こんにちは、東北制御です。

モータ編もついに第五回目となりました。
大分長くなってしまいましたが、少しずつ終わりが見えてきました。

前回【モータ編(4)】直流モータの原理を知ろう！誰でもわかる直流モータでは直流モータの仕組みを追ってきましたが、今回は交流モータについて見ていきます。
複雑なおはなしになってきますが、ゆっくりじっくり見て参りましょう。

交流モータの種類

まず、交流モータには大きく二種類あります。誘導モータと同期モータと呼ばれるものです。
今回は、一般的に使われる誘導モータについて見ていきたいと思います。
誘導モータにも三相式と単相式がありますが、今回見ていくのは三相誘導モータです。

 

 

交流の仕組みを知る

誘導モータを見ていく前に、基礎となる仕組みを見ていきましょう。
ここで見ていくのは「アラゴの円盤」と呼ばれるものです。
アラゴの円盤とは、円形の導体に軸を通し、その円盤に磁石を近づけて動かすとあら不思議、磁石と同じ方向に円盤が動く、という装置です。

円盤にくっつく、くっつかないの話ならさておき、磁石と一緒に動くというのは不思議ですよね。
どうしてこんなことが起こるのでしょう。
なんとこれは、今まで学んできたことを踏まえていくと分かってしまいます！

 

アラゴの円盤

この円盤にて使われたるは「電磁誘導」と「電磁力」の二つです。
電磁誘導が発生した結果、電磁力が生まれる、というのが概要です。

(1)誘導起電力の発生

まず、この円盤を真横から見てみましょう。今、磁石を近づけているので、この円盤は磁束の影響を受けています。

この状態で磁石を動かすのですが、磁石を動かすとは磁束を切ることです。モータ編第二回にて、「磁束が変化するとき電流が生まれる」と学びましたね。

ですので、電磁誘導が発生し、円盤には誘導起電力が発生します。
この方向は、フレミング右手の法則に則ります。

各力を、フレミング右手の法則に当てはめます。

ここで注意したいのが、力の向きは磁石を動かした方向と反対だと考えることです。
磁石を動かしたために磁束が変化したではなく、円盤が動いたために磁束が変化した、と考えます。

磁石のことは考えず、「円盤にどういう力が働いたか？」が大切なのです。

すると、以下のような向きに誘導起電力が発生することが分かります。

 

(2)電磁力の発生

今、電流が発生し、かつ磁界の影響も受けています。
となれば、電磁力が働きますね。
電磁力ですので、今度はフレミング左手の法則を当てはめてみましょう。

磁石の移動方向と同じ向きに力が働くことが分かります。以上より、円盤もこの方向に動くことになります。
このように二段階を経て、円盤は磁石と同じ方向に動くのです。

 

 

誘導モータの原理

誘導モータはこれを応用して作られています。
以下の図がそのモデルです。
(※実際の三相誘導モータはこれを更に改良した形になっています。)

中央の物体は導体です。
このサンドイッチした磁石を動かすと、真ん中の物体も同じ方向に回転します。

 

こちらも先ほどと同様に考えてみましょう。
まず、フレミング右手の法則を使って誘導起電力の向きを確かめます。
(※アラゴの円盤と同様、力の向きが磁石を動かす方向と反対になる点にご注意ください)

すると上向きに流れることが分かります。

これにフレミング左手の法則を当てはめると、磁石と同じ向きに力が働くと分かります。

以上より、真ん中の物体は、磁石を動かせば同じ向きに回転します。これが誘導モータの基礎原理になります。

 

 

おわりに

今回は誘導モータの仕組みを説明したまでで、一旦区切りとしたいと思います。
モータの仕組み、理解することができましたか？実際に自分で手を動かして、電磁力の方向を確かめてみてくださいね。

次回はついに三相誘導モータの解説です。
複雑なため理解が難しい部分ではありますが、ここまで理解できているなら大丈夫です。

東北制御でした。