不思議なモーター

低電圧で高速回転するモーターを考えました。
普通モーターを高速回転させるには電圧を高くします。でも、回転しているときコイルの通電をやめます。すると、逆起電力はリセットされます。そしたらコイルに電気を流すと低電圧でも電流は流れ、モーターは加速します。逆起電力が大きくならないうちにコイルの通電をやめ、逆起電力をリセットしたらまた短い時間電気を流します。これで低電圧で高速回転すると思うんですが、何か勘違いはありますか？

No.20 回答者： CC_T 回答日時： 2013/11/19 12:53

No.19　再々々々・・もうラスト。

>　そして最も近づいた時が最大になります。
だから違いますって。ピークではなく、最接近の瞬間が「コイル電圧ゼロ」です。
参考リンクも一切見ていないですね？　そうでなければそんな結論は出ないはず。
私も文字数けちって十分な説明なんてしてられませんから、ぜひリンクをたどって見てください。

あなたはU字磁石の中のコイルの回転でイメージしていますか？　棒磁石とコイルの往復運動の形で見てますか？
どっちも本当は同じなんですけど、Ｕ字の中のコイルでは「最接近」に相当するのはコイル芯巻きが磁束と平行になった時（コイルが寝たとき：コイルを貫通する磁束が最大）で、このときのコイルに流れる電流はゼロです。コイルが立った時（N,S各極にコイルの両端がそれぞれ近づき、コイルを貫通する磁束が最少になっているとき）、コイルに流れる電流が最大になります。


後学のためにレンツの法則について動画中心で分かりやすい実験内容になっているものを紹介しておきますね。
http://www.youtube.com/watch?v=X5qwlx0K67g
実験としては中学生以下向けまで分かりやすいですが…。

リンクが辿れない環境でご覧になっているのなら、図書館に行って物理の本でお調べ下さい。
キーワードは既に出ています。

それでは、私からは以上とさせていただきます。

この回答へのお礼

リンク見てみましたが、まずコイルに磁石が近づく時は反発の力がかかり、遠ざかる時は吸引の力がかかるのは間違いではないんですが、肝心な部分を見落としています。それは、遠ざかる時吸引の力が働くのは磁石が静止し、コイルに起電力が発生していない状態で遠ざけた場合です。静止状態を作らず連続的に近づけたり遠ざけたりすると異なる現象が起きます。近づけた時逆起電力が発生して電流が流れ反発力が働きますがここで静止状態を作るとコイルの抵抗によってすぐに電圧は０になってしまいます。ところが静止状態を作らずすぐに遠ざけると電圧は発生したままでそこから逆起電力により電圧が降下し始めるわけですが電圧の向きが逆になるわけではないので電流の向きは変わらずに反発力が働いたままになります。

コイルが回転してる動画見ましたが波形が意味不明です。下の波形はコイルを流れる電流だと思いますが上の波形が何を意味してるのか分かりません。コイルに発生してる電圧であれば電流と同じ波形になるはずです。電圧０でなぜ最大の電流が流れるんですか？電流を流してる力は何なんですか？

ちなみにイメージしてたのは鉄心にコイルを巻いた実用的な発電機を想像してました。動画とは発電原理が異なります。

お礼日時：2013/11/19 17:00

No.19 回答者： CC_T 回答日時： 2013/11/19 10:04

No.15　補

やはりコイルの誘導起電力のピークを見誤っておられます。

コイルと磁石が再接近するときがピークになるのではなく、そこが「電圧ゼロ」です。
ファラデーの電磁誘導の法則、レンツの法則を見直してください。

幾つ目の参考リンクだか分かりませんが…
http://www.wakariyasui.sakura.ne.jp/1-2-0-0/1-2- …


あと、遮断された回路でも電圧が生じているって事は、ちょっと濃い物理の話になります。
「磁界、ローレンツ力、導体」、などをキーワードに調べてみるとよいでしょう。

この回答へのお礼

コイルに磁石が近づく時は電圧は上昇してるのがわかると思います。そして最も近づいた時が最大になります。この時は回転を妨げる反発の力が磁石にかかります。遠ざかる時は逆向きの起電力が発生しますが、電圧は最大の状態にあるので電圧の向きが変わるのではなくて電圧を減少させることに使われます。上昇していた電圧が下降へ転じてることからも山の頂上で起電力の向きが変わり電圧を下げる作用をしてるのがわかると思います。この時は電圧電流の向きは変わりませんから回転を加速させる反発の力が磁石にかかります。N極からS極に変わる時も電圧は下降を続け起電力の向きは変わりません。最大の状態にあった電圧は下降し０vになった時初めてコイルに発生してる電圧が逆向きになり、電流が逆向きに流れ始めるわけです。電流が逆に流れ始めると回転を妨げる反発の力が磁石にかかります。逆向きの極がコイルに最も近づいた時が谷の一番深い部分です。遠ざかる時は同様に反発の力を受け加速します。

コイルに近づく時と遠ざかる時は同じ反発の力を受けますからエネルギーはプラスマイナス０で交流の発電機で発電した場合負荷はかからずエネルギー０で発電できることになります。
何かおかしな点はありますか？

お礼日時：2013/11/19 11:21

No.18 回答者： tknakamuri 回答日時： 2013/11/19 08:27

このアイデアは電磁誘導の基本法則である

レンツの法則と違ってしまっているので
根本的にダメですね。逆起電力は電流とは
別に存在しリセットできないという点は
動かし難い事実、かつ基本的な物理法則
なので、まずこの事実を認めることから
始めるべきです。

この回答へのお礼

逆起電力がリセット出来るか出来ないかは今は問題にすることではなくなってしまいました。それは、交流の発電機が負荷０で発電できることに気づき否定根拠が根拠でなくなってしまったからです。
逆起電力がリセット出来ないとしたら電力なしで加速し続けるモーターが出来てしまいますがそれを否定することが出来ない、存在するかもしれないということです。

お礼日時：2013/11/19 11:17

No.17 回答者： unagi-pie 回答日時： 2013/11/18 23:37

＞遮断した時も電圧が発生しているとするとおかしなことになります。

別になりません。

＞発電機で考えると磁石がコイルに近づくとき回路が遮断されていれば反発力は起きずエネルギー０で近づくことができます。

はい。

＞そして、コイルに最も近づいた時回路をつなげます。
＞この時電圧は最大と考えられるので電流も最大から流れ始めるとします。

ちょっと違うけどまぁいいとして。

＞すると磁石には反発の力がかかり加速を始めます。
違います。反発は、正方向に回転する力に対する反発なので、
回転方向とは逆に押し戻す力です。

ある地点をすぎ、遠ざかるときには起電力は反発でなく吸引力として作用し、加速でなく
減速させる方向に働きます。

従って回転方向が維持されるような力にならず、回転を続けることは起こりません。

＞また、コイルに近づくときは遮断して最も近づいた時つなげてやるとまた反発して回転を続
けることになり、

続きません。

＞回路のオンオフだけで回るモーターになってしまします。

なりません。

＞つなげた時電流が流れるとすることに問題があるので

違います。反発と吸引がデタラメな点に問題があります。

＞流れないことにします。

＞でも、コイルから遠ざかる時電圧は減っていきますが電流だけが流れないというのはおかしな状況です。

全然おかしくありません。
どなたかも書いてますが、例えば乾電池。

単体で机上に置きます。化学薬剤などによる働きで起電力が生じ、２端子間には
電位差(=電圧)が生じています。
もし豆電球などを端子間に接続すれば即座に電流が流れ豆電球が点灯することからもそれがわかります。
しかし何も接続しなければ経路がないので電流は流れません。

このように、電流が流れてなくても電位差が生じている状況は存在します。

＞皆さんは回路が遮断されても電圧は発生してるとしていますが、この矛盾をどうお考えですか？

全く矛盾じゃありません。

この回答へのお礼

コイルに最も近づいた時回路をつなげると反発の力がかかり加速を始めるのはそうなる向きに電流が流れるからです。そうなる理由はコイルに近づいてきた時の電圧の向きが引き継がれるからで突然逆向きになるわけではなくただ減少していくだけなんです。電圧の向きに電流が流れるわけですから反発し加速するわけです。
ただこれは回路を遮断してる時も電圧が発生してるとした時で、電圧が発生しないのなら加速は起きません。

コイルから遠ざかる時電圧は減っていき電流だけが流れないのはおかしいというのは回路をつなげているにもかかわらずだからです。乾電池だって回路をつなげれば電流は流れるんだから遠ざかる時回路をつなげれば電流が流れて当然だと思います。

お礼日時：2013/11/19 01:38

No.16 回答者： unagi-pie 回答日時： 2013/11/18 22:06

質問にもどりましょうか。

＞何か勘違いはありますか？

低電圧で済む理由、および従来が低電圧ですまなかった理由、
高速になる理由、および従来が高速でなかった理由

が示されてないので
抽象的にこうすればいいんじゃないの、と示されてもそのような効果に結びつくと思ってるのか
「大いなる勘違い」です。

No.14お礼欄
＞ここで回路をつなげ磁石が遠ざかっていく時電圧は最大から減少へと転じますが
＞電圧の向きが逆になるわけではないので

逆電圧になりますよ。何を根拠にそう言われますか？
「実測したが逆じゃなかった」というならそれは駆動用の電圧をちゃんと取り除いてないからです。
一定の駆動電圧を与えてるのに電圧が下がってるならそれは逆方向に起電力を生じてるからに他なりません。

＞磁石が近づくとき電流が流れ最も近づいた時最大の電流と反発力を受けますが
違います。
反発力が最も大きいのは距離でなく「コイルを通る磁束の増え方が最も多い時」です。
＞遠ざかる時も最大の反発力から遠ざかるわけですから
違います。
遠ざかる、というより「コイルを通る磁束が減るとき」は吸着する方向に起電力が生じます。

＞反発力を受けたままですよね。
違います。反発力を受けたままにはなりません。

＞これって負荷がかからないことになりませんか？
従って「なりません」

二重否定じゃなくて質問者さんが考える理屈をちゃんと説明してくださいよ。
って言っても無駄なんだろうなぁ。
それじゃ理解してくれといくら言っても無理ですよ

この回答へのお礼

今までのモーターは出力を上げようとするとき電圧を上げる必要がありました。電圧を上げるのは回転速度とトルクを上げるためですが、回転速度を上げると逆起電力が大きくなりそれを上回る電圧をかけ電流を流してやる必要があるからです。でも、上げられる電圧には使用限界があります。低電圧で回せられれば使用限界の制約を受けずに済みます。
そこで回路の遮断をして発生していた逆起電力を０vに出来れば低電圧でも電流を流せると思ったわけです。多くの電流が流せれば回転速度とトルクを上げることができます。

と思ったんですが、No.14で気づいた交流用の発電機で発電した時負荷が
発生しないのではということについて、これが本当だとしたら、発電機で回路を遮断した時も皆さんのいう通り電圧が発生していてそれによって電力供給なしで回転するモーターになってもいいのではないかと思うようになりました。なので、今まで言ってきた回路を遮断した時逆起電力が発生することのおかしさの根拠は崩れました。

交流用の発電機で負荷がかからない理由を説明するとNo.15の図を見るとわかると思います。中央の横棒から上半分がプラスの電圧下半分がマイナスの電圧です。山の頂上が磁石がコイルに最も近づいた時つまり、コイルを通る磁束の増え方が最も多い時です。そして磁石が遠ざかっていきますが、図からわかる通り電圧がマイナスになることはなくプラスの電圧が減少していくだけです。電圧が０vになった時初めて電圧がマイナスになるわけです。谷の一番深くなった所が磁石の逆向きの極がコイルに最も近づいた時です。そして磁石がまた遠ざかっていくこの時も電圧が逆になることはなく減少していくだけです。電圧は減少していきますが電流は電圧がかかっている方向に流れていくため電流の向きも逆になることはありません。

負荷がかからない理由で納得できない部分はありますか？

お礼日時：2013/11/19 01:05

No.15 回答者： CC_T 回答日時： 2013/11/18 20:51

No.14捕捉。

考えておられる状態がやっと理解できたと思いますが…。
お説の通りに誘導起電力が回路遮断でゼロに「リセット」される場合、発電機どころか変圧トランスでも二次側回路を接続するタイミング次第で二次側の電圧中央値が代わるか、位相差が出来るなんて辻褄の合わない現象が出ちゃいませんかね？


>　電圧の向きが逆になるわけではないので電圧がかかっている方向、
> つまり右回りに電流が流れるわけです。
整流子によって回路が切り換えられるため、連続的に推移しているように観察されることもありますが、
実際に磁石が遠ざかっていく時はコイルに生じる電圧は逆になって、例にあげられた場合はコイルに
左回りに電流が流れます。
http://www.murata.co.jp/elekids/ele/compo/inductor
http://blog.sizen-kankyo.com/blog/2010/12/000798 …
http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/test/k_jikai.html
http://www.tdk.co.jp/techmag/inductive/200607/in …
など、「コイル」と磁界による電磁誘導について、今一度よくご確認下さい。

この回答へのお礼

図の上側の交流がコンセントから来ているものになります。中央の横棒が０vになり、上半分がプラスの電圧、下半分がマイナスの電圧です。山の頂上が最大電圧でコイルに磁石が最も近づいた時です。そこから電圧が減少へと転じているのがコイルから磁石が遠ざかっているときです。つまり、遠ざかる時も電圧はプラスのままで電流の流れる方向は変わらないんです。この交流を作り出すときは整流子は使われません。

ただ、交流用の発電機では負荷がかからないのではということが、今まで言ってきた回路を遮断した時電圧が発生しないとした根拠が怪しくなってしまいました。

お礼日時：2013/11/19 01:02

No.14 回答者： CC_T 回答日時： 2013/11/18 16:31

No.13：再々

>　遮断した時も電圧が発生しているとするとおかしなことになります。
>　皆さんは回路が遮断されても電圧は発生してるとしていますが、この矛盾をどうお考えですか？
電池と同様にとらえてみて下さい。回路を繋ぐまで、電流は流れません。
回転という「運動エネルギー」が電池の電位差に相当するものです。発電機の回路を繋ぐと、その瞬間から運動エネルギーが電力に変換されます。



>　この時電圧は最大と考えられるので電流も最大から流れ始めるとします。
>　すると磁石には反発の力がかかり加速を始めます。
逆起電力の話ですよね？
『磁石には反発の力がかかり』というのが考え違いされている部分だと思います。
コイルと磁石が近づく時には、コイルを遠ざけようという力を発生する方向に電流が流れ、コイルと磁石が離れていく時には、コイルを引き留めようという力を発生する方向に電流が流れる、それが逆起電力です。

ですから、
> 回路のオンオフだけで回るモーター
は成り立ちません。逆起電力はむしろ回転を止めるブレーキとして現れるものですから、発電機は外部から力を与えて無理やり回してやらなければ電気を取り出せないのです。
モーターとして使っているときと、発電機として使っている時では、ある回転角におけるモータ／発電機の各電極にかかっている電位差（電圧）は正負逆になっていることに注意してください。

この回答へのお礼

磁石が近づく時コイルに右回りの電流が流れる電圧が発生したとします。電流が流れれば反発の力が発生しますが、回路が遮断された状態では電流は流れません。コイルに最も近づいた時最大の電圧が発生します。ここで回路をつなげ磁石が遠ざかっていく時電圧は最大から減少へと転じますが電圧の向きが逆になるわけではないので電圧がかかっている方向、つまり右回りに電流が流れるわけです。そうするとやはり磁石は反発の力を受けるわけです。
これが遮断された状態でも電圧が発生しているとすることのおかしな点です。

では電圧が発生していないとすればどうなるかというと回路をつなげ遠ざかる時電圧０の状態から逆向きの電圧が発生して電流は左回りに流れ磁石は吸引の力を受けるわけです。これなら遠ざかろうとする磁石に近づけようとする力がかかることになりおかしな点は起きません。

今気づいたことなんですが発電した電力を使うということは電流が流れるということですよね。コイルに磁石が近づくとき電流が流れ最も近づいた時最大の電流と反発力を受けますが遠ざかる時も最大の反発力から遠ざかるわけですから反発力を受けたままですよね。これって負荷がかからないことになりませんか？

お礼日時：2013/11/18 18:16

No.13 回答者： CC_T 回答日時： 2013/11/18 10:09

No.10再

> モーターで逆起電力が起きるかは発電機を例に考えてください。
もちろん、起きますよね。

> 問題にしているのは回路を遮断した時電圧は発生するか
> 回路をつなげた時電流は流れるかです。
遮断した時：電圧(電位差）は発生します。
繋げた時：電流が流れます。電磁ブレーキの一種ですね。

投入電力は、ローターをステータに近づけようとする（遠ざけようとする）力を生じさせるもの。
逆起電力は、ローターがステータに近づく（遠ざかる）ことにより生じるもの。また、もう一つ、通電が遮断された瞬間にコイル内部で生じる逆起電力（サージ）もあります。こちらはコイルのL成分によるもので、トランスのような回転しないコイルでも発生しますね。

逆起電力が小さい回転角ではステータとロータの距離が離れているため、ロータに駆動電流を流してもトルクが稼げない。もちろん、ステータとロータの距離が近くて通電効率はいいけれど逆起電力も大きい区間では、低電圧の電源をつないでも「逆流」が大きく、ロスになります。


ところで、「逆起電力のリセット」という表現にはケチを付けましたが、確かに、考えておられるモーターと似たような事は実現されてます。
例えば、よく小さな太陽電池を動力として揺れ続けるオモチャや広告がありますよね。振り子運動による逆起電力をコイル極性の切り替えタイミング検出に使用するというもの。センサレスタイプのブラシレスDCモータも似たようなもので、トルクが稼げないとか高速回転するには高速スイッチングが必要だから後の方の逆起電力もネックになるなんてのはありますけど、低電圧駆動自体はできますね。確か超伝導リニアでも似たような制御を試していたような。


この流れから行くと、質問者殿はBedini MotorやAdams Motorなんてあたりに興味を示されるのではないかと思います。
真面目な人と山師の区別がつかないから混乱する一方なんですけどね(笑)

この回答へのお礼

遮断した時も電圧が発生しているとするとおかしなことになります。
発電機で考えると磁石がコイルに近づくとき回路が遮断されていれば反発力は起きずエネルギー０で近づくことができます。そして、コイルに最も近づいた時回路をつなげます。この時電圧は最大と考えられるので電流も最大から流れ始めるとします。すると磁石には反発の力がかかり加速を始めます。また、コイルに近づくときは遮断して最も近づいた時つなげてやるとまた反発して回転を続けることになり、回路のオンオフだけで回るモーターになってしまします。
つなげた時電流が流れるとすることに問題があるので流れないことにします。でも、コイルから遠ざかる時電圧は減っていきますが電流だけが流れないというのはおかしな状況です。

皆さんは回路が遮断されても電圧は発生してるとしていますが、この矛盾をどうお考えですか？

この問題は回路を遮断した時も電圧が発生しているとすることに問題があるわけです。電圧は発生しないとすればこの問題は解決されます。

発電機で言えることはモーターにも言えることなのでモーターで発生してるはずの逆起電力を回路の遮断で０にしてやれば低電圧高出力駆動ができるわけです。

お礼日時：2013/11/18 15:52

No.12 回答者： unagi-pie 回答日時： 2013/11/18 07:34

＞逆起電力が起きるタイミングを避けるのではなく意図的に逆起電力を０にするので、

＞そのタイミングはいつでもいいわけです。０になればわずかな電圧でも電流は流れ
＞モーターは加速します。

なんか
「自分の足を持って持ち上げれば体が浮く」とか
「右足が沈む前に左足を出せば水上を歩ける」ってのと
同類な気がしますが。

＞意図的に逆起電力を０にする
電流経路を絶てば逆起電力による作用は働きませんがそのままでは回転力を与えることもできず摩擦により回転は止まっていきます。
回転力を続けて与えるためには配線を繋ぎ駆動電力を与える必要がありますが、配線を繋いだ途端に逆起電力が作用します。
逆起電力は「配線を一旦切れば消失する」というものでなく、回転してれば生じます。

この回答へのお礼

配線をつないだ途端に逆起電力が作用するとありますが、どのような作用の仕方かが問題です。電圧０の状態から徐々に増えていくのか、最大の状態から減少していくのか。電流は０の状態から徐々に増えていくのか、最大の状態から減少していくのか。

お礼日時：2013/11/18 15:47

No.11 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2013/11/17 11:59

>回路が遮断されていたら逆起電力はは起きないと考えるのがいいのではと思います。

　いいえ、回路が遮断されているいないに関わらず起電力--正確には電圧は発生します。電力とは電流があってはじめて考えられる物です。
＞逆起電力はコイルに電流が流れるとその電流の流れを妨げる向きに発生する電圧で電流が流れなくなると消失しますが
と私は書きました。(ちょっと不正確だったかも)

　磁界が変化すると、磁界の変化を妨げる方向に電荷は力をうけ移動しようとします。マックスウェルの方程式を持ち出すまでもありませんが。
　たとえば、上がN極、下がS極の磁界の中で左右に伸びた導体を手前に引き寄せると、その導体中にある電荷は導体の移動方向手前から見ると左回りに磁界が発生します。
　←
↓＋↑　手前に引き寄せる　
　→
　このとき外部の磁界は
N N N N N N N N N
↓↓ 　←　 ↓↓
↓↓ ↓＋↑ ↓↓
↓↓ 　→　 ↓↓
S S S S S S S S S
　ですから、電荷は右に移動します。
　そのために、導体の両端には左が＋右が－の電圧が発生します。その時点では仕事を外部に対してすることはできません。
　この導体の両端を接続すると、電流が流れます。そのときにはじめて「起電力」となって仕事をすることができるのですよ。

＞巻き数を減らした場合電流は多く流れますから消費電力は増えます。その分出力も増えます。出力が増えるのはトルクは変わりませんが回転速度が上がることによるものです
　ここも違う。電力とは、P = V・I とあくまで電圧との積ですよ。巻数が減れば電圧は下がりますよ。

　なにか根本的な物理法則の部分で思い違いをされていますよ。

　

この回答へのお礼

知りたいのは発電機の場合で回路が遮断された状態で最大の逆起電力が起きる位置に磁石が来たとき回路をつなげると電流が最大の状態から流れ始めるかということです。流れても流れなくてもどっちにしろおかしなことになります。

巻き数を減らす話はモーターについてです。かける電圧が同じなら短くなった分電流は多く流れ消費電力も増え出力も増えるということです。

お礼日時：2013/11/17 14:07