ローター（電動）

ローターは、電気モーター、発電機、オルタネーターの電磁システムの可動部品です。ローターの回転は、巻線と磁場の相互作用によって発生し、ローターの軸の周りにトルクが発生します。 ^[1]

電磁回転の初期の例としては、 1826年から1827年にかけてアニョス・イェドリクが電磁石と整流子を使って作った最初の回転機械がある。^[2]電気の分野における他の先駆者としては、1832年に交流発電機を作ったイポリット・ピクシーや、同じく1832年に4つのローターコイル、整流子、ブラシを使って電磁発電機を作ったウィリアム・リッチーがいる。開発は急速に進み、例えば1834年にはモーリッツ・ヘルマン・ヤコビが10～12ポンドを毎秒1フィートの速度で持ち上げることができ、機械力で約15ワットを出力できるモーターなど、より有用な用途も登場した。1835年、フランシス・ワトキンスは自分が作った電気「おもちゃ」について説明している。彼はモーターと発電機の互換性を理解した最初の人物の一人として広く知られている。

誘導（非同期）モーター、発電機、およびオルタネーター（同期）には、固定子と回転子で構成される電磁システムがあります。誘導モーターの回転子には、かご型と巻線の 2 つの設計があります。発電機とオルタネーターの回転子の設計は、突極型または円筒型です。

かご型ローターは、コアに積層鋼板、外周に等間隔で配置された銅またはアルミニウムのバーから構成され、両端はエンドリングによって恒久的に短絡されています。 ^[3]このシンプルで頑丈な構造により、ほとんどの用途で好まれています。このアセンブリには工夫が凝らされています。バーは斜め、つまり斜めになっており、磁気ハムとスロット高調波を低減し、ロックの傾向を低減しています。ステーターに収納されたローターとステーターの歯は、同数で磁石が等間隔に配置され、両方向への回転が反対方向になるときにロックできます。^[3]両端のベアリングがローターをハウジングに取り付け、シャフトの一方の端が突き出て負荷を接続できるようにします。一部のモーターでは、非駆動端に速度センサーやその他の電子制御用の延長部があります。発生したトルクにより、ローターを介して負荷に動きが強制されます。

巻線ローターは、鋼板積層板で作られた円筒形のコアで、3相巻線のワイヤを収納するスロットが付いています。3相巻線は電気角で120度ずつ均等に配置され、「Y」字型に接続されています。^[4]ローター巻線端子は引き出され、ローターのシャフトにあるブラシ付きの3つのスリップリングに接続されています。^[5]スリップリングのブラシにより、外部の3相抵抗器をローター巻線に直列に接続して速度制御を行うことができます。^[6]外部抵抗はローター回路の一部となり、モーターの始動時に大きなトルクを生成します。モーターの速度が上がると、抵抗をゼロに減らすことができます。^[5]

突極型回転子は、通常、中央から突き出ている 2、3、4、6、場合によっては 18 個以上の「放射状突起」を持つ「星型」鋼板の積層体の上に構築され、各突起には銅線が​​巻かれ、独立した外向きの電磁石極を形成します。各突起の内向きの端は、回転子の共通中央本体に磁気的に接地されています。極には直流が供給されるか、永久磁石によって磁化されます。^[7] 3 相巻線を備えたアーマチュアは、電圧が誘導される固定子にあります。外部励磁器または回転子シャフトに取り付けられたダイオードブリッジからの直流(DC)は磁場を生成し、回転する界磁巻線に通電し、同時に交流がアーマチュア巻線に通電します。^{[8] [7]}

突極はポールシューで終わっており、ポールシューは高透磁率の部品で、ステータへの磁束の分布を均一化するために円筒状の外面を形成しています。 ^[9]

円筒形のローターは、円筒の外側の長さに沿ってスロットが走る頑丈な鋼鉄シャフトでできており、ローターの界磁巻線を保持します。界磁巻線は積層銅棒で、スロットに挿入され、くさびで固定されています。 ^[10]スロットは巻線から絶縁されており、スリップリングによってローターの端に保持されています。外部の直流 (DC) 電源は、リングに沿って走るブラシを備えた同心円状に取り付けられたスリップリングに接続されています。 ^[8]ブラシは回転するスリップリングと電気的に接触します。DC 電流は、交流を直流に変換する機械シャフトに取り付けられた整流器からのブラシレス励起によっても供給されます。

三相誘導機では、固定子巻線に供給される交流電流が固定子巻線を励起し、回転磁束を生成します。^[11]磁束は固定子と回転子の間の空隙に磁場を発生させ、電圧を誘導して回転子バーに電流を流します。回転子回路は短絡し、回転子導体に電流が流れます。^[5]回転磁束と電流の作用により、モーターを始動するためのトルクを生成する力が発生します。^[11]

オルタネーターのローターは、鉄芯の周りを巻かれたワイヤーコイルでできています。^[12]ローターの磁性部品は、導体スロットを特定の形状とサイズに打ち抜くために鋼板で作られています。電流がワイヤーコイルを通過すると、コアの周りに磁場が生成され、これを界磁電流と呼びます。^[1]界磁電流の強さによって、磁場の電力レベルが制御されます。直流 (DC) は界磁電流を一方向に駆動し、ブラシとスリップリングのセットによってワイヤーコイルに供給されます。他の磁石と同様に、生成される磁場には N 極と S 極があります。ローターが駆動するモーターの通常の時計回りの方向は、ローターの設計に組み込まれた磁石と磁場を使用して操作でき、モーターを逆方向または反時計回りに回転させることができます。^{[1] [12]}

• かご型ローター

このローターは、ステーターの回転磁界または同期速度よりも遅い速度で回転します。

ローターのスリップは、スリップに比例するモーター トルクに必要なローター電流を誘導します。

ローターの速度が増加すると、スリップは減少します。

スリップが増加すると誘導モーター電流が増加し、ローター電流も増加し、結果として負荷要求の増加に対するトルクが高くなります。

• 巻線ローター

このローターは一定速度で動作し、始動電流が低い。

ローター回路に外部抵抗を追加し、始動トルクを増加

モーターの回転速度が上昇すると外部抵抗が減少するため、モーターの運転効率が向上します。

より高いトルクと速度制御

• 突極型ローター

このローターは、1500rpm （毎分回転数）以下の速度で動作し、励磁なしで定格トルクの40%で動作します。

直径が大きく、軸長が短い

エアギャップが均一ではない

ローターの機械的強度が低い

• 円筒形ローター

ローターは1500～3600rpmの速度で作動する

機械的強度が強い

エアギャップは均一

直径が小さく、軸長が長く、突極ロータよりも高いトルクを必要とする。

回転磁界はローターバーを通過する際にローターバーに電圧を誘導します。この式はローターバーの誘導電圧に適用されます。 ^[11]

${\displaystyle E=BL(V_{syn}-V_{m})}$

どこ：

${\displaystyle E}$= 誘導電圧

${\displaystyle B}$= 磁場

${\displaystyle L}$= 導体の長さ

${\displaystyle V_{syn}}$= 同期速度

${\displaystyle V_{m}}$= 導体速度

トルクは、磁場と電流の相互作用によって生成される力によって生成され、次のように表されます。

${\displaystyle F=(BxI)L}$

${\displaystyle T=Fxr}$

どこ：

${\displaystyle F}$= 力

${\displaystyle T}$= トルク

${\displaystyle r}$= ローターリングの半径

${\displaystyle I}$= ローターバー

固定子の磁場は同期速度で回転する（同上）${\displaystyle n_{s}}$

${\displaystyle n_{s}={\frac {120f}{p}}}$

どこ：

${\displaystyle f}$= 頻度

${\displaystyle p}$= 極数

= ローター速度の場合、誘導モーターのスリップ S は次のように表されます。 ${\displaystyle n_{m}}$

${\displaystyle s={\frac {n_{s}-n_{m}}{n_{s}}}\times 100\%}$

滑り速度と同期速度の観点から見たローターの機械的速度:

${\displaystyle n_{m}=(1-s)n_{s}}$

${\displaystyle \omega_{m}=(1-s)\omega_{s}}$

滑りの相対速度:

${\displaystyle n_{slip}=n_{s}-n_{m}}$

${\displaystyle f_{r}=sf_{e}}$

• アーマチュア（電気工学） - 何らかの形の交流電流を流す「回転子」
• バランスマシン
• 整流子（電気）
• 電動モーター
• フィールドコイル
• ローターダイナミクス
• ステーター