大型の高効率モータを理解するには 
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大型の高効率モータ



大型高効率モータは、ファン、ポンプ、コンプレッサー、生産工場でのFA、加工機、送風設備など多くの産業分野で利用されています。
CO2削減の影響度が高いことから、社会的にも強く高効率であることが求められます。
本ページでは、主に国内の産業分野で利用されている、大型高効率モータについて、定義、種類、用途などを説明します。

高効率モータ

1. 大型高効率モータの定義

一般に定格出力が大きなもの、具体的には定格出力が100Wを上回るものが大型モータと呼ばれることが多いようです。
大型モータは消費電力量が多いため、省エネ法のトップランナー制度で省エネ性能を規制されているものがあります。
その規制をクリアした大型モータをトップランナーモータと呼びます。

1-1 トップランナーモータの概要

2015年度(平成27年度)からスタートした「トップランナー制度」により、大型モータでよく用いられる三相誘導電動機の一部は、特定機器として規制の対象となりました。
現在、トップランナーモータで規定される効率クラス(目標基準値)は、IE3(プレミアム効率)です。
詳しくは「国内の高効率モータの制度」をご覧ください。

1-2 トップランナーモータの高効率化技術

モータの効率を向上させるためには、モータ内部の各種損失を低減する必要があります。
トップランナーモータとして指定されている三相かご形誘導電動機の駆動部は、固定子(ステータ)と回転子(ロータ)から成り立っています。
モータ内部の各種損失を低減するには、回転子に用いられる鉄心の部材を変更したり、固定子の長さや銅の充填率を変える方法などがあります。
さらに、モータ単体だけでなくインバータ駆動など、モータの周辺機器と一体となって最適化を進めます。
これらの技術により、エネルギー効率が向上し、省エネ・ランニングコストの削減などを実現します。

2. トップランナーモータによる省エネ効果

経済産業省・資源エネルギー庁の試算によると、モータによる消費電力は、日本の産業分野で消費する電力の約4分の3を占め、日本の電力全体でも55%にのぼります。
例えば、37Kw4極50HzのモータをIE1の効率モータからIE3のトップランナーモータに置き換えると、年間4,666Kwの省エネ、74,659円の節約効果(※)があります。
※試算条件:運転時間4000h/年 電気料金16円/kWh

もし日本の全ての産業用モータを従来のモータからIE2(高効率 = High Efficiency)のモータに置き換わると、年間87億kWhの電力消費量を削減できます。さらに高性能のIE3(プレミアム効率 = Premium Efficiency)のモータに交換すると、年間155億kWhの電力消費を削減することが出来る計算となります。
この削減量は、日本の消費電力の総量と比較すると約0.9または1.5%です。発電所に換算すると、10数か所~20数か所の発電所を削減できる電力量です。
産業分野で多く使われる大型モータにトップランナーモータを導入すると、大きな省エネ効果が期待できます。

3. 大型高効率モータの種類

大型モータは、各メーカーが様々な分類をしています。例えば電源の種類として直流、交流に分類できますが、私たちは大型モータを動作原理、制御方法などにより、インダクションモータ、サーボモータ、永久磁石モータの3つに分類できると考えており、以下にそれらについて述べさせていただきます。

3-1 インダクションモータ(Induction Motor)

誘導電動機とも呼ばれ、産業分野で広く用いられています。固定子(ステータ)が作り出す回転磁界の作用で、電気伝導体の回転子(ロータ)に誘導電流が発生し、滑りに対応する回転トルクが生じる交流電動機です。その中でも大きく分けて単相誘導電動機と三相誘導電動機があります。
トップランナーモータ制度の対象になっているモータは三相誘導電動機です。トップランナーモータの詳細は「国内の高効率モータの制度」をご覧ください。

3-2 サーボモータ(Servomotor)

サーボモータとは、対象の位置、方位、姿勢などを制御量とし、目標値に追従するように作動するサーボ制御に適したモータのことです。サーボ制御とは精度の高いフィードバック制御ともいえ、フィードバックを得るためにセンサを内蔵したサーボモータも数多くあります。

3-3 永久磁石モータ(Permanent Magnet Motor)

永久磁石形同期モータ、PMモータとも呼ばれ、回転子であるロータに永久磁石を用いたモータです。界磁に電力を必要としないので、小さな電流で大きなトルクを得ることができます。
また、構造が簡単で大量生産を行いやすい、保守が必要なく、寿命も長いなど数多くのメリットがあります。

4. 大型高効率モータの用途

大型高効率モータは、重化学工業、自動車製造、半導体製造、軽工業など、様々な産業分野、事業部門で使われています。

ポンプ:

工業用水のポンプの動力となるのが、大型の高効率モータです。また、油田プラント施設の開発でも、地下深く掘り下げたり、ポンプで原油をくみ上げたりと、インダクションモータ等の大型の高効率モータが多く利用されています。

ベルトコンベア:

工場の生産ラインや、物流センターでの商品の仕分け作業で利用されるベルトコンベアの駆動装置として、大型モータが使われています。

ファン・コンプレッサー:

空調設備の送風ファンや、気体を圧縮するコンプレッサに大型の高効率モータが使用されます。

産業用ロボット:

産業用ロボットは高効率のサーボモータを搭載し、繊細な動作を可能にしています。

プレス機:

鉄板等を同一の型で整えるプレス機にも、大きな圧力を加えるために大型のモータが使われています。


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