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誘導電動機


ヨミ: ユウドウモーター
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誘導電動機とは、電磁誘導の現を利用して回転する交流モーターである。英語では"Induction Motor"と表記され、その頭文字をとって「IM」とも呼ばれる。

ここでは、かご形回転子の三相誘導モーターを中心に解説する。


概要


鉄道車両電動機としてお染み。直流モーターでは必須となる摩擦部品(整流子+ブラシ)がいため、小軽量かつ頑丈、高速回転が可モーターであり、それらの特長は鉄道車両の高性化に大きな貢献をもたらした。

直流モーターと違い、回転数は交流電の周波数に概ね例する。したがって、鉄道車両のようにあらゆる回転数で使用する用途では、電圧だけでなく周波数の制御が必要、すなわちVVVF制御での駆動が必須である。その技術が確立されていなかった時代には、一定の回転数で使用するモーターとして扱われていた。

なお、回転子の電流をスリップリング(:直流モーターの摩擦部品に似た機構)で取り出して制御するタイプもあるが、今ではど使われなくなっている。当然、鉄道車両での採用例もい。


基本的な構造


アルミなど導体の円に沿って磁石を動かすと、電磁誘導によって円に渦電流が生じ、渦電流と磁石との相互作用により、円磁石と同じ方向に回転する。誘導モーターは、このアラゴーの円と呼ばれる実験をそのまま回転原理として利用している。

誘導モーターでは、円筒形の固定子コイルに三相交流の電を送ることで、磁石を動かす代わりに、それと同じような磁束(:回転磁束)を発生させる。回転磁束の回転数(:同期速度)は三相交流電の周波数に例し、電圧と周波数の率(V/f)が一定になるよう制御することで、回転磁束の強さが一定に保たれる。

回転子も単なる導体の円ではなく、導体棒と短絡環から構成される「かご形導体」に心をはめ込んだ「かご形回転子」である。固定子コイルの回転磁束が導体棒を横切ることで、誘導電流が「かご形導体」を循環する形で流れ、フレミング左手法則に基づく電磁トルクとして発生する。


「すべり」とは


誘導モーターはその回転原理上、回転速度同期速度には必ず速度差が生じるこの速度差を「すべり」と言い、以下の式で表される。

"すべり"が+の値であれば電動機として回転し、-の値であれば発電機として回転し減速トルクを発生する。トルクの大きさは"すべり"に例するため、一定のトルクで加減速を行うには、モーターの回転数に合わせて周波数を制御しなければならない。VVVF制御が必須なのはそのためだ。

なお、"すべり"が過大ではトルクは弱くなり、一方で回転子には大きな誘導電流が流れてしまう。そのため誘導モーターは、誘導電流とトルク双方の大きさが"すべり"に例する範囲(:鉄道車両では最大でも±3程度)で使用される。


近年の改良


最近では、材質の良により発熱を低減させたことで、モーター内部を密閉構造としたタイプが増えている。これらは俗に「全密閉モーター」と呼ばれ、清掃作業の簡略化や回転騒音の低減が期待できることから、鉄道車両でも採用が増えている。

余談だが、小田急4000形など一部の電車で見られる「同じ誘導モーターなのにモーター音が今までの電車と全然違う」現は、全密閉モーターが採用されたことではなく、モーターの極数の変更が直接の理由である。詳しくは全密閉モーター記事を参照。


関連動画


▼6極誘導モーターの車両

■sm24931298[ニコ動]


▼間違いやすいが、こちらは4極。
■sm30665266[ニコ動]


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関連項目



最終更新日: 18/10/06 11:24
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