直流機の構造

直流機とは

直流機とは、直流電力を使って動力を生み出す、または反対に、外部からの動力を受けて発電するための機器です。前者のことを直流電動機、後者のことを直流発電機と呼びますが、基本的な構造や原理に違いはありません。直流機を外部電源につなげば直流電動機として働きますし、負荷につなげば直流発電機として働きます。

直流機の構造

以下の図は、直流発電機の構造を示す一例です。直流電動機でも直流発電機と構造は同様(外部回路が違うだけ)で、使い方は直流発電機の反対にすればいいだけです。

直流機は、固定子と回転子で構成されます。それぞれ名前の通り、動かないで固定している部品と、回転する部品ということになりますが、固定子には界磁や継鉄などがあり、回転子には電機子や整流子などがあります。

界磁というのはいわゆる電磁石のことなので、固定子の役割はひとことで言うと「磁束をつくる」ということになります。上図では簡略化して描いてありますが、実際には界磁鉄心に界磁巻線を巻いたものを合わせて界磁と呼んでいます。界磁鉄心には、鉄損を少なくするために積層鉄心という鉄心を使用します。

また、図では界磁のところに「N」、「S」と書いてあり、このような場合は、磁極数2の直流機と呼ばれます。これが90°おきにN、S、N、Sと並んでいたら、それは磁極数4の直流機となります。もちろん、磁極数が6や8など、偶数であれば(N、Sが対になっていれば)理論上はいくつでも構いません。

磁極数を多くすると回転数が少なくて済むという関係がありますが、計算の仕方については後の項で取り扱いますので、ここでは大まかなイメージだけ持ってもらえれば充分だと思います。

電機子は、界磁がつくった磁束を切るように回転する部分で、電機子鉄心と電機子巻線から構成されます。電機子鉄心は、交番磁束が通るため、界磁鉄心と同様に積層鉄心を使います。

また、電機子巻線は六角形(亀甲形)の形状をしていて、そのコイル辺を電機子鉄心のスロットに挿入します。各コイル相互のつなぎ方には、同じスロットにコイル辺を重ねる重ね巻と、波のようにつなぐ波巻とがあります。

整流子は、電機子と外部回路をつなぐ役割を果たしています。