フレミングの左手の法則・右手の法則と誘導電動機の考え方

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フレミングの左手の法則

親指:力の方向

人差し指:磁界(磁束)の方向

中指:電流の方向

フレミングの左手の法則。
磁界の中で導体に電流が流れると導体に力が発生する。
上記の絵は導体を正面から見た絵で、導体に電流が流れる事により導体に右ねじの法則に沿った磁束が発生する。
もともとあった磁界の導体右側では磁束同士が重なり合い、左側では打ち消し合う。
導体は磁束が密な場所から過疎の方向へ力が働く。(密の方向から押し出されるイメージ)

力の大きさをFとすれば、

F=BILとなる。

B(T)は磁束密度、I(A)は電流、L(m)は導体の長さになる。

磁束が強い(磁束密度が濃い)ほど、電流が大きいほど導体に発生する力は大きくなる。

フレミングの右手の法則

親指:運動の方向

人差し指:磁界(磁束)の方向

中指:起電力の方向

フレミングの右手の法則。
左手同様磁界の中に導体を置くが、赤い導体を外部から右へ動かす。奥から手前へ起電力が発生する。
磁界の中で導体を動かすと起電力が発生する。
左手同様、導体を前から見た絵。
磁界の中に置いた導体を外部からの力で右側へ移動させる。
するともともとあった磁束が捻じれ、導体に巻き付く。よく見ると右ねじの法則が発生し奥から手前に電流が流れる。(起電力の発生)

起電力をeとすると

e=BLVとなる。

BとLは左手同様、磁束密度と導体長さ。Vは導体を動かす速度になる。(m/s)

左手と右手のまとめ

左手・右手共に共通なのは、磁界の中に導体があるという事

左手導体に電流を流し、導体の右ねじの法則によって導体周りに磁束が発生して、もともとあった磁束と重なり合うところ・打ち消し合うところが出てくる。

磁束が重なり合ったところが密、打ち消し合うところが過疎する。

導体は磁束が密なところから過疎の方向へ動く。これが力の方向となる。

右手導体を外部の力で動かし、もともとあった磁束を曲げる。曲がった磁束が導体周りに絡みつき、右ねじの法則が発生する

右ねじの法則に沿った方向に電流(起電力)が発生する。(起電力を誘導する

誘導電動機とフレミングの関係

誘導電動機はこのフレミングの左手・右手の法則が伴う。

固定子による回転磁界によって回転子に誘導電流(渦電流)が流れる。(右手)

固定子による磁界と回転子に発生した誘導電流によって回転子にトルクが発生する。(左手)

アルゴの円盤

磁石を動かすと円盤が遅れて付いてくる。


(フレミング右手)

磁石(磁力線)を円盤の上から下へ発生させているとして、磁石を時計回りに動かすとする。見方を変えれば円盤が反時計回りになる。

磁石からの磁力線・円盤の運動の方向(磁石を動かして間接的に円盤が動いた)をフレミングの右手の法則に当てはめると円盤中央に向かって渦電流(誘導電流)が流れる。

誘導電動機では固定子で作られた回転磁界が回転子導体に対して誘導電流を流す。イメージが付きやすいように最初は回転子が停止している状態で、固定子が作った回転磁界によって間接的に回転子が動いたように見え、磁界・運動が働き、フレミングの右手の法則で起電力(誘導電流)が回転子に発生する。


(フレミング左手)

フレミングの右手で発生した誘導電流と固定子が発生した磁界によって力が発生する。

磁石の移動前後で渦電流が重なるところが誘導電流の方向となり、磁力線(磁石)が上から下の方向なので力が時計回りに発生する。(フレミングの左手の法則)

そして磁石に釣られて円板が回り、電磁誘導によって回転子が回る事から誘導電動機と呼ばれる。固定子が作る回転磁界(同期速度)と回転子速度は決して同期する事は無く、回転子速度が遅れる。この遅れている速度がある為、回転磁界と回転子の間に間接的な速度の違いが現れ、渦電流(誘導電流)が発生してくれる。(仮に同期していると回転磁界と回転子間に運動の向きが発生しない為、誘導電流も流れない)

正直、この渦電流を上手く説明出来ないので、渦電流の方向についてはこんなもんだと覚えておいて、電験等の試験には渦電流の方向が記載されているはずだから渦電流と磁界の方向によって力の向き(トルク)が分かることが大切と思う。

(編集中)

コメント

  1. 実印 より:

    わかりやすくて、いい勉強になりました。ありがとうございます。ブログの更新を期待しております。ヾ(*´∀`*)ノ