発電機とは？ わかりやすく解説

発電機（はつでんき、electrical generator）は、電磁誘導の法則を利用して、機械的エネルギー（仕事）から電気エネルギー（電力）を得る機械（電力機器）である。

自動車やオートバイなどのエンジンに付いているオルタネーターや、自転車の前照灯に直結されているダイナモは身近な発電機の例である。また、電気関係の一部ではジェネレーター/ジェレレータと呼ばれることがある。

構造は電動機と近い。原理は同一で、電動機から逆に電気を取り出す事が出来る。より具体的には、模型用電気モーターの電極に豆電球を繋ぎ、軸を高速で回転させると豆電球が点灯する。実用的にはそれぞれに特化した異なる構造をしている。そのため、電動機で走行する鉄道車両^{[注釈 1]}やハイブリッドカー、電気自動車においては、電動機を発電機として利用して発生した電力を抵抗器で熱エネルギーとして消費したり（発電ブレーキ）、架線やバッテリーに戻したり（回生ブレーキ）して制動力を得ることも可能である。

発電機の動力源が電動機のものについては電動発電機を参照。

種類

発生する電力の種類により直流発電機、交流発電機に大別される。

• 直流発電機
• 交流発電機
  • 同期発電機
  • 誘導発電機
  • 高周波発電機

また、発電機を動かす動力源は、下記のように分類される。

• 人間、人力（歴史の節で説明されている初期の発電機、現代の自転車のダイナモ、手回し発電機（停電時や災害時に使うもの）など）。人力発電。
• 水車（水力発電）
• 風力原動機（風力発電）
• 内燃機関（内燃力発電 : 発動発電機（英語版）、ガスタービン発電機）
  • 内燃機関と組み合わされたものには、特に発動発電機（発々-はつはつ）や、ジェネレーターセット（Genset、ジェネセット、発電セット）の通称がある。燃料はA重油、軽油、ガソリン、LPガス（プロパン、ブタン）、天然ガス（LNG、CNG）、水素。

  なお、内燃機関で走行する自動車やオートバイに搭載されている発電機のオルタネーターも、その内燃機関から動力を得ている。

• 蒸気タービン（汽力発電：火力発電・原子力発電などはこの方式）
• 爆薬（爆薬発電機）

発電機の歴史

磁気と電気の関係が発見される以前に、静電気学の原理を使った静電発電機が発明されている。静電発電機は、高電圧で少電流の電気を発生する。ベルトや板や円盤に電荷を蓄えて輸送し、高電位差を生じさせる。電荷は次のどちらかの手段で発生させる。

• 静電誘導
• 摩擦帯電 - この場合、2つの絶縁体を接触させても、どちらも帯電したままとなる。

効率が低く、高電圧を発生する機械を絶縁するのが難しいため、静電発電機が発生する電力量は小さく、電力を商業的に供給する手段としては使われなかった。その中でも後々まで残ったものとして、ウィムズハースト式誘導起電機やヴァンデグラフ起電機がある。

イェドリクのダイナモ

1827年、ハンガリーのイェドリク・アーニョシュが electromagnetic self-rotor と名付けた電磁回転装置の実験を開始した。単極電気始動機の試作機（1852年から1854年に完成）では、固定部品も回転部品も電磁式だった。彼はジーメンスやホイートストンの少なくとも6年前にダイナモの概念を確立していたが、自分がそれを世界で初めて考案したとは思わなかったため、特許を取得しなかった。

基本的にその概念は永久磁石を使わず、2つの電磁石を使って回転子の周囲の磁界を誘導する。それは自励作用の原理の発見でもあった^[1]。イェドリクの発明は当時の水準の数十年先を行っていた。

ファラデーの円盤

マイケル・ファラデーは1821年に世界初の電動機の一つとも考えられる単極誘導モーターとでも云うべき原理を考案している。しかし、師のハンフリー・デービーとアイデアについて考え方が合わず、以後デービーが亡くなるまで、ファラデーは師の専攻の一つである化学の実験に明け暮れる。

ファラデーは1831年に、電磁気を使った発電機の動作原理を発見した。これが後にファラデーの法則と呼ばれるようになった。すなわち、磁場を横切る形で移動する電気伝導体の両端に電位差が生じることを示した。ファラデーは1832年、初の電磁式発電機「ファラデーの円盤」も製作した。これは一種の単極発電機で、銅円盤をU字形の磁石の間で回転させることにより、円盤の側円部と中心部に微弱な電位差を発生する。

この設計では、磁場の影響を受けない部分で逆電流が発生して円盤内で相殺してしまうため、あまり効率がよくない。磁石の間を通る部分で電流が発生するが、磁場の影響を受けない部分では逆方向に電流が流れる。この逆電流のせいで出力を取り出す導線で得られる電力は微弱となり、電磁誘導のエネルギーの大部分は銅の円盤の温度を上昇させる形で浪費される。後の単極発電機では、円盤の周囲全体に磁石を並べ、全体で一定方向に電流が発生するようにして問題を解決している。

もう1つの欠点は、磁束に対して電流の経路が1つしかないため、出力電圧が非常に低い点である。その後の他者の実験で、複数巻きのコイルを使うと高電圧を作りだせることが判明した。出力電圧は巻き数に比例するので、巻き数を加減することで必要な電圧を容易に発生できる。後の発電機では、巻き線が使われるようになった。

最近では、回転子に希土類磁石を使った単極電動機が実用化されている。これは従来よりも様々な面で利点がある。

ダイナモ

ダイナモ (Dynamo) は、産業用電力供給に使われた最初の発電機である。ダイナモは電磁気学の原理を使い、整流子を用いて回転力を脈動する直流電流に変換する。1832年、ヒポライト・ピクシー（Hippolyte Pixii）が世界初のダイナモを作った。これは、上部に2つのコイルを取り付け、その下に置いたU字形の永久磁石を回転させることにより電気を発生させようというものであった。

様々な偶然の発見により、ダイナモから様々な装置が発明されていった。例えば、直流電動機、交流発電機、直流の同期電動機、回転変流機などである。

ダイナモは、一定の磁場を提供する固定部品（界磁）とその磁場の中で回転するいくつかのコイルで構成される。小型のダイナモでは界磁に1つ以上の永久磁石を使い、大型のダイナモでは界磁に1つ以上の電磁石を用いる。

現在では交流発電がほとんどで、交流から直流への変換にも半導体素子を用いた電子回路を使うため、高出力のダイナモはほとんど使われていない。しかし交流の原理が発見される以前は、大型の直流ダイナモが唯一の発電手段だった。

発電機の仕様

発電機の仕様（スペック）として書かれるのは、おおむね次のような項目である。

• 定格出力
• 定格回転数
• 電源の種類（定格周波数や力率、単相か三相など）
• 定格電圧
• 定格電流
• 定格運転時間（一時間や連続など）
• 絶縁体の耐熱クラス
• 絶縁の階級

保安装置

機械的保護

• 過速度継電器
• 温度継電器

電気的保護

• 過電流継電器
• 過電圧継電器
• 不足電圧継電器
• 地絡過電圧継電器
• 地絡過電流継電器
• 逆電力継電器
• 周波数継電器
• 界磁過電流継電器
• 界磁地絡継電器
• 界磁喪失継電器
• 比率差動継電器
• 逆過電流継電器

関連項目

• 発電
• コジェネレーション
• 内燃力発電
• 電池、二次電池
• 電源車
• 水素燃料エンジン - BCPの観点から非常用発電機用の動力として期待されている。

脚注

注釈

出典

外部リンク

ウィキメディア・コモンズには、発電機に関連するカテゴリがあります。

• 用語説明
• FAQ
• 日本大百科全書(ニッポニカ)『発電機』 - コトバンク

表 話 編 歴 発電
方式	発電機使用 熱機関 による発電 火力発電 (発電所) 内燃力発電 コンバインドサイクル発電 廃棄物発電 石炭ガス化複合発電 バイオマス発電 非火力発電 原子力発電 原子力発電所 地熱発電 太陽熱発電 海洋温度差発電 核融合発電 (核融合炉) その他 汽力発電 (火力非火力共通) 冷熱発電 炉頂圧発電 水力発電 揚水発電 小水力発電 海洋発電 波力発電 潮力発電 海洋温度差発電 塩分濃度差発電 海流発電 風力発電 陸上風力発電 洋上風力発電 浮体式洋上風力発電 凧型風力発電（英語版） その他 人力発電 発電機不使用 燃料電池発電 太陽光発電 宇宙太陽光発電 熱光起電力発電 ラジオアイソトープ発電 爆薬発電 MHD発電 熱電発電 振動発電 ナノ発電 大気電流発電
燃料	化石燃料 石炭 石油 軽油 灯油 ガソリン 天然ガス LNG LPG 重油 バイオマス アルコール燃料 ガソール バイオ燃料 バイオマスエタノール 第二世代バイオ燃料 セルロシック・エタノール バイオディーゼル バイオガス バイオコークス 微細藻燃料 木質燃料 木質バイオマス 薪 木質ペレット ウッドチップ 間伐材 パーム油 汚泥 脱水ケーキ 核燃料 ウラン プルトニウム トリウム 重水素 三重水素 その他 太陽 太陽光 廃棄物固形燃料（RDF） 水素 水素燃料
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Portal:エネルギー・ カテゴリ

表 話 編 歴 電動機（電気モータ）
AC - 交流 DC - 直流 PM - 磁石 SC - 整流子
基本型	交流電動機（ACモータ） 直流電動機（DCモータ）
DCモータ	単極電動機 直流整流子電動機 ユニポーラモーター（英語版）
AC SC 機械 整流子	反発電動機（英語版） 交流整流子電動機
AC SC 電気 整流子	無整流子電動機(BLDC) スイッチトリラクタンスモータ(SRM)
AC 誘導電動機 (induction (IM))	隈取磁極型誘導電動機 Dahlander pole changingモータ（英語版） 誘導電動機(SCIM) Wound rotor モータ（英語版）(WRIM) リニア誘導モータ（英語版） かご形三相誘導電動機 巻線形三相誘導電動機 単相誘導電動機
AC 同期電動機(SM)	同期電動機 永久磁石同期電動機(IPMSM / SPMSM) リラクタンスモータ(SyRM) 同期電動機(WRSM)
Special magnetic machines	二次励磁電機（英語版） リニアモーター サーボモータ ステッピングモーター 主電動機 ボイスコイルモーター
非磁性	静電モーター 超音波モータ
Enclosure Type	Hermetic seal（英語版） TEFC（英語版）
コンポーネントおよび アクセサリー	電機子 制動チョッパ（英語版） ブラシ（電動）（英語版） 整流子 直流制動（英語版） 界磁コイル（英語版） 回転子 スリップリング 固定子 コイル
モーター制御器（英語版）	AC/ACコンバータ（英語版） アンプリダイン（英語版） 可変速ドライブ（英語版） (ASD) サイクロコンバータ（英語版） 直接トルク制御（英語版）(DTC) Metadyne（英語版） モーター制御器（英語版） モーターソフトスターター（英語版） セルモーター インバータ サイリスタ位相制御 可変電圧可変周波数制御(VFD) ベクトル制御（英語版） 電圧コントローラ（英語版） Ward Leonard control（英語版）
歴史, 教育, レクリエーション利用	電動機の歴史（英語版） ボールベアリングモータ バーロー・ホイール リンチモータ（英語版） メンドシノモータ（英語版） マウスミルモータ（英語版）
未来的、, 実験的	コイルガン レールガン 超伝導機（英語版）
関連トピック	Blocked rotor test（英語版） 円線図（英語版） 制御理論 電磁気学 Open-circuit test（英語版） 開ループ制御 パワーウェイトレシオ 二相交流
人物	フランソワ・アラゴ ピーター・バーロー サミュエル・ハンター・クリスティ マイケル・ファラデー ゼノブ・グラム ジョセフ・ヘンリー イェドリク・アーニョシュ ハインリヒ・レンツ ジェームズ・クラーク・マクスウェル ハンス・クリスティアン・エルステッド ヒポライト・ピクシー ヴェルナー・フォン・ジーメンス フランク・スプレイグ ウィリアム・スタージャン ニコラ・テスラ
関連項目	オルタネーター 発電機 インチワームモータ（英語版）
電磁気学のSI単位	C - 静電容量 (F) Q - 電荷 (C) G, B, Y - コンダクタンス、サセプタンス、アドミタンス (S) κ, γ, σ - 誘電率 (S/m) I - 電流 (A) D - 電束密度 (C/m2) E - 電界 (V/m) ΦE - 電束 (V·m) χe - 電気感受率 U, ΔV, Δφ; E - 起電力 (V) L, M - インダクタンス (H) H - 磁界強度 (A/m) Φ - 磁束 (Wb) B - 磁束密度 (T) χ - 磁化率 μ - 透磁率 (H/m) ε - 誘電率 (F/m) P - 電力 (W) R, X, Z - 抵抗、リアクタンス、インピーダンス (Ω) ρ - 電気抵抗率 (Ω·m)
カテゴリ

表 話 編 歴 電気・電力
主要項目	電力 電気 電力会社 日本の電力会社 エネルギー エネルギー効率
電力流通	電力系統 系統連系 発電設備の運用 電気工作物 商用電源 電線路(送電線) 発電 発電所 発電機 発電設備 変電 変電所 変電設備 借室電気室 移動変電所 送電 電線路 交流送電 直流送電 配電 受電設備 三相4線式 三相3線式 単相3線式 単相2線式 変成器 変圧器 変流器 遮断器・開閉器 電柱 電線 鉄塔
項目	電力自由化 発送電分離 日本卸電力取引所 商用電源周波数 電流戦争 消費電力 ワット 年間消費電力量 待機電力 電費 埋蔵電力 電力量 電力量計(電気メーター) スマートメーター 電力機器 電気製品の一覧 電機メーカー 停電 電力需給ひっ迫警報 節電 電気工事 電気工事士 電気自動車 電池 電気鉄道 電車 電気機関車 鉄道の電化 直流電化 交流電化 電気回路 電子回路 電力回路 電気楽器 電灯 電気関係法令
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