DCモーターとACモーター：その違いについて

直流モーターと交流モーターの動作原理と違いを、最も簡単で分かりやすく説明します。

上の図は、DCモーターの最も単純な物理的表現である。

W作業原理

DCモーター

直流モーターでは、直流電源からの電流が正極からブラシの左側に流れる。ブラシと整流子は互いに擦れ合い、電流は左右2つのセグメントを持つ左側の整流子を通ってコイルに流れ込み、コイルの右側から流出する。その後、電流は電源のマイナス極に逆流し、閉ループが形成される。

コイルは主磁極（NとS）の磁界内にあり、電磁力を受ける。コイルの両側は電流の向きが異なるため（左が内向き、右が外向き）、反対の大きさの電磁力を受ける。この2つの力によって電磁トルクが発生し、コイルが回転を始める。

コイルがロータースロットに埋め込まれ、モーターが回転を始める。ブラシは静止したまま、反転片が回転軸とともに回転する。一回転すると、右側のコイルは左側に、左側のコイルは右側に移動する。しかし整流子により、左側のコイルに流れる電流は右側のコイルに流れる電流と同じ方向に流れるため、同じ位置で受ける電磁力の方向は一定となる。これにより、モーターの周期的な回転が保証される。

しかし、コイルが異なる位置に回転するとコイルの磁場が変化し、コイルにかかる電磁力も変化する。そのためコイルの回転が不安定になり、急に回転が遅くなる。コイルにかかる力を均一かつ安定させるためには、複数のコイルを設置すればよい。

すると次のようになる：

そのようなモーターモデルであってもだ：

さらに、モーターの外側の2つの磁極は、実際には電磁石を発生させる励磁コイルによって作られる。小型モーターでは永久磁石が利用され、大型モーターでは電磁石が利用される。

モデルは単なる表現だが、実際のモーターのローターはこのような構造になっている。

ACモーター

ACモーターは同期モーターと非同期モーターの2つに分類される。同期モーターは主に発電機として使用され、非同期モーターは主に電気モーターとして使用されます。ここでは非同期モーターを取り上げます。

非同期モーターはシンプルな構造、低コスト、メンテナンスのしやすさ、信頼性の高い動作が好まれ、その結果、広く使用されるようになりました。シンプルな構造とは裏腹に、ACモータの動作原理はDCモータよりも複雑であるため、この技術を明確に理解することはより困難である。

上図のように、ACモーターのステーターには三相対称交流電流が印加される。ステーターは静止したままであり、電流を変化させるだけで合成回転磁界を発生させることができる。この磁界はステーターの周囲で回転する磁石のように働き、作業が容易になる。

ステーター内にはクローズドコイルがあり、このクローズドコイルに起電力と電流が誘導され、電磁力が発生する。これにより、閉じたコイルが回転する。

ステータには回転磁石があり、ロータ内の閉じたコイルは誘導充電により電磁石として機能することも理解できる。外側の電磁石が回転すると、内側の電磁石が回転し、それによってACモーターのローターが回転する。

ステータ磁界の回転速度は同期速度と呼ばれる。固定子磁界によって駆動される回転子は、非同期速度と呼ばれる遅い速度で回転する。これが「非同期モーター」という言葉の由来である。

ACモータのロータは単純な閉じたコイルまたは導体であり、そのかごのような構造から「ラット・ケージ」型非同期モータと呼ばれることが多い。ロータ内の起電力と電流はステータ磁界によって誘導されるため、非同期モータは誘導モータとも呼ばれる。

そのため、三相非同期モーターには交流モーター、非同期モーター、誘導モーターなど様々な呼び名があり、それぞれ異なる観点からモーターを指しています。さらに質問があれば、コメント欄で遠慮なく質問してください。