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締切り済みの質問

DCモーターとACモーター

最近DC扇風機が人気で その特徴の一つに
電気代が安い らしい

考えてみて
ACとDCのモーターを比較したとき
多くのモーターにおいて

DC 外側の固定部分に永久磁石を利用
AC 外側もコイルで磁石を作る

回転部はどちらもコイルで磁石を作る

そこで
ACモーターは外側に磁石を作る分エネルギーが必要
極端に言えば DCの2倍の電力がいる
これだと 磁石がエネルギーを生む とも言える

そんなことはない
効率100%としたら
100Wの電力ならDCでもACでも送風の仕事率は等しく
100Wである

どちらが正しいのか分らなくなってきました
後者だと思うのですが 前者の誤りはどこでしょう?
又何故DCモーター扇風機の方が消費電力が少ないのでしょうか?

工業高校 電気科程度の理解力です

投稿日時 - 2015-06-12 17:01:15

QNo.8992845

困ってます

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回答(7)

ANo.7

私も調べてみたら、DC扇風機の電気代が安い(消費電力が小さい)のは本当らしい。
貴殿が指摘するとおり、「効率100%としたら100Wの電力ならDCでもACでも送風の仕事率は等しく
100Wである」は正しいと思います。(等しい回転数で、同じプロペラを使用)
しかし、効率100% のモーターを作ることはできません。
そうすると、DC扇風機の方が電気代が安いのは、「DCモーターの方が効率が良い」ということになります。
AC扇風機に使用されているモーターの多くはインダクションモーター(誘導電動機)です。
DC扇風機に使用されているモーターは回転子(電機子)に永久磁石が使われたブラシレスモーターと思われます。
インダクションモーターは、固定子に銅線が巻いてあり、銅線に交流電流を流すことにより固定子の内側に回転磁界を作り出します。回転子は、見たところだだの円筒のようですが、その円筒は、薄い鉄板(ケイ素綱板)を多数重ねたものです。その円筒の外側に近いところを軸と平行に丸く打ち抜いて、そこに銅線またはアルミ線が埋め込まれています。
固定子によって作られた回転磁界により、銅線またはアルミ線に電流が流れます。この電流と回転磁界の相互作用により力を生じ、回転子が回転します。
このプロセスの中で発生する損失は、(1)固定子の巻き線が抵抗成分を持つために発生する銅損、(2)固定子の巻き線に流れる交流電流により固定子を磁化するときの磁化曲線(電流と磁束の関係)が直線でないために起きる鉄損、(3)固定子により作られた回転磁界により回転子の銅線またはアルミ線に流れる電流による銅損、などがあります。
そのうち、(2)と(3)は、ブラシレスDCモーターにはないものです。
それで、DCブラシレスモーターの方がインダクションモーター(ACモーター)より効率が良いのだと思います。

DCモーターを扇風機用として使用した場合の長所はもう一つあります。速度制御が容易かつ、効率を犠牲にせず速度を変えることができるので、インダクションモーターでは実現が難しい、超低速回転(微風)が可能です。

寿命の点では、インダクションモーターに軍配が上がるでしょう。構造または構成が単純だからです。

ご質問の「前者」の部分は、おおむね受け入れることができますが、電磁気学を学んだとしたら、もう少し正確さが必要です。

投稿日時 - 2015-06-13 14:18:37

お礼

納得できそうな回答だとおもいます
自分でもう少し調べてみます

直流モーターを作ってみようと思います
鉄棒にエナメル線でコイルを巻いてブラシをつける
1 両側に磁石をおく
2 両側に鉄心にコイルを巻いて磁石をつくる
2の場合 磁石を作る分 電流が流れ電力がふえる
どの程度か知りたくおもいます

有り難うございました

投稿日時 - 2015-06-14 05:11:34

ANo.6

ACモーターの構造による違いでしょう。
ACモーターでもDCブラシレスモーターと同様の構造のものなら100%に近い効率で動きますが、
多くの扇風機のACモーターは、構造と制御が簡単な「くま取りモーター」を使っています。これは効率が悪いです。(たしか50%ぐらいだったような)

投稿日時 - 2015-06-13 09:59:01

お礼

くま取りモーター  知らなかったので調べてみました
古い機器に使われていたと思います
DCの場合 AC→DCの変換でロスが出ますよね
これも考慮する必要がありそう
有り難うございました

投稿日時 - 2015-06-14 05:20:15

ANo.5

#2です

>ACモーターは一次銅損(固定子)の損失分があります。

正しくは
ACモーターは二次銅損(回転子)の損失分があります。

です。

そうは言っても、ブラシレスDCモーターは実際のところ永久磁石を使ったACモータですので
「永久磁石を使わないACモーターは二次銅損のためDCモータに比べ効率が悪い」と言える程度でしょう。

投稿日時 - 2015-06-13 08:57:21

お礼

了解です
有り難うございました

投稿日時 - 2015-06-14 05:13:14

工業高校なんだったらモータの分類は知ってますよね。
ACモータ/DCモータというのはモータ(あるいはモータ+ユニット)に供給する電源による分類ですが、
これとは別に電気的に同期しているか、滑っているかという分類があります。
こっちの分類で考えるべきかと。

DCモータというのは単なる売り文句で、実際は同期モータと考えたほうが良いと思います。
#昔、リニアモーターを使った送風機と名乗る製品がありました。単にリニアモータを丸くしただけ。→それって普通の多極の回転型モーターじゃね?

投稿日時 - 2015-06-12 19:13:15

お礼

扇風機の場合
ACモーター AC100Vで直接モーターを回す
DCモーター AC100VをDCに変換しモーターを回す
と理解しています
なぜDCのほうが効率がいいのか?
もう少し調べてみます
ありがとうございました

投稿日時 - 2015-06-14 05:41:18

ANo.3

 DCは外側の固定部分に永久磁石を利用が多く、
ACは外側のコイルで磁石を作るのが多いようですが、
種類が多いので一概には言えないと思います。

 外側も回転部もコイルにして磁石を作るようなものは出来るとは思いますが、高価になるだろうし、エネルギーロスが減るかも?
DCモーターと同じ構造で回転部にコイルで外側に磁石のものはドライヤーや工具などでAC100Vで使われています。 DCモーターの構造の方が効率が高いので採用されていると思います。

 100Wの電力ならDCでもACでも効率が100%で送風の仕事率が100%なら等しく100Wである

 大きな扇風機はACモーターが多いと思いますが、小さな扇風機は消費電力が少ないと思います。
同じ仕事率でもDCモーターの方が効率が高いのかも知れませんが、詳しく検討しないと分からないと思います。

良い質問と思います。古い知識しかないので間違いあるかも、参考まで。

投稿日時 - 2015-06-12 17:52:07

お礼

確かに 多くの種類がありそうですね
なぜ DCの方が効率がいいのか?
まだよく分かっていません
回答ありがとうございました

投稿日時 - 2015-06-14 04:52:38

ANo.2

>ACとDCのモーターを比較したとき
>多くのモーターにおいて

>DC 外側の固定部分に永久磁石を利用
>AC 外側もコイルで磁石を作る

多くはかも知れませんが、ACモータでも磁石(回転子)タイプはあります。
またブラシレスDCモーターは実質ACモータだと思います。

>ACモーターは外側に磁石を作る分エネルギーが必要
> 極端に言えば DCの2倍の電力がいる

2倍はともかくそうなります。

電動機の発生損失は、
固定損(鉄損及び機械損)、
負荷損(一次銅損及び二次銅損)、
その他に分けられ
ACモーターは一次銅損(固定子)の損失分があります。



>100Wの電力ならDCでもACでも送風の仕事率は等しく
>100Wである

消費電力100Wと
モーター出力100Wとは異なります。

投稿日時 - 2015-06-12 17:35:45

お礼

ACだと別の損失があるということでしょうか?
私ももう少し調べてみます
有り難うございました

投稿日時 - 2015-06-14 04:58:06

ANo.1

どちらも正確ではありません。

前者は、そもそも交流のままで回転運動に変える機構を持っているモーターなのであって、直流モーターとは構造が違うので、+側の電圧のときだけ活用するような(-側の電圧を切り捨てるような)無駄な構造はしていません。

後者は、効率100%としたら、という前提が間違っており、モーターとモーターに供給される電源(電圧変化)によって、モーターの効率が最大限に引き出せるかもしれないし、モーターの駆動のためのエネルギーロスや機械的摩擦でのメカニカルロスで効率が下がるかもしれないのです。

単純に一般論にはできず、受電している電力の特性と、要求されるモーター出力から、最適なモーターとそれがACなのかDCなのかを判断しての受電をする、というだけなのです。

投稿日時 - 2015-06-12 17:23:19

お礼

効率100%というのは無理な仮定のようですね
効率そのものが私が問うた 電気代が安い 消費電力が少ない ことなのですから
ただ
私が知りたかったことは
2極のDCモータがあり

1 外側に永久磁石がある
2 外側の磁石を電磁石で作る

この場合の消費電力の違い です
モーターを作って確かめたいと思います

有り難うございました

投稿日時 - 2015-06-14 05:33:09