この項目では、発電機について説明しています。

天体の磁場生成や維持に関する理論については「ダイナモ理論」をご覧ください。

CBCテレビで放送されていた情報番組については「お宝発信タワー DAI-NAMO」をご覧ください。

宝塚歌劇団によって制作された舞台作品については「ダイナモ!」をご覧ください。

その他の用法については「ダイナモ (曖昧さ回避)」をご覧ください。

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出典検索?: "ダイナモ" ? ニュース ・ 書籍 ・ スカラー ・ CiNii ・ J-STAGE ・ NDL ・ dlib.jp ・ ジャパンサーチ ・ TWL（2020年11月）

ダイナモ (dynamo) は本来は発電機の別名だ[1]が、@media screen{.mw-parser-output .fix-domain{border-bottom:dashed 1px}}現在では整流子を使って直流を生成する整流子発電機を意味する。[要出典]初期の産業用発電に使われたのはダイナモであり、電動機、交流発電のオルタネーター、回転変流機などの電力変換装置はすべてダイナモから派生した。現在では大規模な発電は全て交流の電力を発生させており、交流から直流への変換は半導体などを使って簡単にできるため、整流子のあるダイナモはそういった用途にはほぼ使われなくなっている。

地域によっては、「発電機」と同義に使われ続けている。日本語では、特に自転車や自動車に付けられる直流の発電機や、発電式の懐中電灯・ラジオなどの発電機を指す。
概要

ダイナモはファラデーの電磁誘導の法則に基づき、導線を巻いたコイルと磁界を使い、機械的な回転力を脈動する直流電流に変換する。ダイナモを構成する部品のうち回転しない部分を固定子と呼び、一定の磁場を提供する。一方回転する部品を電機子と呼び、その磁場の中で回転する。小さい装置であれば、その一定の磁場は1つまたは複数の永久磁石で提供される。大きい装置では電磁石で提供し、これを「磁場コイル (field coil)」などと呼ぶ。

直流を生成するのに必須となるのが整流子である。導線を巻いたものが磁場内で回転するとそこに生じる電位差は半回転ごとに逆転し、交流を生じる。しかし、初期の電気の利用法では交流の使い道が知られていなかった。当時の数少ない電気の用途として電気めっきがあるが、これには直流を必要とし、扱いにくい液体を使った電池で直流を供給していた。ダイナモはそのような電池の代替として発明された。整流子は装置の軸に設置された一連の接点であり、回転部分と外部回路との接続を電位差の逆転に合わせて反転させ、交流ではなく脈動する直流を生成するものである。
歴史

世界初の発電機構はマイケル・ファラデーが1831年に発明した「ファラデーの円盤」で、銅製の円盤を磁石の両極の間で回転させるものである。これは整流子を使っていないのでダイナモではない。「ファラデーの円盤」では磁場を通る電流の経路が1つしかないため、生成する電位差が非常に低い。ファラデーや他の研究者は、導線を複数回巻きつけたコイルにすることで電圧を高くできることを発見した。導線の巻き数を調整することで任意の電圧を生成できるようになり、その後の発電機の設計には必ずコイルが使われているが、直流を生成するには整流子の発明が必要だった。
イェドリクのダイナモ

1827年、ハンガリーのイェドリク・アーニョシュは electromagnetic self-rotors と名付けた電磁回転装置の実験を始めた。この単極電気始動機のプロトタイプでは、静止部品も回転部品も電磁石となっている。彼はジーメンスやホイートストンの約6年前にダイナモの概念を確立していたが、自分が最初に考案したものだとは思っていなかったため、特許を申請しなかった。彼のダイナモは永久磁石の代わりに互いに反発しあうように電磁石を配置して磁界を電機子の周囲に発生させる[2][3]。
ピクシーのダイナモ

ファラデーの法則に基づく最初のダイナモは1832年、フランス人技師ヒポライト・ピクシーが製作した。永久磁石をクランクで回す構成になっている。回転する磁石のN極とS極が鉄芯に巻きつけた導線のそばを通るよう配置している。ピクシーは回転磁石の極がコイルのそばを通過するとき、導線に脈動する電流が生じることを発見した。しかし、N極とS極では誘導電流の向きが逆だった。交流を直流に変換するため、ピクシーは整流子を発明した。これは軸に円筒形に2つの電極を分離した形で設置し、そこに2つのバネのような金属板を押し付けたものである。
パチノッティのダイナモ

これら初期の設計には問題があった。ダイナモが出力する電流には脈動があり、供給する電力を平均すると低出力になるという問題である。イタリアの物理学教授アントニオ・パチノッティは1860年ごろ、2極の回転コイルを多極のトーラス形コイルに置き換えることで問題を解決した。これは、ドーナツ形の鉄の輪に連続的に導線を巻きつけ、その周囲の各所に整流子との接点を設けたものである。整流子の接点は多数存在することになり、コイルの各部分が連続的に磁石のそばを通ることで平滑な電流を生じさせることができる。
ジーメンスとホイートストンのダイナモ（1867年）

最初の実用的発電機としてのダイナモは、ヴェルナー・フォン・ジーメンスとチャールズ・ホイートストンがほぼ同時期にかつそれぞれ独自に発表した。1867年1月17日、ジーメンスはベルリンアカデミーで dynamo-electric machine（ダイナモという用語はこのときが初出）を発表した。これは、自励式電磁電機子を使っていた[4]。この発明が王立協会に伝えられた日に、チャールズ・ホイートストンは同様の設計の発電機についての論文を発表した。両者の違いは、ジーメンスの設計では電機子と回転子が直列に接続されていたのに対して、ホイートストンの設計では並列接続になっていたという点である[5]。永久磁石ではなく電磁石を使うことでダイナモの発生する電力は大幅に増大し、これによって史上初の大電力発電が可能となった。これらの発明によって産業に電力が使われるようになった。例えば1870年代、ジーメンスはダイナモを電力源として電気炉を運用し、金属精製などに使った。
グラムの環状ダイナモ

ゼノブ・グラムは1871年、世界初の商用発電所を設計中にパチノッティの設計を再発明し、その発電所はパリで1870年代に運用された。グラムは磁束の経路を改良するため、静止部品と回転部品の間の隙間をなるべく狭くし、隙間を鉄芯で埋めるという改良を行った。グラムのダイナモは産業向けに販売できる量の電力を生成した世界初の発電機である。その後も改良は行われたが、ダイナモの基本的な構造（回転する無限ループの導線）はその後も変わっていない。
ブラッシュのダイナモ

チャールズ・F・ブラッシュは1876年夏、馬に引かせた踏み車を動力源としたダイナモを組み立てた。アメリカ合衆国特許番号189997 Improvement in Magneto-Electric Machines を1877年4月24日に出願している。ブラッシュはグラムの設計を基本としたが、周囲や輪の導線の一部が有効な磁界の外にあって、そのために熱を発していた。この設計を改良していき、環状電機子を元もとの円柱状ではなく円盤状にした。固定子は電機子の外周ではなく、円盤を両面から挟むように配置した。一方の面にS極の電磁石を2つとN極の電磁石を2つ配置し、電機子の円盤を挟んで反対側に反対の極の電磁石を配置している[6]。