不思議なモーター

質問

低電圧で高速回転するモーターを考えました。
普通モーターを高速回転させるには電圧を高くします。でも、回転しているときコイルの通電をやめます。すると、逆起電力はリセットされます。そしたらコイルに電気を流すと低電圧でも電流は流れ、モーターは加速します。逆起電力が大きくならないうちにコイルの通電をやめ、逆起電力をリセットしたらまた短い時間電気を流します。これで低電圧で高速回転すると思うんですが、何か勘違いはありますか？

回答No.1

toiawasedesuyo · ベストアンサー

５３歳　男性

モータは目的によって、回転数が違います

高速で回すものから止まる位の低速で回すもの

単一１個で２００倍の力になるモータには手の力かないません

乾電池１個なのにもの凄い力になります

高速で回して、何に使うのですか？

制御方法だけ考えても、使い道が無ければ駄目ですよね

お礼

このモーターの不思議なところは低電圧で高速回転が得られることです。電圧が低いということはそれだけ消費電力を少なくできるということです。低電圧でも電流さえ流れていればモーターは加速し続け出力をいくらでも上げられます。なぜ、低電圧でも電流が流れ続けるかといえば逆起電力をリセットしているためです。逆起電力が発生していない瞬間に電圧をかけるため電流が流れるわけです。

回答No.9

rabbit_cat

#7の方の補足という感じになりますが。

まず、同じ消費電力で回転数を上げると、取り出せるトルク(回転させようとする力みたいなもの)はその分だけ下がってしまう、ということは理解していますか?
結局のところ、モーターが外部にする仕事(率)は、回転数を上げても増えません。
同じ消費電力で大きなパワーを取り出せるとかいう旨すぎる話はありません。

このことを大前提として理解した上で、質問者の言われるように、モーターに与える電圧をうまくタイミングよく制御すれば、理想的には(もしモーターに摩擦等がなければ)、回転数を無限に上げることが可能です。
ただし、回転数をいきなり上げることはできないので(回転数を上げるにはトルクが必要ですが、上で書いたようにモーターを高回転で回したらトルクはほとんどありません)、少しづつ与える電圧のタイミングを変えていって(周波数を上げていって)、少しづつ回転数を上げていきます

お礼

同じ消費電力で回転速度を上げるとトルクが下がるのは一般的なモーターの理解です。それは電圧を上げるのに電力を使いその分電流が減るからです。でも、電圧を上げずに回転速度を上げられたら電流を減らす必要がないのでトルクも下がることはありません。
それが今回のモーターということです。

回答No.8

shintaro-2

>でも、回転しているときコイルの通電をやめます。すると、逆起電力はリセットされます。そしたらコイルに電気を流すと低電圧でも電流は流れ、モーターは加速します。逆起電力が大きくならないうちにコイルの通電をやめ、逆起電力をリセットしたらまた短い時間電気を流します。

お考えのことは、
単にACモーターで周波数を高くしたのと同じではないですか？

お礼

ACモーターの周波数を作る際連続的な電圧の変化でなく断続的な電圧をかけているとすればまさにここで言っているモーターそのものになります。

回答No.7

ORUKA1951

残念ながらそうならないのです。
　直巻シリースモーターや直巻整流子モータを高速回転させるためには、コイルの巻き数を減らし整流子(コンミテータ)の数を減らし、モーメントを減らせば高速回転します。巻き数を減らしても回転数が増えるとリアクタンスの関係で電流は減少します。
　逆起電力はコイルに電流が流れるとその電流の流れを妨げる向きに発生する電圧で電流が流れなくなると消失しますが電流が切れても電圧は残りますが、回路が遮断されているため電流は流れませんから力も発生しません。もちろん、位相が90度ずれています。

＞低電圧で高速回転するモーターを考えました。
　これがスタートの間違いだと思われます。
　確かに、直巻整流子モーターの回転数は電圧によって変わりますが、その理由は電流の二乗にトルクが比例するからです。電圧ではなく流れる電流が増えるためにトルクが増大するから回転数が上がるのですよ。回路を遮断するとトルクが発生しない。また回路を接続しかえると逆トルクが発生する。逆電圧はモーターを止める方向に流れようとするのですから・・。

　直巻整流子モーターの回転数を上げる為には、巻数を減らしてリアクタンス(交流抵抗)
を減らすことになるのです。回転数が上がれば同じ出力でもトルクは弱くなります。(仕事の量が代わる訳ではない)です。

　最も効率的なのは、整流子モーターではなく誘導モーターで周波数を上げる事ですね。

お礼

疑問は回路が遮断されていても電圧が残るということは発電機でたとえると回路を通電状態にした瞬間その発生している電圧で電流が流れるのではないかということです。電流が流れるのはおかしなことになりますから流れないと考えるのが自然です。でも、電圧が発生してることにするとこれもおかしなことになります。なので、回路が遮断されていたら逆起電力はは起きないと考えるのがいいのではと思います。

巻き数を減らした場合電流は多く流れますから消費電力は増えます。その分出力も増えます。出力が増えるのはトルクは変わりませんが回転速度が上がることによるものです

回答No.6

unagi-pie

どうもタイミングが大事のようですね。
このような動作の説明にはタイミング図を用いるといいです。
時間経過と共に、回転子の位置、駆動電流を流す、逆起電力の電圧などを図で示すなど。
自分でも見落としていた点に気付かされたりもします。

私の希望に応えてくださる気がないようです、まぁ私がそこまで推測してればいいだろ、
とお考えなのかもしれませんが面倒くさいのでもうやめます。

私が絶対などとは言いませんし質問者さんのはすばらしいアイデアかも知れませんが、
モーターに電流を与え続けるよりも、
タイミングよく止めたり流したりする方が高回転になる
とか
低い電圧でも回転させられるようになる
しかも消費電力も減る
というなら
そこだけ見てもそうはならないだろうとは思いますけどね。
No.2 お礼欄によると、巻き数もそのままで、ですよね。

「逆起電力が起きるタイミングを避けて駆動電圧を与えるようにすれば低い電圧でもよさそう」
はなんとなくそれっぽい気もしますが、駆動電圧が低ければ回転速度はむしろ減るし。
短時間で高速回転させるには少なくとも最初だけでも高駆動力が必要だし。
回転力を外部で使うにはある程度のトルクも要るし。

お礼

逆起電力が起きるタイミングを避けるのではなく意図的に逆起電力を０にするので、そのタイミングはいつでもいいわけです。０になればわずかな電圧でも電流は流れモーターは加速します。
モーターの加速は電圧でなく電流によるものです。トルクも電流によるものです。電圧は電流を流す目的に使われるだけなので必要な電流さえ流れれば電圧は低くてもモーター能力は変わりません。

回答No.5

unagi-pie

＞逆起電力とは電流を流す力のこと。
違いますよ。「逆起電力とは逆方向の電圧を生じる作用または電圧の事」です。

＞電圧が生じれば電流が流れるのは当然のことだと思うんですが。
いいえ。電圧が生じても電流経路が形成されてなければ電流は流れません。

回答No.1 での推測（合ってるか否かのお答えすらありませんが）の「タイミングよく電流を止め」た時とは、動力用電源を切り離し電流経路が切れてる状態も意味します。
（もちろん、電流が流れてなく電圧が生じてるだけの状態では反発力は生じません。）

この状態の時に「回転力を与える目的でコイルに再び電流を流」そうと電源を接続
（という事だと思いますがこの推測も合ってるのかお答えありません）するものの、
与える電圧は逆起電力より高い電圧でないと望む方向に電流を流すことができないわけなんですが。

ちょっと話が遠回りしそうなので、意味不明な質問文
＞回転しているときコイルの通電をやめます。すると、逆起電力はリセットされます。
を別の言葉で説明してもらえませんか。

お礼

質問に対するあなたの理解はすべて合っています。
発電機で考えると磁石がコイルに近づくほど逆起電力は大きくなります。コイルが通電状態になくても逆起電力は起きていてコイルに最も近づいた時最大の電圧が発生しているということですね。問題は最も近づいた時通電してやると電圧が発生しているのに電流は流れないとしていることです。それとも電流経路が形成されれば逆起電力に似合った電流が流れるということでしょうか？それでは電力なしで回るモーターになってしまいます。
そこで通電しない状態では逆起電力は初期状態（リセット）つまり逆起電力が０vの状態になるのではと考えました。そうすればコイルに近づいた時通電してない状態から通電状態にした時も電流が流れない説明がつきます。

回答No.4

unagi-pie

No.3 です。

＞ところが近づいた時コイルを通電状態にすると逆起電力により電流が一気に流れ反発するとなれば
＞電力のいらないモーターになってしまいます。

何言ってるかわからない。
「近づいた時コイルを通電状態にすると逆起電力により電流が一気に流れ反発する」
などと、私が書いてない事を指摘されても。

お礼

逆起電力とは電流を流す力のこと。電圧が生じれば電流が流れるのは当然のことだと思うんですが。

回答No.3

unagi-pie

意味がよくわかりません。省略されてるので推測してみましたが
「低い電圧では高回転を得られない。それは発電作用による逆起電力がある為」という前提で

「回転中にタイミングよく電流を止めたり流したりすると低い電圧でも高回転を得られるのではないか」という事ですか？

＞回転しているときコイルの通電をやめます。
＞すると、逆起電力はリセットされます。

モーターの発電作用による電流の妨げがなくなる、という意味ですか？
そりゃ電流回路が切れてれば電流は流れませんからね。
しかしモーターは余力で回転してる間は発電作用は続いていて逆電圧は生じています。

＞そしたらコイルに電気を流すと
「電気を流す」為に電流経路が生じれば逆電圧は再び作用します。

＞低電圧でも電流は流れ、
回転させる方向に電流を流すには、逆電圧より高い電圧でないとだめなのは変わりないでしょうね。

お礼

発電機の場合磁石がコイルに近づくときは反発の力を受けます。近づくときコイルを通電しない状態にすれば反発の力は起きません。ところが近づいた時コイルを通電状態にすると逆起電力により電流が一気に流れ反発するとなれば電力のいらないモーターになってしまいます。
なので、回転している間は電流が流れてなくても逆起電力が起きているとするのはおかしいです。

回答No.2

kimamaoyaji

低電圧で高回転モーターなど前からありますよ、不思議でもなんでもないです。
ミニ四駆のモーターなど僅か３Vで約２万回転回る物もあった訳です。
３Vって定電圧ですよね、それとも２万回転が高回転では無いのでしょうか、だったら高回転は何万回転？？そんなに回るモーターも聞いた事が無いですが。

お礼

コイルの巻き数を減らせば回転数を上げることはできますが同時に消費電力も増えてしまいます。今回のモーターは消費電力を増やさず回転数と出力を上げることができるモーターです。