電験三種 機械 問14：電動機応用

電験三種「機械」の「電動機応用」からの出題（令和7年度下期 問14）。正答は(3)です。

メカトロニクスとその構成要素の穴埋め問題。メカトロニクス＝機械＋電子＋情報の統合技術。

センサ（物理量計測）・アクチュエータ（電気→機械変換）・コンピュータ（制御装置）・インタフェース（信号変換）の4要素を正しく対応させる。正答(3)が正確な組み合わせ。

【電動機応用（メカトロニクスの構成要素）の解法】（令和7年度下期 問14）

【メカトロニクスの定義と構成】

メカトロニクス = 機械技術 + 電子技術 + 情報技術 の統合

【4つの構成要素】

(ｱ)機械技術: 機構・構造・駆動システム（機械的な動作を実現）

(ｲ)電子技術: 制御回路・センサ・アクチュエータ（電気的な処理）

センサ: 圧力・力・速度・加速度・温度などを計測（物理量→電気信号）

アクチュエータ: 電気・油圧・空気圧→機械的な動きに変換

コンピュータ: センサ情報を処理してアクチュエータへ指令を出す制御装置

インタフェース: アナログ⇔デジタル変換・信号レベル変換

【正答(3)の組み合わせ】

(ｱ)機械 (ｲ)電子 (ｳ)センサ (ｴ)アクチュエータ (ｵ)コンピュータ が正しい対応。

【各選択肢の誤り】

(1):ウとエが逆 (2)(3)(4)(5): (ｱ)(ｲ)の機械/電子が逆または(ｳ)(ｴ)(ｵ)の割り当て誤り

【電動機応用（メカトロニクス・センサ・アクチュエータ）の深層解析】（令和7年度下期 問14）

【正答(3)の根拠：メカトロニクスシステムの統一的理解】

【メカトロニクスの歴史と発展】

1969年: 安川電機がMechatronicsを造語（Mechanics + Electronics）

現代の発展: IoT・AI・クラウドを統合した「スマートメカトロニクス」へ

【センサの分類と原理（電験三種レベル）】

(a) 位置・変位センサ: エンコーダ（光学式・磁気式）、ポテンショメータ、LVDT

(b) 速度センサ: タコジェネレータ、エンコーダの微分

(c) 力・トルクセンサ: ひずみゲージ（抵抗変化→ブリッジ回路で検出）

(d) 温度センサ: 熱電対（ゼーベック効果）、測温抵抗体（Pt100）、サーミスタ

(e) 電流センサ: ホール素子、CT（変流器）、シャント抵抗

【アクチュエータの分類と特性】

(a) 電磁式: 直流電動機・誘導電動機・ステッピングモータ・リニアモータ

(b) 油圧式: 高力・高精度（プレス・工作機械）、ただし油漏れリスク

(c) 空気圧式: 軽量・清潔（食品・医療）、ただし圧縮性があり精度に限界

(d) 圧電アクチュエータ: 高精度・高応答（半導体露光装置・原子間力顕微鏡）

【フィードバック制御系としてのメカトロニクス】

センサ（出力検出）→コンピュータ（偏差計算・PID制御）→アクチュエータ（操作）→プロセス（制御対象）

この閉ループ構造が全メカトロニクスシステムの基本。

【最新動向（2024〜）】

モータ制御: EtherCAT・PROFINET等のリアルタイムイーサネットで多軸同期制御

AI統合: 画像センサ（ビジョンシステム）+深層学習で製品検査・ロボット把持

デジタルツイン: 実機のデジタル複製でシミュレーション最適化

【電験二種・実務への接続】

電験二種: シーケンス制御（順序回路）の論理設計、PLCプログラミング

実務: 工場の生産ラインの電気設備保安（モータ・センサ・制御盤の定期点検）