電験三種 機械 同期電動機｜始動法・負荷角とトルク・V曲線・損失・小形モータ

1回転磁界が、回転子の磁極を引いて回す

固定子の三相巻線に三相交流を流すと回転磁界ができ、直流で励磁した回転子の磁極がそれに引かれて回ります。構造は同期発電機と同じです。回転子の側に磁極（界磁）を置き、固定子を電機子にする形を回転界磁形と呼びます。

2回転速度は、同期速度に等しい

回転子は回転磁界と同じ速さで回り、誘導電動機のような滑りはありません。周波数と極数が変わらなければ、負荷が変わっても回転速度は同期速度のままです。

50 Hz・12極なら、N_s＝120×50/12＝500 min⁻¹ です。

よくある誤り負荷が重くなると、誘導電動機と同じように少し遅くなる
正しくは同期速度のまま回る。重すぎると同期が外れて止まる

3止まったままでは、平均トルクが0

止まっている回転子に回転磁界をかけても、磁極が受けるトルクは向きが交互に変わり、平均すると0になります。回転磁界は同期速度で速く回るのに、回転子には慣性があってすぐには追いつけないからです。そのままでは自分で始動できません。

この原理を使う過去問令和7年度下期 問5令和6年度上期 問5

4制動巻線は、磁極面に設けるかご形の巻線

制動巻線は、回転子の磁極面に導体の棒を並べ、両端を端絡環でつないだ巻線です。形は、かご形誘導電動機の回転子の導体と同じです。ダンパ巻線とも呼びます。

よくある誤り同期電動機の始動に使う巻線を、補償巻線とする
正しくは補償巻線は直流機の電機子反作用を打ち消す巻線。同期電動機の始動に使うのは制動巻線

この原理を使う過去問令和7年度下期 問5令和6年度上期 問5

5制動巻線で、かご形誘導電動機として始動

回転磁界が制動巻線の棒を切ると電流が流れ、誘導トルクが生まれます。回転子はかご形誘導電動機と同じ原理で加速し、同期速度の近くまで上がります。誘導トルクだけでは同期速度そのものには届きません。この始動のしかたを自己始動法といいます。

よくある誤り制動巻線の始動の原理を、巻線形誘導電動機と同じとする
正しくは棒を端絡環で短絡したかごなので、かご形誘導電動機と同じ

この原理を使う過去問令和7年度下期 問5令和6年度上期 問5

6始動中は、界磁巻線を抵抗で短絡しておく

始動中は回転子が回転磁界より遅いので、回転磁界が界磁巻線を切り、界磁巻線に高い電圧が誘導されます。絶縁が壊れないよう、界磁巻線は抵抗につないで短絡しておきます。直流の電源は、まだつなぎません。

よくある誤り始動中に抵抗で短絡するのは、固定子巻線
正しくは固定子巻線は電源につながっている。高い電圧が出るのは回転子の界磁巻線

この原理を使う過去問令和7年度下期 問5令和6年度上期 問5

7同期速度の近くで、直流で励磁して引き込む

同期速度の近くまで上がったら、短絡の抵抗を切り離し、界磁巻線を直流で励磁します。回転子に N 極と S 極が決まり、回転磁界に引かれて同期速度に引き込まれます。そのあとは同期速度で回り続けます。

よくある誤り引き込むときの界磁を、交流で励磁する
正しくは直流で励磁して、回転子の磁極を決まった極にする

この原理を使う過去問令和7年度下期 問5令和6年度上期 問5

8全電圧の始動は、始動電流が大きい

自己始動法で固定子巻線に全電圧を加えると、大きな始動電流が流れます。そこで、始動補償器・直列リアクトル・始動用変圧器で電圧を下げて始動し、同期に入ってから全電圧に切り換えます。

9外の電動機や低い周波数でも始動できる

始動電動機法は、直結した誘導電動機や直流電動機で同期速度の近くまで回し、界磁を励磁して発電機として電源に並列につないでから、始動用の電動機を切り離します。主に大容量機で使います。低周波始動法は、低い周波数で回転磁界を遅くして始動します。

10制動巻線は、乱調も抑える

同期速度で回っている間は、制動巻線と回転磁界に速度差が無いので電流は流れません。負荷が急に変わって回転が同期速度の前後に揺れると（乱調）、速度差で電流が流れ、揺れを抑えるトルクが出ます。乱調が激しいと同期が外れて止まります。

1負荷がかかると、回転子は磁界より δ 遅れる

負荷をかけると、回転子の磁極は回転磁界の磁極より角 δ だけ遅れた位置で、同期速度のまま回ります。この角を負荷角といいます。無負荷ではほぼ0で、負荷が大きいほど開きます。等価回路では、誘導起電力 E と端子電圧 V の位相差として現れます。

よくある誤り負荷角を、V と I の位相差（力率角）と取り違える
正しくは負荷角 δ は E と V の位相差。V と I の位相差は力率角 θ

この原理を使う過去問令和3年度 問5令和元年度 問5

2電動機の電圧は V＝E＋jx_sI で表す

電動機では、電流 I が電源から流れ込みます。端子電圧 V は、逆起電力（誘導起電力）E と同期リアクタンスの電圧降下 jx_sI の和です。電機子抵抗は x_s より十分小さいので無視します。E は V より δ 遅れます。

x_s＝16 Ω に I＝50 A が流れると、電圧降下 jx_sI の大きさは 16×50＝800 V です。

よくある誤り発電機の式 E＝V＋jx_sI を、電動機にもそのまま使う
正しくは電流の向きが逆なので、電動機は V＝E＋jx_sI

この原理を使う過去問令和6年度上期 問6令和5年度下期 問5

3jx_sI は I より 90° 進み、I と直角

jx_sI は、電流 I を 90° 進めた向きの矢印で、いつも I と直角です。ベクトル図は V を横に置き、E の先端から V の先端へ jx_sI を引きます。遅れ力率なら I は V より θ 遅れ、jx_sI はその I と直角に立ちます。

よくある誤りjx_sI を、E と直角になるように描く
正しくは直角になるのは jx_sI と I の組

この原理を使う過去問令和6年度上期 問6令和5年度下期 問5

4力率1なら、E は V と x_sI の直角合成

力率1では I が V と同じ向きなので、jx_sI は V と直角になります。E は、V と x_sI を2辺とする直角三角形の斜辺です。

V＝600 V、x_sI＝800 V なら、E＝√(600²＋800²)＝1 000 V で、tanδ＝800/600 です。

よくある誤りE を V と x_sI の足し算で出す
正しくは2つは直角なので、2乗の和の平方根

この原理を使う過去問令和6年度上期 問6

5一相の計算には相電圧を使う

等価回路の V と E は一相分の値で、Y結線なら相電圧です。線間電圧が与えられたら √3 で割ってから使います。三相の電力は、一相分の3倍です。

線間電圧 600√3 V（約 1 039 V）なら相電圧は 600 V で、I＝50 A・力率1なら三相の入力は 3×600×50＝90 000 W です。

よくある誤り線間電圧を、そのまま一相の V として使う
正しくはY結線の相電圧は、線間電圧の 1/√3

この原理を使う過去問令和8年度上期 問15(a)令和6年度上期 問6

6出力は sinδ に比例する

損失を無視すると入力と出力は等しく、一相の出力は (VE/x_s) sinδ です。ベクトル図で V の先端から E へ下ろした垂線が、V sinδ にも x_sI cos(δ−θ) にも等しいことから導けます。

力率1の例（V＝600 V、E＝1 000 V、x_s＝16 Ω、sinδ＝0.8）では、P₁＝30 000 W で、VI＝600×50 と一致します。

よくある誤り出力は cosδ に比例する
正しくはsinδ に比例し、δ＝0 では出力が0

この原理を使う過去問令和8年度上期 問15(a)令和元年度 問5

7トルクは出力を同期角速度で割る

トルク T は、三相の出力 P を同期角速度 ω_s で割った値です。同期電動機は負荷によらず同期速度 N_s で回るので、N_s を周波数と極数から出し、rad/s に直して使います。

50 Hz・6極なら N_s＝1 000 min⁻¹、ω_s＝2π×1 000/60≒104.7 rad/s で、P＝90 kW なら T≒859 N·m です。

よくある誤りN_s〔min⁻¹〕に 2π を掛けただけで角速度にする
正しくは60 で割って毎秒の回転数にしてから 2π を掛ける

この原理を使う過去問令和8年度上期 問15(a)

8トルクは δ＝π/2 で最大になる

電圧と励磁が一定なら、トルクは sinδ に比例します。0≦δ≦π/2 では δ が大きいほどトルクも大きく、δ＝π/2〔rad〕（90°）で最大になります。

前の例の電動機は、三相の最大出力が 3×600×1 000/16＝112 500 W で、δ＝30° ではその半分の 56 250 W です。

よくある誤りトルクが最大になる負荷角を π とする
正しくはsinπ＝0 なので、最大は δ＝π/2

この原理を使う過去問令和3年度 問5令和元年度 問5

9最大トルクを超えると同期が外れる

同期を保てる最大のトルクを脱出トルクといいます。負荷トルクがこれを超えると δ は π/2 を超えて開き続け、トルクはかえって減るので、電動機は止まります。これを同期外れ（脱調）といいます。

前の例の電動機（50 Hz・6極、ω_s≒104.7 rad/s）を励磁を変えずに使うと、脱出トルクは 112 500/104.7≒1 074 N·m です。

よくある誤り同期を保てる最大のトルクを「制動トルク」と呼ぶ
正しくは脱出トルク。超えると同期外れになる

この原理を使う過去問令和3年度 問5

10負荷の急変で δ が揺れるのが乱調

負荷が急に変わると、δ は新しい値 δ′ へ移ろうとしますが、回転子の慣性で行き過ぎ、δ′ のまわりで周期的に揺れます。これを乱調といいます。電源の電圧や周波数の変動でも起こり、激しいと同期が外れます。抑えるには、始動巻線を兼ねる制動巻線を回転子に設けるか、はずみ車で慣性を増やします。

よくある誤り乱調を抑えるために、界磁巻線を設ける
正しくは設けるのは制動巻線（始動巻線を兼ねる）

この原理を使う過去問令和3年度 問5

1V曲線は、界磁電流と電機子電流のグラフ

V曲線（位相特性曲線）は、横軸に界磁電流 I_f、縦軸に電機子電流 I をとったグラフです。端子電圧 V と出力を一定にして界磁電流だけを変えると、電機子電流は大きさも V に対する位相も変わり、V の字の形になります。

よくある誤り横軸を電機子電流、縦軸を界磁電流と読む
正しくは横軸が調整する界磁電流、縦軸がその結果の電機子電流

この原理を使う過去問平成28年度 問5

2曲線の底は力率1で、電機子電流が最小

V曲線の底（電機子電流が最小の点）では力率が1で、電機子電流は端子電圧と同相です。出力が一定なら電流の有効分は決まっているので、無効分が0になる力率1のとき電流が最も小さくなります。各出力の底を結んだ線が、力率1の線です。

よくある誤り底を結んだ線を、力率0の点とする
正しくは電流が最小になるのは無効分が0のときで、力率は1

この原理を使う過去問平成28年度 問5

3界磁を強めると進み、弱めると遅れ

力率1の点より界磁電流を大きくする（過励磁）と電機子電流は端子電圧より進み、小さくする（不足励磁）と遅れます。V曲線では、底より右が進み電流、左が遅れ電流の範囲です。どちらへ動かしても、無効分が増える分だけ電機子電流は大きくなります。

よくある誤り発電機の「過励磁で遅れ電流を出す」話と混ぜ、電動機の過励磁を遅れとする
正しくは電源から電流をとる電動機は、過励磁で進み電流をとる

この原理を使う過去問令和8年度上期 問15(b)令和4年度下期 問4平成28年度 問5

4出力が大きいほど、V曲線は上へ移る

出力が大きいほど電流の有効分が大きいので、底の電機子電流が大きくなり、曲線全体が上へ移ります。無負荷の曲線がいちばん下です。底の高さを比べれば出力の大小が分かります。底の点は、出力が大きいほど少し右（界磁電流の大きい側）へ寄ります。

よくある誤り底がいちばん低い曲線を、出力が最大とする
正しくは底が高い曲線ほど出力が大きい

この原理を使う過去問令和4年度下期 問4

5端子電圧は、誘導起電力と同期リアクタンス降下の和

同期電動機の1相は、誘導起電力 E と同期リアクタンス x_s の直列で表します（電機子抵抗は無視）。電源から流れ込む電流 İ による降下 jx_sİ は、İ より90°進んだ向きです。E は、V からこの降下をベクトルで引いて求めます。

x_s＝14 Ω、I＝5 A なら、降下の大きさは 14×5＝70 V で、向きは İ より90°進みます。

この原理を使う過去問令和8年度上期 問15(b)令和2年度 問5

6力率1では、E は V と x_sI の直角の合成

力率1では İ が V̇ と同じ向きなので、降下 jx_sİ は V̇ と直角になります。E は、V と x_sI を2辺とする直角三角形の斜辺で、V より大きくなります。

V＝240 V、x_s＝14 Ω、I＝5 A で力率1なら、E＝√(240²＋70²)＝250 V です。

よくある誤りE を V と x_sI の足し算や引き算で出す
正しくは2つは直角なので、三平方の定理で合成する

この原理を使う過去問令和8年度上期 問15(b)令和2年度 問5

7出力と電圧が一定なら、電流の有効分は一定

端子電圧と出力が一定なら1相の入力 VIcosθ が一定なので、電流の有効分 Icosθ は界磁を変えても変わりません。力率が下がると、その分だけ電流は大きくなります。このとき E sinδ も一定です。

力率1で 5 A の運転から、出力を変えずに力率 0.8 にすると、I＝5/0.8＝6.25 A です。

よくある誤り力率が変わっても、電流を力率1のときの値のまま使う
正しくは有効分 Icosθ が同じなので、I は cosθ で割って大きくなる

この原理を使う過去問令和8年度上期 問15(b)

8進み電流では、E は V より大きくなる

İ が V̇ より θ 進むと、降下 jx_sİ は V̇ と逆向きの成分 x_sI sinθ を持ち、E の V 方向の成分は V＋x_sI sinθ に伸びます。直角の辺は x_sI cosθ。遅れ電流では V 方向の成分が V−x_sI sinθ に縮むので、E は同じ出力の力率1のときより小さくなります。

前のカードの 6.25 A（sinθ＝0.6、cosθ＝0.8）では、E＝√((240＋52.5)²＋70²)≒301 V で、力率1の 250 V より大きくなります。

よくある誤りV と同じ向きの成分に x_sI cosθ を足す（sin と cos の取り違え）
正しくはV に加わるのは x_sI sinθ、直角の辺が x_sI cosθ

この原理を使う過去問令和8年度上期 問15(b)

9無負荷で界磁を調整するのが同期調相機

同期電動機を負荷と並列につなぎ、無負荷で運転して界磁電流を調整するものを同期調相機といいます。過励磁にすると進み電流をとってコンデンサのように、不足励磁にすると遅れ電流をとってリアクトルのように働きます。無効電力を連続して調整し、電圧を整えます。

よくある誤り静止形無効電力補償装置（SVC）を、無負荷運転の同期電動機の名前とする
正しくはSVC は半導体でリアクトルなどを制御する静止器で、回転機ではない

この原理を使う過去問令和4年度下期 問4

1銅損は、巻線の電流によるジュール熱

巻線の抵抗 r に電流 I が流れると、r I² の熱が出ます。これが銅損で、抵抗損ともいいます。電流の2乗に比例し、負荷が重いほど大きくなります。断面積の大きい電線で抵抗を下げると減ります。並列につないだコイルどうしでインピーダンス（鎖交磁束と抵抗）が違うと、電流が不平衡になって銅損が増えます。各コイルのインピーダンスをそろえれば、この増加を防げます。

抵抗 0.2 Ω の巻線に 15 A が流れると、P_c＝0.2×15²＝45 W です。

よくある誤り巻線のジュール熱を鉄損と呼ぶ
正しくは巻線（銅線）の熱は銅損。鉄損は鉄心で出る

この原理を使う過去問令和5年度下期 問7令和元年度 問7

2鉄損は、渦電流損とヒステリシス損の和

交番磁束が通る鉄心では、鉄心そのものが熱を出します。これが鉄損で、渦電流損とヒステリシス損の2つから成ります。渦電流損は、磁束の変化で鉄心に誘導された渦状の電流によるジュール熱です。ヒステリシス損は、磁束が磁界の履歴で決まるため、磁化の向きを往復させるたびに失う熱です。

よくある誤り誘導電流による損失を「抵抗損」、履歴による損失を「インダクタンス損」と呼ぶ
正しくは渦電流損とヒステリシス損。抵抗損は銅損の別名

この原理を使う過去問令和5年度下期 問7令和元年度 問7

3渦電流損は積層で、ヒステリシス損は鋼板で減らす

渦電流損は、表面を絶縁した薄い鋼板を積み重ねた積層鉄心で、電流の通り道を断って減らします。板が薄いほど小さくなります。ヒステリシス損は、鉄の純度を高めてひずみを減らした電磁鋼板で減らします。けい素を加えた電磁鋼板は抵抗率も大きく、渦電流損も減ります。

周波数と B_m を変えずに鋼板の厚さを半分にすると、渦電流損は (1/2)²＝1/4 になります。

この原理を使う過去問令和5年度下期 問7令和元年度 問7

4機械損は、軸受の摩擦と冷却ファンの風損

回転機では、軸受の摩擦損と、冷却ファンや回転子が空気をかき回す風損が出ます。まとめて機械損と呼びます。回るから出る損失なので、回転しない変圧器にはありません。変圧器は、直流機・誘導機・同期機と比べて効率がいちばん高い機器です。

よくある誤り軸受の摩擦や冷却ファンの空気抵抗による損失を銅損とする
正しくは回転による損失は機械損

この原理を使う過去問令和5年度下期 問7令和元年度 問7

5鉄損と機械損は、負荷によらずほぼ一定

電圧と周波数がほぼ一定なら、鉄損は負荷によらずほぼ一定です。負荷をつながなくても出るので無負荷損と呼び、変圧器の無負荷損はおもに鉄損、回転機ではこれに機械損が加わります。銅損は負荷電流の2乗で増えるので、負荷損と呼びます。機械損は回転速度がほぼ一定のときに一定とみなせます。

6効率は、出力を出力と損失の和で割る

効率 η は、入力に対する出力の割合です。入力は出力と損失の和なので、出力と損失が分かれば効率が出ます。電動機のように入力を測るときは、入力から損失を引いて出力を出します。

出力 4.8 kW、損失の合計 0.2 kW なら、η＝4.8/(4.8＋0.2)×100＝96 % です。

7変圧器と誘導機は、一次に励磁電流が重なる

変圧器と誘導電動機は、一次巻線に磁束をつくる励磁電流と、二次側に見合う負荷電流が重なって流れます。固定子を一次、回転子を二次と見れば、等価回路はよく似ています。違いは、誘導電動機の負荷にあたる抵抗 r₂(1−s)/s が滑り s で変わることと、電力を機械の出力に変えることです。

よくある誤り変圧器と等価回路が似ている機器を、直流機や同期機とする
正しくは一次に励磁電流と負荷電流が重なるのは、誘導機

この原理を使う過去問令和6年度上期 問7平成30年度 問8平成29年度 問6

8直流電動機は、速度が下がると電流が増す

直流電動機の逆起電力 E_a は回転速度に比例します。無負荷では E_a が電源電圧 V にほぼ等しく、電機子電流はほぼ0です。負荷で速度が下がると E_a が下がり、V との差で電機子電流が増えてトルクが出ます。磁束一定なら、回転速度の変化でトルクが変わります。

E_a がほぼ同じまま界磁を強めて φ を 1.25 倍にすると、N はおよそ 1/1.25＝0.8 倍に下がります。

よくある誤り回転速度に比例して電源電圧とつり合う量を「誘導起電力」とし、相手を「逆起電力」とする
正しくは速度に比例するのは逆起電力で、つり合う相手は電源電圧

この原理を使う過去問令和6年度上期 問7平成29年度 問6平成28年度 問6

9誘導電動機は、滑りが増えてトルクを出す

誘導電動機は、周波数と極数で決まる同期速度より少し遅く回ります。その遅れの割合が滑り s です。無負荷では回転速度が同期速度にほぼ等しく、滑りはほぼ0です。負荷で速度が下がると滑りが増え、二次電流が増えてトルクが出ます。直流機と同じく、回転速度の変化でトルクが変わる機器です。

同期速度 1 000 min⁻¹ で 960 min⁻¹ で回っていれば、s＝40/1 000＝0.04 です。

よくある誤り無負荷でほぼ0になる量を「二次抵抗」、速度の基準を「定格速度」とする
正しくはほぼ0になるのは滑り、基準は同期速度

この原理を使う過去問令和6年度上期 問7平成29年度 問6平成28年度 問6

10同期電動機は速度一定、負荷角でトルクを出す

同期電動機は、負荷がかかっても同期速度のまま回ります。回転子の極が回転磁界の極より角度 δ だけ遅れ、その負荷角 δ が増えてトルクが出ます。速度が変わらないので、回転速度の変化でトルクが変わる機器には入りません。出力に負荷角が関わる点が、直流機との違いです。

よくある誤り負荷で増えるのを力率角とする
正しくは増えるのは負荷角（磁極どうしの角度）。力率角は電圧と電流の位相差

この原理を使う過去問令和6年度上期 問7平成30年度 問8平成29年度 問6平成28年度 問6

11直流機と同期機は、界磁と電機子をもつ

直流機と同期機は、直流で励磁する界磁巻線と、負荷電流が流れる電機子巻線をもちます。界磁電流で励磁を加減でき、電機子の電流がつくる磁束が界磁の磁束に重なる電機子反作用が起きます。起電力は、界磁磁束と電機子反作用磁束のベクトル和（向きを含めた合成）の磁束に比例します。

よくある誤り電機子反作用が起きる組に、変圧器や誘導機を入れる
正しくは電機子巻線に負荷電流が流れるのは、直流機と同期機

この原理を使う過去問令和6年度上期 問7平成30年度 問8平成29年度 問6

12直流電動機は、磁束と電流を別々に制御できる

直流電動機は、界磁電流で磁束 φ を、電機子電流 I_a でトルクを、別々に調整できるので、広い速度範囲で精密にトルクを制御できます。構造が簡単で丈夫な誘導電動機も、インバータで電流を磁束の分とトルクの分に分けて制御すれば、直流電動機に近い特性になります。

φ を一定に保って I_a を 2 倍にすれば、T も 2 倍になります。

この原理を使う過去問平成30年度 問8

13電圧とトルク一定で、1つ変えたときの向き

巻線形誘導電動機は、二次抵抗を m 倍にすると同じトルクの滑りも m 倍です（比例推移）。同期電動機は、力率1から界磁を弱めると遅れ電流、強めると進み電流です。他励直流電動機は、界磁を強めると φ が増えて速度が下がります。かご形誘導電動機は磁束が V/f に比例するので、周波数を上げると磁束も励磁電流も減ります。

よくある誤り同期電動機の界磁を弱めると進み電流になる
正しくは弱めると遅れ。同期発電機の「強めると遅れ」と逆

この原理を使う過去問令和4年度上期 問7

1ブラシレスDCは、磁石が回り巻線が止まる

ブラシレスDCモータは、回転子に永久磁石、固定子に電機子巻線を置きます。ふつうの直流電動機とは、回る側と止まっている側が逆です。巻線が回らないので、要らなくなるのはブラシと整流子です（スリップリングではありません）。回転子が永久磁石なので、分類は永久磁石形の直流モータに入ります。

よくある誤りブラシレスDCモータでも、電機子巻線は回転子の側にある
正しくは電機子巻線は固定子、永久磁石が回転子

この原理を使う過去問令和3年度 問8令和元年度 問6

2回転子の位置を見て、半導体で電流を切り換える

整流子の代わりに、ホール素子などのセンサで回転子の磁極の位置を検出します。その信号をもとに、トランジスタなどの半導体スイッチでできた駆動回路が、電流を流す固定子の巻線を順に切り換えます。センサの信号処理と駆動回路が要るぶん、ブラシ付きより周辺の回路は複雑になります。

よくある誤り電流を切り換えるために、回転速度を検出する
正しくは検出するのは回転子の磁極の位置（回転位置）

この原理を使う過去問令和3年度 問8令和元年度 問6

3ブラシが無いので、火花も摩耗も無い

ブラシと整流子が擦れ合う接触が無いので、摩耗や火花による電気雑音が減り、寿命が長くなります。界磁を永久磁石でつくるので界磁の電流が要らず、効率も高くなります。このため、省エネが求められる家電にも使われ、用途の例は冷却ファンや電動工具などです。

よくある誤り効率がよくないので、家電には使われない
正しくは効率が高く、省エネが求められる家電にも使われる

この原理を使う過去問令和3年度 問8

4永久磁石同期モータは、回転磁界と同じ速さ

固定子の巻線がつくる回転磁界の中に永久磁石の回転子を置くと、磁石は回転磁界に引かれて、同じ速さ（同期速度）で回ります。誘導電動機のような滑りはありません。界磁の電流が要らないので損失が少なく、効率の高い運転ができます。

よくある誤り回転子は、回転磁界より少し低い速度で回る
正しくは同期モータなので回転磁界と同じ速度。遅れて回るのは誘導電動機

この原理を使う過去問令和4年度下期 問6

5埋込磁石形は、リラクタンストルクも使える

永久磁石同期モータは、回転子の作りで表面磁石形と埋込磁石形に分かれます。表面磁石形は磁石を回転子の表面に貼るので、高速ではがれないようカバーを付けます。埋込磁石形は電磁鋼板の鉄心の中に磁石を埋めるので丈夫で、小形化・高速化に向き、磁石のトルクにリラクタンストルクを加えられます。エアコンの圧縮機や電気自動車に使われます。

よくある誤りリラクタンストルクも使えて高速向きなのは、表面磁石形
正しくは鉄心の中に磁石を埋めた埋込磁石形

この原理を使う過去問令和4年度下期 問6

6鉄心は、磁束の通りやすい向きへ引かれる

リラクタンストルクは、固定子の磁極と回転子の鉄心（電磁鋼板）の間に働く回転力です。鉄心は、磁気抵抗（リラクタンス）が小さくなる向き、つまり磁束の通りやすい向きへ引かれます。この力だけで回すリラクタンスモータは磁石を使わないので、永久磁石形の同期モータより材料のコストが低くなります。

よくある誤り固定子と回転子の鉄心の間に働く回転力を、コギングトルクと呼ぶ
正しくはリラクタンストルク。コギングトルクは別のもの

この原理を使う過去問令和4年度下期 問6

7SRMは突極どうしが引き合い、磁石が要らない

スイッチトリラクタンスモータ（SRM）は、固定子も回転子も突極形で、固定子の突極に1つずつコイルを巻きます（集中巻）。回転子は鉄心だけです。電流を流す相をスイッチで順に切り換えると、回転子の突極が励磁された磁極に引かれて回ります。回転子が簡単で丈夫なので高速回転に向き、ネオジムなどの希土類磁石を使いません。

よくある誤りSRMが使わない材料を、軟磁性体とする
正しくは使わないのは希土類磁石。鉄心は使う側

この原理を使う過去問令和7年度上期 問7

8ステッピングの回転角は、パルス数に比例

ステッピングモータ（パルスモータ）は、パルスが1つ来るたびに決まった角度 θ だけ回ります。この1パルスあたりの角度をステップ角といいます。回転角は、入力したパルスの数に比例します。

θ＝3.6° なら S＝360/3.6＝100 で、25 パルス入れると α＝25×3.6＝90° 回ります。

よくある誤り回転角を決めるのは、パルスの周波数
正しくは角度はパルスの数、速度はパルスの周波数で決まる

この原理を使う過去問令和7年度下期 問7令和4年度上期 問6平成30年度 問7

9回転速度は、パルスの周波数に比例

パルスを一定の間隔で送ると、1秒あたりのパルス数（パルス周波数）に比例した速度で回ります。パルスを止めれば、回転子もそこで止まります。

前のカードのモータ（S＝100）に f＝200 pps のパルスを送ると、n＝60×200/100＝120 min⁻¹ です。

よくある誤り回転速度は、パルスの幅で決まる
正しくはパルスの周波数（1秒あたりの数）に比例する

この原理を使う過去問令和7年度下期 問7令和4年度上期 問6平成30年度 問7

10センサなしで位置決めでき、無理をすると脱調

角度がパルスの数で決まるので、角度センサを使わずに1ステップごとの位置決めができます。プリンタなどのコンピュータ周辺装置や事務機に使われます。トルクは始動時が最も大きく、入力パルスと同期して始動できますが、負荷が大きすぎたり、パルス周波数を急に変えたりすると、パルスに追従できなくなります（脱調）。

この原理を使う過去問令和4年度上期 問6

11無通電で位置を保つのは、磁石のある形だけ

ステッピングモータには、永久磁石形（PM形）、可変リラクタンス形（VR形）、ハイブリッド形（HB形）があります。PM形とHB形は回転子に永久磁石があるので、通電していなくても回転子の位置を保持する力が働きます。VR形は歯のある鉄心だけなので、無通電では保持する力が働きません。

よくある誤り可変リラクタンス形も、無通電で回転子の位置を保持する
正しくは保持する力が残るのは、磁石のあるPM形とHB形

この原理を使う過去問令和7年度下期 問7令和4年度上期 問6平成30年度 問7

12交流整流子モータは、極性が逆でもトルクは同じ向き

交流整流子モータは、直流直巻電動機と同じく、界磁巻線と整流子付きの電機子巻線を直列につなぎます。電源の極性が逆になると、磁束 φ と電機子電流 I_a が共に逆になるので、その積で決まるトルクの向きは変わりません。だから交流でも同じ向きに回り続けます。

φ と I_a が共に −1 倍になると、T は (−1)×(−1)＝1 倍で、向きも大きさも変わりません。

よくある誤り極性を逆にしても、磁束と電機子電流の向きは変わらない
正しくは磁束も電流も逆になり、変わらないのはトルクの向き

この原理を使う過去問令和8年度上期 問7令和2年度 問6

13磁束が交番するので、鉄心を積層にする

交流で使うと界磁の磁束が向きを変え続ける（交番する）ので、界磁鉄心と継鉄にも薄い鋼板を重ねた積層鉄心を使い、渦電流による鉄損を減らします。また、界磁巻線のリアクタンスで力率が下がるのを抑えるため界磁の巻数を少なくし、その分トルクが減らないよう電機子の巻数を多くします。

よくある誤り界磁鉄心と継鉄を、塊状鉄心にする
正しくは交番する磁束が通るので、積層鉄心にする

この原理を使う過去問令和8年度上期 問7

14始動トルクが大きく高速、交直両用はユニバーサル

交流整流子モータは直巻の特性をもち、始動トルクが大きく、回転速度が高速です。電気ドリル、電気掃除機、小形ミキサなどに使われます。補償巻線のない小容量のものは交流と直流のどちらでも使え、ユニバーサルモータ（交直両用モータ）と呼ばれます。ブラシと整流子をもつので、ブラシレスDCモータとは別のものです。

よくある誤り交流と直流の両方に使える小形モータを、ブラシレスDCモータと呼ぶ
正しくは交直両用の整流子モータはユニバーサルモータ

この原理を使う過去問令和8年度上期 問7令和2年度 問6