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電装部品(その1)

エンジンルーム内の電装品

---オルタネーター---
自動車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やコンデンサに蓄えられる。
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電流は整流器(レクチファイア)によって直流電流に変換される。
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アルミダイカスト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。

旧来の自動車ではオルタネーターが常時発電していたため、バッテリーが満充電となった後も、
バッテリーの電極で生じる水の電気分解で電力を消費させていた。
一方近年の自動車では燃費向上を目的として、バッテリー電圧を監視し、
必要電圧を下回らない範囲で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(充電制御車)もある。
これはエンジンブレーキを使う減速時にオルタネーターの負荷を引き上げ、
代わりに加速・定常時に引き下げることで発電に使われる燃料の消費を抑えつつ、
エンジン出力ではなく車両の持つ運動エネルギーを電力に換えるもので、回生ブレーキに近い仕組みである。
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(永久磁石同期発電機であれば永久磁石同期電動機)として
駆動させることができるため、ISG(Integrated Starter Generator)やBSG(Belt Starter Generator)、
BSG (Belted Alternator Starter) 等の名称で自動車においては発電機兼用の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採用する場合において一定以上の出力を必要とする場合では12Vではなく、
36Vや48Vなどで発電/駆動し、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で供給される場合もあるが、
一定以下の出力であればコスト等を勘案しコンバーターを介さず12Vでシステムを完結させる場合もある。
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、ハイブリッドカー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。
【引用】https://ja.wikipedia.org/wiki/オルタネーター


【出典】https://jp.bosch-automotive.com/ja/alternators-repair-parts



---セルモーター---
内燃機関の吸気・圧縮行程は、運転中はフライホイールの惰性、
あるいはほかのシリンダーで発生する力を利用して行われるが、
始動時は外部から回転力を得なければ吸気・圧縮行程を行うことができない。
セルモーターは始動のきっかけとなる回転を与える手段の1つで、
内燃機関を利用した機械に広く普及している機構である。
イグニッションキーやエンジンスターターボタンといったスイッチの操作により、バッテリーを電源として動作する。
エンジンの圧縮行程で発生する回転抵抗に打ち勝って十分な速度で回転させるだけの強力なトルクを発生する。
セルモーターの主要部は直流電力によって動作する電磁石界磁形整流子電動機で、
多くは直巻整流子電動機が採用され、少数ながら複巻整流子電動機が採用される。
セルモーターのトルクはギアで減速されてエンジンの出力軸に伝達され、
これらのギアとギアの噛み合いを断接するクラッチ機構を含めてセルモーターASSYとされる場合が多い。
自動車の場合はエンジンの出力軸にはリングギアという大歯車があり、セルモーターの小歯車(ピニオン)を噛み合わせている。
ピニオンはソレノイドアクチュエータによって軸方向にスライドし、
モーターのスイッチが入れられた際にのみリングギアに噛み合うようになっている。
高いトルクを必要とするエンジンではレブリダクション方式が用いられる場合がある。
レブリダクション方式はモーターの回転がギアあるいは遊星ギアによって減速され、
トルクが増大されてピニオンに伝達されるタイプのものである。
【引用】https://ja.wikipedia.org/wiki/セルモーター


【出典】https://fast-reparts.com/about-startermotor/     【出典】http://nakatanouki.com/



---バッテリー---
一般に自動車用鉛蓄電池の特徴として、エンジン始動時などに求められる、
短時間で大電流を放電する性能を持つ・材料が安価である
・さまざまな環境下で安定した性能を発揮できる・取り扱いが容易である
・異常発生時の爆発や火災のリスクが低い・メモリ効果がないなどがあげられます。
鉛バッテリーの内部には、陽極板である二酸化鉛(Pb02)と陰極板である海綿状鉛(Pb)、
そしてこれらの電極を満たすようにして電解液の希硫酸(H2S04+H20)が入っています。
両極板と電解液が化学反応を起こすことで電力が発生します。
陽極板の二酸化鉛は茶褐色、陰極板の海綿状鉛は灰色です。
両極板が直接触れてしまうと外部に放出する前に電力を失ってしまうので、
短絡防止のセパレータ(絶縁物)を間に挟んだ状態で両極板が交互に設置されています。
二酸化鉛は粒子間の結合力が弱く、経年劣化によって極板から脱落してしまうという欠点があります。
そうなると修復は不可能であり、バッテリーの性能低下に直結してしまいます。
この脱落を少しでも防止するために、ガラス繊維で作られたガラスマットで陽極板を両面から保護していることが多いのですが、
コスト削減のためにガラスマットを採用していない製品もあります。
陽極と陰極、1対の極板が入った部屋を「セル」といいます。
セル内部に配置された極板の枚数や大きさに関係なく、鉛バッテリーは1セル当たり約2Vの電圧を出力します。
ただし、セル内部の極板容積(表面積)が大きいほど、
化学反応を起こす成分が大量に存在するということになり、バッテリーとしての容量(や寿命)も向上します。
鉛バッテリーの内部では、6つのセルが直列に接続されています。
これにより、鉛バッテリーの放電電圧は12Vになります。
現在の自動車に用いられている車載システムの基準動作電圧が12Vになっているのは、鉛バッテリーの放電電圧に合わせるためです。
ただしトラックなどの大型車は、エンジン始動時に必要な電力が乗用車よりも大きいため、
24Vを基準電圧としています(12V鉛バッテリー×2個直列が基本)。
鉛バッテリーから電力を取り出すために、ターミナルという突起部が本体の上部に設けられています。
このターミナルは通常は鉛製です。
ターミナルと、自動車に電力を供給するために用いるバッテリーケーブルは、ネジの締め付け力によって締結されています。
このネジ締めの際に、ケーブル側端子がターミナルの塑性変形によってしっかりと食い込むことで接触面積を増やし、
電気抵抗の低減ならびに緩み防止を実現しています。
液口栓は、自然蒸発によって減少した電解液の水分を補充する際に用いるバッテリー液(蒸留水)の注入口です。
バッテリー液の追加は、定期的に6つある各セルの液面を点検して、必要に応じて液口栓を取り外して追加します。
ただし最近は、この液口栓が「開封禁止」になっている、メンテナンスフリー(補水不要)の鉛バッテリーもあります。
各メーカーが、さまざまな工夫を施して電解液の水分の減少を防ぐとともに性能の低下も防いでいるのです。
【出典】https://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1210/01/news090.html


---ヒューズ---
定格以上の大電流から電気回路を保護、あるいは加熱や発火といった事故を防止する電子部品である。
電気回路内に置かれ、普段は導体として振る舞う。
しかし何らかの異常によって電気回路に定格以上の電流が流れると、
ジュール熱により内蔵する合金部品が溶断し、回路を遮断することにより保護する。
自動車では一般的にブレード型のヒューズを使用しヒューズボックスに装着されている。



---リレー---
リレーとは、スイッチ等から回路に電気信号の入力を受け、
その電気信号を受け取って出力部分に伝える機構のことを指します。
簡単に言えば、電気を用いて遠隔操作できるスイッチのシステムのようなものです。
自動車には、ワイパー、エアコン、ライト、パワーウインドウ、ワイパーなどの様々な電気設備が搭載されています。
これらのスイッチの大半は運転席のハンドル付近に集約する必要がありますが、
それぞれの電気系統を引き伸ばすと回路が長くなり電力ロスが大きくなったり、感電の危険性が増したりします。
そこで、ハンドル付近のスイッチを通じて各電気系統を遠隔でオン・オフ出来るようにしたのがリレーの仕組みです。
一般的に1台の自動車につき数十個のリレーが搭載されており、複雑な電気設備の実現に役立っています。
リレーの内部には、バッテリー→リレー→電装品という大きな電力を扱うための回路と、
スイッチ→リレーという小さな電力を扱うための2種類の回路が通っている。
大きな電力の回路は、接点が離れた状態になっている。
小さな電力の回路には、コイルがあり、通電することでそのコイルが磁石化する。
すると大きな電力の回路にある鉄片が磁石に誘導されて接点が生まれ、電装品に電流が流れる。
自動車で使用されるリレーは、4極リレーと5極リレーの2種類が多い。
4極リレーというのは電極が4つあるリレーのことで、コイル側のプラス、マイナス、
スイッチ側のプラス、マイナスという4極で構成されている。
単純に、電装品のオンオフを切り替える場合に使用する。
対して5極リレーとは電極が5つあり、コイル側のプラス、マイナス、
スイッチ側のプラス、マイナスA、マイナスBの5極での構成となる。
5極リレーは、通電していない状態ではスイッチがマイナスAの回路に接触しており、通電することでマイナスBの回路に切り替わる。
これにより、回路Aと回路Bを切り替えるスイッチとして使用することが出来る。


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