富士電機株式会社

モータの仕組み

モータってどうやって回っているの? モータってどうやって回っているの?

フーモファミリーについて >

1.基本的な用語・物理法則 1.基本的な用語・物理法則

磁界

磁石の近くにコンパスを置くと、コンパスのN極は磁石のS極へ、S極はN極に引き付けられます。
これは磁石の磁力という力によるもので、磁力が働いている空間を磁界とよびます。磁界には向きがあり、コンパスがN極を指す方が磁界の方向となります。

磁石の周りに発生する磁界
  • 磁石の周りに発生する磁界

フレミングの右手の法則(電磁誘導)

図1のように、磁界の中に、直交するように棒を置き、棒を動かすと電流が流れようとします(起電力)。このときの起電力、磁界、棒の移動の方向には法則があり、図2のように右手の中指、人差し指、親指をそれぞれが直角になるように広げたとき、中指が起電力の方向、人差し指が磁界の方向、親指が棒の移動の方向になります。これをフレミングの右手の法則とよびます。

図1 磁界中を移動する導体に発生する起電力
  • 図1 磁界中を移動する導体に発生する起電力
中指から順番に、電・磁 図 4 フレミングの右手の法則
  • 図2 フレミングの右手の法則

フレミングの左手の法則(電磁力)

図3のように、磁界の中に、直交するように棒を置き、棒に電流を流すと力が働きます。
このときの電流、磁界、力の方向には法則があり、図4のように左手の中指、人差し指、親指をそれぞれが直角になるように広げたとき、中指が電流の方向、人差し指が磁界の方向、親指が力の方向になります。
これをフレミングの左手の法則とよびます。

図3 磁界中の電流にはたらく力
  • 図3 磁界中の電流にはたらく力
中指から順番に、電・磁・力 図4 フレミングの左手の法則
  • 図4 フレミングの左手の法則
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2.誘導機の基礎原理 2.誘導機の基礎原理

アラゴの円盤

図5のように、電気をよく通す物質(導体)でできた円盤の面に沿って磁石を動かすと、円盤が磁石を追いかけ同じ方向にまわり始めます。この現象をアラゴの円盤とよびます。
(円盤の材料は、銅やアルミなど磁石にくっつかないものでもできます)

誘導モータが回る仕組み

図5 アラゴの円盤

アラゴの円盤の原理

何で円盤が回るの?では、フレミングの右手と左手の法則で説明します。
静止状態から図6のように磁石を時計回りに動かし始めます。
その時、磁石から見てみると円盤が磁石と逆方向の反時計周りに動いているように見えます。
(円盤の材料は、銅やアルミなど磁石にくっつかないものでもできます)

誘導モータが回る仕組み

図6 磁石と円盤の相対的な回転の関係

ここで、図7の磁石部分(S-N間)では、磁界に対して赤矢印の方向に力が発生し移動します。
よって、フレミングの右手の法則により、円盤の内側に向かう方向に起電力が起きて渦を巻くような電流(渦電流)が流れ始めます。

誘導モータが回る仕組み

図7 円盤に発生する起電力と流れる電流

最後に図8の磁石部分(S-N間)には、青矢印方向に電流が流れます。よって、フレミングの左手の法則により赤矢印の方向に力を受けて円盤は磁石と同じ方向に回ります。

誘導モータが回る仕組み

図8 円盤にかかる力

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2.誘導機の回転原理 2.誘導機の回転原理

モータが回る仕組み

誘導機の原理は、図9のように回転する磁石とその中に閉じたコイルを配置したモデルで説明できます。

誘導モータが回る仕組み

図9 回転原理のモデル

静止状態から図10のように外側の磁石が時計回りに回転し始めたとします。
このとき、磁石から見るとコイルが磁石の回転と逆向きの回転、すなわち反時計回りに回転しているように見えます。

誘導モータが回る仕組み

図10 磁石とコイルの相対的な回転の関係

次に、図11で示すコイルの辺は、磁界に対して赤矢印の方向に移動していることになります。
よって、フレミングの右手の法則により、起電力が生じ、コイルには電流が流れ始めます。

誘導モータが回る仕組み

図11 コイルに発生する起電力と流れる電流

コイルに電流が流れていることから、フレミングの左手の法則により図12のような力を受け、コイルは磁石と同じ方向に回転します。

誘導モータが回る仕組み

図12 コイルにかかる力

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3.誘導機の回転磁界 3.誘導機の回転磁界

磁界の動かし方①

回転原理の説明では磁石を回転させましたが、実際は複数のコイルを順番に配置し励磁させます。誘導機は三相の位相を120°ずらして励磁を変化させます。

磁界の動かし方

磁界の動かし方②

三相電源のAの部分では、U相に一番多く電流が流れています。そのため、磁界の強さもU相の部分が一番大きくなります。各相ではそれぞれの電流の強さに応じた磁界を発生させていますが、干渉や合成をすることにより一定の向きの磁界を作ります。この時の磁界は一番強いU相の磁界を中心に、磁界をまとめることができます。

磁界の動かし方磁界の動かし方

  • は、画面手前から奥に向かって電流が流れていることを示します。
  • は、画面奥から手前に向かって電流が流れていることを示します。

磁界の動かし方③

三相電源の時間を進めると、磁界がどのように動くか見てみましょう。

磁界の動かし方

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