オルタネーター

20世紀初頭にハンガリーのブダペストで製造され、水力発電所で利用されているオルタネーター

オルタネーター（英語: alternator）は交流（alternating current）の電気を生成する発電機である。自動車やオートバイ、小型航空機などに搭載されているものは、ダイオードなどを使った整流器で直流へと整流される場合も多く、これらの分野では整流器を含めてオルタネーターと呼ばれる。オートバイの分野では、整流器を含めずにジェネレーター（英: generator）とも呼ばれる。

概要

オルタネーターの基本原理はコイルを電機子とし、永久磁石を界磁とする永久磁石同期発電機である。コイルと永久磁石を近づけたり遠ざけたりすることでコイルの中を通る磁束密度を変化させ、電磁誘導によりコイルに発生する電流を三相交流として取り出す。多くの場合、永久磁石かコイルの一方を回転させ、もう一方を固定するが、回転する側を回転子（英: roter）、固定される側を固定子（英: stater）と呼ぶ。永久磁石とコイルの相対的な位置関係を直線的に往復させるものもあり、リニアオルタネーター（英: linear alternator）と呼ばれる。

自動車等

自動車等オルタネーターの内部構造図

自動車などに搭載されるオルタネーターはエンジンの回転を動力源として利用し、電装部品の電源を発電する。出力軸の回転を直接オルタネーターの回転とする場合や、ベルトとプーリーを介して伝達される場合がある。発電した交流電力は直流に変換されてバッテリー（蓄電池）やコンデンサに蓄えられる。オートバイでは1950年代半ばにイギリス製の車種に初めて搭載された。自動車では、古くは直流整流子発電機（ダイナモ）が用いられてきたが、1960年代からオルタネーターへと置き換えが進んだ。直流整流子発電機と比較すると、オルタネーターは構造が簡単なため高速回転が可能で、アイドリング中も発電できることから採用されるようになった。

オルタネーターで発電された交流は整流器（レクチファイア、英: rectifire）によって直流に変換される。ダイオードを用いた半導体整流器が利用される。また、オルタネーターは回転速度が高くなるほど高い電圧を発生するため、電圧レギュレータ（英: voltage regulator）によって一定に保たれる。古くはリレーと抵抗器を用いて段階制御していたが、近年は集積回路（IC）で電圧を制御している。整流器とICを利用した電圧レギュレータは冷却フィンが備えられた鋳造アルミ製のケースに納められ、オルタネーターのケースに固定されている場合が多い。 オルタネーターは発電機の特性上、負荷が多かった（より高出力の電力を得ようとしてプーリー比を変えたり回転子の電力を上げ磁力を増すと発電時の抵抗が増す）が、固定子の改良により負荷が軽減されたものが社外品として発売されている。

バッテリーが完全充電されるまでオルタネーターで発電を行い、オルタネーターを駆動する負荷がエンジンにかかる仕組みとなっている場合が多いが、近年の自動車においてはバッテリー電圧が必要な電圧を下回らない範囲にオルタネーターの発電量を抑えたり発電を停止させたりする制御を行う車種もある。これは減速時に集中的に発電するように制御し、定速走行時や加速時は発電に必要なエンジン負荷を低減して燃費を向上させる回生ブレーキの仕組みである。回生ブレーキによる電力をより効率的に充電するために、従来のバッテリーとは別にリチウムイオン電池(スズキ エネチャージ)を追加したり、キャパシタ(マツダ i-ELOOP)を追加して可変電圧式のオルタネーターを採用する例もある。

オルタネーターは電圧を与えることでモーターとして駆動させることができるため、自動車においては発電にもスターターとして利用されたり、マイルドハイブリッドと呼ばれる方式を採用する車種ではエンジンをアシストするハイブリッドモーターとして利用される場合もある。ハイブリッドモーターとして利用される場合は12Vではなく36Vや48Vなどで発電し、バッテリー充電や電装品へはDC-DCコンバーターを介して12Vで供給される。

オルタネーターは自動車では一般的に搭載される装置であるが、ハイブリッド車では搭載されない例も多い。ハイブリッドモーターによって発電を行い、高電圧大容量の駆動バッテリーへ蓄電し、DC-DCコンバーターを介して電装品や12Vの通常バッテリーに電力供給している。

参考文献

• 電気学会・編 編『電気工学ハンドブック』（第2版）電気学会。 

関連項目

• ダイナモ
• セルモーター