特殊かご形誘導電動機を「始動は外・運転は内」で攻略する

この記事で身につくこと

「特殊かご形誘導電動機」。この名前を見た瞬間に、ページを飛ばしたくなった経験はありませんか。二重かご形、深溝かご形、表皮効果、漏れリアクタンス。専門用語が一気に押し寄せてきて、どこから手をつけていいか分からなくなる単元です。

けれど安心してください。この単元でやっていることは、たった一つです。

電流の通り道が、始動のときと運転のときで、自動的に切り替わる。

これだけです。二重かご形も深溝かご形も、作り方が違うだけで、やっていることは完全に同じ。しかも切り替えのスイッチも制御装置も存在せず、物理法則だけで勝手に切り替わります。

この記事を読み終えると、次のことができるようになります。

身につくこと	具体的に
目的が言える	普通のかご形の弱点（始動電流大・始動トルク小）を改善するためだと説明できる
因果がつながる	滑り → 二次周波数 → 漏れリアクタンス → 電流の道、という流れを一本で言える
2つを区別できる	二重かご形と深溝かご形の構造の違いと、原理が同じであることを説明できる
表皮効果が分かる	導体1本でも始動時に抵抗が大きく「見える」理由を説明できる
実務で選べる	重負荷始動なら二重かご形、汎用機なら深溝かご形と即答できる

すべりの考え方そのものが怪しいという方は、先に誘導機のすべりsを「同期にどれだけ遅れているかの割合」で攻略を読んでおくと、この記事の理解がぐっと速くなります。今回の話は、すべての土台が「滑り」だからです。

暗記フレーズ：始動は外でドカン、運転は内でスイスイ

この単元は、次の一言に全部が集約されます。

始動は外（そと）でドカン、運転は内（うち）でスイスイ

色まで含めてセットで覚えてしまうのがおすすめです。

場面	電流の道	その道の抵抗	得られるもの
🔴 始動時	外側	大きい	トルク大！
🔵 運転時	内側	小さい	効率良！

ここで一つだけ、先に納得しておきたいことがあります。「なぜ始動のときだけ、わざわざ抵抗が大きい方がいいのか」という点です。

答えは、誘導電動機には二次側の抵抗が大きいほど始動トルクが大きくなるという性質があるからです。比例推移のところで出てきた、あの性質そのものです。特殊かご形は、その性質を構造だけで自動的に使い分けているわけですね。

スイッチもコントローラも要らない。ただ回転子の形を工夫しただけで、始動のときは力の出る道を、運転に入ったら効率のいい道を、電流が勝手に選んでくれる。この美しさが分かると、この単元は一気に面白くなります。

ステップ1：そもそも何を改善したいのか

普通のかご形誘導電動機には、はっきりした弱点があります。

始動電流がデカすぎるのに、力が弱い。

なかなか辛口ですが、事実です。電気をたくさん食べるのに力が出ない、燃費の悪い車のような状態ですね。しかも始動電流が大きいと自分が困るだけでなく、周りの機器の電圧を一斉に下げてしまうという迷惑もかけます。

そこで出てくる要求が、これです。

始動トルクは大きく、始動電流は小さくしたい。

力は欲しいが電気は食べてほしくない。なかなかのワガママです。この注文に応えるために生まれたのが、今回の主役2つです。

種類	一言でいうと
① 二重かご形	溝を二重にして、抵抗の違う導体を2本入れる
② 深溝かご形	溝を深くして、平たい導体を1本だけ入れる

見た目はまったく違いますが、どちらも狙いは同じです。「始動のときだけ、二次抵抗を大きく見せかける」。この一点に尽きます。二次抵抗が大きいほど始動トルクが増えるという性質を、構造だけで利用しているわけですね。

ステップ2：二重かご形の構造

まずは二重かご形から。名前のとおり、回転子の溝（スロット）が二重になっていて、そこに導体が2本入っています。

導体	位置	断面積	電気抵抗	担当
導体A	外側（溝の入口側）	小さい	大きい	始動時
導体B	内側（鉄心の奥）	大きい	小さい	運転時

細い電線ほど電気が通りにくい。細いストローほど吸いにくい。あの感覚と同じです。

ここで大事なのは、この抵抗の差が意図的に作られていることです。たまたま外側が細くなったのではありません。外側をあえて細くして抵抗を大きくし、内側は太くして抵抗を小さくする。始動用と運転用、性格の違う2本の道をあらかじめ用意しておく、という設計思想です。

問題は、この2本の道を電流がどうやって使い分けるのか。ここからが本題です。

ステップ3：始動時は「外でドカン」

この記事のいちばんの山場です。3つの矢印を順番に追いかけます。

① 回転子が止まっている → 二次周波数が高い

始動の瞬間、回転子はまだ止まっています。つまり滑り $s=1$ で、滑りは最大です。

そして二次周波数は滑りに比例するので、二次周波数も高くなります。「止まっているほど二次側の周波数は高い」というのは少し意外に感じますが、回転磁界と回転子の速度差が最大だからと考えれば納得できるはずです。差が大きいほど、回転子から見た磁界の変化は激しくなります。

② 二次周波数が高い → 内側のリアクタンスが巨大化

リアクタンスは周波数が高いほど大きくなります。ここに、位置の違いが効いてきます。

導体	位置	周りの鉄心	漏れ磁束	始動時のリアクタンス
外側A	溝の入口に近い	少ない	少ない	小さい
内側B	鉄心の奥	多い	多い	超巨大

内側の導体Bは鉄心の奥深くにあり、周りをぐるりと鉄に囲まれています。そのぶん漏れ磁束が絡みつき、リアクタンスが跳ね上がるわけです。

③ 結果、電流は外側の導体Aに集中する

内側の道が塞がってしまったので、電流は行き場を失い、リアクタンスの小さい外側の導体Aに集中します。そして外側は抵抗が大きい導体なので、始動トルクが大きくなる、という結論に至ります。

ここで最初の疑問が解けます。「なぜわざわざ抵抗の大きい外側に流れるのか」。答えは、わざわざ選んでいるのではなく、内側が塞がっていて仕方なく外側に行っているからです。「道が塞がる」から「道が変わる」。ここが腑に落ちれば、この単元は8割終わりです。

ステップ4：運転時は「内でスイスイ」

運転に入ると、今度はまったく逆のことが起きます。流れはそのまま逆再生です。

順番	始動時	運転時
1	滑り s が大きい（s＝1）	滑り s が小さい
2	二次周波数が高い	二次周波数が低い
3	内側のリアクタンスが巨大	内側のリアクタンスが減少
4	内側の道が塞がる	内側の道が開通
5	外側（抵抗大）に集中 → トルク大	内側（抵抗小）にも流れる → 効率良

回転子が加速すると回転磁界との速度差が縮まり、滑りが小さくなります。すると二次周波数が下がり、リアクタンスも下がる。さっきまで通行止めだった内側の道が、通れるようになるわけですね。

道が開けば、電流は本来通りやすい方――抵抗の小さい内側へ自然と流れていきます。始動が終わったら、勝手に効率のいい道へ切り替わるのです。

ここで強調しておきたいのは、誰も操作していないということです。物理法則だけで、回転速度に応じて連続的に切り替わります。制御装置が発達した現代でも特殊かご形が現役なのは、この「部品が増えないのに賢い」という利点があるからです。故障する箇所が増えない、というのは実務では大きな価値になります。

ステップ5：深溝かご形の構造

ここからは2つ目の主役、深溝かご形です。断面図を見ると、導体が1本しか入っていません。細長い平たい導体が、深い溝に1つだけ収まっています。

二重かご形と比べると、こうなります。

項目	二重かご形	深溝かご形
溝の形	二重（上下2段）	深い1本
導体の数	2本（外側A・内側B）	1本（平たい）
構造	やや複雑	シンプル

ここで当然の疑問が出てきます。

導体が1本しかないのに、どうやって外と内を自動で切り替えるのか？

二重かご形は道が2本あったから切り替えられました。しかし深溝かご形の道は1本きり。普通に考えれば、切り替えようがありません。

ところが、切り替えられるのです。1本の導体の中で「上のほう」と「下のほう」を使い分けている、という発想です。そんな器用なことを可能にしているのが、次に見る「表皮効果」です。

ステップ6：表皮効果で「実質2階建て」にする

表皮効果とは、周波数が高い電流ほど導体の表面付近に集まろうとする現象です。高周波を扱う電線がわざと中空になっていたりするのも、この効果が理由です。

始動時に何が起きるかを見てみましょう。

始動時（周波数が高い）

1. 深い部分（内側）ほど漏れ磁束が多く、電流が打ち消される
2. 結果として、電流が表面付近（外側）に押しやられ集中する
3. 使える断面積が狭くなる ＝ 実質的に抵抗が大きくなる ＝ 始動トルクUP

「押しやられる」という表現がぴったりです。電流が行きたくて外側に行くのではなく、内側が使えないから押し出されているだけ。二重かご形の内側導体で起きていたことと、まったく同じ話です。

運転時（周波数が低い）

周波数が下がれば表皮効果も弱まります。すると電流は導体全体に広がって流れるようになり、断面積をフルに使えるので、実質的な抵抗は小さくなります。

つまり深溝かご形も、始動時は外側寄り・運転時は全体という切り替えをしているわけです。導体を2本用意しなくても、同じ効果が出せる。よくできています。

ステップ7：2つを並べると、実は同じ

ここが今回いちばん伝えたいところです。

	二重かご形	深溝かご形
例えるなら	物理的に2階建て	表皮効果で実質2階建て
始動時	外側の導体Aに集中	導体の表面付近に集中
運転時	内側の導体Bにも流れる	導体全体に広がる
原理	完全に同じ	完全に同じ

二重かご形は、本当に2階建ての建物を作りました。深溝かご形は、1階建てなのに2階建てのように使っています。アプローチが違うだけで、原理は完全に同じです。

どちらも結局、始動時は外側（抵抗大）、運転時は内側（抵抗小）へ、電流の道を自動で切り替えているだけ。ですから覚えることも実質1つで済みます。

これが分かっていると、試験での選択肢の判断が速くなります。たとえば「深溝かご形の始動トルクが大きい理由」を問われても、答え方は二重かご形とまったく同じで構いません。「始動時は二次周波数が高く、内側（深い部分）のリアクタンスが大きいので、電流が外側に偏るから」。これで通ります。名前が違うだけで身構える必要はない、ということですね。

ステップ8：感覚を式に落とし込む

ここまで言葉で説明してきたことは、たった2本の式に収まります。

まず、リアクタンスと周波数の関係です。

$$X=2\pi fL$$

周波数 $f$ が大きいほど、リアクタンス $X$ も大きくなります。

次に、二次周波数と滑りの関係です。

$$f_2=s{f}_1$$

滑り $s$ が大きいほど、二次周波数 $f_2$ も大きくなります。$f_1$ は電源（一次側）の周波数です。

この2本をつなげると、こうなります。

始動時は止まっているから 滑り s が大きい（s＝1） → だから 二次周波数 f₂ が高くなり → リアクタンス X が巨大化して、内側の道が塞がる！

言葉で理解してから式を見ると、すんなり入ってくるはずです。逆に、式から入ると丸暗記になって忘れます。意味から入れば、たとえ式を忘れても自分で作り直せます。

なお、$f_2$ は二次側の周波数で、電源側の $f_1$ とは別物です。混同しやすいところなので、添字の1がついていたら電源側と覚えておいてください。

ステップ9：実務ではどう使い分けるか

「2種類あるのは分かったが、実際にはどちらが使われているのか」。ここも試験に出ます。

種類	特徴	主な用途
二重かご形	始動トルクをより大きくできる	大型の巻上機、圧縮機など重負荷始動が必要な機械
深溝かご形	構造がシンプルで安価	中容量の汎用モータに広く採用

クレーンは、止まった状態から重い荷物を吊り上げます。最初に大きな力が出せなければ、そもそも動き出せません。だから二重かご形が選ばれます。

一方、工場のベルトコンベアのように「そこそこの始動トルクで十分」という用途なら、安くてシンプルなほうが選ばれます。深溝かご形の出番です。

覚え方はこうです。

性能で選ぶなら二重。コストと量産性で選ぶなら深溝。

試験でも「重負荷始動といえば二重かご形」「一般的な汎用機に広く使われるのは深溝かご形」という組み合わせで問われることがあります。セットで押さえておきましょう。

そもそも「かご形」と「巻線形」の違いがあやふやだという方は、回転子の種類を「かご形はシンプル堅牢、巻線形はスリップリング」で攻略に戻ると、今回の話が立体的につながります。

まとめ

今日の内容は、この表1枚に全部入っています。スクリーンショットを撮っておくことをおすすめします。

場面	滑り s	二次周波数	電流の道	抵抗	結果
🔴 始動時	大きい（s＝1）	高い	外側に集中	大きい	トルク大！
🔵 運転時	小さい	低い	内側にも流れる	小さい	効率良！

上下の行が、きれいに全部逆になっているのが分かるでしょうか。実際の試験では、この表の1マスだけを空欄にした形で問われることが多いのです。左から右へ「滑り → 周波数 → 電流の道 → 抵抗 → その結果」という一本の流れになっているので、途中を聞かれても前後から思い出せます。

そして、迷ったらこの言葉に戻ってください。

始動は外でドカン、運転は内でスイスイ

これさえ覚えていれば、表の中身は自分で埋め直せます。丸暗記ではなく、組み立て直せる。それが今回いちばん持ち帰ってほしいものです。

なお、誘導機はこれで一区切りです。次に進む方は、三相同期発電機の原理を「磁石グルグル・三相ビリビリ」で攻略するへ進むと、機械科目の回転機がひとつながりで見えてきます。

⚠ ここを間違える人が多い

この単元は、原理を理解していても「聞かれ方」でつまずくことがあります。よくある取り違えを3つ挙げておきます。

❌「電流は抵抗の小さいほうに流れるはずだから、始動時も内側では？」

✅ 始動時に効いているのは抵抗ではなくリアクタンスです。二次周波数が高い始動時は、内側導体の漏れリアクタンスが抵抗よりはるかに大きくなり、インピーダンス全体としては内側のほうが通りにくくなります。「通りやすさ」を決めるのは抵抗とリアクタンスの両方だ、という点を忘れないでください。

❌「トルクの近似式は1つだけ覚えておけばいい」

✅ 誘導電動機のトルクの近似式は、どの領域の話をしているかで形が変わります。滑りが小さい運転領域と、滑りが大きい始動領域では、近似の仕方が別物です。問題文に「定格付近」「始動時」といった条件が書かれていたら、それは近似式の選択を指定しているサインです。条件を読み飛ばして片方の式を当てはめると、答えが逆方向にずれます。

❌「電圧が下がれば、電流もそのぶん比例して下がる」

✅ 誘導電動機では、電圧を下げると滑りが増えて帳消しになることがあります。特に電圧と周波数を同じ割合で下げた場合、V/f 比が保たれるため、単純な比例計算では合いません。「電圧が◯%下がったから電流も◯%減る」と反射的に計算せず、滑りがどう動くかまで追いかける習慣をつけましょう。

過去問ではこう出た

誘導電動機の始動特性まわりは、機械科目のなかでも出題頻度がとても高い領域です。テーマで照合すると、電験ジムの収録範囲だけで 33問が該当します。

年度・回	問番号
令和7年 上期	問4／問15
令和7年 下期	問3／問4
令和6年 上期	問4／問15
令和6年 下期	問3／問4

並べてみると傾向がはっきりします。まず、上期・下期を問わず毎回のように出ていること。そして問番号を見ると、A問題の前半（問3〜問4あたり）とB問題（問15）の両方に散らばっています。つまり「言葉で答える基本問題」と「計算で答える応用問題」の両方で狙われている、ということです。

対策としては、この記事のまとめの表を言葉で説明できるようにしたうえで、$f_2=s{f}_1$ と $X=2\pi fL$ の2式を実際の数値問題で使えるところまで持っていくのが近道です。

電験ジムで実際に解いてみる

よくある質問

Q. 二重かご形と深溝かご形、試験ではどちらがよく問われますか？

どちらか一方に偏るというより、セットで比較させる形で問われることが多いです。「構造がシンプルなのはどちらか」「重負荷始動に適するのはどちらか」といった選択肢が並びます。原理は同じなので、覚え分けるのは構造（導体2本か1本か）と用途（重負荷か汎用か）の2点だけで十分です。原理の説明を2通り暗記する必要はありません。

Q. 表皮効果は電力科目でも出てきた気がするのですが、同じものですか？

同じ現象です。周波数が高い電流ほど導体の表面に集まる、という性質そのものは共通しています。違うのはそれをどう扱うかです。送電線では表皮効果は「実効抵抗を増やす厄介者」ですが、深溝かご形では「始動時だけ抵抗を大きくしてくれる味方」として積極的に利用しています。同じ現象でも、場面によって評価が180度変わるわけですね。

Q. 始動時に電流が外側へ移るのは分かりましたが、途中の速度ではどうなっていますか？

きれいに「外か内か」の二択で切り替わるわけではなく、回転速度に応じて連続的に変化しています。始動直後は外側に大きく偏り、加速するにつれて内側へ流れる割合が徐々に増えていく、というイメージです。試験では両端（始動時と定格運転時）だけを押さえておけば十分ですが、実際にはその間をなめらかにつないでいる、と知っておくと理解がぶれません。

Q. 特殊かご形があるなら、巻線形はもう要らないのでは？

そうとも言い切れません。特殊かご形は「構造だけで自動的に切り替わる」のが長所ですが、裏を返せば外から調整できないということでもあります。巻線形はスリップリングを通して外部抵抗をつなぎ、始動特性を自由に調整できます。速度制御まで含めて細かく操りたい場面では、いまも巻線形が選ばれます。構造の簡単さを取るか、調整の自由度を取るか、という選択です。