交流モーター

上部に電気端子箱があり、左側に出力回転軸がある産業用の交流モーターです。このようなモーターは、ポンプ、送風機、コンベアなどの産業機械に広く使用されています

ACモーターは、交流電流（AC）によって駆動される電気モーターです。ACモーターは一般的に2つの基本部品で構成されます。1つは外側のステータで、コイルに交流電流が供給されて回転磁界を発生させます。もう1つは出力軸に取り付けられ、第2の回転磁界を発生させる内側のローターです。ローターの磁界は、永久磁石、磁気抵抗効果、あるいは直流または交流の電気巻線によって生成されます。

あまり一般的ではありませんが、ACリニア モーターは回転モーターと同様の原理で動作しますが、固定部品と可動部品が直線構成で配置されているため、回転ではなく直線運動を生成します。

動作原理

ACモーターの主な2つのタイプは、誘導モーターと同期モーターです。誘導モーター（または非同期モーター）は、固定子の回転磁界と回転子軸の速度との間のわずかな速度差（スリップ）を常に利用して、回転子のAC巻線に回転子電流を誘導します。その結果、誘導モーターは、誘導（またはスリップ）が無関係になるか存在しなくなる同期速度付近ではトルクを発生できません。対照的に、同期モーターは動作にスリップ誘導に依存せず、永久磁石、突極（突出した磁極を持つ）、または独立励磁の回転子巻線のいずれかを使用します。同期モーターは、正確に同期速度で定格トルクを生成します。ブラシレス巻線ロータ二重給電同期モーターシステムは、電流のスリップ誘導の原理に依存しない独立励磁の回転子巻線を備えています。ブラシレス巻線ロータ二重給電モーターは、電源周波数と正確に同じ周波数、または電源周波数の約数から倍数で動作できる同期モーター です

その他のタイプのモーターには、渦電流モーターや、速度が電圧と巻線接続に依存する AC および DC 機械的整流機などがあります。

歴史

イタリアの物理学者ガリレオ・フェラーリスによる世界初の交流モーター

テスラの交流モーターの原理を示す、米国特許381968号からの図

交流電流技術は、マイケル・ファラデーとジョセフ・ヘンリーが1830年から1831年にかけて、変化する磁場が回路に電流を誘導できることを発見したことに端を発しています。この発見はファラデーが初めて発表したため、ファラデーが功績を認められることが多いです。^[1]

1832年、フランスの計器製作者イポリット・ピクシーは、最初の交流発電機を設計・製作し、交流電流の原型を生成しました。この発電機は、2つの巻線コイルの上を回転する馬蹄形磁石で構成されていました。^[2]

ACは長距離高電圧送電に有利なので、19世紀後半には米国や欧州で実用的なACモーターの開発を目指す発明家が数多くいた。^[3]回転磁界を最初に考案したのはウォルター・ベイリーで、1879年6月28日、ロンドン物理学会で電池で動く整流子付きの多相モーターの実用的なデモを行った。 ^[4]ベイリーの装置とほぼ同じ装置について説明したフランスの電気技師マルセル・デプレは、1880年に回転磁界の原理とそれを生み出す2相交流電流システムの原理を明らかにした論文を発表した。^[5]実際にはデモは行われず、2つの電流のうちの1つが「機械自体から供給される」という欠陥のある設計だった。^[4] 1886年、英国の技師エリヒュー・トムソンが誘導反発原理と彼の電力計を拡張してACモーターを製作した。^[6] 1887年、アメリカの発明家チャールズ・シェンク・ブラッドリーは、4本の線を使った2相交流電力伝送の特許を初めて取得しました。^[要出典]

「整流子のない」交流誘導電動機は、ガリレオ・フェラリスとニコラ・テスラによって独立に発明されたようです。フェラリスは1885年に単相誘導電動機の動作モデルを実証し、テスラは1887年に動作する二相誘導電動機を製作し、1888年にアメリカ電気学会で実証しました^{[7] [8] [9]}（ただし、テスラは回転磁界を1882年に考案したと主張しています）。^[10] 1888年、フェラリスはトリノの王立科学アカデミーで研究を発表し、電動機の動作の基礎を詳しく説明しました。^[11]同年、テスラは独自の電動機で米国特許を取得しました。^[12]フェラーリスの実験を基に、ミハイル・ドリヴォ＝ドブロヴォルスキーは1890年に初の三相誘導電動機を発表した。これはヨーロッパやアメリカで使用される原型となった、はるかに高性能な設計であった^{[13] [14] [15]}彼はまた初の三相発電機と変圧器を発明し、1891年にはそれらを組み合わせて初の完全な三相交流システムを完成させた。^{[16]三相電動機の設計はスイス人技師の}チャールズ・ユージン・ランスロット・ブラウンも手掛け、^{[13]他の三相交流システムはドイツ人技術者フリードリヒ・アウグスト・ハーゼルワンダーとスウェーデン人技術者}ジョナス・ヴェンストロームが開発した。^[17]

誘導電動機

すべり

かご型電動機の回転子が真の同期速度で回転すると、回転子の任意の位置における磁束は変化せず、かご型電動機には電流が発生しません。このため、通常のかご型電動機は同期速度よりも数十回転/分遅い速度で回転します。回転磁界（または同等の脈動磁界）は実質的に回転子よりも速く回転するため、回転子の表面を滑り抜けると言えます。同期速度と実際の速度の差はすべりと呼ばれ、電動機に負荷をかけると、電動機がわずかに減速するため、すべりの量が増加します。無負荷の場合でも、内部の機械損失によりすべりはゼロになりません

AC モーターの速度は、主に AC 電源の周波数と固定子巻線の極数によって決まり、次の関係に従います。 $${\displaystyle N_{\mathrm {s} }=120{F \over p}}$$

ここで

• Ns_は同期速度（回転数/分）です（）
• Fは交流電源周波数（サイクル/秒（ヘルツ、Hz））です
• pは相巻線あたりの極数です。

定数 120 は、1 分あたり 60 秒の変換と各位相に 2 つの極が必要であることを組み合わせた結果です。

誘導電動機の実際の回転数は、この計算された同期速度よりも、スリップと呼ばれる量だけ低くなります。このスリップは、発生するトルクに応じて増加します。無負荷時には、速度は同期速度に非常に近くなります。負荷がかかった場合、標準的な電動機では2～3%のスリップが生じますが、特殊な電動機では最大7%のスリップが生じることがあります。また、トルク電動機と呼ばれる種類の電動機は、100%のスリップ（つまり、0 rpm、フルストール）。

AC モーターのスリップは次のように計算されます。 $${\displaystyle S=(N_{\mathrm {s} }-N_{\mathrm {r} })/N_{\mathrm {s} }}$$

ここで

• Nr_は回転速度（回転/分）であり、
• Sは正規化されたスリップ比であり、範囲は 0 から 1 です。

例えば、典型的な4極モータは60Hzの銘板定格は次の通りです。最大負荷時には1725rpmであるが、計算上の回転速度は1800 rpm。このタイプのモーターの速度制御は、従来、モーター内にコイルまたは極を追加し、そのオン/オフを切り替えることで磁場の回転速度を変化させることで行われてきました。しかし、パワーエレクトロニクスの進歩により、電源周波数を変化させることで、モーターの速度をよりスムーズに制御できるようになりました。

このタイプのローターは誘導レギュレータの基本的なハードウェアであり、回転磁場を純粋に電気的（電気機械的ではない）アプリケーションとして 使用する例外です。

多相かご形回転子

最も一般的な交流モーターは、ほぼすべての家庭用および軽工業用交流モーターに見られるかご形回転子を使用しています。かご形とは、ペット用の回転運動ケージを指します。このモーターの名前は、回転子の「巻線」の形状に由来しています。回転子の両端にはリングがあり、回転子の長さに沿ってリングを接続するバーがあります。通常、回転子の鉄の積層板の間に鋳造アルミニウムまたは銅が流し込まれ、通常はエンドリングのみが目に見えるようになっています。回転子電流の大部分は、抵抗が高く、通常はワニスが塗られた積層板ではなく、バーを流れます。バーとエンドリングでは、非常に低い電圧と非常に高い電流が発生するのが一般的です。高効率モーターでは、回転子の抵抗を低減するために鋳造銅がよく使用されます

動作中、かご型モータは回転する二次側を持つ変圧器と見なすことができます。ローターが磁界と同期して回転していない場合、大きなローター電流が誘導されます。この大きなローター電流はローターを磁化し、ステーターの磁界と相互作用することで、ローターをステーターの磁界とほぼ同期させます。定格無負荷速度で無負荷状態のかご型モータは、摩擦損失や抵抗損失に対抗してローター速度を維持するためにのみ電力を消費します。機械的負荷が増加すると、電気的負荷も増加します。電気的負荷は本質的に機械的負荷と関連しています。これは、一次側の電気的負荷が二次側の電気的負荷と関連している変圧器に似ています。

これが、かご型送風機モーターの始動時に家庭内の照明が暗くなる原因となるものの、ファンベルト（つまり機械的負荷）が外されている状態では始動時に照明が暗くなることがない理由です。さらに、かご型モーターが停止状態（過負荷またはシャフトの固着）にある場合、始動を試みる際に消費する電流は回路抵抗によって制限されます。何らかの手段で電流を制限（または完全に遮断）しない限り、過熱や巻線絶縁体の破壊に至る可能性が高いでしょう。

多くの洗濯機、食器洗い機、大型の独立型ファン、コンプレッサーなどは、かご型モーターの何らかの変種を使用しています。^{[引用が必要]}

多相巻線ローター

可変速が必要な場合、巻線ローターと呼ばれる代替設計が使用されます。この場合、ローターはステーターと同じ数の極を持ち、巻線はワイヤで作られ、シャフト上のスリップリングに接続されます。カーボンブラシは、スリップリングを可変抵抗器などのコントローラに接続し、モーターのスリップ率を変更できます。一部の高出力可変速巻線ローター駆動装置では、スリップ周波数エネルギーが捕捉され、整流され、インバータを介して電源に戻されます。双方向制御電力では、巻線ローターはエネルギー変換プロセスに積極的に関与し、巻線ローターの二重給電構成は2倍の電力密度を示します

かご形ロータと比較すると、巻線型ロータモータは高価で、スリップリングとブラシのメンテナンスも必要ですが、小型パワーエレクトロニクス機器が登場する以前は、可変速制御の標準的な形式でした。現在では、可変周波数駆動のトランジスタインバータが速度制御に使用できるようになり、巻線型ロータモータは普及しつつあります。

多相モーターの始動には、いくつかの方法が使用されます。大きな突入電流と高い始動トルクが許容される場合、端子に全線電圧を印加することにより、モーターを線路全体で始動できます (ダイレクトオンライン、DOL)。始動突入電流を制限する必要がある場合 (モーターが電源の短絡容量に比べて大きい場合)、直列インダクタ、オートトランス、サイリスタ、またはその他のデバイスを使用して、モーターは低い電圧で始動されます。時々使用される手法はスターデルタ (YΔ) 始動です。この手法では、モーターのコイルは最初にスター構成で接続されて負荷を加速し、負荷が速度に達するとデルタ構成に切り替えられます。この手法は、北米よりもヨーロッパで一般的です。トランジスタ駆動装置は、モーターと負荷の始動特性に応じて、印加電圧を直接変えることができます。

このタイプのモーターは、機関車などの牽引用途で一般的になりつつあり、非同期牽引モーターとして知られています^{[引用が必要]}。

二相サーボモーター

典型的な二相ACサーボモーターは、かご型ロータと2つの巻線からなる界磁を備えています

1. 定電圧（AC）主巻線。
2. 主巻線と直交（90度位相がずれている）した制御電圧（AC）巻線によって回転磁界を発生させます。位相を反転させるとモーターは逆回転します。

ACサーボアンプ（リニアパワーアンプ）が制御巻線に電力を供給します。回転子の電気抵抗は意図的に高く設定されており、速度-トルク曲線はほぼ直線的です。2相サーボモーターは本質的に高速・低トルクのデバイスであり、負荷を駆動するために減速比を大きく調整します。

単相誘導電動機

単相電動機は、多相電動機のような固有の回転磁界を持ちません。磁界は極対間で交互に（極性が反転して）変化し、反対方向に回転する2つの磁界と見なすことができます。回転子を特定の方向に動かすには、二次磁界が必要です。始動後、固定子の交番磁界は回転子と相対的に回転します。一般的にいくつかの方法が用いられます

くま取り極電動機

一般的な単相モータはくま取り磁極モータで、扇風機、小型ポンプ、小型家電製品など、始動トルクが低い機器に使用されます。このモータでは、小型の単巻銅製「くま取りコイル」が移動磁界を生成します。各極の一部は銅コイルまたはストラップで囲まれており、ストラップに誘導された電流がコイルを通る磁束の変化に抵抗します。これにより、くま取りコイルを通過する磁束に時間差が生じ、最大磁界強度が各サイクルごとに極面上で上昇します。これにより、ローターとそれに取り付けられた負荷の両方を回転させるのに十分な低レベルの回転磁界が生成されます。ローターが加速するにつれて、主磁界が回転するローターに対して回転するため、トルクは最大レベルまで増加します。

数十年前、バーバー・コールマン社は可逆くま取り極モータを開発しました。このモータは1つの界磁コイルと2つの主極を持ち、それぞれが半分に分割されて2対の極を形成していました。これらの4つの「半極」にはそれぞれコイルが1つずつ配置され、対角線上の半極のコイルは2つの端子に接続されていました。各端子の1つは共通であったため、必要な端子は合計3つだけで済みました。

端子が開いている状態ではモーターは始動しません。一方の端子にコモンを接続するとモーターは一方向に回転し、もう一方の端子にコモンを接続すると逆方向に回転します。これらのモーターは産業機器や科学機器に使用されました。

信号機や広告照明の制御装置には、珍しい可変速・低トルクのくま取りポールモータが使用されていました。ポール面は平行で比較的近接しており、円板がポール面の中央に配置されていました。これは電力量計の円板に似ています。各ポール面は分割されており、片側にはくま取りコイルが、向かい合う側にはくま取りコイルが配置されていました。

コイルに交流電流を流すと、磁極間のギャップに磁界が発生します。ステータコアの平面はディスク上の仮想円にほぼ接線を描いていたため、移動する磁界がディスクを引き寄せ、回転を促しました。

ステーターはピボットに取り付けられており、所望の速度に調整して固定することができます。極をディスクの中心に近づけると回転速度が速くなり、端に近づくと回転速度が遅くなります。^[要出典]

分相モータ

もう一つの一般的な単相交流モータは分相誘導モータ^[18]で、エアコンや衣類乾燥機などの大型家電製品によく使用されています。くま取り極モータと比較して、これらのモータははるかに大きな始動トルクを提供します

分相モータには、主巻線に対して電気角 90 度の二次始動巻線があり、常に主巻線の両極のちょうど中心に位置し、一連の電気接点によって主巻線に接続されています。この巻線のコイルは、主巻線よりも細いワイヤを少ない巻数で巻いているため、インダクタンスが低く、抵抗が高くなります。巻線の位置によって、主巻線の磁束と始動巻線の磁束の間に小さな位相シフトが生じ、ローターが回転します。モータの速度が負荷の慣性を克服するのに十分になると、遠心スイッチまたは電気リレーによって接点が自動的に開きます。回転方向は、主巻線と始動回路の接続によって決まります。モータが一定の回転を必要とする用途では、始動回路の一端が主巻線に恒久的に接続され、もう一端では接点によって接続が行われます。

コンデンサ始動モーター

コンデンサ始動モーターの回路図

コンデンサ始動モーターは、始動巻線に直列に始動モーターコンデンサが挿入された分相誘導モーターであり、分相モーターや隈取極モーターの両方よりも大きな位相シフト（したがって、はるかに大きな始動トルク）を生成するLC回路を形成します。このモーターには、モーターが始動するとコンデンサを切断する遠心スイッチがあります。このモーターは高い始動トルクを提供します。^{[19] [20] [21]}コンデンサ始動、コンデンサ運転モーターには、モーターを始動するためのコンデンサとモーターを運転するためのコンデンサの2つがあり、始動コンデンサを切断するための遠心スイッチ、またはモーターの補助巻線に並列に接続された逆起電力（バックEMF）リレーがあります。このモーターは高い始動トルクと高効率を提供します。^[19]

抵抗始動モーター

抵抗始動モーターは、始動巻線に直列にスターターが挿入され、リアクタンスを発生させる分相誘導モーターです。この追加されたスターターは、始動と初期の回転方向を補助します。始動巻線は主に細い線で巻数が少なく作られているため、抵抗が高く誘導性が低くなっています。主巻線は太い線で巻数が多く作られているため、抵抗が低く誘導性が高くなっています。^{[22] [23] [24]}

永久分割コンデンサモータ

もう一つのバリエーションとして、永久分割コンデンサ（PSC）モータがあります。^[25]コンデンサランモータとも呼ばれるこのタイプのモータは、高電圧定格の無極性コンデンサを使用して、運転巻線と始動巻線の間に電気的位相シフトを生成します。PSCモータは、ヨーロッパや世界の多くの地域で分割相モータの主流ですが、北米では、可変トルクアプリケーション（ブロワー、ファン、ポンプなど）や可変速度が求められるその他の用途で最も頻繁に使用されています。

比較的低い静電容量と比較的高い定格電圧を持つコンデンサが始動巻線に直列に接続され、運転サイクル全体を通して回路内に留まります。^[25]他の分相モータと同様に、主巻線はより小さな始動巻線と共に使用され、回転の変更は主巻線と始動回路の接続を反転するか、始動巻線を常にコンデンサに接続したまま主巻線の極性を切り替えることによって行われます。ただし、大きな違いがあります。速度感応型遠心スイッチを使用するため、他の分相モータは最高速度、またはそれに非常に近い速度で動作する必要があります。PSCモータは、モータの電気速度よりもはるかに低い速度範囲で動作できます。また、自動ドア開閉装置のようにモータを頻繁に逆転させる必要がある用途では、始動巻線との接触が再び確立される前に、モータを停止寸前まで減速させる機構が必要です。PSCモータではコンデンサが「常時」接続されているため、回転の変更は瞬時に行われます。

三相モータは、2つの巻線を共通化し、3つ目の巻線をコンデンサを介して始動巻線として接続することで、PSCモータに変換できます。ただし、未使用の巻線があるため、同等の単相モータよりも定格電力を少なくとも50%大きくする必要があります。^[26]

同期モーター

回転磁界を持つ三相システム

多相同期電動機

三相モーターのローターコイルへの接続をスリップリングで取り出し、別途界磁電流を流して連続磁場を発生させる場合（またはローターが永久磁石で構成されている場合）、ローターは多相電源によって生成される回転磁場と同期して回転するため、同期モーターと呼ばれます。別の同期モーターシステムとして、ブラシレス巻線ローター二重給電同期モーターシステムがあります。これは、独立励磁式のローター多相交流巻線セットを備えており、同期速度を超えるとスリップ誘導が発生する可能性がありますが、すべての同期モーターと同様に、トルク発生にスリップ誘導は使用しません。

同期モーターはオルタネーターとしても使用できます。

Contemporary synchronous motors are frequently driven by solid state variable-frequency drives. This greatly eases the problem of starting the massive rotor of a large synchronous motor. They may also be started as induction motors using a squirrel-cage winding that shares the common rotor: once the motor reaches synchronous speed, no current is induced in the squirrel-cage winding so it has little effect on the synchronous operation of the motor, aside from stabilizing the motor speed on load changes.

Synchronous motors are occasionally used as traction motors; the TGV may be the best-known example of such use.

Huge numbers of three phase synchronous motors are now fitted to electric cars^{[citation needed]}. They have a neodymium or other rare-earth permanent magnet.

One use for this type of motor is its use in a power factor correction scheme. They are referred to as synchronous condensers. This exploits a feature of the machine where it consumes power at a leading power factor when its rotor is over excited. It thus appears to the supply to be a capacitor, and could thus be used to correct the lagging power factor that is usually presented to the electric supply by inductive loads. The excitation is adjusted until a near unity power factor is obtained (often automatically). Machines used for this purpose are easily identified as they have no shaft extensions. Synchronous motors are valued in any case because their power factor is much better than that of induction motors, making them preferred for very high power applications.

Some of the largest AC motors are pumped-storage hydroelectricity generators that are operated as synchronous motors to pump water to a reservoir at a higher elevation for later use to generate electricity using the same machinery. Six 500-megawatt generators are installed in the Bath County Pumped Storage Station in Virginia, USA. When pumping, each unit can produce 642,800 horsepower (479.3 megawatts).^[27]

Single-phase synchronous motor

Small single-phase AC motors can also be designed with magnetized rotors (or several variations on that idea; see "Hysteresis synchronous motors" below).

If a conventional squirrel-cage rotor has flats ground on it to create salient poles and increase reluctance, it will start conventionally, but will run synchronously, although it can provide only a modest torque at synchronous speed. This is known as a reluctance motor.

慣性により、停止状態から同期速度までローターを瞬時に加速することが困難なため、これらのモーターは通常、始動に何らかの特別な機能を必要とします。中には、ローターを同期速度に近づけるためのかご型構造を備えたものもあります。その他、様々な設計では、小型の誘導モーター（同期モーターと同じ界磁コイルとローターを共有する場合もあります）や、ローターが「正転」方向に始動することを保証する一方向機構を備えた非常に軽量なローターが使用されています。後者の場合、交流電源を印加すると、無秩序な（あるいは一見無秩序に見える）前後へのジャンプ運動が発生します。このようなモーターは必ず始動しますが、逆転防止機構がないため、回転方向は予測できません。ハモンドオルガンの音源は（比較的最近まで）自己始動しない同期モーターを使用し、従来型のくま取り極始動モーターを補助的に備えていました。バネ式の手動補助始動スイッチによって、この補助モーターに数秒間電力が供給されていました。

ヒステリシス同期モーター

これらのモーターは比較的高価で、正確な速度（正確な周波数の交流電源を想定）と低フラッター（高周波の速度変動）での回転が不可欠な場合に使用されます。用途には、テープレコーダーのキャプスタン駆動（モーターシャフトがキャプスタンになる場合もあり）、そして水晶制御が登場する以前は、映画用カメラやレコーダーなどがありました。その特徴はローターです。ローターは磁性合金でできた滑らかな円筒形で、磁化されたままですが、かなり簡単に消磁したり、新しい場所に磁極を置いて再磁化したりすることができます。ヒステリシスとは、金属内の磁束が外部の磁化力よりも遅れることを指します。例えば、このような材料を消磁するには、元々材料を磁化した磁界とは反対の極性の磁界を印加することができます。これらのモーターは、コンデンサ駆動のかご型誘導モーターのようなステーターを備えています。起動時に滑りが十分に減少すると、ステーターの磁界によってローターが磁化され、極は所定の位置に留まりますすると、モーターはローターが永久磁石であるかのように同期速度で回転します。停止してから再起動すると、磁極の位置が変化する可能性があります。所定の設計では、同期速度でのトルクは比較的小さく、モーターは同期速度よりも低い速度で動作することがあります。簡単に言えば、磁束よりも磁界の方が遅れている状態です。

その他のACモーターの種類

ユニバーサルモーターと直巻モーター

ユニバーサルモーターは、AC電源でもDC電源でも動作可能な設計です。ユニバーサルモーターでは、ブラシ付きDCモーターのステーターとローターの両方に巻線が巻かれ、外部電源から電力が供給されます。トルクはローター電流とステーター電流の積の関数となるため、ローターとステーターの両方の電流を反転しても回転は反転しません。ユニバーサルモーターは、ステーター巻線の誘導リアクタンスと渦電流損失が問題になるほど周波数が高くない限り、ACでもDCでも動作できます。ほぼすべてのユニバーサルモーターは、ステーターの巻数が比較的少なくインダクタンスが最小限に抑えられるため、直巻になっています。ユニバーサルモーターは小型で始動トルクが高く、レオスタットやPWMチョッパーなどの比較的簡単な制御で広範囲に速度を変化させることができます。誘導モーターと比較すると、ユニバーサルモーターにはブラシと整流子に固有の欠点があります。それは、比較的高いレベルの電気的ノイズと音響ノイズ、低い信頼性、そしてより頻繁なメンテナンスの必要性です。

ユニバーサルモーターは、小型家電製品や手動電動工具に広く使用されています。1970年代までは、電気牽引（ディーゼル電気鉄道や道路車両を含む電気自動車）の主流でした。多くの牽引電力網では、前述の損失やリアクタンスの問題を克服するために、現在でも16.7Hzや25Hzといった特殊な低周波数が使用されています。現在も広く使用されているユニバーサル牽引モーターは、多相交流誘導モーターや、現代のパワー半導体デバイスによって可能になった可変周波数駆動を備えた永久磁石モーターにますます取って代わられつつあります。

反発モーター

反発モーターは、誘導モーターの一種である巻線型ローターの単相交流モーターです。反発モーターでは、ユニバーサルモーターのように界磁と直列に接続されるのではなく、アーマチュアブラシが互いに短絡されています。変圧器の作用により、ステーターはローターに電流を誘導し、他のモーターのように吸引ではなく反発によってトルクを生成します。いくつかのタイプの反発モーターが製造されていますが、反発始動誘導始動（RS-IR）モーターが最も頻繁に使用されています。RS-IRモーターには、整流子のすべてのセグメントを短絡する遠心スイッチがあり、モーターが最高速度に近づくと誘導モーターとして動作します。これらのモーターの中には、電源電圧調整によってブラシを接触から切り離すものもあります。反発モーターは、適切なモーター始動コンデンサが利用可能になる前に開発されたため、2005年現在、反発モーターはほとんど販売されていません

外側ローター

速度安定性が重要な場合、一部のACモーター（一部のPapstモーターなど）では、ステーターを内側に、ローターを外側に配置することで、慣性と冷却性能を最適化しています。外側ローターは、シーリングファンモーターでも一般的です。

スライディングローターモーター

スライディングローター付きACモーター

コニカルローターブレーキモーターは、ブレーキをコニカルスライディングローターの一体型部品として組み込んでいます。モーターが停止しているとき、スプリングがスライディングローターに作用し、ブレーキリングをモーター内のブレーキキャップに押し付けて、ローターを固定します。モーターに通電すると、その磁場によって軸方向と半径方向の両方の成分が発生します。軸方向成分はスプリングの力を克服してブレーキを解除し、半径方向成分はローターを回転させます。追加のブレーキ制御は必要ありません

円錐型ローターブレーキモータは、50年以上前に発明、設計、導入されて以来、高い始動トルクと低い慣性という特長を備え、高サイクルのダイナミックドライブの要求に理想的であることが実証されています。このタイプのモータ構成は、1963年に米国で初めて導入されました。

単速または2速モーターは、ギアモーターシステムのギアボックスと連結するために設計されています。円錐型ローターブレーキモーターは、マイクロスピードドライブの駆動にも使用されます。

このタイプのモーターは、天井クレーンやホイストにも使用されています。マイクロスピードユニットは、2つのモーターと中間ギア減速機を組み合わせたものです。極めて高い機械的位置決め精度と高いサイクル性能が求められる用途に使用されます。マイクロスピードユニットは、高速用の「メイン」円錐形ローターブレーキモーターと、低速または位置決め速度用の「マイクロ」円錐形ローターブレーキモーターを組み合わせています。中間ギアボックスにより様々な減速比が可能で、異なる速度のモーターを組み合わせることで、高速と低速の間で高い減速比を実現できます。

電子整流モーター

電子整流モーター（ECモーター）は、直流（DC）電力で駆動され、機械的な整流子とブラシではなく、電子整流システムを備えた電気モーターです。BLDCモーターの電流とトルク、および周波数と速度の関係は直線的です。モーターコイルはDCで駆動されますが、ケース内でACから 整流される場合もあります

電力量計モーター

これらは2相誘導モーターで、永久磁石によって回転子の回転速度がメーターを通過する電力に正確に比例するように制御されます。回転子はアルミニウム合金の円盤で、そこに誘導された電流は固定子からの磁界と反応します

分相式電力量計は、ディスクに面した3つのコイルを持つステータを備えています。磁気回路は、透磁率の高いC字型の鉄心によって構成されています。ディスク上の「電圧」コイルは電源と並列に接続されています。コイルの多数の巻き数は高いインダクタンス/抵抗比（Q）を持つため、電流と磁場は印加電圧の時間積分となり、90度遅れます。この磁場はディスクを垂直に貫通し、ディスク面の中心に円形の渦電流を誘導します。これらの誘導電流は磁場の時間微分に比例し、90度進みます。これにより、渦電流は電圧コイルに印加される電圧と同位相になります。これは、抵抗負荷を持つ変圧器の二次側に誘導される電流が一次側に印加される電圧と同位相であるのと同じです。

渦電流は、ディスクの下にある2つの「電流」コイルの磁極片の真上を通ります。各コイルには、負荷インピーダンスに比べて誘導リアクタンスが小さい太い線が数巻き巻かれています。これらのコイルは電源と負荷を接続し、負荷電流と位相の合った磁場を生成します。この磁場は、一方の電流コイルの極からディスクを垂直に上向きに通過し、ディスクを通り下向きにもう一方の電流コイルの極まで戻り、磁気回路が完成して最初の電流コイルに戻ります。これらの磁場がディスクを横切ると、電圧コイルによってディスクに誘起された渦電流を通過し、ディスク上に互いに垂直なローレンツ力が生じます。負荷に電力が流れていると仮定すると、左側の電流コイルからの磁束がディスクを上向きに横切り、渦電流がディスクの中心に向かって放射状に流れ、（右手の法則により）ディスクの前面を右方向に駆動するトルクが発生します。同様に、磁束はディスクを横切って右側の電流コイルへと流れ、そこで渦電流がディスク中心から放射状に流れ、再びディスク前面を右方向に駆動するトルクを生成します。交流の極性が反転すると、ディスク内の渦電流と電流コイルからの磁束の方向が両方とも変化しますが、トルクの方向は変わりません。

したがって、トルクは瞬時線間電圧と瞬時負荷電流の積に比例し、力率が自動的に補正されます。ディスクは永久磁石によって制動されるため、速度はトルクに比例し、ディスクは機械的に有効電力を積算します。メータの機械式ダイヤルは、ディスクの回転数と負荷に供給された正味電力の総量を表示します。（負荷が電力網に電力を供給する場合、ラチェットによって阻止されない限り、ディスクは逆回転するため、正味電力の計測が可能になります。）

分相電力量計では、電圧コイルが2つの「ホット」（線路）端子（北米では240V ^[要出典]）間に接続され、2つの独立した電流コイルが対応する線路端子と負荷端子間に接続されます。線路間負荷と線路間負荷の組み合わせを正しく処理するために、システムの中性点への接続は必要ありません。線路間負荷は両方の電流コイルに同じ電流を流し、線路間負荷が1つの電流コイルのみに同じ電流を流す場合の2倍の速度でメーターを回転させます。そのため、線路間負荷によって消費される電力は、線路間負荷によって消費される電力の2倍として正しく記録されます。

同じ設計の他のバリエーションは、多相（三相など）電力に使用されます。

低速同期タイミングモーター

代表的なものは、ステータ構造を取り囲む多極の中空円筒形磁石 (内部極) を備えた低トルク同期モータです。アルミニウム カップが磁石を支持しています。ステータには、シャフトと同軸の 1 つのコイルがあります。コイルの両端には、縁に長方形の歯が付いた 1 組の円板があり、シャフトと平行に形成されています。これらがステータ極です。1 組のディスクはコイルの磁束を直接分配し、もう 1 枚は共通のくま取りコイルを通過した磁束を受け取ります。極は非常に狭く、コイルの一端から伸びる極の間には、他端からも伸びる同一の極があります。全体として、4 つの極 (くま取りなしとくま取りが交互に) の繰り返しシーケンスが作成され、円周方向の移動磁界が生成され、ローターの磁極がこれに急速に同期します。一部のステッピング モータも同様の構造を備えています。

参考文献

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外部リンク

• シルバヌス・フィリップス・トンプソン：多相電流と交流モーター
• マルティン・ドッペルバウアー教授（工学博士）：電気モーターの発明、カールスルーエ工科大学（KIT）
• ガリレオ・フェラーリス - 「三相電流の父」 - 電気技術会議、フランクフルト 1891 年、多相電動モーターを発明したのは誰か?

• 短編映画「AC MOTORS AND GENERATORS（1961）」は、インターネット アーカイブで無料で視聴およびダウンロードできます。
• 短編映画「AC MOTORS（1969）」は、インターネット アーカイブで無料で視聴およびダウンロードできます。