反発モーター

反発モーターは交流( AC)で動作する電気モーターの一種です。以前は電車 ( SR クラス CPおよびSR クラス SL電車など) の牽引モーターとして使用されていましたが、現在は他の種類のモーターに置き換えられています。^[要出典]反発モーターは単相モーターに分類されます。

反発モータでは、ステータ巻線は交流電源に直接接続され、ロータは直流（DC）モータと同様に整流子とブラシアセンブリに接続されます。 ^[1]

モーターには固定子と回転子がありますが、この 2 つの間には電気的接続はなく、回転子電流は誘導によって生成されます。回転子の巻線は整流子に接続されており、整流子は短絡したブラシのペアと接触しています。ブラシを動かすことで、固定子の軸を通る仮想線に対する角度位置を変更できます。ブラシの角度位置を変更するだけで、モーターの始動、停止、逆転、速度の変更が可能です。

ほとんどの整流子モーターは、電圧が高くなると整流子全体にアーク放電が発生するリスクがあるため、約 1,500ボルトに制限されています。反発モーターは、ローター回路が電源に電気的に接続されていないため、より高い電圧で使用できます。

反発モーターは、2 つの磁場間の反発の原理に基づいています。垂直な磁気軸を持つ2 極突極モーターを考えてみましょう。アーマチュアは整流子とブラシに接続されています。ブラシは低抵抗ジャンパーを使用して短絡されています。交流電流がフィールド (ステータ) 巻線に供給されると、アーマチュアに起電力(emf) が誘導されます。交流電流の方向は、上部に N 極、下部に S 極を作成するような方向です。誘導起電力の方向はレンツの法則によって決まり、それによれば、誘導起電力の方向はそれを生成する原因と反対になります。誘導起電力はアーマチュア導体に電流を誘導し、誘導電流の方向はブラシの位置によって異なります。

ブラシ軸がフィールドと平行

ブラシ軸が磁場の方向に沿っている場合、アーマチュアは電磁石のように動作し、ステータの N 極の真下に N 極が形成され、ステータの S 極の真上に S 極が形成されます。この状態での正味トルクはゼロです。両方の N 極は互いに反発し、両方の S 極は互いに反発します。2 つの反発力は互いに正反対であるため、トルクは発生しません。これは、この反発モーターでは非常に高速なプロセスです。

ブラシ軸がフィールドに対して直角

ブラシを 90 度シフトして、磁気軸がブラシ軸に対して垂直になるようにすると、短絡が発生するコイルが変わります。短絡が発生するコイルを除いて、ブラシ端子間の他のコイルに誘導される電圧は中和され、正味電圧はゼロになります。誘導起電力がないため、回路には電流が流れず、発生する正味トルクもゼロになります。

ブラシ軸が磁気軸に対して角度をつけてずれると、ブラシ端子に正味電圧が誘導され、アーマチュアに電流が発生します。アーマチュア回路の電流は、N 極と S 極を持つ独自の磁場を生成しますが、この状態では、N 極は磁気軸の N 極の真下にはなく、S 極は磁気軸の S 極の真上にありません。アーマチュアの極は、ステータの極からわずかにずれています。この状態では、ステータ磁場の N 極はローター磁場の N 極と反発し、ステータ磁場の S 極はローター磁場の S 極と反発するため、ローターが回転し始めます。

回転方向

回転方向は、ステータの磁場に対するブラシの位置によって決まります。ブラシが主磁気軸から時計回りにずれている場合、モーターは時計回りに回転します。ブラシが主磁気軸から反時計回りにずれている場合、モーターは反時計回りに回転します。

トルクと速度の制御

反発モーターの始動トルクは、主磁気軸からのブラシシフトの角度によって決まります。最大トルクは、ブラシシフトが 45 度の場合に得られます。ブラシシフトは、反発モーターの速度を制御するためにも使用できます。

反発モーターの種類を以下に示します。モーターのトルク/速度特性を、要求されるサービスにできるだけ近づけるため に、さまざまなタイプが開発されたと考えられます。

Elihu Thomsonモーターはオリジナルの反発モーターであり、上記の「構造」で説明されています。

Deriモーターは Elihu Thomson タイプに似ていますが、短絡ブラシが 2 組あり、1 つは固定でもう 1 つは可動です。これにより、速度を非常に細かく制御できます 。

これは、ラトゥールとウィンター アイヒベルクが独立して考案した「補償型」反発モーターです。ここでも 2 組のブラシがありますが、それらは互いに直角に固定されています。1 組は短絡され、もう 1 組には小型変圧器の二次巻線のタップから可変電圧の交流電流が供給されます。変圧器の一次巻線は、モーターの固定子巻線と直列になっています。このモーターは、通常の直巻モーターと同じトルク/速度特性を備えています。

アトキンソンモーターには、互いに直角に交わる 2 つのステータ コイルがあります。ブラシ シフトによる速度制御は、同期速度の 75% 下から 10% 上まで可能です。始動トルクは、全負荷電流の 2 倍で全負荷トルクの約 2.5 倍です。

これらは、高い始動トルクが必要とされる場合に使用されました。最初は反発モーターとして動作していましたが、最高速度のかなりの部分で動作し始めると、ブラシが機械的に持ち上げられ、すべての整流子バーが短絡されて、かご型誘導モーターと同等の状態になりました。

反発モーターのアプリケーションには以下が含まれます:

• 高速リフト
• 電気機関車
• ファンとポンプ
• 印刷機
• 繊維機械
• フィルム巻き取り機（複雑な回路を使わずに、スムーズな手動速度と方向の調整が可能）

• ACモーター
• 電動モーター
• ユニバーサルモーター