リスケージ式ローターバー：モーターの心臓部

ほとんどの電気モーターの内部には、シンプルだが非常に賢い部品がある。リス・ケージ式ローターと呼ばれるものだ。見た目はハムスターの回し車のようですが、モーターが回転するのはこの部品のおかげです。この記事では、このパズルの重要なピースであるローターバーについて見ていきます。このリスケージ式ローターがどのように機能するのか、簡単な言葉で説明します。なぜローターバーがそれほど重要なのか、そしてその設計によってモーターの性能がどのように変わるのかがわかるでしょう。何がモーターを動かしているのかを理解したい方は、ぜひこの記事をお読みください。

リスケージ型ローターとは？

中には小動物の檻のような部分がある。それが名前の由来だ。この部分がローターだ。リスかご型ローターは、鋼鉄の積層からなる円筒形である。A ラミネートは鋼鉄の薄片である。多くのスライスを重ねてローターのコアを形成する。この設計はエネルギー損失の低減に役立っている。このコアの中を、ローター・バーと呼ばれる多くのバーが通っている。これらのローターバーは、両端がエンドリングで接続されている。バーとリングを合わせると、リス・ケージのように見える。このシンプルなケージがモーター全体を回転させている。

ローター・バーとエンド・リングのアッセンブリー全体が非常に強固である。これは非常に頑丈な設計である。バーは鉄心から絶縁されていない。これは、電流が自然にバーの経路をたどるからである。バーにはより優れた導電性があります。このリスケージ式ローターという部品全体が、多くの電気モーターの重要な部分である。このローターには外部からの電気的接続はない。これがリスケージ・モーターの信頼性を高めている。このローターの基本設計は純粋に天才的だ。

リスケージ誘導モーターはどのように始動するのか？

では、このモーターはどうやって回転を始めるのか？それは磁石を使ったクールなトリックによる。モーターの外側はステーターと呼ばれる。ステーターに電力を加えると、その巻線に交流電流が流れる。ステーター巻線に流れるこの電流が回転磁界を作ります。高速で回転する磁石のようなものだと考えてください。この磁場がカギとなる。モーターはある意味では変圧器のような働きをします。

このステーターからの回転磁界が、リスケージ式ローターのローターバーを横切る。ローターはまだ動いていない。磁場が金属の棒を横切ると、棒に電気が流れます。電流を誘起すると言います。つまり、それぞれのローター・バーに電圧と電流が生じる。ローターバーは両端のエンドリングによって接続されているため、電流は閉じた経路、つまりローター回路を流れることができる。これは誘導電動機.ステーターに電力が供給されると、マジックが起こる。

なぜローターバーがモーターにとって重要なのか？

ローターバーはリスケージ・モーター内の真のヒーローである。各ローターバーは導体として機能する。ステーターからの磁界がローターを通過するとき、ローター・バーに電流が流れます。今、電流が流れるバーが別の磁場の中にある。これが力の発生源である。磁場とローター・バー内の電流の相互作用により、バーを押す力が生まれる。

ローターバー1本1本にかかるこの力が積み重なる。この押し合いが、トルクと呼ばれるねじれの力を生み出す。ローターを回転させるのはこのトルクである。ローターバーがなければ、ローターに電流は流れず、トルクも発生しない。モーターはただそこに座って、うなりを上げているだけなのだ。つまり、地味なローターバーは、電気エネルギーをモーターの動きに変える部品なのだ。ローターバーの設計は、モーターの始動トルクを決めるのに役立ちます。優れたモーターには、優れたリス・ケージ設計が不可欠です。

ローターバーの材質は？銅かアルミか？

ローターバーはさまざまな素材で作られている。最も一般的なものはアルミニウムか銅である。材料の選択はモーターの性能にとって非常に重要である。アルミニウムや銅が使われるのは、電気をよく通すからです。この性質を導電性といいます。銅はアルミニウムよりも導電性に優れています。つまり、銅バーを使用したモーターは、より効率的であることが多いのです。熱として無駄になるエネルギーが少ないのです。

しかし、アルミニウムの方が安価で軽い。多くのモーターはアルミダイキャストを使用している。この工程では、溶かしたアルミニウムをモーターにある溝に押し込む。ローターラミネーションスタックでローターバーとエンドリングを一度に形成する。そのため、リスケージは丈夫で、それほど高価ではありません。NEMAやIECなどの規格で定められた高効率モーターは、ローターバーの構造に銅を使うことが多い。銅製のリスケージ式ローターを備えたモーターは、エネルギー損失を低く抑えることができる。つまり、ローターバーの材質の選択は、コストとモーターの効率とのバランスなのです。特殊なモーターでは、真鍮合金を使う場合もあります。

ローターバーはどのようにしてトルクを生み出すのか？

トルクについてもっと話そう。モーターが生み出すトルクが仕事をするのだ。ローターバーには電流が誘導される。これを誘導電流と呼ぶ。この電流は、それぞれのローターバーの周りに小さな磁界を作ります。これらの小さな磁界は、ステーターからの大きな回転磁界に押しつけられます。この押し引きが、シャフトを回転させるトルクを生み出す。これは、2つの磁石が互いを押し広げるのに似ている。

トルクの大きさはいくつかの事柄に左右される。ステーター・フィールドの強さに依存する。また、ローターの電流量にも左右されます。良いモーター設計の目標は、高トルクを得ることである。ローターバーの形状を変えることで、速度-トルク特性を変えることができる。例えば、深くて細いローターバーを使用する設計もある。これはモータの始動トルクを高めるのに役立ちます。これは重負荷で始動する必要があるモーターに有効です。トルクはモーターをゼロからフルスピードにするものです。

リスケージ・モーターの「スリップ」とは？

奇妙に聞こえるかもしれないが、リスケージ誘導モーターにとっては非常に重要なことなのだ。固定子の回転磁界を思い出してください。これは一定の速度で回転しています。これを同期速度と呼ぶ。ローターに電流が誘導されるには、ローターが回転しなければなりません。低調磁場よりも。ローターが同じ速度で回転すれば、ローターバーは磁場に対して静止していることになる。電流は誘導されず、トルクは発生しない。

この固定子界磁と回転子の速度差はスリップと呼ばれる。スリップがあるからこそ、モーターは動くことができるのです。モータに負荷がない場合、スリップは非常に小さい。ロータは同期速度に非常に近い速度で回転します。モーターに全負荷をかけると、ローターは少し減速します。これによりスリップが大きくなる。スリップが大きくなるということは、磁界がローターバーを速く切ることを意味する。これにより大きな電流が誘導され、負荷を処理するためにより大きなトルクが発生します。つまり、スリップは必要なのだ。スリップ周波数は、発生するトルクの大きさに関係する。

リスケージ式ローターのローターバーはなぜ傾いているのか？

リスケージ式ローターをよく見たことがありますか？ローターバーのスロットがローターのシャフトと平行でないことに気づくかもしれません。わずかに角度がついているのです。これをスキューと呼ぶ。これには理由がある。まず、スキューはモーターをよりスムーズかつ静かに動かすのに役立ちます。モーターから発生するノイズを抑えることができる。また、ローターとステーターの歯が一直線に並び、モーターが始動できなくなる磁気ロックと呼ばれる現象も防ぐことができる。

スキューをつけるもう一つの大きな理由は、モーターの性能を向上させるためである。ローターバーのスキューは、ローターが回転する際に、より均一なトルクを生み出すのに役立つ。これにより、モーターの動作がよりスムーズになる。スキューはまた、ある種の不要な電気的影響を減らすのにも役立つ。ローターバーの長さはスキューによってわずかに長くなり、抵抗が変化する。スキューの量は慎重に設計する必要がある。最高のモーター性能を得るために、ステータースロットの数とローターバーの数に基づいて決定されます。

ローターバーの破損はモーターに影響するか？

そう、ローターバーの破損はモーターに大きな問題を引き起こす可能性がある。リスケージは閉回路です。ローターバーが割れたり折れたりすると、その回路はオープンになります。これはローターのバランスに悪影響を及ぼします。ローターバーが壊れるということは、流れる電流が少なくなり、トルクが低下することを意味します。モーターはパワーを失います。異音が聞こえたり、モーターがいつもより振動したりするかもしれません。これはベアリングやモーター全体に余分なストレスを与えます。

ローターバーが折れると、モーターがオーバーヒートすることもある。折れたバーを通るはずの電流が、他のバーを通らなければならなくなる。そのため、過負荷になることがある。これはリスケージ誘導モータによく見られる故障です。モータの始動と停止が頻繁に繰り返されたり、製造時の問題によって起こります。ローターバーが折れていると思われる場合は、モータの点検を受けることが重要です。ステーターとローターのミスアライメントも問題を引き起こす可能性があります。すべてのローターバーの健康状態は、モーター全体の健康状態にとって重要です。

ケージ・ローターの設計はモーター性能をどう変えるか？

ケージ・ローターの設計は、モーターの動作に大きな影響を与える。エンジニアは、望む性能を得るためにリスケージについて多くのことを変えることができる。例えば、ローターバーの形状は非常に重要です。深いバーと丸いバーでは特性が異なります。深いバーは、低速トルクを最大化するために使うことができる。これは表皮効果と呼ばれるもののためだ。スタート時、電流はバーの上部付近に流れる。モーターが加速すると、電流はバー全体を使用します。この設計では、始動トルクも良いが、走行効率も良い。

ローターバーの材質も重要である。アルミニウムの代わりに銅を使うと、ローター巻線の抵抗率が変わります。通常、抵抗が低いほど効率的なモータになるが、始動トルクが低下する可能性がある。ローターバーの本数とスキュー角度も重要な設計上の選択である。これらの要因はすべて、速度トルク特性、始動電流、力率、およびリスケージ誘導モータの総合効率に影響します。単純に見えるケージロータの設計は、実は非常に複雑です。

リスケージ・モーターは他のモーターと違うのか？

確かにリスケージ誘導モーターはモーターの一種ですが、他にもあります。一般的なものに、巻線ローター・モーターがある。最大の違いはローターにある。ご存知のように、リスケージ式ローターは導電性バーの両端がショートリングで短絡されている。ローターの巻線は固定されている。変えることはできない。このため、リスケージ誘導設計は非常にシンプルで信頼性が高い。

巻線ローター・モーターは、より複雑なローターを持つ。バーの代わりに、ステータ巻線と同じような完全な三相巻線がある。このロータ巻線の両端は、シャフトのスリップリングに接続されています。これにより、外部抵抗をローター回路に接続することができます。抵抗値を変えることで、モータの回転数-トルク特性を制御することができます。これにより、特に始動時の制御性が向上する。しかし、その分モータはリスケージ・モータよりも高価になり、耐久性も劣る。ほとんどの作業では、シンプルで丈夫なリスケージ・モーターが最適です。