【自動車】オルタネーターの仕組み 制御→発電→整流はどう行う?

【自動車】オルタネーターの仕組み 制御→発電→整流はどう行う?

 

【書き起こし】【自動車】オルタネーターの仕組み 制御→発電→整流はどう行う?

(00:03) みなさんこんにちはメカのロマンを探求 する会今回のお題はこれ 自動車のオルタネーターの仕組みのの多く の自動車はガソリンエンジンで走行してい て燃料はガソリンですよね ところが実際に自動車で走るためには電気 もたくさん必要です そもそもガソリンエンジンは電気で転嫁 するため グローエンジンなどの特殊なタイプ得ない 限り電気は必須になります その電気はエンジンで発電機を回すことに よってています ということで今回は自動車の発電機 オルタネータについて調べてきましたので ご紹介したいと思います オルタネーターはどこにある自動車の発電 機たるオルタネーターは床についているの でしょうか エンジンの働きを補助する機器を放棄と いって多くはエンジンの回りに取り付いて います オルタネーターも保木の一つでエンジンの 外側に置かれていて こんな感じでクランクシャフトとプーリ ベルトで連結されています
(01:06) ベルトで力を伝えるのはエンジンの回転力 を外側に取り出す目的もありますが プーリーのサイズを非対称にすることに よって回転数に変化を与えています プーリーのサイズの比率はオルタネーター がお市とすれば クランクシャフトラーが2程度になります ということはオルタネーターはグラン9 シャフトの役に前の回転数で回されてい ます [音楽] オルタネーターの中身 発電機と電動機はほぼ同じ構造だと聞いた ことがある方も多いかと思います 実際その通りで車のオルタネーターも ウォーターのような構造しています オルタネータの中身はこのようになってい ます 前から見ていくとクランクシャフトの回転 を受けるプーリー そこからシャフトがお尻まで貫いています あとはシャフトを支えるベアリングが前後 にあります シャフトの真ん中くらいには電線を ぐるぐる巻きにしたコイルがあります この形状なかなか面白いですよね オルタネータの回転する部分全体を
(02:11) ローターと言います ローさんのコイルは全治約になるのが仕事 で n 極 s 極が axial 方向 に並ぶように設置されています モーターではラジアル方向にを兼ねている のが普通ですよね オルタネーターのローター超える事態は シャル方向に向いていますが 鉄でできた子が前後から超えるを手で つかんでカバーするようになっているので その指ごとに n 極と s 極になって 交互に nsns という二極を持つよう になる構造です このローターが回転することによってある 一点から見た場合の二足の変化を生み出し ます 簡単にいうとこの部分には msn sns という変化が与えられるということです その no たーーーーの外側にもコイル があります ローター構成する内側のコイルはプーリー からの回転で回されるのに対して外側の こっちのコイルはケースに固定されていて ステーターコイルとなっています
(03:16) ローターが作る磁場の変化をステーター コイルが受け取って実際に電気を作り出し ます このあたりは後でもう少し詳しくお話しし ます 吠えるたちの後ろにスリップリングと ブラシという機構があってこれが回転する 超えるに電力を供給します さらにその後ろの部分のケースには レクチファイアという装置があります これは日本語で言うと整流器ですね外側の コイルが生み出す電気は交流なので レクチファイヤで直流に変換してから オルタネーターの外に出しています レクチファイヤーダイオードで構成されて いて普通は6個または8このダイオードが 組み込まれています この数はとても重要なポイントなので後で 詳しくお話しします どうやって発電する コイルは天邪鬼 オルタネーターは現柔道という原理を使っ て発電しています オルタネータの構成部品の中でステーター コイルに注目します ぽいるは磁石が近づいたり遠ざかったり
(04:20) するとそれに赤が嘔吐します 具体的にはコイルに磁石の n 極を 近づけると こういうの弱に近い部分が n 極になっ て反発しようとします これは s 極でも同様です 逆に近くにあったり酌の n 極が 離れようとすると s 極になって離れて いくことに抵抗します この弱が近づいたり離れたりというのは コイルに1足の変化を与えているという ことです その変化をなるべく抑えようとする特性が コイルにはあります 実際にはぐるぐる巻きのコールでなくて1 本の同戦でも泥です この時コイルには n 曲や詞曲が発生 すると同時に誘導電流という電流が流れ これを外に取り出すというのが発電機の 基本的な仕組みです ここで大事なのはコイルは利息の変化に 争うという部分です 例えばめちゃくちゃ強力なネオジム磁石を 用意したとしてそれをコイルに近づける
(05:24) 瞬間には電圧が発生しますが動きが なくなると電圧はゼロになります 自動車のオルタネーターの場合この自足の 変化を起こすのがエンジンでもあされる ローターの電磁石でこれが回転することに よって ステーターのコイルを出入りする持続を 変化させていきます 一の瞬間はローターの n 極が超えるに 最接近していますがコールを通る自足の 変化はしない瞬間なのでコイルが生み出す 電圧はゼロになります にの瞬間は n 極が離れて4曲が近づい てきます だからコイルは自身のローターに近い顔 s 極にして離れていく n 極を 引き留めようとしつつ 近づいてくる s 極に反発しようと申し ます この時コイルは電磁誘導によって電圧を 作ります さんの瞬間は s 極が最接近していて ホイルを通る自足の変化はないためまた 電圧はゼロになります 4の瞬間は s 極が跳ねて n 極が 近づいてくるのでコイルのローターは n
(06:31) 極になります でもにの時とは逆の曲になるため 超えるが生み出す電圧の逆になります オルタネータはこれを延々と繰り返して 合流電流を乱します この解説ではコイルを一つとしていますが 実物はローターの周りを複数のコイルが 取り囲んでいて効率よく発電できるように なっています なんで永久磁石ではないのか オルタネーターのローターは電着になるん でしたよね でもこの電車区は特に磁極が切り替わる ことがありません それなら永久磁石でもいい気がするのです がレンジャクなるのには理由があります それはローターの磁界の強さを可変に できるからです オルタネーターが生み出す電圧は状況に よって変わります 例えばエンジンの回転数が上昇して オルタネーターのローターの回転数が 増えるとホイールから出てくる電気の電圧 は増えます また例えばラジエーターファンが回り始め て負荷が大きくなるとたとえ同じ回転数で オルタネーターが回っていても
(07:37) ホイールから出てくる電圧は降下して しまいます これでは困ってしまうのでオルタネーター のローターは恋着としておいてこれに流す 電流を増減させることによって ステーターの超えるから出てくる電気の 電圧を間接的に制御していますローター コイルにかける燃圧を大きくすれば多くの 電流は流れその分次回が強くいます そうするとステーターを出入りする自足の 最大値が大きくなるので ステーターのコイルから出てくる電気の 電圧も大きくなります 出力電圧を下げたい時にはローターの コイルにかかる電圧を下げ 便利を減らすと次回が弱くなって主力電圧 も低下します スリップリングとブラシ ローターの母はレンジャクになっていて これに流す電流を変化させることで2 ネーターの出力を変えるというお話をし ました ここで問題になるのはオルタネーターが 回転しているということです 何も考えずに電線でローターを接続して
(08:41) しまうとローターが回っていったねじ切れ てしまうので回転する老体の電力供給には ひと工夫必要ですそれがスリップリングと ブラシです ローターにはリングが設置してあって ケース側にはブラシがあります こういう構造にすることで回転するリング にブラシから電力を供給することができ ます dc モーターや dc ジェネレーター のコミュテーターとブラシの関係と似てい ますが異なる点もあります それはコミュテーターが書いてに伴って 設定を切り替えていくのに対してスリップ リングと暮らしは接点の切り替えを行い ません だからあクシャル方法に2段に並べられて いてそれぞれのスリップリング専用の ブラシを持っています 一方の米体たアートブラシは同じ平面上に ブラシが並んでいますよね オルタネーター generator ダイナモは何が違うのか 発電機を指す言葉として自動車の場合は オルタネーターがよく使われます でも自転車はダイナモですし飛行機は
(09:45) ジェネレーターと呼びます これらの違いは何なのでしょうか まずはオルタネーターです この語源はオルタネイトですね オルタネイトというのは代わりのとか交互 にくるというような意味で current と組み合わさって交流を意味します それを生み出すので oor をつけて オルタネーターになります だから直流発電機はオルタネーターとは 呼びません 正しい自動車の場合は整流器も含めて オルタネーターという部分彼があるよで オルタネーターから出てくる電気は整流子 の直流になります 次にジェネレーターですこれは生み出す やつで発電機という意味合いなのでどんな 場面にも使える便利な言葉です 最後にダイナモですラインなのは発電機と いう意味なのですが今ではもっぱら直流 発電機を指します でも注意しなければならないのは自転車の 発電機です自転車の発電機は一般的に ダイナモと呼ばれますが実は交流発電機な
(10:49) んですよね たまにダイナモの代表例として自転車の 発電機があるという解説を見かけます ダイナモ直流発電機とするならばこれは 間違いになるので気をつけたほうがよさ そうです レクチファイアの仕組み レクチファイヤというのは交流を直流に 変換する整流器を意味します フォルターネーターのステーターコイル から出てくる電流は交流です これは固定してあるコイルに対して n 極 と s 極が縫合に配置されている ローターが横切り持続の向きが内側と外側 に切り替わるため発生する電圧の向きも それに応じて変わるからですね オルタネーターが作る電離は三相交流と 呼ばれるもので基本的には電線が3本で1 セットとなります 酸素交流は電線を無駄なく使えるため電力 を送電するときによく用いられます 家の近所の電線も高いところにある高圧円 も3本で1セットの三相交流なのが分かる と思います
(11:53) 家に引き込む時はそれを電線日本の単走に しています 中性線を持つ単相3線式というものもあっ てちょっとややこしいですけどね 三相交流は電線のつなぎ方でスター結線と デルタ結線の2種類が存在します スター結線の場合真ん中に中性点というの ができてこれをアースすることが多いです 例えば飛行機の発電機である idg から は4本の線が出ていて3本+中性線で トータル4本になっています 自動車のオルタネーターを模式的に書くと こんな感じになります 外側に3つ並んでいるのがステーター コイルで違うにエンジンからプーリー経由 でもあされるウォーターのコイルがあり ます ステーターの3つのコイルは火パ側が一点 に集中していてここが中性点です つまりスター結線ですね 自動車の主電源系とは直流なので生み出さ れた交流を直流にする必要があってそれを
(12:57) 行うのがレクチファイヤで 複数のダイオードからなるコンポーネント と言えます ダイオードはいわば逆支弁のような電子 部品で決まった方向にしか電流を流しませ ん 電気を水の流れに努めるとへのような イメージになります 左から右には電気を流しますが右から電圧 をかけてもベンリィは流れません ただしそれにも限界があってあまり大きな 電圧をかけるとどうあが破られて逆電流に 突破されてしまいます この代表度を組み合わせてダイオード ブリッジという回路を形成します 三相交流を全波整流する時には6つの ダイオードが必要です この写真ちゃんと6つのダイオードが見え ますよね コイルからの電線にろハート名前を付け ます 三相交流は3本の線にそれぞれ120度 ずれた正弦波となる電圧がかかります これを直流に直すということはプラスと マイナスに振り分けるということです 連圧というのは電位の差なのでダイオード
(14:03) によってその瞬間の一番高い山と一番低い たにのさ 連鎖を抜き出していきます 電圧の低い点を0 v と設定すればそこ から+顔に抜き出した分を足して直流出力 の電圧になります車のオルタネーターの コイルはスター結線されています その中で銃声点は基本的に電圧がゼロです いいのグラフが一番高いときはフランス1 ボルト その時のロッド派はマイナス0.5ボルト になっています 実際にはこんなに低い電圧ではないです けどね 配線を見てみるとコイルが直列になって いるので電圧は俊山されます この瞬間は合計で1.5ボルトの電位差が 生まれこれを出力とすることができます さて三相交流の全波整流のパターンは6 種類あります ダイオードは一方向にしか電流を流しませ ん 例えばグラフの a の瞬間を見てみます いの電圧が一番高く路が一番低いですよね 電気は高い所から低い所に流れます
(15:11) いいから来た電気は一番左の代表同列に 挟まれています でも4番の代表度に対しては逆ムキーなの で流れられず 一番ダイオードに抜けていきます その次に番3番内容度は逆ムキになるので 通れませんだから電装品に相当する付加に 流れていきます ここの電線はプラスになります 負荷を問うた電流は4番5番6番の ダイオードどれでも選べそうなのですが 電気は高い所から低い所に流れるので一番 低いどのコイルに向かって流れていきます これはすなわちマイナスですね 時間が少し経ち b です この時電圧が一番高いのは意のままですが 電圧が一番低くなるのが路から端に変わり ます その時頭の上半分は同じなのですが 最後に流れるのが路ではなく葉の電線に なります さらに時間がたって c はどうでしょう か 電圧が一番低いのは反応生なのですが今度
(16:15) は一番高いのがのになりますだから流れは こういうふうにあります こんな感じで全部で6パターンの電流の 流れ方がありそれぞれにダイオードが機能 してどんな風に電流が流れても 大王のブリッジを出るときにはプラスと マイナスにきちんと仕分けられています ちなみにダイオードは電気の逆止弁と言い ましたが意外と料金が高くつきますどんな 状態でも電圧が0.7ボルト程度かかる ようなパーツです これを順方向電圧といます 抵抗器であれば電源電圧や直列接続されて いる負荷によってかかる電圧が変わります が ダイオードは常に0.7ボルド程度を自動 を徴収します 車を運転しているとき多めに電装品を使っ たとして50アンペアの電流を オルタネーターから取り出した場合 代表とブリッジ全体で鳴らして50 アンペアの電流が流れます 代表のブリッジはダイオードを2つ通過し ます だから順方向電圧は2倍の1.4ボルトに
(17:19) なって消費電力は50アンペアかける 1.4ボルトで70 w ですね 70 w も引いたってそこそこ暖かいと 思います 半導体は熱に弱いのでしっかり冷却して あげないと自身の熱ですぐに壊れてしまい ます だからオルタネーターの構造もダイオード をしっかりと冷却できるような作りになっ ていますなおダイオードお皿に2つ追加し て8ことしたレクチファイアもあります 中性点は電圧が0だと言いましたが実は いろんな要因で電流が流れ結果として0 v ではなくなることもあります その忠誠10-0ではない電圧 most に取り出そうというのが中性点台をの月 オルタネーターです ダイオードを2つ追加するだけで高回転時 のオルタネーターの主力が10%程度も 向上するようです 修正点第8部のアリナシ どちらのタイプは普及しているの子は ちょっとわかりませんでした 詳しい方コメント頂けると嬉しいです
(18:23) voltage regulator 自動 車乗るたネーターはローターのコイルの 電流を制御することによってポルタ ネーターの出力電圧を調整するのですが その老体の電流はどのように制御するの でしょうか その方法には主に3つあります 接点式 voltage regulator カーボンパイル織 レギュレーター ic 式 voltage regulator それぞれの代表的な回路をご紹介します 接点式 これは一番シンプルな方法ですね ステーターの交流と並列ローターに直列に レンジャクが用意されています それに抵抗器があって電流がこの抵抗器を バイパスするかしないかローターを バイパスするかしないかの3つの選択肢で ローたいので引力を制御します ローターの電圧が低い時この場合現地役会 を開いた目接点が上顔についてます そうするとローターに向かう電流は わざわざ抵抗を通らず抵抗器をバイパスし てローターまで到達し大きな電流が流れ
(19:29) ます つまり発電能力が高まりステーターの電圧 が上がります ステータの電圧が上がってくると レンジャクが強くなり接点を下に引っ張り この接点が宙ぶらりんの状態になります この状態にはバイパス経路が切れてしまっ ています なのでローターに流れる電流は抵抗器を 通らざるをえなくなりローターに供給さ れる電流が小さくなり8000する電圧も 小さくなります さらに電圧が高くなった場合にはした顔 接点がクローズします そうすると今度はローターの回路がループ 状態にあって一切の電流が流れなくなり 発電が止まってしまいます この産卵会の切り替えを1秒間に数十回 から数百回という高速で繰り返して発電量 を制御しています カーボンパイル織 車のオルタネーターにカーボンファイルが 使われているというのはあまり聞かないの ですがせっかくなのでご紹介しておきます カーボンをパイルつまり積層したパーツを
(20:33) 使用した構造になっています カーボンパイルは押しつぶされると電気 抵抗が小さくなるという特性があります だから電磁石と組み合わせることによって 上のような回路を作っておきます 作動時はカーボンファイルがブーイングで 潰されています 発電する電圧が小さい時は電池役は弱い ため カーボンファイルはスプリングで 押しつぶされています そうすると電気抵抗が少ないためローター の濃湯にたくさん電気が流れます逆に発電 電圧が大きくなるとレンジャクが強くなっ ていきます それに伴ってスプリングに打ち勝って カーボンパイルが引き伸ばされ電気抵抗が 大きくなってローターに流れる電流が 小さくなりますます ic 式 暗紫色は電圧の大将でドアを開け閉めする ツェナーダイオードと9回のではスイッチ として機能するとランディスターが主な 個性部品です 今時の自動車はみんなこれを使っています 先ほどダイオードは逆方向には電気を流さ
(21:37) ないが限界を超えるとドアを破られる的な ことを言いました せなんだよ度はこのドアが破られるという のを逆に利用してしまう代表ド s ド m ですよね ちなー内容度は設定された電圧までは逆 電流を通さないのですが 設定値以上の逆電圧がかかると連流が流れ 始めるダイオードです その後は一定の電圧が自身にかかるように 通過する電流を調整してくれます半導体に 婦人物を混ぜることによって逆電流の電圧 に対する耐性を落としています ic 式の a greater では 一定者の霊圧がかかると電流が流れると いう特性を利用します トランジスターは3本アシェベース エミッタコレクターという名前がそれぞれ に与えられていますこの中でベースと エミッターを流れる電流によってこれ くたっとエミッタ間に流れの電流を6段階 に制御できるというか増幅できます 水の流れで例えると小さな水の圧力と流れ でバルブを動かし大きな流れを制御すると
(22:43) いうイメージです ic 式 voltage regulator の回路はこのように なっています イグニッショントレンドを知っていたりも するのですが オルタネーターを語る上ではあんまり関係 ないので省略します この回路で指揮を執るのはせなぁ ダイオードです ヒゲが生えているので指揮官には適役です よね このテナー第4土がトランジスタ b を 操作しトランジスタ日がトランジスタ会を 操作するような形となります もう計3つのスイッチがあると考えると 簡単に理解できます まずは発電される電圧が小さい場合です このとキッズなぁ第4土の防御は破られて いないため電流は流れません つまりトランジスタ b には電流が流れ ないので コレクタとエミッタかのドアは閉じられて います トランジスタ a はどうかというと ベースに電圧がかかっている状態のため エミッターまで電流が流れますこれで コレクタとエミッタ間のドアを開きます これを踏まえて流れを見ていきましょう 電源はオルタネータの主力のプラス側から
(23:47) no たーーーーを経由して ic に 入っていきます この時オルタネーターからの電気によって ドアが開かれているトランジスタ会を通過 できます だからローターを抜けてきた電気は せき止められることなくマイナスに流れて いきます 回路がつながっているということは ローターには何の不自由もなく電流が流れ ます 連圧が上がるとどうなるのでしょうか うろたネタかの電圧が十分に上がると セラー第4土が電圧に負けて電流を流し 始めますそうするとトランジスター b に はこんな風にベースからエミッタに電流が 流れ始め コレクタエミッタ間のドアが開きます そうするとトランジスタ b に電流が 入りそのままマイナスに捨てられます このとランディスたリーが捨ててしまう 電流は本来はトランジスタ a のベース に流れるはずだった連流なので a のベースに年圧がかからなくなります トランジスタ会はスイッチ off の 状態になります 結果としてローターのコイルの回路は
(24:51) ループになってしまって電圧の差が なくなるつまり電流は流れなくなります これでコイルは電着になれず発電量はほぼ ゼロになります こうやって ic によってこういうの 例示をオンオフして発電を制御します とはいっても今の車もこんな回路なんです かね おそらくもっと賢いハイテクな入り方で 電子制御しているのだとは思います このような感じで事業者のオルタネーター は一定の電圧を発電し直流として外に 取り出していますレクチファイヤトイレん 圧制御といい半導体様々なのが分かると 思います ということで今回もご視聴ありがとう ございました このチャンネルでは今後につながる動画の ネタの募集しています 何かリクエストがあればコメント欄にお 願いします

#自動車
#オルタネーター
#電装系
#発電機
#車の仕組み
#自動車の仕組み
#発電
#自動車整備
#電気
#発電機
#ジェネレーター
#ダイナモ
#乗り物
#メカのロマン

関連記事一覧