オルタネーター

オルタネーターの概要

オルタネーターとは、主に自動車やオートバイ、小型航空機において電気を生成するための装置です。英語では「alternator」と呼ばれ、交流電流（AC）を生成する発電機の一種です。オルタネーターは、発生した交流電流を整流器を通じて直流電流（DC）へ変換し、バッテリーや電装部品に供給します。このような整流器を含めてオルタネーターと呼ぶことが一般的ですが、オートバイ特に原動機付自転車では、バッテリーを通さず交流のまま負荷につなぐこともあり、こうしたケースでは「ジェネレーター」と呼ばれることもあります。

基本的な原理

オルタネーターは、コイルを電機子、永久磁石を界磁として使用する永久磁石同期発電機の一種です。コイルと永久磁石とのrelativeな位置を変化させることによって、コイル内の磁束密度が変わり、電磁誘導により交流電流が生成されます。通常、永久磁石またはコイルの一方が回転し、もう一方が固定される形で回転子と固定子と呼ばれる構成に分かれます。また、リニアオルタネーターは、永久磁石とコイルの距離を直線的に変化させることで電力を発生させます。

自動車への搭載

自動車のオルタネーターはエンジンの回転を利用して発電します。発電した電力は、直流に変換されてバッテリーやコンデンサに蓄えられます。1950年代半ばから、イギリス製のオートバイに初めてオルタネーターが搭載され、以降自動車にも広く普及しました。昔は直流整流子発電機（ダイナモ）が使われていましたが、1960年代以降、オルタネーターに移行が進みました。オルタネーターは構造が簡単で高速回転が可能であり、アイドリング中でも発電を行える点が選ばれる理由となっています。

発電された交流電流は、ダイオードを用いた整流器を通じて直流電流に変換されます。この整流器はオルタネーターと一体化していることも多く、高回転時には電圧を一定に保つための電圧レギュレータが備わっています。古典的にはリレーや抵抗器を用いて電圧を制御していましたが、最近では集積回路（IC）でより効率的に行われています。

近年の技術進歩

オルタネーターは、時として発電時の抵抗が増加するため、社外品では固定子の改良によって負荷軽減が進められています。かつてはオルタネーターが常に発電を行っていたため、満充電のバッテリーでも電解液が減少することがありましたが、最近の車両では燃費向上を狙って、オルタネーターの発電量を抑えたり制御を行う技術が導入されています。これにより、エンジンブレーキ使用時に発電負荷を上げ、加速時には負荷を引き下げることで、燃料消費を抑える工夫がされています。

モーターとして駆動されるオルタネーターは、スターターとしても利用されるほか、ハイブリッドカーの一部ではその構造を利用し、エンジンをアシストする役割も果たしています。ハイブリッドモーターとして使用する際には、より高い出力を得るためにバッテリーボルトを上げ、必要に応じてDC-DCコンバーターを介して12Vで電力供給する仕組みもあります。

まとめ

オルタネーターは、現在の自動車において不可欠な電気生成装置として、進化を続けています。ハイブリッドカーなどの新技術においては、オルタネーターの機能を駆使したシステムが増えており、未来の車両におけるエネルギー効率化の鍵となっています。

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