自動車用オルタネーター

プロジェクトの部品と材料

• 自動車用オルタネーター（1つは必須ですが、2つを推奨）

古いオルタネーターは、自動車の解体屋で低価格で入手できます。多くのヤードでは、便利なように、オルタネーターがすでに自動車から取り外されています。私は しません 使用済みユニットのコストははるかに低く、この実験の目的でも同様に機能するため、新しいオルタネーターには全額を支払うことをお勧めします。

オルタネーターのDelco-Remyブランドを使用することを強くお勧めします。これは、ゼネラルモーターズ（GMC、シボレー、キャデラック、ビュイック、オールズモビル）の車両で使用されるタイプです。 1960年代初頭以来、1つの特定のモデルがデルコ・レミーによって製造されており、設計変更はほとんどありません。 とても 解体屋に配置するための一般的なユニットであり、操作が非常に簡単です。

2つのオルタネーターを入手する場合は、1つを発電機として、もう1つをモーターとして使用できます。オルタネーターを三相発電機と三相モーターとして準備するために必要な手順は同じです。

相互参照

電気回路の教訓 、第1巻、第14章：「磁性と電磁気学」

電気回路の教訓 、第2巻、第10章：「多相AC回路」

学習目標

• 電磁気の影響を判断するには
• 電磁誘導の影響を判断するため
• 実際の電磁機械の構造を説明するため
• 三相巻線の構造と用途を説明するため

自動車用オルタネーターの概略図

自動車用オルタネーターは、6つのダイオードで構成される整流回路を内蔵した三相発電機です。シーブ（ほとんどの人は「プーリー」と呼びます）が自動車のエンジンのクランクシャフトに接続されたベルトによって回転すると、固定子の3相巻線（ステーターと呼ばれます）を通過して磁石が回転します。 ）、通常はY構成で接続されます。

回転する磁石は実際には電磁石であり、永久磁石ではありません。オルタネーターは、出力電圧をローター速度とは無関係に制御できるように、磁場強度を制御できるようにこのように設計されています。

この回転子磁石コイル（界磁コイルと呼ばれます） 、または単にフィールド ）はバッテリー電源で駆動されるため、オルタネーターに少量の電力を入力して大量の出力電力を生成することができます。

電力は、シャフトに同心円状に取り付けられた一対の銅製の「スリップリング」を介して回転磁界コイルに伝導され、静止した炭素の「ブラシ」と接触します。ブラシは、ばね圧によってスリップリングとしっかりと接触しています。

最新のオルタネーターの多くには、バッテリー電源のオンとオフをローターコイルに自動的に切り替えて出力電圧を調整する「レギュレーター」回路が組み込まれています。この回路は、実験用に選択したオルタネーターに存在する場合は不要であり、そのままにしておくと研究の妨げになります。

オルタネーターが完全に組み立てられた状態で界磁コイルに電力を供給できるように、ブラシ端子にアクセスできるようにして、「外科的に取り外し」てください。

自動車用オルタネーターのイラスト

実験手順

まず、オルタネーターの具体的な詳細について自動車修理マニュアルを参照してください。現在読んでいる本で提供されているドキュメントは、さまざまなブランドのオルタネーターに対応するために可能な限り一般的なものです。より具体的な情報が必要な場合があります。サービスマニュアルはそれを入手するのに最適な場所です。

この実験では、テスト機器や回路に簡単に接続できるように、オルタネーターの内側のコイルにワイヤーを接続し、オルタネーターのケースの外側に配線します。残念ながら、メーカーが提供する接続端子はここでのニーズに合わないため、独自に接続する必要があります。

ユニットを分解し、2つのカーボンブラシに接続するための端子を見つけます。これらの端子（少なくとも20ゲージのサイズ）にワイヤーのペアをはんだ付けし、オルタネーターを再組み立てして使用するときに回転するローターに引っ掛からないように、オルタネーターケースの通気孔からこれらのワイヤーを延長します。

固定子巻線から来る三相線接続を見つけて、それらにもワイヤを接続し、これらのワイヤをオルタネーターケースの外側にいくつかの通気孔を通して延長します。これらのワイヤにはかなりの電流が流れる可能性があるため、これらのワイヤでの作業に便利な最大のゲージワイヤを使用してください。

フィールドワイヤと同様に、オルタネーターを再組み立てしたときにローターが自由に回転するように配線します。固定子巻線の端子は簡単に見つけることができます。3つはダイオードアセンブリの3つの端子に接続され、通常は「リングラグ」端子がワイヤの端にはんだ付けされています。

リングラグ端子をワイヤにはんだ付けし、各ダイオードブロック端子が2つのリングラグを固定するように、それらを固定子ワイヤの端とともに端子ナットの下に取り付けることをお勧めします。

オルタネーターを再組み立てします。ローターが再挿入時にカーボンブラシを損傷しないように、カーボンブラシを格納位置に固定するように注意してください。 Delco-Remyオルタネーターでは、ケースの半分の後ろとブラシホルダーアセンブリの前に小さな穴があり、そこからペーパークリップまたは細いゲージのワイヤーを挿入してブラシをバネ圧に逆らって抑えることができます。 。オルタネーターアセンブリの詳細については、サービスマニュアルを参照してください。

オルタネーターが組み立てられたら、シャフトを回転させて、部品の衝突やワイヤーの引っ掛かりを示す音を聞いてみてください。そのような問題が発生した場合は、もう一度分解して、問題があれば修正してください。

必要に応じて自由に回転する場合は、2本の「フィールド」ワイヤを6ボルトのバッテリーに接続します。電圧計を三相線接続のいずれか2つに接続します：

マルチメータを「DCボルト」機能に設定した状態で、ゆっくり オルタネーターシャフトを回転させます。電圧計の読み取り値は、シャフトが回転すると正と負を交互に繰り返す必要があります。非常に遅い交流電圧（AC電圧）が生成されていることを示しています。このテストが成功した場合は、マルチメータを「ACボルト」設定に切り替えて、再試行してください。 2つの条件の電圧計の読み取り値を比較して、シャフトをゆっくりと速く回転させてみてください。

三相ラインワイヤのいずれか2つを短絡し、オルタネーターを回転させてみてください。注意すべきことは、オルタネーターシャフトが回転しにくくなることです。短絡によって発生した重い電気負荷は、機械的エネルギーが電気的エネルギーに変換されるため、オルタネーターに大きな機械的負荷を引き起こします。

次に、12ボルトのDCをフィールドワイヤに接続してみます。上記のDC電圧計、AC電圧計、および短絡テストを繰り返します。どのような違いに気づきましたか？

小さな白熱灯など、極性に影響されない6ボルトまたは12ボルトの負荷を見つけて、それらを三相線線に接続します。シーブの溝（「プーリー」）に細いロープまたは太い紐を巻き付け、オルタネーターをすばやく回転させると、負荷が機能するはずです。

2番目のオルタネーターがある場合は、最初のオルタネーターを変更したのと同じように変更し、5本の独自のワイヤーをそれぞれフィールドブラシと固定子ライン端子に接続します。その後、最初のオルタネーターを動力源とする三相モーターとして使用できます。

第1オルタネーターの三相ラインワイヤーのそれぞれを第2オルタネーターのそれぞれのワイヤーに接続します。 1つのオルタネーターのフィールドワイヤーを6ボルトのバッテリーに接続します。このオルタネーターが発電機になります。滑車を回転させる準備として、綱車にロープを巻き付けます。 2番目のオルタネーターの2本のフィールドワイヤーを取り、それらを一緒に短絡します。このオルタネーターはモーターになります：

モーターシャフトの回転を見ながら、発電機シャフトを回転させます。 2つを逆にしてみてください 2つのユニット間の三相ライン接続を確認し、発電機を再度回転させます。今回は何が違うの？

モーターユニットのフィールドワイヤを6ボルトのバッテリーに接続します（バッテリーが数アンペアの電流を供給するのに十分な強度がある場合は、同じバッテリー端子間で、このフィールドを発電機ユニットのフィールドと並列接続できます。コイルは一緒に描画されます）。これにより、モーターのローターが磁化されます。ジェネレーターをもう一度回転させて、動作の違いに注意してください。

フィールドワイヤが単純に短絡された最初のモーター設定では、モーターは誘導モーターとして機能していました。 。モーターのローターが磁化された2番目のセットアップでは、同期モーターとして機能しました。 。

変更したオルタネーターを次のレベルに引き上げる

あなたが特に野心的で、金属製造技術に熟練しているなら、あなたは改造されたオルタネーターを自転車に接続することによってあなた自身の高出力発電機プラットフォームを作るかもしれません。次のような配置を作成しました：

後輪は長いで発電機の滑車を駆動します vベルト。このベルトは自転車の後部も支え、ライダーが自転車を漕いでいるときに一定の張力を維持します。発電機は鋼製の支持構造からぶら下がっています（私は溶接された2インチの正方形のチューブを使用しましたが、フレームは材木で作ることができました）。このマシンは実用的であるだけでなく、エクササイズマシンとして使用するのに十分な信頼性があり、安価に製造できます。

自転車ユニットの後ろ（写真の左下隅）に3つの12ボルトの「RV」電球のバンクがあります。これは、私が自転車にエクササイズマシンとして乗るときに荷物として使用します。自転車の前部には3つのスイッチが取り付けられており、乗車中に荷物のオンとオフを切り替えることができます。

生成された三相AC電力を整流することにより、オルタネーターにDC電圧で独自の界磁コイルに電力を供給することが可能になり、バッテリーが不要になります。ただし、界磁コイルは 前に通電する必要があるため、起動には独立したDC電圧源が必要です。 任意のAC電源を生成できます。

関連ワークシート：

• ACジェネレータ理論ワークシート
• 多相電力システムワークシート