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電動機

2014-07-16T02:59:50Z

118.159.229.1: /* 電動機の分類 */

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[[ファイル:Motors01CJC.jpg|300px|right]]
'''電動機'''（でんどうき、Electric motor）とは、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する[[電力機器]]、[[原動機]]の総称。'''モーター'''、'''電気モーター'''とも呼ばれる<ref name="motorspeaker">「モーター」というカタカナ表記に関して、[[電気学会]]に於いては「'''モータ'''」という表記方を定めている他、電動機メーカーによっては「モーター」の[[ドイツ語]]表記”Motor”の20世紀前半までドイツ語発音の模範とされた「[[ドイツ語音韻論#舞台発音|舞台発音]]」に基づいた発音方に倣って「'''モートル'''」（或いは「'''モトール'''」）という表記方を用いているところが見られる《[[日本電産]]Webサイト内『[http://www.nidec.com/ja-JP/technology/motor/basic/00009/ モーターとは～1-3-6．超音波モーター]』ページ後半に掲載されているコラム欄『モーターの語源』より；なお「モートル」という表記は、現在、少なくとも[[日立グループ|日立]]系列の[[日立産機システム]]と[[東芝]]系列の東芝産業機器システムに於いて、主にブランド名の中で用いられている》</ref>。

一般に、[[磁場]]（[[磁界]]）と[[電流]]の相互作用（[[ローレンツ力]]）による力を利用して回転運動を出力するものが多いが、直線運動を得る[[リニアモーター]]や磁場を用いず超音波振動を利用する[[超音波モータ]]なども実用化されている。[[静電気力]]を利用した[[静電モーター]]も古くから知られている。

なお、本来、「モーター」という言葉は「動力」を意味し、特に電動機に限定した用語ではない。それゆえ、何らかの動力の役割を果たす装置は、モーターと形容されることもよくある（[[オートバイ|モーターサイクル]]、[[モーターボート]]、[[モーターグライダー]]など）。

以下では、電磁力により回転力を生み出す一般的な電動機を中心に説明し、それ以外の[[リニアモーター]]や[[超音波モータ]]は末尾で簡単に説明する。

== 電動機の構造 ==
回転する電動機は、軸を持ち回転する[[回転子]]（ロータ: Rotor）と、回転子と相互作用して[[トルク|回転モーメント]]を発生させる[[固定子]]（ステータ: Stator）、回転子の回転を外部に伝える回転[[軸]]、回転軸を支える[[軸受]]、損失により発生した[[熱]]を冷却する[[電気機器の冷却方式|冷却装置]]などから構成される。

回転子と固定子の磁界を発生させる部分を[[界磁]]という。

[[整流子電動機]] (Brush Motor)や[[同期電動機]]で、界磁と相互作用させトルクを得るための磁界を発生させるものを[[電機子]]という。

負荷機器と接続するカップリング・回転数を下げて目的の[[トルク]]を得るための[[減速機]]などが付属装置として接続される。

整流子電動機は、[[整流子]]と[[ブラシ]]によって電機子に流れる電流をきりかえ回転方向を保つ。

== 動作原理 ==
電動機にはいろいろな種類があるが、電動機は固定子と回転子があって、どちらかが回転変化する磁界を発生して、その磁界の変化によって、駆動力を得るものである。
===回転子による分類===
整流子電動機以外の、固定子にコイルがあって、コイルに変化する電流を供給することによって、変動する磁界を発生させる電動機について述べると、回転子の種類に分類できる。

# [[永久磁石]]界磁 (Permanent Magnet Type) : 永久磁石の極を円周方向に配置すれば、固定子の極の移動に伴って、駆動力が発生する。
# 電磁石界磁 : 回転子に磁界を持たせることは電磁石でも可能であるので、回転子・固定子とも電磁石とする構成である。
# 透磁率の差 (Variable Reluctance Type) : 磁性体に突起を設けるなどして、磁力線の通り易いところ通りにくいところを設ければ、駆動力が発生する。
# [[アラゴーの円板]] : 金属導体をおけば、磁場の変化により、渦電流が発生し、渦電流のつくる磁界との相互作用で、駆動力が発生する。
# [[巻線]]形[[誘導電動機]] : 導体のコイルをおけば、磁場の変化により、コイルに流れる電流が発生し、それによる磁界との相互作用で、駆動力が発生する。

ある方向に連続的に駆動力を発生するために駆動側のコイルを複数設けて、磁気の位相を順番にずらして駆動力を発生させる配置にする。その方法もまた、いろいろな配置のものが実用化されている。
===界磁や電機子の電流の種類===
次に電機子や1次側巻線によって変動する磁界を発生するための電流の種類については次のようなものがある。
# [[三相交流]] : 商用の三相交流（120度ずつ位相のずれた正弦波）を3つまたはその倍数の数のコイルに供給することによって、回転する磁界を発生することができる。
# 単相交流 : [[コンデンサ]]を使って、位相をずらした、もう1相をつくることが多い。
# [[可変電圧可変周波数制御]][[インバータ]]による三相交流 : 商用の三相交流は周波数が一定なので、起動や速度を変えるためなどのために用いられる。
# [[直流]]パルス : 位相のちがうパルス電圧を、別々のコイルに供給する。いわゆる[[ステッピングモーター]]がこれにあたる。
# [[無整流子電動機]] (Brushless DC Motor) は、[[センサ]]により回転子位置を検出し、それによって直流電流の極性を切り替えるものである。

直流電動機、交流電動機の区分別は電動機の構造の区分でなく、使用法の区分と考えることができ、どちらでも回る電動機もありうる。

== 電動機の分類 ==
* [[整流子電動機]]
** [[永久磁石界磁形整流子電動機]]
** [[電磁石界磁形整流子電動機]]
*** [[直巻整流子電動機]]
*** [[分巻整流子電動機]]
*** [[複巻整流子電動機]]
** [[交流整流子電動機]]
* [[誘導電動機]]
** 三相誘導電動機
*** [[かご形三相誘導電動機]]
*** [[巻線形三相誘導電動機]]
** [[単相誘導電動機]]
* [[同期電動機]]
** [[永久磁石同期電動機]]
*** [[無整流子電動機]]
** [[ステッピングモーター]]
** [[ヒステリシス同期電動機]]
** [[電磁石同期電動機]]
** [[リラクタンスモータ]]

=== その他の分類 ===
* [[交流電動機]] - 交流を入力とする電動機
** [[誘導電動機]]
*** 三相誘導電動機
**** [[かご形三相誘導電動機]]
**** [[巻線形三相誘導電動機]]
*** [[単相誘導電動機]]
** [[同期電動機]]
*** [[永久磁石同期電動機]]
*** [[ステッピングモーター]]
*** [[ヒステリシス同期電動機]]
*** [[電磁石同期電動機]]
** [[交流整流子電動機]]
* [[直流電動機]] - 直流を入力とする電動機
** [[直流整流子電動機]]
*** [[永久磁石界磁形整流子電動機]]
*** [[電磁石界磁形整流子電動機]]
**** [[直巻整流子電動機]]
**** [[分巻整流子電動機]]
**** [[複巻整流子電動機]]
** [[無整流子電動機]]

* 高効率電動機 - 高効率電動機の規格に適合したものである。普通型電動機より損失が少ない。
* [[超伝導電動機]] - [[界磁]]の励磁に[[超伝導]]を使用する電動機

== 電動機の仕様 ==
* [[出力]]
* [[回転数]]
* [[極数]]
* 電源の種類
** [[周波数]]
** [[電圧]]
** [[電流]]
* [[絶縁体#耐熱クラス|絶縁体の耐熱クラス]]
* [[絶縁階級]]
* [[電気機械器具の外郭による保護等級]]

== 電動機の損失 ==
電動機の損失は、入力電力と出力仕事の差として定義される。

* 全損失
** 固定損
*** [[鉄損]] : ヒステリシス損・渦電流損
*** [[機械損]] : 軸受・冷却装置の摩擦損・風損
** 負荷損 : 負荷の変動に比例して発生する損失
*** 抵抗損 ([[銅損]]) : [[電気抵抗]]のある[[電気伝導体]]に流れる[[電流]]によるジュール損
**** 一次抵抗損 : 固定子[[巻線]]によるもの
**** 二次抵抗損 : 回転子巻線によるもの
*** [[漂遊負荷損]] : 抵抗損以外の負荷損

== 特殊な電動機 ==
電動機の多くは電気によって磁界の変化を作り出し、その磁界の変化によって回転力を生み出すものが一般的であるが、以下のようにこれ以外の原理・構造を持つ特殊な電動機がある。

=== リニアモーター ===
[[リニアモーター]]とは、回転式の電動モーターの[[固定子]]に相当する一直線に長く伸びた部分の上に、[[回転子]]に相当する部分を置いて、磁界の変化によって直線運動を得るものである。リニア誘導モータ(LIM)、リニア同期モータ(LSM)、リニア直流モータ(LDM)、リニアステッピングモータ、リニア圧電モータ、リニア静電モータ等がある。

=== 振動モーター ===
; 超音波振動モーター
: [[超音波モータ|超音波モーター]]は振動体の変形による細かな位置変化を摩擦によって回転運動や直線運動に変える。[[ローレンツ力]]を使用する従来のモータと比較して効率が低い
:* [[圧電素子]]による圧電現象を利用しているものは、圧電モータと呼ばれることもある。カメラのフォーカス合わせなどに利用されている。
; 振動モーター
: [[振動モーター]]は携帯電話などでの着信を振動で知らせる目的で開発されたものがある。小型のものでは、回転子の重心が偏って作られ回転子自身が振動を作り出す重りとなっているものがある。

== 歴史 ==
[[ファイル:Faraday magnetic rotation.jpg|thumb|upright|200px|ファラデーの電磁実験（1821年ごろ）<ref>{{cite book | author = Faraday, Michael | title = Experimental Researches in Electricity | year = 1844 | volume = 2 }} See plate 4.</ref>]]
[[ファイル:Jedlik motor.jpg|thumb|200px|[[イェドリク・アーニョシュ|イェドリク]]の "lightning-magnetic self-rotor"（1827年、Museum of Applied Arts, ブダペスト）]]

=== 原理 ===
1821年、イギリスの科学者[[マイケル・ファラデー]]が[[電磁気学|電磁気]]的手段で電気エネルギーを運動エネルギーに変換する実験を行った。上から導線を吊るし、[[水銀]]のプールに少し浸しておき、その上に永久磁石を置く。その導線に[[電流]]を流すと、導線の周囲に丸い磁場が発生し、磁石の周りで導線が回転する<ref>[http://www.sparkmuseum.com/MOTORS.HTM spark museum]</ref>。この実験は学校の物理学の授業でもよく実施されるが、毒性のある水銀の代わりに[[塩水]]を使うこともある。これは[[単極電動機]]と呼ばれる最も単純な形式の電動機である。後にこれを改良した [[:en:Barlow's Wheel|Barlow's Wheel]] もある。これらは実演用の装置でしかなく、動力源として実用可能な構造ではなかった。

1827年、ハンガリーの[[イェドリク・アーニョシュ]]は電磁作用で回転する装置の実験を開始し、それを "lightning-magnetic self-rotors" と呼んでいた。彼はそれを大学での教育用に使っており、1828年には[[固定子]]と[[電機子]]と[[整流子]]を備えた世界初の実用的な[[直流]]電動機の実験に成功した。その固定部分も回転部分も電磁石になっていて、永久磁石は使っていない<ref name="ReferenceA">Electricity and magnetism, translated from the French of Amédée Guillemin. Rev. and ed. by Silvanus P. Thompson. London, MacMillan, 1891</ref><ref>Nature 53. (printed in 1896) page: 516</ref><ref name="mpoweruk.com">[http://www.mpoweruk.com/timeline.htm Battery and Technology History Timeline] Electropedia </ref><ref>http://www.fh-zwickau.de/mbk/kfz_ee/praesentationen/Elma-Gndl-Generator%20-%20Druckversion.pdf</ref><ref>http://www.uni-regensburg.de/Fakultaeten/phil_Fak_I/Philosophie/Wissenschaftsgeschichte/Termine/E-Maschinen-Lexikon/Chronologie.htm</ref><ref>[http://www.mpoweruk.com/history.htm Electrical Technology History] Electropedia </ref>。この装置も実験用であり動力源として使えるものではなかった。

=== 初期の電動機 ===
機械の動力源として使える世界初の[[整流子]]式直流電動機は、イギリスの科学者[[ウィリアム・スタージャン]]が1832年に発明した<ref>{{cite book|last=Gee|first=William|others=|title=Oxford Dictionary of National Biography|publisher=Oxford University Press|location=Oxford, England|year=2004|chapter=Sturgeon, William (1783–1850)|doi=10.1093/ref:odnb/26748 }}</ref>。スタージャンに続き、アメリカで[[トーマス・ダヴェンポート]]とその妻エミリーと共に商用利用可能なレベルの整流子式直流電動機を開発し、1837年に特許を取得した。この電動機は毎分最大600回転で、印刷機などの機械を駆動した<ref>Garrison, Ervan G., [http://books.google.com/books?id=5mvVElGudyYC&pg=PA194&dq=davenport+motor+c&lr=&as_brr=0&as_pt=ALLTYPES "A history of engineering and technology"]. CRC Press, 1998. ISBN 084939810X, 9780849398100. Retrieved May 7, 2009.</ref>。当時電源としては[[電池]]しかなく、その電極用の[[亜鉛]]は非常に高価だった。そのためダヴェンポート夫妻は商業的には失敗し破産した。他にも直流電動機を開発した発明家が何人かいたが、いずれも電源コストの問題に直面した。当時、電力網はまだ存在しなかった。したがって、電源コストに見合うだけの電動機の市場は存在しなかった{{要出典|date=2010年3月}}。

1855年、イェドリクは electromagnetic self-rotors と同様の原理で役に立つ仕事をする装置を製作した<ref name="ReferenceA"/><ref name="mpoweruk.com"/>。また同年、[[電気自動車|電動機で駆動する自動車]]の模型を作っている<ref>http://www.frankfurt.matav.hu/angol/magytud.htm</ref>。しかし、イェドリクの成果は世界的に知られることはなく、その後の電動機開発に影響を与えることもなかった{{要出典|date=2010年3月}}。

1873年、[[ゼノブ・グラム]]は2台の[[発電機]]を接続し、一方が発電した電力でもう一方を電動機として駆動できることを偶然発見した。この[[グラム発電機]]は電動機としても世界で初めて商業的に成功した{{要出典|date=2010年3月}}。

1886年、[[フランク・スプレイグ]]は負荷が変化しても一定の回転速度を維持できる火花の出ない直流電動機を発明した。このころスプレイグは電動機の力を電力網に返す回生技術を発明しており、また[[路面電車]]用の架線から集電する方式も発明した。これらの技術を使い、1887年に[[バージニア州]][[リッチモンド (バージニア州)|リッチモンド]]で路面電車を運用して成功を収め、1892年には電動エレベーターとその制御システム、さらに[[イリノイ州]][[シカゴ]]で集中制御方式の電動式地下鉄（通称[[シカゴ・L]]）を成功させた。スプレイグの電動機と関連発明は産業における電動機需要を爆発的に増大させ、他の発明家が同様のシステムを次々と発明するきっかけを作った。

1888年、[[ニコラ・テスラ]]が初の実用的[[交流電動機]]と[[多相交流|多相送電システム]]を発明した。テスラはその後も交流電動機の開発を[[ウェスティングハウス]]で継続した{{要出典|date=2010年3月}}。

電動機の効率向上は、[[固定子]]と[[回転子]]の隙間を小さくすることが重要だということがなかなか認識されず、数十年間進歩がなかった。初期の電動機ではその空隙が比較的大きく、磁気回路の[[磁気抵抗]]が非常に大きかった。このため、現代の効率的な電動機に比べると、同じ消費電力で発生できるトルクがかなり小さい。その原因は磁石や電磁石が近いほど引き付け合う力が強いため、ある程度離しておこうとしたためと考えられる。効率的な設計では、固定子と回転子の隙間をなるべく小さくし、トルクを発生しやすい磁束パターンにする。

== 電動機に関する短編映画 ==
電動機メーカーの一つ、松下電器産業（現・[[パナソニック]]）の企画の下で、1963年に『'''力の技術-モートル-'''』と題された短編映画（約28分間）が製作されている。

当映画作品では、モーターの原理の説明から始まり、各種モーター製品各々の組み立て現場の光景や完成品の動作光景などが、[[城達也]]の[[ナレーション]]入りで、紹介されている。

ここで、映画タイトルの中に見える「モートル」は、「モーター」のドイツ語表記”Motor”の20世紀前半まで模範とされていたドイツ語発音に基づく表記方である《ちなみにパナソニックでは、現在、「モートル」という表記方は用いられていない（一般産業向けモーター類の生産は継続）》<ref name="motorspeaker" />。

当映画作品は東京シネマ（現・東京シネマ新社）により制作されており、現在は[[科学映像館]]（NPO法人・科学映像館を支える会）Webサイト内に於いて無料公開されている。

== 脚注・出典 ==
{{Reflist}}

== 参考文献 ==
* Donald G. Fink and H. Wayne Beaty, ''Standard Handbook for Electrical Engineers, Eleventh Edition'', McGraw-Hill, New York, 1978, ISBN 0-07-020974-X.
* Edwin J. Houston and Arthur Kennelly, ''Recent Types of Dynamo-Electric Machinery'', copyright American Technical Book Company 1897, published by P.F. Collier and Sons New York, 1902
* {{cite book | last=Kuphaldt | first=Tony R. | title=Lessons In Electric Circuits — Volume II | accessdate=2006-04-11 | year=2000-2006 | chapter=Chapter 13 AC MOTORS | chapterurl= http://www.ibiblio.org/obp/electricCircuits/AC/AC_13.html }}
* {{cite web | title=A.O.Smith: The AC's and DC's of Electric Motors | url= http://www.aosmithmotors.com/uploadedFiles/AC-DC%20manual.pdf |format=PDF| accessdate=2009-12-07}}
* Resenblat & Frienman DC and AC machinery
* http://www.streetdirectory.com/travel_guide/115541/technology/understanding_electric_motors_and_their_uses.html
* Shanefield D. J., ''Industrial Electronics for Engineers, Chemists, and Technicians,''William Andrew Publishing, Norwich, NY, 2001.
* Fitzgerald/Kingsley/Kusko (Fitzgerald/Kingsley/Umans in later years), ''Electric Machinery'', classic text for junior and senior electrical engineering students. Originally published in 1952, 6th edition published in 2002.
* {{cite book | last = Bedford | first = B. D. | coauthors = Hoft, R. G. et al. | year = 1964 | title = Principles of Inverter Circuits | publisher = John Wiley & Sons, Inc. | location = New York | isbn = 0 471 06134 4 }} （インバータ回路は[[可変電圧可変周波数制御]]に使われている）
* B. R. Pelly, "Thyristor Phase-Controlled Converters and Cycloconverters: Operation, Control, and Performance" (New York: John Wiley, 1971).
* John N. Chiasson, ''Modeling and High Performance Control of Electric Machines'', Wiley-IEEE Press, New York, 2005, ISBN 0-471-68449-X.

== 関連項目 ==
* [[発電機]]
* [[電気工学]]
* [[整流子]]
* [[ニコラ・テスラ]]
* [[サイリスタ位相制御]]
* [[スリップリング]]

== 外部リンク ==
{{Commons cat|Electric motors}}
* [http://electojects.com/stepper-jp/ ステッピング・モータの動作原理]
* [http://www.phys.unsw.edu.au/~jw/HSCmotors.html Electric Motors and Generators], [[ニューサウスウェールズ大学]]
* [http://kevinsbrady.net/motors.pdf The Numbers Game: A Primer on Single-Phase A.C. Electric Motor Horsepower Ratings], Kevin S. Brady.
* [http://motor.iea-4e.org/ International Energy Agency (IEA) 4E Annex] 電動機のエネルギー効率に関するサイト
* [http://kmoddl.library.cornell.edu/index.php Kinematic Models for Design Digital Library (KMODDL)] - コーネル大学。様々な機械の動画や写真がある。
* [http://www.ipes.ethz.ch/ipes/2002Feldlinien/feld_dreh.html Javaによるアニメーション: The Rotating Magnetic Field]
* [http://www.kagakueizo.org/movie/industrial/305/ 力の技術-モートル-] - 科学映像館Webサイトより

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ゲーム電卓

2014-05-01T05:22:44Z

118.159.229.1: /* 商品化された主なゲーム内容 */

'''ゲーム電卓'''（ゲームでんたく）は、[[電卓|卓上電子計算機]]に[[コンピュータゲーム]]の機能を盛り込んだ[[多機能化]]商品。[[1980年代]]の[[電子ゲーム]]流行の際に大手電卓メーカー等から発売された。

== 概要 ==
通常、電卓は[[7セグメントディスプレイ]]（数字の8.を基本とし、それを横に複数個並べる事で数値を表現する）の[[液晶]]などによる表示機能を持っているが、ゲーム電卓ではこの表示の画面を使ってゲームをさせるというものである。

はじめに同商品カテゴリを築いたのは[[カシオ計算機]]で、[[1980年]]に発売されたMG-880「デジタルインベーダー」（4,900円）という商品では、垂直軸を座標値でのみ表示する[[インベーダーゲーム]]のような物だった。これは数字で表された敵インベーダーにあわせてプレーヤーが移動ボタンで砲台の数値を増加（敵インベーダーと同じ値にする）させ、発射ボタンで数字インベーダーを撃破する…といったものだった。ゼロ以外の数字インベーダーを撃破した際に撃破した数字の合計が10の倍数になっていればПの形をした[[未確認飛行物体|UFO]]が出現した。これを撃破すると高い点が入るため、暗算力がものをいうゲームでもあった。数字インベーダーの桁が砲台のある左端に届いてしまうと攻撃されたことになり、砲台の表示が ≡ → ＝ → －と減っていく。1つの面内で、全ての砲台が無くなるか、残弾（画面には表示されない）を使い切るとゲームオーバーになる。数字インベーダーを全滅させると砲台と弾数が回復し、次の面へ続く。

初期の物では[[ボードゲーム]]にある[[海戦ゲーム]]のように、数字の表示を仮想的な座標に置き換えた物が主であったが、後に電子ゲームと同じ様にゲーム表示用の専用セグメント（表示枠）を備えた製品も登場し、通勤途中や昼食休みのサラリーマンなどが遊ぶ姿も見られ、このブームに乗じて同じ電卓メーカーの[[シャープ]]も参入したが、当然電卓の基本機能も載せている事から、当時急速に低価格化の進んだ電卓の中にあっては、やや高価な部類であった。

これらの電卓は、音を出す電卓や、時計機能を備えた電卓など、多機能化の一環でさまざまな電卓の方向性が模索された時代でも在ったため、その一過性のブームに乗って販売されていたが、電子ゲームほどには明確なユーザー層が存在していなかった事もあり、あまり多くの種類が発売されないまま、1980年代中ばには一端、姿を消している。

しかしカシオ計算機は[[1990年代]]にも[[ゲームボーイ]]等の携帯ゲーム機人気に目をつけ、再びこれに類する物を発売したが、やはり明確な市場を築けず、現在では変り種電卓として細々と命運を繋ぐ一方、[[占い]]機能等を搭載した電卓も見られ、これらは稀にコミュニケーションツールとして愛用する向きも見られる。

近年ではノスタルジーもあってか、[[パーソナルコンピュータ|パソコン]]や[[携帯情報端末|PDA]]上でゲーム機能を再現する[[ソフトウェア]]も各方面から発表されている。

== 商品化された主なゲーム内容 ==
*インベーダーゲーム（MG-880、[[カシオ計算機]]）
*エイトアタック（MG-885、カシオ計算機）
*[[ボクシング]]（BG-15、カシオ計算機）
*[[野球]]（BB-9、カシオ計算機。CMキャラクターは[[野村克也]]と[[村山実]]が務めた）
*[[スロットマシン]]、[[モグラ叩き]]（MG-777、カシオ計算機）

== 関連項目 ==
* [[電子手帳]] - この機器には、ゲーム機能を追加するオプションカードも存在した。
* [[ポケットコンピュータ]]（ポケコン） - シャープ、カシオ等が発売していたユーザープログラムの実行が可能な携帯型コンピュータ。8セグLEDではなくドットマトリクスによる英文字や記号が表示可能。本来はプログラム可能な関数電卓としての用途をメインとしているが、プログラム実行能力を利用してゲームなども作成可能。

{{video-game-stub}}
{{DEFAULTSORT:けえむてんたく}}
[[Category:電卓]]
[[Category:文房具]]
[[Category:携帯型ゲーム機]]
[[Category:パソコンの歴史]]
[[Category:1980年代の玩具]]

[[en:Mobile game#Calculator games]]
[[zh:图形计算器#遊戲]]