はいずれも同
一構成である。図３は、図２におけるＩＩ−ＩＩ断面図
であり、電気ヒータ１４の断面形状及び電気ヒータ１４
の出口側配管４５への取り付け構造を示している。図３
は本実施形態における電気ヒータ１４の一例である。各
電気ヒータ１４、１５は、ステンレス製の円筒状ハウジ
ング１４ｅ、１５ｅを有し、この円筒状ハウジング１４
ｅ、１５ｅの外周面の一部に前述したヒータ取付穴１
６、１７のめねじ部に締め付け固定されるねじ部１４
ｂ、１５ｂが形成されている。このねじ部１４ｂよりも
発熱部１４ａ側の部位にヒータ取付穴１６のシール面に
圧着する金属シール面１４ｃが形成されている。

【００２３】また、円筒状ハウジング１４ｅ、１５ｅの
内周側には金属製のヒータチューブ１４ｆ、１５ｆが一
体に接合されている。このヒータチューブ１４ｆ、１５
ｆはその先端部を閉塞した細長いコップ形状であり、ヒ
ータチューブ１４ｆ、１５ｆ内部の先端側に、発熱部１
４ａ、１５ａを形成するコイル状の電気抵抗線１４ｇ、
１５ｇが内蔵されている。

【００２４】このコイル状抵抗線１４ｇ、１５ｇはマグ
ネシア等の耐熱絶縁粉末によりヒータチューブ１４ｆ、
１５ｆ内に絶縁固定されている。ここで、ヒータチュー
ブ１４ｆ、１５ｆの内部には１つのコイル状抵抗線１４
ｇ、１５ｇのみを収容しているので、本例の電気ヒータ
１４、１５はいわゆる１コイルタイプのものである。コ
イル状抵抗線１４ｇ、１５ｇの一端（図３の上端）はヒ
ータチューブ１４ｆ、１５ｆの閉塞端部に接合されて、
ヒータチューブ１４ｆ、１５ｆ、ハウジング１４ｅ、１
５ｅおよび台座部１３を介して車体に接地される。ま
た、コイル状抵抗線１４ｇ、１５ｇの他端（図３の下
端）は金属製の接続端子部材１４ｄ、１５ｄに電気的に
接続されている。この接続端子部材１４ｄ、１５ｄもヒ
ータチューブ１４ｆ、１５ｆおよびハウジング１４ｅ、
１５ｅに対して絶縁固定されている。なお、接続端子部
材１４ｄ、１５ｄは、オルタネータ１の出力端子２４に
直接電気接続され、電力を供給され、電気配線の接続距
離を短くされている。

【００２５】このオルタネータ１は、図５、図６に示す
ように、暖房用ヒータコア１８に水冷式車両エンジン１
９からの温水（エンジン冷却水）を循環する温水回路１
０１に設けられる。図５の例では、暖房用ヒータコア１
８の温水流れの上流側にオルタネータ１を配置し、図６
の例では、暖房用ヒータコア１８の温水流れの下流側に
オルタネータ１を配置している。なお、図５及び図６に
おいて、２０はエンジン冷却水を冷却するためのラジエ
ータ、３１はエンジン冷却水を蓄えておくリザーブタン
ク、１９ａはエンジン冷却水を図５、６の温水回路内を
循環させる水ポンプで、車両エンジン１９により駆動さ
れる。

【００２６】図４は電気ヒータ１４、１５の通電を断続
する制御回路図であり、電気ヒータ１４、１５はリレー
３２、３３により車載バッテリ２５からの電源供給が断
続される。そして、リレー３２、３３の開閉作動は、車
両エンジン１９のイグニッションスイッチ２６、車両用
空調装置の最大暖房スイッチ２７およびエンジン制御装
置２８により制御される。

【００２７】エンジン制御装置２８には入力センサ群の
１つとして車両エンジン１９の温水温度を検出する水温
センサ２９を有しており、水温センサ２９により検出さ
れる水温が所定温度（例えば、８０°Ｃ）以下のときリ
レー３２、３３のリレーコイルの接地側回路を閉成する
ための出力を出す。最大暖房スイッチ２７は、車両用空
調装置の温度調整手段が最大暖房位置に操作されている
ときに閉成するスイッチで、温度調整手段が例えば、冷
温風の風量割合調整用エアミックスドアであるときは、
エアミックスドアがヒータコア１８の冷風バイパス通路
を全閉し、ヒータコア１８の通風路（温風通路）を全開
する位置が最大暖房位置である。

【００２８】次に、上記構成において作動を説明する。
いま、車両エンジン１９が運転されるとイグニッション
スイッチ２６がオン状態となり、また、車両用空調装置
の暖房始動時のごとく温度調整手段が最大暖房位置に操
作されると最大暖房スイッチ２７がオン状態となる。さ
らに、水温センサ２９によって検出される車両エンジン
１９の温水温度が所定温度（例えば、８０°Ｃ）以下、
およびオルタネータ１に電気余力有り、即ち発電電力が
電気負荷での消費電力より所定値以上大きいと判断され
ると、エンジン制御装置２８によってリレー３２、３３
のリレーコイルの接地側回路を閉成する。なお、オルタ
ネータ１の電気余力に応じて、余力が大きいときには、
リレー３２、３３の両方のリレーコイルの接地側回路が
閉成され、余力が小さいときには、一方のみが閉成され
る。

【００２９】これにより、リレー３２、３３のリレーコ
イルがオルタネータ１から通電され、リレー３２、３３
が閉成状態となり、電気ヒータ１４、１５はオルタネー
タ１から電源が供給され、発熱する。電気ヒータ１４、
１５の発熱部１４ａ、１５ａは出口側配管４５内の流路
４２に突出配置されているので、電気ヒータ１４、１５
の発熱部１４ａ、１５ａにより加熱された温水がヒータ
コア１８に循環する。ヒータコア１８では図示しない空
調用送風機により送風される空気が温水と熱交換して加
熱され、温風となり、この温風が車室内へ吹出して車室
内を暖房する。

【００３０】本実施形態においては、電気ヒータ１４、
１５は、出口側配管４５に対して下方から上方に向けて
突出配置している。そのため、車両搭載状態において、
発熱部１４ａ、１５ａの根元側での気泡分離作用を促進
できる。すなわち、発熱部１４ａ、１５ａの加熱作用に
より発熱部１４ａ、１５ａ根元側で水から空気が分離し
て気泡Ｂ（図７）が発生しても、発熱部１４ａ、１５ａ
根元側が天地方向の下側に位置しているので、発熱部１
４ａ、１５ａ根元側の気泡を浮力にてスムースに上方へ
移動させ、温水の流れとともに下流側へ移動させること
ができる。

【００３１】因みに、本実施形態とは逆に、発熱部１４
ａ、１５ａの先端側が下方で、発熱部１４ａ、１５ａの
根元側が上方の場合は根元側で発生した気泡が浮力の影
響で長期間根元側に滞留したままとなり、温水と発熱部
１４ａ、１５ａとの間の熱伝達を阻害するが、本実施形
態によると、上記理由から発熱部１４ａ、１５ａ根元側
の気泡を浮力にてスムースに排出できるので、温水と発
熱部１４ａ、１５ａとの間の熱伝達が気泡により阻害さ
れるのを解消できる。

【００３２】このように発熱部１４ａ、１５ａの根元部
近傍での、温水流れの淀みや気泡の滞留を防止できるの
で、、発熱部１４ａ、１５ａから水への放熱（熱伝達）
が良好となり、電気ヒータ１４、１５の温水加熱能力を
向上させることができる。また、根元部１４ａ、１５ａ
近傍での熱伝達阻害により、根元部１４ａ、１５ａ近傍
のみ温度が異常上昇して、発熱部１４ａ、１５ａのコイ
ル状の電気抵抗線１４ｇ、１５ｇが断線するのを防止で
きる。

【００３３】また、電気ヒータ１４、１５は、台座部１
３のヒータ取付穴１６に締め付け固定されている。そし
て、電気ヒータのハウジング１４ｅ、１５ｅとヒータ取
付穴１６、１７との間は、金属シールがされている。そ
のため、特別なシール部材を介することなく、電気ヒー
タのハウジング１４ｅ、１５ｅとヒータ取付穴１６、１
７との間をシールできるため、構成が簡単になる。ま
た、電気ヒータのハウジング１４ｅ、１５ｅは、電気ヒ
ータ１４、１５の作動時には高温になるが、シール部材
を介さないため、シール部材の変形等の問題も生じず、
良好にシールできる。

【００３４】本実施形態では、電気ヒータ１４、１５が
取り付けられる台座部１３は、整流器５などの電気素子
よりも車両搭載状態において下方に位置している。その
ため、万一電気ヒータ１４、１５の取り付け部から冷却
水が洩れ出した場合においても、電気素子が被水してシ
ョートすることを防止できる。なお、本実施形態では、
水冷式のオルタネータ１の冷却水の流路４２に電気ヒー
タ１４、１５を設けているが、これらは流路４２の出口
側配管４５に設けられているので、電気ヒータ１４、１
５によってオルタネータ１が加熱されることはない。

【００３５】本実施形態では、電気ヒータは２本取り付
けられたが、温水回路１０１での必要熱量に応じて、電
気ヒータの本数は適宜選択できる。また、本実施形態で
は、オルタネータ１の冷却は、ハウジング４の流路４２
内の冷却水と冷却ファン１１、１２による冷却風とを併
用して行われた。しかし、本発明は、発熱部位の冷却を
冷却水のみによって行うタイプのものにも適用可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるオルタネータの主
要部断面図である。

【図２】図１におけるＩ−Ｉ断面図である。

【図３】電気ヒータ及び電気ヒータの出口側配管への取
り付け構造を示す断面図である。

【図４】本発明の一実施形態における電気ヒータの通電
を断続する制御回路図である。

【図５】本発明の一実施形態における温水回路図であ
る。

【図６】本発明の一実施形態における温水回路の他の例
を示す回路図である。

【図７】本発明の一実施形態における出口側配管の断面
図である。

【符号の説明】

１…オルタネータ、４…ハウジング、１３…台座部、１
４、１５…電気ヒータ、４２…流路、４４…入口側配
管、４５…出口側配管。

フロントページの続き (72)発明者 井上 美光 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 伊藤 肇 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 5H609 BB05 PP01 PP05 QQ04 QQ13 RR26 RR37 RR53 RR59 RR68

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子鉄心（２１）及び該固定子鉄心
   （２１）に巻装された固定子巻線（２２）とを有する固
   定子（２）と、 この固定子（２）の内周に設けられると共に、回転軸
   （６）を有する回転子（３）と、 前記固定子（２）と前記回転子（３）とを支持し、その
   内部に前記固定子（２）と前記回転子（３）とから発生
   する熱を吸収する液状媒体の通路（４２）を有するハウ
   ジング（４）とを備えたオルタネータにおいて、 車両搭載状態における前記ハウジング（４）の下部に
   は、前記液状媒体の通路（４２）の出口側配管（４５）
   が設けられ、 前記出口側配管（４５）付近には、前記液状媒体を加熱
   する電気ヒータ（１４、１５）が設けられていることを
   特徴とするオルタネータ。
2. 【請求項２】 固定子鉄心（２１）及び該固定子鉄心
   （２１）に巻装された固定子巻線（２２）とを有する固
   定子（２）と、 この固定子（２）の内周に設けられると共に、回転軸
   （６）を有する回転子（３）と、 前記固定子（２）と前記回転子（３）とを支持し、その
   内部に前記固定子（２）と前記回転子（３）とから発生
   する熱を吸収する液状媒体の通路（４２）を有するハウ
   ジング（４）とを備えたオルタネータにおいて、 前記液状媒体の通路（４２）の出口側配管（４５）に
   は、前記液状媒体を加熱する電気ヒータ（１４、１５）
   が設けられており、 前記電気ヒータ（１４、１５）の発熱部（１４ａ、１５
   ａ）は、前記液状媒体の通路（４２）に対して下方から
   上方に向けて配置されていることを特徴とするオルタネ
   ータ。
3. 【請求項３】 前記電気ヒータ（１４、１５）の発熱部
   （１４ａ、１５ａ）は、前記液状媒体の通路（４２）に
   対して下方から上方に向けて配置されていることを特徴
   とする請求項１に記載のオルタネータ。
4. 【請求項４】 前記電気ヒータ（１４、１５）は、前記
   ハウジング（４）に形成された電気ヒータ取付穴（１
   ６、１７）に締着され、 前記電気ヒータ（１４、１５）と前記電気ヒータ取付穴
   （１６、１７）との間は、金属シールがされていること
   を特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のオ
   ルタネータ。
5. 【請求項５】 車両エンジン（１９）からの温水を熱源
   として空気を加熱する暖房用ヒータコア（１８）を備え
   る車両用温水式暖房装置において、前記暖房用ヒータコ
   ア（１８）に温水を循環する温水回路（１０１）に、請
   求項１から４のいずれか１つに記載のオルタネータを設
   置したことを特徴とする車両用温水式暖房装置。