25 – クローポール型オルタネータの発電量解析

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アプリケーションノート・モデルデータ

概要

自動車の低燃費化要求は年々高まっており、それをサポートするためにパワーステアリングや冷却ポンプなどの補機類の電動化が進んでいます。このため、一般的なガソリン車においても電力使用量は年々増加しており、電力を供給するオルタネータの高出力化要求が高まっています。しかし、発電容量の向上させる相応分の体格を大きくすることは許されないため、出力密度を高める必要があります。更に、高効率化を実現する事が必要となります。
クローポール型オルタネータの発電原理は、ロータ側が電磁石となり、ステータ側コイルで発電されます。ロータ側の励磁コイルは一相のみで、クローポールがこのコイルを包むように配置されます。コイルの内側から伸びる爪と外側から伸びる爪が極性の異なる磁極となり、NSと交互に着磁された磁石を配した場合と同じ磁極構成となります。したがって、オルタネータを設計するためには、クローポールが三次元形状である事や、板金で作られるクローの表面に生じる渦電流を考慮する必要があるため、詳細な形状が再現可能で、渦電流の考慮も可能な、有限要素法を用いた電磁界解析が有用となります。
ここでは、ロータコアの渦電流を考慮した1500(rpm)時におけるクローポール型オルタネータの発電量を求めています。

渦電流密度分布、磁束密度分布

渦電流密度分布からクローポール部表面に渦電流が生じていることがわかります。この渦電流によって損失が発生しオルタネータの効率を低下させます。また、渦電流は磁束密度にも影響を及ぼすため、高出力化に向けた磁気回路を検討する場合、渦電流を考慮した解析が必要になります。

発電量

定常状態までの過渡現象は、ステータコイルのインダクタンスやロータコアの渦電流の影響によるものであり、定常状態におけるリップルは整流回路により生じたリップルです。
オルタネータの発電量は、定常状態における電流波形の平均値から 約41(A)であることがわかります。

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