Konstrukce stejnosměrných strojů
Stejnosměrný stroj sestává ze čtyř hlavních součástek; jsou to: magnety, kotva, kolektor a kartáčky. Jak jsme již poznali, povstane v každém uzavřeném vodiči elektrický proud, protíná-li vodič magnetické silokřivky; jsou tudíž stroje pro výrobu elektrického proudu tak zařízeny, aby se veliký počet vodičů se značnou rychlostí pohyboval v silném magnetickém poli, a to tak, aby nastalo protínání magnetických silokřivek. Silného magnetického pole možno docíliti jedině elektromagnetem, upraveným ku př. dle obrazu 40.

Magnetová kostra zhotovena jest z lité ocele, tvoříc tak dobrý vodič magnetických silokřivek, probíhajících od severního polu magnetu S k polu jižnímu ve drahách tečkovanými čarami naznačených. Obraz 40. znázorňuje magnetickou kostru stroje dvoupolového, obraz 41. magnetickou kostru stroje čtyřpolového.

V případu prvém obdrží magnetový věnec dva, v případě druhém čtyři nálitky čili polové nástavce, na kterých nasazeny jsou magnetové cívky, sloužící ku zmagnetisování polů. Veškeré poly jsou válcovitě vytočeny za tím účelem, aby vzduchová mezera mezi poly a kotvou byla malá, neboť vzduch, který magnetické silokřivky špatně vodí, tvoři značný odpor v magnetickém proudokruhu. Přechod magnetických silokřivek z jednoho polu k polu sousednímu nutno proto usnadniti také tím, že se čelní plochy polů opatří ještě zvláštním rozšířením čili polovým zhlavím.
Magnetické silokřivky probíhají mimo úzkou mezeru vzduchovou, která jest nutna, aby se kotva o magnety netřela, vesměs železem, tedy dobrým vodičem magnetickým. Pustíme-li magnetovými cívkami, správným směrem vinutými, elektrický proud, obdržíme vždy mezi severním a jižním polem silné magnetické pole, tedy první prostředek k výrobě proudu.
Jedná se nyní ještě o to, aby elektrické vodiče - tedy měděné dráty - toto magnetické pole protínaly. Toho docílíme tím způsobem, že na obvodu kotvy, tedy co nejblíže k magnetickým polům, uložíme měděné vodiče souběžně s osou otáčení, které magnetické silokřivky kolmým směrem protínají, následkem čehož se v nich indukuje elektrický proud (viz zákon o elektromagnetické indukci). Aby zamezeno bylo tvoření se příčných, t. zv. výřivých proudů v železném jádře kotvy, jest tato složena ze samých tenkých (asi 112mm) plechů od sebe papírem isolovaných. Plechy ty nasazeny jsou na hřídeli a na svém obvodu opatřeny čtyřhrannými drážkami, sloužícími ku vkládání vodičů, buďto drátů nebo tyčí. Na obr. 42. znázorněn jest kotvový plech s otvorem pro hřídel A a s drážkami na obvodu B. Otvory C slouží ku vložení šroubů, jimiž nutno plechy silně stáhnouti, otvory D pak ku chlazení kotvy. Jsou totiž v kotvě vynechány jeden nebo více kanálků (obr. 42.), jež účinkují při rychlém otáčeni se kotvy jako ventilátory, takže zmíněnými otvory D, ústícími do těchto kanálků, nastane silné proudění vzduchu, čímž se vnitřek kotvy ochlazuje.

V drážkách kotvy uloženy jsou isolované vodiče. Otáčením se kotvy protínají tyto vodiče v úzké mezeře mezi poly a železným jádrem kotvy magnetické silokřivky a tím se v nich indukuje elektrický proud. Proud ten jest - jak jsme již dříve poznali - střídavý a síla jeho kolísá mezi nulou - (nalézá-li se vodič právě v t. zv. neutrální poloze mezi dvěma poly a tudíž žádné magnetické silokřivky neprotíná) - a mezi určitou nejvyšší hodnotou ­ (v okamžiku, kdy se vodič nalézá uprostřed pod polem, tudíž v nejsilnějším magnetickém poli). - Po celou dobu, kdy se vodič pohybuje v dosahu magnetického pole jednoho pol proudí v něm proud jedním směrem, v okamžiku však, kdy vodič překročí neutrální polohu a vniká do magnetického pole sousedního polu, povstane ve vodiči proud opačný. Jak jsme již v odstavci o elektromagnetické indukci poznali, nutno spojiti vždy takové dva vodiče mezi sebou, v nichž se indukované proudy v každém okamžiku vzájemně sesilují (viz. obr. 12.).

Rozřízneme-li vodič a vedeme-li oba jeho konce ku dvěma sběracím kroužkům, které se společně s kotvou otáčejí, můžeme pomocí kartáčků po těchto kroužcích brousících vyvésti proud ve vodičích indukovaný ze stroje ven. Oba kroužky musí býti ovšem od sebe i od hřídele isolovány. Ve vnějším vedení máme pak are i při tomto zařízení taktéž proud střídavý, jehož okamžitá síla se mění dle toho, v jaké poloze se právě vodiče nalézají. (Obr. 43.)

Abychom však ve vnějším vedení obdrželi proud stejnosměrný, musíme použíti t.zv. komutátoru, sestávajícího ze dvou polokroužků od sebe a rovněž i od hřídele isolovaných (obr. 44).

Oba konce vodiče spojeny jsou každý s jedním polokroužkem, kartáčky pak dotýkají se kroužků v neutrálním pásmu. Během půlobrátky spojen jest konec vodiče A s kartáčkem + a konec B s kartáčkem -, ve druhé půlce se sice směr proudu ve vodičích obrátil, neboť oba vodiče vstupují pod poly opačného znamení, avšak současně přepojí se konec A na kartáček - a konec B na kartáček +. Jest tudíž směr proudu ve vnějším vedení nezměněný a zůstane trvale týž. Kartáčky musí býti ovšem postaveny tak, aby přechod jich z jednoho kroužku na druhý děl se právě v okamžiku, kdy se cívka nalézá v neutrálním pásmu. V tom okamžiku totiž vodiče žádné magnetické silokřivky neprotínají; jsou tudíž bez proudu. Ve skutečnosti uspořádán jest na kotvě velký počet takovýchto cívek a stejně velký počet od sebe isolovaných segmentů na komutátoru, neboť stroj dle obrazu 44, vyráběl by proud, který by jinak, sice proudil stále týmž směrem, avšak značně kolísal. Ale i použitím více vodičů by se ještě kolísání proudu valně nezměnilo a stroj by byl velmi špatně využitkován, neboť by do vedení proudil vždy jen proud indukovaný v jediné cívce, totiž té, jejíž konce právě by měly spojení s kartáčky a která by se zrovna nalézala uprostřed pod poly. Vinutí kotvy se proto neprovádí z cívek od sebe oddělených, nýbrž cívky spojí se jedna s druhou, aby dohromady tvořily uzavřený proudokruh. Spojení jednotlivých cívek musí býti přirozeně provedeno tak, aby se proudy v jednotlivých vodičích indukované v každém okamžiku sčítaly, tudíž vzájemně sesilovaly. Síla indukovaného proudu v jedné a téže cívce se při otáčení sice stále mění, avšak součet všech v celém vinutí indukovaných proudů jest neustále týž. Kartáčky odebírají následkem toho stejnosměrný nekolísající proud. Komutátor sestaven jest z tolika dílů čili segmentů, kolik má kotva cívek a nazýváme takovýto mnohodílný komutátor kolektorem. Ku předešlému budiž ještě podotknuto, že pohybem vodičů v magnetickém poli indukuje se v nich vždy jen napětí, vlastní proud nastane pak teprve tehdy, když jest vnější vedení skutečně uzavřeno. Je-li tedy stroj od vedení vnějšího odepnut, jest sice pod napětím, ale bez proudu.