NO9 メカトロニクス 「アクチュエータpart2 交流モータ」
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April 16, 22
スライド概要
1. 交流モータの原理（回転磁界）が分かる
2. 誘導モータ，同期モータの原理，特徴，特性が分かる
機械系のためのメカトロニクス
内容
⚫前説
✓ 電磁モータの種類
✓ 交流モータの基本（回転磁界）
⚫交流モータ（ACモータ）
✓ 回転磁界の作り方
• 2相交流，3相交流
➢ 三相交流による回転磁界
➢ 三相交流電源について
⚫誘導モータ（Induction Motor、IM）
✓ 原理，仕組
✓ 特性：回転速度，トルク，電流，
負荷
• かご型誘導モータNEMAクラス
⚫同期モータ(Synchronous motor, SM)
✓ 同期モータの種類
✓ 原理，仕組
✓ 永久磁石型（SPM,IPM)，リラクタ
ンス型SynRM，電磁石型
⚫同期モータと誘導モータ
⚫ステッピングモータ
✓ 特徴
⚫ダイレクトドライブ（DD）モータ
⚫モータの選び方（一）
これまでに主に，ロボティクス・メカトロニクス研究，特にロボットハンドと触覚センシングの研究を行ってきました。現在は、機械系の学部生向けのメカトロニクス講義資料、そしてロボティクス研究者向けの触覚技術のサーベイ資料の作成などをしております。最近自作センサの解説を動画で始めました。https://researchmap.jp/read0072509 電気通信大学 名誉教授
関連スライド
各ページのテキスト
第9回アクチュエータ part2 交流モータ メカトロニクス 「アクチュエータ part2 交流モータ」 下 条 誠 電気通信大学名誉教授 https://researchmap.jp/read0072509/ 機械系のためのメカトロニクス The University of Electro-Communications Department of Mechanical Engineering and Intelligent System
達成目標 1. 交流モータの原理（回転磁界）が分かる 2. 誘導モータ，同期モータの原理，特徴，特性が分かる 参考のためのスライドです。とばしても構いません。 2
内 容 ⚫同期モータ(Synchronous motor, SM) ⚫前説 ✓ 電磁モータの種類 ✓ 交流モータの基本（回転磁界） ⚫交流モータ（ACモータ） ✓ 回転磁界の作り方 • 2相交流，3相交流 ✓ 同期モータの種類 ✓ 原理，仕組 ✓ 永久磁石型（SPM,IPM)，リラクタ ンス型SynRM，電磁石型 ➢ 三相交流による回転磁界 ⚫同期モータと誘導モータ ➢ 三相交流電源について ⚫ステッピングモータ ⚫誘導モータ（Induction Motor、IM） ✓ 原理，仕組 ✓ 特性：回転速度，トルク，電流， 負荷 • 3 かご型誘導モータNEMAクラス ✓ 特徴 ⚫ダイレクトドライブ（DD）モータ ⚫モータの選び方（一例）
電磁モータの種類 4 電磁モータ 直流電動機 DC motor 誘導電動機 Induction Motor AC motor 同期電動機 Synchronous motor AC motor 静電モータ 超音波モータ •ブラシ付き •ブラシなし •単相誘導電動機 •３相誘導電動機 •永久磁石同期電動機 •電磁石同期電動機
電磁モータの種類 5 スロット型 永久磁石界磁型 DCモータ （direct current motor） スロットレス型 コアレス型 ブラシ付き 直巻 電磁石界磁型 DC（直流）電源 分巻 複巻 ブラシなし ブラシレスDCモータ ステッピングモータ ACモータ 誘導電動機 Induction Motor （alternating-current motor） AC（交流）電源 かご型 巻き線型 PM（Permanent Magnet）型 （永久磁石） 同期電動機 Synchronous motor リラクタンス型 巻き線型 ヒステリシス型
前説 交流（AC）モータの基本 回転する磁界←keypoint! 電磁石 “回転する磁界” を電磁石を制御 して発生させる 電磁石 Phase1 Phase2 詳細は本編で！ 6
交流電動機（ACモータ） 7
回転磁界 8 回転磁界の作り方 ◼ 回転磁界の作り方 • 2相交流の例 • 3相交流の例 コイル(界磁巻線） 回転磁界 ⚫ コイル(界磁巻線）に交流電圧を 加え，回転する磁界を発生させる。
回転磁界（2相交流例） 9 電磁石に交流電圧を加えると，発生磁界は，交流電圧の 位相が異なるため「回転する磁界」となる。 合成磁界 の方向 電磁石１ 電 磁 石 2 回転する磁界の内に， 磁石を配置すると， 回転磁界につられて 磁石が回転する ←ACモータ原理 Phase1 ビデオ https://www.youtube.com/watch?v=qbNpONXRvj8 Phase2 2相交流例
回転磁界（2相交流の例） 10 合成磁界 の方向 Phase1 Phase2 電磁石１ Phase1 ２相の交流電源の作る磁界 ① 加えた交流電圧に応じて電磁石 １と電磁石２は磁界を発生する 永久 磁石 ② 発生磁界は，交流電圧の位相が 異なるため，合成された磁界が 回転する 電磁石2 Phase2 ③ そこに永久磁石を置くと，磁界 に従い永久磁石は回転する
回転磁界（ 2相交流の例） 11 加える交流電圧を，正弦波(sin)と余弦波(cos)とすると次のようになる sin 𝜔𝑡 B相 回転する磁界 合成磁界 cos 𝜔𝑡 A相 Φ𝐴 = 𝐾 cos 𝜔𝑡 , Φ𝐵 = 𝐾 sin 𝜔𝑡 Φ = Φ𝑥 , Φ 𝑦 = 𝐾 cos 𝜔𝑡 , 𝐾 sin 𝜔𝑡 合成磁界Φは角速度ωで回転する
回転磁界（本命：３相交流の例） 12 gifアニメ 回転磁界 位相が120度異なる3つの電源 （3相電源）によって作られる 磁界の向きは電源周波数と同 じ回転数で回転する ⚫ 三相交流電源のことです。 ⚫ 三相交流は大容量の電気を効率よ く送るための送電方式で，電力会 社の発電機からは，三相交流で送 電されます。「発電機で発電され た電気を、発電機からそのまま」 送る仕組みです。 ３ 相 電 源 合成磁界方向 https://www.sciencebeanz.com/entry/2019/04/21/221301/
Understanding RMF | The driving force behind every AC machine RMF:Rotating Magnetic Field（回転磁界） ビデオ https://www.youtube.com/watch?v=wqrGHeuxUvI&t=490s 13
三相交流とは 交流発電機 コイルの中で磁石 が回転して交流が 発生する 14 コイル１ 𝑣Ԧ1 電 圧 コイル１ 時間 コイル２ 𝑣Ԧ2 電 圧 120° コイル２ 時間 コイル３ 回転する磁石 𝑣Ԧ3 電 圧 120° コイル３ 時間 コイル1，2，３は， 互いに配置角度が １２０°異なる 各コイルに発生する電圧
三相交流とは 15 電 圧 コイル１ 𝐸𝑈 時間 コイル２ 𝐸𝑉 この時点での ベクトル表示 𝐸𝑊 コイル３ 三相交流発電機で各コイル に発生する電圧 𝐸𝑈 𝐸𝑊 𝐸𝑉 𝐸𝑈 + 𝐸𝑉 + 𝐸𝑊 =0 𝜔𝑡 三相交流ベクトル図
三相交流とは 16 三相交流は，3本の配線で電力を送電できる （電力会社の発電機からは，三相交流で送電される） コイル１ 𝐼Ԧ𝑈 R コイル２ 𝐼Ԧ𝑉 𝐸𝑈 R 中性線 ԦI = 0 𝐸𝑊 𝐼Ԧ𝑊 コイル３ 中性点 𝐸𝑉 𝐼Ԧ𝑈 R 中性点 R R 𝐼Ԧ𝑊 𝐼Ԧ𝑉 R 中性線：不要 𝐸𝑈 + 𝐸𝑉 + 𝐸𝑊 =0 中性線（架空の電線）には 電流は流れない 𝐼Ԧ𝑈 + 𝐼Ԧ𝑉 + 𝐼Ԧ𝑊 =0
三相交流とは 17 交流発電機の基本 コイルの中で磁石が回転 して交流が発生する コイル２ コイルを ９０° 傾け配置 コイル１ 回転する磁石 コイル２ コイルを 120° 傾け配置 コイル１ ビデオ コイル３ https://www.youtube.com/watch?v=Jf5SHBO1mFw
誘導電動機（Induction Motor、IM） 誘導電動機は，構造が簡単で，信頼性が高く，産業用で，最も一般的に 利用されているモータ 18
誘導電動機（IM： Induction Motor ） ◼ 誘導電動機は，構造が簡単で， 信頼性が高く，産業用で，最も 一般的に利用されているモータ である。 コイル(界 磁巻線） 導体(かご型 回転子） 三相かご型誘導電動機 https://www.youtube.com/watch?v=LW_jxKldiLk ⚫ コイル(界磁巻線）に交流電圧を加え， 回転する磁界を発生させる。 ✓ 回転磁界にかご型導体を置くと，誘 導電流により回転力が発生し，回転 磁界に従って回転する 19
誘導電動機の仕組みとは？ コイル(界磁巻線） 導体(かご型回転子） ビデオ 20 https://www.youtube.com/watch?v=LW_jxKldiLk
誘導電動機（Induction Motor）１/4 21 1. 回転磁界の中に，導体（コイル）を配置 する。 2. 回転磁界と導体の間に速度差が存在する 場合，磁界が導体（コイル）を横切り， 起電力により導体に誘導電流が流れる。 （フレミング右手の法則） 3. この誘導電流のため，導体（コイル）に 力が働き，回転磁界と同じ方向に回転を 行う（フレミング左手の法則） かご型回転子 wiki:かご形三相誘導電動機 https://pixta.jp/illustration/25196103
誘導電動機（Induction Motor）2/4 F 回転子 コイル F(t+dt) 誘導電流 F(t) 誘導電流 コイル （回転速度N） F 回転する磁界F(t) 回転磁界 （回転速度NS ） がコイルを横切る コイルに誘導電流が 発生 (NS>N) （フレミング右手の法則） コイルに力Fが発生 コイルは回転する （フレミング左手の法則） 22
誘導電動機（Induction Motor）3/4 23 コイルを通過する磁束（Φ）が時間変化する コイル面積 磁束 F 断面 磁界B Φ = BScosθ 誘導起電力 誘導電流 B θ ∆Φ V=− Δ𝑡 Scosθ ファラデーの電磁誘導の法則 導体 等価 磁界の回転により コイルを通過する 磁束Φが変化する 等 価 コイル 誘導電流 誘導電流が発生する 回転 する 導体 磁界B 回転 する 磁界 運 動 誘導電流は 磁束変化を 妨げる方向 に力を発生 する
誘導電動機（Induction Motor）４/4 1. 誘導電流が発生するためには，回転磁界が回転子コイルを 横切らねばならない。よって， (NS>N) NS：回転磁界Fの回転速度 N：回転子の回転速度 2. この回転速度の差を”すべりs”もしくは”スリップ”という。 𝑁𝑆 − 𝑁 𝑠= 𝑁𝑆 3. 回転子に加わる負荷が大きいと，このすべりが大きくなり， その結果，コイルを流れる電流が増加する。 4. コイルを流れる電流が増加すると，導線に働く力は増大し， 負荷と釣合う。 5. この結果，実際には同期速度よりも，2～5％（s=0.02～ 0.05）ほど遅く回転する 誘導電動機は，負荷状態では回転磁界より回転速度は低くなる。 24
誘導電動機 回転速度 ⚫ モータ同期速度（回転磁界の回転速度) 120𝑓 N𝑆 = 𝑃 ⚫ モータ回転速度（回転子の回転速度) 120𝑓 𝑁 = N𝑆 1 − 𝑠 = 1−𝑠 𝑃 NS N f P ：モータ同期速度（回転磁界の回転速度） ：回転子の回転速度 ：電源の周波数(Hz) ：モータの極数 25
回転速度・トルク・電流特性 最大トルク （停止トルク） 電流 この領域では トルクが変化 しても速度変 化少ない トルク 電ト 流ル ク 運転点 始 動 電 流 始 動 ト ル ク 停止 （すべり1） 負荷トルク 低速 回転速度 高速 同期速度 （すべり0） かご型誘導モータのトルクと回転速度（NーT特性） 26
かご型誘導モータの負荷特性 効率[%] 効率 80 電速効 流度率 負荷（トルク）が変化 しても速度はほとんど 変化しない 回転速度 100 27 60 電流 40 定格トルク 20 （横軸をトルクとした） 20 40 60 80 100 120 トルク[定格値に対する%] 140 かご型誘導モータの負荷特性（例） https://www.nidec.com/jp/technology/motor/basic/00027/
かご型ロータ導体の電気抵抗 28 かご型ロータ導体の電気抵抗 回転力（トルク） 低速域でのトルクが多くなる （高抵抗の場合） ✓ 低い設計：高速域での効率高い ✓ 高い設計：低速域でのトルク大 かご型ロータ導体の 電気抵抗高い場合 トルクが変化しても速度 の変化が少ない （低抵抗の場合） かご型ロータ導体の 電気抵抗低い場合 停止 低速 回転速度 （すべり1） 高速 同期速度 （すべり0） かご型誘導モータのトルクと回転速度（NーT特性） https://www.nidec.com/jp/technology/motor/basic/00027/ かご型ロータ
Torque(% of full-load) かご型誘導電動機のNEMAクラス 29 https://www.thomasnet.com/articles/machinerytools-supplies/what-is-a-squirrel-cage-motor-andhow-does-it-work/ 同期速度 Speed(%) (%) ⚫ クラスAモータ：ファン、コンプレッサー、コンベヤー（一般的なタイプのモータ。通常の起動トルクと電流を持ち、 同期速度の5%以下のスリップを実現している。一般的な用途としては、慣性負荷が小さく、モータの加速が速いもの が挙げられる） ⚫ クラスBモータ：大型ファン、遠心ポンプなど（全負荷での起動が可能であり、高慣性の用途に有効である。通常の始 動トルクを持ち、クラスAのモータよりも始動電流が少なく、全負荷時のスリップ率は5%以下である。これらのモータ は、特に低い始動電圧が必要な場合、クラスAモータと互換性がある） ⚫ クラスCモータ：ポンプやコンプレッサー、クラッシャー（高い始動トルクと低い始動電流を有す。このため、クラスA やBのモータよりも高価であるが、高起動トルクにも対応できる能力を持つ。また、スリップ率は通常5%以下である） ⚫ クラスDモータ：ブルドーザー、鋳造機、パンチプレス（始動トルクが最も高く、始動電流が小さく、全負荷時のス リップが大きい。Dクラスのモータは、トルクのピーク速度が低くなり、時にはゼロ速度（100%スリップ）でピーク トルクが発生することもある）
スリップリングモータ Slip ring Induction Motor, How it works ? ロータ導体の 電気抵抗を変 化させる ビデオ https://www.youtube.com/watch?v=JPn5Ou-N0b0 https://illustrationprize.com/ja/95-difference-between-slip-ring-ampsquirrel-cage-induction-motor.html 30
参考：誘導モータと駆動装置解説 31 誘導モータとその駆動装置（ドライバ） https://www.youtube.com/watch?v=qpKybaLURy0 https://www.youtube.com/watch?v=3-cs4eEiBWo ビデオ ビデオ 参照：電力用半導体（パワーエレクトロニクス） 機械系のためのメカトロニクス 2）エレクトロニクス基礎その2（半導体part2) https://www.slideshare.net/makotoshimojo/22part2
同期電動機(Synchronous motor, SM) 回転磁界（交流電源の周波数によって決まる）と同期速度で回転する電動機。 （誘導電動機(IM)は，負荷状態では回転磁界より回転速度は低くなる） 32
同期モータの種類 33 電動機 交流 直流 ACモータ 電源 DCモータ 非同期 同期 回転速度 誘導電動機(IM) 同期電動機(SM) 注）回転磁界（RMF)との同期 SynRM 永久磁石型 Permanent Magnet Synchronous Motors 回転子 の構造 リラクタンス型 Reluctance Synchronous Motors ヒステリシス型 Hysteresis Synchronous Motors ヒステリシ 永久磁石 強磁性の鉄芯 ス特性素材 リング 電磁石（巻き線）型 Direct Current (DC) Excited Synchronous Motor
同期電動機(Synchronous motor, SM) ◼ 回転磁界と同期して回転する 電動機 ◼ 同期モータは、モータの発生 ロスが誘導モータと比較する と小さい ⚫ コイル(界磁巻線）に交流電圧を加え， 回転する磁界を発生させる。 ✓ 回転磁界に永久磁石（または電磁 石）を置くと，回転磁界に従って回 転する。 34
同期モータ（永久磁石型） 35 永久磁石が回転磁界に引かれ、その回転磁界（RMF)の回転数に同期して同じ速度 で回転する。永久磁石形の組込み方として2つがある。 表面磁石形：ロータ表面に組込む 埋込磁石形：ロータの鉄心内部に組込む SPM: Surface Permanent Magnet IPM: Interior permanent Magnet 表面磁石形(SPM) 埋込磁石形(IPM) 体積 超小 小 高速 〇 ◎ 磁石 磁石とリラクタンス トルク成分 https://www.yaskawa.co.jp/wp-content/uploads/2010/09/P10_11.pdf
同期モータ（リラクタンス型SynRM） 36 磁性体（鉄芯）が回転磁界に引かれ、その回転磁界（RMF)の回転数に 同期して回転する。 磁界 磁性体に外部磁場をかけると、 その磁性体が磁気的に分極して 磁石となる（磁化） 磁性体 磁化した磁性体が，回転磁界に 引かれ、その回転磁界（RMF)の 回転数に同期して回転する 同期リラクタンスモータは、効率とトルク 出力が優れている。因みに，テスラ社では、 電気自動車で同期リラクタンスモータへの 切り替えを開始しているとのことです。 ビデオ https://www.youtube.com/watch?v=PyPSXXt6skg リラクタンス（Reluctance）：磁気抵抗
埋込磁石形同期モータ(IPM)とリラクタンス同期モータ（SynRM)の組合 （トヨタプリウス，テスラモデル３） IPMSynRM ビデオ https://www.youtube.com/watch?v=7z7aOIrZNW0&t=778s 37
同期モータ（電磁石-巻き線-型） 電磁石（巻線/コイル）によって磁極を構成した回転子で，回転磁界（RMF) の回転数に同期して回転する。 界磁コイル 励磁電流 (DC) ロータの電磁石 ビデオ https://www.youtube.com/watch?v=OxoGG9SoVG4 38
同期モータ(永久磁石型)と誘導モータ ⚫ 誘導電動機 39 回転磁界の中にかご型 回転子を配置 ✓ 誘導電流による回転力を利用 ✓ 構造が簡単，信頼性が高い ✓ 負荷により，回転速度は変わる かご型 回転子 2相交流例 ⚫ 同期電動機 回転磁界の中に永久磁石型 回転子を配置 ✓ 永久磁石と回転磁界の吸引力を 利用 ✓ 回転速度は回転磁界と同じ ✓ 負荷により，回転磁界より角度 δ（負荷角）だけ遅れる 永久磁石型 回転子
同期モータ（電磁石-巻き線-型） 負荷角 torque angle 回転磁界 電磁石の 発生磁界 ビデオ https://www.youtube.com/watch?v=OxoGG9SoVG4 40
ステッピングモータ（Stepper motor） ◼ 位置決め運転を簡単に実現でき るモータとしてさまざまな装置 に利用されている ◼ パルス信号の入力数・頻度に よって，回転角度・回転速度を 制御できる パルスモーター(Pulse motor)とも言われる 41 ⚫ 幅広い利用分野 エアコンのルーバー，アナログ時計（秒針），バ ルブ開閉、デジタルカメラのオートフォーカスや ズーム、家庭用プリンタ，自動販売機，ATM，駅 券売機、監視カメラ駆動部，ドアミラー、産業用 ロボットのハンドや関節部，医療機器、分析機器、 精密ステージ、包装などの食品機械など幅広い用 途・分野で採用されている
ステッピングモータ （ビデオ） ビデオ https://www.youtube.com/watch?v=TLA1ilY2Z2M 42 脱調：急激な速度変化や過負荷時では入力 パルスとの同期を失う https://www.youtube.com/watch?v=jM09I8DGLZo https://www.youtube.com/watch?v=dSQc1g4UxiQ
ステッピングモータ原理図 43
ステッピングモータの特徴 ■長所 センサなしで位置決め可能（開ループ制御） ‒ 時計，プリンタ・・・など様々な製品へ利用 ✓ デジタル制御回路との相性が良い（マイコンとの接続 が容易） ✓ 停止時に保持トルクがある ✓ 負荷直結で低速駆動ができる ✓ メンテナンスフリーである（ブラシがない） ✓ ■短所 ✓ ✓ エネルギー効率が悪い 同期はずれを起こしやすい（脱調） （脱調：急激な速度変化や過負荷時では入力パルスとの同期を失うこと） 44
ダイレクトドライブ（DD）モータ 方式ではなく使い方： 減速機構を介さず、直接、負荷を駆動するモータ ■長所 ✓ 減速機の持つ摩擦やバックラッシュ （ガタ）がないので高精度 ✓ 伝達機構がないため構造簡素化 ■課題 ✓ 小型、軽量、高トルク化 ✓ 低トルクリップル化（脈動） ✓ 高分解能センサ 種類 永久磁石直流機型（DCモータ） 永久磁石同期機型（ACシンクロナスモータ） インダクタ型（ACインダクションモータ） https://www.nsk.com/jp/products/megatorque/ 45
モータの選び方（一例） ⚫ 低価格で位置決めしたい ➢ ステッピングモータ ⚫ とにかく簡単に回したい ➢ DCモータ ⚫ 寿命やノイズが気になる ➢ ACモータ ⚫ バッテリで動かないと困る ➢ DCブラシレスモータ ACモータ with インバータ ⚫ 減速機を使わずに直接駆動 したい ➢ DDモータ 46
モータの選び方（一例） 1. 通常は、モータと制御回路（コントローラ、ドラ イバ）をセットで購入、使用することが多い 2. 制御法の複雑さなどは，さほど気にすることはな い（制御回路を自作する必要に迫られなければ ） 3. 実際には、それぞれのモータの得意分野を考慮し て，回転数、トルク、電流などが仕様を満たすか どうかを考える 47
ふろく 48
49 フレミングの左手と右手のどちらかな? • フレミングの右手，左手の法則どちらかな？ 指の示す物理量は何かな？こ れが分からなくなることが私の場合常である。また，覚えてたとして，実際 に利用するとき，「手と指」を電流・磁界・力，運動の方向に合わせるのが むずかしい。 • そこで私は，右図の方法で覚えている。右手を握り，親指が「電流の方向」， 握った指先の方向が「磁界の方向」である。（右ねじで覚える方法もある） 右手 電 流 • こうすると，「加えられた磁界」と「電流が作る磁界」の方向がそろえば磁 界が強まり，方向が逆とならば磁界が弱まるとし，磁界が強い方から，弱い 方に力が働く，と考える。 磁界 私は，これだけです！ • この方法は，右手親指方向を合わせるだけで判断できるので便利である。コ イルの磁界など電流と磁界の関係がある様々なところで利用できる。 磁界が強くなる 電流が作る 磁界 方向 同じ 力 加えられた磁界 方向 違う 導線 電流は磁界を作る このような考え方が正しいかはまた別の話 磁界が弱くなる
直流電動機 付録 （１）直流電動機 直流電源から動力を得る電動機で、従来、精度の高いトルク制御及び速度制御を必要とする産業 用途や直流電源しか利用できない用途に利用されてきた。しかし、近年のインバータ等の発展に より、誘導電動機でも高精度用途において直流電動機と同様のトルク速度性能が実現できるよう になったこと、またその誘導電動機の信頼性の高さから、直流電動機のシェアは低下している。 (a) 分巻直流電動機 固定子巻線が回転子巻線と並列になっている。負荷に関係なく、ほぼ同じ速度で動作し、過負荷 の場合も低速化することはまれである。全負荷と無負荷の動作で、わずかな変動しかないため、 定速が要求される用途には理想的な電動機である。 (b) 直巻直流電動機 固定子巻線が回転子と直列接続されている。直巻電動機のトルクは、電機子電流の2乗に比例し て変動する。したがって、直流電動機の中では、1 アンペアあたり最大のトルクを実現する電動 機である。結果として、このタイプの電動機はけん引作業やクレーンなど、全体電流の増加は穏 やかだが、高トルクを必要とする用途に適している。 (c) 複巻直流電動機 巻線のある部分が直列、他の部分が並列に接続されている。分巻電動機と直巻電動機のそれぞれ の良い特長を持ち合わせる電動機である。直巻電動機のように、始動時には追加トルクを持ち、 分巻電動機のように、無負荷でも過剰な速度を出すこともない。負荷が突然あるいは周期的に変 動する可能性があるが、定速が重要でない用途において使用される。 https://docsplayer.net/23872157-第1回三相誘導電動機判断基準小委員会-資料4-三相誘導電動機の現状について.html 50
誘導電動機 付録 51 (2) 交流電動機その１ (a) かご形誘導電動機 電磁誘導によって一次側(固定子)から二次側(回転子)に電力を送り、これを利用して動力を発 生する電動機である。通常同期速度以下の速度で運転する。一次側には回転磁界を発生させる 固定子巻線を持っている。回転子には、①のように2 個の端絡環の間を多数の銅またはアルミ の棒でつないで、②のように成層鉄心の中に埋めたものを使用する。これをかご形回転子と呼 び、かご形誘導電動機の名前の由来となっている。かご形誘導電動機は構造が簡単、堅牢であ り運転特性も良好である。しかし、全電圧始動時、定格の5～8 倍の始動電流が流れるため、電 源などの始動条件が問題となることがあり、電源に余裕のない場合は、スターデルタ始動等の 減電圧始動を行う必要がある。また、滑りによりトルクを得る原理上、速度制御は難しいとい う欠点があったが、近年のインバータの出現で容易にできるようになり、用途は大きく広がっ ている。種々の電動機の中でも安価で頑丈なため、最も広く利用されている電動機であり、汎 用品の主要特性は世界中で標準化されている。 (b) 巻線形誘導電動機 巻線形の構造は、かご形誘導電動機と回転子の構造が異なる。回転子鉄心のスロットに絶縁され た三相巻線を施し、スリップリングを経てブラシによって外部に三相電流を導くような構造と なっている。したがって、回転子の構造及び製作はかご形に比べてはるかに複雑となる。しかし、 この回転子を使用すれば、二次抵抗器を接続して始動電流を小さくし、始動トルクを大きくする ことができるなど、特性を変化させることができる。また、速度制御が容易で、中形以上のポン プ用電動機として多く使用されている。 https://docsplayer.net/23872157-第1回三相誘導電動機判断基準小委員会-資料4-三相誘導電動機の現状について.html
同期電動機 付録 52 (2) 交流電動機その２ (c) 同期電動機 誘導電動機と同様に回転磁界を発生させる固定子巻線を持っている。また、回転子には直流電流 を供給することでＮ，Ｓ極の磁極を作る界磁巻線を備えている。近年、回転子に永久磁石を用い るものが可変速電動機として普及してきており、永久磁石同期電動機（ＰＭモータ）と呼ばれる。 特長としては、力率を調整できる、誘導電動機に比べて効率が高い、負荷によらず回転速度が一 定、エアギャップが誘導電動機よりも大きいので保守が容易といった点が上げられる。一方、欠 点としては、設備費が高くなる、始動トルクが小さい、乱調を起こすおそれがあるといった点が ある。高い効率と力率制御性能により高電力定格に用いられている。また、非常に精度の高い速 度制御が要求される、鋼板製造ラインや新聞印刷用の輪転機等、特殊用途に使用されている。 (d) 整流子電動機 一次巻線を回転子側に設ける回転子給電形と固定子側に設ける固定子給電形がある。ブラシを移 動させることにより、二次側電圧を調整し速度制御を行うことができる。固定子給電形の場合は、 二次励磁装置として誘導電圧調整器を用いている。特長としては、効率・力率が良好、始動特性 が良い、同期速度以上の運転が可能等の点があるが、ブラシと整流子の保守が必要である。 https://docsplayer.net/23872157-第1回三相誘導電動機判断基準小委員会-資料4-三相誘導電動機の現状について.html
おわり 53
ブラシレスDCモータ DCモータのブラシと整流子をトランジスタや，その他 のスイッチング素子で置き換えたDCモータ ロータ：永久磁石 ステータ：コイル インバータ搭載AC同期モータとブラシレスDCモータの違いは？？？ 「両者の呼び方には明確な定義がなく、混同されているのが実情である。」by専門家 54
ACモータ？ DCモータ？ 55 インバータ 交流電源 U V W AC-DC コンバータ 一定電圧 一定周波数 インバータ 回路 + U V W 可変電圧 可変周波数 コンデンサ + 直流電源 一定電圧 DCブラシレス モータ - + モータ インバータ 回路 U V W モータ 可変電圧 可変周波数 コンデンサ 直流電源で動く モータとみなせる
銅（またはアルミ棒） 端絡環 出力軸 ① ② 誘導電動機回転子 固定子コア 絶縁紙 筐体 固定子 絶縁ワイヤコア 絶縁ワイヤコ ア 交流電動機の固定子 回転子 誘導電動機 https://docsplayer.net/23872157-第1回三相誘導電動機判断基準小委員会-資料4-三相誘導電動機の現状について.html 56
誘導電動機（Induction Motor）2/3 gifアニメ 磁束Φ かご型回転子 導体 運動 誘導電流 導体 磁束Φの変化によって発生する誘導電流 回転磁界によって，かご型回転子に 発生する誘導電流と，導線に働く力 https://www.sciencebeanz.com/entry/2019/04/21/221301/ 磁界の回転により，コイルを 通過する磁束Φが変化する 回転磁界によってコイルに発生する 誘導電流と力の関係 57
電磁モータの基本１（磁気力） 58 磁界内において，電流が流れる導体は，力を受ける F 磁石 B or 電磁石 I 電流 F 力 磁界 𝐵 磁石(電磁石) の作る磁界 電流の作る 磁界 フレミングの左手の法則 磁気力は磁界を通して 作用する 𝐹Ԧ ∝ 𝐼Ԧ × 𝐵 ローレンツ力（Lorentz force） 𝐼Ԧ 電流 𝐹Ԧ https://www.gakujutsu.co.jp/product/978-4-7806-0660-7/ 理学系では「磁場」，工学系では「磁界」という
電磁モータの基本 基本1： F 磁石 or 電磁石 B I 電流 磁界 𝐹Ԧ ∝ 𝐼Ԧ × 𝐵 F 59 力 磁界内において， 電流が流れる導体 は，力を受ける ローレンツ力（Lorentz force） https://www.gakujutsu.co.jp/product/978-4-7806-0660-7/ 鉄心を入れるこ とで磁石の強さ を高める 磁力線 コイル 電流 https://www.chuden.co.jp/kids/kids_study/manabu/denjishaku/ 基本2： 磁界は，永久磁石 or 電磁石(コイル) によって作る 理学系では「磁場」，工学系では「磁界」という
三相交流とは 交流発電機 コイルの中で磁石が回転して交流が発生する 60 電 圧 コイル１ 時間 コイル２ 120° 電 圧 コイル２ コイル１ 時間 120° コイル３ 電 圧 コイル３ 時間 コイル1，コイル2，コイル３は，互いに 配置角度が１２０°異なる 各コイルに発生する電圧