シンクロナスモーターとは
シンクロナスモーターとは、電源周波数に対して正確に同期して回転するモーターです。
日本語では同期電動機と呼ばれます。回転子と固定子の磁界が正確に同期し、定速で回転する点が特徴です。シンクロナスモーターは同期速度で回転し、電源の周波数や負荷の変動に対してほとんど変化しないため、定速性に優れています。
例えば、50Hzの電源を供給する場合、4極のシンクロナスモーターの同期速度は1,500回転/分です。また、定常状態で高い効率を発揮します。これは、同期速度で回転し、回転速度に応じた機械的損失が少ないためです。エネルギー効率を向上させ、電力消費を削減することができます。
ただし、シンクロナスモーターは一般的なインダクションモーターに比べて製造コストが高価です。また、内部に永久磁石を使用する場合もあり、メンテナンス費用も高額になります。
シンクロナスモーターの使用用途
シンクロナスモーターはさまざまな用途で使用されるモーターです。以下はシンクロナスモーターの使用用途一例です。
1. 製造業
シンクロナスモーターは、工場やプラントで使用されるポンプ、ファン、圧縮機などの駆動装置に適しています。これらの装置では一定の速度とトルクが求められるため、シンクロナスモーターの定速性と高トルク特性が重要です。また、シンクロナスモーターは高い効率を発揮するため、省エネルギー性にも優れています。
一般的に、24時間稼働の設備に対して使用した方が省エネルギー性を多く享受することが可能です。工業用水の給水ポンプや海水ポンプなどに使用されます。工業用炉の排気ブロワなどにも最適です。
2. 加工機
シンクロナスモーターは加工機にも使用されることがあります。加工機とは、フライス盤やボーリング機などの工作機械のことです。加工機では高い定速性が求められるため、シンクロナスモーターを使用することによって安定した速度を保てます。
特に、ターンテーブルの駆動用などに使用されます。定速性が求められるため、シンクロナスモーターが最適です。
3. 電気自動車
一部の電気自動車の駆動用モーターとして使用されます。電気自動車では、高い効率と高いトルク特性が重要です。シンクロナスモーターは、定速性があり、高い効率とトルク密度を提供するため、電気自動車の駆動用モーターとして適しています。
シンクロナスモーターの原理
シンクロナスモーターはインダクションモーターと同様に、固定子や回転子、筐体などで構成されます。
1. 固定子
固定子は固定された部分であり、複数のコイルが特定の配置で据えられた部品です。これらのコイルは、交流電源から供給される3相の電力によって励磁されます。この励磁によって、定子には一定の磁界が発生させます。
2. 回転子
回転子は回転子は中心に軸があり、固定子の周囲を回転する部品です。回転子には通常、英雄磁石やDC電源から供給される直流電流によって磁化される巻線が配置されています。固定子と回転子における磁界の相互作用によって、回転軸が回転する仕組みです。
3. 筐体
固定子と回転子は、筐体によって堅牢に保護されています。そのため、筐体には強度が高い鋼鉄などが使用されることが多いです。放熱用途を兼ねていることが多く、筐体の周囲はフィンが付属して表面積を稼いでいる場合があります。
シンクロナスモーターの種類
シンクロナスモーターにはいくつかの種類があります。以下はシンクロナスモーターの種類一例です。
1. SPMモーター
回転子の表面に永久磁石が配置されたシンクロナスモーターです。永久磁石は回転子の外側に取り付けられており、固定子の磁界と同期して回転します。SPMモーターは高い効率と高いトルク密度を持ち、電力消費を削減しながら高いパフォーマンスを発揮することが可能です。
電気自動車や産業用ポンプ、ファン、ロボットなどの駆動に広く使用されます。
2. IPMモーター
回転子の内部に永久磁石が配置されたシンクロナスモーターです。永久磁石は回転子の内部に埋め込まれており、固定子の磁界と同期して回転します。永久磁石が脱落する危険性が低いため、高い負荷条件下で使用することが可能です。
3. 電磁石型シンクロナスモーター
回転子に電磁コイルを使用するシンクロナスモーターです。電磁コイルは回転子のスロットに配置され、固定子の磁界と相互作用して回転します。電磁石型シンクロナスモーターは、磁気特性を柔軟に制御できるため、広い速度範囲で使用可能です。
参考文献
https://www.orientalmotor.co.jp/products/standard_ac/smk/features/
https://www.pulsemotor.com/products/synchronous/