電験三種 機械 問69：電気機器（直流機）

電験三種「機械」の「電気機器（直流機）」に関する問題（令和5年度下期 問1）。正答は(1)です。

【基本公式】直流機の構造：固定子=界磁磁極+継鉄。回転子=電機子鉄心+電機子巻線+整流子。

正答(1)「界磁 電機子 交番 積層鉄心 重ね巻」の根拠：

(ア)界磁：固定子の主要部品。界磁巻線または永久磁石で磁束を作る。

(イ)電機子：回転子の主要部品。巻線に誘導起電力が発生する部分。

(ウ)交番：電機子鉄心は回転するにつれて磁束方向が交互に変化する→交番磁束。

(エ)積層鉄心：交番磁束による渦電流損を低減するために薄い電磁鋼板を積層。

(オ)重ね巻：電機子巻線の巻き方の一種（波巻との対比）。

【電気機器（直流機）構造の解法と要点】（令和5年度下期 問1）

【直流機の主要部品】

固定子（スタータ）：

・(ア)界磁磁極：N極/S極の磁束を作る→永久磁石または界磁巻線

・継鉄（ヨーク）：磁路を形成・磁束を通す

・補極・補償巻線：電機子反作用対策

回転子（ロータ）：

・(イ)電機子鉄心：溝（スロット）に電機子巻線を収容

・整流子（コミュテータ）：交流→直流変換

・ブラシ：整流子に接触して外部回路と接続

【各空白の確認】

(ウ)交番磁束：電機子鉄心は回転→磁束方向が時間的に変化（交番）→積層鉄心で渦電流損対策

(エ)積層鉄心：電磁鋼板（0.35〜0.5mm）を絶縁膜で積層→渦電流を小ループに分断

(オ)重ね巻：隣接コイルを順次並べる方式（波巻は離れたコイルを蛇行接続）

→正答(1)

【電気機器（直流機）構造の深層解析と電験三種合格戦略】（令和5年度下期 問1）

【核心論点と正答根拠】

(ア)界磁、(イ)電機子、(ウ)交番、(エ)積層鉄心、(オ)重ね巻→選択肢(1)正答。

【重ね巻と波巻の比較】

重ね巻（ラップ巻）：並列回路数a=P（極数）→大電流機に適合。

隣接スロットのコイルが順次接続→積層構造→均圧線が必要（多極時）。

波巻（ウェーブ巻）：並列回路数a=2→高電圧・小電流機に適合。

コイルが蛇行（波状）接続→各コイルが離れたスロットに接続。

複式重ね巻・複式波巻：多極大型機での変形巻線方式。

【整流子の理論と整流改善】

整流期間：ブラシが整流子片を跨ぐ間のコイル電流の向き反転。

理想整流（直線整流）：コイル電流がリニアに反転→火花なし。

整流不良：コイルの自己・相互インダクタンスによるリアクタンス電圧→火花の原因。

補極：リアクタンス電圧を打ち消す逆方向電圧を発生→整流改善。

【現代直流機との比較】

ブラシレスDC（BLDC）：整流子なし→ホールセンサ+インバータで電子整流→高効率・長寿命。

産業用では依然として直流機が残存（押出機・圧延機等・精密速度制御）。

電験二種：直流機の等価回路・過渡特性・速度制御ループ設計が出題。