隈取磁極誘導電動機：単純な極の陰影がどのようにアプリケーションに電力を供給するか

机の上にある小さな扇風機は何で回っているのだろう？あるいは、汽車のおもちゃに付いている単純なモーターはどうやって動いているのだろう？答えは多くの場合、賢い小さな装置である。それは隈取磁極誘導モーターと呼ばれるものです。

この記事はあなたのためにある。日常の物事の仕組みを理解するのに役立ちます。隈取磁極誘導電動機を簡単な部品に分けて説明します。簡単な構造について学びます。極の "影 "がモーターを回転させる仕組みを学びます。また、どのような用途に使われるのかについても学びます。読み終わった後には、この小さいけれども重要なモーターの背後にある素晴らしいアイデアが見えてくるでしょう。

隈取磁極誘導電動機とは？

隈取磁極誘導モーターは、単相誘導モーターの中でも非常にシンプルなタイプです。他のモーターは始動に特別な部品が必要ですが、このモーターは必要ありません。それだけで始動できます。そのため、自己始動モーターとなります。このため、お金のかからない小さなものに最適です。始動の秘密は、その極にある。

その名前が多くを物語っている。それは "誘導モーター "である。つまり、磁界を使ってローターを回転させる。ローターは回転する部分である。両者をつなぐ直接の電線はない。最も重要な部分は "陰極 "である。モーターの各極には、小さな部分が覆われている。このカバー、つまり「シェード」は銅製のリングである。このシンプルなシェードが全体を動かしているのだ。陰極誘導モーターは、非常にスマートでシンプルな作り方を示している。

このタイプのモーターは、極にこのような特別な部分があるため、陰極誘導モーターと呼ばれる。影は光による本当の影ではない。電気的な影である。磁極のその部分で磁界を遅らせる。この遅れがモーターを動かす鍵となる。この単純な磁極上の影がどのように回転力を生み出すのか、詳しく見ていくことにしよう。陰極誘導モーターは非常に興味深い。

隈取磁極モーターの構造はどうしてこんなに単純なのか？

隈取磁極誘導モーターの構造は、その最も優れた点のひとつである。その構造は部品点数が非常に少ない。そのため、製造コストが安い。また、長期間使用できる。主な部品はステーターとローターである。シンプルな構造だからこそ、多くの小型機械に使われているのです。

ステーターはモーターの動かない部分である。隈取磁極モーターのステーターは、薄い鉄板をプレスして作られている。これがコアである。コアには突き出た極がある。これを鋭極という。これらの極の周囲に電線の主コイルが巻かれている。これが巻線です。このコイルを交流電源に接続すると、磁束が変化します。ステーターの最も重要な部分は "シェード "である。各極の一部を横切るようにスロットが切られている。このスロットにシェーディング・コイルとも呼ばれる銅のリングを入れる。このリングが極の陰になる。

ローターは回転する部分である。隈取磁極モーターでは、ローターは通常リスケージ型である。つまり、銅またはアルミニウムの棒が通った鉄板でできた円筒である。これらの棒は両端がリングで結合されている。ローターには巻線もブラシもない。非常にシンプルで丈夫な部品です。ローターが回転するのは、極からの磁場がローターバーに生じる電流と作用するためである。

ポールの「日陰」は何を意味するのか？

電柱の「日陰」と言っても、太陽からの影のことではない。シェード」とは、小さな1本の銅線の輪のことである。無垢の銅リングの場合もある。このリングは、モーターの各極の小さな部分に巻き付けられています。極のこの部分は遮光部分と呼ばれる。極の他の部分は遮光されていない部分です。

このシェードは、それ自体に接続されたワイヤーのコイルである。電気と磁石の仕組みから、メインコイルからの磁束が変化すると、銅製のシェードに電流が流れる。この新たな電流が磁束を生み出します。この新たな磁束が、主磁束の変化に対抗します。遮光コイルが存在することで、第二の磁場が生まれます。この第二の磁場は、第一の磁場とはずれている。

こう考えることができる。主巻線はポール全体に磁場を作る。しかし、シェードは自分の小さな領域でこの磁場を押し返します。この "押し "は常に同じとは限らない。シェードの部分の磁束は、シェードのない部分の磁束よりも遅れてやってきます。つまり、日陰はポールの片側の磁場に時間的な遅れを生じさせる。このわずかな遅れが最も重要なのです。シェードこそがモーターを機能させるのです。極の陰はモーターの始動ツールなのです。

モーターを始動させるために磁束はどのように極間を移動するのか？

隈取り磁極誘導モーターの特別なトリックは、単相交流電力だけで動く磁界を作る方法だ。磁極に施された陰影が鍵なのだ。磁束を磁極の片側からもう片側へ「移動」させる。この動く磁束は、弱い回転磁界のように作用する。

モーターを始動させるための移動磁束の働きはこうだ。主巻線の交流電流が上がると、極の磁束も強くなる。この変化は遮光コイルに電流を誘導する。遮光コイルに流れる電流は、主磁束に対抗する別の磁束を作り出します。つまり、磁束はポールの遮光されていない部分で強くなります。磁極の遮光された部分では弱くなる。

メインフラックスが最高点に達すると、一瞬変化が止まる。この時、遮光コイルはほとんど何もしない。磁束はすべての極に広がる。その後、主磁束が弱くなり始めると、遮光コイルはこの変化に抗して再び電流を流す。磁束を強く保とうとするのだ。これによって、極の陰になった部分の磁束が強くなる。最終的には、磁場の中心が移動する。それは磁極の陰になっていない部分から陰になっている部分へと移動する。この移動は、交流電源のサイクルごとに何度も繰り返される。これによってローターに弱い回転力が生じ、この力によってローターが回転し始める。

このポールのフル稼働とは？

交流電源の1サイクルにおける隈取磁極モーターの全動作を見てみよう。磁束が磁極を横切って移動する様子は、ローターを回転させる力を与えている。

• ステップ1：電流が上がる：メインコイルに流れる交流電流が強くなり始める。極からの磁束が大きくなる。陰になるコイルは押し戻す磁束を作る。これにより、主磁束は磁極の遮光されていない部分に押しやられる。磁場は遮光されていない部分で最も強くなる。
• ステップ2：電流が最大になる交流電流は今、最強の状態にある。ごく短時間の間、電流と磁束は変化しない。遮光コイルには電流が流れない。磁束はポールの全面に広がる。
• ステップ3：電流が下がる：交流電流が弱くなり始める。極からの主磁束が弱まり始める。ここで、遮光コイルが電流を誘導する。この電流は磁束の変化を止めようとします。この作用により、磁束は磁極の遮光部分に押し込まれる。

このサイクルは何度も何度も繰り返される。60Hzの電源があれば、毎秒60回起こる。磁場は常にポールの面を横切って移動している。遮光されていない側から遮光された側へと移動する。この移動する磁場がリスかご型ローターのバーを引っ張る。この引っ張り作用がローターを回転させる。こうしてモーターは始動し、走り続けることができるのです。

隈取磁極誘導電動機の始動トルクはなぜ低いのか？

隈取磁極誘導電動機について知っておくべきことの一つは、始動トルクが非常に小さいということです。始動トルクとは、モーターが最初に始動するときの回転力のことです。この弱点は、モータの構造によるものです。

極にあるシェードが作る回転磁場は、実際の滑らかな回転磁場ではない。どちらかというと、グラグラと動く磁束のようなものだ。磁極の影の部分と影のない部分の磁束の時間差、つまり角度は小さい。この磁場は弱く滑らかでないため、始動時にローターにかかる力も非常に弱い。

つまり、隈取磁極誘導モーターは、重い作業に接続すると始動できない。最初の作業が非常に軽い場合にのみ適しています。小型のファンブレードや小型のウォーターポンプなどが良い例です。モーターが加速するにつれて、回転力は単相誘導モーターの主動作によってより多く生み出される。しかし、最初の一押しは常にソフトである。始動トルクの低さは、シンプルな設計のために得られる大きな欠点です。

低電力隈取磁極モーターの一般的な用途とは？

隈取磁極誘導モータは、毎日使う多くの小物に使われています。少量の電力が必要で、強力な始動を必要としないあらゆる用途によく使われています。その理由は、コストがほとんどかからず、シンプルな構造で、長期間使用できるからです。

最も一般的な用途は小型ファンである。例えば、卓上扇風機、浴室から空気を吸い出すファン、プロジェクターやコンピューターなどの電子機器を冷却する小型ファンを思い浮かべてください。これらはすべて、隈取磁極モーターの最適な仕事です。ファンの羽根が回転を始めるのに必要な電力はごくわずかです。その他の用途

• 小型ポンプ
• 加湿器
• 回る店の看板
• おもちゃとレコードプレーヤー
• 缶切りなどの小型工具

これらのモーターは低出力モーターの一種です。大きな仕事には使われない。例えば、洗濯機や電動工具には使用されません。これらの機械には、より高い始動トルクと優れた効率が必要だからだ。しかし、ただ回転させるだけの小型機器には、隈取磁極誘導モーターが最適です。

モータの定格出力を上げることは可能か？

隈取磁極誘導モーターをより強力にするのは非常に難しい。その設計方法がパワーと効率を制限しているのだ。モーターを始動させるために使用される、極に陰影をつける方法は、多くのエネルギーを浪費します。

多くのエネルギーが熱に変わり、失われる。これはシェーディングコイルで多く起こります。この損失はモーターの効率が非常に低いことを意味する。効率は5%から35%の間であることが多い。このモータータイプの力率も非常に低い。力率は、モーターが得た電力をどの程度うまく使用しているかを示します。力率が低いということは、より多くのエネルギーが浪費されていることを意味します。

モーターに小さな変更を加えることができます。より良い材料を使ったり、ポールやシェードの形状を変えたりすることができる。しかし、隈取磁極モーターを非常に強力なモーターにすることはできません。このモーターの役目は、低出力のニーズに応えるシンプルで低コストのモーターであることです。より大きなパワーや優れた効率が必要な場合は、コンデンサ・スタート・モータのような別のタイプのモータを使うことになる。隈取磁極モーターは、そのために作られた仕事、つまり始動電力が低い単純な作業に最適です。

主なメリットとデメリットは？

他の道具と同じように、隈取磁極誘導モーターにも良いところと悪いところがある。良い点があるからこそ、これほど一般的なのだ。その悪い点は、それができる仕事を制限することである。

良いこともあるが、悪いこともある。非常にシンプルなデザインと低価格。しかし、その見返りとして、あまり性能の良くないモーターを手に入れることになる。小型ファンにとっては、これは良い買い物だ。それ以外の仕事では、効率の悪さと始動トルクの低さが大きな問題となる。

極数はモーターの運転にどのように影響しますか？

どんなACモーターでも極数によって速度が変わる。これは隈取磁極誘導電動機にも当てはまります。磁界の回転速度は同期速度と呼ばれる。この速度は、交流電力の周波数と極数の2つによって決まります。

リンクは単純だ。極数が多ければ多いほど、モーターは遅くなる。モーターの速度は極数に反比例します。例えば、同じ60Hzの電力を使っていても、2極のモーターは4極のモーターより速く動く。実際の運転速度は同期速度より少し遅くなります。

ほとんどの隈取磁極誘導モータは、2極または4極設計です。極数を増やすとモーターがよりスムーズに動くようになることがあります。しかし、構造が少し難しくなります。何極を使用するかは、作業に必要な速度によって決まります。ポールの数は、モーターがどのように設計されているかの重要な部分です。ポールとポール上のシェードが、モーターをそのように機能させるのです。

覚えておくべきこと

• 隈取磁極誘導モーターは、シンプルで安価なACモーターで、自分で始動できる。
• その構造は、サリエント・ポール、メイン・コイル、リス・ケージ・ローター、特別なシェードを使用している。
• シェード」とは、各磁極の一部にある銅製のリングのことである。少し遅れて第2の磁束を生み出す。
• この陰が磁場を磁極の面全体に移動させる。これにより、モーターを始動させるための弱い回転力が生まれる。
• 始動トルクが非常に低く、効率が低く、力率も低い。
• 小型ファン、ポンプ、その他簡単に始動できる機器など、低電力の作業に最適です。