直流電動機の種類と特性｜分巻・直巻・複巻の速度-トルク曲線を一目で比較

直流電動機の種類と特性は、機械科目の正誤問題・穴埋め問題で毎年のように出題されるテーマです。

でも安心してください。直流電動機の種類は、たった1つの違いで分類されています。

その違いとは──「界磁巻線をどこに繋ぐか」。これだけです。

この1つの違いさえ理解すれば、等価回路も速度-トルク曲線も全部つながります。この記事で、一気にスッキリさせましょう。

分類の基準はたった1つ──「界磁巻線をどこに繋ぐか」

直流電動機の分類は、電機子巻線と界磁巻線の接続方法の違いだけで決まります。

第1回で学んだ通り、直流機には「電機子（回転するコイル）」と「界磁（磁界を作るコイル）」の2つがあります。この2つを電源に対してどう繋ぐかで、4種類に分かれます。

では、4種類それぞれの等価回路と特性を見ていきましょう。

4種類の等価回路を図解で比較する

各種類の等価回路を、同じレイアウトで並べて比較します。「どこが同じで、どこが違うか」に注目しながら見てください。

① 他励電動機 ── 界磁を「別電源」から供給

② 分巻電動機 ── 界磁を電機子と「並列」に接続

③ 直巻電動機 ── 界磁を電機子と「直列」に接続

④ 複巻電動機 ── 分巻＋直巻のハイブリッド

4種の違いを一覧表で整理する

4種の等価回路を見た後は、違いだけを抜き出して1枚の表で比較すると頭に入ります。

速度-トルク曲線を「公式」から理解する

速度-トルク曲線を丸暗記するのではなく、第2回で導出した公式から「なぜその形になるか」を理解しましょう。理屈がわかれば、曲線の形は一生忘れません。

出発点：速度 N の式を導く

電動機の等価回路の基本式は：

ここで E = k_EΦN なので、N について解くと：

この式がすべての速度-トルク曲線の出発点です。分巻と直巻でΦの振る舞いが違うから、曲線の形が変わるのです。

分巻電動機の場合 ── Φ は一定

分巻では I_f ≈ V/R_f で一定なので、Φ もほぼ一定です。

すると速度の式は：

R_a は非常に小さい値なので、I_a が増えても N はわずかしか下がりません。これが「ほぼ水平な直線」＝ 定速度特性になる理由です。

直巻電動機の場合 ── Φ は I_a に比例

直巻では I_f = I_a なので、磁気飽和前では Φ ∝ I_a（磁束は電流に比例）です。

すると速度の式は：

速度 N は電流 I_a に反比例します。これが「急カーブで下がる双曲線」の形になる理由です。

そしてここから、直巻の「危険な性質」が見えてきます。

「直巻は無負荷で暴走する」── 公式1行で完全理解

直巻電動機の最も危険な性質であり、試験で最も出題されるポイントがこれです。

速度-トルク曲線を一目で比較する

ここまでの理屈を踏まえて、4種の速度-トルク曲線を1つのグラフイメージにまとめます。

試験で狙われる正誤問題の頻出パターン3選

ここまでの知識で対応できる、実際の試験で出題されるパターンを3つ紹介します。

パターン①：名前と特性の「すり替え」

パターン②：無負荷運転の安全性

パターン③：用途と種類の対応

直流機シリーズ 全8記事のロードマップ

まとめ

次回の第4回では、今回の「電動機」と対になる「直流発電機の種類と外部特性」を解説します。電動機との対比で整理するので、今回の内容がしっかり入っていれば、次回はサクッと理解できるはずです。