【国鉄時代】電車のモーターを解説【鉄道車両の仕組み】

【国鉄時代】電車のモーターを解説【鉄道車両の仕組み】

【書き起こし】【国鉄時代】電車のモーターを解説【鉄道車両の仕組み】

(00:01) [音楽] みなさんこんにちはメカのロマンを探求 する回今回のお題はこれ 古き良き電車の直流直巻モーターを解説 皆さんモーターってを好きですよね 近年は電動機を積んだ自動車ハイブリッド 車や ev が盛り上がっていますが モーターで動く乗り物といえばやはり電車 です ということで今回は電車のモーター それも昔の電車に使われていた曲流直巻 モーターについて調べてきましたのでご 紹介したいと思います 使われていたとは言っても電車の自分は とても長いので当時製造された直流直巻 モーターを積んだ車両がまだまだ鐵路を 走っています 永久磁石開示型 dc ブラシモーター 直流直巻モーターの前に比較的身近な永久 磁石カー字型 dc ブラシモーターの話 からスタートします
(01:05) ミニ四駆などが積んでいるモーターは永久 磁石カー字型 dc ブラシモーターと いう名前をしています 原理や構造については多分中学校か小学校 で習ったはずなのでおさらいですね 永久磁石カー字型のリーシーブラシ モーターはこのような構造になっています コイルが主役の回転するローター 永久磁石が主役の動かないステーター ローターに電気を供給するブラシ ブラシから電気を受け取る整流子 これらが主な構成部品です 永久磁石開示型 dc ブラッシュ モーターというのは永久磁石が海自となっ てプラッシュ思っていて直流電圧で動く モーターをいうわけですね意外とわかり やすいです カイジと次回という単語が約ほしいですが 磁力が働いているばを次回それを作るのが 電車区8 a 9尺などの開示です 時期がある世界とその視界を作る弱という
(02:12) 意味なんでしょうか それはともかくこのモーターに源流を流す とまずはローターのコイルに電流が流れ ます そうするとこのコイルは電磁石になります 電磁石なので n 極が s 極のどちら かになります 電流の向きと s 極 n 極の関係に ついては 右ねじの法則というのがあり どういうふうにコイルを巻いてどっち向き に電流を流せば n 極になるのか s 曲 になるのかが決まります 磁石はご存知のように同じ極同士だと反発 し 異なる曲同氏は引き寄せ合います ここでオーターのローターが電弱になった とき周りには永久弱たちがいますから 反発したり引き寄せられたりするため ローターはぐるっと動きます でも何の工夫もない中でこのような状況に なるとここで回転は止まってしまいます ローターとステーターの n 極と s 極 がお互い引き寄せ合い一番近くなっている
(03:19) 状態が最も安定するからですね これじゃあぐるぐる回転させられません そこでこの安定の状況に近くなった時 ローターに流れる電流の向きを切り替えて やります そうするとローターのレンジャクの曲が逆 になり s 極と n 極で近づいていた はずなのに急に裏切られて s 極同士 ぬ局同士になって反発が起こり ローターはそこからまたぐるっと改憲 しようとしつつ 反対顔の自作に引き寄せられもう半周し ます これを延々と繰り返していきます ブラシ付きの dc モーターではこの ローターに流れる電流の向きの切り替えを ブラシと性粒子がを行います ローターが回転するとブラシが接触する性 粒子が移り変わることによってローターに 流れる電流の向きも変わります そうすると電磁石の曲のも切り替わって いきます
(04:23) この永久磁石海地方 dc ブラシ モーターの特性はこんな感じになります 電圧に変化がない場合に負荷が大きくなっ た場合はトルクが増えていきます それに伴いモーターに流れる源流も増え これらが関係はほぼ一例となります 一方ある程度なら負荷が変わってもその分 トルクが増えるため回転数の低下は少し だけとなります 車で言うと上り坂に差し掛かった時勝手に スロットバルブ開度が大きくなるような 感じですね ここで電圧は何に影響するのかというと 電圧を高くすれば同じ電磁石に流れる電流 は大きくなります だからより大きなトルクが発生します そうするとモーターに余裕が生まれ回転数 が上昇します dc モーターは電源の電圧を制御して コントロールするイメージがありますが実 は間接的に電流の方を変化させて回転数を 制御しているとも言えます
(05:28) dc モーターの特性をもう少し詳しく dc モーターに電源を接続すると どんどん回転数が上昇します でもえいえんに回転数が上昇するわけでは なくいずれ頭打ちします これらをもう少し詳しくお話すると モーターには逆起電力というものが存在し ます モーターは軸を回すと発電機になるという のは有名なお話です ここでモーターに言及を流して回転させる と 実は発電機としても機能しているという ややこしい現象が起こります ここで発生する電気のことを逆起電力と 言います 逆起電力はモーターの回転数が高くなる ほど大きくなります 永久磁石おかあ柱とする dc モーター に電源を接続するとどんどん回転数が上昇 します ところがモーターの回転数が上昇すると逆 起電力の電圧も高まっていきます 逆起電力と電流電圧の関係はこのように
(06:34) なります 電源電圧=逆起電力+コイルの抵抗を かける流れる電流 これはローターの電圧降下ですね 回転数が上昇すると逆起電力が大きくなり ローターにかかる電圧が小さくなります モーター20ボルトの電圧をかけている はずなのに 力が穴ボルトあると感じのローターに さんボルトしかかかっていないというよう な感じの現象が起こる理由ですね 回転数が上がれば上がるほど逆起電力が 大きくなりその分ローターにかかる電圧が 縁していきます 霊圧が坂ではオームの法則によって流れる 電流も減少します さらにホイールが生み出す磁力は電流の 影響を受けるので電流が減ればトルクも 減ります とび区と負荷が釣り合ったところが回転 する上昇の頭打ちポイントになります 逆に負荷が大きくなって回転数が下がると 逆起電力が小さくなってローターにかかる
(07:41) 見かけの電圧が高くなりより多くの電流が 流れ トルクも増えるという流れになりますこの 考えでいくと電源の電圧を高くすれば モーターの回転数は上がりますme電源 電圧=逆起電力+声での抵抗をかける 流れる電流 なので頭打ち状態のモーターの電源の電圧 を高めると大モーターに入る電圧が バランスを破りモーターに流れる電流が 増え 電流に比例するトルクも増加しそのゲット できたトルクの余裕で回転数が増大します そして回転数が大きくなると逆起電力も 大きくなるため また釣り合いポイントに達して回転数上昇 は頭打ちします こういう風な理由で dc モーターの 特性が生まれてくるんですねリーシーンも 他の煮物は加速が鋭いというのはこういっ た裏付けがあります 乗り物に向いている特性ですよね 昔の電車のモーター電池車9回字型 dc
(08:47) モーター メニュープロモーターはローターが電車区 でステーターが永久磁石でした ところが一昔前の電車のモーターは ステーターも電池役になっていますこんな 感じですね なんでわざわざ永久磁石ではなく恋着を 使うのでしょうか 永久磁石で家のならレンジャクへ供給する 無駄な電力を使わなくて済むはずです ところが永久磁石は磁力があんまり強く ありません に4駆くらいなら永久磁石でも大丈夫です が電車を動かすとなるとへ急磁石の磁力で は足りないみたいですね このあたりは近年技術が進歩していて jr九州が運行しているサンマル v 系 電車などは永久磁石を使ったモーターを 積んでいます もっともサンマル v 系電車が進んで いるのはリーシーモーターではなく シンクロナスモーターですけどね さてさてステーターを a キュウリ四作 ではなく連射口にすると強力な次回を得
(09:52) られるだけではなく接続方法や電流の流し 方によってモーターの特性を変えることが できます ローターの電磁石とステーターの電磁石 これらをどのように接続するかだけでも 特性が変わるんです 主な文明は直巻と分負けでその間を取った ような服巻というタイプがあります 分巻モーターはローターとステーターの 電磁石が並列接続されています お互い干渉せずに連雀としての役目を全う します だから分巻モーターは永久磁石を使った モーターと同じような特性になります を探しておくと流れる電流にほぼ比例して 登録が増える 逆に負荷が増えると流れる電流も増える 結果的に負荷が変わっても回転数はあまり 変化しない 電圧を高くすると回転数は上昇する もう一つの曲巻モーターは昔の電車がよく
(10:56) 使っていたモーターです これはステーターとローターの減弱が直列 接続されています 直巻の場合ローターとステーターは直列 接続なのでローターに流れる電流が小さく なると ステーターに流れる電流も減少しますし また逆も成り立ちます これらによって年初に使うには好都合な 特性を持ったモーターになっています 高速回転時の直流直巻モーター さっき解説したように逆起電力によって dc モーターの回転数は決定されます 逆起電力を乱す発電機としての能力を 決める要素は色々ありますが 海自の次回が強ければ強いほど発電機とし て大きな電力を乱します 永久磁石が海自となっているモーターは これを変更することができません 弱い影響磁石でモーターを作れば確かに逆 起電力は小さくなって回転数は上がるかも しれません
(12:01) でもこれをやると今はトルクが細くなって しまいます ここで直巻モーターの個性が発揮されます dc モーターは回転が上昇していくと逆 起電力も大きくなるため 流れる電流が減少します 直流直巻モーターは海自が電磁石でさらに ローターと直列に接続されていますこの 状態で回転数が上昇し電流が減少すると ステー鍛錬着に流れる電流も減り機力が 弱まります開示の次回が洋丸ということは モーターの発電機になってしまうという 能力持ち逆起電力が小さくなります こういう現象によって逆起電力が弱まった 分さらに回転数を積み上げることができる んです だから直流直巻モーターは負荷が小さい時 はどんどん回転数が上昇しますこれは永久 磁石カー字型の dc モーターが持つ 服が変わっても回転数があまり変わらない
(13:05) 性質と異なります なおこの開示の次回が洋丸ことによって高 回転化が可能になっているというのを電車 の制御に積極的に取り入れたのが弱め界磁 という方法ですこれもまさに快地となって いる電車区に流れる電流を減らし 時力を弱めることによってもうたを黄色か 移転させる技術です 低回転時の曲流直巻 no たーーー 先ほどとは逆に低回転の直流直巻モーター はどのような特性を示すのでしょうか 永久磁石カー字型 dc モーターに 大きな負荷がかかるとき 回転数が落ち逆起電力も小さくなります その分電源電圧との差が大きくなり大きな 電流が流れます 天龍が大きくなれば電池弱が強力になりと 力が大きくなります 直巻モータの場合さっきの高回転の時とは 逆にローターに大きな電流が流れると直列 に接続されているステーターにも大きな
(14:10) 電流が流れます ということは海自の電磁石が強くなって よりと服が増強されるという現象が起こり ます だから直流直巻モーターは電車に向いて いる こんな感じで直流直巻モーターを積んだ 電車はローターの電着とステーターの レンジャクが直列に接続されているおかげ で電流による影響度が掛け合わされた以上 になることで 発進時はトルクもりもり 高回転までもあるとさらにビュンビュンも あるという特性になります この特性は電車にぴったりです また速度制御も電圧をいじればいいだけ です 電圧は抵抗をかませる方法やウォーター 同士を直列につないだり a 列に繋い だりの切り替えだけでも調整できます 半導体を使えばチョッパ生業という スイッチを on off するような 方法でも電圧を調整して速度制御は可能 です
(15:13) 直流直巻モーターの特性はちょうど 無段変速キー cvt 乙んが車やバイク のような感じですね スロットル開度とエンジンの回転数が一定 つまり消費するエネルギーが同じでも cvt によって発進時はエネルギーを 取るぷに割り振り 速度が上がってくるとタイヤの回転数に 割り振っていきます 直流直巻モーターはこの変速機としての 勤務を自身で持っています 直流直巻モーターの長所と短所 電車に使う上での直流直巻モーターの長所 と短所を見ていきましょう なぜ従来の電車に対応され今は廃れて しまったのでしょうか 自分で勝手にトルクと速度を割り振って くれる 今までお話ししてきたように直流直巻 モーターは低回転時はトルクが大きく負荷 が小さい場合は回転数が伸びていきます だから電車に積むとトルクが欲しい発進時 にモリモリ加速するし
(16:17) 負荷が小さい場合はどんどん加速していき ます このように広い運転範囲で効率よく働いて くれるモーターと言えます 特に重宝がられるのは八神の瞬間です 発射の瞬間は鬼トルクでぐっと車両を前に 進めてくれます電圧のシェ映画だけで回転 数を変化させられる dc モーターは電圧を高めれば高速で 回転し 下げればゆっくりもあります 一方の ac モーターの回転数は 電源の周波数に依存します 電気の電圧は簡単に変えられても 周波数を変えるのはなかなか困難です 今は大きな電力を扱える半導体があるため これで周波数も自由に変えられる インバーターをつくって電車に搭載し ac モーターを駆動させられます 制御の問題さえ克服できれば ブラッシュと性粒子がない ac モーター の方が後世のだからですね ところが半導体技術が未熟な昭和末期まで
(17:23) は抵抗器やモーターの直列並列の接続また はチョッパ制御などのシンプルな方法で 変えられる 電圧によって制御を行っていてそのために 直流直巻 no たーーーーが使われてい ました ブラシと性粒子がある曲巻モーターに限ら ず dc モーターには基本的にブラシと性 粒子があります この部分は機械的な摩擦が存在するので どうしてもマモが発生します だから定期的なメンテナンスが不可欠と なります またブラシと性粒子の存在はそれ以外の デメリットにもつながっていきます 一方今主力のインダクションモーターと いう ac モーターはかご型という タイプであればブラシが存在しません これによって色んなメリットが生まれてき ます まずはブラシと性粒子のメンテナンスが 不要なため保守のコストが削減できます さらに構造がシンプルなため製造のコスト も安くかつ堅牢です
(18:29) 秋冬部分のブラシや性粒子がないという ことはモーターを高速回転させられます 仮に同じ登録であれば回転数が高いほうが 出力は大きくなりますし同じ出力である ならばブラシア性粒子がないことも含めて インダクションモーターの方が小型軽量に なります 昔小型の dc モーターに 安定化電源を使って高電圧をかける遊びを した時 回転させた瞬間にスタックしてしまった ことがありました 分解して虎周してみたら性粒子が遠心力で 外側に花開いていて裏四にひっかかってい ました いくら電気的に耐えられても機械的に耐え られないんじゃ高速回転は難しいですよね このような形で懐かしい電車達の多く 113系や0系新幹線には極龍著クマ キモヲタが使用されていました これは制御がしやすい上に毒性も電車に 向いていたからですね
(19:33) ところが半導体の技術の進歩によって今は ac モーターの時代になりました 制御の困難さえ乗り越えれば ブラシと性粒子のない ac モーターを 使った方がより高性能な車両を作れるから です ということでご視聴ありがとうございまし た 電車は全く詳しくないので調べものに難化 しましたが個人的に興味のある分野でも あるので勉強しながら動画投稿できればと 思います また今後につながる動画のネタも募集して います 何かリクエストがあればコメント欄にお 願いします [音楽]

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