交流整流子モータでは、交流の極性が反転してもトルクの向きが変わりません。直巻の回路とトルクの式から仕組みを確認し、鉄心と用途の特徴を選びます。
問題文と選択肢｜【電験3種】令和8年度上期 機械 問7
問題文
問7 次の文章は，交流整流子モータ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。構造上の特徴として，交流整流子モータでは，磁気回路の磁束が交番するので，界磁鉄心および継鉄を（イ）としていることが挙げられる。交流整流子モータは，一般に始動トルクが大きく，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。
出典：電気技術者試験センター・公式問題PDF／公式解答PDF
解答・解説
解答
正答（2）
語句を補った問題文
問7 次の文章は，交流整流子モータ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）逆になるので，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。構造上の特徴として，交流整流子モータでは，磁気回路の磁束が交番するので，界磁鉄心および継鉄を（イ）積層鉄心としていることが挙げられる。交流整流子モータは，一般に始動トルクが大きく，回転速度が（ウ）高速なので，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）ユニバーサルモータと呼ばれる。
- STEP1磁束と電流の同時反転からトルクの向きを判断する(−Φ)(−Iₐ)＝ΦIₐ
- STEP2交番磁束に対応する鉄心の構造を選ぶ積層鉄心で渦電流を抑える
- STEP3速度と用途から残りの語句を選ぶ高速・大きな始動トルク・交直両用
STEP1｜磁束と電流の同時反転からトルクの向きを判断する
界磁巻線と電機子が直列なので、電源の極性を逆にすると、両方の電流が同時に逆になります。界磁の電流が逆になると磁束の向きも逆になります。
トルクの方向
\[T=k\Phi I_a\]\[T\prime=k(-\Phi)(-I_a)=k\Phi I_a=T\]
磁束と電機子電流の符号が両方変わるので、積の符号は変わらないのが理由です。（ア）は「逆になる」。同じ向きとはトルクの向きのことで、電流の向きではありません。
STEP2｜交番磁束に対応する鉄心の構造を選ぶ
交流では磁束が時間とともに変わります。鉄心内部にも誘導起電力が生じ、渦電流が流れるとI²Rの損失で発熱します。
絶縁した薄い鋼板を積み重ねると、大きな渦電流の経路を分断できます。このため界磁鉄心・継鉄を積層鉄心にします。（イ）は「積層鉄心」です。
STEP3｜速度と用途から残りの語句を選ぶ
交流整流子モータは一般に高速で回り、始動トルクも大きいため、電気ドリルや掃除機、小型ミキサに用いられます。（ウ）は「高速」です。
小容量で交流・直流のどちらでも使えるものはユニバーサルモータと呼ばれます。（エ）がこの語句となり、組合せは（2）です。
最後に、3つだけ確認
極性の反転で磁束と電機子電流は両方逆になる。
交番磁束による渦電流を抑えるため積層鉄心を使う。
高速・大きな始動トルク、交直両用機はユニバーサルモータ。
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