交流誘導モータの回転原理 ここでは、三相交流かご型誘導モータについて簡単に説明します。 では、まず、このモータの特徴から見て見ましょう。同期モータに比べて回転子側の２次損失がありますので、効率は落ちますが、 永久磁石が不要で、回転子を監視するセンサーも必要ありません。コストが安く、構造も頑丈でメンテナンスも不要なメリットがあります。 欠点は回転速度を変えるのに三相交流の周波数を変えなければなりません。そのため、昔は工場の機械の動力や回転速度を変える必要のない 動力装置によく使われましたが、現在は半導体の進歩によって大型のインバータの登場により、回転数を自由に変えることができました。 現在、このモータの一番使用例が多いのが電車です。最近の電車は（新幹線も含めて）ほぼ全てがこのタイプのモータです。 モータの制御はVVVF（可変電圧、可変周波数変調）インバータで行うのが一般的です。センサーを必要としませんので、同期モータに比べて インバータも回路的にコストが少なくなります。 では、このモータの構造を見て見ましょう。 このモータも同期モータと同様三相交流の回転磁界によって回転します。違いは回転子に永久磁石がなく、電流が流れる金属棒を何本か 並べただけです。 これらの金属棒を両端を金属リングで短路させた構造になっています。この構造がかごに似ていますので、かご型誘導モータと呼んでいます。 このかごの周りに回転磁界が発生すると金属棒とショートリング間で誘導電流が流れます。この誘導電流によって金属棒の周りに磁界が発生し、 その磁界が回転磁界に誘導されて回転する仕組みです。 同期モータは回転子が回転磁界に同期して回転しますが、誘導モータはもう一つ違う特徴があります。回転子が回転磁界に同期しないのです。 無負荷状態でも先に回転磁界によってかごに誘導電流が流れ、その後かごに発生する磁界が回転磁界に誘導されますので、かごは回転磁界に 少し遅れて回転します。この時間の差をすべりと言います。 誘導モータはこのすべりが重要なポイントになります。すべりが回転磁界より遅い時は電動機（モータ）として動作します。すべりが回転磁界 より早い時は発電機になります。同期モータとDCブラシ、DCブラシレスモータは永久磁石がありますので、そのまま回すと発電しますが、 誘導モータはそのまま回しても発電しません。そのため、回生ブレーキとして使う時もモータに一定の回転磁界電流を流してやる必要があります。 では、本当にこれで回転子のかごが回るか実験して見ましょう。 再生できない方はここからダウンロードして下さい。 ダウンロード 今回の実験は銅線を切ってかごを作りましたが、実際の回転子はかごの中に磁束を集める鉄の塊があります。 動画の中にアルミテープを巻いて回転磁界の中に入れて回しましたが、電気が通る金属であれば、何でも回る少し魔法のような光景です。 このモータは頑丈で、レアメタルを必要とする磁石が不要のため、コストが安く、電車にもっとも多く使われています。特に電車を動かそうとすると、 使用電圧も数百ボルト以上の高い電圧、かつ大電流を流さないといけないので、インバータ部もMOS型トランジスタではなく、IGBT（絶縁ゲート バイポーラトランジスタ）が使われています。 大型IGBTは町の電子パーツの店で手に入ることはできません。基本的に市販されていないのです。正直に言って私も実物で実験を行った経験がありません。 小型なら、家庭用IHヒータを分解した時と、大型なら、電車に乗る時、車両の下にある六つの箱のような物を確認できるくらいです。 最後に実際の電車のインバータがどこにあるか見せたいと思います。 携帯で撮った写真なので画質が悪いですが、赤の線が指している部分にVVVFインバータと大きく書いてあります。 写真は321系電車です。 私は電車マニアではありませんので、223系と321系とかこれらの数字が何の意味か分かりませんが・・・ 戻る