電気モーターのしくみ

単純なモーターには6つの部分があります。

モーターがどのように機能するかを理解することで、磁石、電磁石、電気全般について多くを学ぶことができます。この記事では、電気モーターが作動する理由を学びます。

コンテンツ

1. 電気モーターの内部
2. おもちゃのモーター
3. その他のモーター部品
4. 電磁石とモーター
5. アーマチュア、整流子、ブラシ
6. すべてを一緒に入れて
7. どこでもモーター！

電気モーターは磁石と磁気がすべてです。モーターは磁石を使用してモーションを作成します。あなたが磁石で遊んだことがあるなら、あなたはすべての磁石の基本法則について知っています：反対は引き付けて反発するのが好きです。したがって、両端が「北」と「南」とマークされた2つの棒磁石がある場合、一方の磁石の北端がもう一方の南端を引き付けます。一方、一方の磁石の北端はもう一方の磁石の北端をはじきます（同様に、南は南をはじきます）。電気モーターの内部では、これらの引力と反発力が回転運動を生み出します。

上の図では、モーターに2つの磁石があります。電機子（またはローター）は電磁石であり、界磁磁石は永久磁石です（界磁磁石も電磁石である可能性がありますが、ほとんどの小型モーターではそうではありません。電力を節約するためではありません）。

ここで解剖されているモーターは、おもちゃによく見られる単純な電気モーターです。

これは小さなモーターで、10セント硬貨と同じくらいの大きさであることがわかります。外側からは、モーターの本体を形成するスチール缶、車軸、ナイロン製エンドキャップ、2本のバッテリーリードが見えます。モーターのバッテリーリード線を懐中電灯バッテリーに接続すると、車軸が回転します。リードを逆にすると、反対方向に回転します。これが同じモーターの他の2つのビューです。（セカンドショットでは、スチール缶の側面にある2つのスロットに注意してください。それらの目的はすぐに明らかになります。）

ナイロン製のエンドキャップは、スチール缶の一部である2つのタブで固定されています。タブを後ろに曲げることで、エンドキャップを解放して取り外すことができます。エンドキャップの内側にはモーターのブラシがあります。これらのブラシは、モーターが回転するときにバッテリーから整流子に電力を転送します。

車軸は電機子と整流子を保持します。アーマチュアは電磁石のセットで、この場合は3つです。このモーターの電機子は、電機子の3つの極のそれぞれの周りに巻かれた細い銅線で、一緒に積み重ねられた薄い金属板のセットです。各ワイヤーの両端（各極に1本のワイヤー）を端子にはんだ付けし、3つの端子のそれぞれを整流子の1つのプレートに配線します。

DC電気モーターの最後のピースは界磁です。このモーターの界磁は、缶自体と2つの湾曲した永久磁石で構成されています。

各磁石の一方の端が缶に切り込まれたスロットに当たると、保持クリップが両方の磁石のもう一方の端に押し付けられます。

電気モーターがどのように機能するかを理解するには、電磁石がどのように機能するかを理解することが重要です。（詳細については、電磁石のしくみを参照してください。）

電磁石は電気モーターの基礎です。次のシナリオを想像することで、モーターで物事がどのように機能するかを理解できます。釘の周りに100ループのワイヤーを巻き付け、それをバッテリーに接続して、単純な電磁石を作成したとします。バッテリーが接続されている間、釘は磁石になり、北極と南極を持ちます。

次の図に示すように、ネイル電磁石を取り、その中央に車軸を通し、馬蹄形の磁石の中央に吊るしたとします。釘の北端が図のように見えるように電磁石にバッテリーを取り付けると、磁気の基本法則は何が起こるかを示します。電磁石の北端は馬蹄形磁石の北端からはじかれます。馬蹄形の磁石の南端に引き付けられました。電磁石の南端も同様に反発します。釘は約半回転してから、示されている位置で停止します。

この半回転の動きは、磁石が自然に互いに引き付け合い、反発する方法によるものであることがわかります。電気モーターの鍵は、さらに一歩進んで、この半回転の動きが完了した瞬間に、電磁石の磁場が反転するようにすることです。フリップにより、電磁石はさらに半回転します。ワイヤーを流れる電子の方向を変えるだけで磁場をひっくり返します（バッテリーをひっくり返すことでそれを行います）。電磁石の磁場が、運動の各半回転の終わりに正確に正しい瞬間に反転された場合、電気モーターは自由に回転します。

前のページの画像を考えてみましょう。アーマチュアは、電動モータで爪の代わりをします。アーマチュアは、金属コアの2つ以上の極の周りに細いワイヤーを巻いて作られた電磁石です。

アーマチュアには車軸があり、整流子は車軸に取り付けられています。右の図では、同じアーマチュアの3つの異なるビュー（正面、側面、およびエンドオン）を見ることができます。エンドオンビューでは、整流子をより明確にするために巻線が削除されています。整流子は、車軸に取り付けられた1対のプレートであることがわかります。これらのプレートは、電磁石のコイルに2つの接続を提供します。

電気モーターの「電界の反転」部分は、整流子とブラシの2つの部分によって実現されます。

右の図は、整流子とブラシがどのように連携して電流を電磁石に流し、電子がちょうどいいタイミングで流れる方向を反転させるかを示しています。整流子の接点は電磁石の車軸に取り付けられているため、磁石と一緒に回転します。ブラシは、整流子の接点と接触する2つの弾力性のある金属またはカーボンです。

これらすべての部品を組み合わせると、完全な電気モーターができあがります。

この図では、整流子が動作しているのが見やすいように、電機子巻線が省略されています。注意すべき重要な点は、電機子が水平位置を通過すると、電磁石の極が反転することです。フリップのため、電磁石のN極は常に車軸の上にあるため、界磁磁石のN極をはじき、界磁磁石のS極を引き付けることができます。

小さな電気モーターを分解する機会があれば、上記と同じ部品が含まれていることがわかります。2つの小さな永久磁石、整流子、2つのブラシ、および金属片にワイヤーを巻いて作られた電磁石です。ただし、ほとんどの場合、この記事に示すように、ローターには2つの極ではなく3つの極があります。モーターに3つの極がある理由は2つあります。

モーターのサイズとモーターが使用されている特定のアプリケーションに応じて、任意の数の極を持つことができます。

あなたの家を見回すと、電気モーターでいっぱいになっていることがわかります。これがあなたが試すべき興味深い実験です：あなたの家を歩き、あなたが見つけたすべてのモーターを数えます。キッチンから始めて、モーターがあります：

ユーティリティルームには、次の場所に電気モーターがあります。

バスルームでも、モーターがあります：

あなたの車には電気モーターが搭載されています：

さらに、他のあらゆる種類の場所にモーターがあります：

家の中を歩いていると、いろいろな装置に隠されている50台以上の電気モーターを数えました。動くものはすべて電気モーターを使って動きます。

初版：2000年4月1日

おもちゃの電気モーターはどのように機能しますか？

DC電動機とは何ですか？

単純なモーターの部品は何ですか？

電気モーターはどのくらい持ちますか？

DCまたはAC電気モーターの方が優れていますか？

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