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モーターのしくみ3- 交流電動機1
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モーターのしくみ、第3回目の今回は交流電動機について解説します。交流電動機は古くから使われているもので、1980年代から鉄道でも導入が進み、今や主力となっています。

交流電動機は直流電動機以上に種類があります。交流電動機を分類するとき、まず入力電源によって以下の2つに分けられます。
・三相交流電動機
・単相交流電動機
この2種類はそれぞれ以下のように細分できます。
・整流子電動機
・誘導電動機
・同期電動機
まず三相交流電動機と単相交流電動機の違いと基本的な動作原理を説明しましょう。

単相交流電動機は入力に単相交流と呼ばれる交流を使います。一番身近な単相交流電源には家庭用コンセントがあります。つまり、家電の多くが単相交流で動いていることになります(例外もたくさんありますが)。
単相交流をコイルに流すと定期的に磁界の向きが変わります。整流子電動機は磁界の向きが交互に変わるだけで回転します。誘導電動機や同期電動機は回転子が特定の速度に達することができれば磁界の向きが変わるだけでも回転を維持できますが、速度0から動かすこと(起動または始動といいます)はできません。そのための工夫が必要になります。

三相交流電動機は入力に三相交流と呼ばれる交流を使います。3本の電線が必要で、それぞれの電線には単相交流が流れています。そしてそれぞれの単相交流は120度の位相差を持たせてあります。単相交流のプラス方向の山が180度、マイナス方向の谷が180度で、山と谷を合わせて360度で現されます。そして電圧0から頂点までが90度です。120度は3本の単相交流のうち2本が電圧0付近で交差するころに1本だけ頂点になる位置です。この頂点のズレを位相差といいます。
電動機に3つ以上のコイルを用意して回転子を取り囲み、それぞれのコイルに三相交流を流すと、界磁電流が最大になったコイルに回転子が引っ張られて回転します。やがて回転方向にあるコイルの界磁電流が最大になると、そのコイルに向かってさらに回転します。これが繰り返されて回転力を得ます。誘導電動機の原理です。それぞれのコイルには電圧が最大になる位置が少しずつずれた交流が最低3系統あるのでこれが実現できます。
単相交流誘導電動機ではコイルをいくつ用意しても電圧は一斉に最大になるので、速度0からは回転できないのです。回転している状態ならコイル2つでも遠心力で電圧が最大になっているコイルに向かっていくことができます。ちなみに1コイルモーターというのはありません。

今回はここまでにします。次回は整流子電動機について解説します。
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