EV時代こそ知りたい！直流分巻モーターの基礎
車を知りたい
先生、「直流分巻きモーター」って、普通のモーターと何が違うんですか？
自動車研究家
良い質問ですね！ 「直流分巻きモーター」は、回転速度を比較的一定に保つことができるモーターです。 荷物が多い時でも少ない時でも、ほぼ同じスピードで走れる自動車を想像してみてください。
車を知りたい
なるほど！じゃあ、坂道を登る時みたいに、モーターに負荷がかかるとどうなるんですか？
自動車研究家
負荷がかかると回転速度が少し遅くなる可能性はありますが、普通のモーターに比べて、速度変化は少ないです。 また、電流を調整することで、速度を細かく制御できるという長所もあります。
直流分巻きモーターとは。
自動車用語の「直流分巻モーター」とは、回転力を生み出すために直流電流を使うモーターの一種です。このモーターの特徴は、回転速度を比較的安定させやすいことにあります。これは、モーター内部の固定子（ステーター）巻線と回転子（ローター）巻線が並列に接続されているためです。 また、それぞれの巻線を個別に制御できるため、自動車の性能に合わせたきめ細かな制御が可能です。さらに、固定子の電流を調整することで、幅広い速度制御を実現できます。特に高速走行時には電流を弱めることで高速回転が可能となり、これを「弱め界磁制御」と呼びます。 また、固定子と回転子のどちらの巻線の電流の向きを変えても簡単に回転方向を逆転できるため、リバースギアが不要となり、駆動系の設計の自由度が高まります。
直流分巻モーターとは？
直流分巻モーターとは、モーターの回転を制御する界磁巻線と、モーターを回転させるための電機子巻線を並列に接続した構造を持つ直流モーターの一種です。この構造により、負荷の変化に強い安定した回転速度特性を持ちます。しかし、回転速度の制御がやや複雑という側面も持ち合わせています。
構造と動作原理：回転の秘密を解き明かす
電気自動車（EV）の心臓部であるモーター。中でも、滑らかな回転が持ち味の直流分巻モーターは、EVの快適な走りを支える重要な役割を担っています。 この章では、直流分巻モーターの構造と動作原理に迫り、その回転の秘密を解き明かしていきます。
直流分巻モーターは、大きく分けて「固定子」と「回転子」の2つの部分から構成されています。 固定子は、モーターの外側に固定された部分で、磁場を発生させる電磁石の役割を果たします。 一方、回転子は、固定子の内部で回転する部分で、電流が流れることで磁力を受けて回転します。
回転の仕組みは、「フレミングの左手の法則」に基づいています。回転子に電流が流れると、固定子が作る磁場との相互作用で力を受けます。この力が回転子に回転運動を生み出すのです。直流分巻モーターは、固定子と回転子に同じ電流を流すという特徴があります。これにより、回転子の回転数に応じて固定子の磁場の強さが変化し、幅広い回転数範囲で安定したトルクを得ることができます。
このように、直流分巻モーターは、シンプルな構造ながら、効率的な回転を実現する仕組みを備えています。EVをはじめ、様々な分野で活躍する直流分巻モーターの構造と動作原理を理解することは、今後の技術発展を展望する上で非常に重要と言えるでしょう。
安定した回転で活躍！その特徴とは
直流分巻モーターは、負荷の変化に強い安定した回転特性を持つことが大きな特徴です。これは、界磁電流と電機子電流が独立しているため、負荷が変動しても回転速度への影響が小さいためです。この特性から、工作機械や印刷機など、一定速度で精密な動作が求められる用途に適しています。また、始動トルクが大きいため、重い負荷を動かす際にも有効です。
弱め界磁制御：高速回転を生み出す仕組み
電気自動車（EV）の心臓部であるモーター。中でも直流分巻モーターは、古くからそのシンプルさと力強いトルクで様々な分野で活躍してきました。EV時代においても、その基本的な仕組みへの理解は非常に重要です。今回は、直流分巻モーターの中でも特に重要な制御方法である「弱め界磁制御」について解説し、高速回転を生み出す仕組みを紐解いていきましょう。
直流分巻モーターは、電機子電流と界磁電流が同じ方向に流れるという特徴を持っています。このため、界磁電流を弱める、つまり界磁抵抗を増加させると、磁束が減少します。すると、一見回転数は遅くなりそうですが、実際には逆の現象が起こります。
磁束が減少すると、電機子に発生する逆起電力が減少します。この逆起電力は、モーターの回転数を抑えるブレーキのような役割を果たしています。 逆起電力が減少すると、電機子電流が増加し、トルクが上昇します。トルクが上昇することで回転数は増加し、結果として高速回転を実現できるのです。
ただし、弱め界磁制御には注意点があります。回転数が上がりすぎると、遠心力によってモーターが破損する可能性があります。また、界磁電流を弱めすぎると、トルクが不足して回転が不安定になることもあります。
このように、弱め界磁制御は、直流分巻モーターの高速回転を実現するための重要な技術ですが、その特性を正しく理解し、適切に制御することが不可欠です。 EV時代の到来とともに、モーター技術への関心はますます高まっています。直流分巻モーターの基本的な仕組みを理解し、弱め界磁制御のような重要な制御方法を学ぶことは、EV開発のみならず、様々な分野で役立つ知識となるでしょう。
EVへの応用：直流分巻モーターの可能性
近年、環境問題への意識の高まりから、電気自動車(EV)への注目が急速に高まっています。EVの心臓部であるモーターには、様々な種類がありますが、その中でも直流分巻モーターは、EVの進化に大きく貢献する可能性を秘めています。
直流分巻モーターは、構造がシンプルながらも、幅広い回転速度で安定したトルクを発揮するのが特徴です。これは、EVの走行状況に合わせて、常に最適な出力と効率を実現するために非常に有利な特性と言えます。
さらに、直流分巻モーターは、回生ブレーキとの相性が良い点も大きなメリットです。回生ブレーキは、減速時にモーターを発電機として作動させ、バッテリーを充電するシステムですが、直流分巻モーターは、この回生ブレーキの効率を最大限に引き出すことができます。
もちろん、直流分巻モーターにも、制御の複雑さやメンテナンスの必要性といった課題は存在します。しかし、近年では、パワーエレクトロニクスの進化により、これらの課題も克服されつつあります。
EVの普及が加速する中で、直流分巻モーターは、その特性を生かして、EVの更なる進化を支えるキーテクノロジーとなることが期待されています。