【本】使いこなす DCモータ技術

【タイトル】
使いこなす DCモータ技術
【著者】
見城尚志
【出版社】
日刊工業新聞社
【発売日】
2008年11月
【価格】
2,940円
【目次】

まえがき

第１章 ＤＣモータの特徴と不思議
１.１ 電池で回る不思議
１.２ プラスマイナスの入れ替えで逆転する不思議
１.３ 空回し速度が電圧に比例する不思議
１.４ 回転力が電流に比例する不思議、けれども…
１.５ 素材の不思議
１.６ モータが発電機になる不思議
１.６.１ 少し詳しく観察すると
１.６.２ 速度センサにもなる
１.７ 基本になるコアレスモータ
１.８ ブラシと整流子の不思議
１.８.１ 整流子とモータの生命であるブラシ
１.８.２ もし金属同士の機械的な接触だったら、こんなに寿命が長いはずがない
１.８.３ 記 号
１.９ 無負荷電流の不思議
１.１０ さまざまな構造と単純化の究極―３スロットモータの不思議―
１.１１ ギアヘッドの付いたモータ
１.１２ 単コイルモータ
１.１３ ＲＣ用モータのこと
１.１３.１ モディファイド型とストック型の違い
１.１３.２ ベアリング、軸受に関して
１.１３.３ 巻数のこと
１.１４ ヒューマノイドロボットを進化させたＲＣサーボ
１.１５ 自動車にふんだんに使われるＤＣモータ
１.１６ どこまでがモータになるのか
１.１７ 電磁石型（巻線界磁）モータもある
１.１７.１ 危険な直巻モータの無負荷運転
コラム●交流モータを直流電源に接続するとどうなるか？ 回らないモータと回るモータがある ●生命力あるＤＣモータ ●モータの不思議の始まりは１８２０年

第２章 ＤＣモータの構造と基本原理
２.１ 基本構造とコンポーネント
２.１.１ 基本構成要素
２.１.２ 主磁束と巻線の配置関係
２.２ トルク定数と逆起電力定数の誘導
２.２.１ トルク定数ＫＴの誘導と巻線係数―ＢＬＩ則から
２.２.２ 逆起電力定数ＫＥの誘導
２.２.３ 電磁誘導法則からの導出
２.２.４ ＫＴ＝ＫＥとモータの本質的機能
２.３ 電流路と磁路の分離 スロット型アマチュア
２.３.１ 偶数、奇数、細い、太い
２.４ 整流子とブラシＤＣ―ＡＣ変換の不思議なメカニズム
２.４.１ 転流か整流か
２.４.２ 整流曲線
２.４.３ ブラシの種類と電流密度
２.４.４ ブラシの適正圧力
２.５ ＤＣモータの磁極数
２.６ 磁気回路の要素
２.６.１ 磁石の種類と最大エネルギー積
２.６.２ 電気鉄板
２.７ 巻線の豊富なバリエーション
２.７.１ 集中巻、重巻および波巻
２.７.２ コアレスモータとプリントモータ
２.８ 電機子反作用
２.８.１ 発電機とモータでは現われ方が違う
２.８.２ 磁束総量の減少も電機子反作用
２.８.３ 永久磁石モータでは電機子反作用は低い
２.９ 体格、定格、限界
２.１０ 回転むら・トルクむらの発生
２.１０.１ コギング
２.１０.２ 斜溝によるコギングの低減を見る
２.１０.３ ディテント
２.１０.４ 整流によるトルク脈動のこと
コラム●多くの教科書では ●スロット漏れインダクタンスの影響
●均圧結線 ●なぜ、ブラシと呼ぶのか ●中性帯についての真実 ●コギングの大きなＲＣ用モータ ●ファラディ

第３章 ＤＣモータを等価回路で表す １
３.１ ＤＣモータを電気回路で表す
３.１.１ オームの法則（Ｏｈｍ’ｓ ｌａｗ）
３.１.２ ＤＣモータはオームの法則に従わない
３.１.３ オームの法則に電磁誘導の法則が結びつくとどうなるか
３.１.４ 整流による直流発電
３.１.５ 入力電力、銅損および機械的出力
３.２ シンク電流とＲｅの導入
３.２.１ 無負荷損失の意味
３.２.２ ブラシの電圧降下の表現
３.３ キルヒホッフの法則の適用問題
３.３.１ キルヒホッフの法則（Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ’ｓ ｌａｗ）
３.３.２ 電圧源、電流源、内部抵抗
３.３.３ キルヒホッフの法則は電流源にはなじまない
３.３.４ キルヒホッフの法則と電磁誘導
３.３.５ 外部条件に依存する電圧源と電流シンク
３.４ 無負荷と拘束
３.５ 等価直流原理と漂遊損
３.５.１ 等価直流原理
３.５.２ 逆起電力の脈動成分の影響
３.６ パラメータの決定問題
３.６.１ 異なる電圧での無負荷テストから
３.６.２ 同一電圧での負荷試験によるパラメータ決定
３.７ 等価回路の拡張
３.７.１ 歯車を含めた等価回路
３.７.２ 負荷を電流源と抵抗の並列回路で表す
３.８ 入力、出力、効率、特性曲線
３.８.１ 電力から動力へ
３.８.２ 計算の対象
３.９ 最大化問題
３.９.１ 最大出力
３.９.２ 最高効率条件を考える
３.９.３ 銅損対出力の最大条件
３.９.４ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｑｕｏｔｉｅｎｔ Ｑによる表現
コラム●オーム、キルヒホッフ

第４章 計測と特性調整
４.１ ＤＣモータの運転モード
４.１.１ ３つの基本モード
４.１.２ 発電制動とプラギング
４.２ 計測の原理と方法
４.２.１ 始動トルクと拘束からの計測原理
４.２.２ 電動機領域の延長線から
４.２.３ 回転方向と無負荷電流
４.２.４ 駆動モータを使う方法
４.２.５ 負荷モータとして同期モータを使う方法
４.３ 負荷テストと統計的方法から
４.３.１ 定速負荷による実験から
４.３.２ 統計的な方法
４.４ 電動機モード定常特性の計算
４.４.１ 定常特性の計算法
４.５ 電源から負荷までの整合
４.６ モータ巻線の意味を考える
４.６.１ 使用電圧にあわせた巻替え設計
４.６.２ 電圧不変の巻替え――ＲＣモータの巻替えの意味
４.６.３ 特性調整の巻替え設計（新規モータは基本から）
４.７ 永久磁石の変更とコア長の調整―特性の微調整
４.８ 巻替えと減速比の関係
４.８.１ ギアヘッド付きモータの運転モード
４.８.２ 無負荷
４.８.３ 負荷が付いたときの伝達効率の計測
４.８.４ 減速ギア比の選択
４.９ ブラシ位置と進角
４.９.１ 巻線界磁モータでの実験
４.９.２ ブラシ位置とヨーク断面の関係
４.９.３ 高速回転におけるインダクタンス効果の補償としての進角
コラム●ＰＷＭ運転によるモード間移行―Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓとの関係
●シリーズ化の中から

第５章 定常特性から過渡特性
―ＤＣモータを使った制御システム
５.１ ロボットの指の屈伸機構で考える
５.１.１ パソコンを使う制御システムの複数のＤＣモータ
５.１.２ ＰＣ利用の可能性の探求に
５.２ サーボモータの利用とフィードバック制御
５.２.１ コアレスモータと位置センサの採用
５.２.２ サーボモータとは：広い速度範囲で安定に動作するモータ
５.２.３ 伝達メカニズム
５.３ ＤＣモータの立ち上がり特性の方程式
５.３.１ モータは大きな容量のコンデンサ
５.３.２ 運動エネルギーと静電エネルギーの関係など
５.３.３ シンク電流と等価粘性を考慮する
５.４ 動特性等価回路
５.４.１ バネ要素の組み込み方
５.４.２ 機械・電気系間のパラメータの関係
５.４.３ 立ち上がりを計算する
５.５ 伝達関数の導入
５.５.１ ラプラス変換と特性方程式
５.５.２ Ｌ―Ｒ―Ｃ回路の伝達関数（二次形の場合）
５.５.３ Ｌ―Ｒ―Ｃ回路とモータのアナロジー
５.５.４ 伝達関数を考察する
５.５.５ 減衰係数と共振角周波数
５.５.６ 電気的時定数が無視できるときの伝達関数
５.６ 電圧制御から電流制御へ
５.６.１ 電流制御の物理的意味
５.６.２ 電流制御方式の伝達関数
５.７ ブロック線図
５.７.１ モータ自体のブロック線図
５.７.２ 外 乱
５.７.３ 速度制御システムのブロック線図
５.７.４ 位置決め制御のブロック線図
５.８ ＤＣサーボモータの挑戦課題
コラム●電池の記号

第６章 ブラシ付からブラシレスへ
―電動飛行機の時代に
６.１ ブラシレスモータとはどんなモータか
６.１.１ 構造はＡＣで性質はＤＣ、これがブラシレス
６.１.２ どのような意味でブラシレスモータの性質がＤＣモータなのか
６.１.３ 永久磁石が回るブラシレスモータ
６.２ ブラシ付モータとブラシレスモータの相違と類似
６.２.１ 半導体スイッチ素子を使う転流
６.２.２ ホール素子とホールＩＣ
６.２.３ 単相ブラシレスモータの実現
６.２.４ システムとして
６.２.５ 構造の多様性
６.３ 三相ブラシレスモータの基本要素
６.３.１ ブラシ付モータの場合との対比
６.３.２ 回転方向逆転のメカニズム
６.３.３ 極数とスロット数の組み合わせ
６.４ エネルギー効率に優れる三相ブラシレスモータの解析と計算
６.４.１ 逆起電力
６.４.２ 高調波（ｈｉｇｈｅｒ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ）とその影響
６.４.３ 回路方程式
６.５ 整流・転流
６.６ 起動計算（１２０°通電方式）
６.６.１ 計算理論
６.６.２ ΔとＹの相互変換と結線替え
６.７ センサレス駆動
６.７.１ 中性点電圧の利用原理
６.７.２ 全ディジタル方式
６.８ 等価ＤＣモータとしての見方
６.９ 最先端の小型軽量化に挑む
コラム●結線とその名称

第７章 電磁界理論からみた
ＤＣモータの奥深い不思議
７.１ ヨーロッパの電気力学の歴史から
７.２ どんな理論を展開しようとするのか
７.２.１ 電線や抵抗器の周囲の電磁界から
７.２.２ まず静止しているロータの場合
７.２.３ 面から体積へ
７.２.４ 磁気エネルギーとヒステリシス損失
７.３ トルクを発生して回転しているとき
７.３.１ 被積分関数第１項
７.３.２ （７.１）式右辺被積分関数第２項
７.３.３ トルクの表現式
７.４ 鉄心や永久磁石によるトルクの数学的意味
７.４.１ スティルチェス積分の図形的な計算
７.４.２ 先行資料について
７.４.３ 磁気ヒステリシスによる制動作用
７.５ ＤＣモータやブラシレスモータへの特化
７.５.１ 永久磁石の減磁特性
７.５.２ トルク面積の図形的計算
７.５.３ スロットの影響とコギング
７.６ 面積分によるトルク表現
７.７ ステータとロータの相対的関係から
コラム●マックスウェル、ヘビサイド ●ポインティング
●（７.１）式の誘導・証明 ●ステイルチェス
●同期に入ったあと ●相対性理論から見直す

第８章 体格、定格および熱
８.１ 体格に関する基本事項
８.１.１ 減磁（脱磁）に関係する限界トルク
８.１.２ 小型化の極限
８.１.３ 短時間定格は小型化できる
８.１.４ 極数と寸法の関係（問題提起）
８.１.５ 磁気回路を支配する二つの法則
８.１.６ 磁気動作点を求める
８.２ 限界トルクと限界電流からの磁石厚
８.２.１ 磁石のサイズを決める要素
８.２.２ ギャップの影響
８.２.３ 極数などを変えたらどうなるか
８.２.４ アウターロータ型とインナーロータ型比較
――ブラシ付き対ブラシレスの問題も
８.３ 発熱と温度
８.３.１ 温度の作用
８.３.２ 熱容量
８.４ 定 格（ｒａｔｉｎｇｓ）
８.４.１ 短時間定格
８.４.２ 連続定格と温度時定数


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