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水冷式交流發電機利用水來代替風扇進行冷卻。交流發電機主要的發熱部位是定子，水冷式交流發電機重點冷卻部分就是定子及線圈繞組。發電機的前端蓋和后端蓋用鋁材制造，開有水道槽。定子及線圈繞組用合成樹脂固定密封，定子與轉子之間有鋁質圍板與水道隔離。水道與進水管和出水管連通，進水管和出水管分別與發動機冷卻水系統連通。

這樣，當發動機運轉時，冷卻水在發動機水泵的帶動下循環流動，通過發電機殼體，可以有效地冷卻定子線圈繞組、定子鐵芯，同時也冷卻轉子、內藏式調節器和軸承等其它發熱零部件。

水冷式交流發電機與風冷式交流發電機相比，內部構造復雜了，防漏密封要求提高了，成本也會增加。同時因聯接水管的問題，安裝布置也受到諸多限制，自由度減少了。但是，水冷式交流發電機的發電及低噪聲性能，是風冷式交流發電機無法比擬的。

首先，水冷式交流發電機具有良好的低速充電特性。我們知道，在交流發電機的電流特性曲線上有一個“拐點”，即超過所謂“0安培速度”之后才會有電流產生，電流上升到一定程度才能充電。在哪個轉速以上才出現“拐點”和達到可充電電流與勵磁電流的大小相關。

由于水冷式交流發電機大幅度抑制了定子、轉子及調節器的溫升，可以相應提高勵磁電流，勵磁電流越大輸出電壓也越高，因此當水冷式交流發電機低速轉動時也會有良好的充電表現，這種低速充電性能對城市用車的正常使用相當重要。

第二，水冷式交流發電機具有低噪聲。由于省略了風扇，所以不存在發電機風扇發出的噪聲。據介紹在3500轉/分時，水冷式交流發電機與風冷式交流發電機相比，噪聲要低15分貝。

水冷式交流發電機的優點被看好，認為是汽車發電機的發展方向。有人認為在12伏特汽車中，2500瓦以下適宜用風冷式交流發電機，2500瓦以上或者42伏特電系適宜用水冷式交流發電機。