ブラシ付きDC電動モーター

ブラシ付きDC電気モーターは、直流電源で動作し、接触に電気ブラシを使用するように設計された内部整流 電気モーターです。

ブラシ付きモーターは、電力を機械エネルギーの駆動に応用した最初の商業的に重要なアプリケーションであり、DC配電システムは100年以上にわたって商業ビルや工業ビルのモーターを動作させるために使用されていました。ブラシ付きDCモーターは、動作電圧または磁場の強度を変更することで速度を変えることができます。電源への磁場の接続に応じて、ブラシ付きモーターの速度とトルクの特性を変更して、一定の速度または機械的負荷に反比例する速度を提供できます。ブラシ付きモーターは、電気推進、クレーン、製紙機械、鉄鋼圧延工場で引き続き使用されています。ブラシは摩耗して交換が必要になるため、パワーエレクトロニクスデバイスを使用するブラシレスDCモーターが、多くのアプリケーションでブラシ付きモーターに取って代わりました。

次の図は、単純な 2 極ブラシ付きDC モーターを示しています。

外部磁場内にある軟鉄芯に巻かれたコイルに電流が流れると、正極側には上向きの力が働き、反対側には下向きの力が働きます。フレミングの左手の法則によれば、この力によってコイルが回転し、回転します。モーターを一定方向に回転させるために、直流整流子は半サイクルごとに電流の方向を反転させ (2 極モーターの場合)、モーターが同じ方向に回転し続けます。

上に示したモーターの問題は、コイルの平面が磁場と平行なとき、つまりローター極がステーター極に対して 90 度になっているときに、トルクがゼロになることです。上の写真では、コイルのコアが水平になっているときにこの状態になります。これは、右の最後から 2 番目の写真でちょうど到達しようとしている位置です。モーターはこの位置では始動できません。ただし、いったん始動すると、勢いによってこの位置を回転し続けます。

この単純な極設計には、2 つ目の問題があります。ゼロトルクの位置では、両方の整流子ブラシが両方の整流子プレートに接触 (ブリッジ) し、短絡が発生します。電源リード線は整流子プレートを介して互いに短絡し、コイルも両方のブラシを介して短絡します(コイルは 2 回短絡し、各ブラシを個別に 1 回ずつ短絡します)。この問題は、上記の始動しない問題とは無関係であることに注意してください。この位置でコイルに高電流が流れていたとしても、トルクはゼロのままです。ここでの問題は、この短絡によって電力が無駄に消費され、動き (コイル電流も) がまったく発生しないことです。低電流のバッテリー駆動のデモンストレーションでは、この短絡は一般に有害とは見なされません。ただし、2 極モーターが数百ワットの電力出力で実際に動作するように設計されている場合、この短絡によって整流子がひどく過熱し、ブラシが損傷し、ブラシが金属製の場合は整流子に溶着する可能性があります。よく使用されるカーボン ブラシは溶着しません。いずれにしても、このような短絡は非常に無駄が多く、バッテリーを急速に消耗し、少なくとも、短絡なしでモーターを動作させるために必要な基準よりもはるかに高い基準で電源コンポーネントを設計する必要があります。

1 つの簡単な解決策は、ブラシの端よりも広いギャップを整流子プレートの間に設けることです。これにより、ゼロトルクの角度位置範囲が広がりますが、ショートの問題は解消されます。モーターが外部の力によって回転を開始した場合、モーターは回転し続けます。この変更により、ゼロトルク (つまり、整流子が接触しない) 角度範囲内の位置で単にストール (停止) するだけで、効果的に電源をオフにすることもできます。この設計は、科学フェアなどの自家製の趣味用モーターで見られることがあり、そのような設計は、出版されている科学プロジェクト ブックにも記載されています。この簡単な解決策の明らかな欠点は、モーターが 1 回転あたり 2 回、かなりの回転弧を惰性で回り、トルクがパルス状になることです。これは、電気ファンやフライホイールの回転を維持するには有効かもしれませんが、テープ トランスポートのキャプスタンの駆動など、始動と停止が不要な場合でも、まったく不十分なアプリケーションが多数あります。このようなアプリケーションでは、頻繁かつ迅速に加速と減速を行う必要があります。もう 1 つの欠点は、コイルにはある程度の自己インダクタンスがあるため、コイルを流れる電流が突然停止できないことです。電流は整流子セグメントとブラシの間の隙間を飛び越えようとし、アークを発生させます。

ファンやフライホイールの場合でも、この設計に残っている明らかな弱点、特にすべての位置から自動始動できないという弱点は、特に存在するより優れた代替品を考慮すると、実用的ではありません。上記のデモ用モーターとは異なり、DC モーターは一般に 2 つ以上の極で設計されており、どの位置からでも始動でき、コイルを通過して起電力を生成せずに電流が流れる位置はありません。玩具や小型家電製品で使用されている一般的な小型ブラシ付き DC モーターの多く、つまり量産されている最も単純な DC モーターには、3 極アーマチュアがあります。ブラシは、短絡を起こさずに 2 つの隣接する整流子セグメントをブリッジできます。これらの 3 極アーマチュアには、ブラシからの電流が直列の 2 つのコイルまたは 1 つのコイルのみを流れるという利点もあります。個々のコイルの電流は、直列の 2 つのコイルを流れる結果、公称値の半分から始まり、公称値まで上昇し、その後、この値の半分まで下がります。その後、電流は逆方向に流れ、シーケンスが継続されます。これにより、理想的な正弦波コイル電流に段階的に近似し、各コイルの電流が矩形波に近い 2 極モーターよりも均一なトルクが生成されます。電流の変化は同等の 2 極モーターの半分であるため、ブラシでのアークも少なくなります。

DC モーターのシャフトが外部の力によって回転すると、モーターは発電機のように動作し、起電力(EMF) を生成します。通常の動作中、モーターの回転によって、モーターに印加された電圧に逆らうため、逆起電力(CEMF) または逆起電力と呼ばれる電圧が生成されます。逆起電力があるため、モーターはフリーランニング時に、巻線に含まれるワイヤと同じ低い電気抵抗を持たないように見えます。これは、モーターが発電機として使用される場合 (たとえば、電球などの電気負荷がモーターの端子間に配置され、モーター シャフトが外部トルクで駆動される場合) に生成される EMF と同じです。したがって、モーター全体の電圧降下は、CEMF 電圧降下と、アーマチュアの巻線の内部抵抗によって生じる寄生電圧降下で構成されます。モーターを流れる電流は、次の式で表されます。

${\displaystyle I={\frac {V_{\text{applied}}-V_{\text{cemf}}}{R_{\text{armature}}}}}$

モーターによって生成される機械的動力は次のように表されます。

${\displaystyle P=I\cdot V_{\text{cemf}}}$

無負荷の DC モーターが回転すると、モーターに流れる電流に抵抗する逆起電力が発生します。モーターを流れる電流は回転速度が上がるにつれて低下し、自由に回転しているモーターに流れる電流は非常に少なくなります。モーターに負荷がかかり、ローターの回転速度が遅くなった場合にのみ、モーターを流れる電流が増加します。

ダイナモでは、一対のブラシが整流子に接触する接触領域の中心を通り、アーマチュアの回転軸に平行な平面を整流面と呼びます。この図では、整流面はブラシの 1 つだけについて示されており、もう 1 つのブラシは、示されているブラシから 180 度の放射対称で整流子の反対側に接触していると想定しています。

実際のダイナモでは、磁場は完全に均一ではありません。代わりに、ローターが回転すると、回転しない外側のステーターの磁力線を引きずり、歪ませる磁場効果が発生します。

ローターの回転速度が速いほど、磁場の歪みの度合いが大きくなります。ダイナモはローターの磁場がステーターの磁場に対して直角のときに最も効率的に作動するため、ローターの磁場を歪んだ磁場に対して直角になる正しい位置に配置するために、ブラシの位置を遅らせるか進める必要があります。

これらの磁場効果は、スピンの方向が逆転すると逆転します。したがって、最高の磁場強度を得るためにはブラシを通常の中性面の反対側に移動する必要があるため、効率的な可逆整流ダイナモを構築することは困難です。

この効果は、内燃機関のタイミングの進み方に多少似ていると考えられます。一般的に、一定の速度で動作するように設計されたダイナモは、その速度で最高の効率が得られるように磁場を調整するためにブラシが恒久的に固定されています。^[1]

巻線ステータを備えた直流機は、整流界磁巻線と補償巻線によって歪みを補償します。

ブラシ付き DC モーターは、巻線ローターと巻線または永久磁石ステーターで構成されています。

従来、磁場コイルには、別々に励磁するタイプ( sepex )、直列に巻くタイプ、並列に巻くタイプ、および後者 2 つを組み合わせた複巻の4 つの基本形式がありました。

直巻モータでは、界磁コイルはブラシを介して電機子コイルと電気的に直列に接続されます。並列巻モータでは、界磁コイルは電機子コイルに並列、つまり並列接続されます。他励式 (sepex) モータでは、界磁コイルはモータジェネレータなどの独立した電源から給電され、界磁電流は電機子電流の変化の影響を受けません。sepex システムは、車輪のスリップ制御を容易にするためにDCトラクション モータで使用されることがありました。

永久磁石型は直流励磁同期型に比べて性能面でいくつかの利点があり、小馬力用途では主流となっている。他の単一給電式電動機よりも小型、軽量、高効率、高信頼性である。^[2]

もともと、すべての大型産業用 DC モーターは、巻線型の界磁磁石または回転子磁石を使用していました。永久磁石は、高強度の界磁を保持できる材料を見つけるのが困難だったため、従来は小型モーターでのみ使用されていました。最近になってようやく、材料技術の進歩により、ネオジム磁石などの高強度永久磁石が製造できるようになり、界磁コイルや励磁手段の余分な容積なしで、コンパクトで高出力のモーターを開発できるようになりました。しかし、これらの高性能永久磁石が電気モーターや発電機システムに多く適用されるにつれて、他の問題が認識されています (永久磁石同期発電機を参照)。

従来、磁場は放射状、つまりモーターの回転軸の内側と外側に適用されてきました。しかし、一部の設計では、磁場がモーターの軸に沿って流れ、回転子が回転すると磁場線が切断されます。これにより、特にハルバッハ配列が採用されている場合、はるかに強力な磁場が得られます。これにより、低速でモーターに電力が供給されます。ただし、集中した磁束密度は、高い保磁力にもかかわらず、永久磁石の限られた残留磁束密度を超えて上昇することはできず、すべての電気機械と同様に、磁気コア飽和の磁束密度が設計上の制約となります。

一般に、DC モーターの回転速度はコイルのEMF (= コイルに印加される電圧から抵抗で失われる電圧を引いた値) に比例し、トルクは電流に比例します。速度制御は、可変バッテリー タッピング、可変電源電圧、抵抗器、または電子制御によって実現できます。シミュレーションの例は、こちら^{[3]および[4]}で確認できます。巻線界磁 DC モーターの方向は、界磁または電機子接続のいずれかを反転することで変更できますが、両方を反転することはできません。これは通常、特殊なコンタクタセット (方向コンタクタ) を使用して行われます。有効電圧は、直列抵抗器を挿入するか、サイリスタ、トランジスタ、または以前は水銀アーク整流器で作られた電子制御スイッチング デバイスによって変更できます。^[5]

パワーエレクトロニクスが登場する前は、直並列制御が鉄道の牽引モーターを制御する標準的な方法でした。電気機関車や列車には通常 4 つのモーターがあり、次の 3 つの方法でグループ化できます。

• 4つすべてを直列に接続（各モーターにライン電圧の4分の1を供給）、最低速度
• 2 つの並列グループが直列に接続されています (各モーターは半分のライン電圧を受け取ります)
• 4つすべてが並列（各モーターはフルライン電圧を受信）、最高速度

これにより、抵抗損失を最小限に抑えながら 3 つの走行速度を実現しました。始動と加速については、抵抗によって追加の制御が提供されました。このシステムは、電子制御システムに置き換えられました。

DC モーターの速度は、界磁を弱めることによって上げることができます。界磁の強さを弱めるには、シャント界磁と直列に抵抗を挿入するか、直列接続された界磁巻線の周囲に抵抗を挿入して界磁巻線の電流を減らします。界磁が弱まると逆起電力が減少するため、電機子巻線に流れる電流が増加し、速度が上がります。界磁を弱める方法は単独では使用されず、直並列制御などの他の方法と組み合わせて使用​​されます。

チョッパと呼ばれる回路では、モータに印加される平均電圧は、電源電圧を非常に高速に切り替えることによって変化します。オンとオフの比率が変化して平均印加電圧が変化すると、モータの速度が変わります。オン時間のパーセンテージに電源電圧を掛けると、モータに印加される平均電圧が得られます。したがって、電源が 100 V でオン時間が25% の場合、モータの平均電圧は 25 V になります。オフ時間中は、アーマチュアのインダクタンスによって、モータと並列のフライバック ダイオードと呼ばれるダイオードに電流が流れ続けます。サイクルのこの時点では、電源電流はゼロになるため、オン時間のパーセンテージが 100% でな​​い限り、モータの平均電流は常に電源電流よりも高くなります。オン時間が100% の場合、電源電流とモータ電流は等しくなります。高速切り替えにより、直列抵抗器よりもエネルギーの無駄が少なくなります。この方法はパルス幅変調(PWM) とも呼ばれ、多くの場合、マイクロプロセッサによって制御されます。モーターに印加される平均電圧を平滑化し、モーターのノイズを低減するために、 出力フィルターが取り付けられることがあります。

直巻 DC モーターは低速時に最大トルクを発生するため、電気機関車や路面電車などの牽引用途でよく使用されます。その他の用途としては、ガソリン エンジンや小型ディーゼル エンジンのスターター モーターがあります。直巻モーターは、駆動装置が故障する可能性がある用途 (ベルト駆動など) では絶対に使用しないでください。モーターが加速すると、電機子 (したがって界磁) 電流が減少します。界磁の減少によってモーターが加速し、極端な場合にはモーターが自己破壊することさえあります。ただし、ファン冷却モーター (自己駆動ファン付き) ではこの問題はそれほど問題になりません。鉄道モーターでは、粘着力が失われた場合に問題になることがあります。すぐに制御しないと、モーターが通常の状況よりもはるかに高い速度に達することがあるためです。これにより、モーター自体やギアに問題が発生するだけでなく、レールと車輪の速度差により、レールと車輪の踏面が急速に加熱および冷却されて重大な損傷が発生することもあります。弱め界磁は、電気自動車の最高速度を上げるために、一部の電子制御で使用されています。最も単純な形式では、接触器と弱め界磁抵抗器を使用します。電子制御はモーター電流を監視し、モーター電流が設定値を下回ると (モーターが設計上の最高速度に達したとき)、弱め界磁抵抗器を回路に切り替えます。抵抗器が回路に入ると、モーターは定格電圧で通常速度を超えて速度を上げます。モーター電流が増加すると、制御は抵抗器を切り離し、低速トルクを利用できるようになります。

ウォードレナード制御は、通常、シャントまたは複巻 DC モーターの制御に使用され、AC 電源から速度制御モーターを提供する方法として開発されましたが、DC 方式でも利点がないわけではありません。AC 電源は、AC モーター (通常は DC 発電機またはダイナモを駆動する誘導モーター) を駆動するために使用されます。アーマチュアからの DC 出力は、DC モーターのアーマチュアに直接接続されます (同じ構造の場合もありますが、常に同じとは限りません)。両方の DC マシンのシャント界磁巻線は、可変抵抗器によって個別に励起されます。発電機やモーターの界磁電流を変化させることにより、停止状態から全速力までの非常に優れた速度制御と、一貫したトルクが得られます。この制御方法は、開発当初からソリッド ステートサイリスタシステムに取って代わられるまで、事実上の方法でした。乗客用リフトから大規模な鉱山ピットのヘッド巻線装置、さらには産業用プロセス機械や電動クレーンまで、優れた速度制御が求められるほぼすべての環境で使用されていました。その主な欠点は、スキームを実装するために 3 台のマシンが必要なことです (非常に大規模な設備では、DC マシンが複製されてタンデム可変抵抗器によって制御されることが多いため、5 台必要でした)。多くのアプリケーションでは、必要に応じて起動することで発生する遅延を回避するために、モーター発電機セットが永続的に稼働したままになっていることがよくあります。電子 (サイリスタ) コントローラーがほとんどの小規模から中規模の Ward-Leonard システムに取って代わりましたが、非常に大規模なもの (数千馬力) はまだ使用されています。界磁電流は電機子電流よりもはるかに低いため、中規模のサイリスタ ユニットで、直接制御できるよりもはるかに大きなモーターを制御できます。たとえば、ある設備では、300 アンペアのサイリスタ ユニットが発電機の界磁を制御しています。発電機の出力電流は 15,000 アンペアを超えており、サイリスタで直接制御するには法外なコスト (および非効率) がかかります。

DCモーターの速度とトルクの特性は、別々に励磁される磁界、自己励磁される磁界、または永久磁界の 3 つの異なる磁化源によって異なり、これらは機械的負荷の範囲でモーターを制御するために選択的に使用されます。自己励磁される磁界モーターは、アーマチュアに接続された直列、並列、または複合巻線にすることができます。

定義する

• E _b、逆起電力（V）
• I _a、電機子電流（A）
• k _b、逆起電力方程式定数
• k _n、速度方程式定数
• k _T、トルク方程式定数
• n、アーマチュア周波数（rpm）
• R _m、モーター抵抗 ( Ω )
• T、モータートルク ( Nm )
• V _m、モーター入力電圧 (V)
• Φ、機械の全磁束( Wb )
• カーター係数（kC ）は_、オープン（または半密閉）スロットを備えたモーターのアーマチュアの有効スロットピッチを推定する方法としてよく使用されるパラメータです。 ^[6]

DC モーターの逆起電力は、機械の全磁束強度と電機子速度の積に比例します。

E _b = k _b Φ n ^[7]

DC モーターの入力電圧は、逆起電力だけでなく、モーター抵抗、つまりブラシ、アーマチュア巻線、および直列界磁巻線（存在する場合）の合成抵抗を横切るアーマチュア電流によって生じる電圧降下も克服する必要があります。

Vm = Eb _{+ RmIa} [ 8 ^] _{[ 9} ^]

DCモータのトルクは、電機子電流と機械の全磁束強度の積に比例します。^{[10] [11] [12]}

${\displaystyle {\begin{aligned}T&={\frac {1}{2\pi }}k_{b}I_{a}\Phi \\&=k_{T}I_{a}\Phi \end{aligned}}}$

どこ

k _T = ⁠kb_​/2π⁠

以来

n = ⁠Eb_​/k _b Φ⁠と

V _m = E _b + R _m I _a

我々は^{[13] [14] [15]}

${\displaystyle {\begin{aligned}n&={\frac {V_{m}-R_{m}I_{a}}{k_{b}\Phi }}\\&=k_{n}{\frac {V_{m}-R_{m}I_{a}}{\Phi }}\end{aligned}}}$

どこ

k _n = ⁠1/kb_​⁠

並列巻線モータの高抵抗界磁巻線がアーマチュアと並列に接続されているため、V _m、R _m 、およびØは一定であり、無負荷から全負荷までの速度制御は5%を超えることはほとんどありません。^[16]速度制御は3つの方法で実現されます。^[17]

• 電界電圧の変化
• 磁場の弱化
• フィールド回路内の可変抵抗。

直巻モータは、負荷の増加に応じて減速します。電流が増加し、トルクは電流の2乗に比例して上昇します。これは、電機子巻線と界磁巻線の両方に同じ電流が流れるためです。モータが停止した場合、電流は巻線の全抵抗によってのみ制限され、トルクは非常に高くなりますが、巻線が過熱する危険があります。直巻モータは、あらゆる種類の鉄道輸送の牽引モータとして広く使用されていましたが^{[18] 、}電力インバータ給電式交流誘導モータに取って代わられつつあります。逆起電力は、電機子抵抗が電機子を流れる電流を制限するのに役立ちます。モータに最初に電力が供給されると、電機子は回転せず、逆起電力はゼロであり、電機子電流を制限する唯一の要因は電機子抵抗です。^[19]アーマチュアを流れる電流は非常に大きいため、モーターの回転によって逆起電力が発生するまで電流を制限するために、アーマチュアと直列に追加の抵抗器が必要になります。モーターの回転が増加すると、抵抗器は徐々にカットされます。

直巻 DC モーターの最も顕著な特徴は、その速度が負荷を駆動するために必要なトルクにほぼ完全に依存することです。これは、モーターが最大トルクから加速し、速度が増加するにつれてトルクが徐々に減少するため、大きな慣性負荷に適しています。

直巻モータの速度は危険なほど高くなる可能性があるため、直巻モータはギア付きまたは負荷に直接接続されることが多い。^[20]

永久磁石DCモータは、軸が停止した状態でトルクが最大となるときの失速トルクと、軸トルクがかかっていない無負荷速度と最大出力速度との間に直線関係があることが特徴です。これら2つの速度軸点の間には2乗のべき乗関係があります。^[21]

DCモーターの耐用年数を延ばすために、保護装置^[22]とモーターコントローラーを使用して、機械的損傷、過度の湿気、高い誘電応力、高温または熱過負荷^[23]からモーターを保護します。これらの保護装置はモーターの故障状態を感知し^[24]、故障状態が発生するとアラームを作動させてオペレーターに通知するか、モーターの電源を自動的に切断します。 過負荷状態に対しては、モーターは熱過負荷リレーで保護されます。 バイメタル熱過負荷保護装置はモーターの巻線に埋め込まれており、2つの異なる金属で作られています。 これらは、温度設定点に達するとバイメタルストリップが反対方向に曲がり、制御回路が開いてモーターの電源が切断されるように設計されています。 ヒーターは外部熱過負荷保護装置で、モーターの巻線と直列に接続され、モーター接触器に取り付けられています。 はんだポットヒーターは過負荷状態で溶け、モーター制御回路がモーターの電源を切断します。 バイメタルヒーターは、埋め込まれたバイメタルプロテクターと同じように機能します。ヒューズとブレーカーは、過電流または短絡保護装置です。地絡リレーも過電流保護を提供します。これらは、モーターの巻線とアース システム グランド間の電流を監視します。モーター ジェネレータでは、逆電流リレーがバッテリーの放電とジェネレータの電動化を防ぎます。DC モーターの界磁損失は危険な暴走または過速度状態を引き起こす可能性があるため、界磁損失リレー^[25]をモーターの界磁と並列に接続して界磁電流を感知します。界磁電流が設定値以下に減少すると、リレーはモーターのアーマチュアへの通電を解除します。ローター拘束状態は、始動シーケンスの開始後にモーターが加速するのを防ぎます。距離リレーは、ローター拘束障害からモーターを保護します。低電圧モーター保護は、通常、モーター コントローラーまたはスターターに組み込まれています。さらに、絶縁変圧器、電力調整装置、MOV、アレスター、高調波フィルターを使用して、モーターを過電圧またはサージから保護できます。ほこり、爆発性蒸気、水、高周囲温度などの環境条件は、DCモーターの動作に悪影響を及ぼす可能性があります。これらの環境条件からモーターを保護するために、米国電気工業会（NEMA）と国際電気標準会議（IEC）はモーターエンクロージャを標準化しました^[26]汚染物質からの環境保護に基づいて設計が行われます。設計段階では、Motor-CADなどの最新のソフトウェアを使用して、モーターの 熱効率を高めることもできます。

逆起電力は、アーマチュア抵抗を補助して、アーマチュアを流れる電流を制限します。モーターに最初に電力が供給されると、アーマチュアは回転しません。その瞬間、逆起電力はゼロで、アーマチュア電流を制限する唯一の要因は、アーマチュア抵抗とインダクタンスです。通常、モーターのアーマチュア抵抗は 1 Ω 未満です。そのため、電力が供給されると、アーマチュアを流れる電流は非常に大きくなります。この電流によって過度の電圧降下が発生し、回路内の他の機器に影響を及ぼし、過負荷保護装置が作動することもあります。

したがって、モーターの回転によって逆起電力が増加するまで電流を制限するために、アーマチュアと直列に追加の抵抗が必要になります。モーターの回転が増加すると、抵抗は徐々にカットされます。

電気および DC モーター技術が初めて開発されたとき、機器の多くは、モーター システムの管理について訓練されたオペレーターによって常に管理されていました。最初のモーター管理システムはほぼ完全に手動で、オペレーターがモーターの始動と停止、機器の清掃、機械的な故障の修理などを行っていました。

この画像に示すように、最初の DC モーター スターターも完全に手動式でした。通常、オペレーターは、接点間でレオスタットをゆっくりと進めて、入力電力を徐々に動作速度まで上げていくのに約 10 秒かかりました。これらのレオスタットには 2 つの異なるクラスがあり、1 つは始動のみに使用され、もう 1 つは始動と速度調整に使用されます。始動用レオスタットは安価でしたが、モーターを一定の低速で動作させる必要がある場合は焼損する小さな抵抗要素がありました。

このスターターには無電圧磁気保持機能があり、電源が失われた場合にレオスタットがオフの位置に跳ね上がり、モーターが後で全電圧位置で再起動しようとしないようにします。また、設定量を超える過電流が検出されるとレバーがオフの位置にトリップする過電流保護機能も備えています。 ^[27]

入力電源線は L1 と L2 と呼ばれます。名前が示すように、スターターへの接続は 3 つしかありません。1 つは入力電源、1 つはアーマチュア、もう 1 つはフィールドです。アーマチュアへの接続は A1 と A2 と呼ばれます。フィールド (励起) コイルの端は F1 と F2 と呼ばれます。速度を制御するために、フィールド レオスタットがシャント フィールドと直列に接続されます。ラインの片側はスターターのアームに接続されます。アームはスプリング式なので、他の位置に保持されていないときは「オフ」の位置に戻ります。

• アームの最初のステップでは、シャント フィールド全体にフル ライン電圧が適用されます。フィールド レオスタットは通常、最小抵抗に設定されているため、モーターの速度は過度になりません。さらに、モーターは大きな始動トルクを発生します。
• スターターは、シャント フィールドと直列に電磁石も接続します。アームが磁石に接触すると、アームを所定の位置に保持します。
• 一方、その電圧はシャント フィールドに印加され、始動抵抗によってアーマチュアへの電流が制限されます。
• モーターの速度が上がると、逆起電力が増大し、アームがゆっくりと短く移動します。

4 点スターターは、3 点スターターの欠点を解消します。3 点スターターで使用されていた同じ 3 点に加えて、ラインの反対側の L1 は、アームが「オフ」位置から移動されたときにスターターにもたらされる 4 番目のポイントです。保持磁石のコイルはラインを介して接続されます。保持磁石と始動抵抗器は、3 点スターターと同じように機能します。

• 誤って界磁回路が開く可能性はほとんどありません。4 点スタータはモーターに無電圧保護を提供します。電源が切れると、モーターはラインから切り離されます。

• いくつかの研究では、拡張カルマンフィルタ（EKF）^{[28] [29]}やルーエンバーガーのオブザーバー^{[30]などのモデルに依存する非インテリジェント推定器、またはカスケードフォワードニューラルネットワーク（CFNN）や準ニュートンBFGSバックプロパゲーション[31]}などのインテリジェント推定器が提案されている 。  

• 交流
• ブラシレスDC電動モーター

• Alger, PL (1949)。「§7-277 から §7-287 'AC 整流子モーター'、第 7 節 - 交流発電機およびモーター」。Knowlton, AE (編)電気技術者向け標準ハンドブック(第 8 版)。McGraw-Hill。pp. 826–831。
• Hameyer, Kay (2001)。「セクション 5 - DC マシンの §5.2「基本方程式」」。電気機械 I: 基礎、設計、機能、操作。RWTH Aachen University Institute of Electrical Machines。
• Lynn, C. (1949)。「§8-144 から §8-165 の「モーターの特性と規制」、第 8 章 - 直流発電機とモーター」。Knowlton, AE (編)電気技術者向け標準ハンドブック(第 8 版)。McGraw-Hill。pp. 826–831。
• MIT CIPD (2009)。「DC モーターの特性を理解する」。DC モーターの設計。MIT、機械工学、CIPD。2008年 12 月 11 日閲覧。

• 電気モーターの仕組み（2014/31/01にWebアーカイブから取得）