産業分野で使用される主な電気モーターの概要 2022

導入

産業分野では、中小型三相非同期モーターが現在最も広く使用されているモーター製品です。

さまざまな誘導モーターにはさまざまな用途があり、電動モーターの製造技術と産業用モーターの動作原理の研究が継続的に開発されています。

希土類永久磁石モーター、スイッチトリラクタンスモーター、同期リラクタンスモーターなど、新しいタイプの電気モーターも多数あります。

さまざまな種類の電気モーターの簡単な紹介

中小型の三相非同期モーターは、現在産業用途で最も広く使用されている電気モーター製品です。

三相非同期モーターは AC モーターの一種であり、誘導モーターとしても知られています。

シンプルな構造、簡単な製造、堅牢性、メンテナンスの容易さ、低コスト、低価格などの一連の利点があります。

したがって、産業、農業、国防、航空宇宙、科学研究、建設、輸送、および人々の日常生活で広く使用されています。

力率が低いため、用途がある程度制限されます。

1. 三相非同期モータの構造

分解する三相誘導電動機を用意し、その構造を外側から見てみましょう。

三相誘導電動機の概要と断面図を次の図に示します。

電気モーターの外側からは、ファン カバー、ファン、左右のエンド キャップ、銘板、端子箱が見えます。

端子箱を開けると端子柱とリード線が見えます。

ファンカバー、ファン、エンドキャップを外し、ローターを引き抜くと、モーター内部のステーターコア、ローターコア、シャフト、ベアリングなどの部品が見えます。

ステーターコアはハウジングに装着され、ローターコアはモーターシャフトに取り付けられます。

ステーターコアにはコイル（巻線）があり、ローターコアにはかご型のアルミニウム棒が鋳込まれています。

リニアローター鉄心をローター巻線で巻きます。

ご覧のとおり、かご型電動機の基本構造は、次の図に示すように、固定部分と不動部分、回転子およびその他の部分で構成されます。

希土類永久磁石モーター

1970年代初頭に登場した新しいタイプの永久磁石モーターです。

希土類永久磁石材料の磁気特性は非常に優れているため、追加のエネルギーを必要とせずに磁化して強力な永久磁場を作り出すことができます。

希土類永久磁石モータは高効率であるだけでなく、シンプルな構造で確実な動作を実現し、小型軽量を実現しています。

従来の電動モータでは実現できない高性能（高効率、高速、高応答など）を実現することができ、特定の動作要件に合わせた特殊モータの製作も可能です。

高性能希土類永久磁石モーターは、多くの新技術やハイテク産業の基盤です。

パワーエレクトロニクスやマイクロエレクトロニクス制御技術と組み合わせることで、CNC工作機械、マシニングセンター、柔軟な生産ライン、ロボット、電気自動車、高性能家電、コンピュータなど、優れた性能を備えたさまざまなメカトロニクス製品を生産できます。

永久磁石同期モータの開発により、高温、高真空、電気自動車、内部インバータ、低速での高トルク、および自己始動用の高効率永久磁石同期モータが徐々に特定の用途に参入しつつあります。

さまざまな動作条件に対するモーターの特定の性能要件のため、永久磁石モーターの一般的な開発では、いくつかの特定の特性が徐々に示されています。

永久磁石モータの開発方向としての高出力化と超高速化

誘導電動機の定格出力を高めるには、ある程度の容量を条件として、交流電動機の速度を大幅に上げる必要があります。

希土類永久磁石モータは励磁巻線が不要で構造が比較的単純で、磁界部に熱源がなく、冷却装置も不要で、材料の保磁力が高い。

エアギャップ長をより大きな値にすることができるため、速度を大幅に向上させることができます。

高性能化の方向性

モーター業界の最新の機器には、さまざまな高性能要件が求められます。

各種高性能信号モーター、移動発電所、サーボシステムやモーターを備えたオートメーション機器、高性能、高信頼性の永久磁石モーターを備えた航空宇宙機器、高速調整精度周波数を備えた化学繊維機器などの軍事機器要件など同期モータ、CNC工作機械、マシニングセンタ、希土類永久磁石サーボモータよりも高速なロボット、高精度スイングモータやスピンドルモータを搭載したコンピュータなど、産業用特殊モータの開発方向へ。

軽さの方向への発展

航空宇宙製品、電気自動車、CNC工作機械、コンピュータ、オーディオビジュアル製品、医療機器、ポータブル光学メカトロニクス製品などはすべて、小型軽量のかご型誘導電動機に対して厳しい要件を課しています。

永久磁石同期モータは、小型、省エネ、制御性能が良く、低速ダイレクトドライブが容易で、歯車減速装置が不要で、周波数変更による速度調整が不要であることから、リフト技術に応用され開発されてきました。

スイッチドリラクタンス ドライブ (SRD)

周波数制御システム、ブラシレスDCモーター速度制御システムに続いて開発された最新世代の無段速度制御システムです。これは、現代のマイクロエレクトロニクス、デジタル技術、パワーエレクトロニクス、赤外線光電技術、現代の電磁理論、設計、生産技術を統合した、光、電気機械、電気の統合ハイテクノロジーです。

DC、ACの両方の速度制御システムを備えており、2種類の速度制御システムの利点があります。

英国、米国、その他の経済先進国では、スイッチ リラクタンス モータ速度制御システムの研究が早くから開始され、製品出力レベルが数 W から数百 kW に達し、家庭用電化製品、航空、宇宙産業、エレクトロニクス、電気機械、電気自動車などの分野。

スイッチトリラクタンスモーターのステーターとローターの凸極は、一般的なシリコン鋼板から積層されており、このプロセスによりモーターの渦電流とヒステリシス損失が最小限に抑えられます。

回転子極には巻線や永久磁石、整流子、スリップ リングなどはありません。固定子極には集中巻が巻かれ、半径方向に対向する 2 つの巻線が直列に接続されて 1 つの相を形成します。

スイッチトリラクタンスモーターは、不均一なローターリラクタンスを利用してトルクを生成する電気モーターで、リアクティブ同期モーターとも呼ばれます。その構造と動作原理は、従来の同期 AC モーターや DC モーターとは大きく異なります。

It does not rely on the interaction of the magnetic fields generated by the stator and rotor winding currents to produce torque, but on the "principle of minimum reluctance" to produce torque.

This means that "the magnetic flux always closes along the path of least resistance, thus creating a magnetic pull, which in turn creates an electromagnetic torque of a magnetoresistive nature" and "the magnetic lines of force have the nature of trying to shorten the path of the flux in order to reduce the resistance and increase the permeability".

磁気抵抗同期モーター

同じかご型非同期モーターから発展したもので、その回転子にはかご型鋳造アルミニウム巻線抵抗が付いていますが、固定子の極数に対応する反応スロットがあります（役割の凸部分のみで、励磁巻線と永久磁石はありません）。 、リラクタンス同期トルクを生成するために使用されます。

磁気抵抗同期モータは、単相モータ、単相コンデンサ駆動、単相コンデンサ始動、および単相倍値コンデンサのタイプに分類されます。

応用分野: リラクタンス同期モーターは、主に工業および農業生産、輸送、国防、商業および家庭用電化製品、医療および電気機器などに使用されます。

上記4種類の電動機のSWOT分析

1) 中小型三相非同期モータ

利点: 高い信頼性、低コスト、高い技術成熟度、高い市場シェア。

短所: 通常のモーターの低効率、低い技術的敷居、激しい競争、不十分な技術革新。

機会: 作業条件の信頼性に対する要求が高い場所でも、通常の作業条件を満たすことができ、高効率産業用モーターの推進が省エネの取り組みの焦点となっています。

脅威: 希土類永久磁石の市場、特に高効率モーターの市場が拡大しています。

(2) 希土類永久磁石モーター

利点：高効率であるだけでなく、構造が簡単で、動作が信頼性が高く、さらに小型軽量でもあります。

短所: コストが非同期モーターより 30% 高く、高温で長時間使用すると減磁が発生します。

機会: 油田、繊維および化学繊維産業、セラミックおよびガラス産業、年間稼働時間が長いファンおよびポンプ。

市場シェアは徐々に拡大中。

脅威: コストが高すぎることと製造プロセスが難しいため、電力が多すぎる場所では使用できません。

(3) スイッチトリラクタンスモーター

利点: モーターの構造が簡単で、コストが低く、高速動作に使用できます。シンプルで信頼性の高い電源回路、大きな起動トルク、低い起動電流、頻繁な起動と停止、正逆変換動作に適しており、優れた速度調整性能。

短所: 騒音が大きく、低速でのトルク脈動が大きい。コントローラーと併用する必要があり、両方合わせるとコストが高くなります。現在の出力範囲は 8kw ～ 400kw で、特殊な用途にのみ適しています。汎用分野では、AC 非同期および DC インバータ速度制御システムに対する利点は明らかではありません。

機会: 電気自動車、繊維産業、コークス産業、家電産業など、電気自動車が有利に使用できる分野、つまり、高い始動トルク、高速要件、高温多湿な環境、頻繁なランダム回転が必要な分野。

脅威: 高い騒音レベルの問題は克服するのが難しく、開発は限られています。

(4) シンクロナスリラクタンスモーター

利点: 永久磁石同期モーターと比較して、同じ電力条件下でモーターのコストが大幅に削減されると同時に、モーターの使用範囲が広がり、モーター動作の信頼性が向上します。シンプルな構造のため、ロータに電磁損失がなく、スイッチングリラクタンスモータの欠点である、騒音が大きい、低速時のトルク脈動が大きいといった問題を回避できます。

欠点：同じサイズの非同期モーターと比較して、力率が低く、出力が低い。

機会: 工業および農業生産、輸送、防衛、商業および家庭用電化製品、医療および電気機器など。

脅威: 研究段階。

現在の研究は分数馬力モーターに関するものですが、AC システムではほとんど使用できません。

モーター製品の比較分析

さまざまな競合製品をさまざまなレベルで比較分析した結果、中小型三相非同期モーターは依然として技術的に最も成熟しており、最大の市場シェアを誇る製品です。

しかし、今後、高い競争力を維持するためには、さらなるプロセスの最適化、技術の向上、効率化・コンパクト化のさらなる向上が必要です。

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