令和6年度 下期 機械 問11
減速機を通したときの負荷側の回転速度・トルク・軸入力
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター 令和6年度 下期 第三種電気主任技術者試験 機械科目 問題（問題文・選択肢は改変せず、公開PDFの該当ページをそのまま掲載しています）
解説
減速機は「回転を 1/減速比 にし、トルクを 減速比 × 効率 倍にする」装置。電力は効率のぶんだけ減る。
**負荷の回転速度** nL = nm / 6 = 1 200 / 6 = 200 min⁻¹
**負荷の軸トルク** 理想的には回転が 1/6 になるとトルクは6倍。効率0.96のぶん損失があるので TL = Tm × 6 × 0.96 = 100 × 6 × 0.96 = 576 N·m
**負荷の軸入力** PL = 2π nL TL / 60 = 2π × 200 × 576 / 60 ≈ 12 064 W ≈ 12.1 kW
検算：電動機の出力は 2π × 1 200 × 100 / 60 ≈ 12 566 W。その 96% が 12 064 W で一致する。
したがって正解は(2)。
落とし穴は「減速」を回転数に掛け算してしまうこと（7 200 min⁻¹）。減速機は回転を落としてトルクを増やすもの。もう一つは、電力を求めるときに 2π/60 を掛け忘れて、回転数×トルクの値をそのまま kW にしてしまうこと。
選択肢ごとの理由
- (1)(TL)の 16.0 が誤り。100 ÷ 6 × 0.96 と、トルクを減速比で割っている。減速すればトルクは増える。
- (2)正しい。nL = 200 min⁻¹、TL = 100 × 6 × 0.96 = 576 N·m、PL = 2π × 200 × 576/60 ≈ 12.1 kW。
- (3)回転速度を 1 200 × 6 = 7 200 と増速にしている。PL の 4 147 も 7 200 × 576 ÷ 1 000 で、2π/60 が抜けている。
- (4)回転速度とトルクの両方が逆。減速機では回転は下がり、トルクは上がる。
- (5)回転速度・トルクが逆で、PL も 2π/60 の抜けた値。
この論点は、データセンターの現場でこう出てくる
「回転を落とせばトルクが増え、電力は効率ぶん減る」という減速機の計算は、データセンターの空調機や冷却塔のファンを見るときに使う。 大型の空調機や冷却塔のファンは、電動機とファンの間をベルトや減速機でつないでいるものが多い。ベルトのプーリー比を変えるとファンの回転数が変わり、風量は回転数に比例、軸動力は回転数の3乗に比例して変わる。ベルトの滑りや減速機の損失は効率の低下として電力に現れる。 近年は減速機やベルトを使わず、ファンを電動機で直接回してインバータで回転数を制御する方式（ダイレクトドライブ・EC ファン）への更新が進んでいる。減速機の効率0.96の4%も、24時間回り続ける設備ではまとまった電力量になる。更新の効果を見積もるときに、この問題の電力の流れの計算がそのまま使える。
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