定てい格かく

定てい格かく（ていかく、英語えいご: rating）とは、機器ききや装置そうち、部品ぶひんなどについて、指定していされた条件じょうけんにおける仕様しよう、性能せいのう、使用しよう限度げんどなどのこと。製造せいぞう者しゃが、その機器ききの仕様しようや、適正てきせいな使用しよう方法ほうほうを示しめした数字すうじで、その値ねを定てい格かく値ち（英語えいご: rated value）と言いう。

概要がいよう

定てい格かくは出力しゅつりょく、トルク、電圧でんあつ、電流でんりゅう、回転かいてん数すう、荷重かじゅうなどの値ねで指定していし、それぞれ定じょう格かく出力しゅつりょく、定てい格かくトルク、定てい格かく電圧でんあつ、定てい格かく電流でんりゅう、定てい格かく回転かいてん数すう、定てい格かく荷重におもなど、「定てい格かく○○」と呼よばれる。

指定していされた条件じょうけんは、機器ききの性格せいかく、使用しよう目的もくてき、使用しよう頻度ひんど、想定そうていされる保守ほしゅ条件じょうけんなどにより異ことなるため、 具体ぐたい的てきな条件じょうけんと定てい格かく値ちの定義ていぎは、機器ききや部品ぶひんの種類しゅるいごとに、工業こうぎょう規格きかくなどで定さだめられているのが一般いっぱん的てきである。安全あんぜん性せいに関かかわる場合ばあいには、法令ほうれいによっても定さだめられている。

ただし、機器ききや部品ぶひんの使用しよう条件じょうけんが特殊とくしゅである場合ばあいは、製造せいぞう者しゃと使用しよう者しゃの間あいだで個別こべつの条件じょうけんを設定せっていすることもある。また、使用しよう条件じょうけんにより性能せいのうが変化へんかする機器ききでは、異ことなる使用しよう条件じょうけんに対たいする複数ふくすうの定てい格かくを設定せっていすることがある。

いずれの場合ばあいも、定てい格かく値ちとは「格付かくづけ」、あるいは設計せっけい条件じょうけんなど「何なんらかの意図いとを含ふくめた」値ちのことで、機器ききの仕様しようを記載きさいする場合ばあいにも、「定てい格かく」と「性能せいのう」・「特性とくせい」などが区別くべつされることが一般いっぱん的てきである。また、定てい格かくは製造せいぞう者しゃが示しめすものであるため、製造せいぞう者しゃによる保証ほしょう値ちという意味いみを持もつ。

定てい格かくの事例じれい

定てい格かくは、さまざまな分野ぶんやで定さだめられる条件じょうけんが異ことなることから、分野ぶんやにより具体ぐたい的てきな意味いみが異ことなる。ここでは、いくつかの分野ぶんやの定てい格かくについて事例じれいとともに示しめす。

移動いどう式しきクレーンにおける定てい格かく荷重かじゅう

クレーンの定てい格かく荷重かじゅうは、最大さいだい吊つるし荷重かじゅうから吊つり具ぐの重量じゅうりょうを差さし引ひいたものと定義ていぎされる。

移動いどう式しきクレーンでは、クレーンの仕様しよう、および荷にを吊つるときの条件じょうけんにより、最大さいだい吊つるし荷重かじゅうが定さだまっている。最大さいだい吊つるし荷重かじゅうは、クレーンの重量じゅうりょう、備そなえるアームの強度きょうど、荷にを吊つる作業さぎょう半径はんけいなどから算定さんていされ、クレーンの最大さいだい吊つり能力のうりょくを示しめすものである。この最大さいだい吊つるし荷重かじゅうには、実際じっさいに吊つる荷にの重おもさのほか、吊つり具ぐ（滑車かっしゃや荷にを吊つるためのフック）の重量じゅうりょうも含ふくんでいるため、実際じっさいに吊つることのできる荷にの重おもさはこれより小ちいさくなる。

そこで、移動いどう式しきクレーンにおいては、最大さいだい吊つるし荷重かじゅうから吊つり具ぐの重量じゅうりょうを差さし引ひき、実際じっさいに吊つれる荷にの重おもさの最大さいだい値ちを定てい格かく荷重かじゅうと称しょうしている。このことから、定てい格かく荷重かじゅうを『正味しょうみ荷重かじゅう』と呼よぶこともある。定てい格かく荷重かじゅうの算定さんていにあたっては、吊つり具ぐの重おもさを正確せいかくに把握はあくすることが望のぞましいが、簡易かんい的てきに最大さいだい吊つるし荷重かじゅうの90パーセントを定てい格かく荷重かじゅうとする計算けいさんも行おこなわれる。

このように、定てい格かく値ちは機器ききを適切てきせつに使用しようするためにもっとも重要じゅうようなものが選えらばれる。そのため、移動いどう式しきクレーンでは、『定てい格かく荷重かじゅう』が安全あんぜん上じょうもっとも重要じゅうような『正味しょうみ荷重かじゅう』に決きめられている。

電気でんき機器ききにおける定てい格かく

電気でんきを用もちいる機器ききやシステムでは、設計せっけい上じょう安定あんていして使用しようできる電圧でんあつや電流でんりゅうがあり、これを定てい格かくとしている。ただし、一般いっぱんに定てい格かくの値ねは余裕よゆうを持もって定さだめられており、一時いちじ的てきであれば定じょう格かくを超こえて使用しようできる場合ばあいもある。この場合ばあいは、一瞬いっしゅんたりとも超こえてはならない値ねとして絶対ぜったい最大さいだい定てい格かくまたは瞬間しゅんかん最大さいだいなどが別途べっと定さだめられている。

例たとえば、電動でんどう機き（モーター）は多数たすうの巻まき線せんにより磁界じかいを発生はっせいさせることから、その絶縁ぜつえん性能せいのうを確保かくほすることが一ひとつの制限せいげんとなる。絶縁ぜつえん性能せいのうを確保かくほするには、決きめられた電圧でんあつを守まもることのほか、決きめられた温度おんど以上いじょうとならないようにすることが重要じゅうようである。モーターに大だい電流でんりゅうを流ながし続つづけると温度おんどが上昇じょうしょうし、やがて絶縁ぜつえん性能せいのうを確保かくほできなくなる。また、効率こうりつの悪化あっかを招まねくこともある。そこで、製造せいぞう者しゃがそうした不都合ふつごうを考慮こうりょして適当てきとうと考かんがえた、流ながし続つづけてもよい電流でんりゅう値ちを定てい格かく電流でんりゅうと呼よび、そのとき発揮はっきできる性能せいのうを定てい格かく出力しゅつりょくや定てい格かく速度そくどなどと定さだめている。定てい格かくは、一般いっぱんにその機器ききに取とり付つけられた銘板めいばんに記載きさいされている。

電気でんき機器ききを連続れんぞく的てきに使つかい続つづけた場合ばあい、発熱はつねつと放熱ほうねつ・冷却れいきゃくがつりあって温度おんどが一定いっていとなった時点じてんで許容きょようできる温度おんど以下いかであれば、問題もんだいなく使用しようできる。また、一時いちじ的てきに大おおきな出力しゅつりょくを出だしたとしても、それが十分じゅうぶん短時間たんじかんであれば温度おんど上昇じょうしょうは許容きょようできる範囲はんいに収おさまるので、やはり問題もんだいなく使用しようできる。このことから、連続れんぞく的てきに用もちいる場合ばあいと、短時間たんじかんで用もちいる場合ばあいの定てい格かくは異ことなってくる。連続れんぞく的てきに使用しようすることを前提ぜんていにした定てい格かくを連続れんぞく定てい格かく（continuous rating）、短時間たんじかんで使用しようすることを前提ぜんていにした定てい格かくを短時間たんじかん定じょう格かく（short-time rating）、断続だんぞく的てきに使用しようすることを前提ぜんていにした定てい格かくを反復はんぷく定てい格かく（intermittent-service rating）と呼よぶ。短時間たんじかん定じょう格かくは、前提ぜんていとする使用しよう時間じかんをつけて30分ふん定じょう格かくとか1時じ間あいだ定じょう格かくなどの呼よび方かたをする。

通常つうじょうは連続れんぞく定てい格かくを前提ぜんていにするが、クレーンや電車でんしゃの電動でんどう機きはその使用しよう条件じょうけんから短時間たんじかん定じょう格かくを前提ぜんていとした設計せっけいをすることが普通ふつうである。一概いちがいにはいえないが、同おなじ機械きかいの連続れんぞく定てい格かくと短時間たんじかん定じょう格かくでは、短時間たんじかん定じょう格かくの方ほうが20 - 30%程度ていど大おおきくなる。

電車でんしゃの走行そうこう曲線きょくせんの例れい。
縦たて軸じく-速度そくど、横よこ軸じく-時間じかん。

例たとえば、実際じっさいの電車でんしゃの走行そうこうを考かんがえてみると、大おおきな電流でんりゅうを連続れんぞくして流ながすことはあまり行おこなわれない。駅えきを発車はっしゃした電車でんしゃは、速度そくどを上あげるためモーターに電流でんりゅうを流ながすが、一定いっていの速度そくどに到達とうたつすると電流でんりゅうを切きり、惰性だせいで走行そうこうすることが一般いっぱんに行おこなわれる（右みぎ図ず）。これは摩擦まさつが小ちいさく走行そうこう抵抗ていこうが低ひくい鉄道てつどうの特性とくせいによるもので、モーターに電流でんりゅうが流ながれるのは短時間たんじかんに限かぎられる。また、駅えきで停車ていしゃしている間あいだもモーターは無む負荷ふかであり、電流でんりゅうは流ながれない。電流でんりゅうが流ながれていない間あいだにモーターは十分じゅうぶん冷却れいきゃくされるので、連続れんぞくして電流でんりゅうを流ながし続つづける場合ばあいに比くらべて大おおきな電流でんりゅうを流ながしても許容きょよう温度おんどに達たっすることはない。

このように、電車でんしゃに搭載とうさいされているモーターの連続れんぞく定てい格かくと、実際じっさいの電車でんしゃ走行そうこうにおけるモーターの使用しよう条件じょうけんは、大おおきく異ことなっている。したがって電車でんしゃのモーターでは、短時間たんじかん使用しようであることを前提ぜんていに、連続れんぞく定てい格かくを大おおきく超こえた短時間たんじかん定じょう格かくの範囲はんいで使用しようすることがしばしば行おこなわれる。公称こうしょう数値すうちは1時じ間あいだ定じょう格かくでも、実際じっさいの使用しよう範囲はんいはその2倍ばい以上いじょうにも達たっすることが多おおい（後述こうじゅつする速度そくど比ひ）。ただし新幹線しんかんせんでは速度そくど域いきが高たかく空気くうき抵抗ていこうが大おおきいため、一定いっていの速度そくどに達たっしても速度そくどを維持いじするために常つねに電流でんりゅうを流ながしている。そのため、連続れんぞく定てい格かくを基準きじゅんとした電動でんどう機き・制御せいぎょとなっている。

鉄道てつどう車両しゃりょうにおける定てい格かく速度そくど

鉄道てつどうの電気でんき車しゃ（電気でんき機関きかん車しゃ・電車でんしゃ）においては、「定てい格かく速度そくど」という概念がいねんが多おおく用もちいられる。主しゅ電動でんどう機きに定てい格かく電圧でんあつ（= 端子たんし電圧でんあつ）をかけた時ときに電流でんりゅうが定てい格かく電流でんりゅうと一致いっちした時ときの回転かいてん数すうが定てい格かく回転かいてん数すうであり、定てい格かく回転かいてん数すうの時ときの速度そくどが定てい格かく速度そくどである。全ぜん界さかい磁（100 %界さかい磁）時じの定てい格かく速度そくどを以もって公称こうしょう値ちとする場合ばあいがほとんどだが、カルダン駆動くどう方式ほうしきの直流ちょくりゅう整流せいりゅう子こ電動でんどう機きでは弱よわめ界かい磁定てい格かく設計せっけいのものも多おおく生産せいさんされた。国鉄こくてつの制式せいしき主ぬし電動でんどう機きを例れいにとると、MT46型がたが70 %界さかい磁定格かく、MT54型がたが全ぜん界さかい磁定格かく、MT55型がたが85 %界さかい磁定格かくである。いずれの場合ばあいも定てい格かく回転かいてん数すう（= 定てい格かく速度そくど）において効率こうりつが最大さいだいとなる（約やく89 %）。なお、出力しゅつりょくが同おなじであれば、定てい格かく引張ひっぱ力ちからは定てい格かく速度そくどに反比例はんぴれいする。定てい格かく速度そくどを上あげれば高速こうそく性能せいのうは向上こうじょうするが、歯車はぐるま比ひは固定こていのため（変速へんそく機きを持もたないため）一般いっぱんに起動きどう加速度かそくどは下さがる。しかし、加速度かそくどは主しゅ電動でんどう機きに実際じっさいに流ながす最低さいてい電流でんりゅう値ち（限きり流りゅう値ち）を定てい格かく電流でんりゅう以上いじょう（と言いっても上限じょうげんは2倍ばい弱じゃく程度ていど）に上あげることでカバーできる。高速こうそく性能せいのうもまた、モーターに補償ほしょう巻まき線せんを付加ふかし弱よわめ界磁制御かいじせいぎょの範囲はんいを拡大かくだいすることによって同様どうように向上こうじょうさせることが可能かのうである（私鉄してつ電車でんしゃに実例じつれい多数たすう）。また、動力どうりょく車しゃの高速こうそく性能せいのうを表あらわすために、弱よわめ界かい磁最終さいしゅう段だんにおける定てい格かく速度そくどを明示めいじすることもあるほか、設計せっけい最高さいこう速度そくどと全ぜん界さかい磁定格かく速度そくどとの比ひを速度そくど比ひと呼よぶ場合ばあいもある。定てい格かく速度そくど30 km/hの電車でんしゃが100 km/h以上いじょうの高速こうそく域いきから発電はつでんブレーキを使用しようする場合ばあい、主しゅ電動でんどう機きには瞬間しゅんかん的てきに定てい格かくの3倍ばい以上いじょうもの負荷ふかがかかることになる。

以上いじょうは直流ちょくりゅう整流せいりゅう子こ電動でんどう機き（多おおくが直ちょく巻まき整流せいりゅう子こ電動でんどう機き）を使用しようしていた時代じだいの話はなしであり、現在げんざい主流しゅりゅうの交流こうりゅう電動でんどう機きを使用しようしたVVVFインバータ制御せいぎょではプログラミングにより出力しゅつりょく特性とくせいや走行そうこう特性とくせいを比較的ひかくてき自在じざいに設定せっていすることが可能かのうなため、電動でんどう機き自体じたいの定てい格かく値ちを前面ぜんめんに出だして論ろんじられることは少すくなくなっている。JR東日本ひがしにっぽん209系けい電車でんしゃなどはその好例こうれいである。

• 国鉄こくてつ183系けい電車でんしゃ
  • MT54型がた主ぬし電動でんどう機き：定てい格かく電圧でんあつ375 V・1時じ間あいだ定てい格かく電流でんりゅう360 A・定てい格かく出力しゅつりょく120 kW・全ぜん界さかい磁定格かく回転かいてん数すう1,630 rpm・40 %弱じゃく界かい磁定格かく回転かいてん数すう2,620 rpm。
  • 歯車はぐるま比ひ 77：22 = 3.5：1、動輪どうりん直径ちょっけい 860 mm（摩耗まもう限度げんどまでの使用しようを考慮こうりょして計算けいさんでは820 mmとする）
  • よって全ぜん界さかい磁定格かく速度そくど72.0 km/h、40 %界さかい磁時定てい格かく速度そくど116.0 km/h。設計せっけい最高さいこう速度そくど160 km/h。全ぜん界さかい磁時の定てい格かく引張ひっぱ力ちからは電動でんどう車しゃ1ユニット（主しゅ電動でんどう機き8個こ）で4,860 kgとなる。
• 国鉄こくてつ185系けい電車でんしゃ
  • MT54型がた主ぬし電動でんどう機き
  • 歯車はぐるま比ひ 82：17 = 4.82：1
  • よって全ぜん界さかい磁定格かく速度そくど52.5 km/h、40 %界さかい磁時定てい格かく速度そくど84.5 km/h。設計せっけい最高さいこう速度そくど115 km/h（歯車はぐるま比ひが同おなじ国鉄こくてつ117系けい電車でんしゃの運用うんよう実績じっせきから）。全ぜん界さかい磁時の定てい格かく引張ひっぱ力ちからは電動でんどう車しゃ1ユニットで6,690 kgとなる。

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参考さんこう文献ぶんけん

• 仁田にった 工こう吉きち・岡田おかだ 隆夫たかお・安やす陪 稔みのる・上田うえだ 睆亮・仁田にった 旦だん三さん「電気でんき機器きき（1）（改訂かいてい2版はん）」オおーム社むしゃ p.139 1992年ねん ISBN 4-274-12897-0