電動機と発電機の違い｜他励式は同じ回路図でも電流が逆

この記事で身につくこと

「直流機の回路図が出てきた瞬間に、これは発電機だったか電動機だったか分からなくなる」——この悩み、実はとても多いんです。

無理もありません。他励式の直流発電機と直流電動機は、回路図がほとんど同じ顔をしています。どちらにも界磁回路があり、電機子回路があり、パッと見では区別がつきません。試験本番で「あれ、どっちだ？」と固まってしまい、そこで時間を溶かしてしまう。そんな経験がある方も多いのではないでしょうか。

でも安心してください。この単元は、見るべきポイントがたった2つしかないという、驚くほどシンプルな単元です。しかも、そのポイントは公式でも計算でもありません。図の中の「矢印の向き」と「外側につながっているモノ」、この2つを見るだけ。慣れてしまえば、回路図を見た瞬間に0.5秒で判別できるようになります。

この記事を読み終えるころには、次の3つが身についています。

• 他励式の直流発電機と直流電動機の回路図がなぜそっくりなのか、その理由が分かる
• 電機子電流Iaの向きで、一瞬でGとMを見分けられるようになる
• 試験で狙われる決定的な3つの違い（役割・電流の向き・外部接続）を表で整理できる

苦手意識のある単元ほど、実は「見分け方が1つ決まっていない」だけということがよくあります。今回は、その見分け方をハッキリさせにいきましょう。

暗記フレーズ：ほぼ同じ図でも流れは逆

この単元は、この一言に全部が詰まっています。

ほぼ同じ図でも流れは逆

構造は同じ。でも流れは逆。それだけです。

なぜこのフレーズが効くのかというと、多くの受験生は「回路図の形」で機器を見分けようとしてしまうからです。ところが他励式の直流機は、発電機も電動機も回路の骨組みが同じ。だから形で見分けようとすると、いつまでたっても迷い続けることになります。

そこで発想を切り替えます。形ではなく、流れで見分ける。 電気がどちらに向かって動いているのかを見れば、その機器が「電気を作っている側」なのか「電気をもらっている側」なのかが即座に分かります。

このフレーズを頭に入れた状態で、これから順番に中身を見ていきましょう。先に結論を持っておくと、途中の説明がスッと入ってきますよ。

ステップ1：まず「回路図がそっくりな理由」を知る

左に直流発電機(G)、右に直流電動機(M)の他励式回路を並べてみると、間違い探しのようになります。どちらにも界磁回路と電機子回路があり、配置も似ています。違うのは中央の記号が G か M か、という程度です。

なぜここまで似ているのか。答えは単純で、直流機は発電機としても電動機としても使える同じ構造の機械だからです。界磁で磁束をつくり、電機子が磁束を切りながら回る。この仕組みそのものは、電気を作るときも、力を出すときも変わりません。

ここが試験の「罠」になっています。構造が同じなのだから、構造だけを覚えても見分けられない。決定的な違いはたった1つ、エネルギーがどちら向きに動いているか、という点にあります。

なお他励式というのは、界磁巻線を電機子とは別の電源で励磁する方式のことです。界磁と電機子がつながっている分巻式などとは回路の形が違いますので、混ざらないように気をつけてください。方式ごとの違いが不安な方は、分巻式 直流機を「父と子」で攻略！発電機と電動機の電流・電圧の違い と読み比べておくと、頭の整理がぐっと進みます。

ステップ2：発電機(G)は「電気を送り出す」

まず発電機から見ていきましょう。発電機の仕事は、動力を電気エネルギーに変換して、外部へ供給することです。

外部へ供給するのですから、電気は当然「外に出ていく」ことになります。図でいえば、電機子電流 $I_a$ は電源（＝発電機本体）から負荷抵抗 $R_L$ に向かって、外へ流れ出すわけです。

ここで押さえておきたいのは、発電機の外側には必ず「電気を使う相手」がいるという点です。作った電気は、どこかで消費されなければ意味がありません。その消費する相手が、回路図では負荷抵抗 $R_L$ として描かれます。

つまり、回路図の外側に $R_L$ が見えたら、その時点で「これは発電機だな」と判断できてしまうんです。矢印を追わなくても、外部につながっているモノを見るだけで答えが出る。これが2つ目の判別ポイントになります。

ステップ3：電動機(M)は「電気を受け取る」

続いて電動機です。電動機の仕事は発電機とちょうど裏返しで、外部からの電気エネルギーを受け取り、動力に変換することです。

受け取る側ですから、電気は「入ってくる」ことになります。電機子電流 $I_a$ は外部の電源から電機子(M)に向かって、内へ流れ込む——発電機のときと完全に反転しています。

そして注目してほしいのが、回路図の外側です。発電機では負荷抵抗 $R_L$ が描かれていた場所に、電動機では電源が描かれています。同じ位置に、まったく役割の違うものがつながっているわけです。

ここまで来ると、「同じ図でも流れは逆」という言葉の意味が実感として分かってくると思います。骨組みは同じ。でも、外につながるモノが負荷から電源に変わったことで、電気の流れる向きが丸ごとひっくり返っているのです。

ステップ4：構造と流れをセットで捉える

2つを並べると、対比がはっきりします。

• 発電機(G) ＝ 外へ（電機子 → 負荷抵抗 $R_L$）
• 電動機(M) ＝ 内へ（電源 → 電機子）

発電機に対して、電動機の電流方向は完全に反転します。理由は難しくありません。発電機の外側には「電気を消費するもの（負荷）」がつき、電動機の外側には「電気を供給するもの（電源）」がつくからです。つながる相手が逆になれば、流れも逆になる。ごく自然な話です。

ここで大事なのは、構造だけを単独で覚えないことです。「他励式は界磁が別電源」という構造の知識は必要ですが、それだけでは G と M を分けられません。構造の知識に「流れの向き」をセットで貼り付けておく。この一手間が、本番での迷いをなくします。

なお、電機子に電流が流れれば、その電流自身がつくる磁束が主磁束に影響を与えます。これが電機子反作用です。ここが曖昧だと直流機全体があやふやになりますので、心当たりのある方は 直流発電機の電気子反作用は『直列』で全部攻略できる を先に押さえておくと、この後の学習が一気に楽になります。

ステップ5：決定的な3つの違いを表で固める

試験対策としては、この表を丸ごと頭に入れてしまうのが最短ルートです。

比較項目	直流発電機(G)	直流電動機(M)
役割	電気を送り出す	電気を受け取る
電機子電流の向き	外へ（負荷抵抗へ向かう）	内へ（電源から流れ込む）
外部接続	負荷抵抗 $R_L$	電源

たった3行です。しかも3行とも、意味がつながっています。

「電気を送り出す」から「外へ」流れ、外には「負荷抵抗」がある。 「電気を受け取る」から「内へ」流れ、外には「電源」がある。

役割さえ分かれば、あとの2つは自動的に決まる。つまり実質的に覚えることは1行分しかないんです。丸暗記が苦手な方ほど、この「意味のつながり」で覚えてしまってください。バラバラの3項目として覚えると忘れますが、1本の筋として覚えると忘れません。

ステップ6：回路図を読むための最終原則

最後に、本番で使う「読み方の手順」に落とし込みます。

構造が同じなら、エネルギーの「入り口」と「出口」だけを見極める。

これが直流機をマスターする極意です。実際の手順はこうなります。

1. 電機子電流の矢印の向きを見る（外向きか、内向きか）
2. 外部に何がつながっているかを見る（負荷抵抗か、電源か）
3. この2つは必ず一致するので、片方が読めればもう片方は確認だけでよい

図の細部を丁寧に追う必要はありません。矢印と外部接続、この2点だけを真っ先に見る。それで判別は終わりです。

ひとつ注意点があります。この「電流の向きで判別する」という考え方は、直流機だからこそ使えるものです。誘導機や同期機は交流機ですから、電流の向きは常に入れ替わっており、同じ発想はそのまま持ち込めません。直流機の特徴として理解しておいてください。

まとめ

今回の内容を整理します。

• 他励式の直流発電機と直流電動機は、界磁回路＋電機子回路という構造が酷似している。形で見分けようとすると必ず迷う
• 決定的な違いは電機子電流 $I_a$ の向き。発電機は外へ（負荷抵抗 $R_L$ へ）、電動機は内へ（電源から）
• 外部につながるモノも逆になる。発電機の外は負荷抵抗、電動機の外は電源
• 覚えるのは役割・電流の向き・外部接続の3点だけ。しかも3点は意味でつながっているので、実質1本の筋で済む
• 本番では「矢印の向き」と「外部接続」の2点だけを真っ先に見る

「回路図がそっくりで分からない」という苦手意識は、見分ける基準が1つ決まっていなかっただけです。基準さえ決まれば、そっくりであることはむしろ好都合。見るべき場所が2か所に絞られるからです。

直流機は損失や効率の計算とセットで出題されることも多い単元です。回路が読めるようになった今なら、直流発電機の効率と損失を完全攻略！「銅損＝鉄損」で最大効率 も以前よりずっと理解しやすいはずですので、勢いのあるうちに続けて読んでみてください。

⚠ ここを間違える人が多い

この単元は、つまずくポイントがかなり決まっています。3つ挙げておきますので、自分に当てはまらないか確認してみてください。

❌ 発電機と電動機で「手」の法則を取り違える → ✅ 力が発生する話（電動機）と、電圧が発生する話（発電機）では使う法則が別物です。導体に電流を流したときに受ける力を扱うのが左手、導体が磁束を切ったときに生じる起電力を扱うのが右手。「どちらの手だったか」で迷うと、電流の向きの判定そのものが逆になり、選択肢を根こそぎ落とします。求めているのが力なのか電圧なのかを先に確認する癖をつけてください。

❌ 界磁と電機子の置き場所を逆に覚えている → ✅ 直流機では、動かない側（固定子）に界磁、回る側（回転子）に電機子が置かれます。ここが逆になっていると、回路図のどの部分を「電機子回路」として読めばいいのかが分からなくなり、電流の向き以前の話でつまずきます。磁束をつくる側は止まっていて、磁束を切る側が回る、と押さえておきましょう。

❌ 外部接続を見ずに、記号だけで判断しようとする → ✅ 図中の G / M の記号が省略されていたり、問題文で「この機械が電動機として動作するとき」と条件が与えられたりすることがあります。記号頼みだと対応できません。外部に負荷抵抗があるのか電源があるのか、回路の外側まで必ず視線を伸ばしてください。

過去問ではこう出た

直流機の基本構造と電流の向きは、ほぼ毎回どこかで顔を出す超頻出テーマです。テーマで照合すると、電験ジムの収録範囲だけでも 34問 が該当します。

具体的な出題実績は次のとおりです。

• 令和7年上期 問16
• 令和6年下期 問1／令和6年上期 問1
• 令和5年下期 問1／令和5年上期 問1
• 令和4年下期 問1
• 令和1年 問2／平成30年 問2

注目してほしいのは問番号です。ほとんどが「問1」「問2」、つまり機械科目の冒頭に配置されています。これは、直流機が機械科目の入口であり、ここを落とすと出だしでリズムを崩すことを意味します。逆に言えば、確実に取れれば毎回スタートダッシュが決まるおいしい問題群です。

出題形式は、回路図を示して電流の向きや各部の名称を問う空欄補充型が中心。令和7年上期の問16のように、計算問題として後半に登場するパターンもあります。いずれにせよ、今回の「役割・電流の向き・外部接続」の3点が判断の土台になります。

電験ジムで実際に解いてみる

よくある質問

Q. 同じ機械なのに、なぜ発電機になったり電動機になったりするのですか？

構造が同じだからです。直流機は「界磁で磁束をつくり、電機子が磁束を切りながら回る」という一つの仕組みでできています。この仕組みは、外から力を加えて回せば電気が出てきますし、外から電気を流し込めば回転する力が出てきます。どちらのエネルギーを先に与えるかで、発電機にも電動機にもなる。だから回路図がそっくりなのは当然で、区別すべきなのは機械そのものではなく「つなぎ方」なのです。

Q. 界磁電流の向きも、発電機と電動機で逆になるのですか？

いいえ、逆になるのは電機子電流です。他励式では界磁巻線が別の電源につながっており、界磁回路は電機子回路とは独立しています。界磁の役目は磁束をつくることであって、エネルギーの受け渡しの主役ではありません。今回の「流れは逆」という話は、あくまで電機子側の話だと切り分けて覚えてください。ここを混同すると、回路図のどこを見ればいいのか分からなくなります。

Q. 試験本番で、どこから見れば一番速く判別できますか？

回路の外側からです。図の中心にある機械の記号や、界磁回路の細かい配線から見始めると、情報が多くて迷います。まず外側に何がつながっているかを確認してください。負荷抵抗があれば発電機、電源があれば電動機。それだけで9割方は決まります。そのうえで電機子電流の矢印が「外向き／内向き」のどちらかを見て、判断が一致していれば確定です。外側 → 矢印の順で見る、と手順を固定しておくと本番でブレません。