誘導機45【電験3種 機械】巻線形誘導電動機の構造と材料とは？令和4年上期 A問題3 完全解説

電験3種（第三種電気主任技術者試験）の機械科目において、「巻線形誘導電動機の構造」は材料の知識まで踏み込む一段細かい構造問題です。本記事では、令和4年度上期 A問題3を、はじめての方でも確実に解けるように丁寧に解説します。

前半は定番（回転磁界・電磁鋼板）、中盤は絶縁電線の使い分け（小出力＝ポリエステル線、大出力＝ガラス巻線の平角銅線）、締めは可変抵抗器の目的＝始動特性の改善（比例推移）です。

令和4年度上期 機械科目 A問題3：問題文と選択肢

材料を「何のために選ばれているか」で並べ替えてから読みます。

出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「令和4年度上期 第三種電気主任技術者試験」機械科目 A問題3

電験3種 機械科目 【誘導機】 令和4年度上期 A問題3（要約）

三相巻線形誘導電動機は（ア）を作る固定子と巻線形回転子で構成。固定子は（イ）を打ち抜いて積層鉄心を構成。回転子の巻線には耐熱性・絶縁性に優れた絶縁電線が用いられ、小出力用ではホルマール線や（ウ）などの丸線が、大出力用では（エ）の平角銅線が用いられる。三相巻線はスリップリング＋ブラシで外部端子に接続され、可変抵抗器を接続することにより（オ）を改善したり速度制御をすることができる。

(1) 回転磁界・高張力鋼板・ビニル線・エナメル線・効率　(2) 回転磁界・電磁鋼板・ビニル線・エナメル線・始動特性　(3) 電磁力・電磁鋼板・ビニル線・エナメル線・効率　(4) 電磁力・高張力鋼板・ポリエステル線・ガラス巻線・効率　(5) 回転磁界・電磁鋼板・ポリエステル線・ガラス巻線・始動特性

出題のポイント：材料を「役割」で並べ替える

この問題は構造だけでなく材料まで踏み込みます。それぞれの材料が何のために選ばれているかが分かっていれば、覚えていなくても消去法で決まります。

場所	使う材料	選ばれた理由	ダミーとして出るもの
固定子鉄心	電磁鋼板（けい素鋼板）の積層	鉄損（ヒステリシス損・渦電流損）を減らす	高張力鋼板（構造材であって磁性材ではない）
小出力機の巻線	ホルマール線・ポリエステル線（丸線）	耐熱性のあるエナメル被覆で、細くても絶縁できる	ビニル線（耐熱性が足りない）
大出力機の巻線	ガラス巻線の平角銅線	大電流を流すため断面積が要る＋最上級の耐熱	エナメル線（大出力には力不足）

空欄を確定する

(ア)(イ)：回転磁界と電磁鋼板

固定子が作るのは回転磁界です。(ア)＝回転磁界。「電磁力」は力の名前であって磁界ではありません——この一語で(3)(4)が消えます。

鉄心は電磁鋼板を打ち抜いて積層します。(イ)＝電磁鋼板。「高張力鋼板」は自動車の車体などに使う構造用の鋼板で、磁気回路には使いません。

(ウ)(エ)：耐熱グレードの序列

問題文が「耐熱性・絶縁性に優れた絶縁電線」と前置きしているのが決め手です。ビニル線は耐熱性が低く、回転機の巻線には使えません。(ウ)＝ポリエステル線で(2)が消えます。

大出力用は電流が大きいので平角銅線を使い、その絶縁にはガラス繊維（ガラス巻線）を用います。(エ)＝ガラス巻線。

(オ)：外部抵抗の目的は始動特性

可変抵抗器を二次側に入れる目的は、比例推移で始動トルクを大きくし始動電流を抑えることです。(オ)＝始動特性。

☝️ ひっかけの作り方：「効率」を選んではいけません。抵抗を入れれば滑りが増え、二次銅損（sP₂）が増えて効率はむしろ悪化します。効率を犠牲にしてでも始動トルクが欲しい——それが巻線形の存在理由です。

なぜ「けい素」を入れた鋼板を使うのか

電磁鋼板は、鉄にけい素を数 % 加えた鋼板です。けい素を入れると何が良くなるのか——鉄損の2つの成分がどちらも減ります。

鉄損の成分	何で決まるか	けい素を入れると	積層すると
ヒステリシス損	磁化のしにくさ（保磁力）× 周波数	減る（磁化曲線が細くなる）	変わらない
渦電流損	鉄心の導電率 × 周波数2 × 板厚2	減る（固有抵抗が上がる）	大きく減る（板厚の2乗）

渦電流損は板厚の2乗に比例するので、0.5 mm を0.35 mm にすれば約半分になります。「薄い板を絶縁して重ねる」という作り方は、この一点のためです。

けい素を入れすぎると硬くもろくなって打ち抜けなくなるので、回転機では3 % 程度までにとどめます。変圧器用（方向性けい素鋼板）はもっと多く入れられる——打ち抜きの形が単純だからです。同じ「けい素鋼板」でも用途で中身が違います。

絶縁材料の耐熱クラス

(ウ)(エ)の材料選定は、突き詰めれば「何度まで耐えられるか」の話です。電気機器の絶縁は耐熱クラスで分類されています。

耐熱クラス	許容最高温度	代表的な材料
A種	105 ℃	綿・紙をワニスで処理したもの
E種	120 ℃	ポリウレタン・ホルマール
B種	130 ℃	マイカ・ガラス繊維（有機系接着剤）
F種	155 ℃	マイカ・ガラス繊維（耐熱性接着剤）
H種	180 ℃	マイカ・ガラス繊維（シリコーン系）

ガラス繊維がB種以上に集中していることに注目してください。ガラスは無機物なので、有機物のエナメルより本質的に熱に強いのです。大出力機に「ガラス巻線」が使われる理由がここにあります。

大出力機ほど発熱が大きく、冷却も難しくなります。絶縁が焼ければ機械は即座に故障するので、絶縁の耐熱クラスが機械の寿命をそのまま決めます。「10 ℃ 上がると寿命は半分」（10 ℃ 半減則）という経験則があるほど、温度は絶縁にとって厳しい要因です。

なぜ大出力機は「平角」の銅線なのか

(エ)の「平角銅線」——丸ではなく角ばった断面の線を使う理由は、スロットにどれだけ銅を詰め込めるかにあります。

	丸線	平角線
スロット内の隙間	多い（円の間に必ず空きができる）	少ない（隙間なく積める）
占積率	低い	高い
同じスロットに入る銅の量	少ない	多い
結果	抵抗が大きく損失が増える	抵抗が小さく効率が上がる
加工	曲げやすく巻きやすい	硬く、曲げに手間がかかる

丸い線を並べると、どうしても円と円の間に隙間ができます。大出力機では巻線の断面積がそのまま損失を決めるので、この隙間が無視できません——平角にして詰め込むほうが得になります。

小出力機で丸線が使われるのは、細い線を何百回も巻く必要があり、平角では作業にならないからです。「小は巻きやすさ、大は占積率」——どちらも合理的な選択であって、優劣ではありません。

絶縁の付け方も、この違いに対応しています。丸線はエナメル（ホルマール・ポリエステル）を薄く焼き付けるのに対し、平角線はガラス繊維を巻き付ける——太い線には巻き付けるほうが確実で、しかも耐熱性が高いという二重の利点があります。

★再出題：平成19年度 A問題3とほぼ同じ問題

この問題は平成19年度 A問題3とほぼ同一の再出題です。旧年度では鉄心の材料が「けい素鋼板」と表記されていましたが、指しているものは同じ（電磁鋼板＝けい素鋼板）です。

15年ぶりの再出題ですが、選択肢が並べ替えられて正解の番号は平成19年度の(2)から本問の(5)へ移動しています。番号ではなく中身で覚えてください。そして、材料の知識という一見マイナーな論点が、こうして繰り返し問われていることが分かります。「鉄心は電磁鋼板、小は丸線、大は平角＋ガラス、外部抵抗は始動のため」——この4点は覚えておく価値があります。

材料問題は計算がないぶん、知っているか知らないかで決まってしまいます。逆に言えば、一度覚えれば確実に得点できる問題——用語の意味（電磁鋼板＝磁性材、高張力鋼板＝構造材、ビニル＝配線材）を押さえておけば、消去法でも十分に戦えます。