• 1831년 영국의 물리학자 마이클 패러데이가 공심 코일에서 자석을 움직이면 코일에 전류가 흐르는 '전자 유도 법칙'을 발견했습니다. 전자기 유도의 법칙은 전기 에너지와 기계 에너지가 서로 변환 가능하다는 것을 증명했습니다. 이것이 모터의 발명의 계기입니다. 당시 영국은 제1차 산업혁명기에서 그 원동력이 된 것은 증기기관이었습니다. 전력망도 없었던 시대에 당시의 누구나가 전기로 움직이는 모터의 중요성은 인식할 수 없었습니다.

    모터 시작
  • 패러데이의 전자기 유도를 발견한 이후 수많은 모터가 발명되었습니다. 1834년에는 실용적인 직류 모터가 토마스 대번포트에 의해 발명되었습니다. 그 후, 교류로 모터를 구동하려고 생각한 것이 유고슬라비아의 전기 기술자로 나중에 미국인이 된 니콜라 테슬라입니다. 1882년, 테슬라는 공원을 산책하는 동안 갑자기 회전 자기장의 원리를 생각해 냈습니다. 1887년에는 회전 자계를 사용한 실용적인 2상 교류 모터(유도 전동기)를 완성하였습니다. 그 후, 변압기, 3상 3선식 결선 등의 교류 기술이 확립되어 전력망이 만들어져 갔습니다. 전기가 사용하기 쉬워진 것으로, 모터도 사용하게 되었습니다.

    테슬라의 번쩍임이 있었기 때문에 우리는 전기와 모터가 있는 생활을 할 수 있습니다. 덧붙여서 테슬라는 '발명왕' 에디슨의 회사에 근무했지만 에디슨과 대립하여 1년 정도 퇴직하고 있습니다. 그 에디슨의 명언을 아이러니하고, 다음과 같은 말을 남기고 있습니다. 『천재란 99%의 노력을 무시하는 1%의 흔들림이다.

    실용화로
  • 일본에서 최초로 모터가 사용된 것은 1890년에 개업한 도쿄 아사쿠사의 능운각의 엘리베이터(15~20명을 태워 1층에서 8층까지 승강)이라고 합니다. 일본에 모터를 설계·제조하는 기술은 당연히 없었기 때문에, 미국으로부터 구입된 15마력의 모터(직류 전동기)가 사용되었습니다. 결국, 자주 고장 났기 때문에 1년도 지나지 않고 사용 중지가 되었다고 합니다만, 전동화에의 챌린지를 강하게 느끼게 하는 것이 되었습니다.

    1890년대가 되면, 일본에서도 광산 펌프 등의 용도에 해외제 모터가 사용되게 되었습니다. 당시 일본의 공업기술 수준은 구미에 비해 상당히 낮았기 때문에 전기기기의 대부분을 해외 제품에 의존하고 있었습니다. 그러나 잘 고장난 것 같습니다. 서서히 모터 국산화의 기운이 높아졌습니다.

    1895년, 최초의 국산 모터(유도 전동기)가 탄생했습니다. 그리고 1915년, 순국산의 전기품을 제조 판매하는 회사로서, 바카라 사이트(당시, 바카라 사이트 제작소)가 설립되어, 1917년에 수주품 제1호가 되는 유도 전동기가 세상에 나왔습니다. 그것을 시작으로, 탄광 각사로부터의 펌프용 모터와 사갱권상기용 모터의 수주로 연결되어 갔습니다.

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  • 모터가 태어나 180년, 설계·제조기술과 재료기술, 일렉트로닉스는 진보해, 모터의 성능이나 사용의 용이함은 현격히 좋아졌습니다. 명령에 충실하게 움직이는 서보 모터, 직선으로 움직이는 리니어 모터, 휴대 전화로 진동에 의해 착신을 알리는 진동 모터, 감속 기구를 조합한 기어드 모터 등, 기능이나 구조 등 다양한 분류에 의해 모터의 이름은 붙여지고 있습니다. 또한 동일한 구조의 모터에서도 여러 이름으로 나눌 수 있습니다. 탄갱용으로 시작된 바카라 사이트의 모터도 지금은 산업기계, 로봇, 전기자동차 등의 폭넓은 분야로 활약의 장소를 넓혔습니다. 예를 들어 아래 표와 같이 전기 자동차용 모터에 붙일 수 있는 이름을 들어 보았습니다. 이와 같이 다른 것과의 차이를 알 수 있도록 이름이 붙여진 결과, 모터의 이름은 많이 되어 버렸습니다. 다소 어려운 이야기입니다만, 이것도, 「모터가 다종 다양해진 증거」라고 말할 수 있습니다.

    종류 및 특징
  • 모터에 직류(DC: Direct Current) 통전하는 것은 DC 모터, 그에 대해 교류 통전하는 것은 AC 모터입니다. 브러시리스 DC 모터는 DC 모터의 브러시와 정류자를 반도체 스위치 소자로 대체하여 브러시를 없앤 모터를 말합니다. 유니버설 모터는 DC 모터와 같은 브러시와 정류자를 가지면서 가정용 AC100V를 통전하여 고속으로 돌릴 수 있는 모터입니다. 그 밖에는 구형파 형상의 전류를 통전하여 돌리는 스테핑 모터나 스위치 트릴랙턴스 모터가 있습니다. 초음파 모터는 압전 세라믹에 고주파 전압을 걸어 진동시켜 움직이는 특수한 모터입니다.

    모터 분류
  • 우리가 초등학교 이과 실험에 사용한 모터는 DC 모터입니다. 모형이나 가전, 휴대 전화의 진동 모터에도 사용되고 있어 가장 친숙한 모터입니다. 모터의 구조는 대략적으로 말하면 로터와 고정자로 나뉩니다. 로터는 샤프트와 연결되어 회전하는 부분, 고정자는 모터의 외관을 구성하는 움직이지 않는 부분을 말합니다.

    DC 모터의 고정자에는 영구 자석과 전류를 로터에 공급하는 브러시가 있으며 로터에는 권선과 정류자가 있습니다. 브러시에서 정류자로 DC 전류가 공급되면 정류자에 연결된 권선에 전류가 흐르고 토크가 발생합니다. 여기서 권선과 정류자는 토크가 항상 같도록 전류가 흐르는 구조로 되어 있습니다. DC 모터의 특징은 뭐니뭐니해도 건전지에서도 움직이는 간편함입니다. 모터의 선을 연결하고 바꾸는 것만으로 쉽게 회전 방향을 바꿀 수 있습니다. 이것이 많이 사용되는 이유입니다.

  • 브러시리스 DC 모터를 한입만하면 "DC 모터와 유사한 특성을 가지면서 브러시가 없는 모터"가 됩니다. 그 구조는 고정자에 권선, 로터에 영구 자석이 있습니다. DC 모터에 있던 브러시와 정류자는 없으며 대신 반도체 스위치 소자가 모터 외부에 있습니다. 반도체 스위치 소자는 U상, V상, W상의 3상 권선 중 항상 2상분의 권선에만 직류 통전하도록 동작합니다. 이때 홀 소자 등으로 검지한 영구 자석의 위치에 맞추어 통전을 전환하여 항상 같은 토크를 발생하도록 하고 있습니다.

    브러시리스 DC 모터
  • 동기식 모터는 로터의 한쪽 끝에 설치된 각도 센서의 정보를 사용하여 사인파 구동됩니다. 삼상 권선이 만드는 자계의 회전과 로터의 회전이 동기하기 때문에 동기 모터라고 불립니다. 동기 모터의 구조는 기본적으로 브러시리스 DC 모터와 동일합니다. 그 때문에, 양자가 혼동해 취급되는 경우가 자주 있습니다.

    동기식 모터와 브러시리스 DC 모터의 특징은 DC 모터의 문제인 브러시 마모와 전기 노이즈를 해결할 수 있다는 것입니다. 강력한 희토류 자석을 사용하여 소형화, 고출력화, 고효율화를 도모할 수 있습니다. 이 때문에, 정보기기, 가전, 차재용 모터, 서보 모터 등 폭넓게 사용되고 있습니다. 소형 모터의 생산 대수 중 DC 모터가 70%, 브러시리스 DC 모터와 동기 모터가 20%를 차지한다고까지 알려져 있습니다.

  • 유도 모터의 회전 원리는 프랑스 물리학자 아라고가 발견한 '아라고의 디스크'를 기반으로 합니다. 알루미늄 원판을 U자형 자석으로 끼우고, 그 U자형 자석을 회전 방향으로 움직이면 알루미늄 원판도 같은 방향으로 조금 늦게 회전한다는 현상입니다. U자형 자석의 자계가 알루미늄 원판상에서 변화하는 것으로 알루미늄 원판에 와류상의 전류가 흘러(전자 유도의 법칙), 그 전류와 U자형 자석의 자계의 작용으로 전자력이 발생합니다. 유도 모터는 이 아라고의 디스크를 응용하여 발명되었습니다.

    유도 모터의 고정자도 3상 권선으로 구성됩니다. 로터에는 바구니 모양의 알루미늄 부분 (바구니 형 도체)이 있습니다. 삼상 권선을 정현파 구동하면 그 주파수에서 회전하는 자기장이 발생합니다. 그러면 아라고의 원판의 원리와 같이, 자계의 변화를 받는 바구니 도체에는 전류가 흐르고, 로터는 자계의 회전보다 조금 늦게 돌립니다.

    유도 모터는 영구 자석을 사용하는 브러시리스 DC 모터와 동기 모터에 비해 효율이 떨어집니다. 그러나, 3상 AC200V의 상용 전원에서도 돌릴 수 있는, 홀 소자나 각도 센서가 없어도 돌릴 수 있는, 깨지기 어려운, 인버터 구동으로 고효율인 운전도 가능, 큰 모터로 대출력을 낼 수 있는 등의 특징을 가지고 있습니다. 따라서 산업 분야와 차량에 많이 사용되고 있습니다. 다종다양해진 모터처럼 생물다양성과 비슷하며 구조와 재료 배분의 차이로 폭넓은 성질을 가지고 있습니다.

    유도 모터