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解決済みの質問

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?

投稿日時 - 2013-11-17 00:09:44

QNo.8350335

暇なときに回答ください

質問者が選んだベストアンサー

53歳 男性

モータは目的によって、回転数が違います

高速で回すものから止まる位の低速で回すもの

単一1個で200倍の力になるモータには手の力かないません

乾電池1個なのにもの凄い力になります

高速で回して、何に使うのですか?

制御方法だけ考えても、使い道が無ければ駄目ですよね

投稿日時 - 2013-11-17 00:16:43

お礼

このモーターの不思議なところは低電圧で高速回転が得られることです。電圧が低いということはそれだけ消費電力を少なくできるということです。低電圧でも電流さえ流れていればモーターは加速し続け出力をいくらでも上げられます。なぜ、低電圧でも電流が流れ続けるかといえば逆起電力をリセットしているためです。逆起電力が発生していない瞬間に電圧をかけるため電流が流れるわけです。

投稿日時 - 2013-11-17 00:56:02

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回答(39)

ANo.39

高効率、モターで高回転と言ったって、普通のモータは85%位ですが、例えば、ハードデスクのスピンドルモータが交流3相ブラシレスモーターでネオジムボンド磁石仕様95%の効率で10000rpmと言う高速回転を実現しています、モーター軸もミネベアの精密ベアリングで超低摩擦のモーター軸です。
高効率モーターを考えるなら貴方の言われる複雑な制御の方法で無く、ブラシレスの三相交流モーターを使えば、低圧12Vの直流をインバーターで交流に変換すればサインカーブで電圧が上下する訳ですし、高精度センサー等で逆起電力制御を行っているので逆起電力は皆無に等しいです、三相ですからコイル電流が100%時点で別のコイルに既に電流が流れています、また回生エネルギーは回収される様になっています、から発生する逆起電力を複雑な方法を使って制御するより、逆起電力を発生させない方が効率が良いのは常識ですから、モーターを変えた方が、高効率化が可能なので、近年の家電は3相インバーターモーターを使っているのです。

投稿日時 - 2013-11-22 16:44:26

お礼

>高精度センサー等で逆起電力制御を行っているので逆起電力は皆無に等しいです

逆起電力の減少制御はすでに行っていたということですか。電力は電圧に電流をかけたものなので電圧を下げることが出来れば消費電力を抑えられ効率100%どころか100%を超えることが出来ます。

交流発電機の話に戻りますが、よく考えてみれば起電力の蓄積ではなくただ単に鉄心にかかる磁界の変化に対応した磁界が鉄心に発生するようにコイルに電圧がかかり電流が流れていたとすれば済む話でした。
磁界が近づけばそれを追い出すように磁界が発生し磁界が遠ざかれば弱くなった分発生する磁界も弱くなる。逆に磁界が鉄心に侵入した状態から遠ざけてやれば磁界を追い出さないような磁界が発生し近づけてやれば戻ってきた磁界の分発生する磁界も弱くなる。この時の磁界の変化は高速で行われているのが条件です。

皆さんもそろそろ納得したのではないでしょうか?そしたら交流発電機が無負荷発電機だとして問題ないでしょうか?

投稿日時 - 2013-11-23 07:11:35

ANo.38

ではNo.29の続きを。 
> N極が鉄心に近づいていくと逆起電力が発生します。
> でもこの逆起電力はほぼ一定です。
S-N中間からN極に近づく間は磁束の変化が大きいため、電圧変化が大きい区間が含まれているはずです。

> N極が鉄心に最も近づくあたりで逆起電力は減少し
> 最も近づいた時逆起電力は0になります。
その通りですが、あれ? 最接近時がMAXって言われてましたよね…? あぁそうか、電流と電圧のピークがずれるって「仮定」を導入したのでしたっけ。とりあえずスルーしましょうか。

> N極が遠ざかる時逆起電力は逆向きになり蓄積された電圧が減少へと転じます。
どこにどんな形でそのエネルギーが蓄積され、また放出されるのでしょう?物理的背景が考えつきません…。
また、電磁誘導において電圧の「蓄積」が普通に起こる物なら、鉄心トランスの1次側と二次側で位相差が出るってことになります。しかし現実は一時側と二次側で位相差はありません。
 http://www.eleki-jack.com/FC/2013/05/lcr6.html
のオシロ画面参照。黄色が一時側電圧、青が二次側電圧で、遅れなしの同位相ですね。
つまり「電圧の蓄積」は現実に反する仮定ではないかと思います。

> 磁力が違うとは、磁力線の角度が変わるためコイルに対して違うということです。
・・中略・・
> 磁力が強く働き、横倒しの角度か大きくなる外側に行くにつれ弱く働くんです。
> No.28の磁力線の図だとそれこそ中心部と端の磁束密度が変わっちゃいますよね。
No.28下図についての説明についてはいかがです? 周縁部から内に入ると磁束(磁力)は横倒しにならないので磁束密度はほとんど変化しないって説明つけてた分ですが。
中央の磁石の上、その隣の磁石の上、そのまた隣あたりでも、倒れた磁束はなく、その上では磁束密度にほとんど差がないはずです。これはNo.32へのツッコミで、「磁石の片面にコイルを当ててリング磁石を回転させれば負荷0で直流発電ができますね」とされている事への回答にもなるはずです。

> 磁束が増える時と減る時で変わるのは電流ではなく起電力であり
・・・中略・・・
> かかる電圧の向きが逆になるわけではないです。
起電力が蓄積できるものなら。それは上に引いた通り現実に反する仮説ですから、「起電力の蓄積」を考えに入れる必要はなさそうです。


ん? もしやコイルですからリアクタンス成分を考慮しないといけないのか?
電磁誘導にもあてはまるのかなぁ…もしそうなら電圧に対して電流は遅れ位相になるので、蓄圧の考えを導入するまでもなさそうですが・・・

あぁ、
http://www.jeea.or.jp/course/contents/01159/
3図と4図を見る限り、コイルと磁石だけの関係だと関係ないようですね。

~~~

おまけ
http://www.youtube.com/watch?v=m_ldrYd0GG8
磁石を横に動かす実験て、案外晒されてないですね。

~~~

円筒型でN極が上を向いた磁石の上を、磁石よりも直径が一回り大きい鉄心入りコイルが通り抜ける状態を考えてみましょうか。

鉄は磁性体ですからもちろん磁束が「吸い寄せ」られますよね。
このため、N極に近づくと「中央真上」に来る前から既に磁束のほとんどが鉄心を通るようになっています。同じく、真上を通りぬけても同じように磁束のほとんどが鉄心を通っているために、やはり鉄心(コイル)を貫く磁束の変化はごく少なくなります。この結果、起電力がゼロ近傍の区間が伸びるわけで、出力波形と0Vの線の交わり角度が浅くなるでしょう。
急激なプラスからマイナスへの変化が軽減されるはずです。

~~~

ちなみに空芯コイルの前で棒磁石を回転させると、
M M
 W W
のような半波あたり2ピークの波形が見られると思います。オシロがありゃ実験確認してみるのですが・・・。
棒磁石が長いほど、この落ち込みは0Vに近づくでしょう。
※コイルが棒磁石の横に位置する時にはやはりコイルを横切る磁束の変化が小さいので、電圧は低くなるはずですから。
コイルをPCのマイク端子に繋いで磁石回してWAVE録音した波形を見ても分かるかな?

NSNSNS…と並べた磁石の上をコイルが移動する場合はギャップが小さいので、より正弦波に近い波形が得られるでしょうね。





~~~
No.35のリンク先、単相、2相、3相、テスラ、同じ赤ライン見ていても位相が違っていて、整合が取れていないような…。
参考にして大丈夫か?
No.34のリンク先も、実験の結果は不動作だったと書いてある。そりゃそうだろうなぁ・・・。
これで発電出来たら

投稿日時 - 2013-11-21 21:27:28

お礼

SN中間からN極に近づく間の逆起電力は完全に一定ではないですが、その区間は大きな逆起電力が発生してることは確かです。交流波形を見てもそれがわかると思います。

最接近時が最大としたのはコイルにかかる蓄積された起電力のことでこれが交流波形の電圧になります。

逆起電力と蓄積は同時におこりますから位相差の意味はよく知りませんし蓄積されると位相差が出来る意味も分かりませんが時間差は起きないと思います。

磁束密度にそもそもかたよりがあっては駄目なんです。この辺は一定だけど隣へ行った途端密度が変わったなんてことはまずありえません。

大きい磁石と小さいコイル、小さい磁石と大きいコイルなどにこだわりますが、それと交流発電機が無負荷発電機なのかとは関係ありませんよね。交流発電機に一様な磁界や磁界が変化しない区間は存在しません。

投稿日時 - 2013-11-22 07:07:12

ANo.37

>皆さんの理屈からいくと鉄心の中心にN極とS極の境が来た時が最大電圧で
>鉄心に磁石の極が最も近づいた時が電圧0ということでいいんですよね?その根拠は何ですか?

もちろんレンツの法則です。電磁誘導の基本的な法則です。
しかし、N極とS極の境が来た時が最大電圧にするには、かなり厳しい条件が
必要ですよ。一般にはならないでしょう。

>起電力の蓄積の根拠はその考えを取り入れると交流波形をうまく説明できるからです。

独自理論でしょうか? すでに電磁気学が確立してから100年以上たちますが・・・
なぜ既知の法則で考えようとしないんですか?

>ここに挙げてる交流発電機のことなら無負荷発電機になります。
>発電しても事実上負荷のないエネルギー0で発電できる発電機ということです。

ということでしたら、いままでの電流が絡んだ話は全てチャラ。時間の無駄でした。
レンツの法則だけで十分です。電流は流れませんから、
自己誘導もなく、吸着も反発も考えずに済みます。コイルが何の抵抗も受けずに
磁石のそばを回るだけです。

レンツの法則は電磁気学の教科書やWikipedia 等を参照してください。

投稿日時 - 2013-11-21 21:22:53

お礼

皆さんの条件の発電の状態と交流波形はおかしな部分はなく合致すると考えてるのでしょうか?特に電圧0v地点の直線的で急激な電圧の変化は納得されてるんでしょうか?少しでも疑問に思ったのなら流してしまうことではないと思うんです。

鉄心に極が最も近づいた時が0vということですが、トランスで言うと一次コイルの磁界が最も強くなった時に二次コイルに発生する電圧が0vということですか?それとこれとは別問題でしたか?
それと極が近づくにつれ電圧が下がるということは流れる電流も減るわけですから反発力も弱くなっていくわけですよね。超電導物質は近づくほど反発力が強くなっていきますがそれとは逆の現象が起きていることになりますがそれも別問題でしたか?

投稿日時 - 2013-11-22 07:01:22

ANo.36

>起電力の大きさは磁界が大きいほど大きく、また速度が速いほど大きくなります。
>単位時間あたり多くの磁束を横切るほど大きくなります。
>つまり磁石の接近に伴い大きくなっていき最も接近した位置で最大となり離れるにつれて減少していきます。

いわゆるフレミングの法則、あるいはビオサバールの法則ですが、
コイルのような閉じた形の導体に沿って発生した電圧を線積分すると、
一様磁界では 0V になってしまいます。つまり一様磁界でコイルを
回転させずに平行移動しても電圧は発生しません。

なのでこういう場合は
レンツの法則で考えるべきなのです。

レンツの法則は 発生電圧 E = -dΦ/dt (コイルの内部を貫く磁束の総量の時間微分。
磁束は巻き数も勘定に入れる)

です。レンツの法則は、磁束の積分範囲が運動することを考慮して
数学的に処理するとフレミングの法則に変換できます。

レンツの法則からわかるように、磁石がコイル長より十分に大きく、無負荷で、鉄心を持たないなら、
磁石に対してコイルが90度傾いたところで最大電圧になるでしょう。

磁石が小さかったり、鉄心があれば、コイルを貫く磁場はもっと複雑になりますから、
コイルの向きが磁石にもっと近いところにピークができるでしょう。もちろん。無負荷なら
コイルの磁石に対する傾きが0度では電圧は0Vになります。

投稿日時 - 2013-11-21 20:45:52

お礼

導線を横切る磁界と鉄心のないコイルについてはもういいので本題に戻ってください。なのでNo.34のリンク先は突っ込みどころ満載でしたがコメントはしません。

投稿日時 - 2013-11-22 06:40:54

ANo.35

これで最後にします。
コイルまたは鉄心コイルであろうと一本の導線であろうと動作原理は同じです、コイルをどんどん簡略化していくと一本の導線になるのです。多くのサイトでの説明で一本の導線モデルが使われているのはそのためです。
下記ページは3相交流発電機ですが導線の位置と電磁誘導(起電力)で発生した電流の方向と大きさ関係を解りやすいアニメで表しています。参考にしてください。
以上。

http://www.geocities.jp/hiroyuki0620785/ac/acaltanator3p.htm

投稿日時 - 2013-11-21 19:16:54

お礼

あなたは鉄心コイルの発電原理とコイルだけの発電原理の違いを理解していないと思われます。

投稿日時 - 2013-11-22 06:35:17

ANo.34

>直流発電ができますね。本当ですか?

下記ページを参照してください、特に3図移行
モーターのページですが発電機についても書かれています。
モーターも発電機も同じ原理ですから....(実験もされています)
http://www.geocities.jp/motoki_mimori/dc_troidal_motor.html

>電流の向きが同じなら磁界の向きも同じだから近づく時も遠ざかる時も反発力が働くことを認めることになりますがいいんでしょうか?

いいえ
先の回答に「力は【常に(重要)】回転を妨げる方向に働きます」と書いたとおりです。
導体が磁束横切るとフレミング右手の法則に基づいて電磁誘導(起電力)が発生し導体に電流が流れます(電流か流れるためには閉回路である必要があります)この電流は今度はフレミング左手の法則により導体に力として働きます。この時の力の方向は現在の動きと逆方向になります。
磁石に対して右から接近し左へ遠ざかると仮定します、この時、起電力による力の右方向です、つまり接近を妨げる力です。磁石を通過して遠ざかる時も電流の向きは変わりませんから力の方向も同じで右方向です、つまり磁石のある方向です。

投稿日時 - 2013-11-21 16:41:02

お礼

あなたはコイルではなく導線を横切る磁界で説明しています。が、ここではコイル、特に鉄心を使った鉄心コイルでの説明をお願いします。
書かれてることもリンク先の内容もすべて導線を横切る磁界の説明ですので今問題にしてる交流発電機とは関係ありません。

投稿日時 - 2013-11-21 17:29:03

ANo.33

No.32 指摘ありがとうございます。・・・でも。

> 1)について、起電力(電流)は導体が磁束(磁界)横切ることで発生します。
yes。無限長の線1本でもそうですね。ローレンツ力云々とややこしい話になりますけど。

> 2)について、一様な磁界の中を定速度で導体を動かせば一定起電力が連続発生します。
えぇ、1本の導体が磁界の中で動かす場合はそうです。
しかし、コイルの場合、導体は行って帰っての往復系統が存在するため、「導体に働く起電力」は相殺されるのではないですか? その結果、外部からの働きかけ(磁界の増減)に抵抗しようという働きがコイルに起電力を生む形となるはず。
一様磁界の中でコイルが動く場合は外からの働きかけが無いに等しく、起電力ゼロと考えていますが、そうでないならばコイルの起電力のエネルギーはどこから来るのでしょうか? また、磁界の中のコイルに通電すると、右ネジの法則に従って磁力が生じ、コイルには進行方向と直角に働く動きを生むことになります。これは運動エネルギーのレベルで話が変わってきませんか? 

> 3)について、磁界の方向は同じなので電流の向きも同じです。
それではコイルに磁石が近づく時と離れる時でコイルに流れる電流の向きが同じってことになりますよね?
レンツの法則が崩れませんか?

どうもコイルの場合と、1本の導体の場合を混同されているように思われます。

~~~~
先の回答に追加入れようかと用意してましたが、私の考え違いなら重ねて失礼になりますので、上の話が確認できるまでやめておきますね。

投稿日時 - 2013-11-21 16:32:23

お礼

No.32さんは導線を横切る磁界についての回答で議題から脱線してしまうのでそれについての回答は控えてください。今問題にしている交流発電機とは関係しませんので。

投稿日時 - 2013-11-21 17:26:49

ANo.32

質問者さんとCC_Tさん双方が間違えておられるようですね。

No29のCC_Tさんの回答の要約
1)コイルに流れる電流は磁束の増減(変化)で発生する。
2)一様な磁界の中ではコイルに誘導電流は「流れない」。
3)磁束が増えるときと減るときでは電流の流れる向きが変わる』

>磁束の変化で誘導起電力が起こるのはその通りです。
>磁界が強くても変化がなければ起きないのもその通りです。

と、質問者さんは同意しています。そのため「起電力の蓄積」という珍説が.....
これについてはNo30さんが指摘していますので割愛します。
CC_Tさんの回答の1)~3)は間違いです。
1)について、起電力(電流)は導体が磁束(磁界)横切ることで発生します。
2)について、一様な磁界の中を定速度で導体を動かせば一定起電力が連続発生します。
3)について、磁界の方向は同じなので電流の向きも同じです。

起電力の大きさは磁界が大きいほど大きく、また速度が速いほど大きくなります。
単位時間あたり多くの磁束を横切るほど大きくなります。
つまり磁石の接近に伴い大きくなっていき最も接近した位置で最大となり離れるにつれて減少していきます。No28の図での波形は上図では山形になり下図では台形となります。

>変わるのは電流ではなく起電力であり

起電力、電力とは電圧と電流の積であり切り離して考えることはできません。今回の議題ではコイルの流れる電流が重要です。

起電力は磁界の中を導体(コイル、鉄心付きを含む)が横切れば必ず発生します、回路が遮断されているかどうかは関係ありません。遮断していると電流は流れないいので力は発生しませんが電圧は存在します。
電流が流れた場合起電力による力は【常に(重要)】回転を妨げる方向に働きます、加速方向に働くことはありません。

投稿日時 - 2013-11-21 13:30:16

お礼

一様な磁界の中で動かしても起電力が発生するのならリング状の磁石の片面にコイルを当ててリング磁石を回転させれば負荷0で直流発電ができますね。本当ですか?

>3)磁束が増えるときと減るときでは電流の流れる向きが変わる』
>3)について、磁界の方向は同じなので電流の向きも同じです。

磁束が増える時と減る時というのは磁石が近づく時と遠ざかる時ですよ。電流の向きが同じなら磁界の向きも同じだから近づく時も遠ざかる時も反発力が働くことを認めることになりますがいいんでしょうか?

投稿日時 - 2013-11-21 14:35:32

ANo.31

>超電導物質ってありますよね。あれは電気抵抗がゼロってだけで
>それ以外は他の導体と変わらないんです。あれに磁石を近づけて
>やると反発するんですけど、それは自分の中に磁束が入って
>こないように磁界が発生するんですけど、それってほかの
>導体でも同じでコイルを巻いた鉄心でも同じなんです。

超電導では当然 誘導電圧は常に 0V になるわけですが、
こういう状況の解析がお望みなんですか?

何のために?

投稿日時 - 2013-11-21 12:54:44

お礼

超電導物質で言いたかったことは超電導物質でも鉄心コイルでも磁石が近づくと自分の中に磁界を侵入させないように磁界を発生させるわけです。なので、磁石が最も近づいた時が最大の電圧と電流が流れ強い磁界が発生するわけです。その時すぐに磁石を離してやると皆さんが言うには吸引の力が発生して超電導物質も鉄心コイルも一緒にくっついてくるということですが超電導物質を知っている人なら元の位置まで離れることがわかりますよね。なんで元の位置まで離れられるかというとその間反発の力が働いているからです。

誘導起電力が0vで電流を流してる力は何になるんでしょうか。いくら抵抗が0といっても最初に電圧がかからないと電流は流れださないと思うんですが。

投稿日時 - 2013-11-21 14:12:22

ANo.30

起電力の蓄積というのは
どういう理屈が根拠ですか?
コンデンサならともかく
コイルに関しては聞いたことがないです。
電磁気学での根拠を説明してみて
ください。

それと電流による自己誘導と磁石による誘導を
きちんと分けてを考えないと混乱する
ばかりですよ。

また、高負荷な発電状態とモーターでは
電流の流れが逆向きで発生電圧も
全く異なりますが、ことさら高負荷発電機
にこだわる理由は? 不思議なモーターは
どうなってしまったんですか?

投稿日時 - 2013-11-21 08:49:48

お礼

皆さんの理屈からいくと鉄心の中心にN極とS極の境が来た時が最大電圧で鉄心に磁石の極が最も近づいた時が電圧0ということでいいんですよね?その根拠は何ですか?交流波形と照らし合わせてうまく説明できますか?

起電力の蓄積の根拠はその考えを取り入れると交流波形をうまく説明できるからです。

高負荷発電機とは何でしょうか?ここに挙げてる交流発電機のことなら無負荷発電機になります。発電しても事実上負荷のないエネルギー0で発電できる発電機ということです。厳密には負荷が発生する時と加速される時が交互に行われるため負荷はプラスマイナス0ということです。そして、無負荷発電機にこだわっているのではなく、交流発電機そのものが無負荷発電機なのではないかということです。

不思議なモーターは無負荷発電機の登場によりどうでもよくなりました。今は、交流発電機が無負荷発電機なのかどうかをはっきりさせたいのです。

投稿日時 - 2013-11-21 13:34:09

ANo.29

> 磁束密度ならNo27の図の線状なら同じになると思います。ただし磁力が違います。
?磁束密度が同じで、磁力が違う?
なにを言わんとされているのか? 磁力すなわち磁束密度ではないと???
単位面積当たりの磁束が多いほど磁力が強いわけで、磁束密度が同じなら磁力も同じ。
http://www.geocities.jp/hiroyuki0620785/k2jiki/force.htm
勘違いしてたかと思って意味を調べなおしちゃったよ。


> 中心からずれた瞬間から磁力線外向きになり端へ行くほど
> 横倒しになっていきますからコイルに対しては磁力が弱くなります。
・・・隣に同じ極があるのに、なぜ横倒しになるんですか?
先の2つの回答でそれを説明したつもりなんですけど。先の回答の下図が納得できない?


> ただ、それを知って何を言いたいのかよく分からないというか
> 交流発電機とあまり関係ないような。
・・・磁石の上をコイルが横切ったとして、磁石の中心真上にきたときにコイルに流れる誘導起電力は『ゼロ』であるということ。磁石の中心真上を過ぎたらコイルを流れる電流の向きが逆転するってこと。ずっとそれを説明しているつもりなんですけどねぇ。
・・・ほんと、力が抜けますわ。

ともかく、『(1)電磁誘導によりコイルに流れる電流は、コイル(鉄心でも良いけど)を通過する磁束(磁力でも一緒だ)が増えるか減るかという「変化」によって生じるものであり、(2)いくら磁界が強かろうと一様な磁界の中ではコイルに誘導電流は「流れない」。そして(3)磁束が増えるときと減るときでは電流の流れる向きが変わる』

以上3点でもってあなたの説は否定されます。

投稿日時 - 2013-11-20 22:00:26

お礼

磁力が違うとは、磁力線の角度が変わるためコイルに対して違うということです。

一番外側の磁力線は外向きに横倒しになっていますよね。それは、内側の磁力線が押してるからなんですが、その磁力線もさらに内側の磁力線に押されてるわけです。中心から外側へ向かうほど磁力線の横倒しになる角度は大きくなるわけです。
つまりコイルに対しては横倒しの角度が浅い中心部分がもっとも磁力が強く働き横倒しの角度か大きくなる外側に行くにつれ弱く働くんです。
No.28の磁力線の図だとそれこそ中心部と端の磁束密度が変わっちゃいますよね。

磁束の変化で誘導起電力が起こるのはその通りです。磁界が強くても変化がなければ起きないのもその通りです。ただ、コイルのかかる電圧はそうはならないんです。これには起電力の蓄積という考えを入れてやる必要がありますが、それについてはNo.26のお礼欄に書いてありますので見てください。
磁束が増える時と減る時で変わるのは電流ではなく起電力であり、起電力の蓄積によるなどして既に存在してる電圧に対しては足すか引くかする作用として働くだけなので必ずしもコイルにかかる電圧の向きが逆になるわけではないです。

投稿日時 - 2013-11-21 04:43:59

ANo.28

No.27 補

> まず、図の磁力線が間違ってますが、
磁力線を描いたものではありません。磁力密度の等しいポイントを結んだ線(等高線のようなもの)です。1本の線の上では、どの位置でみても磁力線の密度(磁界強度)が変わらない事を表しているのです。
文中で添付図の説明に「等高線」という趣旨をちゃんと書いてますよね?


> 磁力線は放射線状に広がっていき面でみると周囲に行くほど磁力線は
> 横倒しになっていくんです。磁力線はお互いから離れようとするので。
はい、ではその磁石を並べると、磁力線はどういう状態になるでしょうか?まさか扇形の磁力線が重ねあわされて強化されるとでも?
同じ磁石の中でも「お互いから離れようとする」磁力線が、隣り合う磁石同士だと互いを無視するなんてわけがない。ならどうなるか。1つだと横倒しになっていた部分の磁力線が、並べると隣同士反発して、「立ち上がってくる」んですねー。

だから、たくさん並べた磁石集合体で見ると、周縁部以外は磁力線が「立った状態」になって個々の磁石の端の方と真ん中の方で磁力線の密度は同等になる。

> なので、磁石の中心部分が最も磁力は強いです。
Non。
中央部が磁力MAXではなく、周縁部から内に入ると「ほとんど変わらない」のです。
これは1個の磁石であっても、磁石集合であっても、スケールが違うだけで同じ事。だって1個の磁石も小さな磁石の集合と同じなんですから。フラクタクル図形のようなものです。

あぁ、そういや磁石に鉄粉を近づけても同じような観察ができますね。小学校でやりませんでした?
磁石を並べた上に紙を置いて、未使用使い捨てカイロから取り出した鉄粉でも振りかけてみるといいでしょう。

大変申し訳ございませんが、この投稿に添付された画像や動画などは、「BIGLOBEなんでも相談室」ではご覧いただくことができません。 OKWAVEよりご覧ください。

マルチメディア機能とは?

投稿日時 - 2013-11-20 15:18:57

お礼

磁束密度ならNo27の図の線状なら同じになると思います。ただし磁力が違います。中心からずれた瞬間から磁力線外向きになり端へ行くほど横倒しになっていきますからコイルに対しては磁力が弱くなります。

ただ、それを知って何を言いたいのかよく分からないというか交流発電機とあまり関係ないような。

投稿日時 - 2013-11-20 17:23:47

ANo.27

No.22 補

さてと。
小さな磁石でも、集めると見かけ上1つの大きな磁石としてふるまうのはご存知ですよね?
複数を重ねたり、並べたりすると磁力がUPするってのは分かりやすいですよね? ね?
集めるほどに磁力が強くなる。これは決して相乗計算ではなく、2個集めれば力が2倍、5個集めたら力が5倍って感じの「足し算の関係」です。
逆に磁石を砕くと、1つ1つの破片にN極S極が現れてそれぞれが小さな磁石になる。つまり、磁石は小さな磁石の集合に置き換えて考えることが出来るのです。

さぁ、それでは先の図の「大きな磁石」を、「小さな磁石を並べて敷き詰めたもの」に置き換えてみてください。
1mの円内に、直径1ミリの円筒磁石を並べて敷き詰めたもの。
トータルとしての磁力は、大きな磁石と一緒。なんなら大きな磁石をそこまで砕いたと思ってもいい。
それでも中央の1点の磁力が一番強くなる(磁束密度が高い)と主張されるのであれば、そのエネルギーがどこから来るのか考えてみてください。勿論、バラバラの時の総エネルギーと集めたときの総エネルギーに過不足があってはエネルギー保存則が破れて、夢の永久機関が見えてきますよ?

磁石の磁束密度の「等高線」を描いたら、だいたい添付図のような感じ。
磁石を並べると隣り合う極同士で反発がある分、全体としては遠くまで磁力が及ぶようになるでしょうが、各磁石表面の磁束密度は、個々の磁石のそれを上回る事はありえません。磁石を重ねれば表面の磁束は増しますが、同極を並べた場合は磁石表面の磁束密度は変化しないのです。増える理由も減る理由も無いのです。
ですから、円形に並べた磁石では、恐らく縁から磁石数個分も内に寄れば、表面の磁束密度はほぼ一定になり、そこから内側にいくら寄って行っても、磁束密度はほとんど変化しないのです。


> コイルは入ろうとする磁束を外に追い出そうとしますから磁束が増えればその分
> 磁界を強くしますから電流が多く流れるわけです。
その通りです。ここで大事なのは「その分磁界を強くする」ってところ。

鉄心入りでもいいですけど、コイルに流れる電流は、「(鉄心を)通過する磁束の『増減』に呼応して」変化するという事です。静止した磁石の上のコイルには電流が流れないのは、動かないと磁束密度が「変化」しないから。同じように、一様な磁束密度の中でコイルがいくら早く動いても、コイルに電流は流れないのですね。


さて、ここまでくれば先のあなたのコメント
> 図のコイルなら電流が最大になるのは4,5です。
が否であることは説明できませんか?
電流が最大となるのは磁束密度の変化が一番大きい2,7で、磁束密度の変化がほとんどない4,5ではほぼゼロ。しかも2と7では電流の向きが反対なんです。2では磁束密度が増し、7では磁束密度が減じるのですから。

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投稿日時 - 2013-11-20 09:59:38

お礼

大きな磁石でも小さな磁石でも磁力線の形は同じです。まず、図の磁力線が間違ってますが、磁力線は放射線状に広がっていき面でみると周囲に行くほど磁力線は横倒しになっていくんです。磁力線はお互いから離れようとするので。なので、磁石の中心部分が最も磁力は強いです。

投稿日時 - 2013-11-20 14:02:42

ANo.26

>近づく時と遠ざかる時では逆起電力の方向が逆向きなるのは正しいんですが、
>既に存在していた電圧に対してはそこから足すか引くかする作用として働くんです。

それなら「起電力をリセット」したら離れて行く時は
吸引力になるので「反発しつづけ」ませんね。
自分で言ってることを否定するんですか?

あと、反発力が継続したとしても、回転子は有限距離内で回転するだけですから
最遠位置より離れる事がないので「回転力が継続して与えられる」ことはありませんが。

めんどくさいので実際に動くものを作ったらどうです?

投稿日時 - 2013-11-20 07:58:26

お礼

起電力をリセット(回路遮断)するのはモーターについてで交流発電機の場合はしません。

皆さんの言ってることを解釈すると、最大電圧は鉄心コイルの中央にN極とS極の境が来た時ということですね。電圧0は鉄心の中央に磁石の極が一番近づいた時ですね。でも、交流波形と照らし合わせてみるとちょっと不自然な気がします。特に電圧0v付近の急激な電圧の変化。

そこで、鉄心コイルに磁石の極が最も近づいた時が最大電圧で鉄心コイルの中央にN極S極の境が来た時が電圧0とするとうまく説明できるんです。
それには電圧の蓄積という概念を入れてやる必要があります。

まず、鉄心の中央にNとSの境がある状態から回転を始めます。N極が鉄心に近づいていくと逆起電力が発生します。でもこの逆起電力はほぼ一定です。ここで電圧の蓄積という考えを入れてやり、一定の逆起電力が蓄積されていくことでコイルにかかる電圧は上昇していきます。N極が鉄心に最も近づくあたりで逆起電力は減少し最も近づいた時逆起電力は0になります。交流の波形を見ても山の頂上あたりで電圧の上昇が穏やかになり蓄積していく逆起電力が急激に減少しているのが見て取れます。そして、N極が遠ざかる時逆起電力は逆向きになり蓄積された電圧が減少へと転じます。少し離れると逆起電力は安定しながら大きな逆起電力を発生させます。交流波形の0v付近の急激な下降もそれでうまく説明できます。

これが交流の真実だと思うんですがどうでしょうか?

投稿日時 - 2013-11-20 14:00:00

ANo.25

No.24です。

No.24>違います。外力により磁界が減少する時は減少しないように働きます。
No.24>つまり起電力により磁界を補おうとします。反発でなく吸着です。

と書きましたがよく見たら No.14 で既に説明されてました。

No.14>『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。
No.14>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
No.14>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
No.14>発生する方向に電流が流れる、それが逆起電力です。

つまり遠ざかる時は引き止める方向、であり「反発ばかり」ではありません。

投稿日時 - 2013-11-19 22:43:06

お礼

超電導物質ってありますよね。あれは電気抵抗がゼロってだけでそれ以外は他の導体と変わらないんです。あれに磁石を近づけてやると反発するんですけど、それは自分の中に磁束が入ってこないように磁界が発生するんですけど、それってほかの導体でも同じでコイルを巻いた鉄心でも同じなんです。で、超電導物質に磁石近づけると反発しますが遠ざけるときって吸引しますか?反発したままですよね。さらに遠ざけると吸引したりもしますが。つまり、遠ざけるときは必ず吸引ばかりではないんです。

ちなみに超電導物質を吸引させて落ちないようにするには物質の中に磁束を侵入させてやる必要があるんですけどそれには強く磁石を押し当てることでわずかに侵入させることができるので離しても一定距離を保ったままくっついてくるんです。

投稿日時 - 2013-11-20 07:18:22

ANo.24

>磁界は減少していきますが、磁界が反転するわけではないのでこの時も反発の力がかかります。

違います。外力により磁界が減少する時は減少しないように働きます。
つまり起電力により磁界を補おうとします。反発でなく吸着です。

小中学生の実験にある、コイル中に磁石を挿入する時に電圧を生じますが、
磁石を抜くときには逆方向の電圧を生じる、というのがこれです。

磁界が減少する時は補う方向に、つまり離れつつある回転子を吸着する方向に働きます。
反発しつづけるという主張は間違いです。

>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
だから、まちがいです。

>電圧0でなぜ最大の電流が流れるんですか?
抵抗性負荷しか考えてないと理解できないでしょうね。

あと、揚げ足とりに感じられるかもしれませんが。
「電流は電圧プラスからマイナスに向かって流れるはず」のような補足があったかと思いますが
「乾電池内ではマイナスからプラス方向に電流を流してる」のをお忘れなく。

投稿日時 - 2013-11-19 21:14:00

お礼

逆起電力とは流れる電流のことではなく発生する電圧のことです。近づく時がプラスの電圧なら遠ざかる時はマイナスの電圧。
で、大事なことに気が付きました。それは、逆起電力は上乗せされていくということです。
コイルに近づいていく時時間を細かく区切って発生する逆起電力だけを見れば時間当たりに発生する逆起電力はどの区間でもほとんど変わらす、最も近づく瞬間にかけて逆起電力が減少していき最も近づいた時逆起電力0になる。しかし大事なのは逆起電力は上乗せされているということです。時間あたりに発生していた起電力を足し合わせた電圧が最も近づいた時のコイルに発生してる電圧になっているということです。その状態から磁石が遠ざかっていくと逆起電力はマイナスになりますが、すでに発生してる電圧から引く形になり電圧方向が逆になるのではなく減少していくということです。

近づく時と遠ざかる時では逆起電力の方向が逆向きなるのは正しいんですが、既に存在していた電圧に対してはそこから足すか引くかする作用として働くんです。

投稿日時 - 2013-11-20 07:15:40

ANo.23

>このコイルに磁石が近づいてきたとします。すると鉄心に磁束が侵入してきます。
>すると侵入しようとする磁束を追い出そうとコイルに起電力が発生して電流が流れ
>磁束を追い出す磁界が鉄心に発生します。この時反発の力が生まれます。

??? なんで発電機の話にすり替わってるの?

無負荷の逆起電力を上回る電圧をかけて、モータを止めてしまう電流をねじ伏せて
動かすのがモータですよね?

というわけでもう一度考え直しましょう。

投稿日時 - 2013-11-19 20:55:50

お礼

モーターで逆起電力がどうなるかは今は問題にしていません。
今は交流発電機で負荷がかかるかが問題なんです。

投稿日時 - 2013-11-20 07:12:20

ANo.22

最後って言ったのに、私の中のツッコミの虫が許してくれない(--;

あなたはコイルが磁石に近づくほど、発電量が大きくなるものと思い込んでいる。
それが間違いなんだと繰り返し言ってもイメージできない模様。

では、速度ゼロの瞬間がない、等速運動を例にして説明しましょう。
直径20cmの磁石を置いて、表面から1cmの高さを直径1センチのコイルが等速で通過する場合、さぁ、どの地点がコイルに流れる電流が最大になるでしょうか?
じっくり考えてみてください。
通過高度が10センチだったら、あるいは1mmだったらどうなりますか?

あなたの理論ではどうなるか知りませんが、現実には(3)~(6)ではコイルを通過する磁束はほとんど変化しないので、電圧・電流は高度に関係なくゼロかその近傍です。


これは磁石とコイルの関係を逆にしたらもっと良くわかる。
大きなコイルの上を小さな磁石が横切って行く。コイルの真ん中に磁石が来た時が電流値最大ですか? 違いますよね。
コイルが十分に大きければ、あるいは磁石が十分に小さければ、最初に磁石がコイル線の上を越える瞬間と、反対側でコイル線の上を磁石が通過する瞬間が最大になるはずです。そのとき、コイルにはどちら向きの電流が流れますか?
右手の3本指とにらめっこして考えて下さい。
そのまま磁石を大きくしていくと、どうなりますか?


「それは極端な例でしょ?」なんて言って目をそらさないで。原理・理屈は同じ事であり、電磁誘導という物理の基礎として、全部同じ土台の上の話。
歪んだ基礎の上に応用を積み上げることはできません。


> 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。
下波形はコイルを流れる電流。もちろん電圧も同様の波形です。
上はコイルの回転角度です。y軸にφって描いてますよね。φやθは角度を表す記号として使うのが通例です。

> 動画とは発電原理が異なります。
『発電原理』は全部一緒。磁石とコイルを使っている限り、全部電磁誘導の効果でしかない。



以上。

大変申し訳ございませんが、この投稿に添付された画像や動画などは、「BIGLOBEなんでも相談室」ではご覧いただくことができません。 OKWAVEよりご覧ください。

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投稿日時 - 2013-11-19 19:29:19

お礼

図のコイルなら電流が最大になるのは4,5です。高度が10cmと1mmだったら1mmの方が多く流れます。それは、コイルの中を通る磁束が増えるからです。コイルは入ろうとする磁束を外に追い出そうとしますから磁束が増えればその分磁界を強くしますから電流が多く流れるわけです。
ただ、これはコイルの線を通過する磁束は考えてませんので鉄心にコイルを巻いた場合と考えてください。

それと鉄心を使わないコイルでの説明は避けてください。鉄心を使ったコイルなら鉄心を通る磁束だけを考えればよくコイルを横切る磁束まで考える必要がなくなりますから、そのほうが実用的な発電機にも近いですし。

投稿日時 - 2013-11-20 07:10:22

ANo.21

>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。

レンツの法則から明らかなんですよ。
発生する起電力は磁束の時間微分に
比例するので、磁束ピーク時は0V。

コイルとメーターと棒磁石で簡単に
検証できます。

投稿日時 - 2013-11-19 14:15:19

お礼

まず、発電機の構造は鉄心にコイルを巻いた構造を考えてください。このコイル巻鉄心がどういうふるまいをするか考えてください。このコイルに磁石が近づいてきたとします。すると鉄心に磁束が侵入してきます。すると侵入しようとする磁束を追い出そうとコイルに起電力が発生して電流が流れ磁束を追い出す磁界が鉄心に発生します。この時反発の力が生まれます。最も近づく磁束ピーク時はそれだけ磁力が強いので鉄心に発生する磁力もピークに達します。つまり、逆起電力がピークに達するわけです。この状態ですぐに磁石を遠ざけてやれば鉄心に侵入しようとする磁束が減っていくことで鉄心の磁力も減少していきます。磁界は減少していきますが、磁界が反転するわけではないのでこの時も反発の力がかかります。
なので、磁石にかかる力はプラスマイナス0ということになります。

辞書に載ってることをただ言うのでなくて実際自分の力で考えてみることが大切です。

投稿日時 - 2013-11-19 17:57:50

ANo.20

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。
http://www.youtube.com/watch?v=wchiNm1CgC4&list=PLAzUpbJnGiwspqmsuemzKmQ5hZkTxcFCU

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。

投稿日時 - 2013-11-19 12:53:01

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。

投稿日時 - 2013-11-19 17:00:42

ANo.19

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/1-2-0-0/1-2-3-1dennjiyuudou.html


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。

投稿日時 - 2013-11-19 10:04:59

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?

投稿日時 - 2013-11-19 11:21:07

ANo.18

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。

投稿日時 - 2013-11-19 08:27:28

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。

投稿日時 - 2013-11-19 11:17:41

ANo.17

>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。

投稿日時 - 2013-11-18 23:37:10

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。

投稿日時 - 2013-11-19 01:38:15

ANo.16

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

投稿日時 - 2013-11-18 22:06:33

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?

投稿日時 - 2013-11-19 01:05:49

ANo.15

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.html
http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/test/k_jikai.html
http://www.tdk.co.jp/techmag/inductive/200607/index3.htm
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。

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マルチメディア機能とは?

投稿日時 - 2013-11-18 20:51:23

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。

投稿日時 - 2013-11-19 01:02:12

ANo.14

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。

投稿日時 - 2013-11-18 16:31:19

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?

投稿日時 - 2013-11-18 18:16:36

ANo.13

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)

投稿日時 - 2013-11-18 10:09:02

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。

投稿日時 - 2013-11-18 15:52:27

ANo.12

>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。

投稿日時 - 2013-11-18 07:34:39

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。

投稿日時 - 2013-11-18 15:47:54

ANo.11

>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。

 

投稿日時 - 2013-11-17 11:59:15

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。

投稿日時 - 2013-11-17 14:07:55

ANo.10

> 逆起電力が大きくならないうちに
ここが間違いかと。
逆起電力は回路がclose(接点がつながった)になった瞬間が最大で、低電圧で入力を与えても無駄。
回転の慣性エネルギーが入力と逆相の電圧に変換されることが「ロス」になっているものです。
むしろ回路開放のままの方がマシなのはそういうわけですね。

投稿日時 - 2013-11-17 11:36:55

お礼

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。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。

投稿日時 - 2013-11-17 14:04:44

ANo.9

#7の方の補足という感じになりますが。

まず、同じ消費電力で回転数を上げると、取り出せるトルク(回転させようとする力みたいなもの)はその分だけ下がってしまう、ということは理解していますか?
結局のところ、モーターが外部にする仕事(率)は、回転数を上げても増えません。
同じ消費電力で大きなパワーを取り出せるとかいう旨すぎる話はありません。

このことを大前提として理解した上で、質問者の言われるように、モーターに与える電圧をうまくタイミングよく制御すれば、理想的には(もしモーターに摩擦等がなければ)、回転数を無限に上げることが可能です。
ただし、回転数をいきなり上げることはできないので(回転数を上げるにはトルクが必要ですが、上で書いたようにモーターを高回転で回したらトルクはほとんどありません)、少しづつ与える電圧のタイミングを変えていって(周波数を上げていって)、少しづつ回転数を上げていきます

投稿日時 - 2013-11-17 10:49:43

お礼

同じ消費電力で回転速度を上げるとトルクが下がるのは一般的なモーターの理解です。それは電圧を上げるのに電力を使いその分電流が減るからです。でも、電圧を上げずに回転速度を上げられたら電流を減らす必要がないのでトルクも下がることはありません。
それが今回のモーターということです。

投稿日時 - 2013-11-17 14:02:14

ANo.8

>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。



お考えのことは、
単にACモーターで周波数を高くしたのと同じではないですか?

投稿日時 - 2013-11-17 09:03:34

お礼

ACモーターの周波数を作る際連続的な電圧の変化でなく断続的な電圧をかけているとすればまさにここで言っているモーターそのものになります。

投稿日時 - 2013-11-17 10:36:34

ANo.7

残念ながらそうならないのです。
 直巻シリースモーターや直巻整流子モータを高速回転させるためには、コイルの巻き数を減らし整流子(コンミテータ)の数を減らし、モーメントを減らせば高速回転します。巻き数を減らしても回転数が増えるとリアクタンスの関係で電流は減少します。
 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電流が切れても電圧は残りますが、回路が遮断されているため電流は流れませんから力も発生しません。もちろん、位相が90度ずれています。

>低電圧で高速回転するモーターを考えました。
 これがスタートの間違いだと思われます。
 確かに、直巻整流子モーターの回転数は電圧によって変わりますが、その理由は電流の二乗にトルクが比例するからです。電圧ではなく流れる電流が増えるためにトルクが増大するから回転数が上がるのですよ。回路を遮断するとトルクが発生しない。また回路を接続しかえると逆トルクが発生する。逆電圧はモーターを止める方向に流れようとするのですから・・。

 直巻整流子モーターの回転数を上げる為には、巻数を減らしてリアクタンス(交流抵抗)
を減らすことになるのです。回転数が上がれば同じ出力でもトルクは弱くなります。(仕事の量が代わる訳ではない)です。

 最も効率的なのは、整流子モーターではなく誘導モーターで周波数を上げる事ですね。

投稿日時 - 2013-11-17 09:01:34

お礼

疑問は回路が遮断されていても電圧が残るということは発電機でたとえると回路を通電状態にした瞬間その発生している電圧で電流が流れるのではないかということです。電流が流れるのはおかしなことになりますから流れないと考えるのが自然です。でも、電圧が発生してることにするとこれもおかしなことになります。なので、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。

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

投稿日時 - 2013-11-17 10:34:12

ANo.6

どうもタイミングが大事のようですね。
このような動作の説明にはタイミング図を用いるといいです。
時間経過と共に、回転子の位置、駆動電流を流す、逆起電力の電圧などを図で示すなど。
自分でも見落としていた点に気付かされたりもします。

私の希望に応えてくださる気がないようです、まぁ私がそこまで推測してればいいだろ、
とお考えなのかもしれませんが面倒くさいのでもうやめます。


私が絶対などとは言いませんし質問者さんのはすばらしいアイデアかも知れませんが、
モーターに電流を与え続けるよりも、
タイミングよく止めたり流したりする方が高回転になる
とか
低い電圧でも回転させられるようになる
しかも消費電力も減る
というなら
そこだけ見てもそうはならないだろうとは思いますけどね。
No.2 お礼欄によると、巻き数もそのままで、ですよね。

「逆起電力が起きるタイミングを避けて駆動電圧を与えるようにすれば低い電圧でもよさそう」
はなんとなくそれっぽい気もしますが、駆動電圧が低ければ回転速度はむしろ減るし。
短時間で高速回転させるには少なくとも最初だけでも高駆動力が必要だし。
回転力を外部で使うにはある程度のトルクも要るし。

投稿日時 - 2013-11-17 08:21:33

お礼

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。
モーターの加速は電圧でなく電流によるものです。トルクも電流によるものです。電圧は電流を流す目的に使われるだけなので必要な電流さえ流れれば電圧は低くてもモーター能力は変わりません。

投稿日時 - 2013-11-17 10:32:30

ANo.5

>逆起電力とは電流を流す力のこと。
違いますよ。「逆起電力とは逆方向の電圧を生じる作用または電圧の事」です。

>電圧が生じれば電流が流れるのは当然のことだと思うんですが。
いいえ。電圧が生じても電流経路が形成されてなければ電流は流れません。

回答No.1 での推測(合ってるか否かのお答えすらありませんが)の「タイミングよく電流を止め」た時とは、動力用電源を切り離し電流経路が切れてる状態も意味します。
(もちろん、電流が流れてなく電圧が生じてるだけの状態では反発力は生じません。)


この状態の時に「回転力を与える目的でコイルに再び電流を流」そうと電源を接続
(という事だと思いますがこの推測も合ってるのかお答えありません)するものの、
与える電圧は逆起電力より高い電圧でないと望む方向に電流を流すことができないわけなんですが。

ちょっと話が遠回りしそうなので、意味不明な質問文
>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。
を別の言葉で説明してもらえませんか。

投稿日時 - 2013-11-17 02:47:25

お礼

質問に対するあなたの理解はすべて合っています。
発電機で考えると磁石がコイルに近づくほど逆起電力は大きくなります。コイルが通電状態になくても逆起電力は起きていてコイルに最も近づいた時最大の電圧が発生しているということですね。問題は最も近づいた時通電してやると電圧が発生しているのに電流は流れないとしていることです。それとも電流経路が形成されれば逆起電力に似合った電流が流れるということでしょうか?それでは電力なしで回るモーターになってしまいます。
そこで通電しない状態では逆起電力は初期状態(リセット)つまり逆起電力が0vの状態になるのではと考えました。そうすればコイルに近づいた時通電してない状態から通電状態にした時も電流が流れない説明がつきます。

投稿日時 - 2013-11-17 07:28:24

ANo.4

No.3 です。

>ところが近づいた時コイルを通電状態にすると逆起電力により電流が一気に流れ反発するとなれば
>電力のいらないモーターになってしまいます。

何言ってるかわからない。
「近づいた時コイルを通電状態にすると逆起電力により電流が一気に流れ反発する」
などと、私が書いてない事を指摘されても。

投稿日時 - 2013-11-17 02:23:53

お礼

逆起電力とは電流を流す力のこと。電圧が生じれば電流が流れるのは当然のことだと思うんですが。

投稿日時 - 2013-11-17 02:32:26

ANo.3

意味がよくわかりません。省略されてるので推測してみましたが
「低い電圧では高回転を得られない。それは発電作用による逆起電力がある為」という前提で

「回転中にタイミングよく電流を止めたり流したりすると低い電圧でも高回転を得られるのではないか」という事ですか?

>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。

モーターの発電作用による電流の妨げがなくなる、という意味ですか?
そりゃ電流回路が切れてれば電流は流れませんからね。
しかしモーターは余力で回転してる間は発電作用は続いていて逆電圧は生じています。

>そしたらコイルに電気を流すと
「電気を流す」為に電流経路が生じれば逆電圧は再び作用します。

>低電圧でも電流は流れ、
回転させる方向に電流を流すには、逆電圧より高い電圧でないとだめなのは変わりないでしょうね。

投稿日時 - 2013-11-17 01:07:51

お礼

発電機の場合磁石がコイルに近づくときは反発の力を受けます。近づくときコイルを通電しない状態にすれば反発の力は起きません。ところが近づいた時コイルを通電状態にすると逆起電力により電流が一気に流れ反発するとなれば電力のいらないモーターになってしまいます。
なので、回転している間は電流が流れてなくても逆起電力が起きているとするのはおかしいです。

投稿日時 - 2013-11-17 01:57:29

ANo.2

低電圧で高回転モーターなど前からありますよ、不思議でもなんでもないです。
ミニ四駆のモーターなど僅か3Vで約2万回転回る物もあった訳です。
3Vって定電圧ですよね、それとも2万回転が高回転では無いのでしょうか、だったら高回転は何万回転??そんなに回るモーターも聞いた事が無いですが。

投稿日時 - 2013-11-17 00:46:13

お礼

コイルの巻き数を減らせば回転数を上げることはできますが同時に消費電力も増えてしまいます。今回のモーターは消費電力を増やさず回転数と出力を上げることができるモーターです。

投稿日時 - 2013-11-17 01:54:36

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