誘導モーターの動作原理の説明: 非同期 AC モーターの仕組み

卓上冷却ファンのスイッチを入れると、ブラシや整流子が見えず、ブレードがスムーズに回転します。内部には小さな AC モーターがあり、おそらく誘導モーターです。ローターに電流を直接供給する代わりに、モーターはステーターからの磁気誘導によってローター電流を生成します。これが誘導モーターの動作原理の核心です。回転磁界がローターに電流を誘導し、これら 2 つの磁界間の相互作用によってトルクが生成されます。

誘導モーターとは何ですか?

誘導モーターは、電磁的に誘導されたローター電流によってトルクが生成される AC 電気モーターです。ステーターは AC 電源に接続され、回転磁界を生成します。ローター (通常はかご型ローター) には閉回路があり、磁場の変化によって電圧が誘導されます。電流は直接電気的に接触することなくローターに流れるため、モーターにはブラシ、スリップ リング、永久磁石が必要ありません。

誘導電流はローターとステーター磁界の間の相対運動に依存するため、ローターは正確に同期した速度で回転することができません。この速度差をスリップといいます。このため、誘導モーターは非同期モーターとも呼ばれます。モーターファミリーのより広範な概要については、 モーターの主なカテゴリ .

ステーターとローター: 2 つの基本部品

すべての誘導モーターには 2 つの能動部品があります。ステータは、薄い積層鋼板で作られた固定コアで、銅またはアルミニウムの巻線がスロットに配置されています。単相モーターは通常、主巻線と補助巻線を使用します。三相モーターは、120 度離れた 3 つの巻線を使用します。 AC 電力が印加されると、巻線はエアギャップを横切る回転磁界を生成します。

ローターは回転する部品です。最も一般的な構造はかご型ローターで、アルミニウムまたは銅のバーが積層コアに埋め込まれ、エンドリングで短絡されています。これにより、ローター回路で摩耗するものがなく、シンプルで堅牢なモーター本体が得られます。小型家電製品の場合、かご型ローターのシンプルさが、誘導モーターが長持ちする主な理由の 1 つです。

誘導モーターの動作原理がトルクを生み出す仕組み

ファラデーの法則によれば、変化する磁場は導体に電圧を誘導します。誘導モーターでは、ステーターの回転磁界がローター バー全体に広がります。導体は変化する磁束を認識するため、電圧が誘導されます。エンドリングを介してバーが短絡されているため、ロータに電流が流れます。

レンツの法則によれば、誘導電流は、それを引き起こした変化に対抗する磁場を生成します。この抵抗により、ローター バーに機械的な力が生じます。力が接線方向に加えられ、モーターが回転し始めます。簡単に言うと、ローターはステーターの磁界を継続的に追い続けます。

なぜローターがフィールドを捉えないのか

ローターが同期速度に達すると、ステーター磁界とローターが一緒に動きます。相対運動、誘導電圧、回転子電流、トルクは存在しません。したがって、ローターは常に回転磁界よりも少し遅く動作します。この小さな速度差により、誘導モーターはトルクを生成し続けることができます。

同期速度と滑り

ステーターの回転磁界の速度は同期速度と呼ばれます。特定の AC 周波数と極数の場合、Ns = 120f / P として計算されます。ここで、f はヘルツ単位の電源周波数、P は極数です。 50Hz では、2 極フィールドは 3000rpm で回転し、4 極フィールドは 1500rpm で回転します。 60Hz では、速度はそれぞれ 3600rpm と 1800rpm です。

スリップは s = (Ns - Nr) / Ns として定義されます。ここで、Nr は実際のローター速度です。無負荷時の滑りは非常に小さいです。一般的な小型モーターでは、全負荷時に 3 ～ 6% のスリップが発生する可能性があります。滑りがゼロの場合、電流が誘導されないため、ローターが回転する理由がなくなります。そのため、定義上、誘導モーターは回転磁界よりも常に低速で動作します。

単相および三相誘導モーター

三相誘導モーターは、3 組の巻線が回転磁界を自然に生成するため、自己始動します。工業用ポンプ、コンプレッサー、コンベアドライブなどに広く使用されています。これらのモーターの効率と出力密度は高く、可変周波数ドライブで速度制御を追加できます。

単相誘導電動機は異なります。巻線が 1 つだけの場合、ステーター界磁は回転するのではなく 1 つの軸に沿って脈動するため、ローターは単独で始動できません。標準的な解決策は、補助巻線とコンデンサを追加して位相シフトを作成することです。単相コンデンサ駆動モーターでは、コンデンサは始動中も運転中も回路内に留まるため、トルクと効率が向上します。

この設計は、冷却ファンや送風装置で一般的です。典型的な例としては、 卓上アルミシェル冷風ACモーター コンデンサ駆動巻線を使用して、ファン アセンブリに安定した回転を提供します。

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日常の家電製品で誘導モーターが使用されている場所

冷却ファン、空冷器、ヒーターファン、レンジフード、除湿器などが代表的な用途です。誘導モーターの動作原理により、これらの製品は、標準 AC 電源からファンや送風機を回転させるための低コストで信頼性の高い方法を実現します。ローターはシンプルでブラシレスであるため、主な摩耗項目はベアリングと絶縁体であり、電気回路ではありません。

ヒーターファン

ヒーター ファンの用途では、継続的なエアフローがより高く要求されます。ヒーター モーターは、熱交換器からの暖かい空気の流れと安定した熱負荷を処理する必要があります。このため、多くのヒーター製品には コンデンサー駆動ヒーターモーター 長い運転サイクルでもファン速度を安定に保ちます。

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レンジフード

キッチンのレンジフードは、油分、湿気、洗剤にさらされています。あ プラスチックカプセル封入オイルヒュームACモーター 密封されたプラスチックハウジングがモーター巻線から油や湿気を遠ざけるため、そのような環境では多くの場合好まれます。これは、基本的な誘導モーターの設計を、要求の厳しい電気製品の用途にどのように適応できるかを示す実践的な例です。

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小型誘導電動機を選ぶ際の確認事項

新しい家電製品用のモーターを選択する場合は、用途から始めて、電気的および機械的な詳細を確認してください。動作原理は基本を説明していますが、最終製品は製造品質とコンポーネントの選択によって決まります。

• 定格電圧と周波数: モーターが 110 V / 60 Hz、230 V / 50 Hz、またはデュアル定格向けに設計されているかどうかを確認します。
• ローター速度と極数: 無負荷速度と負荷時の定格速度を確認し、アプリケーションの目標に対して滑りを比較します。
• コンデンサの種類とサイズ：コンデンサは始動トルク、運転効率、発熱に影響します。モータ設計者が指定した値を使用してください。
• ベアリングと絶縁: 動作温度と予想される耐用年数に応じて、ベアリングの品質と絶縁クラスを選択します。
• 認証とテスト: モーターが対象市場で必要とされる電気的安全性および性能基準に準拠していることを確認します。

アプライアンス全体でモーターをテストします。数時間にわたる温度上昇を測定し、異常なノイズを聞き、負荷がかかっても速度が安定していることを確認します。のオプションを比較している場合、 モーターサプライヤー 、カタログデータだけに頼るのではなく、測定値と寸法図を依頼してください。

誘導電動機の動作原理は単純です。回転する固定子の磁界が誘導回転子電流を生成し、滑りによってその電流が維持されます。その結果、ファン、送風機、家庭用電化製品で長年にわたって確実に機能するシンプルなブラシレス モーターが誕生しました。これらの基本を理解することは、サプライヤーの評価時に適切なモーターを選択し、適切な質問をするのに役立ちます。