モーターとは?【種類・原理・構造】

今回は自分の勉強も兼ねてモーターについてまとめていきます。

モーターの定義

モーターとは、電気エネルギーを力学的エネルギーに変換する装置です。ファンやポンプの駆動などに利用します。

ちなみにファンとブロワとコンプレッサの違いは圧力上昇の大きさで、ファン<ブロワ<コンプレッサの順番で圧力上昇が大きいです。

モーターの種類・構造

モーターを大別すると以下のようになります。

  1. 直流電動機
  2. 誘導電動機
  3. 同期電動機

一般的にモーターというと誘導電動機を指すことが多いです。日本において、全電力消費量の内、55%は三相誘導電動機が消費しています。

ちなみに、直流機,誘導機,同期機に変圧器を加えて、電験では4機と言ったりもします。

モータの構造を簡単に説明すると、次のようになります。
・回転子:実際に回転する部分。
・固定子:回転子と相互作用して回転モーメントを発生させる部分。
・軸受け:回転子のシャフトを支える部分。(ベヤリング)
・ブラケット:モーターの外側部分

産業レベルのモーターだと冷却フィンやファンが付いています。

直流電動機

直流電動機は中学のときに勉強したモーターのことです。整流部分(ブラシ)の無いものをブラシレスDCモーターといいます。ブラシレスDCモーターはあまりなじみが無いかもしれませんが、洗濯機、扇風機などの多くの家電に利用されています。

誘導電動機

誘導電動機は交流で動作するモーターになります。単相のモーターもありますが、三相モーターがメジャーです。回転磁界を利用して、モーターを回します。

回転数は以下の式で表されます。ただし、pは極数で、fは電源周波数です。
$$n=\frac{60f}{p/2}[\rm rpm]$$
式から分かるように電源の周波数を変えれば、モーターの回転速度が変わります。そのため、インバーターで誘導電動機に与える電源の周波数を変えて、速度制御します。厳密には、すべりというものがあり、上記で求めた回転数と実際の回転数は異なります。

結線方法に直入れとY-Δ結線があることも重要な点です。直入れは接続端子が3個しかなく、Y-Δ結線は接続端子が6個あります。Y-Δ結線対応のモーターでも直入れ可能ですが、結線に注意が必要です。なぜこのようなことをするかというと、スター結線で接続した場合、流れる電流がデルタ結線の1/3となるからです。モーター始動時に最も電流が流れるので、始動だけY結線、ある程度加速してきたらΔ結線にするという考え方です。

Δ結線は定格内で大きなトルクを得たいときに利用され、Y結線は効率を上げたいときに利用されます。特に気にする必要が無いかもしれませんが、Y結線・Δ結線・Y-Δ結線のいずれでコイルが巻かれているかは、メーカーの仕様で確認できます。

同期電動機

同期電動機も誘導電動機同様に回転磁界を加えてモーターを回転させます。回転子側が磁石になるところが誘導電動機との違いです。このため、誘導電動機にあるすべりが同期電動機にはありません。回転子はスリップリングとブラシを用いた電磁石が一般的ですが、永久磁石を用いたPMモーターもあります。誘導電動機と同様にインバーターで速度制御します。

始動には同期電動機以外の装置であり、電源周波数が安定している必要もありますが、誘導機と比べて効率が良いです。このため、電車,エレベーター,ハイブリッドカー等に利用されます。

おわりに

今回はモーターについてまとめてみました。

学生の時はDCモーターくらいしいか触ったことがありませんでしたが、仕事では誘導電動機を日々触ってます。

コメント

タイトルとURLをコピーしました