DCモータの動作原理と設計

-- DCモーターを発電機に--

設計製作プロジェクトA

国士舘大学理工学部機械工学系

岸本　健

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モーターの種類

● 直流モータ– ブラシモーター

– ブラシレスモータ

● 同期モータ– ステッピングモータ

● 交流モータ（三相、単相）– 誘導型モータ

– 整流子モータ

● そのほか– リニアモータ

– 振動モータ(超音波モータ)

直流モーター

ブラシモーター ブラシレスモーター

● ブラシ：回転を継続させるための電流切替器ノイズの元

同期モーター

インホイールモーター

ロータステータ

ステッピングモーター

直流発電機の種類

定電圧発電機

一定の電圧を出す発電機

回転数制御

可変電圧発電機–ワードレオナード制御

–サイリスタレオナード制御

● 他励方式

● 自励方式– 分巻発電機

– 複巻発電機

直流モーターの種類

直流発電機の出力

● 励磁減衰と外部抵抗– 電圧低下

● 分巻発電機

方式で違う

– EoA が利用範囲

– EoP が利用できる

● 複巻は電圧低下を補償

他励分巻

自励分巻

直流発電機の応用

● タコメータ● 自転車ランプ用発電機

DCモータの外観

シャフト

この構造は電機子と界磁がケースに入っている

エンドベルキャップ

完成ロータ（電機子）

ハウジング(永久磁石の界磁が入っている）

DCモータの構造１

モーターの設計図の見方

取付穴と間隔

シャフト長さと径

ハウジング

ケース界磁(ステータ)

取付穴

軸受け

分割コア

ロータ鉄心

界磁（ステータ）

界磁

回転子（ロータ）

反発 吸引

フレミングの左手の法則

F B

I

シャフト

軸受

電流 I 磁界Ｂ

力 F

DCモータの磁界と回転方向

冷却ファン

ワッシャ

油止めワッシャ

コミテータ（整流子）

コア

絶縁コーティング

ロータブッシュ巻き線

シャフト

ワッシャ

回転子の構造

カーボンブラシ

使用できる電圧

無負荷での速度と電流

最高効率での速度と電流

失速するときの値

トルク 出力

無負荷時の電流と回転数、ストール時の電流とトルクから２本の線が引ける。

掛ける電圧を変えると、回転数が変わる

半径Ｒの円周長さ

半径Ｒに掛る力一秒間の回転数

一秒間に走る円周距離

回転のエネルギ

FN

トルクT = FR

力 x 距離 回転数 x トルク

力

腕の長さ

T2 =Fl2

T1 =Fl1

伝達● エネルギは等価

● トルクは変化

P1 =P2

トルクの測定概念

L

W1 =mg

W2

モーター

● 摩擦車によるトルクの計測

T=(W1 - W2 ) L

トルクハンドル

ハンドル

撓み腕歪ゲージによる腕のわずかの変形からトルクを知る

軸

L

F

手入力

効率

P :エンジン出力 W

N :回転数 r/s

T :トルク N m

E :電圧 V

I:電流 A

発電出力

評価の方法

● N を変えて、ηの変化と、出力の大きさを競う

トルクが決まったら、回転速度、電流値、出力、効率が図から求められる。

発電機(モータ)の設置上の注意

● 軸が細い(3mmφ)

● 定格回転数を腕力だけで回すことができない

● 人力でのトルクを計算して、発電機にかかるト

ルクを求め、それがどの程度か知る

● 過剰な増速比は、摩擦のトルクも増幅する

● 回転慣性が大きくなるので、回せなくなる