モーターについて考えています。

水車とモーターについて考えたのですが、ちょっと雑なままの絵ですが、

水車の回る力も例えば奥に小屋か何かがあって、そこで小麦粉を作るなど仕事力に変わる。
モーターもこのように、結構似ている原理とみても間違いではないということでいいでしょうか

フレミングの左手の法則にも合うし、１８０°回転すると腕が回らなくなり、また切り返して回さないとならなくなる。これがコイルでいう整流子の役割です。


電動機とは、電気エネルギーを力学的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。
一般に、磁場と電流の相互作用による力を利用して
回転運動を出力するものが多い(以下略

質問者からの補足コメント

• モーターの説明図ってどうしてこの長方形が多いんでしょうか。実際は丸型のものが主なのかなと思うのですが。youtubeなどを見ると結構外国でもこの図で説明しているようです。実際に動いてる模型などでは長方形に近い形状のものはほとんどなくコイルの巻き方も違うようでした。（というか図はただの輪でほとんどそれが表現されてない）よく電流の方向が変わりますと言いますが、あくまで銅線を流れる電流の向きで銅線を回すのだからそこのところは当たり前といえばあたりまえですよね。

  
    補足日時：2023/01/01 11:48

• 磁石の磁極は変わらないのだから、それを奥行にとってあとはｘｙ平面で、相互作用による「力」がいつも理想的には導電体の向きを９０度先行するような形になる。とかんがえると一番分かりやすくないですか　モーターに繋がるプロペラなどの部品、部分も省かれていて、何か分かるような分からんような図で他のなどを色々と見ると色んな向きからの説明があり結局何となく大体の観念を伝えるだけの図なんでしょうね。とにかく１８０°回ったところで、コイルの極性はＮということなんでしょうけれど、一旦電流を切り、裏返ったところで仕切り直し、極性が替わり回転します。

    補足日時：2023/01/01 12:03

No.6 ベストアンサー 回答者： joshua01 回答日時： 2023/01/02 17:40

こんにちは。

　追加のコメントをいただいていましたね。
　まだご質問の趣旨をうまく理解できていないのですが、次のような回答ではいかがでしょうか。あまり楽しくない回答ですが---。
　ポイントは、[変な図形化はとにかく計算のため。]
◉モーターの説明に長方形が多い;
　計算の単純化のためです。先にお示しした図では回転力を発生しているのはフレミングの法則によりコイルの外周部分だけで力の大きさはz 軸方向の長さに比例し、モーメント(腕の長さ)は中心軸からの距離になりますのでこれらの長さを明確にできる長方形が便利です。
　お示しいただいた写真は回転子ではなく固定子がコイルになっているタイプですが回転軸をz 軸にあわせてみるとコイルはz 軸方向に直線になっていますね。
　ちなみに長方形を単純に円形に変更して回転力を計算しようとすると、円形を微小部分に分割して積分するという恐ろしい事態が待ってます。
◉磁界を奥行きにとってあとはxy 平面で--;
　確かに回転軸が電流方向と平行な仕組みができるなら磁界方向と回転軸が平行な仕組みもできるかとちょっと考えてみましたがダメでした。　
　磁界は空間を伝わりますが電流は電線が必要で回転の邪魔になる。　泣
◉モーターに繋がる部品も省かれていて---;
　これも計算のためです。例えばエンジンを単純にモーターに置き換えた電気自動車を考えた場合、電流と磁界から一気に部品強度や加速が計算できるならいいですがそれが難しい。電流と磁界などからモーターの回転力を計算し、さらに回転力から歯車の強度などを計算し、さらに計算を重ねてタイヤの回転力や重量から加速を計算予測します。
　物理学や機械設計は構造を楽しく考える他に問題を分割して力などを計算予測することといえますので計算に拒否感があるとこのようなモデル自体に違和感があるかもしれませんね。
◉力が導電体の90度先行する---;
　これが理想的なのは事実ですがそれを実現させてくれないのがフレミングの法則のいやらしいところですね。極性の切り替えも私の描いたような単純モデルでは180度ごとの切り替えですが現実にはこの構造は回転力がcos則で大きく脈動するなど非実用的です 。
　質問者さんの提示の写真のように多極化してもっと細かく切り替える必要があります。

　さてさてすっかり長くなってしまいましたがいかがでしょうか。
　お役に立てば幸いです

この回答へのお礼

ざっくりとした主観的曖昧な疑問に対し色々とありがとうございました。三相交流について今は視たりなどしていますが、２本ずつペアで６本ではじめはしたところ、帰りの線は４本で、そして３本でよいとなったといった説明をみて、結局３つ電源を並列的に回路にしてるからそれでよいということなのかと思いました。物理学や機械設計などに携わるようなあれではないのですがちょっとわけあって調べたりなどしています。また機会がありましたらよろしくおねがいします。

お礼日時：2023/01/03 21:45

No.5 回答者： puyo3155 回答日時： 2022/12/31 15:19

水車は、

水の運動エネルギー　＞　水車の回転エネルギー　＞　別の機械を動かすエネルギー

モーターは

電気エネルギー　＞　モーターの回転エネルギー　＞　別の機械を動かす

ですが、回転エネルギーを得る物理的原理や方法が、水車とモータではまったく違うので、何をもって似ているというか、正確に定義しないと科学的会話になりません。

普通に考えれば、モーターの逆の発電機は、

水の運動エネルギー　＞　発電機の回転エネルギー　＞　電気エネルギー

で、水力を羽で回転にしてエネルギーを利用するとこが、むしろ発電機に似ていると思います。

No.4 回答者： joshua01 回答日時： 2022/12/30 14:31

こんにちは。

　なかなか荒削りなご質問でご質問の趣旨をうまく理解できていなくて申し訳ないのですが、一生懸命お考えのようですので、次のような回答ではいかがでしょうか。添付に私も落書きを付けておきます。
　これらは高校の物理の試験や、電気工事士や無線従事者の資格試験でも出題さされます。

»　基本的な仕組みは共通。軸により回転力を取り出す点も、また、回転力(トルク)は軸部分(座標中心)では発生せず機構の端で発生する点でも共通。(Z 軸部分の長さLとするとF L)。
»　回転力Fの大きさはそれぞれの物理機構のキモ。水車では羽の表裏の圧力差と羽の面積、モーターではフレミングの法則により磁界と電流の強さにコイルの横部分の長さ、さらには巻き数を掛け合わせる。　
»　また、水車では水の流れはx軸方向だがモーターの磁界はz軸方向。また、モーターでは軸の両側で回転力が発生するが水車で同様に発生するためには上下で流れの方向を変える必要がある。(一見、非常識のようだが周囲を水路で囲む方法もある;他の方も示唆されているフランス水車)
»　他方で、質問者さんご示唆のようにモーターでは回転位置により電流の方向を切り替える機構が必要。(昔はブラシ機構が当然でしたが現在では位置センサーと半導体スイッチの組み合わせが増えてきました)　

さてさていかがでしょうか。
お役に立てば幸いです。

No.3 回答者： masa2211 回答日時： 2022/12/30 08:32

まあ、流れを回転力に変える、という点だけ同じであることに同意します。

でも、以下の点は同意できない。

＞フレミングの左手の法則にも合う
フレミングの法則は、力（回転力）、電流、磁界の3つが作用。
水車の場合に無理クリ当てはめてても、
水流＝電流　回転力は回転力。しかし、磁界に該当するモノが無い。
強いて言えば、羽根車のねじりですが、図に挙げた水車では、ねじりは関係ない。

＞１８０°回転すると腕が回らなくなり
プロペラ水車（カプラン水車、チューブラ水車...）は、流水の中にスクリューを置いたものであるので、１８０°回転すると腕が回らなくなるようなことはない。
フランシス水車（発電用水車の大部分はコレ。）は、水車の周囲から水が押し寄せて水車の中心から水が出ていく。
水車は、設計次第でこのような回し方ができるため、１８０°回転すると腕が回らなくなるというのは当てはまらない。
https://kenshoku-bank.com/column/3236/

No.2 回答者： stomachman 回答日時： 2022/12/29 02:28

「結構似ている原理とみても間違いではない」という程度のイーカゲンなアナロジーとしてなら、ま、ご本人が納得するんならそれでいいでしょうよ。

（他人に向かって「どっちも同じ原理だ！」なんて主張したらアカンけれども。）

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2022/12/28 20:32

＞モーターもこのように、結構似ている原理

いったい、何の「原理」に似ているとお考えなのですか？
質問の意図、意味がよく分かりません。