オルタネーターとは？ダイナモとの違いや仕組みをわかりやすく解説！｜機電系エンジニア専門の求人情報サイト

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オルタネーターとは？ダイナモとの違いや仕組みをわかりやすく解説！

2024.08.07更新

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この記事を書いた人

長谷川

FREE AID編集部機電系専門ライター Div.
アナログ回路設計・営業を経験した後ライター＆ディレクターとして独立。
電気電子・ITジャンルを得意とし、正確で分かりやすい情報の発信を行っています。

車やバイクにおいて、オルタネーターやダイナモは必ず搭載されている重要部品です。ただ、名前は聞いたことがあるものの、どんな機能を持っているのかや、仕組みや特徴などを理解されている方は少ないのではないでしょうか。そこで本記事では、オルタネーターの基礎的な知識と、ダイナモとの違いなど、基本的な知識を詳しく解説します。

この記事の目次

オルタネーターとは

自動車は、基本的にガソリンエンジンと油圧を使って動作しますが、エアコンなどの電装品も数多く使われています。また、最近では電気自動車など電気を動力とする車が増え、また自動運転技術によって制御にも電気が使われ始めたため、今や自動車において電気の存在は欠かせません。

オルタネーターは、そんな電装品を動かすために、シャフトの回転エネルギーを使って発電する機器のことです。オルタネーターがあれば、ガソリンのエネルギーを電気に効率よく変換し、バッテリーの充電が可能となります。また、電気自動車やハイブリッド車においては、回生ブレーキで運動エネルギーを再利用するためにも使われており、燃費向上に大きな効果をもたらしています。

オルタネーターが発電する仕組み

それでは、オルタネーターが発電する仕組みについて解説しましょう。

ローターが回転してステーターで発電

まず、運動エネルギーを電力に変換する際は、ローターとステーターと呼ばれる部品を用います。磁界を持ったローターが回転（運動）することで、ステーターコイルに誘導電流を発生させるのが基本的な発電の仕組みです。ローターは円筒状の部品のことで、自動車ではクランクシャフトに接続されることで回転します。また、ローターには永久磁石や電流の流れるコイル（電磁石）が取り付けられており、回転しながら磁界を周囲に放出します。

一方、ステーターはローターの周囲を覆うように固定された部品のことです。ステーターにはコイルの束が複数取り付けられており、ローターの磁石から発生した磁界を受ける形になっています。ステーターコイルが磁力を受けると、磁力の方向に合わせて誘導電流が発生します。さらに、ローターの磁界は回転することで時間変化するため、各コイルには回転速度に応じた交流電流が流れることとなります。

ちなみに、ステーターには3対のコイルが配置され、発生する電流が三相交流となるよう工夫されているのが一般的です。これは、整流後に安定した電圧を得るために行われます。

整流器で直流に変換

ステーターで発生した電流は交流なので、そのままでは直流電流を扱う車の電装品に使えません。そのため、ダイオードやコンデンサを用いて整流回路を組むことで、負の電圧を反転させ、直流電源に変換します。整流回路にはさまざまな形がありますが、安定した直流電源を得るために、三相交流を変換する「三相全波整流回路」が用いられることが多いです。

レギュレーターで電圧を調整

整流器から出力される直流電圧は、オルタネーターが出力する交流電圧によって決まります。そのため、低速回転時にはオルタネーターの出力電圧が低くなるため、そのままバッテリーに繋ぐと電流が逆流してしまい、非常に危険です。

そこで、オルタネーターでは回転数によらず充電を行えるよう、レギュレーターを入れて電源電圧を調整する機構が付いています。インバータ回路により昇圧・降圧を行うのはもちろん、最近ではより精密な充電を行うため、リアルタイムのバッテリー電圧を監視し、出力電圧を調整するといった工夫も行われています。

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オルタネーターとダイナモの違い

続いて、オルタネーターとダイナモの違いについて解説しましょう。ダイナモも発電機の一種であり、オルタネーターが代替として登場するまで、自動車に数多く使われてきた機器です。電磁誘導により発電するという基本的な仕組みもオルタネーターと同じであり、唯一の違いは発電時に「直流」電圧を出力することです。ただ、この違いが性能面では大きな差となり、ダイナモの方が性能が低いことから、現在ではオルタネーターしか使われなくなっています。

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オルタネーターを使うメリット

オルタネーターとダイナモを比較した際、オルタネーターを採用する理由について、より詳しく解説します。

低速時にも発電が可能

まず、オルタネーターはダイナモよりも低速時の発電量で勝ります。低速運転時は、回転速度が下がるため発電電圧も下がります。ダイナモは、発電電圧が低すぎると、バッテリーに接続した際に電流が逆流してしまうことから、低速時の発電を上手く充電に使えないといった問題がありました。

一方、オルタネーターであれば、インバーターによって電圧を変換し充電するため、自由に電圧を調整できます。そのため、低速時の低電圧でも問題なくバッテリーに充電できることから、ダイナモより発電効率が向上します。

構造がシンプルで長持ち

オルタネーターの持つもう一つのメリットは、ダイナモと比べて部品の摩耗が少ないため、寿命が長くなることです。発電機は、電磁誘導によって回転力を電力に変えますが、誘導電流は磁力の方向に依存するため、ローターが半回転するごとに電流の向きも反転します。

ダイナモの場合、電流の向きが逆転すると電圧がマイナスになるため、ブラシと整流子を使って電流の向きを反転させ、常に正の電圧が発生するようにしています。しかし、このブラシと整流子は接触したり離れたりを繰り返すため摩耗が生じやすく、寿命が短くなる原因となっていました。

一方、オルタネーターの場合は交流電流を扱うため、電流の向きを切り替える必要がありません。そのため、スリップリングと呼ばれる、より摩耗の少ない接触構造を取ることができ、寿命が大きく伸ばせます。

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まとめ

今回は、オルタネーターの特徴や仕組み、ダイナモの違いなどについて説明しました。オルタネーターは、回転（運動）エネルギーによって交流電流を生み出す発電機です。自動車においてはガソリンからバッテリーを充電するのに使われるほか、回生ブレーキとしてエネルギーを再利用するために使われます。

また、昔はダイナモが自動車の発電機として使われていましたが、オルタネーターの方が発電効率が良く寿命も長いことから、現在はオルタネーターに代替されています。ダイナモは自転車のライトなどで根強く使われてはいますが、近い将来には見かけなくなるかもしれません。

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