JPH1075550A - オルタネータ冷却装置およびこれを用いた暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オルタネータの発電機構を、その全体を十分
冷却するとともに装置をコンパクトにすることである。 【解決手段】 冷媒を高温高圧化するコンプレッサ１１
２と冷媒を液化せしめるコンデンサと液化冷媒を膨張せ
しめて低温冷媒にする膨張弁とを具備する冷凍サイクル
を形成し、発電機構４が格納されるオルタネータ１１１
のハウジング２ａを液密に構成するとともに、ハウジン
グ２ａに上記冷凍サイクルでつくり出される低温冷媒を
ハウジング２ａ内に流入せしめる流入口２０４と、ハウ
ジング２ａ内に流入した低温冷媒をハウジング２ａ内か
ら流出せしめる流出口２０５とを形成することで、装置
の形状を大型化することなく低温冷媒により発電機構４
が全体的に冷却されるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車両用のオルタネー
タを冷却する冷却装置およびこれを用いた暖房装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】車両に搭載されるオルタネータは内燃機
関の動力を利用して発電を行い、車両の電気負荷への給
電およびバッテリの充電を行うものである。オルタネー
タは、発電時に発生する大量の熱による発電効率の低下
等を防止するため、発電機構を冷却するオルタネータ冷
却装置が設けられている。オルタネータ冷却装置とし
て、従来、送風ファンによる空冷式のものがある。しか
し十分な冷却能力を得るには送風ファンが大型化して占
有スペースが大きくなるという問題があった。また送風
ファンにより吹きつけられる外気により発電機構等が錆
びるおそれがあった。そこで特公平４−６８８５１号公
報に記載の車両用交流発電機のように発電機構の冷却に
冷却液を用いたものがある。

【０００３】図８は上記特公平４−６８８５１号公報に
記載されているもので、車両用交流発電機はステータ９
１１およびロータ９１２を備えた発電機構９１を収納す
るハウジング９２が内外二重のハウジング壁９２１，９
２２で構成され、外側のハウジング壁９２１と内側のハ
ウジング壁９２２の間が冷却液の流れる冷却液流路９３
としてある。冷却液流路９３を流れる冷却液Ｗが内側の
ハウジング壁９２２を介してハウジング内部の熱を奪う
ようになっている。またハウジング９２内部から奪った
熱により温度上昇した冷却液を車室内の暖房用に利用す
る暖房装置が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記特公
平４−６８８５１号公報記載の車両用交流発電機では、
内側のハウジング壁９２２面に密着したステータ９１１
については十分に冷却が行われるが、ロータ９１２につ
いては熱伝導の悪い空気を介して間接的に奪熱が行われ
るため十分に冷却されない。また送風ファンは省略され
るが、ハウジング９２が内外二重のハウジング壁９２
１，９２２で構成されるので、ハウジング９２が大型化
し装置の占有スペースがさほど小さくならない。

【０００５】また冷却液を暖房用に利用するといって
も、乗員が十分な暖房感を得るためには冷却液の温度は
十分高くないといけないが、その結果、冷却効率が低下
し、良好な暖房感と高い冷却効率とが両立しない。

【０００６】そこで本発明は、オルタネータの発電機構
を、その全体を十分冷却することができ、しかも小型の
オルタネータ冷却装置を提供することを目的とする。本
発明はまた、良好な暖房感と高い冷却効率とが両立し、
しかも暖房効率のよいオルタネータ冷却装置を用いた暖
房装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、コンプレッサとコンデンサと膨張弁とを具備する冷
凍サイクルを形成し、発電機構が格納されるオルタネー
タのハウジングを液密に構成するとともに、該ハウジン
グに冷凍サイクルでつくり出される低温冷媒をハウジン
グ内に流入せしめる流入口と、ハウジング内に流入した
低温冷媒をハウジング内から流出せしめる流出口とを形
成する。

【０００８】ハウジング内の発電機構は、ハウジング内
に流入する低温冷媒と発電機構の表面において直接熱交
換するから発電機構がむらなく全体的に冷却される。し
かも冷凍サイクルでつくり出される低温冷媒の温度は冷
却液や走行風等に比べてはるかに低い温度となるから、
発電機構の高い冷却効率が得られ発電効率も向上する。
さらに低温冷媒がハウジング内を流通する構造のため装
置が小型化する。

【０００９】請求項２記載の発明では、上記ハウジング
内より流出する冷媒の温度を検出する感温部を設け、冷
媒温度に応じて上記膨張弁の開度が増減するように設定
することにより、オルタネータの発熱量が変動しても過
冷却や冷却不足が生じることが防止される。

【００１０】請求項３記載の発明では、上記コンプレッ
サのハウジングをオルタネータのハウジングと一体化す
るとともに、オルタネータのハウジングの上記流出口
と、コンプレッサの冷媒の吸入口とを、一体化した一体
ハウジングに形成した連通路により連通せしめることに
より、装置が一層小型化できる。

【００１１】請求項４記載の発明では、暖房装置は上記
オルタネータ冷却装置の上記冷凍サイクルの上記膨張弁
の下流に、外気から吸熱して冷媒を加熱するエバポレー
タを設け、上記コンデンサにおいて空気を冷媒との熱交
換により加熱して、この加熱した空気を車室内の暖房用
に用いることにより、コンデンサにはコンプレッサで高
温となった冷媒が流入するから良好な暖房感が得られる
とともに、膨張弁で低温となった冷媒によりオルタネー
タの発電機構の冷却が行われて高い冷却効率が得られ
る。しかもエバポレータにおける吸熱量とともにオルタ
ネータの発電機構における冷媒の吸熱量すなわちオルタ
ネータにおける廃熱が有効に暖房に用いられるから、高
い暖房効率が得られる。

【００１２】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）図１に本発明のオルタネータ冷却装置
を示す。車両８のエンジンルーム８２に格納される内燃
機関６１には、オルタネータとコンプレッサを一体にし
たコンプレッサー一体型オルタネータ１１が付設してあ
る。内燃機関６１のクランク軸（図略）の一端に設けら
れたプーリー６２にはベルト６３がかけられており、こ
れに内燃機関６１の動力がコンプレッサー一体型オルタ
ネータ１１の後述する駆動軸に伝達されるようになって
いる。オルタネータとしてのコンプレッサー一体型オル
タネータ１１は内燃機関６１の動力により発電して車両
８の電気負荷７３に給電するとともに、バッテリ７４を
充電するようになっている。

【００１３】コンプレッサー一体型オルタネータ１１は
冷凍サイクル１の一部を構成している。冷凍サイクル１
はコンプレッサー一体型オルタネータ１１、コンデンサ
１２、レシーバ１３、膨張弁１４、エバポレータ１５と
を備え、これらが冷媒配管１６で接続されてこの順に冷
媒が循環するようになっている。冷媒は、導電性がなく
金属を錆びさせない材質のもの、例えばＲ１３４ａフロ
ン等が用いられる。

【００１４】コンプレッサとしてのコンプレッサー一体
型オルタネータ１１は上記駆動軸より伝達される内燃機
関６１の動力により、冷媒を圧縮し、高温、高圧化して
送出するようになっている。コンデンサ１２は車両８の
フロントグリル８３に面して設けられ、走行風を受ける
ようになっている。レシーバ１３は冷媒を気液分離し、
余剰冷媒を蓄えるようになっている。膨張弁１４はコン
プレッサー一体型オルタネータ１１に設けた、後述する
感温筒と接続され開度が調整されるようになっている。
エバポレータ１５は車室８１内に開口するダクト７１内
に設けてある。ダクト７１には、上流側にモータ７２１
で作動する送風用のブロワファン７２が設けられ、エバ
ポレータ１５で放熱した低温の空気を効率よく車室８１
内に供給するようになっており、冷凍サイクル１が車室
８１の冷房システムとしても機能するようになってい
る。なお、車室８１内の冷房が不要のときはエバポレー
タ１５から図略のバイパス路に切り換えられ膨張弁１４
からの冷媒はバイパス路を通ってコンプレッサー一体型
オルタネータ１１に流入するようになっている。

【００１５】図２はコンプレッサー一体型オルタネータ
１１の断面図である。コンプレッサー一体型オルタネー
タ１１のハウジング（以下、一体ハウジングという）２
はオルタネータ部１１１のハウジング２ａとコンプレッ
サ部１１２のハウジング２ｂとを一体としたもので、ス
テー６４により内燃機関６１に固定してある。一体ハウ
ジング２は両端閉鎖の筒状体で、２つの隔壁２４，２５
で３つの空間部２０１，２０２，２０３に分割されオル
タネータ室２０１、コンプレッサ室２０２、アキュムレ
ータ室２０３としてある。

【００１６】一体ハウジング２の周壁２１には図の左上
位置に貫通穴２０４が形成され流入口２０４としてあ
る。流入口２０４にはエバポレータ１５（図１）に達す
る冷媒配管１６（図１）が接続される。周壁２１には図
の下方位置に連通路２０７が形成してある。連通路２０
７はその一端２０５がオルタネータ室２０１に開口し流
出口２０５としてあり、他端２０６が周壁２１内周面よ
りコンプレッサ室２０２に開口し吸入口２０６としてあ
る。またコンプレッサ室２０２とアキュムレータ室２０
３の隔壁２５には略軸芯位置に貫通穴２０８が形成され
て吐出ポート２０８としてある。また底壁２３に貫通穴
２０９が形成してあり吐出口２０９としてある。吐出口
２０９にはコンデンサ１２（図１）に達する冷媒配管１
６（図１）が接続される。

【００１７】一体ハウジング２には軸芯位置に底壁２２
および隔壁２４を貫通する駆動軸３１が設けてある。駆
動軸３１は底壁２２および隔壁２４にそれぞれ嵌設した
ベアリング３３，３４により一体ハウジング２に回転自
在に支持されるとともに、一端にはプーリー３２が同軸
に設けてあり、プーリー３２には内燃機関６１の動力を
伝達するベルト６３がかけられている。

【００１８】オルタネータ室２０１には発電機構４が収
容される。発電機構４はロータ４１が駆動軸３１と一体
に設けてあり、駆動軸３１を中心に回転するようになっ
ている。駆動軸３１の周面には一対のスリップリング４
２が設けてあり、これへロータ４１のロータコイル４１
１の両端が引き出されている。スリップリング４２に垂
直にブラシ４３が設けてあり、その先端はスリップリン
グ４２と接触導通している。ブラシ４３の基端と一体ハ
ウジング２の周壁２１内周面の間には、スプリング４４
が設けてあり、ブラシ４３をスリップリング４２に押し
付けるようになっている。隔壁２４面にはレギュレータ
４５が固定してある。レギュレータ４５はバッテリ７４
（図１）からブラシ４３を介してロータコイル４１１に
供給される電流を制御するようになっており、ロータコ
イル４１１にはロータコイル電流に応じた界磁磁束が発
生するようになっている。

【００１９】ロータ４１に同軸にこれを囲むようにステ
ータ４６が設けてあり、内燃機関６１の動力によりロー
タ４１が回転すると交流電力を発生するようになってい
る。隔壁２４面にはレクチファイヤ４７が固定してあ
り、ステータ４６で発生した交流電力を直流に整流する
ようになっている。整流された直流は電気負荷７３およ
びバッテリ７４（図１）に供給される。

【００２０】コンプレッサ部１１２はスクロール方式の
もので、コンプレッサ室２０２には可動スクロール５１
と固定スクロール５４とを備えている。固定スクロール
５４は隔壁２５に、吐出ポート２０８を中心とする渦巻
き状のガイド５４１を形成したものである。一方、可動
スクロール５１は略円盤状の円盤部５１１に固定スクロ
ール５４と略同形のガイド５１２が形成されたもので、
隔壁２５から固定スクロール５４のガイド５４１の高さ
だけ間隔をおいて固定スクロール５４と対向する位置に
設けてある。

【００２１】可動スクロール５１は従動クランク機構５
２を介して駆動軸３１と接続してある。従動クランク機
構５２は円形のクランク部５２２が駆動軸３１に対して
偏心した位置に、カウンタウェイト５２１を介して駆動
軸３１と接続してあり、駆動軸３１の周りに公転運動す
るようになっている。クランク部５２２はベアリング５
２３を介して可動スクロール５１と接続してある。可動
スクロール５１にはその自転を防止する自転防止機構５
３が設けてある。自転防止機構５３は、筒状のスペーサ
５３２にこれよりもやや長寸のピン５３１が挿通せしめ
てあり、ピン５３１の一端は可動スクロール５１に設け
られた穴部５３５に圧入され、他端は隔壁２４に設けら
れた凹部５３４に遊嵌せしめている。可動スクロール５
１は従動クランク機構５２および自転防止機構５３によ
り、自転することなく一定の姿勢を保ちながら駆動軸３
１の周りを公転するようになっている。

【００２２】可動スクロール５１の公転運動により両ス
クロール５１，５４のガイド５１２，５４１間に形成さ
れる空間が縮小し、吸入口２０６より吸入された冷媒は
ガイド５１２，５４１に沿って圧縮されながら吐出ポー
ト２０８方向に送られ圧力が上昇するとともに温度が１
００°Ｃ以上に上昇するようになっている。

【００２３】アキュムレータ室２０３には吐出ポート２
０８位置に弁５５が設けてあり、コンプレッサ室２０２
より圧縮されて吐き出される冷媒を一定の圧力に保つよ
うになっている。

【００２４】また一体ハウジング２の周壁２１には連通
路２０７に沿って感温部たる感温筒１７が設けてあり、
連通路２０７を通る冷媒の温度に応じて感温筒１７内の
気体圧力が変化するようになっている。気体圧力に応じ
て膨張弁１４（図１）の開度が調整され連通路２０７を
通る冷媒の温度が一定、例えば５°Ｃに保たれるように
なっている。

【００２５】上記オルタネータ冷却装置の作動を図１，
２，３により説明する。図３は冷凍サイクル１を循環す
る冷媒のモリエル線図である。図中、冷媒の飽和蒸気
線、飽和液線を破線で示した。

【００２６】冷媒はコンプレッサ部１１２で内燃機関６
１の動力により圧縮され、高温、高圧（Ｐd ）の冷媒と
なって（Ｍ１）コンデンサ１２に流入する。コンデンサ
１２に流入した冷媒は車外より供給される走行風等によ
り冷却され、低温の液化冷媒となって（Ｍ２）レシーバ
１３を経て膨張弁１４に流入し、ここでＰd からＰsに
減圧して低温低圧の気液混合状態となる（Ｍ３）。なお
レシーバ１３には余剰冷媒が蓄えられる。

【００２７】冷媒は膨張弁１４からエバポレータ１５に
流入する。ダクト７１のブロワファン７２から供給され
る空気はエバポレータ１５で冷媒と熱交換し冷気となっ
て車室８１内に供給される。一方、冷媒はブロワファン
７２から供給される空気から吸熱し一部が気化する（Ｍ
４）。

【００２８】冷媒はエバポレータ１５を経てオルタネー
タ部１１１の流入口２０４からオルタネータ室２０１に
流入し、オルタネータ室２０１を通って流出口２０５よ
り連通路２０７に向かう。冷媒は、オルタネータ室２０
１を通るとき、ロータ４１やステータ４６等の発電機構
４と、その表面において直接熱交換することにより液化
冷媒が気化し、さらに加熱されて過熱蒸気（Ｍ５）とな
る。一方発電機構４はこの熱交換により冷却する。

【００２９】連通路２０７を通って吸入口２０６よりコ
ンプレッサ室２０２に流入した冷媒は再び圧縮され、高
温高圧の冷媒となって（Ｍ１）アキュムレータ室２０３
を経てコンデンサ１２に流出する。

【００３０】しかしてコンプレッサー一体型オルタネー
タ１１の発電機構４はオルタネータ室２０１内の発電機
構４が全体的に冷却される。しかも低温（５°Ｃ）の冷
媒による冷却のため冷却液による冷却に比べて低い温度
まで冷却されるから、発電効率が高められる。

【００３１】（第２実施形態）図４は本発明の第２の実
施形態を示すもので、図１の冷凍サイクル１においてレ
シーバ１３を省略し、エバポレータ１５とコンプレッサ
ー一体型オルタネータ１１を接続する冷媒配管１６の途
中にアキュムレータ１３Ａを設けたものである。図５は
この冷凍サイクル１Ａを循環する冷媒のモリエル線図で
ある。図４および５中、同一番号を付したものは実質的
に同じ作用をするので第１実施形態との相違点を中心に
説明する。

【００３２】この冷凍サイクル１Ａではエバポレータ１
５からアキュムレータ１３Ａに流入した冷媒はここで気
液分離されて気化冷媒のみが取り出される（Ｍ４）。こ
の気化冷媒がオルタネータ部１１１のオルタネータ室２
０１に流入し、オルタネータ室２０１において冷媒はオ
ルタネータ部１１１の発電機構４と潜熱ではなく顕熱の
みによる熱交換を行う（Ｍ５）。しかして本実施形態で
は、冷媒の発電機構４からの吸熱量がやや小さくなる。
したがって大きな冷却能力が必要のない小規模の電気容
量の車両に好適である。また本実施形態ではコンプレッ
サ室２０２に液化冷媒が吸入されないので感温筒１７に
よる膨張弁１４の開度調整が容易になる。

【００３３】（第３実施形態）本発明のオルタネータ冷
却装置を用いた高効率の暖房装置の例を図６に示す。図
１の冷凍サイクル１において車両８のフロントグリル８
３に面してコンデンサ１２に代えてエバポレータ１５Ａ
を設け、ダクト７１内にはエバポレータ１５に代えてコ
ンデンサ１２Ａを設けたもので、冷媒はコンプレッサー
一体型オルタネータ１１、コンデンサ１２Ａ、レシーバ
１３、膨張弁１４、エバポレータ１５Ａの順に循環する
ようになっている。図６はこの冷凍サイクル１Ｂを循環
する冷媒のモリエル線図である。図６，７中、図１，３
と同一番号を付したものは実質的に同じ作用をするので
第１実施形態との相違点を中心に説明する。

【００３４】冷媒はコンプレッサ部１１２で圧縮され、
高温、高圧の冷媒となって（Ｍ１）コンデンサ１２Ａに
流入する。コンデンサ１２Ａではブロワファン７２から
供給される空気が冷媒と熱交換し温風となって車室８１
内に供給され車室８１内が暖房される。一方、冷媒はブ
ロワファン７２から供給される空気ヘ放熱し液化する。

【００３５】レシーバ１３に流入した冷媒はここで気液
分離して、液化冷媒のみが取り出される（Ｍ２）。この
液化冷媒が膨張弁１４に流入する。

【００３６】膨張弁１４では液化冷媒はＰd からＰs に
減圧して低温低圧の気液混合状態となり（Ｍ３）、エバ
ポレータ１５Ａに流入する。エバポレータ１５Ａに流入
した冷媒は車外よりフロントグリル８３を通って供給さ
れる走行風により吸熱して気化冷媒が増加しエンタルピ
が上昇する（Ｍ４）。

【００３７】冷媒はエバポレータ１５Ａを経てオルタネ
ータ部１１１の一体ハウジング２に形成された流入口２
０４からオルタネータ室２０１に流入し、冷媒がオルタ
ネータ室２０１を通るとき、冷媒はロータ４１やステー
タ４６等の発電機構４とその表面において直接熱交換す
ることにより、液化冷媒が気化し、さらに加熱されて過
熱蒸気となる（Ｍ５）。一方発電機構４はこの熱交換に
より冷却する。これにより第１実施形態と同様に発電効
率が向上する。

【００３８】気化冷媒は第１実施形態と同様に連通路２
０７から再び回収される。

【００３９】冷凍サイクル１Ｂにおいて、暖房に供され
る熱量はコンデンサ１２Ａの放熱量すなわち状態Ｍ１と
状態Ｍ２のエンタルピ差により行われるが、この差はオ
ルタネータ部１１１の冷却量すなわち状態Ｍ４と状態Ｍ
５のエンタルピ差だけ大きくなるから高い効率で暖房が
行われる。しかもコンプレッサ部１１２により高温にな
った冷媒との熱交換により暖房が行われるので乗員が良
好な暖房感が得られ、冷却効率との両立を図ることがで
きる。

【００４０】なお上記各実施形態ではコンプレッサ部の
方式をスクロール型としたが、列型、斜板型、ワッフル
型、ベーン型、スクリュ型等の方式とし得る。

【００４１】オルタネータとコンプレッサとを一体とし
たが、必ずしもこれに限定されるものではなく別体とし
てもよい。この場合、オルタネータのハウジングに形成
される流出口と、コンプレッサのハウジングの吸入口と
を冷媒配管で接続し、これを連通路とすればよい。

【００４２】膨張弁の開度の制御は感温筒の気体圧力で
行う構成としたが、感温筒に代えて連通路を流れる冷媒
の温度を検出する温度センサを設け、かつ温度センサの
出力信号に応じてモータにより膨張弁の開度を調整する
構成としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のオルタネータ冷却装置の全体ブロック
図である。

【図２】本発明のオルタネータ冷却装置の要部の断面図
である。

【図３】本発明のオルタネータ冷却装置の作動を説明す
るグラフである。

【図４】本発明の別のオルタネータ冷却装置の全体ブロ
ック図である。

【図５】本発明の別のオルタネータ冷却装置の作動を説
明するグラフである。

【図６】本発明のオルタネータ冷却装置を用いた暖房装
置の全体ブロック図である。

【図７】本発明のオルタネータ冷却装置を用いた暖房装
置の作動を説明するグラフである。

【図８】従来のオルタネータ冷却装置の要部の断面図で
ある。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ 冷凍サイクル １１ コンプレッサ一体型オルタネータ １１１ オルタネータ部（オルタネータ） １１２ コンプレッサ部（コンプレッサ） １２，１２Ａ コンデンサ １４ 膨張弁 １５，１５Ａ エバポレータ １７ 感温筒（感温部） ２ 一体ハウジング ２ａ，２ｂ ハウジング ２０４ 流入口 ２０５ 流出口 ２０６ 吸入口 ２０７ 連通路 ４ 発電機構 ８１ 車室

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を高温高圧にするコンプレッサと、
   冷媒を液化せしめるコンデンサと、液化冷媒を膨張せし
   めて低温冷媒にする膨張弁とを具備する冷凍サイクルを
   形成し、冷凍サイクルでつくり出される低温冷媒により
   オルタネータを冷却するオルタネータの冷却装置であっ
   て、発電機構が格納されるオルタネータのハウジングを
   液密に構成するとともに、該ハウジングに低温冷媒をハ
   ウジング内に流入せしめる流入口と、ハウジング内に流
   入した低温冷媒をハウジング内から流出せしめる流出口
   とを形成したことを特徴とするオルタネータ冷却装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のオルタネータ冷却装置に
   おいて、上記ハウジング内より流出する冷媒の温度を検
   出する感温部を設け、上記膨張弁を、その開度が感温部
   で検出される冷媒温度に応じて増減するように設定した
   オルタネータ冷却装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２いずれか記載のオルタ
   ネータ冷却装置において、上記コンプレッサのハウジン
   グをオルタネータのハウジングと一体に構成し、これら
   ハウジングが一体化した一体ハウジングにオルタネータ
   のハウジングの上記流出口と、コンプレッサの冷媒の吸
   入口とを連通せしめる連通路を形成したオルタネータ冷
   却装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３いずれか記載のオルタ
   ネータ冷却装置を用いた暖房装置であって、上記冷凍サ
   イクルには上記膨張弁の下流に外気から吸熱して冷媒を
   加熱するエバポレータを具備せしめ、上記コンデンサに
   おいて冷媒との熱交換により加熱した空気を車室内に供
   給して車室内の暖房をする暖房装置。