機械科目の解説

【永久保存版】誘導電動機の用語辞典|難解ワードを「たとえ話」でスッキリ理解

💭 こんな悩み、ありませんか?

  • 「滑り」「同期速度」「二次入力」…用語が多すぎて混乱する
  • 教科書の説明が難しくて、イメージがわかない
  • どこから手をつければいいかわからない

この記事でスッキリ解決!
誘導電動機の専門用語を「犬の散歩」「お給料」「扇風機」など身近な例えで完全図解。困ったときに何度でも戻ってこれる「用語辞典」です!

📖 この辞典の使い方

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📚 目次|カテゴリ別インデックス

🔰 基本のキホン

誘導電動機 / かご形 / 巻線形 / 固定子 / 回転子

⚡ 速度・回転

同期速度 / 滑り / 極数 / 周波数

💪 トルク・出力

トルク / 二次入力 / 二次銅損 / 機械的出力 / 比例推移

🔧 始動・制御

始動電流 / Y-Δ始動 / インバータ / V/f制御

🔰 基本のキホン|まずはここから!

基本

誘導電動機(ゆうどうでんどうき)

一言でいうと:回転する磁界に「引っ張られて」回るモーター

🐕 たとえ話でイメージ!

飼い主(回転磁界)が走ると、リードでつながれた犬(回転子)が引っ張られて走り出す。犬は飼い主より少し遅れてついていく…これが誘導電動機の動き方です!

英語:Induction Motor 略称:IM
関連:回転磁界、滑り、同期速度

基本

三相誘導電動機(さんそうゆうどうでんどうき)

一言でいうと:三相交流で回転磁界を作るモーター(工場の主役)

🎪 たとえ話でイメージ!

3人が順番に縄跳びを回すと、縄がきれいに回転する。これが「三相」の力!1人(単相)では往復しかできないけど、3人なら回転磁界が簡単に作れます。

用途:工場のコンベア、ポンプ、ファンなど
特徴:構造が簡単で丈夫、メンテナンスが楽

基本

かご形誘導電動機

一言でいうと:回転子が「かご」のような形をした最も一般的なモーター

🐹 たとえ話でイメージ!

ハムスターの回し車を思い出してください。あの「かご」のような構造が回転子になっています。アルミや銅の棒が円筒状に配置されていて、シンプルで壊れにくい!

メリット:構造が簡単、安価、丈夫
デメリット:始動電流が大きい、速度制御が難しい(→インバータで解決)

基本

巻線形誘導電動機(まきせんがた)

一言でいうと:回転子にコイルを巻いて、外部から抵抗を接続できるモーター

🎮 たとえ話でイメージ!

ゲームコントローラーに「外付けのボタン」を追加できるイメージ。回転子に「スリップリング」という接続端子があって、外から抵抗を調整できます。

メリット:始動トルクが大きい、二次抵抗制御が可能
デメリット:構造が複雑、高価、ブラシのメンテナンスが必要

基本

固定子(こていし)/ ステータ

一言でいうと:動かない方の部品(回転磁界を作る側)

🏠 たとえ話でイメージ!

洗濯機の「外側の箱」が固定子。中のドラム(回転子)は回るけど、外側はしっかり固定されている。固定子のコイルに電流を流して回転磁界を作ります。

別名:一次側、ステータ(Stator)
役割:回転磁界を発生させる

基本

回転子(かいてんし)/ ロータ

一言でいうと:回る方の部品(回転磁界に引っ張られる側)

🌀 たとえ話でイメージ!

洗濯機の「中のドラム」が回転子。外側(固定子)が作った回転磁界に引っ張られてグルグル回ります。この回転が軸を通じて外に伝わり、機械を動かします。

別名:二次側、ロータ(Rotor)
種類:かご形、巻線形

基本

回転磁界(かいてんじかい)

一言でいうと:空間をグルグル回る磁石の力(誘導電動機の心臓部)

🎡 たとえ話でイメージ!

観覧車のゴンドラが次々に上がっていくように、磁界のN極・S極がグルグル回転している状態。三相交流の3つの電流が順番に流れることで、この「見えない回転する磁石」が生まれます。

発生条件:三相交流 または コンデンサ(単相の場合)
回転速度:同期速度 Ns = 120f/p

⚡ 速度・回転の用語

速度

同期速度(どうきそくど)Ns

一言でいうと:回転磁界の回転速度(理論上の最高速度)

Ns = 120f / p [min⁻¹]

f = 周波数[Hz] p = 極数

🏃 たとえ話でイメージ!

ランニングマシンのベルトの速度が「同期速度」。人間(回転子)はベルトより少し遅く走る。ベルトと完全に同じ速度で走ったら、足が滑って前に進めなくなる!

計算例:50Hz、4極の場合 → Ns = 120×50÷4 = 1500 min⁻¹
ポイント:誘導電動機は同期速度に追いつけない(必ず滑る)

速度 超重要

滑り(すべり)s

一言でいうと:回転磁界と回転子の「速度差」を表す割合

s = (Ns − N) / Ns

Ns = 同期速度 N = 回転子の速度

🐕 たとえ話でイメージ!

飼い主(回転磁界)が時速10kmで走り、犬(回転子)が時速9.5kmで追いかける。この「追いつけない度合い」が滑り。犬は飼い主より5%遅い → 滑りs = 0.05(5%)

s = 1

始動時(停止状態)

s = 0.02〜0.05

通常運転時

s = 0

理論上(実際は不可能)

速度

極数(きょくすう)p

一言でいうと:モーター内の磁極(N極・S極のペア)の数

🚲 たとえ話でイメージ!

自転車のギアの歯の数と似ています。極数が多い(歯が多い)と、1回転で進む距離が短くなる → 速度が遅くなる。極数が少ないと速度が速くなる!

極数 p 同期速度 Ns(50Hz) イメージ
2 3000 min⁻¹ 🏎️ 高速回転
4 1500 min⁻¹ 🚗 標準的
6 1000 min⁻¹ 🚌 ゆっくり

💪 トルク・出力の用語

出力

トルク T

一言でいうと:モーターの「回転力」(どれだけ力強く回せるか)

🔧 たとえ話でイメージ!

ネジを回すときの「手応え」がトルク。硬いネジを回すには大きな力(トルク)が必要。モーターも重い負荷を回すには大きなトルクが必要です!

単位:N・m(ニュートンメートル)
公式:P = T × ω(出力 = トルク × 角速度)

出力 超重要

二次入力 P₂

一言でいうと:回転子(二次側)に渡される電力

💰 たとえ話でイメージ!

会社があなたに支払う「給料の総額」が二次入力P₂。ここから税金(二次銅損Pc)が引かれて、手取り(機械的出力P)になります!

P₂ = P + Pc(二次入力 = 出力 + 損失)

出力

二次銅損 Pc

一言でいうと:回転子の抵抗で失われる電力(熱として逃げる)

💸 たとえ話でイメージ!

給料から引かれる「税金」が二次銅損。働いた分全部が手元に残らないのと同じで、電力も全部が機械的な仕事になるわけではありません。

Pc = s × P₂(滑りに比例して損失が増える!)

出力

機械的出力 P

一言でいうと:実際に機械を動かすのに使える出力(手取り)

💵 たとえ話でイメージ!

税金を引いた後の「手取り給料」が機械的出力P。これが実際に使えるお金=実際に機械を動かせるパワーです!

P = (1 − s) × P₂

出力 超重要

比例推移(ひれいすいい)

一言でいうと:滑りが小さい範囲では、様々な量が滑りに比例する法則

📏 たとえ話でイメージ!

アクセルを2倍踏めば、スピードも2倍になる(ある範囲では)。誘導電動機も、滑りが小さい範囲では「比例関係」がたくさん成り立つので、計算問題が解きやすくなります!

📊 比例する5つの量

T ∝ s

トルク

I₂ ∝ s

二次電流

P₂ ∝ s

二次入力

Pc ∝ s²

二次銅損

P ∝ s

機械的出力

出力 超重要

エネルギーの比 P₂ : P : Pc = 1 : (1−s) : s

一言でいうと:二次側の電力がどう分配されるかを表す黄金比

P₂ : P : Pc = 1 : (1−s) : s

🍰 たとえ話でイメージ!

ケーキ(P₂)を切り分けるイメージ。滑りs = 5%なら、95%が手取り(P)で、5%が税金(Pc)に取られる。滑りが大きいほど、損失が増えて効率が悪くなる!

P₂

1(100%)

二次入力

P

(1−s)

機械的出力

Pc

s

二次銅損

🔧 始動・制御の用語

始動

始動電流 Is

一言でいうと:モーターを起動する瞬間に流れる大電流

🚗 たとえ話でイメージ!

車が止まった状態から発進するとき、たくさんガソリンを使う(アクセルを踏み込む)のと同じ。モーターも起動時は定格電流の5〜7倍もの電流が流れます!

⚠️ 問題点:大電流が流れると、電圧降下や電源への負担が発生。大型モーターでは始動法の工夫が必要!

始動

直入れ始動(じかいれしどう)

一言でいうと:定格電圧をそのまま印加して起動する方法

🔌 たとえ話でイメージ!

コンセントにプラグを「いきなり差し込む」ような起動方法。シンプルだけど、始動電流が大きい!小型モーター(数kW以下)でよく使われます。

始動 超重要

Y-Δ(スターデルタ)始動

一言でいうと:始動時はY結線、運転時はΔ結線に切り替える方法

始動電流 = 直入れの 1/3

🚴 たとえ話でイメージ!

自転車の変速機と同じ!最初は「軽いギア(Y結線)」で楽にスタートして、速度が出たら「重いギア(Δ結線)」に切り替える。電流を抑えながら起動できます。

⏱️ 始動時(Y結線)

電圧が1/√3倍
電流が1/3倍

🏃 運転時(Δ結線)

定格電圧
定格運転

始動

始動補償器(リアクトル)始動

一言でいうと:単巻変圧器やリアクトルで電圧を下げて始動する方法

🔦 たとえ話でイメージ!

照明の調光器(ダイマー)のように、始動時だけ電圧を下げて起動。タップを切り替えて、50%、65%、80%など段階的に電圧を上げていきます。

制御 超重要

インバータ

一言でいうと:周波数を自由に変えて、モーターの速度を滑らかに制御する装置

🎹 たとえ話でイメージ!

ピアノの音の高さ(周波数)を変えるように、モーターに供給する電気の周波数を変える装置。周波数を上げればモーターは速く回り、下げれば遅く回ります!

✅ インバータのメリット

・速度を自由自在に調整できる
・始動電流を抑えられる
・省エネ効果が高い
・現代のモーター制御の主流!

制御 超重要

V/f制御(V/f一定制御)

一言でいうと:電圧Vと周波数fの比率を一定に保って制御する方法

V/f = 一定

例:200V÷50Hz = 4 → この「4」を保つ!

⚖️ たとえ話でイメージ!

シーソーのバランスを保つイメージ。片方(周波数)を下げたら、もう片方(電圧)も下げてバランスを取る。これをしないと電流が増えすぎてモーターが壊れます!

⚠️ なぜ必要?:周波数だけ下げると、磁束が増えて鉄心が飽和し、電流が急増してモーターが過熱・破損する可能性があります。

🔬 等価回路・その他の用語

回路

等価回路(とうかかいろ)

一言でいうと:複雑なモーターを、抵抗やコイルの回路に置き換えたもの

🗺️ たとえ話でイメージ!

複雑な地形を「地図」に置き換えるように、モーターの動作を「電気回路」に置き換えたもの。計算しやすくなる!

回路

二次抵抗 r₂/s

一言でいうと:等価回路で使う、滑りを含んだ見かけの抵抗

r₂/s = r₂ + r₂(1−s)/s

純抵抗r₂ + 機械的負荷を表す抵抗

💡 ポイント

滑りsが小さいほど(高速回転時)、r₂/sが大きくなる。これは機械的な負荷が増えることを意味します。

回路

励磁電流(れいじでんりゅう)I₀

一言でいうと:回転磁界を作るために必要な電流(無負荷でも流れる)

🔌 たとえ話でイメージ!

スマホを充電器につないでいるだけで少し電気を使うように、モーターも回っていなくても「磁界を作る」ために電流が流れます。これが励磁電流!

種類

単相誘導電動機

一言でいうと:家庭用コンセント(単相100V)で動くモーター

🏠 たとえ話でイメージ!

扇風機、洗濯機、冷蔵庫など、家庭で使われるモーターのほとんどがこれ!ただし、単相だけでは回転磁界が作れないので、コンデンサなどで工夫が必要です。

種類:コンデンサ始動形、コンデンサ運転形、反発始動形
用途:扇風機、冷蔵庫、エアコン、洗濯機など

磁界

交番磁界(こうばんじかい)

一言でいうと:N極とS極が同じ場所で入れ替わるだけの磁界(回転しない)

🎸 たとえ話でイメージ!

ギターの弦を弾くと左右に振動するけど、回転はしない。これが交番磁界。単相交流で作られる磁界がこれで、そのままではモーターは回転できません。

⚠️ 問題点:交番磁界=正転の回転磁界+逆転の回転磁界が打ち消し合う → 止まったままでは動けない!コンデンサで解決します。

📝 まとめ|試験で超重要な5つの公式

🎯 この5つを暗記すれば、誘導機は怖くない!

① 同期速度

Ns = 120f / p [min⁻¹]

② 滑り

s = (Ns − N) / Ns

③ エネルギーの比

P₂ : P : Pc = 1 : (1−s) : s

④ 機械的出力

P = (1−s) × P₂ = T × ω

⑤ Y-Δ始動の電流

始動電流 = 直入れの 1/3

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