直流機50【電験3種 機械】小形モータの種類と特徴とは？SPMSM・IPMSM・SynRM 平成27年 A問題6 完全解説

今回は平成27年度 機械科目 A問題6を解説します。テーマは小形モータ。おもちゃや家電に入っている小形直流モータの構造と、SPMSM・IPMSM・SynRMという小形同期モータの機種名を問う知識問題です。

直流機シリーズの締めくくりにふさわしい、構造知識の総まとめ問題。図でイメージを固めましょう。

問題文と選択肢

　次の文章は，小形モータに関する記述である。

　小形直流モータを分解すると，N極とS極用の2個の永久磁石，回転子の溝に収められた3個のコイル，3個の(ア)で構成されていた。一般に(イ)の溝数を減らすと，エアギャップ磁束が脈動し，トルクの脈動が増える。そこで，希土類系永久磁石には大きな(ウ)があるので，溝をなくしてエアギャップにコイルを設け，トルク脈動の低減を目指した小形モータも作られている。

　小形(エ)には，永久磁石を回転子の表面に設けたSPMSMという機種，永久磁石を回転子に埋め込んだIPMSMという機種，突極性を大きくした鉄心だけのSynRMという機種などがある。小形直流モータは電池だけで運転されるものが多いが，小形(エ)は，円滑な(オ)が困難なため，インバータによって運転される。

　上記の記述中の空白箇所(ア)，(イ)，(ウ)，(エ)及び(オ)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)	(オ)
(1)	整流子片	電機子	保磁力	同期モータ	始動
(2)	整流子片	界磁	透磁率	誘導モータ	制動
(3)	ブラシ	電機子	透磁率	同期モータ	制動
(4)	整流子片	電機子	保磁力	誘導モータ	始動
(5)	ブラシ	界磁	透磁率	同期モータ	始動

出題のポイント：小形モータの構造・磁石・始動を横断整理

小形直流モータではコイル数と整流子片数が対応し、3コイルなら整流子片も3個です。溝は電機子である回転子側に設けられます。希土類永久磁石の重要な性質は減磁されにくさを表す大きな保磁力です。またSPMSM、IPMSM、SynRMはいずれも同期モータで、停止状態から円滑に始動するにはインバータで回転磁界の周波数を徐々に上げます。

ポイント解説：SPMSM・IPMSM・SynRMの構造差

名前は長いですが、頭文字で整理すれば簡単です。Surface（表面）に磁石＝SPMSM、Interior（内部）に磁石＝IPMSM、磁石なしでリラクタンス（磁気抵抗）の差だけで回る＝SynRM。いずれも回転磁界と同期して回る同期モータの仲間です。

問題の解説：整流子片・電機子・保磁力・同期モータ・始動

まとめ

小形直流モータ	永久磁石2個＋コイル3個＋整流子片3個（コイルと同数）
希土類磁石	大きな保磁力 → スロットレス構造が可能
SPMSM/IPMSM/SynRM	いずれも同期モータ（表面磁石/埋込磁石/磁石なし）
インバータ運転	同期モータは円滑な始動が困難なため
答え	(1)

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