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
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：極性が反転してもトルクは同方向
交流整流子モータは直流直巻電動機と同様に、界磁巻線と電機子が直列です。交流の極性が変わるたびに電機子電流と界磁磁束が同時に反転するため、トルク式の積の符号は変わりません。直巻形の高始動トルク・高速という特徴と、交流・直流の両方で使える名称を順に確認します。
ポイント解説：2回反転するのでトルクは反転しない
トルクの一般式は \(T=k_{\mathrm T}\phi I_a\)。直巻構造では界磁巻線と電機子巻線に同じ電流が流れるので、電源の極性が反転すると \(\phi\) と \(I_a\) が同時に逆になります。
$$T=k_{\mathrm T}(-\phi)(-I_a)=k_{\mathrm T}\phi I_a$$
符号が2回反転して打ち消し合うため、トルクの向きは変わりません。交流のプラス半サイクルでもマイナス半サイクルでも同じ向きに回り続けるのはこのためです。
問題の解説：4つの空欄を極性と特性から確定
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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