JP3972499B2 - オルタネータ及びそれを用いた車両用温水式暖房装置 - Google Patents

Description

【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）には、ヒータ取付穴（１６、１７）が開けられており、液状媒体を加熱する電気ヒータ（１４、１５）が、前記出口側配管（４５）に開けられたヒータ取付穴（１６、１７）に取り付けられ、前記出口側配管（４５）内に挿入さ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、１５ａ）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、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、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１１、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２４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２３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１６、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１４ｅ、１５ｅの外周面の一部に前述したヒータ取付穴１６、１７のめねじ部に締め付け固定されるねじ部１４ｂ、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、１５ｆ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１４ａ、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１４ｇ、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、１５ｅ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１９からの温水（エンジン冷却水）を循環する温水回路１０１に設けられる。
図５の例では、暖房用ヒータコア１８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、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１４ａ、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１３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、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、１５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、
１４、１５…電気ヒータ、４２…流路、４４…入口側配管、
４５…出口側配管。

Claims (5)

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）には、ヒータ取付穴（１６、１７）が開けられており、
   前記液状媒体を加熱する電気ヒータ（１４、１５）が、前記出口側配管（４５）に開けられたヒータ取付穴（１６、１７）に取り付けられ、前記出口側配管（４５）内に挿入されていることを特徴とするオルタネータ。
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、ヒータ取付穴（１６、１７）が開けられており、
   前記液状媒体を加熱する電気ヒータ（１４、１５）が、前記出口側配管（４５）に開けられたヒータ取付穴（１６、１７）に取り付けられ、前記出口側配管（４５）内に挿入されており、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オルタネータ。
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. 前記電気ヒータ（１４、１５）は、前記電気ヒータ取付穴（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. 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。

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