《機械》〈電動機応用〉[R07上:問7]スイッチトリラクタンスモータに関する空欄穴埋問題

Contents

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★★★★★（難しい）

次の文章は，スイッチトリラクタンスモータ\( \ \left( \mathrm {SRM}\right) \ \)に関する記述である。

一般に，\( \ \mathrm {SRM} \ \)の構造は，固定子の巻線が\( \ \fbox {　（ア）　} \ \)，回転子の形状が\( \ \fbox {　（イ）　} \ \)となっている。固定子の巻線に流す電流をスイッチで切り替えると，\( \ \fbox {　（イ）　} \ \)の回転子が，固定子の磁極に引き付けられて回転する。

このモータは，回転子の構造が簡単で強固であるため，\( \ \fbox {　（ウ）　} \ \)に適している。また，ネオジムなどの\( \ \fbox {　（エ）　} \ \)を使用せず，鉄心と巻線のみで磁気回路を構成できる特長を有する。

上記の記述中の空白箇所(ア)～(エ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
\[
\begin{array}{ccccc}
& （ア） & （イ） & （ウ） & （エ） \\
\hline
(1) & 　集中巻　 & 　円筒形　 & 　低速回転　 & 　軟磁性体　 \\
\hline
(2) & 　分布巻　 & 　突極形　 & 　低速回転　 & 　希土類磁石　 \\
\hline
(3) & 　集中巻　 & 　突極形　 & 　高速回転　 & 　希土類磁石　 \\
\hline
(4) & 　分布巻　 & 　円筒形　 & 　高速回転　 & 　希土類磁石　 \\
\hline
(5) & 　集中巻　 & 　突極形　 & 　低速回転　 & 　軟磁性体　 \\
\hline
\end{array}
\]

【ワンポイント解説】

スイッチトリラクタンスモータに関する問題です。
電験\( \ 3 \ \)種のテキストでは記載のない内容，そして過去問においてもほとんど出題されたことがない内容なので，受験生にとってはとても厳しい問題であったかと思います。
リラクタンスモータが突極形であること，ネオジム磁石等の永久磁石は希土類元素（レアアース）であること，は覚えておくと良いでしょう。

1.リラクタンスモータ
回転子に永久磁石を用いずに突極形の強磁性体を用いる，界磁による磁気抵抗の非対称性によるトルク（リラクタンストルク）により回転するモータです。シンクロナスリラクタンスモータ\( \ \left( \mathrm {SynRM} \right) \ \)とスイッチトリラクタンスモータ\( \ \left( \mathrm {SRM} \right) \ \)に分けられます。永久磁石を用いないので，安価で高出力のモータが得られる特徴があります。

①シンクロナスリラクタンスモータ\( \ \left( \mathrm {SynRM} \right) \ \)
図1に示すような固定子の電機子巻線を複数のスロットに巻き付ける分布巻の固定子に三相交流を流し回転磁界を発生させ，突極形の回転子の磁気抵抗が最小となるように回転する原理を利用して回転させます。図1の例で言えば，鉄心部の方が空隙部よりも磁気抵抗が小さいため，固定子から出た磁束と突出部が引き寄せられるようなトルクが働きます。
このような原理から回転子は回転磁界に同期して回転するため，シンクロナス（同期式）リラクタンスモータと呼ばれます。
一般に\( \ \mathrm {d} \ \)軸方向の\( \ \mathrm {q} \ \)軸方向に対するインダクタンスの比を突極比といい，突極比が大きい回転子の方が引き寄せるトルクが大きくなり，トルク対電流の比，力率及び効率が向上することが分かっています。

②スイッチトリラクタンスモータ
図2に示すような，固定子回転子ともに突極構造で，極数の異なるものを組み合わせて使用されるモータです。図2は固定子\( \ 6 \ \)極，回転子\( \ 4 \ \)極の構造です。固定子は電機子巻線を一つのスロットに集中して巻き付ける集中巻で，励磁し磁界を発生させ，突極形の回転子の磁気抵抗が最小となるように回転し，突出部が引き寄せられる直前に励磁する相を変え回転を維持させます。