電験三種 機械 問78：電気機器（誘導機）

電験三種「機械」の「電気機器（誘導機）」に関する問題（令和5年度上期 問6）。正答は(4)です。

【基本公式】永久磁石同期モータ（PMSM）：回転子が回転磁界と同じ速度（同期速度）で回転。

正答(4)「と同じ速度 埋込 表面 リラクタンス 低い」の根拠：

(ア)同じ速度（同期速度）：永久磁石が回転磁界の磁極に引き付けられて同期回転。

(イ)埋込（IPM：Interior Permanent Magnet）：回転子内部に磁石を埋め込む構造→リラクタンストルク利用可。

(ウ)表面（SPM：Surface Permanent Magnet）：磁石を回転子表面に貼り付け→リラクタンストルクなし。

(エ)リラクタンストルク：Xd≠Xqの場合に生じる磁気抵抗の差によるトルク（IPM型のみ）。

(オ)低い：リラクタンストルクのみを使うSRMは永久磁石を使わない→材料コストが低い。

【電気機器（誘導機）永久磁石同期モータの解法と要点】（令和5年度上期 問6）

【各空白の解析】

(ア)同じ速度（同期速度）：

・永久磁石同期モータは回転磁界に同期して回転（誘導機とは異なり滑りがない）

(イ)埋込磁石形（IPM）：

・磁石を回転子鉄心内に埋め込む→小型化・高速化に適する

・Xd<Xq（d軸リラクタンス<q軸）→リラクタンストルク利用可能

(ウ)表面磁石形（SPM）：

・磁石を表面に貼付→Xd≒Xq→リラクタンストルクほぼなし

(エ)リラクタンストルク：Xd≠Xqによる磁気回路の方向性差から生じるトルク

・磁石トルク+リラクタンストルク→高トルク密度

(オ)低い：リラクタンスのみモータ（SRM）→永久磁石なし→レアアース不要→材料コスト低

→選択肢(4)「同じ速度・埋込・表面・リラクタンス・低い」が全て正しい→正答(4)

【IPMとSPMの用途比較】

IPM（埋込）：高トルク・広速度範囲→EV駆動・産業機械。SPM（表面）：高速・コンパクト→工作機械主軸。

SRM：低コスト・高耐久→洗濯機・鉱山機械。使い分けを問う出題にも対応できる。

【電気機器（誘導機）永久磁石同期モータの深層解析と電験三種合格戦略】（令和5年度上期 問6）

【核心論点と正答根拠】

(ア)同期速度、(イ)埋込磁石(IPM)、(ウ)表面磁石(SPM)、(エ)リラクタンス、(オ)低い→(4)正答。

【IPMモータのトルク式と最大トルク点制御】

T=p[Φmiq+(Ld-Lq)idiq]（p:極対数、Φm:磁石鎖交磁束、Ld/Lq:d/q軸インダクタンス）

磁石トルク：Φmiq（磁石と電流の積）

リラクタンストルク：(Ld-Lq)idiq（d-q軸インダクタンス差×電流成分積）

最大トルク/電流（MTPA）制御：id,iq最適化で最小電流で最大トルク→効率最大化。

【EV用IPMモータの設計トレンド】

Nd-Fe-B磁石：Br=1.2〜1.4T・HcJ=15〜25kOe→高磁束密度・高保磁力。

脱レアアース：フェライト磁石IPM+リラクタンストルク最大化→Nd削減研究。

Tesla Model 3：前後でSPM（前）+IPM（後）の組合せ→速度域別に最適モータを使用。

【スイッチトリラクタンスモータ（SRM）との比較】

SRM：永久磁石なし（鉄鋳物のみ）→安価・高温耐性→トルクリプル大が欠点。

振動・騒音制御技術進歩でEV用SRM商品化研究が進む（2025年〜）。

電験二種：PMSMのd-q軸制御理論・ベクトル制御の数学的導出が出題。