電気モーターの動作原理
電気モーターは、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する装置です。主に3種類の電気モーターがあります。
DCモーター
誘導モーター
同期モーター
これらのモーターはすべて、ほぼ同じ原理で動作します。電気モーターの動作は、磁界と電流の相互作用に大きく依存しています。
次に、それぞれの電気モーターの基本的な動作原理について詳しく説明し、この主題をより深く理解しましょう。
DCモーターの動作
DCモーターの動作原理は、主にフレミングの左手の法則に基づいています。基本的なDCモーターでは、アーマチュアが磁極の間に配置されています。アーマチュア巻線に外部のDC電源が供給されると、アーマチュア導体を通る電流が始まります。導体が磁界内に電流を流しているため、それらは回転力を受けます。例えば、N極下のアーマチュア導体が下方へ（クロス）電流を流し、S極下のアーマチュア導体が上方へ（ドット）電流を流すと仮定します。フレミングの左手の法則を適用すると、N極下の導体とS極下の導体にかかる力の方向が決定できます。どの瞬間においても、導体にかかる力はアーマチュアを回転させる方向になります。
また、この回転により、N極下の導体がS極下に移動し、S極下の導体がN極下に移動します。導体がN極からS極、またはS極からN極へ移動する際、コマタによって導体を通る電流の方向が反転されます。
この電流の反転により、N極下にあるすべての導体が下方へ電流を流し、S極下にあるすべての導体が上方へ電流を流すことになります。したがって、N極下にあるすべての導体が同じ方向に力を受けることになり、S極下にある導体も同様です。この現象により、連続的かつ一方向のトルクが発生します。
誘導モーターの動作
電気モーターの動作は、誘導モーターの場合、DCモーターとは少し異なります。単相誘導モーターでは、単相電源がスタータ巻線に供給されるとパルス状の磁界が生成され、三相誘導モーターでは、三相電源が三相スタータ巻線に供給されると回転磁界が生成されます。誘導モーターのロータは、巻線型またはスカンジカゲ型のいずれかです。ロータのタイプに関わらず、その導体は端で短絡されて閉ループを形成します。回転磁界により、ロータとスタータ間のエアギャップを通過する磁束がロータ表面を掃き、ロータ導体を切断します。
したがって、ファラデーの電磁誘導の法則によれば、閉ループのロータ導体に誘導電流が循環します。誘導電流の量は、磁束リンクの時間に対する変化率に比例します。また、この磁束リンクの変化率は、ロータと回転磁界との相対速度に比例します。レンツの法則によれば、ロータは内部で電流を発生させる原因を減らそうとします。したがって、ロータは回転し、回転磁界の速度に達しようとすることで、ロータと回転磁界との相対速度を減少させようとします。
三相誘導モーターの動作原理 – 動画
同期モーターの動作
同期モーターでは、平衡三相電源が静止三相スタータ巻線に供給されると、同期速度で回転する回転磁界が生成されます。ここで、電磁石をこの回転磁界内に配置すると、それは回転磁界と磁的にロックされ、回転磁界と同じ速度、つまり同期速度で回転します。
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