三相誘導電動機のかご形と巻線形の違いは？特徴を比較！（構造：始動方法：メリット・デメリット：用途など）

三相誘導電動機は、工場設備、搬送装置、ポンプ、送風機など幅広い現場で使われる代表的な電動機です。

なかでも回転子の構造によって分けられるかご形誘導電動機と巻線形誘導電動機は、始動時の特性、速度制御のしやすさ、保守の負担に大きな違いがあります。

名称だけを見ると構造上の違いに思えますが、実際には導入コスト、電源設備への影響、負荷に合う始動方法まで関わる重要な選定ポイントです。

本記事では、三相誘導電動機のかご形と巻線形を比較し、それぞれに適した用途や選び方をわかりやすく解説します。

かご形と巻線形の比較概要

それではまず、かご形と巻線形の違いについて解説していきます。

回転子構造の違い

かご形誘導電動機は、回転子鉄心のスロットに導体棒を入れ、その両端を短絡環で接続した構造です。

導体棒と短絡環の見た目が鳥かごに似ていることから、かご形と呼ばれています。

回転子側に外部配線を持たないため、構造が簡単で頑丈という点が最大の特徴です。

一方の巻線形誘導電動機は、固定子と同じように回転子へ三相巻線を施し、その端子をスリップリングへ接続します。

ブラシを通じて回転子回路へ外部抵抗器を接続できるため、回転子の抵抗値を変えながら運転できる仕組みです。

比較項目	かご形	巻線形
回転子導体	導体棒と短絡環	三相巻線
外部接続	基本的に不要	スリップリングとブラシを使用
構造	単純で堅牢	複雑で部品点数が多い
始動特性	始動電流が大きくなりやすい	外部抵抗により始動トルクを調整可能
保守	比較的少ない	ブラシやリングの点検が必要

電磁誘導による回転原理

両者とも、固定子に三相交流を流して回転磁界を作り、その磁界によって回転子へ電流を誘導し、トルクを発生させる原理は共通です。

固定子の回転磁界速度は同期速度と呼ばれ、電源周波数と極数で決まります。

実際の回転子は同期速度より少し遅く回転します。

この回転磁界との速度差をすべりと呼び、すべりがあるからこそ回転子に電流が誘導され、回転力が生まれます。

かご形と巻線形の本質的な差は、この回転子回路の抵抗を外部から扱えるかどうかにあります。

選定時に見るべきポイント

電動機を選ぶときは、出力や電圧だけで判断せず、負荷の始動条件を確認することが大切です。

無負荷に近い状態で立ち上がる送風機や小型ポンプであれば、かご形で十分対応できる場面が多いでしょう。

反対に、ベルトコンベヤ、破砕機、圧延設備、クレーンのように始動直後から大きな力が必要な設備では、始動トルクが重要になります。

現在はインバータ制御の普及により、かご形でも柔軟な始動や速度制御が可能になっています。

そのため、巻線形が必要かどうかは、既設設備との適合や始動条件を含めて判断する必要があります。

かご形誘導電動機の構造と特性

続いては、かご形誘導電動機の構造と特性を確認していきます。

導体棒と短絡環による回転子

かご形の回転子は、積層した鉄心の溝にアルミニウムや銅の導体を配置し、両端を短絡環でつないだ構造です。

小型機ではアルミニウムをダイカストで一体成形する方式が多く、製造しやすさと均一な品質につながります。

大容量機では銅導体を用いる例もあり、損失低減や効率向上を狙う場合があります。

回転子に巻線端子やブラシがないため、粉じんや振動がある環境でも扱いやすいことが魅力です。

機械的な接点が少ない分、長期間の連続運転に向きます。

始動電流と始動トルク

かご形誘導電動機を商用電源へ直接接続すると、始動時に定格電流の数倍の大きな電流が流れます。

一般に始動電流は定格電流の5倍から8倍程度となることが多く、容量や設計によってはさらに大きくなる場合もあります。

この突入電流は、配電設備の電圧降下、遮断器容量、他の機器への影響を検討するうえで無視できません。

始動トルクは回転子形状によって変わります。

二重かご形や深溝形などは、始動時に回転子抵抗が高く見える性質を利用し、始動トルクを高めた設計です。

耐久性と保守性

かご形の大きな利点は、日常保守の負担を抑えやすいことです。

スリップリングやブラシがないため、摩耗粉の除去、接触面の整備、ブラシ交換といった作業が発生しません。

保守の中心は軸受の給脂や交換、冷却ファンの清掃、絶縁抵抗測定、端子部の増し締めなどになります。

ただし、簡単な構造だから故障しないわけではありません。

過負荷、相欠相、冷却不良、軸受損傷が続くと、巻線焼損や回転子導体の異常につながるおそれがあります。

電流値、振動、温度、異音を定期的に確認する予防保全が、長寿命化の基本となります。

巻線形誘導電動機の構造と始動方式

続いては、巻線形誘導電動機の構造と始動方式を確認していきます。

回転子巻線とスリップリング

巻線形誘導電動機では、回転子鉄心に三相巻線を収め、その巻線端子を軸上のスリップリングへ導きます。

固定されたブラシがリングへ接触し、外部の始動抵抗器や制御装置と電気的につながる構成です。

始動時には回転子回路へ抵抗を追加し、回転速度の上昇に合わせて抵抗を段階的に減らします。

十分に加速した後は抵抗を短絡し、通常運転へ移行する方式が基本です。

この仕組みにより、かご形では得にくい大きな始動トルクと始動電流の抑制を両立しやすくなります。

二次抵抗始動の仕組み

誘導電動機では、回転子抵抗を適切に大きくすると、最大トルクが発生するすべりを始動側へ近づけられます。

巻線形は外部抵抗器を使えるため、停止状態から大きなトルクを出しやすい点が特徴です。

重い荷物を載せたコンベヤや、慣性の大きいファンを立ち上げる設備で評価されてきました。

始動抵抗器には金属抵抗器や液体抵抗器が用いられることがあります。

設備規模、始動回数、発熱量、制御方式によって適した構成は異なります。

速度制御と運転上の注意

巻線形では、回転子抵抗を変化させることで、すべりを増やして回転速度を下げる制御も可能です。

ただし、この方法は抵抗でエネルギーを熱として消費するため、効率面では有利とはいえません。

連続的な速度制御が必要な場合は、現在ではインバータを使った可変速駆動が選ばれることが一般的です。

また、ブラシとスリップリングは摩耗する部品です。

接触不良、火花、摩耗粉の堆積、リング表面の荒れは故障要因となるため、点検周期を決めて管理する必要があります。

始動方法と制御方式の比較

続いては、始動方法と制御方式の比較を確認していきます。

直入れ始動と減電圧始動

かご形誘導電動機の始動方法には、直入れ始動、スターデルタ始動、始動補償器始動、ソフトスタータ始動などがあります。

直入れ始動は回路が簡単で始動トルクを確保しやすい反面、大きな始動電流が流れます。

スターデルタ始動は、始動時に巻線をスター結線として電圧を下げ、加速後にデルタ結線へ切り替える方法です。

電流を抑えられる一方で、始動トルクも低下するため、重負荷の始動には注意が必要でしょう。

始動方式	主な対象	始動電流	始動トルク	特徴
直入れ始動	小容量機や軽負荷	大きい	比較的大きい	回路が簡単
スターデルタ始動	中容量のかご形	抑えやすい	低下しやすい	切替回路が必要
始動補償器始動	始動電流を抑えたい設備	抑えやすい	調整可能	設備が大きくなりやすい
ソフトスタータ	機械的衝撃を減らしたい設備	制御可能	設定による	滑らかな始動
二次抵抗始動	巻線形の重負荷	抑えやすい	大きくしやすい	抵抗器と保守が必要
インバータ始動	可変速運転を行う設備	制御可能	高く設定可能	周波数制御が可能

ソフトスタータとインバータ

ソフトスタータは、半導体素子で印加電圧を徐々に上げ、始動電流や機械的衝撃を和らげる装置です。

ポンプのウォーターハンマー対策や、ベルトコンベヤの急発進防止などに利用されます。

インバータは電源周波数を変えて回転速度を制御する装置であり、始動だけでなく運転中の省エネや速度調整にも役立ちます。

かご形誘導電動機と組み合わせることで、巻線形の採用理由だった始動性能を補える場面も増えています。

ただし、インバータ対応モーターかどうか、低速時の冷却、絶縁への影響、ノイズ対策などは事前確認が必要です。

始動回数と負荷慣性

電動機選定では、始動時の負荷だけでなく、1時間あたりの始動回数も重要です。

始動のたびに大電流や発熱が発生するため、短時間に何度も始動停止を繰り返す用途では熱容量の検討が欠かせません。

フライホイール、大型送風機、遠心分離機のように慣性が大きい機械では、加速に時間がかかります。

始動中に電動機が十分なトルクを出せなければ、回転数が上がらず過熱する可能性があります。

メリットとデメリットの整理

続いては、かご形と巻線形のメリットとデメリットを確認していきます。

かご形のメリット

かご形のメリットは、構造が単純で初期費用を抑えやすく、故障箇所が比較的少ないことです。

ブラシやスリップリングを持たないため、定期的な接触部品の交換が不要で、保守費用を抑えやすいでしょう。

標準化された製品が多く、出力、極数、取付寸法、保護方式などから選定しやすい点も実務上の利点です。

インバータとの組み合わせが広く普及しているため、速度制御や省エネ運転へ展開しやすいことも見逃せません。

一般的な産業用途では、まずかご形を候補にする考え方が基本になります。

かご形のデメリット

かご形は始動時の電流が大きくなりやすく、電源容量に余裕がない現場では対策が必要です。

標準的な機種では、停止状態から非常に大きな負荷を一気に動かす用途に向かない場合があります。

始動トルクを高めた特殊回転子の製品もありますが、効率、力率、価格とのバランスを考える必要があります。

また、インバータを使用する場合は、制御盤の設置スペース、ノイズ対策、パラメータ設定、保守担当者の知識も必要です。

電動機だけを安価に選んでも、周辺機器を含む設備全体の費用が上がることは珍しくありません。

巻線形のメリットとデメリット

巻線形の強みは、外部抵抗を使って始動トルクを調整できる点です。

始動電流を比較的抑えながら、大きな始動トルクを得やすいため、重負荷始動の設備に適しています。

一方で、スリップリング、ブラシ、抵抗器、制御回路が必要となり、設備構成が複雑になります。

初期費用が高くなりやすく、点検や部品交換も必要です。

ブラシ摩耗による粉じんや火花への配慮が求められるため、設置環境によっては扱いにくいこともあります。

始動性能だけでなく、長期的な保守コストまで比較することが選定のポイントです。

用途別の選定ポイント

続いては、用途別の選定ポイントを確認していきます。

かご形に適した用途

かご形誘導電動機は、ポンプ、ブロワ、空調ファン、工作機械、一般的な搬送装置などで広く採用されています。

これらの多くは、始動時の負荷が比較的軽い、またはインバータやソフトスタータで始動条件を整えやすい設備です。

常時一定速度で運転する用途では、商用電源直結のかご形がシンプルで経済的な選択になることがあります。

省エネ目的で流量や風量を調整するポンプ、送風機では、インバータ駆動のかご形が特に有効です。

回転数を下げるだけで消費電力を大きく抑えられるケースもあり、電気料金削減につながるでしょう。

巻線形に適した用途

巻線形誘導電動機は、大きな始動トルクを必要とするクレーン、巻上機、鉱山設備、粉砕機、大型コンベヤなどで使われてきました。

停止状態から重い荷を動かす場面や、電源設備への始動電流の影響を抑えたい場面で利点があります。

特に既設設備で巻線形が使われている場合は、機械側の特性、制御盤、抵抗器、保守体制との整合性を確認する必要があります。

単純にかご形へ更新すると、始動トルク不足や加速時間の増加が起きる可能性があります。

更新時には現場で電流、速度、負荷、始動時間を測定し、必要に応じてインバータ化も含めた比較が重要です。

更新工事における判断材料

古い巻線形誘導電動機を更新する際は、同等の巻線形へ置き換える方法と、かご形インバータ駆動へ変更する方法があります。

巻線形を継続する場合は既存制御を活用しやすい反面、部品調達や保守の継続性を確認する必要があります。

かご形とインバータへ更新する場合は、速度制御、高効率化、保守軽減が期待できます。

ただし、インバータ容量、回生の有無、ブレーキ方式、ケーブル長、制御連携まで設計対象になります。

設備停止の影響が大きい現場では、電動機メーカーや制御盤メーカーと協力し、事前試験や段階的な切替計画を立てると安心です。

まとめ

三相誘導電動機のかご形と巻線形は、どちらも電磁誘導を利用して回転する電動機ですが、回転子の構造と始動特性に明確な違いがあります。

かご形は導体棒と短絡環で構成され、構造が簡単で堅牢、保守しやすく、一般的な産業設備で広く使われます。

巻線形は回転子巻線をスリップリングから外部へ接続でき、抵抗器によって始動電流と始動トルクを調整しやすい点が特徴です。

重負荷の始動では巻線形が有力な選択肢になりますが、ブラシやリングの保守、抵抗損失、設備費用も考慮しなければなりません。

近年は、かご形誘導電動機とインバータの組み合わせにより、始動性能と可変速性能を確保するケースが増えています。

最終的には、負荷トルク、始動回数、受電容量、保守体制、更新後の運用を総合的に確認し、設備に合う方式を選ぶことが大切です。