SRモータのトルク理論 ―可能性と限界の根拠

短期集中連載
モータ新潮流 SR モータが拓く脱レアアース化への道
第2回
SR モータのトルク理論
―可能性と限界の根拠
日本電産モーター基礎研究所 見城 尚志＊
けんじょう たかし：名誉所長
＊
1964 年東北大学修士課程終了後ティアック入社，IT 用精密モータの設計に従事。65 年から職業能力開発総合大学校，81 年教授。
2005 年日本電産モーター研究所所長に就任。08 年から現職。職業能力開発総合大学校で筆者の最初の講義を聴いた 22 歳の学生永守重信氏
は世界一の小型モータメーカー（日本電産）の創業を決意した。著書に Stepping motors and their microprocessor controls など 6 点を Oxford
University Press から出版。近著にモータの根本原理を探る研究の副産物『ピタゴラスの定理でわかる相対性理論』などがある。
初回は SR モータの誕生から実用化の過程で重
ロータの鉄心の両方に突極構造（ポール）を備え，
要な役割を演じた人物を挙げながら SR モータの
ステータのポールには励磁用巻線を巻く。図 1 は
意味を解説した。今回は磁気抵抗（reluctance）の
この構造によってトルクが発生する様子を示す。
性質によって大きなトルクが発生するメカニズム
（a）はステータの突極構造が励磁されたときの磁
と計算原理を解説する。そしてネオジム磁石を使
力線の様子を示している。磁力線にはロータやス
うモータとの比較の一例を展開する。
テータ鉄心の面にゴムひものように張力がはたら
くと考えると，励磁によってステータの突極（ポ
ール）
とロータの突極が整列する向きにトルク
（回
SR モータの原理と特徴
転力）がはたらくことがわかる。
電磁石が鉄片をひきつける。SR モータはまさ
リラクタンス（reluctance）とは磁気抵抗 つま
にこの現象を利用したモータである。ステータと
り磁束の通りにくさ のことである。磁束を発生
端子
＋
θ
i
ポール
ステータ
ポール
電流
トルク
ロータ
外部
電源
磁束φ
端子
負トルク
シャフトに
は負荷があ
るとする
回転
−
ψ＝Nφ，N：巻数
（a）ステータのポールが励磁されて突極型ロータ
にCW方向のトルクが発生する様子を磁力線の
曲がりで解釈する
（b）整列状態では磁気抵抗が
最小でトルク＝0
（c）慣性で回り続けて負トル
ク（制動力）が発生する
図 1 ステッピングモータや SR モータの基本原理；（a）の状態でステータの突極が励磁されると空隙周辺に磁
力線の曲がりが発生して CW 方向のトルクがロータにはたらき，（b）のように整列しようとする。慣性で回
り続けて（c）のようになったときに電流が残っていると制動力が発生する
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機 械 設 計