■発電の原理
磁束を導体が横切ると導体に電流が流れる
これを誘導起電力といいます。誘導起電力の向きを簡単に求める法則が"フレミングの右手の法則"です。
図のように、左にN極、右にS極を配置し、画面上から左に導体を動かした場合、フレミングの右手の法則に従い、電流は画面奥から手前に向かって流れます。
・誘導起電力説明図
・フレミングの右手の法則
■交流発電
周囲にコイルを配置した磁石を高速回転させると、誘導起電力を発生させることができます。このときに発生する電流は、グラフのように(+・-)が交互に変化する電流=交流=AlternateCurrent=ACです。発電機の構造が簡単になるのが大きな特徴です。
自転車用の"ダイナモ"と呼ばれる発電機はこのタイプです。
・交流発電原理図
・交流発電出力グラフ(縦軸：電圧、横軸：時間)
■直流発電
周囲に磁石を配置し、中心軸のコイルを回転させると誘導起電力を交流同様に発生することができます。回転軸なので、コイルから電流を取り出すブラ シが必要となります。ブラシによって、極性が変化するので、取り出す電流は直流=DirectCurrent=DCとなります。扱いやすい直流を発生させ ることができますが、ブラシがあるために構造が複雑になり、耐久性が心配になります。
発生する電流は完全な直流ではなく、グラフのように"脈流"と呼ばれる直流です。電子回路で使用するにはきれいな直流にするために平滑回路が必要になります。
・直流発電原理図
・直流発電出力グラフ(縦軸：電圧、横軸：時間)
■オルタネータ
自動車のエンジン用発電機をオルタネータと呼びます。交流発電機の仲間ですが、永久磁石の変わりにコイルに電流を流して電磁石化して使用するのが大きな特徴です。自動車のエンジンは高温になります。熱に弱い永久磁石では劣化が早まるために、電磁石を使用します。
オルタネータで発電するためには最初に"IG端子"=イグニッション端子に電流を流す=初期励磁し、コイルを電磁石化して回転を開始します。
出力は"B端子"=バッテリ端子より取り出すことができます。この出力は直流のために、オルタネータは直流発電機と思われがちですが、立派な交流発電機です。
最近の自動車に搭載されているオルタネータはには"レギュレータ"と呼ばれる整流+安定化回路が内蔵されています。グラフを見るとわかりますが、 電圧が規定値以上に達してはじめて出力を開始します。回転が足りないためになかなか出力を確認することができず、故障かな?と思わせる場合があるので、注 意が必要です。
車載したオルタネータはバッテリが正常範囲であれば13V～14Vを出力します。自動車で電装品を使用する場合の定格電圧は13．8Vです。
なお、回転軸と一緒に回る励磁用コイルにはブラシが必要ですが、直流発電と違って、大電力を取り出すわけではないので、ブラシの耐久性は長期間持続します。
自転車発電にはオルタネータを使用します。
・オルタネータ原理図
・オルタネータ出力グラフ(縦軸：電圧、横軸：時間)
以上で発電の原理を終了します。
長野県飯田工業高校 竹内浩一