かご形三相誘導電動機の基礎知識

かご形三相誘導電動機の基礎知識

かご形三相誘導電動機とは

かご形三相誘導電動機とは、回転子にアルミニウムなどの導体の棒を、溝に埋め込んでケージ状に配置した構造の電動機です。この導体の棒を巻線の代わりに使用するため、シンプルでメンテナンス性の高い設計となっています。

誘導電動機の一種であり、交流の三相電源を使用して回転磁界を発生させ、その磁界の誘導によってローターを回転させます。誘導電動機の中でも、かご形三相誘導電動機は構造が簡単で低コストであるため、産業用や家庭用など幅広い用途に使用されています。

回転子導体と導電率

かご形三相誘導電動機の回転子は、導電性のあるアルミニウムまたは銅製の導電棒を、ローターの溝に挿入して作られています。これらの導電棒は、ローターの軸に垂直に並ぶか、あるいはわずかに角度をつけて配置されます。

導電棒の導電率は、電動機の性能に重要な役割を果たします。導電率が高いほど、導電棒は電流をより良く流すことができ、より高いトルクと効率性をもたらします。ただし、導電率が高すぎると、渦電流損やひずみ損の増加につながる可能性があります。したがって、電動機の特定の用途に応じて、適切な導電率を持つ導電棒を選択することが重要です。

基本的な構造と動作原理

かご形三相誘導電動機の基本的な構造は、回転子と固定子の2つの主要な部分から成り立っています。回転子は円筒形の鉄心の中心に銅製の導体が埋め込まれており、固定子は鉄心の上に3つのコイルが配置されています。コイルに三相交流電流を流すと、電磁気的な相互作用によって回転子に回転力が発生します。

動作原理は、まず固定子コイルに三相交流電流を流すと、コイルを流れる電流の向きが周期的に変化し、コイルの周囲に回転磁界が発生します。この回転磁界が回転子導体を切ると、導体に電磁誘導によって電流が流れ、導体と磁界の相互作用により電磁力が発生します。この電磁力が回転子に回転力を与え、回転子と回転磁界の回転速度の差が小さくなるまで回転させます。

特徴と長所・短所

-特徴と長所・短所-

かご形三相誘導電動機は、その構造のシンプルさから、広く普及しています。かご形とは、ローターの導体がアルミまたは銅でできた棒状で、それらを鉄製の端輪で留めた形状を指します。この構造により、耐久性と低コストを実現しています。

この電動機の主な長所は、トルク変動が少ない安定した回転特性です。また、始動トルクが大きく、過負荷能力に優れているという特徴があります。さらに、メンテナンスが容易で、長寿命を実現しています。

一方で、短所としては、始動電流が大きいという点があります。そのため、始動時の突入電流による影響を軽減するために、スターデルタ始動法や周波数可変制御などの方法が用いられることがあります。また、速度制御が困難な点も留意が必要です。

応用例と産業における活用

このかご形三相誘導電動機は、その用途の広さから、さまざまな産業分野で重要な役割を担っています。一般的な使用例としては、産業用の工作機械、コンベア、ポンプ、換気扇などが挙げられます。

また、家庭用機器でも広く使用されており、電子レンジ、冷蔵庫、エアコンなどの日常的に使用する機器に搭載されています。さらに、農業や建設などの大規模産業でも、電動工具や産業機械の動力源として活用されています。