サーマルリレーの仕組みと重要性を徹底解説

モーターの「守護神」：サーマルリレーの仕組みと重要性を徹底解説

電気設備や工場の自動化ラインにおいて、なくてはならない存在でありながら、表舞台に立つ「電磁接触器（マグネットコンタクト）」の陰に隠れがちな名脇役。それがサーマルリレー（熱動継電器）です。
一見地味な部品ですが、もしサーマルリレーがなければ、世界中のモーターは過負荷によって次々と焼損し、莫大な修理費用とダウンタイム（停止時間）が発生していることでしょう。今回は、サーマルリレーの基礎知識からその驚きの仕組み、そして具体的な活用例までを網羅的に解説します。

1. サーマルリレーとは何か？

サーマルリレー（Thermal Relay）は、その名の通り「熱（Thermal）」を感知して動作する「継電器（Relay）」です。主な役割は、モーターなどの負荷装置に過電流が流れた際、それを検知して回路を遮断し、機器の焼損を防ぐことにあります。

一般的に、電磁接触器と組み合わせて使用され、セットになったものは「電磁開閉器（マグネットスイッチ）」と呼ばれます。

なぜ「サーマル」リレーが必要なのか？

モーターに大きな負荷がかかると、定格以上の電流（過電流）が流れます。電流が流れるとジュール熱が発生しますが、過電流が長時間続くと、モーター内部の絶縁体が熱で溶け、最終的にショートして燃えてしまいます。

しかし、モーターが起動する瞬間には一時的に大きな電流（始動電流）が流れるため、単なるヒューズやブレーカーでは「正常な起動」と「異常な過負荷」の区別が難しく、すぐに電気が切れて使い物になりません。そこで、「熱の蓄積具合」を見て判断するサーマルリレーの出番となるのです。

2. サーマルリレーの仕組み：バイメタルの魔法

サーマルリレーの心臓部には、「バイメタル」と呼ばれる特殊な金属板が入っています。

1. 電流による発熱: サーマルリレーの内部にはヒーター線があり、モーターへ行く電流がここを通過します。

2. バイメタルの湾曲: バイメタルは、熱膨張率の異なる2種類の金属板を貼り合わせたものです。熱が加わると、一方は大きく伸び、もう一方はあまり伸びないため、金属板が特定の方向へぐにゃりと曲がります。

3. トリップ（遮断）動作: 電流が一定（設定値）を超え、バイメタルが規定以上に曲がると、内部のメカニカルなレバーを押し上げます。

4. 信号の切り替え: レバーが動くと、サーマルリレーに付いている「接点」が切り替わります。通常、電磁接触器のコイル電源をこの接点（b接点）経由で接続しておくことで、サーマルリレーが働いた瞬間に電磁接触器がオフになり、モーターへの電力が遮断されます。

この「じわじわと温まってから切れる」という特性が、モーター保護に最適なのです。

3. 主な機能と調整ダイヤル

サーマルリレーの前面を見ると、いくつかのボタンやダイヤルが付いています。これらを正しく理解することが、確実な保護への第一歩です。

• 電流設定ダイヤル:
  モーターの定格電流に合わせて、トリップさせる基準値を調整します。例えば定格10Aのモーターなら、ダイヤルを10Aに合わせます。

• リセットボタン:
  トリップした後、バイメタルが冷えても回路は自動で復帰しません（安全のため）。異常を取り除いた後、このボタンを押し込むことで再び使用可能になります。

• 手動/自動復帰の切り替え:
  基本は手動リセットですが、設置場所によっては冷えたら自動で復帰する設定にできるモデルもあります。

• テストレバー:
  実際に電流を流さなくても、メカニカルにトリップ動作が正常に行われるかを確認するためのレバーです。

4. 電磁接触器（マグネットコンタクト）との違いと連携

よく混同されますが、役割は明確に違います。

電磁接触器は「オン・オフ」の作業は得意ですが、電流が多すぎるかどうかを判断する頭脳は持っていません。逆にサーマルリレーは「異常の検知」は得意ですが、自分自身で主回路の大きな電流をガバッと切り離す力はありません。

この2つが合体して初めて、「遠隔操作ができて、なおかつ過負荷から守ってくれるスイッチ（電磁開閉器）」が完成するのです。

5. サーマルリレーの活用例

私たちの身の回りや産業現場で、サーマルリレーはどのように活躍しているのでしょうか。

1. 工場のコンベアライン
   荷物が詰まってコンベアが動かなくなったとき、モーターは無理に回ろうとして過電流が流れます。サーマルリレーがこれを検知して停止させることで、ベルトの断裂やモーターの焼損を防ぎます。

2. ビルの空調・ファン
   大型ビルの屋上にある送風機などは、長期間連続運転されます。経年劣化で軸受（ベアリング）の動きが悪くなると負荷が増えますが、サーマルリレーがあれば火災に至る前に異常を知らせてくれます。

3. 給排水ポンプ
   マンションの貯水槽へ水を送るポンプなど。異物が噛み込んだり、揚水不能になったりした際の過負荷保護として必須のアイテムです。

6. サーマルリレー選びとメンテナンスのポイント

サーマルリレーを導入・維持する上で、プロが意識しているポイントをいくつか紹介します。

• 「2素子」と「3素子」の違い:
  かつては2本の電線を監視する「2素子付」が主流でしたが、現在は三相交流の全相をしっかり見守る「3素子付」や、欠相（1線が断線すること）保護機能付きが推奨されています。

• 周囲温度の影響:
  熱で動作する特性上、制御盤の中が異常に暑いと、電流が正常でも「暑さのせいで」トリップしてしまうことがあります。そのため、周囲温度補正機能がついたものを選ぶのが一般的です。

• 経年劣化:
  バイメタルは金属疲労を起こします。また、接点の汚れも大敵です。10年程度を目安に交換を検討するのが、設備の信頼性を保つコツです。

まとめ：安全を支える「温度の記憶」

サーマルリレーは、電気という目に見えないエネルギーを「熱」という形で記憶し、限界を超えそうになった瞬間にブレーキをかけてくれる、いわば電気回路のブレーキペダルです。
最新の現場ではデジタル式の電子形モータ保護リレーに置き換わる場面も増えていますが、構造がシンプルで信頼性が高く、電源がなくても「熱」さえあれば動作するアナログなサーマルリレーの信頼は、今なお揺るぎません。
電磁接触器の陰に隠れた小さな部品ですが、そのダイヤルの設定一つが、工場の生産ラインや建物のインフラを守っているのです。