モータの極数とは？2極、4極、6極、8極モーターのガイド

モーターの極数は最も重要な特徴の一つである。モーターの速度とトルクを決定する。この記事では、それを簡単に説明します。モーターの極とは何か、モーターの極数は何を意味するのか、そしてあなたのニーズに合ったモーターを選ぶ方法について見ていきます。極数を理解することで、どのようなプロジェクトでも、より良い、より効率的なモーターを選ぶことができるようになるので、一読の価値があります。

モーターポールとは何か？

基本的なことから始めよう。単純な棒磁石を考えてみよう。北極と南極がある。モーター極もよく似ている。電気モーターの内部に作られる磁極です。この磁極がモーターを回転させるのです。すべてのモーターは偶数の極を持っています。なぜなら、すべての北極に対して、それに一致する南極がなければならないからです。3極や5極のモーターはありません。よく見かける極数は、2極、4極、6極、8極などです。

この磁極は、ほとんどのACモーター設計では永久磁石から作られていない。代わりに、電気によって作られる。ステーターと呼ばれるモーターの固定部分の内部には、銅線が入ったスロットがある。これが固定子巻線である。この巻線に電圧をかけると、強力な磁界が発生する。コイルの巻き方によって極の数が決まる。単純な巻線では2つの極（どの瞬間にも正極と負極が1つずつ）ができますが、より複雑な巻線では4つ、6つ、またはそれ以上の極を作ることができます。極数はモーターの固定された特徴である。

モーターの極数とは？

では、これらの磁極はどのようにしてモーターを回転させるのだろうか？それは、磁界が変化するからである。固定子巻線は、交流電圧が印加されると磁界が発生し、モーター内部を回転するように設計されている。この回転磁界の速度は、磁極の数と電力（米国では60Hz）の周波数に直接結びついている。この回転する磁場が同期速度と呼ばれるものです。

モーターの可動部であるローターには、独自の磁極がある（またはステーターの磁界によって磁化される素材でできている）。ローターの磁極は、ステーターの回転する磁極に引き付けられる。ステーターの磁場が変化して回転すると、ローターも一緒に引っ張られ、モーターシャフトが回転する。磁界が変化する速度がモーターの速度を決定する。磁極の数が少ないモーターは、磁界が1サイクルを完了するのに速く回転しなければならないため、モーターの回転速度が速くなります。

モーターの極数にはどのような意味があるのか？

モーターの極数の意味は極めて重要です。このたった一つのパラメータが、モータの動作について最も重要なことを教えてくれます。極数は単なる技術的な詳細ではなく、モーターの中核的な目的を理解する鍵なのです。モーターを選ぶとき、極数は最初に見るべきものの一つです。極数はモータの速度、トルク、総合効率に直接影響します。

極数の選択を誤ると、問題が生じる可能性があります。機械に対して速すぎるモーターを選ぶと、機械を損傷する恐れがあります。トルクが小さすぎるモーターを選ぶと、仕事ができなくなります。極数はモータの物理的サイズにも影響します。一般に、極数の多いモーターは、同じ出力であれば極数の少ないモーターよりも大きく重くなります。これは多くの設計において重要なトレードオフであり、特に一定の容積と重量の制限内にモーターを収めなければならない場合に重要です。

極数はモーター速度にどのように影響するか？

モーターは極数が多ければ多いほど、回転が遅くなる。極が少なければ少ないほど、モーターは速く動く。これは単純な逆の関係である。標準的なACモーターで可能な最高速度は2極で達成される。モーターの速度は、電源の周波数と極の数を使った計算式で決まります。

モータの理論上の最高速度は同期速度と呼ばれる。これは回転磁界の速度を意味する。60 Hz電源の場合、2極モーターの同期速度は3600 RPM（毎分回転数）です。4極モーターの同期速度は1800 RPMです。6極モーターは1200 RPMで動作します。モーターシャフトの実際の回転数（定格回転数）は、わずかな損失のために同期回転数よりわずかに低くなります。したがって、高速モーターが必要な場合は、極数の少ないものを探します。低速用モータが必要な場合は、極数の多いものを探します。

2極モーターと4極モーターは大きく違うのか？

そう、その差は大きい。2極モーターはスピードが命です。同期速度は3600 RPMで、最も高速な標準モーターです。これらのモーターは、ファン、ブロワー、ある種のポンプなど、空気や流体を素早く動かす必要がある用途に最適です。しかし、この高速回転にはコストがかかります。2極モーターは一般に、極数の多いモーターよりも始動トルクが小さくなります。出力電力はサイズの割に高く、速度と出力密度が優れています。

一方、4極モーターはオールラウンドに使える。毎分1800回転で動作し、速度とトルクのバランスが良い。そのため、4極モーターは、コンプレッサーから電動工具まで、さまざまな機械に使用される最も一般的なタイプの電気モーターです。同サイズの2極モーターよりもトルクが大きく、負荷がかかった状態での始動に適しています。2極モーターと4極モーターのどちらを選ぶかは、最高回転数を上げるか、回転力（トルク）を上げるかによって決まります。

6極モーターと8極モーターのどちらを選ぶべきか？

低速で高トルクを必要とする用途では、6極または8極のモーターを検討すべきです。6極モーターは穏やかな1200 RPMで動作します。この低速回転は、安定したパワフルな動きを必要とする機械に最適です。ギアポンプやコンベアなど、高速回転は必要ないが、強力で安定したトルクが必要な産業用機器では、6極モーターを見かけることがあります。6極の設計は、高速モーターよりもスムーズな動作を提供します。

次に8極モーターがある。これらは低速でパワフルな主力製品である。8極モーターの同期速度はわずか900 RPMです。もし8極の同期回転数が750 RPMというスペックを見かけたら、それはヨーロッパで一般的な50 Hz電源の場合です。これらのモーターは重作業用に作られています。大きなトルクを発生するため、エレベーターや大型クレーン、大型ポンプなどの用途に適しています。8極モーターは、極数が多いほど大きく重くなりますが、振動が少なく非常にスムーズなパワーを発揮します。

極数はモータートルクにどう影響するか？

これまでトルクについてたくさん話してきたが、具体的に説明しよう。トルクとはモーターの回転力のことです。極数はモータのトルク特性に直接影響します。原則として、極数の多いモータほど始動トルクが高くなります。4極モーターは2極モーターよりも始動トルクが高く、8極モーターはさらに高くなります。これは、磁界の強さがより多くの極に分散され、静止状態からローターをより均一かつ強力に引っ張るからです。

極数が多いことのもう一つの利点は、トルクの伝達がスムーズになることだ。磁極が2つしかないモーターは、磁界が回転する際に大きな「ジャンプ」を起こします。そのため、トルクの変動や振動が大きくなります。6極または8極のモーターは、磁界がより小さく制御されたステップで動きます。その結果、出力はより滑らかになり、プリンターや特定の医療機器のような精密さと低振動が要求される用途には非常に重要です。エレベーターが滑らかで快適な乗り心地を実現するために極数の多いモーターを使用するのはこのためです。

モーターのポールナンバーはわかりますか？

はい、通常は可能です。極数を見つける最も簡単な方法は、モーターの銘板を見ることです。銘板はモーターの側面にある小さな金属板で、重要な情報がすべて記載されています。定格電圧、出力電力、そして最も重要な定格回転数（RPM）が記載されています。

銘板には「4極」または「6極」と明記されていない場合がありますが、回転数から割り出すことができます。米国のような60Hzの国で、銘板にRPMが3600弱（3450RPMなど）と記載されていれば、2極モーターです。RPMが1800弱（1725RPMなど）なら4極モーターです。RPMが1200付近（1140RPMなど）であれば、6極モーターということになります。このモーターの定格回転数が極数を特定する鍵となります。

異なるポール番号の一般的な用途とは？

異なるポールナンバーは、異なるアプリケーションシナリオのために設計されています。それぞれの極数には最適な仕事があります。2極モーターは高速用途に最適です。ファン、ブロワー、グラインダー、一部の遠心ポンプを思い浮かべてください。これらは、何かを速く動かすことが主な目的である仕事です。2極モーターの低トルクは、ここでは問題ではありません。

4極モーターは万能だ。この電動モーターはどこにでもあります。エアコンプレッサーや旋盤など、スピードとパワーのバランスが必要なほとんどの機械に使用されています。6極モーターは、一部のコンベヤーや容積式ポンプなど、低速でより大きなパワーを必要とする用途に使用されます。最後に、8極モーターは、低速で高トルクの特殊な用途に使われます。エレベーターや鉄道牽引、あるいは頑丈な粉砕機などを思い浮かべてほしい。また、可変速と高トルクが必要な洗濯機や電気自動車にも使用されます。

なぜ正しい極数選択がモーター性能に重要なのか？

正しい極数を選択することは、最高のモーター性能を得るために極めて重要です。それは、モーターを作業に適合させることです。間違った極数を使用すると、エネルギーを浪費し、消耗が早い非効率的なシステムになります。例えば、低速のコンベアベルトに高速の2極モーターを使用すると、減速するために複雑で高価なギアボックスが必要になります。最初から6極または8極のモーターを使う方が、はるかにスマートで効率的です。

正しい極数により、モーターは最高の効率で動作します。無理なく適切なトルクを供給し、用途に適した回転数を実現します。この選択はモータのパワーだけでなく、寿命にも影響します。適切に選択されたモーターは、冷却され、振動が少なくなり、より長く信頼できる寿命につながります。ですから、次にモーターを見るときは、極数に注意してください。極数は、他のどのパラメータよりも、そのモーターについて多くのことを教えてくれます。

覚えておくべき重要なポイント

• ポールとスピード： モーターの極数はその速度を決定する。極数が少なければ高速になり、多ければ低速になる。
• ポールとトルク： 極数の多いモーターは一般に、より大きなトルクと滑らかな運転を生み出す。
• 2極モーター： これらは、ファンやブロワーのような高速アプリケーション（約3600 RPM）用です。
• 4極モーター： これらは最も一般的なタイプで、多くの機械にスピード（約1800RPM）とトルクの優れたバランスを提供する。
• 6極および8極モーター： これらは、エレベーター、クレーン、重いコンベヤーのような低速、高トルクのアプリケーション（1200 RPMと900 RPM）用です。
• 銘板を確認する： モーターの定格回転数（RPM）は銘板に記載されており、極数を知ることができます。