オルタネータってなんだろう?バッテリーあがりって?”数式なし”で仕組みをイラスト付きで解説!

初めに

皆さんこんにちは!NORIと申します!

この記事では、「オルタネータってなに?どんな役割なの?バッテリーあがりはなぜ起こるの?」という疑問を持たれている方に向けて書いていこうと思います。

始めてお越しの方は、下のリンクより、私の電気資格経歴に関してご覧いただけます。

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普段は「電気主任技術者試験」という資格試験の受験者に向けて記事を書いていますので、数式が出てきます。

しかし今回は、「数式は一切なし」でイラストを設けながら、解説していこうと思います!(^^♪

オルタネータの役割ってなに?

まず、オルタネータの役割を簡単にいうと、「電気を発生させること」になります。

みなさんが乗っている車には、車内照明・カーナビ・USB充電器等々、いたるところに電気が使われていますね。

われわれが家庭で使う電気が「発電所」にてつくられて届られてくるように、車内で使用する電気も作る必要があります。

もし車に「電気を作る装置」がなかったらどうなるでしょうか?下の<画像1>を見てください。

もし「電気を作る装置」がなかったら、外から常に電気を供給する必要がありますね。こんな滑稽なことはありません(笑)

その「電気を作る装置」がオルタネータになるわけです。

オルタネータってなに?
オルタネータは、車内で使用する電気を発生させるための装置である。
というのが答えになります!!

オルタネータの構造ってどんな風?

では次にオルタネータの仕組みを見てみましょう!!実際の写真は調べれば出てきますので、ここではイラストで簡潔に説明したいと思います!

まずはオルタネータの外観を見てみましょう!↓<画像2>参照

ではこれを、中身が見えるように半分に切ってみましょう!

<画像3>

<画像3>のように、オルタネータを半分に切断して断面図を見てみると、右の図のようになります。主な構成としては、

  1. 固定子(ステータ)
  2. 固定子巻線
  3. 回転子(ロータ)
  4. 回転子巻線

となります。固定子と固定子巻線をひとくくりにして「固定子」といったり、回転子と回転子巻線をひとくくりにして「回転子」と言ったりすることもあります。

簡単に説明すると、固定子巻線には、発生した電気が流れて、外へ出ていきます。向かい合っている巻線がペアだと考えてOKです

回転子巻線は、回転子を磁石にするための電流を流す巻線になります。小学校?中学校?忘れましたが(笑)、電磁石覚えてますでしょうか?磁性体(金属)に導体を巻いて電流を流すと「右ねじの法則」の方向にN極S極が決まる磁石になるのでした。

電流を大きくしたり、巻き数を増やしたり、鉄心を太くすれば、磁場は強くなりますね!

オルタネータの回転子は、この電磁石verのものが多く使用されているようですね!(^^♪

「構造」に関しては、以上の事が大まかな説明になるかと思います!

では次に、どのようにして電気が発生するのかについて書いていきます。

電気が発生する仕組みってなに?

ではどのようにして電気が発生するのか見ていきましょう!

結論を言うと、ロータ(回転子)を何かしらの方法でぐるぐる回転させてやれば発電します。

順を追って見ていきましょう。

まず、初めにロータが静止している状態があります。この状態では、固定子に電気は流れていません。

<画像5>

次に、回転子を何かしらの方法で回転させます。この何かしらの方法というのは、車の場合エンジンによる動力です。エンジンをかけるとピストンが動き、いろいろな機構を経てローターを回転させます。

回転子が回転すると、「電磁誘導の法則」によって固定子巻線に電圧が発生し、電流が流れます。

この3つが大まかな発電プロセスです。

➂の電磁誘導の法則で発生する起電力(電圧)又は電流の方向は、「フレミングの右手」の法則によって求めることが出来ます。

フレミングの法則を忘れてしまった方は、下のリンクから思い出してみてくださいね(^^♪

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※補足~電流の方向の表現~
<画像7>中の「固定子巻線」には、〇の中に、「×」か「・」が書いてあります。
これは、電流の方向を表現するものになります。

ここで発生した電気は「三相交流」と呼ばれるものになります。

家庭用のコンセントは「単相交流100V」が一般的です。下に、「直流と交流」・「単相交流と三相交流」の違いを描いた画像を貼っておきます。

オルタネータで発電すると、「交流」が出てくるわけですが、この後一度「直流」に変換します。

なぜ交流→直流→交流と変換するの?

この見出しに対する答えは、「電気をためる(蓄電)」ためです。

前述しました通り、オルタネータの回転子はエンジンの動力により回転します。つまりエンジンが停止している状態では発電しないのです。

エンジンをかける時・エンジンを止めた状態で照明、カーナビ、その他の器具を使用するときにも電気は必要になります。そうです、これらの電気をバッテリーから持ってくるのです。

バッテリーはご存じの通り、放電(電気の使用)すれば、すっからかんになってしまいますので、電気をためる工程が必要になります。

電気は「交流」ではためることはできません。したがって、一度直流にする必要があるのです。そして、交流で動作する機器もあるので、もう一度「直流→交流」に変換してあげる必要があるのです。簡単な流れをイラストに描いておきます。

「バッテリーあがり」はなぜ起こるの?

「バッテリーあがり」経験されたことある方もみえるかと思います。

エンジンをかけていない状態で、車内灯をつけっぱにしていた。。。ヘッドライトを消しわすれていた。。。等々ですね(´;ω;`)

これらに共通していることは「エンジンをかけていない」というところです。先ほど説明しましたが、エンジンをかけていない状態で電気を消費すると、バッテリーは放電しっぱなしで空っぽになってしまいます。又、バッテリーには「自然放電」というものもあり、何もしなくても容量は減っていきます。ちゃんと空っぽになる前に充電してあげる必要があるのです。

エンジンをかければ、オルタネータが発電しバッテリーを充電してくれますので、「エンジンをかけていれば大丈夫!」という結論になるのですね。

さらに深みを知りたい方へ

今回解説した「オルタネータ」というのは、実は「同期発電機」というものなのです。

電動機にはさまざまな種類があり、「直流電動機」「誘導電動機」「同期電動機」、同様に発電機も「直流発電機」「誘導発電機」「同期発電機」等々あります。

これらの回転する仕組み・発電する方法には明確な違いがあります。この違いに少しでも興味を持った方は、「第三種電気主任技術者」という資格の機械科目を学習してみてください。正直難しいですがとっても楽しいです。

参考までに「同期電動機・発電機」が一体何なのかというのを「電験受験者向けに」解説した記事を貼っておきます。興味があればぜひご覧ください。

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ここまで読んで頂き、本当にありがとうございました。また身近な機械について説明する機会があれば記事を書いてみたいと思います。

ではお疲れさまでした(*_ _)

 

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