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 1. モータとは

モータの起源と歴史を説明しますモータの構成要素を説明しますモータの身近な使用例を説明します

モータの起源と歴史

○1821年 ファラデーの実験
モータ(電動機)は、電気エネルギーを運動エネルギーに変換する装置です。その最初は、1821年イギリスのマイケル・ファラデーの実験です。彼は、つるした導線の一部を容器中の水銀に浸し、容器の中心に永久磁石をおきました。この導線に電流を流すと、導線は、永久磁石のまわりを回転したのです。

○1824年 アラゴの円板
金属製の円板上で磁石を回転させると、電磁誘導により円板に渦電流が発生します。この渦電流が磁力を生み、磁石の回転にともなって円板が回転しました。磁石の速度と円板の回転速度との比(滑り)が小さくなると、渦電流が小さくなり、トルクも小さくなります。

○1830年代 直流電動機の実用化
アメリカのトーマス・ダヴェンポートは、ボルタの亜鉛電池を使用して、直流電動機で電気機関車や印刷機を動かしました。この電動機は、永久磁石の固定子と、電磁石の回転子と、電磁石に流す電流の向きを切り替える整流子とを備えていました。

○1880年代 交流電動機の実用化
アメリカのニコラ・テスラは、直流電源を推進するエジソンと対立し、経済的な送電が可能な交流送電を主張していましたが、モータがありませんでした。テスラは、アラゴの円板の原理から二相交流の誘導電動機を発明し、交流の優位を決定づけました。
1890年代、ナイアガラの水力発電所から60Hzの交流による電気が送電され、電力の時代が始まり、ポンプ、工作機械、鉄道などの動力は、蒸気機関から電力に変化していきました。

モータの起源と歴史説明写真

モータの構成要素

○主要な構成要素
モータは、シャフトと一体的に回転するロータと、電気エネルギーを使ってロータを回転させるステータと、ロータをステータに回転自在に機械的に固定するベアリングとを備えています。
ロータは回転子、ステータは固定子、ベアリングは軸受といいます。モータの異常な振動や異音は、軸受に損傷が生じた場合がほとんどです。
モータの要素を保護する「わく」は、設置箇所に取り付けるフレームです。

○ロータを回転させる力
ステータがロータを回転させる力は、磁力です。磁力は、永久磁石・コイル(巻線)・渦電流などにより発生させます。ロータとステータは、同一の磁極の反発力と、異なる磁極の吸引力を同時に使って、ロータを回転させます。

○モータの特性
モータの特性は、シャフトの回転速度と、シャフトが相手(負荷)に伝達する回転力で定まります。回転速度は、1分間に何回転するかという回転数[rpm]で表します。回転力は、力の大きさと腕の長さの積からなるトルク[N・m]で表します。物理的には、回転軸のある一次のモーメントがトルクです。

○モータの付加価値を高める構成要素
ブレーキ:多くのモータは、電流を止めてもすぐには回転を停止させず、ロータの慣性で回り続けます。ブレーキ付きのモータは、ロータを機械的に停止させます。
ギア:モータの用途に対して回転が高速で低トルクの場合、歯車などの減速機構を使用することで機械的に回転数を減速させ、大きな力を取り出します。ギヤードモータは、モータ減速機構を一体化しています。

モータの構成要素説明写真

モータの身近な使用例

○蒸気機関からモータへ
人類の歴史では、人間の他、牛や馬などの動物を動力としていました。19世紀には、炭鉱の揚水のくみ上げを蒸気機関で行い始めます。また、蒸気機関車が、馬車を置き換えました。紡績・機械工業でも蒸気機関が使われました。
20世紀に入ると、自動車や列車の動力源は蒸気機関から内燃機関(ガソリンやディーゼルエンジン)になりました。水のくみ上げ(ポンプ )、紡績・機械工業の動力はモータに代わり、使いやすくなりました。

○モータが大量に使われる時代へ
1930年代、パナソニック創業者の松下幸之助氏は、小型モータ事業に参入します。モータ事業の将来を危ぶむ人々に対して、松下氏は「将来、文化生活が進んでいけば、一家に平均10台以上のモートルが使われる日が必ず来ます」との将来構想を披露しました。モートルの需要は無限だと予想したのです。

○動力としての使用
現在、ファクトリー・オートメーション(FA)の進化した工場では、ベルトコンベア・産業用ロボット・ポンプなど、大量のモータが使用されています。鉄道の多くは電化されモータで走行しています。自動車でも、パワーウインドウ・ワイパーなど多数のモータが活用されています。

○家電製品・情報機器
家電製品でも、扇風機、掃除機、冷蔵庫、クーラー、ドライヤーのファンなどでモータが使われています。情報機器でも、ハードディスクの回転や、携帯電話のバイブレーションでモータが活躍しています。

モータの身近な使用例説明写真

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