私は永久磁石付きのFA-130モーター（DC）を持っています。私の電源は2本の単三電池（充電式）ですので、合計で2.4vです。

理論的には、すべてのケースが同じ仕様から始まると仮定します。次のことを行うとどうなりますか？

ケース1：永久磁石の強度を増減します。トルクとRPMはどうなりますか？どうして？

ケース2：マグネットワイヤのサイズを拡大/縮小します。トルク、消費電力、RPMはどうなりますか？どうして？

ケース3：アーマチュアのサイズを拡大/縮小します。トルク、消費電力、RPMはどうなりますか？どうして？

ケース4：巻き数（コイル）を増減します。トルク、消費電力、RPMはどうなりますか？どうして？

一般に、一定の電圧が与えられている場合、このモーターのトルクとRPMを上げるにはどうすればよいですか？

あなたが6歳の子供と話しているかのように説明してください、私はこの分野に精通していませんが、概念を知りたいです。

この6歳の子供は、物理学の背景を少なくとも少し持っていると思います。まず、各結果が多くの数学で発生する理由に答えて、その背後にある物理を説明します。その後、各結果の背後にある推論を提供する数学で各ケースに個別に答えます。「一般的な」質問に答えることで締めくくります。

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どうして？

すべての「理由」に対する答え 質問：物理学！特にローレンツの法則とファラデーの法則。ここから：

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モーターのトルクは、次の方程式によって決定されます。

$$\tau = K_t \cdot I~~~~~~~~~~(N \cdot m)$$

どこで：

K t = トルク定数I = $\tau = \text{torque}$
$K_t = \text{torque constant}$
$I = \text{motor current}$

トルク定数、前述のように、磁気強度、ワイヤの巻数、電機子の長さなど、設計のさまざまなパラメーターに基づいて特定のモーターを記述するメインモーターパラメーターの1つです。その値は1アンペアあたりのトルクで与えられ、次のように計算されます。$K_t$

$$K_t = 2 \cdot B \cdot N \cdot l \cdot r~~~~~~~~~~(N \cdot m / A)$$

どこで：

N = 磁場のワイヤーのループの数l = ワイヤーに作用する磁場の長さr = $B = \text{strength of magnetic field in Teslas}$
$N = \text{number of loops of wire in the magnetic field}$
$l = \text{length of magnetic field acting on wire}$
$r = \text{radius of motor armature}$

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逆起電圧は以下によって決定されます。

$$V = K_e \cdot \omega~~~~~~~~~~(volts)$$

どこで：

K e = 電圧定数ω = $V = \text{Back-EMF voltage}$
$K_e = \text{voltage constant}$
$\omega = \text{angular velocity}$

角速度は、RPMから変換できるモーターの速度（ラジアン/秒）（rad / sec）です。

$$\text{rad/sec} = \text{RPM}\times\dfrac{\pi}{30}$$

は、2番目のメインモーターパラメーターです。面白いことに、 K eは K tと同じ式を使用して計算されますが、異なる単位で与えられます：$K_e$$K_e$$K_t$

$$K_e = 2 \cdot B \cdot N \cdot l \cdot r~~~~~~~~~~(volts/rad/sec)$$

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なぜか？エネルギー保存の物理法則のため。これは基本的に、モーターに投入される電力は、モーターから得られる機械的動力と等しくする必要があると述べています。100％の効率を想定：$K_e = K_t$

V ⋅ I = τ ⋅ $P_{in} = P_{out}$
$V \cdot I = \tau \cdot \omega$

上記の方程式を代入すると、次のようになります。

KのE = K $(K_e \cdot \omega) \cdot I = (K_t \cdot I) \cdot \omega$
$K_e = K_t$

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事例

各パラメーターが個別に変更されていると仮定します。

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ケース1：磁場強度は、トルク定数正比例します。そのため、磁場強度が増加または減少すると、トルクτは比例して増加または減少します。磁場が強いほど、アーマチュアの「プッシュ」が強くなるため、これは理にかなっています。$K_t$$\tau$

$K_e$$K_e$

$$\omega = \dfrac{V}{K_e}$$

したがって、磁場が増加すると、速度は低下します。磁場が強くなると、アーマチュアの「プッシュ」が強くなり、速度の変化に抵抗するため、これも理にかなっています。

出力はトルクと角速度の積に等しく、入力は出力に等しいため（再び、100％の効率を想定）、次のようになります。

$$P_{in} = \tau \cdot \omega$$

したがって、トルクまたは速度の変更は、モーターを駆動するのに必要な電力に正比例します。

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ケース2：（ここではもう少し詳しく説明しなかったので、もう少し数学があります）ローレンツの法則に戻ると、次のことがわかります。

$$\tau = 2 \cdot F \cdot r = 2 (I \cdot B \cdot N \cdot l) r$$

したがって：

$$F = I \cdot B \cdot N \cdot l$$

ニュートンのおかげで：

$$F = m \cdot g$$

そう...

$$\tau = 2 \cdot m \cdot g \cdot r$$

ワイヤーの長さを同じに保ちながらゲージを大きくすると、質量が増加します。上記からわかるように、質量は磁場強度と同様にトルクに直接比例するため、同じ結果が適用されます。

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$r$

ここでパターンを見始めましたか？

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$N$

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一般に

今までに明らかでない場合、トルクと速度は反比例します。

モーターへの電力入力（電圧と電流）とモーターからの電力出力（トルクと速度）に関してトレードオフが行われます。

$$V \cdot I = \tau \cdot \omega$$

電圧を一定に保ちたい場合は、電流を増やすことしかできません。電流を増加させると、トルク（およびシステムに供給される総電力）のみが増加します。

$$\tau = K_t \cdot I$$

速度を上げるには、電圧を上げる必要があります。

$$\omega = \dfrac{V}{K_e}$$

入力電力を一定に保ちたい場合は、物理モーターパラメーターの1つを変更してモーター定数を変更する必要があります。

$P$$I$$E$

$P = IE$

電力はワットで測定され、エネルギーの使用率です。エネルギーはジュールで測定され、ワットは通常1秒あたり1ジュールとして定義されます。

$F$$d$

$W = Fd$

トルクとRPMの増加について尋ねました。トルクは単なる回転力であり、RPMは単なる回転速度です。したがって、仕事の定義はあなたが求めたものの半分であり（トルクが含まれています）、速度と距離は明らかに関連しています。本当に近いようです。あなたはあなたのモーターでより多くの仕事をするだけでなく、より速く仕事をしたいです。力と距離ではなく、力と速度を上げたい。機械システムでこれに物理的な用語はありますか？

はい！powerと呼ばれることもあります。機械システムでは、力は力と速度の積です。

$P = Fv$

または、回転システムに同等の用語を使用する場合、パワーはトルクと角速度の積です：

$P = \tau \omega$

これはまさにあなたが尋ねたものです。モーターがより多くのトルクを適用し、より速く回転するようにします。パワーを増やしたい。もっと早くエネルギーを使いたい。

法則エネルギーの節約は、我々は機械的な力を増加させたい場合は、我々はまた、電力を増やす必要があることを教えてくれる。結局のところ、魔法でモーターを回転させることはできません。電力が電圧と電流の積である場合、電圧または電流のいずれかを増加させると、他方が一定に保たれている場合、電力が増加します。

磁石の強度を変更したり、ワイヤの巻きを追加または削除したりすると、電力を増やすことはできません。あなたはできる、しかし、単に機械的な伝達のような、現在の、または電圧の現在のための貿易の電圧は、RPMおよびトルクを交換することができます。レンツの法則と電磁誘導のその他の法則は、なぜこれが真実であるかを説明していますが、単にエネルギー保存の法則を受け入れれば、それらはあなたの質問に答えるのに本当に必要ではありません。

それを踏まえて、あなたの質問は「DCモーターのトルクとRPMを改善する方法」でした。より多くのエネルギーを与えることで改善したり、より効率的にしたりできます。損失の原因には次のものがあります。

• ベアリングの摩擦
• 巻線の抵抗
• 巻芯の磁気抵抗
• 整流子からの電磁放射
• ワイヤー、バッテリー、トランジスター、およびモーターに電気エネルギーを供給する他のものの損失

これらはすべて、モーターを電気および機械エネルギーの100％効率の変換器よりも小さくするのに役立ちます。それらのいずれかを削減すると、通常、望ましくない何か、頻繁にコストまたはサイズが増加します。

興味深い考え：これが、電気ハイブリッド車が都市でより良い走行距離を得ることができる理由です。赤信号で停止すると、走行中の車のすべてのエネルギーがブレーキパッドで熱に変換されますが、これは役に立ちません。モーターは電気エネルギーと機械エネルギーの間のコンバーターであるため、ハイブリッド車はこのエネルギーを熱に変換するのではなく、電気エネルギーに変換し、バッテリーに保存してから、光が緑色のときに機械エネルギーに戻すことができます。さらに読むには、DCモーターの回生ブレーキを実装するにはどうすればよいですか？

$$\tau = 2.B.N.l.r.I$$

$$\omega = V/2.B.N.l.r.I$$

ワイヤゲージを増やすと、電流（I）が増加し、トルクが増加します。回転数も減らすと、トルクが下がります。かどうかを合計トルクが増加または減少、効果が大きくなるに依存します。