モーターの回転数は60Hzで何回転ですか？

60Hz駆動モーターの回転数：理論と現実のギャップ、そして知っておくべきこと

60Hzの交流電源で駆動するモーターの回転数について、多くの方が「1分間に何回転するの？」と疑問に思うことでしょう。簡潔に言えば、その回転数はモーターの極数によって大きく左右されます。しかし、実際の回転数は理論値通りにはならないことも多いのです。

理論上の回転数：極数との関係

交流モーターの回転数は、電源周波数とモーターの極数によって決定されます。同期速度（理論上の回転数）は以下の式で表されます。

同期速度（rpm）= (120 × 周波数) / 極数

日本を含む多くの地域で使用されている60Hz電源の場合、この式は以下のようになります。

同期速度（rpm）= (120 × 60) / 極数 = 7200 / 極数

つまり、極数が2極のモーターであれば3600rpm、4極のモーターであれば1800rpm、6極のモーターであれば1200rpmが理論上の回転数となります。

しかし、現実はそう簡単ではありません

上記の計算式はあくまで理論値であり、実際のモーターの回転数はこれよりもわずかに低くなります。これは、スリップと呼ばれる現象が原因です。

スリップとは、回転磁界（ステーターによって作られる回転する磁界）とローター（回転子）の間に生じる速度差のことです。ローターが完全に同期速度で回転してしまうと、ローターコイルに電流が流れなくなり、トルクが発生しなくなってしまうため、わずかな速度差が必要となります。

スリップ率はモーターの種類や負荷によって異なりますが、一般的には数パーセント程度です。そのため、4極モーターであれば理論上の1800rpmよりも少し低い、例えば1750rpm程度で回転することが多くなります。

知っておくべきこと：負荷、効率、そしてインバーター制御

• 負荷: モーターに大きな負荷がかかるほど、スリップ率は大きくなり、回転数は低下します。これは、負荷が増加することでローターの速度が下がり、より大きなトルクを発生させるために必要な電流を流すためです。
• 効率: モーターの効率も回転数に影響を与えます。効率の低いモーターは、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する割合が大きく、その分回転エネルギーに変換される割合が減少するため、回転数が低くなる傾向があります。
• インバーター制御: 近年では、インバーター制御によってモーターの回転数を自由に制御することが一般的になっています。インバーターは電源周波数を変更することで、モーターの回転数を調整することができます。これにより、モーターを効率的に使用し、様々な用途に合わせた回転数で駆動することが可能になります。

まとめ

60Hz電源で駆動するモーターの回転数は、極数によって理論上の値が決まりますが、実際にはスリップと呼ばれる現象によって、理論値よりもわずかに低くなります。また、負荷や効率も回転数に影響を与え、近年ではインバーター制御によって自由に回転数を制御することも可能です。モーターの回転数を理解することは、効率的なシステム設計や故障診断において非常に重要となります。