目次

学習のねらい ............................................................................................ 1
第 1 週 モータと電力 ............................................................................... 3
1.1 DC モータ .................................................................................................... 4
1.1.1 モータとは ............................................................................................ 4
1.1.2 DC モータ ............................................................................................. 7
1.2 AC モータ .................................................................................................. 11
1.2.1 誘導電動機の原理 ................................................................................ 111.2.2 単相誘導電動機 ................................................................................... 141.3 ステッピングモータ ................................................................................... 161.3.1 ステッピングモータの種類 .................................................................. 161.3.2 ステッピングモータの制御 .................................................................. 181.3.3 励磁方法 .............................................................................................. 201.3.4 自起動周波数 ....................................................................................... 211.4 モータと電力 .............................................................................................. 231.4.1 電力について ....................................................................................... 231.4.2 電力量について ................................................................................... 24
1.4.3 正弦波について ................................................................................... 24
1.4.4 ベクトル表示について ......................................................................... 26
1.4.5 交流の電力 .......................................................................................... 29『まとめと練習問題』................................................................................. 32
第 2 週 モータの駆動技術 ....................................................................... 33
2.1 インダクションモータの駆動 ..................................................................... 34
2.1.1 インダクションモータの種類と特徴.................................................... 34
2.1.2 インダクションモータの特性 .............................................................. 342.1.3 始動方法と制動方法 ............................................................................ 372.2 三相モータの駆動方法................................................................................ 402.2.1 三相モータの主回路 ............................................................................ 402.2.2 モータの正・逆転 ................................................................................ 442.2.3 スターデルタ始動回路 ......................................................................... 452.3 モータの制動・各種モータ......................................................................... 47
2.3.1 モータの制動 ....................................................................................... 472.3.2 各種モータ .......................................................................................... 492.4 DC モータ・ステッピングモータの制御 .................................................... 532.4.1 DC モータ制御の種類 .......................................................................... 532.4.2 DC モータの始動と制動 ..................................................................... 532.4.3 DC モータの各種制御 .......................................................................... 562.4.4 DC モータの各種駆動回路 ................................................................... 58
2.4.5 ステッピングモータの制御 .................................................................. 63『まとめと練習問題』................................................................................. 69〜i〜第 3 週 負荷・トルク計算 ....................................................................... 713.1 慣性モーメントの計算................................................................................ 723.1.1 モータ選定の手順 ................................................................................ 723.1.2 慣性モーメント ................................................................................... 743.2 トルクの計算（1）...................................................................................... 783.2.1 モータにかかるトルクの計算 .............................................................. 783.2.2 モータの仮選定 ................................................................................... 82
3.3 トルクの計算（2）...................................................................................... 83
3.3.1 加速トルクの計算 ................................................................................ 833.3.2 実効トルクの計算 ................................................................................ 843.3.3 特性チェック ....................................................................................... 853.3.4 モータの制御 ....................................................................................... 863.4 モータ選定の考え方 ................................................................................... 873.4.1 モータ制御システム ............................................................................ 873.4.2 サーボモータへの要求 ......................................................................... 903.4.3 サーボモータの選び方 ......................................................................... 92『まとめと練習問題』............................................................................... 100
第 4 週 インバータ制御・サーボ制御....................................................... 103
4.1 インバータ制御 ........................................................................................ 104
4.1.1 汎用インバータ ................................................................................. 104
4.1.2 汎用インバータの原理 ....................................................................... 105
4.2 インバータ制御回路技術 .......................................................................... 107
4.2.1 基本回路 ............................................................................................ 107
4.2.2 制御特性 ............................................................................................ 109
4.2.3 使用上の注意 ..................................................................................... 111
4.3 インバータの応用..................................................................................... 1154.3.1 瞬時電圧降下（瞬停）時の運転 ......................................................... 115
4.3.2 簡易位置決め装置 .............................................................................. 117
4.3.3 ベクトル制御によるインダクションモータのサーボ制御 .................. 118
4.4 サーボシステム ........................................................................................ 119
4.4.1 サーボコントローラの選定 ................................................................ 119
4.4.2 サーボコントローラの仕組み ............................................................ 120
4.4.3 入出力信号とサーボアンプ ................................................................ 1224.4.4 サーボモータの選定 .......................................................................... 128『まとめと練習問題』............................................................................... 133
STEP UP ............................................................................................ 134
練習問題の解答 ..................................................................................... 135
索 引................................................................................................. 137〜 ii 〜■ 第 1 週 ■モータと電力【学習のポイント】
英語で motor というと，いろいろな意味があります。
たとえば，動かす人や物，自動車，運動筋肉（神経），それとモータなど。
したがって，日本語で使われる電動機といった意味以外にも数々の場面で使われることになります。いわゆる物理的な力を引き起こす元になるもの，と考えればよいでしょう。
昔々の機械式時計がディジタルに置き換わってから久しいですが，実際の物を動かすロボットになってきますと，従来のモータの働きにとって代わるものはまだ現れていません。確かに，超音波モータやバイオモータなどは考案されましたが，全面的に主役を占めることはまずないでしょう。
モータ以外のアクチュエータ（actuator: 駆動するもの）としては，油空圧シリンダや電磁ソレノイドなどがあげられます。
この週では，各種モータの原理と使い方を中心に学習します。
子供のころに，小学校の理科の時間でエナメル線を巻いてモータを作った経験のある人や，ラジコンやミニ四駆をニッカド電池で走らせたことのある人は，どうかひとつそのころを想い出しながら，新鮮な気持でページを読み進めてください。

〜3〜

第 1 分冊

モータと電力1.1

DC モータ

1.1.1

モータとは

すでに述べたように英語で motor というと，いろいろな意味があります。
たとえば，何かを動かす人，何かを動かす装置，自動車，運動筋肉や運動神経，それと電気のモータなどです。どれもが最終的には物理的な力を引き起こす仕組みのことを指しています。
本書で取り扱うのは，もちろん電気のモータのことです。外部からコイルに電流を流すと，回転力や直進力が簡単に得られるのがモータです。
実際に，モータはさまざまなところに使われています。
携帯電話のマナーモードを知らせるメカニズム，オーディオ機器，洗濯機のような家電製品の中に。
自動車のウィンドウの開閉，電動車椅子の駆動に。
ロボットの関節軸の駆動，コンベアの移送，機械主軸の駆動に。
サイズの小さなものから大きなものまで。
パワーの少ないものから大きいものまで。
エンジニアとしては，そのあたりの使い分けを知る必要があります。
電動モータの動く原理は基本的に同じです。
図 1.1 に示すように，N と S の磁極が作る磁界中に置かれた電線に電流を流すと，直角方向に電線を動かす力が発生します。これが有名なフレミングの左手の法則と呼ばれるものです。この Fleming's left hand rule は，この講座のテキスト中に何度か出てきます。
磁界の方向と電流の方向が決まると，電磁力の発生方向が決められます。それを覚えやすくしたものが図 1.2 になります。
電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換するのが，この法則によって示されます。なお，合せてフレミングの右手の法則についても，図 1.3 と図 1.4 に示します。
これは左手の法則を逆にしたものです。磁界中で電線を動かすと，電線に起電力が発生して電流が流れます。機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するわけで，これが発電機の原理となっています。
〜4〜