発電はつでん機き

発電はつでん機き（はつでんき、electrical generator）は、電磁でんじ誘導ゆうどうの法則ほうそくを利用りようして、機械きかい的てきエネルギー（仕事しごと）から電気でんきエネルギー（電力でんりょく）を得える機械きかい（電力でんりょく機器きき）である。

ガソリンエンジンを用もちいた小型こがた発電はつでん機き。工事こうじ現場げんばや屋外おくがいイベントの屋台やたいなどで見みかけることができる。

自動車じどうしゃやオートバイなどのエンジンに付ついているオルタネーターや、自転車じてんしゃの前ぜん照あきら灯とうに直結ちょっけつされているダイナモは身近みぢかな発電はつでん機きの例れいである。また、電気でんき関係かんけいの一部いちぶではジェネレーター/ジェレレータと呼よばれることがある。

構造こうぞうは電動でんどう機きと近ちかい。原理げんりは同一どういつで、電動でんどう機きから逆ぎゃくに電気でんきを取とり出だす事ことが出来できる。より具体ぐたい的てきには、模型もけい用よう電気でんきモーターの電極でんきょくに豆まめ電球でんきゅうを繋つなぎ、軸じくを高速こうそくで回転かいてんさせると豆まめ電球でんきゅうが点灯てんとうする。実用じつよう的まとにはそれぞれに特とく化かした異ことなる構造こうぞうをしている。そのため、電動でんどう機きで走行そうこうする鉄道てつどう車両しゃりょうやハイブリッドカー、電気でんき自動車じどうしゃにおいては、電動でんどう機きを発電はつでん機きとして利用りようして発生はっせいした電力でんりょくを抵抗ていこう器きで熱ねつエネルギーとして消費しょうひしたり（発電はつでんブレーキ）、架線かせんやバッテリーに戻もどしたり（回生かいせいブレーキ）して制動せいどう力りょくを得えることも可能かのうである。

発電はつでん機きの動力どうりょく源げんが電動でんどう機きのものについては電動でんどう発電はつでん機きを参照さんしょう。

種類しゅるい

発生はっせいする電力でんりょくの種類しゅるいにより直流ちょくりゅう発電はつでん機き、交流こうりゅう発電はつでん機きに大別たいべつされる。

• 直流ちょくりゅう発電はつでん機き
• 交流こうりゅう発電はつでん機き
  • 同期どうき発電はつでん機き
  • 誘導ゆうどう発電はつでん機き
  • 高周波こうしゅうは発電はつでん機き

また、発電はつでん機きを動うごかす動力どうりょく源げんは、下記かきのように分類ぶんるいされる。

• 人間にんげん、人力じんりき（歴史れきしの節ふしで説明せつめいされている初期しょきの発電はつでん機き、現代げんだいの自転車じてんしゃのダイナモ、手回てまわし発電はつでん機き（停電ていでん時ときや災害さいがい時ときに使つかうもの）など）。人力じんりき発電はつでん。
• 水車みずぐるま（水力すいりょく発電はつでん）
• 風力ふうりょく原動機げんどうき（風力ふうりょく発電はつでん）
• 内燃ないねん機関きかん（内燃ないねん力りょく発電はつでん : 発動はつどう発電はつでん機き、ガスタービン発電はつでん機き）
  • 内燃ないねん機関きかんと組くみ合あわされたものには、特とくに発動はつどう発電はつでん機き（発はつ々-はつはつ）や、ジェネレーターセット（Genset、ジェネセット、発電はつでんセット）の通称つうしょうがある。燃料ねんりょうはA重油じゅうゆ、軽油けいゆ、ガソリン、LPガス（プロパン、ブタン）、天然てんねんガス（LNG、CNG）、水素すいそ。

  なお、内燃ないねん機関きかんで走行そうこうする自動車じどうしゃやオートバイに搭載とうさいされている発電はつでん機きのオルタネーターも、その内燃ないねん機関きかんから動力どうりょくを得えている。

• 蒸気じょうきタービン（汽力発電はつでん：火力かりょく発電はつでん・原子力げんしりょく発電はつでんなどはこの方式ほうしき）
• 爆薬ばくやく（爆薬ばくやく発電はつでん機き）

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  手回てまわし発電はつでん機き。クランクハンドルを手てで回まわして発電はつでんする。LEDランプも備そなえ、非常時ひじょうじの懐中かいちゅう電灯でんとうとして使つかえ、スマホや携帯けいたい機器ききの充電じゅうでんなどに使つかえるケーブルなどが付属ふぞくしているものが多おおい。
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  直流ちょくりゅう発電はつでん機きの一種いっしゅ、自転車じてんしゃのダイナモ。英語えいご圏けんではこのタイプはボトルダイナモ（en:Bottle dynamo）と呼よぶ。
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  近年きんねんの自転車じてんしゃのハブダイナモ。車輪しゃりんのハブ（車輪しゃりんの中央ちゅうおう、スポークが集あつまる部品ぶひん）の内部ないぶに発電はつでん機きが組くみ込こまれている。
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  内燃ないねん自動車じどうしゃに搭載とうさいされている交流こうりゅう発電はつでん機きはオルタネーターと呼よばれる。車載しゃさいの電装でんそう用ようバッテリーはこれで充電じゅうでんされる。
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  オートバイのオルタネーター。
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  マイクロ水力すいりょく発電はつでんの発電はつでん機き（動力どうりょくが伝統でんとう的てきな形かたちの水車みずぐるまになっているタイプ）
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  風力ふうりょくタービン（洋上ようじょう風力ふうりょく発電はつでんのもの）
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  原子力げんしりょく発電はつでん所しょの蒸気じょうきタービン発電はつでん機きの例れい（米国べいこくNRCの画像がぞう）
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  航空機こうくうきの地上ちじょう補助ほじょ電源でんげんやエンジン始動しどうに用もちいられる移動いどう式しき発電はつでん機き（GPU）
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  北陸電力ほくりくでんりょくで使用しようされる移動いどう電源でんげん車しゃ
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  災害さいがい支援しえんのためC-17輸送ゆそう機きに搭載とうさいされるFEMAのディーゼル発電はつでんセット
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  屋上おくじょうに設置せっちされた非ひ常用じょうようLPガス発電はつでん機き

発電はつでん機きの歴史れきし

磁気じきと電気でんきの関係かんけいが発見はっけんされる以前いぜんに、静電気せいでんき学がくの原理げんりを使つかった静しずか電でん発電はつでん機きが発明はつめいされている。静せい電でん発電はつでん機きは、高こう電圧でんあつで少すくな電流でんりゅうの電気でんきを発生はっせいする。ベルトや板いたや円盤えんばんに電荷でんかを蓄たくわえて輸送ゆそうし、高こう電位差でんいさを生しょうじさせる。電荷でんかは次つぎのどちらかの手段しゅだんで発生はっせいさせる。

• 静しずか電でん誘導ゆうどう
• 摩擦まさつ帯電たいでん - この場合ばあい、2つの絶縁ぜつえん体たいを接触せっしょくさせても、どちらも帯電たいでんしたままとなる。

効率こうりつが低ひくく、高こう電圧でんあつを発生はっせいする機械きかいを絶縁ぜつえんするのが難むずかしいため、静せい電でん発電はつでん機きが発生はっせいする電力でんりょく量りょうは小ちいさく、電力でんりょくを商業しょうぎょう的てきに供給きょうきゅうする手段しゅだんとしては使つかわれなかった。その中なかでも後々あとあとまで残のこったものとして、ウィムズハースト式しき誘導ゆうどう起電きでん機きやヴァンデグラフ起電きでん機きがある。

イェドリクのダイナモ

1827年ねん、ハンガリーのイェドリク・アーニョシュが electromagnetic self-rotor と名付なづけた電磁でんじ回転かいてん装置そうちの実験じっけんを開始かいしした。単たん極きょく電気でんき始動しどう機きの試作しさく機き（1852年ねんから1854年ねんに完成かんせい）では、固定こてい部品ぶひんも回転かいてん部品ぶひんも電磁でんじ式しきだった。彼かれはジーメンスやホイートストンの少すくなくとも6年ねん前まえにダイナモの概念がいねんを確立かくりつしていたが、自分じぶんがそれを世界せかいで初はじめて考案こうあんしたとは思おもわなかったため、特許とっきょを取得しゅとくしなかった。

基本きほん的てきにその概念がいねんは永久えいきゅう磁石じしゃくを使つかわず、2つの電磁石でんじしゃくを使つかって回転子かいてんしの周囲しゅういの磁界じかいを誘導ゆうどうする。それは自じ励作用ようの原理げんりの発見はっけんでもあった。イェドリクの発明はつめいは当時とうじの水準すいじゅんの数すう十じゅう年ねん先さきを行おこなっていた。

ファラデーの円盤えんばん

ファラデーの円盤えんばん

マイケル・ファラデーは1821年ねんに世界せかい初はつの電動でんどう機きの一ひとつとも考かんがえられる単たん極きょく誘導ゆうどうモーターとでも云いうべき原理げんりを考案こうあんしている。しかし、師しのハンフリー・デービーとアイデアについて考かんがえ方かたが合あわず、以後いごデービーが亡なくなるまで、ファラデーは師しの専攻せんこうの一ひとつである化学かがくの実験じっけんに明あけ暮くれる。

ファラデーは1831年ねんに、電磁気でんじきを使つかった発電はつでん機きの動作どうさ原理げんりを発見はっけんした。これが後のちにファラデーの法則ほうそくと呼よばれるようになった。すなわち、磁場じばを横切よこぎる形かたちで移動いどうする電気でんき伝導でんどう体たいの両りょう端はしに電位差でんいさが生しょうじることを示しめした。ファラデーは1832年ねん、初はつの電磁でんじ式しき発電はつでん機き「ファラデーの円盤えんばん」も製作せいさくした。これは一種いっしゅの単たん極きょく発電はつでん機きで、銅どう円盤えんばんをU字形じけいの磁石じしゃくの間あいだで回転かいてんさせることにより、円盤えんばんの側がわ円えん部ぶと中心ちゅうしん部ぶに微弱びじゃくな電位差でんいさを発生はっせいする。

この設計せっけいでは、磁場じばの影響えいきょうを受うけない部分ぶぶんで逆ぎゃく電流でんりゅうが発生はっせいして円盤えんばん内ないで相殺そうさいしてしまうため、あまり効率こうりつがよくない。磁石じしゃくの間あいだを通とおる部分ぶぶんで電流でんりゅうが発生はっせいするが、磁場じばの影響えいきょうを受うけない部分ぶぶんでは逆ぎゃく方向ほうこうに電流でんりゅうが流ながれる。この逆ぎゃく電流でんりゅうのせいで出力しゅつりょくを取とり出だす導線どうせんで得えられる電力でんりょくは微弱びじゃくとなり、電磁でんじ誘導ゆうどうのエネルギーの大だい部分ぶぶんは銅どうの円盤えんばんの温度おんどを上昇じょうしょうさせる形かたちで浪費ろうひされる。後ごの単たん極きょく発電はつでん機きでは、円盤えんばんの周囲しゅうい全体ぜんたいに磁石じしゃくを並ならべ、全体ぜんたいで一定いってい方向ほうこうに電流でんりゅうが発生はっせいするようにして問題もんだいを解決かいけつしている。

もう1つの欠点けってんは、磁束じそくに対たいして電流でんりゅうの経路けいろが1つしかないため、出力しゅつりょく電圧でんあつが非常ひじょうに低ひくい点てんである。その後ごの他者たしゃの実験じっけんで、複数ふくすう巻まきのコイルを使つかうと高こう電圧でんあつを作つくりだせることが判明はんめいした。出力しゅつりょく電圧でんあつは巻まき数すうに比例ひれいするので、巻まき数すうを加減かげんすることで必要ひつような電圧でんあつを容易よういに発生はっせいできる。後ごの発電はつでん機きでは、巻まき線せんが使つかわれるようになった。

最近さいきんでは、回転子かいてんしに希土類きどるい磁石じしゃくを使つかった単たん極きょく電動でんどう機きが実用じつよう化かされている。これは従来じゅうらいよりも様々さまざまな面めんで利点りてんがある。

ダイナモ

詳細しょうさいは「ダイナモ」を参照さんしょう

ピクシーのダイナモ

ダイナモ (Dynamo) は、産業さんぎょう用よう電力でんりょく供給きょうきゅうに使つかわれた最初さいしょの発電はつでん機きである。ダイナモは電磁気でんじき学がくの原理げんりを使つかい、整流せいりゅう子こを用もちいて回転かいてん力りょくを脈動みゃくどうする直流ちょくりゅう電流でんりゅうに変換へんかんする。1832年ねん、ヒポライト・ピクシー（Hippolyte Pixii）が世界せかい初はつのダイナモを作つくった。これは、上部じょうぶに2つのコイルを取とり付つけ、その下したに置おいたU字形じけいの永久えいきゅう磁石じしゃくを回転かいてんさせることにより電気でんきを発生はっせいさせようというものであった。

様々さまざまな偶然ぐうぜんの発見はっけんにより、ダイナモから様々さまざまな装置そうちが発明はつめいされていった。例たとえば、直流ちょくりゅう電動でんどう機き、交流こうりゅう発電はつでん機き、直流ちょくりゅうの同期どうき電動でんどう機き、回かい転変てんぺん流りゅう機きなどである。

ダイナモは、一定いっていの磁場じばを提供ていきょうする固定こてい部品ぶひん（界さかい磁）とその磁場じばの中なかで回転かいてんするいくつかのコイルで構成こうせいされる。小型こがたのダイナモでは界さかい磁に1つ以上いじょうの永久えいきゅう磁石じしゃくを使つかい、大型おおがたのダイナモでは界さかい磁に1つ以上いじょうの電磁石でんじしゃくを用もちいる。

現在げんざいでは交流こうりゅう発電はつでんがほとんどで、交流こうりゅうから直流ちょくりゅうへの変換へんかんにも半導体はんどうたい素子そしを用もちいた電子でんし回路かいろを使つかうため、高こう出力しゅつりょくのダイナモはほとんど使つかわれていない。しかし交流こうりゅうの原理げんりが発見はっけんされる以前いぜんは、大型おおがたの直流ちょくりゅうダイナモが唯一ゆいいつの発電はつでん手段しゅだんだった。

発電はつでん機きの仕様しよう

発電はつでん機きの仕様しよう（スペック）として書かかれるのは、おおむね次つぎのような項目こうもくである。

• 定てい格かく出力しゅつりょく
• 定てい格かく回転かいてん数すう
• 電源でんげんの種類しゅるい（定てい格かく周波数しゅうはすうや力ちから率りつ、単たん相しょうか三さん相そうなど）
• 定てい格かく電圧でんあつ
• 定てい格かく電流でんりゅう
• 定てい格かく運転うんてん時間じかん（一時いちじ間あいだや連続れんぞくなど）
• 絶縁ぜつえん体たいの耐たい熱ねつクラス
• 絶縁ぜつえんの階級かいきゅう

保安ほあん装置そうち

機械きかい的てき保護ほご

• 過か速度そくど継電器けいでんき
• 温度おんど継電器けいでんき

電気でんき的てき保護ほご

• 過か電流でんりゅう継電器けいでんき
• 過電圧かでんあつ継電器けいでんき
• 不足ふそく電圧でんあつ継電器けいでんき
• 地ち絡からま過電圧かでんあつ継電器けいでんき
• 地ち絡からま過か電流でんりゅう継電器けいでんき
• 逆ぎゃく電力でんりょく継電器けいでんき
• 周波数しゅうはすう継電器けいでんき
• 界さかい磁過電流でんりゅう継電器けいでんき
• 界さかい磁地絡からま継電器けいでんき
• 界さかい磁喪失そうしつ継電器けいでんき
• 比率ひりつ差さ動どう継電器けいでんき
• 逆ぎゃく過か電流でんりゅう継電器けいでんき

関連かんれん項目こうもく

• 発電はつでん
• コジェネレーション
• 内燃ないねん力りょく発電はつでん
• 電池でんち、二に次じ電池でんち
• 電源でんげん車しゃ
• 水素すいそ燃料ねんりょうエンジン - BCPの観点かんてんから非ひ常用じょうよう発電はつでん機き用ようの動力どうりょくとして期待きたいされている。

脚注きゃくちゅう

外部がいぶリンク

• 用語ようご説明せつめい
• FAQ
• 日本にっぽん大だい百科全書ひゃっかぜんしょ(ニッポニカ)『発電はつでん機き』 - コトバンク