永久磁石直流モーターはどのように機能しますか？

永久磁石直流（PMDC）モーターは、永久磁石（電磁石の代わりに）を使用してステーターの固定磁場を生成する直流モーターの一種です。この設計は構造を簡素化し、エネルギー損失を減少させ、一貫したトルクを提供します。これにより、小型家電、自動車部品、RCモデルなどの用途に最適です。以下は、その主要なコンポーネントと段階的な動作原理の技術的な内訳です。

その動作を理解するためには、まず電気エネルギーを機械的運動に変換するために協力して働く4つの重要な部分を特定します：

固定された外殻は、永久磁石（通常はネオジウム、フェライト、またはサマリウムコバルトで作られています）を収容しています。これらの磁石は、モーター内部に明確な北（N）および南（S）極を持つ固定された放射状の磁場を生成します。

回転する内部コンポーネントは、銅線コイル（アーマチュア巻線）に巻かれた金属コアで構成されています。DC電源に接続されると、電流がこれらのコイルを流れ、ローターを電磁石に変えます。

ローターシャフトに取り付けられた分割銅リング。整流子の各セグメントは、アーマチュアの異なるコイルに接続されています。その役割は、アーマチュア巻線内の電流の方向を正確な間隔で反転させることです。

小さな炭素ブロックが整流子に押し付けられます。これらはブリッジとして機能し、外部電源（例：バッテリー）から回転する整流子とアーマチュアコイルにDC電力を転送します。

PMDCモーターは、基本的な電磁原理に基づいて動作します：同じ磁極は反発し、異なる磁極は引き寄せます。コンポーネントが連続回転を生成するためにどのように協力するかは次のとおりです：

モーターがDC電源（例：12Vバッテリー）に接続されると、電流がカーボンブラシを通り、整流子に入り、最終的にアーマチュア巻線に流れます。この電流はローターを電磁石に変換し、一時的なN極とS極を持ちます。

ステーターの永久磁石は固定された磁場を作ります。アーマチュアの電磁極はこの固定された磁場と相互作用します：

ローターの極がステーターの極と直接一致するように（トルクがゼロになる位置を「磁気デッドセンター」と呼びます）、整流子はローターと共に回転します。整流子の分割は、1つのブラシとの接触を切断し、もう1つに接続します—アーマチュア巻線内の電流の方向を反転させます。

現在の反転はアーマチュアの電磁極を反転させます。例えば、アーマチュアの以前のN極はS極になり、その逆も同様です。これにより、ステーターの永久磁石との間に新しい引力/反発力が生まれ、ローターをデッドセンターを越えて引っ張り、回転を維持します。DC電源が供給されている限り、このサイクルは繰り返され、連続回転を生成します。

永久磁石設計はPMDCモーターに独自の利点を与えます：

スタトル電磁石を活性化するために無駄にされる電力はありません（「シャント巻線」または「シリーズ巻線」DCモーターとは異なります）、そのため効率はしばしば85％を超えます。

永久磁石は電磁石の巻線よりも小型で軽量であり、PMDCモーターはスペースに制約のあるアプリケーション（例：RCカー、ポータブルツール）に最適です。

固定されたステータフィールドは、低速で安定したトルクを提供します。これは、精密位置決めや低速機械などの作業にとって重要です。

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