今回は令和2年度 機械科目 A問題6を解説します。テーマは交流整流子モータ（ユニバーサルモータ）。電気ドリルや掃除機のモータとしておなじみの機種です。
「直巻構造だから交流でも回る」――この一点を理解すれば、残りの空欄は用途からの連想で埋まります。
問題文と選択肢
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「令和2年度 第三種電気主任技術者試験」機械科目 A問題6
次の文章は，交流整流子モータの特徴に関する記述である。
交流整流子モータは，直流直巻電動機に類似した構造となっている。直流直巻電動機では，加える直流電圧の極性を逆にしても，磁束と電機子電流の向きが共に(ア)ので，トルクの向きは変わらない。交流整流子モータは，この原理に基づき回転力を得ている。
交流整流子モータは，一般に始動トルクが(イ)，回転速度が(ウ)なので，電気ドリル，電気掃除機，小型ミキサなどのモータとして用いられている。なお，小容量のものでは，交流と直流の両方に使用できるものもあり，(エ)と呼ばれる。
上記の記述中の空白箇所(ア)～(エ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
(ア) (イ) (ウ) (エ) (1) 逆になる 大きく 低速 ユニバーサルモータ (2) 変わらない 小さく 低速 ユニバーサルモータ (3) 変わらない 大きく 高速 ブラシレスDCモータ (4) 逆になる 小さく 低速 ブラシレスDCモータ (5) 逆になる 大きく 高速 ユニバーサルモータ
出題のポイント：マイナスが2回でプラスに戻る
交流整流子モータ（ユニバーサルモータ）の原理は、掛け算の符号の話に尽きます。トルクは T＝kTφIa という磁束と電流の積ですから、両方が同時に反転すれば積の符号は変わりません。
そして直巻構造では界磁と電機子に同じ電流が流れるので、電源の極性が変わるとφ と Ia は必ず一緒に反転します。片方だけが反転することはあり得ません。だから交流をそのままつないでも、トルクの向きは一定に保たれるのです。
式で確かめる：符号を追ってみる
(ア)は「逆になる」です。問題文は「磁束と電機子電流の向きが共に（ア）ので、トルクの向きは変わらない」と書いています。「変わらないので変わらない」では説明になっていません——両方が逆になるからこそ、積は変わらないという論理を読み取ってください。
| 電源の半サイクル | 電機子電流 Ia | 界磁磁束 φ | トルク T＝kφIa |
| 正の半サイクル | ＋ | ＋ | ＋（正転） |
| 負の半サイクル | − | − | ＋（正転のまま） |
もし分巻や他励だったらこうはいきません。界磁と電機子が別の回路だと、インダクタンスの違いから電流の位相がずれ、φ と Ia が同時に反転しなくなります。ずれた時間帯では積が負になり、逆向きのトルクが出て平均トルクが落ちてしまうのです。交流で使えるのは直巻構造だけ——これが原理の核心です。
(イ)(ウ)：直巻の特性がそのまま出る
交流整流子モータは直巻電動機とほぼ同じ構造なので、特性も直巻そのものです。T∝I2 なので始動トルクが大きく（(イ)＝大きく）、軽負荷では磁束が減って高速になります（(ウ)＝高速）。
この2つの性質が、電気ドリル・電気掃除機・小型ミキサという用途にそのまま結びついています。ドリルは食い込んだときに大きなトルクが要り、掃除機やミキサはとにかく高速で回したい——直巻特性の得意分野です。
| 用途 | 求められる性質 | 直巻特性のどこが効くか |
| 電気ドリル | 食い込み時の大トルク | T∝I2：負荷が重いほど急激にトルクが増す |
| 電気掃除機 | 毎分1〜3万回転の高速 | 軽負荷で高速：磁束が小さくなるほど速く回る |
| 小型ミキサ | 小型軽量で高出力 | 高速＝小型でも大出力（出力∝トルク×速度） |
同じ出力なら、速く回るほどモータは小さくできます（P＝ωT なので、ω が大きければ T は小さくてよい）。交流整流子モータが手持ち工具や家電に使われ続けてきたのは、小型・軽量・大出力を同時に満たせるからです。
(エ)：ユニバーサルモータという呼び名
交流でも直流でも使えることから、ユニバーサル（universal＝万能）モータと呼ばれます。(エ)の選択肢にあるブラシレスDCモータとは別物です——名前のとおりブラシがないモータで、位置センサとインバータで電子的に整流します。
| ユニバーサルモータ | ブラシレスDCモータ | |
| 整流の方法 | 整流子とブラシ（機械的） | 半導体スイッチ（電子的） |
| 電源 | 交流・直流どちらでも | 直流＋インバータ回路が必要 |
| 寿命・保守 | ブラシが摩耗する | 摩耗部品がなく長寿命 |
| 用途例 | 電気ドリル・掃除機・ミキサ | PCの冷却ファン・ドローン・EV補機 |
選択肢を絞り込む手順
| 段階 | 根拠 | 消える選択肢 |
| (ア)＝逆になる | 「共に（ア）ので、トルクの向きは変わらない」＝両方逆だから積は不変 | (2)(3)が消える |
| (イ)＝大きく | 直巻は T∝I2 で始動トルクが大きい | (2)(4)が消える |
| (ウ)＝高速 | 掃除機のモータは毎分1〜3万回転。直巻は軽負荷で高速 | (1)(2)(4)が消える |
| (エ)＝ユニバーサルモータ | 交直両用だから「万能」。ブラシレスDCは直流＋インバータ専用 | (3)(4)が消える |
(ウ)の「高速」だけで(5)に確定します。掃除機のモータの甲高い音を思い出せば、低速でないことは体感で分かるはずです。知識問題では、身の回りの製品を思い浮かべるのが最も速い検算になります。
交流で使うとき何が問題になるか
原理的には交流で回りますが、直流のときほど性能は出ません。理由は3つあります。
①鉄損が発生する：直流機の界磁鉄心は磁束が一定なので鉄損がありませんが、交流では磁束が毎サイクル反転するためヒステリシス損と渦電流損が出ます。そこで交流整流子モータは界磁鉄心も成層（けい素鋼板を積層）にしてあります。
②リアクタンス降下が出る：巻線のインダクタンスにより電圧が食われ、力率が悪化します。同じ電圧でも直流ほど電流が流せません。
③整流が悪化する：整流子で短絡されるコイルに変圧器起電力が誘導され、火花（ブラシスパーク）が出やすくなります。ブラシの摩耗が早いのはこのためで、掃除機のモータの寿命が意外と短い実感の裏付けでもあります。
⏱️ 本番での進め方
① 「共に（ア）ので変わらない」という文型を見たら、「両方逆になるから積は不変」と読む。
② 交流整流子モータの特性は直巻とまったく同じ：大始動トルク・高速・無負荷は危険。
③ 用途から逆算する：掃除機＝高速、ドリル＝大トルク。身近な製品が最速の検算。
④ ユニバーサル＝交直両用、ブラシレスDC＝ブラシがない別物。名前で区別する。
💡 覚え方
直巻構造だから交流で回る——φ と Ia が同時に反転して負×負＝正。特性は直巻そのもので始動トルク大・高速。交直両用だからユニバーサルモータ。交流で使うと鉄損・力率低下・整流悪化という代償があるので、界磁鉄心も成層にしてある。
⚠️ よくある間違い
(ア)を「変わらない」としてしまうのが最頻（→(2)(3)）。「トルクが変わらない」という結論に引きずられますが、変わらない理由は「両方が変わるから」です。もう一つは(エ)をブラシレスDCモータとする誤り。整流子モータと名前に書いてある＝ブラシがあるので、ブラシレスとは正反対です。
まとめ
| 原理 | 極性反転で \(\phi\) と \(I_a\) が同時反転 → トルク同方向 |
| 特性 | 始動トルク大・高速（直巻特性） |
| 用途 | 電気ドリル・掃除機・小型ミキサ |
| 交直両用 | ユニバーサルモータと呼ばれる |
| 答え | (5) |
▼あわせて解きたい関連問題
・直巻電動機の無負荷（暴走）：【機械】平成19年度A問題1
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