JPH0946970A - ウォータポンプ一体型車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 新たにエンジンに冷却水路を設けたり、オル
タネータ３に導水管を取り付けたりすることなく、オル
タネータ３の三相のステータコイル５６ａ〜５６ｃをエ
ンジンの冷却水により冷却するようにする。さらに、部
品点数を低減してオルタネータ３の製品コストを低減す
るようにする。そして、オルタネータ３の小型化を図る
ようにする。 【解決手段】 既存のウォータポンプ２のシャフト４お
よびポリＶプーリ５をオルタネータ３と共用化した。ま
た、三相のステータコイル５６ａ〜５６ｃを、エンジン
の冷却水回路中で最も低温の冷却水が流れる冷却水路２
８を有するポンプフレーム６の外側面に良熱伝導性樹脂
５７により接合した。そして、ロータ８とステータ９を
円環板形状に形成することにより、オルタネータ３の軸
方向寸法を縮小化して狭い軸方向空間内にオルタネータ
３を設置できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、冷却媒体として
エンジンの冷却水を使用するウォータポンプ一体型車両
用回転電機に関するもので、特にエンジンの冷却水回路
中の冷却水に圧力を加えて循環させるウォータポンプを
車両用回転電機に一体化したウォータポンプ一体型車両
用回転電機に係わる。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両に搭載される電気負荷の増加
やエンジンルームの小型化に伴う補機類の取付スペース
の狭小化等により車両用交流発電機は小型で高出力のも
のが望まれている。そこで、車両用交流発電機の高出力
化の一手段として冷却効率の向上を図るために冷却ファ
ンの改良等の工夫、検討が重ねられてきたが、昨今のエ
ンジンの高馬力化に伴い、エンジンルーム内の周温は益
々高温化傾向にあり、この高温化した空気を用いていく
ら車両用交流発電機の固定子（三相の電機子巻線）等を
空冷しても大きな冷却効果が期待できない状況にある。

【０００３】したがって、エンジンルーム内の空気を吸
入して固定子を空冷する車両用交流発電機においては、
内部に熱風を吸引することになるので、逆に固定子の温
度上昇を誘引することにより固定子に巻装された三相の
電機子巻線の交流出力を低下させるという可能性もあ
る。

【０００４】このため、従来より、エンジンよりも下方
のフレッシュエアをエアダクトで車両用交流発電機の吸
気部へ導き、固定子に供給する空気の吸気温度を下げる
ようにした技術（第１従来例）が提案されている。とこ
ろが、この第１従来例においては、エアダクトの取付設
計が煩わしく、エアダクトを車両用交流発電機に取り付
けるために大きな取付スペースを必要とする。このた
め、車両用交流発電機の製品コストを上昇させるという
問題が生じている。

【０００５】また、エンジンより冷却水を導水管で車両
用交流発電機の内部に導き、固定子や整流器等を水冷す
るようにした技術（第２従来例）もある。ところが、こ
の第２従来例においては、導水管の配管がコスト高にな
ること、導水管の重量に耐え得る車両用交流発電機の必
要剛性レベルが高いものとなり、車両用交流発電機とし
ても製品コストが上昇する。また、車両用交流発電機の
電気部品を収納する収納室と冷却水が流れる冷却水路と
を確実にシールしなければならず、設計信頼度が低いと
いう問題が生じている。

【０００６】さらに、導水管を設けることなく車両用交
流発電機を冷却するために、エンジンブロックに冷却水
路を新たに設けて、その冷却水路近傍のエンジンブロッ
ク表面に直接車両用交流発電機を取り付け、エンジンの
冷却水により固定子や整流器等を水冷するようにした技
術（第３従来例：例えば特開平１−２７４６４０号公報
に記載の技術）が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、第３従来例
においては、車両用交流発電機の電気部品を収納する収
納室と冷却水が流れる冷却水路とを確実にシールしなけ
ればならないので設計信頼度が低く、エンジンブロック
に新たな冷却水路を設ける必要があるので製造コストが
上昇するという問題が生じている。

【０００８】そして、エンジンの主要な冷却水路に対し
て車両用交流発電機内に設けられる冷却水流通路が狭い
水路となるので、主要な冷却水路と冷却水流通路とが直
列接続の場合、ウォータポンプの加圧力が従来品と同程
度のとき冷却水の循環流量が非常に少なくなりエンジン
の冷却性能が低下するという問題が生じている。また、
主要な冷却水路と冷却水流通路とが並列接続の場合に
は、冷却水流通路内を流れる冷却水の圧力損失により優
先的に主要な冷却水路に冷却水が流れることになるの
で、冷却水流通路内に冷却水がほとんど流れず、車両用
交流発電機の冷却効果が得られないという問題が生じて
いる。

【０００９】

【発明の目的】

〔請求項１の目的〕請求項１に記載の発明の目的は、新
たにエンジンに冷却水路を設けたり、回転電機本体に導
水管を取り付けたりすることなく、回転電機本体をエン
ジンの冷却水により冷却することのできるウォータポン
プ一体型車両用回転電機を提供することにある。

【００１０】また、新たにエンジンに冷却水路を設けた
り、回転電機本体に導水管を取り付けたりしないように
して、部品点数を低減することにより製品コストを低減
することのできるウォータポンプ一体型車両用回転電機
を提供することにある。さらに、エンジン冷却水回路内
を流れる冷却水の圧力損失の増加を防止することによ
り、回転電機本体の冷却性能の低下およびエンジンの冷
却性能の低下を防止することのできるウォータポンプ一
体型車両用回転電機を提供することにある。

【００１１】〔請求項２および請求項３の目的〕請求項
２および請求項３に記載の発明の目的は、回転電機本体
を空冷しないようにして、被水や塵芥等の異物が回転電
機本体の内部に侵入することを防止することにより、回
転電機本体の絶縁信頼性や回転抵抗の発生等による効率
低下などの性能の低下を防止することのできるウォータ
ポンプ一体型車両用回転電機を提供することにある。

【００１２】〔請求項４および請求項５の目的〕請求項
４および請求項５に記載の発明の目的は、回転電機本体
の軸方向寸法を縮小化することにより、狭い回転体の軸
方向空間内にコンパクトに回転子および固定子等の磁気
回路を配置することのできるウォータポンプ一体型車両
用回転電機を提供することにある。

【００１３】〔請求項６の目的〕請求項６に記載の発明
の目的は、固定子巻線を確実に水路形成部材の外側面に
固定することができ、且つ固定子巻線の温度上昇を防止
することのできるウォータポンプ一体型車両用回転電機
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

〔請求項１の構成〕請求項１に記載の発明は、冷却媒体
としてエンジンの冷却水回路内を循環する冷却水を使用
する車両用回転電機において、前記エンジンに一体的に
設けられ、冷却水が流れる冷却水路を形成すると共に、
前記冷却水路と外部とを仕切る水路形成部材と、前記冷
却水路内の冷却水に圧力を加えて前記冷却水回路中に冷
却水の循環流を発生させるウォータポンプ本体と、この
ウォータポンプ本体と同一軸心上に配され、且つ前記水
路形成部材の外側面に熱的に密着するように設けられた
回転電機本体と、前記ウォータポンプ本体および前記回
転電機本体と一体的に回転する回転体とを備えた技術手
段を採用した。なお、前記水路形成部材として、内部の
ポンプ室内にウォータポンプ本体を回転自在に収容する
ウォータポンプフレームを用いても良い。

【００１５】〔請求項１の作用〕請求項１に記載の発明
によれば、回転体が回転するとウォータポンプ本体が回
り、水路形成部材により形成された冷却水路内の冷却水
に圧力が加えられ、冷却水回路中に冷却水の循環流が発
生する。そして、回転体が回転することにより回転電機
が作動し、回転電機本体の発熱部品が発熱する。

【００１６】また、回転電機本体が回転することによ
り、回転体が回転してウォータポンプ本体が回り、水路
形成部材にて形成された冷却水路内の冷却水に圧力が加
えられ、冷却水回路中に冷却水の循環流が発生する。さ
らに、回転電機本体が、エンジンに一体的に設けられた
水路形成部材に熱的に密着するように設けられているの
で、水路形成部材により形成された冷却水路内を流れる
冷却水により回転電機本体が冷却され効率が高まる。

【００１７】〔請求項１の効果〕請求項１に記載の発明
は、冷却水回路内に冷却水を循環させるウォータポンプ
本体が直接圧力を加える冷却水路を形成する水路形成部
材に固定子を直接固定しているので、車両用回転電機の
固定子を冷却することができる。これにより、固定子を
冷却するために新たに冷却水路を設けたり、導水管を取
り付けたりする必要はないので、部品点数を低減でき、
製品コストを低減することができる。さらに、ウォータ
ポンプ本体を駆動する回転体を回転電機本体と共用して
いるので、部品点数をより低減でき、製品コストをより
低減することができる。

【００１８】また、本来の冷却水路の他に回転電機本体
専用の冷却水路を設けていないので、回転電機本体を冷
却するための冷却水路内を流れる冷却水の圧力損失の低
下を抑えることができるので、十分な冷却水量が得られ
ることにより、回転電機本体の冷却性能の低下を防止す
ることができ、且つエンジンの冷却性能の低下を防止す
ることができる。

【００１９】〔請求項２の構成〕請求項２に記載の発明
は、請求項１に記載のウォータポンプ一体型車両用回転
電機に加えて、前記水路形成部材は、前記回転電機本体
の内部への異物の侵入を防ぐための異物侵入防止手段を
有する技術手段を採用した。

【００２０】〔請求項２の作用および効果〕請求項２に
記載の発明によれば、冷却媒体として冷却水を使用して
回転電機を水冷することにより、回転電機本体の内部の
空冷が不要となると共に、水路形成部材に異物侵入防止
手段を設けることにより、回転電機本体の内部への空気
の侵入がし難くなる。このため、回転電機本体の内部へ
の被水や塵芥等の異物が侵入し難くなるので、回転電機
本体の耐久寿命の低下および性能の低下を抑えることが
できる。

【００２１】〔請求項３の構成〕請求項３に記載の発明
は、請求項１または請求項２に記載のウォータポンプ一
体型車両用回転電機に加えて、前記回転電機本体は、前
記回転電機本体の内部への異物の侵入を防ぐための異物
侵入防止手段を有する技術手段を採用した。

【００２２】〔請求項３の作用および効果〕請求項３に
記載の発明によれば、冷却媒体として冷却水を使用して
回転電機を水冷することにより、回転電機本体の内部の
空冷が不要となると共に、回転電機本体に異物侵入防止
手段を設けることにより、回転電機本体の内部への空気
の侵入がし難くなる。このため、回転電機本体の内部へ
の被水や塵芥等の異物が侵入し難くなるので、回転電機
本体の耐久寿命の低下および性能の低下を抑えることが
できる。

【００２３】〔請求項４の構成〕請求項４に記載の発明
は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のウォー
タポンプ一体型車両用回転電機に加えて、前記回転電機
本体は、電流が流れると磁化する固定子巻線を有し、前
記回転体の軸方向に対して直交する径方向に配された環
状の固定子と、この固定子と相対回転すると共に、前記
固定子との間に環状空隙を形成する環状の回転子とを備
えた技術手段を採用した。

【００２４】〔請求項４の作用および効果〕請求項４に
記載の発明によれば、水路形成部材に固定された環状の
固定子と環状の回転子とで回転電機本体を構成すること
により、回転体の径方向で回転子と固定子とが対向配置
されるものと比較して回転電機本体を回転体の軸方向に
小型化を図ることができる。これにより、狭い回転体の
軸方向空間内にコンパクトに回転子および固定子等の磁
気回路を配置することができる。

【００２５】〔請求項５の構成〕請求項５に記載の発明
は、請求項４に記載のウォータポンプ一体型車両用回転
電機に加えて、前記回転子は、永久磁石で磁界を発生す
る技術手段を採用した。

【００２６】〔請求項５の作用および効果〕請求項５に
記載の発明によれば、回転子の磁界発生手段を永久磁石
のみで構成することにより、回転子の磁界発生手段とし
て回転子巻線を用いるものと比較して回転電機本体を回
転体の軸方向に小型化を図ることができる。これによ
り、狭い回転体の軸方向空間内にコンパクトに回転子お
よび固定子等の磁気回路を配置することができる。そし
て、永久磁石により磁気力がほぼ一定に発生し続けら
れ、回転子巻線を用いたもののような過熱条件による電
圧降下を要因とする効率の低下等の不具合も生じない。
さらに、回転子鉄心および回転子巻線が不要となるの
で、部品点数を低減でき、製品コストを低減することが
できる。

【００２７】〔請求項６の構成〕請求項６に記載の発明
は、請求項４または請求項５に記載のウォータポンプ一
体型車両用回転電機に加えて、前記固定子は、前記固定
子巻線を覆うと共に、前記固定子巻線を前記水路形成部
材に固定する良熱伝導性樹脂を有する技術手段を採用し
た。

【００２８】〔請求項６の作用および効果〕請求項６に
記載の発明によれば、固定子巻線が良熱伝導性樹脂に覆
われた状態で水路形成部材の外側面に熱的に密着するよ
うに確実に固定される。そして、固定子巻線の熱が良熱
伝導性樹脂、水路形成部材と伝わって冷却水路内を流れ
る冷却水に奪われることにより固定子巻線が十分に冷却
されることにより、固定子巻線の温度上昇を抑えること
ができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】

〔第１実施例の構成〕図１ないし図６はこの発明の第１
実施例を示したもので、図１はそのウォータポンプ一体
型車両用交流発電機を示した図で、図２はウォータポン
プ一体型車両用交流発電機の取付状態を示した図であ
る。

【００３０】ウォータポンプ一体型車両用交流発電機１
は、エンジンＥの冷却水回路中に冷却水の循環流を発生
させるウォータポンプ２、このウォータポンプ２と一体
的に作動するオルタネータ３、およびこのオルタネータ
３の出力電圧を調整する出力電圧調整装置１０を備える
（図６参照）。

【００３１】冷却水回路は、エンジンＥのウォータジャ
ケット（図示せず）内を循環することによりエンジンを
冷却して暖められた冷却水を、冷却水配管（図示せず）
→ラジエータ（図示せず）→ウォータポンプ２→エンジ
ンＥのウォータジャケットのように循環させる冷却水経
路を形成する回路である。ここで、冷却水としては、エ
チレングリコール水溶液等の不凍液を添加した冷却水、
不凍液や防錆剤等を混合したロングライフクーラント
（Ｌ．Ｌ．Ｃ）などを使用する。

【００３２】エンジンＥの外殻を構成するハウジング
（以下エンジンハウジングと呼ぶ）１１の前面には、図
２に示したように、ウォータポンプ一体型車両用交流発
電機１が取り付けられ、クランクシャフトプーリ１２、
ウォータポンプ２のポリＶプーリ５およびポリＶプーリ
１３が回転自在に取り付けられ、クランクシャフトプー
リ１２、ウォータポンプ２のポリＶプーリ５およびポリ
Ｖプーリ１３にはポリＶベルト１４が掛け渡されてい
る。

【００３３】また、エンジンハウジング１１の前面に
は、２つのカムシャフトプーリ１５、３つのアイドラー
１６も回転自在に取り付けられ、クランクシャフトプー
リ１２、２つのカムシャフトプーリ１５および３つのア
イドラー１６にはタイミングベルト１７が掛け渡されて
いる。

【００３４】（ウォータポンプの説明）次に、ウォータ
ポンプ２について図１ないし図３に基づいて詳細に説明
する。ここで、図３はウォータポンプフレームを示した
図である。ウォータポンプ２は、シャフト４、このシャ
フト４と一体回転するポリＶプーリ５、シャフト４を回
転自在に支持するウォータポンプフレーム（以下ポンプ
フレームと略す）６、およびシャフト４に回転駆動され
るウォータポンプ本体（以下ポンプ本体と略す）７等か
ら構成されている。

【００３５】（シャフトの説明）シャフト４は、本発明
の回転体であって、ポンプフレーム６にベアリング２１
およびシール材２２を介して回転自在に支持されている
回転軸である。このシャフト４は、オルタネータ３およ
びポンプ本体７に回転動力を伝達する動力伝達手段でも
ある。なお、この実施例では、ベアリング２１として、
インナーレース、アウターレース、多数のボールおよび
２個のベアリングシール（シールド）等を有する両シー
ルド玉軸受が使用されている。

【００３６】（ポリＶプーリの説明）ポリＶプーリ５
は、本発明の回転体であって、例えばアルミニウムを主
体とする金属板をプレス成形してなるものである。この
ポリＶプーリ５は、ポンプフレーム６およびベアリング
２１よりも車両の前方側に配された円環板形状の連結部
２３、およびこの連結部２３の外周よりエンジン側に向
けて突出されたプーリ基体部２４等から構成された動力
伝達手段である。

【００３７】連結部２３の内周部は、シャフト４の先端
側に鍔付きナット等の締結具２５により締め付け固定さ
れている。プーリ基体部２４は、ポンプフレーム６の一
部およびベアリング２１よりも外周側を覆うように設け
られている。そして、プーリ基体部２４には、ゴムまた
は金属製のポリＶベルト１４が掛け渡され、エンジンの
回転動力が伝達される。

【００３８】（ウォータポンプフレームの説明）ポンプ
フレーム６は、本発明の水路形成部材であって、例えば
アルミニムダイカスト製で、内部に冷却水を流入させる
通水孔２６が上部で開口している。そして、ポンプフレ
ーム６の内部には、通水孔２６より流入した冷却水をポ
ンプ本体７を収容するポンプ室（冷却水路）２７に導入
するための冷却水路２８が形成されている。

【００３９】さらに、ポンプフレーム６の内側部とエン
ジンハウジング１１の前面部との間には、ポンプ室２７
内の冷却水をエンジンのウォータジャケット（図示せ
ず）へ導入するための２つの冷却水路２９が形成されて
いる。そして、ポンプフレーム６は、冷却水路２８と冷
却水路２９とを区画する仕切り壁部３０、およびこの仕
切り壁部３０よりも外側（ポリＶプーリ５側）に設けら
れ、冷却水路２８と外部とを区画する外壁部（仕切り
部、仕切り手段）３１を有している。

【００４０】その外壁部３１には、ベアリング２１を保
持する円筒形状のベアリングホルダー（軸受保持部）３
２が一体成形されている。このベアリングホルダー３２
よりも外周側には、ポリＶプーリ５のプーリ基体部２４
が所定の円筒空隙を介して回転自在に取り付けられてい
る。また、外壁部３１には、オルタネータ３の外周側を
覆う円筒形状の突出部３３、およびオルタネータ３の後
記するステータ９の内周を保持する円環形状の突出部３
４も一体成形されている。

【００４１】突出部３３は、本発明の異物侵入防止手段
であって、オルタネータ３の内部、つまり後記するオル
タネータ３のロータ８とステータ９との間に形成される
環状空隙（ギャップ）内への被水や塵芥等の異物の侵入
を防ぐ閉塞壁である。この突出部３３は、ベアリング２
１の内部、つまりポリＶプーリ５のプーリ基体部２４と
ベアリングホルダー３２との間に形成される筒状空隙、
およびポリＶプーリ５の連結部２３とベアリングホルダ
ー３２との間に形成される環状空隙内への被水や塵芥等
の異物の侵入も防ぐ。そして、外壁部３１の突出部３
３、３４間には、ステータ９を保持固定するための円環
形状の収容溝３５が形成されている。

【００４２】（ポンプ本体の説明）ポンプ本体７は、シ
ャフト４に回転駆動されることにより、ポンプ室２７内
の冷却水に圧力を加えて冷却水回路内にエンジンの冷却
水の循環流を発生させる循環流発生手段である。このポ
ンプ本体７は、シャフト４のエンジン側端部（他端部）
の外周に形成されたローレット歯に圧入固定される金属
製のカラー４１を例えば４０％のガラス繊維入りの強化
樹脂（例えばナイロン６６．商標）によりモールド成形
してなる。

【００４３】そして、ポンプ本体７は、略円環板形状の
側壁部４２上に多数のブレード４４を有している。その
ブレード４４の内周には、冷却水をブレード４４へ吸い
込むための多数の吸込口４５が形成されている。また、
ブレード４４の外周には、冷却水を吐出するための多数
の吐出口４６が形成されている。

【００４４】（オルタネータの説明）次に、オルタネー
タ３について図１ないし図６に基づいて詳細に説明す
る。オルタネータ３は、本発明の回転電機本体（特には
交流発電機本体）であって、シャフト４、ポリＶプーリ
５、ロータ８、ステータ９および後述する整流装置６１
等から構成された永久磁石式ブラシレス偏平交流発電機
である。そして、このオルタネータ３をポンプフレーム
６に熱的に密着させることにより、冷却媒体としての冷
却水により水冷されるようにしている。

【００４５】（ロータの説明）次に、オルタネータ３の
ロータ８について図１および図４に基づいて詳細に説明
する。ここで、図４は永久磁石５２を示した図である。
ロータ８は、本発明の回転子であって、界磁として働く
部分で、シャフト４およびポリＶプーリ５と一体になり
回転する。このロータ８は、前述のシャフト４、ポリＶ
プーリ５、さらにこのポリＶプーリ５に固定された円環
板形状の磁性金属板５１、およびこの磁性金属板５１の
外周側に固定された永久磁石５２等から構成されてい
る。

【００４６】磁性金属板５１は、ロータ８のヨークを構
成するもので、ポリＶプーリ５のプーリ基体部２４のエ
ンジン側面にスポット溶接等の接合手段を用いて接合さ
れ、外周に永久磁石５２を係止する係止部としての円筒
壁部５３、およびこの円筒壁部５３のエンジン側端部よ
り径方向の延びる円環状の延長部５４を有する動力伝達
手段である。この延長部５４は、本発明の異物侵入防止
手段であって、外周部がポンプフレーム６の突出部３３
の内周部との間に、ロータ８を回転可能とするだけの隙
間を隔てて対向するように設けられ、ロータ８とステー
タ９との間に形成される空隙内への被水や塵芥等の異物
の侵入を防ぐ閉塞部である。

【００４７】（永久磁石の説明）永久磁石５２は、例え
ばネオジウム（Ｎｄ）磁石等の希土類磁石、アルニコ磁
石、フェライト磁石、あるいは樹脂磁石（ナイロン樹
脂、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂ粉末を焼結したもの）が用いられ、
長期間磁気力を発生し続けるもので磁極を構成する。そ
して、永久磁石５２は、磁性金属板５１の円環状部分の
ステータ９に対向する対向面に構造用接着剤（図示せ
ず）を用いて接合されている。この永久磁石５２は、図
３および図４に示したように、円盤形状（ドーナツ形
状）に形成され、多極（例えば１６極）で遠心方向に対
して一定角度を持つようにスキュー（斜め）に着磁され
ている。

【００４８】（ステータの説明）次に、オルタネータ３
のステータ９について図１および図５に基づいて詳細に
説明する。ここで、図５はステータ９を示した図であ
る。ステータ９は、本発明の固定子であって、ロータ８
と共に磁気回路を構成している。このステータ９は、ポ
ンプフレーム６に熱的に密着固定されたステータコア５
５、およびこのステータコア５５に巻装された三相のス
テータコイル５６ａ〜５６ｃ等から構成されている。

【００４９】（ステータコアの説明）ステータコア５５
は、固定子鉄心、電機子鉄心であって、外壁部３１の収
容溝３５内に収容されて外壁部３１に形成された係止部
としての段部３６の内側に圧入固定されている。このス
テータコア５５は、図５に示したように、リボン状（帯
状）で薄鋼板（磁性材料）を螺旋形状に巻装したもので
ある。

【００５０】そして、ステータコア５５は、永久磁石５
２からでた磁束が三相のステータコイル５６ａ〜５６ｃ
と有効に交差するように作られた磁束通路を形成する。
なお、ステータコア５５に接触する外壁部３１の厚み
は、１０mm〜３０mm程度で、好ましい値としては１０mm
程度である。

【００５１】（ステータコイルの説明）三相のステータ
コイル５６ａ〜５６ｃは、本発明の固定子巻線であっ
て、ロータ８の磁界との相対回転運動によって三相のス
テータコイル５６ａ〜５６ｃに誘導起電力（交流出力）
を発生する電機子巻線、電機部品、発熱部品である。そ
して、三相のステータコイル５６ａ〜５６ｃは、Ｙ結線
により結線され、それらの各巻線端が出力電圧調整装置
１０に結線されている（図６参照）。なお、三相のステ
ータコイル５６ａ〜５６ｃをΔ結線により接続しても良
い。

【００５２】この実施例では、三相のステータコイル５
６ａ〜５６ｃとステータコア５５および外壁部３１との
電気絶縁性を向上させるために例えば熱良伝導性のアル
ミナのフィラーなどを混合したエポキシ系の良熱伝導性
樹脂５７によりモールディングしている。また、エポキ
シ系の良熱伝導性樹脂５７は、図１に示したように、ス
テータコア５５および三相のステータコイル５６ａ〜５
６ｃを外壁部３１に接着する接着剤としても働く。

【００５３】（電圧調整装置の説明）次に、出力電圧調
整装置１０について図１および図６に基づいて詳細に説
明する。ここで、図６は出力電圧調整装置の電気回路を
示した図である。

【００５４】出力電圧調整装置１０は、オルタネータ３
の整流装置６１およびＤＣ−ＤＣコンバータ６２を有
し、三相のステータコイル５６ａ〜５６ｃで発生した交
流出力を整流し所定の電圧に降圧して１２Ｖ用のバッテ
リ６３を充電する。整流装置６１は、３個の正極側整流
素子（例えばダイオード）６４ａ〜６４ｃ、および３個
の負極側整流素子（例えばダイオード）６５ａ〜６５ｃ
等から構成され、三相のステータコイル５６ａ〜５６ｃ
で発生した交流電流を整流して直流電流にする。

【００５５】ＤＣ−ＤＣコンバータ６２は、ＭＯＳ型Ｆ
ＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）６６、コンデン
サ６７、ダイオード６８および鉄心付きコイル６９等か
ら構成され、図示しないコンピュータによりＰＷＭ制御
（パルスのＯＮ／ＯＦＦ比を変化させる制御）によりＭ
ＯＳ型ＦＥＴ６６を駆動することによって、オルタネー
タ３の整流装置６１より出力される直流電圧（例えば４
８Ｖ）を降圧した後に平滑して安定したバッテリ電圧
（例えば１３Ｖ〜１４Ｖ）を得る。

【００５６】〔第１実施例の作用〕次に、この実施例の
ウォータポンプ一体型車両用交流発電機１の作用を図１
ないし図６に基づいて簡単に説明する。

【００５７】エンジンＥが運転されることによって、エ
ンジンＥの回転動力がクランクシャフト→クランクシャ
フトプーリ１２→ポリＶベルト１４を介してウォータポ
ンプ２およびオルタネータ３のポリＶプーリ５に伝達さ
れる。このポリＶプーリ５に回転動力が伝達されると、
ポンプフレーム６にベアリング２１を介して回転自在に
支持されているシャフト４および磁性金属板５１が回転
する。

【００５８】ポリＶプーリ５の回転に伴って磁性金属板
５１が回転することによりロータ８の永久磁石５２も回
転する。これにより、永久磁石５２から回転磁界が発生
することにより、ロータ８と相対回転するステータ９の
ステータコイル５５に巻装された三相のステータコイル
５６ａ〜５６ｃに順次交流電流が誘起し、発電電圧が急
速に立ち上がる。

【００５９】この三相の交流電流は、整流装置６１の３
個の正極側整流素子６４ａ〜６４ｃおよび３個の負極側
整流素子６５ａ〜６５ｃに入力されることにより、三相
の交流電流が整流され直流電流に整流される。そして、
この整流された直流電圧（例えば４８Ｖ）は、ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ６２で降圧された後に平滑される。これに
より、バッテリ６３が充電されると共に、車両に搭載さ
れた電気負荷に電力が供給される。

【００６０】一方、シャフト４が回転することによりシ
ャフト４の端部に固定されたポンプ本体７も回転する。
このポンプ本体７の回転により吸引力が発生し、ラジエ
ータで冷却された低温の冷却水が通水孔２６を介してポ
ンプフレーム６の冷却水路２８内を流れる。この冷却水
路２８内を流れる低温の冷却水は、外壁部３１を介して
オルタネータ３のステータ９に熱的に密着しており、オ
ルタネータ３のステータ９（特に三相のステータコイル
５６ａ〜５６ｃ）が効率良く冷却される。

【００６１】その後に低温の冷却水は、多数の吸込口４
５からポンプ本体７内に吸い込まれ、多数のブレード４
４で圧力が加えられて多数の吐出口４６より吐出され
る。これらの吐出口４６より吐出された低温の冷却水
は、冷却水路２９を通ってエンジンのウォータジャケッ
トに供給されてエンジンが効率良く冷却される。

【００６２】〔第１実施例の効果〕以上のように、ウォ
ータポンプ一体型車両用交流発電機１は、冷却水回路中
で最も低温の冷却水が流れる冷却水路２８を形成するポ
ンプフレーム６にステータ９を熱的に密着しているの
で、三相のステータコイル５６ａ〜５６ｃを十分冷却す
ることができる。これにより、ステータ９を冷却するた
めにエンジンハウジング１１に新たに冷却水路を設けた
り、オルタネータ３と冷却水回路とを接続する導水管を
取り付けたりする必要はなくなるので、その分だけ部品
点数が少なくなり、オルタネータ３の冷却機構の製造コ
ストを低減することができる。

【００６３】さらに、既存のウォータポンプ２のシャフ
ト４およびポリＶプーリ５をオルタネータ３の回転軸お
よびプーリとして共用しているので、車両にウォータポ
ンプとオルタネータとが別途設けられる従来装置と比較
して部品点数をより低減でき、オルタネータ３の製品コ
ストをより低減することができる。したがって、このよ
うな安価なオルタネータ３を備えた車両価格を低減する
ことができる。そして、従来のオルタネータとこのオル
タネータ３とを車両に搭載することにより近年の電気負
荷の増大に耐え得る強力な充電装置（電力供給装置）と
なる。

【００６４】また、本来の冷却水路の他に車両用回転電
機専用の冷却水路を設ける必要がないので、オルタネー
タ３を冷却するための冷却水路２８、２９内を流れる冷
却水の圧力損失の低下を抑えることができる。このた
め、エンジンの冷却水回路中で十分な冷却水量が得られ
ることにより、オルタネータ３の固定子の冷却性能の低
下およびエンジンの冷却性能の低下を抑えることができ
る。

【００６５】オルタネータ３のロータ８およびステータ
９を覆うようにポンプフレーム６の外側面から軸方向へ
向かって円環形状の突出部３３を設けることにより、突
出部３３の先端側の内周とロータ８の磁性金属板５１の
延長部５４の外周との間が狭くなりオルタネータ３を空
冷できないようにしている。このため、オルタネータ３
内、すなわちロータ８とステータ９との間に形成される
環状空隙内に被水や塵芥等の異物が侵入し難くなるの
で、オルタネータ３の耐久寿命の低下を抑えることがで
きる。

【００６６】環状のロータ８とポンプフレーム６に固定
された環状のステータ９とでオルタネータ３を構成し、
且つロータ８の磁界発生手段を永久磁石５２のみで構成
することにより、オルタネータ３の軸方向寸法を縮小化
することができる。これにより、狭いシャフト４の軸方
向空間内にコンパクトにオルタネータ３を配置すること
ができる。そして、永久磁石５２により磁気力がほぼ一
定に発生し続けられ、回転子巻線をもつもののような過
熱条件による電圧降下を要因とする発電効率の低下等の
不具合も生じない。さらに、回転子鉄心および回転子巻
線が不要となるので、部品点数が少なくなることにより
オルタネータ３の製品コストを低減することができる。
また、且つロータ８の磁界発生手段を永久磁石のみで構
成しているので、従来の交流発電機に必要であったブラ
シとスリップリングを設ける必要はなく、これらのブラ
シやスリップリングを設けないことによりできたスペー
スにロータ８とステータ９とで構成される磁気回路を配
置できるようになる。

【００６７】ここで、従来のウォータポンプのプーリと
エンジンハウジング１１との間の距離が小さく、このス
ペースにオルタネータ３のロータ８やステータ９を配置
することが困難であった。しかし、この実施例では、シ
ャフト４を回転自在に支持するためのベアリング２１を
ポリＶプーリ５の連結部２３およびプーリ基体部２４に
包まれるように配置しているので、ポリＶベルト１４と
ポンプ本体７との間の軸方向寸法を短く設定すべき制約
の中で、ロータ８とステータ９とで構成される磁気回路
を配置できるスペースを形成することができる。

【００６８】そして、オルタネータ３のロータ８とステ
ータ９の対向面積はオルタネータ３の出力需要に応じて
広くとる必要があるが、ロータ８とステータ９を円環板
形状にしているので、大出力が要求される場合でも、軸
方向寸法が大きくなることはなく、ロータ８とステータ
９とで構成される磁気回路を配置できるスペースを形成
することができる。

【００６９】この実施例では、永久磁石５２を磁性金属
板５１の円筒壁部５３の内周面で係止するように設置し
ているので、永久磁石５２が遠心力により飛散すること
はない。また、ポンプフレーム６がエンジンハウジング
１１と別体で設けられているので、エンジン本体の組み
立て後にそのエンジン本体にポンプフレーム６を装着す
ることができ、ウォータポンプ２およびオルタネータ３
の組付作業が容易となる。

【００７０】ステータコア５５および三相のステータコ
イル５６ａ〜５６ｃがエポキシ系の良熱伝導性樹脂５７
にて、ポンプフレーム６の外壁部３１にモールディング
されているので、ロータ８の回転に伴って誘導起電力が
生ずる際に三相のステータコイル５６ａ〜５６ｃに発生
する熱が良熱伝導性樹脂５７、ポンプフレーム６と良好
に伝わって冷却水路２８内を流れる冷却水に奪われるこ
とにより三相のステータコイル５６ａ〜５６ｃが十分に
冷却されることにより、三相のステータコイル５６ａ〜
５６ｃの温度が過上昇することを抑えることができる。

【００７１】ウォータポンプ２のポンプ本体７は、オル
タネータ３のロータ８と一体的に高速回転するので、ポ
ンプ本体７の多数のブレード４４の軸方向寸法を小型化
でき、且つポンプ本体７を構成する強化樹脂の材料費用
の節約とエンジンの設計の小型化を可能とすることがで
きる。

【００７２】以上のことから、オルタネータ３（特には
三相のステータコイル５６ａ〜５６ｃ）の冷却効果が更
に高まりステータ９のインピーダンスの上昇を抑えるこ
とができ、且つ永久磁石５２の磁気力の低下も少ないか
らサイズ当たりの交流出力（発電出力）を大きくできる
ので、ひいてはウォータポンプ一体型車両用交流発電機
１全体の軸方向寸法をコンパクトにできる。

【００７３】〔第２実施例〕図７はこの発明の第２実施
例を示したもので、そのウォータポンプ一体型車両用交
流電動機を示した図である。

【００７４】この実施例では、ポリＶプーリ５を廃止す
ることにより、ポンプ本体６を連結部材７１を介して交
流電動機本体（永久磁石式ブラシレス偏平交流電動機）
７０で動かすようにしている。この交流電動機本体７０
のロータ８は、三相のステータコイル５６ａ〜５６ｃに
流れる電流と永久磁石５２の磁界との相互作用により回
転力を発生する。

【００７５】〔変形例〕この実施例では、ロータ８の磁
界発生手段として永久磁石５２のみを用いたが、ロータ
８の磁界発生手段としてロータコアコイルを用いても良
く、永久磁石とロータコイルとを組み合わせたものでも
良い。この場合には、ロータコイルの冷却には、自然放
熱を利用する。

【００７６】この実施例では、本発明をウォータポンプ
一体型同期交流発電機や同期電動機を用いたが、本発明
をウォータポンプ一体型誘導発電機や誘導電動機を用い
ても良い。さらに、本発明を電動発電機に用いても良
い。また、ウォータポンプ本体と回転電機本体とを外歯
軸と内歯軸との嵌合により駆動連結しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】ウォータポンプ一体型車両用交流発電機を示し
た断面図である（第１実施例）。

【図２】ウォータポンプ一体型車両用交流発電機の取付
位置を示した概略図である（第１実施例）。

【図３】ウォータポンプフレームを示した正面図である
（第１実施例）。

【図４】オルタネータの永久磁石を示した説明図である
（第１実施例）。

【図５】オルタネータのステータを示した説明図である
（第１実施例）。

【図６】出力電圧調整装置を示した電気回路図である
（第１実施例）。

【図７】ウォータポンプ一体型車両用交流電動機を示し
た概略図である（第２実施例）。

【符号の説明】

１ 車両用交流発電機（ウォータポンプ一体型車両用回
転電機） ２ ウォータポンプ ３ オルタネータ（回転電機本体） ４ シャフト（回転体） ５ ポリＶプーリ（回転体） ６ ウォータポンプフレーム（水路形成部材） ７ ウォータポンプ本体 ８ ロータ（回転子） ９ ステータ（固定子） １０ 出力電圧調整装置 １１ エンジンハウジング ２７ ポンプ室（冷却水路） ３３ 突出部（異物侵入防止手段） ５２ 永久磁石 ５４ 延長部（異物侵入防止手段） ５５ ステータコア（固定子鉄心、電機子鉄心） ５６ａ ステータコイル（固定子巻線、電機子巻線） ５６ｂ ステータコイル（固定子巻線、電機子巻線） ５６ｃ ステータコイル（固定子巻線、電機子巻線） ５７ 良熱伝導性樹脂 Ｅ エンジン

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷却媒体としてエンジンの冷却水回路内を
   循環する冷却水を使用する車両用回転電機において、 （ａ）前記エンジンに一体的に設けられ、冷却水が流れ
   る冷却水路を形成すると共に、前記冷却水路と外部とを
   仕切る水路形成部材と、 （ｂ）前記冷却水路内の冷却水に圧力を加えて前記冷却
   水回路中に冷却水の循環流を発生させるウォータポンプ
   本体と、 （ｃ）このウォータポンプ本体と同一軸心上に配され、
   且つ前記水路形成部材の外側面に熱的に密着するように
   設けられた回転電機本体と、 （ｄ）前記ウォータポンプ本体および前記回転電機本体
   と一体的に回転する回転体とを備えたことを特徴とする
   ウォータポンプ一体型車両用回転電機。
2. 【請求項２】請求項１に記載のウォータポンプ一体型車
   両用回転電機において、 前記水路形成部材は、前記回転電機本体の内部への異物
   の侵入を防ぐための異物侵入防止手段を有することを特
   徴とするウォータポンプ一体型車両用回転電機。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載のウォータ
   ポンプ一体型車両用回転電機において、 前記回転電機本体は、前記回転電機本体の内部への異物
   の侵入を防ぐための異物侵入防止手段を有することを特
   徴とするウォータポンプ一体型車両用回転電機。
4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
   のウォータポンプ一体型車両用回転電機において、 前記回転電機本体は、電流が流れると磁化する固定子巻
   線を有し、前記回転体の軸方向に対して直交する径方向
   に配された環状の固定子と、 この固定子と相対回転すると共に、前記固定子との間に
   環状空隙を形成する環状の回転子とを備えたことを特徴
   とするウォータポンプ一体型車両用回転電機。
5. 【請求項５】請求項４に記載のウォータポンプ一体型車
   両用回転電機において、 前記回転子は、永久磁石で磁界を発生することを特徴と
   するウォータポンプ一体型車両用回転電機。
6. 【請求項６】請求項４または請求項５に記載のウォータ
   ポンプ一体型車両用回転電機において、 前記固定子は、前記固定子巻線を覆うと共に、前記固定
   子巻線を前記水路形成部材に固定する良熱伝導性樹脂を
   有することを特徴とするウォータポンプ一体型車両用回
   転電機。