直流発電機の構築
直流発電機の定義
直流発電機とは、機械エネルギーを直流（DC）電力に変換する電気機器です。導体が磁界を通過すると、導体内に電位差が生じ、これが閉回路に接続されると電流が流れます。これは電磁誘導の原理に基づいて動作します。
直流発電機の構造
ヨーク
ヨークは通常、発電機のサイズと重量に応じて鋳鉄または鋳鋼で作られています。
ヨークの使用
ヨークは発電機の磁極を固定し、機械全体を保護するカバーとして機能します。
また、フィールド巻線によって生じた磁束を伝導します。
磁極とフィールド巻線
磁極とフィールド巻線は、直流発電機内で主な磁界を生成する静止部品です。これらはヨークの内側と外側にボルトで固定されています。
垂直ロッドは層状鋼または固体鋳鉄または鋼で作られています。層状化により磁極での渦電流損失が減少します。磁極は突出しており、ヨークから内側に向かって突き出ています。
アーマチュア
アーマチュアは、直流発電機の回転部であり、アーマチュア巻線に電磁力が磁界によって誘導されます。これは磁極の間にシャフトを取り付けたもので回転します。
アーマチュアコアは層状鋼で作られており、その外表面には溝があります。これらの溝は、アーマチュア導体を互いやコアから絶縁して保持するために使用されます。層状化によりコアでの渦電流損失が減少します。
アーマチュア巻線は、絶縁された銅線またはテープのコイルを特定のパターンで接続して形成されます。アーマチュア巻線には2つのタイプがあります：ラップ巻線とウェーブフォーム巻線。
ラップ巻線：この種の巻線では、各コイル端子は隣接するコミュータセグメントとアーマチュアの同じ側の別のコイル端子に接続されます。
ウェーブフォーム巻線：この種の巻線では、各コイル端子はコミュータセグメントに接続され、そのコミュータセグメントはコミュータセグメントから一つの磁極距離離れた位置にあり、アーマチュアの反対側の別のコイル端子に接続されます。
コミュータ
コミュータは、アーマチュア巻線に誘導された交流電磁力動力を負荷端子の両端で直流電圧に変換する機械装置です。直流発電における整流器として機能します。
コミュータは、硬引きまたは鍛造銅の楔形セグメントで構成されており、それらはミカシートによって互いおよびシャフトから絶縁されています。各セグメントはライザーやコネクタを介してアーマチュア導体に接続されています。
コミュータセグメントは円筒形状にシャフト上に配置され、シャフトとともに回転します。セグメントの数はアーマチュア巻線のコイル数によって決まります。
電気ブラシ
ブラシは炭素またはグラファイト製のブロックで、コミュータセグメントから電流を集めて外部回路に伝送します。また、発電機の静止部と回転部との間の電気的接触も提供します。
ブラシは長方形の箱であるブラシブラケットに収納され、ヨークまたはベアリングブラケットに取り付けられています。ブラシホルダーには、ブラシが適切な圧力でコミュータに押し付けられるようにスプリングがあります。ブラシは、アーマチュア導体の誘導電磁力動力が方向を変える場所に配置されるべきです。これらの場所は中性ゾーンまたは幾何学的な中性軸（GNA）と呼ばれます。
ベアリング
ベアリングは、発電機の回転シャフトを支持し、シャフトと静止部品との間の摩擦を減らすために使用されます。また、シャフトが滑らかかつ均等に回転できるようにします。
小型発電機では低摩擦で高効率のボールベアリングが使用され、大型発電機では重い荷重やショックに耐えられるローラーベアリングが使用されます。
ベアリングは適切に潤滑されなければならず、これにより発電機の滑らかな動作と長寿命が確保されます。潤滑はオイルリング、オイルバス、グリースカップ、または強制潤滑システムを通じて行われます。
動作原理
アーマチュアが磁界内で回転すると、導体に法ラデーの電磁誘導則に基づいて電磁力動力が誘導されます。
直流発電機の種類
個別励磁型直流発電機：このタイプでは、励磁コイルはバッテリーや他の直流発電機などの独立した外部直流電源によって励磁されます。
自己励磁型直流発電機：このタイプでは、励磁コイルは初期磁化後に残磁による自発電圧によって励磁されます。シリーズ巻線、分割巻線、複合巻線の3つのサブタイプがあります。
永久磁石型直流発電機：このタイプでは、磁界コイルはありませんが、一定の磁束を提供する永久磁石があります。
応用
自動車、インバーター、太陽光パネルのバッテリー充電。
電気自動車、列車、クレーンのトラクションモーターへの電力供給。
アーク溶接機、めっき設備、電解過程への電力供給。
AC送電が実現不可能または経済的でない遠隔地への電力供給。
AC機器や回路のテスト用電力供給。
結論
直流発電機は、電磁誘導によって機械エネルギーを電気エネルギーに変換する重要な装置です。ヨーク、磁極、フィールド巻線、アーマチュア、コミュータ、ブラシ、ベアリングなどの複数の部品が組み合わさって直流を生成します。直流発電機は励磁方法によって異なる種類に分類できます。直流発電機は、バッテリー充電、トラクション、溶接、めっき、電解、遠隔地への電力供給など、さまざまな分野で幅広く使用されています。
