◉電磁モータとは？ 

11-エンジンもモータ？

モータといえば電気モータのことだとばかり思っていました。けれども、エンジンもモータであると聞きました。モータとは本来どのような意味なのですか？

オートバイは「モータサイクル」
私たちの身の回りにはモータがあふれています。家庭内でも扇風機や洗濯乾燥機のようにクルクル回っている製品のみならず、エアコンやトイレの温水便座、パソ。モータは何らかの動コン、スマートフォンにもモータが使用されています（図）作をするほぼすべての工業製品に搭載されており、自動車などは（電気自動車でなくても）モータの展示場といえるほどに多彩なモータを数多く搭載しています。もちろん、産業現場ではさらに多種多様なモータが活躍しています。
そんな現代社会に欠かせないモータですが、一般に「モータ」といえば電気で回転する電気モータ（電動モータ）が思い浮かびます。しかし、「モータ」の語源はラテン語で「動かす」という意味の「moto」であり、モータとは「原動機」を意味し、必ずしも電気モータのことだけを示すわけではありません。
その証拠に、英語で「motorcycle（モータサイクル）」はオートバイのことをいい、「motor race（モータ レース）」はオートバイや自動車レースを指します。つまり、エンジン（内燃機関）もモータなのです。もちろん、現在は電気モータで走るオートバイや自動車もありますが、電気モータでもエンジンでも動力源になっている機関がモータです。同様に、蒸気機関車の蒸気機関もまたモータといえます。
電磁モータは「機械産業の米」
ただし、本書ではエンジンや蒸気機関を扱わず、主として電気エネルギーで駆動するモータ、とくに電気と磁気の相互作用によって回転力を得るモータを中心に説明します。そして、これを電気モータあるいは電動モータといわずに、電磁モータと呼称することにします。というのは、ほとんどの電気モータは電磁モータだからです。また、電気エネルギーで動くモータにも、電磁作用を利用するのではなく、せきりょく

電気エネルギーを超音波振動に変えたり、静電荷の引力・斥力（反発力）を利用したモータも存在するので、それらと区別します。
実は、電磁モータに使われる電力は世界中で消費されている電力の4割以上を占めるといわれています。それほど電磁モータは社会の重要部品であり、半導体が「産業の米」と呼ばれることになぞらえれば、モータは「機械産業の米」ともいえます。
010

第 1 章 モータはなぜ回るのか？

家電製品や自動車に使用されているモータ
エアコン

温水便座

自動洗浄用バルブ用
モータ

便座開閉用
モータ

送風用モータコンプレッサ用
モータ

乾燥用
ファンモータ※

風向切り替え用
モータ
ノズル駆動・水流切り替え用モータ

消臭用
ファンモータ※ファンモータとはプロペラなどのファン（扇）を回して送風するためのモータ。主に換気･冷却用に使われる。

パソコン
グラフィックボード
冷却用ファンモータ

CPU冷却用ブロワモータ※

スマートフォン

換気冷却用
ファンモータ

カメラ用レンズ
駆動用モータ

光ディスクドライブ
トレー開閉用モータ
光ディスクドライブ
ピックアップ移動用モータ

タッチパネル
振動用モータ

光ディスクドライブ
回転用モータバイブレーション用モータ

HDD（ハードディスクドライブ）回転用モータ※ブロワモータとは空気などの気体を圧縮して高速で送風する装置（ブロワ）の駆動用モータ。

自動車

パワーステアリング用モータ

サンルーフモータ

トランクオープン用モータ

ABS用モータ
ヘッドライトレベライザー用モータ

シート調整用モータシート振動用モータ
ミラー調整用モータ

エンジン冷却用モータ

トルクコンバータ用モータ

アクティブグリル
シャッター用
ギヤードモータエンジンマウント用モータ

ウインドウレギュレータ用モータ
ステアリング振動用モータ
DC・DCコンバータ冷却用モータ
サスペンションオイルバルブ制御用モータ

ここに記載されているモータは一部。
図に描ききれないモータがほかにも数多く使用されている。

P

日本電産（株）の図を参考に作成◎本来、モータとはものを動かす原動機のことをいう

OINT ◎電磁モータは回転や移動だけでなく、あらゆる動作に使用されている◎モータは機械に必要不可欠のデバイスであり、機械産業の米といえる

011

21-

電磁モータの歴史

電磁モータはいつ頃誰が発明したのでしょうか？ また、生物もモータを持っていると聞きましたが、それは何でできていて、大きさはどれくらいなのでしょうか？

始まりは電流による磁気作用の発見
電磁モータは電気と磁気の相互作用によって生じる力で駆動します。その研究開発の歴史は、デンマークの物理学者で化学者でもあったハンス・C・エルステッド（1777―1851）が、1820年に電流によって磁界が生じる現象を発見したことに始まります。そして、一度突破口が開かれると、後は雪崩を打ったように新発見や新発明が続きました。
表に、電磁モータの誕生期における発見と発明の歴史を示しましたが、これを見れば1820年代に次々と画期的な成果が挙がったことがわかります。中でも、フランスの物理学者・数学者のアンドレ＝マリ・アンペール（1775―1836）とイギリスの物理学者・化学者のマイケル・ファラデー（1791―1867）の功績はとりわけ偉大なものです。しかしいずれにしろ、非常に多くの科学者が電気と磁気の研究に心血を注いだ結果、電磁モータの理論とメカニズムの基盤が19世紀にほぼ確立されました。
なお、誰がいつ何を発見・発明したかについては諸説あり、表はそのうち有力と思われる説に基づいています。
生物もモータを持っている
一方、電磁力や電気力とは別の駆動力で動作するモータの開発も、多岐にわたって進められてきました。光を照射することで動く光モータ〈➡ p166〉や、流体の圧、形状記憶合金を使ったアクチュエー
力を利用して駆動する圧力モータ〈➡ p164〉
タなどです。アクチュエータ（actuator）とは「駆動装置」を意味し、モータもその一種であり、モータを組み込んだ駆動装置もアクチュエータと呼ばれます。つまり、モータはアクチュエータですが、アクチュエータすなわちモータではありません。
また、近年研究がとみに活発なのが分子モータ〈➡ p168〉です。分子モータは細胞が持っているナノサイズ（1ナノメートルは10億分の1メートル）の生体分子で、多くはタンパク質からなります。分子モータには細胞内ではたらいているものや、単細胞生物が移動するのに使うべん毛（鞭毛）やせん毛（繊毛）などがあります。
分子モータの研究はナノテクノロジー発展への貢献が期待されています。
012

第 1 章 モータはなぜ回るのか？

電磁モータの歴史年表
年

発見・発明

解説
ページ

1820

導線に電流を流すと近くの磁針が振れる現象を発見

p14

ハンス・C・エルステッド

デンマーク

電流を流した 2 本の導線間に力が生1820 じることや、導線の周囲にできる円状磁界の「右ねじの法則」を発見

p14

アンドレ＝マリ・アンペール

フランス1820 コイルの発明

人名

（国名）

p14

ヨハン・S・C・シュヴァイガー

ドイツ

電流と磁界の大きさの関係を示す「ビ1820
オ・サバールの法則」を共同で発見

p20

ジャン＝バティスト・ビオ/フェリックス・サバール

フランス/
フランス

電流を流した導線の側に置いた鉄が磁石になることを発見

p22

ジョセフ・L・ゲイ＝リュサック

フランス

1820 電磁石を発明

p22

D・フランソワ・J・アラゴ

フランス

1820 電磁作用を利用した回転装置を考案

p24

ウィリアム・H・ウォラストン

イギリス

世界初の電磁回転装置（電磁モータ）を1821
発明

p24

マイケル・ファラデー

イギリス

電流を流した 2 本の導線間にはたらく力の大きさを数学的に解明

p22

アンドレ＝マリ・アンペール

フランス

p22

ウィリアム・スタージャン

イギリス

p24

D・フランソワ・J・アラゴ

フランス

1831 ファラデーの電磁誘導の法則を発見

p26

マイケル・ファラデー

イギリス

誘導電流が磁石の動きを妨げる方向に1834
流れる「レンツの法則」を発見

p26

ハインリヒ・F・E・レンツ

ロシア（ドイツ人）

1834 ブラシモータ（整流子モータ）を発明

p74

モリッツ・H・V・ヤコビ

ロシア

実用可能レベルの直流ブラシモータを1836
発明

p74

トーマス・ダベンポート

アメリカ

1882 二相交流モータの原理を発見

p98

ニコラ・テスラ※p28

ジョン・A・フレミング

1820

1822

1823 馬蹄形の実用電磁石を発明
1824

1885

磁石の動きで円板が回転する「アラゴの円板」の原理を発見

フレミングの法則（右手の法則、左手の法則）を発見

1888 単相交流モータを製作

p138 ニコラ・テスラ※（フランス）
イギリス（アメリカ）※ニコラ・テスラはオーストリア帝国（現クロアチア）生まれ。フランス居住中に単相交流モータを開発し、その後渡米。
発見・発明年は諸説ある中の有力候補。同年内の発明・発見は、月別の時系列に並べたものではない。

P◎電磁作用研究の扉を開いたのはエルステッドである

OINT ◎アンペールは電磁作用によって生じる力の大きさを数学的に解明した◎ファラデーは電磁誘導の法則を発見した

013

◉電流と磁気の関係 31-電流の磁気作用

電流と磁気の相互作用について考えるとき、まず「右ねじの法則」が思い浮かびますが、このほかの重要な知識としてどのようなものがあるのでしょうか？

導線の回りで磁針が振れた！
前ページの年表に記載した発明・発見は、どれも今日の電磁モータ隆盛につながる重要なものばかりですので、各内容について簡単に説明していきましょう。
電流と磁気の相互作用について、世界で初めて報告したのはエルステッドでした。
エルステッドは1820年、導線に電流を流したときに傍らの磁針が振れることを確認し、電流が流れる導線の回りに円状の磁界ができることを報告しました。
歴史的には、電気が磁針の向きを変える可能性を、1802年にイタリアのジャン・D・ロマニョージ（1761―1835）がすでに見出していました。しかし、彼が実験したのは静電荷についてであり、電流を扱いませんでした。加えて、ロマニョージは哲学者であり科学者ではなかったために、彼の研究は科学誌ではなく新聞で報じられただけで、科学界では注目されませんでした。
エルステッドの実験がヨーロッパ中に伝えられると、瞬く間に全土で電流と磁界の研究が過熱しました。アンペールはすぐさま導線の周囲にできる磁界の向きを調。この規則性は、べ、電流の方向に対して右回りであることを確かめました（上図）
右に回すと前進する右ねじになぞらえて右ねじの法則と呼ばれています。
実は、当時はまだ電流の向きを知る術がありませんでした。そこでアンペールは、陽電気が流れる向きを電流の向きとし、磁針の振れで決定することを提案しました。
現在「電流はプラスからマイナスに流れる」とされているのは、ここに由来しています。
コイルの発明ドイツの科学者ヨハン・S・C・シュヴァイガー（1779―1857）は、直線状の導線の上でも下でも横でも磁針が振れることから、1本の導線に電流を流すより、導線を何回も巻けば、その中の磁界の強さが増倍し、磁針が振れる効果が増すだろうと考えました。これは実質的に、電磁石に欠かせないコイル（下図）の発明といえ、はたして予想どおり磁界の強さが増大して磁針が大きく振れました。
なお、シュヴァイガーの増倍器は、今日広く普及しているアナログ指針形の電流計・電圧計の原型となりました。
014

第 1 章 モータはなぜ回るのか？

直線電流の回りにできる磁界

ねじを回す向き
右ねじ

電流の向き

磁界の向き

ねじが進む
向き

直線状の導線に電流を流すと、導線の周囲に円状の磁界ができる。その磁界の向きは電流の向きに対してつねに右回りで、これを右ねじの法則という。

コイルに流れる電流による磁界
電流の向き

電流の向き

コイル内部の磁界の向き

拡大
コイル
電流の向き

コイル内部の磁界の向き

コイル内部の磁界の向き

電流
導線の回りの円状磁界の向き
導線の各部に右回りの円状磁界が生じると考えると、その向きはコ
イルの内部で左向き、コイルの外部で右向きにそろう。
《磁界と磁場》
磁力がはたらく空間を、工学では磁界、理学では磁場と呼ぶことが多いが、同じものである。電界と電場も同様。

右手の指の根元から指先に向けて電流が流れるようにすると、立てた親指の方向がコイル内部の磁界の向きを示す。これを右手の法則と呼ぶこともあるが、ファラデーの右手の法則とは別物である。

P◎導線に電流を流すと周囲に円状の磁界ができる（エルステッド）

OINT ◎その円状磁界の向きは右ねじの法則に従う（アンペール）◎コイルの中の磁界は直線状の導線 1 本の磁界より強くなる（シュヴァイガー）015